JP2005147658A

JP2005147658A - ハイブリッドエネルギーシステム

Info

Publication number: JP2005147658A
Application number: JP2004361264A
Authority: JP
Inventors: Akio Tamura; 顕雄田村; Kunio Shimomura; 邦夫下村
Original assignee: SAPIO KK
Current assignee: SAPIO KK
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】ソーラーシステムとコージェネレーションシステムの各々の機器の関連性を高めて効率良い運転を可能とし、搬送動力の低減をはかって省エネルギー効果を高めるとともにコストダウンをはかることができるハイブリッドエネルギーシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】太陽熱を利用したソーラーシステムと自家用発電機を利用したコージェネレーションシステムをドッキングして負荷に応じてポンプをインバータ制御することにより冷却水と冷温水の流量を可変調整して低負荷時の搬送動力の低減をはかり、かつ、制御盤を１つにまとめることにより、動作表示，トラブル表示，警報等を統一するハイブリッドエネルギーシステムを基本手段としている。
【選択図】図１

Description

本発明はハイブリッドエネルギーシステムに関し、特に従来各々単独で運転されているソーラーシステムとコージェネレーションシステムをドッキングして効率よく運転可能なエネルギーシステムに関するものである。

病院やホテル等では熱エネルギー及び電気エネルギーを大量に消費するが、エネルギー源を確保する設備として、太陽熱を利用したソーラーシステムと自家用発電機を用いたコージェネレーションシステムとがある。図７は従来のソーラーシステム給湯冷暖房フローチャート図であり、主要な構成要素として太陽熱集熱器１，蓄熱槽２，給湯用熱交換器３，貯湯槽４，補助ボイラー５，冷温水発生機６，冷却塔７，暖房用熱交換器８がある。尚、図示は省略するが、上記以外に集熱ポンプ，熱源ポンプ，冷温水ポンプ，冷却水ポンプ及び各機器の駆動をコントロールする自動制御機器，制御盤を備えている。

かかるソーラーシステムによれば、太陽熱集熱器１で集熱されたエネルギーが蓄熱槽２に蓄えられ、給湯用熱交換器３と貯湯槽４を介して給湯９が行われる。補助ボイラー５は必要に応じて稼働される。更に蓄熱槽２に蓄えられた熱により冷温水発生機６と冷却塔７が駆動され、暖房用熱交換器８を介して冷暖房１０が行われる。この時に蓄熱槽２と暖房用熱交換器８間で熱エネルギーの交換が行われる。

図８は従来のコージェネレーションシステム給湯冷暖房フローチャート図であり、自家用発電機１２を中心として廃熱回収用熱交換器１１，吸収式冷凍機１３，冷却塔７及び貯湯槽４と補助ボイラー５を備えている。自家用発電機１２はディーゼルエンジン，ガスエンジン，タービンを動力源として構成されており、自家用発電機１２には廃熱回収装置（熱交換器，廃ガスボイラー）が組み込まれている。また、各機器の駆動をコントロールする系統連系盤，直流電源盤を備えている。

かかるコージェネレーションシステムによれば、自家用発電機１２を稼動することによって発電される電力を優先して建物に供給し、自家用発電機１２に組み込まれた廃熱回収装置で廃熱を回収して熱交換を行って吸収式冷凍機１３に供給し、冷却塔７が駆動されて冷暖房１０が行われ、更に廃熱回収用熱交換器１１と貯湯槽４間で熱交換が行われて補助ボイラー５の駆動の下で給湯９が行われ、各機器間で余分な熱エネルギーが伝達されることによって効率的な給湯９と冷暖房１０が行われるよう工夫されている。

従来のソーラーシステムにおける給湯用の貯湯槽４の加温は、熱回収された蓄熱槽２からの加温と補助ボイラー５による加温が同じレベルで行われることが多く、循環放熱ロスによる貯湯槽４の温度低下時の加温はほとんど補助ボイラー５に頼って加温されることが多いため、大きな省エネ効果が得られていないという課題がある。更に集熱されたエネルギーを蓄熱槽２に蓄熱した後、給湯９や冷暖房１０に利用する２つの熱供給源が蓄熱槽２を介して給湯９と冷暖房１０との２つの需要負荷に対応しているため、急激な温度変化に対処するためのシステム制御が難しく、動作上のトラブルが発生しやすいという難点を有している。

