JP6156751B2 - 発電装置及びコジェネレーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、固体燃料の燃焼ガスを利用して発電する発電装置に関する。また、その発電装置を備えたコジェネレーションシステムに関する。

従来、固体燃料を用いたボイラーが広く知られている。特に固体燃料として木質ペレットを用いたボイラーは、木質ペレットがカーボンニュートラルな燃料であるので、環境負荷低減の観点から近年注目されている。

特許文献１には、図８に示すペレットボイラー１００が開示されている。ホッパー１１４に貯留されたペレットは、スクリュー搬送装置１１５により炉床１１１に供給される。炉床１１１においてペレットが燃焼して燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは、熱交換器１１３の内部のコイル状又はラビリンス状の通路を流れて排気管１１７からボイラー１００の外部へ排気される。熱交換器１１３には、暖房等に利用される熱伝達媒体が流れるラビリンス状の通路が形成されている。熱交換器１１３において、熱伝達媒体が燃焼ガスによって加熱される。

欧州特許出願公開第１７３４３０３号明細書

ボイラーの規模にもよるが、固体燃料を用いたボイラーにおいて、固体燃料の燃焼状態はしばしば不安定である。この場合、ボイラーの燃焼ガスを利用したランキンサイクルの運転も不安定になる可能性がある。

本発明は、固体燃料の燃焼ガスを利用してランキンサイクルの作動流体を蒸発させる発電装置の安定的な運転を実現すること目的とする。さらに、本発明は、この発電装置の排熱を利用したコジェネレーションシステムを提供することを目的とする。

本開示は、
固体燃料を燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器で発生した燃焼ガスが通過する煙道と、
蓄熱材を含み、前記煙道の前記燃焼ガスと前記蓄熱材とを熱交換させることによって前記蓄熱材を加熱する加熱器と、
前記加熱器で加熱された前記蓄熱材とランキンサイクルの作動流体とを熱交換させることによって前記作動流体を蒸発させる蒸発器を有するランキンサイクル回路と、
を備えた、発電装置を提供する。

上記の発電装置によれば、ランキンサイクル回路の作動流体は、燃焼ガスによって加熱された蓄熱材と熱交換することによって蒸発する。つまり、蓄熱材を介在させることによって、ランキンサイクルの高温熱源を燃焼ガスから蓄熱材へと置き換えることができる。蓄熱材を介在させることによって燃焼ガスの温度変化を小さくすることと同じ効果が得られる。これにより、蒸発器の高温熱源の温度変動が抑制される。そのため、蒸発器での熱交換量が安定し、蒸発器を通過した作動流体の状態を一定の範囲に制御することができる。以上より、発電装置の安定的な運転を実現できる。

第１実施形態に係る発電装置及びコジェネレーションシステムの構成図 第１実施形態の変形例に係る発電装置及びコジェネレーションシステムの構成図 第１実施形態の別の変形例に係る発電装置及びコジェネレーションシステムの構成図 第１実施形態のさらに別の変形例に係る発電装置及びコジェネレーションシステムの構成図 第２実施形態に係る発電装置及びコジェネレーションシステムの構成図 第３実施形態に係る発電装置及びコジェネレーションシステムの構成図 第３実施形態の変形例に係る発電装置及びコジェネレーションシステムの構成図 従来のペレットボイラーの構成図

図８に示すペレットボイラー１００において、暖房等に利用される熱伝達媒体は、ペレットの燃焼ガスと直接熱交換されて加熱されている。液体やガス状の燃料と異なり、固体燃料は断続的に炉床１１１に供給される。そのため、炉床１１１での発熱量は一定の幅で変動する。

固体燃料を用いるボイラーの燃焼ガスを利用してランキンサイクルの作動流体を蒸発させる発電装置を構築することを考える。この場合、発電装置は、低温熱源と熱交換する凝縮器で液化した作動流体をポンプで昇圧し、高温熱源と熱交換する蒸発器で気化した作動流体を膨張機、タービン等の動力回収機構で減圧することにより、発電動力を得る。高温熱源の温度は燃焼器での発熱量に影響を受ける。固体燃料を用いる場合は高温熱源の温度が不安定になるので、蒸発器での熱交換量が変動する。これにより、蒸発器を通過した作動流体の状態を一定の範囲に制御することが困難となる可能性があった。

