JP2542165B2 - Optimal temperature controller for cogeneration system - Google Patents
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Landscapes
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はコ・ジェネレーションシ
ステムの最適温度制御装置に関する。The present invention relates to a optimum temperature control device for co-generation systems.
【0002】[0002]
【従来の技術】図6は従来のコ・ジェネレーションシス
テムの構成図を示す。同図において、1は電力を発生す
る発電機、2は発電機1を駆動するエンジンである。配
管16から供給される熱源水はエンジン2で発生する熱
量により加熱される。この熱源水はエンジン2から発生
した排ガスを利用する排ガスボイラ3へと配管13によ
り送られて加熱される。加熱された熱源水は、ポンプ1
1を介して熱源水を利用する温水利用設備4に流れ、熱
量を放出し、熱源水は冷却されて配管15を通って放熱
器6に流れる。温水利用設備4の利用熱量を調整するの
は3方弁5である。また、温水利用設備4で吸収しきれ
なかった熱量を外部に放出するため、放熱器6とその放
出熱量を調整する3方弁7が設けてある。放熱器6にて
冷却された熱源水は配管16を通り、エンジン2に流入
する。3方弁7の弁開度はコントローラ8で制御されて
いる。このシステムにおいて、エンジン2の入口温度を
温度センサ9が感知し、測定値をフィードバック値とし
てコントローラ8に入力し、コントローラ8の中のエン
ジン入口温度の設定値との温度差をPID演算して必要
な弁開度を求め、エンジン2の入口温度が設定値と一致
するように3方弁7を制御している。2. Description of the Related Art FIG. 6 is a block diagram of a conventional cogeneration system. In the figure, 1 is a generator that generates electric power, and 2 is an engine that drives the generator 1. The heat source water supplied from the pipe 16 is heated by the amount of heat generated in the engine 2. This heat source water is sent by the pipe 13 to the exhaust gas boiler 3 that uses the exhaust gas generated from the engine 2 and is heated. The heated heat source water is pump 1
1 to the hot water utilization equipment 4 that uses the heat source water to release heat, and the heat source water is cooled and flows to the radiator 6 through the pipe 15. It is the three-way valve 5 that adjusts the amount of heat used by the hot water utilization facility 4. Further, in order to release the amount of heat that cannot be absorbed by the hot water utilization facility 4 to the outside, a radiator 6 and a three-way valve 7 for adjusting the amount of heat released are provided. The heat source water cooled by the radiator 6 passes through the pipe 16 and flows into the engine 2. The valve opening of the three-way valve 7 is controlled by the controller 8. In this system, the temperature sensor 9 detects the inlet temperature of the engine 2, inputs the measured value as a feedback value to the controller 8, and calculates the temperature difference from the engine inlet temperature set value in the controller 8 by PID calculation. The valve opening degree is calculated, and the three-way valve 7 is controlled so that the inlet temperature of the engine 2 matches the set value.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】図7はエンジン発生熱
量が一定の時に温水利用設備4の利用熱量を下げるため
に3方弁5の弁開度をバイパス側に開けていったときの
各部温度変化を示した図である。FIG. 7 shows the temperature of each part when the valve opening of the three-way valve 5 is opened to the bypass side in order to reduce the amount of heat used by the hot water utilization facility 4 when the amount of heat generated by the engine is constant. It is the figure which showed change.
【0004】同図に示すように、放熱器6に接続されて
いる3方弁7の弁開度の応答が遅く、必要な放熱量が温
度上昇に伴わず、矢印Bに示すようにエンジン出口温度
が上昇してしまっている。3方弁7の弁開度の応答が遅
いのはコントローラ8のフィードバック制御系のゲイン
が、温度センサ9の応答により制限されるためである。
その構造上、一般に温度センサ9は180秒程度の応答
時定数を持ち、フィードバック系ではコントローラ8の
応答をそれ以上に上げることはできない。このシステム
では熱源水をエンジンの冷却水としているため、熱源水
のエンジン出口温度が上昇するとエンジン内で部分的に
ベーパー現象を発生する危険があり、エンジンの故障の
原因となる。As shown in the figure, the response of the valve opening of the three-way valve 7 connected to the radiator 6 is slow, the required amount of heat radiation does not increase with the temperature rise, and the engine outlet as shown by arrow B is shown. The temperature has risen. The response of the valve opening degree of the three-way valve 7 is slow because the gain of the feedback control system of the controller 8 is limited by the response of the temperature sensor 9.
