JP4360495B2 - Cogeneration equipment - Google Patents
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Description
本発明は、都市ガスを燃料とするガスエンジン等のエンジンを動力源として発電および給湯を行うコジェネレーション装置に関し、特に、発電電力を連系させた商用電力系統の停電時等、非常時に系統から解列して単独で運転(自立運転)することができるコジェネレーション装置に関する。 The present invention relates to a cogeneration apparatus that generates and supplies hot water using an engine such as a gas engine that uses city gas as a power source, and in particular, from a system in an emergency such as a power failure of a commercial power system that links generated power. The present invention relates to a cogeneration apparatus that can be disconnected and operated independently (independent operation).
近年、地球環境保護の必要性が喧伝され、都市ガス等を燃料とするガスエンジン等のエンジンを動力源として発電および給湯等を行う自家発電設備としてのコジェネレーション装置が注目されている。この種のコジェネレーション装置では、発電に伴う熱出力を同時に消費できない場合も多いため、エネルギを無駄なく使用する観点で、消費できない熱量を発生させないようにした熱需要優先型の装置が提案されている。例えば、特開2000−87801号公報に記載されているコジェネレーション装置では、熱負荷からの熱要求があったときにだけ運転することによって、運転効率を上げるようにしている。また、特開2000−297963号公報には、熱需要優先型でありながら、さらに熱出力および熱需要の緩衝器としての給湯タンクを備え、熱出力と熱需要とが一致していないときに、給湯タンク内の温水として熱量を一旦蓄えるようにした装置が提案されている。この装置によれば、コジェネレーション装置の運転時以外でも熱需要に応じて温水を通じて熱量を利用できるようにしているので熱エネルギの無駄が生じないようにすることができる。
上記コジェネレーション装置は小型化して家庭用にも使用されるようになってきたが、一般には、停電時には運転を停止させて系統側への逆潮流が防止される。したがって、せっかく所有しているコジェネレーション装置の発電機能を、停電という非常時に活用できないという不便さを伴っている。 The cogeneration apparatus has been miniaturized and has been used for home use, but in general, the operation is stopped at the time of a power failure to prevent a reverse power flow to the system side. Therefore, there is an inconvenience that the power generation function of the cogeneration device that is owned cannot be used in the event of a power failure.
そこで、停電時には、自立運転することも検討されているが、家庭用等の上記小型コジェネレーション装置は、系統との連系を前提にして、発電電力をなるべく余らせない出力仕様に設定されているので、家庭内負荷に対して出力がかなり不足してしまう。 Therefore, in the event of a power failure, self-sustained operation is also being considered, but the above-mentioned small cogeneration devices for home use etc. are set to output specifications that make the generated power as low as possible on the premise of interconnection with the system. As a result, the output is considerably insufficient for the household load.
本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、停電などの非常時に家庭内負荷に対して大きい発電エネルギを供給することができるコジェネレーション装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such inconveniences, and provides a cogeneration apparatus capable of supplying large power generation energy to a household load in an emergency such as a power failure.
本発明は、エンジンと、このエンジンで駆動される発電機と、該発電機の発電出力を系統に連系させる系統連系制御部と、前記エンジンの排熱を回収して外部熱負荷に供給する熱搬送媒体の循環路とを有するコジェネレーション装置において、前記系統から独立して運転する自立運転モードでは、前記循環路上の熱搬送媒体循環量を系統連系運転モード時と比べて増大可能にする循環量増大手段を備えた点に特徴がある。 The present invention includes an engine, a generator driven by the engine, a grid connection control unit that links the power generation output of the generator to the grid, and recovers exhaust heat of the engine and supplies it to an external heat load. In a cogeneration apparatus having a heat transfer medium circulation path, the amount of heat transfer medium circulation on the circulation path can be increased in a self-sustaining operation mode that operates independently from the system as compared with the system interconnection operation mode. There is a feature in that a circulation amount increasing means is provided.
前記循環量増大手段は、具体的には、自立運転モード時に熱搬送媒体の循環用のポンプの回転数を増大させる手段、あるいは自立運転モード時に流量調整弁の開度を増大させる手段である。 Specifically, the circulation amount increasing means is means for increasing the rotation speed of the pump for circulating the heat transfer medium in the self-sustaining operation mode, or means for increasing the opening degree of the flow rate adjusting valve in the self-sustaining operation mode.
また、本発明は、前記循環路に設けた第1の循環ポンプと、前記循環路を横断するバイパス上に設けられた第2の循環ポンプとを、該第1および第2の循環ポンプによる熱搬送媒体の合流が前記外部熱負荷に流入するように配置してあり、さらに前記循環量増大手段が、自立運転モード時には第1の循環ポンプに加えて第2の循環ポンプを運転させる手段である点に特徴がある。 In the present invention, the first circulation pump provided in the circulation path and the second circulation pump provided on the bypass crossing the circulation path are combined with heat generated by the first and second circulation pumps. It is arranged so that the confluence of the transport medium flows into the external heat load , and the circulation amount increasing means is means for operating the second circulation pump in addition to the first circulation pump in the self-sustaining operation mode. There is a feature in the point.