本開示の第１態様は、
固体燃料を燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器で発生した燃焼ガスが通過する煙道と、
蓄熱材を含み、前記煙道の前記燃焼ガスと前記蓄熱材とを熱交換させることによって前記蓄熱材を加熱する加熱器と、
前記加熱器で加熱された前記蓄熱材とランキンサイクルの作動流体とを熱交換させることによって前記作動流体を蒸発させる蒸発器を有するランキンサイクル回路と、
を備えた、発電装置を提供する。

本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記加熱器が前記煙道の周囲に配置されている、発電装置を提供する。第２態様によれば、煙道の燃焼ガスにより効率良く蓄熱材を加熱することができる。

本開示の第３態様は、第１又は第２の態様に加えて、前記煙道は、前記加熱器を複数の位置で貫通している、発電装置を提供する。第３態様によれば、煙道が貫通している複数の位置で燃焼ガスにより蓄熱材が加熱されるので、加熱器の内部において、蓄熱材に大きな温度差が生じにくい。これにより、蒸発器での熱交換量が安定し、蒸発器を通過した作動流体の状態を一定の範囲に制御することができる。

本開示の第４態様は、第１〜３態様のいずれか１つの態様に加えて、前記作動流体が有機化合物である、発電装置を提供する。第４態様によれば、蒸発器の熱源の温度が比較的低くても、ランキンサイクルを構築しやすい。

本開示の第５態様は、第１〜４態様のいずれか１つの態様に加えて、前記蓄熱材は流体であり、前記加熱器には前記蓄熱材が封入されている、発電装置を提供する。第５態様によれば、蓄熱材である流体が有する熱容量によって蒸発器での熱交換量が安定することに加え、対流による伝熱によって伝熱特性が向上する。

本開示の第６態様は、第５態様に加えて、前記蓄熱材は、前記加熱器において液相である、発電装置を提供する。第６態様によれば、加熱器を高耐圧の圧力容器として構成する必要がないので、加熱器を軽量かつ安価に構成することができる。また、液相である蓄熱材は、熱容量が大きいので温度変化しにくい。これにより、蒸発器での熱交換量が安定し、蒸発器を通過した作動流体の状態を一定の範囲に制御することができる。

本開示の第７態様は、第６態様に加えて、前記蒸発器は、液相の前記蓄熱材に浸るように前記加熱器の内部に配置されている、発電装置を提供する。第７態様によれば、蒸発器が熱容量の大きい液相である蓄熱材に浸っている。これにより、蒸発器での熱交換量が安定し、蒸発器を通過した作動流体の状態を一定の範囲に制御することができる。

本開示の第８態様は、第６又は第７の態様に加えて、前記蓄熱材の大気圧下における蒸発温度が１００℃以上である、発電装置を提供する。第８態様によれば、ランキンサイクルの作動流体の蒸発温度を高く設定できるので、高い発電効率を示す発電装置を実現できる。

本開示の第９態様は、第６〜８態様のいずれか１つの態様に加えて、前記蓄熱材の発火点が２００℃以上である、発電装置を提供する。第９態様によれば、ランキンサイクルの作動流体の蒸発温度を高く設定できるので、高い発電効率を示す発電装置を実現できる。

本開示の第１０態様は、第１〜９態様のいずれか１つの態様に加えて、前記蓄熱材がオイルである、発電装置を提供する。第１０態様によれば、オイルは通常不揮発性であるので、ランキンサイクルの作動流体の蒸発温度を高く設定できる。これにより、高い発電効率を示す発電装置を実現できる。

