JP2007187027A - Cogeneration system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コージェネレーションシステムに関する。 The present invention relates to a cogeneration system.
近年、地球環境問題が大きくクローズアップされており、限りある資源やエネルギーを有効活用するための様々な技術が開発されている。
中でも、発電時に生ずる排熱を回収して有効利用を図るコージェネレーションシステムが注目されている(例えば特許文献1参照)。
In particular, a cogeneration system that collects exhaust heat generated during power generation and effectively uses the heat is drawing attention (see, for example, Patent Document 1).
コージェネレーションシステムでは、発電機から発生する熱や、発電機を駆動する原動機から発生する熱は、熱交換器によって回収され、ボイラや冷温水器等の熱利用装置によって有効利用される。このため70%前後の高いエネルギー効率を実現している。しかし、回収しきれない熱は最終的には空気中に放出されることになる。 In the cogeneration system, the heat generated from the generator and the heat generated from the prime mover driving the generator are collected by a heat exchanger, and are effectively utilized by a heat utilization device such as a boiler or a chiller / heater. For this reason, high energy efficiency of about 70% is realized. However, the heat that cannot be recovered is eventually released into the air.
コージェネレーションシステムは、発電機や原動機、制御機器等の各種発熱体がエンクロージャと呼ばれる収容ボックス内に収容されて構成される。そのため、エンクロージャ内部の温度は、上記回収しきれない熱によって上昇することになる。そのため、エンクロージャの内部の空気を適度に換気し冷却することが必要になる。 The cogeneration system is configured by housing various heating elements such as a generator, a prime mover, and a control device in a housing box called an enclosure. Therefore, the temperature inside the enclosure rises due to the heat that cannot be recovered. Therefore, it is necessary to properly ventilate and cool the air inside the enclosure.
ここで、エンクロージャ内部の温度は、原動機や発電機の出力や外気温度等に影響を受ける。例えば真夏の炎天下において原動機や発電機を最大出力で運転した場合には、エンクロージャの内部はかなりの高温になる。この場合、エンクロージャ内部の機器に定められた許容温度を超えてしまうことも考えられる。 Here, the temperature inside the enclosure is influenced by the output of the prime mover and the generator, the outside air temperature, and the like. For example, when a prime mover or a generator is operated at maximum output under hot summer heat, the inside of the enclosure becomes quite hot. In this case, it is conceivable that the allowable temperature set for the equipment inside the enclosure may be exceeded.
そのためこれまでのコージェネレーションシステムでは、あらかじめ把握したエンクロージャ内部の温度維持レベルや想定最高気温、原動機からの最大放熱量、発電機からの最大放熱量を基に算出される必要最大空気量を、電動機に取り付けた換気ファンを常時稼動させることで取り込み、エンクロージャ内部の機器の使用許容温度制限を守るようにしていた。 For this reason, conventional cogeneration systems use the maximum required air volume calculated based on the temperature maintenance level and estimated maximum temperature inside the enclosure, the maximum heat dissipation from the prime mover, and the maximum heat dissipation from the generator. It was taken in by always operating the ventilation fan attached to the to keep the allowable temperature limit of the equipment inside the enclosure.
しかしながら、外気温度は高い日もあれば低い日もあり、また原動機や発電機は常に最大出力で運転しているわけではない。このためエンクロージャ内部は過剰に換気がなされていることが多く、コージェネレーションシステムにおけるエネルギー効率の向上を妨げる要因となっていた。 However, the outside air temperature may be high or low, and the prime mover or generator is not always operated at the maximum output. For this reason, the inside of the enclosure is often excessively ventilated, which is a factor that hinders the improvement of energy efficiency in the cogeneration system.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、最適な冷却制御を行うコージェネレーションシステムを提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has as its main object to provide a cogeneration system that performs optimum cooling control.
上記課題を解決するために、本発明は、吸気口及び排気口を有する収容ボックス内に、原動機と、前記原動機により駆動される発電機と、前記原動機からの熱を吸収する冷媒の循環路上に設けられる放熱器と、前記放熱器を冷却するファンと、前記循環路上において前記原動機から前記放熱器へ冷媒が流れる位置に設けられ、前記原動機から冷媒が吸収した熱を熱利用装置に供給する熱交換器と、が収容され、前記ファンによって前記吸気口から外気が取り入れられ、前記排気口から排出されることにより、前記収容ボックス内部の換気が行われることを特徴とするコージェネレーションシステムに関する。
このような態様により、収容ボックス(以下、エンクロージャとも記す)内部の換気を、放熱器を冷却するファン(以下、ラジエータファンとも記す)によって行うことができるようになるため、最適な冷却制御を行うことが可能となる。また、従来換気用に用いていた換気用ファンを不要とすることができるため、換気ファンのコストの削減が可能となる。さらに換気ファンを駆動するための動力も不要とすることができるため、エネルギー効率を向上させることも可能となる。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a motor box, a generator driven by the motor, and a refrigerant circulation path that absorbs heat from the motor in a storage box having an intake port and an exhaust port. A heat radiator that is provided, a fan that cools the radiator, and heat that is provided at a position where the refrigerant flows from the prime mover to the radiator on the circulation path and that supplies heat absorbed by the refrigerant from the prime mover to a heat utilization device The present invention relates to a cogeneration system in which ventilation is performed inside the storage box by storing outside air through the intake port and exhausting the air from the exhaust port by the fan.
According to such an embodiment, since the inside of the storage box (hereinafter also referred to as an enclosure) can be ventilated by a fan (hereinafter also referred to as a radiator fan) that cools the radiator, optimal cooling control is performed. It becomes possible. Moreover, since the ventilation fan conventionally used for ventilation can be made unnecessary, the cost of the ventilation fan can be reduced. In addition, since power for driving the ventilation fan can be eliminated, energy efficiency can be improved.
また前記コージェネレーションシステムは、前記ファンを駆動する交流電力を出力するインバータと、前記インバータから出力される交流電力の周波数を制御することによって、前記ファンの回転速度を制御するインバータ制御装置と、を備えるようにすることもできる。
このような態様によって、ラジエータファンの回転速度を自由に制御することが可能となる。このため、外気温度や原動機、発電機からの放熱量等に応じて、風量を任意に調節できるため、エンクロージャ内部の無駄な冷却を防ぎ、総合熱効率を向上させることが可能となる。また、ファンを駆動するための動力も必要量に抑制できるため、上記総合熱効率を向上させることが可能となる。
The cogeneration system includes: an inverter that outputs AC power that drives the fan; and an inverter control device that controls the rotational speed of the fan by controlling the frequency of AC power output from the inverter. It can also be provided.
By such an aspect, it becomes possible to freely control the rotational speed of the radiator fan. For this reason, since the air volume can be arbitrarily adjusted according to the outside air temperature, the prime mover, the amount of heat released from the generator, etc., it is possible to prevent wasteful cooling inside the enclosure and improve the overall thermal efficiency. In addition, since the power for driving the fan can be suppressed to a necessary amount, it is possible to improve the total thermal efficiency.
