(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒循環路（２）、蒸発器（４）、膨張機（５）、凝縮器（６）、ポンプ（３）および発電機（７）、並びにそれらに付設される電気設備を主として構成されるランキンサイクル装置において、
当該電気設備のうち少なくとも１つは、筺体Ａの内部に収容されているとともに、ポンプ（３）から冷媒循環路（２）に吐出される低温の冷媒で筺体Ａの内部の空気を冷却する熱交換器（１１）、および送風装置（１２）が前記筐体Ａの内部に設置されており、
前記熱交換器（１１）で冷却された空気を前記送風装置（１２）で前記筺体Ａの内部に循環させることにより、前記筐体Ａの内部に収容された電気設備が間接的に冷却されるように構成されていることを特徴とするランキンサイクル装置。
【請求項２】
請求項１のランキンサイクル装置において、
騒音発生源である膨張機（５）、ポンプ（３）および発電機（７）のうち少なくとも１つは、防音性を有する密閉型または半密閉型の筺体Ａ内部に収容されていることを特徴とするランキンサイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷媒を利用して高温の排気ガス等の熱エネルギーを動力に変換するランキンサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気ガス、各種設備から排出する温水や蒸気などの熱エネルギーを動力として回収するため、従来から冷媒循環路、蒸発器、膨張機、凝縮器、ポンプおよび発電機、並びにそれらに付設される電気設備を主として構成されるランキンサイクル装置が知られている。
【０００３】
ランキンサイクル装置を構成する各機器の中には、騒音発生源または放熱源、或いはそれら両方の源となる機器が存在する。例えば回転部分を有するポンプ、膨張機、発電機などは騒音発生源であり、蒸発器、および発電機、直流変換器等の電気設備は放熱源である。
【０００４】
騒音発生源は、ランキンサイクル装置の設置場所周囲に騒音被害を及ぼすので、何らかの騒音防止策が必要になる。また放熱源はそれ自身に劣化や損傷、或いは性能低下などの影響があるとともに、他の周辺機器に対しても同様な悪影響を与える恐れがある。そのため何らかの温度上昇防止対策が必要になる。
【０００５】
騒音防止策としては、ランキンサイクル装置を防音性の筐体内に収容する方法が考えられる。しかし、ランキンサイクル回路を筐体に収容し密閉した場合、蒸発器から膨張機にかけての高温部分からの放熱、並びにポンプ用モータ、発電系のコンバータおよびパワーコンディショナー等からの放熱により、筐体内の雰囲気温度が上昇し、電装系の絶縁劣化や、半導体等の電子素子の損傷を招くことになる。
【０００６】
一方、温度上昇対策として一般的なものは、空冷式の冷却装置、或いは水冷式の冷却装置で機器を冷却する方法である。しかし空冷式の冷却装置は空気を筺体外部から取り込む必要がある。一方、水冷式の冷却装置は水を冷却するための装置を筺体外部に設ける必要がある。そのため装置コストが増加し、システムも複雑化するという問題がある。
【０００７】
特許文献１には、ランキンサイクル回路を密閉して収容する筐体の例が記載されているが、この筐体は可燃性冷媒を使用するランキンサイクル回路を安全に且つ適正に機能させるためのものであり、本発明の目的とは異なる。また、電気設備の冷却の重要性およびその方法についての開示も示唆もない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２５５９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ランキンサイクル装置において、その騒音対策については防音性を有する筺体の内部に騒音発生源である機器を収容する方法がある。しかし、そのようにすると外部への放熱性が低下するため、機器の温度上昇防止策はより一層厳しいものとならざるを得ない。
それゆえ、温度上昇防止策は、電気設備の寿命維持や性能維持の点から特に重要な課題である。しかし一般的な冷却装置による冷却は、前述したようにコスト増加やシステムの複雑化を伴うことが避けられない。
そこで本発明は、これらの問題を解決した新たなランキンサイクル装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の本発明は、冷媒循環路２、蒸発器４、膨張機５、凝縮器６、ポンプ３および発電機７、並びにそれらに付設される電気設備を主として構成されるランキンサイクル装置において、
当該電気設備のうち少なくとも１つは、筺体Ａの内部に収容されているとともに、ポンプ３から冷媒循環路２に吐出される低温の冷媒で筺体Ａの内部の空気を冷却する熱交換器１１、および送風装置１２が前記筐体Ａの内部に設置されており、
