JP2008051073A - コージェネレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器を流れる冷却液の流量を求めることができるコージェネレーション装置を提供する。
【解決手段】装置は、エンジン２と、冷却液循環路３と、熱エネルギ回収系４と熱交換する熱交換器５と、並列通路６と、エンジン出口の冷却液の温度Ｔ１を検知する温度センサ８１と、熱交換器５の出口側の冷却液の温度Ｔ２を検知する温度センサ８２と、並列通路６の出口側の冷却液の温度Ｔ３を検知する温度センサ８３とをもつ。エンジン入口温度検知手段は、冷却液循環路３のうちエンジン２の入口側の冷却液の温度Ｔ０を間接的または直接的に求める。流量検知手段は、温度Ｔ０と温度Ｔ２と温度Ｔ３とに基づいて、熱交換器５を流れる冷却液の流量Ｖ２を求める。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンで発電機を駆動させるコージェネレーション装置に関する。

コージェネレーション装置では、電気エネルギを生成する発電機と、発電機を駆動させるエンジンと、エンジンで冷却した冷却液の熱を熱交換する熱交換器とを備えている。そして熱交換器の二次側通路に、温水を貯める貯湯槽を設け、熱交換器から回収した熱エネルギを温水として回収し、二次側通路の貯湯槽に蓄えることにしている。このものでは、貯湯槽に蓄えた温水エネルギの利用状況を知ることが好ましい。

特許文献１においても、貯湯槽に蓄えた温水エネルギのデータを求め、表示することにしている。この場合、熱交換器の二次側通路の温水を貯める貯湯槽の入口及び出口に温度センサを装備すると共に、二次側通路を流れる水の水量を検知する流量センサを装備することにしている。そして、流量センサで検知した二次側通路を流れる水量と、温度センサで検知した温度とに基づいて、貯湯槽に回収された熱エネルギ回収量を求めることにしている。
特開２００３−２３９８０６号公報

上記したコージェネレーション装置では、熱エネルギ回収量を求めることができるが、熱交換器の二次側通路を流れる水量を検知する流量センサが必要とされる。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、様相１は、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量を求めることができるコージェネレーション装置を提供することを課題とする。更に、様相２，３は、熱交換器の二次側通路を流れる水量を検知する流量センサを必要とすることなく、回収用熱交換器から貯湯槽等の熱エネルギ回収系へ回収される回収エネルギ量を求めることができるコージェネレーション装置を提供することを課題とする。

（１）様相１に係るコージェネレーション装置は、電気エネルギを発生させる発電機を駆動させるエンジンと、エンジンに接続され冷却液を循環させてエンジンを冷却する冷却液循環路と、冷却液循環路の冷却液を循環させる冷却液搬送源と、冷却液循環路に設けられ熱エネルギ回収系の熱媒体と熱交換する回収用熱交換器と、冷却液循環路において回収用熱交換器に対して並列に配置された並列通路と、冷却液循環路においてエンジン出口側の冷却液の温度を検知するエンジン出口温度センサと、冷却液循環路において回収用熱交換器の出口側の冷却液の温度を検知する熱交換器出口温度センサと、並列通路の出口側の冷却液の温度を検知する並列通路出口温度センサと、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量と、並列通路の出口側を流れる冷却液の流量とを、エンジン出口側の冷却液の温度に応じて調整する流量調整部と、を具備するコージェネレーション装置において、
エンジンの入口側の冷却液の温度をＴ０とし、回収用熱交換器の出口側の冷却液の温度Ｔ２とし、並列通路の出口側を流れる冷却液の温度Ｔ３とするとき、
冷却液循環路のうちエンジンの入口側の冷却液の温度Ｔ０を間接的または直接的に求めるエンジン入口温度検知手段と、
冷却液循環路におけるエンジンの入口側の冷却液の温度Ｔ０と、回収用熱交換器の出口側の冷却液の温度Ｔ２と、並列通路の出口側を流れる冷却液の温度Ｔ３とに基づいて、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量を求める流量検知手段を具備することを特徴とする。

エンジン入口温度検知手段は、冷却液循環路のうちエンジンの入口側の冷却液の温度Ｔ０を間接的または直接的に求める。温度Ｔ０を間接的に求めるとは、温度Ｔ０以外の他のパラメータから演算により温度Ｔ０を求める意味である。温度Ｔ０を直接的に求めるとは、温度センサで温度Ｔ０を求める意味である。

流量検知手段は、冷却液循環路におけるエンジンの入口側の冷却液の温度Ｔ０と、回収用熱交換器の出口側の冷却液の温度Ｔ２と、並列通路の出口側を流れる冷却液の温度Ｔ３とに基づいて、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量を演算により求める。

（２）様相２に係るコージェネレーション装置によれば、上記した様相において、エンジンの出口側の冷却液の温度をＴ１とするとき、エンジンの出口側の冷却液の温度をＴ１と回収用熱交換器の出口側の温度との温度Ｔ２との差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）と、流量検知手段で求められた回収用熱交換器を流れる冷却液の流量Ｖ２とに基づいて、回収用熱交換器から熱エネルギ回収系へ回収される回収エネルギ量を求める回収エネルギ量演算手段が設けられていることを特徴とする。

回収エネルギ量演算手段は、温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）と、流量検知手段で求められた回収用熱交換器を流れる冷却液の流量Ｖ２とに基づいて、回収用熱交換器から熱エネルギ回収系へ回収される回収エネルギ量を求める。

図５は様相１，２に係る冷却液循環路の概念図を示す。図５において、エンジンの入口側の冷却液の温度をＴ０とし、回収用熱交換器の出口側の冷却液の温度Ｔ２とし、並列通路の出口側を流れる冷却液の温度をＴ３とし、エンジンを流れる冷却液の流量をＶ０とし、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量Ｖ２とし、並列通路を流れる冷却液の流量Ｖ３とする。本明細書では、流量は単位時間あたり流れる冷却液の流量を意味する。温度Ｔ０、温度Ｔ２、温度Ｔ３の単位は℃とすることができる。

