JP3765031B2

JP3765031B2 - Cogeneration equipment

Info

Publication number: JP3765031B2
Application number: JP24061898A
Authority: JP
Inventors: 尚広出口; 博徳西江; 洋梅野; 一宏戸川; 伸岩田; 善隆柴田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: JP2000073861A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコジェネレーション装置に関し、特に複数台のエンジン発電ユニットを同時に運転する場合の、廃熱回収構造の簡素化に好適なコジェネレーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護の必要性が喧伝され、自家エネルギ供給設備としてのコジェネレーション装置が注目されている。図７はエンジン発電ユニットを含んだコジェネレーション装置の冷却水回路図である。このコジェネレーシン装置は、図示しない発電機を駆動するための水冷エンジン１００、および該水冷エンジン１００の廃熱を回収するための冷却水管２００を有している。水冷エンジン１００には水冷回路１１０および排気熱交換器１２０、ならびに混合気を吸入して燃焼させ、排気ガスを排出する周知の吸排気系１３０が設けられている。前記冷却水管２００は排気熱交換器１２０で前記吸排気系１３０と接触し、かつ、水冷回路１１０を通過して水冷エンジン１００の廃熱を回収する。
【０００３】
前記冷却水管２００には液−液熱交換器３００と水ポンプ４００とが設けられており、前記液−液熱交換器３００の二次側つまり温水管５００には熱負荷６００が接続されている。水ポンプ４００によって冷却水管２００を循環した冷却水は水冷エンジン１００の水冷回路および排気熱交換器で廃熱を回収して昇温する。温度が上がった冷却水の熱は液−液熱交換器３００で温水管５００内の水の温度を上昇させ、結果的に熱負荷６００に熱が供給される。
【０００４】
特開平４−２７７４７号公報には、複数台の発電ユニットを同時に運転する場合において、それぞれの冷却水管を連結した廃熱利用装置が提案されている。この廃熱利用機器では、熱負荷と液−液熱交換器との間で水を循環させるポンプを複数台の発電ユニットで共用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のコジェネレーション装置を複数台同時に運転する場合に次の問題点があった。コジェネレーション装置に接続された負荷（電力負荷や熱負荷）は多種多様であり、個々の負荷に応じた最適な発電ユニットを予め揃えておくことは困難である。この場合、上記公報に開示されているように複数の発電ユニットを連結して使用することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、通常、発電ユニットは個々に独立した冷却水回路を有しているため、複数台の発電ユニットを連結して同時運転させる場合に、各冷却水回路の配管が大掛かりとなる。したがって、連結の作業や配管部材の準備の見地から、負荷側の要求に合わせて発電ユニットを任意の台数分適宜連結するということが容易ではない。
【０００７】
本発明の目的は、発電ユニットを適宜連結して幅広い負荷要求に容易に対応することができるようにしたコジェネレーション装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンおよび該エンジンで駆動される発電機からなる発電ユニットを複数台設け、前記それぞれの発電ユニット内に設けられた冷却水回路を互いに連結することにより前記各発電ユニットに冷却水を循環させて廃熱を回収するコジェネレーション装置において、前記複数台の発電ユニットのうちの１台が、前記冷却水の循環ポンプと、前記冷却水で回収した熱量を取り出す熱交換器とを有する親機であって、前記親機を除く他の発電ユニットが、自己の冷却水回路が前記親機の冷却水回路に連結された状態で運転可能となる子機である点に特徴がある。
【０００９】
この特徴によれば、親機のポンプによって給送された冷却水は、親機の廃熱を回収するとともに、子機に含まれる冷却水回路を通じて子機の廃熱を回収し、親機の熱交換器に還流される。この熱交換器では冷却水から熱量を取り出して熱負荷に供給する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は、複数台のエンジン発電ユニット、特に、１台の親機とｎ台の子機を連結して同時運転するようにしたコジェネレーション装置の構成を示す冷却水系統図である。親機Ｐは図示しない発電機を駆動するための水冷エンジン（以下、単に「エンジン」という）１、およびエンジン１の廃熱を回収するための冷却水回路をなす冷却水管２を有している。エンジン１にはエンジン冷却回路１Ａおよび排気熱交換器１Ｂ、ならびに混合気を吸入して燃焼させ、排気ガスを排出する周知の吸排気系１Ｃが設けられている。エンジン冷却回路１Ａは、一般にエンジン１を覆って設けられるウォータジャケットを含む管路であり、排気熱交換器１Ｂは前記吸排気系１Ｃのマフラに隣接配置される冷却水管である。冷却水管２は排気熱交換器１Ｂで吸排気系１Ｃと接触し、かつ、エンジン冷却回路１Ａを通過してエンジン１の廃熱を回収する。冷却水管２には液−液熱交換器３と水ポンプ（以下、単に「ポンプ」という）４とが設けられており、前記液−液熱交換器３の二次側つまり温水管５には熱負荷（図示せず）が接続されている。
【００１１】
ポンプ４および排気熱交換器１Ｂを連結する冷却水管２はその途中で分岐し、出口６に結合されている。出口６は子機の冷却水管の入口（後述する）との連結に適するように規格化されたニップル等の金具またはねじ孔で構成するのがよい。また、エンジン１から出て液−液熱交換器３に向かう冷却水管２もその途中で分岐し、入口７に結合されている。入口７は、出口６と同様、子機の冷却水管の出口（後述する）との連結に適するように規格化されたニップル等の金具またはねじ孔で構成するのがよい。
【００１２】
