JPH07139427A - コ・ジェネレーションシステムの最適温度制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】起動時に放熱器の３方弁を最適に制御して、エ
ンジンの入口温度を一定にしてエンジントリップを防止
し、システムの性能向上が可能なコ・ジェネレーション
システムの最適温度制御方式の提供。 【構成】発電機駆動エンジン２から発生した熱で加熱さ
れたシステムを流れる熱源水を利用する温水利用設備４
と、温水利用設備で吸収熱量を調整する第１の３方弁５
と、温水利用設備で使用しきれなかった熱量を外部に放
出する放熱器６の放出熱量を調整する第２の３方弁７
と、熱源水のエンジン入口温度を検出する温度センサ９
により検出された入口温度が所定の温度となるようフィ
ードバック制御して第２の３方弁７を調整するコントロ
ーラ８とを有し、エンジン出口温度を検出器１８で検出
した検出値と設定値との偏差から計算した熱量から計算
して求められる第２の３方弁７の弁開度をフィードフォ
ワード信号としてコントローラの制御出力に加算し、第
２の３方弁７の開度を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコ・ジェネレーションシ
ステムの最適温度制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のコ・ジェネレーションシステムを
図４の構成図について説明する。同図において、１は電
力を発生する発電機、２は発電機１を駆動するエンジン
である。配管１６から供給される熱源水はエンジン２で
発生する熱量により加熱される。この熱源水はエンジン
２から発生した排ガスを利用する排ガスボイラ３へと配
管１３により送られて加熱される。加熱された熱源水
は、ポンプ１１を介して熱源水を利用する温水利用設備
４に流れ、熱量を放出し、熱源水は冷却されて配管１５
を通って放熱器６に流れる。温水利用設備４の利用熱量
を調整するのは３方弁５である。また、温水利用設備４
で吸収しきれなかった熱量を外部に放出するため、放熱
器６とその放出熱量を調整する３方弁７が設けてある。
放熱器６にて冷却された熱源水は配管１６を通り、エン
ジン２に流れている。３方弁７の弁開度はコントローラ
８で制御されている。このシステムにおいて、エンジン
２の入口温度を温度センサ９が感知し、測定値をフィー
ドバック値としてコントローラ８に入力し、コントロー
ラ８の中のエンジン入口温度の設定値との偏差をＰＩＤ
演算して必要な弁開度を求め、エンジン２の入口温度が
設定値と一致するように３方弁７を制御している。

【０００３】このシステムは、一般的に系統連系されて
運転されており、エンジンの負荷がほぼ１００％である
ので出力変動がなく、エンジン発生熱量を一定と考える
ことができる。そして、冷却水入口温度を一定とするこ
とで、エンジンは安定に運転し、また、熱源水温度もほ
ぼ一定に保たれるため、効率的な熱利用が可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したコ
・ジェネレーションシステムにおいて、温水利用設備４
が動作していないとき、エンジン２が始動すると配管１
３に流れる熱源水の温度が急激に上昇する。このとき放
熱器６に接続されている３方弁７の弁開度の応答が遅く
て、必要な放熱量が温度上昇に追いつかず、エンジン出
口温度が上昇する。

