JP6192421B2

JP6192421B2 - ランキンサイクル装置

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Description

本発明は、作動媒体の熱エネルギを膨張機にて機械エネルギに変換するランキンサイクル装置に関する。

熱サイクル装置の一つであるランキンサイクル装置は、太陽熱や車両のエンジン廃熱を回収し、熱エネルギを機械エネルギに変換して発電するために用いられる。この場合、ランキンサイクル装置は、蒸発器、膨張機、凝縮器、及び、ポンプとを備えた作動媒体の閉回路から成り、蒸発器において上記のような熱源からの熱（廃熱）で高温となった高温流体により液相の作動媒体を気相に相変化させ、膨張機にてこの気相の作動媒体の熱エネルギを機械エネルギに変換する。この機械エネルギで発電機を駆動して発電する。膨張機を出た気相の作動媒体は凝縮器にて冷水や通風等の低温流体により冷却されて液相に相変化された後、ポンプに吸い込まれ、再度蒸発器に加圧供給されるものであった（例えば、特許文献１参照）。

また、ランキンサイクル装置の起動時には、上記高温流体と低温流体を蒸発器と凝縮器に流した状態で高圧側回路と低圧側回路とをバイパスするバイパス弁を開き、ポンプを起動して作動媒体を蒸発器に加圧供給する。バイパス弁は膨張機をバイパスしており、所定時間バイパスした後、バイパス弁を閉じる。バイパス弁が閉じると高低圧差が大きくなるので、膨張機にて動力が発生する。この動力で発電機等を駆動するというものであった。

また、ランキンサイクル装置の凝縮器への低温流体の流れに不具合が発生した場合（低温流体を流すポンプの故障等）、凝縮器にて作動媒体の冷却が行われないため（冷却不良）、蒸発器での作動媒体への熱入力により、閉回路内の高圧側圧力が異常に上昇してしまう。そこで、従来では係る高圧側圧力の上昇をセンサにて検出し、上限値に上昇した時点でランキンサイクル装置を停止する対策が採られていた。

特開２００７−９８９７号公報

しかしながら、起動時に係る低温流体の不具合が生じて凝縮器における冷却不良が発生した場合、閉回路内の高圧側回路と低圧側回路とはバイパス弁によって連通されたかたちとなっているため、回路内は略同等の圧力まで上昇することになる。そのため、低圧側回路では耐圧上限（低圧側回路の許容圧力）を超えて作動媒体の圧力が上昇してしまう問題がある。係る場合に低圧側回路が圧力に耐えられるように低圧側回路の耐圧性能を向上させると、今度はコストが高騰する等の問題が生じる。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、起動時に凝縮器の冷却不良が発生した場合にも、低圧側回路を支障無く保護することができるランキンサイクル装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明のランキンサイクル装置は、熱源からの熱により液相の作動媒体を加熱して気相に相変化させる蒸発器と、この蒸発器を出た気相の作動媒体の熱エネルギを機械エネルギに変換する膨張機と、この膨張機を出た気相の作動媒体を冷却して液相に相変化させる凝縮器と、この凝縮器を出た液相の作動媒体を加圧して蒸発器に供給するポンプとを閉回路内に備えたものであって、膨張機をバイパスするバイパス回路と、このバイパス回路の流路を開閉するバイパス弁と、閉回路の高圧側回路の高圧側圧力を検出する高圧側圧力センサと、制御装置とを備え、この制御装置は、起動時にバイパス弁を開き、起動準備完了後に閉じると共に、高圧側圧力センサの出力に基づき、高圧側圧力が所定の上限値より高くなった場合に運転を停止し、バイパス弁を閉じているときは上限値を所定の通常上限値ＰＨとし、開放しているときは、上限値を通常上限値ＰＨより低い所定の起動時上限値ＰＬに変更することを特徴とする。

請求項２の発明のランキンサイクル装置は、上記発明において制御装置は、起動から所定時間経過した場合に起動準備完了と判断することを特徴とする。

請求項３の発明のランキンサイクル装置は、上記各発明において制御装置は、高圧側圧力が所定の起動準備完了値以上となった場合、及び／又は、膨張機の入口側の作動媒体の温度が所定値以上となった場合に起動準備完了と判断することを特徴とする。

請求項４の発明のランキンサイクル装置は、上記各発明において制御装置は、パイパス弁を閉じてから所定時間経過するまでに、高圧側圧力が所定の起動完了値以上とならない場合、バイパス弁を開いて起動を再開することを特徴とする。

