JP2676197B2 - コ・ジェネレーションシステムの温度制御装置 - Google Patents
コ・ジェネレーションシステムの温度制御装置Info
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- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
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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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Landscapes
- Multiple-Way Valves (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Temperature (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジン入口の熱源水
温度を高精度に制御できるコ・ジェネレーションシステ
ムの温度制御装置に関する。
温度を高精度に制御できるコ・ジェネレーションシステ
ムの温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術のコ・ジェネレーションシステ
ムの制御ブロックの一例を図９を用いて説明する。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へ配管１３により送られて加熱される。この
加熱された熱源水は、ポンプ１１を介し配管１４により
熱源水を利用する温水利用設備４に流れ、ここで熱量を
放出することで熱源水は冷却され、配管１５を通って放
熱器６に流れる。放熱器６にて冷却された熱源水は配管
１６を通り、再びエンジン２に流入される。
ムの制御ブロックの一例を図９を用いて説明する。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へ配管１３により送られて加熱される。この
加熱された熱源水は、ポンプ１１を介し配管１４により
熱源水を利用する温水利用設備４に流れ、ここで熱量を
放出することで熱源水は冷却され、配管１５を通って放
熱器６に流れる。放熱器６にて冷却された熱源水は配管
１６を通り、再びエンジン２に流入される。
【０００３】温水利用設備４の利用熱量は３方弁５によ
って調整される。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
熱量を調節する３方弁７が設けてある。この３方弁７の
弁開度はコントローラ８で制御されている。
って調整される。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
熱量を調節する３方弁７が設けてある。この３方弁７の
弁開度はコントローラ８で制御されている。
【０００４】このようなコ・ジェネレーションシステム
において、温度センサ９がエンジン２の入口温度を感知
し、その測定値をフィードバック値としてコントローラ
８に入力する。次に、コントローラ８の中のエンジン入
口温度の設定値と測定値との偏差をコントローラ８がＰ
ＩＤ演算して必要な弁開度を求める。同時に図２に示す
折れ線関数１８は、３方弁５の弁開度から吸収すべき熱
量を設定する。この折れ線関数１８は、熱利用側の熱利
用状況によって決められる。そして、折れ線関数１８か
ら出力される熱量と演算装置１２で演算されたエンジン
２の定格発生熱量に応じた熱量との偏差に応じた放熱す
べき熱量が演算される。
において、温度センサ９がエンジン２の入口温度を感知
し、その測定値をフィードバック値としてコントローラ
８に入力する。次に、コントローラ８の中のエンジン入
口温度の設定値と測定値との偏差をコントローラ８がＰ
ＩＤ演算して必要な弁開度を求める。同時に図２に示す
折れ線関数１８は、３方弁５の弁開度から吸収すべき熱
量を設定する。この折れ線関数１８は、熱利用側の熱利
用状況によって決められる。そして、折れ線関数１８か
ら出力される熱量と演算装置１２で演算されたエンジン
２の定格発生熱量に応じた熱量との偏差に応じた放熱す
べき熱量が演算される。
【０００５】次に、図５に示す折れ線関数１９は、放熱
すべき熱量から３方弁７の弁開度を設定し、フィードフ
ォワード値として出力する。そして、図５に示すよう
に、季節に応じてＡ，Ｂ，Ｃの特性を有しており、季節
ごとに関数の設定を行う。そして、この折れ線関数１９
の出力はコントローラ８の出力と加算し、３方弁７の弁
開度を調節する。これらの動作によりエンジン２の入口
温度が設定値と一致するように制御される。
すべき熱量から３方弁７の弁開度を設定し、フィードフ
ォワード値として出力する。そして、図５に示すよう
に、季節に応じてＡ，Ｂ，Ｃの特性を有しており、季節
ごとに関数の設定を行う。そして、この折れ線関数１９
の出力はコントローラ８の出力と加算し、３方弁７の弁
開度を調節する。これらの動作によりエンジン２の入口
温度が設定値と一致するように制御される。
【０００６】コ・ジェネレーションシステムの多くは系
統連系して使用されるため、通常は連続して定格負荷で
運転される。そのため、多くの場合エンジン２の発生熱
量として一定値の定格発生熱量となっており、問題とは
ならない。
統連系して使用されるため、通常は連続して定格負荷で
運転される。そのため、多くの場合エンジン２の発生熱
量として一定値の定格発生熱量となっており、問題とは
ならない。
【０００７】ここで、フィードバック制御のみのコ・ジ
