JP4685553B2

JP4685553B2 - コージェネレーションシステム

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Publication number: JP4685553B2
Application number: JP2005248511A
Authority: JP
Inventors: 浩一三浦; 啓山本; 伸岩田; 剛至富尾; 政彦八木
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2025-08-30
Also published as: JP2007064518A

Description

本発明は熱機関等によって発電した電力を電力負荷に供給するとともに、前記熱機関等の排熱を熱負荷に供給するコージェネレーションシステムに関する。

電力負荷に電力を供給する熱電併給手段と、熱交換器と、貯熱槽と、前記熱電併給手段と前記熱交換器の１次側管路の間で第１の熱媒が循環する第１の循環路と、前記熱交換器の２次側管路と前記貯熱槽の間で前記第２の熱媒が循環する第２の循環路を備えて、前記貯熱槽から熱負荷に熱を供給するコージェネレーションシステムが知られている。

このようなコージェネレーションシステムにおいては、熱電併給手段から得られる電力と熱電併給手段の排熱量の間には一定の関係があるので、両者を独立して増減することはできない。一方、電力需要と熱需要はそれぞれ別個に増減するから、電力需要に合わせて運転すれば、熱供給が過剰になり、熱需要に合わせて運転すれば、電力供給が過剰になる場合が生じる。

そこで、現在実用されているコージェネレーションシステムには補助熱源器と余剰電力回収ヒータが備えられている。補助熱源器は貯熱槽から熱負荷に第２の熱媒体を送出する管路に取り付けられて、熱負荷の需要を熱電併給手段の排熱量で賄えない場合に、第２の熱媒体を加熱して不足する熱量を補う加熱器である。また、余剰電力回収ヒータは、第１の循環路の熱交換器の手前側に取り付けられて、第１の熱媒体を余剰電力で加熱する加熱器であり、余剰電力を熱に変換して熱負荷に熱を供給する（特許文献１〜３）。
特開２００３−２１３９２号公報特開２００４−２５７３６４号公報特開２００５−００９４５６号公報

通常、補助熱源器にはガスあるいは灯油を燃料とする燃焼機が用いられるが、ガス等を燃料とする燃焼機は最低出力（燃焼機の出力は１リットルの水を１分間に２５℃加温する能力を１号とする号数で表示されるので、最低号数ともいう。）以下での燃焼ができないという問題がある。出力を絞ると燃焼が不安定になり、立ち消えするからである。そのため、不足する熱量が補助熱源器の最低出力に満たない場合は補助熱源器を運転できないという問題がある。

補助熱源器を断続的に運転すれば、この問題を簡単に解決できるが、コージェネレーションシステムから熱負荷に送出される第２の熱媒の温度が変動するので、使いにくいという問題がある。また、断続運転をすれば、補助熱源器の缶体は昇温・降温を繰り返し、燃料の燃焼熱の一部は補助熱源器の缶体の昇温のために消費されるので、補助熱源器の熱
効率が低下するという問題がある。

また、熱機関の排熱量が低下すると、熱交換器の１次側管路に流入する第１の熱媒の温度が低下するという問題がある。第１の熱媒の温度が低下すると、前記熱交換器の２次側管路から流出する第２の熱媒の温度（排熱回収温度）が低下するので、熱負荷が要求する温度の第２の熱媒を供給できない場合がある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、発電機の出力の高低にかかわらず、熱負荷の需要に応じた熱量を安定的かつ高効率に供給できる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する。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第１の構成は、電力と熱を発生する熱電併給手段と、前記熱電併給手段の排熱を回収して外部の熱負荷に供給する熱回収供給システムと、前記熱回収供給システムが供給する熱量が前記熱負荷の熱需要に対して不足する場合に、不足熱量を前記熱負荷に供給する補助熱源装置とを有するコージェネレーションシステムにおいて、前記熱電併給手段が出力する電力の一部を熱量に変換して前記熱回収供給システムに供給する電熱変換装置；及び、前記不足熱量が前記補助熱源装置の最低出力に満たない場合に、前記熱電併給手段の出力増加により前記熱電併給手段の排熱を増加させるとともに、前記熱電併給手段の出力増加分を前記電熱変換装置に入力して熱量に変換することにより前記不足熱量を補う制御装置；を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、補助熱源装置の最低出力に満たない不足熱量を、熱電併給手段が出力する電力で補うので、熱需要に応じた熱量を過不足なく安定して供給することができる。また補助熱源装置の断続運転を回避できるので、コージェネレーションシステムの総合効率が向上する。なお、ここで熱電併給手段とは、電力を発生するとともに副産物として排熱を発生させる装置をいい、熱機関駆動の発電機のみならず、燃料電池のような電気化学的な熱電併給手段も含むものである。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第２の構成は、電力と熱を発生する熱電併給手段と、前記熱電併給手段の排熱を回収して外部の熱負荷に供給する熱回収供給システムと、前記熱回収供給システムが供給する熱量が前記熱負荷の熱需要に対して不足する場合に、不足熱量を前記熱負荷に供給する補助熱源装置とを有するコージェネレーションシステムにおいて、前記熱電併給手段が出力する電力の一部を熱量に変換して前記熱回収供給システムに供給する電熱変換装置；及び、前記不足熱量を前記補助熱源装置の運転で賄う場合の燃料消費量と、前記不足熱量を前記熱電併給手段の出力増加による排熱量の増加と前記熱電併給手段の出力増加分の電力を前記電熱変換装置で変換して得た熱量で賄う場合の燃料消費量を比較して、後者が前者に比べて小さい場合は前記熱電併給手段の出力を増加させるとともに、前記熱電併給手段の出力の増加分を前記電熱変換装置に入力して熱量に変換することにより前記不足熱量を補う制御装置；を備えることを特徴とする。

