JP2014214635A - Cogeneration system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの駆動力を用いて発電可能であるとともにエンジン駆動時の排熱を回収して利用可能なコージェネレーションシステムを備える熱電供給システムに関する。 The present invention relates to a thermoelectric supply system including a cogeneration system that can generate electric power using the driving force of an engine and can recover and use exhaust heat generated when the engine is driven.
従来知られているコージェネレーションシステムは、エンジン、発電要素および排熱回収経路部を備えるものであり、ガスやガソリン等の燃料によってエンジンを駆動し、エンジンの駆動力によって発電要素を駆動して発電をおこなうとともに、エンジン駆動時に生じた排熱を排熱回収経路部で回収して、室内等に配設された暖房要素(例えばパネルヒータや床暖房器等)に当該排熱を供給するものである。暖房要素により、室内温度を快適に保つため、従来から種々の取り組みがなされている(例えば、特許文献1、2参照)。 A conventionally known cogeneration system includes an engine, a power generation element, and an exhaust heat recovery path. The engine is driven by fuel such as gas or gasoline, and the power generation element is driven by the driving force of the engine to generate power. In addition, the exhaust heat generated when the engine is driven is recovered by the exhaust heat recovery path section, and the exhaust heat is supplied to a heating element (such as a panel heater or a floor heater) disposed in the room or the like. is there. In order to keep the room temperature comfortable by the heating element, various efforts have been conventionally made (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
特許文献1には、太陽光発電装置を組み込んだコージェネレーションシステムにおける運転制御機構が開示されている。特許文献1には、太陽光発電時において家庭内(室内)側から商用電源への逆潮流が生じたときに不具合が生じることが記載されている。太陽光発電装置と家庭内での電力使用量との関係により、逆潮時には太陽光発電装置による発電量が抑制される。そして、期待される太陽熱発電量に比べて、実際の太陽熱発電量が少ないことで、売電可能な電力量が予測値に満たない(つまり少ない)等の不具合が生じると考えられる。 Patent Document 1 discloses an operation control mechanism in a cogeneration system incorporating a solar power generation device. Patent Document 1 describes that a problem occurs when a reverse power flow from the home (indoor) side to the commercial power source occurs during solar power generation. Due to the relationship between the solar power generation device and the amount of power used in the home, the amount of power generated by the solar power generation device is suppressed during reverse tide. And, it is considered that the actual amount of solar thermal power generation is smaller than the expected amount of solar thermal power generation, which causes problems such as the amount of power that can be sold is less than the predicted value (that is, less).
特許文献2には、HEMS(Home Energy Manegement System;ホームエネルギー管理システム、以下、必要に応じてHEMSと略する)を用いて、ユーザが在宅か不在かをスケジューリングする技術が提案されている。この技術によると、太陽光発電による売電、蓄電および電気負荷を適切に制御することで、最大限のユーザーメリット(例えば売電、室内温度管理等)を得ることができるとされている。 Patent Document 2 proposes a technique for scheduling whether a user is at home or away using a HEMS (Home Energy Management System; hereinafter, abbreviated as HEMS if necessary). According to this technology, it is said that the maximum user merit (for example, power sale, indoor temperature management, etc.) can be obtained by appropriately controlling power sale, power storage and electric load by solar power generation.
しかしながら上記した一般的なコージェネレーションシステムにおいては、コージェネレーションシステムに要求される電力量(つまり、コージェネレーションシステムに接続された電気負荷が消費する電力量、コージェネレーションシステムで産生すべき電力量)に応じてコージェネレーションシステムのエンジン駆動量(回転数、運転時間等)が決定される場合が多い。この種のコージェネレーションシステムにおいては、エンジンの駆動量に応じた大きさの電力が産生されるため、必要な電力量に応じてエンジン駆動量が決定される。このようなコージェネレーションシステムにおいて、コージェネレーションシステムに要求される電力量(需要電力量と呼ぶ)が小さい場合、エンジンの駆動量もそれに伴って小さく、エンジン排熱のみからは必要な熱量を得難い問題があった。一般には、エンジン以外の熱供給要素(例えばガス給湯暖房器等)をコージェネレーションシステムに組み込むことで、不足する熱量を補填している。しかしエンジン以外の熱供給装置を併用することで、コージェネレーションシステムの価格を低減し難かったり、熱供給装置からの熱回収効率が悪化したりする問題がある。 However, in the general cogeneration system described above, the amount of power required for the cogeneration system (that is, the amount of power consumed by the electrical load connected to the cogeneration system, the amount of power to be generated by the cogeneration system) Accordingly, the engine drive amount (rotation speed, operation time, etc.) of the cogeneration system is often determined accordingly. In this type of cogeneration system, electric power having a magnitude corresponding to the driving amount of the engine is produced, and therefore the engine driving amount is determined according to the required electric energy. In such a cogeneration system, when the amount of power required for the cogeneration system (referred to as demand power amount) is small, the engine drive amount is small accordingly, and it is difficult to obtain the necessary amount of heat only from engine exhaust heat. was there. In general, a heat supply element other than the engine (for example, a gas hot water heater or the like) is incorporated into a cogeneration system to compensate for a shortage of heat. However, when a heat supply device other than the engine is used in combination, there is a problem that it is difficult to reduce the price of the cogeneration system or the heat recovery efficiency from the heat supply device is deteriorated.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、既存のコージェネレーションシステムを使用でき、かつ、需要電力量が小さい場合にも十分な熱量を得ることができる熱電供給システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a thermoelectric supply system that can use an existing cogeneration system and can obtain a sufficient amount of heat even when the amount of power demand is small. And