ェネレーションシステムにおいて、エンジン発生熱量が
一定のときに、温水利用設備４を停止させる場合を図１
０（ａ）の特性図について説明する。
ェネレーションシステムにおいて、エンジン発生熱量が
一定のときに、温水利用設備４を停止させる場合を図１
０（ａ）の特性図について説明する。
【０００８】温水利用設備４を停止するために利用熱量
を下げようとして、時間ｔ１で３方弁５の弁開度をバイ
パス側に開けていったとき、放熱器６に接続されている
３方弁７の弁開度は応答が遅く、３方弁７は時間ｔ１’
から動作する。そのため必要な放熱量が温度上昇に伴わ
ず、エンジン入口温度が上昇する。同様に温水利用設備
４を運転する場合、つまり時間ｔ２で温水利用設備の利
用熱量を上げの方向に３方弁５を閉めていったときに
も、３方弁７は時間ｔ２から遅れて時間ｔ２’のところ
から動作するため、放熱量を小さくするのが遅れ、エン
ジン入口温度が低下し一定に保てない。
を下げようとして、時間ｔ１で３方弁５の弁開度をバイ
パス側に開けていったとき、放熱器６に接続されている
３方弁７の弁開度は応答が遅く、３方弁７は時間ｔ１’
から動作する。そのため必要な放熱量が温度上昇に伴わ
ず、エンジン入口温度が上昇する。同様に温水利用設備
４を運転する場合、つまり時間ｔ２で温水利用設備の利
用熱量を上げの方向に３方弁５を閉めていったときに
も、３方弁７は時間ｔ２から遅れて時間ｔ２’のところ
から動作するため、放熱量を小さくするのが遅れ、エン
ジン入口温度が低下し一定に保てない。
【０００９】このように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。
一般に、温度センサ９はその構造上１８０秒程度の応答
時定数を持ち、フィードバック制御ではコントローラ８
の応答をそれ以上に上げることはできない。そこで、応
答速度を速くするためにコントローラ８の出力に、３方
弁５の弁開度から演算した信号をフィードフォワード値
として加算して応答性を向上させている。図１０（ｂ）
の温水利用設備の特性図がその様子を示している。
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。
一般に、温度センサ９はその構造上１８０秒程度の応答
時定数を持ち、フィードバック制御ではコントローラ８
の応答をそれ以上に上げることはできない。そこで、応
答速度を速くするためにコントローラ８の出力に、３方
弁５の弁開度から演算した信号をフィードフォワード値
として加算して応答性を向上させている。図１０（ｂ）
の温水利用設備の特性図がその様子を示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図１０
（ｂ）の特性図において、時間ｔ１にて温水利用設備４
が停止したときには、応答性の改善効果でエンジン入口
温度が一定に保てている。しかし、図１０（ｂ）におい
て、時間ｔ２にて温水利用設備４が停止から運転状態に
なったときは、逆に温度がオーバーシュートする特性を
示している。この原因は、３方弁７が開栓時と閉栓時で
応答が異なるためである。温水利用設備４が運転状態に
なると、フィードフォワード制御によって放熱器６の３
方弁７は直ぐに放熱しない方向に動作する。
（ｂ）の特性図において、時間ｔ１にて温水利用設備４
が停止したときには、応答性の改善効果でエンジン入口
温度が一定に保てている。しかし、図１０（ｂ）におい
て、時間ｔ２にて温水利用設備４が停止から運転状態に
なったときは、逆に温度がオーバーシュートする特性を
示している。この原因は、３方弁７が開栓時と閉栓時で
応答が異なるためである。温水利用設備４が運転状態に
なると、フィードフォワード制御によって放熱器６の３
方弁７は直ぐに放熱しない方向に動作する。
【００１１】しかし、３方弁７の応答が早い場合、温水
利用設備４と放熱器６との間の配管中には、温水利用設
備４の運転前の高温の熱源水があり、それが３方弁７に
よりバイパスされて、そのままエンジンに送られる。こ
のためエンジン入口温度は上昇してしまう。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。
利用設備４と放熱器６との間の配管中には、温水利用設
備４の運転前の高温の熱源水があり、それが３方弁７に
よりバイパスされて、そのままエンジンに送られる。こ
のためエンジン入口温度は上昇してしまう。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。
【００１２】また、温水利用設備４と放熱器６の間の配
管が非常に長い場合は、温水利用設備４の停止時に、冷
いままの熱源水がエンジン２に流入し、エンジン入口温
度が低下する。入口温度が下がると、エンジン２や温水
利用設備４側に悪影響を及ぼすので好ましくない。この
現象は、３方弁７の応答の開栓時と閉栓時の差にかかわ
りなく発生する。
管が非常に長い場合は、温水利用設備４の停止時に、冷
いままの熱源水がエンジン２に流入し、エンジン入口温
度が低下する。入口温度が下がると、エンジン２や温水
利用設備４側に悪影響を及ぼすので好ましくない。この
現象は、３方弁７の応答の開栓時と閉栓時の差にかかわ
りなく発生する。
【００１３】さらに、図５の折れ線関数１９の設定を夏
場の特性にしたままで、冬場にシステムを稼働させる
と、過冷却の問題があり、また逆に冬場の設定のままで
夏場にシステムを稼働させると、冷却不足の問題があっ
た。そこで、３方弁７の弁開度を決定する折れ線関数１
９を季節などによって再設定する必要があったが、その
作業は困難であった。
場の特性にしたままで、冬場にシステムを稼働させる
