JP5314476B2 - Cogeneration system - Google Patents

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Description

本発明は、コジェネレーションシステム(Co-generation System)に関する。   The present invention relates to a co-generation system.

高効率の自家用発電装置が開発されている。このような自家用発電装置の一種として、都市ガスやLPガスを燃料とするガスエンジン(以下、単にエンジン)で小型発電機を駆動して発電をすると共に、エンジンの排熱を利用して給湯を行う、家庭用のコジェネレーションシステムが実用化されている。
このコジェネレーションシステムに用いられるエンジン発電装置では、ガスを燃焼して回転駆動するエンジンに発電機が機械的に連結されている。
このエンジン発電装置では、起動時には、発電機を電動機として機能させることによりエンジンを起動させる。エンジンが回転し始めた状態で、エンジンに混合気を供給すると共に、点火装置にて点火制御をする。これにより、エンジンが完爆して自発回転を始める。自発回転し始めた後には、発電機(電動機として機能している)によるエンジンの回転駆動を停止する。
Highly efficient private power generators have been developed. As a kind of such a private power generator, a small-sized generator is driven by a gas engine (hereinafter simply referred to as engine) using city gas or LP gas as fuel, and hot water is supplied using the exhaust heat of the engine. A household cogeneration system has been put to practical use.
In the engine power generator used in this cogeneration system, a generator is mechanically connected to an engine that burns and rotates gas.
In this engine power generation device, at the time of activation, the engine is activated by causing the generator to function as an electric motor. In a state where the engine starts to rotate, an air-fuel mixture is supplied to the engine and ignition control is performed by an ignition device. As a result, the engine completes explosion and starts to rotate spontaneously. After starting to rotate spontaneously, the rotational drive of the engine by the generator (functioning as an electric motor) is stopped.

通常、エンジンが完爆したらスロットルの開度を制御して、エンジンに供給する混合気の量を調整しながら、エンジンの回転数を定格回転数(例えば1600rpm)にまで上昇させる。エンジンが定格回転数で自発回転をすると、系統連系インバータの運転を開始して、発電電力を家庭内電力として供給する。
一方、冷却媒体をエンジンに流通させて加熱すると共に、エンジンから排出される高温の排気ガスにより冷却媒体を更に加熱して家庭用の給湯器に供給している。
Normally, when the engine is completely detonated, the engine speed is increased to a rated speed (for example, 1600 rpm) while controlling the opening of the throttle and adjusting the amount of air-fuel mixture supplied to the engine. When the engine rotates spontaneously at the rated speed, it starts operation of the grid-connected inverter and supplies generated power as household power.
On the other hand, the cooling medium is circulated through the engine and heated, and the cooling medium is further heated by high-temperature exhaust gas discharged from the engine and supplied to a domestic water heater.

このようなコジェネレーションシステムでは、給湯器から運転指令が送られてくると、自動的にエンジンを起動させる構成となっている。このエンジンの起動時に、例えば特許文献1は、燃料弁を設けることにより燃料の濃度を濃くして安定したエンジンの始動を行う。   Such a cogeneration system is configured to automatically start the engine when an operation command is sent from the water heater. At the time of starting the engine, for example, Patent Document 1 starts a stable engine by increasing the fuel concentration by providing a fuel valve.

特許第3724634号公報Japanese Patent No. 3724634

コジェネレーションシステムは、家庭で使用される場合、低コストであることが望まれる。したがって、燃料の濃度の薄い混合気を使用するリーンバーンエンジンは、熱効率が高く運転コストを抑えることができるので好ましい。ところが、リーンバーンエンジンは、燃料濃度が薄い分、始動直後の回転が安定しにくいために発電される電力も不安定である。このような不安定な電力を、家庭内の電力使用装置に供給すると、装置に悪影響を与える。
そこで本発明は、リーンバーンエンジンのように始動直後の回転が不安定であり、家庭内に供給することのできない不安定な電力であっても始動直後の電力を有効活用し、電力供給開始直後から電力使用装置(以下、外部というということもある)に向けて、安定した供給ができるコ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。
When a cogeneration system is used at home, it is desired that the cost is low. Therefore, a lean burn engine that uses an air-fuel mixture having a low fuel concentration is preferable because it has high thermal efficiency and can reduce operating costs. However, since the lean burn engine has a low fuel concentration, the rotation immediately after start-up is difficult to stabilize, so the generated power is also unstable. If such unstable power is supplied to a power usage device in the home, the device is adversely affected.
Therefore, the present invention makes effective use of the power immediately after starting even if the power is unstable and cannot be supplied to the home, such as a lean burn engine. It aims at providing the cogeneration system which can supply stably toward the electric power usage apparatus (it may be hereafter called the outside).

