JP2623056B2 - 熱電併給システム - Google Patents
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は熱電併給システムに関
し、たとえば熱機関あるいは燃料電池によって電力を得
るシステムにおいて、熱機関あるいは燃料電池から発生
する高温の排気ガスおよび冷却水排熱を熱負荷に供給す
ることによって省エネルギを達成する熱電併給システム
（COGENERATION SYSTEM ：以下、ＣＧＳと称する）に関
する。
し、たとえば熱機関あるいは燃料電池によって電力を得
るシステムにおいて、熱機関あるいは燃料電池から発生
する高温の排気ガスおよび冷却水排熱を熱負荷に供給す
ることによって省エネルギを達成する熱電併給システム
（COGENERATION SYSTEM ：以下、ＣＧＳと称する）に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＧＳの熱機関から発生する排気ガスの
温度は通常５００℃以上にもなり、熱機関の冷却水の排
熱温度は８５℃以上になる。また、燃料電池は、化学反
応を利用して燃料から直接電気エネルギを得るシステム
であるため、高温の排気ガスや冷却水が発生する。省エ
ネルギを目的とするＣＧＳでは、この高温排気ガスや高
温冷却水などの排熱を安定した状態で有効に利用する必
要がある。通常、電力を得るために発電機を駆動する熱
機関あるいは燃料電池から排出される排熱から熱負荷が
回収できる熱量は、発電機あるいは燃料電池の発生電力
とほぼ比例する。
温度は通常５００℃以上にもなり、熱機関の冷却水の排
熱温度は８５℃以上になる。また、燃料電池は、化学反
応を利用して燃料から直接電気エネルギを得るシステム
であるため、高温の排気ガスや冷却水が発生する。省エ
ネルギを目的とするＣＧＳでは、この高温排気ガスや高
温冷却水などの排熱を安定した状態で有効に利用する必
要がある。通常、電力を得るために発電機を駆動する熱
機関あるいは燃料電池から排出される排熱から熱負荷が
回収できる熱量は、発電機あるいは燃料電池の発生電力
とほぼ比例する。
【０００３】したがって、電力負荷が必要とする電力を
発生するとき熱機関または燃料電池から回収できる熱量
が、熱負荷が必要とする熱量に等しい場合は効率よく運
転できる。しかし、一般的には両方の熱量が等しい場合
は少なく、また、いずれの負荷も変動する可能性がある
ため、効率のよい運転をするのは困難である。電力負荷
が所定の値より少ない場合は、熱負荷に供給される排熱
量も少ないため、熱負荷が十分に機能しない。このよう
な場合には、発電機あるいは燃料電池の端子にダミーの
負荷を接続して電力負荷を増やすことによって排熱量を
増やして補償する方法や、ＣＧＳ以外の熱源、たとえば
補助ボイラーを運転したりして補償する方法がある。
発生するとき熱機関または燃料電池から回収できる熱量
が、熱負荷が必要とする熱量に等しい場合は効率よく運
転できる。しかし、一般的には両方の熱量が等しい場合
は少なく、また、いずれの負荷も変動する可能性がある
ため、効率のよい運転をするのは困難である。電力負荷
が所定の値より少ない場合は、熱負荷に供給される排熱
量も少ないため、熱負荷が十分に機能しない。このよう
な場合には、発電機あるいは燃料電池の端子にダミーの
負荷を接続して電力負荷を増やすことによって排熱量を
増やして補償する方法や、ＣＧＳ以外の熱源、たとえば
補助ボイラーを運転したりして補償する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような補償の方法
によれば、前者の場合はダミーの負荷に消費される電力
が無駄になり、後者の場合は補助ボイラーの設備費や管
理費が余分に必要となる。さらに、熱機関または燃料電
池からの排熱量が少ない場合、排熱の温度や熱負荷の温
度を測定してダミー負荷を作動させる技術があるが、こ
の場合はダミー負荷が動作するまでに時間遅れがあるた
めに、特に電力負荷が急変した場合などは熱負荷が安定
して動作できないという問題点がある。
によれば、前者の場合はダミーの負荷に消費される電力
が無駄になり、後者の場合は補助ボイラーの設備費や管
理費が余分に必要となる。さらに、熱機関または燃料電
池からの排熱量が少ない場合、排熱の温度や熱負荷の温
度を測定してダミー負荷を作動させる技術があるが、こ
の場合はダミー負荷が動作するまでに時間遅れがあるた
めに、特に電力負荷が急変した場合などは熱負荷が安定
して動作できないという問題点がある。
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、外
部電力が必要とする負荷に対応させて発電機を駆動する
熱機関あるいは燃料電池から発生する排熱量が不足する
場合に、少ないロスで不足熱量を補償し得るとともに、
外部電力の負荷に変動があっても迅速に対応して熱負荷
を安定した状態で運転できる熱電併給システムを提供す
ることである。
部電力が必要とする負荷に対応させて発電機を駆動する
熱機関あるいは燃料電池から発生する排熱量が不足する
場合に、少ないロスで不足熱量を補償し得るとともに、
外部電力の負荷に変動があっても迅速に対応して熱負荷
を安定した状態で運転できる熱電併給システムを提供す
ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
熱機関で駆動される発電機と、発電機に接続される電力
外部負荷と、熱機関より発生する排熱を熱源とする熱負
