JP6665003B2 - コージェネレーション装置 - Google Patents

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Description

本開示は、コージェネレーション装置に関する。
従来、内燃機関の排ガスを利用して発電を行う技術が知られている。
例えば、図６に示す通り、特許文献１には、発電装置３００が記載されている。発電装置３００は、内燃機関３０１、発電機３０２、熱交換器３０３、吸収式の冷温水器３０４、凝縮器３０５、蒸発器３０６、ポンプ３０７、タービン３０８、発電機３０９、及びポンプ３１０を備えている。凝縮器３０５、蒸発器３０６、ポンプ３０７、及びタービン３０８によってランキンサイクルが構成されている。内燃機関３０１から排出された約５００℃の排ガス１ａは、排ガス１ａが有する熱エネルギーの一部が冷温水器３０４で利用された後、１５０℃程度の中温熱源４ｂになる。中温熱源４ｂは、蒸発器３０６に導入された後、大気に放出される。熱交換器３０３は、給湯等の用途を有する熱交換器である。内燃機関３０１の冷却水１ｂは、熱交換器３０３で熱交換されて約６５℃程度の低温熱源３ｂになる。低温熱源３ｂは、ポンプ３１０により凝縮器３０５に供給され、凝縮器３０５においてランキンサイクルの作動流体の凝縮熱を吸収した後、内燃機関３０１の冷却のために内燃機関３０１で使用される。中温熱源４ｂの温度１５０℃と低温熱源３ｂの温度６５℃との差によりタービン３０８が作動し、この温度差によるエネルギーが発電機３０９により電気エネルギーに変換される。
特公平２−３１７６４号公報
特許文献１に記載の技術は、発電量を高める観点から改良の余地を有する。そこで、本開示は、発電量を高めるのに有利なコージェネレーション装置を提供する。
本開示は、
内燃機関と、
前記内燃機関によって駆動される第一発電機と、
前記内燃機関を第一冷却液によって冷却する冷却器を含む第一冷却液回路と、
前記第一冷却液回路の一部を含み、第二冷却液によって前記第一冷却液を冷却する第一熱交換器と、
前記第一熱交換器に形成された前記第二冷却液の流路を含む第二冷却液回路と、
作動流体を圧送するポンプ、前記ポンプによって圧送された前記作動流体を前記内燃機関の排ガスによって加熱して気化させる蒸発器、前記蒸発器において気化した前記作動流体の膨張により駆動される膨張機、前記膨張機に連結されて駆動される第二発電機、及び前記膨張機において膨張した前記作動流体を前記第一冷却液又は前記第二冷却液によって冷却して液化させる凝縮器を備えたランキンサイクル発電装置と、
前記内燃機関から排出された前記排ガスを液体と熱交換させることなく前記蒸発器に導く排ガス供給路と、を備え、
前記凝縮器は、前記第一冷却液回路の一部を形成する前記第一冷却液の流路又は前記第二冷却液回路の一部を形成する前記第二冷却液の流路を有する、
コージェネレーション装置を提供する。
上記のコージェネレーション装置は、発電量を高めるのに有利である。
第１実施形態に係るコージェネレーション装置を示す構成図 第２実施形態に係るコージェネレーション装置を示す構成図 第３実施形態に係るコージェネレーション装置を示す構成図 第４実施形態に係るコージェネレーション装置を示す構成図 第５実施形態に係るコージェネレーション装置を示す構成図 従来の発電装置を示す構成図
＜本発明者らの検討に基づく知見＞
特許文献１に記載の技術では、内燃機関３０１から排出された約５００℃の排ガスの高温の熱エネルギーが吸収式の冷温水器３０４において回収されている。その後１５０℃程度の中温となった排ガスがランキンサイクルの蒸発器３０６における熱源として用いられている。また、内燃機関３０１の冷却水が約６５℃程度の低温熱源３ｂとして凝縮器３０５に供給されている。タービン３０８に流入するランキンサイクルの作動流体の温度と、凝縮器３０５から流出するランキンサイクルの作動流体の温度との差は十分に大きいとは言い難い。このため、発電装置３００は、ランキンサイクルの発電効率を向上させる余地を有している。
