JP3199992U - 集合住宅コージェネレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱媒が各住戸に循環供給される集合住宅のコージェネレーション装置を提供する。【解決手段】内燃機式発電装置１０と、その排熱を回収して得られた熱媒を所定量貯える蓄熱槽２０と、住戸毎に設置される、熱媒が熱媒移送手段を介して給送されて市水と戸内用熱媒が各々独立して加温される熱交換器３０と、加温された市水をさらに加温して給湯する給湯器５０と、加温された戸内用熱媒が戸内熱媒移送手段を介して循環される暖房又は乾燥端末機５５と、蓄熱槽２０の出口部に設置される、給湯器５０に設置された第１熱量計６１で計測された消費熱量の集合住宅の住戸全体の第１合計値が戸内用熱媒の熱交換器３０の出入部に設置された第２熱量計６２で計測された消費熱量の集合住宅の住戸全体の第２合計値以上となるときに熱媒を加熱するボイラー７０と、住戸毎の熱交換器３０から還流した熱媒を、所定温度以下に低下させて内燃式発電装置１０に給送する放熱器４０と、からなる。【選択図】図１

Description

本考案は、熱媒が各住戸に循環供給される集合住宅コージェネレーション装置に関する。

大規模自然災害を契機として生活に欠かせない電気や熱の安定供給に対する信頼性が点検されるなかで、エネルギー需要サイトで電気と熱を併産するコージェネレーション装置が注目されている。

とりわけ、大規模かつ高層な集合住宅では、電気供給の停止がいったん発生すると、エレベーターや施錠付玄関（玄関オートロック）等の管理システムが停止し、生活に著しい障害が発生するため、非常用発電機等の自家電源を準備しようとする動向が顕著になりつつある。

コージェネレーション装置は、石油やＬＰガス、都市ガス等の燃料を用いて、内燃機関を作動させ、その動力は発電機の駆動に用いられ、その排熱を熱交換器により顕熱回収して熱媒或いは水を加熱して、熱とて供給するものであり、既に実用装置システムが数多く稼働している。

コージェネレーション装置は、電力需要を越えない範囲で連続定格運伝されることで発電効率は上昇するものの、連続運転に伴って熱需要とのマッチングが困難となることが多く、多くのシステムでは蓄熱槽又は貯湯槽等の熱を一時的にストックする設備構成が採用されている。

電力需要の変動に応じて運転のオン／オフがあっても、熱エネルギーがストックされることで熱供給の弾力化が可能である一方で、電力需要に追従して連続稼働することで熱需要を上回る熱エネルギーがストックされ、やがて最大貯蔵量に到達してコージェネレーション装置を停止することが生じやすかった。

このため、熱需要変動と熱貯蔵効率（容積効率含む）を勘案して、変動する熱消費に合わせた熱主運転システムを設計することとなり、コージェネレーション装置でありながら発電効率の低迷を余儀なくされてきた。

これに対し、発電と熱生産の需要特性の違いや、それぞれの機器効率の向上を目的として、コージェネレーション装置でありながらも、変動する熱需要に対しては別途制御されるボイラー等の加温手段や貯湯槽に附帯した追炊き機能を追従させる考え方（例えば特許文献１）や、集合住宅にありながらもコージェネレーション装置を各住戸に設置して電力需要に追従した運転をなし、生産される熱エネルギーを集合住宅全体で連結した給送インフラに受け渡し、集合住宅全体での熱需要にマッチングさせる考え方（例えば特許文献２）等が知られている。
特開２００４−１５０６８２号公報 特開２００７−１０１００４号公報

また、明細書中には明確に開示されていないものの、実用新案登録文献３の図１には、コージェネレーション装置による全体での熱供給系統に熱交換を介して接続されたコージェネレーション装置から独立した市水加温のボイラ又は給湯器が示されている。
特開２００５−１４７６４１号公報

コージェネレーション装置の熱電併給と熱供給を接続しながらも独立して制御するこれら公知技術は、前述の熱エネルギーの貯蔵制約がコージェネレーション装置全体の運転に制約を及ぼす問題を解決するものではあるが、特許文献１の技術では、主には災害時等の系統電力停止時を想定し、予め加温用ボイラーの燃料を十分な容量を持った燃料貯蔵槽に貯蓄し、有事にそのボイラー用の燃料を用いてコージェネレーション装置での発電を非常用電源として用いるものであって、いわば常用を想定したシステムではないため、平時の熱エネルギー余剰にかかる問題を解決するものとはなっていなかった。