また前記インバータ制御装置は、単位時間に前記原動機から空気中へ放出される熱量を示す値と、単位時間に前記発電機から空気中へ放出される熱量を示す値との和を、単位量の空気に吸収させる熱量を示す値で割って得られる値に基づいて、前記ファンの回転速度を制御するようにすることもできる。
このような態様によって、原動機や発電機からの熱を吸収したエンクロージャ内部の空気を排出するために単位時間当たりに必要な空気の量を算出し、その値に基づいてラジエータファンの回転速度を制御することができる。このため、換気される空気の量を最適に制御することが可能となる。
Further, the inverter control device calculates a sum of a value indicating the amount of heat released from the prime mover into the air per unit time and a value indicating the amount of heat released from the generator into the air per unit time. The rotational speed of the fan may be controlled based on a value obtained by dividing by a value indicating the amount of heat absorbed by air.
In this manner, the amount of air required per unit time to discharge the air inside the enclosure that has absorbed heat from the prime mover and generator is calculated, and the rotation speed of the radiator fan is controlled based on that value. can do. For this reason, it becomes possible to optimally control the amount of air to be ventilated.
ここで、単位量の空気に吸収させる熱量を示す前記値は、前記収容ボックス内部の空気の許容温度と前記吸気口から取り入れられる外気の温度との差を示す値に基づいて算出されるようにすることもできる。
このような態様によって、エンクロージャの内外の温度差に応じた必要空気量を算出することが可能となる。そしてこのようにして算出された空気の量に基づいて換気を行うことにより、エンクロージャ内部の温度を一定に保つように制御することが可能となる。
Here, the value indicating the amount of heat absorbed by the unit amount of air is calculated based on a value indicating a difference between the allowable temperature of the air inside the storage box and the temperature of the outside air taken from the intake port. You can also
With such an aspect, it is possible to calculate the required air amount according to the temperature difference between the inside and outside of the enclosure. By performing ventilation based on the amount of air thus calculated, it is possible to control the temperature inside the enclosure to be kept constant.
また上記コージェネレーションシステムは、前記循環路上において前記熱交換器と前記放熱器との間に設けられ、前記熱交換器から冷媒が流入する第1のポートと、前記放熱器へ冷媒が流出する第2のポートと、前記放熱器の迂回路へ冷媒が流出する第3のポートと、を有する調節弁と、前記調節弁の前記第2のポートから流出する冷媒の量と前記第3のポートから流出する冷媒の量との比率を制御する調節弁制御装置と、を備えるようにすることもできる。
このような態様により、放熱器に流入する冷媒の量を自由に制御することが可能となるため、原動機の性能や耐久性に応じた最適な冷媒の冷却を行うことが可能となる。またこれにより最適な冷却制御を行うことが可能となる。
The cogeneration system is provided between the heat exchanger and the radiator on the circulation path, and includes a first port through which refrigerant flows from the heat exchanger, and first refrigerant from which the refrigerant flows out to the radiator. A control valve having a second port and a third port through which refrigerant flows out to the bypass of the radiator, an amount of refrigerant flowing out from the second port of the control valve, and the third port It is also possible to provide a control valve control device that controls the ratio to the amount of refrigerant flowing out.
Such an aspect makes it possible to freely control the amount of refrigerant flowing into the radiator, so that it is possible to cool the refrigerant optimally according to the performance and durability of the prime mover. This also makes it possible to perform optimal cooling control.
また前記調節弁制御装置は、前記原動機から冷媒に放出される熱量を示す値を、単位量の冷媒に吸収させる熱量を示す値で割って得られる値に基づいて、前記比率を制御するようにすることもできる。
このような態様によって、原動機から冷媒が吸収した熱を冷却するために必要な単位時間当たりの冷媒の量を算出し、その値に基づいて放熱器へ流れる冷媒の量を制御することができる。このため冷媒の冷却を最適に制御することが可能となる。
Further, the control valve control device controls the ratio based on a value obtained by dividing a value indicating the amount of heat released from the prime mover into the refrigerant by a value indicating the amount of heat absorbed by the unit amount of refrigerant. You can also
According to such an aspect, it is possible to calculate the amount of refrigerant per unit time necessary for cooling the heat absorbed by the refrigerant from the prime mover, and to control the amount of refrigerant flowing to the radiator based on the value. Therefore, it is possible to optimally control the cooling of the refrigerant.
また、単位量の冷媒に吸収させる熱量を示す前記値は、前記放熱器に流入する冷媒の温度と前記放熱器から流出する冷媒の温度との差を示す値に基づいて算出されるようにすることもできる。
このような態様によって、放熱器を通過する前後の冷媒の温度差に応じて、放熱器を通過させる冷媒の量を算出することが可能となる。そしてこのようにして算出された冷媒の量に基づいて調節弁の制御を行うことにより、冷媒の温度を一定に保つように制御することが可能となる。
Further, the value indicating the amount of heat absorbed by the unit amount of refrigerant is calculated based on a value indicating a difference between the temperature of the refrigerant flowing into the radiator and the temperature of the refrigerant flowing out of the radiator. You can also.
According to such an aspect, it is possible to calculate the amount of refrigerant that passes through the radiator according to the temperature difference between the refrigerant before and after passing through the radiator. Then, by controlling the control valve based on the amount of refrigerant calculated in this way, it is possible to control the temperature of the refrigerant to be kept constant.
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。 In addition, the problems disclosed by the present application and the solutions thereof will be clarified by the column of the best mode for carrying out the invention and the drawings.
最適な冷却制御を行うコージェネレーションシステムを提供することができる。 A cogeneration system that performs optimum cooling control can be provided.