本発明は、回転力を出力するエンジンと、エンジンが出力する回転力により駆動されることで電力を出力する発電機と、発電機から出力される電力を外部に供給する給電線と、冷却媒体をエンジンに供給する冷却媒体循環路と、エンジンより下流側の冷却媒体循環路上に配置されて、冷却媒体を加熱するヒータと、冷却媒体循環路を流れる冷却媒体との熱交換により加熱される水を蓄えるタンクとを備えるコジェネレーションシステムを提供する。そして本発明のコジェネレーションシステムは、発電機から出力される電力を、給電線及びヒータのいずれか一方又は双方に供給することを指示する制御手段を備えることを特徴とし、この制御手段は、発電機から出力される電力を、エンジンの始動から所定期間はヒータに供給するよう指示し、所定期間経過後に給電線に供給するよう指示する。
エンジンが始動を開始してから回転が安定するまで、換言すると電力が安定するまでは電力を外部に出力せず、電力が安定した後に外部に供給すれば、外部には当初より安定した電力を供給できる。そして、安定するまでに発電された電力を積極的に使用することが効率的である。ここで、コジェネレーションシステムは、エンジンの排熱を利用して水を加熱する給湯システムを備えるが、安定するまでに発電された電力は水(冷却媒体)を加熱するのに利用することができる。
The present invention relates to an engine that outputs rotational force, a generator that outputs electric power by being driven by the rotational force output from the engine, a power supply line that supplies electric power output from the generator to the outside, and a cooling medium The cooling medium circulation path for supplying the engine to the engine, the heater disposed on the cooling medium circulation path downstream from the engine, and water heated by heat exchange with the cooling medium flowing through the cooling medium circulation path A cogeneration system with a tank that stores water. The cogeneration system of the present invention is characterized by comprising control means for instructing to supply power output from the generator to one or both of the feeder line and the heater. The electric power output from the machine is instructed to be supplied to the heater for a predetermined period from the start of the engine, and the electric power line is instructed to be supplied after the predetermined period has elapsed.
From the start of the engine until the rotation stabilizes, in other words, until the power stabilizes, the power is not output to the outside. Can supply. And it is efficient to use the electric power generated until it becomes stable. Here, the cogeneration system includes a hot water supply system that heats water using exhaust heat of the engine, but the electric power generated until it is stabilized can be used to heat water (cooling medium). .

本発明に係る制御手段は、発電した電力が所定の値に達したと判断したことに基づいて所定期間を特定することができる。
また、本発明に係るコジェネレーションシステムは、ヒータを余剰電力ヒータとして機能させることが好ましい。コジェネレーションシステムは、家庭内の電力使用装置における使用電力が、コジェネレーションシステムの定格電力よりも少ない時、又は、停電時に、余剰となった発電電力を使用して水を温める余剰電力ヒータを備えていることがある。そこで、エンジンの始動から所定期間に電力が供給されるヒータに、この余剰電力ヒータとしての機能を持たせる。一つのヒータ手段に二つの機能を持たせることで、コスト上昇を抑える。
The control means according to the present invention can specify the predetermined period based on determining that the generated power has reached a predetermined value.
In the cogeneration system according to the present invention, the heater is preferably functioned as a surplus power heater. The cogeneration system is equipped with a surplus power heater that heats the water using surplus generated power when the power used in the power usage equipment in the home is less than the rated power of the cogeneration system or during a power failure May have. Therefore, a heater that is supplied with electric power for a predetermined period from the start of the engine is provided with a function as the surplus electric power heater. By giving two functions to one heater means, an increase in cost is suppressed.

本発明のコジェネレーションシステムは、発電機から出力される電力を、エンジンの始動から所定期間はヒータに供給し、所定期間経過後は給電線に供給する。したがって、リーンバーンエンジンのように始動時の回転が不安定であっても、安定した電力を当初より外部に向けて出力できる。しかも、エンジンの始動から所定期間はヒータに供給するので、その期間に発電された電力を無駄なく使用して冷却媒体を加熱できる。   The cogeneration system of the present invention supplies the electric power output from the generator to the heater for a predetermined period from the start of the engine, and supplies the electric power line after the predetermined period. Therefore, even if the rotation at the time of starting is unstable like a lean burn engine, stable electric power can be output to the outside from the beginning. In addition, since the heater is supplied to the heater for a predetermined period from the start of the engine, the cooling medium can be heated using the power generated during that period without waste.

本実施の形態に係るコジェネレーション装置の構成概要を示す図である。It is a figure which shows the structure outline | summary of the cogeneration apparatus which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るコジェネレーション装置の給電部を示す図である。It is a figure which shows the electric power feeding part of the cogeneration apparatus which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るコジェネレーション装置において、エンジン始動時の電力の供給手順を示すフローチャートである。In the cogeneration apparatus which concerns on this Embodiment, it is a flowchart which shows the supply procedure of the electric power at the time of engine starting. 本実施の形態に係るコジェネレーション装置において、エンジン始動時の電力の供給先ごとの電力の変動を示すグラフである。In the cogeneration apparatus which concerns on this Embodiment, it is a graph which shows the fluctuation | variation of the electric power for every power supply destination at the time of engine starting.

