JP3681785B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コージェネレーションシステムに係り、特に補機動力の電力消費量を減らし、有効発電効率を向上させることが可能な省エネルギー型のコージェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコージェネレーションシステムは、図４に示すように、原動機（エンジン）１０２と、熱利用装置１０４と、余剰熱放熱装置１０６とを温水循環路１０８を介して直列に接続し、温水循環ポンプ１０８ａにてエンジン１０２からの温水を順次循環させるように構成されている。
【０００３】
ここで、熱利用装置１０４は、熱交換器（あるいは、温水吸収冷凍機）１０４ａ、循環ポンプ１０４ｂなどから成り、エンジン１０２から出口温水（通常８５〜９０℃）を負荷側で有効に熱利用した後、温水循環路１０８を介して設計温度（通常７５〜８０℃）の温水を原動機に戻すことができる。しかし、熱を利用する側の負荷が少なく、熱が十分に利用されない場合には、エンジン１０２に戻される温水の温度が設計温度よりも上昇し、エンジン１０２が停止してしまうおそれがある。
【０００４】
そこで、熱利用装置１０４の下流側に、放熱用熱交換器１０６ａ、冷却塔１０６ｂ、冷却水ポンプ１０６ｃなどから成る余剰熱放熱装置１０６を設け、温水循環路１０８内の余剰熱を放熱してエンジン１０２への戻り温水温度を設計温度に維持する構成が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジン１０２への戻り温水温度は熱利用側の負荷により刻々と変化している。従って、戻り温水温度を常に設計温度に維持するために、放熱用熱交換器１０６ａ、冷却塔１０６ｂ、冷却水ポンプ１０６ｃよりなる余剰熱放熱装置１０６を常に稼働し、エンジン１０２への戻り温水温度を監視する温度センサ１０８ｂの検出値に応じて３方弁１０８ｃを開閉することにより、戻り温水温度を一定の設計温度に制御する方法が採用されている。
【０００６】
しかしながら、上記のようなコージェネレーションシステムでは、余剰熱放熱装置１０６を稼働するための動力が、コージェネレーションシステムの発電量の３〜５％を占めている。そのため、余剰熱放熱装置１０６のような補機を常に運転することは有効発電効率（発電効率：３０〜３５％：から補機動力を差し引いた実際に有効に使える発電効率）を１〜２％低下させることになり、問題であった。従って、補機動力をできるだけ少なくするシステムの開発が望まれていた。
【０００７】
本発明は、従来のコージェネレーションシステムが抱える上記のような問題点に鑑みて成されたもので、補機動力の電力消費量を減らし、有効発電効率を向上させることが可能な省エネルギー型のコージェネレーションシステムを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、原動機（１２）からの送り温水を熱利用装置（１８）にて熱利用するとともに余剰熱放熱装置（２０）にて温調して原動機（１２）に戻す温水循環回路（１４）を備えたコージェネレーションシステム（１０）において、温水循環回路内（１４）に蓄熱槽（１６）を介装し、その蓄熱槽（１６）の上部（１６ａ）から熱を取り出すように熱利用装置（１８）を接続するとともに、その蓄熱槽（１６）の下部（１６ｂ）と余剰熱放熱装置（２０）とを接続し、蓄熱槽（１６）内の温水温度に応じて余剰熱放熱装置（２０）をオンオフ制御するように構成している。
【０００９】
【作用】
本発明によれば、原動機（１２）から送られてきた高温の温水（例えば８５℃）は蓄熱槽（１６）の上部（１６ａ）に貯まり、蓄熱槽（１６）の上部（１６ａ）から熱を取り出す熱利用装置（１８）にて熱利用される。これに対して、蓄熱槽（１６）内の温水温度に応じてオンオフ制御される余剰熱放熱装置（２０）で冷却された温水（例えば７５℃）は蓄熱槽（１６）の下部（１６ｂ）に貯まる。このように、本発明に係るコージェネレーションシステムでは、温度による温水の比重差を利用して冷却塔（２０ｄ）、冷却水ポンプ（２０ｅ）などの補機を間欠運転させることにより、補機動力の電力消費量を減らし、省エネルギー運転を行うことができる。