と、過冷却の問題があり、また逆に冬場の設定のままで
夏場にシステムを稼働させると、冷却不足の問題があっ
た。そこで、３方弁７の弁開度を決定する折れ線関数１
９を季節などによって再設定する必要があったが、その
作業は困難であった。
【００１４】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入口温度を一年を通して一定に
制御することによってシステム全体の信頼性を向上させ
るコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置を提供
することにある。
で、その目的はエンジン入口温度を一年を通して一定に
制御することによってシステム全体の信頼性を向上させ
るコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置を提供
することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１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
利用設備での吸収熱量を調節する第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、前記エンジンと前記温水利用設備と前記放熱器の各
要素間を熱源水が流れる配管で接続したコ・ジェネレー
ションシステムの温度制御装置において、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
ように前記第２の３方弁の弁開度設定値を演算してフィ
ードバック制御を行うコントローラと、前記第１の３方
弁の弁開度信号から温水利用設備の利用熱量を算出し、
これとエンジン発生熱量との差の熱量から、所定のパタ
ーンにより弁開度指令信号を演算し、さらにその弁開度
指令信号を所定のむだ時間だけ遅らせ、その信号をフィ
ードフォワード信号として、前記コントローラの弁開度
設定値に加算し、加算後の弁開度基準信号により前記第
２の３方弁の弁開度を調節することを特徴とする。
に、本発明の請求項１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
利用設備での吸収熱量を調節する第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、前記エンジンと前記温水利用設備と前記放熱器の各
要素間を熱源水が流れる配管で接続したコ・ジェネレー
ションシステムの温度制御装置において、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
ように前記第２の３方弁の弁開度設定値を演算してフィ
ードバック制御を行うコントローラと、前記第１の３方
弁の弁開度信号から温水利用設備の利用熱量を算出し、
これとエンジン発生熱量との差の熱量から、所定のパタ
ーンにより弁開度指令信号を演算し、さらにその弁開度
指令信号を所定のむだ時間だけ遅らせ、その信号をフィ
ードフォワード信号として、前記コントローラの弁開度
設定値に加算し、加算後の弁開度基準信号により前記第
２の３方弁の弁開度を調節することを特徴とする。
【００１６】本発明の請求項２は、請求項１記載のコ・
ジェネレーションシステムの温度制御装置において、弁
開度指令信号を所定のむだ時間だけ遅らせる場合に、弁
開度を大きくする場合と弁開度を小さくする場合で異な
るむだ時間を持たせるように構成したことを特徴とす
る。
ジェネレーションシステムの温度制御装置において、弁
開度指令信号を所定のむだ時間だけ遅らせる場合に、弁
開度を大きくする場合と弁開度を小さくする場合で異な
るむだ時間を持たせるように構成したことを特徴とす
る。
【００１７】本発明の請求項３は、請求項１乃至請求項
２記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、エンジン発生熱量をエンジンの入口温度と出
口温度との温度差と流量から演算することを特徴とす
る。
２記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、エンジン発生熱量をエンジンの入口温度と出
口温度との温度差と流量から演算することを特徴とす
る。
【００１８】本発明の請求項４は、請求項１乃至請求項
３記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、前記第１の３方弁の弁開度信号の代わりに、
前記第１の３方弁の出口の熱原水温度から、所定の関数
パターンにより弁開度指令信号を演算することを特徴と
する。
３記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、前記第１の３方弁の弁開度信号の代わりに、
前記第１の３方弁の出口の熱原水温度から、所定の関数
パターンにより弁開度指令信号を演算することを特徴と
する。
【００１９】本発明の請求項５は、請求項１乃至請求項
３記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、前記第１の３方弁の弁開度信号の代わりに、
エンジンの熱源水出口温度と前記第１の３方弁の出口温
度の差から、所定の関数パターンにより弁開度指令信号
を演算することを特徴とする。
３記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、前記第１の３方弁の弁開度信号の代わりに、
エンジンの熱源水出口温度と前記第１の３方弁の出口温
度の差から、所定の関数パターンにより弁開度指令信号
を演算することを特徴とする。
