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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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
テムの制御ブロック図。
図。
ステムの制御ブロック図。
御ブロック図。
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。
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。
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)
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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 |
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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 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2676197B2 true JP2676197B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=18150446
Family Applications (1)
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-
1995
- 1995-12-12 JP JP7323040A patent/JP2676197B2/ja not_active Expired - Fee Related
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