JP5808718B2

JP5808718B2 - コージェネレーション装置

Info

Publication number: JP5808718B2
Application number: JP2012184634A
Authority: JP
Inventors: 敏彰東方田; 康一津野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2032-08-23
Also published as: JP2014040986A

Description

この発明はコージェネレーション装置に関し、より具体的には発電機とそれを駆動する内燃機関とからなる発電ユニットと、内燃機関の冷却水と熱交換可能な熱交換器を備えたコージェネレーション装置に関する。

近年、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に発電機や内燃機関からなる発電ユニットを接続し、商用電力系統と連系させて電気負荷に電力を供給すると共に、内燃機関の排熱を利用して生成した温水などを熱負荷に供給するようにした、いわゆるコージェネレーション装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１記載の技術は、給湯負荷が増大し、内燃機関の排熱により得られる温水では温水量が不足するときに貯湯タンク内の水をボイラで加熱して温水を得るようにしたものであるが、ボイラによる加熱が必要か否か、即ち、ボイラの駆動、停止の判断はボイラユニット（ボイラや貯湯タンクなどから構成されるユニット。以下同じ）のコントローラが貯湯タンク内の温度を監視することによって行っている。

特開２００２−２７７０５３号公報

ところで、特許文献１記載の技術に止まらず、現在提案されている一般的な家庭用コージェネレーション装置は、発電ユニット、熱交換ユニット、ボイラユニットが１つのシステムとして構成されているため、ユーザはコージェネレーション装置を購入する際もこれらを１セットとして購入する必要がある。これに対して例えば既設のボイラユニットなどに後から発電ユニットや熱交換ユニットのみを組み合わせて使うことができればユーザにとって便宜であり、ボイラユニットを含んだ装置一式を購入するよりも安価である。

しかしながら、例えば特許文献１記載の技術を含めて一般的な家庭用コージェネレーション装置は、上記の通りボイラユニットを含めて１つのシステムとして予定されているため、既設のボイラユニットなどに別途発電ユニットや熱交換ユニットのみを取り付けて使うことはできない。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、貯湯タンクとボイラからなる既設のボイラユニットに接続可能として便宜性を高めるようにしたコージェネレーション装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、貯湯タンクとボイラに接続可能であると共に、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と前記発電機を駆動する内燃機関と前記内燃機関と発電機の動作を制御する制御部とからなる発電ユニットと、前記内燃機関の冷却水と熱交換可能な熱交換器とを備え、前記熱交換器と前記ボイラの少なくともいずれかで前記貯湯タンクに供給されるべき第１流体を昇温させるようにしたコージェネレーション装置において、前記第１流体の温度を検出する第１流体温度検出手段と、前記貯湯タンクから排出される第２流体の温度を検出する第２流体温度検出手段と、前記検出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量を算出する第１流体温度変化量算出手段と、前記算出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量が第１所定値以上か否か判定する第１流体温度変化量判定手段と、前記検出された第２流体の温度が第１所定温度以下か否か判定する第２流体温度判定手段とを備えると共に、前記制御部は、前記ボイラの運転が開始された後、前記算出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量が前記第１所定値以上と判定され、かつ前記検出された第２流体の温度が前記第１所定温度以下と判定されるとき、前記内燃機関と発電機の動作を制御して前記発電ユニットの運転を開始する如く構成した。

請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、前記第２流体温度判定手段は、前記検出された第２流体の温度が第２所定温度以上か否か判定すると共に、前記制御部は、前記ボイラの運転が停止された後、前記検出された第２流体の温度が前記第２所定温度以上と判定されるとき、前記内燃機関と前記発電機の動作を制御して前記発電ユニットの運転を停止する如く構成した。

請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、前記第２流体温度判定手段は、前記検出された第２流体の温度が第１所定時間継続して前記第２所定温度以上か否か判定すると共に、前記制御部は、前記ボイラの運転が停止された後、前記検出された第２流体の温度が前記第１所定時間継続して前記第２所定温度以上と判定されるとき、前記内燃機関と前記発電機の動作を制御して前記発電ユニットの運転を停止する如く構成した。

請求項４に係るコージェネレーション装置にあっては、前記第１流体を前記貯湯タンクに接続可能な第１流路と、前記第２流体を前記熱交換器に接続可能な第２流路と、前記熱交換器をバイパスして前記第１流路と前記第２流路を接続する第３流路と、前記第３流路を流れる第３流体の温度を検出する第３流体温度検出手段と、前記検出された第３流体の温度が第３所定温度以下のとき、前記第１流体を前記第１、第２、第３流路を介して循環させる一方、前記検出された第３流体の温度が前記第３所定温度を超えるとき、前記第１流体を前記第１、第２流路を介して前記貯湯タンクに供給させる流路制御手段とを備える如く構成した。

前記請求項５に係るコージェネレーション装置にあっては、第１流体温度変化量判定手段は、前記算出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量が第２所定時間継続して前記第１所定値以上か否か判定すると共に、前記制御部は、前記ボイラの運転が開始された後、前記算出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量が前記第２所定時間継続して前記第１所定値以上と判定され、かつ前記検出された第２流体の温度が前記第１所定温度以下と判定されるとき、前記内燃機関と発電機の動作を制御して前記発電ユニットの運転を開始する如く構成した。