特許文献２の技術では、小型燃料電池を前提とした各住戸への燃料電池コージェネレーション装置の分散的配置による電力需要追従運転を前提に、余剰する熱エネルギーを他の住戸の需要に振り向ける考え方であって、結局は集合住宅全体での合計熱需要の変動に対しては硬直的にならざるを得ないものであって、個々の住戸の生活パターン（例えば入浴時間等）に特段に大きな時間差異があり得るものでもなく、集合住宅全体でのお湯の余剰は回避されえないものであった。

一方、特許文献３の技術は、コージェネレーション装置で生成した熱エネルギーを熱媒で集合住宅内を循環させ、その熱を熱交換により集合住宅内の給水配管の水道水と熱交換され、各住戸での給湯などの加熱時の消費エネルギーを抑えるようになしたものであるが、予め運転されるコージェネレーション装置の廃熱を、共同浴場や集合住宅内給水加温、さらには集合住宅街の給水配管への温度供給に用いるものに過ぎず、熱源装置（コージェネレーション装置、ボイラー）の運転の制御には関連しない廃熱利用にかかる任意の設計事項にとどまっていた。

本願考案者らは、前記の公知技術によるコージェネレーション装置の熱電併給と熱供給を接続しながらも独立して制御することの制約事項について鋭意研究を重ねたうえで、公知技術にはない技術的な思想を創作するにいたり本願考案の具体化に成功した。

電力需要に応じてコージェネレーション装置を制御すると集合住宅の熱需要を超過する熱エネルギーが生産されてしまう一方で、集合住宅の熱供給の主制御機器としているところ、冬季などに熱需要に追従すると、逆に電力余剰問題が発生してしまう問題に対して、コージェネレーション装置の設計事項として、集合住宅のピーク電力需要を超えない規模の発電能力を持った装置を選択したうえで、熱需要の変動に応じた装置制御を行い、そのうえで集合住宅全体の電力需要を超える段階でコージェネレーション装置の運転を抑制し、熱需要への追従をコージェネレーション装置以外の加熱手段に切替えて対応する、というものである。

さらに、集合住宅での熱需要についても、集合住宅全体でのベース需要対応とピーク需要対応をセントラルに制御するとともに、各住戸でのベース需要対応とピーク需要対応が可能な設備構成を、各住戸ごとに設置することで、さらにコージェネレーション装置での熱電需給アンバランスを調整可能であることが判明した。

しかも、各住戸の熱のピーク需要対応と、集合住宅全体のピーク需要対応を、ベース需要の状況を条件として切替えていくことで、セントラルに制御されるコージェネレーション装置をさらに好適に運転できるものである。これにより、個々の住戸のピーク熱需要が、集合住宅全体のコージェネレーション装置での熱需要追従のプロセスに切り替わる前の熱需要ピーク対応の制御を緩和すること可能となり、熱電需給アンバランスを回避できることとなった。

本願請求項１の考案は、複数の住戸からなる集合住宅のコージェネレーション装置であって、内燃機式発電装置（１０）と、その排熱を回収して得られた熱媒を所定量貯える蓄熱槽（２０）と、住戸毎に設置される、熱媒が熱媒移送手段を介して給送されて市水と戸内用熱媒が各々独立して加温される熱交換器（３０）と、加温された市水をさらに加温して給湯する給湯器（５０）と、加温された戸内用熱媒が戸内熱媒移送手段を介して循環される暖房又は乾燥端末機（５５）と、蓄熱槽（２０）の出口部に設置される、給湯器（５０）に設置された第１熱量計（６１）で計測された消費熱量の集合住宅の住戸全体の第１合計値が戸内用熱媒の熱交換器（３０）の出入部に設置された第２熱量計（６２）で計測された消費熱量の集合住宅の住戸全体の第２合計値以上となるときに熱媒を加熱するボイラー（７０）と、住戸毎の熱交換器（３０）から還流した熱媒を、所定温度以下に低下させて内燃式発電装置（１０）に給送する放熱器（４０）と、からなる集合住宅コージェネレーション装置である。

本願請求項２の考案は、内燃機発電装置（１０）は、第１合計値が第２合計値未満のときに可動する発電機と、第１合計値が第２合計値以上となるときに第１合計値が第２合計値未満となるまで順次稼働する少なくとも１台以上の発電機と、が連結されてなる請求項１に記載の集合住宅コージェネレーション装置である。

本願請求項３の考案は、内燃式発電装置（１０）は、その発電電力量が住戸毎に設置された消費電力を計測する消費電力計（８０）で計測され算出される集合住宅全体の消費電力量以下で稼働制御される請求項１又は請求項２に記載の集合住宅コージェネレーション装置である。

本願請求項４の考案は、ボイラー（７０）及び／又は給湯器（５０）が、内燃機式発電装置（１０）の電力を利用した電気式加熱手段によるものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の集合住宅コージェネレーション装置である。

