JPH0814104A - Cogeneration system - Google Patents

Cogeneration system

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Publication number
JPH0814104A
JPH0814104A JP16576194A JP16576194A JPH0814104A JP H0814104 A JPH0814104 A JP H0814104A JP 16576194 A JP16576194 A JP 16576194A JP 16576194 A JP16576194 A JP 16576194A JP H0814104 A JPH0814104 A JP H0814104A
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JP
Japan
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hot water
prime mover
heat
thermal efficiency
water heater
Prior art date
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Pending
Application number
JP16576194A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Tanaka
崇 田中
Hisashi Sumiya
尚志 炭矢
Tsutomu Uno
努 宇野
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Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0814104A publication Critical patent/JPH0814104A/en
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

PURPOSE:To improve thermal efficiency of a cogeneration system having a hot water heater for electrically heating hot water staying in a hot water storage cell by using excessive electric power and a hot water vessel. CONSTITUTION:A cogeneration system is provided with an efficiency storing means for storing the power generation efficiency of a prime mover 1/generator 3 system as a function for using a working rate, etc., of the prime mover as a parameter, storing the thermal efficiency of a prime mover 1/water heat exchanger 5 system as a function for using the working rate, etc., of the prime mover as a parameter and storing the thermal efficiency of a hot water vessel 7 as a function for using an air temperature, a water supply temperature, etc., as parameters. This is also provided with a prime mover control means for controlling the working rate of the prime mover according to an electric load or a heat load not a hot water vessel control means for controlling driving of the hot water vessel 7. This is further provided with a heat output shortage dealing determination instructing means for calculating, when heat output shortage is expected in the near future, a total thermal efficiency for dealing with a heat output shortage by increasing the working rate of the prime mover and that for dealing with this by actuating the hot water vessel and selecting either one of a higher total thermal efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、都市ガス等を燃料とす
るガスエンジン等を原動機とし、発電及び給湯（その他
の熱媒体供給を含む）を行うコージェネレーションシス
テム（発電兼用給湯装置）に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cogeneration system (power generation and hot water supply device) which uses a gas engine or the like using city gas as a fuel and which performs power generation and hot water supply (including other heat medium supply).

【０００２】[0002]

【従来の技術】都市ガスを燃料とするガスエンジンを原
動機として発電及び給湯を行うコージェネレーションシ
ステムは、現在多数実用に供せられている。電気ととも
に大量の熱エネルギー（お湯、蒸気等）を消費する工場
やホテル、病院、オフィスにおいては、コージェネレー
ションシステムを設置して電気とお湯等を得ることがな
されている。この際、燃料のエネルギーの内、約３０％
を電気に、約４０％をお湯や蒸気の熱エネルギーに変換
することができる。したがって、総合熱効率は約７０％
と、きわめて高い。なお、一般的な発電・送電システム
における総合的な発電効率は約３５％である。2. Description of the Related Art Many cogeneration systems for generating electricity and supplying hot water by using a gas engine that uses city gas as a prime mover are put into practical use at present. In factories, hotels, hospitals, and offices that consume a large amount of heat energy (hot water, steam, etc.) together with electricity, a cogeneration system is installed to obtain electricity and hot water. At this time, about 30% of the fuel energy
Can be converted into electricity, and about 40% can be converted into heat energy of hot water or steam. Therefore, the total thermal efficiency is about 70%
And very expensive. The overall power generation efficiency of a general power generation / transmission system is about 35%.

【０００３】このコージェネレーションシステムの運転
制御における基本的な考え方として、電主熱従運転と熱
主電従運転とがある。前者はコージェネレーションシス
テムの設置された建築物における電力消費機器の全電気
負荷（需要）に応じてコージェネレーションシステムの
運転パターンが設定され、その運転に伴って発生する熱
出力をできるだけ有効に利用しよう、という考え方であ
る。後者はその逆の考え方である。一般的な建築物のコ
ージェネレーションシステムの場合、電主熱従運転が多
い。コージェネレーションシステムの熱出力よりも建築
物の熱負荷（需要）が大きい場合は、コージェネレーシ
ョンシステムとは別途のボイラーを焚いて不足の熱負荷
を満たしている。As a basic idea in the operation control of this cogeneration system, there are an electric main heat slave operation and a thermal main power slave operation. In the former, the operation pattern of the cogeneration system is set according to the total electric load (demand) of the power consuming equipment in the building where the cogeneration system is installed, and the heat output generated by the operation should be used as effectively as possible. The idea is. The latter is the opposite way of thinking. In the case of general building cogeneration systems, there are many electric mains and subordinate operations. When the heat load (demand) of the building is larger than the heat output of the cogeneration system, a boiler separate from the cogeneration system is fired to satisfy the insufficient heat load.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、電気負荷が低
いためコージェネレーションシステムの電気出力の余裕
がある（コージェネレーションシステムの稼働率が低
い）場合であって、その際の熱出力よりも熱負荷が大と
いう場合がある。この場合、足りない熱出力を補うため
別途のボイラーを運転することとなる。しかし、そのよ
うなボイラーは意外と熱効率が低い（６５％〜７０％）
場合もあり、コージェネレーションシステムの総合熱効
率の方が高い場合もある。ところが、従来のコージェネ
レーションシステムの場合、余った電力を熱に変えて蓄
えておく設備配慮が施されていなかった。そのため、コ
ージェネレーションシステムの稼働率が低いにもかかわ
らず、別途のボイラーを運転せざるを得なかった。However, when the electric load of the cogeneration system has a margin because the electric load is low (the operating rate of the cogeneration system is low), the heat load is higher than the heat output at that time. May be large. In this case, a separate boiler is operated to compensate for the insufficient heat output. However, such a boiler has unexpectedly low thermal efficiency (65% to 70%).
In some cases, the overall thermal efficiency of the cogeneration system may be higher. However, in the case of the conventional cogeneration system, no consideration was given to equipment for converting surplus power into heat and storing it. Therefore, despite the low operation rate of the cogeneration system, a separate boiler had to be operated.

