JP2007051579A - Cogeneration system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コジェネレーションシステムに関する。 The present invention relates to a cogeneration system.
このコジェネレーションシステムとしては、特許文献1に示されているように、燃料を供給されて電力と温熱とを出力するコジェネレーション装置10と、上記コジェネレーション装置10が出力する温熱を利用して処理した空気を室内へ供給する空調装置20と、上記コジェネレーション装置10が出力する温熱により生成した温水を利用側に供給する給湯装置40とを備えたものが知られている。
一方、日本の一般的な戸建住宅の月別エネルギーの消費量の統計から下記の点が明らかである。夏期と冬期の給湯を比較すると、例えば2月の給湯量は8月の約3倍である。また、給湯装置40の貯湯タンク41内の湯水を利用して暖房も賄おうとすると、2月の給湯量は8月の約5倍である。一方、電気量は給湯量に比べて年間の変動が少なく、250Mcal〜350Mcalと安定している。このように、夏期と冬期とで給湯量の変動が大きく、電気量の変動が小さい場合には、冬期では給湯量が不足し、夏期では湯水が余るという問題が生じていた。
On the other hand, the following points are clear from the monthly energy consumption statistics of general detached houses in Japan. When comparing hot water supply in summer and winter, for example, the amount of hot water supply in February is about three times that in August. Further, if hot water is supplied using hot water in the hot
これを解決するために、コジェネレーション装置10の容量を大きくして給湯量を増大することが考えられるが、容量を大きくするとエネルギー効率が低下し、またコストアップとなるという問題があった。 In order to solve this, it is conceivable that the capacity of the cogeneration device 10 is increased to increase the amount of hot water supply. However, there is a problem that increasing the capacity reduces energy efficiency and increases costs.
本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、コジェネレーション装置の容量を大きくすることなく、冬期の給湯量不足、夏期の湯水余りをできるだけ防止してエネルギー効率が高いコジェネレーションシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and without increasing the capacity of the cogeneration apparatus, prevents a shortage of hot water supply in the winter and a surplus of hot water in the summer as much as possible to achieve high energy efficiency cogeneration. The purpose is to provide a system.
上記の課題を解決するため、請求項1に係る発明の構成上の特徴は、発電装置と、この発電装置からの電気エネルギーを蓄電する蓄電池と、発電装置の発電に伴って生じる熱エネルギーを回収した湯水を貯留するとともにその貯留している湯水を同湯水を利用する湯水利用機器に供給する貯湯タンクと、空調対象空間を冷房または暖房するとともに、内部を循環する冷媒と貯湯タンクの湯水との間で熱交換するように構成した電気式空調装置と、負荷機器の消費電力に応じて設定される一定の出力電力となるように発電装置を制御する発電制御手段と、出力電力が消費電力より多い場合には、その余った電気エネルギーを蓄電池に蓄電する蓄電制御手段と、発電装置からの熱エネルギーだけでは湯水利用機器で使用される湯水の熱エネルギーが賄えない場合には、電気式空調装置を運転して電気式空調装置からの熱エネルギーで補充する熱エネルギー補充制御手段と、発電装置からの熱エネルギーが湯水利用機器で使用される湯水の熱エネルギーより多い場合には、電気式空調装置を運転してその余った熱エネルギーを電気式空調装置の冷媒の加熱に利用する熱エネルギー利用制御手段と、を備えたことである。
In order to solve the above problems, the structural feature of the invention according to
また請求項2に係る発明の構成上の特徴は、請求項1において、一定の出力電力は、発電装置が高効率で運転する範囲に設定されていることである。
A structural feature of the invention according to
また請求項3に係る発明の構成上の特徴は、請求項1において、一定の出力電力は、発電装置が高効率で運転する範囲に設定される複数の設定値から負荷機器の消費電力に応じて自動的に選択されることである。
Further, the structural feature of the invention according to claim 3 is that in
また請求項4に係る発明の構成上の特徴は、請求項1において、貯湯タンクと湯水利用機器との間に設けられて貯湯タンクの湯水を加熱して湯水利用機器に供給する電気式加熱装置を、さらに備えたことである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a configurational feature of the electric heating apparatus according to the first aspect, wherein the electric heating device is provided between the hot water storage tank and the hot water use device and heats the hot water in the hot water storage tank and supplies the hot water Is further provided.