本願請求項５の考案は、各住戸の使用エネルギー量が、第１熱量計（６１）と第２熱量計（６２）及び消費電力計（８０）の計測数値に基づいて、内燃機式発電装置（１０）、ボイラー（７０）及び給湯器（５０）の燃料消費量に換算されて計測される請求項３乃至請求項４のいずれかに記載の集合住宅コージェネレーション装置である。

本願考案により、従来の集合住宅におけるコージェネレーション装置において発生していた熱エネルギー余剰又は電力余剰のアンバランス問題に対して、集合住宅全体の熱需要ピーク対応と各住戸の熱需要ピーク対応とを、コージェネレーション装置によらない他の熱源又は段階的に稼動される発電装置により実施することで、発電装置の電力を余剰させることなく熱エネルギー供給することがができる。

以下に、本考案のコージェネレーション装置の実施の形態を説明する。

内燃機式発電装置（１０）は、石油ガス（ＬＰガス）、都市ガス、石油（灯油等）を燃料として内燃機（エンジン）を作動させ、その動力により発電する装置である。そして、エンジンの冷却のためのジャケット排熱や排気ガスの排熱を液体の熱媒（クーラント）を通流して熱交換して、その熱媒の熱エネルギーを利用するものをコージェネレーション装置という。

本願では、複数の住戸からなる集合住宅に上記コージェネレーション装置を原則としてセントラル装置として設置し、その発電電力及び発生熱エネルギーを各住戸に供給するための集合住宅全体の設備され制御される装置を総体してコージェネレーション装置という。

本願のコージェネレーション装置には、前記の熱エネルギーを回収した熱媒を所定量蓄える蓄熱槽（２０）を備えており、断熱材で断熱された液体貯蔵タンクであって、熱媒貯蔵量と温度を計測しつつ、バルブ、ポンプ及び給送管路からなる熱媒移送手段により集合住宅の各住戸を並列或いは直接に接続して熱媒が流送されるようになっており、その後全ての熱媒が集められて内燃機式発電装置（１０）に環流するようになっている。

熱媒は、内燃機式発電装置（１０）の冷却を行うために、上記により還流したときに所定の温度以上のときには、内燃機式発電装置（１０）の手前の還流路に設置された放熱器（４０）にて所定の温度以下に熱媒が冷却されるようになっている。放熱器（４０）は実用的には空冷式（ラジエター）のものが望ましい。

上記の熱媒の循環経路において、各住戸に熱交換器（３０）が設置されており、熱媒はその全ての熱交換器（３０）を流通している。熱交換器（３０）では、集合住宅の給水設備から各住戸に配管された水道管路が分岐されて、水道の一部が熱交換器（３０）を流通して熱媒と熱交換されて加温されるようになっている。なお、本願では飲料用にも供される水道水を市水という。

また同時に、各住戸の熱交換器（３０）には、各住戸内の暖房又は乾燥端末機（５５）の熱源となる住戸内だけを循環する戸内用熱媒が流通されており、集合住宅を循環する熱媒から熱交換されて、戸内の温水以外の熱需要に供するための熱源として利用される。当然に、暖房（空気加温器、床暖房器等）の必要のない季節には、暖房用の戸内用熱媒の循環路は遮断されるようになっている。

戸内用熱媒の循環は、当然に熱需要状況に応じたインバータ式のポンプで送流されるようになっており、例えば暖房又は乾燥端末機（５５）での熱消費が多ければ高速度で循環されるようになっており、逆に熱媒の温度に対して、暖房又は乾燥端末機（５５）での熱消費が少ない場合は、ゆっくり循環ないしは完結的な循環がなされるようになっている。

各住戸の熱交換器（３０）に接続された上記の戸内用熱媒の循環路には、熱交換器（３０）

を計測する第２熱量計（６２）が設置されており、戸内用熱媒での熱使用量が把握されるようになっている。

各住戸の第２熱量計（６２）の熱使用量の計測データは、集合住宅内の有線又は無線の通信手段により集計されるようになっており、集合住宅の住戸全体の第２合計値が算出されるようになっている。なお、集合住宅である場合、共用施設部分（例えば玄関ホールや集会施設等）がある場合があるが、ここでは共用施設部分も１つの住戸部分と捉えることで、本願考案の構成に大きな影響があるとは考えられないので、特別に区分して取り扱わないものとする。

一方、各住戸の市水系統は、その一部が熱交換器（３０）と熱交換されたのち、加温水として流し切り（使用後排水される）利用される。このとき、風呂や炊事での利用に供するために大量の市水が流通されることで、市水温が十分に加温されないときは、各戸内に設置された給湯器（５０）が所望の水温となるまで加温するようになっており、住戸ごとの熱需要の突発的ピークに対しては給湯器（５０）が追従して運転されるようになっている。

