JP3193161U - 建物のエネルギープラント - Google Patents

Abstract

【課題】商用電力及びＣＧＳによる電力、及びＣＧＳによる発電時に生じる排熱を効率よく活用し、全体のエネルギー効率を高めるエネルギープラントを提供する。
【解決手段】内燃機関により発電する発電機を有し、この発電機で発電された発電電力、及び発電時に生じる内燃機関の排熱による熱エネルギーを出力するＣＧＳ１と、商用電力の系統と発電電力の系統とを連係する系統連系部２と、商用電力及び発電電力によって冷熱源を作る電動冷凍機４と、熱エネルギーによって冷熱源を作る吸収冷凍機５と、状況に応じて、電動冷凍機４と吸収冷凍機５との両方又はいずれか一方が冷熱源を作るように制御する制御装置Ｄと、を備えたエネルギープラントＡとする。
【選択図】図１

Description

本考案は、建物の電力及び冷暖房や給湯の熱源を作るエネルギープラントに関する。

本考案に関連する建物のエネルギープラントとして、都市ガス等を燃料とする原動機によって駆動する発電機で電力を発電して供給すると共に、原動機の排熱を冷暖房や給湯の熱源として供給するコージェネレーションシステム(ＣＧＳ)が知られている。

このＣＧＳは、商用電力と併用することで、年間を通じて電力使用量が多い大規模再開発による施設や大規模な建物（オフィスビル・ホテル・病院・商業施設・公共施設等）での、特高受電の回避、省電力、災害等の非常時に対応するためのビジネス・コンティニューイング・プラン（ＢＣＰ）の確立等に、大きく貢献できるものと期待されている。

前述のＣＧＳと商用電力を併用した従来のエネルギープラントは、例えば、図８に示すように、ＣＧＳ１００で発電される発電電力１０１と商用電力２００とを、各種電気設備の電力として供給し、ＣＧＳ１００の発電時に生じる排熱による熱エネルギーを、冷暖房負荷３００の冷熱源を作る吸収冷凍機４００、及び給湯負荷５００の熱源として供給するように構成されたエネルギープラントＡ１００が知られている。

このエネルギープラントＡ１００によって、必要電力の一部をＣＧＳ１００の発電電力で賄うことができると共に、発電時に生じる排熱を冷暖房負荷３００等の熱源として利用することができるので、特高受電の回避、省電力、省エネルギー、ピークカットを行うことができ、更には、災害等の非常時に対応するためのＢＣＰを確立できる。

しかしながら、近年では、建物の断熱性能の向上、及び全熱交換器の活用で、建物の暖房負荷が著しく小さくなっており、前述のような大規模再開発による施設や大規模な建物では、温熱需要が冷熱需要に比べてはるかに低く、また、冷熱需要も季節によって大きく変化するため、冷房負荷を発電時に生じる熱エネルギーを利用した吸収冷凍機４００で賄うような従来のエネルギープラントＡ１００では、年間を通して原動機からの排熱を効率よく活用できないという問題があった。

すなわち、ＣＧＳ１００は、冷暖房熱源システムを含めた年間エネルギー効率を考慮して全体のシステムの有効性を判断すべきであり、前述のように、年間を通して大きく変化する建物の熱需要に対応して、年間エネルギー効率を高めることが求められている。

本考案は、このような問題に対処することを課題とするものである。すなわち、年間を通して大きく変化する建物の熱需要に対応して、商用電力及びＣＧＳによる電力、及びＣＧＳによる発電時に生じる排熱を効率よく活用し、全体のエネルギー効率を高めることが本考案の目的である。

尚、本考案に関連する先行技術文献情報の内、出願人がこの実用新案登録出願時に知っているものがないので、開示すべき先行技術文献情報はない。

前記目的を達成するため、本考案に係る建物のエネルギープラントは、次の構成を少なくとも具備する。

内燃機関により発電する発電機を有し、該発電機で発電された発電電力、及び発電時に生じる前記内燃機関の排熱による熱エネルギーを出力するコージェネレーションシステムと、
商用電力の系統と前記発電電力の系統とを連係する系統連系部と、前記商用電力及び前記発電電力によって冷熱源を作る電動冷凍機と、
前記熱エネルギーによって冷熱源を作る吸収冷凍機と、
状況に応じて、前記電動冷凍機と吸収冷凍機との両方又はいずれか一方が冷熱源を作るように制御する制御装置と、を備えたエネルギープラントである。