請求項１に係るコージェネレーション装置にあっては、貯湯タンクとボイラに接続可能であると共に、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と発電機を駆動する内燃機関と内燃機関と発電機の動作を制御する制御部とからなる発電ユニットと、内燃機関の冷却水と熱交換可能な熱交換器とを備え、熱交換器とボイラの少なくともいずれかで貯湯タンクに供給されるべき第１流体を昇温させる如く構成したので、貯湯タンクとボイラからなる既設のボイラユニットに後から発電ユニットや熱交換器などを接続して使うことができ、ユーザの便宜性を高めることができる。また、第１流体の温度と貯湯タンクから排出される第２流体の温度を検出し、検出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量を算出し、算出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量が第１所定値以上か否か判定し、検出された第２流体の温度が第１所定温度以下か否か判定すると共に、制御部は、ボイラの運転が開始された後、算出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量が第１所定値以上と判定され、かつ検出された第２流体の温度が第１所定温度以下と判定されるとき、内燃機関と発電機の動作を制御して発電ユニットの運転を開始する如く構成したので、貯湯タンクに供給される第１流体と貯湯タンクから排出される第２流体の温度を監視（モニタ）するだけで発電ユニットの運転を開始することができるので、貯湯タンクの給湯配管および出水配管と接続するだけでいかなるタイプのボイラユニットでも組み合わせて使うことができる。

請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、第２流体の温度が第２所定温度以上か否か判定すると共に、制御部は、ボイラの運転が停止された後、第２流体の温度が第２所定温度以上と判定されるとき、内燃機関と発電機の動作を制御して発電ユニットの運転を停止する如く構成したので、上記した効果に加え、既設のボイラユニットなどに組み合わせ使うことができるだけでなく、簡易な構成でありながら最適なタイミングで発電ユニットの運転を停止することができる。

請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、第２流体の温度が第１所定時間継続して第２所定温度以上か否か判定すると共に、制御部は、ボイラの運転が停止された後、第２流体の温度が第１所定時間継続して第２所定温度以上と判定されるとき、内燃機関と発電機の動作を制御して発電ユニットの運転を停止する如く構成したので、上記した効果に加え、一層最適なタイミングで発電ユニットの運転を停止することができる。

請求項４に係るコージェネレーション装置にあっては、第１流体を貯湯タンクに接続可能な第１流路と、第２流体を熱交換器に接続可能な第２流路と、熱交換器をバイパスして第１流路と第２流路を接続する第３流路とを備え、第３流路を流れる第３流体の温度を検出し、検出された第３流体の温度が第３所定温度以下のとき、第１流体を第１、第２、第３流路を介して循環させる一方、検出された第３流体の温度が第３所定温度を超えるとき、第１流体を第１、第２流路を介して貯湯タンクに供給させる構成したので、上記した効果に加え、第３流体の温度が第３所定温度を超えてから第１流体を貯湯タンクに供給させるようにすることで運転効率を向上させることができる。

請求項５に係るコージェネレーション装置にあっては、算出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量が第２所定時間継続して第１所定値以上か否か判定すると共に、制御部は、ボイラの運転が開始された後、算出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量が第２所定時間継続して第１所定値以上と判定され、かつ検出された第２流体の温度が第１所定温度以下と判定されるとき、内燃機関と発電機の動作を制御して発電ユニットの運転を開始する如く構成したので、上記した効果に加え、より最適なタイミングで発電ユニットの運転を開始することができる。

この発明の実施例に係るコージェネレーション装置を模式的に示す模式図である。図１に示す発電制御部の動作を示すフロー・チャートである。図２のフロー・チャートの処理と平行して行われる処理を示すフロー・チャートである。ボイラ流量の変化、ボイラガス流量の変化、発電出力の変化、貯湯タンクに供給される流体および貯湯タンクから排出される流体の温度変化を示すタイム・チャートである。発電ユニットの運転が開始されるときの様子を示す、図４と同様なタイム・チャートである。発電ユニットの運転の開始条件が満たされなかったときの様子を示す、図４と同様なタイム・チャートである。図２のフロー・チャートの処理と平行して行われる処理を示す、図３と同様なフロー・チャートである。発電ユニットの運転が停止されるときの様子を示す、図４と同様なタイム・チャートである。

以下、添付図面に即してこの発明に係るコージェネレーション装置を実施するための形態について説明する。

図１は、この発明の実施例に係るコージェネレーション装置を模式的に示す模式図である。

図１において符号１０はコージェネレーション装置を示す。コージェネレーション装置１０は、商用電源（商用電力系統）１２から電気負荷（例えば家庭内の照明器具など）１４に至る交流電力の給電路（電力線）１６に接続可能な多極コイルからなる発電機（図１で「ＧＥＮ」と示す）２０と発電機２０を駆動する内燃機関（図１で「ＥＮＧ」と示し、以下「エンジン」という）２２と発電機２０とエンジン２２の動作を制御する発電制御部２４とからなる発電ユニット２６と、エンジン２２の冷却水と熱交換可能な熱交換器３０を含む熱交換ユニット３２とを備える。また、発電ユニット２６は一体化され、発電ユニットケース（筐体）３４の内部に収容される。

商用電源１２は、単相３線からＡＣ１００／２００Ｖで５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の交流電力を出力する。

エンジン２２は都市ガス（あるいはＬＰガス。以下、単に「ガス」という）を燃料とする水冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ型の火花点火式のエンジンであり、例えば１６３ｃｃの排気量を備える。図示は省略するが、エンジン２２のシリンダヘッドとシリンダブロックは発電ユニットケース３４に対して横（水平）方向に配置され、その内部に１個のピストンが往復動自在に配置される。

供給された吸気とガスはミキサで混合され、生成された混合気は燃焼室に流れ、点火プラグ（図示せず）で点火されるとき燃焼してピストンを駆動し、発電ユニットケース３４に対して縦（重力）方向にピストンに連結されるクランクシャフトを回転させる。よって生じた排気は、排気熱交換器３６でエンジン２２の冷却水と熱交換された後、排気管２２ａおよびマフラ３８を通って発電ユニットケース３４の外（庫外）に排出される。