給湯器（５０）には、第１熱量計（６１）が設置されており、給湯器（５０）を経て加温された市水温と流水量を計測して、流し切り利用される市水での熱使用量が把握されるようになっている。ここでは、上水道により供給される市水の温度に関わらず、下水系統により排水される温水としての流出分の熱量を計測するようになっている。また、前記第２熱量計（６２）の熱使用量の計測データ同様に、集合住宅の住戸全体の第１合計値が算出されるようになっている。

本考案では、第２合計値で把握される住戸の暖房又は乾燥端末機（５５）の熱消費量を集合住宅全体のベース需要として管理して、これに追従するように熱媒を循環させて、コージェネレーション装置を運転する。当然に、その追従対応には、放熱器（４０）での熱媒冷却の制御が先行し、放熱量を調整することで対応するが、それでもなお熱媒の熱量が不足する場合は、ボイラー（７０）が熱媒を加熱することができる。

そこに加えて、通常は熱消費量に一定のピークが発生する第１合計値を、集合住宅全体のピーク需要として管理して、熱使用量の増大には先行して各住戸の給湯機（５０）が追従しながらも、ベース需要としての第２合計値を、第１合計値が越えてくる場合は、集合住宅全体のベースの熱需要が不足しているものと判断して、ボイラー（７０）が熱媒を加熱して、熱媒が給送される。

このとき、集合住宅の全体の電力消費状況が請求項３の考案により常時把握されているなかで、コージェネレーション装置の稼働状況が許容の範囲で調整されて、熱生産能力が調整されるようになっている。

また、請求項２の考案により、コージェネレーション装置の内燃機発電装置（１０）が、２台以上の発電機が並列設置されたものであって、集合住宅の全体の電力消費量の範囲内で、順次発電機が稼動又は停止されるようにして、熱供給量を調整するようになっていてもよい。このときは、その順次稼動／停止する発電機が、ボイラー（７０）や放熱器（４０）の熱供給量調整の機能を補足又は代替することにもなる。

さらに、請求項４の考案のように、ボイラー（７０）及び／又は給湯機（５０）が電気式の加熱手段によりものであって、そのための電力はコージェネレーション装置の発電力を使用するものであるとすることもできる。そのときは、それぞれに貯蔵槽を別途設けておき、その貯蔵熱媒又は市水を加温する構成も合わせて設置することが望ましい。また、熱媒の蓄熱槽（２０）自体に電気式の加温手段を予め備えさせておく事もできる。

以上により、本考案が実施されることで、本願請求項５の考案にように、各住戸の使用エネルギー量は、第１熱量計（６１）と第２熱量計（６２）及び消費電力計（８０）の計測数値に基づいて、内燃機式発電装置（１０）、ボイラー（７０）及び給湯器（５０）の燃料消費量に換算されて計測可能とすることができる。これにより、各住戸のエネルギー消費について、燃料消費量換算の計測が可能となり、集合住宅のエネルギー消費管理を一元化することができる。

なお、コージェネレーション装置の発電能力は予め集合住宅の電力需要のピークを越えないものが設計事項として選択されるが、上記までの説明には明示されていないものの当然に、集合住宅全体の電力需要を賄うものとして予定されておらず、不足分については電力会社の系統電力より調達し供給されるものである。

さらに上記については、再生可能エネルギー装置（例えば太陽光発電装置、小型風力発電装置等）の集合住宅への導入が進展し、それらが集合住宅の電力需要に供されることも当然に想定されるが、その場合も本考案のコージェネレーション装置は、集合住宅の主には熱需要対応の効率的なシステムとしてそれら再生可能エネルギー装置との併存がなされるものである。

本考案によれば、集合住宅におけるコージェネレーション装置による電気・熱需要変動への追従に伴うミスマッチを、コージェネレーション装置以外の加熱手段（ボイラー、給湯器）を介することで調整することができ、また、集合住宅全体及び各住戸のエネルギー消費状況を消費電力計及び消費熱量計により把握したうえで、燃料消費量換算が容易に可能であり、我が国の燃料・ガス供給事業者が主導した集合住宅への省エネルギーシステムとしてのコージェネレーション装置導入を推進することができる。

本考案は、熱媒が各住戸に循環供給される集合住宅コージェネレーション装置に関する。

大規模自然災害を契機として生活に欠かせない電気や熱の安定供給に対する信頼性が点検されるなかで、エネルギー需要サイトで電気と熱を併産するコージェネレーション装置が注目されている。

とりわけ、大規模かつ高層な集合住宅では、電気供給の停止がいったん発生すると、エレベーターや施錠付玄関（玄関オートロック）等の管理システムが停止し、生活に著しい障害が発生するため、非常用発電機等の自家電源を準備しようとする動向が顕著になりつつある。

