JP6624975B2 - エンジンコージェネレーション装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電と熱源水の生成の両方を行うエンジンコージェネレーション装置に関する。

従来から、過給機付きエンジンに取り付けられたインタークーラからの排熱を回収し、その回収した熱を有効利用するようにした排熱利用システムが知られている（例えば特許文献１参照）。この過給機付きエンジンの排熱を利用したシステムとしては、例えば次のようなものがある。この一例の過給機付きエンジンの排熱利用システムは、発電機等の動力源となるエンジンと、このエンジンの上流側に設けられて当該エンジンに圧縮空気を送り込む過給機と、エンジンと過給機との間に設けられて過給機により生成された圧縮空気を冷却するインタークーラとを備える。このインタークーラには冷却水（熱媒）が循環しており、この冷却水はインタークーラ内を通過する圧縮空気と熱交換する。一方、圧縮空気と熱交換した冷却水は、インタークーラの外部で温水、または冷却塔などの放熱装置との熱交換が可能となっている。このインタークーラの冷却水と熱交換した温水は、エンジン本体の冷却水と熱交換して得られた温水や、排ガスと熱交換することで得られた温水などと一緒に、温度の高い状態で貯湯タンクに溜められる。このようにして過給機付きエンジンからの排熱を回収し、その回収した熱を様々な用途に再利用することができる。

特開平１１−１８２９７５号公報

特許文献１のシステムでは、ターボチャージャーの圧縮エアーを冷却するインタークーラが２つ設けられて、圧縮エアーから熱を回収し、その熱が吸収冷温水器で利用される。近年、エンジンの排熱を可能な限り蒸気の生成に利用する、全蒸気回収型のコージェネレーション装置の開発が進められている。当該システムは、冷却水の温度を１００℃以上の高温水として回収し、熱交換器を通してフラッシュ蒸気を生成する。圧縮エアーを中間温度まで冷却する高温側インタークーラでは、冷却水が８８℃〜９３℃程度に加熱されるが、この温度域では蒸気を生成することができない。

ターボチャージャー出口の圧縮空気の温度は１００℃を超えているため、冷却水の流量調整などにより冷却水を１００℃以上に加熱することは可能ではある。しかしエンジンを適切に運転するためには、圧縮エアーを所定の温度まで低温側インタークーラで冷却する必要がある。低温側インタークーラの冷却水は、５０℃前後まで温度が下がるため、他での利用が難しい。よって低温側インタークーラで回収した熱は再利用できず、ラジエータ等で外部に放出されることになる。つまり高温側インタークーラの冷却水の温度を高くすると、インタークーラで回収する熱量が減少するため、システム全体の効率が低下してしまう。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、システムの全体効率の低下を抑制しつつ、より温度の高い熱源水を生成できるエンジンコージェネレーション装置を提供することにある。

上記目的を達成するためのエンジンコージェネレーション装置の特徴構成は、
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。

上記の特徴構成によれば、熱源水生成部において高温インタークーラは、過給機から供給された圧縮気体から熱を回収し、中温インタークーラは、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。そして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が生成され、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が生成される。低温インタークーラは、中温インタークーラから供給された圧縮気体をエンジンの運転に適した所定の温度まで冷却してエンジンに供給する。そうすると、高温インタークーラで回収しきれなかった熱が中温インタークーラで回収されて中温熱源水が生成されるので、高温熱源水の温度を高めても、熱が無駄にならない。またエンジンの運転に適した温度への圧縮気体の冷却は、低温インタークーラで行われるので、中温熱源水の温度は過度に低くならず、熱源として利用が可能な温度となる。すなわち上記の特徴構成を備えたエンジンコージェネレーション装置によれば、中温インタークーラでの熱回収によりシステムの全体効率の低下を抑制しつつ、より温度の高い高温熱源水を生成することができる。

本発明に係るエンジンコージェネレーション装置の別の特徴構成は、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℃以下である点にある。

