WO2017159138A1 - コージェネレーション装置 - Google Patents

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WO2017159138A1
WO2017159138A1 PCT/JP2017/004756 JP2017004756W WO2017159138A1 WO 2017159138 A1 WO2017159138 A1 WO 2017159138A1 JP 2017004756 W JP2017004756 W JP 2017004756W WO 2017159138 A1 WO2017159138 A1 WO 2017159138A1
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coolant
condenser
heat exchanger
circuit
internal combustion
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PCT/JP2017/004756
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長生 木戸
西脇　文俊
晃 小森
良和 白井
哲 山岸
亮 武谷
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パナソニック株式会社
東京瓦斯株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • This disclosure relates to a cogeneration apparatus.
  • Patent Document 1 describes a power generation device 300.
  • the power generation apparatus 300 includes an internal combustion engine 301, a generator 302, a heat exchanger 303, an absorption chiller / heater 304, a condenser 305, an evaporator 306, a pump 307, a turbine 308, a generator 309, and a pump 310.
  • a Rankine cycle is configured by the condenser 305, the evaporator 306, the pump 307, and the turbine 308.
  • the about 500 ° C. exhaust gas 1 a discharged from the internal combustion engine 301 becomes a medium temperature heat source 4 b of about 150 ° C.
  • the intermediate temperature heat source 4b is introduced into the evaporator 306 and then released to the atmosphere.
  • the heat exchanger 303 is a heat exchanger having uses such as hot water supply.
  • the cooling water 1b of the internal combustion engine 301 is heat-exchanged by the heat exchanger 303 to become a low-temperature heat source 3b of about 65 ° C.
  • the low-temperature heat source 3 b is supplied to the condenser 305 by the pump 310, absorbs the heat of condensation of the working fluid of the Rankine cycle in the condenser 305, and then is used in the internal combustion engine 301 for cooling the internal combustion engine 301.
  • the turbine 308 is operated by the difference between the temperature 150 ° C. of the intermediate temperature heat source 4b and the temperature 65 ° C. of the low temperature heat source 3b, and the energy due to this temperature difference is converted into electric energy by the generator 309.
  • Patent Document 1 The technology described in Patent Document 1 has room for improvement from the viewpoint of increasing the power generation amount. Therefore, the present disclosure provides a cogeneration apparatus that is advantageous for increasing the amount of power generation.
  • An internal combustion engine A first generator driven by the internal combustion engine; A first coolant circuit including a cooler for cooling the internal combustion engine with a first coolant; A first heat exchanger that includes a portion of the first coolant circuit and that cools the first coolant with a second coolant; A second coolant circuit including a flow path of the second coolant formed in the first heat exchanger; A pump that pumps the working fluid, an evaporator that heats and vaporizes the working fluid pumped by the pump with exhaust gas of the internal combustion engine, an expander that is driven by expansion of the working fluid vaporized in the evaporator, Rankine cycle power generation comprising a second generator connected to and driven by an expander, and a condenser that cools and liquefies the working fluid expanded in the expander with the first coolant or the second coolant Equipment, An exhaust gas supply path that guides the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the evaporator without exchanging heat with the liquid, and The condenser has a flow path for the first cool,
  • the above-mentioned cogeneration apparatus is advantageous for increasing the power generation amount.
  • the block diagram which shows the cogeneration apparatus which concerns on 1st Embodiment The block diagram which shows the cogeneration apparatus which concerns on 2nd Embodiment
  • the block diagram which shows the cogeneration apparatus which concerns on 3rd Embodiment The block diagram which shows the cogeneration apparatus which concerns on 4th Embodiment
  • the power generator 300 has room for improving the power generation efficiency of the Rankine cycle.
  • the present inventors have found that if much of the thermal energy possessed by the exhaust gas of the internal combustion engine is utilized for power generation, the thermal energy possessed by the exhaust gas can be effectively utilized.
  • the cogeneration apparatus of the present disclosure has been devised based on the above findings of the present inventors.