前記熱交換器１１で冷却された空気を前記送風装置１２で前記筺体Ａの内部に循環させることにより、前記筐体Ａの内部に収容された電気設備が間接的に冷却されるように構成されていることを特徴とするランキンサイクル装置である。
【００１１】
請求項２に記載の本発明は、請求項１のランキンサイクル装置において、
騒音発生源である膨張機５、ポンプ３および発電機７のうち少なくとも１つは、防音性を有する密閉型または半密閉型の筺体Ａ内部に収容されていることを特徴とするランキンサイクル装置である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、冷媒循環路２、蒸発器４、膨張機５、凝縮器６、ポンプ３および発電機７、並びにそれらに付設される電気設備を主として構成されるランキンサイクル装置において、
その電気設備のうち少なくとも１つが、筺体Ａの内部に収容されているとともに、ポンプ３から冷媒循環路２に吐出される低温の冷媒で筺体Ａの内部の空気を冷却する熱交換器１１、および送風装置１２が前記筐体Ａの内部に設置されており、
前記熱交換器１１で冷却された空気を前記送風装置１２で前記筺体Ａの内部に循環させることにより、前記筐体Ａの内部に収容された電気設備が間接的に冷却されるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
このように構成すると、ランキンサイクル装置内に循環する低温の冷媒自体で電気設備を冷却するため、それらの電気設備が温度上昇により劣化や損傷することを防止できる。
さらに温度上昇防止策に特別な冷却源を他から供給する必要がないので、コストの低減やシステムの簡略化という大きな効果がある。
また、ポンプ下流の冷媒は、前記冷却における熱負荷によって予熱されるので、結果として蒸発器の蒸発効率が高まり、最終的にはランキンサイクル装置の発電効率が向上する。
さらに、電気設備を冷媒循環路の低温の冷媒で直接的に冷却する場合は、対象となる機器を個別に高い効率で冷却でき、且つ機器に適合する冷却方法を選択することも可能となる。
なお、ポンプ上流の冷媒を用いて電気設備を冷却することも可能であるが、その場合、ポンプの吸引力によって減圧された冷媒への入熱によりキャビテーションが生じるおそれが高まる。一方、ポンプ下流の冷媒であればこのような問題は生じない。
また熱交換器の冷却源は装置内の冷媒であるから、外部から冷却源を供給する必要はない。さらに冷却された空気が筺体内部に設置されている送風装置により、筺体内を循環するようになっているので、熱交換器に外部空気を取り入れる場合より冷却効率が高い。また筺体内の冷却空気の循環により筺体内部の各所に配置した電気設備をムラなく冷却することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、上記発明において、騒音発生源である膨張機５、ポンプ３および発電機７のうち少なくとも１つが防音性を有する密閉型または半密閉型の筺体内部に収容されることを特徴とする。
【００１６】
このように構成すると、筺体内部に収容された騒音発生源からの騒音が外部に漏出することを防止できると共に、装置内で使用される冷媒自体により電気設備が冷却されるので、低コストで且つ簡単な構成でそれら機器の温度上昇が防止される。さらに筺体の外部からの塵埃等の汚染物質や雨水の侵入が抑制されるので筺体内部に収容された機器は清浄に保たれる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のランキンサイクル装置の１例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に基づいて、本発明のランキンサイクル装置の実施例につき、説明する。
このランキンサイクル装置１は、熱エネルギーを電力として回収する例である。
まずは、その基本構成および基本機能について説明する。
図１において、ランキンサイクル装置１は、好ましくは断熱材を被覆した配管で構成される冷媒循環路２に、主要機器としてポンプ３、蒸発器４、膨張機５および凝縮器６が互いに連通して設けられている。
そして、回転運動をする膨張機５の出力軸に発電機７が連結され、発電機７で発生した交流電力は直流変換器８で直流に変換され、その電力はパワーコンディショナー９を経由して、例えば照明器具１０に出力される。
ポンプ３は液状冷媒を蒸発器４に供給するもので、例えばダイヤフラム式、ピストン式、渦巻き式、ギア式などのポンプ本体をモータ等の駆動源で駆動し、低圧の液状冷媒を高圧の液状冷媒に変換して圧送する。
【００２１】
ポンプ３から吐出する高圧低温の液状冷媒は、熱交換器１１を経て蒸発器４に供給される。