上記課題を解決する本発明の熱電供給システムは、エンジンと、前記エンジンに接続され前記エンジンの駆動力によって電力を生じる発電要素と、前記エンジンに接続され前記エンジンの駆動時に生じる熱を回収する排熱回収経路部と、前記発電要素に電気的に接続されるとともに前記排熱回収経路部に熱的に接続されている余剰電力ヒータと、前記エンジン、前記発電要素および前記余剰電力ヒータの駆動制御をおこなう副制御要素と、を備え、前記発電要素が少なくとも1つの電気負荷に電気的に接続可能であるとともに、前記電気負荷が消費する需要電力量に応じた電力量を前記発電要素で産生すべく前記副制御要素にて前記エンジンの駆動制御をおこなうコージェネレーションシステムと、
前記コージェネレーションシステムに接続され前記余剰電力ヒータを駆動制御可能な制御要素と、
室内に配設されるとともに前記排熱回収経路部に接続され、前記排熱回収経路部の熱を前記室内に供給する暖房要素と、
前記室内に配設されるとともに前記制御要素に接続され、室内温度を測定するとともに測定した前記室内温度に応じた実測温度信号を前記制御要素に伝送する室内温度測定要素と、
前記制御要素に接続されユーザにより設定温度を入力可能であり、ユーザが入力した前記設定温度に応じた設定温度信号を前記制御要素に伝送する操作端末と、を備え、
前記室内温度が前記設定温度よりも低い場合に、前記制御要素が前記余剰電力ヒータを駆動して前記需要電力量を増大させることで、前記エンジンの駆動量を増大させるものである。
The thermoelectric supply system of the present invention that solves the above problems includes an engine, a power generation element that is connected to the engine and generates electric power by the driving force of the engine, and an exhaust gas that is connected to the engine and recovers heat generated when the engine is driven. Heat recovery path, surplus power heater that is electrically connected to the power generation element and thermally connected to the exhaust heat recovery path, and drive control of the engine, the power generation element, and the surplus power heater The power generation element is electrically connectable to at least one electric load, and generates the amount of power corresponding to the amount of power demanded by the electric load by the power generation element. A cogeneration system for controlling the drive of the engine by the sub-control element,
A control element connected to the cogeneration system and capable of driving and controlling the surplus power heater;
A heating element disposed in a room and connected to the exhaust heat recovery path, and supplying heat from the exhaust heat recovery path to the room;
An indoor temperature measuring element that is disposed in the room and connected to the control element, measures an indoor temperature, and transmits an actual temperature signal corresponding to the measured indoor temperature to the control element;
An operation terminal connected to the control element and capable of inputting a set temperature by a user, and transmitting a set temperature signal corresponding to the set temperature input by the user to the control element;
When the room temperature is lower than the set temperature, the control element drives the surplus power heater to increase the demand power amount, thereby increasing the drive amount of the engine.
本発明の熱電供給システムによれば、電力はさほど必要とされていないにも拘わらず熱が必要とされている場合に、コージェネレーションシステムに含まれる余剰電力ヒータを、制御要素によって駆動制御する。余剰電力ヒータは、コージェネレーションシステムで生じた余剰電力を熱に変換することで、コージェネレーションシステムから商用電源への逆潮流を防止するための要素である。そして、一般的なコージェネレーションシステムは余剰電力ヒータを備える。本発明の熱電供給システムにおける制御要素は、余剰電力が生じていない場合にも、余剰電力ヒータを駆動する。このため、需要電力量が小さくエンジンで生じる熱量が小さい場合にも、余剰電力ヒータで必要とされる分だけの電力が需要電力に加算され、エンジンの駆動量が増大する。よってエンジンで生じる熱量が増大する。また、余剰電力ヒータが電力から変換した熱を排熱回収経路部に供給すれば、コージェネレーションシステムで生じ暖房要素に供給可能な熱量はさらに増大する。つまり、本発明の熱電供給システムにおける制御要素は、間接的にエンジンの燃焼制御をおこなう。このため、需要電力が少なく、従来はエンジンにより十分な熱量を供給できなかった場合にも、エンジンで排熱を適宜利用可能になる。 According to the thermoelectric supply system of the present invention, the surplus power heater included in the cogeneration system is driven and controlled by the control element when heat is required even though electric power is not so much required. The surplus power heater is an element for preventing a reverse power flow from the cogeneration system to the commercial power source by converting surplus power generated in the cogeneration system into heat. A general cogeneration system includes a surplus power heater. The control element in the thermoelectric supply system of the present invention drives the surplus power heater even when surplus power is not generated. For this reason, even when the amount of power required is small and the amount of heat generated by the engine is small, the amount of power required by the surplus power heater is added to the demand power, and the engine drive amount increases. Therefore, the amount of heat generated in the engine increases. Moreover, if the surplus electric power heater supplies heat converted from electric power to the exhaust heat recovery path section, the amount of heat generated in the cogeneration system and supplied to the heating element further increases. That is, the control element in the thermoelectric supply system of the present invention indirectly controls the combustion of the engine. For this reason, even when the power demand is small and a sufficient amount of heat cannot be supplied by the engine conventionally, the exhaust heat can be appropriately used by the engine.