コージェネレーション装置は、石油やＬＰガス、都市ガス等の燃料を用いて、内燃機関を作動させ、その動力は発電機の駆動に用いられ、その排熱を熱交換器により顕熱回収して熱媒或いは水を加熱して、熱とて供給するものであり、既に実用装置システムが数多く稼働している。

コージェネレーション装置は、電力需要を越えない範囲で連続定格運伝されることで発電効率は上昇するものの、連続運転に伴って熱需要とのマッチングが困難となることが多く、多くのシステムでは蓄熱槽又は貯湯槽等の熱を一時的にストックする設備構成が採用されている。

電力需要の変動に応じて運転のオン／オフがあっても、熱エネルギーがストックされることで熱供給の弾力化が可能である一方で、電力需要に追従して連続稼働することで熱需要を上回る熱エネルギーがストックされ、やがて最大貯蔵量に到達してコージェネレーション装置を停止することが生じやすかった。

このため、熱需要変動と熱貯蔵効率（容積効率含む）を勘案して、変動する熱消費に合わせた熱主運転システムを設計することとなり、コージェネレーション装置でありながら発電効率の低迷を余儀なくされてきた。

これに対し、発電と熱生産の需要特性の違いや、それぞれの機器効率の向上を目的として、コージェネレーション装置でありながらも、変動する熱需要に対しては別途制御されるボイラー等の加温手段や貯湯槽に附帯した追炊き機能を追従させる考え方（例えば特許文献１）や、集合住宅にありながらもコージェネレーション装置を各住戸に設置して電力需要に追従した運転をなし、生産される熱エネルギーを集合住宅全体で連結した給送インフラに受け渡し、集合住宅全体での熱需要にマッチングさせる考え方（例えば特許文献２）等が知られている。
特開２００４−１５０６８２号公報 特開２００７−１０１００４号公報

また、明細書中には明確に開示されていないものの、実用新案登録文献３の図１には、コージェネレーション装置による全体での熱供給系統に熱交換を介して接続されたコージェネレーション装置から独立した市水加温のボイラ又は給湯器が示されている。
特開２００５−１４７６４１号公報

コージェネレーション装置の熱電併給と熱供給を接続しながらも独立して制御するこれら公知技術は、前述の熱エネルギーの貯蔵制約がコージェネレーション装置全体の運転に制約を及ぼす問題を解決するものではあるが、特許文献１の技術では、主には災害時等の系統電力停止時を想定し、予め加温用ボイラーの燃料を十分な容量を持った燃料貯蔵槽に貯蓄し、有事にそのボイラー用の燃料を用いてコージェネレーション装置での発電を非常用電源として用いるものであって、いわば常用を想定したシステムではないため、平時の熱エネルギー余剰にかかる問題を解決するものとはなっていなかった。

特許文献２の技術では、小型燃料電池を前提とした各住戸への燃料電池コージェネレーション装置の分散的配置による電力需要追従運転を前提に、余剰する熱エネルギーを他の住戸の需要に振り向ける考え方であって、結局は集合住宅全体での合計熱需要の変動に対しては硬直的にならざるを得ないものであって、個々の住戸の生活パターン（例えば入浴時間等）に特段に大きな時間差異があり得るものでもなく、集合住宅全体でのお湯の余剰は回避されえないものであった。

一方、特許文献３の技術は、コージェネレーション装置で生成した熱エネルギーを熱媒で集合住宅内を循環させ、その熱を熱交換により集合住宅内の給水配管の水道水と熱交換され、各住戸での給湯などの加熱時の消費エネルギーを抑えるようになしたものであるが、予め運転されるコージェネレーション装置の廃熱を、共同浴場や集合住宅内給水加温、さらには集合住宅街の給水配管への温度供給に用いるものに過ぎず、熱源装置（コージェネレーション装置、ボイラー）の運転の制御には関連しない廃熱利用にかかる任意の設計事項にとどまっていた。

本願考案者らは、前記の公知技術によるコージェネレーション装置の熱電併給と熱供給を接続しながらも独立して制御することの制約事項について鋭意研究を重ねたうえで、公知技術にはない技術的な思想を創作するにいたり本願考案の具体化に成功した。

電力需要に応じてコージェネレーション装置を制御すると集合住宅の熱需要を超過する熱エネルギーが生産されてしまう一方で、集合住宅の熱供給の主制御機器としているところ、冬季などに熱需要に追従すると、逆に電力余剰問題が発生してしまう問題に対して、コージェネレーション装置の設計事項として、集合住宅のピーク電力需要を超えない規模の発電能力を持った装置を選択したうえで、熱需要の変動に応じた装置制御を行い、そのうえで集合住宅全体の電力需要を超える段階でコージェネレーション装置の運転を抑制し、熱需要への追従をコージェネレーション装置以外の加熱手段に切替えて対応する、というものである。