【０００５】３方弁７の弁開度の応答が遅いのはコント
ローラ８のフィードバック制御系のゲインが、温度セン
サ９の応答により制限されるためである。その構造上、
一般に温度センサ９は１８０秒程度の応答時定数を持
ち、フィードバック系ではコントローラ８の応答時定数
は、３倍の５４０秒程度以上に上げることはできない。
このシステムでは熱源水をエンジンの冷却水としている
ため、熱源水のエンジン入口温度が上昇すると、エンジ
ン内で部分的にベーパー現象を発生する危険があり、エ
ンジンの故障の原因となる。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的はエンジン冷却水温度が所定の値より上昇
した場合はエンジントリップが起こるので、エンジンの
起動時に放熱器の３方弁を最適に制御して、エンジンの
入口温度を一定にしてエンジントリップを防止し、シス
テムの性能向上を図ることの可能なコ・ジェネレーショ
ンシステムの最適温度制御方式を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は発電機を駆動するエンジンから発生した熱
でシステムを流れる熱源水を加熱し，その加熱された熱
源水を利用する温水利用設備と、前記温水利用設備で吸
収熱量を調整する第１の３方弁と、前記温水利用設備で
使用しきれなかった熱量を外部に放出する放熱器と、前
記放熱器の放出熱量を調整する第２の３方弁と、熱源水
のエンジン入口温度を検出する温度センサと、前記温度
センサにより検出されたエンジン入口温度が所定の温度
となるようフィードバック制御を行って前記第２の３方
弁を調整するコントローラと、前記エンジン，温水利用
設備，放熱器のそれぞれの要素を熱源水が流れている配
管で接続されているコ・ジェネレーションシステムにお
いて、エンジン出口温度を検出器で検出し、その検出値
と設定値との偏差から熱量を計算し、その熱量から求め
られる前記第２の３方弁の弁開度を計算し、その弁開度
をフィードフォワード信号としてコントローラの制御出
力に加算し、前記第２の３方弁の開度を調節することを
特徴とする。

【０００８】

【作用】上記制御方式のように放熱器の出口温度の測定
値をフィードバックさせる制御系に、エンジン出口の設
定値とセンサの検出温度との偏差量から求められる弁開
度信号をフィードフォワードさせる制御を組み込むこと
によって、放熱器の弁制御の応答速度が速くなり、エン
ジンの熱源水入口温度を一定に保つことができ、また、
エンジン発生熱量を一定とすると、エンジンの出口温度
も一定に保つことができ、エンジントリップを防止でき
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例のシステム制御ブロック図
であり、図４と同一番号のものは同一の構成要素を示
す。

【００１０】同図において、エンジン入口温度を温度セ
ンサ９で検出し、コントローラ８のエンジン入口温度の
設定値との偏差をＰＩＤ演算して必要な弁開度を求め、
エンジン２の入口温度が設定値と一致するように３方弁
７を制御している。１７はエンジン２の出口温度の基準
値の設定器である。また、１８はエンジン出口温度を計
測する温度センサである。２０は熱量演算器であり、設
定器１７の値と温度センサ１８の検出値との偏差に流量
を乗じて放出熱量を演算する。

【００１１】図２の折れ線関数１９は、放熱器６の放出
熱量と３方弁７の弁開度特性を表す関数である。この折
れ線関数１９を用いて、放熱器６の３方弁７の弁開度を
決定し、この弁開度信号をフィードフォワード信号とし
て、コントローラ８の出力信号に加算し、フィードバッ
ク信号とフィードフォワード信号の和から最適な３方弁
７の弁開度を決定する。

【００１２】次に、本実施例の作用について説明する。
本実施例によるシステムは、温水利用設備４が稼働して
いない状態からエンジンを起動させると、温水利用設備
４で熱源水の熱量を吸収しないので、このときに発生す
る余剰熱量は放熱器６で外部に放出されることになる。

【００１３】まず、この放熱器６の放出熱量を決定し、
３方弁７に必要な弁開度を与える。このために、エンジ
ン２の入口温度をフィードバック信号として、コントロ
ーラ８の内部で設定値との偏差をＰＩＤ演算し弁開度を
求める。このフィードバック制御にフィードフォワード
制御を組み込み、放熱器６の最適な弁開度信号を出力す
る。このフィードフォワード値としては、エンジン２の
出口に設置している温度センサ１８の検出値と予め設定
器で設定していた温度との偏差から熱量を計算し、その
熱量から放熱系の放出熱量−弁開度特性を示す折れ線関
数１９を用いて、弁開度を計算した値を用いる。このこ
とによって、放熱器６の弁開度はエンジン２の出口温度
の上昇に追従するようになり余剰熱量を素早く放出する
ことができるようになる。従って、エンジン２の入口温
度を一定に保つことができ、また、エンジンの出口温度
も一定に保つことができる。