子機Ｃは、親機Ｐと同様のエンジン１と、エンジン冷却回路１Ａおよび排気熱交換器１Ｂで廃熱を回収する冷却水管２を有する。但し、子機Ｃは親機Ｐと異なり、冷却水を給送するポンプや液−液熱交換器を有していない。冷却水管２のうち、エンジン１から出た部分は途中で分岐して第１出口（復路用出口）８と第１入口（復路用入口）９とにそれぞれ結合されている。一方、冷却水管２のうち、エンジン１の排気熱交換器１Ｂに連結される部分も、途中で分岐して第２入口（往路用入口）１０と第２出口（往路用出口）１１とにそれぞれ結合されている。第１出口８および第１入口９、ならびに第２入口１０および第２出口１１は、それぞれ親機Ｐや他の子機との連結に適するように規格化されたニップル等の金具またはねじ孔で構成するのがよい。
【００１３】
さらに、子機Ｃｎは親機Ｐや子機Ｃと同様のエンジン１と、エンジン冷却回路１Ａおよび排気熱交換器１Ｂで廃熱を回収する冷却水管２を有する。但し、該子機Ｃｎは子機Ｃと異なり、冷却水の入口および出口はそれぞれ１か所にのみ設けられている。出口１２と入口１３とである。
【００１４】
前記子機Ｃおよび子機Ｃｎとの間には、子機Ｃと同様の発電ユニットを負荷に応じて必要な台数連結することができる。なお、発電ユニットつまり親機Ｐと子機Ｃ〜子機Ｃｎをできるだけ小さいスペースに設置できるようにするため、各発電ユニットを隣接して設置したときにそれぞれの冷却水の出口と入口が互いに近接するように、つまり、互いができるだけ短距離で連結されるように該出口および入口を配置するのがよい。例えば、親機Ｐと子機Ｃとの関係で説明すると、それぞれの設置面（底面）Ｐｂ，Ｃｂから出口６および第２入口１０までのそれぞれの高さは同一になるようにし、底面Ｐｂ，Ｃｂから入口７および第１出口８までのそれぞれの高さは同一になるようにするのがよい。各子機同士の関係でも同様に設定するのがよい。なお、各出口および入口は図示のように高さ方向にずれていなくても、同一レベルにあって水平方向にずれていてもよいし、一方を大径管、他方を小径管として同軸に配置してもよい。
【００１５】
なお、中間に配置される子機Ｃと端部に配置される子機Ｃｎとでは、冷却水管の構成や出口および入口の数等が異なっているが、これは必ずしも異ならせることはない。例えば子機Ｃｎを子機Ｃと同一に構成し（鎖線部分）、使用しない入口１４および出口１５には栓をするようにすればよい。
【００１６】
動作時に、ポンプ４を駆動すると、冷却水は各発電ユニットＰ，Ｃ，Ｃｎの各エンジン１に対して並列的に流入する。そして、冷却水は各エンジン１の排気熱交換器１Ｂとエンジン冷却回路１Ａとで廃熱を回収した後、再び合流して親機Ｐの液−液熱交換器３に流入する。液−液熱交換器３に流入する冷却水はすべての発電ユニットＰ，Ｃ，Ｃｎの廃熱を回収して高温になっており、該液−液熱交換器３の２次側つまり温水管５の温水と熱交換して該温水の温度を上昇させる。この熱交換によって温度が低下した冷却水はポンプ４に戻って、再び各エンジン１に給送される。以上の動作を繰り返すことにより、冷却水で回収した熱は液−液熱交換器３の２次側に接続された熱負荷で有効に利用される。なお、図示しない発電機で得られた電力は、電気負荷に供給されて利用される。
【００１７】
本実施形態のコジェネレーション装置では、同時運転される複数台の発電ユニットのうち１つを親機とし、他を子機として連結することができる。特に、冷却水の出口および入口を互いの発電ユニットを最短で連結できるように位置決めすることによって配管が短くてすむため管路抵抗や熱損失を低減することができ、かつ設置スペースも狭小化できるという利点がある。
【００１８】
また、発電ユニットの冷却水管の連結や取り外しが容易であることから、システムでの負荷の状態に応じて発電ユニットの連結台数を容易に変更することができる。換言すれば、連結台数を容易に変更できることから、多種多様な負荷要求に柔軟に対応することができる。さらに、コジェネレーション装置の移転に際しても、発電ユニット毎に運搬が可能であるため輸送手段の自由度や設置のための作業性が向上する。
【００１９】
以下、他の実施形態を説明する。図２は第２実施形態に係るコジェネレーション装置の冷却水系統図であり、図１と同符号は同一または同等部分を示す。この実施形態では、次のように冷却水回路を形成する。ここでは、排気熱交換器１Ｂとエンジン冷却回路１Ａとに冷却水を続けて通過させていない。すなわち、ポンプ４から出た冷却水を各発電ユニットＰ，Ｃ，Ｃｎのエンジン冷却回路１Ａに接続し、それぞれのエンジン冷却回路１Ａを通過した冷却水を一旦合流させる。そして、この合流させた冷却水を各排気熱交換器１Ｂに並列的に導入し、該排気熱交換器１Ｂを通過した冷却水を合流させて液−液熱交換器３に給送する。
【００２０】
エンジン冷却回路１Ａと排気熱交換器１Ｂとに別々に通過させた冷却水をすべての発電ユニットに連結させるため、冷却水の出入口を増やした。すなわち、各エンジン冷却回路１Ａに冷却水を供給するため、および各エンジン冷却回路１Ａから冷却水を戻すための出入口のほか、排気熱交換器１Ｂに冷却水を供給するため、および各排気熱交換器１Ｂから冷却水を戻すための出入口１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３を設けている。
【００２１】
次に、第３実施形態を説明する。図３は第３実施形態に係るコジェネレーション装置の冷却水系統図である。この実施形態ではエンジン冷却回路１Ａで廃熱を回収する冷却水回路（第１回路）と、排気熱交換器１Ｂで廃熱を回収する水回路（第２回路）とを別々に設けた。そして、第１回路は液−液熱交換器３の一次側に冷却水を循環させるようにする一方、第２回路は液−液熱交換器３の二次側に冷却水を循環させるようにした。すなわち、第１回路の冷却水は発電ユニット内に限って循環させられるが、第２回路の水は熱負荷にまで直接循環させられる。ここで、子機Ｃｎは第２実施形態と同様であるため、図示を省略する。
【００２２】
液−液熱交換器３の一次側に循環させる冷却水はポンプ４から親機Ｐおよび子機Ｃ，Ｃｎのエンジン冷却回路１Ａに並列的に給送され、該エンジン冷却回路１Ａを通過した後、合流して液−液熱交換器３に流入する。一方、液−液熱交換器３の二次側の管路（温水管）５は親機Ｐおよび子機Ｃ，Ｃｎの排気熱交換器１Ｂに連結されていて、該管路２４内の水は液−液熱交換器３を通過した後、各排気熱交換器１Ｂに並列的に給送され、該排気熱交換器１Ｂを通過した後、合流して液−液熱交換器３に流入する。
【００２３】