荷とからなる熱電併給システムであって、電力外部負荷
の負荷を検知する検知手段と、発電機を電源としかつ発
生する熱を熱負荷に供給する発熱手段と、検知手段によ
って検知された電力外部負荷の負荷に応じて発熱手段を
制御する制御手段とを備え、制御手段は発電機の負荷と
熱負荷が熱機関から回収できる熱量との関係を記憶する
記憶手段と、電力外部負荷の負荷が少なく、熱機関から
熱負荷が回収できる熱量が所定の値より小さいことに応
じて、熱負荷が熱機関の排熱と発熱手段の発熱とから回
収できる熱量の和が所定の値になるように発熱手段への
供給電力を演算する演算手段とを含む。
熱機関で駆動される発電機と、発電機に接続される電力
外部負荷と、熱機関より発生する排熱を熱源とする熱負
荷とからなる熱電併給システムであって、電力外部負荷
の負荷を検知する検知手段と、発電機を電源としかつ発
生する熱を熱負荷に供給する発熱手段と、検知手段によ
って検知された電力外部負荷の負荷に応じて発熱手段を
制御する制御手段とを備え、制御手段は発電機の負荷と
熱負荷が熱機関から回収できる熱量との関係を記憶する
記憶手段と、電力外部負荷の負荷が少なく、熱機関から
熱負荷が回収できる熱量が所定の値より小さいことに応
じて、熱負荷が熱機関の排熱と発熱手段の発熱とから回
収できる熱量の和が所定の値になるように発熱手段への
供給電力を演算する演算手段とを含む。
【０００７】請求項２に係る発明では、制御手段は演算
手段の演算結果に応じて、発電機から発熱手段に与えら
れる電圧を制御する電圧制御手段を含む。
手段の演算結果に応じて、発電機から発熱手段に与えら
れる電圧を制御する電圧制御手段を含む。
【０００８】請求項３に係る発明では、熱機関は冷却水
によって冷却されるものであって、熱機関によって加熱
された冷却水の熱を熱負荷に与えるための熱交換器を含
む。
によって冷却されるものであって、熱機関によって加熱
された冷却水の熱を熱負荷に与えるための熱交換器を含
む。
【０００９】請求項４に係る発明では、熱機関は排ガス
を発生し、熱機関からの排ガスによって加熱された温水
または蒸気を熱負荷に与えるためのボイラーを含む。
を発生し、熱機関からの排ガスによって加熱された温水
または蒸気を熱負荷に与えるためのボイラーを含む。
【００１０】請求項５に係る発明は、燃料電池と燃料電
池に接続される電力外部負荷と燃料電池より発生する排
熱を熱源とする熱負荷とからなる熱電併給システムであ
って、電力外部負荷の負荷を検知する検知手段と、燃料
電池を電源としかつ発生する熱を熱負荷に供給する発熱
手段と、検知手段により検知され電力外部負荷の負荷に
応じて発熱手段を制御する制御手段とを備え、制御手段
は、燃料電池の負荷と熱負荷が燃料電池から回収できる
熱量との関係を記憶する記憶手段と、電力外部負荷の負
荷が少なく、燃料電池から熱負荷が回収できる熱量が所
定の値より小さいことに応じて、熱負荷が燃料電池の排
熱と発熱手段の発熱とから回収できる熱量の和が所定の
値になるように発熱手段の消費電力を演算する演算手段
とを含む。
池に接続される電力外部負荷と燃料電池より発生する排
熱を熱源とする熱負荷とからなる熱電併給システムであ
って、電力外部負荷の負荷を検知する検知手段と、燃料
電池を電源としかつ発生する熱を熱負荷に供給する発熱
手段と、検知手段により検知され電力外部負荷の負荷に
応じて発熱手段を制御する制御手段とを備え、制御手段
は、燃料電池の負荷と熱負荷が燃料電池から回収できる
熱量との関係を記憶する記憶手段と、電力外部負荷の負
荷が少なく、燃料電池から熱負荷が回収できる熱量が所
定の値より小さいことに応じて、熱負荷が燃料電池の排
熱と発熱手段の発熱とから回収できる熱量の和が所定の
値になるように発熱手段の消費電力を演算する演算手段
とを含む。
【００１１】請求項６に係る発明では、制御手段は演算
手段の演算結果に応じて、燃料電池から発熱手段に与え
られる電圧を制御する電圧制御手段を含む。
手段の演算結果に応じて、燃料電池から発熱手段に与え
られる電圧を制御する電圧制御手段を含む。
【００１２】請求項７に係る発明では、燃料電池は燃料
電池本体によって加熱された冷却水の熱を熱負荷に与え
るための熱交換器を含む。
電池本体によって加熱された冷却水の熱を熱負荷に与え
るための熱交換器を含む。
【００１３】請求項８に係る発明では、燃料電池から発
生する排ガスによって加熱される温水または蒸気を熱負
荷に与えるための排ガス用熱交換器を含む。
生する排ガスによって加熱される温水または蒸気を熱負
荷に与えるための排ガス用熱交換器を含む。
【００１４】
【作用】この発明に係る熱電併給システムは、電力外部
負荷の負荷が少なく、熱機関あるいは燃料電池から熱負
荷が回収できる熱量が所定の値より小さい場合、その不
足分を発電機または燃料電池に接続された発熱手段を動
作させたときに発生する熱量と、発熱手段を動作させる
ことによって出力が増える熱機関または燃料電池からの
排熱の増加熱量とによって補償する。その方法は、電力
外部負荷の負荷を検知する検知手段が負荷を検知し、発
熱手段を制御する制御手段に記憶されている、発電機あ
るいは燃料電池の負荷と熱負荷が熱機関または燃料電池
から回収できる熱量との関係から熱負荷が熱機関または
燃料電池の排熱と発熱手段の発熱とから回収できる熱量
の和が所定の値になるように発熱手段への供給電力を演
算し、その結果に応じて発熱手段を制御する。
負荷の負荷が少なく、熱機関あるいは燃料電池から熱負
荷が回収できる熱量が所定の値より小さい場合、その不
足分を発電機または燃料電池に接続された発熱手段を動