図５において、冷却液循環路においては、Ｖ３・Ｔ３＋Ｖ２・Ｔ２＝ＶＯ・Ｔ０が基本的には成立する。また、熱交換器を流れる冷却液と、並立通路を流れる冷却液とはエンジンの入口側において合流する。このためＶ２＋Ｖ３＝Ｖ０が基本的には成立する。故にＶ３＝Ｖ０−Ｖ２が基本的には成立する。これを代入すると、
（Ｖ０−Ｖ２）Ｔ３＋Ｖ２・Ｔ２＝ＶＯ・Ｔ０
Ｖ０・Ｔ３−Ｖ２・Ｔ３＋Ｖ２・Ｔ２＝ＶＯ・Ｔ０
Ｖ２・Ｔ２−Ｖ２・Ｔ３＝ＶＯ・Ｔ０−Ｖ０・Ｔ３
Ｖ２（Ｔ２−Ｔ３）＝ＶＯ（Ｔ０−Ｔ３）
Ｖ２／Ｖ０＝（Ｔ０−Ｔ３）／（Ｔ２−Ｔ３）＝αが成立する。

従って、冷却液循環路を流れる冷却液全体の流量Ｖ０を相対表示で１とし、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量比率をαとする。αとしては、α＝（Ｔ０−Ｔ３）／（Ｔ２−Ｔ３）となる。この結果、流量Ｖ０が把握できれば、上記した冷却液循環路によれば、温度Ｔ０、温度Ｔ２、温度Ｔ３を求めることより、温度Ｔ０と温度Ｔ３との差と、温度Ｔ２と温度Ｔ３との差とに基づいて、上記した流量比率αは演算により求められる。なお現実には弁の内部漏れがあることがある。内部漏れが大きい場合には、補正項およびまたは補正係数を追加することが好ましい。

ここで、流量Ｖ０は、基本的には、冷却液搬送源の搬送能力と、冷却液循環路における流過抵抗に基づいて求められる。従って、流量Ｖ０としては、固定値としても良いし、あるいは、演算式で求めても良い。あるいは、メモリ等の記憶要素に格納されているマップに固定値あるいは可変値として内蔵しておいても良い。冷却液搬送源としてはポンプが例示される。ポンプの単位時間当たりの回転数は、供給される電流の周波数および／または電流値に基づいて定まる。

ここで、回収用熱交換器から熱エネルギ回収系へ回収される回収エネルギ量をＱとすると、エンジンを経て回収用熱交換器を流れる冷却液の流量Ｖ２が大きいほど、回収エネルギ量Ｑは増加する。またエンジンの出口側の冷却液の温度Ｔ１が高いほど、回収エネルギ量Ｑは増加する。従って本様相によれば、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量Ｖ２と、エンジンの出口側の冷却液の温度Ｔ１とに基づいて、回収エネルギ量演算手段は、回収用熱交換器から熱エネルギ回収系（例えば貯湯系）の熱媒体（例えば水）へ回収される回収エネルギ量Ｑを演算により求める。従って、本様相によれば、従来技術とは異なり、回収用熱交換器の二次側通路を流れる水量を検知する流量センサを必要とすることなく、熱交換器から貯湯槽に回収される回収エネルギ量Ｑを求めることができる。

（３）様相３に係るコージェネレーション装置によれば、上記した様相において、並列通路は、冷却液循環路において回収用熱交換器に対して並列に配置されたラジエータと、回収用熱交換器およびラジエータに対して並列に配置された分岐通路とを具備しており、
温度Ｔ３を、ラジエータの出口側の冷却液の温度とするとき、
流量検知手段は、冷却液が回収用熱交換器およびラジエータに流れるとき、冷却液循環路におけるエンジンの入口側の冷却液の温度Ｔ０と、回収用熱交換器の出口側の冷却液の温度Ｔ２と、ラジエータの出口側の冷却液の温度Ｔ３とに基づいて、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量Ｖ２を求め、
回収エネルギ量演算手段は、エンジンの出口側の冷却液の温度Ｔ１と回収用熱交換器の出口側の温度Ｔ２との温度差（Ｔ１−Ｔ２）と、流量検知手段で求められた回収用熱交換器を流れる冷却液の流量Ｖ２とに基づいて、回収用熱交換器から熱エネルギ回収系へ回収される回収エネルギ量を求めることを特徴とする。

本様相によれば、流量検知手段は、冷却液循環路におけるエンジンの入口側の冷却液の温度Ｔ０と、回収用熱交換器の出口側の冷却液の温度Ｔ２と、ラジエータの出口側の冷却液の温度Ｔ３とに基づいて、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量Ｖ２を求める。

図６は様相３に係る冷却液循環路の概念図を示す。図６において、エンジンの入口側の冷却液の温度をＴ０とし、回収用熱交換器の出口側の冷却液の温度Ｔ２とし、ラジエータの出口側の冷却液の温度Ｔ３とし、エンジンを流れる冷却液の全部の流量をＶ０とし、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量Ｖ２とし、ラジエータを流れる冷却液の流量Ｖ３とする。

ここで、冷却液が回収用熱交換器およびラジエータに流れる場合には、前述同様に、Ｖ３・Ｔ３＋Ｖ２・Ｔ２＝ＶＯ・Ｔ０が基本的には成立する。またＶ３＝Ｖ０−Ｖ２が成立する。これを展開すると、
（Ｖ０−Ｖ２）Ｔ３＋Ｖ２・Ｔ２＝ＶＯ・Ｔ０
Ｖ０・Ｔ３−Ｖ２・Ｔ３＋Ｖ２・Ｔ２＝ＶＯ・Ｔ０
Ｖ２・Ｔ２−Ｖ２・Ｔ３＝ＶＯ・Ｔ０−Ｖ０・Ｔ３
Ｖ２（Ｔ２−Ｔ３）＝ＶＯ（Ｔ０−Ｔ３）
Ｖ２／Ｖ０＝（Ｔ０−Ｔ３）／（Ｔ２−Ｔ３）＝α