なお、温水管５内に水を循環させるためのポンプはこの温水管５上の適宜の箇所に設けられる。それは親機Ｐ内であってもよいし熱負荷側であってもよい。同様に、液−液熱交換器３も熱負荷側に設けることができる。この第３実施形態では、温水管５の水は液−液熱交換器３内で冷却水管２内を給送される冷却水と熱交換されて温度上昇させられた後、各排気熱交換器１Ｂでさらに温度上昇させられた後、図示しない熱負荷に搬送される。
【００２４】
次に、第４実施形態を説明する。図４は第４実施形態に係るコジェネレーション装置の冷却水系統図である。ここでは、第３実施形態と同様、エンジン冷却回路１Ａで廃熱を回収する冷却水回路（第１回路）と、排気熱交換器１Ｂで廃熱を回収する水回路（第２回路）とを別々に設けた。さらに、前記第１回路および第２回路毎に液−液熱交換器を設けて２つの熱負荷に温水を供給することができるようにした。ここで、子機Ｃｎは第２実施形態と同様であるため、図示を省略する。
【００２５】
液−液熱交換器３に循環させる冷却水はポンプ４から親機Ｐおよび子機Ｃ，Ｃｎのエンジン冷却回路１Ａに並列的に給送され、該エンジン冷却回路１Ａを通過した後、合流して液−液熱交換器３に流入する。
【００２６】
一方、液−液熱交換器２４に循環させる冷却水はポンプ２５から管路２７により親機Ｐおよび子機Ｃ，Ｃｎの排気熱交換器１Ｂに並列的に給送され、該排気熱交換器１Ｂを通過した後、合流して液−液熱交換器３に流入する。液−液熱交換器２４は液−液熱交換器３から独立した温水管２６を有している。したがって、温水管５によって第１の熱負荷に温水が給送されるとともに、温水管２６によって第１の熱負荷とは別の第２の熱負荷に温水が給送される。
【００２７】
上記コジェネレーション装置では、いずれもポンプから吐出された水は複数の廃熱回収部つまり各発電ユニットの水冷回路１Ａや排気熱交換器１Ｂに並列的に導入されるように冷却水回路を設定した。しかし、必ずしもこのような並列回路に限らず複数の廃熱回収部に直列的に水を給送して廃熱を回収するようにしてもよい。図５は、冷却水を複数の廃熱回収部へ直列に接続したシステムの一例を示す冷却水系統図である。同図に示すように、ポンプ４から吐出された冷却水は、順に、親機Ｐ、子機Ｃ，Ｃｎのエンジン１を通過して各排気熱交換器１Ｂおよびエンジン冷却回路１Ａで廃熱回収をする。そして、最後に、子機Ｃｎのエンジン１で廃熱回収をした冷却水は液−液熱交換器３に給送され、温水管５の温水と熱交換した後、ポンプ４に還流される。
【００２８】
以上、本発明をその実施形態に沿って説明した。しかし、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば発電ユニットつまり親機Ｐや子機Ｃ，Ｃｎを必ずしも一列に配列することなく、設置現場に適合させて、種々に変形させてもよい。例えば、図６のような、各種の配置が可能である。同図は連結された発電ユニットの平面図であり、符号Ｃｏｎｎは冷却水管の連結部である。同図（ａ）は発電ユニットＧＵを一列に配列した例、図６（ｂ）は発電ユニットＧＵを矩形に配列した例、図６（ｃ）は発電ユニットＧＵをＬ字状に配列した例である。
【００２９】
以上の説明から明らかなように、発電ユニットは親機のみでも使用できるし、任意の台数の子機を連結して使用することができる。また、一旦設置した後でも、必要な容量に応じたポンプや液−液熱交換器の見直し、つまり親機の変更のみで、子機の構造は変更することなく容易に連結台数を変更できる。したがって、容量負荷の要求に応じて連結台数を設定して最適なシステムを構成することができる。
【００３０】
さらに、複数の発電ユニットのうち任意のものを稼働させて回収熱量を変化させることにより、負荷に応じた運転も可能である。また、冷却水管上に流量調節弁を設け、冷却水の流量を調節することによって回収熱量の制御をすることもできる。
【００３１】
また、負荷の除去や新設により発電ユニットを移動させる必要が生じた場合にも、各発電ユニットは小型・軽量であるため、大型の輸送手段や重機を必要とせず、比較的簡単に設置および移動の作業を行うことができる。
【００３２】
なお、冷却水回路上におけるエンジン冷却回路および排気熱交換器の連結形態は図を参照して説明したものに限らず、例えば、第４実施形態のものにおいてポンプ４，２５および熱交換器３，２４をそれぞれ単一にすることができる。要は、連続した冷却水回路上にエンジン冷却回路および排気熱交換器をすべて含むように連結されればよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜請求項９の発明によれば、親機のポンプによって給送された冷却水は、親機の廃熱を回収するとともに、子機に含まれる冷却水回路を通じて子機の廃熱を回収し、親機の熱交換器に還流される。複数の発電ユニットのうち、親機となるもののみに循環ポンプと冷却水から熱量を取り出す熱交換器が設けられているので、子機は構造が簡単となり、冷却水回路同士の連結が容易であることから、必要な出力に応じて容易に連結台数を変更することができる。
【００３４】
特に、請求項６〜請求項９の発明によれば、発電ユニットの側面同士が対向するように配置をした場合にそれぞれの入口および出口同士を短距離で連結が可能となる。したがって、連結用材料が少なくなるほか、複数台の発電ユニットを隣接して配置できるので設置スペースが削減される。
【００３５】
また、請求項２〜請求項５の発明では、冷却水回路を並列接続したのでどの発電ユニットからも効率良く廃熱回収を行うことができる。さらに、請求項１〜９の発明によれば、子機の構造を同一にすることかできるため、発電ユニットの量産効果が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るコジェネレーション装置の冷却水系統図である。
【図２】第２実施形態に係るコジェネレーション装置の冷却水系統図である。
【図３】第３実施形態に係るコジェネレーション装置の冷却水系統図である。
【図４】第４実施形態に係るコジェネレーション装置の冷却水系統図である。
【図５】冷却水回路に直列に廃熱回収部を接続した一例を示す冷却水系統図である。
【図６】複数の発電ユニットの配置を平面図である。
【図７】従来使用されている単体の発電ユニットからなるコジェネレーション装置の冷却水系統図である。
【符号の説明】
