CN101660801B - 热电联产系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的热电联产系统及其控制方法中，根据在储水罐内部的温度和供热水部中循环的水的流量来判断供热水流量的有无，并选择供热水或散热中的任意一种。此时，将根据无流量信号来判断无供热水流量的时间设定为短于根据有流量信号来判断有供热水流量的时间。因此，在更短的时间内判断为无供热水流量，从而达到更加迅速地实现从供热水到散热的转换。另外，在更加迅速地实现从供热水到散热的转换的情况下，能够防止在系统内部中循环的热流体的温度过度上升。因此，能够将上述储水罐温度即供热水目标温度设定为更高的温度。

Description

热电联产系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及热电联产(Co-generation)系统及其控制方法，特别涉及一种更加迅速且准确地实现从供热水到散热的切换的热电联产系统及其控制方法。

背景技术

通常，热电联产系统是从一种能源同时生产电力和热的系统。上述热电联产系统包括发电机和驱动发电机的驱动源。可以使用发动机等作为上述驱动源。上述发电机所产生的电力被供应到需要电力的地方。

由上述驱动源产生的热包括储存温水的储水罐。由上述驱动源产生的热供应到上述储水罐中，从而使得储存在上述储水罐中的温水的温度维持在设定温度范围内。上述储水罐中的温水用于供暖、桑拿蒸汽房等需要热的地方。因此，上述储水罐的温水温度的上升可以成为用于向上述需要热的地方供应所需要的热的重要因素。

另一方面，在上述储水罐没有供热水的要求的情况下，由上述驱动源产生的热通过散热部被散热。

但是，根据现有技术的热电联产系统，由于从供热水到散热的切换时间长，而散热不迅速，因此在系统内部中循环的热流体的温度会过度上升。因此，为了防止热流体的温度过度上升，需要事先限制供应至热流体的热量。从而，存在在提高储水罐的温度上有限制的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种在无供热水的要求的情况下，更加迅速地切换到散热，以此防止系统内部的热流体温度的过度上升而能够使得储水罐的目标温度上升的热电联产系统及其控制方法。

根据本发明的热电联产系统，包括：驱动源，其驱动发电机；供热水部，其接受由上述驱动源产生的热的供应；散热部，其对由上述驱动源产生的热进行散热；切换部，其切换流路以使由上述驱动源产生的热被供应到上述供热水部或散热部中的任意一个；流量传感器，其配置在上述供热水部，并检测在上述供热水部中循环的水的流量；控制部，其在没有来自上述供热水部的供热水要求且有流量信号在上述流量传感器中持续第一设定时间期间时，判断为有供热水流量，并控制上述切换部以使由上述驱动源产生的热被供应到上述供热水部；在有来自上述供热水部的供热水要求且无流量信号在上述流量传感器中持续短于上述第一设定时间的第二设定时间期间时，判断为无供热水流量，并控制上述切换部以使由上述驱动源产生的热供应到上述散热部。

本发明中，上述热电联产系统还包括温度检测部，该温度检测部配置在上述供热水部中，并检测上述供热水部内的温度。上述温度检测部，将所检测到的温度以信号的方式传送到上述控制部，上述控制部对在上述温度检测部中检测到的温度和已设定的供热水目标温度进行比较，并能够根据比较结果来判断供热水要求的有无。

本发明中，上述供热水部包括：储水罐，其储存温水；供热水换热器，其使在上述储水罐中循环的水和对由上述驱动源产生的热进行搬运的热流体进行热交换。

本发明中，上述流量传感器配置在连接上述储水罐和上述供热水换热器的水循环流路中，而能够检测上述水循环流路的流量。

本发明的热电联产系统还包括：热流体循环流路，其使由上述驱动源产生的热进行循环；供热水流路，其从上述热流体循环流路中分支出来而与上述供热水部连接；散热流路，其从上述热流体循环流路中分支出来而与上述散热部连接。

