JP3182633U

JP3182633U - 建物のエネルギープラント

Info

Publication number: JP3182633U
Application number: JP2013000284U
Authority: JP
Inventors: 信三伊藤
Original assignee: 株式会社ユーリカエンジニアリング
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2013-04-04
Anticipated expiration: 2023-01-22

Abstract

【課題】節電、省エネルギー、ピークカットを達成できるとともに、各種エネルギーコストの低減を達成できるエネルギープラントを提供する。
【解決手段】内燃機関により発電する発電機１Ｂを有し、該発電機で発電された発電電力、及び発電時に生じる前記内燃機関の熱エネルギーを出力するコージェネレーションシステム１と、商用電力の系統１０と前記発電電力の系統２０とが接続され、該商用電力と該発電電力の両方又はいずれか一方を選択的に出力するように切替える電力系統連系部２とを設える。さらに、前記商用電力、前記発電電力、前記熱エネルギーを選択的に用いて冷温水熱源を作るとともに、電力負荷が低い時間帯においては、前記商用電力のみを選択して冷水熱源を作る冷温水系熱源部３と、前記冷温水系熱源部で作られた冷水熱源により熱交換する冷水系熱交換器３０Ｂと、前記冷水系熱交換器で熱交換された冷水を熱源として蓄熱する冷水蓄熱槽部４とを備える。
【選択図】図１

Description

本考案は、建物の電力及び冷暖房や給湯の熱源を作るエネルギープラントに関する。

本考案に関連する建物のエネルギープラントとして、都市ガス等を燃料とする原動機によって駆動する発電機で電力を発電して供給するコージェネレーションシステム（ＣＧＳ）が知られている。

下記、特許文献１に記載の従来技術は、商用電力とＣＧＳにより発電された電力とを併用するものであり、電力負荷が低い時間帯（例えば、深夜）には、商用電力のみを利用して電力を供給し、電力負荷が高い時間帯には、商用電力とＣＧＳで発電された電力とを併用して電力を供給するようにしたものである。

特開平２０００−２９９１１６号公報

特許文献１に記載の従来技術によると、電力負荷が低い時間帯と電力負荷が高い時間帯に応じて、商用電力のみ使用したり、商用電力と発電機で発電された電力とを併用したりすることで、電気エネルギーを効率よく利用できるとともに、無駄な熱エネルギーを抑制できる。

また、特許文献１に記載の従来技術は、原動機から排出される熱を回収し、この熱を利用して蓄熱部を設けることが記載されており、この蓄熱部の熱を利用して給湯・暖房に使用することができるようになっている。

しかしながら、近年の建物の断熱性能の向上や全熱交換器の活用によって、建物の暖房負荷が著しく小さくなっているが、逆に冷房負荷が暖房負荷に比べて大きくなっており、特に、大規模な建物の場合においては、年間を通しての温熱需要が冷熱需要に比べてはるかに低く、また、冷熱需要も季節によって大きく変化する。そのため、大きな容量のＣＧＳを設置した建物では、年間を通して原動機からの熱エネルギーを効率よく活用できないという問題があった。

本考案は、このような問題に対処することを課題とするものである。すなわち、商用電力及びＣＧＳによる電力を効率よく活用できること、ＣＧＳによる発電時に生じる熱エネルギーを効率よく活用できること、各電力及び熱エネルギーを効率よく活用することにより、商用電力及びＣＧＳによる電力を節約できること、ＣＧＳによる電力を節約することで、原動機を作動させる燃料を節約できること、これらにより、節電、省エネルギー、ピークカットを達成できるとともに、各種エネルギーコストの低減を達成できること、等が本考案の目的である。

前記目的を達成するため、本考案に係る建物のエネルギープラントは、次の構成を少なくとも具備する。

内燃機関により発電する発電機を有し、該発電機で発電された発電電力、及び発電時に生じる前記内燃機関の熱エネルギーを出力するコージェネレーションシステムと、商用電力の系統と前記発電電力の系統とが接続され、該商用電力と該発電電力の両方又はいずれか一方を選択的に出力するように切替える電力系統連系部と、前記商用電力、前記発電電力、前記熱エネルギーを選択的に用いて冷温水熱源を作るとともに、電力負荷が低い時間帯においては、前記商用電力のみを選択して冷水熱源を作る冷温水系熱源部と、前記冷温水系熱源部で作られた冷水熱源により熱交換する冷水系熱交換器と、前記冷水系熱交換器で熱交換された冷水を、前記電力負荷が高い時間帯の冷房負荷に用いる冷水熱源として蓄熱する冷水蓄熱槽部と、を備えていることを特徴とする建物のエネルギープラントである。