１…水冷エンジン、２…冷却水管、３…液−液熱交換器、４…循環ポンプ、５…温水管、６，１１…往路用出口、７，９…復路用入口、８，１２…復路用出口、１０，１３…復路用出口、１Ａ…エンジン冷却回路、１Ｂ…排気熱交換器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cogeneration apparatus, and more particularly to a cogeneration apparatus suitable for simplifying a waste heat recovery structure when a plurality of engine power generation units are operated simultaneously.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the necessity of protecting the global environment has been advertised, and cogeneration devices as private energy supply facilities have attracted attention. FIG. 7 is a cooling water circuit diagram of the cogeneration apparatus including the engine power generation unit. This cogeneration race apparatus has a water cooling engine 100 for driving a generator (not shown) and a cooling water pipe 200 for recovering waste heat of the water cooling engine 100. The water-cooled engine 100 is provided with a water-cooling circuit 110, an exhaust heat exchanger 120, and a known intake / exhaust system 130 that sucks and burns an air-fuel mixture and discharges exhaust gas. The cooling water pipe 200 is in contact with the intake / exhaust system 130 by an exhaust heat exchanger 120 and passes through a water cooling circuit 110 to recover waste heat of the water cooling engine 100.
[0003]
The cooling water pipe 200 is provided with a liquid-liquid heat exchanger 300 and a water pump 400, and a heat load 600 is connected to the secondary side of the liquid-liquid heat exchanger 300, that is, the hot water pipe 500. . The cooling water circulated through the cooling water pipe 200 by the water pump 400 is heated by recovering waste heat in the water cooling circuit of the water cooling engine 100 and the exhaust heat exchanger. The heat of the cooling water whose temperature has been increased raises the temperature of the water in the hot water pipe 500 by the liquid-liquid heat exchanger 300, and as a result, heat is supplied to the heat load 600.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-27747 proposes a waste heat utilization apparatus in which cooling water pipes are connected when a plurality of power generation units are operated simultaneously. In this waste heat utilization device, a plurality of power generation units share a pump for circulating water between a heat load and a liquid-liquid heat exchanger.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
There are the following problems when operating a plurality of the above-mentioned cogeneration devices simultaneously. There are a wide variety of loads (electric power loads and thermal loads) connected to the cogeneration apparatus, and it is difficult to prepare optimal power generation units according to individual loads in advance. In this case, it is conceivable to connect and use a plurality of power generation units as disclosed in the above publication.