上記ソーラーシステムとコージェネレーションシステムの搬送動力のポンプ類は、負荷の変動に関係なく一定運転しているため、大きな省エネ効果は期待できず、更に大量の給湯出湯時には蓄熱槽２の温度変化幅が大きくなり、ソーラーによる冷房利用時に冷凍機ロックとかソーラーヒートショック等のトラブルが発生し易いという難点がある外、天候が曇り及び雨天時には集熱量が低下して熱効率が低下してしまうという問題点がある。

コージェネレーションシステムにより電力会社と系統連系する場合には、発電機容量より少ない負荷の場合でも相当量の買電の必要があり、発電機の稼働率が悪くなることが多くなるとともに発電機停止時には熱回収できない等の欠点があり、従来のソーラーシステムとコージェネレーションシステムを併用した設備は中小の建築物には適合することができないという難点がある。

一方、図９はソーラーシステムとコージェネレーションシステムを併用した従来例であって、主として蓄熱槽２の集熱回路回り配管図を示している。即ち、太陽熱集熱器１と蓄熱槽２間に集熱ポンプ２ｄを配設し、自家用発電機１２，廃熱回収用熱交換器１１，吸収式冷凍機１３を蓄熱槽２に連接したことにより、蓄熱槽２と自家用発電機１２の両方を併用したシステムが得られている。しかしながらこの例では蓄熱槽２の内部が一槽式であるため、集熱回路（ＳＨ）及び廃熱回収回路（ＭＨ）の往管と復管の温水が槽内で混合し、給湯及び冷暖房の負荷状況により各回路の往管側の温水温度が不安定になるという問題点を有している。

特に従来からソーラーシステムとコージェネレーションシステムは各々独立したシステムとなっており、両システムを採用した際の制御の条件とか搬送動力も全く異なっているため、相互の操作性及びインターロックに関連性がなく、使用時に各種の矛盾が生じて故障等が発生しやすいという課題がある。更に両システムはソーラー制御盤，コージェネ盤，空調盤，動力盤等が別々に必要であるため、システム自体のコストが高くなってしまうという問題点を有している。

そこで本発明は上記の問題点を解決して、ソーラーシステムとコージェレーションシステムをドッキングして負荷に応じてポンプをインバータ制御することにより冷却水と冷温水の流量を可変調整して低負荷時の搬送動力の低減をはかって省エネルギー効果を高め、各々の機器の関連性を高めるとともに制御盤を１つにまとめることにより効率良い運転を可能とし、動作表示、トラブル表示、警報等も統一することによりコストダウンをはかることができるハイブリッドエネルギーシステムを提供することを目的としている。

本発明は上記目的を達成するために、エネルギー源設備として、太陽熱を利用したソーラーシステムと自家用発電機を利用したコージェネレーションシステムをドッキングして負荷に応じてポンプをインバータ制御することにより冷却水と冷温水の流量を可変調整して低負荷時の搬送動力の低減をはかり、かつ、制御盤を１つにまとめることにより、動作表示，トラブル表示，警報等を統一するハイブリッドエネルギーシステムを基本手段としている。

具体的には太陽熱集熱器，蓄熱槽，給湯用熱交換器，貯湯槽，補助ボイラー，廃熱回収用熱交換器，自家用発電機，吸収式冷凍機，冷却塔，暖房用熱交換器及び各機器の駆動をコントロールするために１つにまとめた系統連系盤，直流電源盤を備え、太陽熱集熱器で集熱した熱エネルギーを蓄熱槽に蓄えて、給湯熱源ポンプと給湯ポンプの稼動に伴って給湯用熱交換器と貯湯槽を介して給湯を行い、更に暖房熱源ポンプの稼動によって暖房用熱交換器に熱エネルギーを供給するとともに、吸収式冷凍機と冷却塔を駆動して冷暖房を行い、自家用発電機を稼動することによりキューピクルと分電盤を介して建物に電力が供給され、更に自家用発電機より排出される廃熱を廃熱回収用熱交換器と蓄熱槽間で熱交換を行って余分な熱エネルギーを蓄熱槽に回収して、再度給湯、冷暖房に利用するハイブリッドエネルギーシステムを実現している。

