| 【発明の名称】 |
熱交換器及びこれを用いた熱併給発電設備 |
| 【発明者】 |
【氏名】長尾 武夫
【氏名】小泉 敏夫
【氏名】小池 裕
【氏名】冨岡 守
|
| 【要約】 |
【課題】熱交換量が制御可能な熱交換器を提供する。
【解決手段】液状の熱媒体４を入れた容器５内に液状の熱媒体４に接触するように放熱部８を備えた第１の放熱器７を配置する。容器５の外に容器５内の液状の熱媒体４の熱を熱負荷ＴＬに放熱する第２の放熱器１７を配置する。容器５内の液状の熱媒体４の液面レベル（容器５内の液状の熱媒体４の量）を調節する液面レベル調節装置を設ける。液面調節装置を貯液タンク６と連結管１３とポンプ１５とから構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 液状の熱媒体が入れられる容器と、発熱源から回収した熱を放熱する放熱部を備え、前記放熱部が前記液状の熱媒体と接触するように前記容器内に配置された第１の放熱器と、放熱部が前記容器の外部に配置されて前記容器内の前記液状の熱媒体の熱を熱負荷に放熱する第２の放熱器とを具備する熱交換器であって、前記容器内の前記熱媒体の液面レベルを調節する液面レベル調節装置を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】 液状の熱媒体が入れられる容器と、放熱部が前記液状の熱媒体と接触するように前記容器内に配置された放熱器と、吸熱部が前記液状の熱媒体と接触するように前記容器内に配置された吸熱器とを具備する熱交換器であって、前記容器内の前記液状の熱媒体の液面レベルを調節する液面レベル調節装置を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】 液状の熱媒体が入れられる容器と、発熱源から回収した熱を放熱する放熱部を備え、前記放熱部が前記液状の熱媒体と接触するように前記容器内に配置された放熱器と、吸熱部が前記液状の熱媒体と接触するように前記容器内に配置され、前記吸熱部で吸熱した熱で前記吸熱部内を流れる別の熱媒体を加熱する吸熱器とを具備する熱交換器であって、前記容器内の前記熱媒体の液面レベルを調節する液面レベル調節装置を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】 前記液面レベル調節装置は、前記液状の熱媒体を貯える貯液タンクと前記容器とを連結する連結管と、前記連結管に設けられて前記貯液タンクと前記容器との間で前記液状の熱媒体を移動させるポンプとからなる請求項１〜３のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項５】 前記放熱器が前記液状の熱媒体から露出するほどに、前記液面レベル調節装置が前記容器内の前記液面レベルを低下させている状態において、前記液状の熱媒体から露出する前記放熱器に風を当てて前記放熱器を冷却する強制冷却装置を更に備えた請求項２または３に記載の熱交換器。
【請求項６】 発電設備と、該発電設備から発生する熱を回収する熱回収装置と、該熱回収装置で回収した前記熱を熱負荷の加熱に必要な熱に変換する熱交換器とを備えた熱併給発電設備において、前記請求項１〜３のいずれか一つに記載の熱交換器を用いた熱併給発電設備。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱交換量が制御可能な熱交換器及びこれを用いた熱併給発電設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、熱容量の交換を行う従来の熱交換器を用いたコジェネレーションシステム（以下、熱併給発電設備と称す）の一例を示すブロック図である。図４の熱併給発電設備１０１は、発電設備として負荷Ｌに電力を供給する発電機１０３と、この発電機１０３に直結されて発電機１０３を駆動する発電機駆動用エンジン１０５とが設けられており、この熱併給発電設備１０１は例えば図示しないコンテナ内部に配置されている。なお、熱併給発電設備１０１をコンテナ内に配置しないオープン構造を採用することもできる。発電機駆動用エンジン１０５には、発電機駆動用エンジン１０５本体からの熱を吸収して熱媒体（冷却水）に伝達する、吸熱部１０７を備えた熱交換器（エンジンジャケット水冷装置）１０６が設けられている。また、発電機駆動用エンジン１０５からは、発電機駆動用エンジン１０５から出る排気ガスを外気に排出するための排気管１１５が図示しないコンテナの外部まで延びている。