本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム100を、従来のコージェネレーションシステム110との比較において説明するための図を、図3及び図4に示す。また従来のコージェネレーションシステム110を図1及び図2に示す。
FIGS. 3 and 4 are diagrams for explaining the
まず図1に示すように、従来のコージェネレーションシステム110について説明する。従来のコージェネレーションシステム110は、天井部に換気ファン630を備えたエンクロージャ400の内部に、エンジン200と、発電機300と、ラジエータ500と、ラジエータファン600と、熱交換器800と、ワックス弁710とが収容されて構成される。
First, a
エンジン200は、発電機300を駆動するための原動機である。例えばディーゼルエンジンやガスタービンエンジンとすることができる。発電機300により発生した電力は、図示しない外部の電力利用装置によって利用される。
またエンジン200からの排熱は循環路510内を循環する冷媒(以下、エンジンジャケット冷却水とも記す)によって吸収され、熱交換器800によって図示しない熱利用装置に供給される。
The
Exhaust heat from the
エンクロージャ400内部の暖まった空気は、エンクロージャ400の天井部に設けられる換気ファン630により外部へ排出される。またエンクロージャ400は吸気口410と排気口420とを有しており、吸気口410から外気を取り込み、エンクロージャ内部の空気を排気口420から排出する。
Warm air inside the
エンジン200からの熱を吸収した冷媒は、循環路510上に設けられているラジエータ500により冷却される。またラジエータ500において冷媒の冷却が効率よく行われるように、ラジエータ500にはラジエータファン600から風が吹き付けられる。また循環路510には、ラジエータ500を迂回する迂回路511が設けられており、迂回路511への分岐点には、ワックス弁710が設けられている。
ワックス弁710は、冷媒の温度に応じて弁の開度が変化する。これにより、冷媒の温度に応じてラジエータ500へ流出する冷媒の量と、ラジエータ500を迂回する迂回路511へ流出する冷媒の量との比率が変化する。
The refrigerant that has absorbed the heat from the
In the
なお、ラジエータファン600は、図1に示すようにエンジン200により駆動されるようにすることもできるし、図2に示すようにモータ610により駆動されるようにすることもできる。
図1及び図2に示したような従来のコージェネレーションシステム110においては、エンクロージャ400内部に設けられる制御装置や電動機など電気製品の使用許容温度制限を守るための温度維持制御は、換気ファン630を駆動させることによる外気取り込みによって対応している。
このとき取り込む空気の量は、あらかじめ把握したエンクロージャ400内の温度維持レベルや想定最高温度、最大エンジン他放熱量、最大発電機放熱量を基に算出され(想定最大値)、電動機に取り付けられた換気ファン630を常時稼動することで達成されている。
In the
The amount of air taken in at this time is calculated on the basis of the temperature maintenance level in the
またエンジンジャケット冷却水の温度もエンジン性能や耐久性の観点から一定範囲内に維持することが必要であり、エンジンジャケット冷却水をラジエータ500に通水して、エンジン200の軸端または電動機を駆動源とするラジエータファン600で空冷することで対応している。
ラジエータ500の熱交換容量及びラジエータファン600の送風量は、あらかじめ把握した最大ジャケット排熱量を基に決定される(想定最大値)。
ラジエータ500への通水流量調節は、サーモスタット式ワックス弁710が用いられ、エンジンジャケット冷却水の温度に応じた成り行きの作動(開度)により決まる。
Also, the temperature of the engine jacket cooling water must be maintained within a certain range from the viewpoint of engine performance and durability, and the engine jacket cooling water is passed through the
The heat exchange capacity of the
The water flow rate adjustment to the
またエンクロージャ400の内部温度維持に必要な取り込み空気量は、以下のようにして算出される。
まず、エンクロージャ400の内部でエンジン200を駆動させて発電機出力を得る場合、エンジン200や発電機300、排気管、冷却水配管などからの放熱(エンジン投入熱量の7%〜10%)により、エンクロージャ400の内部の温度が上昇する。従って、夏季など取り込み空気温度が高いときを想定して、エンクロージャ400内の温度を所定温度(制御機器や電動機などの電気製品の使用許容温度)以下に保つために必要な換気を行う。
Further, the intake air amount necessary for maintaining the internal temperature of the
First, when the
このために、取り込み空気量は、エンジンや発電機等からの放熱量を空気1立方メートルあたりの処理熱量にて除算することにより算出する。 For this purpose, the amount of intake air is calculated by dividing the amount of heat released from the engine, generator, etc. by the amount of heat processed per cubic meter of air.
具体的には式(1)で表される。
Specifically, it is represented by Formula (1).
ここで、Gは発電機の定格出力時の燃料消費量[kg/hまたはl/h]であり、Hは燃料発熱量[kcal/kg又はkcal/l]であり、fはエンジン放熱率[%]であり、Pは発電機定格出力[kW]であり、ηは発電機効率[%]であり、860は熱量換算のための定数[kcal/kWh]であり、Δtは温度上昇許容値[℃]であり、Cpは乾燥空気の定圧比熱[kcal/kg]であり、ρは空気密度[kg/m3]である。またΔtは、電気製品の使用許容温度と想定される最大取り込み空気温度(外気温度)との差である。 Here, G is the fuel consumption [kg / h or l / h] at the rated output of the generator, H is the fuel heating value [kcal / kg or kcal / l], and f is the engine heat dissipation rate [ %], P is the generator rated output [kW], η is the generator efficiency [%], 860 is a constant [kcal / kWh] for heat quantity conversion, and Δt is the temperature rise tolerance [C], Cp is the constant-pressure specific heat [kcal / kg] of dry air, and ρ is the air density [kg / m 3 ]. Δt is the difference between the allowable use temperature of the electrical product and the maximum intake air temperature (outside air temperature) assumed.
また、G×H×fはエンジン他からの放熱量であり、P×(1÷η−1)×860は発電機300からの放熱量であり、Δt×Cp×ρは空気1m3あたりの処理熱量である。
G × H × f is the amount of heat released from the engine and others, P × (1 ÷ η−1) × 860 is the amount of heat released from the
ここで、式(1)で算出される取り込み空気量は、発電機定格出力時において想定される最大取り込み空気温度を基に設定されており、発電機出力や取り込み空気温度が低下すれば取り込み空気量は過剰となる。またラジエータファン600の送風量も取り込み空気量と同様に、発電機定格出力時において想定される最大エンクロージャ内温度を基に設定されており、発電機出力や取り込み空気温度が低下すれば取り込み空気量は過剰となる。
Here, the intake air amount calculated by the equation (1) is set based on the maximum intake air temperature assumed at the time of the generator rated output. If the generator output or the intake air temperature decreases, the intake air is reduced. The amount is excessive. Similarly to the intake air amount, the air flow rate of the
これらの過剰な空気量を常時発生させることは、ラジエータファン600の駆動に関わる電力またはエンジン動力を過剰に消費しているといえる。
It can be said that generating these excessive amounts of air constantly consumes excessive electric power or engine power related to the driving of the
例えば、G=48.6[l/h]、H=9320[kcal/l]、f=7[%]、P=190[kW]、η=91[%]、Δt=15[℃](電気製品の使用許容温度=55℃、最大取り込み空気温度=40℃)、Cp=0.24[kcal/kg]、ρ=1.24[kg/m3]とした場合には、取り込み空気量=10723[m3/h]と算出される。ところが、G=27.6[l/h]、P=100[kW]、Δt=35[℃](電気製品の使用許容温度=55℃、最大取り込み空気温度=20℃)として算出すると、取り込み空気量=2545[m3/h]と算出される。この取り込み空気量の差が過剰であることになる。 For example, G = 48.6 [l / h], H = 9320 [kcal / l], f = 7 [%], P = 190 [kW], η = 91 [%], Δt = 15 [° C.] Allowable temperature = 55 ° C, maximum intake air temperature = 40 ° C), Cp = 0.24 [kcal / kg], ρ = 1.24 [kg / m 3 ], intake air amount = 10723 [m 3 / h]. However, if G = 27.6 [l / h], P = 100 [kW], Δt = 35 [° C] (allowable temperature for electrical products = 55 ° C, maximum intake air temperature = 20 ° C), the amount of intake air = 2545 [m 3 / h]. This difference in the intake air amount is excessive.
