JP2013530370A - 小型熱併合発電システム及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、熱媒体貯蔵タンクに貯蔵されて熱併合発電機の廃熱回収熱交換器に流入される熱媒体の温度が廃熱回収に適正な温度範囲を維持し得るようにする冷却機能を従来の設備を活用して具現することで、熱併合発電機が中断されることなく稼動されて電力の受給が円滑に行われるようにする小型熱併合発電システム及びその制御方法を提供することにその目的がある。それを実現するために、本発明は、電気を生産する際発生される廃熱を回収するために廃熱回収熱交換器１１０を具備した熱併合発電機１００と、前記廃熱回収熱交換器１１０から供給された熱媒体が通過する主熱交換器２１０と、前記主熱交換器２１０に燃焼熱を提供するバーナー２２０側に空気を供給する燃焼用ファン２３０と、が具備されたボイラ２００と、前記循環される熱媒体が貯蔵され、前記貯蔵された熱媒体を前記熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０に供給するように連結された熱媒体貯蔵タンク３００と、を具備した小型熱併合発電システムにおいて、前記熱媒体貯蔵タンク３００には内部に貯蔵された熱媒体の温度を測定する温度感知部５３０が具備され、暖房及び温水負荷がない場合、前記温度感知部５３０で測定された熱媒体の温度が第１設定温度以上であると、前記燃焼用ファン２３０を回転させて前記主熱交換器２１０を通過する熱媒体に空気が供給されるように制御する制御部６００と、を含む。
【選択図】図２
【選択図】図２
Description
本発明は、小型熱併合発電システム及びその制御方法に関するものであり、更に詳しくは、熱併合発電機から発生した廃熱を暖房と温水両方に利用すると共に、熱媒体貯蔵タンクに貯蔵された熱媒体が設定された温度を超過しないようにボイラの燃焼用ファンを利用して熱媒体の温度を調整した後循環させることで、熱併合発電機の稼動を中断することなく電力を継続的に生産し得るようにする小型熱併合発電システム及びその制御方法に関するものである。
小型熱併合発電（ＣＨＰ；Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｈｅａｔ＆Ｐｏｗｅｒ）とは、内燃機関、ガスタービン、燃料電池、スターリングエンジンなどの各種原動機によって燃料が持つ化学エネルギーを電気エネルギーに変換生成し、その際伴う廃熱を有効に活用する総合エネルギーシステムをいう。このような発電方式は、従来の発電方式に比べ２倍以上エネルギー利用効率を向上し得る高効率エネルギー技術であると共に、地球温暖化への寄与度が最も高いＣＯの排出量を画期的に減らし得る環境にやさしい技術であるため、各国でその導入を活発に推進している。
図１は、従来の小型熱併合発電システムを概略的に示す構成図である。
従来の小型熱併合発電システムは、電力を発生して内部には廃熱回収熱交換器１２が具備された熱併合発電機１０と、前記廃熱回収熱交換器１２を通過しながら廃熱を回収した熱媒体が貯蔵される熱媒体貯蔵タンク２０と、前記熱媒体貯蔵タンク２０に連結されて暖房又は温水の使用先に加熱された水を供給するボイラ３０と、を含む。そして、前記熱媒体貯蔵タンク２０と廃熱回収熱交換器１２との間の熱媒体の循環流路上には内部循環ポンプ４０が設置され、熱媒体貯蔵タンク２０とボイラ３０との間の熱媒体循環流路上には外部循環ポンプ５０が設置される。
従来の小型熱併合発電システムは、電力を発生して内部には廃熱回収熱交換器１２が具備された熱併合発電機１０と、前記廃熱回収熱交換器１２を通過しながら廃熱を回収した熱媒体が貯蔵される熱媒体貯蔵タンク２０と、前記熱媒体貯蔵タンク２０に連結されて暖房又は温水の使用先に加熱された水を供給するボイラ３０と、を含む。そして、前記熱媒体貯蔵タンク２０と廃熱回収熱交換器１２との間の熱媒体の循環流路上には内部循環ポンプ４０が設置され、熱媒体貯蔵タンク２０とボイラ３０との間の熱媒体循環流路上には外部循環ポンプ５０が設置される。
前記熱併合発電機１０は稼動の際電力の生産と共に多くの熱を発生するようになるが、このような熱併合発電機１０から発生した廃熱は廃熱回収熱交換器１２を通過する熱媒体との熱交換を介して放熱することで熱併合発電機１０の過熱を防止すると共に、ボイラ３０ではこのような廃熱を吸収した熱媒体を利用して暖房及び温水を使用する際ボイラ３０で所要される燃焼負荷を節減することができるようになる。