作させたときに発生する熱量と、発熱手段を動作させる
ことによって出力が増える熱機関または燃料電池からの
排熱の増加熱量とによって補償する。その方法は、電力
外部負荷の負荷を検知する検知手段が負荷を検知し、発
熱手段を制御する制御手段に記憶されている、発電機あ
るいは燃料電池の負荷と熱負荷が熱機関または燃料電池
から回収できる熱量との関係から熱負荷が熱機関または
燃料電池の排熱と発熱手段の発熱とから回収できる熱量
の和が所定の値になるように発熱手段への供給電力を演
算し、その結果に応じて発熱手段を制御する。
【００１５】
【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す図であり、
図２は発電機の出力と熱負荷が熱機関から回収できる熱
量との関係を示す図である。
図２は発電機の出力と熱負荷が熱機関から回収できる熱
量との関係を示す図である。
【００１６】図１を参照して、ディーゼル機関である熱
機関１は発電機２を駆動し、電力を発生して外部負荷３
に電力を供給する。このとき、熱機関１は発生した電力
に比例する出力を発生し、それに相当する熱量を有する
排気ガスＦおよび冷却循環水Ｄを発生する。熱機関１の
排気ガスＦはボイラー４に供給され、ボイラー４におい
て温水または蒸気Ｇが作られ、温水または蒸気Ｇは熱負
荷５に供給される。冷却循環水Ｄの有する熱は熱交換器
６に通され、二次側から温水Ｈが熱負荷５に供給され
る。熱負荷５にはたとえば給湯器のようなものが考えら
れる。
機関１は発電機２を駆動し、電力を発生して外部負荷３
に電力を供給する。このとき、熱機関１は発生した電力
に比例する出力を発生し、それに相当する熱量を有する
排気ガスＦおよび冷却循環水Ｄを発生する。熱機関１の
排気ガスＦはボイラー４に供給され、ボイラー４におい
て温水または蒸気Ｇが作られ、温水または蒸気Ｇは熱負
荷５に供給される。冷却循環水Ｄの有する熱は熱交換器
６に通され、二次側から温水Ｈが熱負荷５に供給され
る。熱負荷５にはたとえば給湯器のようなものが考えら
れる。
【００１７】発電機２の出力端子には、外部負荷３およ
び電熱ヒータ７が電力負荷として接続され、さらに電熱
ヒータ７を制御する自動電圧調整器８と外部負荷３の負
荷検知器９および自動電圧調整器８の出力を指令する計
算機内蔵の出力設定器１０とが制御装置として接続され
ている。電熱ヒータ７で発生する熱量は熱負荷５に供給
される。
び電熱ヒータ７が電力負荷として接続され、さらに電熱
ヒータ７を制御する自動電圧調整器８と外部負荷３の負
荷検知器９および自動電圧調整器８の出力を指令する計
算機内蔵の出力設定器１０とが制御装置として接続され
ている。電熱ヒータ７で発生する熱量は熱負荷５に供給
される。
【００１８】出力設定器１０は、外部負荷３の負荷が所
定の値Ｅ0 ｋＷ未満のとき動作するように設定されてい
る。所定の値Ｅ0 ｋＷとは、熱負荷５が必要とする熱量
Ａ0ｋｃａｌ／ｈを熱機関１から回収するのに必要な発
電機出力であって、電熱ヒータ７が作動していないとき
は外部負荷３の電力負荷となる。出力設定器１０に内蔵
される計算機には、発電機２の出力と熱負荷５が熱機関
１から熱損失の考慮された回収できる熱量との関係とし
て、予め図２に示す直線Ｚの式がメモリに記憶されてい
る。これは、通常、ディーゼル機関などの熱機関におい
ては、発電機出力と熱負荷が熱機関から回収できる熱量
との関係がほぼ比例しているからである。
定の値Ｅ0 ｋＷ未満のとき動作するように設定されてい
る。所定の値Ｅ0 ｋＷとは、熱負荷５が必要とする熱量
Ａ0ｋｃａｌ／ｈを熱機関１から回収するのに必要な発
電機出力であって、電熱ヒータ７が作動していないとき
は外部負荷３の電力負荷となる。出力設定器１０に内蔵
される計算機には、発電機２の出力と熱負荷５が熱機関
１から熱損失の考慮された回収できる熱量との関係とし
て、予め図２に示す直線Ｚの式がメモリに記憶されてい
る。これは、通常、ディーゼル機関などの熱機関におい
ては、発電機出力と熱負荷が熱機関から回収できる熱量
との関係がほぼ比例しているからである。
【００１９】次に、図１および図２を参照して、この発
明の一実施例の具体的な動作について説明する。熱機関
１が運転され、発電機２から外部負荷３に必要な電力Ｅ
1 ｋＷを供給している状態で、自身が必要とする熱量Ａ
0 ｋｃａｌ／ｈを越える熱量Ａ1 ｋｃａｌ／ｈを熱負荷
５が熱機関１から回収できる状態にある。このとき余っ
た熱は図示しない蓄熱器に蓄熱したり、場合によっては
利用せずに放出している。この状態から外部負荷３の負
荷が減少して発電機２の出力が減少してＥ2 ｋＷ（＜Ｅ
0 ｋＷ）となったとき、熱負荷５が熱機関１から回収で
きる熱量が低下してＡ2 ｋｃａｌ／ｈ（＜Ａ0 ｋｃａｌ
／ｈ）となる。したがって、熱負荷５としては（Ａ0 −
Ａ2 ）ｋｃａｌ／ｈの熱量が補償される必要がある。
明の一実施例の具体的な動作について説明する。熱機関
１が運転され、発電機２から外部負荷３に必要な電力Ｅ
1 ｋＷを供給している状態で、自身が必要とする熱量Ａ
0 ｋｃａｌ／ｈを越える熱量Ａ1 ｋｃａｌ／ｈを熱負荷
５が熱機関１から回収できる状態にある。このとき余っ
た熱は図示しない蓄熱器に蓄熱したり、場合によっては
利用せずに放出している。この状態から外部負荷３の負
荷が減少して発電機２の出力が減少してＥ2 ｋＷ（＜Ｅ
0 ｋＷ）となったとき、熱負荷５が熱機関１から回収で
きる熱量が低下してＡ2 ｋｃａｌ／ｈ（＜Ａ0 ｋｃａｌ
／ｈ）となる。したがって、熱負荷５としては（Ａ0 −
