JPH05264072A - 暖房または冷房のための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地域暖房を、その暖房負荷の変動にかかわら
ず、コージェネレーション装置の負荷を一定に保ちつ
つ、複数の熱源機の負荷配分を行いつつ、運転を行うこ
と。 【構成】 暖房負荷に接続された供給ヘッダと戻りヘッ
ダとに、コージェネレーション装置と複数の熱源機とを
接続し、供給ヘッダと戻りヘッダとの差圧が一定になる
ように、供給ヘッダと戻りヘッダとを接続するバイパス
管路に介在されている流量制御弁の開度を制御し、暖房
負荷の変動に応じて、複数の各熱源機を、戻りヘッダか
らの温水の温度が一定となるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コージェネレーション
装置の排熱を利用するとともに、複数の熱源機をも用い
て、暖房または冷房を行って、たとえば地域冷暖房を行
う際に、その熱源機の負荷配分を制御するための装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】コージェネレーション装置は、熱機関に
よって発電機を駆動するとともに、その排熱を給湯など
の熱供給に有効利用するいわば熱電併給システムであ
る。このようなコージェネレーション装置の運転は、一
般的に、電力優先で行われ、すなわち発生電力が、電力
として１００％負荷となる規模に設計され、こうして熱
回収よりもむしろ電力で回収してエネルギ発生のコスト
を低減している。したがって、コージェネレーション装
置の負荷は、できるだけ一定していることが望ましく、
これによって排熱回収効率を高く維持することができ
る。このようなコージェネレーション装置の排熱を、地
域暖房のために用いるとき、その暖房負荷の変動に応じ
て、コージェネレーション装置とは別に設けた熱源機か
らの温水を利用し、これによってコージェネレーション
装置の負荷ができるだけ一定になるようにする必要があ
る。

【０００３】先行技術では、コージェネレーション装置
の負荷を、できるだけ一定に保ちつつ熱源機の運転を制
御する構成にはなっていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、コー
ジェネレーション装置の負荷をできるだけ一定に保ちつ
つ、複数の熱源機を用いて暖房または冷房を行うように
した冷房または暖房のための装置を提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、供給ヘッダ
と、戻りヘッダと、戻りヘッダからの戻り温水または冷
水を、加熱または冷却して供給ヘッダに供給する複数の
熱源機と、戻りヘッダからの戻り温水または冷水を、加
熱または冷却して供給ヘッダに供給するコージェネレー
ション装置と、供給ヘッダから戻りヘッダへ温水または
冷水をバイパスするバイパス管路と、バイパス管路に介
在される流量制御弁と、供給ヘッダと戻りヘッダとの差
圧を検出する差圧検出手段と、差圧検出手段の出力に応
答し、検出された差圧が一定になるように、流量制御弁
の開度を制御する手段と、暖房または冷房の負荷を検出
する手段と、負荷検出手段の出力に応答して、戻りヘッ
ダからの温水または冷水の温度が一定となるように、複
数の各熱源機を制御する熱源機制御手段とを含むことを
特徴とする暖房または冷房のための装置である。

【０００６】また本発明は、熱源機制御手段は、熱源機
の能力に応じた負荷率が等しくなるように各熱源機を動
作させることを特徴とする。

【０００７】また本発明は、熱源機制御手段は、暖房ま
たは冷房の負荷の減少時に熱源機を、効率が低いものか
ら順に発生熱量を小さくし、負荷の増大時に、熱源機
を、効率が高いものから順に発生熱量を大きくすること
を特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明に従えば、供給ヘッダと戻りヘッダとに
は、複数の熱源機とコージェネレーション装置とが接続
され、供給ヘッダと戻りヘッダとには、暖房負荷機器が
接続され、こうして温水が循環され、暖房負荷の大小変
化に応じて、供給ヘッダからバイパス管路および流量制
御弁を経て戻りヘッダに温水がバイパスされ、この供給
ヘッダと戻りヘッダとの差圧が一定になるように、流量
制御弁の開度が制御され、暖房負荷検出手段によって検
出される暖房負荷に基づき、戻りヘッダからの温水の温
度が一定となるように、複数の熱源機が制御され、した
がってこの戻りヘッダに接続されるコージェネレーショ
ン装置の負荷が一定となり、これによってコージェネレ
ーション装置の排熱回収効率を高く維持することが可能
となる。

【０００９】複数の熱源機の制御は、各熱源機の能力、
たとえば各熱源機に備えられている温水供給用ポンプの
定格などに応じた負荷率が等しくなるように、各熱源機
を動作させ、これによってたとえばコージェネレーショ
ン装置が急に故障などして停止したときにおいても、熱
源機の負荷を増大し、暖房を円滑に持続することが可及
的に可能となる。