また請求項5に係る発明の構成上の特徴は、請求項1において、吸着剤を使用して空調対象空間の湿度を調整する電気式デシカント空調機をさらに備え、吸着剤を発電装置または電気式空調装置の熱エネルギーによって再生することである。
The structural feature of the invention according to claim 5 is the structural feature of
上記のように構成した請求項1に係る発明においては、発電制御手段が、負荷機器の消費電力に応じて設定される一定の出力電力となるように発電装置を制御する。発電装置は、出力電力を負荷機器の消費電力に追従させることなく、一定の出力電力で運転されるので、エネルギー効率よく運転することができる。また、蓄電制御手段が、出力電力が消費電力より多い場合には、その余った電気エネルギーを蓄電池に蓄電するので、電気エネルギーを無駄なく利用することができる。
In the invention according to
さらに、熱エネルギー補充制御手段が、発電装置からの熱エネルギーだけでは湯水利用機器で使用される湯水の熱エネルギーが賄えない場合には、電気式空調装置を運転して電気式空調装置からの熱エネルギーで補充する。すなわち、一定の出力電力で運転している発電装置の排熱では湯水利用機器で使用される湯水の熱エネルギーが賄えない場合には、例えば発電で余った電気エネルギー、蓄電池に蓄えられている電気エネルギーを使って運転できる電気式空調装置からの熱エネルギーで補充することができる。したがって、発電装置の運転で生じるエネルギー(熱エネルギーと電気エネルギー)を有効に利用することができ、また、湯水不足をできるだけ防止することができる。 Furthermore, when the thermal energy supplement control means cannot cover the thermal energy of the hot water used in the hot water use equipment only by the thermal energy from the power generator, the electric air conditioner is operated to Refill with thermal energy. In other words, if the exhaust heat of the power generator operating at a constant output power cannot cover the thermal energy of hot water used in hot water use equipment, it is stored in the storage battery, for example, electric energy surplus in power generation It can be replenished with thermal energy from an electric air conditioner that can be operated using electrical energy. Therefore, the energy (thermal energy and electric energy) generated by the operation of the power generation apparatus can be used effectively, and a shortage of hot water can be prevented as much as possible.
さらに、熱エネルギー利用制御手段が、発電装置からの熱エネルギーが湯水利用機器で使用される湯水の熱エネルギーより多い場合には、電気式空調装置を運転してその余った熱エネルギーを電気式空調装置の冷媒の加熱に利用する。すなわち、一定の出力電力で運転している発電装置の排熱が余る場合には、その余った熱エネルギーを電気式空調装置の冷媒の加熱に利用することができる。したがって、発電装置の運転で生じるエネルギー(熱エネルギーと電気エネルギー)を有効に利用することができ、また、湯水余りをできるだけ防止することができる。 Furthermore, when the thermal energy utilization control means has more thermal energy from the power generator than hot water used in hot water utilization equipment, the electric air conditioner is operated and the remaining thermal energy is removed from the electric air conditioning. It is used for heating the refrigerant of the device. That is, when the exhaust heat of the power generator operating at a constant output power is surplus, the surplus heat energy can be used for heating the refrigerant of the electric air conditioner. Therefore, the energy (thermal energy and electric energy) generated by the operation of the power generator can be used effectively, and excess hot water can be prevented as much as possible.
上記のように構成した請求項2に係る発明においては、請求項1に係る発明において、一定の出力電力は、発電装置が高効率で運転する範囲に設定されているので、発電装置は、出力電力を負荷機器の消費電力に追従させることなく、高効率運転の範囲内で一定の出力電力で運転されるので、高効率にて運転することができる。