Ａ2 ）ｋｃａｌ／ｈの熱量が補償される必要がある。
【００２０】出力設定器１０は負荷検知器９によって負
荷がＥ０ｋＷより低下した情報を得て自動電圧調整器８
を介して以下に述べる方法によって求められる電力で電
熱ヒータ７を作動させる。電熱ヒータ７を作動させたと
きの発電機２の総出力をＥｘｋＷとし、このとき熱負荷
５が熱機関１から回収できる熱量をＡｘｋｃａｌ／ｈと
すると、熱負荷５は電熱ヒータ７から（Ａ０−Ａｘ）ｋ
ｃａｌ／ｈの熱量を回収する必要がある。この条件を満
たす電熱ヒータの供給電力（Ｅｘ−Ｅ２）ｋＷを出力設
定器１０に内蔵される計算機によって次の第（１）式を
演算して求め、自動電圧調整器８の出力を調整する。
荷がＥ０ｋＷより低下した情報を得て自動電圧調整器８
を介して以下に述べる方法によって求められる電力で電
熱ヒータ７を作動させる。電熱ヒータ７を作動させたと
きの発電機２の総出力をＥｘｋＷとし、このとき熱負荷
５が熱機関１から回収できる熱量をＡｘｋｃａｌ／ｈと
すると、熱負荷５は電熱ヒータ７から（Ａ０−Ａｘ）ｋ
ｃａｌ／ｈの熱量を回収する必要がある。この条件を満
たす電熱ヒータの供給電力（Ｅｘ−Ｅ２）ｋＷを出力設
定器１０に内蔵される計算機によって次の第（１）式を
演算して求め、自動電圧調整器８の出力を調整する。
【００２１】 ＥX −Ｅ2 ＝｛（Ａ0 −Ａ2 ）（Ｅ0 −Ｅ2 ）｝／｛８６０（Ｅ0 −Ｅ2 ）＋ （Ａ0 −Ａ2 ）｝…（１） なお、上述の第（１）式は次の第（２）式および第
（３）式より導出される。すなわち、図２において、Ｘ
軸に発電機出力をとり、Ｙ軸に熱負荷５が熱機関１から
回収できる熱量をとり、直線Ｘ＝Ｅ0 ，Ｅ2 およびＥX
と直線Ｚとの交点をそれぞれＢ0 ，Ｂ2 およびＢX と
し、直線Ｘ＝Ｅ0 およびＥX と直線Ｙ＝Ａ2 との交点を
それぞれＣ0 およびＣX とする。
（３）式より導出される。すなわち、図２において、Ｘ
軸に発電機出力をとり、Ｙ軸に熱負荷５が熱機関１から
回収できる熱量をとり、直線Ｘ＝Ｅ0 ，Ｅ2 およびＥX
と直線Ｚとの交点をそれぞれＢ0 ，Ｂ2 およびＢX と
し、直線Ｘ＝Ｅ0 およびＥX と直線Ｙ＝Ａ2 との交点を
それぞれＣ0 およびＣX とする。
【００２２】ΔＢ2 ＢX ＣX とΔＢ2 Ｂ0 Ｃ0 におい
て、ＢX ＣX ／Ｂ2 ＣX ＝Ｂ0 Ｃ0 ／Ｂ2 Ｃ0 の関係が
あるので、ＢX ＣX ＝ＡX −Ａ2 ，Ｂ2 ＣX ＝ＥX −Ｅ
2 ，Ｂ0 Ｃ0 ＝Ａ0 −Ａ2 ，Ｂ2 Ｃ 0 ＝Ｅ0 −Ｅ2 を代
入して、次の第（２）式が得られる。
て、ＢX ＣX ／Ｂ2 ＣX ＝Ｂ0 Ｃ0 ／Ｂ2 Ｃ0 の関係が
あるので、ＢX ＣX ＝ＡX −Ａ2 ，Ｂ2 ＣX ＝ＥX −Ｅ
2 ，Ｂ0 Ｃ0 ＝Ａ0 −Ａ2 ，Ｂ2 Ｃ 0 ＝Ｅ0 −Ｅ2 を代
入して、次の第（２）式が得られる。
【００２３】 （ＡX −Ａ2 ）／（ＥX −Ｅ2 ）＝（Ａ0 −Ａ2 ）／（Ｅ0 −Ｅ2 ）…（２） さらに、熱負荷５が補償されるべき熱量（Ａ0 −Ａ2 ）
ｋｃａｌ／ｈは、電熱ヒータ７を作動することによって
熱負荷５が回収できる熱機関１からの排熱の増量分熱量
（ＡX −Ａ2 ）ｋｃａｌ／ｈと電熱ヒータ７の発熱量８
６０（ＥX −Ｅ2）ｋｃａｌ／ｈとの和に等しいので、
次の第（３）式が成立する。
ｋｃａｌ／ｈは、電熱ヒータ７を作動することによって
熱負荷５が回収できる熱機関１からの排熱の増量分熱量
（ＡX −Ａ2 ）ｋｃａｌ／ｈと電熱ヒータ７の発熱量８
６０（ＥX −Ｅ2）ｋｃａｌ／ｈとの和に等しいので、
次の第（３）式が成立する。
【００２４】 Ａ0 −Ａ2 ＝（ＡX −Ａ2 ）＋８６０（ＥX −Ｅ2 ） …（３） ここで、１ｋＷあたりの熱量は８６０ｋｃａｌ／ｈとし
ている。
ている。
【００２５】上述の説明は、外部負荷３が減少して熱負
荷５が必要とする熱量が熱機関１から得られなくなった
場合であるが、逆に、この状態から外部負荷の負荷が増
加した場合も電熱ヒータ７の供給電力を調整してきめの
細かい運転ができるほか、このシステムを起動する当初
から外部負荷３の負荷がＥ０ｋＷより小さい場合も同様
に動作することは当然である。
荷５が必要とする熱量が熱機関１から得られなくなった
場合であるが、逆に、この状態から外部負荷の負荷が増
加した場合も電熱ヒータ７の供給電力を調整してきめの
細かい運転ができるほか、このシステムを起動する当初
から外部負荷３の負荷がＥ０ｋＷより小さい場合も同様
に動作することは当然である。
【００２６】また、熱負荷５が必要とする熱量Ａ0 ｋｃ
ａｌ／ｈは必要に応じて変更することができる。
ａｌ／ｈは必要に応じて変更することができる。
【００２７】なお、この実施例では、発電機２の出力と
熱負荷５が熱機関１から熱損失も考慮された回収できる
熱量との関係が比例するとして、その関係が図２に示す
直線Ｚの式の形で計算機のメモリに記憶されているが、
その関係が直線でない場合も関係データをメモリに記憶
しておき、最適値を計算もしくは最適値をサーチするこ
とによって得ることができる。このようにして決定され
た条件で電熱ヒータ７を運転すると、熱機関１の排熱お
よび電熱ヒータ７の発熱を合理的に利用できる。
熱負荷５が熱機関１から熱損失も考慮された回収できる
熱量との関係が比例するとして、その関係が図２に示す
直線Ｚの式の形で計算機のメモリに記憶されているが、
その関係が直線でない場合も関係データをメモリに記憶
しておき、最適値を計算もしくは最適値をサーチするこ
とによって得ることができる。このようにして決定され