【００１４】本実施例による制御では、通常はフィード
フォワード制御により３方弁７の弁開度が最適に決定さ
れエンジン入口温度は一定に維持される。フィードフォ
ワードの折れ線関数の誤差や、エンジン発電量の変化に
よる外乱によりエンジン入口温度が変化したときにのみ
フィードバック制御により補正がかかる。フィードフォ
ワード制御は制御系の遅れはなくセンサの検出遅れのみ
であり速い応答の制御が可能である。

【００１５】上述したように、本実施例では放熱器６の
３方弁７をフィードフォワード制御を組み込んだ制御と
することによってエンジン入口温度が一定に制御され、
エンジン発生熱量一定と考えるとエンジン出口温度も一
定に保つことができ、システムの信頼性と温水利用設備
の効率が向上する。

【００１６】図３は本発明の他の実施例のシステム制御
ブロック図である。本実施例が上記実施例と相違する点
は設定器１７の代りにエンジン２の入口温度を検出する
温度センサ９で検出された検出値を用いた点のみであ
り、その他の点は同一であるので同一構成要素には同一
番号を付してその説明は省略する。

【００１７】図１の実施例では、設定器１７によるエン
ジン出口温度の設定値と温度センサ１８の検出値との偏
差から熱量演算器２０で熱量を求め、その熱量から折れ
線関数１９を用いて、適切な弁開度信号を得、その弁開
度信号をフィードフォワード信号として与えていた。

【００１８】一方、本実施例では上記設定値の代りに温
度センサ９の検出値と温度センサ１８の検出値との偏差
から放出する熱量を熱量演算器２０で演算し、その熱量
から折れ線関数１９を用いて、適切な弁開度を決定す
る。そして、その値をフィードフォワード信号として、
フィードバック制御に組み込んでも応答の速い制御が可
能である。そして、エンジン出口温度やエンジン入口温
度を一定に制御することができ、エンジントリップを防
止できる。

【００１９】以上の実施例においては排ガスボイラを備
えるタイプのものについて説明したが、排ガスボイラが
なくエンジンからの熱源水を直接温水利用設備に入れる
構成でも本発明の効果は同様に発揮される。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
エンジン出口温度の変化をフィードフォワード信号とし
てフィードバック制御に組み込むことによって、放熱器
の３方弁の応答速度を速め、エンジン入口温度を一定に
保ち、エンジントリップを防止する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコ・ジェネレーションシステムの制御
方式の一実施例の構成図。

【図２】図１に適用される折れ線関数１９の特性図。

【図３】本発明の他の実施例の構成図。

【図４】従来のコ・ジェネレーションシステム制御方式
の構成図。

【符号の説明】

１…発電機、２…エンジン、３…排ガスボイラ、４…温
水利用設備、５…３方弁、６…放熱器、７…３方弁、８
…コントローラ、９，１８…温度センサ、１１…ポン
プ、１２…エンジンからの発生熱量、１３，１４，１
５，１６，１７…エンジン出口温度の設定器、１９…熱
量から弁開度を求める折れ線関数、２０…熱量演算器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 秀和 大阪府大阪市西区千代崎３丁目２番95号 大阪瓦斯株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電機を駆動するエンジンから発生した
   熱でシステムを流れる熱源水を加熱し，その加熱された
   熱源水を利用する温水利用設備と、前記温水利用設備で
   吸収熱量を調整する第１の３方弁と、前記温水利用設備
   で使用しきれなかった熱量を外部に放出する放熱器と、
   前記放熱器の放出熱量を調整する第２の３方弁と、熱源
   水のエンジン入口温度を検出する温度センサと、前記温
   度センサにより検出されたエンジン入口温度が所定の温
   度となるようフィードバック制御を行って前記第２の３
   方弁を調整するコントローラと、前記エンジン，温水利
   用設備，放熱器のそれぞれの要素を熱源水が流れている
   配管で接続されているコ・ジェネレーションシステムに
   おいて、エンジン出口温度を検出器で検出し、その検出
   値と設定値との偏差から熱量を計算し、その熱量から求
   められる前記第２の３方弁の弁開度を計算し、その弁開
   度をフィードフォワード信号としてコントローラの制御
   出力に加算し、前記第２の３方弁の開度を調節すること
   を特徴としたコ・ジェネレーションシステムの最適温度
   制御方式。