しかし、ボイラ３０に暖房及び温水負荷がない場合、前記内部循環ポンプ４０と外部循環ポンプ５０を駆動して熱媒体を循環させると熱媒体貯蔵タンク２０に貯蔵される熱媒体の温度が次第に上昇し、熱媒体の温度が設定温度を超過する。この場合には熱併合発電機１０から廃熱の回収が行われなくなって熱併合発電機１０が過熱されるため、所定時間の間熱併合発電機１０の稼動を中断せざるを得なくなって電力生産が中断される問題が発生する。
しかし、ボイラ３０に暖房及び温水負荷がない場合、前記内部循環ポンプ４０と外部循環ポンプ５０を駆動して熱媒体を循環させると熱媒体貯蔵タンク２０に貯蔵される熱媒体の温度が次第に上昇し、熱媒体の温度が設定温度を超過する。この場合には熱併合発電機１０から廃熱の回収が行われなくなって熱併合発電機１０が過熱されるため、所定時間の間熱併合発電機１０の稼動を中断せざるを得なくなって電力生産が中断される問題が発生する。
このような問題を解決するために、従来は熱併合発電機１０内の熱媒体流路上に冷却コイル１４と冷却ファン１６を設置して廃熱回収熱交換器１２に流入される恒温の熱媒体を設定温度以下に冷却させる方式を利用していた。
しかし、このような構造によると、熱併合発電機１０の内部に冷却コイル１４と冷却ファン１６及びそれを制御する装置を追加に設置しなければならないため熱併合発電機１０の構造が複雑になり、製品生産コストが増加する問題点があった。
本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、熱媒体貯蔵タンクに貯蔵されて熱併合発電機の廃熱回収熱交換器に流入される熱媒体の温度が廃熱回収に適正な温度範囲を維持し得るようにする冷却機能を従来の設備を活用して具現することで、熱併合発電機が中断されることなく稼動されて電力の受給が円滑に行われるようにする小型熱併合発電システム及びその制御方法を提供することにその目的がある。
上述したような目的を具現するための本発明の小型熱併合発電システムは、電気を生産する際発生する廃熱を回収するために廃熱回収熱交換器１１０を具備した熱併合発電機１００と、前記廃熱回収熱交換器１１０から供給された熱媒体が通過する主熱交換器２１０と、前記主熱交換器２１０に燃焼熱を提供するバーナー２２０側に空気を供給する燃焼用ファン２３０が具備されたボイラ２００と、前記循環される熱媒体が貯蔵され、前記貯蔵された熱媒体を前記熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０に供給するように連結された熱媒体貯蔵タンク３００と、を具備した小型熱併合発電システムにおいて、前記熱媒体貯蔵タンク３００には内部に貯蔵された熱媒体の温度を測定する温度感知部５３０が具備され、暖房及び温水負荷がない場合、前記温度感知部５３０で測定された熱媒体の温度が第１設定温度以上であると、前記燃焼用ファン２３０を回転させて前記主熱交換器２１０を通過する熱媒体に空気が供給されるように制御する制御部６００と、を含む。
暖房及び温水負荷がない場合又は温水モードの際、前記熱媒体の循環流路は、前記熱媒体貯蔵タンク３００と、前記熱媒体貯蔵タンク３００内部の熱媒体を循環させるために前記ボイラ２００の内部に設置された循環ポンプ２６０と、前記循環ポンプ２６０に連結された前記熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換機１１０と、前記廃熱回収熱交換器１１０に連結されて前記ボイラ２００の内部に設置された主熱交換器２１０と、前記主熱交換器２１０から供給された熱媒体を暖房所要先４００及び前記急騰熱交換器２５０のうちいずれか一つに選択的に供給する三方バルブ２４０と、前記三方バルブ２４０に連結された急騰熱交換器２５０と、が順次に連結されて熱媒体流路を形成することを特徴とする。