上記の特徴構成によれば、高温熱源水の温度が１００℃より高いから、高温熱源水を蒸気の生成に利用することができ、中温熱源水の温度が１００℃以下であるから、中温インタークーラで熱を回収して中温熱源水として利用できるので、エンジンコージェネレーション装置を全蒸気回収型コージェネレーション装置として利用することができ、かつ中温熱源水を例えば排ガスボイラやフラッシュ蒸気を生成する熱交換器の給水予熱に使うことにより、システムの全体効率の低下を抑制することができる。

本発明に係るエンジンコージェネレーション装置の別の特徴構成は、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点にある。

上記の特徴構成によれば、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から、エンジンの排熱を有効活用でき、システムの全体効率の低下を更に抑制することができる。

本発明に係るエンジンコージェネレーション装置の別の特徴構成は、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を切り換えて行う点にある。

インタークーラの数を増やすと、エンジンに供給される圧縮気体の流路の圧損が増加するから、エンジンの運転状態や外部環境によっては、エンジンの出力が不足する場合が生じうる。例えば、電力需要が大きくなり発電量を増加する必要がある場合や、気温が高くエンジンに供給される燃焼用空気の体積が増加し燃焼室へ流入するまでの圧力損失が増大することにより十分な燃料供給が出来ない場合である。上記の特徴構成によれば、中温バイパス流路と中温バイパス弁とを有し、中温バイパス弁を閉じ、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、中温バイパス弁を開いて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から、中温熱主運転で中温熱源水を生成して熱の利用効率を高める一方、中温バイパス運転で中温バイパス流路に圧縮気体を通流させて、中温インタークーラによる圧損増加を回避し、エンジンの出力を増加させることが可能となる。すなわち上記の特徴構成によれば、熱効率を重視する運転と発電量を重視する運転とを切り換えて行うことができ、システムの全体効率向上と発電量の確保とを両立することができ、エンジンコージェネレーション装置としての利用価値を高めることができる。

本発明に係るエンジンコージェネレーション装置の別の特徴構成は、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点にある。

上記の特徴構成によれば、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、中温バイパス運転に切り換えるから、エンジンの出力を増加させて、発電機が発電する電力を所定の目標値に到達させることができ、エンジンコージェネレーション装置として好適である。

本発明に係るエンジンコージェネレーション装置の別の特徴構成は、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、前記熱媒冷却部を動作させて熱媒を冷却する点にある。

上記の特徴構成によれば、中温熱媒流路を通流して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、熱媒冷却部を動作させて熱媒を冷却するから、
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。

本発明に係るエンジンコージェネレーション装置の別の特徴構成は、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点にある。

インタークーラの数を増やすと、エンジンに供給される圧縮気体の流路の圧損が増加するから、エンジンの運転状態や外部環境によっては、エンジンの出力が不足する場合が生じうる。例えば、電力需要が大きくなり発電量を増加する必要がある場合や、気温が高くエンジンに供給される燃焼用空気の体積が増加し燃焼室へ流入するまでの圧力損失が増大することにより十分な燃料供給が出来ない場合である。上記の特徴構成によれば、高温バイパス流路と高温バイパス弁とを有し、高温バイパス弁を閉じ、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、高温バイパス弁を開いて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から、高温熱主運転で高温熱源水を生成して熱の利用効率を高める一方、高温バイパス運転で高温バイパス流路に圧縮気体を通流させて、高温インタークーラによる圧損増加を回避し、エンジンの出力を増加させることが可能となる。すなわち上記の特徴構成によれば、熱効率を重視する運転と発電量を重視する運転とを切り換えて行うことができ、システムの全体効率向上と発電量の確保とを両立することができ、エンジンコージェネレーション装置としての利用価値を高めることができる。

本発明に係るエンジンコージェネレーション装置の別の特徴構成は、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点にある。

上記の特徴構成によれば、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、高温バイパス運転に切り換えるから、エンジンの出力を増加させて、発電機が発電する電力を所定の目標値に到達させることができ、エンジンコージェネレーション装置として好適である。