以下、添付図1〜図4に基づき本発明に係るコジェネレーション装置1を説明する。
コジェネレーション装置1は、発電を行なう給電部3と給湯を行なう給湯部5から構成される。
<給電部3>
給電部3には、発電機7と、発電機7を駆動するガスエンジン9とが設けられている。発電機7の回転軸とガスエンジン9の回転軸とは機械的に連結されており、ガスエンジン9が回転駆動して発電機7を回転させると、発電機7は発電を行なう。発電機7で発電された電力は、系統連系用のインバータ装置11によって、外部電源である商用系統39と電圧及び周波数が一致するように整えられ、給電線13及び配電盤45を介して家庭内の電力使用装置47に送られる。
一方、商用系統39に接続された起動インバータ(AC/DCコンバータ)37から発電機7に電力を供給すると、発電機7は電動機として機能し、回転力を発生してガスエンジン9を起動できるようになっている。
Hereinafter, the cogeneration apparatus 1 according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The cogeneration apparatus 1 includes a power feeding unit 3 that generates power and a hot water supply unit 5 that supplies hot water.
<Power supply unit 3>
The power feeding unit 3 is provided with a generator 7 and a gas engine 9 that drives the generator 7. The rotating shaft of the generator 7 and the rotating shaft of the gas engine 9 are mechanically connected. When the gas engine 9 is driven to rotate and the generator 7 is rotated, the generator 7 generates power. The electric power generated by the generator 7 is adjusted by the inverter device 11 for grid connection so that the voltage and the frequency coincide with those of the commercial system 39 as an external power source, and are supplied to the home via the feeder 13 and the distribution board 45. To the power usage apparatus 47.
On the other hand, when electric power is supplied to the generator 7 from the start inverter (AC / DC converter) 37 connected to the commercial system 39, the generator 7 functions as an electric motor and can generate a rotational force to start the gas engine 9. It has become.

発電機7は、回転軸に連結される回転子と3相出力巻線が巻回された固定子とからなる交流発電機である。回転子は、フェライト磁石、希土類磁石などの永久磁石を主構成要素として備えており、発電機7は、回転数に比例した電圧の電力を発電する。3相出力巻線の出力端はインバータ装置11に接続される。インバータ装置11は発電機7から出力された交流を商用系統39と同じ品質(電圧、周波数、ノイズ等に関して)の交流に変換し、商用系統39の位相と同期をとって連系させる。   The generator 7 is an AC generator including a rotor connected to a rotating shaft and a stator around which a three-phase output winding is wound. The rotor includes permanent magnets such as ferrite magnets and rare earth magnets as main components, and the generator 7 generates electric power having a voltage proportional to the rotational speed. The output terminal of the three-phase output winding is connected to the inverter device 11. The inverter device 11 converts the alternating current output from the generator 7 into alternating current having the same quality (with respect to voltage, frequency, noise, etc.) as that of the commercial system 39, and synchronizes with the phase of the commercial system 39.

ガスエンジン9は、駆動時に発電出力が定格出力(例えば1kW)で運転されるように調整されており、この定格運転時、振動騒音が最も小さくなるように設定されている。本発明において、ガスエンジン9の種類は問わないが、リーンバーンエンジンを用いることにより、低燃費で効率のよい発電を行なうことができる。
ミキサ69には、エアクリーナ71を介して外部から吸い込んだ空気が供給されると共に、ガスライン73を介してガスが供給され、ミキサ69にて空気とガスとが混合され、混合気となる。
ガスライン73には、ガス遮断弁(遮断弁)75とガバナ77が介装されている。ガバナ77は、ミキサ69に供給するガスの圧力を調整する。
ミキサ69にて空気とガスとが混合されてなる混合気は、スロットル79を介してガスエンジン9に吸い込まれる。このとき、スロットル79の開度を調節することにより、ガスエンジン9への混合気の供給量を調節できる。
The gas engine 9 is adjusted so that the power generation output is operated at a rated output (for example, 1 kW) during driving, and is set so that vibration noise is minimized during this rated operation. In the present invention, the type of the gas engine 9 is not limited. By using a lean burn engine, it is possible to perform efficient power generation with low fuel consumption.
The mixer 69 is supplied with air sucked from the outside via the air cleaner 71 and also supplied with gas via the gas line 73, and the air is mixed with the gas in the mixer 69 to form a mixture.
A gas shut-off valve (shut-off valve) 75 and a governor 77 are interposed in the gas line 73. The governor 77 adjusts the pressure of the gas supplied to the mixer 69.
The air-fuel mixture obtained by mixing air and gas in the mixer 69 is sucked into the gas engine 9 through the throttle 79. At this time, the supply amount of the air-fuel mixture to the gas engine 9 can be adjusted by adjusting the opening of the throttle 79.