本发明中，上述切换部包括三通阀，该三通阀设置在从上述热流体循环流路向上述供热水流路和散热流路分支的分支点上。

本发明中，上述散热部还包括散热换热器，该散热换热器配置在上述散热流路中，而使外部空气和热流体进行热交换。

本发明中，上述驱动源包括发动机和燃料电池中的一个。

另外，根据本发明的热电联产系统的控制方法，包括：供热水要求检测步骤，其检测来自供热水部的供热水要求；流量检测步骤，其检测在供热水部中循环的水的流量；供热水判断步骤，其当在上述供热水要求检测步骤中无供热水要求且有流量信号在上述流量检测步骤中持续第一设定时间期间时，判断为有供热水流量；当在上述供热水要求检测步骤中有供热水要求且无流量信号在上述流量检测步骤中持续短于上述第一设定时间的第二设定时间期间时，判断为无供热水流量。

本发明中，上述供热水判断步骤中，在上述供热水要求检测步骤中无供热水要求的情况下，当在上述流量检测步骤中产生无流量信号时，产生无流量信号，并立即判断为无供热水流量。

本发明中，上述供热水判断步骤中，在上述供热水要求检测步骤中有供热水要求的情况下，当在上述流量检测步骤中产生有流量信号时，产生有流量信号，并立即判断为有供热水流量。

本发明中，上述供热水要求检测步骤中检测上述供热水部内的温度，并根据所检测到的温度来判断供热水要求。

本发明中，上述供热水要求检测步骤中检测上述供热水部内的温度，当所检测到的温度高于已设定的供热水目标温度时，判断为无供热水要求；当所检测到的温度低于已设定的供热水目标温度时，判断为有供热水要求。

本发明中，上述流量检测步骤中，当所检测到的水的流量为已存储的设定流量以上时，产生有流量信号；当所检测到的水的流量为小于已存储的设定流量时，产生无流量信号。

本发明中，热电联产系统的控制方法还包括散热步骤，该步骤中当在上述供热水判断步骤中被判断为无供热水流量时，将由驱动源产生的热进行散热。

本发明中，上述散热步骤中切换三通阀，以使由上述驱动源产生的热被供应到散热部。

本发明中，热电联产系统的控制方法还包括供热水步骤，该步骤中当在上述供热水判断步骤中被判断为有供热水流量时，将由上述驱动源产生的热被供应到上述供热水部中。

本发明中，上述供热水步骤中切换三通阀，以使由上述驱动源产生的热被供应到供热水部中。

另外，根据本发明另一侧面的热电联产系统的控制方法，还包括：供热水要求检测步骤，其检测来自供热水部的供热水要求；流量检测步骤，其检测在供热水部中循环的水的流量；供热水判断步骤，其当在上述供热水要求检测步骤中无供热水要求且有流量信号在上述流量检测步骤中持续第一设定时间期间时，判断为有供热水流量，当在上述供热水要求检测步骤中无供热水要求且在上述流量检测步骤中产生无流量信号时，立即判断为无供热水流量，当在上述供热水要求检测步骤中有供热水要求且无流量信号在上述流量检测步骤中持续短于上述第一设定时间的第二设定时间期间时，判断为无供热水流量，当在上述供热水要求检测步骤中有供热水要求且在上述流量检测步骤中产生有流量信号时，立即判断为有供热水流量；供热水步骤，其当在上述供热水判断步骤中被判断为有供热水流量时，将由驱动源产生的热供应到供热水部；散热步骤，其当在上述供热水判断步骤中被判断为无供热水流量时，将由驱动源产生的热供应到散热部。

附图说明

图1是表示根据本发明一实施例的热电联产系统的简要构成图。

图2是图1所示的热电联产系统的控制框图。

图3是表示根据本发明实施例的热电联系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。

参照图1，上述热电联产系统包括：形成外观的机箱1；配置在上述机箱1内部的发电机2；配置在上述机箱1内部且驱动上述发电机2的驱动源；接受由上述驱动源产生的热的热需要处；对由上述驱动源产生的热进行散热的散热部。

上述发电机2中，转子连接在上述驱动源的输出轴上，在上述输出轴的旋转时生产电力。在由上述发电机2生产的电力通过电力线直接供应到建筑物内的照明或者家电等的电力消耗机器中，或者储存到设置在上述机箱1内部的蓄电池3中之后从蓄电池3供应到电力消耗机器中。在上述发电机2和电力消耗机器之间设置有检测上述电力消耗机器的电力负载的电力负载检测部4。

