JP2007263010A - Co-generation system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a co-generation system capable of improving energy efficiency by effectively using exhaust heat collected from a co-generation device. <P>SOLUTION: This system is provided with a Ranking cycle circuit 20 having the steam generator 21 heating working solution S1 and generating steam, a steam turbine 22 driven by the steam S2, a condenser 23 cooling the steam S2 exhausted from the steam turbine S2 and condensing the same to working solution S1, and a solution pump 25 feeding working solution S1 condensed by the condenser 23 to the steam generator 21. The Ranking cycle circuit 20 uses working solution S1 having lower boiling point than stored hot water temperature of a hot water storage tank 10, and is constructed to operate by supply of hot water stored in the hot water storage tank 10 to the steam generator 21 as heat source. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

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).

特開2004−286008号公報JP 2004-286008 A

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 engine 1 a that generates heat and a generator 1 b that is driven by a shaft output of the engine 1 a and generates power as a combined heat and power generation device that generates power and heat. The engine drive generator 1 which consists of, the hot water storage tank 10 which collect | recovers the heat which the engine drive generator 1 generate | occur | produces, and stores it as hot water, and the operation control apparatus 70 which controls operation | movement are provided.

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 engine 1a generates heat in a form in which high-temperature exhaust gas E is discharged into the exhaust passage 2 and in a form in which the engine coolant JW circulating in the coolant circulation path 3 is heated. The heat of the exhaust gas E is recovered and stored as hot water.
That is, the exhaust passage 2 is provided with an exhaust heat recovery heat exchanger 8 that heats hot water flowing inside through heat exchange with the exhaust gas E circulating outside, and the exhaust heat recovery heat exchanger 8 The heated hot water is supplied to the hot water tank 10.

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 hot water tank 10 is composed of a hermetically sealed tank having a heat insulating structure, and a water supply path 14 is connected to the lower side of the hot water tank 10 so that water in the hot water tank 10 is consumed. Water is supplied from the water supply channel 14 to the lower side of the hot water tank 10 so that the hot water tank 10 is always kept in a full state.

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 hot water tank 10 is circulated through the exhaust heat recovery heat exchanger 8 and then returned to the upper side of the hot water tank 10. 7, a temperature sensor 9 for detecting the temperature of hot water supplied from the exhaust heat recovery heat exchanger 8 to the upper side of the hot water tank 10 on the upper side of the hot water tank 10 in the hot water circulation path 6. Is provided.

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 hot water tank 10 is configured in a temperature stratified hot water type that stores hot water in a state where temperature stratification is formed, and a high temperature heated by the exhaust heat recovery heat exchanger 8 is disposed above the hot water tank 10. A high temperature layer 10 a in which hot water exists is formed, and a low temperature layer 10 b in which low temperature water supplied through a water supply path 14 connected to the lower side exists is formed below the hot water storage tank 10.

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 water storage tank 10, a plurality of temperature sensors 17 for measuring the temperature of the hot water storage tank 10 are arranged at a plurality of locations along the vertical direction of the hot water storage tank 10. Thus, the temperature of the hot water at a plurality of locations along the vertical direction of the hot water tank 17 is measured.
And each measured temperature of this temperature sensor 17 will show hot values, so that hot water is stored in the state where hot water storage tank 10 forms temperature stratification, and what is arranged above will show these values. By using the measured temperature, for example, by knowing the arrangement region of the temperature sensor 17 indicating the measured temperature equal to or higher than a predetermined temperature, it is possible to know the hot water storage state of how much hot water of the predetermined temperature or higher is stored in the hot water storage tank 10. it can.
That is, the plurality of temperature sensors 17 function as hot water storage state detecting means for detecting the hot water storage state of the hot water storage tank 10.

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 circulation pump 4 for circulating the engine cooling water JW and a radiator 5 for air-cooling the engine cooling water JW. By operating the circulation pump 4 and the radiator 5, the engine 1a Is always cooled by supplying low-temperature engine cooling water JW.

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 generator 1 is configured to be able to adjust the power generation output of the power generator 1b by adjusting the output of the engine 1a, and the power generated by the engine-driven power generator 1 is controlled by an inverter for system linkage, etc. It is supplied to the power consumption unit and consumed at the same voltage and the same frequency as the received power received from the commercial power source.
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 hot water tank 10 can be heated.

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 water supply path 11 leading to a hot water supply section 13 such as a hot water tap and a bathtub is connected to the upper side of the hot water storage tank 10, and hot water stored on the upper side of the hot water storage tank 10 is supplied to the hot water supply section 13 through the hot water supply path 11. Supplied.
The hot water supply path 11 is provided with an auxiliary heat source device 12 capable of heating the hot water flowing through the hot water supply path 11 and a temperature sensor 18 for detecting the temperature of the hot water supplied to the hot water supply section 13.