従って、冷却液循環路を流れる冷却液全体の流量Ｖ０を相対表示で１とし、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量比率をαとするとき、α＝（Ｔ０−Ｔ３）／（Ｔ２−Ｔ３）となる。このように冷却液循環路における温度Ｔ０、温度Ｔ２、温度Ｔ３をそれぞれ求めることより、流量Ｖ０が把握できれば、熱交換器を流れる冷却液の流量比率αは求められる。流量Ｖ０は、基本的には、冷却液搬送源の搬送能力と冷却液循環路における流過抵抗とに基づいて求められる。前記した場合は、Ｖ１＝０となる温度領域である。但し現実には弁の内部漏れがあることがある。内部漏れが大きい場合には、補正項およびまたは補正係数を追加することが好ましい。

回収用熱交換器から熱エネルギ回収系へ回収される回収エネルギ量をＱとすると、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量Ｖ２が大きいほど、回収エネルギ量Ｑは増加する。なお、冷却液は熱交換器側（流量Ｖ２）とラジエータ側（流量Ｖ３）とに流れるが、熱エネルギが回収されるのは熱交換器側を流れる冷却液のみが関係している。また、エンジンの出口側の冷却液の温度Ｔ１が高いほど、回収エネルギ量Ｑは増加する。従って、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量Ｖ２と、エンジンの出口側の冷却液の温度Ｔ１とに基づいて、回収エネルギ量演算手段は、回収用熱交換器から貯湯槽回収される回収エネルギ量Ｑを求める。

従って、本様相によれば、回収エネルギ量Ｑを求めるにあたり、従来技術とは異なり、回収用熱交換器の二次側通路（貯湯系の貯湯通路）を流れる水量を検知する流量センサを必要とすることなく、熱交換器から熱エネルギ回収系に回収される回収エネルギ量Ｑを演算により求めることができる。

（４）様相４に係るコージェネレーション装置によれば、上記様相において、流量調整部は、回収用熱交換器に冷却液を流し始める第１開弁温度と、ラジエータに冷却液を流し始める第２開弁温度とを備えており、第２開弁温度をＴｈ２とし、エンジン出口側の冷却液の温度をＴ１とし、回収用熱交換器の出口側の冷却液の温度をＴ２とし、ラジエータの出口側の冷却液の温度をＴ３とするとき、
Ｔ１＞Ｔｈ２が満足され、且つ、Ｔ２＞Ｔ０および／またはＴ３＜Ｔ０が満足されるとき、冷却液がラジエータおよび回収用熱交換器に流れていると判定することを特徴とする。

この場合、Ｔ１＞Ｔｈ２であるため、流量調整部はラジエータ側を開放していると推定される。またＴ２＞Ｔ０であるため、熱交換器で熱交換された冷却液と、熱交換器よりも放熱量が高いラジエータで放熱されて冷却された冷却液とが合流して、エンジンの入口側に到達していると推定される。またＴ３＜Ｔ０であれば、熱交換器で熱交換された冷却液と、熱交換器よりも放熱量が高いラジエータで放熱されて冷却された冷却液とが合流して、エンジンの出口側に到達していると推定される。従って、冷却液が分岐通路には流れず、熱交換器およびラジエータの双方に流れていると、判定される。

（５）様相５に係るコージェネレーション装置によれば、上記様相において、エンジン入口温度検知手段は、発電機の発電出力に対応するエンジンの発熱量に関するデータと、エンジンを流れる冷却液の流量Ｖ０に関するデータと、エンジン出口温度センサで検知されたエンジンの出口側の冷却液の温度Ｔ１とに基づいて、冷却液循環路におけるエンジンの入口側の冷却液の温度を求めることを特徴とする。この場合、エンジンの入口に供給される冷却液の温度Ｔ０を演算により求めることができる。このように温度Ｔ０を演算により求めることができるため、エンジンの入口に供給される冷却液の温度Ｔ０を検知する温度センサを廃止することができる。この場合、部品点数の削減、コスト低減に貢献できる。

様相１に係る本発明によれば、冷却液流量検知手段は、温度Ｔ０，Ｔ２，Ｔ３に基づいて、回収用熱交換器を流れる冷却液の流量Ｖ２（冷却液循環路を流れる冷却液の流量Ｖ０に対する流量比率）を求めることができる。

様相２等に係る本発明によれば、エンジンの出口側の冷却液の温度Ｔ１と熱交換器の出口側の温度Ｔ２との差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）と、流量検知手段で求められた回収用熱交換器を流れる冷却液の流量Ｖ２とに基づいて、熱交換器から熱エネルギ回収系に回収される回収エネルギ量Ｑを演算により求めることができる。

このため従来技術とは異なり、回収エネルギ量Ｑを求めるにあたり、回収用熱交換器の二次側通路（貯湯系等の熱エネルギ回収系）を流れる流量を検知する流量センサを必要としない。但し、回収エネルギ量Ｑを求める以外の他の用途であれば、当該流量センサを設けても良い。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態に係るコージェネレーション装置の概念図を示す。図１に示すように、コージェネレーション装置は、電気エネルギを発生させる発電機１と、発電機１を駆動させる駆動軸２０をもつエンジン２と、エンジン２の内部の冷却空間２１に接続され冷却液を循環させてエンジン２を冷却する冷却液循環路３と、冷却液循環路３の冷却液を循環させる冷却液搬送源としてのポンプ３０と、冷却液循環路３を流れる冷却液の熱エネルギを回収する熱エネルギ回収系としての貯湯系４と、冷却液循環路３に設けられ貯湯系４に貯蔵される熱媒体としての水と熱交換する熱交換器５と、冷却液循環路３において熱交換器５に並列に配置された放熱用のラジエータ６と、冷却液循環路３において熱交換器５およびラジエータ６に対して並列に配置された分岐通路７とを備えている。図１に示すように、分岐通路７は熱交換器５およびラジエータ６を有してない。冷却液循環路３は、熱交換器５に連通する熱交換器通路３２と、ラジエータ６に連通するラジエータ通路３４とを備えている。

エンジン２の燃料としては、ガスでも、液体でも、固体でも良い。ラジエータ６には図示しないものの、送風ファンが装備されており、単位時間あたり、ラジエータ６の放熱量は、熱交換器５における熱交換量（放熱量）よりも大きく設定されている。よってラジエータ６は、単位時間あたり、熱交換器５よりも放熱性が高いものであり、冷却液の温度が高いときに、冷却液の熱をラジエータ６を介して効果的に放出させることができるため、冷却液の過熱防止、ひいては、エンジン２の過熱防止に貢献できる。