【０００５】本発明者らは、余剰電力を熱エネルギーと
して貯蔵することができ、総合的な省エネに貢献すると
ともに、負荷変動に対する対応能力の向上したコージェ
ネレーションシステムを提供することを目的とし、貯湯
槽内の温水を電気加熱する温水ヒータと、発電機から温
水ヒータへ余剰電力を供給する余剰電力供給手段とを具
備するコージェネレーションシステムを提案している。The present inventors aim to provide a cogeneration system capable of storing surplus electric power as heat energy, contributing to comprehensive energy saving, and having an improved ability to cope with load fluctuations. A cogeneration system is proposed, which includes a hot water heater that electrically heats hot water in a tank, and a surplus power supply unit that supplies surplus power from a generator to the hot water heater.

【０００６】本発明は、上記提案のコージェネレーショ
ンシステムをさらに進歩させ、より熱効率の高いコージ
ェネレーションシステムを提供することを目的とする。An object of the present invention is to further improve the above-mentioned proposed cogeneration system and to provide a cogeneration system having higher thermal efficiency.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、コージェネレーションシステムは、原動機と、この
原動機によって駆動される発電機と、原動機の排熱（冷
却除去熱含む）を利用して温水を製造する温水熱交換器
と、温水を貯留する貯湯槽と、この貯湯槽内の温水を電
気加熱する温水ヒータと、上記発電機から温水ヒータへ
余剰電力を供給する余剰電力供給手段と、温水熱交換器
とは別系統の上記貯湯槽に温水を供給する温水器と、不
足電力を商用電源から供給する電力補充手段と上記原動
機・発電機系の発電効率を該原動機の稼働率等をパラメ
ータとした関数として記憶し、上記原動機・温水熱交換
器系の熱効率を該原動機の稼働率等をパラメータとした
関数として記憶し、上記温水器の熱効率を気温や給水温
度等をパラメータとした関数として記憶する、効率記憶
手段と、電気負荷又は熱負荷に応じて原動機の稼働率を
制御する原動機制御手段と、温水器の運転を制御する温
水器制御手段と、電気負荷が定格出力未満のため原動機
の稼働率が１００％未満であって、熱出力が現在不足し
ているか又は近い将来において不足すると予測される場
合、原動機の稼働率を上昇させ、上記温水熱交換器の熱
出力を上げるとともに余剰電力を温水ヒータに投入して
熱出力を補充することにより該熱出力不足に対応する場
合の総合熱効率、及び、上記温水器を稼働させて温水を
貯湯槽に補充することにより該熱出力不足に対応する場
合の総合熱効率を演算し、いずれか総合熱効率の高い方
を選択して上記原動機制御手段及び温水器制御手段に運
転指令を発する熱出力不足対応判定指令手段と、を具備
することを特徴とする。In order to solve the above problems, a cogeneration system uses a prime mover, a generator driven by the prime mover, and waste heat (including cooling removal heat) of the prime mover to generate hot water. A hot water heat exchanger to be manufactured, a hot water storage tank for storing hot water, a hot water heater for electrically heating the hot water in the hot water storage tank, an excess power supply means for supplying excess power from the generator to the hot water heater, and a hot water heat A water heater for supplying hot water to the hot water storage tank of a system different from the exchanger, a power replenishing means for supplying a shortage of electric power from a commercial power source, a power generation efficiency of the prime mover / generator system, and an operating rate of the prime mover as parameters. Stored as a function, the thermal efficiency of the prime mover / hot water heat exchanger system is stored as a function with the operating rate of the prime mover as a parameter, and the thermal efficiency of the hot water generator as a parameter such as the air temperature and the feed water temperature. Stored as a function, efficiency storage means, prime mover control means for controlling the operating rate of the prime mover according to the electric load or heat load, water heater control means for controlling the operation of the water heater, and the electric load is less than the rated output. Therefore, when the operation rate of the prime mover is less than 100% and the heat output is currently insufficient or is predicted to be insufficient in the near future, the operation rate of the prime mover is increased and the heat output of the hot water heat exchanger is increased. The overall thermal efficiency in the case of responding to the heat output shortage by raising the heat power and supplying surplus power to the hot water heater to supplement the heat output, and by operating the water heater to supplement the hot water to the hot water storage tank. A thermal output shortage response determination finger that calculates the overall thermal efficiency when responding to an output shortage, selects whichever has the higher overall thermal efficiency and issues an operation command to the prime mover control means and the water heater control means. Characterized by comprising a means.