特許文献１に記載の技術では、吸収式の冷温水器３０４に内燃機関３０１の約５００℃の排ガスを導入することにより、排ガスの有する熱エネルギーを利用して冷温水を作り出して冷暖房に使用している。しかし、本発明者らは、排ガスの有する高温の熱エネルギーを利用して吸収式の冷温水器で冷温水を作り出しても、作り出された冷温水が熱負荷の要求に対し過剰である場合が多いことを見出した。この場合、作り出された冷温水を有効に利用できないので、排ガスの有する熱エネルギーを結局有効に利用できない可能性がある。そこで、本発明者らは、内燃機関の排ガスの有する熱エネルギーの多くを発電に利用すれば、排ガスの有する熱エネルギーを有効に利用しやすいことを見出した。本開示のコージェネレーション装置は、本発明者らの上記の知見に基づいて案出されたものである。
本開示の第１態様は、
内燃機関と、
前記内燃機関によって駆動される第一発電機と、
前記内燃機関を第一冷却液によって冷却する冷却器を含む第一冷却液回路と、
前記第一冷却液回路の一部を含み、第二冷却液によって前記第一冷却液を冷却する第一熱交換器と、
前記第一熱交換器に形成された前記第二冷却液の流路を含む第二冷却液回路と、
作動流体を圧送するポンプ、前記ポンプによって圧送された前記作動流体を前記内燃機関の排ガスによって加熱して気化させる蒸発器、前記蒸発器において気化した前記作動流体の膨張により駆動される膨張機、前記膨張機に連結されて駆動される第二発電機、及び前記膨張機において膨張した前記作動流体を前記第一冷却液又は前記第二冷却液によって冷却して液化させる凝縮器を備えたランキンサイクル発電装置と、
前記内燃機関から排出された前記排ガスを液体と熱交換させることなく前記蒸発器に導く排ガス供給路と、を備え、
前記凝縮器は、前記第一冷却液回路の一部を形成する前記第一冷却液の流路又は前記第二冷却液回路の一部を形成する前記第二冷却液の流路を有する、
コージェネレーション装置を提供する。
第１態様によれば、内燃機関から排出された排ガスが排ガス供給路を通って液体と熱交換することなく高温状態で蒸発器に導かれる。これにより、膨張機に流入する作動流体の温度を十分に高温にすることができ、膨張機に流入する作動流体の温度と凝縮器から流出する作動流体の温度との差を大きく維持できる。このため、ランキンサイクル発電装置の高温側における作動流体の温度と低温側における作動流体の温度との差を大きく維持でき、ランキンサイクル発電装置の発電効率を高めることができる。その結果、コージェネレーション装置の発電量を増やすことができる。
本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記凝縮器は、前記第一冷却液回路の一部を形成する前記第一冷却液の流路を有し、前記第一冷却液の流れ方向において前記冷却器の下流かつ前記第一熱交換器における前記第一冷却液の入口よりも上流に配置されている、コージェネレーション装置を提供する。特許文献１に記載の発電装置３００によれば、凝縮器３０５を通過したことにより温度が上昇した冷却水を内燃機関３０１の冷却に利用している。このため、内燃機関の冷却が不安定になりやすい。一方、第２態様によれば、第一熱交換器において第二冷却液によって冷却された、第一冷却液回路において最も低温の第一冷却液が内燃機関を冷却する冷却器に供給される。このため、内燃機関を冷却する冷却器に供給される第一冷却液の温度を所定の範囲に保つことができ、内燃機関を所望の条件で運転できる。その結果、内燃機関によって駆動される第一発電機の発電効率の低下又は内燃機関から排出される排ガスの成分の悪化を防止できる。
本開示の第３態様は、第１態様に加えて、前記凝縮器は、前記第一冷却液回路の一部を形成する前記第一冷却液の流路を有し、前記凝縮器及び前記冷却器は、前記第一冷却液の流れ方向において前記第一熱交換器における前記第一冷却液の出口よりも下流で並列に配置されている、コージェネレーション装置を提供する。第３態様によれば、第一冷却液回路において最も低温の第一冷却液が凝縮器及び冷却器のそれぞれに供給される。これにより、内燃機関及びランキンサイクル発電装置の作動流体の双方を低温の第一冷却液で十分に冷却できるので、内燃機関及びランキンサイクル発電装置の双方を所望の条件で安定的に運転できる。