発電機２０は、クランクシャフトの上端に取り付けられるフライホイール（図示せず）の内側のクランクケース上に固定され、フライホイールとの間で相対回転するとき、交流電力を発電し、その発電量はエンジン回転数に比例する。発電機２０の出力は発電制御部２４に送られる。

発電制御部２４は、図示は省略するが、マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧電源）と、インバータとを備える。

インバータは、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して発電機２０の出力をＡＣ１００／２００Ｖ（単相）に変換すると共に、インバータの出力は商用電源１２と電気負荷１４を結ぶ給電路１６に介挿される配電盤４０に供給され、そこから商用電源１２と連系しつつ給電路１６を介して電気負荷１４に送られる。

発電機２０は商用電源１２からインバータを介して通電されるとき、エンジン２２をクランキングするスタータモータとしても機能する。発電制御部２４は発電機２０の機能をスタータとジェネレータの間で切り換えると共に、エンジン２２などの動作を制御する。

エンジン２２と排気熱交換器３６には、冷却水（不凍液）が循環させられ、一部が後述する熱交換ユニット３２に配置される１次側循環路５０が接続される。１次側循環路５０は、エンジン２２のシリンダブロックなどの発熱部位と排気熱交換器３６を通るように形成される。従って、１次側循環路５０の内部を流れる冷却水は、発熱部位と熱交換してエンジン２２を冷却させつつ昇温させられると共に、排気熱交換器３６も通過し、エンジン２２の排気と熱交換してさらに昇温させられる。

１次側循環路５０においてエンジン２２の冷却水出口２２ｂの下流側には、電気ヒータ５２が取り付けられる。電気ヒータ５２は、例えば発電ユニット２６において余剰電力が生じたときに通電されて１次側循環路５０を流れる冷却水を昇温する。尚、この明細書において「上流」「下流」とは、そこを流れる液体（流体）などの流れ方向における上流、下流を意味する。

コージェネレーション装置１０は、発電ユニット２６に加え、熱交換ユニット３２を備える。

熱交換ユニット３２は、熱交換器３０と、１次側循環路５０と、２次側循環路５４とを備える。

熱交換器３０は、２次側循環路５４を流れる温水を１次側循環路５０を流れるエンジン２２の冷却水と熱交換させて昇温する。具体的には、１次側循環路５０と２次側循環路５４とが局部的に接近して熱交換器３０を形成し、熱交換器３０で１次側循環路５０を流れる冷却水は２次側循環路５４を流れる温水（循環路）に熱を伝えて冷却させられる。

１次側循環路５０には、エンジン２２の冷却水を循環させるポンプ６０と、ポンプ６０のいわゆるエア噛みを防止するためのエア抜きバルブ６２と、循環水の圧力調整を行うためのリザーバータンク６４が設けられる。

２次側循環路５４には、温水を熱交換器３０から貯湯タンク７０を介して再び熱交換器３０に循環させるためのポンプ６６と、ポンプ６６のエア噛みを防止するためのエア抜きバルブ６８が設けられる。

２次側循環路５４は、熱交換器３０と貯湯タンク７０の給湯口７０ａ（または給湯口配管７０ｂ）を接続し、熱交換器３０で昇温された温水を貯湯タンク７０に供給可能な第１流路５４ａと、貯湯タンク７０の出水口７０ｃ（または出水口配管７０ｄ）と熱交換器３０を接続し、貯湯タンク７０から排出される水を熱交換器３０に供給可能な第２流路５４ｂとからなる。尚、貯湯タンク７０の出水口７０ｃは貯湯タンク７０の下部（重力方向において下部）に配置される。

また、２次側循環路５４には、熱交換器３０をバイパスして第１流路５４ａと第２流路５４ｂを接続する第３流路５４ｃが設けられる。

第２流路５４ｂと第３流路５４ｃとの合流点Ｐ、即ち、第２流路５４ｂの一部を構成し、貯湯タンク７０から合流点Ｐまでの配管Ｐ１と同じく第２流路５４ｂの一部を構成し、合流点Ｐから熱交換器３０までの配管Ｐ２と第３流路を構成する配管Ｐ３の３つが合流する位置には、水の流路を切り換える流路切換弁７２が配置される。流路切換弁７２は、例えば三方弁とされ、内部の弁を切り換えることによって配管Ｐ３とＰ２を連通させるか、配管Ｐ１とＰ２を連通させるかを選択可能なように構成される。

流路切換弁７２は、第３流路５４ｃに設けられた温度センサ７２ａの出力値に基づいて切り換えられる。具体的には、流路切換弁７２は、第３流路５４ｃを流れる温水の温度Ｔ３が所定温度以下のときは配管Ｐ３とＰ２を連通させ、温度Ｔ３が所定温度を超えると配管Ｐ１とＰ２を連通させるように構成される。

従って、第３流路５４ｃを流れる温水の温度Ｔ３が所定温度以下のときはこの温水は第１、第２、第３流路５４ａ，５４ｂ，５４ｃを循環し、第３流路５４ｃを流れる温水の温度Ｔ３が所定温度を超えるときはこの温水は第１流路５４ａを通って貯湯タンク７０に流れる。

第１流路５４ａには、第３流路５４ｃとの合流点よりも下流側に逆止弁７４が設けられる。逆止弁７４は、後述するボイラ７６によって昇温された温水が熱交換器３０側に逆流しないようにするためのものである。尚、ボイラ７６は第１流路５４ａに接続可能とされる。また、逆止弁７４を流路切換弁７２（第３流路５４ｃ）とボイラ７６（の出湯部）との間に設けることで、ボイラ７６で昇温された温水の第３流路５４ｃへの逆流を確実に防ぎ、第３流路５４ｃの水温をより正確に検出することができる。