この構成によれば、補助熱源装置の運転と、熱電併給手段の出力増加のいずれか燃料消費量の少ない方法で不足熱量を賄うので、コージェネレーションシステムの総合効率がさらに向上する。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第３の構成は、前記第１又は第２の構成において、前記熱回収供給システムは、熱交換器と、貯熱槽と、前記熱電併給手段と前記熱交換器の１次側管路の間で第１の熱媒が循環する第１の循環路と、前記熱交換器の２次側管路と前記貯熱槽の間で第２の熱媒が循環する第２の循環路と、前記貯熱槽から前記熱負荷に前記第２の熱媒を送出する熱供給管路を備えるとともに、前記電熱変換装置は前記第１の循環路において前記第１の熱媒を加熱する電熱ヒータであることを特徴とする。

この構成も、補助熱源装置の最低出力に満たない不足熱量を、熱電併給手段が出力する電力で補うので、熱需要に応じた熱量を過不足なく安定して供給することができる

本発明に係るコージェネレーションシステムの第４の構成は、前記第１又は第２の構成において、前記熱回収供給システムは、熱交換器と、貯熱槽と、前記熱電併給手段と前記熱交換器の１次側管路の間で第１の熱媒が循環する第１の循環路と、前記熱交換器の２次側管路と前記貯熱槽の間で第２の熱媒が循環する第２の循環路と、前記貯熱槽から前記熱負荷に前記第２の熱媒を送出する熱供給管路を備えるとともに、前記電熱変換装置は、前記第２の循環路において前記第２の熱媒を加熱する電熱ヒータであることを特徴とする。

この構成によれば、第１の熱媒及び熱交換器を介することなく、第２の循環路において第２の熱媒を電熱ヒータで直接加熱するので、熱伝達経路における損失が減少する。そのため、コージェネレーションシステムの総合効率が更に向上する。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第５の構成は、前記第１又は第２の構成において、前記熱回収供給システムは、熱交換器と、貯熱槽と、前記熱電併給手段と前記熱交換器の１次側管路の間で第１の熱媒が循環する第１の循環路と、前記熱交換器の２次側管路と前記貯熱槽の間で前記第２の熱媒が循環する第２の循環路と、前記貯熱槽から前記熱負荷に前記第２の熱媒を送出する熱供給管路を備えるとともに、前記電熱変換装置は前記熱供給管路において前記第２の熱媒を加熱する電熱ヒータであることを特徴とする。

この構成も、第１の熱媒及び熱交換器を介することなく、熱供給管路において第２の熱媒を電熱ヒータで直接加熱するので、熱伝達経路における損失が減少する。そのため、コージェネレーションシステムの総合効率が更に向上する。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第６の構成は、前記第３乃至第５の構成において、前記熱交換器の１次側管路の入口における前記第１の熱媒の温度の高低に応じて、前記第１の循環路内の前記第１の熱媒の流量を増減する流量調整手段を備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１の熱媒の温度の高低に応じて第１の熱媒の流量を増減するので、熱交換器の１次側管路入口に流入する第１の熱媒の温度を所望の範囲に保つことができる。そのため、熱電併給手段の排熱の増減に係わらず、熱交換器の２次側管路出口における第２の熱媒の温度（排熱回収温度）を所望の範囲に維持することができる。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第７の構成は、前記第３乃至第５の構成において、前記熱交換器の１次側管路の入口における前記第１の熱媒の温度の高低に応じて、前記第２の循環路内の前記第２の熱媒の流量を増減する流量調整手段を備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１の熱媒の温度の高低に応じて第２の熱媒の流量を増減するので、熱交換器の１次側管路入口に流入する第１の熱媒の温度を所望の範囲に保つことができる。そのため、熱電併給手段の排熱の増減に係わらず、熱交換器の２次側管路出口における第２の熱媒の温度（排熱回収温度）を所望の範囲に維持することができる。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第８の構成は、前記第７の構成において、前記熱交換器の１次側管路の入口における前記第１の熱媒の温度の高低に応じて、前記熱電併給手段の入口における前記第１の熱媒の制御目標温度を増減する目標温度増減手段を備えるとともに、前記流量調整手段は、前記熱電併給手段の入口における前記第１の熱媒の温度の前記制御目標温度に対する高低に応じて、前記第２の循環路内の前記第２の熱媒の流量を増減することを特徴とする。