【０００８】[0008]

【作用】本発明のコージェネレーションシステムは、原
動機で発生する排ガスや原動機冷却水の有する顕熱を温
水熱交換器で回収して温水を製造する。製造された温水
は貯湯槽内に貯留される。この貯湯槽内には、温水ヒー
タが設けられており、貯湯槽内の温水を電気加熱するこ
とができる。コージェネレーションシステムの電気出力
から電気負荷を引いた残りの余剰電力は、発電機から余
剰電力供給手段を通じて温水ヒータに送られ、温水の加
熱に供せられて温水の熱エネルギーの形で蓄えられ、あ
るいは利用される。温水ヒータ部の電気→熱変換効率は
ほぼ１００％であるので、排熱利用と合わせれば、ボイ
ラーと遜色のない、熱効率の高い温水製造を行うことが
できる。また、コージェネレーションシステムの稼働率
が高まることにより、発電機の発電効率が向上する効果
も得られる。一方、熱出力不足のとき、これに対応する
のに温水器を用いて都市ガスを焚いて温水を製造しても
よい。このような温水器があれば、コージェネレーショ
ンシステムの電気・熱出力が最大となってもまだ熱が足
りないようなときであっても、貯湯槽に別系統で温水を
供給できる。The cogeneration system of the present invention produces hot water by recovering the sensible heat of the exhaust gas generated by the prime mover and the cooling water of the prime mover by the hot water heat exchanger. The produced hot water is stored in the hot water storage tank. A hot water heater is provided in the hot water storage tank, and the hot water in the hot water storage tank can be electrically heated. The remaining surplus power obtained by subtracting the electric load from the electric output of the cogeneration system is sent from the generator to the hot water heater through the surplus power supply means, is used for heating the hot water, and is stored in the form of thermal energy of the hot water. Or used. Since the electricity-to-heat conversion efficiency of the hot water heater is almost 100%, it is possible to produce hot water with high thermal efficiency, which is comparable to the boiler when combined with the use of waste heat. In addition, by increasing the operating rate of the cogeneration system, it is possible to obtain the effect of improving the power generation efficiency of the generator. On the other hand, when the heat output is insufficient, a hot water heater may be used to cope with this, and hot water may be produced by burning city gas. With such a water heater, hot water can be supplied as a separate system to the hot water storage tank even when the electric power and heat output of the cogeneration system are at their maximum and the heat is still insufficient.

【０００９】このように、熱出力不足に対応する２つの
手段を有する場合に、それらのいずれを選択するのかが
次に問題となる。例えば原動機の稼働率がかなり低くて
発電効率が低い場合には、原動機の稼働率を少々上げて
も発電効率が依然として低いため、原動機の稼働率を上
げて熱出力不足に対応するよりも、単純に温水器を稼働
させて温水を補充したほうがよい。一方、原動機の稼働
率がかなり高くなるような場合には、原動機の稼働率を
上げて熱出力不足に対応した方が総合的な熱効率が高く
なって経済的である。本発明の熱出力不足対応判定指令
手段は、状況に合わせて、いずれの熱補充手段を採るか
を決定する。As described above, when the two means for dealing with the insufficient heat output are provided, which of them is to be selected becomes a next problem. For example, if the operating rate of the prime mover is considerably low and the power generation efficiency is low, the power generation efficiency is still low even if the operating rate of the prime mover is slightly increased, so it is simpler than raising the operating rate of the prime mover to cope with the heat output shortage. It is better to operate the water heater and refill hot water. On the other hand, when the operating rate of the prime mover is considerably high, it is economical to increase the operating rate of the prime mover to cope with the shortage of heat output because the overall thermal efficiency is high. The heat output insufficiency determination command means of the present invention determines which heat replenishing means is to be used according to the situation.

【００１０】[0010]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明の一実施例に係るコージェネレーションシステム
の系統図である。図１のコージェネレーションシステム
は、ガスエンジン１、発電機３、温水熱交換器５、温水
器１７、貯湯槽７等の主要設備から構成されている。Embodiments of the present invention will be described below. Figure 1
It is a systematic diagram of the cogeneration system which concerns on one Example of this invention. The cogeneration system of FIG. 1 is composed of a gas engine 1, a generator 3, a hot water heat exchanger 5, a water heater 17, a hot water tank 7, and other main equipment.

【００１１】ガスエンジン１（原動機）は、往復動タイ
プの内燃機関であり、都市ガスライン２から都市ガスの
供給を受けて稼働する。ガスエンジン１の出力軸は発電
機３の入力軸に連結されており、発電機３が駆動され、
発電が行われる。発電された電力は、電路６２を通じ
て、電力消費機器６３に送られる。電力消費機器６３の
負荷が発電機３の能力をオーバーしている場合は、商用
電路６５から商用電力の供給を受ける。また、発電機３
の出力が電力消費機器６３の負荷を上回る場合は、余剰
電力を、電路１３（余剰電力供給手段）を通じて貯湯槽
７の温水ヒータ１１に送ることもできる。The gas engine 1 (motor) is a reciprocating type internal combustion engine, which operates by receiving city gas supply from the city gas line 2. The output shaft of the gas engine 1 is connected to the input shaft of the generator 3, the generator 3 is driven,
Power is generated. The generated power is sent to the power consuming device 63 through the electric path 62. When the load of the power consuming device 63 exceeds the capacity of the generator 3, commercial power is supplied from the commercial power line 65. Also, the generator 3
When the output of the above exceeds the load of the power consumption device 63, the surplus power can be sent to the hot water heater 11 of the hot water storage tank 7 through the electric line 13 (surplus power supply means).