エンジンコージェネレーション装置の概要を示すブロック図 エンジンコージェネレーション装置の概要を示すブロック図

（第１実施形態）
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。

エンジン２は、空気と燃料との混合気を取り入れて燃焼させ、動力を発生させる。発電機１はエンジン２に接続されており、エンジン２からの動力で駆動され、発電する。エンジン２には、主として燃焼筒を冷却するエンジン冷却部５が設けられている。エンジン冷却部５は、後述する高温熱媒流路Ｈ１から供給された熱媒との熱交換により、エンジン２を冷却し、エンジン２の排熱を高温熱媒流路Ｈ１の熱媒へ回収する。

過給機３は、エンジン２の排ガスを利用してタービンを回転させ、吸入した混合気を圧縮して圧縮気体とし、エンジン２へ供給する。過給機３には、過給機３を冷却する過給機冷却部６が設けられている。過給機冷却部６は、後述する高温熱媒流路Ｈ１から供給された熱媒との熱交換により、過給機３を冷却し、過給機３の排熱を高温熱媒流路Ｈ１の熱媒へ回収する。

エンジン２と過給機３との間は、圧縮気体流路１１によって接続されている。過給機３で混合気を圧縮して生成された圧縮気体は、圧縮気体流路１１の内部を通流して、エンジン２に供給される。

＜熱源水生成部＞
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。

＜インタークーラ＞
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。

したがって高温インタークーラＨＣでは、過給機３から供給された圧縮気体と、後述する高温熱媒流路Ｈ１から供給された熱媒とが熱交換される。つまり高温インタークーラＨＣでは、過給機３から供給された圧縮気体から熱が回収され、高温熱媒流路Ｈ１の熱媒を加熱し、圧縮気体が冷却される。例えば、高温熱媒流路Ｈ１の熱媒が１１１℃から１１５℃へ加熱され、圧縮気体が２００℃から１１１℃へ冷却される。

また中温インタークーラＭＣでは、高温インタークーラＨＣから供給された圧縮気体と、後述する中温熱媒流路Ｍ１から供給された熱媒とが熱交換される。つまり中温インタークーラＭＣでは、高温インタークーラＨＣから供給された圧縮気体から熱が回収され、中温熱媒流路Ｍ１の熱媒を加熱し、圧縮気体が冷却される。例えば、中温熱媒流路Ｍ１の熱媒が９０℃から１０５℃へ加熱され、圧縮気体が１１１℃から９０℃へ冷却される。

そして低温インタークーラＬＣでは、中温インタークーラＭＣから供給された圧縮気体と、後述する低温熱媒流路Ｌ１から供給された熱媒とが熱交換される。つまり低温インタークーラＬＣでは、中温インタークーラＭＣから供給された圧縮気体から熱が回収され、低温熱媒流路Ｌ１の熱媒を加熱し、圧縮気体が冷却される。例えば、低温熱媒流路Ｌ１の熱媒が５５℃から６０℃へ加熱され、圧縮気体が９０℃から５５℃へ冷却される。

なお低温インタークーラＬＣでは、エンジン２の運転に適した所定の温度まで圧縮気体が冷却される。上述の例では５５℃まで冷却されているので、エンジン２で圧縮気体（空気と燃料との混合気）を燃焼する際、ノッキングの発生が抑制され好適である。

＜高温熱媒流路＞
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。

高温温度センサＨ９と高温インタークーラＨＣとの間から、高温熱媒流路Ｈ１が分岐して熱媒をエンジン冷却部５および過給機冷却部６に供給し、高温インタークーラＨＣと高温ポンプＨ２との間で合流する。

高温ポンプＨ２は、高温熱媒流路Ｈ１に熱媒を循環させるポンプである。高温ポンプＨ２の動作は、制御部Ｃによって制御され、高温熱媒流路Ｈ１における熱媒の流量・流速が調整される。これにより高温インタークーラＨＣにおける圧縮気体の冷却を制御して、高温インタークーラＨＣから中温インタークーラＭＣへ供給される圧縮気体の温度を調整する。