図１に示すように、貯湯系４は、温水を貯める貯湯槽４０と、貯湯槽４０に繋がる貯湯通路４１と、貯湯通路４１に設けられ水を熱交換器５の通路４１ａを介して貯湯槽４０に移動させる送水手段として機能する送水ポンプ４２とをもつ。貯湯系４は熱交換器５に対して二次側通路を形成する。貯湯通路４１の通路４１ａを流れる熱媒体としての水は、熱交換器５の熱交換部５ａにおいて熱交換され、エンジン２側の冷却液から熱エネルギを受け取り加熱される。加熱された貯湯通路４１の水は、温水として貯湯槽４０に貯留される。ここで図１に示すように、冷却液循環路３においてエンジン２に供給させる冷却液の流量をＶ０とし、分岐通路７を流れる冷却液の流量Ｖ１とし、熱交換器５を流れる冷却液の流量Ｖ２とし、ラジエータ６を流れる冷却液の流量Ｖ３とする。なお、冷却液循環路３において、貯湯系４の貯湯通路４１、熱交換器５、熱交換器通路３２、ラジエータ６、ラジエータ通路３４、分岐通路７の各流路径は、既知である。

本実施形態によれば、冷却液循環路３において、エンジン２の出口側の冷却液の温度Ｔ１を検知するエンジン出口温度センサ８１が設けられている。冷却液循環路３において熱交換器５の出口側の冷却液の温度Ｔ２を検知する熱交換器出口温度センサ８２が設けられている。ラジエータ６の出口側の冷却液の温度Ｔ３を検知するラジエータ出口温度センサ８３が設けられている。

温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の単位は℃とする。温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の温度信号は、それぞれ制御装置１００に入力される。制御装置１００は、各信号が入力される入力処理装置と、各制御信号を出力す出力処理装置と、メモリ等の記憶要素１０２と、ＣＰＵ１０４とを搭載しており、流量検知手段、回収エネルギ量演算手段、判定手段を構成する。

本実施形態によれば、エンジン２の駆動量に基づいて発電機１の発電出力Ｗｏｕｔの値が定まる。故に、発電機１の発電出力Ｗｏｕｔの値に対応するエンジン２の発熱量（コージェネ発熱量）Ｑｐは、次の数式１に基づいて演算により求められる。数式１は、エンジン２の入口側の冷却液の温度Ｔ０が６０℃の場合である。数式１は実験により求められるものであり、エンジン、システムが替われば、それに応じて変更される式である。

また冷却液循環路３を流れる冷却液の比熱式は、次の数式２に基づいて求められる。ここで、冷却液の比熱式（ｋＷ／Ｋ）は、基本的には、冷却液流量Ｖ０（リットル／ｍｉｎ）と、冷却液比熱ｃ（ｋＷ／ｋｇＫ）と、冷却液密度ρ（ｋｇ／リットル）とに基づいて演算により求められる。

本実施形態によれば、エンジン入口温度検知手段を構成する制御装置１００は、発電機１の発電出力Ｗｏｕｔとエンジン２の発熱量Ｑｐ（コージェネ発熱量）との関係を示すデータと、エンジン２を流れる冷却液の流量Ｖ０に関するデータと、エンジン出口温度センサ８１で検知されたエンジン２の出口側の冷却液の温度Ｔ１とに基づいて、冷却液循環路３におけるエンジン２の入口側の冷却液の温度Ｔ０（℃）を求める。具体的には、下記の数式３における（１００）式のＴ０＝Ｔ１−（Ｑｐ／Ｃ）に基づいて、エンジン２の入口側の冷却液の温度Ｔ０（℃）は求められる。

本実施形態によれば、図１に示すように、冷却液循環路３には流量調整部９が設けられている。流量調整部９は、温度応答式の第１弁９１および第２弁９２を備えている。第１弁９１および第２弁９２は、ワックスの熱膨脹および熱収縮で開度を調整する弁で形成できるが、これに限定されるものではない。第１弁９１は、エンジン２の出口側の冷却液の温度Ｔ１に応答して、分岐通路７に流れる流量Ｖ１と、熱交換器５に流れる流量Ｖ２とを調整する。具体的には、温度Ｔ１が低温側から第１弁９１の第１開弁温度Ｔｈ１に到達すると、第１弁９１は、熱交換器５への冷却液の供給を開始する。従って、エンジン２の始動直後のように、エンジン２の出口側の冷却液の温度Ｔ１が第１開弁温度Ｔｈ１よりも低いときには、冷却液の温度の低下を抑止すべく、冷却液は分岐通路７にのみ流れ、熱交換器５およびラジエータ６には流れない。温度Ｔ１が更に上昇して第１開弁温度Ｔｈ１を越えると、冷却液は分岐通路７および熱交換器５の双方に流れる。温度Ｔ１が更に上昇すると（但し、第２開弁温度Ｔｈ２未満）、冷却液は分岐通路７には流れず、熱交換器５のみに流れる。この場合、ラジエータ６にも流れない。

第２弁９２は、エンジン２の出口側の冷却液の温度Ｔ１に応答して、熱交換器５に流れる流量と、ラジエータ６に流れる流量とを調整する。具体的には、温度Ｔ１が低温側から第２弁９２の第２開弁温度Ｔｈ２（Ｔｈ２＞Ｔｈ１）に到達すると、第２弁９２は、ラジエータ６への冷却液の供給を開始する。従って、エンジン２の出口側の冷却液の温度Ｔ１が第２開弁温度Ｔｈ２よりも低いときには、熱交換器５に流れるもの、ラジエータ６には流れない。温度Ｔ１が更に上昇して第２開弁温度Ｔｈ２を越えると、冷却液は分岐通路７に流れず、熱交換器５およびラジエータ６の双方に流れる。温度Ｔ１が更に上昇すると、冷却液は分岐通路７および熱交換器５には流れず、ラジエータ６のみに流れ、ラジエータ６における放熱量を高める。これによりエンジン２で加熱された冷却液の過熱が防止される。

制御装置１００は、冷却液の温度Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に応じて、次の（条件Ａ１）〜（条件Ｅ１）の判定処理を行ない、冷却液循環路３における分岐通路７、熱交換器５、ラジエータ６のうち、いずれの通路を冷却液が流れているかを判定する。

