JP6640017B2 - Steam generator - Google Patents

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Description

本発明は、温熱源から発生する熱により蒸気を発生する蒸気発生装置に関する。   The present invention relates to a steam generating device that generates steam by heat generated from a heat source.

従来、100℃以上の温度で、常圧(0.1MPa)以上の圧力の蒸気は、蒸気の潜熱加熱により短時間での被加熱対象物の加熱が可能であることから、例えば、食品加工の分野において、食品の焼成や乾燥等に用いられる。
このような蒸気を発生する装置としては、例えば、燃料と燃焼用空気との混合気を燃焼室において圧縮して燃焼させて回転動力を発生させて当該回転動力により発電機を駆動する内燃機関と、当該内燃機関から排出される燃焼排ガスの熱を熱源として蒸気を発生させる排ガスボイラとを備えたものが知られている(特許文献1を参照)。
当該構成により、特許文献1に開示の技術にあっては、内燃機関を働かせることで、発電機を回転駆動することにより電力を発生させると共に、内燃機関からの燃焼排ガスを排ガスボイラに導いて当該燃焼排ガスの保有する熱により高温の蒸気を発生させる、所謂、蒸気発生型のコージェネレーションシステムとして有効に機能する。
このような内燃機関にあっては、内燃機関を冷却するためのエンジン冷却水が内燃機関にて発生する熱のうち、比較的低温の排熱を回収する。そして、昨今の蒸気発生装置にあっては、当該低温の熱を用いて蒸気を発生させるべく、エンジン冷却水が回収した排熱により湯水を加熱する蒸気発生器と、当該蒸気発生器にて発生した蒸気を目標蒸気圧力(例えば、0.4〜0.7MPaG程度の圧力)まで圧縮して昇圧する蒸気圧縮機とを有する蒸気発生設備を更に備え、発生蒸気量を増加させた蒸気発生装置が知られている。
Conventionally, steam having a temperature of 100 ° C. or higher and a pressure of normal pressure (0.1 MPa) or higher can heat an object to be heated in a short time by latent heat of the steam. In the field, it is used for baking and drying foods.
As an apparatus for generating such steam, for example, an internal combustion engine that generates a rotational power by compressing and combusting an air-fuel mixture of fuel and combustion air in a combustion chamber and driving a generator by the rotational power is used. An exhaust gas boiler that generates steam by using heat of combustion exhaust gas discharged from the internal combustion engine as a heat source is known (see Patent Document 1).
With this configuration, in the technology disclosed in Patent Literature 1, by operating the internal combustion engine, the generator is rotated to generate electric power, and the combustion exhaust gas from the internal combustion engine is guided to the exhaust gas boiler. It functions effectively as a so-called steam generation type cogeneration system that generates high-temperature steam by the heat of the combustion exhaust gas.
In such an internal combustion engine, the engine cooling water for cooling the internal combustion engine recovers relatively low-temperature exhaust heat from the heat generated in the internal combustion engine. In recent steam generators, in order to generate steam using the low-temperature heat, a steam generator that heats hot and cold water by exhaust heat collected by engine cooling water, and a steam generator that generates the steam. A steam generator having a steam compressor having a steam compressor that compresses the compressed steam to a target steam pressure (for example, a pressure of about 0.4 to 0.7 MPaG) and pressurizes the steam to increase the steam amount. Are known.

特開2014−199009号公報JP 2014-19909 A

しかしながら、蒸気発生装置として、上述の如く、蒸気発生設備を備える場合、蒸気圧縮用の回転駆動部は、高温蒸気暴露に起因する腐食や羽の欠損により、耐久性および性能が著しく低下する恐れがあることから比較的短期間でのメンテナンスが必要であった。
更に、設計上の目標圧力・処理蒸気量に対し、熱源の熱量が少ない、あるいは実際の目標圧力が低く設定された場合、圧縮駆動部の負荷率が低く推移(部分負荷運転=低速回転)し、効率が著しく低下する虞があった。
However, when the steam generator is provided with the steam generator as described above, the durability and performance of the rotary drive unit for compressing steam may be significantly reduced due to corrosion or blade loss due to high-temperature steam exposure. For this reason, relatively short-term maintenance was required.
Further, when the heat amount of the heat source is small or the actual target pressure is set low with respect to the design target pressure / processed steam amount, the load factor of the compression drive unit changes to a low value (partial load operation = low speed rotation). However, the efficiency may be significantly reduced.

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、内燃機関等の温熱源から発生する比較的低温の排熱をも蒸気発生に有効に利用しながらも、比較的簡易な構成で、経済性が高く、また温水熱源の熱量、目標圧力に依存せず高い効率を出すことが可能な蒸気発生装置を提供する点にある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to relatively effectively use relatively low-temperature exhaust heat generated from a heat source such as an internal combustion engine for generating steam, while also using a relatively simple method. Another object of the present invention is to provide a steam generator which is highly economical, has a high economical efficiency, and can provide high efficiency without depending on the calorific value of the hot water heat source and the target pressure.

上記目的を達成するための蒸気発生装置は、
温熱源から発生する温熱により蒸気を発生する蒸気発生装置であって、その特徴構成は、
作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波の音響エネルギを増幅する第1再生器とから成る原動機を少なくとも1つ以上設けると共に、前記作動媒体が外部から吸熱する吸熱器と前記作動媒体が外部へ放熱する放熱器と前記吸熱器と前記放熱器との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第2再生器とから成る音響ヒートポンプ部を少なくとも1つ以上設ける熱音響機関を備え、
前記温熱源から発生する温熱を保有する熱媒を前記加熱器及び前記吸熱器の双方へ導く熱媒通流路と、
冷熱源から発生する冷熱を保有する冷媒を前記冷却器へ導く冷媒通流路と、
前記放熱器に湯水を導いて前記放熱器から放熱された温熱にて湯水を加熱し蒸発させる湯水供給手段とを備える点にある。
The steam generator for achieving the above object is:
A steam generator that generates steam by the heat generated from a heat source, the characteristic configuration of which is:
A heater for heating the working medium from the outside, a cooler for cooling the working medium from the outside, and acoustic energy of the sound wave between the heater and the cooler are filled in the acoustic cylinder in which the working medium is filled and the sound wave propagates. And at least one prime mover comprising a first regenerator for amplifying the heat, a heat absorber for absorbing the heat from the outside of the working medium, a radiator for the working medium to radiate heat to the outside, the heat absorber and the radiator. A thermoacoustic engine provided with at least one acoustic heat pump section comprising a second regenerator that compresses and expands in a form in which sound waves consume acoustic energy.
A heat medium passage that guides the heat medium having the heat generated from the heat source to both the heater and the heat absorber,
A refrigerant passage that guides a refrigerant having cold generated from a cold source to the cooler,
Hot water supply means for guiding hot water to the radiator to heat and evaporate the hot water with the heat radiated from the radiator.

上記特徴構成によれば、加熱器を温熱源からの温熱により加熱すると共に冷却器を冷熱源からの冷熱により冷却する形態で、第1再生器にて音波の音響エネルギを増幅して音波を発生することができる。そして、温熱源からの温熱を吸熱器が吸熱している状態において、音波が音響ヒートポンプ部を伝搬する場合、吸熱器から放熱器へ進行波を形成するときには、第2再生器にて圧縮しながら吸熱して昇温し、放熱器にて高温となった状態で放熱し、放熱器から吸熱器へ進行波を形成するときには、第2再生器にて膨張しながら放熱して降温し、吸熱器にて低温となった状態で吸熱する。
そして、湯水供給手段が放熱器へ湯水を導くことにより、当該湯水が放熱器にて放熱された温熱により加熱され、蒸気を発生できる。
即ち、上記構成によれば、熱音響機関を備えることにより、温熱源から供給される温熱のみを動力源としつつも、湯水を加熱して良好に蒸気を発生できる。特に、上述した熱音響機関は、従来の蒸気発生設備として備えられていた蒸気圧縮機の如く、可動部を有するものではないから耐久性が高く、メンテナンスを行う間隔を長くでき、メンテナンスコストを低減できる。
また、熱音響機関の音響ヒートポンプ部にあっては、ヒートポンプ効果により、吸熱器にて吸熱する温度よりも、放熱器にて放熱する温度を高くできるから、例えば、温熱源として内燃機関を用いた場合に、冷却水のような比較的低温の排熱からも、良好に蒸気を発生できる。
ちなみに、熱音響機関にあっては、作動媒体としてヘリウム等の気体を用いることから、一般的に知られる代替フロンや自然冷媒を冷媒として用いるヒートポンプ装置に比べ、高温域で働かせることができるから、蒸気圧を比較的容易に向上できる。
以上の如く、内燃機関等の温熱源から発生する比較的低温の排熱をも蒸気発生に有効に利用しながらも、比較的簡易な構成で、経済性が高く、また温水熱源の熱量、目標圧力に依存せず高い効率を出すことが可能な蒸気発生装置を実現できる。
According to the characteristic configuration, the first regenerator amplifies the acoustic energy of the sound wave to generate a sound wave in a form in which the heater is heated by the heat from the heat source and the cooler is cooled by the cool heat from the cold source. can do. Then, in the state where the heat absorber absorbs the heat from the heat source, when the sound wave propagates through the acoustic heat pump unit, when the traveling wave is formed from the heat absorber to the radiator, it is compressed by the second regenerator. Absorbs heat, raises the temperature, radiates heat at a high temperature in the radiator, and when forming a traveling wave from the radiator to the heat absorber, expands and radiates heat in the second regenerator to lower the temperature. Endothermic at low temperature.
Then, the hot and cold water supply means guides the hot and cold water to the radiator, whereby the hot and cold water is heated by the heat radiated by the radiator to generate steam.
That is, according to the above configuration, by providing the thermoacoustic engine, it is possible to satisfactorily generate steam by heating the hot water while using only the heat supplied from the heat source as the power source. In particular, the above-described thermoacoustic engine does not have any moving parts, unlike a steam compressor provided as a conventional steam generating facility, so that it has high durability, can perform long maintenance intervals, and reduces maintenance costs. it can.
In the acoustic heat pump section of a thermoacoustic engine, the temperature at which heat is radiated by the radiator can be higher than the temperature at which heat is absorbed by the heat absorber due to the heat pump effect. For example, an internal combustion engine is used as a heat source. In this case, steam can be satisfactorily generated even from relatively low-temperature exhaust heat such as cooling water.
By the way, in a thermoacoustic engine, since a gas such as helium is used as a working medium, it can be operated in a high-temperature region as compared with a generally known heat pump device using an alternative chlorofluorocarbon or natural refrigerant as a refrigerant, The vapor pressure can be increased relatively easily.
As described above, while using relatively low-temperature exhaust heat generated from a heat source such as an internal combustion engine effectively for steam generation, it has a relatively simple configuration, is highly economical, and has a calorific value It is possible to realize a steam generator capable of achieving high efficiency without depending on pressure.

蒸気発生装置の更なる特徴構成は、
前記熱媒通流路は、前記温熱源からの温熱を保有する熱媒を分岐して並列に通流する第1熱媒通流路と第2熱媒通流路とを備え、
前記第1熱媒通流路が前記加熱器へ熱媒を導くように配設されると共に、前記第2熱媒通流路が前記吸熱器へ熱媒を導くように配設されている点にある。
Further features of the steam generator are:
The heat medium passage includes a first heat medium passage and a second heat medium passage that branch a heat medium having heat from the heat source and flow in parallel.
The first heat medium passage is arranged to guide the heat medium to the heater, and the second heat medium passage is arranged to guide the heat medium to the heat absorber. It is in.

上記特徴構成によれば、原動機にて音波の音響エネルギを増幅する動力源として加熱器へ導く熱媒と、音響ヒートポンプ部にて蒸気を発生するための温熱源として吸熱器へ導く熱媒とを、第1熱媒通流路と第2熱媒通流路とにより各別に導くことができるから、加熱器と吸熱器との双方に、温熱源からの高温の熱媒を供給でき、原動機及び音響ヒートポンプ部の双方を良好に働かせることができる。   According to the above characteristic configuration, the heat medium guided to the heater as a power source for amplifying the acoustic energy of the sound wave by the prime mover, and the heat medium guided to the heat absorber as a heat source for generating steam in the acoustic heat pump unit. Since the first heat medium passage and the second heat medium passage can be guided separately from each other, a high-temperature heat medium from a heat source can be supplied to both the heater and the heat absorber. Both of the acoustic heat pump units can work well.