本開示の第４態様は、第１態様〜第３態様のいずれか１つの態様に加えて、前記蒸発器から流出した前記排ガスを前記第一冷却液又は前記第二冷却液によって冷却する第三熱交換器をさらに備え、前記第三熱交換器は、前記第一冷却液回路の一部を形成する前記第一冷却液の流路又は前記第二冷却液回路の一部を形成する前記第二冷却液の流路を有する、コージェネレーション装置を提供する。第４態様によれば、蒸発器から流出する排ガスの温度を比較的高くでき、蒸発器で排ガスと熱交換された作動流体の温度をより高く保つことができる。また、蒸発器から流出した排ガスが有する熱を捨てることなく第三熱交換器において十分に回収できる。これにより、ランキンサイクル発電装置の高温側の作動流体の温度をより高めることによってランキンサイクル発電装置の発電効率をより高めることができるとともに、排ガスの熱を例えば温水の生成に利用できる。このため、コージェネレーション装置の総合的な効率が低下しにくい。
本開示の第５態様は、第４態様に加えて、前記凝縮器は、前記第二冷却液回路の一部を形成する前記第二冷却液の流路を有し、前記第三熱交換器は、前記第二冷却液回路の一部を形成する前記第二冷却液の流路を有し、前記凝縮器、前記第一熱交換器、及び第三熱交換器は、前記第二冷却液の流れ方向において、前記凝縮器、前記第一熱交換器、及び第三熱交換器の順番で配置されている、コージェネレーション装置を提供する。第５態様によれば、第一冷却液回路の一部を凝縮器に形成する必要がなく、第一冷却液回路を凝縮器から独立して形成できる。このように、凝縮器から独立して形成された第一冷却液回路によって内燃機関を冷却でき、第一冷却液回路における第一冷却液の状態を調整しやすい。これにより、内燃機関が所望の条件で運転されやすく、内燃機関によって駆動される第一発電機の発電効率の低下又は内燃機関から排出される排ガスの成分の悪化を防止できる。加えて、第一冷却液の温度よりも低い温度を有する第二冷却液を凝縮器に供給できる。これにより、ランキンサイクル発電装置の低温側の作動流体の温度を低減でき、ランキンサイクル発電装置の発電効率をより高めることができる。さらに、第三熱交換器によって第三熱交換器を通過した第二冷却液の温度を高く保つことができる。これにより、例えば、第三熱交換器を通過したコージェネレーション装置から供給される第二冷却液を温水として利用する場合に、温水の温度を高くできる。
本開示の第６態様は、第１態様〜第５態様のいずれか１つの態様に加えて、空冷式の放熱器を有する空冷回路と、前記第一冷却液回路又は前記第二冷却液回路に配置され、前記凝縮器から流出した前記第一冷却液又は前記第二冷却液が前記第一冷却液回路又は前記第二冷却液回路のみを流れる状態と、前記凝縮器から流出した前記第一冷却液又は前記第二冷却液が前記放熱器を通過したうえで前記凝縮器に戻る状態とを切り替える切替弁と、をさらに備えた、コージェネレーション装置を提供する。第６態様によれば、切替弁によって、凝縮器においてランキンサイクル発電装置の作動流体を冷却する第一冷却液又は第二冷却液を空冷回路に供給できる。これにより、ランキンサイクル発電装置の作動流体を外気温度近くまで冷却できる。このため、例えば、中間期などにおいて第二冷却液回路を流れる第二冷却液が有する熱量が熱需要に対して余剰になる場合に、ランキンサイクル発電装置の低温側の作動流体の温度を低下させることができる。これにより、ランキンサイクル発電装置の発電効率をより高めることができ、コージェネレーション装置から供給される温水の熱量を低減しつつ発電量を増やすことができる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明は本開示のコージェネレーション装置を例示的に示すものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜第１実施形態＞