この構成も、第１の熱媒の温度の高低に応じて第２の熱媒の流量を増減するので、熱交換器の１次側管路入口に流入する第１の熱媒の温度を所望の範囲に保つことができる。そのため、熱電併給手段の排熱の増減に係わらず、熱交換器の２次側管路出口における第２の熱媒の温度（排熱回収温度）を所望の範囲に維持することができる。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第９の構成は、電力と熱を発生する熱電併給手段と、熱交換器と、貯熱槽と、前記熱電併給手段と前記熱交換器の１次側管路の間で第１の熱媒が循環する第１の循環路と、前記熱交換器の２次側管路と前記貯熱槽の間で第２の熱媒が循環する第２の循環路と、前記貯熱槽から熱負荷に熱を供給するコージェネレーションシステムにおいて、前記熱交換器の１次側管路の入口における前記第１の熱媒の温度の高低に応じて、前記第１の循環路内の前記第１の熱媒の流量を増減する流量調整手段を備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１の熱媒の温度の高低に応じて第１の熱媒の流量を増減するので、熱交換器の１次側管路入口に流入する第１の熱媒の温度を所望の範囲に保つことができる。そのため、熱電併給手段の排熱の増減に係わらず、熱交換器の２次側管路出口における第２の熱媒の温度（排熱回収温度）を所望の値に維持することができる。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第１０の構成は、電力と熱を発生する熱電併給手段と、熱交換器と、貯熱槽と、前記熱電併給手段と前記熱交換器の１次側管路の間で第１の熱媒が循環する第１の循環路と、前記熱交換器の２次側管路と前記貯熱槽の間で第２の熱媒が循環する第２の循環路と、前記貯熱槽から熱負荷に熱を供給するコージェネレーションシステムにおいて、前記熱交換器の１次側管路の入口における前記第１の熱媒の温度の高低に応じて、前記第２の循環路内の前記第２の熱媒の流量を増減する流量調整手段を備えることを特徴とする。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第１１の構成は、前記第１０の構成において、前記熱交換器の１次側管路の入口における前記第１の熱媒の温度の高低に応じて、前記熱電併給手段の入口における前記第１の熱媒の制御目標温度を増減する目標温度増減手段を備えるとともに、前記流量調整手段は、前記熱電併給手段の入口における前記第１の熱媒の温度の前記制御目標温度に対する高低に応じて、前記第２の循環路内の前記第２の熱媒の流量を増減することを特徴とする。

以上のように本発明によれば、熱負荷が要求する熱量を過不足なく供給でき、かつ効率の高いコージェネレーションシステムを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例に係るコージェネレーションシステムの配管系統図である。図１に示すコージェネレーションシステム１は、熱電併給手段の排熱を回収して、暖房システム及び給湯システムに供給するシステムであり、貯湯タンク２、貯湯熱交換器３、暖房低温熱交換器４、補助熱源機５、暖房高温熱交換器６、および後述するその他の機器から構成される。なおコージェネレーションシステム１は図示しない制御用のコンピュータによって制御されている。またコージェネレーションシステム１には、この他にも、装置、管系及び弁等を備えているが、本発明の説明に不用な装置等の記載は省略している。

コージェネレーションシステム１は、排熱系１０、貯湯系２０、暖房系３０、給湯系４０、および給水系５０の５系統に大別される。以下、系統毎に構成機器とその機能を説明する。

〔排熱系〕
排熱系１０は、発電用ガスエンジン１０１から帰還する高温の冷却水を、貯湯熱交換器３の１次側管路３ａに通水し、続いて暖房低温熱交換器４の１次側管路４ａに通水することによって発電用ガスエンジン１０１の排熱を、貯湯系２０および暖房系３０に供給するとともに、排熱を放出して低温になった冷却水を発電用ガスエンジン１０１に送出する配管系統である。

排熱系１０は、熱交入口サーミスタ１０２、余剰電力回収ヒータ１０３、中間サーミスタ１０４、熱交出口サーミスタ１０５、冷却水タンク１０６、冷却水ポンプ１０７及び冷却水比例弁１０８を備え、発電用ガスエンジン１０１→貯湯熱交換器３の１次側管路３ａ→暖房低温熱交換器４の１次側管路４ａ→冷却水タンク１０６→冷却水ポンプ１０７→冷却水比例弁１０８→発電用ガスエンジン１０１の冷却水循環路（第１の循環路）を形成している。

熱交入口サーミスタ１０２は発電用ガスエンジン１０１の排熱を吸収して排熱系１０に戻ってきた高温の冷却水の温度を検出するセンサである。

余剰電力回収ヒータ１０３は、発電用ガスエンジン１０１の発電能力に余剰が生じた場合、及び発電用ガスエンジン１０１から回収する排熱の量が暖房系３０及び給湯系４０の需要を満たさない場合に、発電用ガスエンジン１０１が発電する電力の一部を熱に変換して冷却水を加熱するヒータであり、熱交入口サーミスタ１０２と貯湯熱交換器３の１次側管路３ａの間に備えられる。