本開示の第１１態様は、第１０態様に加えて、前記オイルがシリコーンオイルである、発電装置を提供する。第１１態様によれば、シリコーンオイルは２５０℃においても揮発も発火もしないので、ランキンサイクルの作動流体の蒸発温度を高く設定できる。これにより、高い発電効率を示す発電装置を実現できる。

本開示の第１２態様は、第１態様に加えて、前記蓄熱材は、前記加熱器において気液二相である、発電装置を提供する。第１２態様によれば、蓄熱材を気液二相の沸騰状態で使用できるので、蓄熱材の蒸発潜熱によって蓄熱材の温度が安定する。つまり、高温熱源としての蓄熱材の温度安定性が向上する。その結果、蒸発器での熱交換量が安定し、蒸発器を通過した作動流体の状態を一定の範囲に制御することができる。

本開示の第１３態様は、第１２態様に加えて、前記蓄熱材が有機化合物である、発電装置を提供する。第１３態様によれば、蓄熱材の沸点を適宜調整することができる。

本開示の第１４態様は、
第１〜１３態様のいずれか１つの態様である発電装置と、
前記ランキンサイクル回路の凝縮器を流れる前記作動流体と熱交換することにより加熱された被加熱流体を外部に供給する流路と、
を備えるコジェネレーションシステムを提供する。

第１４態様によれば、発電装置の排熱を利用したコジェネレーションシステムを提供することができる。

本開示の第１５態様は、第１４態様に加えて、前記被加熱流体が水又は空気である、コジェネレーションシステムを提供する。第１５態様によれば、加熱された水又は空気を、暖房、給湯などに利用できる。

本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明は、本発明の実施形態の一例に関するものであり、本発明は以下の実施形態に限定されない。

（第１実施形態）
図１に示す通り、第１実施形態に係るコジェネレーションシステム１０Ａは、発電装置１Ａ及び流路３０を備えている。発電装置１Ａは、燃焼器１１、煙道１２、加熱器１３、及びランキンサイクル回路２０を備えている。燃焼器１１は、固体燃料を燃焼させる炉床である。燃焼器１１で固体燃料を燃焼させることにより発生した燃焼ガスは、煙道１２を通過する。加熱器１３は、蓄熱材を含み、煙道１２の燃焼ガスと蓄熱材とを熱交換させることによって蓄熱材を加熱する。蓄熱材は、例えば、流体である。本実施形態では、加熱器１３には、流体である蓄熱材が封入されている。ランキンサイクル回路２０は、加熱器１３で加熱された蓄熱材とランキンサイクル回路２０の作動流体とを熱交換させることによって作動流体を蒸発させる蒸発器２１を有する。

燃焼器１１は、金属、合金又はセラミックなどの耐火性材料で作られている。固体燃料は、木質ペレット、木質チップ又は石炭などである。発電装置１Ａを家庭、スモールビジネス向けの小規模な発電装置として提供しようとすると、固体燃料は木質ペレット、木質チップが望ましい。

発電装置１Ａは、さらに、固体燃料を貯留する固体燃料貯留部１４と、固体燃料貯留部１４から燃焼器１１へ固体燃料を搬送する搬送装置１５とを備えている。固体燃料貯留部１４は、例えば発電装置１Ａの筐体の一部に設けられた取っ手（図示省略）により開閉可能な容器として構成されている。これにより、固体燃料貯留部１４への固体燃料の補給が可能となっている。固体燃料貯留部１４は、発電装置１Ａの本体から着脱可能となるように構成されていてもよい。搬送装置１５は、例えばスクリュー型の搬送装置である。搬送装置１５は、その一端が固体燃料貯留部１４の底部に位置しており、他端が燃焼器１１の近傍まで延びているように配置されている。搬送装置１５は、固体燃料貯留部１４から固体燃料を断続的に燃焼器１１へ供給する。また、発電装置１Ａは、外部から空気を燃焼器１１へ送り込むための吸気路１６を備えている。吸気路１６には燃焼器１１に空気を強制的に送り込むためのファンが設けられていてもよい。これにより、燃焼器１１において固体燃料が連続的に燃焼することが可能となっている。

