JP2001153459A

JP2001153459A - 電力・温水供給装置

Info

Publication number: JP2001153459A
Application number: JP33740799A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yokomizo; 修横溝; Kuniyoshi Tsubouchi; 邦良坪内; Hiroshi Arita; 浩有田; Yasuaki Akatsu; 康昭赤津; Satoshi Momo; 聡百々; Yoshio Nakagawa; 良男中川; Akira Shinozaki; 明篠崎
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】発電設備の廃熱により作られた温水を蓄える
貯湯ユニットを有する電力・温水供給装置に、追焚機能
を備える。【解決手段】発電設備（９、１０）と、該発電設備の
廃熱を回収して温水を作る熱交換機（１４）と、作られ
た温水を蓄える貯湯ユニット（２）とを有する電力・温
水供給装置において、温水供給管（２０）を介して貯湯
ユニットから温水供給先（３）に供給された温水または
水を吸込み管（６）を介して吸込み、その温度を上げて
吐出管（５）から該温水供給先（３）又は他の温水供給
先に戻す追焚設備を備える。該追焚設備は、吸込まれた
温水を少なくとも回収された発電設備の廃熱により加熱
する伝熱管（２３）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家屋、集合住宅の
各区画、その他施設等に自家発電電力を供給するととも
に発電に伴って生じる排熱をこれら家屋、店舗、集合住
宅の各区画、ビルディング内区画、施設等で利用するこ
とを可能にする電力・温水供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関等を用いた自家発電による電力
と回収された廃熱とを供給する、いわゆるコジェネレー
ション設備としてはこれまでに多数の例がある。たとえ
ばクリーンエネルギーVol.6 No.12 (1997年日本工業出
版)ページ１―３６に示されているように、コジェネレ
ーション設備は、電力及び、熱源としての燃料を別個に
購入する場合に比べエネルギー利用率が高く、かつ電力
料金と燃料費を合わせたエネルギー費用を節約できると
いう利点があり、今後も多数の施設で導入が見込まれて
いる。但し、これらは電力需要が100kW以上、熱需要も
数10万kcal/h以上という大規模施設におけるような、電
力負荷及び熱負荷ともに比較的安定している施設を対象
としている。一例としてクリーンエネルギーVol.6 No.1
2 (1997年日本工業出版)ページ３に、そのような負荷の
一日の負荷変動が示されているが、最大負荷と平均との
比は高々２程度である。また昼間だけで見ればもっと変
動は小さく、夜間は発電を停止し、昼間は定格出力に近
い出力で運転する事ができる。また、変動分は電力会社
の系統からの購入で吸収している例が多い。熱の需要に
ついても発電の需要と時間帯が一致しており、発電の排
熱を高効率で利用できる。このため蓄電や蓄熱といった
蓄エネルギー設備は必ずしも必要とされない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、家庭等の小規模
な施設では図２にその例を示すように電力負荷の変動が
激しく、最大負荷と平均負荷との比は３から４、あるい
はそれ以上になる。これに自家発電設備の出力変動のみ
で対応しようとすると平均的には定格（最大）出力の１
／３以下で発電設備を運転しなくてはならない。通常の
家庭で使う電灯電力の契約は100ボルトで20〜50アンペ
ア、最大でも60アンペアである。たとえば40アンペアの
契約をしている家庭では最大約４kWまでの電力を使える
が、通常はその１/５以下、多くの場合0.1〜１キロワッ
トの需要であることが多い。内燃機関等はある程度以下
の低出力では運転できず、停止して、外部電源や蓄電設
備に蓄えた電力によって負荷に対応することも必要とな
り、この場合、排熱が利用できなくなる。一方、熱の需
要は食事時、あるいは夕方にピークとなるが、これは電
力需要のピーク、即ち発電の排熱の発生量のピークとは
一致しない。