請求項５の発明のランキンサイクル装置は、上記各発明において通常上限値ＰＨを、高圧側回路で想定される最大値よりも高い値とすることを特徴とする。

請求項６の発明のランキンサイクル装置は、上記各発明において起動時上限値ＰＬを、閉回路の低圧側回路の耐圧上限より低い値とすることを特徴とする。

請求項７の発明のランキンサイクル装置は、上記発明において低圧側回路の低圧側圧力を検出する低圧側圧力センサを備え、制御装置は、低圧側圧力センサの出力に基づき、低圧側圧力が起動時上限値ＰＬよりも低い所定の低圧側上限値ＰＬＬより高くなった場合、運転を停止することを特徴とする。

請求項８の発明のランキンサイクル装置は、上記各発明において制御装置は、高圧側圧力又は低圧側圧力が上限値より高くなったことで運転を停止する場合に異常を報知する報知手段を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、熱源からの熱により液相の作動媒体を加熱して気相に相変化させる蒸発器と、この蒸発器を出た気相の作動媒体の熱エネルギを機械エネルギに変換する膨張機と、この膨張機を出た気相の作動媒体を冷却して液相に相変化させる凝縮器と、この凝縮器を出た液相の作動媒体を加圧して蒸発器に供給するポンプとを閉回路内に備えたランキンサイクル装置において、膨張機をバイパスするバイパス回路と、このバイパス回路の流路を開閉するバイパス弁と、閉回路の高圧側回路の高圧側圧力を検出する高圧側圧力センサと、制御装置とを備え、この制御装置は、起動時にバイパス弁を開き、起動準備完了後に閉じると共に、高圧側圧力センサの出力に基づき、高圧側圧力が所定の上限値より高くなった場合に運転を停止し、バイパス弁を閉じているときは上限値を所定の通常上限値ＰＨとし、開放しているときは、上限値を通常上限値ＰＨより低い所定の起動時上限値ＰＬに変更するようにしたので、請求項５の発明の如く通常上限値ＰＨを、高圧側回路で想定される最大値よりも高い値とし、請求項６の発明の如く起動時上限値ＰＬを、閉回路の低圧側回路の耐圧上限より低い値とすることで、起動時のバイパス弁が開いている状態でも、或いは、起動準備完了後にバイパス弁が閉じられても、凝縮器での作動媒体の冷却不良で閉回路の高圧側回路と低圧側回路の双方の耐圧上限を超える圧力まで作動媒体が高圧となる不都合を未然に回避しながら、支障無く起動することが可能となる。

また、起動時にバイパス弁に不具合が発生して開放されない等の問題が生じた場合にも、より迅速にランキンサイクル装置の運転を停止することができるようになる。これにより、ランキンサイクル装置の安全性を著しく向上させることができるようになる。

この場合、請求項２の発明の如く起動から所定時間が経過したことや、請求項３の発明の如く高圧側圧力が所定の起動準備完了値以上となったこと、及び／又は、膨張機の入口側の作動媒体の温度が所定値以上となったことで起動準備完了と判断するようにすれば、バイパス弁を閉じるための起動準備完了判断を的確に行うことが可能となる。

また、請求項４の発明の如くパイパス弁を閉じてから所定時間経過するまでに、高圧側圧力が所定の起動完了値以上とならない場合、バイパス弁を開いて起動を再開するようにすれば、起動準備完了判断のみによらず、実際に膨張機の入口に作動媒体が十分供給されているか否かによって的確に起動完了と判定することが可能となる。

更に、請求項７の発明の如く低圧側回路の低圧側圧力を検出する低圧側圧力センサを設け、制御装置が、低圧側圧力センサの出力に基づき、低圧側圧力が起動時上限値ＰＬよりも低い所定の低圧側上限値ＰＬＬより高くなった場合、運転を停止することにより、バイパス弁の開閉状態にかかわらず、低圧側圧力が低圧側上限値ＰＬＬに上昇したことで、運転を停止することが可能となる。

これにより、万一高圧側圧力センサが故障した場合にも、異常を検出してランキンサイクル装置を停止することが可能となり、より安全性が向上する。

更にまた、請求項８の発明の如く制御装置に、高圧側圧力又は低圧側圧力が上限値より高くなったことで運転を停止する場合に異常を報知する報知手段を設ければ、凝縮器での作動媒体の冷却不良の発生を的確に使用者に把握させることができるようになる。