  • the first aspect of the present disclosure is: An internal combustion engine; A first generator driven by the internal combustion engine; A first coolant circuit including a cooler for cooling the internal combustion engine with a first coolant; A first heat exchanger that includes a portion of the first coolant circuit and that cools the first coolant with a second coolant; A second coolant circuit including a flow path of the second coolant formed in the first heat exchanger; A pump that pumps the working fluid, an evaporator that heats and vaporizes the working fluid pumped by the pump with exhaust gas of the internal combustion engine, an expander that is driven by expansion of the working fluid vaporized in the evaporator, Rankine cycle power generation comprising a second generator connected to and driven by an expander, and a condenser that cools and liquefies the working fluid expanded in the expander with the first coolant or the second coolant Equipment, An exhaust gas supply path that guides the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the evaporator without exchanging heat with the liquid, and The condenser has
  • the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is guided to the evaporator in a high temperature state without exchanging heat with the liquid through the exhaust gas supply path.
  • the temperature of the working fluid flowing into the expander can be made sufficiently high, and the difference between the temperature of the working fluid flowing into the expander and the temperature of the working fluid flowing out of the condenser can be maintained large.
  • the difference between the temperature of the working fluid on the high temperature side of the Rankine cycle power generation device and the temperature of the working fluid on the low temperature side can be largely maintained, and the power generation efficiency of the Rankine cycle power generation device can be increased.
  • the power generation amount of the cogeneration apparatus can be increased.
  • the condenser includes a flow path of the first coolant that forms a part of the first coolant circuit
  • a cogeneration apparatus is provided that is disposed downstream of the cooler and upstream of the inlet of the first coolant in the first heat exchanger in the flow direction.
  • the cooling water whose temperature has increased due to passing through the condenser 305 is used for cooling the internal combustion engine 301. For this reason, the cooling of the internal combustion engine tends to become unstable.
  • the first coolant having the lowest temperature in the first coolant circuit cooled by the second coolant in the first heat exchanger is supplied to the cooler that cools the internal combustion engine.
  • the temperature of the 1st cooling fluid supplied to the cooler which cools an internal combustion engine can be maintained in a predetermined range, and an internal combustion engine can be operated on desired conditions.
  • the condenser includes a flow path of the first coolant that forms a part of the first coolant circuit, and the condenser and the cooling An apparatus provides the cogeneration apparatus arrange
  • the lowest-temperature first coolant in the first coolant circuit is supplied to each of the condenser and the cooler.
  • the exhaust gas flowing out from the evaporator is cooled by the first coolant or the second coolant.
  • a heat exchanger wherein the third heat exchanger forms the first coolant channel forming part of the first coolant circuit or the second coolant circuit forming part of the second coolant circuit.
  • a cogeneration apparatus having a flow path for two coolants is provided.
  • the temperature of the exhaust gas flowing out from the evaporator can be made relatively high, and the temperature of the working fluid heat-exchanged with the exhaust gas by the evaporator can be kept higher.
  • the Rankine cycle power generation device can fully collect
  • the temperature of the working fluid on the high temperature side of the Rankine cycle power generation device can be further increased to increase the power generation efficiency of the Rankine cycle power generation device, and the heat of the exhaust gas can be used, for example, for the production of hot water. For this reason, the overall efficiency of the cogeneration apparatus is unlikely to decrease.
  • the condenser has a flow path for the second coolant that forms part of the second coolant circuit
  • the third heat exchanger Has a flow path for the second coolant that forms part of the second coolant circuit, wherein the condenser, the first heat exchanger, and the third heat exchanger are provided with the second cooling fluid.
  • a cogeneration apparatus arranged in the order of the condenser, the first heat exchanger, and the third heat exchanger in a liquid flow direction. According to the fifth aspect, it is not necessary to form a part of the first coolant circuit in the condenser, and the first coolant circuit can be formed independently from the condenser.
  • the internal combustion engine can be cooled by the first coolant circuit formed independently of the condenser, and the state of the first coolant in the first coolant circuit can be easily adjusted.
  • the internal combustion engine is easily operated under desired conditions, and it is possible to prevent a decrease in power generation efficiency of the first generator driven by the internal combustion engine or a deterioration in components of exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
  • a second cooling liquid having a temperature lower than that of the first cooling liquid can be supplied to the condenser. Thereby, the temperature of the working fluid on the low temperature side of the Rankine cycle power generation device can be reduced, and the power generation efficiency of the Rankine cycle power generation device can be further increased.
  • the temperature of the second coolant that has passed through the third heat exchanger can be kept high by the third heat exchanger.
  • the temperature of warm water can be made high, for example, when using the 2nd cooling fluid supplied from the cogeneration apparatus which passed the 3rd heat exchanger as warm water.