ガスエンジン9は、混合気が供給されるとともに、点火装置65の点火プラグからスパークを発生することにより着火し、回転駆動する。なお点火装置65の点火時期制御は第1制御部51により行なわれる。ガスエンジン9から排出される排気ガスは、排ガス熱交換器17及びマフラー(図示略)を介して、外部に排出される。   The gas engine 9 is supplied with an air-fuel mixture and ignites by generating a spark from an ignition plug of the ignition device 65 and is driven to rotate. Note that the ignition timing control of the ignition device 65 is performed by the first control unit 51. Exhaust gas discharged from the gas engine 9 is discharged to the outside through the exhaust gas heat exchanger 17 and a muffler (not shown).

給電部3には、ガスエンジン9の排熱を利用するために、冷却媒体が循環して流れる冷却媒体循環路15がガスエンジン9を貫通して設けられている。また、冷却媒体循環路15内の冷却媒体には、排ガス熱交換器17及び余剰電力ヒータ19からも熱が与えられる。   The power feeding unit 3 is provided with a cooling medium circulation path 15 that passes through the gas engine 9 so that the cooling medium circulates in order to use the exhaust heat of the gas engine 9. Heat is also given to the cooling medium in the cooling medium circulation path 15 from the exhaust gas heat exchanger 17 and the surplus power heater 19.

余剰電力ヒータ19には定格運転時には電力は供給されないが、発電機7が発電しているときに、商用系統39の負荷が急に遮断(典型的には停電時)される場合、又は、家庭内の電力使用装置47で使用される電力が発電機7の発電電力未満の場合に、余剰電力ヒータ19に発電電力が供給される。このようにして余剰電力ヒータ19に振り替えて供給された電力を利用して冷却媒体循環路15内の冷却媒体を加熱する。
本実施形態において、余剰電力ヒータ19は他の機能を奏する。つまり、コジェネレーションシステム1は、ガスエンジン9の始動から所定期間内に発電された電力を余剰電力ヒータ19に供給して冷却媒体循環路15内の冷却媒体を加熱する。
The surplus power heater 19 is not supplied with power during rated operation, but the load on the commercial system 39 is suddenly cut off (typically during a power failure) when the generator 7 is generating power, or at home The generated power is supplied to the surplus power heater 19 when the power used by the power usage device 47 is less than the power generated by the generator 7. In this way, the cooling medium in the cooling medium circulation path 15 is heated using the electric power supplied to the surplus power heater 19 and supplied.
In the present embodiment, the surplus power heater 19 performs other functions. That is, the cogeneration system 1 supplies the power generated within a predetermined period from the start of the gas engine 9 to the surplus power heater 19 to heat the coolant in the coolant circulation path 15.

<給湯部5>
給湯部5では、冷却媒体循環路15内の加熱された冷却媒体は、熱交換器21、23によって、貯湯タンク25に貯えられる水や、図示しない家庭内に設けられた暖房用機器(例えば、床暖房機器)に給水される水を温める。また、給湯部5には、家庭内に給湯する水を加熱する熱交換器27、29、さらには熱源が不足した場合の補助熱源器31が設けられている。
<Hot water supply section 5>
In the hot water supply section 5, the heated cooling medium in the cooling medium circulation path 15 is converted into water stored in the hot water storage tank 25 by the heat exchangers 21 and 23, and heating equipment (for example, a household device not shown) Warm the water supplied to the floor heating equipment. Further, the hot water supply section 5 is provided with heat exchangers 27 and 29 for heating water to be supplied into the home, and an auxiliary heat source device 31 when the heat source is insufficient.