本発明の熱電供給システムによれば、コージェネレーションシステムのエンジンを駆動制御するための制御要素を、コージェネレーションシステムの一般的な駆動制御を担う副制御要素とは別に設けたものであり、既存の(つまり汎用型の)コージェネレーションシステムのエンジンを、副制御要素によるコージェネレーションシステムの駆動制御に囚われず駆動制御可能であり、必要な熱量を暖房要素に供給できる。 According to the thermoelectric supply system of the present invention, the control element for driving and controlling the engine of the cogeneration system is provided separately from the sub-control element responsible for general driving control of the cogeneration system. The engine of the cogeneration system (that is, a general-purpose type) can be driven and controlled without being limited by the drive control of the cogeneration system by the sub-control element, and the necessary amount of heat can be supplied to the heating element.
本発明の熱電供給システムは、下記の(1)〜(3)の何れか一つを備えるのが好ましく、(1)〜(3)の複数を備えるのがより好ましい。
(1)前記排熱回収経路部に接続される給湯装置を備え、前記排熱回収経路部は前記給湯装置に供給される水と熱交換可能である。
(2)さらに、前記排熱回収経路部に配設されるとともに前記制御要素に接続され、前記排熱回収経路部の温度を測定するとともに測定した前記排熱回収経路部の温度に応じた経路温度信号を前記制御要素に伝送する経路温度測定要素を備える。
(3)前記排熱回収経路部はクーラントを含み、前記経路温度測定要素は、前記暖房要素内を流通する前記クーラントの温度を測定する。
The thermoelectric supply system of the present invention preferably includes any one of the following (1) to (3), and more preferably includes a plurality of (1) to (3).
(1) A hot water supply apparatus connected to the exhaust heat recovery path section is provided, and the exhaust heat recovery path section can exchange heat with water supplied to the hot water supply apparatus.
(2) Further, a path that is disposed in the exhaust heat recovery path and connected to the control element, measures the temperature of the exhaust heat recovery path and measures the measured temperature of the exhaust heat recovery path A path temperature measurement element is provided that transmits a temperature signal to the control element.
(3) The exhaust heat recovery path section includes a coolant, and the path temperature measurement element measures the temperature of the coolant flowing through the heating element.
本発明の熱電供給システムによると、需要電力が少ない場合にも、コージェネレーションシステムにおけるエンジンを用いて効率良く熱を産生できる。 According to the thermoelectric supply system of the present invention, heat can be efficiently generated using the engine in the cogeneration system even when the demand power is small.
本発明の熱電供給システムは、コージェネレーションシステム、制御要素、暖房要素、室内温度センサおよび操作端末を備える。 The thermoelectric supply system of the present invention includes a cogeneration system, a control element, a heating element, a room temperature sensor, and an operation terminal.
コージェネレーションシステムは、上述した既存の汎用型のものを用いれば良い。つまり、本発明の熱電供給システムにおけるコージェネレーションシステムは、エンジン、発電要素、排熱回収経路および余剰電力ヒータを備えるものであれば良い。エンジンの種類は特に問わないが、ガスやガソリン、灯油等、一般的な燃料で駆動するものを選択するのが良い。発電要素もまた特に限定されず、エンジンの駆動力により発電可能な種々のものを使用できる。排熱回収経路部は、エンジンの排熱および余剰電力ヒータの熱を回収可能であり、かつ、当該熱を暖房要素に供給可能であれば良い。排熱回収経路部は、直接的または間接的にエンジンに接続され、エンジン、余剰電力ヒータおよび暖房要素を接続する経路を構成する。排熱回収経路部は、如何なる機構で熱伝達を行なっても良いが、熱伝達を好適に行なうためには、排熱回収経路部は流体と当該流体が流通する流体流路と、で構成されるのが良い。また、流体流路部はエンジンの排熱を暖房要素に供給するとともに、暖房要素を経た熱伝達後の流体を、エンジンに再度供給する回路状をなすのがより好ましい。 As the cogeneration system, the existing general-purpose type described above may be used. That is, the cogeneration system in the thermoelectric supply system of the present invention only needs to include an engine, a power generation element, an exhaust heat recovery path, and a surplus power heater. The type of engine is not particularly limited, but it is preferable to select an engine that is driven by general fuel such as gas, gasoline, or kerosene. The power generation element is also not particularly limited, and various elements that can generate power by the driving force of the engine can be used. The exhaust heat recovery path section only needs to be able to recover the exhaust heat of the engine and the heat of the surplus electric power heater and supply the heat to the heating element. The exhaust heat recovery path section is directly or indirectly connected to the engine and constitutes a path connecting the engine, the surplus power heater and the heating element. The exhaust heat recovery path section may transfer heat by any mechanism. However, in order to perform heat transfer appropriately, the exhaust heat recovery path section is composed of a fluid and a fluid flow path through which the fluid flows. It is good. More preferably, the fluid flow path portion has a circuit shape for supplying exhaust heat of the engine to the heating element and supplying again the fluid after heat transfer through the heating element to the engine.
余剰電力ヒータは、発電要素に電気的に接続されるとともに、排熱回収経路部に熱的に接続されて、発電要素からの給電を受けて動作し、生じた熱を排熱回収経路部に供給可能であれば良い。勿論、本発明の熱電供給システムにおける余剰電力ヒータは、既存のコージェネレーションシステムにおける余剰電力ヒータと同様に、さらに、商用電源に電気的に接続されても良い。また、例えば、熱を一時的に貯蔵可能な要素(例えば貯湯タンク内の流体等)や、熱を利用可能な要素(例えば温水器に流通する流体)に、余剰電力ヒータを熱的に接続し、暖房要素を使用せず余剰電力が生じた場合に、これらの要素に熱を供給しても良い。 The surplus power heater is electrically connected to the power generation element, and is thermally connected to the exhaust heat recovery path section, operates by receiving power from the power generation element, and generates heat to the exhaust heat recovery path section. Any supply is acceptable. Of course, the surplus power heater in the thermoelectric supply system of the present invention may be further electrically connected to a commercial power source, similarly to the surplus power heater in the existing cogeneration system. Further, for example, a surplus power heater is thermally connected to an element that can temporarily store heat (for example, a fluid in a hot water storage tank) or an element that can use heat (for example, a fluid that circulates in a water heater). When surplus power is generated without using the heating elements, heat may be supplied to these elements.