暖房モードの際、前記熱媒体の循環流路は、前記熱媒体貯蔵タンク３００、前記熱媒体貯蔵タンク３００内部の熱媒体を循環させるために前記ボイラ２００の内部に設置された循環ポンプ２６０、前記循環ポンプ２６０に連結された前記熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換機１１０、前記廃熱回収熱交換器１１０に連結されて前記ボイラ２００の内部に設置された主熱交換器２１０、前記主熱交換器２１０から供給された熱媒体を暖房所要先４００及び前記急騰熱交換器２５０のうちいずれか一つに選択的に供給する三方バルブ２４０、前記三方バルブ２４０に連結された暖房所要先４００が順次に連結されて熱媒体流路を形成することを特徴とする。
本発明の小型熱併合発電システムの制御方法は、電気を生産する際発生される廃熱を回収するために廃熱回収熱交換器１１０を具備した熱併合発電機１００が稼動される段階と、前記熱併合発電機１００の廃熱を回収した熱媒体が前記廃熱回収熱交換器１１０に連結されたボイラ２００を経由して熱媒体貯蔵タンク３００に貯蔵された後前記熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０に循環される段階と、前記暖房及び温水負荷がない場合、前記熱媒体貯蔵タンク３００に貯蔵された熱媒体の温度が第１設定温度以上であると、前記ボイラ２００内に具備された燃焼用ファン２３０を回転させて前記ボイラ２００の主熱交換器２１０を通過する熱媒体に空気を供給する段階と、を含む。
また、前記燃焼用ファン２３０の回転によって前記熱媒体貯蔵タンク３００に貯蔵された熱媒体の温度が第２設定温度以下になると、前記燃焼用ファン２３０の回転が中止されるように制御する段階と、を更に含むことを特徴とする。
本発明による小型熱併合発電システム及びその制御方法によると、熱媒体貯蔵タンクに貯蔵された熱媒体の測定温度が事前に設定された温度を超過しないようにボイラに具備された燃焼用ファンの駆動を制御することで、ボイラに暖房及び温水負荷がない状態で熱併合発電機の廃熱を熱媒体に蓄熱すると共に、熱併合発電機が継続的に稼動されて電力生産量を増大し得る効果がある。
また、本発明によると、熱併合発電機とボイラの熱媒体流路を連結することで熱併合発電機から回収された廃熱を暖房と温水共に利用することができるため熱併合発電システムの運転に所要されるコストを減少することができ、暖房及び温水モードの際供給される熱量を容易に制御し得る効果がある。
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例に対する構成及び作用を詳細に説明する。
図２は、本発明による小型熱併合発電システムを概略的に示す構成図である。
本発明による小型熱併合発電システムは、電気を生産する際発生した廃熱を回収するために廃熱回収熱交換器１１０を具備した熱併合発電機１００と、前記熱併合発電機１００から廃熱を吸収した熱媒体を暖房所要先４００と急騰熱交換器２５０のうちいずれか一つに貯蔵する熱媒体貯蔵タンク３００と、前記熱媒体貯蔵タンク３００に貯蔵された熱媒体の温度が前記熱併合発電機１００の廃熱を回収するのに適正な温度範囲を維持するように制御する制御部６００（図６参照）と、を含む。
ここで、熱媒体とは暖房水である水をいう。
本発明による小型熱併合発電システムは、電気を生産する際発生した廃熱を回収するために廃熱回収熱交換器１１０を具備した熱併合発電機１００と、前記熱併合発電機１００から廃熱を吸収した熱媒体を暖房所要先４００と急騰熱交換器２５０のうちいずれか一つに貯蔵する熱媒体貯蔵タンク３００と、前記熱媒体貯蔵タンク３００に貯蔵された熱媒体の温度が前記熱併合発電機１００の廃熱を回収するのに適正な温度範囲を維持するように制御する制御部６００（図６参照）と、を含む。
ここで、熱媒体とは暖房水である水をいう。
前記熱併合発電機１００とは、一例に、タービン（図示せず）によって駆動されて電気を生産すると共に前記タービンによって発生された廃熱を回収する装置をいう。前記廃熱回収熱交換機１００では、前記廃熱を回収するために熱媒体が内部を流れるようになっており、この熱媒体は前記ボイラ２００を循環する。
前記ボイラ２００には、燃焼熱を発生するバーナー２２０と、前記バーナー２００への燃焼用ガスの供給量を調節するガスバルブ２７０と、前記バーナー２００から発生した燃焼熱と前記廃熱回収熱交換器１１０から供給された熱媒体との間に熱交換が行われる主熱交換器２１０と、前記バーナー２２０の燃焼に必要な空気を供給すると共に前記主熱交換器２１０を通過する熱媒体の冷却のために空気を供給する燃焼用ファン２３０と、前記主熱交換器２１０から供給された熱媒体を暖房所要先４００と急騰熱交換器２５０のうちいずれか一つに選択的に供給する三方バルブ２４０と、温水モードの際前記三方バルブ２４０を通過した熱媒体と直水との間に熱交換が行われる急騰熱交換器２５０と、前記熱媒体を強制循環させるために前記熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０と出口側が連結された循環ポンプ２６０と、が具備されている。
