JP6504403B2 - 熱電併給システム - Google Patents
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Description
熱源と、
前記熱源で生成された熱流体から熱エネルギーを吸収する第1熱交換器を作動流体を加熱するための蒸発器として有するランキンサイクル装置と、
前記ランキンサイクル装置の前記作動流体とは異なる熱媒体を加熱するための熱交換器であって、前記熱流体から熱エネルギーを吸収して前記熱媒体に伝達する第2熱交換器と、
前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器のそれぞれに前記熱源から前記熱流体が供給されるように前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器が配置された熱流体流路と、
を備え、
前記熱流体流路は、前記熱流体が前記熱源から前記第1熱交換器に直接的に到達することを許容する第1流路と、前記熱流体が前記熱源から前記第2熱交換器に直接的に到達することを許容する第2流路とを含む、熱電併給システムを提供する。
熱源と、
前記熱源で生成された熱流体から熱エネルギーを吸収する第1熱交換器を作動流体を加熱するための蒸発器として有するランキンサイクル装置と、
前記ランキンサイクル装置の前記作動流体とは異なる熱媒体を加熱するための熱交換器であって、前記熱流体から熱エネルギーを吸収して前記熱媒体に伝達する第2熱交換器と、
前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器のそれぞれに前記熱源から前記熱流体が供給されるように前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器が配置された熱流体流路と、
を備え、
前記熱流体流路は、前記熱流体が前記熱源から前記第1熱交換器に直接的に到達することを許容する第1流路と、前記熱流体が前記熱源から前記第2熱交換器に直接的に到達することを許容する第2流路とを含む、熱電併給システムを提供する。
第1運転モードにおいて、CHPシステム100は、温水及び電力の両方を外部へと供給できる。まず、ポンプ23を動かしてランキンサイクル装置20の運転を開始させ、適切なタイミングで第1流体回路30に水を流し始める。その後、適切なタイミングで燃焼器14への燃料の供給を開始し、燃料に着火する。ランキンサイクル装置20の作動流体は、蒸発器24において火炎及び燃焼ガスから熱を受け取り、過熱状態の気相の作動流体へと変化する。高温かつ気相の作動流体は膨張機21へと送られる。膨張機21において、作動流体の圧力エネルギーが機械エネルギーに変換され、発電機26が駆動される。これにより、発電機26において電力が生成される。膨張機21から吐出された作動流体は、凝縮器22に流入する。膨張機21の出口において、作動流体が過熱状態を維持していてもよい。作動流体は、凝縮器22において、第1流体回路30を流れる水によって冷却され、凝縮する。第1流体回路30の中の水は作動流体によって加熱される。第1流体回路30で温水が生成され、生成された温水は外部へと供給される。凝縮した作動流体はポンプ23によって加圧され、再び蒸発器24に送られる。
第2運転モードにおいて、ランキンサイクル装置20の運転は停止しており、CHPシステム100は、温水のみを外部へと供給できる。ランキンサイクル装置20で発電が行われていないときに第2熱交換器42に水を流して加熱することができる。具体的には、第2流体回路40を使用して温水を生成するように第2流体回路40に水を流す。第2熱交換器42は、燃焼ガスの熱を直接的に吸収すると同時に、蒸発器24を介して燃焼ガスの熱を間接的に吸収する。これにより、蒸発器24の熱損傷、作動流体の熱分解などの不具合を防止しつつ、第2熱交換器42で温水を生成でき、ひいてはユーザの利便性が向上する。第2運転モードにおいて、流量調整器46は、例えば、全開状態に制御される。
図3に示すように、変形例1に係るCHPシステム102は、互いに直列的に接続された第1流体回路30及び第2流体回路40を備えている。すなわち、第1流体回路30を通じて加熱された水が第2流体回路40を通じてさらに加熱されるように、第1流体回路30と第2流体回路40とが直列的に接続されていてもよい。これにより、より高温の温水を生成することができる。
図4に示すように、変形例2に係るCHPシステム104は、燃焼器14として、互いに独立して火炎及び燃焼ガスを生成できる複数の分割燃焼器14a,14b及び14cを有している。少なくとも1つの分割燃焼器14aで生成された燃焼ガスが実質的に第2熱交換器42にのみ供給されるように第2熱交換器42と複数の分割燃焼器14a,14b及び14cとの位置関係が定められている。具体的には、複数の分割燃焼器14a,14b及び14cのうち、分割燃焼器14aの真上には第2熱交換器42が存在し、蒸発器24は存在していない。また、別の分割燃焼器14b及び14cの真上には蒸発器24が存在しており、第2熱交換器42は存在していない。言い換えると、蒸発器24を燃焼器14に向けて垂直に投影したとき、分割燃焼器14b及び14cの上にのみ蒸発器24の投影図が重なる。第2熱交換器42を燃焼器14に向けて垂直に投影したとき、分割燃焼器14aの上にのみ第2熱交換器42の投影図が重なる。分割燃焼器14aで生成された燃焼ガスGは、第2熱交換器42に向かって進む。本変形例に係るCHPシステム104によれば、ランキンサイクル装置20の運転の停止時において、蒸発器24の熱損傷などの不具合をより確実に防止しつつ、第2熱交換器42で温水を生成できる。