制御要素は、室内温度測定要素および操作端末に接続されて、室内温度測定要素で測定した室内温度(実測値)と、操作端末にユーザが入力した設定温度と、に基づいて、室内温度を設定温度に近づけるべく、エンジンを駆動制御する。具体的には、上述したように、余剰電力ヒータを駆動制御することで需要電力量を底上げし、底上げした需要電力量に基づいた大きさでエンジンを駆動させ、必要量のエンジン排熱を得る。制御要素は、このような制御をおこない得るものであれば良く、一般的な装置制御要素を使用可能である。 The control element is connected to the room temperature measurement element and the operation terminal, and sets the room temperature based on the room temperature (actual value) measured by the room temperature measurement element and the set temperature input by the user to the operation terminal. The engine is driven and controlled to approach the temperature. Specifically, as described above, the amount of demand electric power is raised by driving and controlling the surplus electric power heater, and the engine is driven with a magnitude based on the raised amount of electric power demand to obtain the required amount of engine exhaust heat. . The control element only needs to be able to perform such control, and a general device control element can be used.
なお、本発明の熱電供給システムにおける制御要素に、従来のコージェネレーションシステムにおける制御機能を担わせても良い。つまりこの場合、制御要素は、エンジンを含むコージェネレーションシステムを従来どおりに制御する系統と、従来のコージェネレーションシステムにより産生される排熱量を上回る熱量を得るためにエンジンを燃焼駆動制御する系統(つまり、本発明における制御要素)と、の二つの制御系統を備えれば良い。 In addition, you may make the control element in the thermoelectric supply system of this invention bear the control function in the conventional cogeneration system. In other words, in this case, the control element controls the cogeneration system including the engine as usual, and the system that controls the combustion of the engine to obtain the amount of heat that exceeds the amount of exhaust heat produced by the conventional cogeneration system (that is, And the control element in the present invention).
本発明の熱電供給システムによると、コージェネレーションシステム以外の熱供給要素(例えばガス給湯暖房器等)を廃止できるため、暖房設備に要するコストを低減できるとともに、熱供給要素全体での熱損失を低減できる。 According to the thermoelectric supply system of the present invention, heat supply elements other than the cogeneration system (for example, a gas hot water heater) can be abolished, so that the cost required for the heating equipment can be reduced and the heat loss in the entire heat supply element can be reduced. it can.
暖房要素は、エンジンで生じた排熱の直接的または間接的な供給を受けて、室内を暖房可能なものであれば良く、例えば駆動源が、排熱を温水の状態で暖房要素に供給する場合には、暖房要素を床暖房器装置として具現化することが可能である。暖房要素はこれに限らずパネルヒータ等であっても良い。 The heating element only needs to be capable of receiving direct or indirect supply of exhaust heat generated by the engine and heating the interior of the room. For example, the drive source supplies exhaust heat to the heating element in the state of hot water. In some cases, the heating element can be embodied as a floor heater device. The heating element is not limited to this and may be a panel heater or the like.
(実施形態)
以下、具体例を挙げて本発明の熱電供給システムを説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, the thermoelectric supply system of the present invention will be described with specific examples.
実施形態の熱電供給システムは、本発明の熱電供給システムの一例であり、建造物に配設される。なお、実施形態における建造物は建屋であるが、本発明の熱電供給システムは室内を暖房可能であれば良く、橋や塔等、建屋以外の建造物に配設することも可能である。実施形態の熱電供給システムを模式的に表す説明図を図1に示し、実施形態の熱電供給システムの制御機構を模式的に表すフローチャートを図2に示す。 The thermoelectric supply system of the embodiment is an example of the thermoelectric supply system of the present invention, and is disposed in a building. In addition, although the building in embodiment is a building, the thermoelectric supply system of this invention should just be able to heat an interior, and can also be arrange | positioned in buildings other than a building, such as a bridge and a tower. An explanatory view schematically showing the thermoelectric supply system of the embodiment is shown in FIG. 1, and a flowchart schematically showing a control mechanism of the thermoelectric supply system of the embodiment is shown in FIG.