この排気管１１５の途中には、発電機駆動用エンジン１０５から排出される排気ガスが持つ熱を吸熱部１１１で回収する排気ガス熱交換器１０９とマフラー１１３とが配置されている。熱交換器（エンジンジャケット水冷装置）１０６の吸熱部１０７と排気ガス熱交換器１０９の吸熱部１１１との直列回路には、比例制御型三方弁１１７を介して熱放出器１２３の放熱部１２５と、熱交換器１２７の放熱部１２９とがそれぞれ並列に接続されている。熱交換器１２７には放熱部１２９から放熱された熱を回収する吸熱部１３１が設けられており、吸熱部１３１で回収された熱は放熱用の熱交換器１３２の放熱部１３３から熱負荷ＴＬに放熱される。熱放出器１２３には放熱部１２５に風を吹き付けて放熱部１２５から熱を強制的に放出させるためのファンＦが設けられている。
【０００３】図４において発電機駆動用エンジン１０５を始動させると、発電機駆動用エンジン１０５に直結されている発電機１０３が発電動作を開始する。発電機１０３から発生した電力は外部に設けられた負荷Ｌに供給される。発電機駆動用エンジン１０５の熱を回収した冷却水は排気ガス熱交換器１０９の吸熱部１１１を通る際に排気ガスの熱を回収して更に高温になる。排気ガス熱交換器１０９を通過した冷却水は比例制御型三方弁１１７を介して熱交換器１２７の熱放出部１２９へ流入し、吸熱部１３１により熱が回収され熱交換器１３２の放熱部１３３により熱が熱負荷ＴＬに放熱される。
【０００４】熱交換器１２７において放熱により温度が低下した冷却水は発電機駆動用エンジン１０５へと戻る。熱交換器１２７の放熱部１２９へ送られる冷却水の温度が所定の温度以上になると比例制御型三方弁１１７を通じて放熱部１２９及び１２５へと冷却水が流れ、更に温度が上昇すると、冷却水は熱放出器１２３の放熱部１２５側のみへと流れ込む。熱放出器１２３内に流れ込んだ冷却水の熱は放熱部１２５から外気へと放出される。また、放熱部１２５は強制的に電動モータによって回転する冷却用電動ファンＦによって冷却され、強制的に熱が外部に放熱される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の熱併給発電設備で用いられる熱交換器１２７では、自分自身で熱交換量を制御することができない。そのため、熱交換器１２７に対して別個に放熱器１２３を設置し、比例制御型三方弁１１７の動作と放熱器１２３の運転とにより熱交換量の制御を行っている。
【０００６】本発明は、熱交換量の制御が可能な熱交換器及びこれを用いた熱併給発電設備を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、液状の熱媒体が入れられる容器と、発熱源から回収した熱を放熱する放熱部を備え、この放熱部が液状の熱媒体と接触するように容器内に配置された第１の放熱器と、別の放熱部が容器の外部に配置されて容器内の液状の熱媒体の熱を熱負荷に放熱する第２の放熱器とを具備する熱交換器を改良の対象とする。本発明の熱交換器は、容器内の液状の熱媒体の液面レベルを調節する液面レベル調節装置を備えている。外部にある発熱源から回収した熱は第１の放熱器が備える放熱部から放熱されて容器に入れられた液状の熱媒体を加熱する。加熱された液状の熱媒体は容器の外に配置された第２の放熱器へと送られ、そこで液状の熱媒体の熱を第２の放熱器に備えられた放熱部から熱負荷に放熱する。液面レベル調整装置は容器に入れられた液状の熱媒体の量（容器内の液状の熱媒体の液面レベル）を調節する。例えば、容器内の液状の熱媒体の液面レベルを低下させると、第１の放熱器の放熱部の一部（液面レベルよりもに上に位置する部分）が液状の熱媒体から露出する。この露出部分は液状の熱媒体とは接触していないので、この露出部分から放熱した熱は液状の熱媒体を加熱することなく外気に放出される。液面レベルを下げると液状の熱媒体と第１の放熱器の放熱部との接触する面積が小さくなり、液状の熱媒体に放熱される放熱量は小さくなる。このように、液状の熱媒体の液面レベルから露出している第１の放熱器の放熱部の部分の面積と液状の熱媒体中に浸漬している部分の面積との比率を変えることにより、液状の熱媒体に放熱される熱量、即ち熱交換量を制御することができる。
【０００８】また本発明を液状の熱媒体が入れられる容器と、放熱部が液状の熱媒体と接触するように容器内に配置された放熱器と、吸熱部が液状の熱媒体と接触するように容器内に配置された吸熱器とを具備する熱交換器に適用する場合にも、容器内の液状の熱媒体の液面レベルを調節する液面レベル調節装置を設ければよい。