【００２０】本発明の請求項６は、請求項１乃至請求項
５記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、前記第２の３方弁の弁開度を決定する関数
は、外気温と湿度を入力として関数発生器にて生成され
ることを特徴とする。
５記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、前記第２の３方弁の弁開度を決定する関数
は、外気温と湿度を入力として関数発生器にて生成され
ることを特徴とする。
【００２１】本発明の請求項７は、請求項１乃至請求項
６記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、前記エンジンは排ガスボイラ装置を含む構成
としたことを特徴とする。
６記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、前記エンジンは排ガスボイラ装置を含む構成
としたことを特徴とする。
【００２２】本発明の請求項８は、請求項１乃至請求項
７記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、前記エンジンが複数台で、それらを配管によ
り並列に接続した構成としたことを特徴とする。
７記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、前記エンジンが複数台で、それらを配管によ
り並列に接続した構成としたことを特徴とする。
【００２３】本発明の請求項９は、請求項１乃至請求項
８記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、前記エンジンは熱交換器を含み、熱源水はエ
ンジン冷却水から熱交換して熱を得る構成としたことを
特徴とする。
８記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置
において、前記エンジンは熱交換器を含み、熱源水はエ
ンジン冷却水から熱交換して熱を得る構成としたことを
特徴とする。
【００２４】本発明の請求項１０は、請求項１乃至請求
項９記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装
置において、前記温水利用設備及び前記第１の３方弁は
複数設置され、直列あるいは並列に接続される構成とし
たことを特徴とする。
項９記載のコ・ジェネレーションシステムの温度制御装
置において、前記温水利用設備及び前記第１の３方弁は
複数設置され、直列あるいは並列に接続される構成とし
たことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の一実施例（請求項１
乃至請求項１０対応）であるコ・ジェネレーションシス
テムの制御ブロック図であり、既に説明した図９の従来
例と相違する点は、フィードフォワード信号生成ブロッ
ク２０と関数発生器２４が追加設定されている点であ
り、その他の点は同一であるので、同一構成部分には同
一符号を付して重複説明は省略する。
参照して説明する。図１は本発明の一実施例（請求項１
乃至請求項１０対応）であるコ・ジェネレーションシス
テムの制御ブロック図であり、既に説明した図９の従来
例と相違する点は、フィードフォワード信号生成ブロッ
ク２０と関数発生器２４が追加設定されている点であ
り、その他の点は同一であるので、同一構成部分には同
一符号を付して重複説明は省略する。
【００２６】同図に示すように、温度センサ９がエンジ
ン入口温度を検出し、コントローラ８がエンジン入口温
度の設定値との偏差をＰＩＤ演算して３方弁７の必要な
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を制御する。１２はエンジン２の定格
発生熱量に応じた熱量を演算する演算装置である。ま
た、温水利用設備４用の３方弁５の弁開度から熱利用系
の吸収熱量−弁開度特性を表す折れ線関数１８は、図２
に示すような特性を持っている。この折れ線関数１８を
用いて、吸収熱量を演算し、エンジン２の定格発生熱量
と吸収熱量の差から放熱器６で放出すべき熱量を計算す
る。
ン入口温度を検出し、コントローラ８がエンジン入口温
度の設定値との偏差をＰＩＤ演算して３方弁７の必要な
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を制御する。１２はエンジン２の定格
発生熱量に応じた熱量を演算する演算装置である。ま
た、温水利用設備４用の３方弁５の弁開度から熱利用系
の吸収熱量−弁開度特性を表す折れ線関数１８は、図２
に示すような特性を持っている。この折れ線関数１８を
用いて、吸収熱量を演算し、エンジン２の定格発生熱量
と吸収熱量の差から放熱器６で放出すべき熱量を計算す
る。
【００２７】次に、図５に示す折れ線関数１９は、放出
熱量−弁開度特性を表す関数であり、関数発生器２４に
おいて、外気温と湿度の入力から生成される。放熱器６
の放熱特性は外気温と湿度に依存するためである。つま
り、外気温が高いと放熱器６の１次側と２次側の温度差
が小さくなるため放熱効果が低下し、外気温が低いとき
には放熱器６の１次側と２次側の温度差が大きくなるの
で放熱効果が向上する。また、湿度については、湿度が
低いと放熱器６中の冷却水が気化しやすくなり、放熱効
果が向上する。反対に湿度が高いと放熱器６中の冷却水
が気化しにくくなり、放熱効果が低下する。
熱量−弁開度特性を表す関数であり、関数発生器２４に
おいて、外気温と湿度の入力から生成される。放熱器６
の放熱特性は外気温と湿度に依存するためである。つま