た条件で電熱ヒータ７を運転すると、熱機関１の排熱お
よび電熱ヒータ７の発熱を合理的に利用できる。
【００２８】さらに、上述の実施例では、熱機関として
ディーゼル機関のように冷却水を必要とするものを使用
したが、ガスタービンのように冷却水を必要としないも
のにも適用できる。
ディーゼル機関のように冷却水を必要とするものを使用
したが、ガスタービンのように冷却水を必要としないも
のにも適用できる。
【００２９】なお、上述の実施例では、電熱ヒータ７を
熱負荷５に接続したが、これに限ることなく、ボイラー
４の入力の排気ガスＦもしくは出力の温水または蒸気
Ｇ，または熱交換器６の一次側の循環冷却水Ｄの冷却前
の高温の部分もしくは二次側の温水Ｈを加熱するよう
に、それぞれ図１に示すＪ，Ｋ，ＬまたはＭの部分に電
熱ヒータ７を設けてもよい。
熱負荷５に接続したが、これに限ることなく、ボイラー
４の入力の排気ガスＦもしくは出力の温水または蒸気
Ｇ，または熱交換器６の一次側の循環冷却水Ｄの冷却前
の高温の部分もしくは二次側の温水Ｈを加熱するよう
に、それぞれ図１に示すＪ，Ｋ，ＬまたはＭの部分に電
熱ヒータ７を設けてもよい。
【００３０】図３はこの発明の他の実施例を示す図であ
る。この図３に示した実施例は、２個の熱負荷５１，５
２が設けられ、一方の熱負荷５１にはボイラー４によっ
て排気ガスＦで加熱された温水または蒸気Ｇが供給さ
れ、他方の熱負荷５２には熱交換器６からの温水Ｈが供
給される。このような熱電併給システムにおいて、いず
れか一方の熱負荷に安定した動作が要求される場合、そ
の熱負荷に電熱ヒータ７を設けるようにしてもよい。た
だし、この場合他方の熱負荷は動作が変動する。
る。この図３に示した実施例は、２個の熱負荷５１，５
２が設けられ、一方の熱負荷５１にはボイラー４によっ
て排気ガスＦで加熱された温水または蒸気Ｇが供給さ
れ、他方の熱負荷５２には熱交換器６からの温水Ｈが供
給される。このような熱電併給システムにおいて、いず
れか一方の熱負荷に安定した動作が要求される場合、そ
の熱負荷に電熱ヒータ７を設けるようにしてもよい。た
だし、この場合他方の熱負荷は動作が変動する。
【００３１】図４は図３に示した実施例の動作を説明す
るための図である。この図４は発電機２の出力に対する
熱負荷５１が排気ガスＦから回収する熱量の関係を示す
直線Ｚ１と、熱負荷５２が冷却水から回収する熱量の関
係を示す直線Ｚ２を示したものであり、この関係は出力
設定器１０の計算機のメモリに記憶されている。図４に
おいて、たとえば排気ガスＦの熱が供給される熱負荷５
１にヒータ７が設けられ、外部負荷３がＥ０ｋｗからＥ
２ｋｗに低下した場合、補償すべき熱量（Ａ０１−Ａ
２１）ｋｃａｌ／ｈを得るために、電熱ヒータ７へ供給
される電力（Ｅｘ−Ｅ２）ｋｗは前述の第（１）式と同
様の方法で、次の第（４）式から求めることができる。
るための図である。この図４は発電機２の出力に対する
熱負荷５１が排気ガスＦから回収する熱量の関係を示す
直線Ｚ１と、熱負荷５２が冷却水から回収する熱量の関
係を示す直線Ｚ２を示したものであり、この関係は出力
設定器１０の計算機のメモリに記憶されている。図４に
おいて、たとえば排気ガスＦの熱が供給される熱負荷５
１にヒータ７が設けられ、外部負荷３がＥ０ｋｗからＥ
２ｋｗに低下した場合、補償すべき熱量（Ａ０１−Ａ
２１）ｋｃａｌ／ｈを得るために、電熱ヒータ７へ供給
される電力（Ｅｘ−Ｅ２）ｋｗは前述の第（１）式と同
様の方法で、次の第（４）式から求めることができる。
【００３２】 Ｅｘ−Ｅ２＝｛（Ａ０１−Ａ２１）（Ｅ０−Ｅ２）｝／｛８６０（Ｅ０−Ｅ２ ）＋（Ａ０１−Ａ２１）｝ …（４） 同様にして、冷却水の熱が供給される熱負荷５２にヒー
タが設けられ、外部負荷３がＥ０ｋｗからＥ２ｋｗに低
下した場合、補償すべき熱量（Ａ０２−Ａ２２）ｋｃａ
ｌ／ｈを得るために、電熱ヒータ７へ供給される電力
（Ｅｘ−Ｅ２）ｋｗは前述の第（２）式と同様の方法
で、次の第（５）式から求めることができる。
タが設けられ、外部負荷３がＥ０ｋｗからＥ２ｋｗに低
下した場合、補償すべき熱量（Ａ０２−Ａ２２）ｋｃａ
ｌ／ｈを得るために、電熱ヒータ７へ供給される電力
（Ｅｘ−Ｅ２）ｋｗは前述の第（２）式と同様の方法
で、次の第（５）式から求めることができる。
【００３３】 Ｅx −Ｅ2 ＝｛（Ａ02−Ａ22）（Ｅ0 −Ｅ2 ）｝／｛８６０（Ｅ0 −Ｅ2 ）＋ （Ａ02−Ａ22）｝ …（５） いずれの場合も、図３では熱負荷５１または５２にヒー
タ７を設けた場合について説明したが、熱負荷５１に対
してはヒータ７をボイラー４の入力の排気ガスＦの部分
Ｊもしくは出力の温水または蒸気Ｇの部分Ｋのいずれに
設けてもよく、熱負荷５２に対しては、熱交換器６の一
次側の循環冷却水Ｄの冷却前の高温の部分Ｌもしくは二
次側の温水Ｈの部分Ｍのいずれに設けられてもよい。
タ７を設けた場合について説明したが、熱負荷５１に対
してはヒータ７をボイラー４の入力の排気ガスＦの部分
Ｊもしくは出力の温水または蒸気Ｇの部分Ｋのいずれに
設けてもよく、熱負荷５２に対しては、熱交換器６の一
次側の循環冷却水Ｄの冷却前の高温の部分Ｌもしくは二
次側の温水Ｈの部分Ｍのいずれに設けられてもよい。
【００３４】図５はこの発明のさらに他の実施例を示す
図である。この図５に示した実施例は、２個の熱負荷５
１，５２が接続されたシステムにおいて、出力設定器１
０によって制御される２個の自動電圧調整器８１，８２
を設けるとともに、これらの自動電圧調整器８１，８２
によって電圧が制御される電熱ヒータ７１，７２を設け