前記急騰熱交換器２５０には直水が流入され、前記直水は三方バルブ２４０を通過した熱媒体との間で熱交換が行われて温水になった後温水所要先に供給される。
前記熱媒体貯蔵タンク３００は、熱媒体を貯蔵して蓄熱するために密閉された容器で構成される。このような熱媒体貯蔵タンク３００には暖房モードの際暖房所要先４００を循環した後温度が下がった熱媒体（即ち、暖房環水）が流入され、温水モードの際急騰熱交換器２３０を通過しながら温度が下がった熱媒体が流入される。
前記熱媒体貯蔵タンク３００は、熱媒体を貯蔵して蓄熱するために密閉された容器で構成される。このような熱媒体貯蔵タンク３００には暖房モードの際暖房所要先４００を循環した後温度が下がった熱媒体（即ち、暖房環水）が流入され、温水モードの際急騰熱交換器２３０を通過しながら温度が下がった熱媒体が流入される。
よって、暖房モード又は温水モードの際には熱媒体貯蔵タンク３００に流入される熱媒体の温度が下がるようになり、廃熱を回収するための適正温度を満足するため、熱媒体貯蔵タンク３００に貯蔵されて廃熱回収熱交換器１１０に供給される熱媒体を冷却する必要がない。
一方、暖房及び温水負荷がない場合には熱媒体貯蔵タンク３００に廃熱が蓄熱されて熱媒体の温度が上昇し、熱媒体の温度が事前に設定された温度（第１設定温度）以上である場合には廃熱回収機能を行うことができなくなるため、熱媒体の温度を下げるための冷却段階が必要となる。
本発明では、前記燃焼用ファン２３０を回転させて主熱交換器２１０を通過する熱媒体に低温の空気を供給することで熱媒体の温度を設定温度以下に下げるが、その作用及び制御方法は後述する。
前記熱媒体貯蔵タンク３００に流入された熱媒体は、循環ポンプ２６０の駆動によって熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０に供給され、そのために熱媒体貯蔵タンク３００と循環ポンプ２６０との間は熱媒体が流れる配管で連結される。
前記熱媒体貯蔵タンク３００に流入された熱媒体は、循環ポンプ２６０の駆動によって熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０に供給され、そのために熱媒体貯蔵タンク３００と循環ポンプ２６０との間は熱媒体が流れる配管で連結される。
このような構造によると、熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０とボイラ２００の暖房水循環回路が一つの連結された流路を形成するため、システムを非常に簡単に構成することができる。
また、熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１００を通過しながら廃熱を吸収した熱媒体は暖房所要先４００側に供給されてもよく、急騰熱交換器２５０側に供給されてもよいため、廃熱を暖房と温水共に利用することができる。
なお、熱併合発電機１００とボイラ２００の熱媒体流路（暖房流路と温水流路）を互いに連結するようにしながらも、暖房及び温水負荷がない場合には熱併合発電機１００が持続的に稼動中の状態でボイラ２００の作動を中止して循環ポンプ２６０を駆動することで廃熱を熱媒体に蓄熱することができ、この蓄熱エネルギーを暖房及び温水共に利用し得るためエネルギー効率を上げることができる。
また、熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１００を通過しながら廃熱を吸収した熱媒体は暖房所要先４００側に供給されてもよく、急騰熱交換器２５０側に供給されてもよいため、廃熱を暖房と温水共に利用することができる。
なお、熱併合発電機１００とボイラ２００の熱媒体流路（暖房流路と温水流路）を互いに連結するようにしながらも、暖房及び温水負荷がない場合には熱併合発電機１００が持続的に稼動中の状態でボイラ２００の作動を中止して循環ポンプ２６０を駆動することで廃熱を熱媒体に蓄熱することができ、この蓄熱エネルギーを暖房及び温水共に利用し得るためエネルギー効率を上げることができる。