In the invention according to
上記のように構成した請求項3に係る発明においては、請求項1に係る発明において、一定の出力電力は、発電装置が高効率で運転する範囲に設定される複数の設定値から負荷機器の消費電力に応じて自動的に選択されるので、発電装置は、出力電力を負荷機器の消費電力に連続的に追従させることなく、高効率運転の範囲内で消費電力に応じた一定の出力電力で運転されるので、高効率かつ適切に運転することができる。
In the invention according to claim 3 configured as described above, in the invention according to
上記のように構成した請求項4に係る発明においては、請求項1に係る発明において、貯湯タンクと湯水利用機器との間に設けられて貯湯タンクの湯水を加熱して湯水利用機器に供給する電気式加熱装置を、さらに備えたので、出力電力が消費電力より多い場合には、その余った電気エネルギーを電気式加熱装置で使用するので、電気エネルギーを無駄なく利用することができる。
In the invention according to claim 4 configured as described above, in the invention according to
上記のように構成した請求項5に係る発明においては、請求項1に係る発明において、吸着剤を使用して空調対象空間の湿度を調整する電気式デシカント空調機をさらに備え、吸着剤を発電装置または電気式空調装置の熱エネルギーによって再生するので、発電装置または電気式空調装置からの熱エネルギーが余る場合には、その余った熱エネルギーを電気式デシカント空調機で使用するので、熱エネルギーを無駄なく利用することができ、湯水不足をできるだけ防止することができる。
The invention according to claim 5 configured as described above further includes an electric desiccant air conditioner that adjusts the humidity of the air-conditioning target space using the adsorbent in the invention according to
以下、本発明によるコジェネレーションシステムの一実施形態について説明する。図1はこのコジェネレーションシステムの概要を示す概要図である。このコジェネレーションシステムは、このコジェネレーションシステムは、発電装置11と、発電装置11からの電気エネルギーを負荷機器21に供給するとともに蓄電池13に蓄電するインバータ12と、発電装置11の発電に伴って生じる熱エネルギーを回収した湯水を貯留するとともにその貯留している湯水を同湯水を利用する湯水利用機器20a,20bに供給する貯湯タンク15とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of a cogeneration system according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing an overview of this cogeneration system. This cogeneration system is generated in accordance with the power generation of the
発電装置11は、電力を発生しその電力を電気機器などの負荷機器21に供給するものであり、例えば、燃料電池発電装置、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ガソリンエンジン、ガスタービン、マイクロガスタービンなどのエンジンを駆動源とするエンジン発電装置が挙げられる。本実施形態においては、エンジン発電装置を例に挙げて説明する。この発電装置11は燃料例えば天然ガスが供給されており、この燃料を燃焼させてエンジンが駆動するものである。この発電装置11は、制御装置70に接続されており、制御装置70からの指令に従って制御されている。
The
インバータ12には、発電装置11が接続されている。発電装置11が燃料電池発電装置などの直流電力発電装置である場合、インバータ12は直流電力から交流電力に変換して負荷機器21に供給している。発電装置11がエンジン発電装置などの交流電力発電装置である場合、インバータ12は交流電力から直流電力に変化したのち直流電力から交流電力に変換して負荷機器21に供給している。発電装置11が直流電力発電装置である場合、蓄電池13は発電装置11からの直流電力に接続され、発電装置11が交流電力発電装置である場合、蓄電池13はインバータ12で変換された直流電力に接続されている。図1は発電装置11が交流電力発電装置の場合を示している。蓄電池13には充放電制御機能が付属している。蓄電池13からの直流電力はインバータ12により交流電力に変換されて負荷機器21に供給している。系統電源14はインバータ12から出力される交流電力と合流するように接続されている。
A
なお、インバータ12は、負荷機器21だけでなく、コジェネレーションシステムを構成する電気機器である電気湯沸かし器17、電気式空調装置50、電気式デシカント空調機60にも接続されている。このインバータ12は、制御装置70に接続されており、制御装置70からの指令に従って制御されている。また、電力計12aが、系統電源14とインバータ12から出力される交流電力とが合流する点に設けられている。電力計12aは、全ての負荷機器21、電気湯沸かし器17、電気式空調装置50、電気式デシカント空調機60などの電気機器の合計消費電力を検出して、制御装置70に送信するようになっている。
The
また、発電装置11には、発電装置11の排熱を回収して発電装置11を冷却する第1熱媒体が循環する冷却回路31が接続されている。冷却回路31上には、第1熱交換器41および第1ポンプP1が配設されている。第1ポンプP1は、制御装置70の指令に従って駆動制御されて第1熱媒体を循環させるものである。これにより、発電装置11が発電中に第1ポンプP1が駆動されると、発電装置11の排熱を回収した第1熱媒体が第1熱交換器41を通って冷却されて再び発電装置11に戻るようになっている。発電装置11の排熱とは、例えば、燃料電池発電装置の場合、燃料電池スタックの排熱や改質装置の排熱などをいい、エンジン発電装置の場合、エンジンの排熱などが挙げられる。しかし、それに限定せず発電機それ自体の熱など回収可能な排熱なら何でも利用できる。