さらに、集合住宅での熱需要についても、集合住宅全体でのベース需要対応とピーク需要対応をセントラルに制御するとともに、各住戸でのベース需要対応とピーク需要対応が可能な設備構成を、各住戸ごとに設置することで、さらにコージェネレーション装置での熱電需給アンバランスを調整可能であることが判明した。

しかも、各住戸の熱のピーク需要対応と、集合住宅全体のピーク需要対応を、ベース需要の状況を条件として切替えていくことで、セントラルに制御されるコージェネレーション装置をさらに好適に運転できるものである。これにより、個々の住戸のピーク熱需要が、集合住宅全体のコージェネレーション装置での熱需要追従のプロセスに切り替わる前の熱需要ピーク対応の制御を緩和すること可能となり、熱電需給アンバランスを回避できることとなった。

本願請求項１の考案は、複数の住戸からなる集合住宅のコージェネレーション装置であって、内燃機式発電装置（１０）と、その排熱を回収して得られた熱媒を所定量貯える蓄熱槽（２０）と、住戸毎に設置される、熱媒が熱媒移送手段を介して給送されて市水と戸内用熱媒が各々独立して加温される熱交換器（３０）と、加温された市水をさらに加温して給湯する給湯器（５０）と、加温された戸内用熱媒が戸内熱媒移送手段を介して循環される暖房又は乾燥端末機（５５）と、蓄熱槽（２０）の出口部に設置される、給湯器（５０）に設置された第１熱量計（６１）で計測された消費熱量の集合住宅の住戸全体の第１合計値が戸内用熱媒の熱交換器（３０）の出入部に設置された第２熱量計（６２）で計測された消費熱量の集合住宅の住戸全体の第２合計値以上となるときに熱媒を加熱するボイラー（７０）と、住戸毎の熱交換器（３０）から還流した熱媒を、所定温度以下に低下させて内燃式発電装置（１０）に給送する放熱器（４０）と、からなる集合住宅コージェネレーション装置である。

本願請求項２の考案は、内燃機発電装置（１０）は、第１合計値が第２合計値未満のときに可動する発電機と、第１合計値が第２合計値以上となるときに第１合計値が第２合計値未満となるまで順次稼働する少なくとも１台以上の発電機と、が連結されてなる請求項１に記載の集合住宅コージェネレーション装置である。

本願請求項３の考案は、内燃式発電装置（１０）は、その発電電力量が住戸毎に設置された消費電力を計測する消費電力計（８０）で計測され算出される集合住宅全体の消費電力量以下で稼働制御される請求項１又は請求項２に記載の集合住宅コージェネレーション装置である。

本願請求項４の考案は、ボイラー（７０）及び／又は給湯器（５０）が、内燃機式発電装置（１０）の電力を利用した電気式加熱手段によるものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の集合住宅コージェネレーション装置である。

本願請求項５の考案は、各住戸の使用エネルギー量が、第１熱量計（６１）と第２熱量計（６２）及び消費電力計（８０）の計測数値に基づいて、内燃機式発電装置（１０）、ボイラー（７０）及び給湯器（５０）の燃料消費量に換算されて計測される請求項３乃至請求項４のいずれかに記載の集合住宅コージェネレーション装置である。

本願考案により、従来の集合住宅におけるコージェネレーション装置において発生していた熱エネルギー余剰又は電力余剰のアンバランス問題に対して、集合住宅全体の熱需要ピーク対応と各住戸の熱需要ピーク対応とを、コージェネレーション装置によらない他の熱源又は段階的に稼動される発電装置により実施することで、発電装置の電力を余剰させることなく熱エネルギー供給することがができる。

本願考案の集合住宅コージェネレーション装置の概略構成図

以下に、本考案のコージェネレーション装置の実施の形態を説明する。

内燃機式発電装置（１０）は、石油ガス（ＬＰガス）、都市ガス、石油（灯油等）を燃料として内燃機（エンジン）を作動させ、その動力により発電する装置である。そして、エンジンの冷却のためのジャケット排熱や排気ガスの排熱を液体の熱媒（クーラント）を通流して熱交換して、その熱媒の熱エネルギーを利用するものをコージェネレーション装置という。

本願では、複数の住戸からなる集合住宅に上記コージェネレーション装置を原則としてセントラル装置として設置し、その発電電力及び発生熱エネルギーを各住戸に供給するための集合住宅全体の設備され制御される装置を総体してコージェネレーション装置という。

本願のコージェネレーション装置には、前記の熱エネルギーを回収した熱媒を所定量蓄える蓄熱槽（２０）を備えており、断熱材で断熱された液体貯蔵タンクであって、熱媒貯蔵量と温度を計測しつつ、バルブ、ポンプ及び給送管路からなる熱媒移送手段により集合住宅の各住戸を並列或いは直接に接続して熱媒が流送されるようになっており、その後全ての熱媒が集められて内燃機式発電装置（１０）に環流するようになっている。