また、前記電動冷凍機と吸収冷凍機とが、前記電動冷凍機を上流側として直列に配列されていることが好ましい。

このような特徴を有することで本考案は、以下の効果を奏する。すなわち、年間を通して大きく変化する建物の熱需要に対応して、商用電力及びＣＧＳによる電力、及びＣＧＳによる発電時に生じる排熱による熱エネルギーを効率よく活用し、全体のエネルギー効率を高めることができる。

本考案に係る第一実施形態の建物のエネルギープラントの構成図であり、夏期運転動作を示す。 図１において中間期運転動作を示す。 図１において冬期運転動作を示す。 図１においてガス供給不能時での運転動作を示す。 図１において商用電力使用不可状態での運転動作を示す。 本考案に係る第二実施形態の建物のエネルギープラントの構成図である。 本考案に係る第三実施形態の建物のエネルギープラントの構成図である。 従来の建物のエネルギープラントの構成図である。

以下で説明する排熱による熱エネルギーは、内燃機関の燃焼時の排ガスの熱、この熱で作られる蒸気や温水、内燃機関を冷却する冷却水の熱、この冷却水の熱で作られる温水である。

以下で説明する内燃機関は、都市ガス、ＬＰガス、軽油、廃油等の燃料で駆動するレシプロエンジンである。

以下、本考案に係る一実施形態の建物のエネルギープラントＡを図１〜図５に基づいて説明する。

エネルギープラントＡは、ＣＧＳ１と、系統連系部２と、補助ボイラ３と、電動冷凍機４と、吸収冷凍機５とを備えており、商用電力とＣＧＳ１から出力された発電電力、ＣＧＳ１、及び補助ボイラ３からの熱エネルギーを用いて、建物（図示せず）の空調（冷暖房、加湿）及び給湯に用いられる冷温熱源を作るようにされている。

また、商用電力系統１０ｂと発電電力系統２０とが、系統連系部２に接続されており、この系統連系部２を介して、商用電力及び発電電力を建物に配電するようにされている。

ＣＧＳ１は、内燃機関によって発電する発電機、内燃機関の冷却水を用いて熱交換する温水熱交換器、内燃機関の排熱によって蒸気を発生させるボイラ（いずれも図示せず）等が備えられており、建物に供給される都市ガスを燃料として作動する内燃機関の軸回転を発電機のモータ軸に伝えることで、発電機を発電駆動させて電力を送電し、発電時における内燃機関の燃焼時には、温水や蒸気等の熱エネルギーを作って供給するようにされている。

ＣＧＳ１による熱エネルギーは、発電時における内燃機関の排熱によって作られるものである。

ＣＧＳ１で発電された電力は、発電電力系統２０から系統連系部２を経て商用電力と共に建物に配電されて、電動冷凍機４、冷暖房負荷６、給湯負荷７を含む各種電力負荷の電力として供給される。

また、ＣＧＳ１、及び補助ボイラ３で作られた熱エネルギーは、吸収冷凍機５、冷暖房負荷６、給湯負荷７を含む各種冷温熱負荷の熱源として供給される。

補助ボイラ３は、前述の都市ガスを燃料として作動して蒸気を発生させると共に、この蒸気を、前述の各種冷温熱負荷の熱源として供給するものである。

以下、エネルギープラントＡの構成を具体的に説明する。尚、図１〜図５において太い実線は、冷温熱源及び熱エネルギーが流れている状態を示し、破線は、流量を調整された冷温熱源の流れを示す。

エネルギープラントＡは、ＣＧＳ１の発電電力、及び商用電力により電動冷凍機４が冷熱源を作り、この冷熱源を冷暖房負荷６の空調熱源として使用するようにされている。

また、ＣＧＳ１、及び補助ボイラ３の熱エネルギーにより吸収冷凍機５が冷熱源を作るようにされ、この冷熱源も冷暖房負荷６の空調熱源として使用するようにされており、この熱エネルギーは、給湯負荷７の熱源としても使用するようにされている。

エネルギープラントＡは、ＣＧＳ１からの熱エネルギーを、吸収冷凍機５、冷暖房負荷６、給湯負荷７、熱交換器８に供給すると共に、吸収冷凍機５、冷暖房負荷６、給湯負荷７、熱交換器８を通過した熱エネルギーを、ＣＧＳ１内のボイラ、及び補助ボイラ３に戻すように配管された熱源供給配管部Ｂと、電動冷凍機４、吸収冷凍機５、冷暖房負荷６、熱交換器８を循環するように配管された熱源循環配管部Ｃとが備えられている。

電動冷凍機４と吸収冷凍機５とは、電動冷凍機４を上流側として同一配管上に直列に配され、電動冷凍機４で作られた冷熱源を、吸収冷凍機５によって更に低温の冷熱源となるように冷却できるようになっており、夏期（図１）や中間期（図２）の冷房負荷が高い時期に使用される冷熱源を、電力、及び熱エネルギーにより効率的に作ることができる。