中間サーミスタ１０４は、貯湯熱交換器３の１次側管路３ａの出口における冷却水の温度を検出する温度センサである。

熱交出口サーミスタ１０５は、暖房低温熱交換器４の１次側管路４ａの出口における冷却水の温度を検出する温度センサである。

冷却水タンク１０６は、給水系５０から給水を受けて、前記冷却水循環路の途中で蒸発した冷却水を補充するとともに、冷却水の水位を一定範囲内に保つタンクである。

冷却水ポンプ１０７は冷却水を加圧して、前記冷却水循環路で循環させるポンプである。

冷却水比例弁１０８は冷却水ポンプ１０７の下流側にあって、前記冷却水循環路を流れる冷却水の流量を調整する弁である。

〔貯湯系〕
貯湯系２０は、貯湯タンク２の下部から抽出した低温の湯水を、貯湯熱交換器３の２次側管路３ｂに通水して、排熱系１０から供給される熱で加熱して、貯湯タンク２の上部に帰還させる配管系統である。

貯湯系２０は、循環比例弁２０１、循環ポンプ２０２、および貯湯サーミスタ２０３を備えて、貯湯タンク２→循環比例弁２０１→貯湯熱交換器３の２次側管路３ｂ→循環ポンプ２０２→貯湯タンク２の湯水循環路（第２の循環路）を形成している。

循環比例弁２０１は、貯湯タンク２の下部と貯湯熱交換器３の２次側管路３ｂの入口の間にあって、前記湯水循環路を流れる湯水の流量を調整する弁である。

循環ポンプ２０２は、貯湯熱交換器３の２次側管路３ｂの出口から吐出する湯水を加圧して貯湯タンク２の上部まで揚水する圧送手段である。

貯湯サーミスタ２０３は、貯湯タンク２の胴体に取り付けられて、貯湯タンク２内の湯水の温度を検出する温度センサである。

なお、貯湯タンク２の下部は、給水系５０につながれていて、給水系５０の給水圧は、貯湯タンク２の内部の湯水の圧力とバランスしている。つまり、貯湯タンク２内部の水圧が所定の水準にあれば、給水は停止し、貯湯タンク２内部の湯水が消費されて、水圧が低下すると給水が行われる。

〔暖房系〕
暖房系３０は、図示しない暖房機（例えば、ファンコイルユニットや床暖房ユニット）から帰還する低温の暖房水（暖房用熱媒）を、暖房低温熱交換器４の２次側管路４ｂに通水して排熱系１０から熱を吸収し、さらに、暖房高温熱交換器６の２次側管路６bに通水して給湯系４０から熱を吸収し、高温になった暖房水を前記暖房機に送出する配管系統である。

暖房系３０は、暖房水戻り口３０１、暖房水タンク３０２、リターン回路３０３、暖房水ポンプ３０４、暖房水サーミスタ３０５および暖房往き口３０６を備え、前記暖房機→暖房水戻り口３０１→暖房低温熱交換器４の２次側管路４ｂ→暖房高温熱交換器６の２次側管路６b→暖房水タンク３０２→暖房水ポンプ３０４→暖房往き口３０６→前記暖房機の暖房水循環路を形成する。

暖房水戻り口３０１は、前記暖房機から帰還する低温の暖房水が流入するポートである。

暖房水タンク３０２は、暖房高温熱交換器６の２次側管路６bの下流にあって、給水系５０から給水を受けて、前記暖房水循環路の途中で蒸発した暖房水を補充して、暖房水の水位を一定範囲内に保つタンクである。

リターン回路３０３は、前記暖房機内部の暖房水流路が閉止された場合に暖房水ポンプ３０４に過大な負荷が生じるのを防止するために、暖房水を暖房往き口３０６側から暖房高温熱交換器６の２次側管路６ｂ側に戻す管系である。

暖房水ポンプ３０４は暖房水を前記暖房水循環路で循環させるポンプである。

暖房水サーミスタ３０５は暖房水ポンプ３０４の下流における暖房水の温度を検出する温度センサである。

暖房往き口３０６は、高温になった暖房水を前記暖房機に送出するポートである。

〔給湯系〕
給湯系４０は、貯湯系２０から供給される湯水を熱負荷に送出する配管系統である。ここで熱負荷とは暖房系３０及び図示しないカラン・シャワーヘッドあるいは浴槽追い焚き用の熱交換器などである。なお、熱負荷には浴槽追い焚き用の熱交換器のように熱だけを消費し熱媒（ここでは湯水）そのものを消費しないものと、カラン・シャワーヘッドのように熱媒を消費するものがある。貯湯系２０から給湯系４０に供給された湯水は、補助熱源機５を通った後、暖房高温熱交換器６の１次側６ａに入って暖房系３０に熱を供給する流れと、他の図示しない熱負荷に向かう流れに分かれる。