図5に示すように、変形例3に係るCHPシステム105は、変形例2のCHPシステム104に加え、蒸発器24と第2熱交換器42との間に配置された隔壁80を備えている。この隔壁80によれば、燃焼ガス流路16を蒸発器24が配置された部分と第2熱交換器42が配置された部分とに仕切ることができる。その結果、複数の分割燃焼器14a,14b及び14cのそれぞれから蒸発器24及び第2熱交換器42のそれぞれに燃焼ガスを供給できる。第2熱交換器42に燃焼ガスGが供給されているときに、蒸発器24に燃焼ガスGが供給されることを隔壁80によって妨げることができる。故に、ランキンサイクル装置20の運転の停止時において、蒸発器24の熱損傷などの不具合をより確実に防止しつつ、第2熱交換器42で温水を生成できる。
図6及び図7に示すように、変形例4に係るCHPシステム106は、燃焼器14として、円筒型の燃焼器を備えている。燃焼器14は、燃焼ガスGが半径方向の外向きに流れるように構成されている。このような構造のボイラーは、主に欧州で普及しており、例えば、独国のVIESSMANN社から提供されている。
蒸発器24が第2熱交換器42に接していることは必須ではなく、蒸発器24が第2熱交換器42から離れていてもよい。また、蒸発器24は、熱伝導部材を介して間接的に第2熱交換器42に接していてもよい。熱伝導部材は、蒸発器24と第2熱交換器42とを熱的に接続する部材である。熱伝導部材の例は、ヒートパイプである。
Claims (16)
- 熱源と、
前記熱源で生成された熱流体から熱エネルギーを吸収する第1熱交換器を作動流体を加熱するための蒸発器として有するランキンサイクル装置と、
前記ランキンサイクル装置の前記作動流体とは異なる液相の熱媒体を加熱するための熱交換器であって、前記熱流体から熱エネルギーを吸収して前記熱媒体に伝達する第2熱交換器と、前記熱媒体が前記第2熱交換器に供給されるように前記第2熱交換器に接続された第1配管と、前記第2熱交換器で加熱された前記熱媒体が外部に供給されるように前記第2熱交換器に接続された第2配管とを有する流体回路と、
前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器のそれぞれに前記熱源から前記熱流体が供給されるように前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器が配置された熱流体流路と、
前記流体回路に設けられ、前記第2熱交換器を流れる液相の前記熱媒体の流量を調整する流量調整器と、
を備え、
前記作動流体が有機作動流体であり、
前記熱流体流路は、前記熱流体が前記熱源から前記第1熱交換器に直接的に到達することを許容する第1流路と、前記熱流体が前記熱源から前記第2熱交換器に直接的に到達することを許容する第2流路とを含む、熱電併給システム。 - 前記熱源と前記第1熱交換器との間の空間によって前記第1流路が形成され、前記第1流路を介して前記第1熱交換器が前記熱源に直接的に面しており、
前記熱源と前記第2熱交換器との間の空間によって前記第2流路が形成され、前記第2流路を介して、前記第2熱交換器が前記熱源に直接的に面している、請求項1に記載の熱電併給システム。 - 前記熱流体流路における前記熱流体の流れ方向に垂直な投影面に前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器を正射影したとき、前記第1熱交換器の投影像と前記第2熱交換器の投影像とが前記投影面において重複していない、請求項1又は2に記載の熱電併給システム。
- 前記第1熱交換器を経由することなく前記熱源から前記第2熱交換器に前記熱流体が到達でき、前記第2熱交換器を経由することなく前記熱源から前記第1熱交換器に前記熱流体が到達できる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱電併給システム。
- 前記熱源は、火炎及び前記熱流体としての燃焼ガスを生成する燃焼器であり、
前記熱流体流路は、前記燃焼器を収容している燃焼チャンバの内部空間によって形成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱電併給システム。 - 前記ランキンサイクル装置は、発電量を検出する検出器を含み、