蒸気発生装置の更なる特徴構成は、
前記第1熱媒通流路を通流する熱媒の流量と、前記第2熱媒通流路を通流する熱媒の流量との流量比を調整する流量比調整手段を備える点にある。
Further features of the steam generator are:
It is characterized in that it comprises a flow ratio adjusting means for adjusting a flow ratio of a flow rate of the heat medium flowing through the first heat medium passage and a flow rate of the heat medium flowing through the second heat medium passage. .

上記特徴構成によれば、第1熱媒通流路を通流する熱媒の流量と第2熱媒通流路を通流する熱媒の流量との流量比を調整する流量比調整手段を備えるから、例えば、蒸気の供給熱量を一時的に低減する場合には、第2熱媒通流路を通流する熱媒流量を一時的に低減し前記吸熱器から吸熱される熱量を低減する形態で、放熱器における湯水への放熱量を低減し、蒸気の発生量を低減できる。更に、原動機の加熱器へ導かれる熱量を一次的に増加し、原動機にて発生する音波の音響エネルギを増加して、当該増加した音響エネルギを一時的に音響筒に貯留できる。
即ち、蒸気の需要に基づいた蒸気発生量の制御を、流量比調整手段による熱媒の流量比の制御といった比較的簡単な構成で実行できると共に、蒸気の発生に用いない熱媒の熱は、一時的に音響筒内に音響エネルギとして貯留できる。
因みに、発明者らは、原動機と音響ヒートポンプ部とを備える熱音響機関において、効率的に蒸気を生成するには、原動機の加熱器と音響ヒートポンプ部の吸熱部とに対し、7:1程度の割合で熱を供給することが好ましいという知見を得ている。
According to the above-mentioned characteristic configuration, the flow ratio adjusting means for adjusting the flow ratio of the flow rate of the heat medium flowing through the first heat medium passage and the flow rate of the heat medium flowing through the second heat medium passage is provided. For example, when temporarily reducing the amount of heat supplied to the steam, the amount of heat medium flowing through the second heat medium passage is temporarily reduced to reduce the amount of heat absorbed from the heat absorber. With this configuration, the amount of heat released to the hot water from the radiator can be reduced, and the amount of generated steam can be reduced. Further, the amount of heat guided to the heater of the prime mover is temporarily increased, the acoustic energy of the sound wave generated by the prime mover is increased, and the increased acoustic energy can be temporarily stored in the acoustic tube.
That is, the control of the amount of generated steam based on the demand for steam can be performed with a relatively simple configuration such as the control of the flow ratio of the heat medium by the flow ratio adjusting means, and the heat of the heat medium not used for generating steam is It can be temporarily stored as acoustic energy in the acoustic cylinder.
Incidentally, the present inventors have found that in a thermoacoustic engine including a prime mover and an acoustic heat pump unit, in order to efficiently generate steam, the heater of the prime mover and the heat absorbing part of the acoustic heat pump unit have a ratio of about 7: 1. It has been found that it is preferable to supply heat at a ratio.

蒸気発生装置の更なる特徴構成は、
前記流量比調整手段による流量比の調整を、前記温熱源にて熱媒に与えられる温熱量に関連する温熱量関連値に基づいて制御する制御装置を備える点にある。
Further features of the steam generator are:
The present invention is characterized in that a controller is provided for controlling the adjustment of the flow ratio by the flow ratio adjusting means on the basis of a heat quantity related value related to the heat quantity given to the heat medium by the heat source.

即ち、上記特徴構成によれば、温熱源から熱媒に与えられる温度や熱量等の温熱量に関連する温熱量関連値が変動する場合、当該温熱量関連値に基づいて、加熱器と吸熱器とで最適な熱量バランスが変動し得る。
上記特徴構成によれば、制御装置が、流量比調整手段による流量比の調整を、温熱源にて熱媒に与えられる温熱量に関連する温熱量関連値に基づいて制御するから、変動する温熱量関連値に基づいて、加熱器と吸熱器とに供給される熱量バランスを適切に調整して、蒸気の発生量を温熱源による発生熱量に対応させ、効率良く蒸気を発生させることができる。
That is, according to the above-mentioned characteristic configuration, when the heat quantity related value related to the heat quantity such as the temperature or the heat quantity given to the heat medium from the heat source fluctuates, the heater and the heat absorber are based on the heat quantity related value. The optimal heat balance may fluctuate between the above and the above.
According to the above-mentioned characteristic configuration, the control device controls the adjustment of the flow ratio by the flow ratio adjusting means based on the heat amount-related value related to the heat amount given to the heat medium by the heat source. Based on the amount-related value, the balance of the amount of heat supplied to the heater and the heat absorber is appropriately adjusted, the amount of generated steam corresponds to the amount of heat generated by the warm heat source, and steam can be generated efficiently.

蒸気発生装置の更なる特徴構成は、
前記熱媒通流路は、前記温熱源にて温熱を回収した熱媒を、前記加熱器と前記吸熱器とに導いた後に、前記放熱器へ導かれる前の湯水を予熱する予熱器へ導くように配設されている点にある。
Further features of the steam generator are:
The heat medium flow path guides the heat medium having recovered heat from the heat source to the heater and the heat absorber, and then guides the heat medium to a preheater that preheats hot water before being guided to the radiator. The point is that it is arranged as follows.

加熱器及び吸熱器へ温熱を供給した後の熱媒は、放熱器へ導かれる湯水よりも高温である場合が多い。上記特徴構成の如く、温熱源にて温熱を回収した熱媒を、加熱器と吸熱器とに導いた後に、放熱器へ導かれる前の湯水を予熱する予熱器へ導くように熱媒通流路を配設することで、温熱源にて発生した熱のうち低温の熱までを、蒸気の発生に良好に利用できる。   The heat medium after supplying the heat to the heater and the heat absorber is often hotter than the hot water introduced to the radiator. As in the above-mentioned characteristic configuration, after the heat medium from which heat is recovered by the heat source is guided to the heater and the heat absorber, the heat medium flows so as to be guided to the preheater that preheats the hot water before being guided to the radiator. By arranging the path, even low-temperature heat of the heat generated by the heat source can be favorably used for generating steam.

蒸気発生装置の更なる特徴構成は、前記温熱源としてエンジンを備え、
前記エンジンから排出される燃焼排ガスの保有する温熱を熱源として蒸気を発生させる排ガスボイラを備え、
前記エンジンのエンジン冷却水を循環するエンジン冷却水循環路を前記熱媒通流路として備える点にある。
A further characteristic configuration of the steam generator includes an engine as the heat source,
An exhaust gas boiler that generates steam using the heat held by the combustion exhaust gas discharged from the engine as a heat source,
An engine cooling water circulation path for circulating engine cooling water of the engine is provided as the heat medium passage.

上記特徴構成によれば、温熱源としてのエンジンからの排熱のうち、比較的高温の燃焼排ガスの保有する排熱では、排ガスボイラにて蒸気を発生させることができる。更に、上記特徴構成にあっては、比較的低温のエンジン冷却水が保有する排熱をも、熱音響機関にて用いることにより、良好に蒸気を発生させることができる。   According to the above characteristic configuration, of the exhaust heat from the engine as a heat source, the exhaust heat held by the relatively high-temperature combustion exhaust gas can generate steam in the exhaust gas boiler. Further, in the above-described characteristic configuration, steam can be satisfactorily generated by using the exhaust heat held by the relatively low-temperature engine cooling water in the thermoacoustic engine.

蒸気発生装置の更なる特徴構成は、
前記温熱源が燃焼排ガスを排出する燃焼機関であり、
前記熱媒通流路として、前記熱媒として燃焼排ガスを前記加熱器へ導く排気路を備え、
前記冷媒通流路として、前記冷媒として湯水を前記冷却器へ導く湯水通流路を備え、
前記湯水通流路が、前記冷却器から放熱された温熱にて湯水を加熱し蒸発させる湯水供給手段として働く点にある。
Further features of the steam generator are:
The heat source is a combustion engine that discharges combustion exhaust gas,
An exhaust path for guiding combustion exhaust gas as the heat medium to the heater as the heat medium passage,
The coolant passage includes a water passage that guides water as the coolant to the cooler,
The hot water flow path is characterized in that it functions as hot water supply means for heating and evaporating hot water with the heat radiated from the cooler.

当該特徴構成によれば、原動機の加熱器に導く熱媒を比較的高温(燃焼機関が内燃機関にあっては、440℃以上)の燃焼排ガスを通流させることで、原動機の冷却器を通流する冷媒としての湯水を蒸発させる程度にまで加熱することができる。
これにより、原動機の冷却器を冷却する冷媒としての湯水をも蒸発させて、蒸気を発生させることができ、原動機の加熱器へ導かれる温熱を冷却器側で冷媒としての湯水を蒸発させるのに有効利用でき、蒸気回収効率を高めることできる。
また、冷却器へ導く冷媒を冷却する冷却塔等を備える必要がなく、構成の簡略化を図ることができると共に、冷却塔で冷媒を冷却するエネルギを省略でき、エネルギ効率を向上できる。
According to this characteristic configuration, the heat medium guided to the heater of the prime mover is caused to flow through the combustion exhaust gas of a relatively high temperature (440 ° C. or more when the combustion engine is an internal combustion engine), thereby passing through the cooler of the prime mover. Heating can be performed to such an extent that hot water as the flowing refrigerant evaporates.
This makes it possible to evaporate hot water as a refrigerant for cooling the cooler of the prime mover and generate steam, and to use the heat guided to the heater of the prime mover to evaporate hot water as a refrigerant on the cooler side. It can be used effectively and the steam recovery efficiency can be increased.
Also, there is no need to provide a cooling tower or the like for cooling the refrigerant guided to the cooler, so that the configuration can be simplified, and the energy for cooling the refrigerant by the cooling tower can be omitted, and the energy efficiency can be improved.

蒸気発生装置の更なる特徴構成として、
前記燃焼機関から排出される燃焼排ガスの保有する温熱を熱源として蒸気を発生させる排ガスボイラを備え、
前記排気路は、前記加熱器と前記排ガスボイラとに記載の順に前記燃焼機関の燃焼排ガスを導くことが好ましい。
As a further characteristic configuration of the steam generator,
An exhaust gas boiler that generates steam using the heat held by the combustion exhaust gas discharged from the combustion engine as a heat source,
It is preferable that the exhaust path guides the combustion exhaust gas of the combustion engine in the order described in the heater and the exhaust gas boiler.

上記特徴構成によれば、比較的高温の燃焼排ガスを用いて原動機にて良好に音響エネルギを発生させると共に、原動機の冷却器にて蒸気を発生させることができる。
更に、原動機で回収されなかった燃焼排ガスの排熱は、排ガスボイラにて蒸気発生に用いることができ、燃焼排ガスの排熱を、より一層有効利用できる。
According to the above-mentioned characteristic configuration, it is possible to generate sound energy satisfactorily in the prime mover using relatively high temperature combustion exhaust gas, and to generate steam in the cooler of the prime mover.
Furthermore, the exhaust heat of the flue gas not recovered by the prime mover can be used for steam generation in the exhaust gas boiler, and the exhaust heat of the flue gas can be more effectively utilized.

本発明に係る蒸気発生装置の概略構成図Schematic configuration diagram of a steam generator according to the present invention 従来技術に係る蒸気発生装置の概略構成図Schematic configuration diagram of a steam generator according to the related art 蒸気発生装置の別実施形態を示す概略構成図Schematic configuration diagram showing another embodiment of the steam generator 蒸気発生装置の別実施形態を示す概略構成図Schematic configuration diagram showing another embodiment of the steam generator

蒸気発生装置100は、図1に示すように、温熱源としてのエンジン26の温熱源から発生する比較的低温の排熱をも蒸気発生に有効に利用しながらも、比較的簡易な構成で、メンテナンス性の良い蒸気発生装置に関する。   As shown in FIG. 1, the steam generator 100 has a relatively simple configuration while effectively using relatively low-temperature exhaust heat generated from a heat source of the engine 26 as a heat source for generating steam. The present invention relates to a steam generator having good maintainability.