【００１０】また本発明に従えば、暖房負荷の減少時に
は効率が低い熱源機の発生熱量を先に小さくし、また暖
房負荷が増大したときには効率が高い熱源機の発生熱量
を大きくし、こうして効率が低い熱源機の運転をできる
だけ抑えて、全体の効率の向上を図ることができる。

【００１１】本発明は、暖房だけでなく、冷房のために
もまた実施することができる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の全体の系統図で
ある。地域暖房を行うために温水の供給ヘッダ１と温水
の戻りヘッダ２とが設けられ、供給ヘッダ１からのたと
えば約７５℃の温水は管路３からポンプＰ３を経て、１
または複数の暖房機器４に供給され、戻り管路５を経
て、たとえば約６０℃で戻りヘッダ２に戻る。戻りヘッ
ダ２からの戻り温水は、管路６，７から、複数（この実
施例では２）の熱源機８，９で加熱し、管路１０，１１
を経て供給ヘッダ１に温水が供給される。管路１０，１
１には、温水のポンプＰ１，Ｐ２がそれぞれ設けられ、
また流量制御弁１２，１３が設けられる。

【００１３】熱源機８，９は、いわゆるガス焚き温水機
であり、管路１４，１５から燃料ガスが供給される。管
路１０，１１の温水の温度は、温度検出器１６，１７に
よって検出され、その温度検出器１６，１７によって検
出される温水の温度が、たとえば７５℃となるように、
調節計１８，１９は、燃料ガスの流量制御弁２０，２１
の開度を制御する。管路１０，１１には、流量計２２，
２３が設けられ、調節計２４，２５は、流量計２２，２
３によって検出される流量が、ライン２６，２７から与
えられる目標流量値となるように、流量計１２，１３の
開度を制御する。

【００１４】コージェネレーション装置２８に備えられ
る熱交換器２９には、戻りヘッダ２から管路３０を介し
て戻り温水が導かれ、この熱交換器２９で加熱された温
水は、管路３１から供給ヘッダ１に供給される。管路３
１には温水のポンプＰ４が介在される。管路１０，１
１，３１には逆止弁３２，３３，３４が介在される。コ
ージェネレーション装置２８の本体３５は、ガスエンジ
ンやガスタービンなどの熱機関の軸出力で発電機を駆動
して発電を行うとともに、その際に発生する排熱を熱交
換器３６から温水として供給するものであり、その発生
電力が電力として１００％負荷となるような規模に設計
されており、その本体３５の運転は、一般的には、電力
優先で行われる。熱交換器３６から管路３７を経て供給
される温水は、排ガス熱交換器３８は、本体３５から管
路３９を経て排出される排ガスによって、管路３７から
の温水をさらに昇温する。排ガス熱交換器３８からの排
ガスは煙突４０に導かれる。排ガス熱交換器３８で昇温
された温水は、管路４３におけるポンプＰ５から逆止弁
４１を経て、熱交換器２９に導かれ、この熱交換器２９
からの温水は、管路４２を経て、熱交換器３６に戻る。
管路４２，４３にはバイパス管路４４が介在され、この
バイパス管路４４と介する管路４３からの温水は、流量
制御弁４５を介して管路４２にバイパスされる。

【００１５】管路３１の途中には、温度検出器４６が介
在され、この温度検出器４６によって検出される温度
が、たとえば７５℃となるように調節計４７は、流量制
御弁４５の開度を制御し、これによってバイパス管路４
４から管路４２に流れる温水の流量と、管路４３から熱
交換器２９を経て、さらに流量制御弁４５を経て管路４
２に流れる温水の流量とを、制御する。このようにし
て、コージェネレーション装置２８は、管路３１から送
出される温水の温度検出器４６によって検出される温度
が一定となるように、流量制御弁４５が制御される。し
たがってこのようなコージェネレーション装置３５の排
熱回収効率を高く維持するには、戻りヘッダ２から管路
３０を経て熱交換器２９に導かれる温水の温度、すなわ
ち戻りヘッダ２の温水の温度が、可及的に一定に保たれ
る必要がある。この目的で、上述の複数の熱源機８，９
の運転が制御される。

【００１６】供給ヘッダ１から戻りヘッダ２へ温水をバ
イパスするために、バイパス管路５１が設けられ、この
バイパス管路５１の途中には流量制御弁５２が介在され
る。供給ヘッダ１の温水の圧力は圧力検出器５３によっ
て検出され、また戻りヘッダ２の温水の圧力は圧力検出
器５４によって検出される。調節計５５は、圧力検出器
５３，５４によって検出された圧力の差である差圧を検
出し、その差圧が一定になるように、流量制御弁５２の
開度を制御する。調節計５５の出力は弁開度検出手段５
６に与えられ、弁開度検出手段５６は、差圧に対応した
弁開度を検出して、マイクロコンピュータなどによって
実現される処理回路５７に与える。この検出される弁開
度は、暖房負荷に対応する。処理回路５７は、ライン２
６，２７を介して、調節計２４，２５に目標流量を表す
信号を与え、これによって戻りヘッダ２からの温水の温
度が一定となるように、各熱源機８，９の制御を行う。