また、このような過剰な空気量を常時送風することは、エンクロージャ400内部の温度を必要以上に下げることになり、本来有効利用可能であるはずの排熱から放熱を促進させてしまい、総合熱効率を低下させることにもなる。
In addition, constantly blowing such an excessive amount of air lowers the temperature inside the
また従来のコージェネレーションシステム110では、ジャケット排熱の高度利用に対する配慮がなされていない。つまり、エンジンジャケット冷却水の温度管理は、エンジン出口ジャケット冷却水温度に応じて作動するサーモスタット式ワックス弁710によって、一定範囲内(例えば80℃〜90℃程度の幅をもって変動する)に収められているが、一定温度を維持する制御方法ではない(90℃程度の高位温度を安定保持することができない)ため、ジャケット排熱の利用先としては給湯利用程度(60℃〜70℃給湯)が多くなってしまい、ジャケット排熱の高度利用(高位温度の安定供給を望む吸収式冷温水器や排熱回収ボイラなどへの適用)ができない。
Further, in the
次に、図3及び図4を参照し、本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム100を従来のコージェネレーションシステム110と比較しながら説明する。
Next, the
まず図3に示すように、本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム100は、換気ファン630を備えない。つまり、本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム100は、エンクロージャ(特許請求の範囲に記載の収容ボックスに相当する)400内に、エンジン200(特許請求の範囲に記載の原動機に相当する)と、エンジン200により駆動される発電機300と、エンジン200からの熱を吸収する冷媒の循環路510上に設けられるラジエータ(特許請求の範囲に記載の放熱器に相当する)500と、ラジエータ500を冷却するラジエータファン(特許請求の範囲に記載のファンに相当する)600と、循環路510上においてエンジン200からラジエータ500へ冷媒が流れる位置に設けられ、エンジン200から冷媒が吸収した熱を、図示しない熱利用装置に供給する熱交換器800と、が収容されて構成される。エンクロージャ400には、吸気口410と排気口420が設けられており、ラジエータファン600によって吸気口410から外気が取り入れられ、排気口420から排出されることにより、エンクロージャ400内部の換気が行われる。
このようにラジエータファン600によってエンクロージャ400の内部の換気を行うようにすることにより、最適な冷却制御を行うことが可能となる。また補機動力やイニシャルコストの低減を図ることも可能となる。
First, as shown in FIG. 3, the
As described above, by performing ventilation inside the
また図3に示すように、本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム100は、インバータ620と、制御装置(特許請求の範囲に記載のインバータ制御装置に相当する)900とを備えるようにすることもできる。インバータ620は、ラジエータファン600を駆動する交流電力を出力する。また制御装置900は、インバータ620から出力される交流電力の周波数を制御することによって、ラジエータファン600の回転速度を制御する。
このようにすることにより、ラジエータファン600をインバータ620による回転数制御にすることが可能となる。これにより、条件に応じて任意に風量を調節可能とできると共に、補機動力を低減し、総合熱効率の向上を図ることが可能となる。
As shown in FIG. 3, the
By doing in this way, it becomes possible to perform the rotation speed control by the
なお制御装置900は、図14に示すように、CPU(Central Processing Unit)910、メモリ920、I/F930を備える。
CPU910は制御装置900の全体の制御を司るもので、メモリ920に記憶される本実施の形態に係る各種の動作を行うためのコードから構成される制御プログラム940を実行することにより、各種制御を実行する。メモリ920には、制御プログラム940の他、後述するファン回転数風量テーブル1000、発電機出力燃料消費量テーブル1010、三方弁開度通水流量テーブル1020、発電機出力ジャケット排熱テーブル1030、排気温度冷却水温度テーブル1040が記憶される。I/F930は、コージェネレーションシステム内の各種センサからの信号の入力を受けたり、インバータ620や、後述する三方弁700を駆動するための各種信号を出力したりする。
Note that the
The
次に、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム100は、図4に示すように、循環路510上において熱交換器800とラジエータ500との間に設けられ、熱交換器800から冷媒が流入する第1のポートと、ラジエータ500へ冷媒が流出する第2のポートと、ラジエータ500の迂回路511へ冷媒が流出する第3のポートと、を有する三方弁700(特許請求の範囲に記載の調節弁に相当する)を備えるようにすることもできる。そして本実施の形態に係る制御装置(特許請求の範囲に記載の調節弁制御装置に相当する)900は、三方弁700を制御する。
このようにすることにより、ワックス弁710を用いた成り行きの制御ではなく、条件に応じて冷却水がラジエータ500に通水される流量を調節することが可能となる。これにより、最適な冷却制御が可能となる。
Next, as shown in FIG. 4,
By doing so, it is possible to adjust the flow rate of the cooling water to be passed through the
例えば、エンジン200から冷媒に放出される熱量を示す値を、単位量の冷媒に吸収させる熱量を示す値で割って得られる値に基づいて、第2のポートから流出する冷媒の量と第3のポートから流出する冷媒の量との比率を制御するようにすることができる。これにより、エンジン200から吸収した熱を冷却するのに必要な量の冷媒をラジエータ500に流入させるようにすることができる。
For example, based on the value obtained by dividing the value indicating the amount of heat released from the
ここで、単位量の冷媒に吸収させる熱量を示す値は、ラジエータ500に流入する冷媒の温度とラジエータ500から流出する冷媒の温度との差を示す値に基づいて算出するようにする。
このようにすることにより、エンジン入り口冷却水温度(すなわちラジエータから流出する冷媒の温度)の目標値に対して、ラジエータ500から流出する冷媒の温度がその目標値になるように、ラジエータ500へ流入する冷媒の量を制御することが可能となる。これにより、エンジン出口冷却水温度を高位で安定的に保持することが可能となるため、ジャケット排熱の高度利用が可能となる。そしてこれにより、高位温度の安定供給を望む吸収式冷温熱機や排熱回収ボイラなどへの熱供給が可能となる。
Here, the value indicating the amount of heat absorbed by the unit amount of refrigerant is calculated based on the value indicating the difference between the temperature of the refrigerant flowing into the
By doing so, the refrigerant flows into the
===冷却制御の詳細===
次に、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム100における、冷却制御の詳細について説明する。冷却制御は、エンクロージャ400の内部の空気の冷却と、冷媒の冷却とに分けられる。
=== Details of Cooling Control ===
Next, details of the cooling control in the
<エンクロージャ内空気の冷却>
エンクロージャ400の内部の空気の冷却を説明するための図を図5に示す。エンクロージャ400の内部の空気の冷却は、エンクロージャ400の内部の空気をラジエータファン500によって換気することにより行う。なお図5には、ラジエータ500やラジエータファン600が2つずつ記載されているが、1つずつでも良い。ラジエータ500やラジエータファン600を複数用いることにより、より効率良く冷却を行うことが可能となる。
<Cooling the air in the enclosure>
FIG. 5 is a diagram for explaining cooling of the air inside the
まず、吸収式冷温水器や排熱回収ボイラ等の熱利用装置による熱需要がある場合には、図5(A)に示すように、冷媒がエンジン200から吸収した熱であるジャケット排熱は熱交換器800によって熱利用装置に供給される。従って、冷媒の温度は熱交換器800を通過することにより低下するため、冷媒をラジエータ500でさらに冷却する必要はない。従って、冷媒は迂回路511を通ってエンジン200に戻される。
First, when there is a heat demand by a heat utilization device such as an absorption chiller / heater or an exhaust heat recovery boiler, the jacket exhaust heat, which is the heat absorbed by the refrigerant from the
一方、エンクロージャ400の内部の空気は、エンジン200や発電機300からの放熱により暖められる。このため、ラジエータファン600は、エンジン200及び発電機300により暖められたエンクロージャ400の内部の空気を換気するのに必要な分の風量を確保するような回転速度に制御される。
On the other hand, the air inside the
もちろん、熱需要がある場合であっても、需要量が少ない場合には、熱交換器800を通過した冷媒の温度が大きく下がらない場合もある。この場合制御装置900は、三方弁700を制御して、ラジエータ500へ流れる冷媒の量と迂回路511へ流れる冷媒の量との比率を調節し、冷媒の一部がラジエータ500で冷却されるようにする。
Of course, even if there is a heat demand, if the demand is small, the temperature of the refrigerant that has passed through the
一方、熱利用装置による熱需要がない場合には、図5(B)に示すように、冷媒の温度は熱交換器800を通過しても低下しない。そのため、冷媒がラジエータ500に流れるように三方弁700が制御される。そしてラジエータファン600からの風がラジエータ500に吹き付けられることにより、冷媒からの熱がエンクロージャ400の内部に放出される。つまり、エンクロージャ400の内部の空気は、エンジン200や発電機300だけでなく、ラジエータ500によっても暖められる。このため、ラジエータファン600は、ラジエータ500、エンジン200、及び発電機300により暖められたエンクロージャ400の内部の空気を換気するのに必要な分の風量を確保するような回転速度に制御される。