図１に示す通り、第１実施形態に係るコージェネレーション装置１０ａは、内燃機関２１と、第一発電機２２と、第一冷却液回路２３と、第一熱交換器２４と、第二冷却液回路２５と、ランキンサイクル発電装置２６と、排ガス供給路４０とを備えている。第一発電機２２は、内燃機関２１によって駆動される。第一冷却液回路２３は、内燃機関２１を第一冷却液によって冷却する冷却器２３ａを含む。第一熱交換器２４は、第一冷却液回路２３の一部を含む。また、第一熱交換器２４は、第二冷却液によって第一冷却液を冷却する。第二冷却液回路２５は、第一熱交換器２４に形成された第二冷却液の流路を含む。ランキンサイクル発電装置２６は、ポンプ２７、蒸発器２８、膨張機２９、第二発電機３０、及び凝縮器３１を備えている。ポンプ２７は、ランキンサイクルの作動流体を圧送する。蒸発器２８は、ポンプ２７によって圧送された作動流体を内燃機関２１の排ガスによって加熱して気化させる。膨張機２９は、蒸発器２８において気化した作動流体の膨張により駆動される。第二発電機３０は、膨張機２９に連結されて駆動される。凝縮器３１は、膨張機２９において膨張した作動流体を第一冷却液によって冷却して液化させる。また、凝縮器３１は、第一冷却液回路２３の一部を形成する第一冷却液の流路３１ａを有する。なお、凝縮器３１は、膨張機２９において膨張した作動流体を第二冷却液によって冷却して液化させてもよい。この場合、凝縮器３１は、第二冷却液回路２５の一部を形成する第二冷却液の流路３１ｂを有する。
図１において、実線の矢印は排ガスの流れを示し、破線の矢印はランキンサイクルの作動流体の流れを示し、一点鎖線の矢印は第一冷却液の流れを示し、二点鎖線の矢印は第二冷却液の流れを示す。このことは、図２〜図５についてもあてはまる。
内燃機関２１は、特に制限されないが、例えばガス機関、ディーゼル機関、又はガソリン機関である。内燃機関２１における燃料の燃焼により動力が発生し、この動力により第一発電機２２が駆動される。また、内燃機関２１における燃料の燃焼により発生した排ガスは、内燃機関２１から排出され、排ガス供給路４０を通過して蒸発器２８に供給される。排ガスが排ガス供給路４０を通過する間に、排ガスは如何なる液体とも熱交換しない。このため、蒸発器２８には、高温の排ガス（例えば２００℃以上）が排ガス供給路４０を通って供給される。蒸発器２８に供給される排ガスの温度は、例えば３００℃以上、さらには４００℃以上、場合によっては５００℃以上であり得る。蒸発器２８から流出する排ガスの温度は、例えば１２０℃〜１８０℃である。蒸発器２８から流出した排ガスは例えば大気に放出される。
冷却器２３ａは、内燃機関２１を冷却できる限り特に制限されないが、例えば、内燃機関２１を冷却するための第一冷却液を一時的に貯留するジャケットを含む。第一冷却液の種類は特に制限されないが、例えば水である。
第一熱交換器２４は、第一冷却液回路２３の一部を形成する第一冷却液の流路及び第二冷却液回路２５の一部を形成する第二冷却液の流路を有し、第一冷却液と第二冷却液とを熱交換させる。第二冷却液の種類は特に制限されないが、例えば水である。第一熱交換器２４に供給される第二冷却液の温度は、第一熱交換器２４に供給される第一冷却液の温度よりも低い。このため、第一熱交換器２４は、第二冷却液によって第一冷却液を冷却する。第一熱交換器２４に供給される第一冷却液の温度は、例えば８０℃であり、第一熱交換器２４に供給される第二冷却液の温度は、例えば６０℃である。第一熱交換器２４から流出する第一冷却液の温度は、例えば６５℃である。第一熱交換器２４から流出する第二冷却液の温度は、例えば、７５℃である。第一熱交換器２４から流出する第二冷却液は、例えば、給湯又は暖房の用途で利用されてもよい。第一熱交換器２４は、特に制限されないが、例えばシェルアンドチューブ式熱交換器又はプレート式熱交換器として形成されている。