給湯系４０は、ＢＵ水量センサ４０１、ＢＵ入サーミスタ４０２、ＢＵ出サーミスタ４０３、暖房弁４０４を備える。

ＢＵ水量センサ４０１は、貯湯系２０から給湯系４０に流入する湯水の流量を検出するセンサである。

ＢＵ入サーミスタ４０２は、補助熱源機５に流入する湯水の温度を検出する温度センサである。

ＢＵ出サーミスタ４０３は、補助熱源機５から流出する湯水の温度を検出する温度センサである。

暖房弁４０４は、暖房高温熱交換器６の１次側管路６ａに流入する湯水の流量を調整する弁である。

暖房高温熱交換器６の１次側管路６ａに流入して、暖房系３０に熱を与えて低温になった湯水は暖房弁４０４を経由して、貯湯熱交換器３の２次側管路３ｂと循環ポンプ２０２の中間の位置で貯湯系２０に還流する。

また、補助熱源機５は貯湯系２０から給湯系４０に供給された湯水の温度（ＢＵ入サーミスタ４０２で検出される温度）が前記熱負荷の必要とする温度よりも低い場合に、前記湯水を加熱するバックアップ熱源である。

〔給水系〕
給水系５０は、図示しない上水から供給される給水を、排熱系１０、貯湯系２０、暖房系３０および給湯系４０に供給する配管系である。

給水系５０は、給水口５０１、補給水閉止弁５０２、及び減圧弁５０３を備える。

給水口５０１は、図示しない上水から水道水の供給を受けるポートである。

補給水閉止弁５０２は、排熱系１０および暖房系３０への給水、つまり冷却水タンク１０６の冷却水の補充および暖房水タンク３０２の暖房水の補充を閉止する弁である。

減圧弁５０３は、給水圧を調整する弁である。

次に、コージェネレーションシステム１の作用を説明する。前述したように補助熱源機５は貯湯系２０から供給される湯水の温度が熱負荷の要求する温度よりも低い場合に前記湯水を加熱するが、補助熱源機５の発熱能力には上限とともに下限がある。燃焼機に供給する燃料の量を少なくすると安定した燃焼を行えず、立ち消えするおそれがあるからである。ここで、補助熱源機５の発熱量の下限、つまり最低発熱量をＱ_lowとする。なお、最低発熱量Ｑ_lowは補助熱源機５に固有の量である。また、ＢＵ水量センサ４０１で検出される湯水の流量をＦ、熱負荷が要求する湯水の温度をＴ_ｄ、ＢＵ入サーミスタ４０２で検出される湯水の温度をＴ_ｓとすると、補助熱源機５の燃焼によって補う熱量Ｑは下記の式で与えられる。但し、Ｃは水の比熱である。

Ｑ＝ＣＦ（Ｔ_ｄ−Ｔ_ｓ）（式１）

Ｑ≧Ｑ_lowであれば、補助熱源機５を連続燃焼させることができるから、補助熱源機５に点火して、湯水を加温する。なお、この場合、ＢＵ出サーミスタ４０３で検出する湯水の温度を補助熱源機５にフィードバックする。つまり、補助熱源機５の発熱量はＢＵ出サーミスタ４０３で検出する湯水の温度がＴ_ｄになるように加減される。

Ｑ＜Ｑ_lowの場合は、補助熱源機５を燃焼させることができないから、補助熱源機５による加温に代えて、余剰電力回収ヒータ１０３による加温を行う。すなわち、Ｑの大きさに応じて発電用ガスエンジン１０１の出力を上げて排熱量を増すとともに、発電用ガスエンジン１０１の出力の増加分を余剰電力回収ヒータ１０３に通電して熱に変換して、貯湯熱交換器３の１次側管路３ａに流入する冷却水を加熱する。なお、この場合、ＢＵ出サーミスタ４０３で検出する湯水の温度を発電用ガスエンジン１０１及び余剰電力回収ヒータ１０３にフィードバックする。つまり、発電用ガスエンジン１０１及び余剰電力回収ヒータ１０３の出力は、ＢＵ出サーミスタ４０３で検出する湯水の温度がＴ_ｄになるように加減される。

また、Ｑ≧Ｑ_lowであっても、補助熱源機５を燃焼させるよりも、発電用ガスエンジン１０１の出力を上げるとともに、余剰電力回収ヒータ１０３に通電して熱量Ｑを得た方が、燃料消費量が少なくなる場合がある。このような場合は、補助熱源機５を停止して、発電用ガスエンジン１０１の出力を上げるとともに、余剰電力回収ヒータ１０３に通電して、発電用ガスエンジン１０１の出力上昇による排熱量の増加Ｑ’と、前記出力上昇分の電力を余剰電力回収ヒータ１０３に通電して得た熱量Ｑ”の合計Ｑ’＋Ｑ”がＱに等しくなるようにしてもよい。