  • the sixth aspect of the present disclosure includes, in addition to any one of the first to fifth aspects, an air-cooling circuit having an air-cooling type radiator, and the first coolant circuit or the second coolant circuit.
  • the first cooling liquid or the second cooling liquid that is disposed and flows out of the condenser flows through only the first cooling liquid circuit or the second cooling liquid circuit, and the first cooling liquid that flows out of the condenser
  • a cogeneration apparatus further comprising a switching valve that switches between a state in which the liquid or the second cooling liquid passes through the radiator and returns to the condenser.
  • the switching valve can supply the first cooling liquid or the second cooling liquid for cooling the working fluid of the Rankine cycle power generator in the condenser to the air cooling circuit.
  • the working fluid of the Rankine cycle power generator can be cooled to near the outside temperature. For this reason, for example, when the amount of heat of the second coolant flowing through the second coolant circuit becomes excessive with respect to the heat demand in the intermediate period or the like, the temperature of the working fluid on the low temperature side of the Rankine cycle power generator is decreased. be able to. Thereby, the power generation efficiency of the Rankine cycle power generation device can be further increased, and the power generation amount can be increased while reducing the amount of heat of hot water supplied from the cogeneration device.
  • the cogeneration apparatus 10a includes an internal combustion engine 21, a first generator 22, a first coolant circuit 23, a first heat exchanger 24, and a second coolant.
  • the circuit 25, the Rankine cycle power generation device 26, and the exhaust gas supply path 40 are provided.
  • the first generator 22 is driven by the internal combustion engine 21.
  • the first coolant circuit 23 includes a cooler 23a that cools the internal combustion engine 21 with the first coolant.
  • the first heat exchanger 24 includes a part of the first coolant circuit 23.
  • the first heat exchanger 24 cools the first coolant with the second coolant.
  • the second coolant circuit 25 includes a second coolant flow path formed in the first heat exchanger 24.
  • the Rankine cycle power generation device 26 includes a pump 27, an evaporator 28, an expander 29, a second generator 30, and a condenser 31.
  • the pump 27 pumps the working fluid of the Rankine cycle.
  • the evaporator 28 heats and vaporizes the working fluid pumped by the pump 27 with the exhaust gas of the internal combustion engine 21.
  • the expander 29 is driven by the expansion of the working fluid vaporized in the evaporator 28.
  • the second generator 30 is connected to the expander 29 and driven.
  • the condenser 31 cools and liquefies the working fluid expanded in the expander 29 with the first coolant.
  • the condenser 31 includes a first coolant channel 31 a that forms a part of the first coolant circuit 23.
  • the condenser 31 may cool the working fluid expanded in the expander 29 with the second cooling liquid and liquefy it.
  • the condenser 31 has a second coolant channel 31 b that forms part of the second coolant circuit 25.
  • the solid line arrows indicate the flow of exhaust gas
  • the broken line arrows indicate the flow of the working fluid in the Rankine cycle
  • the one-dot chain line arrow indicates the flow of the first coolant
  • the two-dot chain line arrow indicates the second flow line. The flow of the coolant is shown. This is also true for FIGS.
  • the internal combustion engine 21 is not particularly limited, but is, for example, a gas engine, a diesel engine, or a gasoline engine. Power is generated by combustion of fuel in the internal combustion engine 21, and the first generator 22 is driven by this power. Further, exhaust gas generated by combustion of fuel in the internal combustion engine 21 is discharged from the internal combustion engine 21, passes through the exhaust gas supply path 40, and is supplied to the evaporator 28. While the exhaust gas passes through the exhaust gas supply path 40, the exhaust gas does not exchange heat with any liquid. For this reason, high temperature exhaust gas (for example, 200 ° C. or more) is supplied to the evaporator 28 through the exhaust gas supply path 40. The temperature of the exhaust gas supplied to the evaporator 28 may be, for example, 300 ° C.
  • the temperature of the exhaust gas flowing out from the evaporator 28 is, for example, 120 ° C. to 180 ° C.
  • the exhaust gas flowing out of the evaporator 28 is released into the atmosphere, for example.
  • the cooler 23a is not particularly limited as long as the internal combustion engine 21 can be cooled.
  • the cooler 23a includes a jacket that temporarily stores a first coolant for cooling the internal combustion engine 21.
  • 1st cooling fluid is not restrict
  • the first heat exchanger 24 has a first coolant channel forming part of the first coolant circuit 23 and a second coolant channel forming part of the second coolant circuit 25.