前記蓄熱槽に内部仕切板を設けて高温槽，中間整流槽，低温槽の三槽に区画し、高温槽から低温槽への流入を自動振り分けすることにより、熱の負荷に関係なく各回路の往管側の温水温度を安定させるとともに出湯側である高温槽の出湯温度幅を一定幅以下に保つようにしている。冷却水と冷温水の変流量は、負荷に応じて搬送動力用ポンプをインバータ制御することによって流量を可変調整して低負荷時の搬送動力の低減をはかるとともに、貯湯槽の加温は熱回収された蓄熱槽からの加温を優先回路とし、加温が不足した場合のみに補助ボイラーを稼働するように制御する。

また、自家用発電機に単独運転検出装置を配備して、検出された運転状況により電力会社から供給される電力の調整を行うとともに低負荷時における自家用発電機による単独運転と高効率運転を可能として稼動率と機械効率の向上をはかるようにしたシステムを提供する。

かかるハイブリッドエネルギーシステムによれば、太陽熱集熱器で集熱された熱エネルギーが蓄熱槽に蓄えられ、給湯用熱交換器と貯湯槽を介して給湯が行われるとともに暖房用熱交換器に熱エネルギーが供給され、吸収式冷凍機と冷却塔が駆動されて冷暖房が行われ、同時に自家用発電機を稼働することによってキューピクルと分電盤を介して建物に電力が供給され、更に自家用発電機より排出される廃熱が廃熱回収ポンプの稼働により余分な熱エネルギーとして蓄熱槽に回収される。システム運転時における冷却水と冷温水の変流量は負荷に応じて搬送動力用ポンプをインバータ制御することにより、低負荷時の搬送動力の低減がはかれるとともに貯湯槽の加温は熱回収された蓄熱槽からの加温を優先回路とし、加温が不足した場合のみに補助ボイラーが稼働されて省エネルギー効果が高められる。

蓄熱槽の内部が高温槽，中間整流槽，低温槽の三槽に区画された温度整槽型としたことにより、熱の負荷に関係なく往管側の温水温度が安定し、出湯側である高温槽の出湯温度幅は一定幅以下に保持されて急激な温度変化によるトラブルは防止される。また、各機器の駆動をコントロールするための系統連系盤，直流電源盤等が１つにまとめられているため、設置スペースが縮小され、動作表示、トラブル表示、警報等も統一されて操作性が高められ、インターロックを防止することができる。

本発明では自然エネルギーである太陽熱と自家発電設備より発生する廃熱を熱交換して蓄熱槽に蓄熱し、給湯及び冷暖房に利用することが可能であり、特に２つのシステムをドッキングすることにより、雨天時でも発電機の廃熱を利用して熱回収することができるとともに発電機の停止時でも集熱器より熱回収する等の使用形態を採用することができるので、各システムを単独に設置した場合よりも熱回収効率の幅が広くなるという作用が得られる。

以下図面に基づいて本発明にかかるハイブリッドエネルギーシステムの実施形態を、従来の構成と同一の構成部分に同一の符号を付して説明する。本発明で定義しているハイブリッドエネルギーシステムとは、「ソーラーシステム」＋「コージェネレーションシステム」＋「インバータ制御」を指している。

前記したように病院やホテル等では熱エネルギーと電気エネルギーの両方を大量に消費するが、本発明ではエネルギー源設備として太陽熱を利用したソーラーシステムと、エネルギー総合効率の高いコージェネレーションシステムをドッキングさせ、インバータ制御を加えて搬送動力を低減することにより総合的な省エネルギー設備を実現している。

図１は本発明を適用したハイブリッドエネルギーシステムによる給湯冷暖房フローチャート図であり、先ず主要な構成要素を説明すると、１は太陽熱集熱器，２は蓄熱槽，３は給湯用熱交換器，４は貯湯槽，５は補助ボイラー，１１は廃熱回収用熱交換器，１２は自家用発電機，１３は吸収式冷凍機，７は冷却塔，８は暖房用熱交換器である。自家用発電機１２の動力源はディーゼルエンジン，ガスエンジン，タービンであり、自家用発電機１２には廃熱回収装置（熱交換器，廃ガスボイラー）が組み込まれている。また、各機器の駆動をコントロールするために１つにまとめた系統連系盤，直流電源盤を備えている。

