JP2007263010A - Co-generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生された熱を回収して湯水として貯える貯湯槽とを備えた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 including a combined heat and power device that generates heat and electric power, and a hot water storage tank that collects heat generated by the combined heat and power device and stores it as hot water.
かかるコージェネレーションシステムでは、エンジン駆動発電機や燃料電池等の熱電併給装置を備えて、熱電併給装置の発電電力を電気機器等の電力消費部に供給すると共に、熱電併給装置の発生熱を、例えばその熱により加熱した湯水として一旦貯湯槽に貯えて、給湯部や暖房機器等の熱消費部に供給するように構成される。
そして、このようなコージェネレーションシステムを各家庭等に設けることで、その家庭で消費される電力の少なくとも一部を熱電併給装置の発電電力で補うことができるので、商用電源からの受電電力を少なくすることができる上に、そのときの発生熱を湯水として利用することができるため、省エネルギ性及び経済性の点で有効である。
In such a cogeneration system, a combined heat and power supply device such as an engine-driven generator or a fuel cell is provided, and the generated power of the combined heat and power supply device is supplied to a power consuming unit such as an electric device, and the generated heat of the combined heat and power device is, for example, The hot water heated by the heat is temporarily stored in a hot water storage tank and supplied to a heat consuming unit such as a hot water supply unit or a heating device.
And by providing such a cogeneration system in each home, etc., at least part of the power consumed in that home can be supplemented with the power generated by the combined heat and power supply device, so that the power received from the commercial power source is reduced. Moreover, since the heat generated at that time can be used as hot water, it is effective in terms of energy saving and economical efficiency.
このようなコージェネレーションシステムは、熱電併給装置の設定出力を、電力消費部における電力負荷に追従させる電主運転制御を実行するように構成される場合があるが、電主運転制御を実行するコージェネレーションシステムでは、現電力負荷を発電電力で賄うことができるものの、現在要求されている現熱負荷には対応しておらず、現熱負荷に対して熱が余る熱余り状態が発生して、省エネルギ性が悪化する場合がある。 Such a cogeneration system may be configured to execute main operation control that causes the set output of the combined heat and power supply device to follow the power load in the power consumption unit. In the generation system, although the current power load can be covered by generated power, it does not correspond to the currently required current heat load, and there is a surplus heat state where heat is left in excess of the current heat load, Energy savings may deteriorate.
そこで、電主運転制御を実行するときの熱電併給装置の発生熱量に対して比較的熱負荷が小さく熱余り状態が発生すると予測される場合には、熱電併給装置の出力を低下させて、熱電併給装置の熱の発生を抑制して、上記熱余り状態を抑制する場合がある(例えば、特許文献1を参照。)。 Therefore, when it is predicted that a heat surplus state will occur with a relatively small heat load relative to the heat generated by the combined heat and power unit when the electric main operation control is executed, the output of the combined heat and power unit is reduced and the thermoelectric unit is controlled. In some cases, the heat surplus state is suppressed by suppressing the generation of heat in the co-feeding device (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、実際の熱負荷は、熱電併給装置の発生熱量に対して小さい場合が多く、更に予測とは異なって不規則である場合が多いので、事前に熱余り状態が発生することを予測できずに熱余り状態が発生し、その余剰な熱が放熱器や自然放熱により廃棄されるので、エネルギ効率が低下するという問題がある。 However, the actual heat load is often small relative to the amount of heat generated by the combined heat and power supply device, and unlike the prediction, it is often irregular. Therefore, it cannot be predicted that an excess heat state will occur in advance. In this case, an excessive heat state is generated, and the excess heat is discarded by a radiator or natural heat dissipation.
また、貯湯槽では、断熱材等で覆われて保温されているものの、放置時間が長いと、その湯水は徐々に自然放熱して温度が低下してしまう。そして、貯湯槽に貯えられている湯水の温度が給湯温度以下に低下してしまうと、その湯水を給湯する際に補助熱源機で再加熱する必要が生じ、エネルギ効率が低下する場合がある。 Further, although the hot water tank is covered with a heat insulating material and kept warm, if the standing time is long, the hot water gradually radiates naturally and the temperature is lowered. And if the temperature of the hot water stored in the hot water storage tank falls below the hot water supply temperature, it is necessary to reheat the hot water with the auxiliary heat source device when the hot water is supplied, which may reduce the energy efficiency.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱電併給装置から回収した排熱を有効に利用して、エネルギ効率の向上を図ることができるコージェネレーションシステムを提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a cogeneration system capable of improving energy efficiency by effectively using exhaust heat recovered from a combined heat and power supply device. In the point.