図1に示すように、実施形態の熱電供給システムは、コージェネレーションシステム1、制御要素50、床暖房器51、室内温度測定要素52、操作端末53、太陽熱温水器60およびガス給湯器70を備える。実施形態の熱電供給システムは、後述するように、各種電気負荷90に接続されて電力を供給可能である。
As shown in FIG. 1, the thermoelectric supply system of the embodiment includes a cogeneration system 1, a
コージェネレーションシステム1(以下、必要に応じてコージェネと略する)は、ガスエンジン10、電磁誘導発電機11、電気経路部12、排熱回収経路部20、副制御要素13および余剰電力ヒータ14を備える。
The cogeneration system 1 (hereinafter abbreviated as “cogeneration” as necessary) includes a
ガスエンジン10は本発明の熱電供給システムにおけるエンジンに該当する。ガスエンジン10は、屋外に配置されたコージェネ用の建屋91に配設されている。ガスエンジン10は、都市ガスまたはプロパンガスを燃料として駆動するエンジンであり、コージェネに一般に用いられるものを選択すれば良い。電磁誘導発電機11は本発明の熱電供給システムにおける発電要素に該当する。
The
電磁誘導発電機11はガスエンジン10に接続され、ガスエンジン10の駆動力により駆動されて発電する。電磁誘導発電機11には、電気経路部12が接続されている。電気経路部12は、AC−DC昇圧機12a、DC−AC変換機12bおよび連系ボックス12cを含む。具体的には、電磁誘導発電機11にはAC−DC昇圧機12aが接続され、さらに、AC−DC昇圧機12aにはDC−AC変換機12bが接続されている。したがって、電磁誘導発電機11で発電した電力は、AC−DC昇圧機12aにより交流(AC)から直流(DC)に変換され、さらに、DC−AC変換機12bによりAC単相三線200V/100Vに変換される。DC−AC変換機12bは、連系ボックス12cを介して商用電源92に接続されている。連系ボックス12cにはさらに各種電気負荷90(電灯等)が接続され、コージェネで発電された電力は、これらの電気負荷90によって利用可能である。
The
排熱回収経路部20は、クーラント20a、20bと当該クーラント20a、20bが流通する流体流路部20cとを含む。クーラント20a、20bは特に限定されず、既知のものを使用できる。クーラント20a、20bは水であっても良い。流体流路部20cは、ガスエンジン10および余剰電力ヒータ14と熱交換する第1経路部20dと、第1経路部20dと熱交換する第2経路部20eと、第1経路部20dおよび第2経路部20eの熱交換を担う熱交換器20fと、第1経路部20dに連絡されている貯湯タンク20gと、を含む。実施形態の熱電供給システムにおいて、副制御要素13は、制御要素50に一体化されている。副制御要素13は、一般的なコージェネ制御機構に基づき、ガスエンジン10、電磁誘導発電機11および余剰電力ヒータ14の駆動制御をおこなう。つまり副制御要素13は、各種電気負荷90が要求する電力、つまり、需要電力の大きさに応じて、ガスエンジン10の駆動量を決定するとともに電磁誘導発電機11で電力を産生し、電気負荷90に電力を供給する。また、電磁誘導発電機11で産生した電力量が一時的に過大になる場合、つまり、余剰電力が発生した場合には、余剰電力を余剰電力ヒータ14に供給して熱に変換する。
The exhaust heat recovery path part 20 includes
第1経路部20dは、ガスエンジン10の内部を流通する第1流路21と、第1流路21に連絡し余剰電力ヒータ14近傍を流通する第2流路22と、第2流路22に連絡し第1貯湯タンク20gの内部を流通する第3流路23と、第1貯湯タンク20gの上流側と下流側との間で第3流路23をバイパスする第1バイパス31と、第3流路23および第1流路21に連絡し熱交換器20fの内部を流通する第4流路24と、を含む。第4流路24には、ガスエンジン10と熱交換器20fとの間の位置に、第1ポンプ34が取り付けられている。また、第3流路23と第1バイパス31と第2流路22との境界には第1バルブ38が取り付けられている。第1経路部20d内にはクーラント20aが流通し、第2経路部20e内にはクーラント20bが流通する。第1経路部20d内を流通するクーラント20aは、第1流路21→第2流路22→第3流路23(または第1バイパス31)→第4流路24→第1流路21…の順に循環する。
The
第2経路部20eは、熱交換器20fの内部を流通する第6流路26と、第6流路26に連絡するとともに後述するガス給湯器70の内部を流通する第7流路27と、第7流路27に連絡するとともに後述する床暖房器51の内部を流通する第8流路28と、第8流路28に連絡するとともに第6流路26に連絡する第9流路29と、第9流路29および第6流路26に連絡するとともに後述する給湯用貯湯タンク20hの内部を流通する第2バイパス32と、を含む。第6流路26と第2バイパス32と第7流路27との境界には第2バルブ39が取り付けられている。第9流路29には、第2バイパス32と熱交換器20fとの間の位置に、第2ポンプ35が取り付けられている。室内温度が低く、床暖房器51に熱を供給する必要がある場合には、第2バルブ39により第6流路26と第7流路27が接続され第2バイパス32が遮断される。この場合には、第2経路部20e内を流通するクーラント20bは、第6流路26→第7流路27→第8流路28→第9流路29→第6流路26…の順に循環する。室内温度が十分に高く、床暖房器51に熱を供給する必要のない場合には、第2バルブ39により第6流路26と第2バイパス32とが接続され、第7流路27から第8流路28に至る流路が遮断される。この場合には、第2経路部20e内を流通するクーラント20bは、第6流路26→第2バイパス32→第9流路29→第6流路26…の順に循環する。つまり、このとき、第2経路部20e内部を流通するクーラント20bはガス給湯器70および床暖房器51を通らない。