【００１２】ガスエンジン１のハウジング等には冷却水
水路２１が設けられており、ガスエンジン１は水冷され
ている。この冷却水水路２１を出た冷却水は廃ガス熱交
換器２５において、ガスエンジン１の廃ガスによって加
熱される。なお、ガスエンジン１の廃ガスは、廃ガス排
出路２３から廃ガス熱交換器２５に送られ、その後放出
される。廃ガス熱交換器２５を出た冷却水は、高温冷却
水路２７を通って、温水熱交換器５に送られる。A cooling water channel 21 is provided in the housing of the gas engine 1, and the gas engine 1 is water-cooled. The cooling water exiting the cooling water channel 21 is heated by the waste gas of the gas engine 1 in the waste gas heat exchanger 25. The waste gas of the gas engine 1 is sent from the waste gas discharge path 23 to the waste gas heat exchanger 25, and then discharged. The cooling water discharged from the waste gas heat exchanger 25 is sent to the hot water heat exchanger 5 through the high temperature cooling water passage 27.

【００１３】温水熱交換器５においては、高温冷却水の
熱が、給水管３１から来る水や、各熱消費機器４７に送
られる熱媒の加熱に用いられる。すなわち、水道から供
給される水は、給水管３１から流量制御弁１５を通り、
温水熱交換器５で約８０℃に加熱され、温水配管３５を
通って貯湯槽７に送られる。In the hot water heat exchanger 5, the heat of the high temperature cooling water is used to heat the water coming from the water supply pipe 31 and the heating medium sent to each heat consuming device 47. That is, the water supplied from the water supply passes from the water supply pipe 31 through the flow control valve 15,
It is heated to about 80 ° C. by the hot water heat exchanger 5 and sent to the hot water storage tank 7 through the hot water pipe 35.

【００１４】熱媒は、熱消費機器４７（暖房や吸収式冷
房等）から熱媒ポンプ４３によって温水熱交換器５に送
られて加熱され、熱媒管４９を通って各熱消費機器４７
に送られる。場合によっては、熱消費機器４７から戻る
熱媒は、三方切替弁４５から熱媒管５５を通って貯湯槽
７に送られ、貯湯槽７で一次加熱された後に、熱媒管５
３を通って温水熱交換器５で二次加熱される。The heat medium is sent from the heat consuming device 47 (heating, absorption cooling, etc.) to the hot water heat exchanger 5 by the heat medium pump 43 and heated, and passes through the heat medium pipe 49 to reach each heat consuming device 47.
Sent to In some cases, the heat medium returned from the heat consuming device 47 is sent from the three-way switching valve 45 through the heat medium pipe 55 to the hot water storage tank 7 and is primarily heated in the hot water storage tank 7, and then the heat medium pipe 5
Secondary heating is carried out in the hot water heat exchanger 5 through 3.

【００１５】貯湯槽７には、電気加熱の温水ヒータ１１
が設けられている。この温水ヒータ１１は、発電機３か
ら余剰電力の供給を受け、貯湯槽内の温水を電気抵抗加
熱するためのものである。つまり、余剰電力を熱エネル
ギーに替えて貯湯槽７内に貯蔵するのである。The hot water storage tank 7 is provided with an electrically heated hot water heater 11.
Is provided. The hot water heater 11 is supplied with surplus electric power from the generator 3 and electrically heats the hot water in the hot water tank. That is, the surplus power is converted into thermal energy and stored in the hot water storage tank 7.

【００１６】貯湯槽７に温水を供給する設備として、温
水熱交換器５から貯湯槽７に入る温水配管３５とは別系
統で、温水器１７が設けられている。温水器１７は、都
市ガス等を燃料として、給水管３１から供給される水を
加熱して温水とし、貯湯槽７に送る。この温水器１７
は、ガスエンジン１の出力が最大となっているのに温水
が足らないような場合や、ガスエンジン１を稼働させる
にはあまりに電力負荷が低くて効率が悪いような場合
に、不足する温水を製造する。貯湯槽７の温水は、温水
消費機器６１（風呂等）にポンプ６０によって送られて
消費される。As equipment for supplying hot water to the hot water storage tank 7, a water heater 17 is provided in a system different from the hot water pipe 35 that enters the hot water storage tank 7 from the hot water heat exchanger 5. The water heater 17 heats the water supplied from the water supply pipe 31 into hot water by using city gas or the like as fuel, and sends it to the hot water storage tank 7. This water heater 17
Is the maximum output of the gas engine 1 but not enough hot water, or when the power load is too low to operate the gas engine 1 and the efficiency is poor To manufacture. The hot water in the hot water storage tank 7 is sent to the hot water consuming device 61 (bath or the like) by the pump 60 and consumed.