以下、本発明による小型熱併合発電システムの運転モード別による熱媒体の循環経路を添付した図面を参照して説明する。
図３は、本発明による小型熱併合発電システムにおける暖房及び温水負荷がない場合に熱媒体が循環する経路を示す図である。
暖房及び温水負荷がない場合ボイラ２００の稼動は中断され、熱併合発電機１００のみが稼動される。もちろん、前記ボイラ２００内部の循環ポンプ２６０は熱媒体を循環させるために作動される。
循環ポンプ２６０が駆動されると、熱媒体貯蔵タンク３００内部に貯蔵された熱媒体は循環ポンプ２６０を経て熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０の内部に流入される。
暖房及び温水負荷がない場合ボイラ２００の稼動は中断され、熱併合発電機１００のみが稼動される。もちろん、前記ボイラ２００内部の循環ポンプ２６０は熱媒体を循環させるために作動される。
循環ポンプ２６０が駆動されると、熱媒体貯蔵タンク３００内部に貯蔵された熱媒体は循環ポンプ２６０を経て熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０の内部に流入される。
この場合、熱併合発電機１００が稼動されて電気を生産すると共に廃熱を発生し、この廃熱によって廃熱回収熱交換器１００を通過する熱媒体に熱エネルギーが伝達される。
前記廃熱回収熱交換器１００を通過した熱媒体は主熱交換器２１０を経由した後、三方バルブ２４０に供給される。
前記廃熱回収熱交換器１００を通過した熱媒体は主熱交換器２１０を経由した後、三方バルブ２４０に供給される。
この際、前記三方バルブ２４０は暖房所要先４００側への熱媒体の流れを遮断し急騰熱交換器２５０側へと熱媒体を流すように設定されているため、熱媒体は急騰熱交換器２５０に供給される。この場合、温水負荷がないため直水との熱交換は行われない。
前記急騰熱交換器２５０を通過した熱媒体は熱媒体貯蔵タンク３００内部に流入される。
次に、上述した過程を繰り返しながら熱媒体が循環し、このように連結された閉回路は熱媒体流路を形成する。
次に、上述した過程を繰り返しながら熱媒体が循環し、このように連結された閉回路は熱媒体流路を形成する。
このように熱媒体の循環が行われると前記熱媒体貯蔵タンク３００の内部には熱エネルギーの蓄熱が行われ、前記熱媒体貯蔵タンク３００内部の熱媒体の温度が第１設定温度以上になると制御部６００ではボイラ２００内の燃焼用ファン２３０を回転させてボイラ２００外部から流入される低温の空気を主熱交換器２１０側に供給し、前記主熱交換器２１０を通過する高温の熱媒体の温度を下げる。
この際、ガスバルブ２７０は遮断された状態であるためバーナー２２０では燃焼が行われず、燃焼用ファン２３０を介して供給される空気は主熱交換器２１０側に供給されて熱交換が行われた後ボイラ２００の外部に排出される。
ここで、前記熱媒体貯蔵タンク３００内の熱媒体の温度設定は温度設定部５２０で行われ、温度の測定は熱媒体貯蔵タンク３００の内部又は熱媒体貯蔵タンク３００と廃熱回収熱交換器１１０との間の熱媒体の流路上に設置された温度感知部５３０で行われる（図６参照）。
図４は、本発明による小型熱併合発電システムにおける暖房モードの際熱媒体が循環する経路を示す図である。
暖房モードになるとボイラ２００が稼動され、ガスバルブ２７０が開放されてバーナー２２０で燃焼が起こり、三方バルブ２４０は急騰熱交換器２５０側への熱媒体の流れを遮断し暖房所要先４００側へと熱媒体を流すように設定される。
暖房モードになるとボイラ２００が稼動され、ガスバルブ２７０が開放されてバーナー２２０で燃焼が起こり、三方バルブ２４０は急騰熱交換器２５０側への熱媒体の流れを遮断し暖房所要先４００側へと熱媒体を流すように設定される。
ここで、前記熱媒体貯蔵タンク３００内部の熱媒体の温度を温度感知部５３０で測定し、測定の結果熱媒体貯蔵タンク３００内部の熱媒体だけでは暖房要求量に達しないと判断される場合にのみ、前記ボイラ２００で燃焼が行われるように構成されることが好ましい。