The
余剰電力ヒータ14は、一般的な電気ヒータであり、DC−AC変換機12bに接続されている。DC−AC変換機12bには太陽熱温水器60の電気系統が接続されている。具体的には、太陽熱温水器60は、太陽電池パネル61、コンバータ62、給湯用貯湯タンク20hおよび給湯流路部63を含む。太陽電池パネル61は建屋95(建造物)の屋上に配設され、太陽光により発電する。太陽電池パネル61にはコンバータ62が接続されコンバータ62はDC−AC変換機12bに接続されている。さらに、このコンバータ62には制御要素50も接続されている。実施形態においては、太陽電池パネル61が太陽光により発電した電力は、必要に応じて余剰電力ヒータ14に供給されて熱に変換される。そして、この熱は第1経路部20d内のクーラント20aに供給される。
The
給湯用貯湯タンク20hは、図略の水道に接続されている。つまり、給湯用貯湯タンク20h内には水道水が貯められる。貯湯タンク20hには給湯流路部63が連絡し、給湯流路部63には貯湯タンク20hに貯められた水道水が流通する。給湯用貯湯タンク20hには第2経路部20eの第2バイパス32が接続され、給湯用貯湯タンク20h内の水道水は、第2経路部20eを流通するクーラント20bと熱交換することで温められる。温められた水道水は、給湯流路部63を通り建屋95の室内に引き込まれ、ユーザに供給される。なお、実施形態においては、給湯流路部63はガス給湯器70に接続されている。ガス給湯器70は本発明における給湯装置に該当する。ガス給湯器70は図略の熱源(ガスバーナ)を含み、給湯流路部63内の水道水を加熱可能である。実施形態においては、ガス給湯器70は室内に配設され、ユーザにより駆動操作可能である。
The hot water storage hot
室内温度測定要素52は、室内に配設された温度計であり、制御要素50に有線または無線で接続されている。室内温度測定要素52は、測定した室内温度に応じた実測温度信号を、制御要素50に伝送する。
The indoor
操作端末53は、室内に配設され、制御要素50に有線または無線で接続されている。操作端末53は、ユーザにより設定温度を入力され得るとともに当該設定温度に基づく設定温度信号を制御要素50に伝送し、かつ、室内温度測定要素52で測定した室内温度を表示可能である。
The
実施形態の熱電供給システムにおける制御要素50は、余剰電力ヒータ14のおよびガスエンジン10の駆動制御をおこなうだけであり、コージェネレーションシステム1自体の駆動制御は副制御要素13により行なわれている。つまり、実施形態の熱電供給システムは、既存のコージェネレーションシステム1をそのまま組み込むことが可能である。なお、実施形態の熱電供給システムにおいては、制御要素50の一部が副制御要素13を構成しているが、制御要素50と副制御要素13とを物理的に分けても良い。
The
制御要素50は、ガスエンジン10を定格出力(電力)または最大出力(電力)するよう、少なくとも2通りで制御可能である。また、余剰電力ヒータ14を定格出力(熱量)、最大出力(熱量)または、後述する流れ出力するよう、少なくとも3通りで制御可能である。ガスエンジン10を最大出力制御するとともに余剰電力ヒータ14を最大出力制御する場合に、ガスエンジン10で生じる熱量は最大となる。実施形態においては、余剰電力ヒータ14の最大出力値は、需要電力量が如何なる量であっても、ガスエンジン10で生じる熱量が床暖房器51で要求される熱量に足るよう、予め定められている。換言すると、余剰電力ヒータ14の最大出力値は、需要電力量が如何なる量であっても、ガスエンジン10に供給される電力の不足分を余剰電力ヒータ14で消費し、ガスエンジン10で産生する熱量が床暖房器51の要求する熱量に足るよう、予め定められている。なお、余剰電力ヒータ14の熱を床暖房器51に供給する場合には、ガスエンジン10で産生する熱量と余剰電力ヒータ14で産生する熱量との和が、床暖房器51の要求する熱量に足るよう、余剰電力ヒータ14の最大出力値を予め定めれば良い。また、余剰電力ヒータ14の熱を床暖房器51以外の用途に供する場合には、ガスエンジン10で産生する熱量が床暖房器51の要求する熱量に足るよう、余剰電力ヒータ14の最大出力値を予め定めれば良い。
The
ガスエンジン10の出力制御と余剰電力ヒータ14の出力制御とを適宜組み合わせる事で、コージェネで産生する熱量を多段階に調整可能である。
By appropriately combining the output control of the
床暖房器51は、本発明の熱電供給システムにおける暖房要素に該当する。床暖房器51の内部には、排熱回収経路部20の一部である第8流路28が内蔵されている。第8流路28には、排熱回収経路部20(より詳しくは第2経路部20e)と同じクーラント20bが流通する。
The
以下、実施形態の熱電供給システムの動作を説明する。 Hereinafter, the operation of the thermoelectric supply system of the embodiment will be described.
実施形態では、ガスエンジン10および余剰電力ヒータ14の運転制御を、下記の3通りに場合分けしておこなう。具体的には、〔1〕室内温度が(設定温度−2℃)を超えて低い場合、〔2〕室内温度は設定温度よりも低いが、室内温度と設定温度との差が2℃以下である場合、〔3〕室内温度が(設定温度+2℃)を超えて高い場合、の3通りである。
In the embodiment, operation control of the
以下、ステップ1をS1と略記する。ステップ2以降も同様である。また、各ステップにおける評価(YesまたはNo)を各々Y、Nと略記する。 Hereinafter, Step 1 is abbreviated as S1. The same applies to step 2 and subsequent steps. Moreover, the evaluation (Yes or No) in each step is abbreviated as Y and N, respectively.
