(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主系統と、副系統とを備え、
前記主系統は、
冷媒によって冷却される熱機器と、
前記冷媒の熱を回収する熱回収部と、
前記熱機器と前記熱回収部との間で前記冷媒を循環させる循環ポンプと、を備え、
前記副系統は、
前記主系統に加圧した前記冷媒を供給する加圧用ポンプと、
前記冷媒を貯留するタンクと、
前記主系統内の前記冷媒の圧力が規定圧力以上となったときに前記冷媒を前記タンクに送り込む調圧弁と、を備える冷却システム。
【請求項２】
前記副系統は、前記加圧用ポンプを迂回して前記主系統に前記冷媒を供給するバイパス部をさらに備える請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記副系統は、前記主系統の前記冷媒の一部を抽出し、前記タンク内に送り込むことで前記冷媒に含まれる気体を除去する気体除去部をさらに備える請求項１または２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記タンクは、大気開放されている請求項１から３の何れか一項に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記副系統は、前記主系統内の前記冷媒の圧力が予め定めた上限値以上となったときに、前記冷媒を放出する安全弁をさらに備える請求項１から４の何れか一項に記載の冷却システム。
【請求項６】
前記主系統は、前記熱回収部を経た前記冷媒を冷却する冷却器をさらに備える請求項１から５の何れか一項に記載の冷却システム。
【請求項７】
発電機駆動用のエンジン部と、前記エンジン部で発生した熱を利用する熱利用部とを備えたコジェネレーション装置と、
請求項１から６の何れか一項に記載の冷却システムと、を備え、
前記エンジン部を前記熱機器とし、前記熱利用部を前記熱回収部とするコジェネレーション設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷却システム、コジェネレーション設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
コジェネレーション装置は、ガスエンジン、ガスタービンエンジン、ディーゼルエンジン等のエンジンにより発電機を駆動して発電するとともに、エンジンの廃熱を回収する。コジェネレーション装置は、エンジンの廃熱を熱源として利用することで、エネルギ効率を高めている。
【０００３】
特許文献１には、エンジンの冷却水を介してエンジン廃熱を回収する廃熱回収器を有するエンジン冷却水回路において、エンジン冷却水を循環させる冷却水ポンプの吸引部の上流に、電動三方弁からなる圧損機器を設ける構成が開示されている。この構成によれば、冷却水ポンプの吸引部における冷却水の圧力を圧損機器によって調整することで、冷却水回路における冷却水圧力を所定圧力に設定できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７０４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エンジンの廃熱を熱源とするには、熱源となる冷却水の温度が高い方が利用価値が高い。しかし、冷却水温度が高くなると、冷却回路内で高温となる部位で冷却水の局所的な沸騰が生じてエロージョンが生じやすくなる。エロージョンの発生を防ぐには、冷却回路内における冷却水の圧力を飽和圧力以上に高めることが好ましい。
冷却水の圧力を高めるためには、特許文献１に開示されたように冷却水回路に設けた圧損機器を利用することができる。しかし、圧損機器を設けることによって、冷却水回路における損失が大きくなる。そのため、冷却水回路で冷却水を確実に循環させるには、冷却水循環ポンプの揚程ならびに駆動機容量を循環流量に見合って増大させる必要があり、設備コストの上昇や消費動力の増加を招いてしまう。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、低コストで冷却水の圧力を高めて、効率よく高温での廃熱回収することができる冷却システム、コジェネレーション設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
この発明の第一態様によれば、冷却システムは、主系統と、副系統とを備え、前記主系統は、冷媒によって冷却される熱機器と、前記冷媒の熱を回収する熱回収部と、前記熱機器と前記熱回収部との間で前記冷媒を循環させる循環ポンプと、を備え、前記副系統は、前記主系統に加圧した前記冷媒を供給する加圧用ポンプと、前記冷媒を貯留するタンクと、前記主系統内の前記冷媒の圧力が規定圧力以上となったときに前記冷媒を前記タンクに送り込む調圧弁と、を備える。
【０００７】
このように、加圧用ポンプで加圧した冷媒を保持する副系統を主系統に接続することで、主系統を循環する冷媒の圧力を高めることができる。これによって、冷媒を高温としても、主系統内において冷媒によるエロージョンが生じ難くなり、信頼性の高い運転を行うことができる。同時に、副系統に調圧弁を備える事で、運転時に容易に起こり得る冷媒の温度変化による主系統内の圧力変動を緩衝し安定させることもできる。