＜高温熱源水の生成＞
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。

すなわち熱源水生成部４の高温熱源水加熱器Ｈ４では、高温インタークーラＨＣにより回収した熱と、エンジン冷却部５により回収した熱と、過給機冷却部６により回収された熱とを用いて、高温熱源水が生成される。高温熱源水加熱器Ｈ４で生成された１１５℃の高温熱源水は、例えば蒸気発生装置（図示なし）に供給されて、０．１ＭＰａＧ以下の低圧蒸気の生成に用いられる。そして蒸気発生装置で生成された低圧蒸気は、蒸気圧縮機（図示なし）に供給されて、発電機１で発電された電力を用いて昇圧され、高温高圧の蒸気となって多方面に利用される。

＜高温熱媒冷却部＞
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。

高温放熱器Ｈ６は、高温放熱流路Ｈ７を通流する熱媒と、冷却水流路２１を通流する冷却水とを熱交換させる、熱交換器である。つまり高温放熱器Ｈ６では、高温放熱流路Ｈ７から供給された熱媒が冷却され、冷却水流路２１から供給された冷却水が加熱される。冷却水流路２１については後述する。

ここで高温温調弁Ｈ８は、高温温度センサＨ９が検知する熱媒の温度に基づいて、制御部Ｃによって開度が制御される。制御部Ｃは、高温温度センサＨ９が検知する熱媒の温度が所定の閾値温度を超えた場合には、高温温調弁Ｈ８の高温放熱流路Ｈ７側を開いて、高温熱媒流路Ｈ１から高温放熱流路Ｈ７へ熱媒を流入させる。そうすると、高温放熱流路Ｈ７へ流入した熱媒は、高温放熱器Ｈ６にて冷却され、高温温調弁Ｈ８を通って高温熱媒流路Ｈ１へ合流する。これにより、高温熱媒流路Ｈ１を通流する熱媒の温度を低下させることができる。すなわち高温放熱器Ｈ６、高温放熱流路Ｈ７および高温温調弁Ｈ８は、熱源水生成部４の高温熱媒冷却部７として動作する。熱源水生成部４は、高温熱媒流路Ｈ１を通流して高温インタークーラＨＣ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、高温熱媒冷却部７を動作させて熱媒を冷却する。

＜過冷却防止弁＞
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。

過冷却防止弁３１は、過冷却検知センサ３２が検知する熱媒の温度に基づいて、制御部Ｃによって開度が制御される。制御部Ｃは、過冷却検知センサ３２が検知する熱媒の温度が所定の閾値温度を下回った場合には、過冷却防止弁３１の過冷却防止流路３３側を開いて、高温熱媒流路Ｈ１から過冷却防止流路３３へ熱媒を流入させる。そうすると、過冷却防止流路３３へ流入した熱媒は、高温熱源水加熱器Ｈ４および高温放熱流路Ｈ７による冷却を受けずに、高温熱媒流路Ｈ１へ合流するから、高温熱媒流路Ｈ１を通流する熱媒の温度を上昇させることができる。すなわち過冷却防止弁３１、過冷却検知センサ３２および過冷却防止流路３３により、高温熱媒流路Ｈ１を通流する熱媒の温度が過度に低下することを防止して、エンジン２および過給機３の過冷却を防止する。

＜冷却水流路＞
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＞
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。

中温ポンプＭ２は、中温熱媒流路Ｍ１に熱媒を循環させるポンプである。中温ポンプＭ２の動作は、制御部Ｃによって制御され、中温熱媒流路Ｍ１における熱媒の流量・流速が調整される。これにより中温インタークーラＭＣにおける圧縮気体の冷却を制御して、中温インタークーラＭＣから低温インタークーラＬＣへ供給される圧縮気体の温度を調整する。

＜中温熱源水の生成＞
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。

すなわち熱源水生成部４の中温熱源水加熱器Ｍ４では、中温インタークーラＭＣにより回収した熱を用いて、中温熱源水が生成される。中温熱源水加熱器Ｍ４で生成された１０５℃の中温熱源水は、例えば蒸気発生装置（図示なし）に供給される水の予熱に用いられる。