実施形態の熱電供給システムにおける制御要素50は、図2に示すように、先ず、コージェネが運転中か否かの判断をする(S1)。コージェネが運転中でなければ(S1がY)、室内温度測定要素52で測定した室内温度と、ユーザが操作端末53にて予め設定した設定温度とを比較し、室内温度が設定温度に満たないか否かを判断する(S2)。室内温度が設定温度に満たない場合(S2がN)には、コージェネの停止指示(より詳しくはガスエンジン10の駆動停止指示)を出す。このとき制御要素50はカウントダウンを開始し、所定時間の経過後に再度S1に戻る。
As shown in FIG. 2, the
コージェネが運転中であれば(S1がY)、室内温度と設定温度とを比較し、(室内温度+2℃)が設定温度に満たないか否かを判断する(S3)。つまり、S3では、室内温度と設定温度との関係が上述した〔1〕にあてはまるか否かを判断する。(室内温度+2℃)が設定温度に満たない場合(S3がY)には、室内温度が低く、床暖房器51により室内を加熱する必要があるため、ガスエンジン10の燃焼駆動を指示する。具体的には、余剰電力ヒータ14を最大出力制御することでガスエンジン10を最大出力制御する。余剰電力ヒータ14の熱は排熱回収経路部20で回収されるため、このときコージェネで得られる熱量は、ガスエンジン10で産生した熱量と余剰電力ヒータ14で産生した熱量との和になる。また、このとき余剰電力ヒータ14は、ガスエンジン10の最大出力値(電力)とコージェネの需要電力量との差を補填するだけの電力を消費する。つまり、実施形態における余剰電力ヒータ14の最大出力値は、当該補填分の電力に応じた熱量となる。上記の制御後に、制御要素50はカウントダウンを開始し、所定時間の経過後に再度S3に戻る。
If the cogeneration is in operation (S1 is Y), the room temperature is compared with the set temperature, and it is determined whether (room temperature + 2 ° C.) is less than the set temperature (S3). That is, in S3, it is determined whether or not the relationship between the room temperature and the set temperature applies to the above [1]. When (room temperature + 2 ° C.) is less than the set temperature (Y in S3), the room temperature is low, and it is necessary to heat the room by the
一方、S3がNの場合、つまり、室内温度と設定温度との差が2℃以下である場合には、室内温度が設定温度に満たないか否かを判断する(S4)。つまりS4では、室内温度と設定温度との関係が上述した〔2〕に当てはまるか否かを判断する。S4がYの場合、つまり、室内温度は設定温度よりも低いが、室内温度と設定温度との差が2℃以下である場合には、室内温度が低く、床暖房器51により室内を加熱する必要があるが、上記〔1〕の場合程急速に加熱する必要は無いため、床暖房器51に供給される熱量が〔1〕の場合よりも小さくなるよう、ガスエンジン10の燃焼駆動を指示する。具体的には、余剰電力ヒータ14を定格出力制御することでガスエンジン10を定格出力制御する。このときにも、コージェネで得られる熱量は、ガスエンジン10で産生した熱量と余剰電力ヒータ14で産生した熱量との和になる。また、このとき余剰電力ヒータ14は、ガスエンジン10の定格出力値(電力)とコージェネの需要電力量との差を補填するだけの電力を消費する。つまり、実施形態における余剰電力ヒータ14の定格出力値は、当該補填分の電力に応じた熱量となる。上記の制御後に、制御要素50はカウントダウンを開始し、所定時間の経過後に再度S3に戻る。
On the other hand, if S3 is N, that is, if the difference between the room temperature and the set temperature is 2 ° C. or less, it is determined whether the room temperature is less than the set temperature (S4). That is, in S4, it is determined whether or not the relationship between the room temperature and the set temperature applies to the above [2]. When S4 is Y, that is, the room temperature is lower than the set temperature, but the difference between the room temperature and the set temperature is 2 ° C. or less, the room temperature is low and the
さらに、S4がNの場合、つまり、室内温度が設定温度以上の場合には、室内温度は十分に高い。このときには、室内温度が過剰に高いか否かを判断する(S5)。つまり、S5においては、室内温度と設定温度との関係が上記〔3〕を満たすか否かを判断する。 Furthermore, when S4 is N, that is, when the room temperature is equal to or higher than the set temperature, the room temperature is sufficiently high. At this time, it is determined whether or not the room temperature is excessively high (S5). That is, in S5, it is determined whether the relationship between the room temperature and the set temperature satisfies the above [3].