たものである。この図５に示した実施例では、前述の図
４に示した排気ガス回収熱量直線Ｚ１と冷却水回収熱量
直線Ｚ２に示されるように、排気ガスＦから回収する場
合と冷却水から回収する場合の回収特性が異なるため、
外部負荷３がＥ 0 ｋｗからＥ2 ｋｗへ低下したとき、熱
負荷５１，５２を安定動作させるために、ヒータ７１お
よび７２によって補償する熱量はヒータが１個の場合と
同じではない。すなわち、電熱ヒータ７１にＥｋ1 ｋ
ｗ，電熱ヒータ７２にＥｋ2 ｋｗの電力消費があれば、
両方の熱負荷５１，５２が変動しないと考えると、この
場合の発電機の総負荷ＥX ｋｗは、 ＥX ＝Ｅ2 ＋（Ｅｋ1 ＋Ｅｋ2 ） …（６） 熱負荷５１の熱量＝Ａx1＋８６０Ｅk1 …（７） 熱負荷５２の熱量＝Ａx2＋８６０Ｅk2 …（８） 上述の第（６）式〜第（８）式を満足するＥk1およびＥ
k2を出力設定器１０に含まれる計算機によって算出する
ことができる。
図である。この図５に示した実施例は、２個の熱負荷５
１，５２が接続されたシステムにおいて、出力設定器１
０によって制御される２個の自動電圧調整器８１，８２
を設けるとともに、これらの自動電圧調整器８１，８２
によって電圧が制御される電熱ヒータ７１，７２を設け
たものである。この図５に示した実施例では、前述の図
４に示した排気ガス回収熱量直線Ｚ１と冷却水回収熱量
直線Ｚ２に示されるように、排気ガスＦから回収する場
合と冷却水から回収する場合の回収特性が異なるため、
外部負荷３がＥ 0 ｋｗからＥ2 ｋｗへ低下したとき、熱
負荷５１，５２を安定動作させるために、ヒータ７１お
よび７２によって補償する熱量はヒータが１個の場合と
同じではない。すなわち、電熱ヒータ７１にＥｋ1 ｋ
ｗ，電熱ヒータ７２にＥｋ2 ｋｗの電力消費があれば、
両方の熱負荷５１，５２が変動しないと考えると、この
場合の発電機の総負荷ＥX ｋｗは、 ＥX ＝Ｅ2 ＋（Ｅｋ1 ＋Ｅｋ2 ） …（６） 熱負荷５１の熱量＝Ａx1＋８６０Ｅk1 …（７） 熱負荷５２の熱量＝Ａx2＋８６０Ｅk2 …（８） 上述の第（６）式〜第（８）式を満足するＥk1およびＥ
k2を出力設定器１０に含まれる計算機によって算出する
ことができる。
【００３５】この場合、一方のヒータ７１は、熱負荷５
１またはボイラー４の入力の排気ガスＦの部分Ｊもしく
は出力の温水または蒸気Ｇの部分Ｋのいずれに設けても
よく、他方のヒータ７２は、熱負荷５２，熱交換器６の
一次側の循環冷却水の冷却前の高温の部分Ｌもしくは二
次側の温水Ｈの部分Ｍのいずれに設けてもよい。
１またはボイラー４の入力の排気ガスＦの部分Ｊもしく
は出力の温水または蒸気Ｇの部分Ｋのいずれに設けても
よく、他方のヒータ７２は、熱負荷５２，熱交換器６の
一次側の循環冷却水の冷却前の高温の部分Ｌもしくは二
次側の温水Ｈの部分Ｍのいずれに設けてもよい。
【００３６】図６はこの発明のさらに他の実施例を示す
図である。この図６に示した実施例は、ボイラー４を省
略し、直接排気ガスの熱を熱負荷５１に供給するように
したものであり、ボイラー４および温水または蒸気Ｇを
除いて、前述の各実施例と同じである。
図である。この図６に示した実施例は、ボイラー４を省
略し、直接排気ガスの熱を熱負荷５１に供給するように
したものであり、ボイラー４および温水または蒸気Ｇを
除いて、前述の各実施例と同じである。
【００３７】図７はこの発明の他の実施例を示す図であ
る。この図７に示した実施例は、図１に示した熱機関１
と発電機２に代えて燃料電池１５を設けたものである。
燃料電池１５は燃料から水素ガスを分離するガス改質装
置１１と、分離した水素ガスと酸素が化学反応して電力
を発生する電池本体１２と、排気ガス用熱交換器１３
と、冷却水用熱交換器１４とから成り、同一筐体あるい
は状況によってはそれぞれ分離されて配置される。この
燃料電池１５からは発生する電力に比例する熱量を有す
る排気ガスＦおよび冷却循環水Ｄが発生する。燃料電池
１５の排気ガスＦは排気ガス用熱交換器１３に供給さ
れ、排気ガス用熱交換器１３において温水または蒸気Ｇ
がつくられ、温水または蒸気Ｇは熱負荷５に供給され
る。冷却循環水Ｄの有する熱は冷却水用熱交換器１４に
通され、二次側から温水Ｈが熱負荷５に供給される。な
お、排気ガスＦは燃料から水素ガスを分離するときに使
用した高温ガスの排気であり、冷却循環水Ｄは高温で分
離された水素ガスの冷却や化学反応によって発熱する電
池本体１２の冷却に使用される。
る。この図７に示した実施例は、図１に示した熱機関１
と発電機２に代えて燃料電池１５を設けたものである。
燃料電池１５は燃料から水素ガスを分離するガス改質装
置１１と、分離した水素ガスと酸素が化学反応して電力
を発生する電池本体１２と、排気ガス用熱交換器１３
と、冷却水用熱交換器１４とから成り、同一筐体あるい
は状況によってはそれぞれ分離されて配置される。この
燃料電池１５からは発生する電力に比例する熱量を有す
る排気ガスＦおよび冷却循環水Ｄが発生する。燃料電池
１５の排気ガスＦは排気ガス用熱交換器１３に供給さ
れ、排気ガス用熱交換器１３において温水または蒸気Ｇ
がつくられ、温水または蒸気Ｇは熱負荷５に供給され
る。冷却循環水Ｄの有する熱は冷却水用熱交換器１４に
通され、二次側から温水Ｈが熱負荷５に供給される。な
お、排気ガスＦは燃料から水素ガスを分離するときに使
用した高温ガスの排気であり、冷却循環水Ｄは高温で分
離された水素ガスの冷却や化学反応によって発熱する電
池本体１２の冷却に使用される。
【００３８】燃料電池１５の出力端子には、図１と同様