本発明を適用した実施例のランキンサイクル装置の構成図である。図１のランキンサイクル装置の制御装置のブロック図である。図２の制御装置の動作を説明するフローチャートである。図２の制御装置の他の実施例の動作を説明するフローチャートである。図２の制御装置のもう一つの他の実施例の動作を説明するフローチャートである。図２の制御装置の更にもう一つの他の実施例の動作を説明するフローチャートである。本発明を適用した他の実施例のランキンサイクル装置の構成図である。本発明を適用したもう一つの他の実施例のランキンサイクル装置の構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。

実施例のランキンサイクル装置１は、例えば太陽熱を回収して発電するもので、例えばＲ１３４ａ等の冷媒を作動媒体とし、この作動媒体を循環させるポンプ２と、蒸発器３の作動媒体流と３Ａと、膨張機４と、凝縮器６の作動媒体流路６Ａとを冷媒流路（配管）７により順次環状に接続して閉回路８を成すことにより、ランキンサイクル（熱サイクル）が構成されている。

蒸発器３の高温流体流路３Ｂには、例えば太陽熱等を利用して昇温された温水が高温流体として高温流体回路９のポンプ２３により流通され、この高温流体流路３Ｂを流れる温水と作動媒体流路３Ａを流れる作動媒体とを熱交換させる。凝縮器６の低温流体流路６Ｂには冷水が低温流体として低温流体回路１１のポンプ２４により流通され、この低温流体流路６Ｂを流れる冷水と作動媒体流路６Ａを流れる作動媒体とを熱交換させる。

膨張機４はモータ（発電機）１２を備えており、ポンプ２と一体に構成され、モータ１２が軸１３を介してポンプ２を駆動する。膨張機４には更にバイパス回路１４が並列に接続されており、このバイパス回路１４には電磁弁から成るバイパス弁１６が介設されている。このバイパス弁１６はバイパス回路１４の流路を開閉するものである。

尚、１７は蒸発器３を出た作動媒体（冷媒）の高圧側圧力、即ち、閉回路８の高圧側回路８Ａの高圧側圧力Ｐｒｅｆを検出する高圧側圧力センサである。また、１８は膨張機４の入口側の高圧側回路８Ａの作動媒体の温度を検出する高圧側温度センサである。

次に、図２においてランキンサイクル装置１の制御装置Ｃはマイクロコンピュータにより構成されている。この制御装置Ｃには前述した高圧側圧力センサ１７の出力と高圧側温度センサ１８の出力が入力される。また、制御装置Ｃには前述したモータ１２とバイパス弁１６が接続されている。更に、制御装置Ｃにはバッテリ２１と報知手段としての警報器２２が接続されている。

ここで、ランキンサイクル装置１の閉回路８の高圧側回路８Ａの耐圧上限は４．０ＭＰａＧ以上に設計されており、低圧側回路８Ｂの耐圧上限はそれより低い２．０ＭＰａＧ以上に設計されているものとする。また、制御装置Ｃには高圧側圧力センサ１７が検出する高圧側回路８Ａの高圧側圧力の想定される最大値より低い値、例えば３．１ＭＰａＧ〜３．６ＭＰａＧ程（高圧側回路８Ａの耐圧上限より低い値）のうちの何れかの値が通常上限値ＰＨとして設定されており、更に、低圧側回路８Ｂの上記耐圧上限よりも低い値、例えば１．６ＭＰａＧ〜２．０ＭＰａＧ程のうちの何れかの値が起動時上限値ＰＬとして設定されている。

以上の構成で、次に図３を参照しながら制御装置Ｃの制御によるランキンサイクル装置１の動作を説明する。図３は制御装置Ｃによるランキンサイクル装置１の起動動作の流れを示している。先ず、制御装置Ｃはランキンサイクル装置１の停止中はバイパス弁１６を開放している。起動開始すると制御装置ＣはステップＳ１で改めてバイパス弁１６を開く。次に、ステップＳ２で高圧側圧力の上限値Ｐｍａｘとして前記起動時上限値ＰＬを設定する。

そして、モータ１２に通電し、ポンプ２を作動させる。ポンプ２は駆動されて作動媒体（冷媒：Ｒ１３４ａ）を冷媒流路７に循環させる。そして、ポンプ２から出た作動媒体は蒸発器３に加圧供給され、当該蒸発器３の作動媒体流路３Ａ内を通過し、高温流体流路３Ｂ内を流れる温水から吸熱して温度が上昇し、蒸発する。