Due to its structure, the temperature sensor 9 generally has a response time constant of about 180 seconds, and the feedback system cannot further increase the response of the controller 8. In this system, since the heat source water is used as engine cooling water, if the engine outlet temperature of the heat source water rises, there is a danger that a vapor phenomenon partially occurs in the engine, which causes engine failure.
【0005】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は放熱器に接続された3方弁を最適に制御
してエンジンの出口温度を一定にし、システムの性能向
上可能なコ・ジェネレーションシステムの最適温度制御
装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to control a three-way valve connected to a radiator optimally to keep the engine outlet temperature constant and improve system performance. Optimal temperature control of the generation system
To provide a device .
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は発電機を駆動するエンジンから発生した熱
でシステムを流れる熱源水を加熱し、その加熱された熱
源水を利用する温水利用設備と、前記温水利用設備の利
用熱量を調整する第1の3方弁と、前記温水利用設備で
使用しきれなかった熱量を外部に放出する放熱器と、前
記放熱器の放出熱量を調整する第2の3方弁と、熱源水
のエンジン入口温度を検出する温度センサと、前記温度
センサにより検出されたエンジン入口温度とエンジン入
口温度の設定値との温度差からその温度差に応じた前記
第2の3方弁の弁開度を求め、エンジン入口温度が設定
値となるよう前記第2の3方弁を調整するコントローラ
とからなるコ・ジェネレーションシステムの最適温度制
御装置において、前記第1の3方弁の弁開度からその弁
開度に応じた吸収熱量を出力する折れ線関数と、予め設
定しているエンジンの定格発生熱量と前記折れ線関数か
ら出力された吸収熱量との熱量差から前記放熱器で放出
すべき熱量を計算し、その熱量に応じた弁開度を出力す
る折れ線関数とを設け、この折れ線関数の弁開度値を前
記コントローラの出力制御信号にフィードフォワード信
号として加算して前記第2の3方弁の開度を調節するこ
とを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention heats heat source water flowing through a system with heat generated from an engine for driving a generator, and uses the heated heat source water. Utilization equipment, a first three-way valve for adjusting the amount of heat used by the hot water utilization equipment, a radiator for releasing the amount of heat that could not be used by the hot water utilization equipment to the outside, and the amount of heat released by the radiator a second three-way valve which, a temperature sensor for detecting an engine inlet temperature of the heat source water, corresponding to the temperature difference from the temperature difference between the set value of the detected engine inlet temperature and the engine inlet temperature by the temperature sensor An optimum temperature control device for a co-generation system comprising a controller that obtains the valve opening of the second three-way valve and adjusts the second three-way valve so that the engine inlet temperature becomes a set value, And line function that outputs the absorbed heat quantity corresponding to the valve opening degree from the serial first 3-way valve opening degree, the absorption heat output rated heat generation amount of the engine that are set in advance from the polygonal line function A line function for calculating the amount of heat to be released by the radiator from the heat amount difference and outputting the valve opening degree according to the heat amount is provided, and the valve opening value of this line function is fed forward to the output control signal of the controller. It is characterized in that the opening degree of the second three-way valve is adjusted by adding as a signal.