作为上述驱动源可以使用燃料电池或发动机5。下面，在本实施例中以上述驱动源是发动机5为例来进行说明。

上述发动机5是通过燃气或石油等化石燃料被驱动，以此驱动上述发电机2。在上述发动机5上连接有：供应燃料的燃料供应管6；向上述发动机5吸入空气的吸气管7；从上述发动机5中排出的排气通过的排气管8。

在上述燃料供应管6上设置有调节燃料的供应的燃料调节电子阀9。

在上述排气管8上设置有用于回收上述发动机5的排气热的排气换热器10。在本实施例中，以设置有两个上述排气换热器10的情况为例进行说明。

在上述发动机5上连接有使在上述发动机5中所产生的热进行循环的热流体循环流路20。

上述热需要处可以是接受上述发动机5中所产生的热的供应而向建筑物内供应温水的供热水部30，或者是接受上述发动机5中所产生的热的供应而对建筑物内部的空气进行调和的空调机。下面，在本实施例中，以上述热需要处为上述供热水部30为例进行说明。

上述供热水部30包括：在内部储存有水的储水罐31；从上述热流体循环路20分支出来的供热水流路32；连接在上述供热水流路32上的供热水换热器33；通过连接上述储水罐31和上述供热水换热器33而从上述供热水换热器33接受热的供应的水循环流路34。

在上述储水罐31中设置有检测上述储水罐31内部的温度的温度检测部35和使用者设定上述储水罐31的供热水目标温度的温度设定部36。在上述温度检测部35中所检测到的检测温度和设定在上述温度设定部36中的设定温度被传送到后述的控制部60中。

上述控制部60，当上述检测温度小于上述设定温度的下限值(例如，50℃)时，判断为存在供热水要求。另外，上述控制部60，当上述检测温度在上述设定温度的上限值(例如，60℃)以上时，判断为不存在供热水要求。

上述温度检测部35可以设置在上述储水罐31内部，当然也可以设置在上述水循环流路34上的上述储水罐31的出口侧。

在上述水循环流路34上设置有供热水泵37，该供热水泵37使水向上述储水罐31和供热水换热器33进行循环。

另外，在上述水循环流路34上设置有流量传感器38，该流量传感器38检测在上述水循环流路中循环的水的流量。在上述流量传感器38中，在所检测到的流量小于已存储的设定流量的情况下，将无流量的信号传送至后述的控制部60。另外，在所检测到的上述流量在上述设定流量以上的情况下，将有流量的信号传送至上述控制部60。

上述散热部40包括：从上述热流体循环流路20中分支出来的散热流路41；配置在上述散热流路41上的散热换热器42。

在上述散热换热器42中，可以通过水等的冷却水以水冷却方式对热流体的热进行冷却，也可以通过空气以空气冷却方式进行冷却。下面，在本实施例中，以通过使热流体和外部空气进行热交换而通过空气冷却方式对热流体的热进行冷却为例，进行说明。在上述散热换热器42的周围配置有将外部空气向上述散热换热器42送出的散热风扇43。

另一方面，上述热电联产系统还包括切换部，该切换部切换流路以使在上述发动机5中所产生的热供应到上述供热水部30和散热部40中的任意一个中。

上述切换部是设置在从上述热流体循环流路20向上述供热水流路32和散热流路41分支的部位上的三通阀44。

另一方面，上述热流体循环流路20由第一流路21、第二流路22和第三流路23构成，其中，该第一流路21连接上述发动机5的出口侧和上述三通阀44，该第二流路22从上述供热水流路32和散热流路41接合的接合点25到上述排气换热器10侧进行连接，该第三流路将通过上述排气换热器10的热流体引导至上述发动机5。

另外，上述热电联产系统包括对上述三通阀44进行控制的控制部60。上述控制部60根据从上述温度检测部35、温度设定部36和上述流量传感器38分别传送的值，对上述三通阀44进行控制。