蒸発器３の作動媒体流路３Ａを出た気液二相の作動媒体は、バイパス回路１４、バイパス弁１６を経て凝縮器６に至る。そこで、凝縮器６を構成する作動媒体流路６Ａ内を通過する過程で、低温流体流路６Ｂ内を流れる冷水により冷やされ、自らは凝縮すると共に、放熱して冷水を加熱する。その後、冷媒はポンプ２に再び吸い込まれる。

制御装置Ｃは次にステップＳ４で高圧側圧力センサ１７が検出する閉回路８の高圧側回路８Ａの高圧側圧力Ｐｒｅｆと上限値Ｐｍａｘを比較する。このときのＰｍａｘはステップＳ２で設定された起動時上限値ＰＬである。そして、高圧側圧力Ｐｒｅｆが上限値Ｐｍａｘ（起動時上限値ＰＬ）以下である場合にはステップＳ５に進み、モータ１２が作動開始してから所定時間経過したか否か判断する。

この場合の所定時間は、例えば５秒〜６０秒程度である。そして、所定時間経過するまでステップＳ４とステップＳ５を繰り返す。モータ１２の作動開始から所定時間経過した場合、制御装置Ｃは起動準備完了と判断してステップＳ５からステップＳ６に進み、バイパス弁１６を閉じる。次に、ステップＳ７に進んで高圧側圧力の上限値Ｐｍａｘを前記通常上限値ＰＨに切り換えて設定する。

バイパス弁１６が閉じられると、高低圧の圧力差が大となり、膨張機４にて動力が発生する。膨張機４にて動力が発生することで、モータ１２の電力が零となるので、そこでモータ１２を発電機に切り換えて発電を行う。発電された電力は制御装置Ｃによりバッテリ２１に貯えられ、例えば家庭用の電力として用いられる。

ここで、起動から所定時間経過する前に（ステップＳ４〜ステップＳ５を繰り返している途中で）、例えば低温流体回路１１のポンプ２４に故障等の不具合が発生して冷水が凝縮器６の低温流体流路６Ｂに流れなくなった場合、或いは、その流量が低下した場合、凝縮器６の作動媒体流路６Ａにて作動媒体の冷却が行われなくなり、或いは、冷却不良が発生するため、蒸発器３での作動媒体への熱入力により、閉回路７内の高圧側圧力が上昇してくる。

この場合、バイパス弁１６は開放されているので、閉回路７の低圧側回路８Ｂの低圧側圧力も同等に上昇してくる。そして、係る不具合の発生により、高圧側圧力センサ１７が検出する閉回路８の高圧側回路８Ａの高圧側圧力Ｐｒｅｆが上限値Ｐｍａｘより高くなると（Ｐｒｅｆ＞Ｐｍａｘ）、制御装置ＣはステップＳ８に進み、モータ１２を停止してランキンサイクル装置１の運転を停止する。そして、制御装置Ｃが警報器２２を動作させて使用者に異常発生を報知する。

このときの上限値Ｐｍａｘは起動時上限値ＰＬである。従って、バイパス弁１６が開放されていて低圧側回路８Ｂの低圧側圧力が上昇しても、低圧側回路８Ｂの耐圧上限より低い起動時上限値ＰＬまで上昇したところでランキンサイクル装置１は停止される。これにより、凝縮器６における作動媒体の冷却不良で、閉回路７の低圧側回路８Ｂの耐圧上限より高く低圧側圧力が上昇してしまう不都合を防止し、安全性の高いランキンサイクル装置１とすることができる。

また、係るランキンサイクル装置１の起動動作において、バイパス弁１６が閉じたまま固着してしまう閉固着や、異物の詰まり等の不具合が発生した場合、ステップＳ１で制御装置Ｃがバイパス弁１６を開く制御（指令を出す）を行っても、実際にはバイパス回路１４は流路が閉じたままとなっているため、閉回路８内では高低圧の圧力差がつき、高圧側圧力Ｐｒｅｆは運転中と同レベルまで上昇してしまう。そして、係る場合には直ぐに閉回路８内の圧力を下げられない危険性がある。