図１に示す通り、例えば、第一冷却液回路２３における第一熱交換器２４の第一冷却液の出口と冷却器２３ａの入口との間にポンプ３２が配置されており、ポンプ３２の働きにより第一冷却液が第一冷却液回路２３を循環する。凝縮器３１は、例えば、第一冷却液回路２３の一部を形成する第一冷却液の流路３１ａを有し、第一冷却液の流れ方向において冷却器２３ａの下流かつ第一熱交換器２４における第一冷却液の入口よりも上流に配置されている。このため、第一熱交換器２４において第二冷却液によって冷却された、第一冷却液回路２３において最も低温の第一冷却液が内燃機関２１を冷却する冷却器２３ａに供給される。これにより、内燃機関２１を冷却する冷却器２３ａに供給される第一冷却液の温度を所定の範囲に保つことができ、内燃機関２１を所望の条件で運転できる。その結果、内燃機関２１によって駆動される第一発電機２２の発電効率の低下又は内燃機関２１から排出される排ガスの成分の悪化を防止できる。
第一冷却液は、冷却器２３ａにおいて、内燃機関２１で発生した熱により加熱される。冷却器２３ａから流出する第一冷却液の温度は、例えば７５℃である。冷却器２３ａを通過した第一冷却液は凝縮器３１に供給されて流路３１ａを流れる。第一冷却液が流路３１ａを通過すると、第一冷却液とランキンサイクルの作動流体との熱交換により第一冷却液の温度が上昇する。流路３１ａを通過した第一冷却液は第一熱交換器２４に供給される。
ランキンサイクル発電装置２６において、ポンプ２７の働きにより作動流体が加圧された状態で蒸発器２８に供給される。蒸発器２８において作動流体は高温の排ガスと熱交換することにより加熱され気化する。蒸発器２８は、例えばフィンチューブ型熱交換器として形成されている。
蒸発器２８において気化した作動流体は膨張機２９に流入し、膨張機２９において作動流体が膨張して膨張機２９において動力が発生する。この動力が膨張機２９に連結された第二発電機３０に伝わり、第二発電機３０が駆動されて発電が行われる。膨張機２９は、例えば、ピストン式若しくはスクロール式の容積型の流体機械又は軸流式若しくは遠心式の速度型の流体機械である。
膨張機２９において膨張した作動流体は、凝縮器３１に供給され、凝縮器３１において第一冷却液と熱交換することにより冷却されて液化する。凝縮器３１は、例えばシェルアンドチューブ式熱交換器として形成されている。液化された作動流体は、ポンプ２７の働きにより加圧されて蒸発器２８に供給される。
蒸発器２８に供給される排ガスは、内燃機関２１から排出された後如何なる液体とも熱交換していない高温のガスであるので、膨張機２９に流入する作動流体の温度が高い。このため、凝縮器３１に供給される第一冷却液は冷却器２３ａを通過することによってある程度昇温しているが、膨張機２９に流入する作動流体の温度と凝縮器３１から流出する作動流体の温度との差が大きく維持される。すなわち、ランキンサイクルの高温側の作動流体の温度と低温側の作動流体の温度との差が大きく維持される。このため、ランキンサイクル発電装置２６が高い発電効率を有し、コージェネレーション装置１０ａの発電量が大きい。
ランキンサイクル発電装置２６の作動流体は、望ましくは、蒸発器２８に供給される排ガスの温度において熱分解しない流体である。ランキンサイクル発電装置２６の作動流体は、例えばＨＦＣ−２４５ｆａ又はＨＦＣ−３６５ｍｆｃである。
コージェネレーション装置１０ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、凝縮器３１は、流路３１ａに代えて、第二冷却液回路２５の一部を形成する第二冷却液の流路３１ｂを有してもよい。この場合、凝縮器３１は、例えば、第二冷却液の流れ方向において第一熱交換器２４における第二冷却液の入口よりも上流に配置されている。これにより、凝縮器３１に低温の第二冷却液が供給されるので、凝縮器３１から流出する作動流体の温度を低減でき、膨張機２９に流入する作動流体の温度と凝縮器３１から流出する作動流体の温度との差を大きくできる。
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係るコージェネレーション装置１０ｂは、特に説明する場合を除き、第１実施形態に係るコージェネレーション装置１０ａと同様に構成される。コージェネレーション装置１０ａの構成要素と同一又は対応するコージェネレーション装置１０ｂの構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。コージェネレーション装置１０ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限りコージェネレーション装置１０ｂにもあてはまる。