【０００４】このため、特開平10-197059号に示されて
いるように貯湯槽を設け発電の排熱によって作った温水
を貯めておいて利用する構成が記載されている。しか
し、この構成は、例えば、一度、風呂などの給湯先に供
給した温水を昇温するいわゆる追焚機能を有していな
い。何故なら一旦供給された温水は汚れている可能性が
あり、従って昇温のため貯湯槽に戻すことはできないか
らである。

【０００５】本発明は、発電設備の廃熱により作られた
温水を蓄える貯湯ユニットを有する電力・温水供給装置
に、追焚機能を備えることを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題は以下の手段に
より解決される。即ち、内燃機関で駆動される発電設備
と、該内燃機関の廃熱を回収して温水を作る廃熱回収設
備と、作られた温水を蓄える貯湯ユニットと、該貯湯ユ
ニットから各温水供給先に温水を送出する温水送出管
と、少なくともひとつの温水供給先からの温水または常
温水を受け入れる戻り温水管と、該戻り温水管から受け
入れた温水または常温水を加熱する追焚設備とを備え、
該追焚設備は、前記内燃機関の廃熱と前記貯湯ユニット
内の熱の少なくとも一方を加熱源とすることを特徴とす
る電力・温水供給装置である。

【０００７】上記構成によれば、例えば、貯湯ユニット
から温水供給先に供給された温水、または該供給先内で
常温となった水は貯湯ユニットに接続する管とは別の管
で吸いこまれ、内燃機関の廃熱及び／又は貯湯ユニット
内の温水の熱により加熱され戻されるので、貯湯ユニッ
ト内の温水を汚すことがなく、例えば風呂に追焚機能を
持たせることができる。

【０００８】追焚設備から供給される温水を発電設備に
電気的に接続された第１の電気ヒータにより加熱する手
段及び／又は貯湯ユニットから供給される温水を発電設
備に電気的に接続された第２の電気ヒータにより加熱す
る手段を備えてもよい。こうすることにより、廃熱が不
足するときも、温水を十分に昇温して供給することがで
きる。

【０００９】追焚設備から供給される温水の温度に応じ
て内燃機関の出力及び第１の電気ヒーターの出力を調整
する第１の制御装置、及び／又は貯湯ユニットから供給
される温水の温度に応じて前記内燃機関の出力及び第２
の電気ヒーターの出力を調整する第２の制御装置を備え
てもよい。

【００１０】こうすることにより、供給される温水の温
度が目標温度に達しないときは、内燃機関の出力を上げ
ることにより廃熱と電気出力とを増大させ、加熱能力を
増大させることにより温水の温度を常に目標温度に保つ
ことができる。

【００１１】追焚設備からの温水を複数の異なる温水供
給先に切り替えて供給する切り替え弁を備えてもよい。
これにより、例えば浴槽から吸込んだ温水または水を加
熱して、シャワーや洗濯機に供給することができる。

【００１２】追焚設備からの温水が供給される温水供給
先を検出する手段と温水供給先毎に温水温度を設定する
手段とを設け、第１の制御装置は、検出された温水供給
先の設定温度に基づき内燃機関の出力及び第１の電気ヒ
ーターの出力を調整することが好ましい。

【００１３】こうすることにより、例えば浴槽から吸込
んだ温水を、シャワーや洗濯機に、それぞれ異なる温度
で供給することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る電力・温水供給装置
の全体構成を図３に示す。発電・熱回収ユニット１は燃
料タンク８からの燃料で発電し、電線７を介して負荷に
給電するとともに、発電の排熱を回収して水道水を約80
℃に加熱し、貯湯ユニット２に蓄える。貯湯ユニット２
に蓄えられた温水は給湯配管４を介して需要先に供給さ
れる。一旦、供給先３に供給された温水を追焚吸込み管
６から吸込み、再加熱して追焚吐出管５から供給先３に
戻すことができる。温水の供給先は浴槽、温水プール、
ビニールハウス暖房用タンク等とすることができる。