蒸気発生装置100は、図1に示すように、温熱源としてのエンジン26から発生する温熱により蒸気を発生するものであり、作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒Tに、作動媒体を外部から加熱する加熱器71と作動媒体を外部から冷却する冷却器72と加熱器71と冷却器72との間で音波の音響エネルギを増幅する第1再生器73とから成る原動機70を少なくとも1つ以上(当該実施形態では、1つ)設けると共に、作動媒体が外部から吸熱する吸熱器81と作動媒体が外部へ放熱する放熱器82と吸熱器81と放熱器82との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第2再生器83とから成る音響ヒートポンプ部80を少なくとも1つ以上(当該実施形態では、1つ)を備える熱音響機関90を備え、エンジン26から発生する温熱を保有する熱媒を加熱器71及び吸熱器81の双方へ導く熱媒通流路と、冷熱源としての冷却塔91にて発生する冷熱を保有する冷媒を冷却器72へ導く冷媒通流路と、放熱器82に湯水を導いて放熱された温熱にて温水を加熱させる温水供給手段とを備えている。   As shown in FIG. 1, the steam generator 100 generates steam by the heat generated from the engine 26 as a heat source. At least one prime mover 70 comprising a heater 71 for heating from the outside, a cooler 72 for cooling the working medium from the outside, and a first regenerator 73 for amplifying the acoustic energy of sound waves between the heater 71 and the cooler 72. In addition to the above (one in the present embodiment), the heat absorber 81 absorbs heat from the outside of the working medium, the radiator 82 radiates heat to the outside of the working medium, and the acoustic wave between the heat sink 81 and the radiator 82. A thermoacoustic engine 90 including at least one or more (one in the present embodiment) acoustic heat pump unit 80 including a second regenerator 83 that compresses and expands in a form that consumes A heat medium passage for guiding the heat medium having the heat generated from the heat source 26 to both the heater 71 and the heat absorber 81, and the cooler 72 having the cool heat generated in the cooling tower 91 as a cold heat source. And hot water supply means for guiding hot water to the radiator 82 to heat the hot water with the radiated heat.

更に説明を追加すると、蒸気発生装置100は、エンジン26から排出される燃焼排ガスEの熱を熱源として蒸気を発生させる排ガスボイラ60と、エンジン26の回転動力により駆動される同期発電機28と、それらを制御する制御装置R(エンジンの制御装置としてのECUを含む概念)とを備えて構成されている。
尚、エンジン26の回転軸に接続される同期発電機28は、発電電力の周波数を、商用電力系統75から供給される電力の周波数と同じ周波数に調整可能に構成されている。また、当該同期発電機28には、電圧を調整する自動電圧調整器が備えられており、当該自動電圧調整器により、発電電力の電圧が商用電力系統75から供給される電力の電圧と同じ電圧に調整される。同期発電機28と商用電力系統75との間には、分電盤74が設けられ、当該分電盤74からは、蒸気発生装置100内の電力負荷へ電力が供給されるように構成されている。
To add further description, the steam generator 100 includes an exhaust gas boiler 60 that generates steam using heat of the combustion exhaust gas E discharged from the engine 26 as a heat source, a synchronous generator 28 driven by the rotational power of the engine 26, And a control device R (a concept including an ECU as a control device for the engine) for controlling these components.
The synchronous generator 28 connected to the rotating shaft of the engine 26 is configured so that the frequency of the generated power can be adjusted to the same frequency as the frequency of the power supplied from the commercial power system 75. Further, the synchronous generator 28 is provided with an automatic voltage regulator for adjusting the voltage so that the voltage of the generated power is the same as the voltage of the power supplied from the commercial power system 75. It is adjusted to. A distribution board 74 is provided between the synchronous generator 28 and the commercial power system 75, and the distribution board 74 is configured to supply power to a power load in the steam generator 100. I have.

〔エンジンに係る構成〕
エンジン26は、天然ガス等の燃料ガスF(燃料の一例)と燃焼用空気Aとの混合気Mを燃焼室26aにおいて圧縮して燃焼させることにより回転軸40を回転させる形態で回転動力を発生させて当該回転動力により発電機28を駆動する。
この種のエンジン26は、詳細な図示は省略するが、吸気路20から燃焼室26aに新気として吸気された混合気Mを、ピストンの上昇により圧縮した状態で点火プラグ(図示せず)にて火花点火して燃焼・膨張させることで、ピストンを押し下げて回転軸40から回転動力を出力すると共に、燃焼により発生した燃焼排ガスEは、燃焼室26aから排気路27へ押し出され、外部に排出される。
[Configuration related to engine]
The engine 26 generates rotational power by rotating a rotary shaft 40 by compressing and burning a mixture M of a fuel gas F (an example of fuel) such as natural gas and combustion air A in a combustion chamber 26a. Then, the generator 28 is driven by the rotation power.
In this type of engine 26, although not shown in detail, an air-fuel mixture M sucked as fresh air from the intake passage 20 into the combustion chamber 26a is compressed by an upward movement of a piston to a spark plug (not shown). By burning and expanding by spark ignition, the piston is pushed down to output rotational power from the rotary shaft 40, and the combustion exhaust gas E generated by combustion is pushed out from the combustion chamber 26a to the exhaust passage 27 and discharged to the outside. Is done.

吸気路20には、燃焼用空気Aを浄化するエアクリーナ21、燃焼用空気Aに燃料ガスFを適切な比率で混合するベンチュリー式のミキサ14、開度調整により燃焼室26aへの混合気Mの吸気量を調整可能なスロットル弁24が、その上流側から記載順に設けられている。即ち、吸気路20において、ミキサ14で燃料ガスFと燃焼用空気Aとを混合して生成された混合気Mは、スロットル弁24を介して所定の流量に調整され燃焼室26aに導入される。   In the intake passage 20, an air cleaner 21 for purifying the combustion air A, a venturi-type mixer 14 for mixing the combustion air A with the fuel gas F at an appropriate ratio, and an air-fuel mixture M to the combustion chamber 26a by adjusting the opening degree. A throttle valve 24 capable of adjusting the intake air amount is provided in the stated order from the upstream side. That is, in the intake path 20, the mixture M generated by mixing the fuel gas F and the combustion air A in the mixer 14 is adjusted to a predetermined flow rate through the throttle valve 24 and introduced into the combustion chamber 26a. .

ミキサ14に燃料ガスFを導く燃料供給路11には、ミキサ14の上流側の吸気路20における燃焼用空気Aの圧力と燃料供給路11の燃料ガスFの圧力の差を一定に保つ差圧レギュレータV1、ミキサ14を介して燃焼室26aへ供給される燃料ガスFの供給量を調整する燃料供給量調整弁V2が設けられている。   In the fuel supply path 11 for guiding the fuel gas F to the mixer 14, a differential pressure for keeping a difference between the pressure of the combustion air A in the intake path 20 upstream of the mixer 14 and the pressure of the fuel gas F in the fuel supply path 11 constant. A fuel supply amount adjusting valve V2 for adjusting the supply amount of the fuel gas F supplied to the combustion chamber 26a via the regulator V1 and the mixer 14 is provided.

エンジン26には、そのシリンダヘッドにエンジンジャケット26bが設けられており、当該エンジンジャケット26bと、上述した熱音響機関90の加熱器71及び吸熱器81との間でエンジン冷却水(熱媒の一例)を循環する冷却水循環路C(熱媒通流路の一例)と、当該冷却水循環路Cにエンジン冷却水を循環させる冷却水循環ポンプP1とが設けられている。
尚、当該実施形態にあっては、冷却水循環路Cは、エンジン26からの温熱を保有するエンジン冷却水を分岐して並列に通流する第2冷却水循環路C2(第1熱媒通流路の一例)と第1冷却水循環路C1(第2熱媒通流路の一例)とを備え、第2冷却水循環路C2が加熱器71へエンジン冷却水を導くように配設されると共に、第1冷却水循環路C1が吸熱器81へエンジン冷却水を導くように配設されている。更に、第2冷却水循環路C2を通流するエンジン冷却水の流量と、第1冷却水循環路C1を通流するエンジン冷却水の流量との流量比を調整する流量比調整手段として、第2冷却水循環路C2と第1冷却水循環路C1との分岐部位に三方流量調整弁V5が設けられている。
尚、制御装置Rは、三方流量調整弁V5による流量比の調整を、エンジン26のエンジンジャケット26bから後述する熱音響機関90へ導かれるエンジン冷却水の温度を測定する温度センサS4の測定結果(温熱量関連値の一例)に基づいて制御するように構成されている。
更に、冷却水循環路Cは、エンジン26のエンジンジャケット26bにて温熱を回収したエンジン冷却水を、加熱器71及び吸熱器81とに導いた後に、放熱器82へ導かれる前の湯水を予熱する予熱器EXへ導くように配設されている。換言すると、冷却水循環路Cは、エンジン26を始点としたエンジン冷却水の流れ方向で、第2冷却水循環路C2と第1冷却水循環路C1との合流部のうち下流側の合流部とエンジン26との間に、エンジン冷却水と放熱器82へ導かれる湯水とを熱交換する形態で湯水を予熱する予熱器EXを備えている。
因みに、詳細な図示及び構成の説明は省略するが、冷却水循環路Cを通流するエンジン冷却水が保有する熱のうち、後述する熱音響機関90で回収できなかった熱(例えば、蒸気負荷が不要の場合)は後述する冷却塔91にて放熱するように構成されている。
The engine 26 is provided with an engine jacket 26b in a cylinder head thereof. Engine cooling water (an example of a heat medium) is provided between the engine jacket 26b and the heater 71 and the heat absorber 81 of the thermoacoustic engine 90 described above. ), And a cooling water circulating pump P1 for circulating engine cooling water through the cooling water circulating passage C.
In this embodiment, the cooling water circulation path C is a second cooling water circulation path C2 (first heat medium communication passage) that branches the engine cooling water having the heat from the engine 26 and flows in parallel. ) And a first cooling water circulation path C1 (an example of a second heat medium passage). A second cooling water circulation path C2 is provided to guide the engine cooling water to the heater 71. One cooling water circulation path C <b> 1 is provided to guide the engine cooling water to the heat absorber 81. Further, as a flow ratio adjusting means for adjusting a flow ratio between the flow rate of the engine cooling water flowing through the second cooling water circulation path C2 and the flow rate of the engine cooling water flowing through the first cooling water circulation path C1, the second cooling means A three-way flow control valve V5 is provided at a branch point between the water circulation path C2 and the first cooling water circulation path C1.
The control device R adjusts the flow rate ratio by the three-way flow control valve V5 based on the measurement result of the temperature sensor S4 that measures the temperature of the engine cooling water guided from the engine jacket 26b of the engine 26 to the thermoacoustic engine 90 described later ( It is configured to control based on an example of the heat amount related value).
Further, the cooling water circulation path C guides the engine cooling water, whose heat has been recovered by the engine jacket 26b of the engine 26, to the heater 71 and the heat absorber 81, and then preheats the hot water before being guided to the radiator 82. It is arranged to lead to the preheater EX. In other words, the cooling water circulation path C is connected to the engine 26 in the flow direction of the engine cooling water from the engine 26 as a starting point, with the downstream cooling part of the junction between the second cooling water circulation path C2 and the first cooling water circulation path C1. And a preheater EX that preheats the hot water in a form in which heat exchange between the engine cooling water and the hot water guided to the radiator 82 is performed.
Incidentally, although detailed illustration and description of the configuration are omitted, of the heat held by the engine cooling water flowing through the cooling water circulation path C, heat that cannot be recovered by the thermoacoustic engine 90 described later (for example, when the steam load is (If unnecessary), the heat is radiated by the cooling tower 91 described later.