【0007】[0007]
【作用】上記制御装置のように放熱器の出口温度の測定
値をフィードバックさせる制御系に、エンジンと温水利
用設備での吸収熱量との熱量差をフィードフォワードさ
せる制御を組み込むことによって、放熱器の弁制御の応
答速度が速くなり、エンジンの熱源水入口温度を一定に
保つことができ、また、エンジン発生熱量を一定とする
と、エンジンの出口温度も一定に保つことができる。By incorporating a control for feeding forward the heat quantity difference between the engine and the absorbed heat quantity in the hot water utilization equipment into the control system for feeding back the measured value of the radiator outlet temperature like the above-mentioned control device , The response speed of valve control becomes faster, the heat source water inlet temperature of the engine can be kept constant, and the engine outlet temperature can also be kept constant if the engine generated heat amount is kept constant.
【0008】[0008]
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例のシステム制御ブロック図
であり、図6と同一番号のものは同一の構成要素を示
す。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. 1 is a system control block diagram of an embodiment of the present invention, in which the same reference numerals as those in FIG. 6 indicate the same components.
【0009】同図において、エンジン入口温度を温度セ
ンサ9で検出し、コントローラ8のエンジン入口温度の
設定値との温度差をPID演算して必要な弁開度を求
め、エンジン2の入口温度が設定値と一致するように3
方弁7を制御している。12はエンジン2の定格発生熱
量である。また、温水利用設備4用の3方弁5の弁開度
から熱利用系の吸収熱量−弁開度特性を表す折れ線関数
18は図2に示すような特性をもっている。この折れ線
関数18を用いて吸収熱量を演算し、エンジン2の定格
発生熱量と吸収熱量の差から放熱器6で放出すべき熱量
を計算している。また、図3の折れ線関数19は、放出
熱量−弁開度特性をもっている。この折れ線関数19を
用いて、放熱器6の3方弁7の弁開度を決定し、この弁
開度信号をフィードフォワード信号として、コントロー
ラ8の出力信号に加算し、フィードバック信号とフィー
ドフォワード信号の和から最適な3方弁7の弁開度を決
定する。In the figure, the engine inlet temperature is detected by the temperature sensor 9, and the temperature difference from the engine inlet temperature set value of the controller 8 is PID-calculated to obtain the required valve opening. 3 to match the set value
The one-way valve 7 is controlled. 12 is the rated heat generation amount of the engine 2. A polygonal line function 18 representing the characteristic of the absorbed heat quantity of the heat utilization system versus the valve opening degree from the valve opening degree of the three-way valve 5 for the hot water utilization facility 4 has the characteristics shown in FIG. The amount of absorbed heat is calculated using this polygonal line function 18, and the amount of heat to be released by the radiator 6 is calculated from the difference between the rated amount of heat generated by the engine 2 and the amount of absorbed heat. Further, the polygonal line function 19 in FIG. 3 has a heat release amount-valve opening degree characteristic. Using this polygonal line function 19, the valve opening of the three-way valve 7 of the radiator 6 is determined, and this valve opening signal is added to the output signal of the controller 8 as a feedforward signal to obtain a feedback signal and a feedforward signal. The optimum valve opening of the three-way valve 7 is determined from the sum of the above.
【0010】次に、本実施例の作用について説明する。
図4は図7と同じ条件での本発明の制御装置の特性を示
す図である。本実施例によるシステムは、一般的に系統
連系されており、エンジンの負荷がほぼ100%である
ので出力変動がなく、エンジン発生熱量を一定と考える
ことができる。温水利用設備4が完全に稼働している状
態からこの温水利用設備4を停止させようとしたときに
温水利用設備4の3方弁5を閉めておく。このとき、温
水利用設備4で熱源水の熱量を吸収しなくなるので、こ
のときに発生する余剰熱量は放熱器6で外部に放出され
ることになる。Next, the operation of this embodiment will be described.
FIG. 4 is a diagram showing the characteristics of the control device of the present invention under the same conditions as in FIG. The system according to the present embodiment is generally connected to the system, and since the load on the engine is almost 100%, there is no output fluctuation and it can be considered that the amount of heat generated by the engine is constant. When attempting to stop the hot water utilization equipment 4 from the state where the hot water utilization equipment 4 is fully operating, the three-way valve 5 of the hot water utilization equipment 4 is closed. At this time, the hot water utilization equipment 4 does not absorb the heat quantity of the heat source water, and the surplus heat quantity generated at this time is released to the outside by the radiator 6.