  • the first coolant and the second coolant are heat exchanged.
  • 2nd cooling fluid is not restrict
  • the temperature of the second coolant supplied to the first heat exchanger 24 is lower than the temperature of the first coolant supplied to the first heat exchanger 24. For this reason, the 1st heat exchanger 24 cools the 1st cooling fluid with the 2nd cooling fluid.
  • the temperature of the first coolant supplied to the first heat exchanger 24 is, for example, 80 ° C.
  • the temperature of the second coolant supplied to the first heat exchanger 24 is, for example, 60 ° C.
  • the temperature of the first coolant flowing out from the first heat exchanger 24 is, for example, 65 ° C.
  • the temperature of the second coolant flowing out of the first heat exchanger 24 is, for example, 75 ° C.
  • the 2nd cooling fluid which flows out out of the 1st heat exchanger 24 may be utilized for the use of hot water supply or heating, for example.
  • the first heat exchanger 24 is not particularly limited, and is formed as, for example, a shell and tube heat exchanger or a plate heat exchanger.
  • a pump 32 is disposed between the outlet of the first coolant of the first heat exchanger 24 and the inlet of the cooler 23 a in the first coolant circuit 23.
  • the condenser 31 has, for example, a first coolant channel 31a that forms part of the first coolant circuit 23, and is downstream of the cooler 23a in the flow direction of the first coolant and the first heat exchanger. 24 is disposed upstream of the first coolant inlet. For this reason, the first coolant having the lowest temperature in the first coolant circuit 23 cooled by the second coolant in the first heat exchanger 24 is supplied to the cooler 23 a that cools the internal combustion engine 21.
  • the temperature of the first coolant supplied to the cooler 23a that cools the internal combustion engine 21 can be maintained within a predetermined range, and the internal combustion engine 21 can be operated under desired conditions.
  • the first coolant is heated by the heat generated in the internal combustion engine 21 in the cooler 23a.
  • the temperature of the first coolant flowing out of the cooler 23a is, for example, 75 ° C.
  • the 1st cooling fluid which passed the cooler 23a is supplied to the condenser 31, and flows through the flow path 31a.
  • the temperature of the first coolant rises due to heat exchange between the first coolant and the working fluid of the Rankine cycle.
  • the first coolant that has passed through the flow path 31 a is supplied to the first heat exchanger 24.
  • the working fluid is pressurized by the action of the pump 27 and supplied to the evaporator 28.
  • the working fluid is heated and vaporized by exchanging heat with the hot exhaust gas.
  • the evaporator 28 is formed as a fin tube heat exchanger, for example.
  • the working fluid vaporized in the evaporator 28 flows into the expander 29, the working fluid expands in the expander 29, and power is generated in the expander 29. This power is transmitted to the second generator 30 connected to the expander 29, and the second generator 30 is driven to generate power.
  • the expander 29 is, for example, a piston-type or scroll-type positive displacement fluid machine or an axial flow-type or centrifugal velocity-type fluid machine.
  • the working fluid expanded in the expander 29 is supplied to the condenser 31 and is cooled and liquefied by exchanging heat with the first coolant in the condenser 31.
  • the condenser 31 is formed as a shell and tube heat exchanger, for example.
  • the liquefied working fluid is pressurized by the action of the pump 27 and supplied to the evaporator 28.
  • the temperature of the working fluid flowing into the expander 29 is high. For this reason, the temperature of the first coolant supplied to the condenser 31 is raised to some extent by passing through the cooler 23a, but the temperature of the working fluid flowing into the expander 29 and the working fluid flowing out of the condenser 31 are increased. A large difference from the temperature is maintained. That is, the difference between the temperature of the working fluid on the high temperature side of the Rankine cycle and the temperature of the working fluid on the low temperature side is largely maintained. For this reason, the Rankine cycle power generation device 26 has high power generation efficiency, and the power generation amount of the cogeneration device 10a is large.
  • the working fluid of the Rankine cycle power generation device 26 is desirably a fluid that does not thermally decompose at the temperature of the exhaust gas supplied to the evaporator 28.
  • the working fluid of the Rankine cycle power generation device 26 is, for example, HFC-245fa or HFC-365mfc.
  • the cogeneration apparatus 10a can be changed from various viewpoints.
  • the condenser 31 may include a second coolant channel 31 b that forms part of the second coolant circuit 25 instead of the channel 31 a.