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 engine 1a by the control device 70, hot water storage operation, and hot water supply operation will be described.
The control device 70 controls the output of the engine 1a so as to output electric power that follows the currently requested current power load when the engine-driven generator 1 operates.
Specifically, the control device 70 obtains the current power load and the power generation output for each relatively short predetermined output adjustment period such as one minute so that the power generation output is smaller than the current power load by a predetermined margin. The output of the engine 1a is set within the range from the minimum output to the maximum output.
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 generators 22a and 52a described later to the power generation output of the engine drive generator 1 described above. Required as an addition.
Further, the control device 70 is configured to operate the circulation pump 4 and the radiator 5 during operation of the engine-driven generator 1 to supply the engine 1a with low-temperature engine cooling water JW to cool the engine 1a. ing.

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 control device 70 operates the circulation pump 7 during the operation of the engine drive generator 1 as described above, and heats the hot water taken out from the lower side of the hot water storage tank 10 by the exhaust heat recovery heat exchanger 8. A hot water storage operation is performed in which hot water is circulated in the hot water circulation path 6 in a form that is later returned to the upper side of the hot water tank 10 to recover the exhaust heat of the engine-driven generator 1 and store the hot water in the hot water tank 10.
In this hot water storage operation, the control device 70 detects the hot water temperature returned to the upper side of the hot water tank 10 by the temperature sensor 9, and maintains the detected hot water temperature at a predetermined hot water storage temperature (for example, 80 ° C.). The circulation amount of hot water by the circulation pump 7 is controlled.
Therefore, hot water having a hot water storage temperature is stored in the high temperature layer 10a of the hot water storage tank 10.

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 water supply unit 13, the control device 70 performs a hot water supply operation in which the temperature of the hot water supplied to the hot water supply unit 13 is set to a hot water temperature preset by the user. Execute.
In this hot water supply operation, the control device 70 detects the temperature of the hot water supplied to the hot water supply passage 11 by the temperature sensor 18, and when the detected hot water temperature is lower than the hot water supply temperature, the control device 70 turns off the auxiliary heat source unit 12. The hot water is operated and heated to the hot water supply temperature.
Furthermore, in this hot water supply operation, when the temperature of the hot water detected by the temperature sensor 18 is lower than the hot water temperature, the control device 70 mixes an appropriate amount of hot water with the hot water using a three-way valve (not shown). The unit 13 is configured to supply hot water having a hot water supply temperature.

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 generator 1 will be described below.

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 Rankine cycle circuit 20 configured to supply a heat source and generate a shaft output. The Rankine cycle circuit 20 heats the working solution S1 to generate steam S2. The steam generator 21, the steam turbine 22 driven by the steam generated by the steam generator 21, and the steam S2 discharged from the steam turbine 22 are cooled by heat exchange with a cooling medium such as air to recover the working solution S1. A condenser 23 for watering and a solution pump 25 for sending the working solution S1 condensed by the condenser 23 to the steam generator 21 are arranged. The working solution S1 condensed by the condenser 23 is once stored in the liquid receiver 24 and then supplied to the steam generator 21 through the solution pump 25.

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 Rankine cycle circuit 20 uses a working solution S1 such as ammonia or chlorofluorocarbon having a boiling point lower than the hot water storage temperature of the hot water tank 10 described so far, and is further stored in the high temperature layer 10a of the hot water tank 10. The hot water is supplied as a heat source for the steam generator 21 so as to operate.

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 Rankine cycle circuit 20 is configured to generate power by driving the generator 22a with the shaft output generated by the steam turbine 22, and this generated output is the generated output of the engine-driven generator 1 described above. At the same time, it is supplied to the power consumption unit.

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 control device 70 recovers the excess heat state with respect to the current heat load, that is, the hot water stored in the hot water storage tank 10 is recovered by recovering the exhaust heat of the engine-driven generator 1 and being heated to the hot water storage temperature. When the hot water stored in the hot water storage tank 10 is supplied to the steam generator 21 as a heat source, the solution pump 25 is operated and the steam turbine 22 generates the shaft output. It is configured to operate the Rankine cycle circuit 20 in a form to obtain and generate power, and by the operation of the Rankine cycle circuit 20, the heat held by the hot water stored in the hot water tank 10 is effectively utilized, Energy efficiency can be improved.

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 steam generator 21 of the Rankine cycle circuit 20 is provided in a hot water supply passage 11 for supplying hot water from the hot water storage tank 10 to the hot water supply section 13, and the hot water flowing through the hot water supply passage 11 is supplied to the Rankine cycle circuit 20 as a heat source. Will be.