なお、燃料消費量の大小の比較は次のような手順で行えばよい。
（１）発電用ガスエンジン１０１の発電効率（出力電力／燃料の発熱量）η_Ｇ、余剰電力回収ヒータ１０３の変換効率（出力熱量／入力電力）η_Ｈ、発電用ガスエンジン１０１の排熱効率（排熱量／燃料の発熱量）η_Ｅ、貯湯熱交換器３の回収効率（貯湯熱交換器３で回収されて貯湯系２０に流入する熱量／排熱系１０に流入する熱量）η_Ｒ及び補助熱源機５の熱効率（出力熱量／燃料の発熱量）η_Ｂを、実験あるいは計算により算出し、コージェネレーションシステム１の制御用のコンピュータに記憶させておく、なお、これらの効率は必ずしも定数ではない。例えば、熱量Ｑの大小等によって変動する場合もある。このような場合は、熱量Ｑと効率の関係を示す数表あるいは近似式の形式で前記コンピュータに記憶する。

（２）発電用ガスエンジン１０１の出力を上げるとともに、余剰電力回収ヒータ１０３に通電して、熱量Ｑを得るときの効率η_Ｂ’を次式にしたがって求める。

η_Ｂ’＝（η_Ｇη_Ｈ＋η_Ｅ）η_Ｒ（式２）

（３）前記コンピュータにおいて、η_Ｂとη_Ｂ’を比較してη_Ｂ’＞η_Ｂならば、発電用ガスエンジン１０１余剰電力回収ヒータ１０３によって熱量Ｑを得た方が、燃料消費量が少ないので、発電用ガスエンジン１０１の出力を上げるとともに、余剰電力回収ヒータ１０３に通電して、熱量Ｑを得ることを選ぶ。逆に、η_Ｂ’≦η_Ｂならば、補助熱源機５の燃焼によって、熱量Ｑを得ることを選ぶ。

本実施例では、余剰電力回収ヒータ１０３を排熱系１０に取り付けたが、貯湯系２０あるいは給湯系４０に取り付けてもよい。すなわち、貯湯系２０の貯湯熱交換器３と循環ポンプ２０２の間の管路、あるいは給湯系４０のＢＵ入サーミスタ４０２と補助熱源機５の間の管路、あるいは補助熱源機５とＢＵ出サーミスタ４０３の間の管路に余剰電力回収ヒータ１０３を取り付けて、貯湯系２０・給湯系４０内の湯水を直接加温してもよい。

さて、発電用ガスエンジン１０１を低出力で運転している場合は、発電用ガスエンジン１０１から排熱系１０に帰還する冷却水の温度が低下する。冷却水の温度が低下すると、貯湯熱交換器３において、貯湯系２０の湯水を十分に加温することが出来なくなる。また、前記冷却水の温度が貯湯系２０の湯水の温度より低くなると、貯湯熱交換器３において貯湯系２０から排熱系１０に熱が流出する。

そこで、発電用ガスエンジン１０１の排熱を吸収して排熱系１０に戻ってきた高温の冷却水の温度（熱交入口サーミスタ１０２で検出する温度）が低下すると、冷却水比例弁１０８を絞って、発電用ガスエンジン１０１と排熱系１０の間を循環する冷却水の流量を小さくして、発電用ガスエンジン１０１から排熱系１０に帰還する冷却水の温度を上昇させる。逆に、熱交入口サーミスタ１０２の検出温度が上昇すると、冷却水比例弁１０８を開いて、発電用ガスエンジン１０１と排熱系１０の間を循環する冷却水の流量を増やして、発電用ガスエンジン１０１から排熱系１０に帰還する冷却水の温度を低下させる。

なお、熱交入口サーミスタ１０２に代えて、発電用ガスエンジン１０１の冷却水出口に温度センサを備えて、前記冷却水出口における冷却水温度に基づいて冷却水比例弁１０８を開閉するようにしてもよい。

また、冷却水比例弁１０８を備える代わりに、冷却水ポンプ１０７を流量可変型のポンプにして、冷却水の温度が低下すると冷却水ポンプ１０７の流量を減少させるようにしてもよい。

あるいは、図２に示すように、排熱系１０に、冷却水タンク１０６をバイパスするバルブ付バイパス管１０９を備えて、冷却水の温度が高い時は前記バルブを閉じて、冷却水の流量を大きくし、冷却水の温度が低い時は前記バルブを開いて、流量を小さくしてもよい。

また、発電用ガスエンジン１０１の排熱を吸収して排熱系１０に戻ってきた高温の冷却水の温度の高低に応じて、貯湯系２０の湯水循環路（第２の循環路）を流れる湯水の流量を増減してもよい。例えば、熱交入口サーミスタ１０２の検出温度の高低に応じて、熱交出口サーミスタ１０５の制御目標温度を上昇・下降させるとともに、前記制御目標温度に対する熱交出口サーミスタ１０５の検出温度の高低に応じて、循環比例弁２０１を開閉して貯湯系２０の湯水循環路（第２の循環路）を流れる湯水の流量を増減する。つまり、熱交出口サーミスタ１０５の検出温度が前記制御目標温度に対して高くなれば、その差に比例して循環比例弁２０１を開き、熱交出口サーミスタ１０５の検出温度が前記制御目標温度に対して低くなれば、その差に比例して循環比例弁２０１を閉じる。