図２は上記のハイブリッドエネルギーシステムをより具体的に示した配管図であり、蓄熱槽２と暖房用熱交換器８との間には暖房熱源ポンプ１４が配備されているとともに蓄熱槽２と給湯用熱交換器３との間には給湯熱源ポンプ１５が配備され、更に蓄熱槽２と廃熱回収用熱交換器１１との間には廃熱回収ポンプ１６が配備されている。２ｄは集熱ポンプ、２１は補助ボイラー５のオイルサービスタンクである。貯湯槽４と給湯用熱交換器３との間には給湯熱源ポンプ１７が配備され、貯湯槽４と補助ボイラー５との間には給湯ポンプ１８が配備されている。１９は冷温水配管（復）、２０は冷温水配管（往）、２２は給湯（往）、２３は給湯（復）を示している。

図３はハイブリッドエネルギーシステムの主として蓄熱槽２の集熱回路回り配管図を示している。蓄熱槽２には内部仕切板を設けて高温槽２ａ，中間整流槽２ｂ，低温槽２ｃの三槽に区画されており、各回路の復管側に温度計２４，２５と三方弁２６，２７を設けて蓄熱槽２の温度制御を行っている。

かかるハイブリッドエネルギーシステムによれば、太陽熱集熱器１で集熱された熱エネルギーが集熱ポンプ２ｄの稼働により蓄熱槽２に蓄えられ、給湯熱源ポンプ１５と給湯ポンプ１８の稼働に伴って給湯用熱交換器３と貯湯槽４を介して給湯（往）２２と給湯（復）２３が行われる。貯湯槽４の加温は熱回収された蓄熱槽２からの加温を優先回路とし、加温が不足した場合のみに補助ボイラー５が稼働される。また、暖房熱源ポンプ１４の稼働によって暖房用熱交換器８に熱エネルギーが供給されるとともに吸収式冷凍機１３と冷却塔７が駆動されて、冷温水配管（復）１９と冷温水配管（往）２０に冷温水が供給されて冷暖房が行われる。また自家用発電機１２が駆動していれば、廃熱回収ポンプ１６の稼働により廃熱回収用熱交換器１１と蓄熱槽２間で熱交換が行われて余分な熱エネルギーが蓄熱槽２に回収され、再度一連の作用により給湯及び冷暖房に利用される。

運転時における冷却水と冷温水の変流量はインバータ制御によりコントロールされる。従来は負荷が少ない時でも冷却水の一定流量運転を行っているが、本システムでは負荷に応じて搬送動力用ポンプをインバータ制御することによって冷却水と冷温水の流量を可変調整することにより、冷温水ポンプや冷却水ポンプ等のように運転時間が長くて出力も大きいポンプの低負荷時の搬送動力の低減をはかっている。更に給湯用の貯湯槽４の配管タッピング位置を変更することにより、貯湯槽４の加温は熱回収された蓄熱槽２からの加温が優先回路となり、加温が不足した場合のみに補助ボイラー５が稼働され、循環放熱ロスによる加温も熱回収による加温となるため省エネルギー効果が高められる。

また、蓄熱槽２の内部が高温槽２ａ，中間整流槽２ｂ，低温槽２ｃの三槽に区画された温度整槽型にしたことにより、高温槽２ａから低温槽２ｃへの流入が自動で振り分けられて熱の負荷に関係なく各回路の往管側の温水温度が安定し、熱利用の出湯側である高温槽２ａの出湯温度幅を一定幅以下に保つことができるとともに急激な温度変化によるトラブルを防ぐことができる。特に従来のように蓄熱槽２が一槽式のケースでは温度条件の異なる給湯及び冷暖房熱源の温度のムラが生じやすく制御が不安定であったが、本実施形態のように中間整流槽２ｂを設けた温度整槽型にすることにより、有効利用熱量の向上と自動制御の安定化をはかることができる。

更に各機器の駆動をコントロールするための系統連系盤，直流電源盤等が１つにまとめられているため、設置スペースの縮小が可能であるとともに動作表示、トラブル表示、警報等も統一し、各々の機器の関連性を保って操作性を高め、インターロックを防止することができる。

以下に本発明にかかるハイブリッドエネルギーシステムを実際の病院に適用した例を説明する。病院の構造はＲＣ造、地上５階建で延床面積は９，１８４．２ｍ^２であり、太陽熱は真空管式集熱器（２．９２ｍ^２／台×９２台＝２６８．６４ｍ^２）の高温高効率型を採用した。蓄熱槽２の保温厚は１００ｍｍ，ＳＵＳ４４４製を用いた。コージェネレーションシステムのジャケット回収熱量は４１８．６ＭＪ／Ｈ、廃ガスボイラーの回収熱量は４３９．５ＭＪ／Ｈ）、自家用発電機１２の発電量は２５５ＫＷとし、総合効率７３．９％である。コージェネレーションシステムはディーゼルエンジン発電機を利用して２５５ＫＷ，熱８５８ＭＪを供給し、商用連系及び単独運転検出装置により、運転効率と稼動率の大幅アップを目指している。

