JP2017160812A - エンジンコージェネレーション装置 - Google Patents
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Abstract
Description
発電機を駆動するエンジンと、空気または空気と燃料との混合気を圧縮して前記エンジンに供給する過給機と、前記過給機で圧縮された圧縮気体から熱を回収し、回収した熱を用いて熱源水を生成する熱源水生成部とを有し、
前記熱源水生成部は、前記過給機から供給された圧縮気体から熱を回収する高温インタークーラと、前記高温インタークーラから供給された圧縮気体から熱を回収する中温インタークーラと、前記中温インタークーラから供給された圧縮気体を前記エンジンの運転に適した所定の温度まで冷却して前記エンジンに供給する低温インタークーラとを有し、
前記中温インタークーラにより回収した熱を用いて中温熱源水を生成し、前記高温インタークーラにより回収した熱を用いて前記中温熱源水よりも温度が高い高温熱源水を生成する点にある。
前記中温バイパス弁を閉じ、前記中温インタークーラで圧縮気体から熱を回収し、中温熱源水を生成する中温熱主運転と、
前記中温バイパス弁を開いて前記中温バイパス流路に圧縮気体を通流させ、中温熱源水の生成を停止する中温バイパス運転を切り換えて行う点にある。
熱媒の温度を所定温度以下に制御して中温インタークーラの冷却能力を確保し、エンジンを保護して適切な運転を継続することができ好適である。
前記高温バイパス弁を閉じ、前記高温インタークーラで圧縮気体から熱を回収し、高温熱源水を生成する高温熱主運転と、
前記高温バイパス弁を開いて前記高温バイパス流路に圧縮気体を通流させ、高温熱源水の生成を停止する高温バイパス運転とを切り換えて行う点にある。
以下図面を参照しながら、第1実施形態に係るエンジンコージェネレーション装置について説明する。エンジンコージェネレーション装置100は、発電機1と、発電機1を駆動するエンジン2と、空気と燃料との混合気を圧縮してエンジン2に供給する過給機3と、過給機3で圧縮された圧縮気体から熱を回収し、回収した熱を用いて熱源水を生成する熱源水生成部4と、これらの動作を制御する制御部Cとを有する。
熱源水生成部4は、高温インタークーラHCと、中温インタークーラMCと、低温インタークーラLCとを有する。これら3つのインタークーラは、内部を通流する圧縮気体と、外部から供給される熱媒とを熱交換させて、圧縮気体の有する熱を熱媒へと回収し、熱媒を加熱し、圧縮気体を冷却する。
これら3つのインタークーラは、圧縮気体流路11に設けられる。本実施形態では、高温インタークーラHCは、過給機3の下流側に設けられ、過給機3から流出した圧縮気体が高温インタークーラHCに供給される。中温インタークーラMCは、高温インタークーラHCの下流側に設けられ、高温インタークーラHCから流出した圧縮気体が中温インタークーラMCに供給される。低温インタークーラLCは、中温インタークーラMCの下流側に設けられ、中温インタークーラMCから流出した圧縮気体が低温インタークーラLCに供給される。低温インタークーラLCから流出した圧縮気体は、エンジン2へ供給される。
高温熱媒流路H1は、高温インタークーラHCと高温熱源水加熱器H4との間で熱媒を循環させる流路である。本実施形態では、熱媒として水を用いる。高温熱媒流路H1には、高温インタークーラHCの下流側から以下の順で、高温ポンプH2、過冷却検知センサ32、過冷却防止弁31、高温膨張タンクH3、高温熱源水加熱器H4、高温温調弁H8、および高温温度センサH9が設けられている。