【００１５】図１に本発明の一実施形態の温水供給系の
構成を示す。内燃機関９により発電機１０が駆動され、
発生した電力は負荷１１に送られる。発電機１０は負荷
の変動に応じて出力を調節するように制御される。ただ
し、負荷の変動が著しく大きく、内燃機関９が変動に追
従できない場合には、別途蓄電装置を設けその放出電力
によって短時間の負荷変動に対応するようにしてもよ
い。また、発生した電力を変換器を介して送配電系統と
結び、急激な負荷変動は送配電系統からの電力でまかな
う、いわゆる系統連携も可能であり、本発明はいずれの
場合にも適応可能である。

【００１６】内燃機関９の排ガス１３は熱交換器１４を
通過し、排気管２６から排出される。熱交換器１４には
追焚バーナ１２、伝熱管１５および伝熱管２３が設置さ
れている。このように追焚バーナ１２を熱交換器１４に
設置すれば、伝熱管１５及び２３を追焚バーナ用の伝熱
管としても使用でき、装置が簡素化できる。伝熱管１５
と貯湯ユニット２内に設置された伝熱管１８は配管で接
続され、その内部は熱回収媒体１６で満たされ、循環ポ
ンプ１７によって循環するようになっている。熱回収媒
体１６としては凍結防止剤、腐食防止剤等を含む水など
が考えられる。なお、内燃機関９としてレシプロ式の内
燃機関のように構造体そのものを冷却する必要がある場
合には伝熱管１５及び２３は内燃機関９の構造体からも
熱を回収することができる。

【００１７】貯湯ユニット２には水道等から水を供給す
る給水管１９と温水を外部に供給する給湯配管４が接続
されている。また貯湯ユニット２内には伝熱管１８の他
に温度計２７が設置されている。供給先３には貯湯ユニ
ット２からの温水供給管２０が接続されている。また供
給先３からは追焚吸込み管６を通り、追焚ポンプ２１、
伝熱管２３を通り追焚吐出管５に至る配管が設置されて
いる。

【００１８】内燃機関９が稼動しており、貯湯ユニット
２内の水温が所定の温度、たとえば７５℃より低いとき
は循環ポンプ１７を動かし、排熱を熱交換器１４内の伝
熱管１５内の熱回収媒体１６に回収し、伝熱管１８で貯
湯ユニット２内の温水を加熱する。貯湯ユニット２内の
水温が所定の値、たとえば８０℃を超えた場合は循環ポ
ンプ１７を停止する。これにより貯湯ユニット２内の温
水温度を概ね８０℃前後に保つことができる。

【００１９】給湯配管４、あるいは温水供給管２０から
温水が需要先に供給されると給水管１９から低温の水が
貯湯ユニット２に供給され、水温が下がる。これによ
り、循環ポンプ17が起動される。貯湯ユニット２内の温
水の加熱中、自然対流により高温水は上昇し、低温水は
下降するので伝熱管１８はなるべく低い位置に設け、給
湯配管４や温水供給管２０の出口はなるべく高い位置に
設けることが好ましい。また、給水管１９を貯湯ユニッ
ト２の最下部に接続し、温度計２７も下部に設置すれ
ば、低温の水が貯湯ユニットに入った時にも給湯配管４
や温水供給管２０から供給される温水の温度を下げるこ
となく外部に供給でき、かつ速やかに加熱を開始するこ
とができる。

【００２０】貯湯ユニット２内の温水は必要に応じ給湯
配管４を通って供給先３やその他必要な個所に供給され
る。供給先３等に一旦供給された温水の温度が低下し、
追焚をする場合は、内燃機関９が稼動していれば追焚ポ
ンプ２１を動かすことによって、伝熱管２３で排熱を回
収する。内燃機関９が動いていない、あるいは低出力で
あり、温度計２８で計測され温水温度を設定値に保つこ
とができない場合には追焚バーナ１２を点火し、熱を追
加することができる。