＜中温熱媒冷却部＞
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。

中温放熱器Ｍ６は、中温放熱流路Ｍ７を通流する熱媒と、冷却水流路２１を通流する冷却水とを熱交換させる、熱交換器である。つまり中温放熱器Ｍ６では、中温放熱流路Ｍ７から供給された熱媒が冷却され、冷却水流路２１から供給された冷却水が加熱される。

ここで中温温調弁Ｍ８は、中温温度センサＭ９が検知する熱媒の温度に基づいて、制御部Ｃによって開度が制御される。制御部Ｃは、中温温度センサＭ９が検知する熱媒の温度が所定の閾値温度を超えた場合には、中温温調弁Ｍ８の中温放熱流路Ｍ７側を開いて、中温熱媒流路Ｍ１から中温放熱流路Ｍ７へ熱媒を流入させる。そうすると、中温放熱流路Ｍ７へ流入した熱媒は、中温放熱器Ｍ６にて冷却され、中温温調弁Ｍ８を通って中温熱媒流路Ｍ１へ合流する。これにより、中温熱媒流路Ｍ１を通流する熱媒の温度を低下させることができる。すなわち中温放熱器Ｍ６、中温放熱流路Ｍ７および中温温調弁Ｍ８は、熱源水生成部４の中温熱媒冷却部８として動作する。熱源水生成部４は、中温熱媒流路Ｍ１を通流して中温インタークーラＭＣ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、中温熱媒冷却部８を動作させて熱媒を冷却する。

＜低温熱媒流路＞
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。

低温放熱器Ｌ６は、低温放熱流路Ｌ７を通流する熱媒と、冷却水流路２１を通流する冷却水とを熱交換させる、熱交換器である。つまり低温放熱器Ｌ６では、低温放熱流路Ｌ７から供給された熱媒が冷却され、冷却水流路２１から供給された冷却水が加熱される。

低温ポンプＬ２は、低温熱媒流路Ｌ１に熱媒を循環させるポンプである。低温ポンプＬ２の動作は、制御部Ｃによって制御され、低温熱媒流路Ｌ１における熱媒の流量・流速が調整される。これにより低温インタークーラＬＣにおける圧縮気体の冷却を制御して、低温インタークーラＬＣからエンジン２へ供給される圧縮気体の温度を調整する。

＜低温温調弁＞
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。

低温温調弁Ｌ８は、低温温度センサＬ９が検知する熱媒の温度に基づいて、制御部Ｃによって開度が制御される。制御部Ｃは、低温温度センサＬ９が検知する熱媒の温度が所定の閾値温度を下回った場合には、低温温調弁Ｌ８の低温温調流路Ｌ１０側を開いて、低温熱媒流路Ｌ１から低温温調流路Ｌ１０へ熱媒を流入させる。そうすると、低温温調流路Ｌ１０へ流入した熱媒は、低温放熱器Ｌ６による冷却を受けずに、低温熱媒流路Ｌ１へ合流するから、低温熱媒流路Ｌ１を通流する熱媒の温度を上昇させることができる。すなわち低温温調弁Ｌ８は、低温温度センサＬ９および低温温調流路Ｌ１０により、低温熱媒流路Ｌ１を通流する熱媒の温度を調節することができる。

ここで熱源水生成部４にて生成される高温熱源水および中温熱源水の温度について確認する。高温熱源水は、高温熱源水加熱器Ｈ４における高温熱媒流路Ｈ１の熱媒との熱交換により生成される。中温熱源水は、中温熱源水加熱器Ｍ４における中温熱媒流路Ｍ１の熱媒との熱交換により生成される。中温インタークーラＭＣには、高温インタークーラＨＣで冷却された圧縮気体が供給されるから、高温熱媒流路Ｈ１の熱媒は、中温熱媒流路Ｍ１の熱媒よりも温度が高くなる。したがって、高温熱源水は中温熱源水よりも高い温度となる。

以上述べた通り、本実施形態に係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とを有し、熱源水生成部４は、過給機３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ＨＣと、高温インタークーラＨＣ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ＭＣと、中温インタークーラＭＣから供給された圧縮気体をエンジン２の運転に適した所定の温度まで冷却してエンジン２に供給する低温インタークーラＬＣとを有し、中温インタークーラＭＣにより回収した熱を用いて中温熱源水を生成し、高温インタークーラＨＣ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。