しかしながら、実施例ではステップＳ４で高圧側圧力センサ１７が検出する閉回路８の高圧側回路８Ａの高圧側圧力Ｐｒｅｆが上限値Ｐｍａｘより高くなった時点で（Ｐｒｅｆ＞Ｐｍａｘ）、制御装置ＣはステップＳ８に進み、モータ１２を停止してランキンサイクル装置１の運転を停止すると共に、このときの上限値Ｐｍａｘは起動時上限値ＰＬとされているので、より早い段階で（圧力が異常に上がる前に）ランキンサイクル装置１を停止することができる効果がある。

尚、起動時に係る圧力異常が発生せず、起動完了してバイパス弁１６が閉じられた後は、上限値ＰｍａｘはステップＳ７で通常上限値ＰＨに切り換えられる。従って、以後は高圧側圧力センサ１７が検出する閉回路８の高圧側回路８Ａの高圧側圧力Ｐｒｅｆが上限値Ｐｍａｘ＝ＰＨより高くなった場合に、制御装置Ｃはランキンサイクル装置１を停止する動作を実行する。

この通常上限値ＰＨは、高圧側回路８Ａで想定される最大値よりも高い値であるので、異常では無いのにランキンサイクル装置１が停止されてしまう不都合も発生しない。

次に、図４は制御装置Ｃによるランキンサイクル装置１の起動動作の他の実施例を示している。尚、この図において図３と同一符号で示すステップは同一の動作であるのものとし、説明を省略する。この実施例ではステップＳ５とステップＳ６の間にもう一つ起動準備完了の判断を行う。即ち、ステップＳ５で行うモータ１２の作動開始から所定時間（５秒〜６０秒）経過したか否かの判断を行い、所定時間経過した後、それだけでは起動準備完了と判定せず、ステップＳ５Ａの起動準備完了の判断を行う。

このステップＳ５Ａの起動準備完了の判定方法は、例えば、条件１：高圧側圧力センサ１７が検出する閉回路８の高圧側回路８Ａの高圧側圧力Ｐｒｅｆが所定の起動準備完了値（例えば０．７ＭＰａＧ）以上となっているか、条件２：高圧側温度センサ１８が検出する膨張機４の入口側の高圧側回路８Ａの作動媒体の温度が所定値以上に上昇しているか、の何れか若しくは双方が成立しているか、とする。

そして、ステップＳ５Ａで起動準備完了でなければ、各条件１及び／又は条件２が成立するまでステップＳ５Ａを繰り返す。このような条件１及び／又は条件２が成立しているか否かで判断することで、時間だけによらず、実際に膨張機４の入口に作動媒体が十分に供給されているか否かを判断でき、より的確に起動準備完了の判定を行うことができる。

次に、図５は制御装置Ｃによるランキンサイクル装置１の起動動作のもう一つの他の実施例を示している。尚、この図において図３、図４と同一符号で示すステップは同一の動作であるのものとし、説明を省略する。この実施例ではステップＳ５を省略し、ステップＳ４とステップＳ６の間に起動準備完了の判断の前記ステップＳ５Ａを行う。即ち、ステップＳ５でモータ１２の作動開始から所定時間（５秒〜６０秒）経過したか否かの判断を行う代わりに、前述したステップＳ５Ａの起動準備完了の判断を行い、ステップＳ５Ａで起動準備完了でなければ、各条件１及び／又は条件２が成立するまでステップＳ４からステップＳ５Ａを繰り返す。

当然にその間に高圧側圧力センサ１７が検出する閉回路８の高圧側回路８Ａの高圧側圧力Ｐｒｅｆが上限値Ｐｍａｘより高くなると（Ｐｒｅｆ＞Ｐｍａｘ）、制御装置ＣはステップＳ８に進み、モータ１２を停止してランキンサイクル装置１の運転を停止する。そして、制御装置Ｃが警報器２２を動作させて使用者に異常発生を報知する。このように、モータ１２の作動開始からの時間によらず、条件１及び／又は条件２が成立しているか否かの判断のみでも、実際に膨張機４の入口に作動媒体が十分に供給されているか否かを判断できるので、的確に起動準備完了の判定を行うことが可能である。

次に、図６は制御装置Ｃによるランキンサイクル装置１の起動動作の更にもう一つの他の実施例を示している。尚、この図において図３と同一符号で示すステップは同一の動作であるのものとし、説明を省略する。この実施例ではステップＳ７の後に再度起動完了の判断を行う。即ち、ステップＳ５で行うモータ１２の作動開始から所定時間（３０秒〜６０秒）経過したか否かの判断を行い、所定時間経過した後、ステップＳ６でバイパス弁１６を閉じ、ステップＳ７で上限値Ｐｍａｘを通常上限値ＰＨに切り換えるが、その次に、ステップＳ７Ａの起動完了の判断を行う。