【００１０】
【実施例】
以下に添付図面を参照しながら、本発明に基づいて構成されたコージェネレーションシステム１０の一実施例について詳細に説明する。
【００１１】
図１に示すように、エンジン１２から送られた温水を循環ポンプ１４ａにて循環させる温水循環路（熱源水回路）１４内に温水蓄熱槽（バッファタンク）１６を介装している。そして、エンジン１２からの送り温水路１４ｂを温水蓄熱槽１６の上部１６ａにて開口させ、高温の温水（例えば、８５℃）を温水蓄熱槽１６の上部１６ａに供給するとともに、低温の温水（例えば、７５℃）を温水蓄熱槽１６の下部１６ｂに接続された戻り温水路１４ｃにて取水し、エンジン１２に戻すように構成されている。
【００１２】
エンジン１２からの高温の温水を熱源として利用する熱利用装置１８（例えば、熱交換器や温水吸収冷凍機）は、取水ポンプ１８ａを駆動して、温水蓄熱槽１６の上部１６ａにおいて開口する取水管１８ｂより高温の温水を取水する。そして、熱利用装置（熱利用回路）１８にて熱利用された後の低温の温水は、温水蓄熱槽１６の下部１６ｂにおいて開口する戻し管１８ｃを介して、温水蓄熱槽１６の下部１６ｃに戻される。
【００１３】
また温水蓄熱槽１６の下部１６ｂには、本発明に係る余剰熱放熱装置（余剰熱放熱回路）２０の一部をなすパネル型の熱交換器２０ａが設置される。この熱交換器２０ａは管路２０ｂ、２０ｃを介して冷却塔２０ｄと接続されており、管路２０ｃに介装された冷却水ポンプ２０ｅを駆動することにより冷却水を循環させて、熱交換器２０ａにおいて吸熱された余剰熱を冷却塔２０ｄにおいて排熱することができる。
【００１４】
次に図２および図３を参照しながら、図１のごとく構成されたコージェネレーションシステム１０の動作について説明する。
【００１５】
本発明によれば、エンジン１２から送られてきた高温の温水は、温水蓄熱槽１６の上部１６ａに供給されて槽の上部１６ａに貯まる。これに対して、熱利用装置１８および余剰熱放熱装置２０により冷却された戻り温水は、温水蓄熱槽１６の下部１６ｂに供給されて槽の下部１６ｂに貯まる。従って、温水蓄熱槽１６内の温度分布は温度による水の比重差に応じて、槽上部１６ａは高温に、そして槽下部１６ｂは低温になる。
【００１６】
なお図２および図３に示すように、温水蓄熱槽１６の中央部（上部１６ａと下部１６ｂのほぼ境界辺り）および底部には、それぞれ、温度検出器１６ａ、１６ｂが設置されており、温水蓄熱槽１６内の温度分布の変化を監視することができる。そして、温度検出器１６ａ、１６ｂによる温度検出値は、不図示の制御器に送られて、冷却塔２０ｄおよび冷却水ポンプ２０ｅをオンオフ制御することができるように構成されている。
【００１７】
ここで、熱源水回路１４と熱利用回路１８の負荷がバランスしている状態では、余剰熱放熱回路２０を稼働しなくても、高温の温水は温水蓄熱槽１６の上部１６ａに貯まり、低温の温水は温水蓄熱槽１６の下部１６ｂに貯まり、槽内の温水の温度分布は一定に保持される。しかし、熱利用回路１８側の負荷が減ると、槽内の温度分布のバランスが崩れて、図２に示すように、槽の下部１６ｂの水温が徐々に上昇してくる（すなわち、斜線で示す高温（例えば、８５℃）の温水部分が槽の下部１６ｂに下がっていく）。
【００１８】
そして、熱源回路１４の戻り温水の温度を設計温度、例えば７５℃に保持したい場合には、槽の底部付近に設置された温度検出器２２ｂによる検出値が設計温度（７５℃）を超えた時点で、余剰熱放熱回路２０を稼働させる。すなわち、不図示の制御器により冷却塔２０ｄと冷却水ポンプ２０ｅを運転して、槽内に設置されたパネル型熱交換器２０ａに冷却水を通水して槽内の温度を下げる。この結果、蓄熱槽１６内の温水温度の上昇は停止し、熱源回路１４の戻り温水の温度は設計温度（７５℃）に保持される。
【００１９】
さらに余剰熱放熱回路２０を駆動し続けると、図３に示すように、槽内の温度が低下していく（すなわち、低温（例えば７５℃）の温水部分が上昇していく）。そして、蓄熱槽１６の中央部に設置された温度検出器２２ａが所定の設定温度（例えば、７５℃）を検出すれば、熱源回路１４の戻り温水の温度も設計温度に保持されていると判断できるので、不図示の制御器は、冷却塔２０ｄと冷却水ポンプ２０ｅの運転を停止する。