〔排ガスボイラ〕
エンジン26の排気路27には、排ガスボイラ60が設けられている。
説明を追加すると、排ガスボイラ60には、エンジン26の燃焼排ガスEを通流させる排ガス通流室27aが設けられており、当該排ガス通流室27aには、複数の蒸気生成管62aが配設された蒸気生成部62と、当該蒸気生成部62の下流側に配置されると共に複数の湯水加熱管61aが配置された湯水予熱部61とが設けられており、湯水予熱部61の湯水加熱管61aは蒸気生成部62の蒸気生成管62aに連通接続されている。
これにより、湯水予熱部61の湯水加熱管61aへ流入した湯水は、湯水予熱部61にて燃焼排ガスEの排熱にて予熱された後、蒸気生成部62の蒸気生成管62aへ流入し、燃焼排ガスEの排熱にてさらに加熱されて蒸発した後、第1蒸気St1として排出される。
ここで、蒸気生成部62から排出された第1蒸気St1を通流する流路には、当該流路を通流する第1蒸気St1の圧力を測定する蒸気圧力計S2と、流路を通流する第1蒸気St1の流量を制御する流量制御弁V3とが設けられている。制御装置Rは、第1蒸気St1の圧力を、所望の圧力(例えば、0.4〜0.7MPaG程度の圧力)とするように、流量制御弁V3の開度を調整する。尚、第1蒸気St1の供給量については、燃焼排ガスEの温度(燃焼排ガスEの保有する排熱量)に従って決定されるが、蒸気の需要により適宜変更可能に構成されている。
[Exhaust gas boiler]
An exhaust passage 27 of the engine 26 is provided with an exhaust gas boiler 60.
When the description is added, the exhaust gas boiler 60 is provided with an exhaust gas flow chamber 27a through which the combustion exhaust gas E of the engine 26 flows, and a plurality of steam generation pipes 62a are provided in the exhaust gas flow chamber 27a. And a hot water preheating section 61 disposed downstream of the steam generating section 62 and having a plurality of hot water heating pipes 61a disposed therein. The hot water heating pipe of the hot water preheating section 61 is provided. The reference numeral 61a is connected to the steam generating pipe 62a of the steam generating section 62 in communication.
Thereby, the hot water flowing into the hot water heating pipe 61a of the hot water preheating section 61 is preheated by the exhaust heat of the combustion exhaust gas E in the hot water preheating section 61, and then flows into the steam generating pipe 62a of the steam generating section 62, After being further heated and evaporated by the exhaust heat of the combustion exhaust gas E, it is discharged as the first steam St1.
Here, a flow path through which the first steam St1 discharged from the steam generation unit 62 flows is provided with a steam pressure gauge S2 for measuring the pressure of the first steam St1 flowing through the flow path, and a flow path through the flow path. A flow control valve V3 for controlling the flow rate of the flowing first steam St1 is provided. The controller R adjusts the opening of the flow control valve V3 so that the pressure of the first steam St1 is a desired pressure (for example, a pressure of about 0.4 to 0.7 MPaG). Note that the supply amount of the first steam St1 is determined according to the temperature of the combustion exhaust gas E (the amount of exhaust heat held by the combustion exhaust gas E), but can be appropriately changed according to the demand for the steam.

〔熱音響機関に係る構成〕
熱音響機関90は、図1に示すように、作動媒体が充填され音波が伝播する第1ループ管T1と第2ループ管T2とが連結管にて連結されて構成された音響筒Tを備え、当該実施形態のいては、第1ループ管T1に単一の原動機70が設けられると共に第2ループ管T2に単一の音響ヒートポンプ部80が設けられている。
[Configuration related to thermoacoustic engine]
As shown in FIG. 1, the thermoacoustic engine 90 includes an acoustic tube T configured by connecting a first loop tube T1 and a second loop tube T2, each of which is filled with a working medium and propagates a sound wave, by a connecting tube. In this embodiment, a single prime mover 70 is provided in the first loop tube T1, and a single acoustic heat pump unit 80 is provided in the second loop tube T2.

以下、作動媒体を外部から加熱する加熱器71と作動媒体を外部から冷却する冷却器72と加熱器71と冷却器72との間で音波の音響エネルギを増幅する第1再生器73とから成る原動機70について説明を加える。   Hereinafter, a heater 71 for heating the working medium from the outside, a cooler 72 for cooling the working medium from the outside, and a first regenerator 73 for amplifying acoustic energy of sound waves between the heater 71 and the cooler 72 are provided. The motor 70 will be described.

加熱器71は、詳細な図示は省略するが、第2冷却水循環路C2を通流するエンジン冷却水を通流するジャケット部(図示せず)と、当該ジャケット部から音響筒Tの内部に延びるフィン(図示せず)とから成る。加熱器71は、フィンがジャケット部を通流するエンジン冷却水にて加熱され、当該フィンから音響筒Tの内部の作動流体へ温熱を伝導する形態で、作動流体を加熱する。   Although not shown in detail, the heater 71 has a jacket (not shown) through which the engine cooling water flows through the second cooling water circulation path C2, and extends from the jacket into the acoustic tube T. And fins (not shown). The heater 71 heats the working fluid in such a manner that the fins are heated by the engine cooling water flowing through the jacket portion and heat is transmitted from the fins to the working fluid inside the acoustic tube T.

冷却器72は、ヒートポンプ(図示せず)を備える冷却塔91にて冷却された冷却水(冷媒の一例)を循環する第3冷却水循環路C3(冷媒通流路の一例)の冷却水を通流するジャケット部(図示せず)と、当該ジャケット部から音響筒Tの内部に延びるフィン(図示せず)とから成る。冷却器72は、フィンがジャケット部を通流する冷却水にて冷却され、当該フィンから音響筒Tの内部の作動流体へ冷熱を伝導する形態で、作動流体を冷却する。   The cooler 72 passes the cooling water of the third cooling water circulation path C3 (an example of the refrigerant passage) that circulates the cooling water (an example of the refrigerant) cooled by the cooling tower 91 provided with a heat pump (not shown). It comprises a flowing jacket portion (not shown) and fins (not shown) extending from the jacket portion into the interior of the acoustic tube T. The cooler 72 cools the working fluid in a form in which the fins are cooled by the cooling water flowing through the jacket portion and conducts cold from the fins to the working fluid inside the acoustic tube T.

加熱器71と冷却器72との間に設けられる第1再生器73は、例えば、音響筒Tの筒軸心方向に直交する方向に板面を沿わせた状態で、当該筒軸心方向に沿って複数並べられる薄板状部材(図示せず)から構成されている。
当該薄板状部材は、例えば、厚さが50μm以上100μm以下で、300枚〜600枚程度設けられる。当該薄板状部材には、筒軸心方向に沿う方向に貫通する多数の貫通孔(図示せず)が、その直径が200μm〜300μm程度で、設けられる。
The first regenerator 73 provided between the heater 71 and the cooler 72 has, for example, a plate surface along a direction orthogonal to the cylinder axis direction of the acoustic cylinder T, It is composed of a plurality of thin plate-like members (not shown) arranged along.
The thin plate member has a thickness of, for example, 50 μm or more and 100 μm or less, and is provided in about 300 to 600 sheets. The thin plate-shaped member is provided with a large number of through holes (not shown) penetrating in a direction along the cylinder axis direction with a diameter of about 200 μm to 300 μm.

作動流体は、音響筒Tの内部において、その筒軸心方向で、微小な揺らぎを生じる状態で、存在している。換言すると、作動流体を伝搬する音波は、加熱器71と冷却器72との両者間において、一方側から他方側への進行波と、他方側から一方側への進行波とを形成する。
作動流体を伝搬する音波は、冷却器72から加熱器71の側への進行波を形成する場合、加熱器71近傍での第1再生器73としての薄板状部材の複数の貫通孔を通過するときに当該貫通孔の内壁に接触して加熱されると共に、加熱器71のフィンにて直接加熱されることで、膨張する。一方、作動流体を伝搬する音波は、加熱器71から冷却器72の側への進行波を形成する場合、冷却器72の近傍での第1再生器73としての薄板状部材の複数の貫通孔を通過するときに当該貫通孔の内壁に接触して冷却されると共に、冷却器72のフィンにて直接冷却されることで、収縮する。
これにより、進行波としての音波が自己励起振動を起こし、その音響エネルギが増幅される形態で、熱エネルギが音波の音響エネルギに変換される。
The working fluid exists inside the acoustic cylinder T in a state where a slight fluctuation occurs in the direction of the cylinder axis. In other words, the sound wave propagating through the working fluid forms a traveling wave from one side to the other side and a traveling wave from the other side to the one side between both the heater 71 and the cooler 72.
When forming a traveling wave from the cooler 72 to the heater 71 side, the sound wave propagating through the working fluid passes through a plurality of through holes of the thin plate member as the first regenerator 73 near the heater 71. Sometimes, it is heated while being in contact with the inner wall of the through hole, and is expanded by being directly heated by the fins of the heater 71. On the other hand, when the sound wave propagating through the working fluid forms a traveling wave from the heater 71 to the cooler 72, a plurality of through holes of the thin plate-shaped member as the first regenerator 73 near the cooler 72. When it passes through the inner wall of the through hole, it is cooled by contact with the inner wall of the through hole, and is directly cooled by the fins of the cooler 72 to contract.
As a result, the sound wave as the traveling wave causes self-excited vibration, and the heat energy is converted into the sound energy of the sound wave in a form in which the sound energy is amplified.

作動媒体としては、音波を伝播する気体から構成することができる。ここで、第1再生器73での熱交換が迅速になされることが望ましいため、作動媒体としては、熱拡散係数の高いヘリウム、水素が望ましい。また、発電を目的とする場合には、分子量の高い気体が望ましいため、アルゴン等の気体を混合しても良い。尚、熱的に安定していることから、当該実施形態では、作動媒体としてヘリウムを用いている。   The working medium can be composed of a gas that propagates sound waves. Here, since it is desirable that heat exchange in the first regenerator 73 be performed quickly, helium and hydrogen having a high thermal diffusion coefficient are desirable as the working medium. For the purpose of power generation, a gas having a high molecular weight is desirable, so that a gas such as argon may be mixed. In this embodiment, helium is used as the working medium because it is thermally stable.

原動機70にて増幅された音波の音響エネルギは、音響筒Tの第1ループ管T1から第2ループ管T2の音響ヒートポンプ部80へ伝搬する。
音響ヒートポンプ部80は、作動媒体が外部から吸熱する吸熱器81と作動媒体が外部へ放熱する放熱器82と吸熱器81と放熱器82との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第2再生器83とから成る。
The acoustic energy of the sound wave amplified by the prime mover 70 propagates from the first loop tube T1 of the acoustic tube T to the acoustic heat pump unit 80 of the second loop tube T2.
The acoustic heat pump unit 80 includes a heat absorber 81 in which the working medium absorbs heat from the outside, a radiator 82 in which the working medium radiates heat to the outside, and a sound wave between the heat absorber 81 and the radiator 82 in which the acoustic wave consumes acoustic energy. And a second regenerator 83 that expands.

詳細な図示は省略するが、吸熱器81は、第1冷却水循環路C1を循環するエンジン冷却水を通流するジャケット部(図示せず)と、当該ジャケット部から音響筒Tの内部に延びるフィン(図示せず)とから成る。吸熱器81では、フィンがジャケット部を通流するエンジン冷却水から吸熱し、音響筒Tの内部の作動媒体がフィンから吸熱する。   Although not shown in detail, the heat absorber 81 includes a jacket (not shown) through which the engine cooling water circulates in the first cooling water circulation path C <b> 1, and a fin extending from the jacket to the inside of the acoustic tube T. (Not shown). In the heat absorber 81, the fin absorbs heat from the engine cooling water flowing through the jacket portion, and the working medium inside the acoustic tube T absorbs heat from the fin.