次に、図2を参照しながら、給電部3の制御系について説明する。
給電部3に設けられるインバータ基板35には、AC/DCコンバータ37と、DC/ACインバータ41が設けられている。商用系統39は電圧、周波数はほとんど変動しない。しかし、発電機7で発電された電力は、ガスエンジン9の回転変動又は電力の使用状況により、電圧、周波数が変動しやすい。したがって、AC/DCコンバータ37及びDC/ACインバータ41により、発電機7で発電された電力の電圧、周波数を商用系統39に一致させる。そのなかで、AC/DCコンバータ37は、発電機7により発電された例えば270V、213Hzの交流を、約380Vの直流に変換する。また、DC/ACインバータ41は、変換された約380Vの直流を、商用系統39における電圧、周波数と同じ100V/200V、50Hz/60Hzの交流に変換する。なお、AC/DCコンバータ37は、ガスエンジン9の始動時には、前述した起動インバータとして機能する。
Next, the control system of the power feeding unit 3 will be described with reference to FIG.
An AC / DC converter 37 and a DC / AC inverter 41 are provided on the inverter board 35 provided in the power feeding unit 3. In the commercial system 39, the voltage and frequency hardly change. However, the voltage and frequency of the electric power generated by the generator 7 are likely to fluctuate depending on the rotational fluctuation of the gas engine 9 or the usage state of the electric power. Therefore, the voltage and frequency of the electric power generated by the generator 7 are matched with those of the commercial system 39 by the AC / DC converter 37 and the DC / AC inverter 41. Among them, the AC / DC converter 37 converts, for example, 270 V and 213 Hz alternating current generated by the generator 7 into about 380 V direct current. The DC / AC inverter 41 converts the converted direct current of about 380V into alternating current of 100V / 200V and 50Hz / 60Hz which is the same as the voltage and frequency in the commercial system 39. The AC / DC converter 37 functions as the above-described startup inverter when the gas engine 9 is started.

インバータ基板35には、AC/DCコンバータ37、DC/ACインバータ41を制御する第2制御部53が設けられている。第2制御部53は、インバータ基板35外に設けられた余剰電力ヒータ19への電力供給量を制御する半導体スイッチ59に指示を送る。この指示はPWM(Pulse Width Modulation)制御による。   The inverter board 35 is provided with a second control unit 53 that controls the AC / DC converter 37 and the DC / AC inverter 41. The second control unit 53 sends an instruction to the semiconductor switch 59 that controls the amount of power supplied to the surplus power heater 19 provided outside the inverter board 35. This instruction is based on PWM (Pulse Width Modulation) control.

インバータ基板35には、ECU基板49に電力を供給する制御電源55が設けられている。
また、インバータ基板35には、リレー61が設けられている。コジェネレーション装置1において、停電時に商用系統39に電力が供給されると、停電に対応する電気系統の保守作業に支障を来たす。そこで、停電時には、リレー61を開く(OFF,図2の状態)ことにより、商用系統39への電力供給を遮断できるようになっている。
The inverter board 35 is provided with a control power supply 55 that supplies electric power to the ECU board 49.
The inverter board 35 is provided with a relay 61. In the cogeneration apparatus 1, if power is supplied to the commercial system 39 at the time of a power failure, it will interfere with the maintenance work of the electrical system corresponding to the power failure. Therefore, at the time of a power failure, the power supply to the commercial system 39 can be cut off by opening the relay 61 (OFF, state of FIG. 2).

給電部3には、ガスエンジン9、スロットル79、ガス遮蔽弁75、点火装置65等を制御するECU(Engine Control Unit)基板49が設けられている。ECU基板49には、第1制御部51が設けられている。第1制御部51には、回転数センサ81で検出されたエンジン回転数が通知される。   The power feeding unit 3 is provided with an ECU (Engine Control Unit) board 49 that controls the gas engine 9, the throttle 79, the gas shielding valve 75, the ignition device 65, and the like. A first control unit 51 is provided on the ECU board 49. The first control unit 51 is notified of the engine speed detected by the speed sensor 81.

また、給電部3には、商用系統39と配電盤45との間に、電流センサ43が設けられている。電流センサ43は、商用系統39の使用電力を検出する。定格発電出力は約1kWであるため、家庭内の電力使用装置47の使用電力が1kWを超えると、配電盤45を介して商用系統39から電力が電力使用装置47に向けて供給される。   Further, the power feeding unit 3 is provided with a current sensor 43 between the commercial system 39 and the switchboard 45. The current sensor 43 detects the power used by the commercial system 39. Since the rated power output is about 1 kW, when the power used by the power usage device 47 in the home exceeds 1 kW, power is supplied from the commercial system 39 to the power usage device 47 via the switchboard 45.

しかし、電力使用装置47の使用電力が1kWより少ないと、余剰の電力が商用系統39へ逆潮流する。それを防ぐために、電流センサ43で検出された検出結果をインバータ基板35に設けられた第2制御部53に常時送る。第2制御部53は、送られてきた検出結果に基づき、商用系統39から配電盤45へ流れる電流が減少したことを検出すると、逆潮流が起きる可能性があるものと判断する。そして、第2制御部53は、余剰電力ヒータ19の使用電力を制御する半導体スイッチ59へ、余剰電力に相当する電力を消費するようPWM制御信号を送る。   However, if the power usage of the power usage device 47 is less than 1 kW, surplus power flows backward to the commercial grid 39. In order to prevent this, the detection result detected by the current sensor 43 is always sent to the second control unit 53 provided on the inverter board 35. When the second control unit 53 detects that the current flowing from the commercial system 39 to the switchboard 45 has decreased based on the sent detection result, the second control unit 53 determines that a reverse power flow may occur. Then, the second control unit 53 sends a PWM control signal to the semiconductor switch 59 that controls the power used by the surplus power heater 19 so that the power corresponding to the surplus power is consumed.