【００１７】次に、図１の実施例のコージェネレーショ
ンシステムの基本的な運転制御方法について説明する。
図２は、コージェネレーションシステムの電主熱従運転
に係る運転制御状態の一例を示すグラフである。グラフ
（Ａ）は、時間（横軸）と電気負荷（縦軸）との関係を
示すグラフであり、グラフ（Ｂ）は、時間（横軸）と熱
負荷（縦軸）との関係を示すグラフである。Next, a basic operation control method of the cogeneration system of the embodiment shown in FIG. 1 will be described.
FIG. 2 is a graph showing an example of the operation control state related to the main heat-subordinate operation of the cogeneration system. Graph (A) is a graph showing the relationship between time (horizontal axis) and electric load (vertical axis), and graph (B) shows the relationship between time (horizontal axis) and heat load (vertical axis). It is a graph.

【００１８】まず、図２（Ａ）において、山のような形
の太い曲線は電気負荷を示す。水平に引かれている破線
は、ガスエンジン・発電機系の最大電気出力を示す。電
気負荷は、時間につれて、ＡからＢ、Ｃと上昇し、Ｃで
ピークを迎える。その後Ｄ、Ｅと下降する。ＡからＢ、
及びＤからＥの部分は、電気負荷が最大出力を下回って
おり、ガスエンジンは部分負荷運転（稼働率が１００
％未満の運転）を行っている。Ｂ−Ｃ−Ｄの部分は、電
気負荷が最大出力を上回っている。したがって、ガスエ
ンジンは定格運転（稼働率が１００％の運転）を行っ
ていると同時に、商用電源補充もなされている。First, in FIG. 2A, a thick curve having a mountain-like shape indicates an electric load. The dashed line drawn horizontally indicates the maximum electric output of the gas engine / generator system. The electric load rises from A to B and C with time, and reaches a peak at C. After that, it descends to D and E. A to B,
In the parts from D to E, the electric load is below the maximum output, and the gas engine is in partial load operation (operation rate is 100%).
Driving less than%). In the part of B-C-D, the electric load exceeds the maximum output. Therefore, the gas engine is performing the rated operation (operation with an operating rate of 100%), and at the same time, the commercial power supply is replenished.

【００１９】次に、図２（Ｂ）において、山のような形
の太い曲線は熱負荷を示す。台形状の破線は、図２
（Ａ）に示されている電気出力を出すためのコージェネ
レーションシステムの運転に伴って生じる熱出力を示
す。熱負荷は、時間につれて、ａからｂ、ｃと上昇し、
ｃでピークを迎える。その後ｄ、ｅと下降する。ａから
ｂ、及びｄからｅの部分は、熱負荷が熱出力を下回って
おり、その時現在としては熱が余っている。ｂ−ｃ−ｄ
の部分は、熱負荷が熱出力を上回っており、その時現在
としては熱が不足している。熱は、電気と違って，貯蔵
できるので、ａ−ｂ、ｄ−ｅ間の熱余剰（２）は、温水
の熱エネルギの形で貯湯槽内に溜めておく。そして、ｂ
−ｄ間等の熱不足（３）を、その貯蔵熱エネルギによっ
て補うのである。Next, in FIG. 2 (B), a thick curve having a mountain-like shape indicates a heat load. The trapezoidal broken line is shown in FIG.
The heat output produced with the operation of the cogeneration system for producing the electrical output shown in (A) is shown. The heat load increases from a to b and c with time,
peak at c. After that, it descends to d and e. In the portions a to b and d to e, the heat load is below the heat output, and at that time, there is excess heat. b-c-d
The heat load exceeds the heat output in the area, and at that time, the heat is insufficient. Since heat can be stored unlike electricity, the heat surplus (2) between ab and de is stored in the hot water storage tank in the form of heat energy of hot water. And b
The heat shortage (3) such as between -d is compensated by the stored heat energy.

【００２０】しかし、熱不足（３）がａ−ｂ間の熱余剰
（２）で補い切れない場合もある。そのような事態に対
処する方法として、上述したように、ガスエンジンの稼
働率を上げて、ａ−ｂ間の熱余剰、すなわち熱貯蔵（図
２（Ｂ）の斜線分）を多くして対処する方法と、熱不足
（３）が生じた時点で温水器を運転して熱補充する方法
との二つの方法がある。本発明においては、両者のいず
れが得かを判断して選択する。However, the heat shortage (3) may not be completely compensated by the heat surplus (2) between a and b. As a method of coping with such a situation, as described above, the operating rate of the gas engine is increased to increase the heat surplus between a and b, that is, the heat storage (the hatched portion in FIG. 2B) to deal with it. There are two methods: a method of doing so and a method of operating the water heater to replenish the heat when the heat shortage (3) occurs. In the present invention, the selection is made by judging which of the two is advantageous.

【００２１】次に、熱主電従運転について説明する。図
２は、コージェネレーションシステムの熱主電従運転に
係る運転制御状態の一例を示すグラフである。グラフ
（Ａ）は、時間（横軸）と熱負荷（縦軸）との関係を示
すグラフであり、グラフ（Ｂ）は、時間（横軸）と電気
負荷（縦軸）との関係を示すグラフである。Next, the thermal main-power slave operation will be described. FIG. 2 is a graph showing an example of the operation control state related to the thermal main power subordinate operation of the cogeneration system. Graph (A) is a graph showing the relationship between time (horizontal axis) and heat load (vertical axis), and graph (B) shows the relationship between time (horizontal axis) and electric load (vertical axis). It is a graph.