Further, the
貯湯タンク15は、1つの柱状容器を備えており、その内部に湯水が層状に、すなわち上部の湯水が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の湯水が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯タンク15に貯留されている高温の湯水が貯湯タンク15の柱状容器の上部から導出され、その導出された分を補給するように貯湯タンク15の柱状容器の下部から給水口15aを介して水道水などの水(低温の水)が導入されるようになっている。
The hot
また、貯湯タンク15の内部には残湯量検出センサである温度センサ群T1が設けられている。温度センサ群T1は複数(本実施形態においては5個)の温度センサT1−1,T1−2,T1−3,・・・,T1−5から構成されており、上下方向(鉛直方向)に沿って等間隔(貯湯タンク15内の上下方向高さの四分の一の距離)にて配設されている。温度センサT1−1は貯湯タンク15の内部上面位置に配置されている。各温度センサT1−1,T1−2,T1−3,・・・,T1−5はその位置の貯湯タンク15内の液体(温水または水)の温度をそれぞれ検出するものである。この温度センサ群による各位置での湯温の検出結果に基づいて貯湯タンク15内の残湯量が検出されるようになっている。残湯量は、貯湯タンク15内に残っている所定温度(例えば60℃)以上である湯水の残量を表している。したがって、例えば、各温度センサT1−1〜T1−3が60℃以上を検出し、各温度センサT1−4、T1−5が60℃未満を検出している場合には、残湯量検出センサT1は貯湯タンク15の天井内壁面から温度センサT1−3までの水量(湯量)を残湯量として検出する。このときの残湯量は貯湯タンク15の容量の1/2である。また、各温度センサT1−1〜T1−4が60℃以上を検出し、各温度センサT1−5が60℃未満を検出している場合には、残湯量検出センサT1は貯湯タンク15の容量の3/4を残湯量として検出する。
Further, inside the hot
なお、60℃以上を検出した温度センサと60℃未満を検出した温度センサとの間の残湯量は、これら両温度センサを含む上下複数の温度センサによって算出される温度勾配とセンサ間距離に基づいて算出することができるので、この算出したセンサ間の残湯量を合算することにより、貯湯タンク15内の残湯量をより正確に算出することができる。
The amount of remaining hot water between the temperature sensor detecting 60 ° C. or more and the temperature sensor detecting less than 60 ° C. is based on the temperature gradient calculated by a plurality of upper and lower temperature sensors including these two temperature sensors and the distance between the sensors. Therefore, the amount of remaining hot water in the hot
このような貯湯タンク15には、貯湯タンク15内の湯水を加熱するための湯水循環回路32が接続されている。湯水循環回路32上には、第2熱交換器42、第1熱交換器41および第2ポンプP2が配設されている。第1熱交換器41は、冷却回路31を循環する第1熱媒体と湯水循環回路32を循環する湯水との間で熱交換が行われるものである。第2熱交換器42は、熱媒体循環回路33を循環する第2熱媒体と湯水循環回路32を循環する湯水との間で熱交換が行われるものである。第2ポンプP2は、制御装置70の指令に従って駆動制御されて湯水を循環させるものである。
The hot
貯湯タンク15には、給湯管34が接続されている。給湯管34には、上流から順番に電気式加熱装置である電気湯沸かし器16、温度センサT2および流量センサ17が配設されている。電気湯沸かし器16は、給湯管34を通過する貯湯タンク15からの湯水を加熱して給湯するようになっている。温度センサT2は電気湯沸かし器16を通過した後の湯水の温度を検出するものであり、その検出信号は制御装置70に送信されるようになっている。すなわち、温度センサT2で検出した湯水の温度が設定された給湯温度となるように、電気湯沸かし器16で加熱している。また、図示していないが、給湯管34には貯湯タンク15の導出口と温度センサT2との間に給水口15aからの水道水が合流するようになっている。これにより、貯湯タンク15からの湯水を降温している。流量センサ17は、貯湯タンク15から供給されている湯水量を検出するものである。流量センサ17の検出信号は制御装置70に送信されるようになっている。
A hot
給湯管34には、貯湯タンク15に貯留している湯水を給湯として利用する複数の湯利用機器20aが接続されている。この湯利用機器20aとしては、浴槽、シャワ、キッチン(キッチンの蛇口)、洗面所(洗面所の蛇口)などがある。また、給湯管34には、貯湯タンク15の湯水を熱源として利用する熱利用機器20bが接続されている。この熱利用機器20bとしては、浴室暖房、床暖房、浴槽の湯を追い炊きする機構などがある。なお、熱利用機器20bは貯湯タンク15の湯水を直接利用する場合や貯湯タンク15の湯水を間接的に利用する場合がある。湯利用機器20a、熱利用機器20bは、いずれも湯水利用機器である。さらに、給湯管34には、電気式デシカント空調機60が接続されており、後述する回転式除湿機63の吸着材を再生するための熱源として貯湯タンク15の湯水の熱エネルギーを利用している。
The hot