第１流路５４ａの最も下流側、即ち、逆止弁７４より下流側であって貯湯タンク７０の給湯口７０ａに比較的近い位置、より正確には、第１流路５４ａを構成する配管の貯湯タンク７０側端部５４ｄ（端部５４ｄは貯湯タンク７０の給湯口配管７０ｂに接続される）付近には貯湯タンク７０に供給される温水の温度Ｔ１を検出するための温度センサ７８が設置される。

また、第２流路５４ｂの最も上流側、即ち、貯湯タンク７０の出水口７０ｃに近い位置、具体的には、第２流路５４ｂを構成する配管の貯湯タンク７０側端部５４ｅ（端部５４ｅは貯湯タンク７０の出水口配管７０ｄに接続される）付近には貯湯タンク７０から排出される水の温度Ｔ２を検出するための温度センサ８０が設置される。

上記の通り、第１流路５４ａの下流側に位置する貯湯タンク７０側端部５４ｄと第２流路５４ｂの上流側に位置する貯湯タンク７０側端部５４ｅは、それぞれ貯湯タンク７０の給湯口７０ａ（あるいは給湯口７０ａから延びる給湯口配管７０ｂ）や出水口７０ｃ（あるいは出水口７０ｃから延びる出水口配管７０ｄ）と配管継手などで接続可能なように構成される。

次に、コージェネレーション装置１０が接続を予定、即ち、コージェネレーション装置１０に対して接続可能なボイラ７６や貯湯タンク７０などからなるボイラユニット８２について説明する。

ボイラユニット８２は、上記したボイラ７６と、貯湯タンク７０と、ボイラ制御部８４とからなる。ボイラ７６は、ガス供給源（図示せず）に接続され、ガス供給源からのガスを燃焼させてボイラ循環路８６を流れる温水を昇温する。また、貯湯タンク７０は、周囲を断熱（保温）材で被覆され、内部に温水を貯留する。

ボイラ循環路８６は、一端が第１流路５４ａの逆止弁７４と温度センサ７８との間に接続され、他端が第２流路５４ｂの流路切換弁７２と温度センサ８０との間に接続される。ボイラ７６で昇温された温水は貯湯タンク７０とボイラ７６の間で循環可能なようになっている。

ボイラ循環路８６にも温水を循環させるためのポンプ８８と、循環する温水の温度Ｔ４を検出するための温度センサ９０が設置される。

ボイラ制御部８４は、温度センサ９０の出力値に基づきボイラ７６やポンプ８８の起動および停止を制御する。ボイラ制御部８４も発電制御部２４と同様、マイクロコンピュータからなるＥＣＵ（電子制御ユニット）を備える。

以上がこの実施例に係るコージェネレーション装置１０およびコージェネレーション装置１０に接続可能なボイラユニット８２の構成であるが、次に、コージェネレーション装置１０の動作について説明する。

図２は、発電制御部２４の動作を示すフロー・チャートである。尚、図示のプログラムは、コージェネレーション装置１０が起動されると所定周期で繰り返し実行される。

以下説明すると、先ずＳ（ステップ）１０において、ボイラ７６の運転が開始されたか否か判断する。ボイラ７６の運転が開始されたか否かは、温度センサ７８の出力値を監視し、その変化の状況に基づいて判断する。

尚、ボイラユニット８２の運転状態は、概ねボイラ７６が点火し、ボイラ循環路８６内の水を昇温すると共に、ポンプ８８を運転することで昇温された温水を貯湯タンク７０に供給（給湯）する点火状態と、ボイラ７６およびポンプ８８が共に停止している停止状態と、ポンプ８８のみ駆動することで貯湯タンク７０内の水をかき混ぜ、貯湯タンク７０内の温度監視を行う温度監視状態の３通り存在する。

Ｓ１０で否定されるときは、以降の処理をスキップして処理を終了する一方、肯定されるときはＳ１２に進み、発電ユニット２６の運転を開始すべきか否か判定する。

図３は、その判定処理を示すフロー・チャートである。図３のプログラムは、図２のフロー・チャートの処理と平行して行われる。

図３について説明すると、Ｓ１００において温度センサ７８の出力値に基づき貯湯タンク７０に供給される温水の温度Ｔ１を検出すると共に、温度センサ８０の出力値に基づき貯湯タンクから排出される水の温度Ｔ２を検出する。

次いでＳ１０２に進み、温度センサ７８により検出された温水の温度Ｔ１の所定時間当たりの温度変化量ΔＴ１を算出する。温度変化量ΔＴ１の算出は、過去（前回、前々回、・・・）のプログラムループで検出された温度Ｔ１＿ｏｌｄと今回検出された温度Ｔ１に基づいて算出され、例えば温度Ｔ１が所定時間の間に何度変化したかを算出する。

次いでＳ１０４に進み、温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１ｏｎ以上か否か判断（判定）する。「変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１ｏｎ以上」とは、例えば温度Ｔ１が１０秒間に１℃（１℃／１０ｓｅｃ）以上上昇したか否かを意味する。

Ｓ１０４で否定されるときは、以降の処理をスキップして処理を終了する一方、肯定されるときは、Ｓ１０６に進み、タイマＴ１ｔｉｍｅｒを１つインクリメントする。

次いでＳ１０８に進み、１つずつインクリメントされたタイマＴ１ｔｉｍｅｒが所定値Ｔｔ１に達するまでの間、Ｓ１００からＳ１０６までの処理を繰り返し、タイマＴ１ｔｉｍｅｒが所定値Ｔｔ１に達するとＳ１１０に進む。即ち、ここでの処理は、温度変化量ΔＴ１が所定時間継続して所定値ΔＴ１ｏｎ以上か否かを判断し、所定時間継続して所定値ΔＴ１ｏｎ以上であれば次のステップ（Ｓ１１０）に進む。従って、例えば所定値ΔＴ１ｏｎが１℃／１０ｓｅｃであり、所定時間が２０ｓｅｃの場合には、２０ｓｅｃの間、１℃／１０ｓｅｃ以上の割合で温度Ｔ１が上昇し続けたとき、Ｓ１１０に進むことになる。