【００２２】図３（Ａ）において、山のような形の太い
曲線は熱負荷を示す。水平に引かれている破線は、ガス
エンジン・温水熱交換器系の最大熱出力を示す。熱負荷
は、時間につれて、ＡからＢ、Ｃと上昇し、Ｃでピーク
を迎える。その後Ｄ、Ｅと下降する。ＡからＢ、及びＤ
からＥの部分は、熱負荷が最大出力を下回っており、ガ
スエンジンは部分負荷運転（稼働率が１００％未満の
運転）を行っている。Ｂ−Ｃ−Ｄの部分は、熱負荷が最
大出力を上回っている。したがって、ガスエンジンは定
格運転（稼働率が１００％の運転）を行っていると同
時に、貯湯槽からの熱補充等もなされている。また必
要に応じて、温水器の運転もなされている。In FIG. 3A, a thick curve having a mountain-like shape indicates a heat load. The dashed line drawn horizontally indicates the maximum heat output of the gas engine / hot water heat exchanger system. The heat load increases from A to B and C with time, and reaches a peak at C. After that, it descends to D and E. A to B and D
The heat load is less than the maximum output in the portions from E to E, and the gas engine is performing a partial load operation (operation with an operating rate of less than 100%). In the part of B-C-D, the heat load exceeds the maximum output. Therefore, the gas engine is performing a rated operation (operation with an operating rate of 100%), and at the same time, heat is supplemented from the hot water storage tank. In addition, the water heater is operated as needed.

【００２３】次に、図３（Ｂ）において、山のような形
の太い曲線は電気負荷を示す。台形状の破線は、図３
（Ａ）に示されている熱出力を出すためのコージェネレ
ーションシステムの運転に伴って生じる電気出力を示
す。電気負荷は、時間につれて、ａからｂ、ｃと上昇
し、ｃでピークを迎える。その後ｄ、ｅと下降する。ａ
からｂ、及びｄからｅの部分は、電気負荷が電気出力を
下回っており、その時現在としては電気が余っている。
ｂ−ｃ−ｄの部分は、電気負荷が電気出力を上回ってお
り、その時現在としては電気が不足しており、商用電源
から電力を補充している。電気は、熱と違って，貯蔵で
きない（電池があればできるが一般的でない）ので、ａ
−ｂ、ｄ−ｅ間の電気余剰（２）は、貯湯槽７の温水ヒ
ータに送って温水の熱エネルギに変え、熱エネルギの形
で貯湯槽内に溜めておく。そして、図３（Ａ）に示され
ているＢ−Ｄ間等の熱不足を、その貯蔵熱エネルギに
よって補うのである。Next, in FIG. 3B, a thick curve having a mountain-like shape indicates an electric load. The trapezoidal broken line is shown in FIG.
The electric output produced with the operation of the cogeneration system for producing the heat output shown in (A) is shown. The electric load rises from a to b and c with time, and reaches a peak at c. After that, it descends to d and e. a
In the portions from b to d and from d to e, the electric load is below the electric output, and at that time, there is surplus electricity.
In the part b-c-d, the electric load exceeds the electric output, and at that time, there is a shortage of electricity at that time, and the electric power is replenished from the commercial power source. Electricity, unlike heat, cannot be stored (it can be done with batteries, but is not common).
The electric surplus (2) between −b and d−e is sent to the hot water heater of the hot water storage tank 7 to be converted into the heat energy of the hot water, and is stored in the hot water storage tank in the form of heat energy. Then, the heat shortage between B and D shown in FIG. 3A is compensated by the stored heat energy.

【００２４】しかし、熱不足が、ａ−ｂ間の電気余剰
（２）を変換した貯蔵熱で補い切れない場合もある。そ
のような事態に対処する方法として、上述したように、
ガスエンジンの稼働率を上げて、ａ−ｂ間の電気余剰、
すなわち貯蔵熱（図３（Ａ）の斜線部分）を多くして対
処する方法と、熱不足が生じた時点で温水器を運転し
て電気補充する方法との二つの方法がある。本発明にお
いては、両者のいずれが得かを判断して選択する。However, in some cases, the heat shortage cannot be completely compensated by the stored heat obtained by converting the electric surplus (2) between a and b. As a method to deal with such a situation, as described above,
Increase the operating rate of the gas engine, and the electric surplus between a and b,
That is, there are two methods, namely, a method of increasing the stored heat (hatched portion in FIG. 3A) to cope with it, and a method of operating the water heater to supplement electricity when the heat shortage occurs. In the present invention, the selection is made by judging which of the two is advantageous.