そしてコージェネレーションシステムとソーラーシステムにインバータ制御を組み合わせた一次側エネルギー源設備の高効率省エネルギーシステムを完成し、空調はコージェネレーションシステムによる回収熱と太陽熱エネルギーを利用して暖房に利用するとともに、吸収式冷凍機１３の熱源とし、熱交換して冷房にも利用する。更にコージェネレーションシステムによる回収熱と太陽熱エネルギーにより貯湯槽４を介して給湯にも利用する。特にインバータ制御により冷温水ポンプ２８及び冷却水ポンプ２９等の搬送動力は大幅に低減することが可能となる。

既設の病院等の屋上は空きスペースとなっている所が多いが、建物への荷重負荷の小さい太陽熱集熱器１の設置と、設備スペースの小さいコージェネレーションシステムとは蓄熱槽２や貯湯槽４、その他の各種熱交換器，吸収式冷温水機等の周辺機器に共有点も多く、特に日射条件の良い屋上が空きスペースとなっている既設の病院には最適のシステムであり、エネルギー源の確保に有効である。病院以外の福祉施設及びその他の施設への応用も充分に可能である。

図４はＡで示す本システム導入前のコージェネレーションシステムと、Ｂで示す本発明導入後のハイブリッドエネルギーシステムの施設を比較したブロック図であり、実線は熱の配管系統を示し、破線は電気系統の配線を示している。本発明導入後の施設では普通枠で示す既存設備に加えて二重枠により新設工事を示している。

本システム導入前の一般的なシステムでは、電力会社３０からの電力エネルギーをキューピクル３１と分電盤３２を介して冷却塔７と冷却水ポンプ２９，吸収式冷温水器３４，空冷ヒートポンプチラー３３，冷温水ポンプ２８を働かせて冷暖房１０、１０を行うとともに、補助ボイラー５の作用で給湯９，９を行い、更に分電盤３２から照明３６とその他の動力３７を得ている。これに対して、本発明導入後のハイブリッドエネルギーシステムでは、自家用発電機１２の電力エネルギーを優先して使用し、電力不足時には電力会社３０から買電して照明３６とその他の動力３７を得るとともに、冷却塔７，冷却水ポンプ２９，吸収式冷温水器３４，吸収式冷凍機１３，冷温水ポンプ２８を働かせて発生された熱エネルギーと、太陽熱集熱器１と自家用発電機１２及び廃ガスボイラー３８の作用により蓄熱槽２に蓄えられた熱源エネルギーを暖房用熱交換器８で熱交換された熱エネルギーがヘッダー３９を介して冷暖房１０，１０を行い、又温水ヒーター４０，補助ボイラー５を働かせて発生させた熱エネルギーと、蓄熱槽２に蓄えられた熱源エネルギーを給湯用熱交換器３で熱交換された熱エネルギーが貯湯槽４を介して給湯９，９を行い、更に、冷温水ポンプ２８，冷却水ポンプ２９をインバータ制御することにより、冷温水と冷却水の変流量に対応している。

更に自家用発電機１２の運転は単独運転検出装置４１によって検出され、系統連系４２により電力会社から供給される電力の調整を行っている。通常のコージェネレーションシステムでは電力会社と商用連系をしているが、単独運転検出装置４１を設置したことにより、低負荷時における自家用発電機１２による単独運転と高効率運転を可能にし、自家用発電機１２の稼動率及び機械効率の大幅な向上をはかることができる。

図５，図６は熱媒入口温度特性を示すグラフであり、図５は冷却水の入口温度が３１℃で出口温度が７℃の条件下での熱媒入口温度（℃）と冷凍能力（％）の関係を示し、図６は熱媒入口温度（℃）とＣ.Ｏ.Ｐ（吸収式冷温水機の温水焚一重効用の時の成績係数）の関係を示している。図５において使用温度範囲は７０℃〜９５℃となっている。