り、外気温が高いと放熱器６の１次側と２次側の温度差
が小さくなるため放熱効果が低下し、外気温が低いとき
には放熱器６の１次側と２次側の温度差が大きくなるの
で放熱効果が向上する。また、湿度については、湿度が
低いと放熱器６中の冷却水が気化しやすくなり、放熱効
果が向上する。反対に湿度が高いと放熱器６中の冷却水
が気化しにくくなり、放熱効果が低下する。
【００２８】また、図３に示すように、外気温Ｔと湿度
Ｗを関数発生器２４に入力すると、その入力に応じた関
数が出力される。ここで、外気温Ｔと湿度Ｗは、温度セ
ンサ２５、湿度センサ２６にて屋外で検出する。関数発
生器２４の入出力の関係は、図４のようになっている。
例えば湿度Ｗが「中」で、外気温Ｔが「低」の時、関数
Ｂすなわち図５の関数Ｂを出力するようになっている。
このようにして得られる折れ線関数１９の特性図を図５
に示している。この関数発生器２４にて生成された折れ
線関数１９を用いて、放熱器６の３方弁７の弁開度を決
定する。
Ｗを関数発生器２４に入力すると、その入力に応じた関
数が出力される。ここで、外気温Ｔと湿度Ｗは、温度セ
ンサ２５、湿度センサ２６にて屋外で検出する。関数発
生器２４の入出力の関係は、図４のようになっている。
例えば湿度Ｗが「中」で、外気温Ｔが「低」の時、関数
Ｂすなわち図５の関数Ｂを出力するようになっている。
このようにして得られる折れ線関数１９の特性図を図５
に示している。この関数発生器２４にて生成された折れ
線関数１９を用いて、放熱器６の３方弁７の弁開度を決
定する。
【００２９】この３方弁７の弁開度信号は、図６のブロ
ック図に示すように、フィードフォワード信号生成ブロ
ック２０において、むだ時間要素２１，２２の２系統を
通り、それらを合成する合成装置２３に入る。むだ時間
は、配管のむだ時間から３方弁７の応答時間を引いた時
間をセットする。３方弁７の応答は開栓時と閉栓時で異
なるため、それぞれ所定のむだ時間を、むだ時間要素２
１，２２で持たせている。合成装置２３はむだ時間要素
２１，２２からの信号が、３方弁の開方向か閉方向かを
判定して、３方弁をバイパス方向に開き過ぎないよう
に、各信号を合成する。このフィードフォワード信号
は、コントローラ８のＰＩＤ演算結果に加算される。そ
して、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。
ック図に示すように、フィードフォワード信号生成ブロ
ック２０において、むだ時間要素２１，２２の２系統を
通り、それらを合成する合成装置２３に入る。むだ時間
は、配管のむだ時間から３方弁７の応答時間を引いた時
間をセットする。３方弁７の応答は開栓時と閉栓時で異
なるため、それぞれ所定のむだ時間を、むだ時間要素２
１，２２で持たせている。合成装置２３はむだ時間要素
２１，２２からの信号が、３方弁の開方向か閉方向かを
判定して、３方弁をバイパス方向に開き過ぎないよう
に、各信号を合成する。このフィードフォワード信号
は、コントローラ８のＰＩＤ演算結果に加算される。そ
して、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。
【００３０】図７は、従来例の図１０に示す特性図に対
応した本発明の制御装置の特性図である。この図におい
て、時間ｔ２において、操作員が温水利用設備４を停止
している状態から稼働させるために温水利用設備４の３
方弁５を開けていくが、このとき、温水利用設備４で熱
源水の熱量を吸収するようになるので、今まで放熱器６
で外部に放出していた余剰熱量を、放出しないようにし
なければならない。
応した本発明の制御装置の特性図である。この図におい
て、時間ｔ２において、操作員が温水利用設備４を停止
している状態から稼働させるために温水利用設備４の３
方弁５を開けていくが、このとき、温水利用設備４で熱
源水の熱量を吸収するようになるので、今まで放熱器６
で外部に放出していた余剰熱量を、放出しないようにし
なければならない。
【００３１】そこで、エンジン２から発生する熱量と、
温水利用設備４の弁開度−吸収熱量特性を表す折れ線関
数１８で求められる吸収熱量との熱量差を求める。その
熱量差は放熱器６にて放熱される放出熱量となる。次に
その放出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、弁開度を計算する。その値は
フィードフォワード信号生成ブロック２０に入力され、
配管長と３方弁７に適したむだ時間を考慮した弁信号に
なる。これをフィードフォワード値としてコントローラ
８からのフィードバック信号に加えると、最適な弁開度
が得られる。
温水利用設備４の弁開度−吸収熱量特性を表す折れ線関
数１８で求められる吸収熱量との熱量差を求める。その
熱量差は放熱器６にて放熱される放出熱量となる。次に
その放出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、弁開度を計算する。その値は
フィードフォワード信号生成ブロック２０に入力され、
配管長と３方弁７に適したむだ時間を考慮した弁信号に
なる。これをフィードフォワード値としてコントローラ
８からのフィードバック信号に加えると、最適な弁開度
が得られる。
【００３２】従来のむだ時間を加えない制御では、フィ
ードフォワードにより３方弁７を即時に動作させていた
ため、配管中に残った高温の熱源水がそのままエンジン
に送られていた。適切なむだ時間を加えることで、配管
中の熱源水温度の低下に合わせて、３方弁７を動作させ
るため、放熱器６での放熱量の減少は、温水利用設備４
の利用熱量の増加とバランスする。この結果、図７に示
すように一定のエンジン入口温度が得られる。