すなわち、商用電力、及びＣＧＳ１による発電電力、並びにＣＧＳ１での発電時に生じる熱エネルギーによって、高い冷房負荷に対応することができるので、この冷房負荷が高い夏期、及び中間期の商用電力の使用量の削減を達成することができる。

また、電動冷凍機４の上流側と下流側にわたって電動冷凍機４をバイパスするバイパス１０と、このバイパス１０と連続すると共に、電動冷凍機４の下流側と吸収冷凍機５の下流側にわたって吸収冷凍機５をバイパスするバイパス１１とを有しており、このバイパス１０、１１には、夫々、開閉バルブ１０Ａ、１１Ａが接続されている。

バイパス１０、１１は、開閉バルブ１０Ａ、１１Ａを、夏期、及び中間期と、冬期の冷房負荷が低い時期（図３）とに応じて開閉することで、時期に応じた冷熱源を作るようにするために配管されたものである。

電動冷凍機４、吸収冷凍機５の作動、及び作動停止等、及びバルブ１０Ａ、１１Ａの開閉は、制御装置Ｄによって制御されている。

制御装置Ｄは、エネルギープラントＡ全体の動作を制御するものであって、電動冷凍機４、吸収冷凍機５の制御、及びバルブ１０Ａ、１１Ａの開閉制御以外の、各部の制御も行うようにしてもよいし、他の制御装置（図示せず）によって、電動冷凍機４、吸収冷凍機５の制御、及びバルブ１０Ａ、１１Ａの開閉制御以外の制御を行うようにしてもよい。

また、制御装置Ｄは、季節、気温、停電等による商用電力の供給不能状態、都市ガスの供給不能状態に対応して、電動冷凍機４、吸収冷凍機５の作動、及び作動停止等、及びバルブ１０Ａ、１１Ａを自動制御するようにしてもよいし、その都度、手動によって操作して制御するようにしてもよい。

すなわち、冷房負荷が高い夏期、及び中間期には、図１、２に示すように、電動冷凍機４を作動状態とすると共に、バルブ１０Ａ、１１Ａを閉じるように制御することによって、電動冷凍機４と吸収冷凍機５とで冷熱源を作ることができるようになっている。

夏期においては、図１に示すように、熱交換器８を停止状態とするように制御し、電動冷凍機４と吸収冷凍機５によって作られた冷熱源を冷暖房負荷６の冷房に集中的に供給するように流路を設定制御することが効果的である。

また、中間期においては、図２に示すように、建物内の温度に応じて、冷熱源の供給量を調整制御するようにしてもよい（破線Ｂ１）。

また、冷房負荷が低い冬期には、図３に示すように、電動冷凍機４を停止状態とし、バルブ１０Ａを開くと共に、バルブ１１Ａを閉じるように制御することによって、吸収冷凍機５のみによって冷熱源を作ることができるようになっている。

この冬期には、熱エネルギーを熱交換器８に供給して温熱源を作るように制御し、この温熱源を冷暖房負荷６の暖房の空調熱源として供給するとよい。

エネルギープラントＡでは、図４に示すように、ＣＧＳ１に対して都市ガスが供給不能である場合においても、商用電力によって、少なくとも最低限の各種電力負荷に対応することができる。

また、図５に示すように、停電によって商用電力が使用できない場合においても、ＣＧＳ１の発電電力、及び熱エネルギーによって、少なくとも最低限の各種電力負荷、及び各種冷温熱負荷に対応することができる。

すなわち、このエネルギープラントＡは、少なくとも、商用電力が供給可能状態、或いはＣＧＳ１が作動可能状態のいずれか一方の状態であれば、各種電力負荷、及び各種冷温熱負荷に対応することができるので、事故や災害時等に最低限の電力や熱エネルギーを確保することができる。

このエネルギープラントＡによると、商用電力とＣＧＳ１の発電電力との系統連系によって建物の電力負荷に対応することができる。

また、冷暖房負荷６の冷房用空調熱源は、商用電力とＣＧＳ１の発電電力との系統連系による電力で冷熱源を作る電動冷凍機４と、ＣＧＳ１及び補助ボイラ３からの熱エネルギーで冷熱源を作る吸収冷凍機５とで賄うことができ、冷暖房負荷６の暖房用空調熱源は、ＣＧＳ１と補助ボイラ３からの熱エネルギーで賄うことができる。

以下、図６に基づいて、本考案に係る第二実施形態のエネルギープラントＡ’を説明する。尚、図７では、冷房負荷が高い夏期の運転状態を示しており、第一実施形態と重複する部位については、図面に同符号を付すことにより省略する。