このような特徴を有することで本考案は、以下の効果を奏する。すなわち、商用電力、発電電力、熱エネルギーを選択的に用いて冷温水熱源を作るとともに、電力負荷が低い時間帯においては、商用電力のみを選択して冷水熱源を作り、且つこの冷水熱源を電力負荷が高い時間帯の冷房負荷に用いる熱源として蓄熱するようにしているので、商用電力及びＣＧＳによる電力を効率よく活用できるとともに、ＣＧＳによる発電時に生じる熱エネルギーを効率よく活用できる。各電力及び熱エネルギーを効率よく活用することにより、商用電力及びＣＧＳによる電力を節約でき、ＣＧＳによる電力を節約することで、原動機を作動させる燃料を節約できる。これらにより、節電、省エネルギー、ピークカットを達成できるとともに、各種エネルギーコストの低減を達成できる。

本考案に係る建物のエネルギープラントの実施形態の一例を示す配管構成図である。図１における冷水蓄熱運転動作を示すフロー図である。図１における冷房運転動作を示すフロー図である。図１における暖房運転動作を示すフロー図である。

以下で説明する熱エネルギーは、内燃機関の燃焼時に排気される排気ガスの熱、この排気ガスの熱で作られる蒸気や温水、内燃機関を冷却する冷却水の熱、この冷却水の熱で作られる温水である。

以下で説明する内燃機関は、都市ガス、ＬＰガス、軽油、廃油等の燃料で駆動するレシプロエンジンである。

以下、本考案に係る建物のエネルギープラントＡの実施形態の一例を図１に基づいて説明する。

エネルギープラントＡは、ＣＧＳ１と、電力系統連系部２と、冷温水系熱源部３と、冷水蓄熱槽部４とを備えており、商用電力とＣＧＳ１から出力された発電電力及び熱エネルギーを用いて、建物（図示せず）の空調（冷暖房、加湿）及び給湯に用いられる冷温水熱源を作るとともに、冷房負荷に用いられる冷水熱源を蓄熱するものである。

また、商用電力系統１０と発電電力系統２０とが電力系統連系部２に接続されており、この電力系統連系部２を介して、商用電力及び発電電力を建物に配電するようにされている。

ＣＧＳ１は、内燃機関１Ａと、内燃機関１Ａによって発電する発電機１Ｂと、内燃機関１Ａの冷却水を用いて熱交換するジャケット温水熱交換器１Ｃと、内燃機関１Ａの排気ガスを用いて蒸気を作る蒸気ボイラー１Ｄとが備えられている。

内燃機関１Ａは、建物に供給される都市ガスを燃料とするエンジンであり、この内燃機関１Ａの軸回転を発電機１Ｂのモータ軸１０Ｂに伝えることで、発電機１Ｂを発電駆動させるようになっている。

発電機１Ｂは、発電電力系統２０を介して電力系統連系部２に接続されている。

ジャケット温水熱交換器１Ｃは、このジャケット温水熱交換器１Ｃと内燃機関１Ａとを循環する冷却水の冷却水循環配管１０Ｃと、ジャケット温水熱交換器１Ｃと冷温水系熱源部３とを循環する温水熱源の温水熱源循環配管１１Ｃとが配管されており、内燃機関１Ａを冷却することで加熱される冷却水で、冷温水系熱源部３から戻ってくる冷却された温水を温水熱交換するようになっている。

蒸気ボイラー１Ｄは、内燃機関１Ａから排気される排気ガスの排気管１０Ｄが配管されており、この排気ガスの熱によって蒸気を作るようにされている。また、蒸気ボイラー１Ｄには、蒸気を冷温水系熱源部３へ供給する蒸気配管１１Ｄと、冷温水系熱源部３から蒸気ボイラー１Ｄに返送されるドレン配管１２Ｄとが配管されている。