図２に示す通り、コージェネレーション装置１０ｂの凝縮器３１は、第一冷却液回路２３の一部を形成する第一冷却液の流路３１ａを有する。また、コージェネレーション装置１０ｂにおいて、凝縮器３１及び冷却器２３ａは、第一冷却液の流れ方向において第一熱交換器２４における第一冷却液の出口よりも下流で並列に配置されている。例えば、第一冷却液回路２３は、第一冷却液の流れ方向においてポンプ３２の出口より下流の分岐位置Ａから冷却器２３ａを経由して第一熱交換器２４の入口より上流の合流位置Ｂまで延びる部分を有する。また、第一冷却液回路２３は、分岐位置Ａから凝縮器３１を経由して合流位置Ｂまで延びる部分を有する。これにより、第一冷却液回路２３において最も低温の第一冷却液が凝縮器３１及び冷却器２３ａのそれぞれに供給される。このため、内燃機関２１及びランキンサイクル発電装置２６の作動流体の双方を低温の第一冷却液で十分に冷却できるので、内燃機関２１及びランキンサイクル発電装置２６の双方を所望の条件で安定的に運転できる。
コージェネレーション装置１０ｂの第一冷却回路２３には、冷却器２３ａに供給される第一冷却液の流量及び流路３１ａに供給される第一冷却液の流量を調整可能な流量調整機構が配置されていてもよい。流量調整機構は、例えば、分岐位置Ａに配置された電動三方弁又は第一冷却液回路２３において分岐位置Ａと冷却器２３ａの入口及び流路３１ａの入口との間に配置された一対の電動弁である。
＜第３実施形態＞
第３実施形態に係るコージェネレーション装置１０ｃは、特に説明する場合を除き、第１実施形態に係るコージェネレーション装置１０ａと同様に構成される。コージェネレーション装置１０ａの構成要素と同一又は対応するコージェネレーション装置１０ｃの構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。コージェネレーション装置１０ａ及び１０ｂに関する説明は、技術的に矛盾しない限りコージェネレーション装置１０ｃにもあてはまる。
図３に示す通り、コージェネレーション装置１０ｃは、第三熱交換器３３をさらに備えている。第三熱交換器３３は、蒸発器２８から流出した排ガスを第一冷却液によって冷却する。例えば、第三熱交換器３３は、第一冷却液回路２３の一部を形成する第一冷却液の流路３３ａを有する。コージェネレーション装置１０ｃは、第三熱交換器３３が蒸発器２８から流出した排ガスを第二冷却液によって冷却するように変更されてもよい。この場合、第三熱交換器３３は、第二冷却液回路２５の一部を形成する第二冷却液の流路３３ｂを有する。第三熱交換器３３は、例えばフィンチューブ式熱交換器として形成されている。
図３に示す通り、例えば、凝縮器３１、冷却器２３ａ、及び第三熱交換器３３は、第一冷却液の流れ方向において第一熱交換器２４における第一冷却液の出口よりも下流で並列に配置されている。これにより、第一冷却液回路２３において最も低温の第一冷却液が凝縮器３１、冷却器２３ａ、及び第三熱交換器３３のそれぞれに供給される。
第三熱交換器３３によって蒸発器２８から流出する排ガスの温度を比較的高くできる。この場合、蒸発器２８から流出する排ガスの温度は、例えば１５０〜２００℃である。これにより、蒸発器２８で排ガスと熱交換された作動流体の温度をより高く保つことができる。また、蒸発器２８から流出した排ガスが有する熱を捨てることなく第三熱交換器３３において十分に回収できる。このため、ランキンサイクル発電装置２６の高温側の作動流体の温度をより高めることによってランキンサイクル発電装置２６の発電効率をより高めることができるとともに、排ガスの熱を例えば温水の生成に利用できる。その結果、コージェネレーション装置１０ｃの総合的な効率が高い。
＜第４実施形態＞