燃焼器１１で発生した燃焼ガスは上昇して、燃焼器１１の上方に配置された煙道１２に入る。加熱器１３は、燃焼器１１の上方に配置された容器（シェル）である。加熱器１３は、例えば金属、合金等の耐熱性及び熱伝導性が良好な材料で形成されている。加熱器１３は、煙道１２の周囲に配置されている。これにより、蓄熱材が煙道１２の燃焼ガスによって効率的に加熱される。煙道１２は、図１に示す通り、加熱器１３である容器を複数の位置で貫通している。これにより、蓄熱材を煙道１２の燃焼ガスで加熱する面積が増加する。特に、加熱器１３の中心部付近の蓄熱材を効率的に加熱できる。そのため、加熱器１３の内部において、蓄熱材に大きな温度差が生じにくい。加熱器１３は、１つの容器で構成されていてもよいし、複数の容器が連結されることにより構成されていてもよい。加熱器１３が複数の容器から構成されている場合には、隣り合う容器同士が所定の間隔で離れるように複数の容器が配列されていてもよい。この場合に、隣り合う容器同士の空間を煙道１２とすることができる。このような構成によっても、加熱器１３の内部において、蓄熱材に大きな温度差が生じにくい。

発電装置１Ａは、さらに、排気路１７及び灰受け１８を備えている。排気路１７は、煙道１２の上方で開口している。煙道１２を通過した燃焼ガスは、排気路１７に入り、排気路１７を通過して発電装置１Ａの外部に排出される。燃焼器１１における固体燃料の燃焼により発生した灰が、灰受け１８に貯留されている。

加熱器１３の近傍には、点火装置（図示省略）が設けられている。発電装置１Ａの起動時には、まず搬送装置１５によって所定量の固体燃料を燃焼器１１に供給する。その後、燃焼器１１に供給された固体燃料を点火装置によって点火することにより、固体燃料が燃焼し始める。発電装置１Ａの起動時には、蓄熱材の温度を目的温度にまで短時間で上昇させるために、搬送装置１５による固体燃料の搬送量が高いレベルに設定される。また、これに合わせて、吸気路１６の空気の流量も高いレベルに設定される。蓄熱材の温度が目的温度に達した場合には、蓄熱材の温度を目的温度で安定させるための定常運転が行われ、燃焼器１１での発熱量（燃焼ガスの発生量）が所定の範囲となるように搬送装置１５による固体燃料の搬送量が調整される。

ランキンサイクル回路２０は、蒸発器２１、膨張機２２、凝縮器２３及びポンプ２４を備え、これらの構成要素がこの順に配管で接続されることにより、構成されている。蒸発器２１は、例えば蒸発器２１の入口から出口までコイル状に形成された流路、又は蒸発器２１の入口から出口まで蛇行している流路として形成されている。蒸発器２１を流れている作動流体は、加熱器１３に封入された蓄熱材との熱交換によって蒸発して過熱蒸気となる。

作動流体は特に限定されない。作動流体は、水、炭化水素、ハロカーボン、アルコール又はケトン等である。炭化水素としてはメタン、ブタン、ペンタン又はイソペンタン等のアルカンを挙げることができる。ハロカーボンとしては、Ｒ−２４５ｆａ又はＲ−１３４ａ等を挙げることができる。アルコールとしては、エタノール等を挙げることができる。ケトンとしてはアセトン等を挙げることができる。本実施形態では、蒸発器２１の熱源が燃焼ガス自体ではなく、加熱器１３に含まれる蓄熱材である。このため、蒸発器２１の熱源の温度は、燃焼ガスの温度よりも低い可能性がある。そこで、作動流体は、例えば、炭化水素、ハロカーボン、アルコール又はケトンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む有機化合物であることが好ましい。この有機化合物の標準沸点は、水の標準沸点よりも低いことが好ましい。これにより、本実施形態において、蒸発器２１の熱源の温度が比較的低くても、ランキンサイクルを構築しやすい。また、作動流体が有機化合物であることは、ランキンサイクルの蒸発器における作動流体の温度を比較的低くできるので、ランキンサイクルの耐圧設計の観点からも好ましい。