On the other hand, when there is no heat demand from the heat utilization device, the temperature of the refrigerant does not decrease even when it passes through the
<冷媒の冷却>
次に、冷媒の冷却の制御を説明するための図を図6に示す。冷媒の冷却は、熱交換器800及びラジエータ500によって行われる。制御装置900は、三方弁700を制御して、ラジエータ500へ流れる冷媒の量と迂回路511へ流れる冷媒の量との比率を調節することにより冷媒の冷却を制御する。なお図6には、ラジエータ500やラジエータファン600が2つずつ記載されているが、1つずつでも良い。ラジエータ500やラジエータファン600を複数用いることにより、より効率良く冷却を行うことが可能となる。
<Cooling of refrigerant>
Next, FIG. 6 is a diagram for explaining the cooling control of the refrigerant. Cooling of the refrigerant is performed by the
まず、熱利用装置による熱需要がある場合には、図6(A)に示すように、ジャケット排熱は熱交換器800によって熱利用装置に供給される。従って、冷媒の温度は熱交換器800を通過することにより低下するため、冷媒をラジエータ500でさらに冷却する必要はない。従って、冷媒が迂回路511を通ってエンジン200に戻されるように三方弁700が制御される。
一方、熱利用装置による熱需要がない場合には、図6(B)に示すように、冷媒の温度は熱交換器800を通過しても低下しない。そのため、冷媒がラジエータ500に流れるように三方弁700が制御される。
First, when there is a heat demand from the heat utilization device, the jacket exhaust heat is supplied to the heat utilization device by the
On the other hand, when there is no heat demand from the heat utilization device, the temperature of the refrigerant does not decrease even when it passes through the
<熱需要がある場合の制御>
次に、熱利用装置による熱需要がある場合の制御について詳細に説明する。この場合の処理対象は、発電機300やエンジン200からの放熱のみとなる。
<Control when there is heat demand>
Next, the control when there is a heat demand by the heat utilization device will be described in detail. The processing target in this case is only heat radiation from the
この場合、取り込み空気量は、エンジンや発電機等からの放熱量を空気1立方メートルあたりの処理熱量にて除算することにより算出する。 In this case, the amount of intake air is calculated by dividing the amount of heat released from the engine, generator, etc. by the amount of heat processed per cubic meter of air.
具体的には式(2)で表される。
Specifically, it is represented by the formula (2).
ここで、Gは発電機出力に応じた燃料消費量[kg/hまたはl/h]であり、Hは燃料発熱量[kcal/kg又はkcal/l]であり、fはエンジン放熱率[%]であり、Pは発電機出力[kW]であり、ηは発電機効率[%]であり、860は熱量換算のための定数[kcal/kWh]であり、Δtは温度上昇許容値[℃]であり、Cpは乾燥空気の定圧比熱[kcal/kg]であり、ρは空気密度[kg/m3]である。またΔtは、電気製品の使用許容温度と想定される最大取り込み空気温度(外気温度)との差である。 Here, G is the fuel consumption [kg / h or l / h] according to the generator output, H is the fuel heating value [kcal / kg or kcal / l], and f is the engine heat dissipation rate [% , P is the generator output [kW], η is the generator efficiency [%], 860 is the constant [kcal / kWh] for heat quantity conversion, and Δt is the temperature rise allowable value [° C. Cp is the constant-pressure specific heat [kcal / kg] of dry air, and ρ is the air density [kg / m 3 ]. Δt is the difference between the allowable use temperature of the electrical product and the maximum intake air temperature (outside air temperature) assumed.
エンジン200からの放熱量(単位時間に原動機から空気中へ放出される熱量を示す値)は、式(2)におけるG×H×fで算出される。ここで燃料消費量Gは、発電機300の出力に依存する値である。燃料消費量Gと発電機出力Pとの関係は、図8に示すように、発電機出力燃料消費量テーブル1010に記憶されている。また燃料発熱量Hは、燃料に応じて定まる値であり、例えばA重油の場合は9320[kcal/l]である。エンジン放熱率fは、例えば7%とすることができる。従って、エンジン200からの放熱量は、発電機出力が決まれば算出することができる。
The amount of heat released from the engine 200 (a value indicating the amount of heat released from the prime mover into the air per unit time) is calculated by G × H × f in equation (2). Here, the fuel consumption amount G is a value that depends on the output of the
また発電機300からの放熱量(単位時間に発電機300から空気中へ放出される熱量を示す値)は、式(2)におけるP×(1÷η−1)×860で算出される。発電機効率ηは例えば91%とすることができる。従って、発電機300からの放熱量は、発電機出力が決まれば算出することができる。
The amount of heat released from the generator 300 (a value indicating the amount of heat released from the
このエンジン200からの放熱量と発電機300からの放熱量との和を、単位量の空気に吸収させる熱量を示す値で割って得られる値は、上記合計放熱量を処理するのに必要な空気の量を意味する。従って、この空気の量に基づいて、ラジエータファン600の必要回転速度を求めることができる。
A value obtained by dividing the sum of the heat dissipation amount from the
単位量の空気に吸収させる熱量を示す値は、式(2)におけるΔt×Cp×ρである。Δtは、エンクロージャ400内部の空気の許容温度と吸気口から取り入れられる外気の温度との差を示す値である。例えば、エンクロージャ400内部の空気の許容温度を、電気製品の許容温度である55℃とすることができる。乾燥空気の定圧比熱Cpは0.24[kcal/kgK]であり、空気密度ρは1.24[kg/m3]である。従って、外気温度が決まれば、Δt×Cp×ρを算出することができる。
The value indicating the amount of heat absorbed by the unit amount of air is Δt × Cp × ρ in equation (2). Δt is a value indicating the difference between the allowable temperature of the air inside the
以上より、外気温度及び発電機出力が決まれば、制御装置900は、式(2)を用いて、エンクロージャ400の内部の温度を電気製品の許容温度である55℃とする最適風量を求めることができる。そして制御装置900は、図7に示すファン回転数風量テーブル1000に記憶されているラジエータファン600の回転速度と風量との関係に基づいて、ラジエータファン600の必要回転速度を求めることができる。そして制御装置900は、ラジエータファン600が上記回転速度で回転するような周波数の交流電力がインバータ620から出力されるように、I/F930からインバータ620に信号を出力する。
As described above, when the outside air temperature and the generator output are determined, the
以上より、本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム100においては、外気温度及び発電機出力に応じてラジエータファン600の回転速度を制御することにより、エンクロージャ400の内部温度を目標値(例えば55℃)に維持することができる。
As described above, in the
<熱需要がない場合の制御>
次に、熱利用装置による熱需要がない場合の制御について説明する。この場合の処理対象は、発電機300及びエンジン200からの放熱と、ジャケット排熱となる。
<Control when there is no heat demand>
Next, control when there is no heat demand from the heat utilization device will be described. The processing target in this case is heat radiation from the
この場合、取り込み空気量は、エンジン、発電機、ジャケット排熱からの放熱量を空気1立方メートルあたりの処理熱量にて除算することにより算出する。 In this case, the intake air amount is calculated by dividing the heat release amount from the engine, generator, and jacket exhaust heat by the processing heat amount per cubic meter of air.