また、コジェネレーションシステムは、電気式空調装置50を備えている。電気式空調装置50は、電動モータ51でコンプレッサ(圧縮機)52を駆動させる形式のものである。電気式空調装置50は、空調対象空間を冷房または暖房するとともに、内部を循環する冷媒と貯湯タンク15の湯水との間で熱交換するように構成されている。電気式空調装置50は、主として図2に示すように、室外機50aおよび室内機50bを備えている。室外機50aと室内機50bは冷媒が循環する冷媒回路50cを介して接続されている。
Further, the cogeneration system includes an
室外機50aは、電動モータ51、電動モータ51によって駆動されるコンプレッサ52、四方弁53、室外熱交換器54、室外膨張弁55、および第3熱交換器43を備えている。四方弁53は、制御装置70の指令によって暖房運転時と冷媒運転時とで冷媒の流れを切り替えるものである。室外熱交換器54は、冷媒と外気との間で熱交換を行うものである。室外熱交換器54は、制御装置70の指令によって制御される送風機54aを備えている。室外膨張弁55は、制御装置70の指令によって開閉制御されるものであり、圧縮した気体状態の冷媒を膨張させて低温にするための弁である。第3熱交換器43は、冷媒回路50cを循環する冷媒と熱媒体循環回路33を循環する第2熱媒体との間で熱交換が行われるものである。熱媒体循環回路33上には、第2熱交換器42および第3ポンプP3が配設されている。第3ポンプP3は、制御装置70の指令に従って駆動制御されて第2熱媒体を循環させるものである。
The
室内機50bは、室内膨張弁56、室内熱交換器57を備えている。室内膨張弁56は、制御装置70の指令によって開閉制御されるものであり、圧縮した気体状態の冷媒を膨張させて低温にするための弁である。室内熱交換器57は、冷媒と空調対象である空調対象空間である室内機50bが設置されている室内の空気との間で熱交換を行うものである。室内熱交換器57は、制御装置70の指令によって制御される送風機57aを備えている。なお、一台の室外機50aに室複数の室内機50bを接続するようにしてもよい。
The
このように構成されている電気式空調装置50の作動について説明する。暖房運転時には、四方弁53が図2の実線で示す状態に切り替えられ、電動モータ51の作動によってコンプレッサ52が駆動される。室外熱交換器54で蒸発して吸熱し低温・低圧の気体となった冷媒は、コンプレッサ52で圧縮され高温・高圧の気体となる。その後、冷媒は室内熱交換器57で凝縮され高温・高圧の液体となり、液化する時に熱を放出する。この時、送風機57aによる送風が温風となって室内を暖房する。そして、冷媒は絞り制御されている室内膨張弁56を通って低温・低圧の液体となり、開状態の室外膨張弁55を通った後、室外熱交換器54に戻る。この過程が繰り返される。
The operation of the
このとき、熱媒体循環回路33上に設けた第3ポンプP3が駆動していると、第3熱交換器43において、コンプレッサ52で圧縮された高温・高圧の気体となっている冷媒をさらに加熱し、電気式空調装置50の暖房能力を向上させることができる。
At this time, if the third pump P3 provided on the heat
一方、冷房運転時には、四方弁53が図2の破線で示す状態に切り替えられ、電動モータ51の作動によってコンプレッサ52が駆動される。低温・低圧の液体で送られてきた冷媒は、室内熱交換器57で蒸発して低温・低圧の気体になるが、この時、室内の空気から熱を奪う。ここに送風機57aによって送風すると、冷たい風となって冷房ができる。低温・低圧の気体となった冷媒は、次にコンプレッサ52で圧縮され、高温・高圧の気体になる。そして、室外熱交換器54で冷媒は外気によって凝縮され、熱を外に放出し高温・高圧の液体になる。そして冷媒は、室外膨張弁55を通って膨張し低温・低圧の液体となり、開状態の室内膨張弁56を通った後、室内熱交換器57に戻る。この過程が繰り返される。
On the other hand, during the cooling operation, the four-
このとき、熱媒体循環回路33上に設けた第3ポンプP3が駆動していると、第3熱交換器43において、室内熱交換器57で蒸発して低温・低圧の気体となっている冷媒と熱媒体循環回路33を循環する第2熱媒体との間で熱交換が行われる。この結果、電気式空調装置50の冷媒の熱が第2熱媒体に伝熱され、第2熱交換器42を介して貯湯タンク15の湯水に回収される。このため、システム全体のエネルギー利用効率を向上できる。一方、電気式空調装置50の冷媒が第2熱媒体によって冷却されるので、電気式空調装置50の冷房能力も向上できる。
At this time, when the third pump P3 provided on the heat
また、コジェネレーションシステムは、吸着材を使用して空調対象空間の湿度を調整する電気式デシカント空調機60を備えている。電気式デシカント空調機60は、外気を室内に導入する給気通路61と室内空気を排気する排気通路62とを備えている。これら給気通路61と排気通路62とが隣接して配置されている。給気通路61には、屋外側から室内側に向けて、回転式除湿機63の一半部、回転型顕熱熱交換器64の一半部が順次配列されている。一方、排気通路62には、回転式除湿機63の他半部、再生用加熱器65、回転型顕熱熱交換器64の他半部、排気用ファン66が順次配列されている。
The cogeneration system also includes an electric
回転式除湿機63は、ガラス繊維を基材としてシリカゲルを含浸合成したシート状材料により、ハニカム状の空気通路を形成した回転ロータである。回転式除湿機63は、隣接する給気通路61と排気通路62とに跨って配置されることにより、給気通路61中の一半部において、通過する給気中の水蒸気を吸着して除湿し、排気通路62中の他半部において、通過する加熱された高温の室内排気により、吸着剤を脱湿して再生される。
The
回転型顕熱熱交換器64は、アルミ板によりハニカム状の空気通路を形成した回転式ロータである。そして、回転型顕熱熱交換器64は、ハニカム状の空気通路を形成するアルミ板を介して給気通路61中の一半部を通過する給気と、排気通路62中の他半部を通過する室内排気との間で顕熱熱交換させるように構成されている。
The rotary