蓄熱材は、例えば加熱器１３において液相である。蒸発器２１は、液相の蓄熱材に浸るように加熱器１３の内部に配置されている。ところで、固体燃料は燃焼器１１に断続的に供給されるので、燃焼器での発熱量（燃焼ガスの発生量）は一定の範囲で変動する。そのため、燃焼ガスによる蓄熱材の加熱量が変動することがある。蓄熱材が加熱器１３において液相であれば、蓄熱材は、ある程度の質量を有するので比較的大きな熱容量を示す。このため、燃焼器１１での発熱量の変動に伴い煙道１２の燃焼ガスの蓄熱材に対する加熱量が変動しても、蓄熱材の温度は直ちには変化しない。すなわち、蓄熱材を介在させることによって燃焼ガスの温度変化を小さくすることと同じ効果が得られ、蒸発器２１の高温熱源の温度変動が抑制されている。これにより、蒸発器２１での熱交換量が変動することが抑制される。そのため、蒸発器２１を通過した作動流体の状態を一定の範囲に制御することができる。蒸発器２１における作動流体の蒸発を安定させることができる。また、加熱器１３において蓄熱材が液相であると、加熱器１３を構成する容器が高耐圧性の容器でなくてもよい。これにより、加熱器１３を軽量かつ安価に構成することができる。

蒸発器２１の一部が液相の蓄熱材に浸っており、蒸発器２１の一部が燃焼ガスによって直接加熱されていてもよい。望ましくは、蒸発器２１の全部が液相の蓄熱材に浸っており、蒸発器２１が蓄熱材のみによって加熱される。

蓄熱材の大気圧下における蒸発温度は、例えば１００℃〜３００℃の範囲にある。これにより、ランキンサイクル回路２０の作動流体の蒸発温度を高く設定できる。そのため、発電装置１Ａは高い発電効率を示すことができる。また、蓄熱材の発火点は、例えば２００℃〜５００℃の範囲にある。これにより、ランキンサイクル回路２０の作動流体の蒸発温度を高く設定できる。そのため、発電装置１Ａは高い発電効率を示すことができる。具体的に、蓄熱材はオイルであってもよい。オイルは通常揮発しにくいので蓄熱材として好適に用いることができる。オイルとしては、鉱物油、合成油、植物油などを用いることができる。特にシリコーンオイルは、２５０℃でも揮発せず、かつ、発火しないので、蓄熱材として好適に用いることができる。

膨張機２２は、蒸発器２１で蒸発した作動流体を膨張させる。膨張機２２は、スクロール型、ロータリ型、往復型、又はスクリュー型等の容積式の流体機械を用いることができる。発電装置１Ａを主に家庭、スモールビジネス等を対象とした小規模な発電装置として提供することを考えると、膨張機２２は、スクロール型、又はロータリ型等の流体機械であることが好ましい。膨張機２２は、発電機５０に連結されている。膨張機２２が、作動流体を膨張させることにより発電機５０が駆動される。これにより、発電が行われる。

凝縮器２３は、膨張機２２で膨張し、膨張機２２を通過した作動流体を凝縮させる。凝縮器２３は、スパイラル式熱交換器、プレート式熱交換器、又は二重管式熱交換器等である。凝縮器２３は、作動流体が流れる被冷却部２３Ａと、作動流体を冷却する被加熱流体が流れる冷却部３１とを備える。冷却部３１は、凝縮器２３を流れる作動流体と熱交換することにより加熱された被加熱流体を外部に供給する流路３０の一部を構成している。