【０００９】液面レベル調整装置は、例えば液状の熱媒体を貯える貯液タンクと容器とを連結する連結管と、この連結管に設けられて貯液タンクと容器との間で液状の熱媒体を移動させるポンプとから構成することができる。このような構成にすると、簡単な構成で液面レベルを移動させることができる。
【００１０】放熱量を増大させる必要がある場合には、液面レベルを低下させて放熱部を部分的に露出させ、液状の熱媒体から露出する放熱部に強制的に風を当てて放熱部を強制冷却する強制冷却装置を設けてもよい。このような液面レベル調整装置を用いると、容器内の液状の熱媒体から露出する露出部分に強制冷却装置により強制的に風を当てて冷却することができるため、応答性よくヒートバランスをとることができる。
【００１１】上述した熱交換器を用いて熱併給発電設備を構成する場合は発電設備と、発電設備から発生する熱を回収する熱回収装置と、熱回収装置で回収した熱を熱負荷の加熱に必要な熱に変換する熱交換器とで構成する。このような熱交換量を制御することができる熱交換器を用いることで、熱回収装置で回収した熱のうち余剰となった熱を別個に設置した熱放出器を用いて外気に放熱する必要がないので熱併給発電設備の構成機器の数を削減することができ、また、設備の設置面積を小さくすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の熱交換器の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は本発明の熱交換器１における実施の形態を模式的に示した構成図の例である。図１において符号３で示した部材はタンク構造体である。このタンク構造体３は、熱交換器用の水等の液状の熱媒体４が入れられる容器５と、この容器５内の熱媒体４の量を調節または制御するために貯える貯液タンク６とを備えている。容器５の内部には、第１の放熱器７の放熱部の一部を構成する放熱部材収納器８が配置されている。放熱部材収納器８の内部には、図示しない熱源から回収した熱を放熱する放熱部材９が配置されている。放熱部材収納器８は容器５の中央部に配置されていて、その周囲は熱媒体４によって囲まれている。放熱部材収納器８の上に配置された隔壁１０は、後述するファンからの風が放熱部材収納器８の露出面に十分に当たるように容器５内に配設されている。そして容器５の隔壁１０によって仕切られた上部空間内には電動モータによって駆動される強制冷却用のファンＦが配置されている。容器５と貯液タンク６との間は連結管１３によって連結されており、この連結管１３の途中には容器５と貯液タンク６との間で熱媒体４を移動させる際に駆動される双方向性のポンプ（液面レベル調節装置）１５が配置されている。
【００１３】放熱部（８，９）により加熱された容器５内の液状の熱媒体４は、容器５の外に配置されて第１の放熱器７の放熱部（８，９）により加熱された液状の熱媒体４の熱を熱負荷ＴＬに放熱する第２の放熱器１７と容器５との間を途中にポンプ２１を備えた循環管路２３を通って循環する。
【００１４】この例では、貯液タンク６と連結管１３とポンプ１５とにより容器５内の熱媒体４の液面レベルを調節する液面レベル調節装置が構成されている。容器５と貯液タンク６とを移動する液状の熱媒体４の液量はポンプ１５の図示しない駆動回路に電気的に接続されている温度センサ２４の出力により制御される。
【００１５】本実施の形態の熱交換器１では、外部の発熱源から回収された熱は第１の放熱器７に備えられている放熱部（８，９）により容器５に入れられた液状の熱媒体４を加熱する。加熱された液状の熱媒体４は容器５の外に配置された第２の放熱器１７の放熱部１９へと送られる。そして、液状の熱媒体４の熱が第２の放熱器１９に備えられた放熱部１９から熱負荷ＴＬに放熱される。液面レベル調整装置（６，１３，１５）は容器５に入れられた液状の熱媒体４の量（容器５内の液状の熱媒体４の液面レベル）を調節する。この液面レベル調節装置（６，１３，１５）により容器５内の液状の熱媒体４の液面レベルが低下する向きに変化すると（容器５内の液状の熱媒体４の量が少なくなると）、第１の放熱器７の放熱部材収納器８の上部が液状の熱媒体４から除々に露出していく。この露出部分は液状の熱媒体４とは接触していないので、露出した第１の放熱器７の放熱部材収納器８から放熱する熱は外気に放出される。これに対して、液状の熱媒体４と接触している第１の放熱器７の放熱部材収納器８の部分（液面レベルより下の部分）は液状の熱媒体４に熱を放出する。しかしながら、この場合、第１の放熱器７の放熱部材収納器８と液状の熱媒体４とが接触する面積は小さくなっているので、放熱部材収納器８から液状の熱媒体４に放熱される放熱量は小さくなっている。したがって、液状の熱媒体４の液面レベルから露出している第１の放熱器７の放熱部材収納器８の面積と、液状の熱媒体４が浸漬している第１の放熱器７の放熱部材収納器８の面積との比率を変化させることで、液状の熱媒体４に放熱される放熱量を制御することができる。