第４実施形態に係るコージェネレーション装置１０ｄは、特に説明する場合を除き、第３実施形態に係るコージェネレーション装置１０ｃと同様に構成される。コージェネレーション装置１０ｃの構成要素と同一又は対応するコージェネレーション装置１０ｄの構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。コージェネレーション装置１０ａ〜１０ｃに関する説明は、技術的に矛盾しない限りコージェネレーション装置１０ｄにもあてはまる。
図４に示す通り、コージェネレーション装置１０ｄの凝縮器３１は、第二冷却液回路２５の一部を形成する第二冷却液の流路３１ｂを有する。また、第三熱交換器３３は、第二冷却液回路２５の一部を形成する第二冷却液の流路３３ｂを有する。さらに、凝縮器３１、第一熱交換器２４、及び第三熱交換器３３は、第二冷却液の流れ方向において、凝縮器３１、第一熱交換器２４、及び第三熱交換器３３の順番で配置されている。
コージェネレーション装置１０ｄにおいては、第一冷却液回路２３の一部を凝縮器３１に形成する必要がない。第一冷却液回路２３を凝縮器３１から独立して形成できる。凝縮器３１から独立して形成された第一冷却液回路２３によって内燃機関２１を冷却でき、第一冷却液回路２３における第一冷却液の状態を調整しやすい。これにより、内燃機関２１が所望の条件で運転されやすく、内燃機関２１によって駆動される第一発電機２２の発電効率の低下又は内燃機関２１から排出される排ガスの成分の悪化を防止できる。加えて、第一冷却液の温度よりも低い温度を有する第二冷却液を凝縮器３１に供給できる。これにより、ランキンサイクル発電装置２６の低温側の作動流体の温度を低減でき、ランキンサイクル発電装置２６の発電効率をより高めることができる。さらに、第三熱交換器３３によって第三熱交換器３３を通過した第二冷却液の温度を高く保つことができる。これにより、例えば、第三熱交換器３３を通過したコージェネレーション装置１０ｄから供給される第二冷却液を温水として利用する場合に、温水の温度を高くできる。
＜第５実施形態＞
第５実施形態に係るコージェネレーション装置１０ｅは、特に説明する場合を除き、第１実施形態に係るコージェネレーション装置１０ａと同様に構成される。コージェネレーション装置１０ａの構成要素と同一又は対応するコージェネレーション装置１０ｅの構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。コージェネレーション装置１０ａ〜１０ｄに関する説明は、技術的に矛盾しない限りコージェネレーション装置１０ｅにもあてはまる。
図５に示す通り、コージェネレーション装置１０ｅは、空冷回路３６と、切替弁３４とをさらに備える。空冷回路３６は空冷式の放熱器３５を有する。放熱器３５は、例えばフィンチューブ式熱交換器として形成されており、ファンを有する。切替弁３４は、例えば第一冷却液回路２３に配置され、凝縮器３１から流出した第一冷却液が第一冷却液回路２３のみを流れる状態と、凝縮器３１から流出した第一冷却液が放熱器３５を通過したうえで凝縮器３１に戻る状態とを切り替える。この場合、凝縮器３１においてランキンサイクル発電装置２６の作動流体を冷却する第一冷却液を空冷回路３６に供給できる。これにより、ランキンサイクル発電装置２６の作動流体を外気温度近くまで冷却できる。このため、例えば、中間期などにおいて第二冷却液回路２５を流れる第二冷却液が有する熱量が熱需要に対して余剰になる場合に、ランキンサイクル発電装置２６の低温側の作動流体の温度を低下させることができる。これにより、ランキンサイクル発電装置２６の発電効率をより高めることができ、コージェネレーション装置１０ｅから供給される温水の熱量を低減しつつ発電量を増やすことができる。
図５に示す通り、切替弁３４は、例えば、第一冷却液の流れ方向において、凝縮器３１の入口よりも上流及び凝縮器３１の出口よりも下流に配置された一対の三方弁を含む。また、空冷回路３６にはポンプ３７が配置されている。ポンプ３７の働きにより、凝縮器３１から流出した第一冷却液を放熱器３５に導いたうえで凝縮器３１に戻すことができる。凝縮器３１の出口よりも下流に配置された三方弁は空冷回路３６の入口に接続され、凝縮器３１の入口よりも上流に配置された三方弁は空冷回路３６の出口に接続されている。