即ち、このときの貯湯タンク７０に供給される温水の温度Ｔ１とはボイラ７６の出湯温度を意味していることから（発電ユニット２６は運転を停止中であり、ボイラユニット８２のみが動いているため）、ここでの処理は、ボイラ７６の出湯温度Ｔ１を監視し、その温度変化によってシステムの熱需要があるか否かを判断していることを意味する。

また、温度変化量ΔＴ１が所定時間継続して所定値ΔＴ１ｏｎ以上か否か判断するのは次の理由による。ボイラ７６が点火し、ポンプ８８の運転が開始された直後は貯湯タンク７０の内部（特に下部）の水温は低い状態であるが、ポンプ８８によって貯湯タンク７０の水がかき混ぜられて温度が均一になってくると温度Ｔ１は除々に上昇する。しかしながら、単に温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１ｏｎ以上になったか否かだけの判断では、それが一時的な場合もあり、誤検知の可能性もあることから、温度変化量ΔＴ１が所定時間継続して所定値ΔＴ１ｏｎ以上の場合に次のステップ（Ｓ１１０）に進むこととした。

Ｓ１１０では検出された温度Ｔ２が所定温度Ｔ２ｏｎ以下か否か判断（判定）し、否定されるときは以降の処理をスキップして処理を終了する一方、肯定されるときはＳ１１２に進み、発電ユニット２６の運転を開始すべきと判定して処理を終了する。尚、所定温度Ｔ２ｏｎは、貯湯タンクの許容最大温度以下に設定され、例えば６５°に設定される。

図４は、ボイラ流量の変化、ボイラガス流量の変化、発電出力の変化、貯湯タンクに供給される流体および貯湯タンクから排出される流体の温度変化を示すタイム・チャートである。

図４に示すように、時刻ｔ１からｔ２においてボイラ７６と発電ユニット２６の両方が運転されているときには、貯湯タンク７０に供給される温水の温度Ｔ１と、貯湯タンク７０から排出される水の温度Ｔ２が共に上昇しているのが分かる。しかし、時刻ｔ２以降発電ユニット２６の運転を停止すると、ボイラ７６の運転は継続しているものの貯湯タンク７０に供給される温水の温度Ｔ１と、貯湯タンク７０から排出される水の温度Ｔ２は除々に低下する。

図５は、発電ユニット２６の運転が開始されるときの様子を示す、図４と同様なタイム・チャートである。図５の時刻ｔ１からｔ２は、温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１ｏｎ以上と判断され、しかも温度Ｔ２も所定温度Ｔ２ｏｎ以下と判断されたが、変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１ｏｎ以上の状態が所定時間継続しなかったため（所定時間を２０ｓｅｃに設定したが、ここでは１２ｓｅｃ（図５で「１２ｓ」と示す）しか継続しなかった）、発電ユニット２６の運転を開始すべきとの判定には至らなかった例である。

一方、時刻ｔ３からｔ４では、温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１ｏｎ以上で温度Ｔ２も所定温度Ｔ２ｏｎ以下と判断され、しかもこの状態が所定時間以上継続したため（所定時間が２０ｓｅｃのところ、４８ｓｅｃ（図５で「４８ｓ」と示す）継続した）、発電ユニット２６の運転を開始すべきとの判定となり、その後時刻ｔ５において発電ユニット２６の運転が開始された例である。尚、実際には発電ユニット２６の運転開始の指令があってから発電が開始されるまでに３０ｓｅｃ程度要するため図５では発電開始が若干遅れている。

図６は、発電ユニット２６の運転の開始条件が満たされなかったときの様子を示す、図４と同様なタイム・チャートである。

上記の通り、図５において発電ユニット２６の運転を開始すべきとの判定に至らなかった例を示したが、図６においても時刻ｔ１からｔ２において温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１ｏｎ以上と判断されたが、この状態が所定時間継続しなかったため（所定時間を２０ｓｅｃに設定したが、ここでは１８ｓｅｃ（図６で「１８ｓ」と示す）しか継続しなかった）、発電ユニット２６の運転を開始すべきとの判定には至らなかった。

図２の説明に戻ると、Ｓ１２で肯定、即ち、発電ユニット２６の運転を開始すべきと判定されたときはＳ１４に進み、エンジン２２や発電機２０の動作を制御して発電ユニット２６の運転を開始させる。尚、Ｓ１２で否定されるときは、発電ユニット２６の運転を開始すべきとの判定がなされるまで次のステップには進まない。

次いでＳ１６に進み、発電ユニット２６の運転が開始されたことから、１次側循環路５０のポンプ６０と２次側循環路５４のポンプ６６を駆動し、１次側循環路５０の冷却水と２次側循環路５４の温水を循環させる。尚、ポンプ６０とポンプ６６で水が循環されることで熱交換器３０による熱交換が開始される。

次いでＳ１８に進み、温度センサ７２ａにより２次側循環路５４の第３流路５４ｃを流れる温水の温度Ｔ３を検出する。

次いでＳ２０に進み、第３流路５４ｃを流れる温水の温度Ｔ３が所定温度Ｔ３ｏｎ以上か否か判断する。所定温度Ｔ３ｏｎは例えば６５°とされる。

Ｓ２０で否定されるときは、第３流路５４ｃを流れる温水の温度Ｔ３が所定温度Ｔ３ｏｎ以上になるまでＳ１８の処理を繰り返す。一方Ｓ２０で肯定されるときは、Ｓ２２に進み、流路切換弁７２の弁を切り換えて、第１流路５４ａから貯湯タンク７０を経由して第２流路５４ｂに水が流れるようにし、熱交換器３０で昇温された温水の貯湯タンク７０への給湯を開始する。