ードフォワードにより３方弁７を即時に動作させていた
ため、配管中に残った高温の熱源水がそのままエンジン
に送られていた。適切なむだ時間を加えることで、配管
中の熱源水温度の低下に合わせて、３方弁７を動作させ
るため、放熱器６での放熱量の減少は、温水利用設備４
の利用熱量の増加とバランスする。この結果、図７に示
すように一定のエンジン入口温度が得られる。
【００３３】本発明による制御装置では、通常、むだ時
間を考慮した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。放熱系の弁開度の検出はポテンショメータで
行うのが一般的であり、検出遅れはない。そのため、む
だ時間を考慮したフィードフォワード制御では適切な応
答の制御が可能である。
間を考慮した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。放熱系の弁開度の検出はポテンショメータで
行うのが一般的であり、検出遅れはない。そのため、む
だ時間を考慮したフィードフォワード制御では適切な応
答の制御が可能である。
【００３４】上述したように、本実施例によると、放熱
器６の弁７をむだ時間を考慮したフィードフォワード制
御を組み込んだ制御をすることによって、エンジン出口
温度が一定に制御され、エンジン発生熱量一定と考える
とエンジン入口温度も一定に保つことができ、また、季
節に応じて自動で３方弁制御用の関数を生成するので、
メンテナンスが容易になり、システムの信頼性と温水利
用設備の効率が向上する。
器６の弁７をむだ時間を考慮したフィードフォワード制
御を組み込んだ制御をすることによって、エンジン出口
温度が一定に制御され、エンジン発生熱量一定と考える
とエンジン入口温度も一定に保つことができ、また、季
節に応じて自動で３方弁制御用の関数を生成するので、
メンテナンスが容易になり、システムの信頼性と温水利
用設備の効率が向上する。
【００３５】また、図６に示す例では、３方弁７の開栓
方向のむだ時間と閉栓方向のむだ時間を、それぞれ別の
値に設定しているが、３方弁７の特性が開方向でも閉方
向でも同一であれば、一つのむだ時間回路でも同様の効
果が得られる。
方向のむだ時間と閉栓方向のむだ時間を、それぞれ別の
値に設定しているが、３方弁７の特性が開方向でも閉方
向でも同一であれば、一つのむだ時間回路でも同様の効
果が得られる。
【００３６】図８は本発明の他の実施例（請求項１乃至
請求項１０対応）のコ・ジェネレーションシステムの制
御ブロック図である。本実施例は、図１の実施例におけ
るエンジンからの発生熱量を演算する演算装置１２の代
りに、温度センサ９，２７から検出された温度差に流量
を乗じてエンジン２の発生熱量を演算する演算装置１７
を用いた点が相違し、その他の構成部分は同一であるの
で、図１の実施例と同一構成部分には同一符号を付して
重複説明は省略する。
請求項１０対応）のコ・ジェネレーションシステムの制
御ブロック図である。本実施例は、図１の実施例におけ
るエンジンからの発生熱量を演算する演算装置１２の代
りに、温度センサ９，２７から検出された温度差に流量
を乗じてエンジン２の発生熱量を演算する演算装置１７
を用いた点が相違し、その他の構成部分は同一であるの
で、図１の実施例と同一構成部分には同一符号を付して
重複説明は省略する。
【００３７】本実施例では、定格発生熱量をエンジン２
の発生熱量として用いたが、発電機１の負荷が変化する
場合においては、本実施例のようにエンジン２の入口温
度と出口温度との温度差と流量から演算したエンジン発
生熱量を用いて、フィードフォワード制御を行っても、
エンジン２の入口温度は、常に一定に制御することがで
きる。エンジン発生熱量の演算法はこれに限るものでは
なく、発電機出力から所定のパターンにより演算したも
のでもよい。
の発生熱量として用いたが、発電機１の負荷が変化する
場合においては、本実施例のようにエンジン２の入口温
度と出口温度との温度差と流量から演算したエンジン発
生熱量を用いて、フィードフォワード制御を行っても、
エンジン２の入口温度は、常に一定に制御することがで
きる。エンジン発生熱量の演算法はこれに限るものでは
なく、発電機出力から所定のパターンにより演算したも
のでもよい。
【００３８】また、図１の実施例では、フィードフォワ
ード信号の源信号として３方弁５の弁開度を用いたが、
それに限るものではなく、３方弁５の出口温度を検出し
て、その信号によりフィードフォワード信号を生成して
も同様の効果が得られる。さらに、エンジン出口温度と
３方弁５の出口温度の差は、温水利用設備で利用する熱
量に比例するため、この信号からフィードフォワード信
号を生成してもよい。さらにまた、図１の実施例では排
ガスボイラがあるシステムについて述べたが、排ガスボ
イラがないシステムにおいても、あるいはエンジン内に
熱交換器を含むシステムや、エンジンや熱利用設備が複
数あるシステムでも、本発明は上記実施例と同様の効果
を発揮する。
ード信号の源信号として３方弁５の弁開度を用いたが、
それに限るものではなく、３方弁５の出口温度を検出し
て、その信号によりフィードフォワード信号を生成して
も同様の効果が得られる。さらに、エンジン出口温度と
３方弁５の出口温度の差は、温水利用設備で利用する熱
量に比例するため、この信号からフィードフォワード信
号を生成してもよい。さらにまた、図１の実施例では排
ガスボイラがあるシステムについて述べたが、排ガスボ
イラがないシステムにおいても、あるいはエンジン内に
熱交換器を含むシステムや、エンジンや熱利用設備が複
数あるシステムでも、本発明は上記実施例と同様の効果