当不存在来自上述供热水部30的供热水要求且有流量的信号在上述流量传感器38中持续第一设定时间期间时，上述控制部60以在上述发动机5中所产生的热被供应至上述供热水流路32的方式控制上述三通阀44。另一方面，当存在来自上述供热水部30的供热水要求且无流量的信号在上述流量传感器38中持续短于第一设定时间的第二设定时间期间时，上述控制部60以在上述发动机5中所产生的热被供应至上述散热流路41的方式控制上述三通阀44。

图3是表示根据本发明实施例的热电联系统的控制方法的流程图。

根据本实施例的热电联产系统的控制方法，首先，执行从上述供热水部30检测供热水要求的供热水要求检测步骤。

在上述供热水要求检测步骤中，上述温度检测部35检测上述储水罐31内部的温度(S1)。在上述温度检测部35中所检测到的温度以信号方式被传送到上述控制部60中。

上述控制部60对上述检测温度和通过上述温度设定部36设定的设定温度进行比较(S2)。

当上述检测温度小于上述设定温度的下限值(例如，50℃)时，判断为需要提高上述储水罐31的内部温度。即，控制部60判断为有供热水要求(S3)。

另一方面，当上述检测温度在上述设定温度的上限值(例如，60℃)以上时，上述控制部60判断为不需要提高上述储水罐31的内部温度。即，控制部60判断为无供热水要求(S4)。

如上所述，在判断完供热水要求的有无之后，执行流量检测步骤。在上述流量检测步骤中检测在上述水循环流路34中循环的水的流量(S5)。

在上述流量检测步骤中，上述流量传感器38检测上述水循环流路34中的流量，并以信号方式传送至上述控制部60中。

上述控制部60对上述检测流量和已存储的设定流量进行比较(S6)。

此时，在由上述流量传感器38检测到的检测流量小于已存储的设定流量的情况下，在上述流量传感器38中传送无流量信号(S7)。

另一方面，在由上述流量传感器38检测到的检测流量在上述设定流量以上的情况下，在上述流量传感器38中传送有流量信号(S8)。

另一方面，当在上述供热水要求检测步骤中无供热水要求且在上述流量传感器38中检测到的流量小于设定流量时，控制部60判断为无供热水流量。上述控制部60控制上述三通阀44以使上述三通阀44打开上述散热流路41，从而在上述发动机5中产生的热通过上述散热换热器42进行散热。即，在此情况下，既无供热水要求也几乎没有在上述水循环流路34中循环的流量，因此，控制部60立即控制成散热运行。

另一方面，当在上述供热水要求检测步骤中无供热水要求且上述有流量信号持续第一设定时间期间(S9)时，上述控制部60判断为有供热水流量(S10)。即，虽然上述储水罐内部的温度等于或高于设定温度，但由于在上述水循环流路34中循环的水的流量在设定流量以上，因此判断为存在需要在上述供热水换热器33中进行热交换的供热水流量。在本实施例中，以上述设定时间为10秒为例进行说明。

如上所述，当判断为有供热水流量时，需要将上述发动机5中所产生的热传递到上述供热水换热器33。因此，上述控制部60控制上述三通阀44以使上述三通阀44打开上述供热水流路32并切断上述散热流路41。由此，上述发动机5中所产生的热通过上述供热水流路32被供应到上述供热水换热器33中(S11)。

另一方面，当在上述供热水要求检测步骤中有供热水要求(S3)且在上述流量传感器38中检测到的流量在设定流量以上时，上述控制部60判断为有供热水流量。因此，上述控制部60控制上述三通阀44以使上述三通阀44打开上述供热水流路32，从而在上述发动机5中所产生的热被供应到上述供热水换热器33中。此时，上述控制部60使上述发动机5以正常负载进行运转。

另一方面，当在上述供热水要求检测步骤中有供热水要求且上述无流量信号持续第二设定时间期间(S12)时，上述控制部60判断为无供热水流量(S13)。

即，虽然因上述储水罐31的温度比使用者设定的供热水目标温度低而有供热水要求，但是由于在上述供热水换热器33和储水罐31中循环的水的流量几乎没有，因此判断为没有在上述供热水换热器33中需要进行热交换的供热水流量。