冷温水系熱源部３は、商用電力、ＣＧＳ１によって供給される発電電力及び熱エネルギーによって、冷水蓄熱槽部４に対する冷水蓄熱用の熱源となる冷水熱源、冷暖房負荷５用、給湯用、加湿用の熱源となる冷温水熱源を作るものである。

この冷温水系熱源部３は、温水系熱源部３Ａと、冷水系熱源部３Ｂとから構成されており、温水系熱源部３Ａで暖房用の温水熱源を作るとともに、冷水系熱源部３Ｂで冷房用の冷水熱源を作り、この温水熱源と冷水熱源とを必要に応じて、冷水蓄熱用、冷暖房負荷５用、給湯用、加湿用の熱源として使用されるようになっている。

温水系熱源部３Ａと冷水系熱源部３Ｂと冷暖房負荷５とにわたり、冷温水熱源が循環するように流れる冷温水循環配管３Ｃが配管されており、この冷温水循環配管３Ｃの道中に配置された各種ポンプ（図示せず）を選択的に動作させるとともに、冷温水循環配管３Ｃの道中に配置された各種バルブ（図示せず）を選択的に開閉することによって、冷暖房負荷５に作用させる温水系熱源部３Ａの温水熱源と冷水系熱源部３Ｂの冷水熱源との切替えを行うようになっている。

温水系熱源部３Ａは、温水系熱交換器３０Ａと、加湿用蒸気発生器３１Ａと、貯湯槽３２Ａと、給水源３３Ａとを備えている。

温水系熱交換器３０Ａは、冷温水循環配管３Ｃの道中、及びジャケット温水熱交換器１Ｃで加熱された温水が流れる温水熱源循環配管１１Ｃの道中に配置され、この温水によって、冷温水循環配管３Ｃを流れる熱源を温水熱源となるように加熱するようになっている。

加湿用蒸気発生器３１Ａは、蒸気ボイラー１Ｄで作られた蒸気が流れる蒸気配管１１Ｄの道中に配置され、この蒸気によって、給水源３３Ａから供給される水から加湿用蒸気を作るとともに、この加湿用蒸気を冷暖房負荷５に供給するようになっている。

貯湯槽３２Ａは、温水熱源循環配管１１Ｃと蒸気配管１１Ｄとの道中に配置され、温水熱源循環配管１１Ｃを流れる温水又は蒸気配管１１Ｄを流れる蒸気によって、給水源３３Ａから給水される水を加熱して温水を作るようになっている。

図中、温水熱源循環配管１１Ｃ、蒸気配管１１Ｄ、ドレン配管１２Ｄは、ＣＧＳ１側と温水系熱源部３Ａとに示されたａ−ａ、ｂ−ｂ、ｃ−ｃ、ｄ−ｄで連続する。

すなわち、温水系熱源部３Ａは、ＣＧＳ１からの熱エネルギーのみによって暖房負荷に対する温水熱源と、加湿用蒸気及び給湯に用いる熱源とすることができる。

冷水系熱源部３Ｂは、冷水系熱交換器３０Ｂと、排熱・ガス吸収式冷凍機３１Ｂと、電動冷凍機３１Ｃとを備えている。

冷水系熱交換器３０Ｂは、冷温水循環配管３Ｃの道中、及び冷水蓄熱槽部４に貯水された冷水が冷水蓄熱槽部４を循環するように配管された冷水循環配管４０の道中に配置され、冷温水循環配管３Ｃを流れる熱源が冷水熱源となるように、冷水循環配管４０を流れる冷水で冷却するようになっている。

排熱・ガス吸収式冷凍機３１Ｂは、冷温水循環配管３Ｃの道中、及び温水熱源循環配管１１Ｃと蒸気配管１１Ｄとドレン配管１２Ｄとの道中に配置され、冷温水循環配管３Ｃを流れる熱源が冷水熱源となるように冷却するようになっている。

図中、排熱・ガス吸収式冷凍機３１Ｂは、ＣＧＳ１側と冷水系熱源部３Ｂとに示されたａ−ａ、ｂ−ｂ、ｃ−ｃ、ｄ−ｄで連続する。

電動冷凍機３１Ｃは、冷温水循環配管３Ｃの道中に配置され、商用電力及び発電電力によって、冷温水循環配管３Ｃを流れる熱源が冷水熱源となるように冷却するようになっている。