【００１７】流量制御弁５２の開度に依存して温水のバ
イパス流量ＦＢは、数１によって示される。

【００１８】

【数１】

【００１９】ここで△Ｐは、圧力検出器５３，５４によ
って検出される圧力の差、すなわち供給ヘッダ１と戻り
ヘッダ２との差圧である。値ＣＶは、流量制御弁５２の
開度によって予め設定された値であり、図２に示される
とおり、弁開度が大きくなるにつれて、値ＣＶは大きく
設定され、暖房負荷に対応して、戻りヘッダ２の温水温
度が予め定める一定値、たとえば前述のように６０℃と
なるように、２つの熱源機８，９が発生すべき熱量に関
連する値である。

【００２０】地域暖房の総負荷ＦＴは、数２から求めら
れる。

【００２１】

【数２】

【００２２】ここでＦ１，Ｆ２は、各熱源機８，９から
管路１０，１１を経て吐出される温水の流量、したがっ
て熱源機８，９の負荷をそれぞれ表す。ｎは、この実施
例では、２である。

【００２３】各熱源機８，９の負荷は、数３によって求
められる。

【００２４】

【数３】

【００２５】ここでαは、流量制御弁５２によるバイパ
ス流量設定値であり、予め定められた値である。Ｌは、
負荷配分制御を行う運転中の熱源機８，９のポンプＰ
２，Ｐ３の能力の合計、すなわち熱源機８，９の能力の
合計値である。こうして数３から、負荷率Ｋが、求めら
れる。各熱源機８，９の負荷率が上述の負荷率Ｋに等し
くなるように、各熱源機８，９毎に、負荷Ｆｉ_SVが設定
される。

【００２６】

【数４】

【００２７】ここで数２および数４の添え字ｉは、熱源
機８，９にそれぞれ対応した値、たとえば１，２であ
り、この値Ｐ１，Ｐ２は、熱源機８，９の能力、したが
ってポンプＰ１，Ｐ２の能力である。

【００２８】ただし各熱源機８，９における流量制御弁
１２，１３の流量制御は、上記各熱源機８，９毎の負荷
設定値Ｆｉ_SVになるように時間経過に伴ってゆっくり
と、すなわち徐変して制御する。

【００２９】

【数５】

【００３０】が成立するとき、流量制御弁１２，１３の
流量制御は行わず、すなわち熱源機８，９の負荷配分制
御は行わないものとする。数５のβは、予め定めたヒス
テリシス特性を達成するための一定の値である。

【００３１】図３は、処理回路５７の動作を説明するた
めのフローチャートである。ステップａ１からステップ
ａ２に移り、圧力検出器５３，５４から、供給温水と戻
り温水との差圧△Ｐを求め、次のステップａ３では、流
量制御弁５２の開度に対応した値ＣＶをメモリから読出
して設定し、次のステップａ４では、前述の数１に基づ
いて、バイパス流量制御弁５２を介する温水のバイパス
流量に対応した負荷ＦＢを演算して求める。ステップａ
５では、（ＦＢ−α）の絶対値が、予め定めるヒステリ
シスの値β以下であるかどうかが判断され、そうでなけ
れば、すなわち（ＦＢ−α）が大きいときには、次のス
テップａ６に移り、数２に基づき、地域暖房の熱源機
８，９によって負担すべき総負荷ＦＴを求める。ステッ
プａ７では負荷率Ｋを求め、ステップａ８では各熱源機
８，９が、数４で示される分担負荷Ｆｉ_SVを演算して求
め、各分担すべき負荷Ｆｉ_SVで熱源機８，９の流量制御
弁１２，１３の開度を設定する。

【００３２】このようにして、戻りヘッダ２の温水を一
定にし、したがってコージェネレーション装置２８の排
熱回収効率を高く維持したままで、熱源機８，９の能力
に対する負荷率Ｋを同一の値に保ちながら、熱源機８，
９を動作させる。こうして、コージェネレーション装置
２８が、たとえ故障などによって休止したとしても、地
域暖房のために熱源機８，９の負荷を増大して円滑に暖
房を続行することが可能となる。