再生用加熱器65は、給湯管34から供給される貯湯タンク15の湯水を熱源として室内排気を加熱することにより吸着剤を脱湿して再生させる再生用加熱器であり、回転型顕熱熱交換器64の他半部により加熱された室内排気を更に加熱している。なお、P4は、湯水供給ポンプを示す。また、再生用加熱器65は、電気式空調装置50の熱エネルギーを熱媒体循環回路を介して熱源とするようにしてもよい。
The
上述した発電装置11、インバータ12、電力計12a、蓄電池13、貯湯タンク15の温度センサ群T1、電気湯沸かし器6、流量センサ17、温度センサT2、各ポンプP1〜P4、電動モータ51、四方弁53、送風機54a、室外膨張弁55、室内膨張弁56、送風機57a、回転式除湿機63、回転型顕熱熱交換器64、排気用ファン66は、図3に示すように、制御装置70に接続されている。制御装置70はマイクロコンピュータ(図示省略)を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、CPU、RAMおよびROM(いずれも図示省略)を備えている。CPUは、上述したコジェネレーションシステムの運転を制御している。RAMはシステムの運転を制御する制御プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ROMは前記制御プログラムを記憶するものである。
The
次に、上述したコジェネレーションシステムの作動について図4、5のフローチャートに沿って説明する。制御装置70は、図示しないメインスイッチが投入されると、ステップ100にてプログラムを起動して所定の短時間毎に繰り返し実行する。制御装置70は、電力計12aによって負荷機器21の全消費電力を計測する(ステップ102)。そして、その計測結果に基づいて発電装置11を高効率領域内で一定の出力電力となるように制御する(発電制御手段:ステップ104)。具体的には、制御装置70は、負荷機器21の消費電力に応じて一定の出力電力を設定する。この一定の出力電力は、例えば、先に示した月別エネルギーの電気量に基づいて設定してもよい。この一定の出力電力は、発電装置11が高効率で運転する範囲に設定されていることが望ましい。すなわち、発電装置11が高効率で運転可能な出力範囲(例えば定格出力の70〜100%以内)である。また、この一定の出力電力は、発電装置11が高効率で運転する範囲に設定される複数の設定値から負荷機器21の消費電力に応じて自動的に選択されるようにしてもよい。
Next, the operation of the above-described cogeneration system will be described with reference to the flowcharts of FIGS. When a main switch (not shown) is turned on, the
制御装置70は、発電装置11の出力電力と負荷機器21の消費電力を比較して(ステップ106)、出力電力が不足している場合には、系統電源14から電力を補充する(ステップ112)。一方、出力電力が余る場合には、蓄電池13が満充電でない場合にインバータ12を制御してその余った電気エネルギーを蓄電池13に蓄電する(蓄電制御手段:ステップ110)。蓄電池13が満充電である場合には、プログラムをステップ114に進める。
The
制御装置70は、外気温センサT3によって外気温を計測し(ステップ114)、その計測結果に基づいて湯水需要量を予測する(ステップ116)。これにより、コジェネレーションシステムを運転する季節に応じた湯水需要量を適切に予測することができる。具体的には、外気温のトレンドに基づいて季節を予測し、その予測した季節の過去の湯水使用履歴マップを読み込み、湯水使用履歴マップに基づいて湯水需要量を予測する。
The
制御装置70は、ステップ118において、温度センサ群T1によって貯湯タンク15内の残湯量を計測する。そして、制御装置70は、先に求めた湯水需要量と残湯量に基づいて給湯量が不足するか否かを判定する(ステップ120)。具体的には、例えば現時点から所定時間内において残湯量が湯水需要量より多い場合は、給湯量は不足していないと判定する。また、残湯量が湯水需要量より少ない場合は、給湯量は不足していると判定する。
In
そして、制御装置70は、発電装置11からの熱エネルギーだけでは湯水利用機器20a,20bで使用される湯水の熱エネルギーが賄えない場合には、電気式空調装置50を運転して電気式空調装置50からの熱エネルギーで補充する(熱エネルギー補充制御手段:ステップ126)。具体的には、制御装置70は、ステップ120,122,124で「YES」、「YES」、「NO」と判定し、発電装置11と電気式空調装置50の両方を運転する。ステップ126では、電気式空調装置50を上述のように冷房運転し、第2および第3ポンプP2,P3を駆動させる。これにより、上述したように高温の冷媒の熱が、第3熱交換器43、熱媒体循環回路33および第2熱交換器42を介して湯水に回収されて、湯水が加熱される。
Then, when the thermal energy from the
なお、ステップ122では、発電装置11が運転中であるか否かを判定する。ステップ124では、発電装置11の現在の発電状況およびその季節の過去の電力需要履歴に基づいて、現時点の発電量に伴う熱エネルギーだけで湯水利用機器20a,20bで使用される湯水の熱エネルギーが賄えることができるか否かを判定する。
In step 122, it is determined whether or not the
また、発電装置11が運転されていない場合には、ステップ120,122で「YES」、「NO」と判定し、電気式空調装置50を単独で運転する。このとき、電気式空調装置50からの熱エネルギーだけで湯水利用機器20a,20bで使用される湯水の熱エネルギーが賄える場合には、ステップ132で「YES」と判定し、プログラムをステップ128に進めて、プログラムを一旦終了する。また、電気式空調装置50からの熱エネルギーだけで湯水利用機器20a,20bで使用される湯水の熱エネルギーが賄えない場合には、ステップ132で「NO」と判定し、ステップ134にて発電装置11も運転する。
When the