また、主系統における冷媒の圧力変動を補うように、加圧用ポンプで冷媒を加圧するので、加圧用ポンプは小容量のもので済む。
その結果、主系統の冷媒の圧力を高めるために、冷媒循環ポンプを増大する必要がないため、低コストかつ省動力で冷媒の圧力を高めて、高温での廃熱回収が可能となる。
また、タンクを備えることで、温度変化によって主系統側で冷媒が膨張したときにはタンクに冷媒を送り込み、冷媒が収縮したときにはタンクから冷媒を送り出す。このようにして、タンクにより、冷媒の体積変動を吸収することができる。
【０００８】
この発明の第二態様によれば、前記冷却システムは、第一態様において、前記副系統が、前記加圧用ポンプを迂回して前記主系統に前記冷媒を供給するバイパス部をさらに備えるようにしてもよい。
このように構成することで、冷媒を高温化して熱回収を行わない場合は、加圧用ポンプを停止し大気圧下にて主系統の温度変化による冷媒の膨張・収縮による冷媒の圧力変動を吸収する事が可能となる。
【０００９】
この発明の第三態様によれば、前記冷却システムは、第一または第二態様において、前記副系統が、前記主系統の前記冷媒の一部を抽出し、前記タンク内に送り込むことで前記冷媒に含まれる気体を除去する気体除去部をさらに備えるようにしてもよい。
このように構成することで、主系統の冷媒を加圧しつつ、主系統の冷媒に含まれた気体の除去、いわゆるエア抜きを行うことができる。
【００１０】
この発明の第四態様によれば、前記冷却システムは、第一から第三態様の何れか一つの態様において、前記タンクが、大気開放されているようにしてもよい。
タンクに気密タンクを使用した場合には、容積・圧力によっては耐圧構造を必要とし圧力容器としての製造・使用時の審査・検査を受ける必要がある。これに対し、上記のようにタンクを大気開放することで、耐圧構造も不要であり、当然、審査や検査も不要である。
【００１１】
この発明の第五態様によれば、前記冷却システムは、第一から第四態様の何れか一つの態様において、前記副系統は、前記主系統内の前記冷媒の圧力が予め定めた上限値以上となったときに、前記冷媒を放出しタンクへ戻す安全弁をさらに備えるようにしてもよい。
このように構成することで、主系統内の冷媒の圧力が過度に高くなることを抑制できる。
【００１２】
この発明の第六態様によれば、前記冷却システムは、第一から第五態様の何れか一つの態様において、前記主系統は、前記熱回収部を経た前記冷媒を冷却する冷却器をさらに備えるようにしてもよい。
このように構成することで、熱回収部で回収しきれなかった冷媒の熱を冷却器で冷却することができ、熱機器に対して最適な温度まで冷媒温度を低下させることができる。
【００１３】
この発明の第七態様によれば、コジェネレーション設備は、発電機駆動用のエンジン部と、前記エンジン部で発生した熱を利用する熱利用部とを備えたコジェネレーション装置と、第一から第六態様の何れか一つの態様の冷却システムと、を備え、前記エンジン部を前記熱機器とし、前記熱利用部を前記熱回収部とする。
このようなコジェネレーション設備によれば、エンジン部を冷却することによって冷媒で得られる熱を、冷媒を介して熱利用部に付与して有効利用することができる。また、冷媒の圧力を高めることによって、冷媒を高温としても局所沸騰を防止でき、主系統内において冷媒によるエロージョンが生じにくくなるため、システムを構成する機器や配管等の損傷を抑制しつつ、エンジン部で生じる廃熱をより高い温度で有効利用できる。また、冷媒の圧力を高めるために、循環ポンプを大型化することなく、加圧用ポンプを備えればよい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る冷却システム、コジェネレーション設備によれば、低コストかつ省動力で冷却水の圧力を高めて、高温でも信頼性の高い廃熱回収が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の第一実施形態に係る冷却システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】この発明の第二実施形態に係る冷却システム、コジェネレーション設備の全体構成を示す模式図である。
【図３】上記冷却システムにおいて、加圧用ポンプと調圧弁で加圧した冷却水を介して主系統に圧力を掛けている状態を示す図である。
【図４】上記冷却システムにおいて、規定以上の圧力となった主系統の冷却水を冷却水タンクに戻している状態を示す図である。
【図５】上記冷却システムにおいて、加圧用ポンプで冷却水を加圧しない状態における冷却システムの運転状態を示す図である。
【図６】上記冷却システムにおいて、安全弁を開放した状態を示す図である。
【図７】上記冷却システムにおいて、主系統の冷却水のエア抜きを行っている状態を示す図である。
【図８】上記冷却システム、コジェネレーション設備の第三実施形態における構成を示す模式図である。