第2制御部53は、ガスエンジン9の始動時に、発電機7で発電された電力の供給先を切替える。この電力供給先の切替えの手順を図3に基づいて説明する。
コントロールパネル83に設けられているメインスイッチ(図示せず)をオンにすることにより、コジェネレーション装置1は始動要求される(図3 S101)。メインスイッチは、給湯が必要な場合に、ユーザの操作によりオンできるが、ユーザの操作を学習することにより、自動的にオンすることもできる。
The second control unit 53 switches the supply destination of the electric power generated by the generator 7 when the gas engine 9 is started. The procedure for switching the power supply destination will be described with reference to FIG.
By turning on a main switch (not shown) provided on the control panel 83, the cogeneration apparatus 1 is requested to start (S101 in FIG. 3). The main switch can be turned on by the user's operation when hot water supply is required, but can also be turned on automatically by learning the user's operation.

始動要求がなされると、次に、発電を開始するか否かのシーケンスが実行される(図3 S103)。このシーケンスは、異常が発生してコジェネレーション装置1が停止している状況である場合には、その旨をコントロールパネル83に表示して、ユーザに知らせる等の処理を行なう。この場合、コジェネレーション装置1は始動することができない。   When the start request is made, next, a sequence of whether or not to start power generation is executed (S103 in FIG. 3). In this sequence, when an abnormality has occurred and the cogeneration apparatus 1 is stopped, processing is performed such as displaying the fact on the control panel 83 and notifying the user. In this case, the cogeneration apparatus 1 cannot be started.

コジェネレーション装置1が正常に始動できることがS103で確認されたならば、発電開始の命令がなされる。第2制御部53は、発電機7に対してAC/DCコンバータ37を起動インバータとして機能させ、発電機7をモータとして作動させる指示信号をAC/DCコンバータ37に出力する。このとき、リレー61は閉じられている(ON)。発電機7の回転に追従して、ガスエンジン9が回転される。ガスエンジン9が起動準備完了回転数(例えば、200rpm)に達したならば、第1制御部51は、エンジン起動制御を開始する。つまり、スロットル79、点火装置65を作動させて、ガスエンジン9を起動させる。こうして、発電機7により発電が開始される(図3 S105)。ここで、AC/DCコンバータ37は、起動インバータとしての機能が解除される。また、リレー61は開かれる(OFF,図3 S107)。そうすることにより、発電機7で発電された電力が、外部、つまり家庭内の電力使用装置47に供給されるのを止める。   If it is confirmed in S103 that the cogeneration apparatus 1 can be started normally, a power generation start command is issued. The second control unit 53 causes the AC / DC converter 37 to function as a start inverter for the generator 7 and outputs an instruction signal for operating the generator 7 as a motor to the AC / DC converter 37. At this time, the relay 61 is closed (ON). Following the rotation of the generator 7, the gas engine 9 is rotated. When the gas engine 9 reaches the start preparation completion rotation speed (for example, 200 rpm), the first control unit 51 starts engine start control. That is, the gas engine 9 is started by operating the throttle 79 and the ignition device 65. Thus, power generation is started by the power generator 7 (S105 in FIG. 3). Here, the AC / DC converter 37 is released from its function as a startup inverter. Also, the relay 61 is opened (OFF, FIG. 3 S107). By doing so, the power generated by the generator 7 is stopped from being supplied to the power usage apparatus 47 outside, that is, in the home.

次に、第2制御部53は、発電機7で発電された電力を余剰電力ヒータ19で消費するように半導体スイッチ59へPWM制御信号を送る。余剰電力ヒータ19は供給される電力により加熱され、冷却媒体循環路15内の冷却媒体を温める。   Next, the second control unit 53 sends a PWM control signal to the semiconductor switch 59 so that the power generated by the generator 7 is consumed by the surplus power heater 19. The surplus power heater 19 is heated by the supplied electric power and warms the cooling medium in the cooling medium circulation path 15.