ポンプ２４は、凝縮器２３で凝縮された作動流体を加圧して蒸発器２１に供給する。ポンプ２４は、例えば一般的な容積式ポンプである。

冷却部３１において加熱された被加熱流体は、暖房又は給湯などの目的で利用される。図１において、流路３０は、加熱された被加熱流体を暖房として利用する暖房回路である。流路３０は、ポンプ３２、冷却部３１、及び放熱器３３がこの順番で配管により接続されて構成されている。これにより、流路３０を被加熱流体が循環している。ポンプ３２により低温の被加熱流体が冷却部３１に供給され、作動流体を冷却する。冷却部３１を通過した高温の被加熱流体は放熱器で自身の保持する熱を外部へ放熱する。これにより、例えば室内暖房が行われる。放熱し低温となった被加熱流体は、ポンプ３２により再び冷却部３１へ供給される。このように、発電装置１Ａ、及び流路３０を備えるコジェネレーションシステム１０Ａが構成されている。これにより、発電装置１Ａの排熱を有効に利用することができる。本実施形態において、被加熱流体は例えば水である。被加熱流体は、凍結防止のために不凍液を含んでいてもよい。

なお、流路３０は、被加熱流体が循環する流路に限られない。流路３０は、凝縮器２３を流れている作動流体と熱交換することにより加熱された被加熱流体を外部に供給する構成である限り、その態様は特に限定されない。

発電装置１Ａ及びコジェネレーションシステム１０Ａの動作について説明する。発電装置１Ａの起動直後は、蓄熱材は低温であるので蒸発器２１は作動流体２１を十分に蒸発させることができない。そのため、発電装置１Ａの起動直後において、ランキンサイクル回路２０における作動流体の循環が停止され、又は、ランキンサイクル回路２０における作動流体の循環量は低く設定されている。蓄熱材の温度が上昇するに従い、ランキンサイクル回路２０の作動流体の循環量が上昇するように、ランキンサイクル回路２０が運転される。蓄熱材の温度が目的温度に達した場合、ランキンサイクル回路２０の作動流体の循環量がほぼ一定となるように、ランキンサイクル回路２０が運転される。これにより、発電装置１Ａが安定的に運転される。

＜変形例＞
第１実施形態に係る発電装置１Ａ及びコジェネレーションシステム１０Ａは、図２に示すように変形することもできる。この変形例に係る発電装置１Ｂ及びコジェネレーションシステム１０Ｂは、特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様に構成される。本変形例において第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。

発電装置１Ｂにおいて、蓄熱材は、加熱器１３において気液二相である。すなわち、蓄熱材は揮発性の流体である。蒸発器２１は、蓄熱材の気相に位置するように加熱器１３の内部に配置されている。気相の蓄熱材と作動流体とが熱交換することにより、気相である蓄熱材は凝縮して液相へ戻る。これにより、加熱器１３の内部が過剰に高圧になることが抑制されている。また、蓄熱材が加熱器１３において気液二相であることにより、加熱器１３の蓄熱材の温度が安定する。これにより、蒸発器２１での熱交換量が安定し、蒸発器２１を通過した作動流体の状態を一定の範囲に制御することができる。

加熱器１３において気液二相である蓄熱材は、例えば有機化合物である。蓄熱材が有機化合物であると、蓄熱材として用いる有機化合物を選択することにより、蓄熱材の沸点を適宜調整できる。また、蓄熱材として、複数種類の有機化合物の混合物を用いれば、混合物の組成により蓄熱材の沸点を適宜調整することができる。蓄熱材である有機化合物は、例えば、アルコール、ケトン及び水（加圧水）からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。また、蓄熱材である有機化合物の標準沸点が１００℃〜２００℃であることが好ましい。これにより、加熱器１３について、比較的低い耐圧基準を採用することができるので、加熱器１３の製造コストを抑制することができる。さらに、蓄熱材である有機化合物は、水又はアルコールであることが好ましい。この構成は、加熱器１３の内部の圧力が過剰に上昇することを防止するために加熱器１３の外部へ蓄熱材を放出する場合に、安全上の観点から好ましい。

第１実施形態に係る発電装置１Ａ及びコジェネレーションシステム１０Ａは、図３に示すように変形することもできる。この変形例に係る発電装置１Ｃ及びコジェネレーションシステム１０Ｃは、特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様に構成されている。第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。