【図９】上記冷却システム、コジェネレーション設備の第二、第三実施形態の変形例の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の実施形態に係るコジェネレーション設備を図面に基づき説明する。
（第一実施形態）
図１は、この発明の第一実施形態に係る冷却システムの全体構成を示す模式図である。
図１に示すように、この実施形態の冷却システム１は、主系統２と、副系統３と、を備えている。
【００１７】
主系統２は、冷却水循環ポンプ（循環ポンプ）４と、熱源（熱機器）５と、廃熱利用部（熱回収部、熱利用部）６と、冷却水温調弁７と、冷却水冷却器（冷却器）８と、を主系統管路Ｒ１に備えている。
【００１８】
冷却水循環ポンプ４は、熱源５の上流側に設けられている。この冷却水循環ポンプ４は、主系統２を循環する冷却水（冷媒）を加圧する。
【００１９】
廃熱利用部６は、熱源５の下流側に設けられている。廃熱利用部６は、熱源５から流れてきた冷却水の熱を回収して外部装置等に供給する。この廃熱利用部６により回収された熱は、外部装置等において、例えば、温水供給や暖房を行うための熱源として利用される。冷媒の廃熱利用部６への流入量は、その入口に備えた調整弁６ｖにより調整できるようになっている。廃熱利用部６の出口は、調整弁６ｖと冷却水温調弁７との間の主系統管路Ｒ１に接続されている。
【００２０】
冷却水温調弁７は、廃熱利用部６の下流側に設けられている。冷却水温調弁７は、主系統管路Ｒ１から冷却水冷却器８へ流入する冷却水の流入量を調整する。
冷却水冷却器８は、冷却水温調弁７から送り込まれた冷却水の熱を、外部に放出することで、冷却水を冷却する。冷却水冷却器８の出口は、冷却水温調弁７よりも冷却水循環ポンプ４側の主系統管路Ｒ１に接続されている。これら冷却水温調弁７と冷却水冷却器８によって、主系統２を循環する冷却水の温度を予め定められた範囲内に調整することができる。
【００２１】
副系統３は、冷却水タンク（タンク）３１と、加圧用ポンプ３２と、調圧弁３３と、を備えている。副系統３は、接続管９を介し、主系統２に接続されている。この接続管９は、主系統２において、主系統管路Ｒ１内の冷却水圧力が最も低い部位に接続されている。
【００２２】
冷却水タンク３１は、冷却水を貯留する。冷却水タンク３１内で冷却水は大気開放されている。つまり、冷却水タンク３１内には、下部に液相が存在し、その上方に気相が存在する。
この冷却水タンク３１には、吐出管Ｒ２と、戻り管Ｒ３とが接続されている。これら吐出管Ｒ２及び戻り管Ｒ３は、それぞれ接続管９に接続されている。
【００２３】
加圧用ポンプ３２は、吐出管Ｒ２に設けられている。この加圧用ポンプ３２は、冷却水タンク３１に収容された冷却水を加圧する。この加圧用ポンプ３２により加圧された冷却水は、戻り管Ｒ３に設けられている調圧弁３３により接続管９内の圧力が予め定めた基準値により調圧され、基準値以上の圧力となる余剰分の冷却水は調圧弁３３の二次側から冷却水タンク３１に戻る。これにより、主系統２の圧力は接続管９内の圧力の分だけ嵩上げされた状態となる。
【００２４】
ここで、調圧弁３３は、例えば機械式の調圧弁を用いることができる。調圧弁３３の設定圧は、主系統２の局所沸騰を抑制する圧力に基づいて規定される。また、加圧用ポンプ３２の揚程は調圧弁３３の設定圧に対して必要な余裕を考慮して決定される。
【００２５】
主系統２内の冷却水が温度低下により収縮した場合には主系統２の圧力が低下する。すると、接続管９を介して調圧された冷却水が副系統３から主系統２に供給される。そのため、主系統２の圧力は回復する。
逆に、主系統２内の冷却水が温度上昇により膨張した場合は、主系統２の圧力は上昇する。すると、接続管９を介して主系統２内の冷却水の一部が調圧弁３３を経由して冷却水タンク３１に逃がされる。そのため、主系統２の圧力は適切に減圧される。
これらの動作が常時自動的に行われることで、主系統２の圧力は、加圧用ポンプ３２によって加圧された接続管９内の冷却水の圧力の分だけ嵩上げされた状態を、安定して保持することが可能となる。
【００２６】
冷却システム１においては、冷却水循環ポンプ４によって冷却水が主系統２の主系統管路Ｒ１を循環する。冷却水は、熱源５により加熱される。加熱された冷却水は、廃熱利用部６で冷却水や空気を加熱し、温水供給や暖房の熱源等となる。廃熱利用部６で熱回収が行われることによって温度が低下した冷却水は、温度低下が十分でない場合には冷却水冷却器８で冷却され、余剰の熱エネルギが外部に放出される。
【００２７】
このとき、熱源５の出口温度が変動した場合、主系統２を循環する冷却水の温度が変動する。そこで、冷却水温調弁７の開度を調整することによって、冷却水冷却器８に送り込む冷却水の流量が調整される。これによって、主系統２を循環する冷却水の温度を予め定められた範囲内に制御することができる。
【００２８】
主系統２の冷却水の温度を高めて運転を行う場合、冷却水の沸騰に起因するエロージョンの発生を防ぐため、冷却システム１では、加圧用ポンプ３２を起動する。すると、副系統３において加圧用ポンプ３２で加圧された冷却水の圧力により、接続管９を介して主系統２の冷却水圧力を高めることができる。そのため、主系統２内で冷却水のエロージョンが生じにくい状態で、冷却システム１を運転することができる。