【００２１】ただし、追焚バーナ１２を使った追焚では
発電に必要な燃料以外の燃料を消費することになる。給
湯と追焚によって供給した１日分の全熱量が、一日分の
電気負荷に対応した発電の排熱の総量よりも小さい場
合、熱は総量としては余っており、余分の燃料を追焚に
使ったことになる。この余分の燃料を削減するための実
施形態を図４に示す。図４の構成は、追焚ポンプ２１か
ら出た配管が貯湯ユニット２内に設置された伝熱管２２
につながり、伝熱管２２を出た水が伝熱管２３を通って
追焚吐出管５に流れるようになっている点で図１の構成
と異なる。

【００２２】風呂の追焚をするときは追焚ポンプ２１を
動かし、追焚吸込み管６より風呂の水を吸込む。吸込ま
れた水の温度は、浴槽内の水であるため高々５０℃であ
り、追焚を必要とする場合は更に低く通常４０℃前後で
ある。これに対し、貯湯ユニット2内の水は概ね８０℃
に維持されているため、吸込まれた水は伝熱管２２で周
囲の温水から熱を吸収する。これにより追焚バーナ１２
による加熱量を低減でき、燃料の節約ができる。

【００２３】図５は、内燃機関９の排熱が不足している
場合に、追焚バーナを使うことなく温水温度を上げるこ
とを可能にする実施形態の構成を示す。図５の構成は、
追焚バーナ１２がなく、代わりに伝熱管２３と供給先３
の間の配管内には電気ヒータ２４が設置されている点で
図４の構成と異なる。電気ヒータ２４は制御装置２５を
介して発電機１０に接続されている。廃熱が不足してい
る場合には、内燃機関９の出力を上げてその廃熱を増加
させるとともに発電出力増加分だけ電気ヒータ２４を発
熱させ、加熱量を追加する。このような構成により追焚
専用のバーナを設置することなく内燃機関の廃熱不足を
補うことができる。

【００２４】図６に本発明の更に別の実施形態の構成を
示す。この構成では、給湯配管４にも電気ヒータ２９、
温度計３０を設置し、給湯温度が所定の温度より低い場
合には制御装置３１により電気ヒータ２９を制御して給
湯温度を上げる。上記構成と同様、内燃機関９の出力を
上げることにより、電気ヒータ２９の消費電力の増加を
まかなう。これにより、温水の消費量が多く、貯湯ユニ
ット２内の水温を設定値に維持できない場合にも、専用
のバーナを設けることなく、給湯温度を高めることがで
きる。

【００２５】図７に、給湯配管４や追焚配管に電気ヒー
タを設置する代わりに内燃機関９の排ガス出口に電気ヒ
ータ２４'を設けた更に別の構成を示す。図５、６の構
成と比較すると、電気ヒータの熱は一旦排ガスに与えら
れてから、伝熱管１５や２３を介して回収されるため、
熱回収効率は若干悪くなる可能性はあるが、構造が単純
になるという利点がある。

【００２６】図８は追焚配管を分岐させる切り替え弁３
２を設け、追焚ポンプ２１から送られる温水を供給先に
戻さず、他へ供給できるようにした構成を示す。これに
より専用のポンプを設置することなく、たとえば浴槽の
温水をシャワーとして使うことができエネルギーの節約
につながる。あるいはさめた水を洗濯機等に供給するこ
とができ、水資源の節約にも有効である。ただし、追焚
の場合とシャワー、あるいは洗濯機への供給ではそれぞ
れ望ましい温度が違う。したがって、切り替え弁は２方
向だけではなく、３方向、あるいはそれ以上の方向に切
り替えることが好ましい。また、供給水の温度設定は供
給先別に設定できるようにし、切り替え弁３２の動作に
連動して供給温度制御の設定も切り替わるようにするこ
とが望ましい。