ここで、音響ヒートポンプ部80は、作動流体を伝搬する音波が、吸熱器81から放熱器82の側への進行波を形成する場合に圧縮し、放熱器82から吸熱器81の側へ進行波を形成する場合に膨張するように、その吸熱器81と第2再生器83と放熱器82とが音響筒Tにおける適切な位置に配置されている。
これにより、作動流体を伝搬する音波が吸熱器81から放熱器82の側への進行波を形成する場合、第2再生器83にて圧縮しながら吸熱して昇温し、放熱器82にて昇温して高温となった状態で放熱する。これにより、放熱器82ではジャケット部を通流する湯水が、吸熱器81のジャケット部を通流するエンジン冷却水よりも高温の作動媒体と熱交換する形態で加熱され、蒸気が発生する。
一方、作動流体を伝搬する音波が放熱器82から吸熱器81の側への進行波を形成する場合、第2再生器83にて膨張しながら放熱して降温し、吸熱器81にて降温して低温となった状態で吸熱する。これにより、吸熱器81ではジャケット部を通流するエンジン冷却水から、十分に低温となった作動媒体が良好に吸熱することとなる。
因みに、上述の如く、第2再生器83にて圧縮しながら吸熱する工程、及び膨張しながら放熱する工程において、音波の音響エネルギが消費され、音波は減衰するが、音響エネルギは、原動機70から逐次補充されるので、音響ヒートポンプ部80のヒートポンプ機能が維持されることとなる。
Here, the acoustic heat pump unit 80 compresses when the sound wave propagating through the working fluid forms a traveling wave from the heat absorber 81 to the radiator 82 side, and compresses the traveling wave from the radiator 82 to the heat absorber 81 side. The heat absorber 81, the second regenerator 83, and the radiator 82 are arranged at appropriate positions in the acoustic tube T so as to expand when forming the sound tube T.
Thereby, when the sound wave propagating through the working fluid forms a traveling wave from the heat absorber 81 to the radiator 82 side, it absorbs heat while compressing in the second regenerator 83 and rises in temperature. Dissipates heat when the temperature rises to a high temperature. Thereby, in the radiator 82, the hot water flowing through the jacket portion is heated in such a manner as to exchange heat with the working medium having a higher temperature than the engine cooling water flowing through the jacket portion of the heat absorber 81, thereby generating steam.
On the other hand, when the sound wave propagating through the working fluid forms a traveling wave from the radiator 82 to the heat absorber 81, heat is released while expanding in the second regenerator 83, and the temperature is reduced. Endothermic at low temperature. As a result, in the heat absorber 81, the working medium having a sufficiently low temperature absorbs heat well from the engine cooling water flowing through the jacket portion.
Incidentally, as described above, in the step of absorbing heat while compressing and the step of releasing heat while expanding in the second regenerator 83, the acoustic energy of the sound wave is consumed and the sound wave is attenuated. Since the replenishment is performed sequentially, the heat pump function of the acoustic heat pump unit 80 is maintained.

放熱器82は、外部から供給される湯水を通流するジャケット部(図示せず)と、当該ジャケット部から音響筒Tの内部に延びるフィン(図示せず)とから成る。放熱器82では、音響筒Tの内部の作動媒体がフィンに放熱し、当該放熱された熱がジャケット部を通流する湯水へ放熱される形態で、湯水が加熱され蒸気が生成される。   The radiator 82 includes a jacket (not shown) through which hot and cold water supplied from the outside flows, and fins (not shown) extending from the jacket to the inside of the acoustic tube T. In the radiator 82, the hot water is heated and steam is generated in such a manner that the working medium inside the acoustic tube T radiates heat to the fins and the radiated heat is radiated to the hot water flowing through the jacket portion.

放熱器82のジャケット部に通流する湯水に関する構成につき、説明を追加する。
当該実施形態にあっては、上水圧にて供給される湯水を通流する湯水通流路Lが、湯水及び後述する蒸気を貯留する蒸気塔92の下部に連通接続されている。因みに、当該湯水通流路Lには、上述したように、湯水通流路Lを通流する湯水と冷却水循環路Cを循環するエンジン冷却水とを熱交換する形態で湯水を予熱する予熱器EXが設けられると共に、当該湯水通流路Lを通流する湯水の流量を制御する湯水流量制御弁V6が設けられている。更に、蒸気塔92には、蒸気塔92の下部と放熱器82のジャケット部と蒸気塔92の上部とを記載の順に連通接続する気液循環路C4を備えている。当該気液循環路C4に設けられた湯水ポンプP2にて蒸気塔92の下部から圧送された湯水は、放熱器82のジャケット部で加熱されて気化して第2蒸気St2となり、蒸気塔92の上部を介して、外部の蒸気需要部(図示せず)へ供給されることとなる。
上述の如く、湯水通流路L、蒸気塔92、湯水ポンプP2、気液循環路C4が、湯水供給手段として働く。
因みに、蒸気塔92と蒸気需要部とを繋ぐ流路には、当該流路を通流する第2蒸気St2の圧力を測定する蒸気圧力計S3と、流路を通流する第2蒸気St2の流量を制御する流量制御弁V4とが設けられている。制御装置Rは、第2蒸気St2の圧力を、所望の圧力(例えば、0.4〜0.7MpaG程度の圧力)とするように、流量制御弁V4の開度を調整する。当該第2蒸気St2の供給量は、エンジン26のエンジン冷却水が保有する熱量に応じて、適宜制御されることとなる。
A description will be added regarding the configuration relating to hot water flowing through the jacket of the radiator 82.
In the present embodiment, a hot water flow passage L through which hot and cold water supplied at a high water pressure flows is connected to a lower portion of a steam tower 92 that stores hot water and steam described below. Incidentally, as described above, the hot water flow passage L is provided with a preheater that preheats the hot water in such a manner that heat exchanges between hot water flowing through the hot water flow passage L and engine cooling water circulating in the cooling water circulation passage C. EX is provided, and a hot water flow rate control valve V6 for controlling the flow rate of hot water flowing through the hot water flow passage L is provided. Further, the steam tower 92 is provided with a gas-liquid circulation path C4 that connects the lower part of the steam tower 92, the jacket of the radiator 82, and the upper part of the steam tower 92 in the stated order. The hot water pumped from the lower part of the steam tower 92 by the hot water pump P2 provided in the gas-liquid circulation path C4 is heated by the jacket of the radiator 82 to be vaporized to become the second steam St2. Through the upper part, it will be supplied to an external steam demand part (not shown).
As described above, the hot and cold water flow path L, the steam tower 92, the hot and cold water pump P2, and the gas-liquid circulation path C4 function as hot and cold water supply means.
Incidentally, a flow path connecting the steam tower 92 and the steam demand section has a steam pressure gauge S3 for measuring the pressure of the second steam St2 flowing through the flow path, and a second steam St2 flowing through the flow path. A flow control valve V4 for controlling the flow rate is provided. The control device R adjusts the opening of the flow control valve V4 so that the pressure of the second steam St2 is a desired pressure (for example, a pressure of about 0.4 to 0.7 MpaG). The supply amount of the second steam St2 is appropriately controlled according to the amount of heat held by the engine cooling water of the engine 26.

吸熱器81と放熱器82との間に設けられる第2再生器83は、その形状や材質については、第1再生器73と変わるところがない。
尚、音響筒Tの筒径、筒長さ、形状等は、特に、第1再生器73及び第2再生器83の貫通孔の孔径に基づいて、原動機70の熱エネルギから音響エネルギへの変換効率、音響ヒートポンプ部80の音響エネルギから熱エネルギへの変換効率が高くなるように、適宜設定される。
The second regenerator 83 provided between the heat absorber 81 and the radiator 82 has the same shape and material as the first regenerator 73.
Note that the diameter, length, shape, and the like of the acoustic cylinder T are converted from the thermal energy of the prime mover 70 to acoustic energy based on the diameters of the through holes of the first regenerator 73 and the second regenerator 83. The efficiency and the conversion efficiency of the acoustic heat pump unit 80 from acoustic energy to heat energy are set appropriately.

次に、当該実施形態に係る蒸気発生装置100による発電電力量、蒸気発生量、総合効率等のシミュレーション結果を、図2に示す従来の蒸気発生装置200と対比する形態で、説明を追加する。
尚、説明に先立ち、図2に示す従来の蒸気発生装置200について、説明を追加する。因みに、図2に示す従来の蒸気発生装置200は、当該実施形態に係る蒸気発生装置100に比して、エンジン26の冷却水循環路Cに係る構成、熱音響機関90、湯水供給手段に係る構成に替えて、蒸気発生設備50を備えている点が主に異なり、それ以外の構成については、実質的に蒸気発生装置100と同一である。以下では、その異なる構成について説明を追加することとし、同一の構成については同一の符号を付すこととし、その説明を割愛する。
Next, a description will be added in comparison with the simulation result of the power generation amount, the amount of generated steam, the overall efficiency, and the like by the steam generator 100 according to the embodiment in comparison with the conventional steam generator 200 shown in FIG.
Prior to the description, a description of the conventional steam generator 200 shown in FIG. 2 will be added. The conventional steam generator 200 shown in FIG. 2 has a configuration related to the cooling water circuit C of the engine 26, a configuration related to the thermoacoustic engine 90, and hot water supply means, as compared with the steam generator 100 according to the embodiment. The main difference is that the steam generator 50 is provided instead of the steam generator 50, and the other configuration is substantially the same as the steam generator 100. In the following, description of the different components will be added, and the same components will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図2に示すように、従来の蒸気発生装置200において、エンジン26には、そのシリンダヘッドにエンジンジャケット26bが設けられており、当該エンジンジャケット26bと当該エンジン26の外部に設けられる排熱回収熱交換器51aとの間でエンジン冷却水を循環する冷却水循環路Cと、当該冷却水循環路Cにエンジン冷却水を循環させる冷却水循環ポンプP1とが設けられている。
尚、排熱回収熱交換器51aは蒸気発生設備50において、エンジン冷却水と湯水とを熱交換する形態で、湯水を蒸発させる目的で設けられている。蒸気発生設備50は、エンジン26の排熱により湯水Wを加熱する低圧ボイラ51と、低圧ボイラ51にて発生した蒸気を圧縮して、目標蒸気圧力(例えば、0.4〜0.7MPaG程度の圧力)まで昇圧する蒸気圧縮機52とから構成されている。
説明を追加すると、低圧ボイラ51には、エンジン26の冷却水循環路Cの排熱回収熱交換器51aが設けられており、当該排熱回収熱交換器51aにてエンジン冷却水と湯水Wとを熱交換する形態で、エンジン冷却水がエンジンジャケット26bにて回収したエンジン排熱にて湯水Wを加熱して、蒸気を発生させる。
As shown in FIG. 2, in the conventional steam generator 200, the engine 26 is provided with an engine jacket 26 b in a cylinder head thereof, and the engine jacket 26 b and the exhaust heat recovery heat provided outside the engine 26 are provided. A cooling water circulation path C that circulates engine cooling water with the exchanger 51a, and a cooling water circulation pump P1 that circulates engine cooling water through the cooling water circulation path C are provided.
Note that the exhaust heat recovery heat exchanger 51a is provided in the steam generation facility 50 for evaporating hot water in a form in which heat is exchanged between engine cooling water and hot water. The steam generating equipment 50 compresses the steam generated in the low-pressure boiler 51 with the low-pressure boiler 51 that heats the hot and cold water W by the exhaust heat of the engine 26, and sets the target steam pressure (for example, about 0.4 to 0.7 MPaG). (Pressure).
To add an explanation, the low-pressure boiler 51 is provided with an exhaust heat recovery heat exchanger 51a of the cooling water circulation path C of the engine 26, and the engine heat water and the hot water W are separated by the exhaust heat recovery heat exchanger 51a. In the form of heat exchange, the engine cooling water heats the hot water W with the engine exhaust heat collected by the engine jacket 26b to generate steam.