（条件Ａ１）Ｔ１≦Ｔｈ１が満足されるとき
Ｔ１＜Ｔｈ１であれば、第１弁９１は分岐通路７側に開放しているもの、熱交換器５側へは開放していない。Ｔ１＝Ｔｈ１であれば、第１弁９１が熱交換器５側へ開放する開放量はかなり少ないため、その開放量を無視することができる。このため、冷却液が実質的に分岐通路７のみに流れており、熱交換器５およびラジエータ６には流れていないと、制御装置１００は判定する。なお、『≦』の記号は、『＜』の記号または『＝』の記号を意味する。『＜』の記号の他に『＝』を対象とするのは、第１弁９１および第２弁９２は昇温時と降温時とでは、ヒステリシス特性が発生することを考慮したものである。

（条件Ｂ１）Ｔｈ１＜Ｔ１＜Ｔｈ２が満足され、且つ、Ｔ２≦Ｔ０が満足されるとき
Ｔｈ１＜Ｔ１＜Ｔｈ２であるため、第１弁９１は熱交換器５側へ開放していると共に、第２弁９２はラジエータ６側に開放していない。このため、冷却液はラジエータ６に流れず、熱交換器５に流れていると推定される。Ｔ２≦Ｔ０であれば、冷却液が熱交換器５における熱交換で冷却されているため、冷却液が分岐通路７および熱交換器５に流れていると推定される。従って、この場合には、冷却液が分岐通路７および熱交換器５の双方に流れており、ラジエータ６には流れていないと、制御装置１００は判定する。

（条件Ｃ１）Ｔ１≦Ｔｈ２が満足され、且つ、Ｔ２≒Ｔ０が満足されるとき
Ｔ１≦Ｔｈ２であるため、第２弁９２はラジエータ６側に開放していないか、あるいは、ラジエータ６側に開放していたとしても開放量は微小であり、ラジエータ６に流れる冷却液は実質的に無視できると推定される。またＴ２≒Ｔ０が満足されているため、熱交換器５で熱交換された冷却液の全部がエンジン２の入口側に到達しているものと考えられる。従って、冷却液が実質的に熱交換器５のみに流れていると、制御装置１００は判定する。ここで、Ｔ２／Ｔ０の値としては、冷却液循環路３における分岐通路７、熱交換器５、ラジエータ６の形態に応じて選択できる。Ｔ２／Ｔ０の値は、例えば、０．８５〜１．１５の範囲の数字、０．９５〜１．１の範囲の数字で設定できるが、これに限定されるものではない。

（条件Ｄ１）Ｔ１＞Ｔｈ２が満足されているとき。更に、Ｔ２＞Ｔ０、Ｔ３＜Ｔ０のいずれか少なくとも一方が満足されるとき
Ｔ１＞Ｔｈ２であるため、第２弁９２のラジエータ６側が開放していると推定される。またＴ２＞Ｔ０であるため、熱交換器５で熱交換された冷却液と、熱交換器５よりも放熱量が高いラジエータ６で放熱されて冷却された冷却液とが合流して、エンジン２の入口側に到達していると推定される。またＴ３＜Ｔ０であれば、熱交換器５で熱交換された冷却液と、熱交換器５よりも放熱量が高いラジエータ６で放熱されて冷却された冷却液とが合流して、エンジン２の入口側に到達していると推定される。従って、冷却液が分岐通路７には流れず、熱交換器５およびラジエータ６の双方に流れていると、制御装置１００は判定する。Ｔ１＞Ｔｈ２によって第２弁９２のラジエータ側が開放されていることは判断できるが、部品のばらつき、ヒステリシス、経年変化による影響等を考慮し、Ｔ２＞Ｔ０、Ｔ３＜Ｔ０のうちのいずれか少なくとも一方による判断が加えられている。

（条件Ｅ１）Ｔ１＞Ｔｈ２が満足され、且つ、Ｔ３≒Ｔ０が満足されるとき
Ｔ１＞Ｔｈ２であるため、第２弁９２のラジエータ６側が開放しており、ラジエータ６に冷却液が流れていると推定される。Ｔ３≒Ｔ０が満足されているため、ラジエータ６で放熱された冷却された冷却液の全部がエンジン２の入口側に到達しているものと考えられる。従って、冷却液が実質的にラジエータ６のみに流れていると、制御装置１００は判定する。ここで、Ｔ３／Ｔ０の値としては、例えば、０．８５〜１．１５の範囲の数字、０．９５〜１．１の範囲の数字で設定できるが、これに限定されるものではない。

上記した条件Ａ１〜条件Ｅ１における判定処理に基づいて、回収エネルギ量演算手段を構成する制御装置１００は、次の（Ａ２）〜（Ｅ２）における回収エネルギ量演算処理を行い、熱交換器５から貯湯系４へ温水として回収されている回収エネルギ量Ｑを求める。この場合、便宜上、冷却液を水として取り扱い、比熱γは実質的に１とみなし得るため、演算式では比熱γを無視している。

（Ａ２）
（Ａ２）は条件Ａ１に対応する。この場合、冷却液が分岐通路７に流れるもの、熱交換器５およびラジエータ６には流れていないと判定されている。この場合、熱交換器５から貯湯系４へ温水として回収される回収エネルギ量をＱａとすると、冷却液が熱交換器５に流れていないため、Ｑａ＝０である。

（Ｂ２）
（Ｂ２）は条件Ｂ１に対応する。この場合、冷却液が分配通路および熱交換器５の双方に流れていると判定されている。熱交換器５から貯湯系４へ温水として回収される回収エネルギ量をＱｂとすると、Ｑｂ＝（Ｔ１−Ｔ０）×ＶＯ×γ×ηである。ηは補正係数であり、実質的に０．９〜１．１の範囲内の数字、特に実質的に１とすることができる。