【0011】まず、この放熱器6の放出熱量を決定し、
3方弁7に必要な弁開度を与える。このために、エンジ
ン2の入口温度をフィードバック信号として、コントロ
ーラ8の内部で設定値との温度差をPID演算し弁開度
を求める。このフィードバック制御にフィードフォワー
ド制御を組み込み、放熱器6の最適な弁開度信号を出力
する。このフィードフォワード値としては、エンジン2
から発生する熱量を一定とし、この熱量と温水利用設備
4の弁開度吸収熱量特性を表す折れ線関数18で求めら
れる吸収熱量との熱量差を放熱器6にて放熱させる放出
熱量とし、その放出熱量から放熱系の放出熱量−弁開度
特性を示す折れ線関数19を用いて、弁開度を計算した
値を用いる。このことによって、放熱器6の弁開度は温
水利用設備4の弁開度に追従するようになり、温水利用
設備4で吸収できなかった熱量を素早く放出することが
できるようになる。従って、エンジン2の入口温度を一
定に保つことができ、また、図4の矢印Aのようにエン
ジンの出口温度も一定に保つことができる。First, the amount of heat released from the radiator 6 is determined,
The required valve opening is given to the three-way valve 7. For this purpose, the inlet temperature of the engine 2 is used as a feedback signal, and the temperature difference from the set value is PID-calculated inside the controller 8 to obtain the valve opening. Feed-forward control is incorporated into this feedback control to output the optimum valve opening signal of the radiator 6. As this feedforward value, the engine 2
The amount of heat generated from the heat sink is set to a constant value, and the difference in the amount of heat between this amount of heat and the amount of heat absorbed by the line function 18 representing the valve opening absorption heat amount characteristic of the hot water utilization equipment 4 is taken as the amount of heat released by the radiator 6 A value obtained by calculating the valve opening degree is used by using a polygonal line function 19 indicating the heat release amount-valve opening degree characteristic of the heat radiation system from the heat quantity. As a result, the valve opening of the radiator 6 follows the valve opening of the hot water utilization equipment 4, and the amount of heat that cannot be absorbed by the hot water utilization equipment 4 can be quickly released. Therefore, the inlet temperature of the engine 2 can be kept constant, and the outlet temperature of the engine can be kept constant as indicated by arrow A in FIG.
【0012】本実施例による制御では、通常はフィード
フォワード制御により3方弁7の弁開度が最適に決定さ
れエンジン入口温度は一定に維持される。フィードフォ
ワードの折れ線関数18,19の誤差や、エンジン発電
量の変化による外乱によりエンジン入口温度が変化した
ときにのみフィードバック制御により補正がかかる。放
熱系の弁開度の検出はポテンショメーターで行うのが一
般的であり、検出遅れはない。そのため、フィードフォ
ワード制御には遅れはなく速い応答の制御が可能であ
る。In the control according to this embodiment, normally, the valve opening of the three-way valve 7 is optimally determined by the feedforward control, and the engine inlet temperature is kept constant. The correction is applied by the feedback control only when the engine inlet temperature changes due to the error of the feedforward polygonal line functions 18 and 19 or the disturbance due to the change of the engine power generation amount. The valve opening of the heat radiation system is generally detected by a potentiometer, and there is no detection delay. Therefore, there is no delay in the feedforward control, and a quick response control is possible.
【0013】上述したように、本実施例では放熱器6の
3方弁7をフィードフォワード制御を組み込んだ制御と
することによってエンジン入口温度が一定に制御され、
エンジン発生熱量一定と考えるとエンジン出口温度も一
定に保つことができ、システムの信頼性と温水利用設備
の効率が向上する。As described above, in this embodiment, the engine inlet temperature is controlled to be constant by setting the three-way valve 7 of the radiator 6 so as to incorporate the feedforward control,
Considering that the amount of heat generated by the engine is constant, the engine outlet temperature can also be maintained at a constant level, improving system reliability and the efficiency of hot water utilization equipment.