高温熱源水加熱器H4は、高温熱媒流路H1を通流する熱媒と、高温熱源水流路H5を通流する高温熱源水とを熱交換させる、熱交換器である。つまり高温熱源水加熱器H4では、高温熱源水流路H5から供給された高温熱源水が加熱され、高温熱媒流路H1から供給された熱媒が冷却される。例えば、熱媒が115℃から111℃に冷却され、高温熱源水が100℃から115℃に加熱される。
高温温調弁H8は三方弁であり、高温放熱流路H7と高温熱媒流路H1とを接続している。高温放熱流路H7の他方の端部は、高温温調弁H8と高温熱源水加熱器H4との間に接続されている。高温放熱流路H7には、高温放熱器H6が設けられている。
過冷却防止弁31は三方弁であり、過冷却防止流路33と高温熱媒流路H1とを接続している。過冷却防止流路33の他方の端部は、高温温度センサH9と高温インタークーラHCとの間に接続されている。すなわち過冷却防止流路33は、高温インタークーラHCから流出して高温ポンプH2から送出された熱媒を、高温熱源水加熱器H4および高温放熱流路H7を経由せずバイパスして、高温インタークーラHCへ送出する流路である。
冷却水流路21は、高温放熱器H6とラジエータ23との間で冷却水を循環させる流路である。冷却水流路21に設けられた冷却水ポンプ22は、冷却水流路21に冷却水を循環させるポンプである。冷却水ポンプ22の動作は、制御部Cによって制御され、冷却水流路21における熱媒の流量・流速を調整する。ラジエータ23は、空冷式の冷却器であり、内部を通流する冷却水を冷却する。冷却水流路21は、後述する中温放熱器M6および低温放熱器L6にも接続され、これらに冷却水を供給する。
中温熱媒流路M1は、中温インタークーラMCと中温熱源水加熱器M4との間で熱媒を循環させる流路である。本実施形態では、熱媒として水を用いる。中温熱媒流路M1には、中温インタークーラMCの下流側から以下の順で、中温ポンプM2、中温膨張タンクM3、中温熱源水加熱器M4、中温温調弁M8、および中温温度センサM9が設けられている。
中温熱源水加熱器M4は、中温熱媒流路M1を通流する熱媒と、中温熱源水流路M5を通流する中温熱源水とを熱交換させる、熱交換器である。つまり中温熱源水加熱器M4では、中温熱源水流路M5から供給された中温熱源水が加熱され、中温熱媒流路M1から供給された熱媒が冷却される。例えば、熱媒が105℃から90℃に冷却され、中温熱源水が80℃から105℃に加熱される。
中温温調弁M8は三方弁であり、中温放熱流路M7と中温熱媒流路M1とを接続している。中温放熱流路M7の他方の端部は、中温温調弁M8と中温熱源水加熱器M4との間に接続されている。中温放熱流路M7には、中温放熱器M6が設けられている。
低温熱媒流路L1は、低温インタークーラLCと低温放熱器L6との間で熱媒を循環させる流路である。本実施形態では、熱媒として水を用いる。低温熱媒流路L1には、低温インタークーラLCの下流側から以下の順で、低温膨張タンクL3、低温放熱器L6、低温温調弁L8、低温温度センサL9および低温ポンプL2が設けられている。
低温温調弁L8は三方弁であり、低温温調流路L10と低温熱媒流路L1とを接続している。低温温調流路L10の他方の端部は、低温インタークーラLCと低温膨張タンクL3との間に接続されている。すなわち低温温調流路L10は、低温インタークーラLCから流出した熱媒を、低温放熱器L6を経由せずバイパスして、低温インタークーラLCへ送出する流路である。
圧縮気体流路11に、中温バイパス流路12が設けられる。中温バイパス流路12は、中温インタークーラMCの上流側と下流側とを接続してバイパスする。中温バイパス流路12は、圧縮気体の流路の断面積が、中温インタークーラMCの圧縮気体の流路の断面積よりも大きくなるよう設けられる。そのため、中温バイパス流路12を圧縮気体が通流する際の圧損は、中温インタークーラMCの圧損に比べて小さい。