【００２９】
また、主系統２内の冷却水の圧力が、予め定めた範囲の上限の規定圧力を上回ったときには、調圧弁３３が開く。これにより、主系統２から副系統３に圧力を逃がすことができる。すると、冷却水は、主系統２内の冷却水圧力が低下しない限り加圧用ポンプ３２から主系統２には流れ込まずに、戻り管Ｒ３を経て冷却水タンク３１に戻る。
【００３０】
したがって、上述した第一実施形態の冷却システム１によれば、副系統３の加圧用ポンプ３２で加圧した冷却水により、主系統２を循環する冷却水の圧力を高めることができる。これによって、冷却水を高温としても、主系統２内において冷却水の沸騰に起因するエロージョンが生じにくくなり、信頼性の高い運転を行うことができる。
また、副系統３に調圧弁３３を備えることで、運転時に容易に起こり得る冷却水の温度変化による主系統２内の圧力変動を緩衝し、安定させることもできる。
また、このようにして主系統２側の冷却水の圧力変動にともなう冷却水の僅かな体積増減分を補うように、加圧用ポンプ３２で冷却水を加圧すれば良い。したがって冷却水循環ポンプ４を高圧化する必要がなく、必要最小限の容量を有した加圧用ポンプ３２を用いればよい。そのため、低コスト・省消費動力で冷却水の圧力を高めて、より高温での廃熱回収を行うことができる。
【００３１】
また、副系統３が、冷却水を貯留する冷却水タンク３１をさらに備えている。このような構成によれば、温度変化によって主系統２側で冷媒が膨張したときには冷却水タンク３１に冷媒を送り込み、冷媒が収縮したときには冷却水タンク３１から冷媒を送り出す。このようにして、冷却水タンク３１により、冷媒の体積変動を吸収することができる。
さらに、この冷却水タンク３１は、大気開放されている。冷却水タンク３１として気密タンクを使用した場合には、容積・圧力によっては耐圧構造を必要とし圧力容器としての製造・使用時の審査・検査を受ける必要がある。これに対し、上記のように冷却水タンク３１を大気開放することで、耐圧構造も不要であり、当然、審査や検査も不要となる。
【００３２】
このようにして、主系統２の体積変化を、接続管９を介して冷却水タンク３１で吸収し、主系統２の圧力を一定に保持することができる。
また、冷媒を高温化して熱回収を行わない場合は、加圧用ポンプ３２を停止し、大気圧下にて主系統２の温度変化にともなう冷却水の膨張・収縮による冷却水の圧力変動を吸収する事が可能となる。
【００３３】
（第二実施形態）
次に、この発明にかかる冷却システム、コジェネレーション設備の第二実施形態について説明する。以下に説明する第二実施形態においては、上記第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図２は、この発明の第二実施形態に係る冷却システム、コジェネレーション設備の全体構成を示す模式図である。
図２に示すように、この実施形態のコジェネレーション設備Ａは、コジェネレーション装置２６と、冷却システム１０と、を備える。
冷却システム１０は、主系統２０と、副系統３０と、コントローラ５０と、を備える。
【００３４】
主系統２０は、冷却水循環ポンプ（循環ポンプ）２１と、冷却水温調弁２２と、冷却水冷却器（冷却器）２３と、機関ジャケット（熱機器、エンジン部）２４と、空気冷却器（熱機器、エンジン部）２５と、廃熱利用部２６Ｈと、を、主系統管路Ｒ１１に備えている。
【００３５】
冷却水循環ポンプ２１は、主系統２０を循環する冷却水（冷媒）を加圧して主系統管路Ｒ１１に送り出す。
【００３６】
冷却水温調弁２２は、冷却水循環ポンプ２１の下流側に設けられている。冷却水温調弁２２は、分岐管路Ｒ１２，Ｒ１３に接続されている。分岐管路Ｒ１２には冷却水冷却器２３が設けられている。冷却水温調弁２２は、冷却水循環ポンプ２１から送り込まれる冷却水を、冷却水冷却器２３が設けられた分岐管路Ｒ１２と、分岐管路Ｒ１３とに分配して送り出す。冷却水温調弁２２は、冷却水冷却器２３が設けられた分岐管路Ｒ１２と、冷却水冷却器２３が設けられていない分岐管路Ｒ１３とに送り出す冷却水の流量比を調整することで、主系統２０を循環する冷却水の温度を予め定められた範囲内に調整する。
【００３７】
冷却水冷却器２３は、冷却水温調弁２２から送り込まれた冷却水の熱を、外部に放出することで、冷却水を冷却する。冷却水冷却器２３の二次冷却側には、熱を大気中に放出する冷却塔や、冷媒の蒸発潜熱との熱交換によって熱を放出させる熱交換器等を用いることができる。
【００３８】
分岐管路Ｒ１２と分岐管路Ｒ１３とは、冷却水冷却器２３よりも下流側で、主系統管路Ｒ１１に合流接続されている。主系統管路Ｒ１１は、分岐管路Ｒ１２と分岐管路Ｒ１３との合流部分よりも下流側で、分岐管路Ｒ１４、Ｒ１５に分岐接続されている。
【００３９】
分岐管路Ｒ１４は、機関ジャケット２４に接続されている。機関ジャケット２４は、コジェネレーション装置２６を構成するエンジンの燃焼室周りに設けられている。この機関ジャケット２４は、燃焼室周りを冷却する冷却水が流れる流路（図示せず）を備えている。つまり、機関ジャケット２４を流れる冷却水は、燃焼室との間で熱交換を行い、燃焼室から発せられる熱によって加熱される。
【００４０】