[0006]
However, since the power generation units usually have independent cooling water circuits, the piping of each cooling water circuit becomes large when a plurality of power generation units are connected and operated simultaneously. Therefore, it is not easy to appropriately connect an arbitrary number of power generation units in accordance with the load-side requirements from the viewpoint of connection work and piping member preparation.
[0007]
An object of the present invention is to provide a cogeneration apparatus that can appropriately connect power generation units to easily cope with a wide range of load requirements.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a plurality of power generation units including an engine and a generator driven by the engine are provided, and cooling water circuits provided in the respective power generation units are connected to each other, whereby cooling water is supplied to each power generation unit. In the cogeneration apparatus that circulates and recovers waste heat, one of the plurality of power generation units includes a parent pump having a circulating pump of the cooling water and a heat exchanger that extracts the amount of heat recovered by the cooling water. The power generation unit other than the master unit is a slave unit that can be operated in a state where its own coolant circuit is connected to the coolant circuit of the master unit.
[0009]
According to this feature, the cooling water fed by the pump of the master unit recovers the waste heat of the master unit and also recovers the waste heat of the slave unit through the cooling water circuit included in the slave unit. Reflux to heat exchanger. In this heat exchanger, the amount of heat is extracted from the cooling water and supplied to the heat load.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cooling water system diagram showing a configuration of a plurality of engine power generation units, in particular, a cogeneration apparatus in which one master unit and n slave units are connected and operated simultaneously. The master P has a water cooling engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 1 for driving a generator (not shown) and a cooling water pipe 2 forming a cooling water circuit for recovering waste heat of the engine 1. . The engine 1 is provided with an engine cooling circuit 1A, an exhaust heat exchanger 1B, and a known intake / exhaust system 1C that sucks and burns an air-fuel mixture and discharges exhaust gas. The engine cooling circuit 1A is a pipe line including a water jacket that is generally provided so as to cover the engine 1, and the exhaust heat exchanger 1B is a cooling water pipe disposed adjacent to the muffler of the intake / exhaust system 1C. The cooling water pipe 2 is in contact with the intake / exhaust system 1C in the exhaust heat exchanger 1B, and passes through the engine cooling circuit 1A to recover the waste heat of the engine 1. The cooling water pipe 2 is provided with a liquid-liquid heat exchanger 3 and a water pump (hereinafter simply referred to as “pump”) 4, and a secondary side of the liquid-liquid heat exchanger 3, that is, a hot water pipe 5 is provided on the cooling water pipe 2. A thermal load (not shown) is connected.
[0011]
The cooling water pipe 2 connecting the pump 4 and the exhaust heat exchanger 1B branches in the middle and is connected to the outlet 6. The outlet 6 is preferably constituted by a metal fitting such as a nipple or a screw hole standardized so as to be suitable for connection with an inlet (described later) of a cooling water pipe of the slave unit. A cooling water pipe 2 exiting from the engine 1 toward the liquid-liquid heat exchanger 3 is also branched in the middle of the cooling water pipe 2 and coupled to the inlet 7. Similarly to the outlet 6, the inlet 7 is preferably constituted by a metal fitting such as a nipple or a screw hole standardized so as to be suitable for connection with an outlet (described later) of a cooling water pipe of the slave unit.
[0012]
The subunit | mobile_unit C has the cooling water pipe 2 which collect | recovers waste heat with the engine 1 similar to the main | base station P, the engine cooling circuit 1A, and the exhaust heat exchanger 1B. However, unlike the parent device P, the child device C does not have a pump for feeding cooling water or a liquid-liquid heat exchanger. Of the cooling water pipe 2, the part exiting from the engine 1 branches off in the middle and is coupled to a first outlet (return path outlet) 8 and a first inlet (return path inlet) 9. On the other hand, the portion of the cooling water pipe 2 that is connected to the exhaust heat exchanger 1B of the engine 1 also diverges in the middle to the second inlet (outward passage inlet) 10 and the second outlet (outward passage outlet) 11, respectively. Are combined. The first outlet 8 and the first inlet 9, and the second inlet 10 and the second outlet 11 are metal fittings such as nipples or screw holes that are standardized so as to be suitable for connection with the main unit P and other sub units. It should be configured.
[0013]
Further, the slave unit Cn has the same engine 1 as the master unit P and the slave unit C, and a cooling water pipe 2 that recovers waste heat by the engine cooling circuit 1A and the exhaust heat exchanger 1B. However, unlike the child device C, the child device Cn is provided with only one inlet and outlet for the cooling water. An outlet 12 and an inlet 13.