上記目的を達成するための本発明に係るコージェネレーションシステムは、熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生された熱を回収して湯水として貯える貯湯槽とを備えたコージェネレーションシステムの第1特徴構成は、作動溶液を加熱して蒸気を発生する蒸気発生器と、前記蒸気発生器が発生した蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出された蒸気を冷却して作動溶液に復水させる復水器と、前記復水器で復水した作動溶液を前記蒸気発生器に送出する溶液ポンプとを配置してなるランキンサイクル回路を備え、
前記ランキンサイクル回路が、前記貯湯槽の貯湯温度よりも低い沸点を有する作動溶液を利用し、前記貯湯槽に貯留されている湯水が前記蒸気発生器の熱源として供給されて作動するように構成されている点にある。
To achieve the above object, a cogeneration system according to the present invention includes a combined heat and power device that generates heat and electric power, and a hot water storage tank that collects the heat generated by the combined heat and power device and stores it as hot water. The first characteristic configuration of the provided cogeneration system includes a steam generator for heating the working solution to generate steam, a steam turbine driven by the steam generated by the steam generator, and steam discharged from the steam turbine A Rankine cycle circuit comprising a condenser that cools the water and condenses into a working solution, and a solution pump that delivers the working solution condensed in the condenser to the steam generator,
The Rankine cycle circuit is configured to operate using a working solution having a boiling point lower than the hot water storage temperature of the hot water storage tank, and hot water stored in the hot water storage tank is supplied as a heat source of the steam generator. There is in point.
上記第1特徴構成によれば、上記ランキンサイクル回路を備えることにより、上記蒸気発生器において、作動溶液を蒸発させ、上記蒸気タービンにおいて、その蒸気により軸動力を得てその軸動力により発電機等を駆動し、上記復水器において蒸気タービンを駆動した後に排出された蒸気を作動溶液に復水させ、上記溶液ポンプにおいて、その作動溶液を上記蒸気発生器に供給するというような所謂ランキンサイクルを実現することができる。 According to the first characteristic configuration, by providing the Rankine cycle circuit, the working solution is evaporated in the steam generator, and in the steam turbine, shaft power is obtained by the steam, and a generator or the like is obtained by the shaft power. A so-called Rankine cycle in which the steam discharged after driving the steam turbine in the condenser is condensed into a working solution, and the working solution is supplied to the steam generator in the solution pump. Can be realized.
よって、現熱負荷に対して熱が余る熱余り状態、即ち、熱電併給装置の排熱を回収して貯湯温度に加熱されて貯湯槽に貯えられた湯水が有効に消費されていない状態のときには、上記溶液ポンプを作動させた状態で、貯湯槽に貯えられた湯水を上記蒸気発生器に熱源として供給することで、上記ランキンサイクル回路が作動して、上記蒸気タービンにより発電等に利用可能な軸出力を得ることができる。即ち、貯湯槽に貯えられた湯水が保有する熱を有効に利用することができ、エネルギ効率の向上を図ることができる。 Therefore, when there is a surplus heat state where the heat remains with respect to the current heat load, that is, when the waste heat of the combined heat and power supply device is recovered and heated to the hot water storage temperature and the hot water stored in the hot water tank is not effectively consumed. The Rankine cycle circuit is activated by supplying hot water stored in a hot water tank as a heat source to the steam generator in a state where the solution pump is operated, and can be used for power generation by the steam turbine. Axial output can be obtained. That is, the heat held by the hot water stored in the hot water tank can be used effectively, and the energy efficiency can be improved.
また、上記蒸気タービンの軸出力により発電機を駆動して発電を行うように構成すれば、例えば、熱電併給装置がエンジン駆動発電機などのように排熱量が比較的大きなものである場合でも、コージェネレーションシステムの発電出力と熱出力との合計に対する発電出力の割合を大きくして、実際の電力負荷の割合に適したものとすることができる。 Further, if the generator is driven by the shaft output of the steam turbine to generate power, for example, even when the combined heat and power device has a relatively large amount of exhaust heat, such as an engine-driven generator, The ratio of the power generation output to the sum of the power generation output and the heat output of the cogeneration system can be increased to be suitable for the actual power load ratio.