ここで、Ｑｂ＝（Ｔ１−Ｔ０）×ＶＯ×γ×ηの式は、エンジン２の出口から排出された冷却液が熱交換器５に流れ、エンジン２の入口に戻る過程において失われる熱量に相当する。分岐通路７については、熱交換性が高い熱交換器５および放熱性が高いラジエータ６が装備されていないため、分岐通路７における放熱量は実質的に無視できる。また、熱交換器５を備える熱交換器通路３２においても熱交換器５以外の配管においては、熱交換器５に比較してかなり放熱量は少ない。このため熱交換器通路３２について、熱交換器５以外の配管においては、放熱量は実質的に無視できる。同様に、ラジエータ６を備えるラジエータ通路３４においてもラジエータ６以外の配管においては、ラジエータ６に比較してかなり放熱量は少ない。このためラジエータ通路３４について、ラジエータ６以外の配管においては、放熱量は実質的に無視できる。なお、いずれにおいても、もし放熱量が無視できない場合には、補正項を追加して対応することができる。

（Ｃ２）
（Ｃ２）は条件Ｃ１に対応する。この場合、冷却液が熱交換器５のみに流れており、分岐通路７およびラジエータ６には流れていないと、判定されている。熱交換器５から貯湯系４へ温水として回収される回収エネルギ量をＱｃとすると、Ｑｃ＝（Ｔ１−Ｔ２）×ＶＯ×γ×ηである。ここで、（Ｔ１−Ｔ２）×ＶＯ×γ×ηは、エンジン２出口から排出された冷却液が熱交換器５に流れ、エンジン２入口に戻る過程において失われる熱量に相当する。ここで、熱交換器通路３２について、熱交換器５以外の配管における放熱量は、熱交換器５における放熱量に比較してかなり小さいので、実質的に無視できる。

（Ｄ２）
（Ｄ２）は条件Ｄ１に対応する。この場合、冷却液が分岐通路７に流れず、熱交換器５およびラジエータ６の双方に流れていると判定されている。熱交換器５から貯湯系４へ温水として回収される回収エネルギ量をＱｄとすると、Ｑｄ＝（Ｔ１−Ｔ２）×ＶＯ×α×γ×ηである。ここでαは、Ｖ０を１と相対表示するとき、熱交換器５に流れる冷却液の流量比率に相当する。従って、ＶＯ×αは、熱交換器５に流れる冷却液の流量に相当する。ここでも、熱交換器通路３２において熱交換器５以外の配管における放熱量は、熱交換器５における放熱量に比較してかなり小さいので、実質的に無視できる。

（Ｅ２）
（Ｅ２）は条件Ｅ１に対応する。この場合、冷却液がラジエータ６に流れていると判定されている。熱交換器５から貯湯系４へ温水として回収される回収エネルギ量をＱｅとすると、熱交換器５に冷却液が流れていないため、Ｑｅ＝０である。

図２は、制御装置１００が実行する回収エネルギ演算処理のフローチャートの一例を示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。先ず、各温度センサ８１〜８３の温度Ｔ１，温度Ｔ２，温度Ｔ３を読み込む（ステップＳ１０２）。次にＱｐを求める（ステップＳ１０４）。次にＣを求める（ステップＳ１０６）。次に、前記したようにＴ０＝Ｔ１−（Ｑｐ／Ｃ）の演算式に基づいて、温度Ｔ０を求める（ステップＳ１０８）。温度条件が前記した条件Ａ１に該当すれば（ステップＳ１１０）、Ｑａを演算で求める（ステップＳ１１２）。温度条件が前記した条件Ｂ１に該当すれば（ステップＳ１１４）、Ｑｂを演算で求める（ステップＳ１１６）。温度条件が前記した条件Ｃ１に該当すれば（ステップＳ１１８）、Ｑｃを演算で求める（ステップＳ１２０）。温度条件が前記した条件Ｄ１に該当すれば（ステップＳ１２２）、Ｑｄを演算で求める（ステップＳ１１６）。温度条件が前記した条件Ｅ１に該当すれば（ステップＳ１２６）、Ｑｅを演算で求める（ステップＳ１２８）。

以上説明したように本実施形態によれば、熱交換器５を流れる冷却液の流量を検知する流量センサを用いることなく、温度Ｔ０，Ｔ２，Ｔ３に基づいて、熱交換器５を流れる冷却液の流量の比率αを演算で求めることができる。そして熱交換器５を流れる冷却液の流量をＶ２とするとき、エンジン２を流れる全体の流量Ｖ０は把握されているため、流量Ｖ２（流量Ｖ０×比率α）を演算で求めることができる。

更に本実施形態によれば、熱交換器５から貯湯系４へ回収される回収エネルギ量をＱとするとき、エンジン２の出口側の冷却液の温度Ｔ１と熱交換器５の出口側の冷却液の温度Ｔ２との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）と、熱交換器５を流れる冷却液の流量Ｖ２とに基づいて、回収エネルギ量Ｑを演算で求めることができる。このため、特許文献１で用いられていた貯湯系４の貯湯通路４１から熱交換器５に供給される水（熱媒体）の流量を求める流量センサの廃止、貯湯系４の貯湯通路４１から熱交換器５に供給される水（熱媒体）の温度を求める温度センサの廃止を期待することもできる。但し、他の目的などで当該流量センサ、当該温度センサを装備しても良い。

更に本実施形態によれば、冷却液循環路３におけるエンジン２の入口側の冷却液の温度をＴ０とするとき、エンジン入口温度検知手段を構成する制御装置１００は、発電機１の発電出力Ｗｏｕｔに対応するエンジン２の発熱量Ｑｐに関するデータと、エンジン２を流れる冷却液の流量に関するデータと、エンジン出口温度センサ８１で検知されたエンジン２の出口側の冷却液の温度Ｔ１とに基づいて、温度Ｔ０を求めることにしている。この場合、エンジン２の入口に供給される冷却液の温度Ｔ０を演算で把握することができる。従って、エンジン２の入口に供給される冷却液の温度を実際に検知する温度センサを廃止することができる。よって、部品点数の削減、コスト低減に貢献できる。但し、他の目的に使用する等のために、必要に応じて当該温度センサを用いても良い。更に本実施形態によれば、上記したように、熱交換器５から貯湯系４へ回収される回収エネルギ量Ｑを演算で求めることができるため、貯湯系４の貯湯通路４１を流れる水の流量を検知する流量センサを廃止することができる。この結果、部品点数の削減、コスト低減に貢献できる。