一般に自家用発電機１２の熱回収温度は７５℃〜８５℃程度のものが多いが、７５℃〜８５℃の低温水での冷房の場合、Ｃ.Ｏ.Ｐは７５℃で０．５，８５℃では０．６７程度であり、本ハイブリッドシステムでは自家用発電機１２の回収熱に高温集熱効率の高い真空管型太陽熱集熱器による集熱を加えたことにより、冷房時の熱源水は８８℃〜９５℃までが可能となり、Ｃ.Ｏ.Ｐは８８℃で０．７以上となり、Ｃ.Ｏ.Ｐの向上による省エネルギー効果とともに冷凍能力は２５％以上向上していることが確認された。

以上詳細に説明したように、本発明によれば太陽熱集熱器で集熱された熱エネルギーと、自家用発電機を稼動することによって発生する廃熱を熱回収した熱エネルギーを蓄熱槽から給湯用熱交換器と貯湯槽を介して給湯が行われるとともに、暖房用熱交換器とボイラー、冷却塔と吸収式冷凍機を介して冷暖房が行われ、システム運転時における冷却水と冷温水の変流量はインバータ制御されることによって低負荷時の搬送動力の低減をはかることができる。更に、給湯用の貯湯槽の加温は、熱回収された蓄熱槽からの加温と補助ボイラーによる加温が同一のレベルでは行われないため、循環放熱ロスによる貯湯槽の温度低下時の加温を補助ボイラーに頼らずに行うことができるので省エネ効果を高めることができる。

また、蓄熱槽の内部を高温槽，中間整流槽，低温槽の三槽に区画した温度整槽型としたことにより、熱の負荷に関係なく温水温度が安定し、出湯側である高温槽の出湯温度幅を一定幅以下に保持することができて、急激な温度変化が生じることがない。更に集熱されたエネルギーを蓄熱槽に蓄熱させた後、給湯及び冷暖房に利用する２つの熱供給源が２つの需要負荷に対応しているため、急激な温度変化に対処するためのシステム制御が容易で動作上のトラブルを発生する虞がない。

本発明では各機器の駆動をコントロールするための系統連系盤，直流電源盤等が１つにまとめられているため、設置スペースが縮小されるとともに動作表示、トラブル表示、警報等も統一されて操作性が高められ、インターロックを防止することができる。更に２つのシステムをドッキングすることにより、自然エネルギーである太陽熱と自家発電設備より発生する廃熱を給湯及び冷暖房に利用するとともに雨天時でも発電機の廃熱を利用して熱回収することができて、発電機の停止時でも集熱器より熱回収することができるので、各システムを単独に設置した場合よりも熱回収効率の幅を広げることができる。

更に自家用発電機に単独運転検出装置を配備して、この単独運転検出装置により検出された運転状況により電力会社から供給される電力の調整を行うことができるため、発電機容量より少ない負荷の場合には買電の必要性がなく、自家用発電機による単独運転と高効率運転を可能として稼動率と機械効率を向上させて、大病院のみならず中小の建築物にも適合させることができる。

従って本発明によれば、ソーラーシステムとコージェレーションシステムをドッキングして、太陽熱の熱エネルギーを蓄熱槽に蓄えるとともに給湯熱源ポンプと給湯ポンプの稼働により給湯を行い、更に暖房用熱交換器に熱エネルギーを供給して吸収式冷凍機と冷却塔の駆動により冷暖房を行い、自家用発電機より排出される廃熱を廃熱回収用熱交換器と蓄熱槽間で熱交換を行って余分な熱エネルギーを蓄熱槽に回収するとともに、運転時における冷却水と冷温水の変流量は、負荷に応じて搬送動力用ポンプをインバータ制御することによって流量を可変調整して低負荷時の搬送動力の低減がはかれ、加温が不足した場合のみに補助ボイラーを稼働するようにしたことによって各々の機器の関連性を高めて効率良い運転を可能とし、動作表示、トラブル表示、警報等も統一してコストダウンを実現したハイブリッドエネルギーシステムを提供することができる。