さらに、本発明は、上記各特徴に加え、自立運転モード時では、前記エンジンの回転数の上限を系統連系時よりも上方に移動して前記発電機の最大出力点を高くして運転できるように構成した点に特徴がある。 Furthermore, in addition to the above features, the present invention can be operated in the self-sustaining operation mode by moving the upper limit of the engine speed higher than that during grid connection and increasing the maximum output point of the generator. It is characterized in that it is configured as above.
上記特徴を有する本発明によれば、非常時等に系列から独立して単独で運転する自立運転時に熱搬送媒体の循環量を増大させて熱回収量を増大することができる。したがって、通常は、寿命や経済性を優先させて発電電力を余らせないように出力しながら、自立運転時に負荷に応じて出力を増大した運転を行う場合でも、自立運転時の排熱量を十分に回収することができる。 According to the present invention having the above features, it is possible to increase the amount of heat recovery by increasing the circulation amount of the heat transfer medium during a self-supporting operation that is independently operated independently of the system in an emergency or the like. Therefore, normally, even when performing an operation with increased output according to the load during autonomous operation while outputting so that the generated power is not surplus given priority on life and economy, the amount of exhaust heat during autonomous operation is sufficient. Can be recovered.
特に、ポンプの回転数を増大させる手段による場合は、外部負荷に熱を伝達する熱交換器等、熱媒体循環路上の構成部品をそのまま利用して排熱量の変動に対応することができる。 In particular, in the case of using means for increasing the number of rotations of the pump, it is possible to cope with fluctuations in the amount of exhaust heat by using the components on the heat medium circuit as they are, such as a heat exchanger that transfers heat to an external load.
また、流量調整弁による場合は、ポンプ回転数変更のための制御装置を設けることなく、弁の開度調整で排熱量の変動に対応することができる。 In the case of using the flow rate adjusting valve, it is possible to cope with fluctuations in the amount of exhaust heat by adjusting the opening of the valve without providing a control device for changing the pump rotation speed.
第1および第2の循環ポンプを設けた場合は、第1の循環ポンプによる主たる流れ、つまりエンジン内を通過する流れに大きな流量変化を及ぼさず、バイパスを流れる熱搬送媒体によって外部負荷側への流量変化を与えることができる。したがって、熱源側つまりエンジン側の強度設計の負担を小さくすることができる。 In the case where the first and second circulation pumps are provided, the main flow by the first circulation pump, that is, the flow passing through the engine does not affect a large flow rate, and the heat transfer medium flowing through the bypass leads to the external load side. A flow rate change can be given. Therefore, it is possible to reduce the burden of strength design on the heat source side, that is, the engine side.
また、エンジンの回転数を上方に移動させることができる本発明は、非常時等の自立運転時に、系統連系運転時よりも大きい出力を得ることが可能である。したがって、自立運転によって系統側から電力が供給されなくなったとしても、その分をある程度まで補完することが可能になる。 Further, the present invention capable of moving the engine speed upward can obtain a larger output during a self-sustained operation such as an emergency than during a grid-connected operation. Therefore, even if electric power is not supplied from the grid side due to the self-sustaining operation, it is possible to supplement the amount to some extent.