（実施形態２）
実施形態２は、実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図３に示すように、制御装置１００には、メモリ等の記憶要素１０２およびＣＰＵ１０４が搭載されている。記憶要素１０２の所定のエリアには、発電機１の発電出力Ｗｏｕｔとエンジン２の発熱量Ｑｐ（ｋＷ）との関係を示すデータを格納する第１マップ２０１が搭載されている。更に、記憶要素１０２の所定のエリアには、エンジン２を流れる冷却液の流量Ｖ０（リットル／ｍｉｎ）に関するデータを格納する第２マップ２０２が搭載されている。更に、冷却液の流量Ｖ０（リットル／ｍｉｎ）と冷却液比熱式Ｃ（ｋＷ／Ｋ）との関係を示す第３マップ２０３が搭載されている。

ここで、図４は、実際のコージェネレーション装置における実機データを示す。図４のデータを作成するにあたり、実際のコージェネレーション装置に用い、貯湯通路４１を流れる水の流量を測定する流量センサを実際に取り付け、貯湯通路４１のうち熱交換器５の前後に温度センサを実際に取り付けた。この状態において、エンジン２の出口側の温度Ｔ１を変更したとき、当該流量センサで検知された貯湯通路４１を流れる水の流量と、熱交換器５から貯湯通路４１が受熱して昇温した温度とに基づいて、貯湯槽４０に回収された回収熱量を実際に求めた。更に発電機１の発電出力Ｗｏｕｔ（ｋＷ）を変更させた。そして、回収熱量（ｋＷ）と温度Ｔ１（℃）と発電機１の発電出力Ｗｏｕｔ（ｋＷ）との関係を図４に示した。図４に示すデータに基づいて、第１マップ２０１は作成されている。

冷却液循環路３の通路構造が複雑である場合には、エンジン２を流れる冷却液の流量Ｖ０は、ポンプ３０に通電される電流の周波数および電流値の他に、冷却液循環路３の通路構造にも影響を受ける。冷却液循環路３の通路構造は固定的構造である。ポンプ３０に通電される電流の周波数および／または電流値に応じて、エンジン２を流れる冷却液の流量Ｖ０に関するデータが、第２マップ２０２に格納されている。従って、制御装置１００のＣＰＵ１０４は、発電機１の発電出力Ｗｏｕｔ（ｋＷ）に対応するエンジン２の発熱量Ｑｐ（ｋＷ）に関するデータを第１マップ２０１から抽出し、エンジン２を流れる冷却液の流量Ｖ０（リットル／ｍｉｎ）に関するデータを第２マップ２０２から抽出し、更に、Ｔ０＝Ｔ１−（Ｑｐ／Ｃ）に従い、温度Ｔ０（℃）を演算で求める。ＣＰＵ１０４は、上記したように温度Ｔ０（℃）を演算で求めるため、エンジン２の入口に供給される冷却液の温度Ｔ０を実際に検知する温度センサを廃止することができる。よって部品点数の削減、コスト低減に貢献できる。

（実施形態３）
実施形態３は、実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。但し、実施形態１では説明し易くするため、冷却液として水を使用して説明したが、実施形態３では、冷却液として、エチレングリコールと水とが共存する混合物が用いられている。このため、比熱の値の変動を考慮している。次の（条件Ａ３）〜（条件Ｅ３）は、前記した（Ａ１）〜（Ｅ１）にそれぞれ対応している。

（条件Ａ３）Ｔ１≦Ｔｈ１が満足されるとき
Ｔ１＜Ｔｈ１であれば、第１弁９１は熱交換器５側へは開放しておらず、冷却液が分岐通路７のみに流れていると、制御装置１００は判定する。従って、熱交換器５から貯湯系４へ温水として回収される回収エネルギ量をＱａｗとすると、熱交換器５には冷却液が流れていないため、Ｑａｗ＝０である。

（条件Ｂ３）Ｔｈ１＞Ｔ１＞Ｔｈ２が満足され、且つ、Ｔ２≦Ｔ０が満足されるとき
この場合、前述したように、冷却液が分岐通路７および熱交換器５の双方に流れており、ラジエータ６には流れていないと、制御装置１００は判定する。熱交換器５から貯湯系４へ温水として回収される回収エネルギ量をＱｂｗとすると、次の数式４に示すように、Ｑｂｗ＝（Ｔ１−Ｔ０）×Ｃ×ηである。補正係数ηは１とみなしている。ここで、Ｃには、前述した数式２から理解できるように、冷却液の密度ρと、冷却液の比熱ｃと、流量Ｖ０のパラメータが含まれている。

（条件Ｃ３）Ｔ１≦Ｔｈ２が満足され、且つ、Ｔ２≒Ｔ０が満足されるとき
この場合、前述したように、冷却液が分岐通路７およびラジエータ６に流れず、実質的に熱交換器５のみに流れていると、制御装置１００は判定する。熱交換器５から貯湯系４へ温水として回収される回収エネルギ量をＱｃｗとすると、Ｑｃｗ＝（Ｔ１−Ｔ２）×Ｃ×ηである。補正係数ηは１とみなしている。

（条件Ｄ３）Ｔ１＞Ｔｈ２が満足され、且つ、Ｔ２＞Ｔ０および／またはＴ３＜Ｔ０が満足されるとき
この場合、前述したように、冷却液が分岐通路７に流れず、熱交換器５およびラジエータ６の双方に流れていると、制御装置１００は判定する。熱交換器５から貯湯系４へ温水として回収される回収エネルギ量をＱｄｗとすると、数式５に示すように、Ｑｄｗ＝（Ｔ１−Ｔ２）×Ｃ×α×ηである。補正係数ηは１とみなしている。ここで前述したように、α＝（Ｔ０−Ｔ３）／（Ｔ２−Ｔ３）が成立する。

（条件Ｅ３）Ｔ１＞Ｔｈ２が満足され、且つ、Ｔ３≒Ｔ０が満足されるとき
この場合、前述したように、冷却液がラジエータ６のみに流れていると、制御装置１００は判定する。熱交換器５から貯湯系４へ温水として回収される回収エネルギ量をＱｅｗとすると、冷却液は熱交換器５に流れていないため、Ｑｅｗ＝０である。上記した条件Ａ３〜条件Ｅ３における処理に基づいて、回収エネルギ量演算手段を構成する制御装置１００は、熱交換器５から貯湯系４へ温水として回収される回収エネルギ量Ｑを演算で求めることができる。このため貯湯通路４１を流れる流量を検知する流量センサを廃止することができる。但し、回収エネルギ量Ｑの演算以外の用途であれば、当該流量センサを貯湯通路４１に設けても良い。