【００２０】
以上のように、温度検出器２２ａ、２２ｂにより温水蓄熱槽１６の槽内の温度分布に応じて、余剰熱放熱回路２０の運転をオンオフ制御することにより、熱源水回路１４からの戻り温水の温度を設計温度に保持することができる。
【００２１】
以上本発明に係るコージェネレーションシステムについて図１〜図３に示す実施例に即して説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。本発明は特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で各種の修正および変更が可能であり、これらについても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。
【００２２】
例えば、上記実施例においては、熱利用回路１８を蓄熱槽１６と別体に構成し、熱源水を蓄熱槽１６から取水する構成としたが、熱利用回路１８の一部を蓄熱槽１６に組み込むことも可能である。これに対して、上記実施例においては、余剰熱放熱回路２０を蓄熱槽１６に組み込む構成としたが、余剰熱放熱回路２０を蓄熱槽１６とは別体に構成することも可能である。あるいは、上記実施例では、蓄熱槽１６内に設置した２つの温度検出器２２ａ、２２ｂの検出値により余剰熱放熱回路２０をオンオフ制御する構成を示したが、例えば、熱源水回路１４の戻り温水の温度を直接検出して余剰熱放熱回路２０をオンオフ制御したり、熱利用回路１８の駆動状態（例えば、熱利用回路１８からの戻り温水温度）などを監視して余剰熱放熱回路２０をオンオフ制御する構成を採用することも可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、従来のコージェネレーションシステムでは、熱源水回路の戻り温水温度を設計温度に保持するためには余剰熱放熱回路を常に駆動する必要があったが、本発明によれば、余剰熱放熱回路（２０）、例えば、冷却塔（２０ｄ）、冷却水ポンプ（２０ｅ）を間欠運転させることができるので、システムの補機関連の消費動力を大幅に削減し、従来のシステムと比較して有効発電率１〜２％向上させ、省エネルギー効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコージェネレーションシステムの概略構成を示す構成図である。
【図２】本発明に係るコージェネレーションシステムの動作を示す第１の説明図である。
【図３】本発明に係るコージェネレーションシステムの動作を示す第２の説明図である。
【図４】従来のコージェネレーションシステムの概略構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ コージェネレーションシステム
１２ エンジン
１４ 熱源水回路
１６ 温水蓄熱槽
１６ａ 槽上部
１６ｂ 槽下部
１８ 熱利用回路
２０ 余剰熱放熱回路
２０ａ パネル型熱交換器
２０ｄ 冷却塔
２０ｅ 冷却水ポンプ
２２ａ 温度検出器
２２ｂ 温度検出器

Claims (2)

1. 原動機からの送り温水を熱利用装置にて熱利用するとともに余剰熱放熱装置にて温調して原動機に戻す温水循環回路を備えたコージェネレーションシステムにおいて、前記温水循環回路内に蓄熱槽を介装し、その蓄熱槽の上部から熱を取り出し、その蓄熱槽の下部に熱を戻すように前記熱利用装置を接続するとともに、その蓄熱槽の下部から熱を取り出し、その蓄熱槽の下部に熱を戻すように前記余剰熱放熱装置とを接続し、前記蓄熱槽の底部付近に第１の温度検出器を設置し、前記蓄熱槽の中央部に第２の温度検出器を設置し、前記第１、第２の温度検出器による検出値に応じて前記余剰熱放熱装置をオンオフ制御することを特徴とする、コージェネレーションシステム。
2. 前記第１の温度検出器による検出値が所定の設定温度を超えた時点で、前記余剰熱放熱装置をオンし、前記第２の温度検出器が所定の設定温度を超えた時点で、前記余剰熱放熱装置をオフすることを特徴とする、請求項１に記載のコージェネレーションシステム。

Images