また、上記ランキンサイクル回路は、熱電併給装置の排熱を回収した湯水を直接熱源として利用するものではなく、貯湯槽に貯えられた湯水を熱源として利用するものであるので、熱電併給装置の作動状態に拘わらず、貯湯槽に貯えられている湯水を熱源として利用して作動することができる。よって、上記熱電併給装置を停止した状態で、上記ランキンサイクル回路を作動させることができ、熱余り状態を充分に解消しながら、上記蒸気タービンの軸出力を利用して、熱電併給装置が停止していても発電等を行うことができる。 In addition, the Rankine cycle circuit does not directly use hot water collected from the exhaust heat of the combined heat and power device as a heat source, but uses hot water stored in a hot water tank as a heat source. Regardless of the state, the hot water stored in the hot water tank can be used as a heat source. Therefore, the Rankine cycle circuit can be operated in a state where the cogeneration device is stopped, and the cogeneration device is stopped using the shaft output of the steam turbine while sufficiently eliminating the excess heat state. Even if it is, it can generate electricity.
本発明に係るコージェネレーションシステムの第2特徴構成は、前記蒸気発生器が、前記貯湯槽から給湯部に湯水を供給する給湯路に設けられている点にある。 A second characteristic configuration of the cogeneration system according to the present invention is that the steam generator is provided in a hot water supply passage for supplying hot water from the hot water storage tank to a hot water supply section.
上記第2特徴構成によれば、貯湯槽から給湯路を通じて給湯部に湯水を供給する給湯時において、その湯水が蒸気発生器を通過するので、熱余り状態のときには、その給湯時に合わせて上記溶液ポンプを作動させることで、上記ランキンサイクル回路を作動させることができる。
また、特定の給湯部において湯水を自動的に排水可能に構成すれば、実際の熱負荷に応じた給湯以外でも、上記ランキンサイクル回路の作動に合わせて、貯湯槽の湯水を給湯路に設けられた蒸気発生器を通過させた後に排水する形態で給湯を行うことができる。
According to the second characteristic configuration, when hot water is supplied from the hot water storage tank to the hot water supply section through the hot water supply passage, the hot water passes through the steam generator. By operating the pump, the Rankine cycle circuit can be operated.
In addition, if hot water can be automatically drained at a specific hot water supply section, hot water in the hot water storage tank can be provided in the hot water supply path in accordance with the operation of the Rankine cycle circuit other than hot water supply according to the actual heat load. The hot water can be supplied in such a form that it is drained after passing through a steam generator.
本発明に係るコージェネレーションシステムの第3特徴構成は、前記貯湯槽が、温度成層を形成する形態で湯水を貯留する温度成層貯湯式に構成され、
前記貯湯槽の上方から取り出した湯水を前記蒸気発生器に通流させた後に前記貯湯槽の下方に戻す形態で湯水を循環させる湯水循環回路を備えた点にある。
3rd characteristic structure of the cogeneration system which concerns on this invention is comprised by the temperature stratification hot water type which the said hot water storage tank stores hot water in the form which forms temperature stratification,
Hot water extracted from above the hot water tank is passed through the steam generator and then returned to the lower side of the hot water tank so that the hot water is circulated.
上記第3特徴構成によれば、貯湯槽を上記温度成層式に構成して、貯湯槽の上方に、熱電併給装置の排熱を回収して貯湯温度に加熱された高温の湯水が存在する高温層を形成し、貯湯槽の下方に、低温の給水が存在する低温層を形成することができる。そして、上記湯水循環回路を設けることで、貯湯槽の上方に形成された高温層の湯水を取り出して蒸気発生器の熱源として供給して、ランキンサイクル回路を作動させることにより、貯湯槽に貯えられた湯水の熱を有効利用して、エネルギ効率を図ることができる。更に、その蒸気発生器において放熱して排出された湯水を貯湯槽における下方の低温層に戻すことで、水の浪費を抑制しながら、上記蒸気発生器で消費されなかった熱を貯湯槽に戻して、熱の浪費も抑制することができる。 According to the third characteristic configuration, the hot water storage tank is configured in the above-described temperature stratification type, and high temperature hot water that is recovered to the hot water storage temperature is recovered above the hot water storage tank by recovering the exhaust heat of the combined heat and power device. A low temperature layer in which low temperature water supply exists can be formed below the hot water tank. And, by providing the hot water circulation circuit, hot water in the high temperature layer formed above the hot water tank is taken out and supplied as a heat source for the steam generator, and the Rankine cycle circuit is operated to be stored in the hot water tank. Energy efficiency can be achieved by effectively utilizing the heat of hot water. Furthermore, by returning the hot water discharged and discharged in the steam generator to the lower temperature layer in the hot water tank, the heat not consumed by the steam generator is returned to the hot water tank while suppressing waste of water. Thus, waste of heat can be suppressed.