発電装置１Ｃの加熱器１３は、加熱器１３の本体から取り込んだ蓄熱材を加熱器１３の本体に戻すように蓄熱材を循環させる循環回路１３Ａを備える。循環回路１３Ａは、ポンプ１３Ｂ及び熱交換部１３Ｃを備えている。加熱器１３の本体、ポンプ１３Ｂ及び熱交換部１３Ｃが配管で接続されていることによって循環回路１３Ａが形成されている。熱交換部１３Ｃは、蒸発器２１の一部を構成している。ポンプ１３Ｂにより加熱器１３の本体の内部から熱交換部１３Ｃに供給された蓄熱材は、蒸発器２１を流れる作動流体と熱交換を行う。このようにして蒸発器２１は、作動流体を蒸発させる。熱交換部１３Ｃを通過して低温となった蓄熱材は、加熱器１３の本体に戻り、再び煙道１２の燃焼ガスにより加熱される。ここで、蒸発器２１は例えばプレート式熱交換器である。

発電装置１Ｃでは、循環回路１３Ａの一部が蒸発器２１を構成している。循環回路１３Ａの蓄熱材は燃焼ガスにより直接加熱されない。従って、加熱器１３の内部に蒸発器２１が設けられる場合よりも燃焼器１１での発熱量の変動の影響を受けにくい。これにより、蒸発器２１での熱交換量が安定し、蒸発器２１を通過した作動流体の状態を一定の範囲に制御することができる。

第１実施形態に係る発電装置１Ａ及びコジェネレーションシステム１０Ａは、図４に示すように変形することもできる。この変形例に係る発電装置１Ｇ及びコジェネレーションシステム１０Ｇは、特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様に構成されている。第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。

発電装置１Ｇは、加熱器１３が固体の蓄熱材を含む点で発電装置１Ａと異なる。固体の蓄熱材としては、例えば、金属、合金、又はセラミックスを用いることができる。加熱器１３は、固体の蓄熱材を封入するための容器ではなく、固体の蓄熱材の塊として全体が構成されている。この場合、蓄熱材の塊を貫通するように煙道１２が形成されている。また、蒸発器２１は、固体の蓄熱材の塊の中に埋め込まれている。加熱器１３が中空の容器であり、加熱器１３の内部に、例えば、粒状又は粉状の固体の蓄熱材が封入されていてもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る発電装置１Ｄ及びコジェネレーションシステム１０Ｄについて説明する。なお、発電装置１Ｄは特に説明する場合を除き第１実施形態の発電装置１Ａと同様に構成される。

発電装置１Ｄの凝縮器２３は、空冷式の熱交換器であり、例えばフィンチューブ式熱交換器である。図５に示す通り、発電装置１Ｄの凝縮器２３は、作動流体が流れる被冷却部２３Ａと、空気を強制的に被冷却部２３Ａに送るためのファン３６とを備えている。被冷却部２３Ａを流れている作動流体は空気により冷却されて凝縮する。被冷却部２３Ａ及びファン３６は、空気ダクトである流路３５の内部に配置されている。流路３５の空気は凝縮器２３を通過する際に加熱される。この加熱された空気は流路３５を通って外部に供給される。流路３５の下流側の端部は例えば室内に開口している。これにより、加熱された空気が室内に供給されて室内暖房が行われる。すなわち、コジェネレーションシステム１０Ｄにおいては、被加熱流体が空気である。これにより、発電装置１Ｄの排熱を有効利用することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係るコジェネレーションシステム１０Ｅについて説明する。なお、コジェネレーションシステム１０Ｅの発電装置１Ａは、第１実施形態と同様に構成されるので、詳細な説明を省略する。