にして、外部負荷３と電熱ヒータ７が電力負荷として接
続され、さらに電熱ヒータ７を制御する自動電圧調整器
８，外部負荷３の負荷検知器９および自動電圧調整器８
の出力を指令する計算機内蔵の出力設定器１０とが制御
装置として接続されている。電熱ヒータ７で発生する熱
量は熱負荷５に供給される。
にして、外部負荷３と電熱ヒータ７が電力負荷として接
続され、さらに電熱ヒータ７を制御する自動電圧調整器
８，外部負荷３の負荷検知器９および自動電圧調整器８
の出力を指令する計算機内蔵の出力設定器１０とが制御
装置として接続されている。電熱ヒータ７で発生する熱
量は熱負荷５に供給される。
【００３９】上述のごとく構成された燃料電池１５を用
いたＣＧＳにおいても、図１の実施例と同様にして、燃
料電池１５の出力と熱負荷５が燃料電池１５から熱損失
の考慮された回収できる熱量との関係は比例するとし
て、その関係を図２に示す直線Ｚを式の形で計算機のメ
モリに記憶しておき、その関係が直線でない場合も関係
データをメモリに記憶しておき、最適値を計算もしくは
最適値をサーチすることによって得ることができ、その
ようにして決定された条件で電熱ヒータ７を運転する
と、燃料電池１５の排熱および電熱ヒータ７の発熱を合
理的に利用することができる。
いたＣＧＳにおいても、図１の実施例と同様にして、燃
料電池１５の出力と熱負荷５が燃料電池１５から熱損失
の考慮された回収できる熱量との関係は比例するとし
て、その関係を図２に示す直線Ｚを式の形で計算機のメ
モリに記憶しておき、その関係が直線でない場合も関係
データをメモリに記憶しておき、最適値を計算もしくは
最適値をサーチすることによって得ることができ、その
ようにして決定された条件で電熱ヒータ７を運転する
と、燃料電池１５の排熱および電熱ヒータ７の発熱を合
理的に利用することができる。
【００４０】なお、図７に示した実施例では、燃料電池
１５として、ガス改質装置１１，電池本体１２，排気ガ
ス用熱交換器１３および冷却水用熱交換器１４を含んで
いるが、大きさや設置場所の都合からそれぞれが分離し
て配置されるようにしてもよい。
１５として、ガス改質装置１１，電池本体１２，排気ガ
ス用熱交換器１３および冷却水用熱交換器１４を含んで
いるが、大きさや設置場所の都合からそれぞれが分離し
て配置されるようにしてもよい。
【００４１】また、燃料電池１５を用いたシステムにお
いても、前述の図３，図４，図５および図６の実施例と
同様の構成をとることも可能である。
いても、前述の図３，図４，図５および図６の実施例と
同様の構成をとることも可能である。
【００４２】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ＣＧ
Ｓにおける電力負荷と熱負荷の必要量がマッチングしな
い状態においても、ロスが少なくかつ安定した状態で熱
負荷に熱を供給でき、省エネルギの目的を達成できる。
また、電力負荷が急変した場合でも迅速に補償して熱負
荷に変動を与えることなく安定した状態で運転すること
ができる。
Ｓにおける電力負荷と熱負荷の必要量がマッチングしな
い状態においても、ロスが少なくかつ安定した状態で熱
負荷に熱を供給でき、省エネルギの目的を達成できる。
また、電力負荷が急変した場合でも迅速に補償して熱負
荷に変動を与えることなく安定した状態で運転すること
ができる。
【図１】この発明の一実施例を示す図である。
【図２】発電機２の出力と熱負荷５が熱機関１から回収
できる熱量との関係を示す図である。
できる熱量との関係を示す図である。
【図３】この発明の他の実施例を示す図である。
【図４】図３に示した実施例の動作を説明するための図
である。
である。
【図５】この発明のさらに他の実施例を示す図である。
【図６】この発明のさらにその他の実施例を示す図であ
る。
る。
【図７】この発明の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】 １ 熱機関 ２ 発電機 ３ 外部負荷 ４ ボイラー ５，５１，５２ 熱負荷 ６ 熱交換器 ７ 電熱ヒータ ８ 自動電圧調整器 ９ 負荷検知器 １０ 出力設定器 １１ ガス改質装置 １２ 電池本体 １３ 排気ガス用熱交換器 １４ 冷却水用熱交換器 １５ 燃料電池
Claims (8)
- 【請求項１】 熱機関で駆動される発電機と、前記発電
機に接続される電力外部負荷と、前記熱機関より発生す
る排熱を熱源とする熱負荷とからなる熱電併給システム
において、 前記電力外部負荷の負荷を検知する検知手段と、 前記発電機を電源としかつ発生する熱を前記熱負荷に供
給する発熱手段と、 前記検知手段により検知された前記電力外部負荷の負荷
に応じて前記発熱手段を制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、 前記発電機の負荷と前記熱負荷が前記熱機関から回収で
きる熱量との関係を記憶する記憶手段と、 前記電力外部負荷の負荷が少なく、前記熱機関から前記
熱負荷が回収できる熱量が所定の値より小さいことに応
じて、前記熱負荷が前記熱機関の排熱と前記発熱手段の
発熱とから回収できる熱量の和が所定の値になるように
前記発熱手段への供給電力を演算する演算手段とを含
み、前記演算の結果に応じて、前記発熱手段を制御する
ことを特徴とする、熱電併給システム。 - 【請求項２】 前記制御手段は、前記演算手段の演算結
果に応じて、前記発電機から前記発熱手段に与えられる
電圧を制御する電圧制御手段を含む、請求項１の熱電併