【００３３】上述の実施例では熱源機８，９の負荷率Ｋ
が等しくなるように、制御されたけれども、本発明の他
の実施例として、熱源機８，９の効率に違いがあり、熱
源機８の効率が低く、熱源機９の効率が高いときには、
図４に示される動作を行って、効率をできるだけ高くな
るようにして動作を行う。図４のステップｂ１〜ｂ５
は、前述の実施例における図３のステップａ１〜ａ５と
同一であり、暖房負荷の減少時には、まずステップｂ６
において効率の低い熱源機８を制御し、ステップｂ７に
おいてその熱源機８の流量制御弁１２が閉じて、熱源機
８が休止したときには、次に、ステップｂ８において効
率の高い熱源機９を制御する。また暖房負荷の増大時に
は、ステップｂ１０において、効率の高い熱源機９を制
御して暖房負荷の増大に適応するように流量制御弁１３
の開度を開き、その結果、流量制御弁１３が全開状態と
なったことがステップｂ１１で判断されると、次のステ
ップｂ１２に移り、効率の低い熱源機８が制御される。
このようにして負荷の減少時および増大時に、効率が可
及的に大きく保たれるように、熱源機８，９の動作が制
御される。

【００３４】本発明は、暖房だけでなく、冷房のために
もまた実施することができ、この冷房時には、熱源機
８，９は冷水を供給する吸収式冷凍機などによって実現
することができ、またコージェネレーション装置２８で
は、熱機関の排熱を利用する吸収式冷凍機によって冷水
を熱交換器２９に循環供給する構成とすればよい。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、暖房また
は冷房の負荷に接続される供給ヘッダと戻りヘッダと
に、複数の熱源機とコージェネレーション装置とを接続
し、供給ヘッダと戻りヘッダとの差圧が一定になるよう
に、これらの各ヘッダ間に接続されたバイパス管路に介
在されている流量制御弁の開度を制御し、暖房または冷
房の負荷に応じて、戻りヘッダからの温水または冷水の
温度が一定となるように、複数の各熱源機を制御し、こ
れによってコージェネレーション装置の負荷をできるだ
け一定とすることができる。したがってコージェネレー
ション装置の排熱回収効率を高く維持したままで暖房ま
たは冷房を行うことができる。またコージェネレーショ
ン装置は、電力として１００％負荷で運転を続行し、電
力優先で運転を行うことができ、コスト的に有利であ
る。

【００３６】また本発明に従えば、複数の熱源機は、そ
の能力に応じて負荷率が等しくなるように動作され、し
たがってコージェネレーション装置がたとえば故障など
によって休止したときにおいても、熱源機の運転をその
まま続行して暖房または冷房の運転を続けることができ
る。

【００３７】また本発明によれば、効率が異なる複数の
熱源機のうち、暖房または冷房の負荷の減少時には、そ
の効率が低い熱源機から順に発生熱量を小さくしてゆ
き、また暖房または冷房の負荷の増大時には、高い効率
を有する熱源機から順に発生熱量を大きくし、こうして
全体の効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体の系統図である。

【図２】値ＣＶをバイパス流量制御弁５２の開度に対応
して設定する動作を説明するためのグラフである。

【図３】図１および図２に示される実施例の動作を説明
するためのフローチャートである。

【図４】本発明の他の実施例の動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１ 供給ヘッダ ２ 戻りヘッダ ４ 暖房機器 ８，９ 熱源機 １２，１３，４５，５２ 流量制御弁 ２８ コージェネレーション装置 Ｐ１〜Ｐ５ ポンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給ヘッダと、 戻りヘッダと、 戻りヘッダからの戻り温水または冷水を、加熱または冷
   却して供給ヘッダに供給する複数の熱源機と、 戻りヘッダからの戻り温水または冷水を、加熱または冷
   却して供給ヘッダに供給するコージェネレーション装置
   と、 供給ヘッダから戻りヘッダへ温水または冷水をバイパス
   するバイパス管路と、 バイパス管路に介在される流量制御弁と、 供給ヘッダと戻りヘッダとの差圧を検出する差圧検出手
   段と、 差圧検出手段の出力に応答し、検出された差圧が一定に
   なるように、流量制御弁の開度を制御する手段と、 暖房または冷房の負荷を検出する手段と、 負荷検出手段の出力に応答して、戻りヘッダからの温水
   または冷水の温度が一定となるように、複数の各熱源機
   を制御する熱源機制御手段とを含むことを特徴とする暖
   房または冷房のための装置。
2. 【請求項２】 熱源機制御手段は、熱源機の能力に応じ
   た負荷率が等しくなるように各熱源機を動作させること
   を特徴とする請求項１記載の暖房または冷房のための装
   置。
3. 【請求項３】 熱源機制御手段は、暖房または冷房の負
   荷の減少時に熱源機を、効率が低いものから順に発生熱
   量を小さくし、負荷の増大時に、熱源機を、効率が高い
   ものから順に発生熱量を大きくすることを特徴とする請
   求項１記載の暖房または冷房のための装置。