分岐管路Ｒ１５は、空気冷却器２５に接続されている。空気冷却器２５は、コジェネレーション装置２６を構成するエンジンに設けられた熱交換器、例えば、過給器のインタークーラ等である。この空気冷却器２５は、過給器によって圧縮された空気を冷却する冷却水が流れる流路（図示せず）を備えている。つまり、空気冷却器２５を流れる冷却水は、過給器により圧縮された空気との間で熱交換を行い、この空気の熱によって加熱される。
【００４１】
分岐管路Ｒ１４と分岐管路Ｒ１５とは、機関ジャケット２４および空気冷却器２５の下流側で合流接続されている。機関ジャケット２４および空気冷却器２５で加熱された冷媒は、廃熱利用部２６Ｈへと送られる。
【００４２】
コジェネレーション装置２６の廃熱利用部（熱回収部、熱利用部）２６Ｈは、分岐管路Ｒ１４と分岐管路Ｒ１５との合流部分と冷却水循環ポンプ２１との間を接続する主系統管路Ｒ１１の途中に設けられている。廃熱利用部２６Ｈは、機関ジャケット２４及び空気冷却器２５から流れてきた冷却水の熱を回収して外部装置等に供給する。この廃熱利用部２６Ｈにより回収された熱は、外部装置等において、例えば、温水供給や暖房を行うための熱源として利用される。
【００４３】
副系統３０は、冷却水タンク（タンク）３１と、加圧用ポンプ３２と、調圧弁３３Ａと、バイパス弁（バイパス部）３４と、エア抜き電磁弁（気体除去部）３５と、安全弁３６と、を備えている。
副系統３０は、接続管４０及び接続管４１を介し、主系統２０に接続されている。
【００４４】
冷却水タンク３１は、冷却水を貯留する。冷却水タンク３１内で冷却水は大気開放されている。つまり、冷却水タンク３１内には、下部に液相が存在し、その上方に気相が存在する。
この冷却水タンク３１には、第一吐出管Ｒ１６と第二吐出管（バイパス部）Ｒ１７とが接続されている。これら第一吐出管Ｒ１６及び第二吐出管Ｒ１７は、冷却水タンク３１と接続管４０との間に並設されている。一方で、接続管４０と冷却水タンク３１の液相とは、第一戻り管Ｒ１８により接続されている。第二吐出管Ｒ１７は、加圧用ポンプ３２を迂回して主系統２０に冷却水を供給可能となっている。
【００４５】
加圧用ポンプ３２は、第一吐出管Ｒ１６に設けられている。この加圧用ポンプ３２は、冷却水タンク３１に収容された冷却水を加圧する。この加圧用ポンプ３２により加圧された冷却水は、第一戻り管Ｒ１８に設けられている調圧弁３３Ａにより接続管４０内の圧力が予め定めた基準値により調圧され、調圧弁３３Ａの二次側から冷却水タンク３１に戻る。これにより、主系統２０の圧力は接続管４０内の圧力の分だけ嵩上げされた状態となる。
ここで、調圧弁３３Ａは、例えば機械式の調圧弁を用いることができる。調圧弁３３Ａの設定圧は、主系統２０の局所沸騰を抑制する圧力に基づいて規定され、加圧用ポンプ３２の揚程は調圧弁３３Ａの設定圧に対して必要な余裕を考慮して決定される。
【００４６】
主系統２０内の冷却水が温度低下により収縮した場合には主系統２０の圧力が低下するが、接続管４０を介して調圧された冷却水が副系統３０から主系統２０に供給されるため、主系統２０の圧力は回復する。逆に、主系統２０内の冷却水が温度上昇により膨張した場合は主系統２０の圧力は上昇するが、接続管４０を介して主系統２０内の冷却水の一部が調圧弁３３Ａを経由して冷却水タンク３１に逃がされるため、主系統２０の圧力は適切に減圧される。これらの動作が常時自動的に行われることで、主系統２０の圧力は、加圧用ポンプ３２によって加圧された接続管４０内の冷却水の圧力の分だけ嵩上げされた状態を、安定して保持することが可能となる。
【００４７】
バイパス弁３４は、第二吐出管Ｒ１７に設けられている。主系統２０を加圧する必要のない場合は、加圧用ポンプ３２を停止するとともに、このバイパス弁３４を開く。これにより、主系統２０の体積変化を、接続管４０を介して冷却水タンク３１で吸収し、主系統２０の圧力を一定に保持する。
【００４８】
また、主系統２０における機関ジャケット２４の吐出側と冷却水タンク３１の気相との間に、第二戻り管Ｒ１９が設けられている。
エア抜き電磁弁３５および安全弁３６は、第二戻り管Ｒ１９に設けられた分岐管部Ｒ１９１，Ｒ１９２に設けられている。エア抜き電磁弁３５は、コントローラ５０により動作が制御され、分岐管部Ｒ１９２を開閉する。エア抜き電磁弁３５は、通常時は閉状態とされている。このエア抜き電磁弁３５が開状態とされることで、主系統２０の冷却水の一部が抽出されて冷却水タンク３１内に送り込まれる。これにより、冷却水に含まれる気体を除去できる。安全弁３６は、分岐管部Ｒ１９２内の冷却水の圧力が予め定められた上限値を上回ると開く。
【００４９】
第二戻り管Ｒ１９における機関ジャケット２４の出口側近傍と、分岐管部Ｒ１９１，Ｒ１９２に並設された分岐管部Ｒ１９３とには、開閉弁３７，３８が設けられている。開閉弁３７は、通常開いている。また、開閉弁３８は、通常閉じている。開閉弁３８は、冷却システム１０のメンテナンス時等に適宜開閉操作される。開閉弁３８は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。また、開閉弁３７は、エア抜きのための流量調整に用いており、オリフィス等にも変更可能である。