具体的には式(3)で表される。
Specifically, it is represented by Formula (3).
ここで、Gは発電機出力に応じた燃料消費量[kg/hまたはl/h]であり、Hは燃料発熱量[kcal/kg又はkcal/l]であり、fはエンジン放熱率[%]であり、Pは発電機出力[kW]であり、ηは発電機効率[%]であり、860は熱量換算のための定数[kcal/kWh]であり、Qはジャケット排熱[kW]であり、t2はラジエータからの排気温度[℃]であり、t1は外気温度[℃]であり、Cpは乾燥空気の定圧比熱[kcal/kg]であり、ρは空気密度[kg/m3]である。 Here, G is the fuel consumption [kg / h or l / h] according to the generator output, H is the fuel heating value [kcal / kg or kcal / l], and f is the engine heat dissipation rate [% , P is the generator output [kW], η is the generator efficiency [%], 860 is a constant [kcal / kWh] for heat quantity conversion, and Q is the jacket exhaust heat [kW] T2 is the exhaust temperature [° C.] from the radiator, t1 is the outside air temperature [° C.], Cp is the constant-pressure specific heat [kcal / kg] of the dry air, and ρ is the air density [kg / m 3] ].
また、G×H×fはエンジン他からの放熱量であり、P×(1÷η−1)×860は発電機300からの放熱量であり、Q×860はジャケット排熱であり、(t2−t1)×Cp×ρは空気1m3あたりの処理熱量(単位量の空気に吸収させる熱量)である。
G × H × f is the amount of heat released from the engine and others, P × (1 ÷ η−1) × 860 is the amount of heat released from the
エンジン200からの放熱量(単位時間に原動機から空気中へ放出される熱量を示す値)は、式(3)におけるG×H×fで算出される。ここで燃料消費量Gは、発電機300の出力に依存する値である。燃料消費量Gと発電機出力Pとの関係は、図8に示すように、発電機出力燃料消費量テーブル1010に記憶される。また燃料発熱量Hは、燃料に応じて定まる値であり、例えばA重油の場合は9320[kcal/l]である。エンジン放熱率fは、例えば7%とすることができる。従って、エンジン200からの放熱量は、発電機出力が決まれば算出することができる。
The amount of heat released from engine 200 (a value indicating the amount of heat released from the prime mover into the air per unit time) is calculated by G × H × f in equation (3). Here, the fuel consumption amount G is a value that depends on the output of the
また発電機300からの放熱量(単位時間に発電機300から空気中へ放出される熱量を示す値)は、式(3)におけるP×(1÷η−1)×860で算出される。発電機効率ηは例えば91%とすることができる。従って、発電機300からの放熱量は、発電機出力が決まれば算出することができる。
Further, the amount of heat released from the generator 300 (a value indicating the amount of heat released from the
またジャケット排熱Qは、発電機300の出力に依存する値である。ジャケット排熱Qと発電機出力Pとの関係は、図10に示すように、発電機出力ジャケット排熱テーブル1030に記憶されている。従って、ジャケット排熱Qは、発電機出力が決まれば算出することができる。
The jacket exhaust heat Q is a value that depends on the output of the
このエンジン200からの放熱量と発電機300からの放熱量とジャケット排熱との和を、単位量の空気に吸収させる熱量を示す値で割って得られる値は、上記合計放熱量を処理するのに必要な空気の量を意味する。従って、この空気の量に基づいて、ラジエータファン600の必要回転速度を求めることができる。
A value obtained by dividing the sum of the heat dissipation amount from the
単位量の空気に吸収させる熱量を示す値は、式(3)における(t2−t1)×Cp×ρである。t2−t1は、ラジエータ排気温度と吸気口から取り入れられる外気の温度との差を示す値である。 The value indicating the amount of heat absorbed by the unit amount of air is (t2−t1) × Cp × ρ in Equation (3). t2-t1 is a value indicating the difference between the radiator exhaust temperature and the temperature of the outside air taken from the intake port.
ラジエータ排気温度は、ラジエータ通水量によって変化するため、ラジエータ排気温度とラジエータ通水量との関係を考慮して、ラジエータ排気温度を設定する必要がある。 Since the radiator exhaust temperature varies depending on the amount of water flowing through the radiator, it is necessary to set the radiator exhaust temperature in consideration of the relationship between the radiator exhaust temperature and the amount of water through the radiator.
ラジエータ通水量については、外気温度や投入熱量等の条件に応じたジャケット排熱が求まれば、式(4)を用いて算出することができる。
The amount of radiator water flow can be calculated using Equation (4) if the jacket exhaust heat corresponding to conditions such as the outside air temperature and the input heat amount is obtained.
ここで、Qはジャケット排熱[kW]であり、860は熱量換算のための定数[kcal/kWh]であり、t2はラジエータ出口冷却水温度[℃]であり、t1は熱交換器1次側出口冷却水温度[℃]であり、Cwは水の比熱[kcal/kgK]であり、ρは水の密度[kg/m3]である。 Here, Q is jacket exhaust heat [kW], 860 is a constant [kcal / kWh] for heat quantity conversion, t2 is a radiator outlet cooling water temperature [° C], and t1 is a heat exchanger primary. The side outlet cooling water temperature [° C.], Cw is the specific heat of water [kcal / kgK], and ρ is the density of water [kg / m 3 ].
そして条件に応じたラジエータ通水量が求まれば、それを出力できる三方弁の開度を導き出すことができる。ラジエータ通水量と三方弁開度との関係は、図9に示すように、三方弁開度通水流量テーブル1020に記憶される。 And if the radiator water flow amount according to conditions is calculated | required, the opening degree of the three-way valve which can output it can be derived. The relationship between the amount of radiator water flow and the three-way valve opening is stored in the three-way valve opening water flow table 1020 as shown in FIG.
さらに、ラジエータ通水量を求めるには、ラジエータ出口冷却水温度を設定する必要があるが、ラジエータ出口冷却水温度は風量によって変化するため、ラジエータ通水量と風量との関係を考慮して、ラジエータ出口冷却水温度を設定する必要がある。つまり、ラジエータ排気温度とラジエータ出口冷却水温度の関係を事前に把握しておく必要がある。ラジエータ排気温度とラジエータ出口冷却水温度の関係は、図15に示すように、排気温度冷却水温度テーブル1040に記憶される。 Furthermore, in order to obtain the radiator water flow rate, it is necessary to set the radiator outlet cooling water temperature, but the radiator outlet cooling water temperature varies depending on the air flow rate, so the relationship between the radiator water flow rate and the air flow rate is taken into account. It is necessary to set the cooling water temperature. That is, it is necessary to grasp in advance the relationship between the radiator exhaust temperature and the radiator outlet cooling water temperature. The relationship between the radiator exhaust temperature and the radiator outlet cooling water temperature is stored in the exhaust temperature cooling water temperature table 1040 as shown in FIG.
本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム100は、ラジエータファン回転数を極力抑えることで、ファン動力削減による省エネ効果を実現するものである。
The
ラジエータファン排気温度とラジエータ出口冷却水温度の関係において、ラジエータファン回転数を極力抑えた状態を実現できる最適点が求まれば、条件に応じての最適点(ラジエータファン回転数、三方弁開度)を導き出すことができる。 If the optimum point that can achieve the state where the radiator fan speed is suppressed as much as possible is found in the relationship between the radiator fan exhaust temperature and the radiator outlet cooling water temperature, the optimum point according to the conditions (radiator fan speed, three-way valve opening degree) ) Can be derived.