本発明に係るコージェネレーションシステムの第4特徴構成は、前記貯湯槽の貯湯状態を検出する貯湯状態検出手段と、
前記貯湯状態検出手段の検出結果に基づいて前記ランキンサイクル回路の作動を制御する制御手段とを備えた点にある。
The fourth characteristic configuration of the cogeneration system according to the present invention is a hot water storage state detection means for detecting a hot water storage state of the hot water tank,
And a control means for controlling the operation of the Rankine cycle circuit based on the detection result of the hot water storage state detection means.
上記第4特徴構成によれば、上記制御手段により、上記貯湯状態検出手段により検出した貯湯槽の貯湯状態を自動的に認識して、その貯湯状態から、熱電併給装置の排熱を回収して貯湯温度に加熱されて貯湯槽に貯えられた湯水が多すぎて熱余り状態となる可能性が高いと判断できる場合には、その湯水を蒸気発生器の熱源として供給してランキンサイクル回路を作動させるというように、ランキンサイクルの作動を制御して、確実にエネルギ効率を向上させることができる。 According to the fourth characteristic configuration, the control means automatically recognizes the hot water storage state of the hot water tank detected by the hot water storage state detection means, and recovers the exhaust heat of the combined heat and power supply device from the hot water storage state. If it can be determined that there is too much hot water stored in the hot water storage tank after being heated to the hot water storage temperature, there is a high possibility that it will be in a heat surplus state, and the hot water is supplied as a heat source for the steam generator to operate the Rankine cycle circuit. Thus, the energy efficiency can be reliably improved by controlling the operation of the Rankine cycle.
本発明に係るコージェネレーションシステムについて図面に基づいて説明する。
このコージェネレーションシステムは、図1に示すように、電力と熱とを発生する熱電併給装置として、熱を発生するエンジン1aと、そのエンジン1aの軸出力により駆動し電力を発生する発電機1bとからなるエンジン駆動発電機1と、そのエンジン駆動発電機1が発生する熱を回収して湯水として貯える貯湯槽10と、運転を制御する運転制御装置70とを備える。
A cogeneration system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, this cogeneration system includes an
エンジン1aは、排気路2に高温の排ガスEを排出する形態、及び、冷却水循環路3を循環するエンジン冷却水JWを加熱する形態で、熱を発生するのであるが、貯湯槽10は、その排ガスEが保有する熱を回収して湯水として貯えるように構成されている。
即ち、排気路2には、内部に流通する湯水を、外部に流通する排ガスEとの熱交換により加熱する排熱回収熱交換器8が設けられており、この排熱回収熱交換器8で加熱された湯水が貯湯槽10に供給される。
The
That is, the
上記貯湯槽10は、密閉式で断熱構造を有するタンクで構成されており、上記貯湯槽10の下方側には、給水路14が接続されており、貯湯槽10の水が消費された分の給水が給水路14から貯湯槽10の下方に供給されて、貯湯槽10が常に満水状態に維持されている。
The
そして、貯湯槽10の下方側から取り出した湯水を、上記排熱回収熱交換器8を流通させた後に、貯湯槽10の上方側に戻す形態で、湯水を循環させる湯水循環路6及び循環ポンプ7が設けられており、更に、その湯水循環路6における貯湯槽10の上方側には、排熱回収熱交換器8から貯湯槽10の上方側に供給される湯水温度を検出する温度センサ9が設けられている。
Then, hot water taken out from the lower side of the
上記貯湯槽10は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する温度成層貯湯式に構成されており、その貯湯槽10の上方には、上記排熱回収熱交換器8で加熱された高温の湯水が存在する高温層10aが形成され、その貯湯槽10の下方には、当該下方側に接続された給水路14を通じて供給された低温の給水が存在する低温層10bが形成される。