在此，上述第二设定时间被设定为短于上述第一设定时间。例如，以上述第二设定时间为2秒为例进行说明。即，在需要从供热水向散热转换的情况下，在2秒的短时间内判断为无供热水流量，并转换到散热。

如上所述，当判断为无供热水流量时，上述控制部60控制上述三通阀44以使该三通阀44切断上述供热水流路32且打开上述散热流路41。由此，在上述发动机5中所产生的热通过上述散热流路41被供应到上述散热换热器42中(S14)。

在本实施例中，当虽然有供热水要求但在上述流量传感器38中所检测到的流量小于设定流量时，为了更加准确地确认供热水流量的存在与否而确认上述无流量信号是否持续规定的时间期间。

此时，通过将上述无流量信号持续的时间设定成短于上述有流量信号持续的时间，以此能够在短时间内判断无供热水流量。

由此，由于能够更快地判断出无供热水流量，因此能够更快地实现从供热水到散热的转换。

在上述热电联产系统中循环的热流体的温度上升到最高的时间点是从供热水散热的期间。在本实施例中，由于能够更加迅速地实现从供热水到散热的转换，因此能够防止上述热流体的温度过度上升。

因此，在将上述供热水目标温度设定为较高时，能够迅速地实现从上述供热水到散热切换时的散热，因此能够防止从上述供热水到散热的切换时的热流体的温度过度上升的现象。

因此，存在能够将上述储水罐31的温度即供热水目标温度设定为更高的优点。

产业上的可利用性

根据本发明的热电联产系统及其控制方法，根据储水罐内部温度和在供热水部中循环的水的流量来判断供热水流量的有无，可选择供热水或散热中的任意一种。此时，将根据无流量信号来判断无供热水流量的时间设定为短于根据有流量信号来判断有供热水流量的时间。因此，在更短的时间内判断为无供热水流量，从而达到更加迅速地实现从供热水到散热的转换。

另外，在更加迅速地实现从供热水到散热的转换的情况下，能够防止在系统内部中循环的热流体的温度过度上升。因此，能够将上述储水罐温度即供热水目标温度设定为更高的温度。

Claims (20)

1.一种热电联产系统，其特征在于，包括：

驱动源，其驱动发电机；

供热水部，其接受由上述驱动源产生的热的供应；

散热部，其对由上述驱动源产生的热进行散热；

切换部，其切换流路以使由上述驱动源产生的热被供应到上述供热水部或散热部中的任意一个；

流量传感器，其配置于上述供热水部，并检测在上述供热水部中循环的水的流量；

控制部，其在没有来自上述供热水部的供热水要求且有流量信号在上述流量传感器中持续第一设定时间期间时，判断为有供热水流量，并控制上述切换部以使由上述驱动源产生的热被供应到上述供热水部；在有来自上述供热水部的供热水要求且无流量信号在上述流量传感器中持续短于上述第一设定时间的第二设定时间期间时，判断为无供热水流量，并控制上述切换部以使由上述驱动源产生的热被供应到上述散热部。

2.根据权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，还包括温度检测部，该温度检测部配置在上述供热水部中，并检测上述供热水部内的温度。

3.根据权利要求2所述的热电联产系统，其特征在于，

上述温度检测部，将所检测到的温度以信号的方式传送到控制部，

上述控制部将在上述温度检测部中检测到的温度和已设定的供热水目标温度进行比较，并根据比较结果来判断供热水要求的有无。

4.根据权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，上述供热水部包括：储水罐，其储存温水；供热水换热器，其使在上述储水罐中循环的水和对由上述驱动源产生的热进行搬运的热流体进行热交换。