ただし、エンジン入口冷却水温度とラジエータ通水量の関係は事前に把握する必要がある。また、ラジエータ通水量を把握するには、熱交換器1次側出口冷却水温度を把握する必要がある。 However, it is necessary to know in advance the relationship between the engine inlet cooling water temperature and the radiator water flow rate. Moreover, in order to grasp | ascertain the amount of water flow of a radiator, it is necessary to grasp | ascertain the heat exchanger primary side exit cooling water temperature.
エンジン入口冷却水温度は、条件(外気温度、投入熱量)に応じたジャケット排熱が求まれば、式(5)を用いて求められる。
If the jacket exhaust heat according to the conditions (outside air temperature, input heat amount) is obtained, the engine inlet cooling water temperature can be obtained using the equation (5).
ここで、Qはジャケット排熱[kW]であり、22はジャケット冷却水定格循環流量[t/h]であり、1000000は係数[g/t]であり、3600は係数[sec/h]であり、1は水の比熱[cal/gK]であり、1000は係数[cal/kcal]であり、4.186は係数[kW/kcal]であり、94はエンジン出口冷却水温度(目標値)[℃]である。式(5)の分母の値は、冷却水の質量1g、温度差1℃あたりの熱量を表す。 Where Q is jacket exhaust heat [kW], 22 is jacket coolant rated circulation flow rate [t / h], 1000000 is coefficient [g / t], 3600 is coefficient [sec / h] Yes, 1 is the specific heat of water [cal / gK], 1000 is the coefficient [cal / kcal], 4.186 is the coefficient [kW / kcal], 94 is the engine outlet coolant temperature (target value) [℃ ]. The value of the denominator of the equation (5) represents the amount of heat per 1 g of cooling water and 1 ° C. temperature difference.
また、熱交換器1次側出口冷却水温度は、式(6)を用いて求められる。
Moreover, the heat exchanger primary side exit cooling water temperature is calculated | required using Formula (6).
ここで、Qは熱需要量[kW]であり、22はジャケット冷却水定格循環流量[t/h]であり、1000000は係数[g/t]であり、3600は係数[sec/h]であり、1は水の比熱[cal/gK]であり、1000は係数[cal/kcal]であり、4.186は係数[kW/kcal]であり、94はエンジン出口冷却水温度(目標値)[℃]である。式(6)の分母の値は、冷却水の質量1g、温度差1℃あたりの熱量を表す。また式(6)において、熱需要量Qは、熱需要量がない場合には0となる。 Where Q is the heat demand [kW], 22 is the jacket cooling water rated circulation flow rate [t / h], 1000000 is the coefficient [g / t], 3600 is the coefficient [sec / h] Yes, 1 is the specific heat of water [cal / gK], 1000 is the coefficient [cal / kcal], 4.186 is the coefficient [kW / kcal], 94 is the engine outlet coolant temperature (target value) [℃ ]. The value of the denominator of Equation (6) represents the amount of heat per 1 g of cooling water mass and 1 ° C. temperature difference. In equation (6), the heat demand Q is 0 when there is no heat demand.
上記のようにして算出したラジエータファン600の回転速度の制御のシーケンス図、及び三方弁700の開度制御のシーケンス図を、図12及び図13に示す。
A sequence diagram for controlling the rotational speed of the
図12及び図13に示すシーケンス図において、「K」は定数や比率の設定を表す。つまり入力値をxとした場合に出力値yはKxとなる。「FX」は関数を表す。つまり入力値をxとした場合に、出力値yはFX(x)となる。「T」は信号切り替えを表す。つまり、入力xが1なら出力cはaとなり、入力xが0なら出力cはbとなる。「FG」は関数の発生を表す。つまり入力値をxとした場合に、出力値yはFG(x)となる。「MS」はモニタースイッチを表す。つまり入力xとあらかじめ定めた条件の関係(しきい値より高い又は低い)に応じて出力y(1or0)を出力する。「Δ」は減算を表す。つまり出力yは、入力値axa−入力値bxbとなる。「f」は関数を表す。つまり入力値をxとした場合に、出力値yはf(x)となる。条件(1or0)に応じて入力xを選択して出力yを出す。 In the sequence diagrams shown in FIGS. 12 and 13, “K” represents setting of constants and ratios. That is, when the input value is x, the output value y is Kx. “FX” represents a function. That is, when the input value is x, the output value y is FX (x). “T” represents signal switching. That is, if the input x is 1, the output c is a, and if the input x is 0, the output c is b. “FG” represents the occurrence of a function. That is, when the input value is x, the output value y is FG (x). “MS” represents a monitor switch. That is, the output y (1 or 0) is output according to the relationship between the input x and a predetermined condition (higher or lower than the threshold value). “Δ” represents subtraction. That is, the output y is input value axa−input value bxb. “F” represents a function. That is, when the input value is x, the output value y is f (x). The input x is selected according to the condition (1 or 0) and the output y is output.
===処理の流れ===
次に本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム100における排熱処理の概要について、図11に示すフローチャートを参照しながら説明する。
=== Flow of processing ===
Next, an outline of the exhaust heat treatment in the
まず、発電機出力の入力により(S1000)、制御装置900は機器放熱を算出する(S1010)。また制御機器900はジャケット排熱も算出する(S1020)。
次に、熱需要先のポンプの運転状態の入力を受けると(S1030)、制御装置900は熱需要先における排熱利用の有無に応じた処理を行う(S1040)。
排熱利用がある場合には、制御装置900は熱交換器800における処理熱量を算出する(S1050)。この場合は、上述したように、熱交換器800における処理熱量はジャケット排熱にほぼ等しい(S1060)。つぎに制御装置900は対象処理熱量を算出する(S1070)。この場合、対象処理熱量は、機器放熱となる(S1080)。機器放熱とは、エンジン200や発電機300から空気中への放熱である。
First, according to the input of the generator output (S1000), the
Next, upon receiving the input of the operation state of the pump at the heat demand destination (S1030), the
When the exhaust heat is used, the
一方、排熱利用がない場合には、制御装置900は熱交換器800における処理熱量を算出する(S1090)。この場合は、熱交換器800における処理熱量は0である(S1100)。つぎに制御装置900は対象処理熱量を算出する(S1110)。この場合、対象処理熱量は、機器放熱とジャケット排熱との和となる(S1120)。
On the other hand, if there is no exhaust heat utilization, the
つづいて制御装置900は、外気温度とラジエータ排気温度の各値を用いて、熱量計算式を基にして風量を算出する(S1150)。なお、熱量計算式は、式(7)で示される。
Q=m×c×(t2−t1) (7)
ここで、Qは熱量[kW]であり、mは質量[g]であり、cは比熱[cal/gK]であり、t1、t2は温度[℃]である。
Subsequently, the
Q = m * c * (t2-t1) (7)
Here, Q is the amount of heat [kW], m is the mass [g], c is the specific heat [cal / gK], and t1 and t2 are the temperature [° C.].