中温バイパス弁13を閉じた状態では、圧縮空気は中温バイパス流路12を通流することができず、中温インタークーラMCを通流する。そうすると上述した通り、中温インタークーラMCにて圧縮気体から熱が回収されて、熱源水生成部4にて中温熱源水の生成が行われる。この運転状態を中温熱主運転と呼ぶ。
中温バイパス弁13を開いた状態では、高温インタークーラHCから供給された圧縮気体は、圧損の大きい中温インタークーラMCではなく、圧損のより小さい中温バイパス流路12を通流する。そうすると、中温インタークーラMCで回収される熱量は小さくなり、熱源水生成部4での中温熱源水の生成は停止される。この運転状態を中温バイパス運転と呼ぶ。
中温熱主運転では、高温インタークーラHCおよび中温インタークーラMCでの熱回収が行われ、高温熱源水と中温熱源水の両方が生成される。よって中温熱主運転は、エンジンコージェネレーション装置100の全体効率が高い状態である。一方、過給機3で圧縮された圧縮気体が、高温インタークーラHC、中温インタークーラMCおよび低温インタークーラLCを通流するから、エンジン2への圧縮気体の供給については圧損が大きい状態である。
上述した第1実施形態では、圧縮気体流路11に、中温インタークーラMCの上流側と下流側とを接続してバイパスする中温バイパス流路12が設けられた。中温バイパス流路12に換えて、圧縮気体流路11に、高温インタークーラHCの上流側と下流側とを接続してバイパスする高温バイパス流路14を設けてもよい。
図2に示す第2実施形態に係るエンジンコージェネレーション装置100では、圧縮気体流路11に、高温バイパス流路14が設けられる。高温バイパス流路14は、高温インタークーラHCの上流側と下流側とを接続してバイパスする。高温バイパス流路14は、圧縮気体の流路の断面積が、高温インタークーラHCの圧縮気体の流路の断面積よりも大きくなるよう設けられる。そのため、高温バイパス流路14を圧縮気体が通流する際の圧損は、高温インタークーラHCの圧損に比べて小さい。
高温バイパス弁15を閉じた状態では、圧縮空気は高温バイパス流路14を通流することができず、高温インタークーラHCを通流する。そうすると上述した通り、高温インタークーラHCにて圧縮気体から熱が回収されて、熱源水生成部4にて高温熱源水の生成が行われる。この運転状態を高温熱主運転と呼ぶ。
高温バイパス弁15を開いた状態では、高温インタークーラHCから供給された圧縮気体は、圧損の大きい高温インタークーラHCではなく、圧損のより小さい高温バイパス流路14を通流する。そうすると、高温インタークーラHCで回収される熱量は小さくなり、熱源水生成部4での高温熱源水の生成は停止される。この運転状態を高温バイパス運転と呼ぶ。
高温熱主運転では、高温インタークーラHCおよび高温インタークーラHCでの熱回収が行われ、中温熱源水と高温熱源水の両方が生成される。よって高温熱主運転は、エンジンコージェネレーション装置100の全体効率が高い状態である。一方、過給機3で圧縮された圧縮気体が、高温インタークーラHC、高温インタークーラHCおよび低温インタークーラLCを通流するから、エンジン2への圧縮気体の供給については圧損が大きい状態である。
(1)上述の実施形態では、空気と燃料との混合気を過給機3に供給し、混合気を過給機3で圧縮してエンジン2に供給した。これを改変して、空気を過給機3に供給して圧縮し、圧縮された空気に燃料を混合してエンジン2に供給してもよい。
2 :エンジン
3 :過給機
4 :熱源水生成部
5 :エンジン冷却部
8 :中温熱媒冷却部
11 :圧縮気体流路
12 :中温バイパス流路
13 :中温バイパス弁
14 :高温バイパス流路
15 :高温バイパス弁
100 :エンジンコージェネレーション装置
HC :高温インタークーラ
LC :低温インタークーラ
MC :中温インタークーラ