前記熱電併給システムは、前記検出器で検出された発電量に応じて前記流量調整器を制御する制御装置をさらに備えた、請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱電併給システム。 - 前記ランキンサイクル装置で発電が行われていないときに前記第2熱交換器に前記熱媒体を流して加熱することができる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱電併給システム。
- 前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器よりも前記熱源から離れた位置に配置された第3熱交換器をさらに備え、
前記第3熱交換器は、前記熱流体が持っている熱エネルギーを前記熱媒体に伝達する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱電併給システム。 - 前記第3熱交換器を通過した前記熱媒体が前記第2熱交換器に流入するように、前記第3熱交換器が前記第2熱交換器に接続されている、請求項8に記載の熱電併給システム。
- 前記ランキンサイクル装置は、前記作動流体を前記蒸発器へ圧送するポンプと、前記蒸発器から流出した前記作動流体が流入する膨張機と、をさらに有し、
前記作動流体は、前記ポンプから吐出されてから前記膨張機に流入するまでの間に前記熱流体のみから熱エネルギーを吸収して加熱される、請求項1〜9のいずれか1項に記載の熱電併給システム。 - 前記流量調整器を制御することによって、電気出力に対する熱出力の比率を調整する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の熱電併給システム。
- 前記電気出力を増加すべきとき、前記流体回路の前記熱媒体の流量が減少するように前記流量調整器を制御し、
前記電気出力を減らすべきとき、前記流体回路の前記熱媒体の流量が増加するように前記流量調整器を制御する、請求項11に記載の熱電併給システム。 - 熱源と、
前記熱源で生成された熱流体から熱エネルギーを吸収する第1熱交換器を作動流体を加熱するための蒸発器として有するランキンサイクル装置と、
前記ランキンサイクル装置の前記作動流体とは異なる液相の熱媒体を加熱するための熱交換器であって、前記熱流体から熱エネルギーを吸収して前記熱媒体に伝達する第2熱交換器と、前記熱媒体が前記第2熱交換器に供給されるように前記第2熱交換器に接続された第1配管と、前記第2熱交換器で加熱された前記熱媒体が外部に供給されるように前記第2熱交換器に接続された第2配管とを有する流体回路と、
前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器のそれぞれに前記熱源から前記熱流体が供給されるように前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器が配置された熱流体流路と、
を備え、
前記作動流体が有機作動流体であり、
前記熱流体流路は、前記熱流体が前記熱源から前記第1熱交換器に直接的に到達することを許容する第1流路と、前記熱流体が前記熱源から前記第2熱交換器に直接的に到達することを許容する第2流路とを含み、
前記第2熱交換器は、前記第1熱交換器に直接的に接している又は熱伝導部材を介して間接的に前記第1熱交換器に接している、熱電併給システム。 - 前記熱伝導部材は、前記第1熱交換器と前記第2熱交換器とを間接的に接触させるヒートパイプである、請求項13に記載の熱電併給システム。
- 熱源と、
前記熱源で生成された熱流体から熱エネルギーを吸収する第1熱交換器を作動流体を加熱するための蒸発器として有するランキンサイクル装置と、
前記ランキンサイクル装置の前記作動流体とは異なる液相の熱媒体を加熱するための熱交換器であって、前記熱流体から熱エネルギーを吸収して前記熱媒体に伝達する第2熱交換器と、前記熱媒体が前記第2熱交換器に供給されるように前記第2熱交換器に接続された第1配管と、前記第2熱交換器で加熱された前記熱媒体が外部に供給されるように前記第2熱交換器に接続された第2配管とを有する流体回路と、
前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器のそれぞれに前記熱源から前記熱流体が供給されるように前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器が配置された熱流体流路と、
を備え、
前記作動流体が有機作動流体であり、
前記熱流体流路は、前記熱流体が前記熱源から前記第1熱交換器に直接的に到達することを許容する第1流路と、前記熱流体が前記熱源から前記第2熱交換器に直接的に到達することを許容する第2流路とを含み、
前記熱源は、互いに独立して前記熱流体を生成できる複数の分割された熱源を含み、
少なくとも1つの前記分割された熱源から見て前記熱流体の流れの下流方向には、前記第2熱交換器のみが存在する、熱電併給システム。 - 前記第1熱交換器と前記第2熱交換器との間に隔壁が設けられている、請求項15に記載の熱電併給システム。
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