熱媒は、内燃機式発電装置（１０）の冷却を行うために、上記により還流したときに所定の温度以上のときには、内燃機式発電装置（１０）の手前の還流路に設置された放熱器（４０）にて所定の温度以下に熱媒が冷却されるようになっている。放熱器（４０）は実用的には空冷式（ラジエター）のものが望ましい。

上記の熱媒の循環経路において、各住戸に熱交換器（３０）が設置されており、熱媒はその全ての熱交換器（３０）を流通している。熱交換器（３０）では、集合住宅の給水設備から各住戸に配管された水道管路が分岐されて、水道の一部が熱交換器（３０）を流通して熱媒と熱交換されて加温されるようになっている。なお、本願では飲料用にも供される水道水を市水という。

また同時に、各住戸の熱交換器（３０）には、各住戸内の暖房又は乾燥端末機（５５）の熱源となる住戸内だけを循環する戸内用熱媒が流通されており、集合住宅を循環する熱媒から熱交換されて、戸内の温水以外の熱需要に供するための熱源として利用される。当然に、暖房（空気加温器、床暖房器等）の必要のない季節には、暖房用の戸内用熱媒の循環路は遮断されるようになっている。

戸内用熱媒の循環は、当然に熱需要状況に応じたインバータ式のポンプで送流されるようになっており、例えば暖房又は乾燥端末機（５５）での熱消費が多ければ高速度で循環されるようになっており、逆に熱媒の温度に対して、暖房又は乾燥端末機（５５）での熱消費が少ない場合は、ゆっくり循環ないしは完結的な循環がなされるようになっている。

各住戸の熱交換器（３０）に接続された上記の戸内用熱媒の循環路には、熱交換器（３０）

を計測する第２熱量計（６２）が設置されており、戸内用熱媒での熱使用量が把握されるようになっている。

各住戸の第２熱量計（６２）の熱使用量の計測データは、集合住宅内の有線又は無線の通信手段により集計されるようになっており、集合住宅の住戸全体の第２合計値が算出されるようになっている。なお、集合住宅である場合、共用施設部分（例えば玄関ホールや集会施設等）がある場合があるが、ここでは共用施設部分も１つの住戸部分と捉えることで、本願考案の構成に大きな影響があるとは考えられないので、特別に区分して取り扱わないものとする。

一方、各住戸の市水系統は、その一部が熱交換器（３０）と熱交換されたのち、加温水として流し切り（使用後排水される）利用される。このとき、風呂や炊事での利用に供するために大量の市水が流通されることで、市水温が十分に加温されないときは、各戸内に設置された給湯器（５０）が所望の水温となるまで加温するようになっており、住戸ごとの熱需要の突発的ピークに対しては給湯器（５０）が追従して運転されるようになっている。

給湯器（５０）には、第１熱量計（６１）が設置されており、給湯器（５０）を経て加温された市水温と流水量を計測して、流し切り利用される市水での熱使用量が把握されるようになっている。ここでは、上水道により供給される市水の温度に関わらず、下水系統により排水される温水としての流出分の熱量を計測するようになっている。また、前記第２熱量計（６２）の熱使用量の計測データ同様に、集合住宅の住戸全体の第１合計値が算出されるようになっている。

本考案では、第２合計値で把握される住戸の暖房又は乾燥端末機（５５）の熱消費量を集合住宅全体のベース需要として管理して、これに追従するように熱媒を循環させて、コージェネレーション装置を運転する。当然に、その追従対応には、放熱器（４０）での熱媒冷却の制御が先行し、放熱量を調整することで対応するが、それでもなお熱媒の熱量が不足する場合は、ボイラー（７０）が熱媒を加熱することができる。

そこに加えて、通常は熱消費量に一定のピークが発生する第１合計値を、集合住宅全体のピーク需要として管理して、熱使用量の増大には先行して各住戸の給湯機（５０）が追従しながらも、ベース需要としての第２合計値を、第１合計値が越えてくる場合は、集合住宅全体のベースの熱需要が不足しているものと判断して、ボイラー（７０）が熱媒を加熱して、熱媒が給送される。

このとき、集合住宅の全体の電力消費状況が請求項３の考案により常時把握されているなかで、コージェネレーション装置の稼働状況が許容の範囲で調整されて、熱生産能力が調整されるようになっている。