図３は、熱交入口サーミスタ１０２の検出温度の高低に応じて、熱交出口サーミスタ１０５の制御目標温度を上昇・下降させる制御プログラムを示すフローチャートである。以下、ステップ番号を引用しながら、このプログラムを説明する。

（ステップ１）排熱回収運転中かどうか、冷却水ポンプ１０７が動作しているか否かを判断する。冷却水ポンプ１０７が運転されていれば、ステップ２に進む。

（ステップ２）熱交入口サーミスタ１０２の検出温度Ｔと、検出温度Ｔの上限値Ｔ_ｍａｘと下限値Ｔ_ｍｉｎを比較する。Ｔ_ｍｉｎ＞Ｔ又はＴ_ｍａｘ＜Ｔであれば、ステップ３に進み、Ｔ_ｍｉｎ≦Ｔ≦Ｔ_ｍａｘであればステップ１の先頭に戻る。つまり、検出温度Ｔが上限値Ｔ_ｍａｘと下限値Ｔ_ｍｉｎの範囲内にあれば、熱交出口サーミスタ１０５の制御目標温度の変更は行わず、範囲外にあれば変更を行う。また、Ｔ_ｍｉｎ＞Ｔ又はＴ_ｍａｘ＜Ｔの状態が所定時間以上連続して検出されることを制御目標温度の変更の条件としてもよい。外乱等による一時的な
検出温度Ｔの変動に対して、制御目標温度を変更すると、制御が不安定にある場合がある
からである。

なお、上限値Ｔ_ｍａｘと下限値Ｔ_ｍｉｎは貯湯熱交換器３及び発電用ガスエンジン１０１の設計条件に決まる定数である。例えば上限値Ｔ_ｍａｘは、発電用ガスエンジン１０１のオーバーヒートの限界で決まる定数であり、下限値Ｔ_ｍｉｎは貯湯熱交換器３の排熱回収温度の下限で決まる定数である。

（ステップ３）熱交出口サーミスタ１０５の制御目標温度Ｔ_Ｃを、下記の式（３）及び式（４）に従って変更する。ただし、Ｔ_Ｃ’は変更後の制御目標温度であり、ＴＣは変更前の制御目標温度である。また、ｋ（ｋ＞０）は比例常数である。

Ｔ_ｍｉｎ＞Ｔの場合Ｔ_Ｃ’＝Ｔ_Ｃ＋ｋ（Ｔ_ｍｉｎ−Ｔ）式（３）
Ｔ_ｍａｘ＜Ｔの場合Ｔ_Ｃ’＝Ｔ_Ｃ−ｋ（Ｔ_ｍａｘ−Ｔ）式（４）

このように、熱交入口サーミスタ１０２の検出温度Ｔが下限値Ｔ_ｍｉｎを下回ると、熱交出口サーミスタ１０５の制御目標温度Ｔ_Ｃは高くなる。熱交出口サーミスタ１０５の制御目標温度Ｔ_Ｃが高くなると、循環比例弁２０１の開度が小さくなり、貯湯系２０を流れる湯水の流量が減少するので、貯湯熱交換器３における排熱系１０から貯湯系２０への流熱量が低下し、その結果、熱交入口サーミスタ１０２の検出温度Ｔは上昇する。

一方、熱交入口サーミスタ１０２の検出温度Ｔが上限値Ｔ_ｍａｘを上回ると、熱交出口サーミスタ１０５の制御目標温度Ｔ_Ｃは低くなる。熱交出口サーミスタ１０５の制御目標温度Ｔ_Ｃが低くなると、循環比例弁２０１の開度が大きくなり、貯湯系２０を流れる湯水の流量が増加するので、貯湯熱交換器３における排熱系１０から貯湯系２０への流熱量が増加し、その結果、熱交入口サーミスタ１０２の検出温度Ｔは低下する。

本発明の実施例に係るコージェネレーションシステムの配管系統図である。前記コージェネレーションシステムの変形例を示す配管系統図である。前記コージェネレーションシステムの制御プログラムを示すフローチャートである。

符号の説明

１コージェネレーションシステム
２貯湯タンク（貯熱槽）
３貯湯熱交換器
４暖房低温熱交換器
５補助熱源機
６暖房高温熱交換器
１０排熱系
２０貯湯系
３０暖房系
４０給湯系
５０給水系
１０１発電用ガスエンジン
１０２熱交入口サーミスタ
１０３余剰電力回収ヒータ（電熱変換装置）
１０４中間サーミスタ
１０５熱交出口サーミスタ
１０６冷却水タンク
１０７冷却水ポンプ
１０８冷却水比例弁
１０９バルブ付バイパス管
２０１循環比例弁
２０２循環ポンプ
２０３貯湯サーミスタ
３０１暖房水戻り口
３０２暖房水タンク
３０３リターン回路
３０４暖房水ポンプ
３０５暖房水サーミスタ
３０６暖房往き口
４０１ＢＵ水量センサ
４０２ＢＵ入サーミスタ
４０３ＢＵ出サーミスタ
４０４暖房弁
５０１給水口
５０２補給水閉止弁
５０３減圧弁