[0014]
A necessary number of power generation units similar to the slave unit C can be connected between the slave unit C and the slave unit Cn according to the load. In addition, in order to install the power generation units, that is, the master unit P and the slave units C to Cn in the smallest possible space, the outlets and the inlets of the respective cooling waters are close to each other when the power generation units are installed adjacent to each other. In other words, the outlet and the inlet should be arranged so that they are connected as short as possible. For example, the relationship between the parent device P and the child device C will be described. The heights from the respective installation surfaces (bottom surfaces) Pb, Cb to the outlet 6 and the second inlet 10 are the same, and the bottom surfaces Pb, Each height from Cb to the inlet 7 and the first outlet 8 should be the same. The same setting should be made for the relationship between the slave units. In addition, each outlet and inlet may not be displaced in the height direction as shown in the figure, but may be displaced at the same level and in the horizontal direction, and one of them is coaxially arranged with a large diameter tube and the other as a small diameter tube. May be.
[0015]
In addition, although the subunit | mobile_unit C arrange | positioned in the middle and the subunit | mobile_unit Cn arrange | positioned at an edge part differ in the structure of a cooling water pipe, the number of an exit, an inlet_port | entrance, etc., this does not necessarily differ. For example, the slave unit Cn may be configured in the same manner as the slave unit C (dashed line portion), and the unused inlet 14 and outlet 15 may be plugged.
[0016]
When the pump 4 is driven during operation, the cooling water flows in parallel to the engines 1 of the power generation units P, C, and Cn. And after recovering waste heat with the exhaust heat exchanger 1B of each engine 1 and the engine cooling circuit 1A, the cooling water merges again and flows into the liquid-liquid heat exchanger 3 of the parent machine P. The cooling water flowing into the liquid-liquid heat exchanger 3 recovers the waste heat of all the power generation units P, C, Cn, and has a high temperature. The secondary side of the liquid-liquid heat exchanger 3, that is, the hot water pipe The temperature of the hot water is raised by exchanging heat with the hot water of No. 5. The cooling water whose temperature has decreased due to this heat exchange returns to the pump 4 and is fed to each engine 1 again. By repeating the above operation, the heat recovered by the cooling water is effectively utilized by the heat load connected to the secondary side of the liquid-liquid heat exchanger 3. In addition, the electric power obtained with the generator which is not shown in figure is supplied and used for an electrical load.
[0017]
In the cogeneration apparatus of the present embodiment, one of a plurality of power generation units that are operated simultaneously can be connected as a master unit and the other as a slave unit. Especially, the piping can be shortened by positioning the outlet and inlet of the cooling water so that the power generation units can be connected in the shortest time, so that the pipe resistance and heat loss can be reduced, and the installation space can also be reduced. There is an advantage.
[0018]
In addition, since the cooling water pipes of the power generation units can be easily connected and detached, the number of power generation units connected can be easily changed according to the state of the load in the system. In other words, since the number of connected units can be easily changed, it is possible to flexibly cope with various load requests. Furthermore, since the cogeneration apparatus can be transferred for each power generation unit, the degree of freedom of transportation means and workability for installation are improved.
[0019]
Hereinafter, other embodiments will be described. FIG. 2 is a cooling water system diagram of the cogeneration apparatus according to the second embodiment, and the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or equivalent parts. In this embodiment, the cooling water circuit is formed as follows. Here, the cooling water is not continuously passed through the exhaust heat exchanger 1B and the engine cooling circuit 1A. That is, the cooling water discharged from the pump 4 is connected to the engine cooling circuit 1A of each power generation unit P, C, Cn, and the cooling water that has passed through each engine cooling circuit 1A is once merged. Then, the combined cooling water is introduced into each exhaust heat exchanger 1B in parallel, and the cooling water that has passed through the exhaust heat exchanger 1B is merged and fed to the liquid-liquid heat exchanger 3.
[0020]
In order to connect the cooling water separately passed through the engine cooling circuit 1A and the exhaust heat exchanger 1B to all the power generation units, the inlet / outlet of the cooling water was increased. That is, in order to supply cooling water to each engine cooling circuit 1A and to return the cooling water from each engine cooling circuit 1A, to supply cooling water to the exhaust heat exchanger 1B, and to each exhaust heat exchange Entrances 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, and 23 for returning cooling water from the vessel 1B are provided.
[0021]
Next, a third embodiment will be described. FIG. 3 is a cooling water system diagram of the cogeneration apparatus according to the third embodiment. In this embodiment, a cooling water circuit (first circuit) for recovering waste heat in the engine cooling circuit 1A and a water circuit (second circuit) for recovering waste heat in the exhaust heat exchanger 1B are provided separately. The first circuit circulates cooling water on the primary side of the liquid-liquid heat exchanger 3, while the second circuit circulates cooling water on the secondary side of the liquid-liquid heat exchanger 3. did. That is, the cooling water of the first circuit is circulated only in the power generation unit, while the water of the second circuit is circulated directly to the heat load. Here, since the subunit | mobile_unit Cn is the same as that of 2nd Embodiment, illustration is abbreviate | omitted.
[0022]
The cooling water circulated to the primary side of the liquid-liquid heat exchanger 3 is fed in parallel from the pump 4 to the engine cooling circuit 1A of the parent device P and the child devices C and Cn, and passes through the engine cooling circuit 1A. , And flows into the liquid-liquid heat exchanger 3. On the other hand, a secondary pipe (hot water pipe) 5 of the liquid-liquid heat exchanger 3 is connected to the exhaust heat exchanger 1B of the master P and the slaves C and Cn, and the water in the pipe 24 is After passing through the liquid-liquid heat exchanger 3, they are fed in parallel to each exhaust heat exchanger 1 B, and after passing through the exhaust heat exchanger 1 B, merge and flow into the liquid-liquid heat exchanger 3. To do.