即ち、熱交換器３０による熱交換が開始されてから２次側循環路５４（第３流路５４ｃ）の温水の温度Ｔ３が上昇するまでのしばらくの間は、熱交換器３０で昇温された温水は貯湯タンク７０には供給されずに、第１流路５４ａ、第２流路５４ｂ、第３流路５４ｃ内で循環される。

その後、第３流路５４ｃを流れる温水の温度Ｔ３が所定温度Ｔ３ｏｎ以上になると流路切換弁７２の弁が切り換わり、第１流路５４ａ、第２流路５４ｂ、第３流路５４ｃ内を循環していた温水が第１流路５４ａから貯湯タンク７０へ供給されるようになる。

次いでＳ２４に進み、ボイラ７６の運転が停止されたか否か判断する。ボイラ７６の運転が停止されたか否かの判断は、温度センサ７８，８０の出力値を監視することで行う。尚、ボイラ制御部８４は、ボイラ７６の出湯温度が予め設定された温度になると点火を止め、ボイラ７６の運転を停止させる。

Ｓ２４で否定されるときは、以降の処理をスキップして処理を終了する一方、肯定されるときはＳ２６に進み、発電ユニット２６の運転を停止すべきか否か判定する。

図７は、その判定処理を示すフロー・チャートである。

図７について説明すると、Ｓ２００において温度センサ８０の出力値に基づき貯湯タンク７０から排出される水の温度Ｔ２を検出する。

次いでＳ２０２に進み、検出された水の温度Ｔ２が所定温度Ｔ２ｏｆｆ以上か否か判断（判定）する。所定温度Ｔ２ｏｆｆは貯湯タンク７０内の温水の沸き上がりを判定するための温度であり、例えば６５°とされる。

Ｓ２０２で否定されるときは、以降の処理をスキップして処理を終了する一方、肯定されるときは、Ｓ２０４に進み、タイマＴ１ｔｉｍｅｒを１つインクリメントする。

次いでＳ２０６に進み、１つずつインクリメントされたタイマＴ１ｔｉｍｅｒが所定値Ｔｔ２に達するまでの間、Ｓ２００からＳ２０４までの処理を繰り返し、タイマＴ１ｔｉｍｅｒが所定値Ｔｔ２に達するとＳ２０８に進んで発電ユニット２６の運転を停止すべきと判定して処理を終了する。

即ち、ここでの処理は、温度Ｔ２がタイマＴ１ｔｉｍｅｒが所定値Ｔｔ２に達するまで、換言すると、温度Ｔ２が所定時間継続して所定温度Ｔ２ｏｆｆ以上であれば発電ユニットの運転を停止すべきと判定して処理を終了する。従って、例えば所定温度Ｔ２ｏｆｆが６５°であり、所定時間が３００ｓｅｃの場合には、３００ｓｅｃの間、所定温度Ｔ２ｏｆｆが６５°以上であり続けると、発電ユニット２６の運転を停止すべきと判定する。尚、温度Ｔ２が所定時間継続して所定温度Ｔ２ｏｆｆ以上の場合には、貯湯タンク７０内の温水が沸き上がったと判断し、発電ユニット２６の運転を停止させるものである。

Ｓ２０６で肯定されるとＳ２０８に進み、発電ユニット２６の運転を停止すべきと判定して処理を終了する。

即ち、発電ユニット２６の運転を開始した後、貯湯タンク７０の下部の出水口７０ｃから排出される温水の温度Ｔ２が沸き上がりを判定するための温度である所定温度Ｔ２ｏｆｆ以上になったとき、システムの熱需要がないと判断し、発電ユニット２６を停止させる。つまりこのような状態を貯湯タンク７０内の温水がすべて沸き上がったと判断するものである。

図２の説明に戻ると、Ｓ２６で肯定、即ち、発電ユニット２６の運転を停止すべきと判定されたときはＳ２８に進み、エンジン２２や発電機２０の動作を制御して発電ユニット２６の運転を停止させる。尚、Ｓ２６で否定されるときは、発電ユニット２６の運転を停止すべきとの判定がなされるまで次のステップには進まない。

図８は、発電ユニット２６の運転が停止されるときの様子を示す、図４と同様なタイム・チャートである。図８の時刻ｔ１からｔ２は、検出された温度Ｔ２が所定温度Ｔ２ｏｆｆ（図８では、Ｔ２ｏｆｆを６０°としている）以上と判断され、かつこの状態が所定時間継続したため（所定時間が３００ｓｅｃのところ、３００ｓｅｃ（図８で「３００ｓ」と示す）継続した）、発電ユニット２６の運転を停止すべきとの判定となり、その後発電ユニット２６の運転を停止させた例である。

上記の如く、この発明の実施例にあっては、貯湯タンク７０とボイラ７６に接続可能であると共に、商用電力系統１２から電気負荷１４に至る交流電力の給電路１６に接続可能な発電機２０と前記発電機２０を駆動する内燃機関（エンジン）２２と前記内燃機関２２と発電機２０の動作を制御する制御部（発電制御部）２４とからなる発電ユニット２６と、前記内燃機関２２の冷却水と熱交換可能な熱交換器３０とを備え、前記熱交換器３０と前記ボイラ７６の少なくともいずれかで前記貯湯タンク７０に供給されるべき第１流体（貯湯タンク７０に供給される温水）を昇温させる如く構成した。

これにより、貯湯タンク７０とボイラ７６からなる既設のボイラユニット８２に後から発電ユニット２６や熱交換器３０などを接続して使うことができ、ユーザの便宜性を高めることができる。さらに、既設のボイラユニット８２の有効活用が図れると共に、ボイラユニット８２を含んだ装置一式を購入するよりも安価である。