【0014】図5は本発明の他の実施例のシステム制御
ブロック図である。本実施例が上記実施例と相違する点
は演算装置17を設けた点であり、その他の点は同一で
あるので、同一構成要素には同一番号を付してその説明
は省略する。演算装置17は温度センサ9,20から検
出された温度差に流量を乗じてエンジン2の発生熱量を
演算するものである。本実施例では、定格発生熱量をエ
ンジン2の発生熱量として用いているが、発電機1の負
荷が変化する場合においては、エンジン2の入口温度と
出口温度との温度差と流量から演算したエンジン発生熱
量を用いて、フィードフォワード制御を行っても、エン
ジン2の入口温度は、常に一定に制御することができ
る。FIG. 5 is a system control block diagram of another embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the above embodiment in that the arithmetic unit 17 is provided, and the other points are the same, so the same components are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted. The arithmetic unit 17 calculates the amount of heat generated by the engine 2 by multiplying the temperature difference detected by the temperature sensors 9 and 20 by the flow rate. In the present embodiment, the rated amount of heat generated is used as the amount of heat generated by the engine 2. However, when the load of the generator 1 changes, the engine calculated from the temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the engine 2 and the flow rate. Even if the feedforward control is performed using the amount of heat generated, the inlet temperature of the engine 2 can be constantly controlled to be constant.
【0015】以上の実施例においては排ガスボイラを備
えるタイプのものについて説明したが、排ガスボイラが
なくエンジンからの熱源水を直接温水利用設備に入れる
構成でも本発明の効果は同様に発揮される。 In the above embodiments, the type having the exhaust gas boiler has been described, but the effect of the present invention can be similarly exerted even in a configuration in which the heat source water from the engine is directly supplied to the hot water utilization facility without the exhaust gas boiler .
【0016】[0016]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
フィードバック制御系にフィードフォワード制御系を組
み込んでいるので、応答速度が速くなり、最適な温度制
御が行える。つまり、エンジン入口温度を一定に制御す
ることが可能となり、コ・ジェネレーションシステムの
信頼性が向上する。As described above, according to the present invention,
Since the feed-forward control system is incorporated in the feedback control system, the response speed becomes faster and optimum temperature control can be performed. That is, the engine inlet temperature can be controlled to be constant, and the reliability of the cogeneration system is improved.
【図1】本発明のコ・ジェネレーションシステムの制御
装置の構成図。FIG. 1 Control of the co-generation system of the present invention
The block diagram of an apparatus .
【図2】図1に適用される折れ線関数18の特性図。FIG. 2 is a characteristic diagram of a polygonal line function 18 applied to FIG.
【図3】図1に適用される折れ線関数19の特性図。FIG. 3 is a characteristic diagram of a polygonal line function 19 applied to FIG.
【図4】本発明の制御方式に適用される特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram applied to the control system of the present invention.
【図5】本発明の他の実施例の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of another embodiment of the present invention.
【図6】従来のコ・ジェネレーションシステム制御方式
の構成図。FIG. 6 is a block diagram of a conventional co-generation system control method.
【図7】従来技術の特性図。FIG. 7 is a characteristic diagram of a conventional technique.
1…発電機、2…エンジン、3…排ガスボイラ、4…温
水利用設備、5…3方弁、6…放熱器、7…3方弁、8
…コントローラ、9,20…温度センサ、11…ポン
プ、12…エンジンからの発生熱量、13,14,1
5,16…配管、17…エンジン熱量を演算する演算装
置、18…放熱系の弁開度から熱量を求める折れ線関
数、19…熱量から弁開度を求める折れ線関数。1 ... Generator, 2 ... Engine, 3 ... Exhaust gas boiler, 4 ... Hot water utilization equipment, 5 ... 3-way valve, 6 ... Radiator, 7 ... 3-way valve, 8
... Controller, 9, 20 ... Temperature sensor, 11 ... Pump, 12 ... Heat generated from engine, 13, 14, 1
5, 16 ... Piping, 17 ... Calculation device for calculating engine heat quantity, 18 ... Line function for obtaining heat quantity from valve opening of heat radiation system, 19 ... Line function for finding valve opening degree from heat quantity.