また、請求項２の考案により、コージェネレーション装置の内燃機発電装置（１０）が、２台以上の発電機が並列設置されたものであって、集合住宅の全体の電力消費量の範囲内で、順次発電機が稼動又は停止されるようにして、熱供給量を調整するようになっていてもよい。このときは、その順次稼動／停止する発電機が、ボイラー（７０）や放熱器（４０）の熱供給量調整の機能を補足又は代替することにもなる。

さらに、請求項４の考案のように、ボイラー（７０）及び／又は給湯機（５０）が電気式の加熱手段によりものであって、そのための電力はコージェネレーション装置の発電力を使用するものであるとすることもできる。そのときは、それぞれに貯蔵槽を別途設けておき、その貯蔵熱媒又は市水を加温する構成も合わせて設置することが望ましい。また、熱媒の蓄熱槽（２０）自体に電気式の加温手段を予め備えさせておく事もできる。

以上により、本考案が実施されることで、本願請求項５の考案にように、各住戸の使用エネルギー量は、第１熱量計（６１）と第２熱量計（６２）及び消費電力計（８０）の計測数値に基づいて、内燃機式発電装置（１０）、ボイラー（７０）及び給湯器（５０）の燃料消費量に換算されて計測可能とすることができる。これにより、各住戸のエネルギー消費について、燃料消費量換算の計測が可能となり、集合住宅のエネルギー消費管理を一元化することができる。

なお、コージェネレーション装置の発電能力は予め集合住宅の電力需要のピークを越えないものが設計事項として選択されるが、上記までの説明には明示されていないものの当然に、集合住宅全体の電力需要を賄うものとして予定されておらず、不足分については電力会社の系統電力より調達し供給されるものである。

さらに上記については、再生可能エネルギー装置（例えば太陽光発電装置、小型風力発電装置等）の集合住宅への導入が進展し、それらが集合住宅の電力需要に供されることも当然に想定されるが、その場合も本考案のコージェネレーション装置は、集合住宅の主には熱需要対応の効率的なシステムとしてそれら再生可能エネルギー装置との併存がなされるものである。

本考案によれば、集合住宅におけるコージェネレーション装置による電気・熱需要変動への追従に伴うミスマッチを、コージェネレーション装置以外の加熱手段（ボイラー、給湯器）を介することで調整することができ、また、集合住宅全体及び各住戸のエネルギー消費状況を消費電力計及び消費熱量計により把握したうえで、燃料消費量換算が容易に可能であり、我が国の燃料・ガス供給事業者が主導した集合住宅への省エネルギーシステムとしてのコージェネレーション装置導入を推進することができる。

Claims (5)

1. 複数の住戸からなる集合住宅のコージェネレーション装置であって、
   内燃機式発電装置（１０）と、その排熱を回収して得られた熱媒を所定量貯える蓄熱槽（２０）と、
   住戸毎に設置される、熱媒が熱媒移送手段を介して給送されて市水と戸内用熱媒が各々独立して加温される熱交換器（３０）と、加温された市水をさらに加温して給湯する給湯器（５０）と、加温された戸内用熱媒が戸内熱媒移送手段を介して循環される暖房又は乾燥端末機（５５）と、
   蓄熱槽（２０）の出口部に設置される、給湯器（５０）に設置された第１熱量計（６１）で計測された消費熱量の集合住宅の住戸全体の第１合計値が戸内用熱媒の熱交換器（３０）の出入部に設置された第２熱量計（６２）で計測された消費熱量の集合住宅の住戸全体の第２合計値以上となるときに熱媒を加熱するボイラー（７０）と、
   住戸毎の熱交換器（３０）から還流した熱媒を、所定温度以下に低下させて内燃式発電装置（１０）に給送する放熱器（４０）と、
   からなる集合住宅コージェネレーション装置
2. 内燃機発電装置（１０）は、第１合計値が第２合計値未満のときに可動する発電機と、第１合計値が第２合計値以上となるときに第１合計値が第２合計値未満となるまで順次稼働する少なくとも１台以上の発電機と、が連結されてなる
   請求項１に記載の集合住宅コージェネレーション装置
3. 内燃式発電装置（１０）は、その発電電力量が住戸毎に設置された消費電力を計測する消費電力計（８０）で計測され算出される集合住宅全体の消費電力量以下で稼働制御される
   請求項１又は請求項２に記載の集合住宅コージェネレーション装置
4. ボイラー（７０）及び／又は給湯器（５０）が、内燃機式発電装置（１０）の電力を利用した電気式加熱手段によるものである
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の集合住宅コージェネレーション装置
5. 各住戸の使用エネルギー量が、第１熱量計（６１）と第２熱量計（６２）及び消費電力計（８０）の計測数値に基づいて、内燃機式発電装置（１０）、ボイラー（７０）及び給湯器（５０）の燃料消費量に換算されて計測される
   請求項３乃至請求項４のいずれかに記載の集合住宅コージェネレーション装置

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