また、前記第１流体の温度Ｔ１を検出する第１流体温度検出手段（温度センサ７８、発電制御部２４。Ｓ１２，Ｓ１００）と、前記貯湯タンクから排出される第２流体の温度Ｔ２を検出する第２流体温度検出手段（温度センサ８０、発電制御部２４。Ｓ１２，Ｓ１００）と、前記検出された第１流体の温度Ｔ１の所定時間当たりの変化量ΔＴ１を算出する第１流体温度変化量算出手段（発電制御部２４。Ｓ１２，Ｓ１０２）と、前記算出された第１流体の温度Ｔ１の所定時間当たりの変化量ΔＴ１が第１所定値ΔＴ１ｏｎ以上か否か判定する第１流体温度変化量判定手段（発電制御部２４。Ｓ１２，Ｓ１０４）と、前記検出された第２流体の温度Ｔ２が第１所定温度Ｔ２ｏｎ以下か否か判定する第２流体温度判定手段（発電制御部２４。Ｓ１２，Ｓ１１０）とを備えると共に、前記制御部２４は、前記ボイラ７６の運転が開始された後、前記算出された第１流体の温度Ｔ１の所定時間当たりの変化量ΔＴ１が前記第１所定値ΔＴ１ｏｎ以上と判定され、かつ前記検出された第２流体の温度Ｔ２が前記第１所定温度Ｔ２ｏｎ以下と判定されるとき、前記内燃機関２２と発電機２０の動作を制御して前記発電ユニット２６の運転を開始する（Ｓ１４，Ｓ１１２）如く構成した。

これにより、貯湯タンク７０に供給される第１流体と貯湯タンク７６から排出される第２流体の温度Ｔ１，Ｔ２を監視するだけで発電ユニット２６の運転を開始することができるので、貯湯タンク７０の給湯配管７０ｂおよび出水配管７０ｄと接続するだけでいかなるタイプのボイラユニット８２でも組み合わせて使うことができる。

また、前記第２流体温度判定手段は、前記検出された第２流体の温度Ｔ２が第２所定温度Ｔ２ｏｆｆ以上か否か判定する（Ｓ２０２）と共に、前記制御部２４は、前記ボイラ７６の運転が停止された後、前記検出された第２流体の温度Ｔ２が前記第２所定温度Ｔ２ｏｆｆ以上と判定されるとき、前記内燃機関２２と発電機２０の動作を制御して前記発電ユニット２６の運転を停止する（Ｓ２８，Ｓ２０８）如く構成したので、既設のボイラユニット８２などに組み合わせ使うことができるだけでなく、簡易な構成でありながら最適なタイミングで発電ユニット２６の運転を停止することができる。

また、前記第１流体を前記貯湯タンク７０に接続可能な第１流路５４ａと、前記第２流体を前記熱交換器３０に接続可能な第２流路５４ｂと、前記熱交換器３０をバイパスして前記第１流路５４ａと前記第２流路５４ｂを接続する第３流路５４ｃと、前記第３流路５４ｃを流れる第３流体の温度Ｔ３を検出する第３流体温度検出手段（温度センサ７２ａ、発電制御部２４。Ｓ１８）と、前記検出された第３流体の温度Ｔ３が第３所定温度Ｔ３ｏｎ以下のとき、前記第１流体を前記第１、第２、第３流路５４ａ，５４ｂ，５４ｃを介して循環させる一方、前記検出された第３流体の温度Ｔ３が前記第３所定温度Ｔ３ｏｎを超えるとき、前記第１流体を前記第１、第２流路５４ａ，５４ｂを介して前記貯湯タンク７０に供給させる流路制御手段（流路切換弁７２、発電制御部２４。Ｓ２０，Ｓ２２）とを備える如く構成したので、第３流体の温度Ｔ３が第３所定温度Ｔ３ｏｎを超えてから第１流体を貯湯タンク７０に供給させるようにすることで運転効率を向上させることができる。

また、前記第１流体温度変化量判定手段は、前記算出された第１流体の温度Ｔ１の所定時間当たりの変化量ΔＴ１が第２所定時間継続して（Ｔ１ｔｉｍｅｒ＝Ｔｔ１）前記第１所定値ΔＴ１ｏｎ以上か否か判定する（Ｓ１０６）と共に、前記制御部２４は、前記ボイラ７６の運転が開始された後、前記算出された第１流体の温度Ｔ１の所定時間当たりの変化量ΔＴ１ｏｎが前記第２所定時間継続して前記第１所定値ΔＴ１ｏｎ以上と判定され、かつ前記検出された第２流体の温度Ｔ２が前記第１所定温度Ｔ２ｏｎ以下と判定されるとき、前記内燃機関２２と発電機２０の動作を制御して前記発電ユニット２６の運転を開始する（Ｓ１４，Ｓ１１２）如く構成したので、より最適なタイミングで発電ユニット２６の運転を開始することができる。

また、前記第２流体温度判定手段は、前記検出された第２流体の温度Ｔ２が第１所定時間継続して（Ｔ１ｔｉｍｅｒ＝Ｔｔ２）前記第２所定温度Ｔ２ｏｆｆ以上か否か判定する（Ｓ２０６）と共に、前記制御部２４は、前記ボイラ７６の運転が停止された後、前記検出された第２流体の温度Ｔ２が前記第１所定時間継続して前記第２所定温度Ｔ２ｏｆｆ以上と判定されるとき、前記内燃機関２２と発電機２０の動作を制御して前記発電ユニット２６の運転を停止する（Ｓ２８，Ｓ２０８）如く構成したので、一層最適なタイミングで発電ユニット２６の運転を停止することができる。