を発揮する。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明（請求項１
乃至請求項１０対応）によれば、エンジン入口の熱源水
温度を検出してフィードバック制御する制御系に、エン
ジン発生熱量と温水利用設備での吸収熱量との熱量差か
ら、配管と放熱用３方弁の応答のむだ時間を考慮したフ
ィードフォワード信号を作って組み込むことにより、放
熱器の弁開度を最適に制御することができ、エンジンの
熱源水入口温度を一定に保つことができる。従って、エ
ンジン発生熱量が一定であれば、エンジンの出口温度も
一定に保つことができる。また、放熱器用の３方弁の弁
開度を決定する関数を外気温と湿度の変化から適正な関
数として生成するので、放熱器用の３方弁を最適に制御
することが一年を通して自動ででき、エンジンの入口温
度を一年を通して一定に保つことができる。このよう
に、エンジン入口温度を一定に制御することによってコ
・ジェネレーションシステム全体の信頼性が向上し、ま
た季節に応じた制御関数を生成するので、一年を通して
最適な温度制御が可能になるというすぐれた効果を奏す
る。
乃至請求項１０対応）によれば、エンジン入口の熱源水
温度を検出してフィードバック制御する制御系に、エン
ジン発生熱量と温水利用設備での吸収熱量との熱量差か
ら、配管と放熱用３方弁の応答のむだ時間を考慮したフ
ィードフォワード信号を作って組み込むことにより、放
熱器の弁開度を最適に制御することができ、エンジンの
熱源水入口温度を一定に保つことができる。従って、エ
ンジン発生熱量が一定であれば、エンジンの出口温度も
一定に保つことができる。また、放熱器用の３方弁の弁
開度を決定する関数を外気温と湿度の変化から適正な関
数として生成するので、放熱器用の３方弁を最適に制御
することが一年を通して自動ででき、エンジンの入口温
度を一年を通して一定に保つことができる。このよう
に、エンジン入口温度を一定に制御することによってコ
・ジェネレーションシステム全体の信頼性が向上し、ま
た季節に応じた制御関数を生成するので、一年を通して
最適な温度制御が可能になるというすぐれた効果を奏す
る。
【図１】本発明の一実施例のコ・ジェネレーションシス
テムの制御ブロック図。
テムの制御ブロック図。
【図２】折れ線関数１８の特性図。
【図３】関数発生器の構成図。
【図４】関数発生器の入出力特性図。
【図５】折れ線関数１９の特性図。
【図６】図１のフィードフォワード信号の生成ブロック
図。
図。
【図７】本発明の制御装置による特性図。
【図８】本発明の他の実施例のコ・ジェネレーションシ
ステムの制御ブロック図。
ステムの制御ブロック図。
【図９】従来技術のコ・ジェネレーションシステムの制
御ブロック図。
御ブロック図。
【図１０】従来技術の制御装置による特性図であり、同
図（ａ）はフィードバック制御時の温度変化を示す図、
同図（ｂ）はフィードフォワード制御を組み込んだ時の
温度変化を示す図。
図（ａ）はフィードバック制御時の温度変化を示す図、
同図（ｂ）はフィードフォワード制御を組み込んだ時の
温度変化を示す図。
１…発電システム、２…エンジン、３…排ガスボイラ、
４…温水利用設備、５，７…３方弁、６…放熱器、８…
コントローラ、９，２４…温度センサ、１１…ポンプ、
１２，１７…演算装置、１３，１４，１５，１６…熱源
水が流れているパイプ、１８…放熱系の弁開度から熱量
を求める折れ線関数、１９…熱量から弁開度を求める折
れ線関数、２０…フィードフォワード信号生成ブロッ
ク、２１，２２…むだ時間要素、２３…信号を合成し必
要な信号を取出す装置、２４…関数発生器、２５…温度
センサ、２６…湿度センサ。
４…温水利用設備、５，７…３方弁、６…放熱器、８…
コントローラ、９，２４…温度センサ、１１…ポンプ、
１２，１７…演算装置、１３，１４，１５，１６…熱源
水が流れているパイプ、１８…放熱系の弁開度から熱量
を求める折れ線関数、１９…熱量から弁開度を求める折
れ線関数、２０…フィードフォワード信号生成ブロッ
ク、２１，２２…むだ時間要素、２３…信号を合成し必
要な信号を取出す装置、２４…関数発生器、２５…温度
センサ、２６…湿度センサ。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆ１６Ｋ 11/00 Ｆ１６Ｋ 11/00 Ｃ Ｇ０５Ｂ 11/32 Ｇ０５Ｂ 11/32 Ｆ 11/36 11/36 Ｋ Ｇ０５Ｄ 23/19 Ｇ０５Ｄ 23/19 Ｊ
Claims (10)
- 【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
の吸収熱量を調節する第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、前記エン
ジンと前記温水利用設備と前記放熱器の各要素間を熱源
水が流れる配管で接続したコ・ジェネレーションシステ
ムの温度制御装置において、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に前記第
２の３方弁の弁開度設定値を演算してフィードバック制
御を行うコントローラと、前記第１の３方弁の弁開度信
号から温水利用設備の利用熱量を算出し、これとエンジ
ン発生熱量との差の熱量から、所定のパターンにより弁
開度指令信号を演算し、さらにその弁開度指令信号を所
定のむだ時間だけ遅らせ、その信号をフィードフォワー
ド信号として、前記コントローラの弁開度設定値に加算
し、加算後の弁開度基準信号により前記第２の３方弁の
弁開度を調節することを特徴とするコ・ジェネレーショ
ンシステムの温度制御装置。 - 【請求項２】 請求項１記載のコ・ジェネレーションシ