S5がNの場合、つまり、室内温度は設定温度よりも高いが、室内温度と設定温度との差が2℃以下の場合には、制御要素50による余剰電力ヒータ14の駆動制御(つまりガスエンジン10の駆動制御)を中断する。したがってこのときには、副制御要素13による通常のコージェネ運転制御のみがおこなわれる。具体的には、ガスエンジン10は需要電力量に応じた発電量になるよう駆動し、余剰電力ヒータ14は運転停止し、コージェネで得られる熱量はエンジン排熱量と等しくなる。上記の制御後に、制御要素50はカウントダウンを開始し、所定時間の経過後に再度S3に戻る。
When S5 is N, that is, the room temperature is higher than the set temperature, but the difference between the room temperature and the set temperature is 2 ° C. or less, the drive control of the
一方、S5がYの場合、つまり、室内温度が過剰に高い場合には、副制御要素13によりガスエンジン10を停止し、第1ポンプ34および第2ポンプ35の運転のみを継続する。つまり、このとき床暖房器51に供給される熱量は徐々に低下する。その後、制御要素50はカウントダウンを開始し、所定時間の経過後に下記のS6をおこなう。
On the other hand, when S5 is Y, that is, when the room temperature is excessively high, the
S6では、クーラント20bの温度が35℃未満であるか否かを判断する。具体的には、第8流路28に経路温度測定要素55を取り付け、床暖房器51内部のクーラント20bの温度(経路温度)を測定した。経路温度測定要素55は室内温度測定要素52と同様に、制御要素50に接続されるとともに経路温度に基づく経路実測温度信号を伝送可能である。したがって、制御要素50は、経路温度測定要素55が伝送した経路実測温度信号に基づいてクーラント20bの温度が35℃未満であるか否かを判断する。S6がNの場合、つまり、クーラント20bの温度が35℃以上である場合には、S5がYである場合と同様に、副制御要素13によりガスエンジン10を停止し、第1ポンプ34および第2ポンプ35の運転のみを継続する。その後、制御要素50はカウントダウンを開始し、所定時間の経過後に再度S6をおこなう。
In S6, it is determined whether or not the temperature of the
一方、S6がYの場合、つまり、クーラント20bの温度が35℃未満である場合には、床暖房器51に供給される熱量はさほど大きくなく、クーラント20bの温度は徐々に低下すると考えられる。したがって、この段階ではクーラント20bを循環させる利点はあまりない。したがってこの場合には、副制御要素13により第1ポンプ34および第2ポンプ35の運転を停止する。なお、このときクーラント20bの温度は徐々に低下し、室温もまた徐々に低下する可能性がある。このため、床暖房器51に温かいクーラント20bを供給する必要が生じる場合に備え、制御要素50はカウントダウンを開始し、所定時間の経過後にS1に戻る。
On the other hand, when S6 is Y, that is, when the temperature of the
実施形態の熱電供給システムによると、制御要素50により余剰電力ヒータ14を駆動制御し、間接的にガスエンジン10の駆動制御をおこなうことで、例えコージェネの副制御要素13が需要電力量に応じたガスエンジン10の駆動制御をおこなう場合にも、ガスエンジン10により望み通りの熱量を産生することが可能である。つまり、実施形態の熱電供給システムによると、既存のコージェネを用いつつ室内温度を望み通りにコントロールできる。このため、コージェネを補助し室内に暖房熱を供給するための熱供給装置(ガス給湯暖房器等)を要さず、熱電供給システムを比較的安価に提供できる。
According to the thermoelectric supply system of the embodiment, the
また、実施形態の熱電供給システムによると、室内に配設した室内温度測定要素52で測定した室内温度に応じてオンタイムでガスエンジン10を駆動し、熱を産生できる。このため、室内温度を容易に一定に保ち得る。
Further, according to the thermoelectric supply system of the embodiment, the
また、制御要素50においては、室内温度に基づいてガスエンジン10の駆動制御つまり床暖房器51の温度制御をおこなうため、実際にユーザが望む室内温度つまり設定温度に沿った温度制御を容易におこない得る。さらに、経路温度測定要素55によって排熱回収経路部20の温度(実施形態では床暖房器51の内部におけるクーラント20bの温度)を実測し、この実測値を基にコージェネの運転制御をおこなうことで、きめ細かな室内温度制御が可能である。
(その他)本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
Further, in the
(Others) The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and can be implemented with appropriate modifications within a range not departing from the gist.
1:コージェネレーションシステム 10:エンジン
11:発電要素 13:副制御要素
14:余剰電力ヒータ 20:排熱回収経路部
20a、20b:クーラント 50:制御要素
51:暖房要素 52:室内温度測定要素
53:操作端末 55:経路温度測定要素
70:給湯装置 90:電気負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Cogeneration system 10: Engine 11: Electric power generation element 13: Sub control element 14: Surplus electric power heater 20: Exhaust heat
Claims (4)
前記コージェネレーションシステムに接続され前記余剰電力ヒータを駆動制御可能な制御要素と、
室内に配設されるとともに前記排熱回収経路部に接続され、前記排熱回収経路部の熱を前記室内に供給する暖房要素と、
前記室内に配設されるとともに前記制御要素に接続され、室内温度を測定するとともに測定した前記室内温度に応じた実測温度信号を前記制御要素に伝送する室内温度測定要素と、
前記制御要素に接続されユーザにより設定温度を入力可能であり、ユーザが入力した前記設定温度に応じた設定温度信号を前記制御要素に伝送する操作端末と、を備え、
前記室内温度が前記設定温度よりも低い場合に、前記制御要素が前記余剰電力ヒータを駆動して前記需要電力量を増大させることで、前記エンジンの駆動量を増大させる熱電供給システム。 An engine, a power generation element that is connected to the engine and generates electric power by the driving force of the engine, an exhaust heat recovery path that is connected to the engine and recovers heat generated when the engine is driven, and the power generation element electrically A surplus power heater that is connected and thermally connected to the exhaust heat recovery path, and a sub-control element that performs drive control of the engine, the power generation element, and the surplus power heater, and the power generation element Is electrically connectable to at least one electric load, and the sub-control element controls the drive of the engine so that the power generation element generates the amount of power corresponding to the amount of power consumed by the electric load. Cogeneration system to perform,
A control element connected to the cogeneration system and capable of driving and controlling the surplus power heater;
A heating element disposed in a room and connected to the exhaust heat recovery path, and supplying heat from the exhaust heat recovery path to the room;
An indoor temperature measuring element that is disposed in the room and connected to the control element, measures an indoor temperature, and transmits an actual temperature signal corresponding to the measured indoor temperature to the control element;
An operation terminal connected to the control element and capable of inputting a set temperature by a user, and transmitting a set temperature signal corresponding to the set temperature input by the user to the control element;
When the room temperature is lower than the set temperature, the control element drives the surplus power heater to increase the demand power amount, thereby increasing the engine drive amount.
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