風量が算出されると(S1160)、制御装置900は、風量がインバータ出力に応じた送風能力の範囲内であるか否かを判定する(S1170)。風量がインバータ出力に応じた送風能力の範囲内でない場合には、S1140に戻る。
When the air volume is calculated (S1160), the
風量がインバータ出力に応じた送風能力の範囲内である場合には、制御装置900は、上記式(7)で表される熱量計算式を基にして、対象処理熱量、外気温度、風量により、エンクロージャ雰囲気温度を算出する(S1180)。エンクロージャ雰囲気温度が算出されると(S1190)、制御装置900は、エンクロージャ雰囲気温度が電気製品の許容温度を超えないか否かを判定する(S1200)。エンクロージャ雰囲気温度が電気製品の許容温度を超えている場合には、S1140に戻る。
When the air volume is within the range of the blowing capacity according to the inverter output, the
エンクロージャ雰囲気温度が電気製品の許容温度を超えていない場合には、制御装置900は、熱量計算式を基にして、外気温度、ラジエータ排気温度、風量より、処理熱量を算出する(S1210)。処理熱量が算出されると(S1220)、制御装置900は、処理熱量が対象処理熱量を超えているか否かを判定する(S1230)。処理熱量が対象処理熱量を超えていない場合には、S1140に戻る。
When the enclosure ambient temperature does not exceed the allowable temperature of the electrical product, the
処理熱量が対象処理熱量を超えている場合には、制御装置900は、実証試験でのラジエータ排気温度とラジエータ出口冷却水温度との関係により、ラジエータ出口冷却水温度を算出する(S1240、S1250)。次に制御装置は熱量計算式を基にして、熱交換器800における処理熱量、冷却水ポンプ容量、冷却水設定温度より熱交換器出口冷却水温度を算出する(S1260、S1270)。そして制御装置900は、対象処理熱量から機器放熱を差し引いてラジエータ500における処理熱量を算出する(S1280、S1290)。続いて制御装置900は、熱量計算式を基にして、ラジエータ500における処理熱量、冷却水ポンプ容量、熱交換器出口冷却水温度よりラジエータ通水量を算出する(S1300、S1310)。ここで、ラジエータ通水量が冷却水ポンプ容量の範囲外の場合は(S1320)、S1140に戻る。
When the processing heat amount exceeds the target processing heat amount, the
またラジエータ通水量が冷却水ポンプ容量の範囲内の場合は(S1320)、制御装置900は、熱量計算式を基にして、熱交換器出口冷却水温度、ラジエータ出口冷却水温度、ラジエータ通水量より処理熱量を算出する(S1330、S1340)。制御装置900は、処理熱量が対象処理熱量を超えている場合には処理を終了し、超えていなければS1140に戻る。
When the radiator water flow rate is within the range of the cooling water pump capacity (S1320), the
以上本実施の形態に係るコージェネレーションシステム100について説明したが、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム100によれば、最適な冷却制御を行うことが可能となる。またインバータ620を用いてラジエータファン600の回転速度を自由に制御することが可能となるため、外気温度やエンジン200、発電機300からの放熱量等に応じて、風量を任意に調節でき、エンクロージャ400内部の無駄な冷却を防ぎ、総合熱効率を向上させることが可能となる。また、ラジエータファン600を駆動するための動力も必要量に抑制できるため、上記総合熱効率を向上させることが可能となる。また三方弁700を用いることにより、ラジエータ500に流入する冷媒の量を自由に制御することが可能となるため、エンジン200の性能や耐久性に応じた最適な冷媒の冷却を行うことが可能となる。またこれにより最適な冷却制御を行うことが可能となる。
The
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。 Although the best mode for carrying out the present invention has been described above, the above embodiment is intended to facilitate understanding of the present invention and is not intended to limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
100 コージェネレーションシステム
200 エンジン
300 発電機
400 エンクロージャ
410 吸気口
420 排気口
500 ラジエータ
510 循環路
511 迂回路
600 ラジエータファン
610 モータ
620 インバータ
630 換気ファン
700 三方弁
710 ワックス弁
800 熱交換器
900 制御装置
1000 ファン回転数風量テーブル
1010 発電機出力燃料消費量テーブル
1020 三方弁開度通水流量テーブル
1030 発電機出力ジャケット排熱テーブル
1040 排気温度冷却水温度テーブル
DESCRIPTION OF
Claims (7)
原動機と、
前記原動機により駆動される発電機と、
前記原動機からの熱を吸収する冷媒の循環路上に設けられる放熱器と、
前記放熱器を冷却するファンと、
前記循環路上において前記原動機から前記放熱器へ冷媒が流れる位置に設けられ、前記原動機から冷媒が吸収した熱を熱利用装置に供給する熱交換器と、
が収容され、
前記ファンによって前記吸気口から外気が取り入れられ、前記排気口から排出されることにより、前記収容ボックス内部の換気が行われる
ことを特徴とするコージェネレーションシステム。 In a storage box having an inlet and an outlet,
Prime mover,
A generator driven by the prime mover;
A radiator provided on a refrigerant circulation path that absorbs heat from the prime mover;
A fan for cooling the radiator,
A heat exchanger provided at a position where the refrigerant flows from the prime mover to the radiator on the circulation path, and supplying heat absorbed by the refrigerant from the prime mover to a heat utilization device;
Is housed,
A cogeneration system in which outside air is taken in from the intake port by the fan and exhausted from the exhaust port, thereby ventilating the inside of the storage box.
前記インバータから出力される交流電力の周波数を制御することによって、前記ファンの回転速度を制御するインバータ制御装置と、
を備える
ことを特徴とする請求項1に記載のコージェネレーションシステム。 An inverter that outputs AC power for driving the fan;
An inverter control device for controlling the rotational speed of the fan by controlling the frequency of the AC power output from the inverter;
The cogeneration system according to claim 1, comprising:
ことを特徴とする請求項2に記載のコージェネレーションシステム。 The inverter control device calculates a sum of a value indicating the amount of heat released from the prime mover into the air per unit time and a value indicating the amount of heat released from the generator into the air per unit time. The cogeneration system according to claim 2, wherein the rotation speed of the fan is controlled based on a value obtained by dividing by a value indicating the amount of heat absorbed by the fan.
ことを特徴とする請求項3に記載のコージェネレーションシステム。 The value indicating the amount of heat absorbed by a unit amount of air is calculated based on a value indicating a difference between an allowable temperature of air inside the storage box and a temperature of outside air taken in from the intake port. The cogeneration system according to claim 3.
前記調節弁の前記第2のポートから流出する冷媒の量と前記第3のポートから流出する冷媒の量との比率を制御する調節弁制御装置と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のコージェネレーションシステム。 A first port through which a refrigerant flows from the heat exchanger, a second port through which the refrigerant flows out to the radiator, and the heat radiation; A third port through which the refrigerant flows out to the bypass of the vessel,
A regulating valve control device for controlling a ratio between the amount of refrigerant flowing out of the second port of the regulating valve and the amount of refrigerant flowing out of the third port;
The cogeneration system according to claim 1, comprising:
ことを特徴とする請求項5に記載のコージェネレーションシステム。 The control valve control device controls the ratio based on a value obtained by dividing a value indicating the amount of heat released from the prime mover into the refrigerant by a value indicating the amount of heat absorbed by the unit amount of refrigerant. The cogeneration system according to claim 5.
ことを特徴とする請求項6に記載のコージェネレーションシステム。
The value indicating the amount of heat absorbed by the unit amount of refrigerant is calculated based on a value indicating a difference between a temperature of the refrigerant flowing into the radiator and a temperature of the refrigerant flowing out of the radiator. The cogeneration system according to claim 6.
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- 2006-01-11 JP JP2006004127A patent/JP2007187027A/en active Pending
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