一方、発電装置11からの熱エネルギーが湯水利用機器20a,20bで使用される湯水の熱エネルギーより多い場合には、電気式空調装置50を運転してその余った熱エネルギーを電気式空調装置50の冷媒の加熱に利用する(熱エネルギー利用制御手段:ステップ142)。具体的には、制御装置70は、ステップ120,136,138でそれぞれ「YES」と判定し、発電装置11と電気式空調装置50の両方を運転する。ステップ142では、電気式空調装置50を上述のように暖房運転し、第2および第3ポンプP2,P3を駆動させる。これにより、上述したように貯湯タンク14の湯水の熱が、第2熱交換器42、熱媒体循環回路33および第3熱交換器43を介して冷媒回路50cの冷媒に回収されて、冷媒が加熱されるとともに湯水が降温する。
On the other hand, when the thermal energy from the
なお、ステップ136では、ステップ120と同様に、先に求めた湯水需要量と残湯量に基づいて給湯量が余るか否かを判定する。具体的には、例えば現時点から所定時間内において残湯量が湯水需要量より多い場合は、給湯量は余ると判定する。また、残湯量が湯水需要量より少ない場合は、給湯量は余らないと判定する。ステップ138では、電気式空調装置50が運転中であるか否かを判定する。また、電気式空調装置50が運転されていない場合には、ステップ138で「NO」と判定し、電気式空調装置50の運転を開始して、プログラムをステップ142に進める。
In
上述の説明から明らかなように、この実施形態においては、発電制御手段(ステップ104)が、負荷機器21の消費電力に応じて設定される一定の出力電力となるように発電装置11を制御する。発電装置11は、出力電力を負荷機器21の消費電力に追従させることなく、一定の出力電力で運転されるので、エネルギー効率よく運転することができる。また、蓄電制御手段(ステップ110)が、出力電力が消費電力より多い場合には、その余った電気エネルギーを蓄電池13に蓄電するので、電気エネルギーを無駄なく利用することができる。
As is apparent from the above description, in this embodiment, the power generation control means (step 104) controls the
さらに、熱エネルギー補充制御手段(ステップ126)が、発電装置11からの熱エネルギーだけでは湯水利用機器20a,20bで使用される湯水の熱エネルギーが賄えない場合には、電気式空調装置50を運転して電気式空調装置50からの熱エネルギーで補充する。すなわち、一定の出力電力で運転している発電装置11の排熱では湯水利用機器20a,20bで使用される湯水の熱エネルギーが賄えない場合には、例えば発電で余った電気エネルギー、蓄電池13に蓄えられている電気エネルギーを使って運転できる電気式空調装置50からの熱エネルギーで補充することができる。したがって、発電装置11の運転で生じるエネルギー(熱エネルギーと電気エネルギー)を有効に利用することができ、また、湯水不足をできるだけ防止することができる。
Furthermore, when the thermal energy supplement control means (step 126) cannot cover the thermal energy of the hot water used in the hot
さらに、熱エネルギー利用制御手段(ステップ142)が、発電装置11からの熱エネルギーが湯水利用機器20a,20bで使用される湯水の熱エネルギーより多い場合には、電気式空調装置50を運転してその余った熱エネルギーを電気式空調装置50の冷媒の加熱に利用する。すなわち、一定の出力電力で運転している発電装置11の排熱が余る場合には、その余った熱エネルギーを電気式空調装置50の冷媒の加熱に利用することができる。したがって、発電装置11の運転で生じるエネルギー(熱エネルギーと電気エネルギー)を有効に利用することができ、また、湯水余りをできるだけ防止することができる。
Furthermore, when the thermal energy utilization control means (step 142) has more thermal energy from the
また、前記一定の出力電力は、発電装置11が高効率で運転する範囲に設定されているので、発電装置11は、出力電力を負荷機器21の消費電力に追従させることなく、高効率運転の範囲内で一定の出力電力で運転されるので、高効率にて運転することができる。
Further, since the constant output power is set in a range in which the
また、前記一定の出力電力は、発電装置11が高効率で運転する範囲に設定される複数の設定値から負荷機器21の消費電力に応じて自動的に選択されるので、発電装置11は、出力電力を負荷機器21の消費電力に連続的に追従させることなく、高効率運転の範囲内で消費電力に応じた一定の出力電力で運転されるので、高効率かつ適切に運転することができる。
Further, the constant output power is automatically selected according to the power consumption of the
また、貯湯タンク15と湯水利用機器20a,20bとの間に設けられて貯湯タンク15の湯水を加熱して湯水利用機器20a,20bに供給する電気式加熱装置である電気湯沸かし器16を備えたので、出力電力が消費電力より多い場合には、その余った電気エネルギーを電気湯沸かし器16で使用するので、電気エネルギーを無駄なく利用することができる。
In addition, since the
また、吸着剤を使用して空調対象空間の湿度を調整する電気式デシカント空調機60をさらに備え、吸着剤を発電装置11または電気式空調装置50の熱エネルギーによって再生するので、発電装置11または電気式空調装置50からの熱エネルギーが余る場合には、その余った熱エネルギーを電気式デシカント空調機60で使用するので、熱エネルギーを無駄なく利用することができ、湯水不足をできるだけ防止することができる。
Further, the electric