[0023]
A pump for circulating water in the hot water pipe 5 is provided at an appropriate location on the hot water pipe 5. It may be in the main unit P or on the heat load side. Similarly, the liquid-liquid heat exchanger 3 can also be provided on the heat load side. In this third embodiment, the water in the hot water pipe 5 is heat-exchanged with the cooling water fed in the cooling water pipe 2 in the liquid-liquid heat exchanger 3 and the temperature is raised, and then each exhaust heat exchanger After the temperature is further increased in 1B, it is conveyed to a thermal load (not shown).
[0024]
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 4 is a cooling water system diagram of the cogeneration apparatus according to the fourth embodiment. Here, as in the third embodiment, a cooling water circuit (first circuit) for recovering waste heat in the engine cooling circuit 1A and a water circuit (second circuit) for recovering waste heat in the exhaust heat exchanger 1B are provided. Separately provided. Furthermore, a liquid-liquid heat exchanger is provided for each of the first circuit and the second circuit so that hot water can be supplied to two heat loads. Here, since the subunit | mobile_unit Cn is the same as that of 2nd Embodiment, illustration is abbreviate | omitted.
[0025]
Cooling water to be circulated in the liquid-liquid heat exchanger 3 is fed in parallel from the pump 4 to the engine cooling circuit 1A of the master unit P and the slave units C and Cn, and after passing through the engine cooling circuit 1A, joins it. Into the liquid-liquid heat exchanger 3.
[0026]
On the other hand, the cooling water circulated to the liquid-liquid heat exchanger 24 is fed in parallel from the pump 25 to the exhaust heat exchanger 1B of the master unit P and the slave units C and Cn through the pipe line 27, and the exhaust heat exchanger After passing through 1B, they merge and flow into the liquid-liquid heat exchanger 3. The liquid-liquid heat exchanger 24 has a hot water pipe 26 independent of the liquid-liquid heat exchanger 3. Accordingly, the hot water is supplied to the first heat load by the hot water pipe 5, and the hot water is supplied to the second heat load different from the first heat load by the hot water pipe 26.
[0027]
In the above cogeneration apparatus, the cooling water circuit is set so that the water discharged from the pump is introduced in parallel into the plurality of waste heat recovery units, that is, the water cooling circuit 1A and the exhaust heat exchanger 1B of each power generation unit. . However, it is not necessarily limited to such a parallel circuit, and waste heat may be recovered by feeding water in series to a plurality of waste heat recovery units. FIG. 5 is a cooling water system diagram showing an example of a system in which cooling water is connected in series to a plurality of waste heat recovery units. As shown in the figure, the cooling water discharged from the pump 4 sequentially passes through the engine 1 of the main unit P, the sub units C, and Cn, and recovers waste heat in each exhaust heat exchanger 1B and the engine cooling circuit 1A. do. Finally, the cooling water whose waste heat has been recovered by the engine 1 of the child machine Cn is fed to the liquid-liquid heat exchanger 3, exchanged heat with the hot water in the hot water pipe 5, and then refluxed to the pump 4.
[0028]
In the above, this invention was demonstrated along the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, the power generation units, that is, the parent device P and the child devices C and Cn are not necessarily arranged in a line, and may be modified in various ways according to the installation site. For example, various arrangements as shown in FIG. 6 are possible. The figure is a plan view of the connected power generation units, and the symbol Conn is a connecting portion of the cooling water pipe. FIG. 6A shows an example in which the power generation units GU are arranged in a line, FIG. 6B shows an example in which the power generation units GU are arranged in a rectangular shape, and FIG. 6C shows an example in which the power generation units GU are arranged in an L shape. is there.
[0029]
As is clear from the above description, the power generation unit can be used only by the master unit, or any number of slave units can be connected and used. In addition, even after the installation, the number of connected units can be easily changed without changing the structure of the slave unit only by reviewing the pump and the liquid-liquid heat exchanger according to the required capacity, that is, changing the master unit. Therefore, an optimum system can be configured by setting the number of connected units in accordance with the demand for capacity load.
[0030]
Furthermore, by operating any one of the plurality of power generation units and changing the amount of recovered heat, operation according to the load is possible. In addition, the amount of recovered heat can be controlled by providing a flow rate adjusting valve on the cooling water pipe and adjusting the flow rate of the cooling water.
[0031]
In addition, even if it is necessary to move the power generation unit by removing the load or newly installing it, each power generation unit is small and lightweight, so it does not require large transportation means and heavy machinery, and it is relatively easy to install and move. Can be done.
[0032]
The connection form of the engine cooling circuit and the exhaust heat exchanger on the cooling water circuit is not limited to the one described with reference to the drawings. For example, in the fourth embodiment, the pumps 4 and 25 and the heat exchangers 3 and 3 Each of the 24 can be single. In short, it suffices if the engine cooling circuit and the exhaust heat exchanger are all connected to the continuous cooling water circuit.