【００１６】図２は、上述した熱交換器１を用いた熱併給発電設備の実施の形態におけるブロック構成図である。図２においては、負荷Ｌに電力を供給する発電機２５と、この発電機２５に直結されて発電機２５を駆動する発電機駆動用エンジン２７とからなる発電設備が設けられている。発電機駆動用エンジン２７に対しては、発電機駆動用エンジン２７本体からの熱を吸収して熱媒体（冷却水）に伝達する、吸熱部２９が設けらた熱交換器（エンジンジャケット水冷装置）２８が設置されている。また、発電機駆動用エンジン２７からは、途中に発電機駆動用エンジン２７から排出される排気ガスが持つ熱を吸熱部３３で回収する排気ガス熱交換器３１と排気音を消音するマフラー３５とを備え、発電機駆動用エンジン２７から出る排気ガスを外気に排出するための排気管３７が図示しない外部まで延びている。発電機駆動用エンジン２７から出る熱及び排気ガス熱交換器３１で回収された熱は熱交換器１の第１の熱放熱器７へと送られる。
【００１７】冷却水の熱は第１の放熱器７の放熱部（８，９）から液状の熱媒体４に放熱され、熱媒体４が加熱される。加熱された液状の熱媒体４はポンプ２１により第２の放熱器１７の放熱部１９に送られ熱負荷ＴＬに放熱される。第２の放熱器１７の放熱部１９で放熱されて冷えた液状の熱媒体４は容器５内へと戻される。
【００１８】熱負荷ＴＬで消費されなかった熱により、熱媒体４の温度が上昇し、第２の放熱器１７の放熱部１９に送られる液状の熱媒体４の温度が所定の温度以上になったことを温度センサ２４が検知すると、ポンプ１５は容器５内の液状の熱媒体４を貯液タンク６へ移動させて容器５内の液面レベルを低下させるようにポンプ動作をする。この動作により、放熱器７の放熱部材収納器８の一部を液状の熱媒体４から除々に露出させる。そして、容器５内に設けた電動モータとこの電動モータで回転するファンＦとからなる強制冷却装置を駆動して、ファンＦから吐き出された風を放熱器７の放熱部材収納器８の露出部分に強制的に当て、露出した放熱部材収納器８を急速に冷却する。このように、強制冷却装置により強制冷却を行うと、応答性よくヒートバランスをとることができる。
【００１９】なお、本発明の熱交換器は本実施の形態で説明したものの他に、図３に示すように、放熱部（８，９）が容器５内の液状の熱媒体４に接触するように配置された放熱器９と、吸熱部１６が液状の熱媒体４に接触するように容器５内に配置された放熱器１７とを備えた熱交換器にも本発明を適用できる。
【００２０】
【発明の効果】本発明の熱交換器によれば、液状の熱媒体の液面レベルから露出している第１の放熱器の放熱部の部分の面積と液状の熱媒体中に浸漬している部分の面積との比率を変えることにより、液状の熱媒体に放熱される熱量を制御することができる。また、熱交換量を制御することができる熱交換器を用いることで、熱回収装置で回収した熱のうち余剰となった熱を別個に設置した熱放出器を用いて外気に放熱する必要がなくなり、熱併給発電設備の構成機器の数を削減することができ、また、設備の設置面積を小さくすることができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００１８００２５
【氏名又は名称】山洋電気株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１１年９月２４日（１９９９．９．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９１４４３
【弁理士】
【氏名又は名称】西浦 ▲嗣▼晴
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−９１１９０（Ｐ２００１−９１１９０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月６日（２００１．４．６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２７０３２６ |
|