【００５０】
コントローラ５０は、少なくとも、冷却水循環ポンプ２１の作動、冷却水温調弁２２の開度、加圧用ポンプ３２の作動、バイパス弁３４の開閉、エア抜き電磁弁３５の開閉等を制御する。また、コントローラ５０は、主系統管路Ｒ１の冷却水圧力を、加圧用ポンプ３２によって高圧にする状態と、バイパス弁３４を開放することによって大気圧にする状態との切り替えや、自動エア抜きを行わせるようにしてもよい。
【００５１】
図３は、上記冷却システムにおいて、加圧用ポンプと調圧弁で加圧した冷却水を介して主系統に圧力を掛けている状態を示す図である。
図３に示すように、冷却システム１０においては、冷却水循環ポンプ２１によって冷却水が主系統２０の主系統管路Ｒ１１を循環する。冷却水は、機関ジャケット２４、空気冷却器２５、すなわちコジェネレーション装置２６を構成するエンジン側を熱源として加熱される。加熱された冷却水は、廃熱利用部２６Ｈで冷却水や空気を加熱し、温水供給や暖房の熱源等となる。廃熱利用部２６Ｈで熱回収が行われることによって温度が低下した冷却水は、温度低下が十分でない場合には冷却水冷却器２３で冷却され、余剰の熱エネルギが外部に放出される。
【００５２】
このとき、主系統２０を循環する冷却水は、コジェネレーション装置２６を構成するエンジンの作動状況に応じて、機関ジャケット２４、および、空気冷却器２５の各出口温度が変動する。つまり、主系統２０を循環する冷却水の温度が変動する。そのため、冷却水温調弁２２の開度をコントローラ５０で制御することによって、冷却水冷却器２３が設けられた分岐管路Ｒ１２と、分岐管路Ｒ１３とに送り出す冷却水の流量比が調整される。これによって、主系統２０を循環する冷却水の温度を予め定められた範囲内に制御することができる。
【００５３】
主系統２０の冷却水の温度を高めて運転を行う場合、冷却水の沸騰に起因するエロージョンの発生を防ぐため、冷却システム１０では、冷却水を加圧する。そのため、コントローラ５０は、バイパス弁３４を閉じ、加圧用ポンプ３２を起動する。すると、副系統３０の冷却水タンク３１から第一吐出管Ｒ１６に流れ込んだ冷却水が加圧用ポンプ３２で加圧される。加圧された冷却水の圧力により、接続管４０を介して主系統２０の冷却水圧力を高めることができる。そのため、主系統２０内で冷却水のエロージョンが生じにくい状態で、冷却システム１０を運転することができる。
【００５４】
図４は、上記冷却システムにおいて、規定以上の圧力となった主系統の冷却水を冷却水タンクに戻している状態を示す図である。
この図４に示すように、加圧用ポンプ３２で冷却水を加圧している間に、主系統２０内の冷却水の圧力が、予め定めた範囲の上限の規定圧力を上回ったときには、調圧弁３３Ａが開く。これにより、主系統２０から副系統３０に圧力が掛かる。すると、冷却水は、主系統２０内の冷却水圧力が低下しない限り加圧用ポンプ３２から主系統２０には流れ込まずに、第一戻り管Ｒ１８を経て冷却水タンク３１に戻る。
【００５５】
図５は、上記冷却システムにおいて、加圧用ポンプで冷却水を加圧しない状態における冷却システムの運転状態を示す図である。
この図５に示すように、主系統２０内の冷却水が、沸騰しないような低い温度で運転を行う場合には、コントローラ５０は、加圧用ポンプ３２を停止させるとともに、バイパス弁３４を開くようにしてもよい。これにより、冷却システム１０の運転中、主系統２０内の温度が低下して冷却水が収縮したときには、副系統３０の冷却水が主系統２０側に流れる。これによって副系統３０の冷却水の圧力が主系統２０に掛かる。また、熱膨張等により主系統２０の冷却水の体積が増加したときには、主系統２０の冷却水の圧力が副系統３０に掛かり、冷却水が主系統２０から副系統３０に流れ込む。
【００５６】
図６は、上記冷却システムにおいて、安全弁を開放した状態を示す図である。
この図６に示すように、図３〜図５に示すような状態で冷却システム１０を運転しているときに、接続管４１内の冷却水の圧力が予め定められた上限値を上回った場合、安全弁３６が開く。すると、機関ジャケット２４の出口側から主系統２０の冷却水の一部が第二戻り管Ｒ１９を通って冷却水タンク３１に放出される。これにより、主系統管路Ｒ１１の冷却水の圧力が低下する。
【００５７】
図７は、上記冷却システムにおいて、主系統の冷却水のエア抜きを行っている状態を示す図である。
この図７に示すように、エア抜き電磁弁３５を開くと、機関ジャケット２４の吐出側から主系統２０の冷却水の一部が第二戻り管Ｒ１９に流れ込み、冷却水タンク３１に流れ込む。これにより、主系統２０を循環する冷却水のエア抜きを図ることができる。
【００５８】
したがって、上述した第二実施形態の冷却システム１０、コジェネレーション設備Ａによれば、副系統３０の加圧用ポンプ３２で加圧した冷却水を主系統２０に供給することで、主系統２０を循環する冷却水の圧力を高めることができる。これによって、冷却水を高温としても、主系統２０内において冷却水の沸騰に起因するエロージョンが生じにくくなり、信頼性の高い運転を行うことができる。
また、副系統３０に調圧弁３３Ａを備えることで、運転時に容易に起こり得る冷却水の温度変化による主系統２０内の圧力変動を緩衝し、安定させることもできる。