蒸気圧縮機52は、低圧ボイラ51で発生させた蒸気を圧縮して昇圧するコンプレッサ52aと、当該コンプレッサ52aを回転駆動させる電動式のモータ52bとを備えて構成されている。低圧ボイラ51にて発生した蒸気は、モータ駆動式のコンプレッサ52aにて圧縮され目標蒸気圧力まで昇圧されて、第2蒸気St2として排出される。詳細な説明は後述するが、当該コンプレッサ52aの駆動源としてのモータ52bには、商用電力系統75からの商用電力を駆動電力とする以外に、エンジン26にて回転駆動される発電機28にて発電した発電電力の少なくとも一部を駆動電力として駆動可能に構成されている。即ち、当該従来の蒸気発生装置200は、分電盤74から蒸気圧縮機52のモータ52bへ駆動電力が供給される。
ここで、蒸気圧縮機52から排出された第2蒸気St2を通流する流路には、当該流路を通流する第2蒸気St2の圧力を測定する蒸気圧力計S3と、流路を通流する第2蒸気St2の流量を制御する流量制御弁V4とが設けられている。制御装置Rは、第2蒸気St2の圧力を、所望の圧力(例えば、0.4〜0.7MPaG程度の圧力)とするように、モータ駆動式のコンプレッサ52aの回転数を調整すると共に、流量制御弁V4の開度を調整する。尚、第2蒸気St2の供給量については、低圧ボイラ51の排熱回収熱交換器51aによる排熱回収量に従って決定される。
そして、排ガスボイラ60から供給される第1蒸気St1と、蒸気発生設備50から供給される第2蒸気St2との双方が、供給蒸気として、外部へ供給される。
The steam compressor 52 includes a compressor 52a for compressing steam generated by the low-pressure boiler 51 and increasing the pressure, and an electric motor 52b for rotating and driving the compressor 52a. The steam generated by the low-pressure boiler 51 is compressed by a motor-driven compressor 52a, is raised to a target steam pressure, and is discharged as a second steam St2. As will be described in detail later, the motor 52b as a driving source of the compressor 52a is supplied with a generator 28 that is rotationally driven by the engine 26 in addition to using the commercial power from the commercial power system 75 as the driving power. At least a part of the generated power is drivable as drive power. That is, in the conventional steam generator 200, the driving power is supplied from the distribution board 74 to the motor 52 b of the steam compressor 52.
Here, the flow path through which the second steam St2 discharged from the steam compressor 52 flows is provided with a steam pressure gauge S3 for measuring the pressure of the second steam St2 flowing through the flow path, and the flow path through the flow path. A flow control valve V4 for controlling the flow rate of the flowing second steam St2 is provided. The control device R adjusts the rotation speed of the motor-driven compressor 52a so as to set the pressure of the second steam St2 to a desired pressure (for example, a pressure of about 0.4 to 0.7 MPaG), and adjusts the flow rate. The opening of the control valve V4 is adjusted. The supply amount of the second steam St2 is determined according to the amount of exhaust heat recovered by the exhaust heat recovery heat exchanger 51a of the low-pressure boiler 51.
Then, both the first steam St1 supplied from the exhaust gas boiler 60 and the second steam St2 supplied from the steam generation facility 50 are supplied to the outside as supply steam.

〔シミュレーション結果の説明〕
図2に示す従来の蒸気発生装置200は、運転条件として、エンジン26に供給される燃料ガスFとして、熱量40.6MJ/m3N(低位発熱量基準)の天然ガスを、流量が170m3N/hで、熱量が1917kWとなるように供給し、排ガスボイラ60への給水(湯水W)、低圧ボイラ51への給水(湯水W)は、〔表1〕の通りの条件で供給した場合、〔表1〕に示すように、第1蒸気St1と第2蒸気St2が生成すると共に、発電機28にて800kWの電力が発電されることとなる。発電した電力のうち、98kWは蒸気圧縮機52で消費される。このため、従来の蒸気発生装置200における実質量の総発電量は702kWで、総蒸気熱量(第1蒸気St1と第2蒸気St2との合計)は〔表1〕に示すように1003kWとなる。
尚、低圧ボイラ51の排熱回収熱交換器51aへのエンジン冷却水、低圧ボイラ51の排熱回収熱交換器51aからのエンジン冷却水の夫々の温度等のパラメータは、〔表2〕に示すようになっている。
[Explanation of simulation results]
The conventional steam generator 200 shown in FIG. 2 operates as natural gas having a calorific value of 40.6 MJ / m 3 N (lower heating value standard) as a fuel gas F supplied to the engine 26 at a flow rate of 170 m 3. N / h, the heat is supplied so that the heat becomes 1917 kW, and the water supply to the exhaust gas boiler 60 (hot water W) and the water supply to the low pressure boiler 51 (hot water W) are supplied under the conditions shown in [Table 1]. As shown in [Table 1], the first steam St1 and the second steam St2 are generated, and the generator 28 generates 800 kW of power. Of the generated power, 98 kW is consumed by the steam compressor 52. For this reason, the total power generation of the substantial amount in the conventional steam generator 200 is 702 kW, and the total steam heat (the sum of the first steam St1 and the second steam St2) is 1003 kW as shown in [Table 1].
The parameters such as the temperature of the engine cooling water to the exhaust heat recovery heat exchanger 51a of the low-pressure boiler 51 and the temperature of the engine cooling water from the exhaust heat recovery heat exchanger 51a of the low-pressure boiler 51 are shown in [Table 2]. It has become.

Figure 0006640017
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Figure 0006640017
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一方、当該実施形態に係る蒸気発生装置100は、運転条件として、エンジン26に供給される燃料ガスFとして、熱量40.6MJ/m3N(低位発熱量基準)の天然ガスを、流量が170m3N/hで、熱量が1917kWとなるように供給し、排ガスボイラ60への給水(湯水W)、放熱器82への給水(湯水W)は、〔表3〕の通りの条件で供給した。 On the other hand, the steam generator 100 according to the present embodiment operates as a fuel gas F supplied to the engine 26 as natural gas having a calorific value of 40.6 MJ / m 3 N (lower heating value standard) as a fuel gas F at a flow rate of 170 m. At 3 N / h, the heat was supplied so that the heat amount became 1,917 kW, and the water supply to the exhaust gas boiler 60 (hot water W) and the water supply to the radiator 82 (hot water W) were supplied under the conditions shown in [Table 3]. .

尚、熱音響機関90の原動機70は、熱エネルギから音響エネルギの変換効率が8%とし、熱音響機関90の音響ヒートポンプ部80は、COP2.76とした。   The prime mover 70 of the thermoacoustic engine 90 has a conversion efficiency of 8% from thermal energy to acoustic energy, and the acoustic heat pump section 80 of the thermoacoustic engine 90 has a COP of 2.76.

更に、原動機70の加熱器71へのエンジン冷却水と、音響ヒートポンプ部80の吸熱器81へのエンジン冷却水と流量比を、7:1とした場合、原動機70の加熱器71へのエンジン冷却水、音響ヒートポンプ部80の吸熱器81へのエンジン冷却水、原動機70の加熱器71からのエンジン冷却水、音響ヒートポンプ部80の吸熱器81からのエンジン冷却水、冷却器72への冷却水、及び冷却器72からの冷却水の夫々の温度等のパラメータは、〔表4〕に示すようになっている。
以上の条件で当該実施形態に係る蒸気発生装置100のシミュレーションを行う場合、熱音響機関90の原動機70での入熱量は211kWとなり、発生する音響エネルギは16.5kWとなり、熱音響機関90の音響ヒートポンプ部80の放熱器82での放熱量は45kWとなった。
更に、〔表3〕に示すように、第1蒸気St1と第2蒸気St2が合計で465kW発生すると共に発電機28にて800kWの電力が発電されることとなる。ここで、発電した電力のうち、1.5kWは冷却塔91で消費される。このため、当該実施形態に係る蒸気発生装置100における実質量の総発電量は798.5kWで、総合効率は65.8%となり、従来の蒸気発生装置200に比して十分に実用に耐え得るものとなっていることがわかる。
Further, when the flow ratio of the engine cooling water to the heater 71 of the prime mover 70 and the engine cooling water to the heat absorber 81 of the acoustic heat pump unit 80 is 7: 1, the engine cooling to the heater 71 of the prime mover 70 is performed. Water, engine cooling water to the heat absorber 81 of the acoustic heat pump unit 80, engine cooling water from the heater 71 of the prime mover 70, engine cooling water from the heat absorber 81 of the acoustic heat pump unit 80, cooling water to the cooler 72, The parameters such as the temperature of the cooling water from the cooler 72 and the like are as shown in [Table 4].
When the simulation of the steam generator 100 according to the present embodiment is performed under the above conditions, the heat input to the prime mover 70 of the thermoacoustic engine 90 is 211 kW, the generated acoustic energy is 16.5 kW, and the acoustic The heat radiation amount of the heat radiator 82 of the heat pump unit 80 was 45 kW.
Further, as shown in [Table 3], the first steam St1 and the second steam St2 generate 465 kW in total, and the generator 28 generates 800 kW of electric power. Here, 1.5 kW of the generated power is consumed in the cooling tower 91. Therefore, the total power generation of the substantial amount in the steam generator 100 according to the present embodiment is 798.5 kW, and the overall efficiency is 65.8%, which can sufficiently withstand practical use compared to the conventional steam generator 200. It turns out that it has become something.

Figure 0006640017
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Figure 0006640017
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更に、発明者らは、経済性に関する試算も行っており、これによれば、従来の蒸気発生装置200に比べ、当該実施形態の蒸気発生装置100は、初期費用を1/6程度に抑制できると共に、年間のメンテナンスコストを1/10程度に抑制できると試算している。   Furthermore, the inventors have also performed trial calculations regarding economics, and according to this, compared to the conventional steam generator 200, the steam generator 100 of the present embodiment can reduce the initial cost to about 1/6. It also estimates that annual maintenance costs can be reduced to about 1/10.

〔別実施形態〕
(1)上記実施形態にあっては、温熱源は内燃機関であるとして説明したが、熱を発生するものであれば種々のものを用いることができ、例えば、排熱を発生する燃料電池であっても構わない。また、温熱源としては、蒸気ドレンも含むものとしても構わない。
また、本願にあっては、100℃以下の熱を発生する温熱源であっても有効に利用することができる。
[Another embodiment]
(1) In the above embodiment, the heat source is described as being an internal combustion engine. However, various sources can be used as long as they generate heat. For example, a fuel cell that generates exhaust heat may be used. It does not matter. The heat source may include a steam drain.
Further, in the present application, even a heat source that generates heat of 100 ° C. or less can be effectively used.

(2)上記実施形態に係る蒸気発生装置100において、エンジン26は、過給機を備えたエンジンであっても構わない。この場合、吸気路20において、過給機のコンプレッサの下流でエンジンの燃焼室の上流に設けられるインタークラ―における吸気冷却を、熱源として含めても構わない。 (2) In the steam generator 100 according to the embodiment, the engine 26 may be an engine provided with a supercharger. In this case, the cooling of the intake air in the intercooler provided in the intake passage 20 downstream of the compressor of the supercharger and upstream of the combustion chamber of the engine may be included as a heat source.

(3)上記実施形態にあっては、冷却水循環路Cは、エンジン26からの温熱を保有するエンジン冷却水を分岐して並列に通流する第2冷却水循環路C2と第1冷却水循環路C1とを備え、第2冷却水循環路C2が加熱器71へエンジン冷却水を導くように配設されると共に、第1冷却水循環路C1が吸熱器81へエンジン冷却水を導くように配設されている構成例を示した。
しかながら、本願の蒸気発生装置100は、当該構成に限定されるものではなく、冷却水循環路Cが、吸熱器81と加熱器71に直列に、エンジン26の排熱を回収したエンジン冷却水を通流させるように配設する構成を採用しても構わない。
尚、熱音響機関90にあっては、音響ヒートポンプ部80の放熱器82において温水を気化して蒸気を発生させる観点からは、当該放熱器82においてなるべく高温で温熱を放熱することが好ましく、この意味で、音響ヒートポンプ部80の吸熱器81へは、なるべく高温のエンジン冷却水を導くことが好ましい。この観点からは、冷却水循環路Cは、吸熱器81と加熱器71に記載の順に直列に、エンジン26の排熱を回収したエンジン冷却水を通流させるように配設されることが好ましい。
(3) In the above embodiment, the cooling water circulation path C is a second cooling water circulation path C2 and a first cooling water circulation path C1 that branch and flow in parallel the engine cooling water having heat from the engine 26. The second cooling water circulation path C2 is arranged to guide the engine cooling water to the heater 71, and the first cooling water circulation path C1 is arranged to guide the engine cooling water to the heat absorber 81. An example of the configuration is shown.
However, the steam generator 100 of the present application is not limited to this configuration, and the cooling water circulation path C supplies the engine cooling water having recovered the exhaust heat of the engine 26 in series with the heat absorber 81 and the heater 71. A configuration in which the components are arranged so as to allow the current to flow may be adopted.
In the thermoacoustic engine 90, from the viewpoint of vaporizing hot water and generating steam in the radiator 82 of the acoustic heat pump unit 80, it is preferable that the radiator 82 radiates heat at as high a temperature as possible. In that sense, it is preferable to guide the engine cooling water as high as possible to the heat absorber 81 of the acoustic heat pump unit 80. From this viewpoint, it is preferable that the cooling water circulation path C be disposed in series with the heat absorber 81 and the heater 71 so that the engine cooling water from which the exhaust heat of the engine 26 has been recovered flows in series in the order of the heat absorber 81 and the heater 71.