第2制御部53は、発電機7が安定して定格電力を発電しているか否かを判断する(図3 S111)。この判断の手法は、少なくとも2つある。1つは、経過時間によって安定して定格電力を発電しているとみなす方法である。試験的に発電機7をガスエンジン9で駆動させて発電を行い、定格電力が安定して得られるまでの時間を計測し、この計測結果に基づいて所定時間Tを第2制御部53に設定する。そして、第2制御部53は、発電開始から所定時間Tが経過した後は、発電機7が安定して定格電力を発電しているものとみなす。もう1つは、実際の発電機7の発電電力を求める方法である。これは、発電機7とAC/DCコンバータ37の間の交流電力の電圧[V]、電流[A]を検出することにより求めることができる。本実施の形態はいずれの方法を用いてもよいが、電圧[V]、電流[A]を測定するためのセンサが不要で、低コスト化を優先する場合には、予め設定された所定時間Tにより、安定して定格電力が得られたと判断する。一方、精度よく定格電力を安定して発電しているか判断することを優先する場合には、実際に発電電力を求める。   The second control unit 53 determines whether or not the generator 7 is stably generating the rated power (S111 in FIG. 3). There are at least two methods for this determination. One is a method in which rated power is considered to be stably generated according to elapsed time. The generator 7 is experimentally driven by the gas engine 9 to generate power, and the time until the rated power is stably obtained is measured. Based on the measurement result, the predetermined time T is set in the second controller 53. To do. And the 2nd control part 53 considers that the generator 7 is generating the rated power stably after the predetermined time T has passed since the start of power generation. The other is a method of obtaining the actual generated power of the generator 7. This can be obtained by detecting the voltage [V] and current [A] of AC power between the generator 7 and the AC / DC converter 37. Any method may be used in this embodiment, but a sensor for measuring voltage [V] and current [A] is unnecessary, and when priority is given to cost reduction, a predetermined time is set in advance. From T, it is determined that the rated power is stably obtained. On the other hand, when priority is given to determining whether the rated power is being stably generated with high accuracy, the generated power is actually obtained.

第2制御部53は、発電機7が安定して定格電力を発電していると判断したならば、リレー61を閉じる(図3 S113,ON)。これにより、発電機7で発電された電力は、リレー61の先に繋がる給電線13を介して、家庭内の電力使用装置47への供給が可能になる。   If the second control unit 53 determines that the generator 7 is stably generating the rated power, the second control unit 53 closes the relay 61 (FIG. 3, S113, ON). As a result, the electric power generated by the generator 7 can be supplied to the household electric power usage apparatus 47 via the feeder 13 connected to the end of the relay 61.

リレー61を閉じた後に、第2制御部53は、余剰電力ヒータ19における電力の消費を絞るように、半導体スイッチ59へPWM制御信号を送る。これにより、発電機7で発電された電力の供給先が、余剰電力ヒータ19から電力使用装置47へ切替えられる(図3 S115)。以後は、電力使用装置47へ1kWの定格電力が安定して供給される。   After the relay 61 is closed, the second control unit 53 sends a PWM control signal to the semiconductor switch 59 so as to reduce power consumption in the surplus power heater 19. Thereby, the supply destination of the electric power generated by the generator 7 is switched from the surplus power heater 19 to the power usage device 47 (S115 in FIG. 3). Thereafter, the rated power of 1 kW is stably supplied to the power usage device 47.

図4は、余剰電力ヒータ19から電力使用装置47へ電力の供給先が切替えられる過程の電力の変動を示している。図4に示すように、余剰電力ヒータ19に供給される電力は、不安定に増減しながら、定格電力である1kWに近づく。この電力が1kWに達したら、余剰電力ヒータ19に供給される電力は絞られ、最終的には0(ゼロ)になる。余剰電力ヒータ19に供給される電力が絞られ始めると同時に、インバータ装置11、リレー61及び配電盤45を介して電力使用装置47への電力の供給が開始される。この電力は、図4に示すように、滑らかな単調増加を示しながら定格電力である1kWに達し、以後は安定して電力使用装置47に供給される。   FIG. 4 shows power fluctuations in the process of switching the power supply destination from the surplus power heater 19 to the power usage device 47. As shown in FIG. 4, the power supplied to the surplus power heater 19 approaches 1 kW which is the rated power while increasing or decreasing unstable. When this power reaches 1 kW, the power supplied to the surplus power heater 19 is reduced and finally becomes 0 (zero). At the same time as the power supplied to the surplus power heater 19 starts to be reduced, the supply of power to the power usage device 47 is started via the inverter device 11, the relay 61 and the switchboard 45. As shown in FIG. 4, this power reaches 1 kW, which is the rated power while showing a smooth monotonous increase, and is thereafter stably supplied to the power usage device 47.