M1 :中温熱媒流路
Claims (8)
- 発電機と、前記発電機を駆動するエンジンと、空気または空気と燃料との混合気を圧縮して前記エンジンに供給する過給機と、前記過給機で圧縮された圧縮気体から熱を回収し、回収した熱を用いて熱源水を生成する熱源水生成部とを有し、
前記熱源水生成部は、前記過給機から供給された圧縮気体から熱を回収する高温インタークーラと、前記高温インタークーラから供給された圧縮気体から熱を回収する中温インタークーラと、前記中温インタークーラから供給された圧縮気体を前記エンジンの運転に適した所定の温度まで冷却して前記エンジンに供給する低温インタークーラとを有し、
前記中温インタークーラにより回収した熱を用いて中温熱源水を生成し、前記高温インタークーラにより回収した熱を用いて中温熱源水よりも温度が高い高温熱源水を生成するエンジンコージェネレーション装置。 - 前記高温熱源水の温度が100℃より高く、前記中温熱源水の温度が100℃以下である請求項1に記載のエンジンコージェネレーション装置。
- 前記熱源水生成部は、前記エンジンを冷却するエンジン冷却部を有し、前記エンジン冷却部により回収した熱を用いて高温熱源水を生成する請求項1または2に記載のエンジンコージェネレーション装置。
- 前記過給機と前記高温インタークーラと前記中温インタークーラと前記低温インタークーラとを接続し、その内部を前記圧縮気体が通流する圧縮気体流路と、前記圧縮気体流路にて前記中温インタークーラの上流側と下流側とを接続してバイパスする中温バイパス流路と、前記中温バイパス流路に設けられた中温バイパス弁とを有し、
前記中温バイパス弁を閉じ、前記中温インタークーラで圧縮気体から熱を回収し、中温熱源水を生成する中温熱主運転と、
前記中温バイパス弁を開いて前記中温バイパス流路に圧縮気体を通流させ、中温熱源水の生成を停止する中温バイパス運転とを切り換えて行う請求項1〜3のいずれか1項に記載のエンジンコージェネレーション装置。 - 前記熱源水生成部は、前記中温熱主運転を行っている際、前記発電機が発電する電力が所定の目標値を下回る状態が所定の閾値時間を越えて継続した場合には、前記中温バイパス運転に切り換える請求項4に記載のエンジンコージェネレーション装置。
- 前記熱源水生成部は、前記中温インタークーラに熱媒を供給して前記圧縮気体と熱交換させる中温熱媒流路と、前記中温熱媒流路を通流する熱媒を冷却する中温熱媒冷却部とを有し、前記中温熱媒流路を通流して前記中温インタークーラへ流入する熱媒の温度が所定の閾値温度を越えた場合に、前記中温熱媒冷却部を動作させて熱媒を冷却する請求項1〜5のいずれか1項に記載のエンジンコージェネレーション装置。
- 前記過給機と前記高温インタークーラと前記中温インタークーラと前記低温インタークーラとを接続し、その内部を前記圧縮気体が通流する圧縮気体流路と、前記圧縮気体流路にて前記高温インタークーラの上流側と下流側とを接続してバイパスする高温バイパス流路と、前記高温バイパス流路に設けられた高温バイパス弁とを有し、
前記高温バイパス弁を閉じ、前記高温インタークーラで圧縮気体から熱を回収し、高温熱源水を生成する高温熱主運転と、
前記高温バイパス弁を開いて前記高温バイパス流路に圧縮気体を通流させ、高温熱源水の生成を停止する高温バイパス運転とを切り換えて行う請求項1〜6のいずれか1項に記載のエンジンコージェネレーション装置。 - 前記熱源水生成部は、前記高温熱主運転を行っている際、前記発電機が発電する電力が所定の目標値を下回る状態が所定の閾値時間を越えて継続した場合には、前記高温バイパス運転に切り換える請求項7に記載のエンジンコージェネレーション装置。
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