(4)上記実施形態にあっては、音響筒Tは、第1ループ管T1と第2ループ管T2とを連結管にて連結する構成としたが、別に単一のループ管から構成しても構わない。即ち、単一のループ管から成る音響筒Tに対し、原動機70と音響ヒートポンプ部80との双方を備える構成を採用しても構わない。
また、本願の熱音響機関は、原動機70と音響ヒートポンプ部80とを有する音響筒Tが、複数設けられている構成も含むものである。
更に、一の音響筒Tに対して、原動機70と音響ヒートポンプ部80とを複数設ける構成も含むものである。
(4) In the above-described embodiment, the acoustic tube T is configured to connect the first loop tube T1 and the second loop tube T2 with the connecting tube, but is configured separately from a single loop tube. No problem. That is, a configuration in which both the prime mover 70 and the acoustic heat pump unit 80 are provided for the acoustic tube T composed of a single loop tube may be adopted.
Further, the thermoacoustic engine of the present application also includes a configuration in which a plurality of acoustic cylinders T each having the prime mover 70 and the acoustic heat pump unit 80 are provided.
Further, a configuration in which a plurality of prime movers 70 and acoustic heat pump units 80 are provided for one acoustic cylinder T is also included.

(5)上記実施形態にあっては、熱音響機関90へ供給する熱は、エンジン26の冷却水が保有する熱であるとしたが、別に、エンジン26の燃焼排ガスEが保有する熱であっても構わない。 (5) In the above embodiment, the heat supplied to the thermoacoustic engine 90 is the heat held by the cooling water of the engine 26, but is separately the heat held by the combustion exhaust gas E of the engine 26. It does not matter.

(6)上記実形態において、制御装置Rは、三方流量調整弁V5による流量比の調整を、エンジン26のエンジンジャケット26bから熱音響機関90へ導かれるエンジン冷却水の温度を測定する温度センサS4の測定結果(温熱量関連値の一例)に基づいて制御するように構成されている例を示した。
しかしながら、制御装置Rは、エンジン26のエンジン冷却水が保有する温熱量(温熱量関連値)に基づいて、三方流量調整弁V5による流量比の調整を実行するように構成しても構わない。この場合、制御装置Rは、温度センサS4の測定結果と、冷却水循環路Cを通流するエンジン冷却水の流量(第2冷却水循環路C2と第1冷却水循環路C1とを通流するエンジン冷却水の合計流量)を測定する流量センサ(図示せず)の計測結果とを積算する形態で、熱量を導出することとなる。
(6) In the above embodiment, the control device R adjusts the flow ratio by the three-way flow control valve V5 to the temperature sensor S4 that measures the temperature of the engine cooling water guided from the engine jacket 26b of the engine 26 to the thermoacoustic engine 90. An example has been shown in which control is performed based on the measurement result (an example of a calorific value).
However, the control device R may be configured to execute the adjustment of the flow ratio by the three-way flow control valve V5 based on the amount of heat (heat amount-related value) held by the engine coolant of the engine 26. In this case, the control device R determines the measurement result of the temperature sensor S4 and the flow rate of the engine cooling water flowing through the cooling water circulation path C (the engine cooling water flowing through the second cooling water circulation path C2 and the first cooling water circulation path C1). The calorific value is derived by integrating the measurement result of a flow sensor (not shown) for measuring the total flow rate of water).

(7)上記実施形態にあっては、熱音響機関90の原動機70の加熱器71へ導かれる熱媒としてエンジン冷却水を用い、原動機70の冷却器72へ導かれる冷媒として冷却塔91にて冷却された冷媒を用いる例を示した。
しかしながら、原動機70の加熱器71へ導かれる熱媒として、エンジン26の燃焼排ガスEを用い、冷却器72へ導かれる冷媒として、湯水Wを用い、冷却器72にて蒸気を生成する構成を採用しても構わない。
以下、図3を用いて、当該別実施形態(7)に係る蒸気発生装置100について説明する。尚、以下では、上記実施形態と異なる構成について説明し、上記実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すと共にその説明を割愛する。
別実施形態(7)に係る蒸気発生装置100は、図3に示すように、エンジン26(燃焼機関の一例)からの燃焼排ガスEを、加熱器71を通流させた後に排ガスボイラ60へ導く排気路27を備えている。
更に、当該別実施形態(7)にあっては、放熱器82へ湯水Wを導く第1湯水通流路L1と、排ガスボイラ60の湯水予熱部61の湯水加熱管61aに湯水Wを導く第2湯水通流路L2と、加熱器71へ湯水Wを導く第3湯水通流路L3とを備え、蒸気塔92に貯留された湯水を、第1湯水通流路L1、第2湯水通流路L2、第3湯水通流路L3へ、湯水ポンプP2により圧送される形態で通流する。
第1湯水通流路L1と第3湯水通流路L3の出口は蒸気塔92に接続されており、放熱器82で加熱されて生成された第2蒸気St2と、加熱器71で加熱されて生成された第3蒸気St3とは、蒸気塔92に流入する。当該蒸気塔92からの第2蒸気St2及び第3蒸気St3は、排ガスボイラ60にて生成された第1蒸気St1と混合され、蒸気利用設備へ供給される。
因みに、第1湯水通流路L1には第7流量制御弁V7が、第2湯水通流路L2には第9流量制御弁V9が、第3湯水通流路L3には第8流量制御弁V8が設けられ、制御装置Rが夫々の開度を調整する形態で、第1蒸気St1、第2蒸気St2、及び第3蒸気St3の蒸気量を制御する。
当該構成にあっては、第3湯水通流路L3(湯水通流路の一例)、湯水ポンプP2、蒸気塔92が、湯水供給手段として働く。
(7) In the above embodiment, engine cooling water is used as the heat medium guided to the heater 71 of the prime mover 70 of the thermoacoustic engine 90, and the cooling tower 91 serves as the coolant guided to the cooler 72 of the prime mover 70. The example using the cooled refrigerant has been described.
However, a configuration is employed in which the combustion exhaust gas E of the engine 26 is used as the heat medium guided to the heater 71 of the prime mover 70, hot water W is used as the coolant guided to the cooler 72, and steam is generated in the cooler 72. It does not matter.
Hereinafter, a steam generator 100 according to another embodiment (7) will be described with reference to FIG. In the following, a configuration different from the above embodiment will be described, and the same configuration as the above embodiment will be denoted by the same reference numeral and description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 3, a steam generator 100 according to another embodiment (7) guides a combustion exhaust gas E from an engine 26 (an example of a combustion engine) to an exhaust gas boiler 60 after flowing through a heater 71. An exhaust path 27 is provided.
Further, in the other embodiment (7), the first hot water passage L1 that guides the hot water W to the radiator 82 and the hot water W that guides the hot water W to the hot water heating pipe 61a of the hot water preheating unit 61 of the exhaust gas boiler 60 are provided. A second hot water passage L2 and a third hot water passage L3 for guiding the hot water W to the heater 71 are provided. The hot water stored in the steam tower 92 is passed through the first hot water passage L1 and the second hot water passage L2. The water flows into the path L2 and the third hot / water flowing passage L3 in a form of being pumped by the hot / water pump P2.
The outlets of the first hot water passage L1 and the third hot water passage L3 are connected to a steam tower 92, and the second steam St2 generated by being heated by the radiator 82 and the second steam St2 being heated by the heater 71. The generated third steam St3 flows into the steam tower 92. The second steam St2 and the third steam St3 from the steam tower 92 are mixed with the first steam St1 generated in the exhaust gas boiler 60 and supplied to a steam utilization facility.
Incidentally, a seventh flow rate control valve V7 is provided in the first hot and cold water flow path L1, a ninth flow rate control valve V9 is provided in the second hot and cold water flow path L2, and an eighth flow rate control valve is provided in the third hot and cold water flow path L3. V8 is provided, and the control device R controls the steam amount of the first steam St1, the second steam St2, and the third steam St3 in a form in which each opening is adjusted.
In this configuration, the third hot water passage L3 (an example of the hot water passage), the hot water pump P2, and the steam tower 92 function as hot water supply means.

(8)上記別実施形態(7)に係る構成にあっては、燃焼機関の一例として、エンジン26を備える共に、熱媒としてエンジン26の燃焼排ガスE(触媒処理された後のガスで、例えば、440℃程度の燃焼排ガス)を用いる構成例を示した。
しかしながら、燃焼機関としては、燃料と燃焼用空気とを混合して燃焼するバーナを備える構成を採用しても構わない。当該構成を採用する場合、熱媒としての燃焼排ガスEは、バーナでの燃焼方式にもよるが、1800℃以上の高温となり、酸素富化燃焼を行う場合には2500℃以上の高温となる。このように、高温の燃焼排ガスEを採用する場合、排気路27は、燃焼排ガスEを排ガスボイラ60に導いた後に、原動機70の加熱器71へ導く構成を採用しても構わない。当該構成によれば、比較的高温となる燃焼排ガスEによる原動機70の加熱器71や第1再生器73の熱損傷を低減できると共に、原動機70の加熱器71や第1再生器73として採用できる材料の選択肢を広げることができる。
(8) In the configuration according to the above another embodiment (7), the engine 26 is provided as an example of the combustion engine, and the combustion exhaust gas E of the engine 26 (a gas after the catalytic treatment, for example, A configuration example using combustion exhaust gas of about 440 ° C. was shown.
However, the combustion engine may be configured to include a burner that mixes fuel and combustion air to burn. When this configuration is adopted, the combustion exhaust gas E as a heat medium has a high temperature of 1800 ° C. or more, depending on the combustion method in the burner, and has a high temperature of 2500 ° C. or more when performing oxygen-enriched combustion. As described above, when the high temperature combustion exhaust gas E is employed, the exhaust path 27 may be configured to guide the combustion exhaust gas E to the exhaust gas boiler 60 and then to the heater 71 of the prime mover 70. According to this configuration, it is possible to reduce the heat damage of the heater 71 and the first regenerator 73 of the prime mover 70 due to the combustion exhaust gas E having a relatively high temperature, and it can be adopted as the heater 71 and the first regenerator 73 of the prime mover 70. The choice of materials can be expanded.