フロントページの続き (72)発明者 林 秀和 大阪府大阪市西区千代崎3丁目2番95号 大阪瓦斯株式会社内Continued Front Page (72) Hidekazu Hayashi, 3-2 95 Chiyosaki, Nishi-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Osaka Gas Co., Ltd.
Claims (2)
熱でシステムを流れる熱源水を加熱し、その加熱された
熱源水を利用する温水利用設備と、前記温水利用設備の
利用熱量を調整する第1の3方弁と、前記温水利用設備
で使用しきれなかった熱量を外部に放出する放熱器と、
前記放熱器の放出熱量を調整する第2の3方弁と、熱源
水のエンジン入口温度を検出する温度センサと、前記温
度センサにより検出されたエンジン入口温度とエンジン
入口温度の設定値との温度差からその温度差に応じた前
記第2の3方弁の弁開度を求め、エンジン入口温度が設
定値となるよう前記第2の3方弁を調整するコントロー
ラとからなるコ・ジェネレーションシステムの最適温度
制御装置において、前記第1の3方弁の弁開度からその
弁開度に応じた吸収熱量を出力する折れ線関数と、予め
設定しているエンジンの定格発生熱量と前記折れ線関数
から出力された吸収熱量との熱量差から前記放熱器で放
出すべき熱量を計算し、その熱量に応じた弁開度を出力
する折れ線関数とを設け、この折れ線関数の弁開度値を
前記コントローラの出力制御信号にフィードフォワード
信号として加算して前記第2の3方弁の開度を調節する
ことを特徴とするコ・ジェネレーションシステムの最適
温度制御装置。1. A hot water utilization facility that heats heat source water flowing through a system with heat generated from an engine that drives a generator, and uses the heated heat source water; and a utilization heat quantity of the hot water utilization facility. A three-way valve of No. 1 and a radiator that releases the amount of heat that could not be used in the hot water utilization facility to the outside.
A second three-way valve that adjusts the amount of heat released by the radiator, a temperature sensor that detects the engine inlet temperature of the heat source water, and an engine inlet temperature detected by the temperature sensor and a set value of the engine inlet temperature. From the difference, the valve opening of the second three-way valve corresponding to the temperature difference is obtained, and a controller that adjusts the second three-way valve so that the engine inlet temperature becomes a set value In the optimum temperature control device, a polygonal line function that outputs the absorbed heat amount according to the valve opening amount of the first three-way valve, and a preset rated heat generation amount of the engine and the polygonal line function that outputs a polygonal line function formed, wherein the valve opening value of the polygonal line function controller is the amount of heat to be released by the radiator from the heat differential between the heat absorption was calculated, and outputs a valve opening corresponding to the amount of heat Optimal temperature control device for co-generation systems and adjusting the second three-way valve opening by adding a feed-forward signal to the output control signal.
ステムの最適温度制御装置において、エンジンの定格発
生熱量は、エンジン出口側に温度センサを設け、この温
度センサで検出された温度とエンジン入口側に設けた温
度センサで検出された温度との温度差に流量を乗じて演
算して求めることを特徴とするコ・ジェネレーションシ
ステムの最適温度制御装置。2. The optimum temperature control device for a co-generation system according to claim 1, wherein a temperature sensor for the rated heat generation amount of the engine is provided at the engine outlet side, and the temperature detected by this temperature sensor and the engine inlet side are provided. An optimum temperature control device for a co-generation system, characterized in that the temperature difference from the temperature detected by the temperature sensor provided is multiplied by the flow rate to calculate.
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP4611577B2 (en) * | 2001-07-17 | 2011-01-12 | 東京瓦斯株式会社 | Heating device |
-
1993
- 1993-11-15 JP JP5284908A patent/JP2542165B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
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