このステップＳ７Ａの起動完了の判定方法は、例えば、条件１：バイパス弁１６を閉じてから所定時間（例えば３０秒等）経過するまでに、高圧側圧力センサ１７が検出する閉回路８の高圧側回路８Ａの高圧側圧力Ｐｒｅｆが所定の起動完了値（例えば２．０ＭＰａＧ）以上となっているか、とする。

そして、ステップＳ７Ａで起動完了でなければ、即ち、条件１が成立しないときには、ステップＳ７ＡからステップＳ１に戻り、再度バイパス弁１６を開き、ステップＳ２で上限値Ｐｍａｘを起動時上限値ＰＬに切り換える起動動作を再開する。このような条件１が成立しているか否かをバイパス弁１６を閉じた後に判断することで、起動準備完了判断だけによらず、実際に膨張機４の入口に作動媒体が十分に供給されているか否かを判断でき、的確に起動完了の判定を行うことができる。

尚、ステップＳ７Ａで所定時間経過する前に高圧側圧力Ｐｒｅｆが前記起動完了値以上となった場合には、その時点で起動完了と判断するものとする。また、この例ではステップＳ７Ａを図３のフローチャートに追加したが、それに限らず、図４や図５のフローチャートのステップＳ７の後に追加してもよい。

次に、図７はランキンサイクル装置１の他の実施例を示している。尚、この図において図１と同一符号で示すものは同一のものとする。この実施例の場合、閉回路７の低圧側回路８Ｂ、実際には凝縮器６の作動媒体流路６Ａとポンプ２の間の冷媒流路７に、当該閉回路８の低圧側回路８Ｂの低圧側圧力ＰｒｅｆＬを検出する低圧側圧力センサ２６が追加されている。

そして、制御装置Ｃにはこの低圧側回路８Ｂの低圧側圧力ＰｒｅｆＬの上限値、即ち、低圧側上限値ＰＬＬが設定されており、この低圧側上限値ＰＬＬは前述した起動時上限値ＰＬよりも低い値、例えば１．５ＭＰａＧ（１．５ＭＰａＧ〜１．９ＭＰａＧのうちで起動時上限値ＰＬより低い値）とされている。これにより、通常上限値ＰＨ＞起動時上限値ＰＬ＞低圧側上限値ＰＬＬの関係となる。

そして、制御装置Ｃは低圧側圧力センサ２６が検出する閉回路８の低圧側回路８Ｂの低圧側圧力ＰｒｅｆＬが上記低圧側上限値ＰＬＬより高くなった場合（ＰｒｅｆＬ＞ＰＬＬ）、バイパス弁１６が開放されていても、或いは、閉じられていてもモータ１２を停止してランキンサイクル装置１を停止する。これにより、バイパス弁１６の開閉状態にかかわらず、低圧側圧力ＰｒｅｆＬが低圧側上限値ＰＬＬまで上昇したことで、運転を停止することが可能となる。また、万一高圧側圧力センサ１７が故障した場合にも、異常を検出してランキンサイクル装置１を停止することが可能となり、より安全性が向上する。

ここで、この実施例の場合の起動動作については、前述した各フローチャートを適用可能である。即ち、図３のフローチャートはそのまま適用できる。この場合は、図３のフローチャートと並行して低圧側圧力ＰｒｅｆＬと低圧側上限値ＰＬＬとの比較を行えばよい。

また、図４や図５のフローチャートについては、ステップＳ５Ａの起動準備完了の判断に、例えば条件３：高圧側圧力Ｐｒｅｆと低圧側圧力ＰｒｅｆＬの差ΔＰが、所定値以上となったか、を追加し、条件１〜３のうちの何れか若しくはそれらの組み合わせが成立したか否かで起動準備完了を判定するとよい。尚、上記ΔＰについての所定値は０．１ＭＰａＧ〜０．５ＭＰａＧとする。

また、図６のフローチャートについては、ステップＳ７Ａの起動準備完了の判断で、上記差ΔＰが所定値以上となったか、を条件とすればよい。これは閉回路８内の作動媒体の循環量が増えてくれば、圧損がついてΔＰが拡大するからである。そして、その場合の差ΔＰの所定値は１．０ＭＰａＧ程度にするとよい。