[0033]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the inventions of claims 1 to 9, the cooling water fed by the pump of the master unit collects the waste heat of the master unit and is included in the slave unit. The waste heat of the slave unit is recovered through the cooling water circuit and returned to the heat exchanger of the master unit. Of the multiple power generation units, only the master unit is provided with a circulation pump and a heat exchanger that extracts heat from the cooling water, so the slave unit has a simple structure and the cooling water circuits can be easily connected to each other. Therefore, the number of connected units can be easily changed according to the required output.
[0034]
In particular, according to the inventions of claims 6 to 9, when the power generation units are arranged so that the side surfaces thereof face each other, the respective inlets and outlets can be connected at a short distance. Therefore, the connecting material is reduced, and a plurality of power generation units can be arranged adjacent to each other, so that the installation space is reduced.
[0035]
In the inventions of claims 2 to 5, since the cooling water circuit is connected in parallel, waste heat can be efficiently recovered from any power generation unit. Furthermore, according to the invention of Claims 1-9, since the structure of a subunit | mobile_unit can be made the same, the mass-production effect of an electric power generation unit is heightened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cooling water system diagram of a cogeneration apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cooling water system diagram of a cogeneration apparatus according to a second embodiment.
FIG. 3 is a cooling water system diagram of a cogeneration apparatus according to a third embodiment.
FIG. 4 is a cooling water system diagram of a cogeneration apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is a cooling water system diagram showing an example in which a waste heat recovery unit is connected in series to a cooling water circuit.
FIG. 6 is a plan view showing the arrangement of a plurality of power generation units.
FIG. 7 is a cooling water system diagram of a cogeneration apparatus composed of a single power generation unit that has been conventionally used.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Water-cooled engine, 2 ... Cooling water pipe, 3 ... Liquid-liquid heat exchanger, 4 ... Circulation pump, 5 ... Hot water pipe, 6,11 ... Outlet for forward path, 7, 9 ... Inlet for return path, 8, 12 ... Return path Outlet, 10, 13 ... return exit, 1A ... engine cooling circuit, 1B ... exhaust heat exchanger

Claims

A plurality of power generation units each including an engine and a generator driven by the engine are provided, and a cooling water circuit that passes through an engine heat exchange unit provided in each of the power generation units is connected to each other to cool each power generation unit. In a cogeneration system that circulates water and recovers waste heat,
One of the plurality of power generation units is a master unit having a circulating pump of the cooling water and a heat exchanger that extracts the amount of heat recovered by the cooling water,
The power generation unit other than the master unit is a slave unit that can be operated in a state where its own coolant circuit is connected to the coolant circuit of the master unit.

2. The cogeneration apparatus according to claim 1, wherein the engine heat exchange units are connected in parallel to a cooling water circuit in a state where the master unit and the slave unit are connected.

The engine heat exchanging unit is composed of an engine cooling circuit and an exhaust heat exchanger,
In the cooling water circuit in a state where the master unit and the slave unit are connected,
A first parallel circuit in which engine cooling water circuits of each power generation unit are connected in parallel; and a second parallel circuit in which exhaust heat exchangers of each power generation unit are connected in parallel;
The cogeneration apparatus according to claim 1, wherein the first parallel circuit and the second parallel circuit are further connected in series.

The engine heat exchanging part is composed of an engine cooling circuit and an exhaust heat exchanger,
The engine coolant circuit of each power generation unit is connected in parallel to the coolant circuit in a state where the master unit and the slave unit are connected,
The cogeneration apparatus according to claim 1, wherein an exhaust heat exchanger of each power generation unit is connected in parallel to a secondary side hot water circuit of the heat exchanger.

Two sets of the heat exchanger and circulation pump are provided,
The engine has a heat exchanging portion including an engine cooling circuit and an exhaust heat exchanger,
An engine coolant circuit of each power generation unit is connected in parallel to a coolant circuit including a set of heat exchangers and a circulation pump in a state where the master unit and the slave unit are connected,
The exhaust heat exchanger of each power generation unit is connected in parallel to a cooling water circuit including the other set of heat exchangers and a circulation pump in a state where the master unit and the slave units are connected. Item 4. A cogeneration apparatus according to item 1.

One side of the slave unit is provided with an outlet for a circulating cooling water and an outlet for a return channel, and the other side of the slave unit is provided with an outlet for a circulating cooling water and an inlet for a return path. The cogeneration apparatus according to any one of claims 1 to 5.

In the slave unit, the forward path inlet and the forward path outlet are connected to form a forward path circuit, and the return path inlet and the return path outlet are connected to form a return path circuit,
The cogeneration apparatus according to claim 6, wherein a branch circuit that connects the forward circuit and the backward circuit through the engine is formed.

The master unit is provided with an outward exit and a return entrance on the side surface,
The cogeneration apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a branch circuit that communicates between the forward path outlet and the backward path inlet via the engine is formed.

The forward path entrance and the forward path outlet are connected to the forward path outlet and the forward path inlet of another generator unit, respectively, and the return path inlet and the return path outlet are connected to the return path outlet and the return path inlet of another generator unit, respectively. The cogeneration apparatus according to claim 6, wherein the cogeneration apparatuses are connected to each other.

10. The structure according to claim 9, wherein when the power generation units are arranged to face each other, the forward path outlet is substantially opposite to the other forward path inlet, and the backward path outlet is substantially opposite to the other backward path inlet. Cogeneration equipment.