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 return path 15 that communicates the outlet side of the steam generator 21 of the hot water supply path 11 and the lower side of the hot water storage tank 10, and hot water that has flowed out of the steam generator 21 in the hot water supply path 11 passes through the return path 15 to store hot water. A return pump 16 is provided for delivery to the lower side of the tank 10. That is, hot water that circulates hot water in such a form that the hot water taken out from above the hot water tank 10 is passed through the steam generator 21 and then returned to the lower side of the hot water tank 10 by the hot water supply path 11, the return path 15, and the return pump 16. A circulation circuit is configured.

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 control device 70 is configured to function as control means for controlling the operation of the Rankine cycle circuit 20 based on the detection results of the plurality of temperature sensors 17 provided in the hot water tank 10, and the details thereof will be described below. Add a description.

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 control device 70 recognizes the hot water storage state indicating how much hot water having a predetermined temperature (for example, 80 ° C.) or more is stored in the hot water storage tank 10 based on the detection result of the temperature sensor 17, and the hot water storage state is In a full state where a large amount of hot water is stored in 10, the solution pump 25 is operated to operate the Rankine cycle circuit 20.
Here, in the operation of the Rankine cycle circuit 20, when a hot water supply operation is performed, the hot water in the hot water storage tank 10 passes through the steam generator 21 and is supplied to the hot water supply unit 13. Hot water is supplied as a heat source.

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 Rankine cycle circuit 20, when the hot water supply operation is not performed, the return pump 16 is operated, the hot water taken out from above the hot water tank 10 is passed through the steam generator 21, and then the return path By operating the hot water circulation circuit in such a manner that the hot water circulation circuit is returned to the lower side of the hot water storage tank 10 through 15, the hot water is supplied to the steam generating unit 21 as a heat source, thereby suppressing waste of hot water.
Note that the hot water circulation circuit composed of the return path 15 and the return pump 16 is omitted, and the hot water is automatically drained in a specific hot water supply section 13 such as a bathtub, so that the Rankine cycle circuit 20 is operated. When the hot water supply operation is not performed, the hot water stored in the hot water storage tank 10 may be supplied to the steam generation unit 21 as a heat source by draining the hot water supply unit 13.

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 control device 70 predicts the heat load in advance and determines that hot water corresponding to the heat load is stored in the hot water storage layer 10, the control device 70 sets the Rankine cycle circuit 20 even if it is full. The Rankine cycle circuit 20 can also be configured to operate when a state in which the predicted heat load does not actually occur has elapsed for a long time.

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 controller 70 operates the Rankine cycle circuit 20 even when the hot water storage state of the hot water storage tank 10 is full and the exhaust heat of the engine-driven generator 1 cannot be recovered any more. Since the heat of the hot water stored in the hot water storage tank 10 can be consumed, it is possible to avoid a reduction in exhaust heat recovery efficiency. Furthermore, the power generation output of the generator 22a of the Rankine cycle circuit 20 is used in the power consumption unit together with the power generation output of the engine-driven generator 1 to improve energy efficiency.

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 Rankine cycle circuit 20 described above, the ratio of the power generation output to the sum of the power generation output and the heat output in the cogeneration system is increased. On the other hand, when it is relatively large, each Rankine cycle circuit 20 may be appropriately operated.

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 Rankine cycle circuit 50 that is different from the Rankine cycle circuit 20 described above, and details thereof will be described.

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 Rankine cycle circuit 50 uses a working solution S1 such as ammonia or chlorofluorocarbon, like the Rankine cycle circuit 20 described above, and uses a steam generator 51, a steam turbine 52, a condenser 53, a liquid receiver 54, and a solution. The engine coolant JW on the inlet side of the radiator 5, which is disposed with a pump 55 and recovers the exhaust heat of the engine 1 a in the coolant circulation path 3 and has a relatively high temperature, is supplied as a heat source of the steam generator 51. It is configured to operate. Further, the Rankine cycle circuit 50 is also configured to generate power by driving the generator 52a by the shaft output of the steam turbine 52, and this power generation output is combined with the power generation output of the engine drive generator 1 described above. Supplied to the power consumption unit.

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 controller 70 is configured to operate the solution pump 55 so as to operate the Rankine cycle circuit 50 when the engine-driven generator 1 is operated. It is used in the power consuming unit together with the power generation output of the generator 1 to improve the energy efficiency.

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 hot water tank 10 without providing the Rankine cycle circuit 50.

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 water storage tank 10 is configured as a temperature stratification type. However, the temperature of the hot water heated to the stored hot water temperature is not changed to a uniform temperature without forming a temperature stratification. It may be configured to simply store.
Moreover, in the said embodiment, although the engine drive generator 1 was illustrated as a combined heat and power apparatus, you may employ | adopt another forms of combined heat and power apparatuses, such as a fuel cell, as a combined heat and power apparatus.

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.

コージェネレーションシステムの概略構成図Schematic configuration diagram of cogeneration system

符号の説明Explanation of symbols

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)

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であって、
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請求項1に記載のコージェネレーションシステム。   The cogeneration system according to claim 1, wherein 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. 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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