  • the condenser 31 is arrange
  • the cogeneration apparatus 10b according to the second embodiment is configured in the same manner as the cogeneration apparatus 10a according to the first embodiment, unless otherwise specified. Constituent elements of the cogeneration apparatus 10b that are the same as or correspond to the constituent elements of the cogeneration apparatus 10a are assigned the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. The description regarding the cogeneration apparatus 10a also applies to the cogeneration apparatus 10b unless there is a technical contradiction.
  • the condenser 31 of the cogeneration apparatus 10 b includes a first coolant channel 31 a that forms part of the first coolant circuit 23.
  • the condenser 31 and the cooler 23a are arranged in parallel downstream from the outlet of the first coolant in the first heat exchanger 24 in the flow direction of the first coolant.
  • the first coolant circuit 23 has a junction position B upstream from the inlet of the first heat exchanger 24 via the cooler 23a from the branch position A downstream from the outlet of the pump 32 in the flow direction of the first coolant. It has a part extending to.
  • the first coolant circuit 23 has a portion extending from the branch position A to the merge position B via the condenser 31.
  • both the working fluid of the internal combustion engine 21 and the Rankine cycle power generation device 26 can be sufficiently cooled by the low-temperature first coolant, both the internal combustion engine 21 and the Rankine cycle power generation device 26 can be stably maintained under desired conditions. I can drive.
  • the first cooling circuit 23 of the cogeneration apparatus 10b is provided with a flow rate adjusting mechanism capable of adjusting the flow rate of the first coolant supplied to the cooler 23a and the flow rate of the first coolant supplied to the flow path 31a. It may be.
  • the flow rate adjusting mechanism is, for example, a pair of electric motors arranged between the branch position A and the inlet of the cooler 23a and the inlet of the flow path 31a in the electric three-way valve or the first coolant circuit 23 arranged at the branch position A. It is a valve.
  • the cogeneration apparatus 10c according to the third embodiment is configured in the same manner as the cogeneration apparatus 10a according to the first embodiment, unless otherwise specified. Constituent elements of the cogeneration apparatus 10c that are the same as or correspond to the constituent elements of the cogeneration apparatus 10a are assigned the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. The description regarding the cogeneration apparatuses 10a and 10b also applies to the cogeneration apparatus 10c as long as there is no technical contradiction.
  • the cogeneration apparatus 10 c further includes a third heat exchanger 33.
  • the third heat exchanger 33 cools the exhaust gas flowing out of the evaporator 28 with the first coolant.
  • the third heat exchanger 33 includes a first coolant channel 33 a that forms part of the first coolant circuit 23.
  • the cogeneration apparatus 10c may be modified such that the third heat exchanger 33 cools the exhaust gas flowing out of the evaporator 28 with the second coolant.
  • the third heat exchanger 33 includes a second coolant channel 33 b that forms part of the second coolant circuit 25.
  • the third heat exchanger 33 is formed as a fin tube heat exchanger, for example.
  • the condenser 31, the cooler 23a, and the third heat exchanger 33 are downstream from the outlet of the first coolant in the first heat exchanger 24 in the flow direction of the first coolant. They are arranged in parallel. As a result, the coolest first coolant in the first coolant circuit 23 is supplied to each of the condenser 31, the cooler 23a, and the third heat exchanger 33.
  • the temperature of the exhaust gas flowing out from the evaporator 28 can be made relatively high by the third heat exchanger 33.
  • the temperature of the exhaust gas flowing out from the evaporator 28 is, for example, 150 to 200 ° C.
  • the temperature of the working fluid heat-exchanged with exhaust gas in the evaporator 28 can be kept higher.
  • the heat which the exhaust gas which flowed out from the evaporator 28 has can be fully collect
  • the cogeneration apparatus 10d according to the fourth embodiment is configured in the same manner as the cogeneration apparatus 10c according to the third embodiment, unless otherwise specified. Constituent elements of the cogeneration apparatus 10d that are the same as or correspond to the constituent elements of the cogeneration apparatus 10c are assigned the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. The description regarding the cogeneration apparatuses 10a to 10c also applies to the cogeneration apparatus 10d as long as there is no technical contradiction.
  • the condenser 31 of the cogeneration apparatus 10 d has a second coolant channel 31 b that forms part of the second coolant circuit 25.