＜中温バイパス流路＞
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。

中温バイパス流路１２に、中温バイパス弁１３が設けられる。中温バイパス弁１３の開閉動作は、制御部Ｃによって制御される。

＜中温熱主運転＞
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。

＜中温バイパス運転＞
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。

＜運転状態の切り換え＞
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。

一方で中温バイパス運転では、より圧損の小さい中温バイパス流路１２を圧縮気体が通流するから、圧縮気体流路１１全体として圧損が小さくなり、エンジン２への圧縮気体の供給がよりスムースに行われる。したがって、エンジン２の出力を、中温熱主運転よりも大きくすることが可能となる。

そこで制御部Ｃは次の制御を行う。制御部Ｃは、中温熱主運転を行っている際、発電機１が発電する電力を監視し、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、中温バイパス弁１３を閉じて、中温バイパス運転に切り換える。そうすると、エンジン２の出力をより大きくすることが可能となり、発電機１が発電する電力を所定の目標値に到達させることが可能となる。

以上の場合の他にも、種々の条件に応じて中温熱主運転と中温バイパス運転とを切り換えることができる。例えば、気温が高く熱源水の需要が低い時期や、夏季等の電気需要が大きい時期には、中温バイパス運転を行って、高い効率で発電を行うことができる。また中温熱主運転を行っている際に、エンジン２の給気系のトラブル（吸気フィルター詰まり等）によってエンジン２への混合気の供給量が不足した場合には、中温バイパス運転に切り換えてエンジン２の稼働を安定させることもでき、トラブルによるエンジン２の停止を回避するためにも中温バイパス運転を活用することができる。

（第２実施形態）
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。

＜高温バイパス流路＞
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。

高温バイパス流路１４に、高温バイパス弁１５が設けられる。高温バイパス弁１５の開閉動作は、制御部Ｃによって制御される。

＜高温熱主運転＞
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。

＜高温バイパス運転＞
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。

＜運転状態の切り換え＞
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。

一方で高温バイパス運転では、より圧損の小さい高温バイパス流路１４を圧縮気体が通流するから、圧縮気体流路１１全体として圧損が小さくなり、エンジン２への圧縮気体の供給がよりスムースに行われる。したがって、エンジン２の出力を、高温熱主運転よりも大きくすることが可能となる。

そこで制御部Ｃは次の制御を行う。制御部Ｃは、高温熱主運転を行っている際、発電機１が発電する電力を監視し、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、高温バイパス弁１５を閉じて、高温バイパス運転に切り換える。そうすると、エンジン２の出力をより大きくすることが可能となり、発電機１が発電する電力を所定の目標値に到達させることが可能となる。

以上の場合の他にも、種々の条件に応じて高温熱主運転と高温バイパス運転とを切り換えることができる。例えば、気温が高く熱源水の需要が低い時期や、夏季等の電気需要が大きい時期には、高温バイパス運転を行って、高い効率で発電を行うことができる。また高温熱主運転を行っている際に、エンジン２の給気系のトラブル（吸気フィルター詰まり等）によってエンジン２への混合気の供給量が不足した場合には、高温バイパス運転に切り換えてエンジン２の稼働を安定させることもでき、トラブルによるエンジン２の停止を回避するためにも高温バイパス運転を活用することができる。

（他の実施形態）
（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）第１実施形態では圧縮気体流路１１に中温バイパス流路１２が設けられた。第２実施形態では圧縮気体流路１１に高温バイパス流路１４が設けられた。これを改変し、圧縮気体流路１１に、中温バイパス流路１２および高温バイパス流路１４の両方を設けてもよい。

なお以上の実施形態で例示した熱媒や冷却水、圧縮気体の温度は、制御の目標温度や定常運転時の目安の温度であり、ある程度の幅を有して設定されたり、運転されるものである。例えば、±１０℃程度変更されたり、変動する場合がある。

また上述の実施形態（他の実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

１ ：発電機
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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