循環ポンプ２６０が駆動されると、熱媒体貯蔵タンク３００の内部に貯蔵された熱媒体は循環ポンプ２６０を経て熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０の内部に流入される。
前記廃熱回収熱交換器１１０を通過して熱媒体は、主熱交換器２１０を経由しながらバーナー２２０の燃焼熱によって加熱された後三方バルブ２４０に供給される。
前記三方バルブ２４０は暖房所要先４００側に開放されているため、熱媒体は暖房水供給水として暖房所要先４００を通過しながら温度が下がった後、暖房環水になって熱媒体貯蔵タンク３００の内部に流入される。
次に、暖房モードでは上述した過程を繰り返すことで熱媒体が循環され、このように連結された閉回路は暖房流路を形成する。
前記廃熱回収熱交換器１１０を通過して熱媒体は、主熱交換器２１０を経由しながらバーナー２２０の燃焼熱によって加熱された後三方バルブ２４０に供給される。
前記三方バルブ２４０は暖房所要先４００側に開放されているため、熱媒体は暖房水供給水として暖房所要先４００を通過しながら温度が下がった後、暖房環水になって熱媒体貯蔵タンク３００の内部に流入される。
次に、暖房モードでは上述した過程を繰り返すことで熱媒体が循環され、このように連結された閉回路は暖房流路を形成する。
前記ではバーナー２２０で燃焼が行われる場合を説明したが、熱媒体貯蔵タンク３００で蓄熱された熱エネルギーだけで暖房が可能な場合には前記バーナー２２０で燃焼が行われないようにし、熱併合発電機１００のみを稼動するように制御してもよい。
図５は、本発明による小型熱併合発電システムにおける温水モードの際熱媒体が循環する経路を示す図である。
温水モードになるとボイラ２００が稼動されてバーナー２２０で燃焼が起こり、三方バルブ２４０は暖房所要先４００側への熱媒体の流れを遮断し急騰熱交換器２５０側へと熱媒体を流すように設定される。
温水モードになるとボイラ２００が稼動されてバーナー２２０で燃焼が起こり、三方バルブ２４０は暖房所要先４００側への熱媒体の流れを遮断し急騰熱交換器２５０側へと熱媒体を流すように設定される。
ここで、前記熱媒体貯蔵タンク３００の内部の熱媒体温度を温度感知部５３０で測定し、測定の結果熱媒体貯蔵タンク３００内部の熱媒体だけで温水要求量に達しないと判断される場合にのみ、前記ボイラ２００で燃焼が行われるように構成されることが好ましい。
温水モードにおける熱媒体の流れは、前記図３で説明した熱媒体の経路と同じである。
前記主熱交換器２１０では、バーナー２２０の燃焼熱によって熱媒体を加熱した後三方バルブ２４０に供給する。
前記急騰熱交換器２１０では、直水との熱交換によって熱媒体の温度が下がった後熱媒体貯蔵タンク３００の内部に流入される。
前記主熱交換器２１０では、バーナー２２０の燃焼熱によって熱媒体を加熱した後三方バルブ２４０に供給する。
前記急騰熱交換器２１０では、直水との熱交換によって熱媒体の温度が下がった後熱媒体貯蔵タンク３００の内部に流入される。
次に、温水モードでは上述した過程を繰り返すことで熱媒体が循環され、このように連結された閉回路は温水流路を形成する。
前記ではバーナー２２０で燃焼が行われる場合を説明したが、熱媒体貯蔵タンク３００で蓄熱された熱エネルギーだけで温水の供給が可能な場合には前記バーナー２２０で燃焼が行われないようにし、熱併合発電機１００のみを稼動するように制御してもよい。
前記ではバーナー２２０で燃焼が行われる場合を説明したが、熱媒体貯蔵タンク３００で蓄熱された熱エネルギーだけで温水の供給が可能な場合には前記バーナー２２０で燃焼が行われないようにし、熱併合発電機１００のみを稼動するように制御してもよい。
以下、本発明の小型熱併合発電システムの制御方法を説明する。
図６は本発明による小型熱併合発電システムにおける制御ブロック図であり、図７は本発明による小型熱併合発電システムにおける制御方法を示す順序図である。
図６は本発明による小型熱併合発電システムにおける制御ブロック図であり、図７は本発明による小型熱併合発電システムにおける制御方法を示す順序図である。
図６を参照すると、制御部６００は負荷感知部５１０と温度設定部５２０及び温度感知部５３０から信号を入力されて熱併合発電システムの状態を判断し、ガスバルブ２７０と燃焼用ファン２３０及び循環ポンプ２６０の作動を制御するように設定されている。