  • the third heat exchanger 33 has a second coolant channel 33 b that forms part of the second coolant circuit 25. Furthermore, the condenser 31, the first heat exchanger 24, and the third heat exchanger 33 are connected to the condenser 31, the first heat exchanger 24, and the third heat exchanger 33 in the flow direction of the second coolant. Arranged in order.
  • the first coolant circuit 23 can be formed independently from the condenser 31.
  • the internal combustion engine 21 can be cooled by the first coolant circuit 23 formed independently of the condenser 31, and the state of the first coolant in the first coolant circuit 23 can be easily adjusted.
  • the internal combustion engine 21 can be easily operated under desired conditions, and it is possible to prevent a decrease in power generation efficiency of the first generator 22 driven by the internal combustion engine 21 or a deterioration in components of exhaust gas discharged from the internal combustion engine 21.
  • a second cooling liquid having a temperature lower than that of the first cooling liquid can be supplied to the condenser 31.
  • the temperature of the working fluid on the low temperature side of the Rankine cycle power generation device 26 can be reduced, and the power generation efficiency of the Rankine cycle power generation device 26 can be further increased. Furthermore, the temperature of the second coolant that has passed through the third heat exchanger 33 can be kept high by the third heat exchanger 33. Thereby, for example, when the second coolant supplied from the cogeneration device 10d that has passed through the third heat exchanger 33 is used as warm water, the temperature of the warm water can be increased.
  • a cogeneration apparatus 10e according to the fifth embodiment is configured in the same manner as the cogeneration apparatus 10a according to the first embodiment, unless otherwise specified. Constituent elements of the cogeneration apparatus 10e that are the same as or correspond to the constituent elements of the cogeneration apparatus 10a are assigned the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. The description regarding the cogeneration devices 10a to 10d also applies to the cogeneration device 10e unless there is a technical contradiction.
  • the cogeneration apparatus 10 e further includes an air cooling circuit 36 and a switching valve 34.
  • the air cooling circuit 36 includes an air-cooled radiator 35.
  • the radiator 35 is formed as a fin tube heat exchanger, for example, and has a fan.
  • the switching valve 34 is disposed, for example, in the first coolant circuit 23, and the state in which the first coolant flowing out from the condenser 31 flows only through the first coolant circuit 23 and the first coolant flowing out from the condenser 31 are The state of returning to the condenser 31 after switching through the radiator 35 is switched.
  • the first coolant that cools the working fluid of the Rankine cycle power generation device 26 in the condenser 31 can be supplied to the air cooling circuit 36.
  • the working fluid of Rankine cycle power generation device 26 can be cooled to near the outside air temperature. For this reason, for example, when the amount of heat of the second coolant flowing through the second coolant circuit 25 is excessive with respect to the heat demand in the intermediate period, the temperature of the working fluid on the low temperature side of the Rankine cycle power generation device 26 is set. Can be reduced. Thereby, the power generation efficiency of Rankine cycle power generation device 26 can be further increased, and the amount of power generation can be increased while reducing the amount of heat of hot water supplied from cogeneration device 10e.
  • the switching valve 34 includes, for example, a pair of three-way valves disposed upstream of the inlet of the condenser 31 and downstream of the outlet of the condenser 31 in the flow direction of the first coolant.
  • a pump 37 is arranged in the air cooling circuit 36. By the action of the pump 37, the first coolant flowing out from the condenser 31 can be guided to the radiator 35 and then returned to the condenser 31.
  • the three-way valve arranged downstream of the outlet of the condenser 31 is connected to the inlet of the air cooling circuit 36, and the three-way valve arranged upstream of the inlet of the condenser 31 is connected to the outlet of the air cooling circuit 36.
  • the cogeneration apparatus 10e may be changed so that the switching valve 34 is disposed in the second coolant circuit 25.
  • the switching valve 34 is configured so that the second cooling liquid flowing out from the condenser 31 flows only through the second cooling liquid circuit 25 and the second cooling liquid flowing out from the condenser 31 passes through the radiator 35. The state returning to the condenser 31 is switched.

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Abstract

本開示の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。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）を備える。蒸発器（２８）は、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。排ガス供給路（４０）は、内燃機関（２１）の排ガスを液体と熱交換させることなく蒸発器（２８）に導く。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。

Description

コージェネレーション装置
　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、及び前記第三熱交換器は、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、及び前記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。

Claims (6)

  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、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、及び前記第三熱交換器は、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、及び前記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。
  6. 　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、請求項１～５のいずれか１項に記載のコージェネレーション装置。
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