ステムの温度制御装置において、弁開度指令信号を所定
のむだ時間だけ遅らせる場合に、弁開度を大きくする場
合と弁開度を小さくする場合で異なるむだ時間を持たせ
るように構成したことを特徴とするコ・ジェネレーショ
ンシステムの温度制御装置。 - 【請求項３】 請求項１乃至請求項２記載のコ・ジェネ
レーションシステムの温度制御装置において、エンジン
発生熱量をエンジンの入口温度と出口温度との温度差と
流量から演算することを特徴とするコ・ジェネレーショ
ンシステムの温度制御装置。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３記載のコ・ジェネ
レーションシステムの温度制御装置において、前記第１
の３方弁の弁開度信号の代わりに、前記第１の３方弁の
出口の熱原水温度から、所定の関数パターンにより弁開
度指令信号を演算することを特徴とするコ・ジェネレー
ションシステムの温度制御装置。 - 【請求項５】 請求項１乃至請求項３記載のコ・ジェネ
レーションシステムの温度制御装置において、前記第１
の３方弁の弁開度信号の代わりに、エンジンの熱源水出
口温度と前記第１の３方弁の出口温度の差から、所定の
関数パターンにより弁開度指令信号を演算することを特
徴とするコ・ジェネレーションシステムの温度制御装
置。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項５記載のコ・ジェネ
レーションシステムの温度制御装置において、前記第２
の３方弁の弁開度を決定する関数は、外気温と湿度を入
力として関数発生器にて生成されることを特徴とするコ
・ジェネレーションシステムの温度制御装置。 - 【請求項７】 請求項１乃至請求項６記載のコ・ジェネ
レーションシステムの温度制御装置において、前記エン
ジンは排ガスボイラ装置を含む構成としたことを特徴と
するコ・ジェネレーションシステムの温度制御装置。 - 【請求項８】 請求項１乃至請求項７記載のコ・ジェネ
レーションシステムの温度制御装置において、前記エン
ジンが複数台で、それらを配管により並列に接続した構
成としたことを特徴とするコ・ジェネレーションシステ
ムの温度制御装置。 - 【請求項９】 請求項１乃至請求項８記載のコ・ジェネ
レーションシステムの温度制御装置において、前記エン
ジンは熱交換器を含み、熱源水はエンジン冷却水から熱
交換して熱を得る構成としたことを特徴とするコ・ジェ
ネレーションシステムの温度制御装置。 - 【請求項１０】 請求項１乃至請求項９記載のコ・ジェ
ネレーションシステムの温度制御装置において、前記温
水利用設備及び前記第１の３方弁は複数設置され、直列
あるいは並列に接続される構成としたことを特徴とする
コ・ジェネレーションシステムの温度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7323040A JP2676197B2 (ja) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | コ・ジェネレーションシステムの温度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7323040A JP2676197B2 (ja) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | コ・ジェネレーションシステムの温度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09158781A JPH09158781A (ja) | 1997-06-17 |
| JP2676197B2 true JP2676197B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=18150446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7323040A Expired - Fee Related JP2676197B2 (ja) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | コ・ジェネレーションシステムの温度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2676197B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1015319C2 (nl) * | 2000-05-26 | 2001-11-27 | Enatec Micro Cogen B V | Inrichting en werkwijze voor het gekoppeld opwekken van warmte en elektriciteit. |
| JP5168379B2 (ja) * | 2011-03-28 | 2013-03-21 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の冷却水制御装置 |
-
1995
- 1995-12-12 JP JP7323040A patent/JP2676197B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09158781A (ja) | 1997-06-17 |
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Legal Events
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