次に、図８は本発明のランキンサイクル装置１の適用例を示したものである。この図において図１、図７と同一符号で示すものは同一とする。この例は、低温流体回路１１においてクーリングタワー２９を用いて冷水を冷やすものである。このようなクーリングタワー２９を用いて凝縮器６の低温流体流路６Ｂを流れる冷水を冷やす場合、温度センサ２８等を用いてクーリングタワー２９やポンプ２４の作動状態を監視することが可能であるが、ポンプ２４や低温流体回路１１の詰まりにより流量が低下したときには、温度センサ２８による不具合の判定は困難である。

しかしながら、本発明ではランキンサイクル装置１の高圧側圧力Ｐｒｅｆや低圧側圧力ＰｒｅｆＬで不具合の発生を判断できるので、安全性が向上する。

尚、低温流体回路１１としては上記各実施例以外にも、地下水や工業用水、河川の水をそのまま低温流体回路１１に流してもよい。

また、上記各実施例では膨張機４とポンプ２が一体化されたもので説明したが、別体とし、ポンプ２を別のモータで駆動してもよい。また、実施例では膨張機４でモータ１２を駆動し、発電機として発電を行うようにしたが、膨張機４の機械出力をプーリとベルト等を介して自動車のエンジン等のアシスト動力として利用してもよい。

１ランキンサイクル装置
２ポンプ
３蒸発器
３Ａ、６Ａ作動媒体流路
４膨張機
６凝縮器
７冷媒流路
８閉回路
８Ａ高圧側回路
８Ｂ低圧側回路
９高温流体回路
１１低温流体回路
１２モータ
１４バイパス回路
１６バイパス弁
１７高圧側圧力センサ
１８高圧側温度センサ
２２警報器
２６低圧側圧力センサ

Claims

熱源からの熱により液相の作動媒体を加熱して気相に相変化させる蒸発器と、
該蒸発器を出た気相の作動媒体の熱エネルギを機械エネルギに変換する膨張機と、
該膨張機を出た気相の作動媒体を冷却して液相に相変化させる凝縮器と、
該凝縮器を出た液相の作動媒体を加圧して前記蒸発器に供給するポンプとを閉回路内に備えたランキンサイクル装置において、
前記膨張機をバイパスするバイパス回路と、該バイパス回路の流路を開閉するバイパス弁と、前記閉回路の高圧側回路の高圧側圧力を検出する高圧側圧力センサと、制御装置とを備え、
該制御装置は、起動時に前記バイパス弁を開き、起動準備完了後に閉じると共に、
前記高圧側圧力センサの出力に基づき、前記高圧側圧力が所定の上限値より高くなった場合に運転を停止し、
前記バイパス弁を閉じているときは前記上限値を所定の通常上限値ＰＨとし、開放しているときは、前記上限値を前記通常上限値ＰＨより低い所定の起動時上限値ＰＬに変更することを特徴とするランキンサイクル装置。
前記制御装置は、起動から所定時間経過した場合に起動準備完了と判断することを特徴とする請求項１に記載のランキンサイクル装置。
前記制御装置は、前記高圧側圧力が所定の起動準備完了値以上となった場合、及び／又は、前記膨張機の入口側の作動媒体の温度が所定値以上となった場合に起動準備完了と判断することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のランキンサイクル装置。
前記制御装置は、前記パイパス弁を閉じてから所定時間経過するまでに、前記高圧側圧力が所定の起動完了値以上とならない場合、前記バイパス弁を開いて起動を再開することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載のランキンサイクル装置。
前記通常上限値ＰＨを、前記高圧側回路で想定される最大値よりも高い値とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載のランキンサイクル装置。
前記起動時上限値ＰＬを、前記閉回路の低圧側回路の耐圧上限より低い値とすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れかに記載のランキンサイクル装置。
前記低圧側回路の低圧側圧力を検出する低圧側圧力センサを備え、
前記制御装置は、前記低圧側圧力センサの出力に基づき、前記低圧側圧力が前記起動時上限値ＰＬよりも低い所定の低圧側上限値ＰＬＬより高くなった場合、運転を停止することを特徴とする請求項６に記載のランキンサイクル装置。
前記制御装置は、前記高圧側圧力又は低圧側圧力が前記上限値より高くなったことで運転を停止する場合に異常を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちの何れかに記載のランキンサイクル装置。