The
更に、この温度成層貯湯式の貯湯槽10には、貯湯槽10の温度を計測する複数の温度センサ17が、貯湯槽10の上下方向に沿った複数箇所に配置されており、これら温度センサ17により、貯湯槽17の上下方向に沿った複数箇所における湯水の温度を計測される。
そして、この複数の温度センサ17の夫々の計測温度は、貯湯槽10が温度成層を形成する状態で湯水を貯留することから、上方に配置されたものほど高い値を示すことになり、これらの計測温度を用いて、例えば、所定温度以上の計測温度を示す温度センサ17の配置領域を知ることで、貯湯槽10に所定温度以上の湯水がどの程度貯湯されているかの貯湯状態を知ることができる。
即ち、この複数の温度センサ17は、貯湯槽10の貯湯状態を検出する貯湯状態検出手段として機能することになる。
Furthermore, in this temperature stratified hot water storage type hot
And each measured temperature of this
That is, the plurality of
上記冷却水循環路3には、エンジン冷却水JWを循環させる循環ポンプ4と、エンジン冷却水JWを空冷するラジエタ5が設けられており、この循環ポンプ4及びラジエタ5を作動することにより、エンジン1aは常に低温のエンジン冷却水JWが供給されて冷却される。
The cooling water circulation path 3 is provided with a
上記エンジン駆動発電機1は、エンジン1aの出力を調整することにより、発電機1bの発電出力を調整可能に構成され、そのエンジン駆動発電機1の発電電力は、系統連係用のインバータ等により、商用電源から受電する受電電力と同じ電圧及び同じ周波数で、電力消費部に供給され消費される。
また、この発電電力が電力消費部における実際の電力負荷よりも大きい場合には、逆潮流の防止のため、その余剰電力を熱に変えて回収する電気ヒータ(図示省略)を設け、その電気ヒータにより貯湯槽10に貯えられる湯水を加熱するように構成することもできる。
The engine-driven
In addition, when this generated power is larger than the actual power load in the power consuming unit, an electric heater (not shown) is provided to recover the surplus power by converting it into heat in order to prevent reverse power flow. Thus, the hot water stored in the
貯湯槽10の上方側には、給湯栓や浴槽などの給湯部13に通じる給湯路11が接続されており、貯湯槽10の上方側に貯えられている湯水が給湯路11を通じて給湯部13に供給される。
また、この給湯路11には、その給湯路11を流通する湯水を加熱可能な補助熱源機12と、給湯部13に供給される湯水の温度を検出する温度センサ18とが設けられている。
A hot
The hot
次に、制御装置70によるエンジン1aの出力制御、貯湯運転、及び、給湯運転について説明する。
制御装置70は、エンジン駆動発電機1の作動時に、現在要求されている現電力負荷に対して追従する電力を出力するように、エンジン1aの出力を制御する。
詳しくは、制御装置70は、1分等の比較的短い所定の出力調整周期毎に上記現電力負荷と発電出力とを求め、当該発電出力が現電力負荷よりも所定の余裕分小さくなるように、エンジン1aの出力を最小出力から最大出力の範囲内で設定する。
尚、上記現電力負荷は、電力消費部に設けられた電力負荷計で求められ、上記発電出力は、上述したエンジン駆動発電機1の発電出力に、後述する発電機22a,52aの発電出力を加えたものとして求められる。
また、制御装置70は、エンジン駆動発電機1の作動中に、循環ポンプ4及びラジエタ5を作動させて、エンジン1aに低温のエンジン冷却水JWを供給してエンジン1aを冷却するように構成されている。
Next, output control of the
The
Specifically, the
The current power load is obtained by a power load meter provided in the power consuming unit, and the power generation output is obtained by adding power generation outputs of the
Further, the
そして、制御装置70は、上記のようなエンジン駆動発電機1の作動中に、循環ポンプ7を作動させて、貯湯槽10の下方側から取り出した湯水を排熱回収熱交換器8により加熱した後に貯湯槽10の上方側に戻す形態で、湯水循環路6に湯水を循環させることで、エンジン駆動発電機1の排熱を回収して湯水を貯湯槽10に貯える貯湯運転を実行する。
この貯湯運転において、制御装置70は、温度センサ9により貯湯槽10の上方に戻される湯水温度を検出し、その検出した湯水温度が所定の貯湯温度(例えば80℃)に維持されるように、循環ポンプ7による湯水の循環量を制御するように構成されている。
よって、貯湯槽10の高温層10aには、貯湯温度の湯水が貯えられることになる。
Then, the
In this hot water storage operation, the