コジェネレーションシステム１０Ｅは、発電装置１Ａの排熱を給湯に用いるものである。コジェネレーションシステム１０Ｅは、図６に示すように、被加熱流体が循環する流路３０を備える。被加熱流体は例えば水である。流路３０は、ポンプ３２、凝縮器２３の一部を構成する冷却部３１、及び貯湯タンク３８が配管により接続されて構成されている。低温の水がポンプ３２により冷却部３１に供給される。冷却部３１を流れている水は、被冷却部２３Ａを流れている作動流体と熱交換する。これにより、低温の水が加熱されて温水が生成される。冷却部３１を通過した温水は、貯湯タンク３８に供給される。貯湯タンク３８の内部には熱交換器７２が配置されている。この熱交換器７２に給水管７１及び出湯管７３が接続されている。給水管７１から低温の水が熱交換器７２に供給され、貯湯タンク３８の温水と熱交換する。このようにして生成された温水は出湯管７３から外部に供給されている。すなわち、凝縮器２３で生成された温水は給湯用の熱源として利用することができるようになっている。貯湯タンク３９の底部には低温の水が溜まっており、これがポンプ３２により再び冷却部３１に供給されている。

第３実施形態に係るコジェネレーションシステム１０Ｅは、図７に示すコジェネレーションシステム１０Ｆのように変形可能である。コジェネレーションシステム１０Ｆは特に説明する場合を除きコジェネレーションシステム１０Ｅと同様に構成されている。

コジェネレーションシステム１０Ｆにおいては、給水管９１及び出湯管９３が冷却部３１に接続されることにより、被加熱流体の流路３９が構成されている。凝縮器２３において、冷却部３１を流れる被加熱流体と被冷却部２３Ａを流れる作動流体とが熱交換する。ここで、被加熱流体は水である。給水管９１から供給された低温の水は、被冷却部２３Ａを流れている作動流体と熱交換することにより加熱され温水となる。そして、この温水は、出湯管９３から外部に供給される。

本発明は、木質ペレット、木質チップ、石炭などの固体燃料の燃焼ガスを利用してランキンサイクル回路の作動流体を蒸発させる発電装置及びその発電装置を備えたコジェネレーションシステムに有用である。

Claims (14)

1. 固体燃料を燃焼させる燃焼器と、
   前記燃焼器で発生した燃焼ガスが通過する煙道と、
   蓄熱材を含み、前記煙道の前記燃焼ガスと前記蓄熱材とを熱交換させることによって前記蓄熱材を加熱する加熱器と、
   前記加熱器で加熱された前記蓄熱材とランキンサイクルの作動流体とを熱交換させることによって前記作動流体を蒸発させる蒸発器を有するランキンサイクル回路と、
   を備え、
   前記煙道は、前記加熱器を複数の位置で貫通している、
   発電装置。
2. 前記加熱器が前記煙道の周囲に配置されている、請求項１に記載の発電装置。
3. 前記作動流体が有機化合物である、請求項１又は２に記載の発電装置。
4. 前記蓄熱材は流体であり、前記加熱器には前記蓄熱材が封入されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電装置。
5. 前記蓄熱材は、前記加熱器において液相である、請求項４に記載の発電装置。
6. 前記蒸発器は、液相の前記蓄熱材に浸るように前記加熱器の内部に配置されている、請求項５に記載の発電装置。
7. 前記蓄熱材の大気圧下における蒸発温度が１００℃以上である、請求項５又は６に記載の発電装置。
8. 前記蓄熱材の発火点が２００℃以上である、請求項５〜７のいずれか１項に記載の発電装置。
9. 前記蓄熱材がオイルである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発電装置。
10. 前記オイルがシリコーンオイルである、請求項９に記載の発電装置。
11. 前記蓄熱材は、前記加熱器において気液二相である、請求項１に記載の発電装置。
12. 前記蓄熱材が有機化合物である、請求項１１に記載の発電装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の発電装置と、
    前記ランキンサイクル回路の凝縮器を流れる前記作動流体と熱交換することにより加熱された被加熱流体を外部に供給する流路と、
    を備えた、コジェネレーションシステム。
14. 前記被加熱流体が水又は空気である、請求項１３に記載のコジェネレーションシステム。

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