5.根据权利要求4所述的热电联产系统，其特征在于，上述流量传感器配置在连接上述储水罐和上述供热水换热器的水循环流路中，并检测上述水循环流路的流量。

6.根据权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，还包括：

热流体循环流路，其使由上述驱动源产生的热进行循环；

供热水流路，其从上述热流体循环流路中分支出来而与上述供热水部连接；

散热流路，其从上述热流体循环流路中分支出来而与上述散热部连接。

7.根据权利要求6所述的热电联产系统，其特征在于，上述切换部包括三通阀，该三通阀设置在从上述热流体循环流路向上述供热水流路和散热流路分支的分支点上。

8.根据权利要求6所述的热电联产系统，其特征在于，上述散热部还包括散热换热器，该散热换热器配置在上述散热流路中，而使外部空气和热流体进行热交换。

9.根据权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，上述驱动源包括发动机和燃料电池中的一个。

10.一种热电联产系统的控制方法，其特征在于，包括：

供热水要求检测步骤，其检测来自供热水部的供热水要求；

流量检测步骤，其检测在供热水部中循环的水的流量；

供热水判断步骤，其当在上述供热水要求检测步骤中无供热水要求且有流量信号在上述流量检测步骤中持续第一设定时间期间时，判断为有供热水流量；当在上述供热水要求检测步骤中有供热水要求且无流量信号在上述流量检测步骤中持续短于上述第一设定时间的第二设定时间期间时，判断为无供热水流量。

11.根据权利要求10所述的热电联产系统的控制方法，其特征在于，上述供热水判断步骤中，在上述供热水要求检测步骤中无供热水要求的情况下，当在上述流量检测步骤中产生无流量信号时，产生无流量信号的同时立即判断为无供热水流量。

12.根据权利要求10所述的热电联产系统的控制方法，其特征在于，上述供热水判断步骤中，在上述供热水要求检测步骤中有供热水要求的情况下，当在上述流量检测步骤中产生有流量信号时，产生有流量信号的同时立即判断为有供热水流量。

13.根据权利要求10所述的热电联产系统的控制方法，其特征在于，上述供热水要求检测步骤中，检测上述供热水部内的温度，根据所检测到的温度来判断供热水要求。

14.根据权利要求10所述的热电联产系统的控制方法，其特征在于，

上述供热水要求检测步骤中，检测上述供热水部内的温度，

当所检测到的温度高于已设定的供热水目标温度时，判断为无供热水要求，

当所检测到的温度低于已设定的供热水目标温度时，判断为有供热水要求。

15.根据权利要求10所述的热电联产系统的控制方法，其特征在于，上述流量检测步骤中，当所检测到的水的流量为已存储的设定流量以上时，产生有流量信号，当所检测到的水的流量为小于已存储的设定流量时，产生无流量信号。

16.根据权利要求10所述的热电联产系统的控制方法，其特征在于，还包括散热步骤，该步骤中当在上述供热水判断步骤中被判断为无供热水流量时，对由驱动源产生的热进行散热。

17.根据权利要求16所述的热电联产系统的控制方法，其特征在于，上述散热步骤中切换三通阀，以使由上述驱动源产生的热被供应到散热部。

18.根据权利要求10所述的热电联产系统的控制方法，其特征在于，还包括供热水步骤，该步骤中当在上述供热水判断步骤中被判断为有供热水流量时，将由驱动源产生的热供应到上述供热水部中。

19.根据权利要求18所述的热电联产系统的控制方法，其特征在于，上述供热水步骤中切换三通阀，以使由上述驱动源产生的热被供应到供热水部中。

20.一种热电联产系统的控制方法，其特征在于，包括：

供热水要求检测步骤，其检测来自供热水部的供热水要求；

流量检测步骤，其检测在供热水部中循环的水的流量；

供热水判断步骤，其当在上述供热水要求检测步骤中无供热水要求且有流量信号在上述流量检测步骤中持续第一设定时间期间时，判断为有供热水流量；当在上述供热水要求检测步骤中无供热水要求且在上述流量检测步骤中产生无流量信号时，立即判断为无供热水流量；当在上述供热水要求检测步骤中有供热水要求且无流量信号在上述流量检测步骤中持续短于上述第一设定时间的第二设定时间期间时，判断为无供热水流量；当在上述供热水要求检测步骤中有供热水要求且在上述流量检测步骤中产生有流量信号时，立即判断为有供热水流量；

供热水步骤，其当在上述供热水判断步骤中被判断为有供热水流量时，将由驱动源产生的热供应到供热水部；

散热步骤，其当在上述供热水判断步骤中被判断为无供热水流量时，将由驱动源产生的热供应到散热部。

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