【００２５】次に、本実施例のコージェネレーションシ
ステムの制御系について説明する。図４は、本実施例の
コージェネレーションシステムの制御系の構成を示すブ
ロック図である。効率記憶手段１０１内の原動機・発電
機系発電効率記憶部１０２は、原動機・発電機系の発電
効率を、該原動機の稼働率等をパラメータとした関数と
して記憶している。また、効率記憶手段１０１内の原動
機・温水熱交換器系熱効率記憶部１０３は、原動機・温
水熱交換器系の熱効率を、該原動機の稼働率等をパラメ
ータとした関数として記憶している。効率記憶手段１０
１内の温水器熱効率記憶部１０４は、温水器の熱効率を
気温や給水温度等をパラメータとした関数として記憶し
ている。Next, the control system of the cogeneration system of this embodiment will be described. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the control system of the cogeneration system of this embodiment. The prime mover / generator system power generation efficiency storage unit 102 in the efficiency storage means 101 stores the power generation efficiency of the prime mover / generator system as a function with the operating rate of the prime mover as a parameter. Further, the prime mover / hot water heat exchanger system thermal efficiency storage unit 103 in the efficiency storage means 101 stores the heat efficiency of the prime mover / hot water heat exchanger system as a function with the operating rate of the prime mover as a parameter. Efficiency storage means 10
The water heater thermal efficiency storage unit 104 in 1 stores the thermal efficiency of the water heater as a function with the temperature and the water supply temperature as parameters.

【００２６】熱出力不足対応判定手段１０５内の熱出力
不足予測部１０６は、電気負荷が定格出力未満のため原
動機の稼働率が１００％未満の場合に、熱出力が現在不
足しているかをチェックするとともに、近い将来におい
て不足するかを予測する。また、熱出力不足対応判定手
段１０５内の総合熱効率演算部１０７は、上記のような
場合、原動機の稼働率を上昇させ、上記温水熱交換器の
熱出力を上げるとともに余剰電力を温水ヒータに投入し
て熱出力を補充することにより該熱出力不足に対応する
場合の総合熱効率、及び、上記温水器を稼働させて温水
を貯湯槽に補充することにより該熱出力不足に対応する
場合の総合熱効率を演算する。そして、熱出力不足対応
判定手段１０５内の選択部１０８は、２つの場合のいず
れか総合熱効率の高い方を選択する。熱出力不足対応判
定手段１０５内の運転指令部１０９は、上記選択に基づ
いて、原動機制御手段１１０及び温水器制御手段１１１
に運転指令を発する。The heat output shortage prediction unit 106 in the heat output shortage determination means 105 checks whether the heat output is currently insufficient when the operating rate of the prime mover is less than 100% because the electric load is less than the rated output. And predict if there will be a shortage in the near future. Further, in the above case, the total thermal efficiency calculation unit 107 in the heat output shortage determination means 105 increases the operating rate of the prime mover, raises the heat output of the hot water heat exchanger, and inputs surplus power to the hot water heater. The overall thermal efficiency in the case of responding to the insufficient heat output by replenishing the heat output, and the overall thermal efficiency in the case of responding to the insufficient heat output by operating the water heater to replenish hot water to the hot water tank Is calculated. Then, the selection unit 108 in the heat output deficiency determination unit 105 selects whichever of the two cases has the higher total thermal efficiency. The operation command unit 109 in the heat output deficiency determination unit 105, based on the above selection, is the motor control unit 110 and the water heater control unit 111.
Issue a driving command to.

【００２７】原動機の稼働率がかなり低くて発電効率が
低い場合には、原動機の稼働率を少々上げても発電効率
が依然として低いため、原動機の稼働率を上げて熱出力
不足に対応するよりも、単純に温水器を稼働させて温水
を補充したほうがよい。一方、原動機の稼働率がかなり
高くなるような場合には、原動機の稼働率を上げて熱出
力不足に対応した方が総合的な熱効率が高くなって経済
的である。本発明の熱出力不足対応判定指令手段は、状
況に合わせて、いずれの熱補充手段を採るかを決定す
る。When the operating rate of the prime mover is considerably low and the power generation efficiency is low, the power generation efficiency is still low even if the operating rate of the prime mover is slightly increased. Therefore, rather than increasing the operating rate of the prime mover to cope with the heat output shortage, , It is better to simply operate the water heater to supplement hot water. On the other hand, when the operating rate of the prime mover is considerably high, it is economical to increase the operating rate of the prime mover to cope with the shortage of heat output because the overall thermal efficiency is high. The heat output insufficiency determination command means of the present invention determines which heat replenishing means is to be used according to the situation.

【００２８】[0028]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のコージェネレーションシステムは、原動機の稼働率を
上げて熱出力不足に対応するか、温水器を稼働させて熱
出力不足に対応するかの判断にあたり、総合熱効率の高
いほうを選択するので、貯湯槽内の温水を余剰電力を用
いて電気加熱する温水ヒータと温水器とを具備するコー
ジェネレーションシステムの熱効率をより高めることが
できる。As is apparent from the above description, the cogeneration system of the present invention increases the operating rate of the prime mover to cope with insufficient heat output, or operates the water heater to cope with insufficient heat output. In determining the above, the one with higher overall thermal efficiency is selected, so that the thermal efficiency of the cogeneration system including the hot water heater and the water heater that electrically heats the hot water in the hot water storage tank by using the surplus power can be further increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の一実施例に係るコージェネレーション
システムの系統図である。FIG. 1 is a system diagram of a cogeneration system according to an embodiment of the present invention.