図７を参照すると、熱併合発電機１００が稼動中の状態で前記熱併合発電機１００から発生した廃熱を回収した熱媒体は、循環ポンプ２６０の駆動によって廃熱回収熱交換器１１０に連結されたボイラ２００を経由して熱媒体貯蔵タンク３００に一時貯蔵された後、前記熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０に循環される（Ｓ１０）。
次に、負荷感知部５１０ではユーザがルームコントローラ（図示せず）で選択した暖房モード又は温水モードに基づいて暖房負荷又は温水負荷の有無を感知し、制御部６００に信号を送り出す（Ｓ２０）。
ここで、暖房負荷又は温水負荷があると感知されると、制御部６００では熱媒体貯蔵タンク３００に貯蔵されたエネルギーで暖房又は温水要求量として十分であるのか否かを判断し（Ｓ３０）、十分であると判断するとボイラ２００を稼動せずに熱媒体貯蔵タンク３００に貯蔵された熱媒体を暖房所要先４００又は急騰熱交換器２５０に供給し、熱媒体貯蔵タンク３００で貯蔵されたエネルギーでは暖房又は温水要求量として不十分だと判断すると、制御部６００ではボイラ２００が通常の暖房モード又は温水モードとして作動するようにガスバルブ２７０を開放してバーナー２２０で燃焼が起こるように制御すると共に、燃焼用ファン２３０を回転させてバーナー２２０の燃焼に必要な空気を供給して循環ポンプ２６０が駆動されるように制御する（Ｓ４０）。この際、三方バルブ２４０は暖房モード又は温水モードに応じて該当流路に切り替えるように設定される。
もし、暖房負荷又は温水負荷がないと感知されると、制御部６００ではガスバルブ２７０を遮断してバーナー２２０で燃焼が行われないように制御し（Ｓ５０）、温度設定部５２０で設定された第１設定温度と温度感知部５３０で測定された熱媒体貯蔵タンク３００内部の熱媒体温度を比較する（Ｓ６０）。
比較の結果、熱媒体の測定温度が第１設定温度以上であると燃焼用ファン２３０を回転させて主熱交換器２１０を通過する熱媒体を温度を下げる（Ｓ７０）。前記燃焼用ファン２３０の回転が所定時間持続されると熱媒体の温度は次第に下がるようになる。
次に、前記温度設定部５２０で設定された第２設定温度と温度感知部５３０で測定された熱媒体貯蔵タンク３００内部の熱媒体の温度を比較する（Ｓ８０）。
この際、熱媒体の測定温度が第２設定温度以下で感知されると燃焼用ファン２３０の回転を中止するように制御し（Ｓ９０）、熱媒体の測定温度が第２設定温度より高いと燃焼用ファン２３０の回転状態を維持する。
この際、熱媒体の測定温度が第２設定温度以下で感知されると燃焼用ファン２３０の回転を中止するように制御し（Ｓ９０）、熱媒体の測定温度が第２設定温度より高いと燃焼用ファン２３０の回転状態を維持する。
上述したように、本発明によると暖房及び温水負荷がない場合でもボイラ２００内に具備された燃焼用ファン２３０の回転制御を介して熱併合発電機１００に流入される熱媒体の温度が適正範囲を満足するように調節することができるようになるため、熱媒体を冷却するための設備を別途に具備する必要がなく従来の設備を活用できる利点がある。
そして、前記熱併合発電機１００とボイラ２００の熱媒体流路を一体に連結すると、ボイラ２００の熱量制御システムを利用することができるため暖房及び温水の供給に必要な熱量を精巧に制御することができる。
また、熱媒体貯蔵タンク３００の内部に蓄熱された熱エネルギーを暖房又は温水に利用し、暖房及び温水負荷がない場合には熱併合発電機１００のみを稼動することで熱併合発電システムの稼動によるコストを節減することができる。
また、熱媒体貯蔵タンク３００の内部に蓄熱された熱エネルギーを暖房又は温水に利用し、暖房及び温水負荷がない場合には熱併合発電機１００のみを稼動することで熱併合発電システムの稼動によるコストを節減することができる。
１０，１００：熱併合発電機
１２，１１０：廃熱回収熱交換器
１４ ：冷却コイル
１６ ：冷却ファン
２０，３００：熱媒体貯蔵タンク
３０，２００：ボイラ
４０ ：内部循環ポンプ
５０ ：外部循環ポンプ
２１０ ：主熱交換器
２２０ ：バーナー
２３０ ：燃焼用ファン
２４０ ：三方バルブ
２５０ ：急騰熱交換器
２６０ ：循環ポンプ
２７０ ：ガスバルブ
４００ ：暖房所要先
５１０ ：負荷感知部
５２０ ：温度設定部
５３０ ：温度感知部
６００ ：制御部
１２，１１０：廃熱回収熱交換器
１４ ：冷却コイル
１６ ：冷却ファン