Therefore, hot water having a hot water storage temperature is stored in the
一方、制御装置70は、給湯部13での湯水の消費が行われている際に、その給湯部13に供給される湯水の温度を、使用者が予め設定した給湯温度に設定する給湯運転を実行する。
この給湯運転において、制御装置70は、温度センサ18により給湯路11に供給される湯水の温度を検出し、その検出される湯水の温度が上記給湯温度よりも低い場合に、補助熱源機12を作動させて、その湯水を給湯温度にまで加熱するように構成されている。
更に、この給湯運転において、制御装置70は、温度センサ18で検出される湯水の温度が給湯温度よりも低い場合には、図示しない三方弁により、その湯水に適量の給水を混合して、給湯部13に給湯温度の湯水を供給するように構成されている。
On the other hand, when the hot water is consumed in the hot
In this hot water supply operation, the
Furthermore, in this hot water supply operation, when the temperature of the hot water detected by the
以上がコージェネレーションシステムの基本構成であるが、以下に、エンジン駆動発電機1から回収した排熱を有効に利用して、エネルギ効率の向上を図ることができる特徴構成について説明する。
The basic configuration of the cogeneration system has been described above. A characteristic configuration that can improve the energy efficiency by effectively using the exhaust heat recovered from the engine-driven
本コージェネレーションシステムには、熱源が供給され軸出力を発生するように構成されたランキンサイクル回路20が設けられており、このランキンサイクル回路20は、作動溶液S1を加熱して蒸気S2を発生する蒸気発生器21と、蒸気発生器21が発生した蒸気により駆動する蒸気タービン22と、蒸気タービン22から排出された蒸気S2を空気などの冷却媒体との熱交換により冷却して作動溶液S1に復水させる復水器23と、復水器23で復水した作動溶液S1を蒸気発生器21に送出する溶液ポンプ25とを配置して構成されている。尚、上記復水器23で復水された作動溶液S1は一旦受液部24に溜められた後に溶液ポンプ25を通じて蒸気発生部21に供給される。
The cogeneration system is provided with a
そして、このランキンサイクル回路20は、これまで説明してきた貯湯槽10の貯湯温度よりも低い沸点を有するアンモニアやフロンなどの作動溶液S1を利用し、更に、貯湯槽10の高温層10aに貯留されている湯水が蒸気発生器21の熱源として供給されて作動するように構成されている。
The
更に、上記ランキンサイクル回路20は、蒸気タービン22が発生する軸出力により発電機22aを駆動して発電を行うように構成されており、この発電出力は、上述したエンジン駆動発電機1の発電出力と共に電力消費部に供給される。
Further, the
そして、制御装置70は、現熱負荷に対して熱が余る熱余り状態、即ち、エンジン駆動発電機1の排熱を回収して貯湯温度に加熱されて貯湯槽10に貯えられた湯水が有効に消費されていない状態のときには、貯湯槽10に貯えられた湯水を上記蒸気発生器21に熱源として供給されている状態で、上記溶液ポンプ25を作動させて、上記蒸気タービン22により軸出力を得て発電を行う形態で、上記ランキンサイクル回路20を作動させるように構成されており、このランキンサイクル回路20の作動により、貯湯槽10に貯えられた湯水が保有する熱が有効に利用され、エネルギ効率の向上が図られる。
Then, the
上記ランキンサイクル回路20の蒸気発生器21は、貯湯槽10から給湯部13に湯水を供給する給湯路11に設けられており、この給湯路11を流通する湯水が熱源としてランキンサイクル回路20に供給されることになる。
The
更に、この給湯路11の蒸気発生器21の出口側と、貯湯槽10の下方側とを連通する戻り路15と、給湯路11において蒸気発生器21から流出した湯水をこの戻り路15を通じて貯湯槽10の下方側に送出する戻りポンプ16とが設けられている。即ち、この給湯路11、戻り路15及び戻りポンプ16により、貯湯槽10の上方から取り出した湯水を蒸気発生器21に通流させた後に貯湯槽10の下方に戻す形態で湯水を循環させる湯水循環回路が構成されている。
Furthermore, a
更に、制御装置70は、貯湯槽10に設けられた複数の温度センサ17の検出結果に基づいてランキンサイクル回路20の作動を制御する制御手段として機能するように構成されており、以下にその詳細について説明を加える。
Furthermore, the
即ち、制御装置70は、温度センサ17の検出結果により、貯湯槽10に所定温度(例えば80℃)以上の湯水がどの程度貯湯されているかの貯湯状態を認識し、その貯湯状態が、貯湯槽10に多くの湯水が貯えられている満杯状態である場合には、上記ランキンサイクル回路20を作動するべく、上記溶液ポンプ25を作動させる。
ここで、ランキンサイクル回路20の作動にあたり、給湯運転を行っている場合には、貯湯槽10の湯水が蒸気発生器21を通過して給湯部13に供給されるので、蒸気発生部21には熱源として湯水が供給されている状態となる。