尚、上記において、発電制御部２４が図２，３，７に示す処理、即ち、温度センサ７８，８０の出力値Ｔ１，Ｔ２に基づき、発電ユニット２６の運転を開始すべきか、あるいは停止すべきかの判定を行うと共に、判定結果に基づいて発電ユニット２６の運転の開始および停止までを制御したが、必ずしも１つの発電制御部２４で上記の処理をすべて行う必要はなく、例えばもう１つ制御部を設け（例えば発電ユニット２６の発電制御部２４の他に、別の制御部をもう１つ設け）、一方の制御部（発電制御部２４）は発電ユニット２６の運転の開始、停止の制御のみを行い、他方の制御部では温度センサ７８，８０の出力値Ｔ１，Ｔ２に基づき、発電ユニット２６の運転を開始すべきか、あるいは停止すべきかの判定を行うようにしても良い。勿論この場合、一方の制御部と他方の制御部は相互に通信可能とされる（一方の制御部は他方の制御部から送られてきた判定結果に基づいて発電ユニット２６の運転の開始、停止の制御を行う）。

また、発電制御部２４が、第３流路５４ｃを流れる温水の温度Ｔ３を温度センサ７２ａにより検出し、この検出結果に基づいて流路切換弁７２を切り換えるようにしたが、例えば流路切換弁７２を温度センサ内蔵のサーモスタット弁として、第３流路５４ｃを流れる温水の温度Ｔ３が所定温度Ｔ３ｏｎになったら、発電制御部２４によらずにサーモスタット弁が自動的に弁を切り換えるようにしても良い。

また、エンジン２２を都市ガス・ＬＰガスを燃料とするガスエンジンとしたが、ガソリン燃料などを使用するエンジンであっても良い。また、所定値ΔＴ１ｏｎ、所定温度Ｔ２ｏｎ，Ｔ２ｏｆｆ，Ｔ３ｏｎ、所定時間Ｔｔ１，Ｔｔ２、エンジン２２の排気量などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではない。

また、商用電源１２が出力する交流電力を１００／２００Ｖとしたが、商用電源１２が出力する交流電力が１００／２００Ｖを超えるときは、それに相応する電圧を発電ユニット２６から出力させることはいうまでもない。

１０コージェネレーション装置、１２商用電源（商用電力系統）、１４電気負荷、１６給電路、２０発電機、２２エンジン（内燃機関）、２４発電制御部、２６発電ユニット、３０熱交換器、５４ａ第１流路、５４ｂ第２流路、５４ｃ第３流路、７０貯湯タンク、７６ボイラ、７８，８０，９０温度センサ

Claims

貯湯タンクとボイラに接続可能であると共に、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と前記発電機を駆動する内燃機関と前記内燃機関と発電機の動作を制御する制御部とからなる発電ユニットと、前記内燃機関の冷却水と熱交換可能な熱交換器とを備え、前記熱交換器と前記ボイラの少なくともいずれかで前記貯湯タンクに供給されるべき第１流体を昇温させるようにしたコージェネレーション装置であって、前記第１流体の温度を検出する第１流体温度検出手段と、前記貯湯タンクから排出される第２流体の温度を検出する第２流体温度検出手段と、前記検出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量を算出する第１流体温度変化量算出手段と、前記算出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量が第１所定値以上か否か判定する第１流体温度変化量判定手段と、前記検出された第２流体の温度が第１所定温度以下か否か判定する第２流体温度判定手段とを備えると共に、前記制御部は、前記ボイラの運転が開始された後、前記算出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量が前記第１所定値以上と判定され、かつ前記検出された第２流体の温度が前記第１所定温度以下と判定されるとき、前記内燃機関と発電機の動作を制御して前記発電ユニットの運転を開始することを特徴とするコージェネレーション装置。
前記第２流体温度判定手段は、前記検出された第２流体の温度が第２所定温度以上か否か判定すると共に、前記制御部は、前記ボイラの運転が停止された後、前記検出された第２流体の温度が前記第２所定温度以上と判定されるとき、前記内燃機関と前記発電機の動作を制御して前記発電ユニットの運転を停止することを特徴とする請求項１記載のコージェネレーション装置。
前記第２流体温度判定手段は、前記検出された第２流体の温度が第１所定時間継続して前記第２所定温度以上か否か判定すると共に、前記制御部は、前記ボイラの運転が停止された後、前記検出された第２流体の温度が前記第１所定時間継続して前記第２所定温度以上と判定されるとき、前記内燃機関と前記発電機の動作を制御して前記発電ユニットの運転を停止することを特徴とする請求項２記載のコージェネレーション装置。
前記第１流体を前記貯湯タンクに接続可能な第１流路と、前記第２流体を前記熱交換器に接続可能な第２流路と、前記熱交換器をバイパスして前記第１流路と前記第２流路を接続する第３流路と、前記第３流路を流れる第３流体の温度を検出する第３流体温度検出手段と、前記検出された第３流体の温度が第３所定温度以下のとき、前記第１流体を前記第１、第２、第３流路を介して循環させる一方、前記検出された第３流体の温度が前記第３所定温度を超えるとき、前記第１流体を前記第１、第２流路を介して前記貯湯タンクに供給させる流路制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のコージェネレーション装置。
前記第１流体温度変化量判定手段は、前記算出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量が第２所定時間継続して前記第１所定値以上か否か判定すると共に、前記制御部は、前記ボイラの運転が開始された後、前記算出された第１流体の温度の所定時間当たりの変化量が前記第２所定時間継続して前記第１所定値以上と判定され、かつ前記検出された第２流体の温度が前記第１所定温度以下と判定されるとき、前記内燃機関と発電機の動作を制御して前記発電ユニットの運転を開始することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のコージェネレーション装置。