(9)蒸気発生装置100の別実施形態として、排ガスボイラ60として、煙管ボイラ60を備えると共に、温熱源として、排熱を発生する工場Kと、燃料ガスFと燃焼用空気(図示せず)とを燃焼させるバーナ93とを備える構成を採用しても構わない。
尚、熱音響機関90に係る構成については、上記実施形態の蒸気発生装置100に示した構成と同一の構成であるので、以下では、上記実施形態と異なる構成について説明することとし、同一の構成については同一の符号を付すと共に説明を省略する。
煙管ボイラ60は、外部からの給水(湯水W)を貯留する給水貯留部63と、当該給水貯留部63の内部において配設される燃焼排ガス通流配管27bとを備えている。当該燃焼排ガス通流配管27bは、燃焼排ガスEを給水貯留部63の上方から下方に向かって通流させるように、給水貯留部63の内部に配設されている。燃焼排ガス通流配管27bを燃焼排ガスEが通流することにより、給水貯留部63内の湯水が加熱され蒸発し、第1蒸気St1が生成される。
バーナ93からの燃焼排ガスE(例えば、1800℃以上の燃焼排ガス)を通流する排気路27は、原動機70の加熱器71と、煙管ボイラ60の燃焼排ガス通流配管27bとに記載の順に、燃焼排ガスEを通流させる。
第4湯水通流路L4は、煙管ボイラ60の給水貯留部63の下方部位、図示しない湯水ポンプ、原動機70の冷却器72、煙管ボイラ60の給水貯留部63の上方部位を記載の順に接続する流路である。煙管ボイラ60の給水貯留部63の下方部位から原動機70の冷却器72へ導かれた湯水は、冷却器72にて加熱され蒸発し、第3蒸気St3として、煙管ボイラ60の給水貯留部63の上方部位へ流入する。
熱媒循環路C5は、工場K、図示しない熱媒ポンプ、ヒートポンプ部80の吸熱器81、給水を予熱する予熱器EXを記載の順に接続する。熱媒は、熱媒ポンプにより圧送される形態で、熱媒循環路C5を循環する。
第5湯水通流路L5は、煙管ボイラ60の給水貯留部63の下方部位、図示しない湯水ポンプ、ヒートポンプ部80の放熱器82、煙管ボイラ60の給水貯留部63の上方部位を記載の順に接続する流路である。煙管ボイラ60の給水貯留部63の下方部位からヒートポンプ部80の放熱器82へ導かれた湯水は、放熱器82にて加熱され蒸発し、第2蒸気St2として、煙管ボイラ60の給水貯留部63の上方部位へ流入する。
以上の構成により、煙管ボイラ60から、第1蒸気St1、第2蒸気St2、及び第3蒸気St3が、蒸気利用設備へ供給される。
尚、排ガスボイラ60としては、煙管ボイラ以外に、貫流ボイラ等の他のボイラも好適に利用可能である。
(9) As another embodiment of the steam generator 100, a flue gas boiler 60 is provided as the exhaust gas boiler 60, and a factory K that generates exhaust heat, a fuel gas F, and combustion air (not shown) are used as heat sources. And a burner 93 that burns the gas.
Note that the configuration of the thermoacoustic engine 90 is the same as the configuration shown in the steam generator 100 of the above-described embodiment, and therefore, different configurations from the above-described embodiment will be described below, and the same configuration will be described. Are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The smoke tube boiler 60 includes a water supply storage section 63 for storing water supply (hot water W) from the outside, and a combustion exhaust gas flow pipe 27b disposed inside the water supply storage section 63. The combustion exhaust gas flow pipe 27b is disposed inside the water supply storage 63 so that the combustion exhaust gas E flows downward from above the water supply storage 63. When the flue gas E flows through the flue gas flow pipe 27b, the hot and cold water in the water supply reservoir 63 is heated and evaporated, and the first steam St1 is generated.
The exhaust passage 27 through which the combustion exhaust gas E (for example, the combustion exhaust gas of 1800 ° C. or more) from the burner 93 flows is arranged in the order of the heater 71 of the prime mover 70 and the combustion exhaust gas flow pipe 27 b of the smoke tube boiler 60 in the following order. The flue gas E is allowed to flow.
The fourth hot water passage L4 connects the lower part of the water supply storage part 63 of the smoke tube boiler 60, the hot water pump (not shown), the cooler 72 of the prime mover 70, and the upper part of the water supply storage part 63 of the smoke tube boiler 60 in the stated order. Channel. The hot and cold water guided to the cooler 72 of the prime mover 70 from the lower part of the water supply storage section 63 of the smoke tube boiler 60 is heated and evaporated by the cooler 72, and becomes the third steam St3 of the water supply storage section 63 of the smoke tube boiler 60. It flows into the upper part.
The heat medium circulation path C5 connects the factory K, a heat medium pump (not shown), a heat absorber 81 of the heat pump unit 80, and a preheater EX for preheating water supply in the stated order. The heat medium circulates through the heat medium circulation path C5 in a form in which the heat medium is pumped by a heat medium pump.
The fifth hot water flow passage L5 connects a lower portion of the water supply storage portion 63 of the smoke tube boiler 60, a hot water pump (not shown), a radiator 82 of the heat pump portion 80, and an upper portion of the water supply storage portion 63 of the smoke tube boiler 60 in the stated order. Channel. The hot and cold water guided to the radiator 82 of the heat pump unit 80 from the lower part of the water supply storage unit 63 of the smoke tube boiler 60 is heated and evaporated by the radiator 82, and becomes the second steam St2 as the water supply storage unit 63 of the smoke tube boiler 60. Flows into the upper part of.
With the above configuration, the first steam St1, the second steam St2, and the third steam St3 are supplied from the smoke tube boiler 60 to the steam utilization facility.
As the exhaust gas boiler 60, other than the smoke tube boiler, another boiler such as a once-through boiler can be suitably used.

尚、上記実施形態(別実施形態を含む、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。   Note that the configuration disclosed in the above-described embodiment (including another embodiment, the same applies hereinafter) can be applied in combination with the configuration disclosed in other embodiments, as long as no contradiction occurs. The embodiment disclosed in the present specification is an exemplification, and the embodiment of the present invention is not limited thereto, and can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.

本発明の蒸気発生装置は、内燃機関等の温熱源から発生する比較的低温の排熱をも蒸気発生に有効に利用しながらも、比較的簡易な構成で、経済性が高く、また温水熱源の熱量、目標圧力に依存せず高い効率を出すことが可能な蒸気発生装置として、有効に利用可能である。   The steam generator of the present invention has a relatively simple configuration, is economical, and has a relatively high efficiency, while effectively utilizing relatively low-temperature exhaust heat generated from a heat source such as an internal combustion engine for steam generation. It can be effectively used as a steam generator capable of producing high efficiency without depending on the heat quantity and the target pressure.

26 :エンジン(燃焼機関)
27 :排気路
60 :排ガスボイラ
61 :湯水予熱部
70 :原動機
71 :加熱器
72 :冷却器
73 :第1再生器
80 :音響ヒートポンプ部
81 :吸熱器
82 :放熱器
83 :第2再生器
90 :熱音響機関
91 :冷却塔
92 :蒸気塔
100 :蒸気発生装置
C :冷却水循環路
C1 :第1冷却水循環路
C2 :第2冷却水循環路
EX :予熱器
L :湯水通流路
P1 :冷却水循環ポンプ
P2 :湯水ポンプ
R :制御装置
T :音響筒
V5 :三方流量調整弁
26: Engine (combustion engine)
27: Exhaust path 60: Exhaust gas boiler 61: Hot water preheating unit 70: Motor 71: Heater 72: Cooler 73: First regenerator 80: Acoustic heat pump unit 81: Heat sink 82: Radiator 83: Second regenerator 90 : Thermoacoustic engine 91: Cooling tower 92: Steam tower 100: Steam generator C: Cooling water circulation path C1: First cooling water circulation path C2: Second cooling water circulation path EX: Preheater L: Hot water circulation path P1: Cooling water circulation Pump P2: Hot water pump R: Control device T: Sound tube V5: Three-way flow control valve

Claims (8)

温熱源から発生する温熱により蒸気を発生する蒸気発生装置であって、
作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波の音響エネルギを増幅する第1再生器とから成る原動機を少なくとも1つ以上設けると共に、前記作動媒体が外部から吸熱する吸熱器と前記作動媒体が外部へ放熱する放熱器と前記吸熱器と前記放熱器との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第2再生器とから成る音響ヒートポンプ部を少なくとも1つ以上設ける熱音響機関を備え、
前記温熱源から発生する温熱を保有する熱媒を前記加熱器及び前記吸熱器の双方へ導く熱媒通流路と、
冷熱源から発生する冷熱を保有する冷媒を前記冷却器へ導く冷媒通流路と、
前記放熱器に湯水を導いて前記放熱器から放熱された温熱にて湯水を加熱し蒸発させる湯水供給手段とを備える蒸気発生装置。
A steam generator that generates steam by the heat generated from a heat source,
A heater for heating the working medium from the outside, a cooler for cooling the working medium from the outside, and acoustic energy of the sound wave between the heater and the cooler are filled in the acoustic cylinder in which the working medium is filled and the sound wave propagates. And at least one prime mover comprising a first regenerator for amplifying the heat, a heat absorber for absorbing the heat from the outside of the working medium, a radiator for the working medium to radiate heat to the outside, the heat absorber and the radiator. A thermoacoustic engine provided with at least one acoustic heat pump section comprising a second regenerator that compresses and expands in a form in which sound waves consume acoustic energy.
A heat medium passage that guides the heat medium having the heat generated from the heat source to both the heater and the heat absorber,
A refrigerant passage that guides a refrigerant having cold generated from a cold source to the cooler,
A steam supply device comprising: hot water supply means for guiding hot water to the radiator to heat and evaporate the hot water with the heat radiated from the radiator.
前記熱媒通流路は、前記温熱源からの温熱を保有する熱媒を分岐して並列に通流する第1熱媒通流路と第2熱媒通流路とを備え、
前記第1熱媒通流路が前記加熱器へ熱媒を導くように配設されると共に、前記第2熱媒通流路が前記吸熱器へ熱媒を導くように配設されている請求項1に記載の蒸気発生装置。
The heat medium passage includes a first heat medium passage and a second heat medium passage that branch a heat medium having heat from the heat source and flow in parallel.
The first heat medium passage is arranged to guide the heat medium to the heater, and the second heat medium passage is arranged to guide the heat medium to the heat absorber. Item 2. The steam generator according to Item 1.
前記第1熱媒通流路を通流する熱媒の流量と、前記第2熱媒通流路を通流する熱媒の流量との流量比を調整する流量比調整手段を備える請求項2に記載の蒸気発生装置。   3. A flow rate adjusting means for adjusting a flow rate ratio between a flow rate of the heat medium flowing through the first heat medium flow path and a flow rate of the heat medium flowing through the second heat medium flow path. The steam generator according to claim 1. 前記流量比調整手段による流量比の調整を、前記温熱源にて熱媒に与えられる温熱量に関連する温熱量関連値に基づいて制御する制御装置を備える請求項3に記載の蒸気発生装置。   4. The steam generator according to claim 3, further comprising: a controller that controls the flow rate ratio adjustment by the flow rate ratio adjusting unit based on a heat quantity related value related to a heat quantity given to the heat medium by the heat source. 5. 前記熱媒通流路は、前記温熱源にて温熱を回収した熱媒を、前記加熱器と前記吸熱器とに導いた後に、前記放熱器へ導かれる前の湯水を予熱する予熱器へ導くように配設されている請求項1〜4の何れか一項に記載の蒸気発生装置。   The heat medium flow path guides the heat medium having recovered heat from the heat source to the heater and the heat absorber, and then guides the heat medium to a preheater that preheats hot water before being guided to the radiator. The steam generator according to any one of claims 1 to 4, which is arranged as follows. 前記温熱源としてエンジンを備え、
前記エンジンから排出される燃焼排ガスの保有する温熱を熱源として蒸気を発生させる排ガスボイラを備え、
前記エンジンのエンジン冷却水を循環するエンジン冷却水循環路を前記熱媒通流路として備える請求項1〜5の何れか一項に記載の蒸気発生装置。
An engine is provided as the heat source,
An exhaust gas boiler that generates steam using the heat held by the combustion exhaust gas discharged from the engine as a heat source,
The steam generator according to any one of claims 1 to 5, further comprising an engine cooling water circulation path that circulates engine cooling water of the engine as the heat medium passage.
前記温熱源が燃焼排ガスを排出する燃焼機関であり、
前記熱媒通流路として、前記熱媒として燃焼排ガスを前記加熱器へ導く排気路を備え、
前記冷媒通流路として、前記冷媒として湯水を前記冷却器へ導く湯水通流路を備え、
前記湯水通流路が、前記冷却器から放熱された温熱にて湯水を加熱し蒸発させる湯水供給手段として働く請求項1に記載の蒸気発生装置。
The heat source is a combustion engine that discharges combustion exhaust gas,
An exhaust path for guiding combustion exhaust gas as the heat medium to the heater as the heat medium passage,
The coolant passage includes a water passage that guides water as the coolant to the cooler,
2. The steam generator according to claim 1, wherein the hot water passage serves as hot water supply means for heating and evaporating hot water with the heat radiated from the cooler. 3.
前記燃焼機関から排出される燃焼排ガスの保有する温熱を熱源として蒸気を発生させる排ガスボイラを備え、
前記排気路は、前記加熱器と前記排ガスボイラとに記載の順に前記燃焼機関の燃焼排ガスを導く請求項7に記載の蒸気発生装置。
An exhaust gas boiler that generates steam using the heat held by the combustion exhaust gas discharged from the combustion engine as a heat source,
The steam generator according to claim 7, wherein the exhaust path guides combustion exhaust gas of the combustion engine in the order of the heater and the exhaust gas boiler.
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