【図２】コージェネレーションシステムの電主電気従運
転に係る運転制御状態の一例を示すグラフである。グラ
フ（Ａ）は、時間（横軸）と電気負荷（縦軸）との関係
を示すグラフであり、グラフ（Ｂ）は、時間（横軸）と
電気負荷（縦軸）との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing an example of an operation control state related to main power / electrical slave operation of a cogeneration system. Graph (A) is a graph showing the relationship between time (horizontal axis) and electric load (vertical axis), and graph (B) shows the relationship between time (horizontal axis) and electric load (vertical axis). It is a graph.

【図３】コージェネレーションシステムの電気主電従運
転に係る運転制御状態の一例を示すグラフである。グラ
フ（Ａ）は、時間（横軸）と電気負荷（縦軸）との関係
を示すグラフであり、グラフ（Ｂ）は、時間（横軸）と
電気負荷（縦軸）との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing an example of an operation control state related to an electric main power subordinate operation of the cogeneration system. Graph (A) is a graph showing the relationship between time (horizontal axis) and electric load (vertical axis), and graph (B) shows the relationship between time (horizontal axis) and electric load (vertical axis). It is a graph.

【図４】本実施例のコージェネレーションシステムの制
御系の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a control system of the cogeneration system of this embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ガスエンジン ２ 都市ガスライ
ン ３ 発電機 ７ 貯湯槽 １１ 温水ヒータ １３ 電路 １５ 流量制御弁 １７ 温水器 ２１ 冷却水流路 ２５ 廃ガス熱交換器 ４５ 三方弁 ４７ 熱消費機器 ６１ 温水消費機
器1 gas engine 2 city gas line 3 generator 7 hot water tank 11 hot water heater 13 electric circuit 15 flow control valve 17 water heater 21 cooling water flow path 25 waste gas heat exchanger 45 three-way valve 47 heat consuming device 61 hot water consuming device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｇ 5/00 Ａ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display area F02G 5/00 A

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 原動機と、 この原動機によって駆動される発電機と、 原動機の排熱（冷却除去熱含む）を利用して温水を製造
する温水熱交換器と、 温水を貯留する貯湯槽と、 この貯湯槽内の温水を電気加熱する温水ヒータと、 上記発電機から温水ヒータへ余剰電力を供給する余剰電
力供給手段と、 温水熱交換器とは別系統の上記貯湯槽に温水を供給する
温水器と、 不足電力を商用電源から供給する電力補充手段と上記原
動機・発電機系の発電効率を該原動機の稼働率等をパラ
メータとした関数として記憶し、上記原動機・温水熱交
換器系の熱効率を該原動機の稼働率等をパラメータとし
た関数として記憶し、上記温水器の熱効率を気温や給水
温度等をパラメータとした関数として記憶する、効率記
憶手段と、 電気負荷又は熱負荷に応じて原動機の稼働率を制御する
原動機制御手段と、 温水器の運転を制御する温水器制御手段と、 電気負荷が定格出力未満のため原動機の稼働率が１００
％未満であって、熱出力が現在不足しているか又は近い
将来において不足すると予測される場合、原動機の稼働
率を上昇させ、上記温水熱交換器の熱出力を上げるとと
もに余剰電力を温水ヒータに投入して熱出力を補充する
ことにより該熱出力不足に対応する場合の総合熱効率、
及び、上記温水器を稼働させて温水を貯湯槽に補充する
ことにより該熱出力不足に対応する場合の総合熱効率を
演算し、いずれか総合熱効率の高い方を選択して上記原
動機制御手段及び温水器制御手段に運転指令を発する熱
出力不足対応判定指令手段と、 を具備することを特徴とするコージェネレーションシス
テム。1. A prime mover, a generator driven by this prime mover, a hot water heat exchanger that produces hot water by using exhaust heat (including cooling removal heat) of the prime mover, and a hot water storage tank that stores hot water. A hot water heater for electrically heating the hot water in the hot water storage tank, a surplus power supply means for supplying excess power from the generator to the hot water heater, and hot water for supplying hot water to the hot water storage tank in a system different from the hot water heat exchanger. And a power replenishing means for supplying insufficient power from a commercial power source, and the power generation efficiency of the prime mover / generator system is stored as a function with the operating rate of the prime mover as a parameter, and the thermal efficiency of the prime mover / hot water heat exchanger system is stored. Is stored as a function with the operating rate of the prime mover as a parameter, and the thermal efficiency of the water heater is stored as a function with parameters such as air temperature and water supply temperature. And motor control means for controlling the operation rate of the motives, and water heater control means for controlling the operation of the water heater, for the electrical load is less than the rated output engine operating ratio 100
%, And the heat output is currently insufficient or predicted to be insufficient in the near future, increase the operating rate of the prime mover, increase the heat output of the hot water heat exchanger, and supply surplus power to the hot water heater. Total thermal efficiency in the case of responding to the insufficient heat output by charging and replenishing the heat output,
And operating the water heater to replenish the hot water tank with hot water to calculate the total thermal efficiency in the case of dealing with the insufficient heat output, and select the one with the higher total thermal efficiency to select the motor control means and the hot water. A cogeneration system, comprising: a heat output shortage determination determination command means for issuing an operation command to the reactor control means;
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