【００２７】以上説明した各実施形態は、従来の技術の
説明でも述べたように、家庭での負荷変動が非常に大き
く、また追焚のニーズも大きいことから、住居内の浴槽
を供給先とした場合に特に大きい効果が得られる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、発電設備の廃熱により
作られた温水を蓄える貯湯ユニットを有する電力・温水
供給装置において、追焚機能が実現され、水資源および
エネルギーを節約することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電力・温水供給装置の実施形態の温水
供給系の構成図である。

【図２】電力負荷変動の一例を示す図である。

【図３】本発明の電力・温水供給装置の全体構成図であ
る。

【図４】本発明の電力・温水供給装置の他の実施形態の
温水供給系の構成図である。

【図５】本発明の電力・温水供給装置の他の実施形態の
温水供給系の構成図である。

【図６】本発明の電力・温水供給装置の他の実施形態の
温水供給系の構成図である。

【図７】本発明の電力・温水供給装置の他の実施形態の
温水供給系の構成図である。

【図８】本発明の電力・温水供給装置の他の実施形態の
温水供給系の構成図である。

【符号の説明】

１発電・熱回収ユニット２貯湯ユニット３供給先４給湯配管５追焚吐出管６追焚吸込み管７電線８燃料タンク９内燃機関１０発電機１１負荷１２追焚バーナ１３排ガス１４排熱回収熱交換器１５伝熱管１６熱回収媒体１７循環ポンプ１８伝熱管１９給水管２０温水供給管２１追焚ポンプ２２伝熱管２３伝熱管２４電気ヒータ２５制御装置２６排気管２７、２８温度計２９電気ヒータ３０温度計３１制御装置３２切り替え弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坪内邦良茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者有田浩茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者赤津康昭茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者百々聡茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者中川良男東京都板橋区板橋三丁目９番７号日立化成工業株式会社内 (72)発明者篠崎明茨城県下館市大字下江連1250番地日立化成工業株式会社内Ｆターム(参考） 3L025 AA37

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関で駆動される発電設備と、該内
燃機関の廃熱を回収して温水を作る廃熱回収設備と、作
られた温水を蓄える貯湯ユニットと、該貯湯ユニットか
ら各温水供給先に温水を送出する温水送出管と、少なく
ともひとつの温水供給先からの温水または水を受け入れ
る戻り温水管と、該戻り温水管から受け入れた温水また
は水を加熱する追焚設備とを備え、該追焚設備は、前記
内燃機関の廃熱と前記貯湯ユニット内の熱の少なくとも
一方を加熱源とすることを特徴とする電力・温水供給装
置。
【請求項２】請求項１において、前記追焚設備から供
給される温水を前記発電設備に電気的に接続された第１
の電気ヒータにより加熱する手段と、前記貯湯ユニット
から供給される温水を前記発電設備に電気的に接続され
た第２の電気ヒータにより加熱する手段の少なくとも一
方を有することを特徴とする電気・温水供給装置。
【請求項３】請求項２において、前記追焚設備から供
給される温水の温度に応じて前記内燃機関の出力及び前
記第１の電気ヒーターの出力を調整する第１の制御装置
と、前記貯湯ユニットから供給される温水の温度に応じ
て前記内燃機関の出力及び前記第２の電気ヒーターの出
力を調整する第２の制御装置の少なくとも一方を備える
ことを特徴とする電力・温水供給装置。
【請求項４】請求項１において、追焚設備からの温水
を複数の異なる温水供給先に切り替えて供給する切り替
え弁を備えたことを特徴とする電気・温水供給装置。
【請求項５】請求項３において、追焚設備からの温水
を複数の異なる温水供給先に切り替えて供給する切り替
え弁と、追焚設備からの温水が供給される温水供給先を
検出する手段と、温水供給先毎に温水温度を設定する手
段とを備え、前記第１の制御装置は、検出された温水供
給先の設定温度に基づき前記内燃機関の出力及び前記第
１の電気ヒーターの出力を調整することを特徴とする電
気・温水供給装置。