熱交換器１１は送風装置１２から送風される空気を低温高圧の冷媒により冷却するものである。なお図１の例では熱交換器１１と送風装置１２が個別に設置されているが、これら両者を一体化することもできる。
液状冷媒は熱交換器１１を通過する際に筺体Ａ内を循環する空気を冷却する一方、冷媒は予熱される。予熱された液状冷媒は蒸発器４で熱媒によって加熱され高圧高温の冷媒蒸気となる。
蒸発器４は一種の熱交換器であり、その内部に熱媒を流通させる複数の流路４ａと冷媒を流通させる複数の流路４ｂが交互に積層されている。
熱媒は例えば、自動車の排熱、産業排熱、地熱、温泉等などが利用できる。
【００２２】
蒸発器４から流出する高圧高温の冷媒蒸気は膨張機５に供給され、そこで膨張する際に発生する機械的な動力により発電機７が回転駆動される。
膨張機５は、蒸発器４から供給される高温高圧の冷媒蒸気が膨張することによって動力を得るものであって、一般にピストン式、スクロール式、タービン式などがある。
発電機７で発生した交流電力は直流変換器８で直流に変換され、さらにパワーコンディショナー９を経て照明器具１０などの負荷設備に供給される。
【００２３】
凝縮器６の内部には冷媒を冷却する冷水や空気を流通させる流路６ａと冷媒を流通させる流路６ｂが配置されており、膨張機５から冷媒循環路２に流出する低圧低温の冷媒蒸気は、凝縮器６において冷却され、低温の液状冷媒となってポンプ３に循環する。
なお、ポンプ３は回転速度が調整可能な可変速ポンプであり、ポンプ３に電力を供給する電力制御部３ａによりその回転速度を調整することができる。
【００２４】
次に、このランキンサイクル装置１における騒音防止策および電気設備の温度上昇防止策について説明する。
図１のランキンサイクル装置１において、該装置を構成する主な機器は防音性を有する密閉型または半密閉型の筺体Ａの内部に収容されている。具体的には、ポンプ３、蒸発器４、膨張機５、凝縮器６、発電機７、直流変換器８、パワーコンディショナー９、熱交換器１１および送風装置１２が筺体Ａの内部に収容されている。
前述したように、回転部分を有するポンプ３、膨張機５および発電機７は騒音発生源であり、蒸発器４、発電機７を含む電気設備（本例では直流変換器８や、パワーコンディショナー９）は放熱源である。
【００２５】
騒音発生源であるポンプ３、膨張機５および発電機７は防音性を有する筺体Ａ内部に収容されているので、ランキンサイクル装置１の周囲への騒音は大幅に低減される。なお、これら騒音発生源となる機器の中で、騒音発生量が比較的少なく、周囲への騒音影響が低い機器である場合は、その機器は筺体Ａの内部に収容しなくてもよい。
【００２６】
発電機７を含む電気設備（本例では直流変換器８や、パワーコンディショナー９）は筺体Ａの内部に収容されているが、これらの機器は送風装置１２による筺体Ａ内の循環冷風により間接的に冷却される。
【００２７】
また、循環冷風ではなく、ポンプ３から吐出された低温の冷媒の一部を分流して電気設備に導き、その電気設備を冷媒で直接的に冷却してもよい。
その場合、例えば、冷媒循環路２において低温の冷媒が流通している部分から冷媒の一部を分流して冷却対象となる電気設備を冷却する。
冷却対象となる電気設備には、その被冷却部分を覆うように板状、管状または偏平管状の冷却部が設けられており、その冷却部に冷媒を流通させ熱交換させることにより、冷却対象である電気設備が冷却される。
【００２８】
ここで「直接的な冷却」とは、空気を介さずに一次媒体である冷媒で電気設備を冷却することを意味する。一方、「間接的な冷却」とは、一次媒体である冷媒から、二次媒体としての空気を介して電気設備を冷却することを意味する。
なお、冷媒で空気を冷却することは、空気で冷媒を加熱することでもあり、これによって筐体内の空気から熱回収し冷媒を予熱することもできる。冷媒の予熱は熱源からの入熱量が不足した場合等に有効であり、このような場合でも効率良く高出力を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のランキンサイクル装置は、エンジン排熱、産業排熱、地熱、温泉等を熱源とするランキンサイクル装置による発電、特に低温熱源による小規模分散型のバイナリランキンサイクル発電に利用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１  ランキンサイクル装置
２  冷媒循環路
３  ポンプ
３ａ  電力調整部
４  蒸発器
４ａ  流路
４ｂ  流路
５  膨張機
【００３１】
６  凝縮器
６ａ  流路
６ｂ  流路
７  発電機
８  直流変換器
９  パワーコンディショナー
１０  照明器具
１１  熱交換器
１２  送風装置
Ａ  筺体
【図１】
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