以上説明したように、本実施形態は、ガスエンジン9の回転が安定して発電機7で得られる電力が定格電力に達するまでは、余剰電力ヒータ19で消費することにより、給湯部5に循環される冷却媒体を加熱する。発電機7で安定して定格電力が得られるようになると、家庭内の電力使用装置47に当該電力を供給する。したがって、電力使用装置47には当初より定格電力を供給できるので、電力使用装置47に不具合が生ずることがない。また、電力が定格電力に達して電力使用装置47に供給するまでは、余剰電力ヒータ19で消費するので、それまでの電力を有効に活用することができる。
また、本実施形態は、スロットル79のみでガスエンジン9の回転数を制御する。ガスエンジン9としてリーンバーンエンジンを用いると、酸素濃度計、三元触媒を設ける必要がないため、ガスエンジン9が始動されると同時に発電を行うことができる。したがって、電力が定格電力に達するまでは余剰電力ヒータ19で電力を消費したとしても、比較的早期に電力使用装置47に電力の供給を始めることができる。
As described above, the present embodiment circulates in the hot water supply unit 5 by consuming it with the surplus power heater 19 until the rotation of the gas engine 9 is stabilized and the power obtained by the generator 7 reaches the rated power. The cooling medium to be heated is heated. When the generator 7 can stably obtain the rated power, the power is supplied to the power usage device 47 in the home. Therefore, since rated power can be supplied to the power usage apparatus 47 from the beginning, the power usage apparatus 47 does not have a problem. Further, since the surplus power heater 19 consumes the power until the power reaches the rated power and is supplied to the power usage device 47, the power up to that time can be used effectively.
In the present embodiment, the rotational speed of the gas engine 9 is controlled only by the throttle 79. When a lean burn engine is used as the gas engine 9, it is not necessary to provide an oxygen concentration meter and a three-way catalyst. Therefore, power generation can be performed simultaneously with the start of the gas engine 9. Therefore, even if power is consumed by the surplus power heater 19 until the power reaches the rated power, supply of power to the power usage device 47 can be started relatively early.

本実施の形態では、ガスエンジン9としてリーンバーンエンジンを用いるのが推奨されるが、これに限定されることはない。
また、定格電力に達するまでに発電された電力を消費する対象として余剰電力ヒータ19としたが、余剰電力ヒータ19とは別個にヒータを設けて、そこで定格電力に達するまでに発電された電力を消費することもできる。
また、余剰電力ヒータ19はエンジンより下流側の冷却媒体循環路上に配置されることが多いが、上流側に配置しても、実現可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択し、あるいは他の構成に適宜変更することが可能である。
In the present embodiment, it is recommended to use a lean burn engine as the gas engine 9, but the present invention is not limited to this.
Further, the surplus power heater 19 is used as a target to consume the power generated until the rated power is reached. However, a heater is provided separately from the surplus power heater 19, and the power generated until the rated power is reached there. It can also be consumed.
The surplus power heater 19 is often arranged on the cooling medium circulation path downstream from the engine, but can be realized even if arranged on the upstream side.
Other than this, as long as the gist of the present invention is not deviated, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.

1…コジェネレーション装置、7…発電機、9…ガスエンジン、51…第1制御部、53…第2制御部、19…余剰電力ヒータ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cogeneration apparatus, 7 ... Generator, 9 ... Gas engine, 51 ... 1st control part, 53 ... 2nd control part, 19 ... Surplus electric power heater

Claims (3)

回転力を出力するエンジンと、
前記エンジンが出力する回転力により駆動されることで電力を出力する発電機と、
前記発電機から出力される電力を外部に供給する給電線と、
冷却媒体が前記エンジンを循環する冷却媒体循環路と、
前記エンジンより下流側の前記冷却媒体循環路上に配置されて、前記冷却媒体を加熱するヒータと、
前記冷却媒体循環路を流れる前記冷却媒体との熱交換により加熱される水を蓄えるタンクと、
前記発電機から出力される電力を、前記給電線及び前記ヒータのいずれか一方又は双方に供給することを指示する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記発電機から出力される電力を、
前記エンジンの始動から所定期間は、前記ヒータに供給するように指示し、
前記所定期間経過後に、前記給電線に供給するよう指示することを特徴とするコジェネレーションシステム。
An engine that outputs rotational force;
A generator that outputs electric power by being driven by the rotational force output by the engine;
A power supply line for supplying power output from the generator to the outside;
A coolant circulation path through which the coolant circulates through the engine;
A heater disposed on the cooling medium circulation path downstream of the engine to heat the cooling medium;
A tank for storing water heated by heat exchange with the cooling medium flowing through the cooling medium circulation path;
Control means for instructing to supply the power output from the generator to one or both of the feeder and the heater;
With
The control means includes
The power output from the generator is
Instructed to supply the heater for a predetermined period from the start of the engine,
A cogeneration system that instructs to supply the power supply line after the predetermined period has elapsed.
前記制御手段は、
前記所定期間を、前記発電機が発電した電力が、所定の値に達したと判断したことに基づいて定めることを特徴とする請求項1に記載のコジェネレーションシステム
The control means includes
The cogeneration system according to claim 1, wherein the predetermined period is determined based on determining that the electric power generated by the generator has reached a predetermined value.
前記ヒータは、余剰電力ヒータとして機能することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のコジェネレーションシステム。   The cogeneration system according to claim 1 or 2, wherein the heater functions as a surplus power heater.
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