上記した実施形態では、流量調整部９は、第１弁９１と第２弁９２とで形成されているが、これに限らず、単一構造の三方弁等の弁としも良い。流量調整部９はワックス式に限らず、電磁弁としても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施形態に設けられている特有の構造および機能は、他の実施形態においても適用可能である。

本発明はコージェネレーション装置に利用できる。

コージェネレーション装置のブロック図である。 制御装置が実行するフローチャートの一例である。 制御装置の記憶要素に格納されているデータを示す図である。 エンジンの出口側の温度Ｔ１と、貯湯槽に回収された実際の回収熱量と、発電機の発電出力Ｗｏｕｔとの関係を示すグラフである。 発明概念を説明する概念図である。 発明概念を説明する別の概念図である。

符号の説明

１は発電機、２はエンジン、３は冷却液循環路、３０はポンプ（冷却液搬送源）、３２は熱交換器通路、３４はラジエータ通路、４は貯湯系（熱エネルギ回収系）、４０は貯湯槽、４１は貯湯通路、６はラジエータ、７は分岐通路、８１はエンジン出口温度センサ、８２は熱交換器出口温度センサ、８３はラジエータ出口温度センサ、９は流量調整部、９１は第１弁、９２は第２弁を示す。

Claims (5)

1. 電気エネルギを発生させる発電機を駆動させるエンジンと、前記エンジンに接続され冷却液を循環させて前記エンジンを冷却する冷却液循環路と、前記冷却液循環路の冷却液を循環させる冷却液搬送源と、前記冷却液循環路に設けられ熱エネルギ回収系の熱媒体と熱交換する回収用熱交換器と、前記冷却液循環路において前記回収用熱交換器に対して並列に配置された並列通路と、前記冷却液循環路において前記エンジン出口側の冷却液の温度を検知するエンジン出口温度センサと、前記冷却液循環路において前記回収用熱交換器の出口側の冷却液の温度を検知する熱交換器出口温度センサと、前記並列通路の出口側の冷却液の温度を検知する並列通路出口温度センサと、前記回収用熱交換器を流れる冷却液の流量と、前記並列通路を流れる冷却液の流量とを、前記エンジン出口側の冷却液の温度に応じて調整する流量調整部と、を具備するコージェネレーション装置において、
   前記エンジンの入口側の冷却液の温度をＴ０とし、前記回収用熱交換器の出口側の冷却液の温度Ｔ２とし、前記並列通路の出口側を流れる冷却液の温度Ｔ３とするとき、
   前記冷却液循環路のうち前記エンジンの入口側の冷却液の温度Ｔ０を間接的または直接的に求めるエンジン入口温度検知手段と、
   前記冷却液循環路における前記エンジンの入口側の冷却液の温度Ｔ０と、前記回収用熱交換器の出口側の冷却液の温度Ｔ２と、前記並列通路の出口側を流れる冷却液の温度Ｔ３とに基づいて、前記回収用熱交換器を流れる冷却液の流量を求める流量検知手段を具備することを特徴とするコージェネレーション装置。
2. 請求項１において、前記エンジン出口温度センサで検知される前記エンジンの出口側の冷却液の温度をＴ１とするとき、前記エンジンの出口側の冷却液の温度Ｔ１と前記回収用熱交換器の出口側の温度Ｔ２との差（Ｔ１−Ｔ２）と、前記流量検知手段で求められた前記回収用熱交換器を流れる冷却液の流量とに基づいて、
   前記回収用熱交換器から前記熱エネルギ回収系の熱媒体へ熱交換されて回収される回収エネルギ量を求める回収エネルギ量演算手段が設けられていることを特徴とするコージェネレーション装置。
3. 請求項１において、前記並列通路は、前記冷却液循環路において前記回収用熱交換器に対して並列に配置されたラジエータと、前記回収用熱交換器および前記ラジエータに対して並列に配置された分岐通路とを具備しており、
   前記温度Ｔ３を、前記ラジエータの出口側の冷却液の温度とするとき、
   前記流量検知手段は、冷却液が前記回収用熱交換器および前記ラジエータに流れるとき、前記冷却液循環路における前記エンジンの入口側の冷却液の温度Ｔ０と、前記回収用熱交換器の出口側の冷却液の温度Ｔ２と、前記ラジエータの出口側の冷却液の温度Ｔ３とに基づいて、前記回収用熱交換器を流れる冷却液の流量を求め、
   前記回収エネルギ量演算手段は、前記エンジンの出口側の冷却液の温度Ｔ１と前記回収用熱交換器の出口側の温度Ｔ２との温度差と、前記流量検知手段で求められた前記回収用熱交換器を流れる冷却液の流量とに基づいて、前記回収用熱交換器から前記熱エネルギ回収系へ回収される回収エネルギ量を求めることを特徴とするコージェネレーション装置。
4. 請求項３において、前記流量調整部は、前記回収用熱交換器に冷却液を流し始める第１開弁温度と、前記ラジエータに冷却液を流し始める第２開弁温度とを備えており、前記第２開弁温度をＴｈ２とするとき、
   Ｔ１＞Ｔｈ２が満足され、且つ、Ｔ２＞Ｔ０および／またはＴ３＜Ｔ０が満足されるとき、冷却液が前記ラジエータおよび前記回収用熱交換器に流れていると判定する判定手段が設けられていることを特徴とするコージェネレーション装置。
5. 請求項１〜４のうちの一項において、前記エンジン入口温度検知手段は、
   前記発電機の発電出力に対応する前記エンジンの発熱量に関するデータと、前記エンジンを流れる冷却液の流量に関するデータと、前記エンジン出口温度センサで検知された前記エンジンの出口側の冷却液の温度とに基づいて、前記冷却液循環路における前記エンジンの入口側の冷却液の温度を求めることを特徴とするコージェネレーション装置。

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