なお、切替弁３４が第二冷却液回路２５に配置されるようにコージェネレーション装置１０ｅを変更してもよい。この場合、切替弁３４は、凝縮器３１から流出した第二冷却液が第二冷却液回路２５のみを流れる状態と、凝縮器３１から流出した第二冷却液が放熱器３５を通過したうえで凝縮器３１に戻る状態とを切り替える。
１０ａ〜１０ｅ コージェネレーション装置
２１ 内燃機関
２２ 第一発電機
２３ 第一冷却液回路
２３ａ 冷却器
２４ 第一熱交換器
２５ 第二冷却液回路
２６ ランキンサイクル発電装置
２７ ポンプ
２８ 蒸発器
２９ 膨張機
３０ 第二発電機
３１ 凝縮器
３１ａ 第一冷却液の流路
３１ｂ 第二冷却液の流路
３２ ポンプ
３３ 第三熱交換器
３３ａ 第一冷却液の流路
３３ｂ 第二冷却液の流路
３４ 切替弁
３５ 放熱器
３６ 空冷回路
３７ ポンプ
４０ 排ガス供給路

Claims (5)

  1. 内燃機関と、
    前記内燃機関によって駆動される第一発電機と、
    前記内燃機関を第一冷却液によって冷却する冷却器を含む第一冷却液回路と、
    前記第一冷却液回路の一部を含み、第二冷却液によって前記第一冷却液を冷却する第一熱交換器と、
    前記第一熱交換器に形成された前記第二冷却液の流路を含む第二冷却液回路と、
    作動流体を圧送するポンプ、前記ポンプによって圧送された前記作動流体を前記内燃機関の排ガスによって加熱して気化させる蒸発器、前記蒸発器において気化した前記作動流体の膨張により駆動される膨張機、前記膨張機に連結されて駆動される第二発電機、及び前記膨張機において膨張した前記作動流体を前記第一冷却液又は前記第二冷却液によって冷却して液化させる凝縮器を備えたランキンサイクル発電装置と、
    前記内燃機関から排出された前記排ガスを液体と熱交換させることなく前記蒸発器に導く排ガス供給路と、
    空冷式の放熱器を有する空冷回路と、
    前記第一冷却液回路又は前記第二冷却液回路に配置され、前記凝縮器から流出した前記第一冷却液又は前記第二冷却液が前記第一冷却液回路又は前記第二冷却液回路のみを流れる状態と、前記凝縮器から流出した前記第一冷却液又は前記第二冷却液が前記放熱器を通過したうえで前記凝縮器に戻る状態とを切り替える切替弁と、を備え、
    前記凝縮器は、前記第一冷却液回路の一部を形成する前記第一冷却液の流路又は前記第二冷却液回路の一部を形成する前記第二冷却液の流路を有する、
    コージェネレーション装置。
  2. 前記凝縮器は、前記第一冷却液回路の一部を形成する前記第一冷却液の流路を有し、前記第一冷却液の流れ方向において前記冷却器の下流かつ前記第一熱交換器における前記第一冷却液の入口よりも上流に配置されている、請求項１に記載のコージェネレーション装置。
  3. 前記凝縮器は、前記第一冷却液回路の一部を形成する前記第一冷却液の流路を有し、
    前記凝縮器及び前記冷却器は、前記第一冷却液の流れ方向において前記第一熱交換器における前記第一冷却液の出口よりも下流で並列に配置されている、請求項１に記載のコージェネレーション装置。
  4. 前記蒸発器から流出した前記排ガスを前記第一冷却液又は前記第二冷却液によって冷却する第三熱交換器をさらに備え、
    前記第三熱交換器は、前記第一冷却液回路の一部を形成する前記第一冷却液の流路又は前記第二冷却液回路の一部を形成する前記第二冷却液の流路を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコージェネレーション装置。
  5. 前記凝縮器は、前記第二冷却液回路の一部を形成する前記第二冷却液の流路を有し、
    前記第三熱交換器は、前記第二冷却液回路の一部を形成する前記第二冷却液の流路を有し、
    前記凝縮器、前記第一熱交換器、及び第三熱交換器は、前記第二冷却液の流れ方向において、前記凝縮器、前記第一熱交換器、及び第三熱交換器の順番で配置されている、請求項４に記載のコージェネレーション装置。
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