また、このようにして主系統２０側の冷却水の圧力変動にともなう冷却水の僅かな体積増減分を補うように、加圧用ポンプ３２で冷却水を加圧すれば良いため、冷却水循環ポンプ２１を高圧化する必要がない。そのため、必要最小限の容量を有した加圧用ポンプ３２を用いることができる。その結果、低コスト・省消費動力で冷却水の圧力を高めて、より高温での廃熱回収を行うことができる。
【００５９】
また、副系統３０が、冷却水を貯留する冷却水タンク３１をさらに備えているため、温度変化によって主系統２０側で冷媒が膨張したときには、冷却水タンク３１に冷媒を送り込み、冷媒が収縮したときには冷却水タンク３１から冷媒を送り出すことができる。その結果、冷却水タンク３１により、冷媒の体積変動を吸収することができる。
さらに、冷却水タンク３１として気密タンクを使用した場合には、容積・圧力によっては耐圧構造を必要とし圧力容器としての製造・使用時の審査・検査を受ける必要がある。しかし、冷却水タンク３１が大気開放されていることで、耐圧構造も不要であり、当然、審査や検査も不要となる。
【００６０】
また、副系統３０が、第二吐出管Ｒ１７およびバイパス弁３４をさらに備えていることで、加圧用ポンプ３２による冷却水の加圧を行わない場合でも、第二吐出管Ｒ１７およびバイパス弁３４を通して主系統２０に冷却水を補給したり、主系統２０の冷却水を回収したりすることできる。これにより、主系統２０の体積変化を、接続管４０を介して冷却水タンク３１で吸収し、主系統２０の圧力を一定に保持することができる。
また、冷媒を高温化して熱回収を行わない場合は、加圧用ポンプ３２を停止し、大気圧下にて主系統２０の温度変化にともなう冷却水の膨張・収縮による冷却水の圧力変動を吸収する事が可能となる。
【００６１】
さらに、エア抜き電磁弁３５をさらに備えることにより、主系統２０の冷却水のエア抜きを行うことができる。
また、安全弁３６をさらに備えることにより、主系統２０内の冷却水の圧力が過度に高くなることを防ぐことができる。
【００６２】
（第三実施形態）
次に、この発明にかかる冷却システム、コジェネレーション設備の第三実施形態について説明する。以下に説明する第三実施形態においては、第二実施形態と調圧弁３３Ｂの構成のみが異なるので、第二実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図８は、上記冷却システム、コジェネレーション設備の第三実施形態における構成を示す模式図である。
図８に示すように、この実施形態における冷却システム１０、コジェネレーション設備Ａにおいて、副系統３０は、電子式の調圧弁３３Ｂを備える。上記第二実施形態の調圧弁３３Ａは、冷却水の圧力が予め定められた設定値以上となったときに開いたが、第三実施形態の調圧弁３３Ｂは、コントローラ５０により、主系統２０の冷却水の圧力に応じて開くタイミング（基準圧力値）が設定できる。
【００６３】
このような調圧弁３３Ｂを用いる場合、熱源となる機関ジャケット２４、空気冷却器２５の下流側などで主系統２０内の冷却水の温度を検出する温度センサ５２を設ける。
このようなコジェネレーション設備Ａの設置時には、試運転等を行い、コジェネレーション設備Ａを運転した状態における冷却水の温度を温度センサ５２で検出する。コントローラ５０は、温度センサ５２で検出した運転状態における冷却水の温度に応じ、調圧弁３３Ｂが開く基準圧力値を設定する。
【００６４】
この後は、上記第二実施形態と同様にして、加圧用ポンプ３２で冷却水を加圧しつつコジェネレーション設備Ａの運転を行う。つまり、冷却水の圧力が調圧弁３３Ｂに設定された基準圧力値を上回った場合には、調圧弁３３Ｂが開いて冷却水タンク３１に冷却水が送り込まれる。
【００６５】
したがって、上述した第三実施形態の冷却システム１０、コジェネレーション設備Ａによれば、コジェネレーション設備Ａの運用状況に応じて、調圧弁３３Ｂが開く基準圧力値を、現場で容易に設定することができる。これにより、このような調圧弁３３Ｂを備えた冷却システム１０は汎用性が高まる。
【００６６】
また、上記第二実施形態と同様、主系統２０の冷却水の圧力を高めるために、冷却水循環ポンプ２１を高圧化することなく、加圧用ポンプ３２によって低コストで冷却水の圧力を高めることが可能となる。
【００６７】
（第二、第三実施形態の変形例）
上記第二、第三実施形態では、冷却水の圧力を高めて運転を行っている状態では、加圧用ポンプ３２を常時作動させているようにしたが、これに限らない。
主系統２０の冷却水の圧力に応じて、コントローラ５０により、加圧用ポンプ３２をＯＮ／ＯＦＦ制御としてもよい。また、加圧用ポンプ３２は、必要に応じインバータモータ仕様にするなど、コントローラ５０による調圧設定に応じて適切に能力を可変する事で省エネルギ化を図るようにしてもよい。
【００６８】
図９は、上記冷却システム、コジェネレーション設備の第二、第三実施形態の変形例の構成を示す模式図である。
図９に示すように、主系統２０に、熱源となる機関ジャケット２４、空気冷却器２５の上流側で主系統２０内の冷却水の圧力を検出する圧力センサ５１が設けられている。