エネルギープラントＡ’は、吸収冷凍機５を電動冷凍機４の上流側に配置した形態のものである。

このエネルギープラントＡ’によっても、商用電力とＣＧＳ１の発電電力との系統連系によって建物の電力負荷に対応することができる。

また、冷暖房負荷６の冷房用空調熱源は、商用電力とＣＧＳ１の発電電力との系統連系による電力で冷熱源を作る電動冷凍機４と、ＣＧＳ１及び補助ボイラ３からの熱エネルギーで冷熱源を作る吸収冷凍機５とで賄うことができ、冷暖房負荷６の暖房用空調熱源は、ＣＧＳ１と補助ボイラ３からの熱エネルギーで賄うことができる。

以下、図７に基づいて、本考案に係る第三実施形態のエネルギープラントＡ”を説明する。尚、図７では、冷房負荷が高い夏期の運転状態を示しており、第一実施形態と重複する部位については、図面に同符号を付すことにより省略する。

エネルギープラントＡ”は、電動冷凍機４と吸収冷凍機５とを、並列する配管上に夫々配置した形態のものである。

このエネルギープラントＡ”によっても、商用電力とＣＧＳ１の発電電力との系統連系によって建物の電力負荷に対応することができる。

また、冷暖房負荷６の冷房用空調熱源は、商用電力とＣＧＳ１の発電電力との系統連系による電力で冷熱源を作る電動冷凍機４と、ＣＧＳ１及び補助ボイラ３からの熱エネルギーで冷熱源を作る吸収冷凍機５とで賄うことができ、冷暖房負荷６の暖房用空調熱源は、ＣＧＳ１と補助ボイラ３からの熱エネルギーで賄うことができる。

以上説明したように、本実施形態のエネルギープラントＡ、Ａ’、Ａ”は、年間を通して大きく変化する大規模再開発による施設や大規模な建物の熱需要に対応して、商用電力及びＣＧＳ１による電力、及びＣＧＳ１による発電時に生じる熱エネルギー、補助ボイラ３からの熱エネルギーを効率よく活用することができ、これによって、全体のエネルギー効率を高めることができる。

したがって、省電力、省エネルギー、ピークカット、コストカット、及び災害等の非常時に対応するためのＢＣＰの確立等に大きく貢献できる。

しかも、商用電力、又は都市ガスのいずれか一方が供給不能であっても、電力負荷に対応することができると共に、冷暖房負荷６の空調熱源を確保することができるので、事故や災害等で停電、或いは都市ガス供給不能状態になっても、電力や空調熱源を確保することができる。

また、ＣＧＳ１の定期点検によって発電電力が低下した場合、この発電電力の低下分を自家発補給電力契約に従って商用電力で補うため、通常の電力料金よりも高い自家発補給電力契約による商用電力料金が自家発電単価に大きな影響を与えることになるが、本実施形態のエネルギープラントＡ、Ａ’、Ａ”では、ＣＧＳ１の台数、及びＣＧＳ１による発電量を考慮することで、自家発補給電力契約を不要にすることができる。

前述の第一実施形態〜第三実施形態では、一対の電動冷凍機４と吸収冷凍機５を配置した形態として例示したが、本考案では、例示した形態に限らず、一対の電動冷凍機４と吸収冷凍機５を一つのユニットとして、このユニットを複数配置した形態としてもよい（図示せず）。

尚、本考案は、例示した実施形態に限定するものでは無く、実用新案登録請求の範囲に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。

Ａ：エネルギープラント
Ａ’：エネルギープラント
Ａ”：エネルギープラント
Ｄ：制御装置
１：ＣＧＳ(コージェネレーションシステム)
２：系統連系部
４：電動冷凍機
５：吸収冷凍機

Claims (2)

1. 内燃機関により発電する発電機を有し、該発電機で発電された発電電力、及び発電時に生じる前記内燃機関の排熱による熱エネルギーを出力するコージェネレーションシステムと、
   商用電力の系統と前記発電電力の系統とを連係する系統連系部と、前記商用電力及び前記発電電力によって冷熱源を作る電動冷凍機と、
   前記熱エネルギーによって冷熱源を作る吸収冷凍機と、
   状況に応じて、前記電動冷凍機と前記吸収冷凍機との両方又はいずれか一方が冷熱源を作るように制御する制御装置と、を備えたエネルギープラント。
2. 前記電動冷凍機と前記吸収冷凍機とが、前記電動冷凍機を上流側として直列に配列されている請求項１記載の建物のエネルギープラント。

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