２０，３００：熱媒体貯蔵タンク
３０，２００：ボイラ
４０ ：内部循環ポンプ
５０ ：外部循環ポンプ
２１０ ：主熱交換器
２２０ ：バーナー
２３０ ：燃焼用ファン
２４０ ：三方バルブ
２５０ ：急騰熱交換器
２６０ ：循環ポンプ
２７０ ：ガスバルブ
４００ ：暖房所要先
５１０ ：負荷感知部
５２０ ：温度設定部
５３０ ：温度感知部
６００ ：制御部
Claims (5)
- 電気を生産する際発生される廃熱を回収するために廃熱回収熱交換器１１０を具備した熱併合発電機１００と、
前記廃熱回収熱交換器１１０から供給された熱媒体が通過する主熱交換器２１０と、前記主熱交換器２１０に燃焼熱を提供するバーナー２２０側に空気を供給する燃焼用ファン２３０と、が具備されたボイラ２００と、
前記循環される熱媒体が貯蔵され、前記貯蔵された熱媒体を前記熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０に供給するように連結された熱媒体貯蔵タンク３００と、を具備した小型熱併合発電システムにおいて、
前記熱媒体貯蔵タンク３００には内部に貯蔵された熱媒体の温度を測定する温度感知部５３０が具備され、
暖房及び温水負荷がない場合、前記温度感知部５３０で測定された熱媒体の温度が第１設定温度以上であると、前記燃焼用ファン２３０を回転させて前記主熱交換器２１０を通過する熱媒体に空気が供給されるように制御する制御部６００と、を含むことを特徴とする、
小型熱併合発電システム。 - 暖房及び温水負荷がない場合又は温水モードの際、前記熱媒体の循環流路は、前記熱媒体貯蔵タンク３００と、前記熱媒体貯蔵タンク３００内部の熱媒体を循環させるために前記ボイラ２００の内部に設置された循環ポンプ２６０と、前記循環ポンプ２６０に連結された前記熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０と、前記廃熱回収熱交換器１１０と連結されて前記ボイラ２００の内部に設置された主熱交換器２１０と、前記主熱交換器２１０から供給された熱媒体を暖房所要先４００及び前記急騰熱交換器２５０のうちいずれか一つに選択的に供給する三方バルブ２４０と、前記三方バルブ２４０と連結された急騰熱交換器２５０と、が順次に連結されて熱媒体流路を形成することを特徴とする、請求項１に記載の小型熱併合発電システム。
- 暖房モードの際、前記熱媒体の循環流路は、前記熱媒体貯蔵タンク３００と、前記熱媒体貯蔵タンク３００内部の熱媒体を循環させるために前記ボイラ２００の内部に設置された循環ポンプ２６０と、前記循環ポンプ２６０に連結された前記熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０と、前記廃熱回収熱交換器１１０と連結されて前記ボイラ２００の内部に設置された主熱交換器２１０と、前記主熱交換器２１０から供給された熱媒体を暖房所要先４００及び前記急騰熱交換器２５０のうちいずれか一つに選択的に供給する三方バルブ２４０と、前記三方バルブ２４０と連結された暖房所要先４００と、が順次に連結されて熱媒体流路を形成することを特徴とする、請求項１に記載の小型熱併合発電システム。
- 電気を生産する際発生される廃熱を回収するために廃熱回収熱交換器１１０を具備した熱併合発電機１００が稼動される段階と、
前記熱併合発電機１００の廃熱を回収した熱媒体が前記廃熱回収熱交換器１１０に連結されたボイラ２００を経由して熱媒体貯蔵タンク３００に貯蔵された後、前記熱併合発電機１００の廃熱回収熱交換器１１０に循環される段階と、
暖房及び温水負荷がない場合、前記熱媒体貯蔵タンク３００に貯蔵された熱媒体の温度が第１設定温度以上であると、前記ボイラ２００内に具備された燃焼用ファン２３０を回転させて前記ボイラ２００の主熱交換器２１０を通過する熱媒体に空気を供給する段階と、を含むことを特徴とする、
小型熱併合発電システムの制御方法。 - 前記燃焼用ファン２３０の回転によって前記熱媒体貯蔵タンク３００に貯蔵された熱媒体の温度が第２設定温度以下になると、前記燃焼用ファン２３０の回転を中止するように制御する段階を更に含むことを特徴とする、請求項４に記載の小型熱併合発電システムの制御方法。
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