コントローラ５０では、圧力センサ５１からの出力をモニタリングする。例えば、主系統２０内の冷却水の圧力が、予め定めた目標圧力の範囲内にある場合には、コントローラ５０は、加圧用ポンプ３２を停止させる、または能力を絞る。また、主系統２０内の冷却水の圧力が、予め定めた目標圧力の範囲の下限を下回った場合には、コントローラ５０は、加圧用ポンプ３２を起動する、または能力を上げる。すると、副系統３０の冷却水タンク３１から第一吐出管Ｒ１６に流れ込んだ冷却水が加圧用ポンプ３２で加圧され、接続管４０を経て主系統２０に送り込まれる。これにより、主系統２０の冷却水圧力を高めることができる。この際、バイパス弁３４は閉じられている。
【００６９】
したがって、上述した変形例によれば、加圧用ポンプ３２のＯＮ／ＯＦＦ制御または能力可変制御によって冷却水の圧力を調整して、効率よく廃熱回収することができる。
【００７０】
（その他の変形例）
この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、熱機器、エンジン部として機関ジャケット２４、空気冷却器２５を例にあげたが、これに限らず、他のものであってもよい。また、熱機器、エンジン部として機関ジャケット２４及び空気冷却器２５の２つを用いる場合について説明したが、何れか一方のみを用いるようにしてもよい。
【００７１】
また、廃熱利用部２６Ｈにおいて、冷却水から回収した熱の用途については何ら限定するものではない。さらに、コジェネレーション装置２６の廃熱利用部２６Ｈに限らず、他の構成を熱回収部としてもよい。
【００７２】
さらに、冷媒として冷却水を用いたが、冷却水以外のものを冷媒としてもよい。
また、上述した第三実施形態においては、調圧弁３３Ａをコントローラ５０で制御可能な電子式とする場合について説明した。しかし、調圧弁３３Ａと共に安全弁３６を電子式としてもよい。このようにすることで、調圧弁３３Ａが開放される圧力に応じて安全弁３６が開放される圧力をコントローラ５０により調整できる。その結果、安全弁３６が調圧弁３３Ａよりも低い圧力で解放されないように、自動で調整を行うことが可能となる。
【００７３】
さらに、上述した各実施形態においては、エア抜き電磁弁３５及びバイパス弁３４をコントローラ５０により制御する場合について説明した。しかし、エア抜き電磁弁３５及びバイパス弁３４は、ユーザが手動で操作するようにしてもよい。
また、上述した各実施形態においては、冷却水冷却器２３を備える場合について説明した。しかし、冷却水冷却器２３は必要に応じて設ければよく、省略してもよい。    
【００７４】
さらに、上述した各実施形態においては、エア抜き電磁弁３５により行うエア抜きの系統と、加圧用ポンプ３２により冷却水を加圧する系統とが、冷却水タンク３１を共用する場合を一例に説明した。しかし、エア抜きの系統と、冷却水を加圧する系統とで、個別の冷却水タンクを用意してもよい。冷却水タンク３１を共用した場合は、部品点数の増加を抑制できる点で有利となる。
【００７５】
また、上述した各実施形態における加圧制御により適切な沸騰を実現することで、熱伝達率を上げることが可能となり、部材のキャビテーション・エロージョン防止に加えて、沸騰冷却の最適化制御にも応用できる。
【００７６】
加えて、上述した各実施形態におけるコジェネレーション装置２６の具体的な構成については、何ら限定するものでなない。
【符号の説明】
【００７７】
１，１０    冷却システム
２，２０    主系統
３，３０    副系統
４，２１    冷却水循環ポンプ（循環ポンプ）
５    熱源
６，２６Ｈ    廃熱利用部（熱回収部、熱利用部）
７，２２    冷却水温調弁
８，２３    冷却水冷却器（冷却器）
９，４０    接続管
２４    機関ジャケット（熱機器、エンジン部）
２５    空気冷却器（熱機器、エンジン部）
２６    コジェネレーション装置
３１    冷却水タンク（タンク）
３２    加圧用ポンプ
３３Ａ，３３Ｂ    調圧弁
３４    バイパス弁（バイパス部）
３５    エア抜き電磁弁（気体除去部）
３６    安全弁
５０    コントローラ
５１    圧力センサ
Ａ    コジェネレーション設備
Ｒ１，Ｒ１１    主系統管路
Ｒ２  吐出管
Ｒ３  戻り管
Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５    分岐管路
Ｒ１６    第一吐出管
Ｒ１７    第二吐出管（バイパス部）
Ｒ１８    第一戻り管
Ｒ１９    戻り管
Ｒ１９１，Ｒ１９２    分岐管部
【図１】
0006341611.tif 000002
【図２】
0006341611.tif 000003
【図３】
0006341611.tif 000004
【図４】
0006341611.tif 000005
【図５】
0006341611.tif 000006
【図６】
0006341611.tif 000007
【図７】
0006341611.tif 000008
【図８】
0006341611.tif 000009
【図９】
0006341611.tif 000010