排熱・ガス吸収式冷凍機３１Ｂ及び電動冷凍機３１Ｃは、共に冷水熱源を作るものであるが、季節や気温、更には時刻によって、同時又は単独で動作させることができる。

例えば、夏期の気温が高く、冷房負荷が大きくなる時刻においては、商用電力とＣＧＳ１による発電電力及び熱エネルギーを用いて、排熱・ガス吸収式冷凍機３１Ｂと電動冷凍機３１Ｃの双方で冷水熱源を作って冷暖房負荷５に供給することができる。また、冷水蓄熱槽部４に蓄熱された冷水熱源を利用することもできる。

一方、冷房負荷がなくなる時刻（深夜）においては、安価な夜間の商用電力（深夜電力）を用いて、電動冷凍機３１Ｃで冷水熱源を作るとともに、冷水蓄熱槽４に冷水蓄熱し、この蓄熱された冷水熱源を、翌日の冷房運転における冷水系熱交換器３０Ｂの冷水熱源として用いることができる。

すなわち、この冷水系熱源部３Ｂは、冷水熱源を、商用電力と、ＣＧＳ１による発電電力及び熱エネルギーとを必要に応じて使い分けることで、商用電力及び都市ガスを効率的に使用でき、これによって、省電力や省エネルギー、更には、ピークカットを達成できると共に、電動冷凍機３１Ｃの小型化を達成できる。

冷水蓄熱槽部４は、冷水熱源を蓄熱するものであり、高温側Ｈと低温側Ｃとにわたり冷水循環配管４０が配管されており、冷水系熱交換器３０Ｂによって冷却された冷水熱源を蓄熱するようになっている。

次に、以上の構成のエネルギープラントＡの冷水蓄熱運転動作、冷房運転動作、暖房運転動作を、図２〜図４に基づいて説明する。

尚、図２〜図４において、太線で示す部位は、商用電力と発電電力が出力されている状態、熱エネルギーが出力されている状態、冷温水熱源が流れている状態、水・温水・蒸気が流れている状態を示すものである。

図２は、冷房負荷がなくなる時刻（深夜）において、冷水蓄熱槽部４に冷水熱源を蓄熱するエネルギープラントＡの冷水蓄熱運転動作を示すフロー図である。

エネルギープラントＡの冷水蓄熱運転動作は、ＣＧＳ１を停止状態として、安価な夜間の商用電力（深夜電力）のみを用いて電動冷凍機３１Ｃを動作させて、冷水蓄熱槽部４に冷水蓄熱を行うものである。

このとき、温水系熱源部３Ａ側と冷水系熱源部３Ｂ側の冷温水循環配管３Ｃの内、冷水系熱交換器３０Ｂと電動冷凍機３１Ｃとにわたる部位のみに冷水熱源が循環するように、ポンプを動作及び停止させるとともに、バルブを開閉する。また、冷水蓄熱槽部４の冷水熱源が高温側Ｈから低温側Ｃへと循環するように、ポンプ（図示せず）を動作及び停止させるとともに、バルブ（図示せず）を開閉する。

エネルギープラントＡを前述のように作動させることによって、安価な深夜電力を用いて、冷水蓄熱槽部４に冷水蓄熱を行うことができ、しかも、蓄熱された冷水熱源を翌日の冷房運転に用いることができるため、冷房負荷が大きくなる時期及び時刻の省電力や省エネルギーを達成することができる。

図３は、夏期の気温が高く、冷房負荷が大きくなる時刻において、冷暖房負荷５に冷水熱源を供給するエネルギープラントＡの冷房運転動作を示すフロー図である。

エネルギープラントＡの冷房運転動作は、商用電力、ＣＧＳ１からの発電電力及び熱エネルギー、更には、冷水蓄熱槽部４に蓄熱された冷水熱源を用いて、冷水熱交換器３０Ｂ、排熱・ガス吸収式冷凍機３１Ｂ、電動冷凍機３１Ｃを作動させて、冷暖房負荷に冷水熱源を供給するものである。