11…発電装置、12…インバータ、12a…電力計、13…蓄電池、14…系統電源、15…貯湯タンク、16…電気湯沸かし器、17…流量センサ、21…負荷機器、20a…湯利用機器、20b…熱利用機器、31…冷却回路、32…湯水循環回路、33…熱媒体循環回路、34…給湯管、41〜43…第1〜第3熱交換器、50…電気式空調装置、51…電動モータ、52…コンプレッサ、53…四方弁、54…室外熱交換器、55…室外膨張弁、56…室内膨張弁、57…室内熱交換器、60…電気式デシカント空調機、63…回転式除湿機、64…回転型顕熱熱交換器、65…再生用加熱器、70…制御装置、T1…温度センサ群、T2…温度センサ、T3…外気温センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該発電装置からの電気エネルギーを蓄電する蓄電池と、
前記発電装置の発電に伴って生じる熱エネルギーを回収した湯水を貯留するとともにその貯留している湯水を同湯水を利用する湯水利用機器に供給する貯湯タンクと、
空調対象空間を冷房または暖房するとともに、内部を循環する冷媒と前記貯湯タンクの湯水との間で熱交換するように構成した電気式空調装置と、
前記負荷機器の消費電力に応じて設定される一定の出力電力となるように前記発電装置を制御する発電制御手段と、
前記出力電力が前記消費電力より多い場合には、その余った電気エネルギーを前記蓄電池に蓄電する蓄電制御手段と、
前記発電装置からの熱エネルギーだけでは前記湯水利用機器で使用される湯水の熱エネルギーが賄えない場合には、前記電気式空調装置を運転して前記電気式空調装置からの熱エネルギーで補充する熱エネルギー補充制御手段と、
前記発電装置からの熱エネルギーが前記湯水利用機器で使用される湯水の熱エネルギーより多い場合には、前記電気式空調装置を運転してその余った熱エネルギーを前記電気式空調装置の冷媒の加熱に利用する熱エネルギー利用制御手段と、
を備えたことを特徴とするコジェネレーションシステム。 A power generator,
A storage battery for storing electrical energy from the power generator;
A hot water storage tank for storing hot water recovered from the heat energy generated by the power generation of the power generation device and supplying the stored hot water to a hot water use device using the hot water;
An air conditioner configured to cool or heat the air-conditioning target space and to exchange heat between the refrigerant circulating inside and the hot water in the hot water storage tank;
Power generation control means for controlling the power generation device so as to have a constant output power set according to the power consumption of the load device;
When the output power is greater than the power consumption, power storage control means for storing the excess electrical energy in the storage battery,
When the thermal energy from the power generation device alone cannot cover the thermal energy of the hot water used in the hot water utilization equipment, the electric air conditioner is operated and replenished with the thermal energy from the electric air conditioner. Thermal energy replenishment control means;
When the thermal energy from the power generation device is greater than the thermal energy of hot water used in the hot water utilization equipment, the electric air conditioner is operated and the remaining heat energy is used to heat the refrigerant of the electric air conditioner. Thermal energy utilization control means used for
Cogeneration system characterized by having
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010169338A (en) * | 2009-01-23 | 2010-08-05 | Toshiba Corp | Waste heat use control device and waste heat use control method |
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JP2020153609A (en) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 大阪瓦斯株式会社 | Air conditioning system |
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