That is, the
Here, in the operation of the
一方、ランキンサイクル回路20の作動にあたり、給湯運転を行っていない場合には、戻りポンプ16を作動させて、貯湯槽10の上方から取り出した湯水を蒸気発生器21に通流させた後に戻り路15を通じて貯湯槽10の下方に戻す形態で湯水循環回路を作動させることで、蒸気発生部21には熱源として湯水を供給することで、湯水の浪費が抑制される。
尚、戻り路15及び戻りポンプ16等で構成される上記湯水循環回路を省略し、浴槽などの特定の給湯部13において湯水を自動的に排水可能に構成して、ランキンサイクル回路20の作動にあたり、給湯運転を行っていない場合に、給湯部13における排水を行うことで、蒸気発生部21に貯湯槽10に貯えられた湯水を熱源として供給するように構成しても構わない。
On the other hand, in the operation of the
Note that the hot water circulation circuit composed of the
また、制御装置70は、予め熱負荷を予測し、その熱負荷に応じた湯水が貯湯層10に貯えられていると判断した場合には、上記満杯状態であったとしてもランキンサイクル回路20を作動させないように構成することができ、更には、予測した熱負荷が実際に発生しない状態が長時間経過した場合に、ランキンサイクル回路20を作動させるように構成することもできる。
Further, when the
上記のように制御装置70が、貯湯槽10の貯湯状態が満杯状態となり、エンジン駆動発電機1の排熱をそれ以上回収できない状態である場合でも、上記ランキンサイクル回路20を作動させて、その貯湯槽10に貯えられた湯水の熱を消費することができるので、排熱の回収効率の低下を回避される。更に、ランキンサイクル回路20の発電機22aの発電出力を、エンジン駆動発電機1の発電出力と共に電力消費部で利用して、エネルギ効率の向上が図られる。
As described above, the
尚、上述したランキンサイクル回路20を作動させることで、コージェネレーションシステムにおける発電出力と熱出力との合計に対する発電出力の割合が大きくなることから、制御装置70は、実際の電力負荷が熱負荷に対して比較的大きい場合に、適宜夫々のランキンサイクル回路20を作動させるように構成しても構わない。
By operating the
コージェネレーションシステムには、上述したランキンサイクル回路20とは別のランキンサイクル回路50が設けられており、この詳細について説明を加える。
The cogeneration system is provided with a
即ち、ランキンサイクル回路50は、上述したランキンサイクル回路20と同様に、アンモニアやフロンなどの作動溶液S1を利用し、蒸気発生器51と蒸気タービン52と復水器53と受液部54と溶液ポンプ55とを配置し、冷却水循環路3においてエンジン1aの排熱を回収して比較的高温となっているラジエタ5の入口側のエンジン冷却水JWが、蒸気発生器51の熱源として供給されて作動するように構成されている。更に、このランキンサイクル回路50についても、蒸気タービン52の軸出力により発電機52aを駆動して発電を行うように構成されており、この発電出力は、上述したエンジン駆動発電機1の発電出力と共に電力消費部に供給される。
That is, the
また、制御装置70は、エンジン駆動発電機1の作動時には、上記ランキンサイクル回路50を作動するべく、上記溶液ポンプ55を作動させるように構成されており、発電機52aの発電出力は、エンジン駆動発電機1の発電出力と共に電力消費部で利用されて、エネルギ効率の向上が図られる。
The
尚、上記ランキンサイクル回路50を設けることなく、ラジエタ5の入口側のエンジン冷却水JWを、貯湯槽10に貯える湯水の加熱用の熱源として利用しても構わない。
The engine coolant JW on the inlet side of the radiator 5 may be used as a heat source for heating the hot water stored in the
尚、上記実施形態では、貯湯槽10を温度成層式に構成したが、別に、温度成層式に構成することなく、貯湯温度に加熱された湯水を、温度成層を形成することなく均一な温度等で単純に貯えるように構成しても構わない。
また、上記実施形態では、熱電併給装置として、エンジン駆動発電機1を例示したが、熱電併給装置として、例えば、燃料電池等の別の形態の熱電併給装置を採用しても構わない。
In the above-described embodiment, the hot
Moreover, in the said embodiment, although the
本発明に係るコージェネレーションシステムは、熱電併給装置から回収した排熱を有効に利用して、エネルギ効率の向上を図ることができるコージェネレーションシステムとして有効に利用可能である。 The cogeneration system according to the present invention can be effectively used as a cogeneration system capable of improving energy efficiency by effectively using the exhaust heat recovered from the combined heat and power supply device.