このとき、温水系熱源部３Ａ側と冷水系熱源部３Ｂ側の冷温水循環配管３Ｃの内、冷水系熱交換器３０Ｂ、排熱・ガス吸収式冷凍機３１Ｂ、電動冷凍機３１Ｃ、冷暖房負荷５にわたる部位のみに冷水熱源が循環するように、ポンプを動作及び停止させるとともに、バルブを開閉する。また、冷水蓄熱槽部４の冷水熱源が低温側Ｃから高温側Ｈへと循環するように、ポンプを動作及び停止させるとともに、バルブを開閉する。

エネルギープラントＡを前述のように作動させることによって、商用電力、発電電力、熱エネルギー、冷水蓄熱を効率的に用いて冷水熱源を作ることができるため、省電力や省エネルギーを達成することができる。

また、商用電力とＣＧＳ１による発電電力の双方を用いているので、建物で使用する冷房運転用の電力以外の商用電力の省電力を達成することができる。

この図３に示すフロー図による冷房運転動作は、冷房負荷が大きくなる夏期以外にも、梅雨の時期、夏期と秋期の端境期、春期と夏期の端境期等、湿気や夏日が生じるような中間期においても行うようにしてもよい。この場合、商用電力の出力やＣＧＳ１による発電量を必要に応じて調整することによって、省電力や省エネルギーを達成した効率的な冷房を行うことができる。

図４は、冬期の暖房負荷が大きくなる時期において、冷暖房負荷５に温水熱源を供給するエネルギープラントＡの暖房運転動作を示すフロー図である。また、必要に応じて、前日に冷水蓄熱槽部４に蓄熱された冷水熱源を冷暖房負荷５に供給して冷房運転をすることもできる。

エネルギープラントＡの暖房運転動作は、ＣＧＳ１からの熱エネルギーを用いて、温水系熱交換器３０Ａを作動させて、冷暖房負荷５に温水熱源を供給するものである。この暖房運転動作では、必要に応じて、加湿用蒸気発生器３１Ａを作動させて加湿用蒸気を冷暖房負荷５に供給するようにしてもよい（図示では、加湿用蒸気の供給状態を示す）。

このとき、温水系熱源部３Ａ側と冷水系熱源部３Ｂ側の冷温水循環配管３Ｃの内、温水系熱交換器３０Ａと冷暖房負荷５にわたる部位、冷水系熱交換器３０Ｂと冷暖房負荷５にわたる部位に温水熱源が循環するように、ポンプを動作及び停止させるとともに、バルブを開閉する。また、冷水蓄熱槽部４の冷水熱源が低温側Ｃから高温側Ｈへと循環するように、ポンプを動作及び停止させるとともに、バルブを開閉する。

エネルギープラントＡを前述のように作動させることによって、ＣＧＳ１からの熱エネルギーのみを用いて温水熱源を作ることができ、この温水熱源を暖房運転に用いることができるため、暖房負荷が大きくなる時期の省電力や省エネルギーを達成することができる。

なお、本考案は、例示した実施の形態に限定するものでは無く、実用新案登録請求の範囲に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。

Ａ：エネルギープラント
１：ＣＧＳ（コージェネレーションシステム）
１Ａ：内燃機関
１Ｂ：発電機
１０：商用電力系統
２０：発電電力系統
２：電力系統連系部
３：冷温水系熱源部
３０Ｂ：冷水系熱交換器
４：冷水蓄熱槽部

Claims

内燃機関により発電する発電機を有し、該発電機で発電された発電電力、及び発電時に生じる前記内燃機関の熱エネルギーを出力するコージェネレーションシステムと、
商用電力の系統と前記発電電力の系統とが接続され、該商用電力と該発電電力の両方又はいずれか一方を選択的に出力するように切替える電力系統連系部と、
前記商用電力、前記発電電力、前記熱エネルギーを選択的に用いて冷温水熱源を作るとともに、電力負荷が低い時間帯においては、前記商用電力のみを選択して冷水熱源を作る冷温水系熱源部と、
前記冷温水系熱源部で作られた冷水熱源により熱交換する冷水系熱交換器と、
前記冷水系熱交換器で熱交換された冷水を、前記電力負荷が高い時間帯の冷房負荷に用いる冷水熱源として蓄熱する冷水蓄熱槽部と、
を備えていることを特徴とする建物のエネルギープラント。