本発明を適用したハイブリッドエネルギーシステムによる給湯冷暖房フローチャート図。本発明にかかるシステムをより具体的に示した配管図。本システムの蓄熱槽の集熱回路回り配管図。本システム導入前の一般的なシステム（給湯・冷暖房・電気設備）と、本発明導入後のハイブリッドエネルギーシステムの施設を比較したブロック図。冷却水の熱媒入口温度（℃）と冷凍能力（％）の関係を示すグラフ。冷却水の熱媒入口温度（℃）とＣ.Ｏ.Ｐの関係を示すグラフ。従来のソーラーシステム給湯冷暖房フローチャート図。従来のコージェネレーションシステム給湯冷暖房フローチャート図。ソーラーシステムとコージェネレーションシステムを併用した従来例における蓄熱槽の集熱回路回り配管図。

符号の説明

１…太陽熱集熱器
２…蓄熱槽
２ａ…高温槽
２ｂ…中間整流槽
２ｃ…低温槽
２ｄ…集熱ポンプ
３…給湯用熱交換器
４…貯湯槽
５…補助ボイラー
６…冷温水発生機
７…冷却塔
８…暖房用熱交換器
９…給湯
１０…冷暖房
１１…廃熱回収用熱交換器
１２…自家用発電機
１３…吸収式冷凍機
１４…暖房熱源ポンプ
１５…給湯熱源ポンプ
１６…廃熱回収ポンプ
１７…給湯熱源ポンプ
１８…給湯ポンプ
１９…冷温水配管（復）
２０…冷温水配管（往）
２１…オイルサービスタンク
２２…給湯（往）
２３…給湯（復）
２４，２５…温度計
２６，２７…三方弁
２８…冷温水ポンプ
２９…冷却水ポンプ
３０…電力会社
３１…キューピクル
３２…分電盤
３３…空冷ヒートポンプチラー
３４…吸収式冷温水器
３５…オイルタンク
３６…照明
３７…その他の動力
３８…廃ガスボイラー
３９…ヘッダー
４０…温水ヒーター
４１…単独運転検出装置
４２…系統連系

Claims

エネルギー源設備として、太陽熱を利用したソーラーシステムと自家用発電機を利用したコージェネレーションシステムをドッキングして負荷に応じてポンプをインバータ制御することにより冷却水と冷温水の流量を可変調整して低負荷時の搬送動力の低減をはかり、かつ、制御盤を１つにまとめることにより、動作表示，トラブル表示，警報等を統一することを特徴とするハイブリッドエネルギーシステム。
太陽熱集熱器，蓄熱槽，給湯用熱交換器，貯湯槽，補助ボイラー，廃熱回収用熱交換器，自家用発電機，吸収式冷凍機，冷却塔，暖房用熱交換器及び各機器の駆動をコントロールするために１つにまとめた系統連系盤，直流電源盤を備え、太陽熱集熱器で集熱した熱エネルギーを蓄熱槽に蓄えて、給湯熱源ポンプと給湯ポンプの稼動に伴って給湯用熱交換器と貯湯槽を介して給湯を行い、更に暖房熱源ポンプの稼動によって暖房用熱交換器に熱エネルギーを供給するとともに、吸収式冷凍機と冷却塔を駆動して冷暖房を行い、自家用発電機を稼動することによりキューピクルと分電盤を介して建物に電力が供給され、更に自家用発電機より排出される廃熱を廃熱回収用熱交換器と蓄熱槽間で熱交換を行って余分な熱エネルギーを蓄熱槽に回収して、再度給湯、冷暖房に利用することを特徴とするハイブリッドエネルギーシステム。
前記蓄熱槽に内部仕切板を設けて高温槽，中間整流槽，低温槽の三槽に区画し、高温槽から低温槽への流入を自動振り分けすることにより、熱の負荷に関係なく各回路の往管側の温水温度を安定させるとともに出湯側である高温槽の出湯温度幅を一定幅以下に保つようにした請求項２に記載のハイブリッドエネルギーシステム。
冷却水と冷温水の変流量は、負荷に応じて搬送動力用ポンプをインバータ制御することによって流量を可変調整して低負荷時の搬送動力の低減をはかるとともに、貯湯槽の加温は熱回収された蓄熱槽からの加温を優先回路とし、加温が不足した場合のみに補助ボイラーを稼働するようにした請求項３に記載のハイブリッドエネルギーシステム。
自家用発電機に単独運転検出装置を配備して、検出された運転状況により電力会社から供給される電力の調整を行うとともに低負荷時における自家用発電機による単独運転と高効率運転を可能として稼動率と機械効率の向上をはかるようにした請求項２，３又は４に記載のハイブリッドエネルギーシステム。