1:エンジン駆動発電機(熱電併給装置)
10:貯湯槽
11:給湯路(湯水循環回路)
15:戻り路(湯水循環回路)
16:戻りポンプ(湯水循環回路)
17:温度センサ(貯湯状態検出手段)
20:ランキンサイクル回路
21:蒸気発生器
22:蒸気タービン
23:復水器
70:制御装置(制御手段)
S1:作動溶液
S2:蒸気
1: Engine-driven generator (cogeneration device)
10: Hot water tank 11: Hot water supply path (hot water circulation circuit)
15: Return path (hot water circulation circuit)
16: Return pump (hot water circulation circuit)
17: Temperature sensor (hot water storage state detection means)
20: Rankine cycle circuit 21: Steam generator 22: Steam turbine 23: Condenser 70: Control device (control means)
S1: Working solution S2: Steam
Claims (4)
作動溶液を加熱して蒸気を発生する蒸気発生器と、前記蒸気発生器が発生した蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出された蒸気を冷却して作動溶液に復水させる復水器と、前記復水器で復水した作動溶液を前記蒸気発生器に送出する溶液ポンプとを配置してなるランキンサイクル回路を備え、
前記ランキンサイクル回路が、前記貯湯槽の貯湯温度よりも低い沸点を有する作動溶液を利用し、前記貯湯槽に貯留されている湯水が前記蒸気発生器の熱源として供給されて作動するように構成されているコージェネレーションシステム。 A cogeneration system comprising a combined heat and power device that generates heat and electric power, and a hot water storage tank that collects the heat generated by the combined heat and power device and stores it as hot water,
A steam generator that generates steam by heating the working solution, a steam turbine that is driven by the steam generated by the steam generator, and condensate that cools the steam discharged from the steam turbine and condenses it into the working solution. And a Rankine cycle circuit comprising a solution pump for delivering the working solution condensed by the condenser to the steam generator,
The Rankine cycle circuit is configured to operate using a working solution having a boiling point lower than the hot water storage temperature of the hot water storage tank, and hot water stored in the hot water storage tank is supplied as a heat source of the steam generator. Cogeneration system.
前記貯湯槽の上方から取り出した湯水を前記蒸気発生器に通流させた後に前記貯湯槽の下方に戻す形態で湯水を循環させる湯水循環回路を備えた請求項1又は2に記載のコージェネレーションシステム。 The hot water storage tank is configured as a temperature stratified hot water storage type for storing hot water in a form that forms temperature stratification,
The cogeneration system according to claim 1, further comprising a hot water circulation circuit for circulating hot water in a form in which hot water taken out from above the hot water tank is passed through the steam generator and then returned to the lower side of the hot water tank. .
前記貯湯状態検出手段の検出結果に基づいて前記ランキンサイクル回路の作動を制御する制御手段とを備えた請求項1〜3の何れか一項に記載のコージェネレーションシステム。 Hot water storage state detection means for detecting the hot water storage state of the hot water storage tank;
The cogeneration system according to any one of claims 1 to 3, further comprising control means for controlling the operation of the Rankine cycle circuit based on a detection result of the hot water storage state detection means.
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