給システム。 - 【請求項３】 前記熱機関は冷却水によって冷却される
ものであって、 前記熱機関によって加熱された冷却水の熱を前記熱負荷
に与えるための熱交換器を含む、請求項１の熱電併給シ
ステム。 - 【請求項４】 前記熱機関は排ガスを発生し、さらに 前記熱機関からの排ガスによって加熱された温水または
蒸気を前記熱負荷に与えるためのボイラーを含む、請求
項１の熱電併給システム。 - 【請求項５】 燃料電池と、前記燃料電池に接続される
電力外部負荷と、前記燃料電池より発生する排熱を熱源
とする熱負荷とからなる熱電併給システムにおいて、 前記電力外部負荷の負荷を検知する検知手段と、 前記燃料電池を電源としかつ発生する熱を前記熱負荷に
供給する発熱手段と、 前記検知手段により検知された前記電力外部負荷の負荷
に応じて前記発熱手段を制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、 前記燃料電池の負荷と前記熱負荷が前記燃料電池から回
収できる熱量との関係を記憶する記憶手段と、 前記電力外部負荷の負荷が少なく、前記燃料電池から前
記熱負荷が回収できる熱量が所定の値より小さいことに
応じて、前記熱負荷が前記燃料電池の排熱と前記発熱手
段の発熱とから回収できる熱量の和が所定の値になるよ
うに前記発熱手段への供給電力を演算する演算手段とを
含み、 前記演算の結果に応じて、前記発熱手段を制御すること
を特徴とする、熱電併給システム。 - 【請求項６】 前記制御手段は、前記演算手段の演算結
果に応じて、前記燃料電池から前記発熱手段に与えられ
る電圧を制御する電圧制御手段を含む、請求項５の熱電
併給システム。 - 【請求項７】 前記燃料電池は、燃料電池本体によって
加熱された冷却水の熱を前記熱負荷に与えるための熱交
換器を含む、請求項５の熱電併給システム。 - 【請求項８】 前記燃料電池から発生する排ガスによっ
て加熱された温水または蒸気を前記熱負荷に与えるため
の排ガス用熱交換器を含む、請求項５の熱電併給システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5014842A JP2623056B2 (ja) | 1992-02-03 | 1993-02-01 | 熱電併給システム |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-17605 | 1992-02-03 | ||
| JP1760592 | 1992-02-03 | ||
| JP5014842A JP2623056B2 (ja) | 1992-02-03 | 1993-02-01 | 熱電併給システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0765849A JPH0765849A (ja) | 1995-03-10 |
| JP2623056B2 true JP2623056B2 (ja) | 1997-06-25 |
Family
ID=26350872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5014842A Expired - Fee Related JP2623056B2 (ja) | 1992-02-03 | 1993-02-01 | 熱電併給システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2623056B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10113000A1 (de) * | 2001-03-17 | 2002-09-19 | Bayerische Motoren Werke Ag | System aus Verbrennungsmotor und Brennstoffzelle |
| US7041405B2 (en) * | 2003-10-07 | 2006-05-09 | Utc Fuel Cells, Llc | Fuel cell voltage control |
| JP2023135129A (ja) * | 2022-03-15 | 2023-09-28 | 株式会社日立製作所 | 蒸気発生装置及び蒸気発生方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0831333B2 (ja) * | 1988-02-08 | 1996-03-27 | 北海道電力株式会社 | 燃料電池発電システムの制御装置 |
| JP2683945B2 (ja) * | 1990-03-02 | 1997-12-03 | 株式会社クボタ | コージェネレーション装置の電力・熱出力装置 |
| JPH0443567A (ja) * | 1990-06-07 | 1992-02-13 | Toshiba Corp | 燃料電池発電プラントの排熱回収装置 |
-
1993
- 1993-02-01 JP JP5014842A patent/JP2623056B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0765849A (ja) | 1995-03-10 |
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|---|---|---|---|
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