Claims

電力と熱を発生する熱電併給手段と、
前記熱電併給手段の排熱を回収して外部の熱負荷に供給する熱回収供給システムと、
前記熱回収供給システムが供給する熱量が前記熱負荷の熱需要に対して不足する場合に、不足熱量を前記熱負荷に供給する補助熱源装置と
を有するコージェネレーションシステムにおいて、
前記熱電併給手段が出力する電力の一部を熱量に変換して前記熱回収供給システムに供給する電熱変換装置；
及び、前記不足熱量が前記補助熱源装置の最低出力に満たない場合に、前記熱電併給手段の出力増加により前記熱電併給手段の排熱を増加させるとともに、前記熱電併給手段の出力増加分を前記電熱変換装置に入力して熱量に変換することにより前記不足熱量を補う制御装置；
を備えていることを特徴とするコージェネレーションシステム。
電力と熱を発生する熱電併給手段と、
前記熱電併給手段の排熱を回収して外部の熱負荷に供給する熱回収供給システムと、
前記熱回収供給システムが供給する熱量が前記熱負荷の熱需要に対して不足する場合に、不足熱量を前記熱負荷に供給する補助熱源装置と
を有するコージェネレーションシステムにおいて、
前記熱電併給手段が出力する電力の一部を熱量に変換して前記熱回収供給システムに供給する電熱変換装置；
及び、前記不足熱量を前記補助熱源装置の運転で賄う場合の燃料消費量と、前記不足熱量を前記熱電併給手段の出力増加による排熱量の増加と前記熱電併給手段の出力増加分の電力を前記電熱変換装置で変換して得た熱量で賄う場合の燃料消費量を比較して、後者が前者に比べて小さい場合は前記熱電併給手段の出力を増加させるとともに、前記熱電併給手段の出力の増加分を前記電熱変換装置に入力して熱量に変換することにより前記不足熱量を補う制御装置；
を備えることを特徴とするコージェネレーションシステム。
前記熱回収供給システムは、
熱交換器；
貯熱槽；
前記熱電併給手段と前記熱交換器の１次側管路の間で第１の熱媒が循環する第１の循環路；
前記熱交換器の２次側管路と前記貯熱槽の間で第２の熱媒が循環する第２の循環路；
及び前記貯熱槽から前記熱負荷に前記第２の熱媒を送出する熱供給管路；
を備えるとともに、
前記電熱変換装置は、
前記第１の循環路において前記第１の熱媒を加熱する電熱ヒータであること
を特徴とする請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。
前記熱回収供給システムは、
熱交換器；
貯熱槽；
前記熱電併給手段と前記熱交換器の１次側管路の間で第１の熱媒が循環する第１の循環路；
前記熱交換器の２次側管路と前記貯熱槽の間で第２の熱媒が循環する第２の循環路；
及び前記貯熱槽から前記熱負荷に前記第２の熱媒を送出する熱供給管路；
を備えるとともに、
前記電熱変換装置は、
前記第２の循環路において前記第２の熱媒を加熱する電熱ヒータであること
を特徴とする請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。
前記熱回収供給システムは、
熱交換器；
貯熱槽；
前記熱電併給手段と前記熱交換器の１次側管路の間で第１の熱媒が循環する第１の循環路；
前記熱交換器の２次側管路と前記貯熱槽の間で第２の熱媒が循環する第２の循環路；
及び前記貯熱槽から前記熱負荷に前記第２の熱媒を送出する熱供給管路；
を備えるとともに、
前記電熱変換装置は前記熱供給管路において前記第２の熱媒を加熱する電熱ヒータであること
を特徴とする請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。
前記熱交換器の１次側管路の入口における前記第１の熱媒の温度の高低に応じて、前記第１の循環路内の前記第１の熱媒の流量を増減する流量調整手段を備えること
を特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
前記熱交換器の１次側管路の入口における前記第１の熱媒の温度の高低に応じて、前記第２の循環路内の前記第２の熱媒の流量を増減する流量調整手段を備えること
を特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
前記熱交換器の１次側管路の入口における前記第１の熱媒の温度の高低に応じて、前記熱電併給手段の入口における前記第１の熱媒の制御目標温度を増減する目標温度増減手段
を備えるとともに、
前記流量調整手段は、
前記熱電併給手段の入口における前記第１の熱媒の温度の前記制御目標温度に対する高低に応じて、前記第２の循環路内の前記第２の熱媒の流量を増減すること
を特徴とする請求項７に記載のコージェネレーションシステム。