以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図2はエンジン発電機を商用電力系統に連系させたコジェネレーション装置の構成を示すブロック図である。同図において、発電機1は、例えば、エンジンEによってロータが駆動される3相の多極磁石式エンジン発電機であり、エンジン回転数に応じた交流電力を発生する。発電機1は、エンジン始動用電動機として動作することもできる電動機兼用発電機である。エンジンEは、例えば、都市ガスを燃料とするガスエンジンであり、回転数を目標回転数に収斂させる電子ガバナを備える。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a cogeneration apparatus in which an engine generator is linked to a commercial power system. In the figure, a
整流回路2は、ブリッジ接続された複数の整流素子(図示せず)を有し、この整流素子によって発電機1の出力を全波整流する。整流素子には、FETなどのスイッチング素子(図示せず)が並列接続され、エンジンEを始動する際には、これらのスイッチング素子を制御して発電機1を電動機として駆動する。整流回路2のスイッチング素子のオン、オフにより、双方向DC−DCコンバータ4を介して印加されるバッテリ5の直流電圧を3相のAC電圧に変換して発電機1に供給することができる。つまり、整流回路2は、電動機の駆動用インバータとしての機能を有する。
The
逆変換部3は、DCレギュレータ(スイッチング・コンバータ)3−1とインバータ3−2とを有し、整流回路2の出力を所定周波数の交流電力に変換して出力する。このスイッチング・コンバータ3−1は、発電機1やバッテリ5の出力変動がインバータ3−2の入力電圧に影響を及ばないようにする機能を有する。インバータ3−2は、発電機1の出力交流を系統9と同じ品質(電圧、周波数、ノイズ等に関して)の交流に変換し、系統9の位相と同期をとって連系させる機能を有する。系統連系機能を有する電力変換装置の一例は特公平4−10302号公報に開示されている。
The
インバータ3−2の出力は、運転モードを選択するモードスイッチ6と連系スイッチ7とからなる切替装置(ATS)8を介して商用電力系統9に連系されるとともに、電気負荷10に接続される。
The output of the inverter 3-2 is connected to the
連系スイッチ7は、発電機1を系統に連系させる場合は、ライン11側に切り替えられ、発電機1を系統から独立して動作する自立運転モードの場合は、ライン12側に切り替えられる。また、モードスイッチ6は、発電機1を系統9と連系して運転する場合、ライン11側に切り替えられ、自立運転モードの場合、ライン12側に切り替えられる。
The
バッテリ5は、発電機1の電力による直流電源に対して必要に応じて補助電力を供給する外部直流電源である。バッテリ5の電圧を昇圧して逆変換部3に供給するための手段として、整流回路2の出力側つまり逆変換部3の入力側に昇圧型の双方向DC−DCコンバータ4が接続される。双方向DC−DCコンバータ4は、発電機出力が十分であり、かつバッテリ5の残量が少ないときに、整流回路2の出力でバッテリ5を充電する機能を有する。以下では、双方向DC−DCコンバータ4のバッテリ5側を一次側、整流回路2側を二次側と呼ぶことがある。バッテリ5は、例えば、エンジン始動用電動機の電源として一般的に使用されている12Vのバッテリである。
The
エンジンEには、エンジンEの排熱を回収する排熱回収部としての水冷装置(ラジエータ)13が設けられ、この水冷装置13を循環する熱搬送媒体としての冷却水の管路14は貯湯タンクを含むボイラユニット200内を経由するように配管される。エンジンEはその運転に伴って熱を発生し、この熱はエンジンEの水冷装置13で熱交換により回収されてボイラユニット200に供給される。エンジンEからの熱回収はエンジンEのマフラー等の高温部分全てを対象とすることが好ましい。
The engine E is provided with a water cooling device (radiator) 13 as an exhaust heat recovery unit that recovers exhaust heat of the engine E, and a
上記コジェネレーション装置の動作を説明する。双方向DC−DCコンバータ4は、一次側と二次側とが完全同期するように同一の駆動信号で駆動する。この駆動形態により双方向DC−DCコンバータ4は、双方向で電力変換を行う。 The operation of the cogeneration apparatus will be described. The bidirectional DC-DC converter 4 is driven by the same drive signal so that the primary side and the secondary side are completely synchronized. With this driving mode, the bidirectional DC-DC converter 4 performs power conversion in both directions.
エンジンの始動時、双方向DC−DCコンバータ4のトランスの巻線比による一次側と二次側との相対電圧差に基づいて、バッテリ5のDC電圧が双方向DC−DCコンバータ4で昇圧され、昇圧されたDC電圧が駆動用インバータ(整流回路)2に与えられる。駆動用インバータ2は、図示しない制御部からの始動指令によってスイッチング駆動され、このDC電圧を3相のAC電圧に変換して発電機1に与え、発電機1をエンジン始動用電動機として起動する。
When the engine is started, the DC voltage of the
エンジンEが始動されると、発電機1はこのエンジンにより駆動され、駆動用インバータ2のスイッチング動作は停止される。発電機1の出力は、整流回路(駆動用インバータ)2で整流され、逆変換部3のスイッチング・コンバータ3−1で電圧調整され、さらにインバータ3−2で所定周波数の交流電力に変換されて出力される。
When the engine E is started, the
バッテリ5の残量が少なければ、双方向DC−DCコンバータ4を通して整流回路2の出力によりバッテリ5は充電される。すなわち、バッテリ5の変換出力が整流回路2の出力電圧より低ければ、双方向DC−DCコンバータ4のトランスの巻線比による一次側と二次側の相対電圧差に基づいて、バッテリ5が整流回路2の出力で充電されるように電力変換が行われる。
If the remaining amount of the
このコジェネレーション装置を、自立運転モードで非常用電源として運転することができる。自立運転では、系統9から電力供給を受けることができない。そこで、自立運転モードでは、負荷に対してできるだけ出力不足を生じさせないように、エンジンEの回転数の上限を系統9との連系時より上方へ移動可能にして、発電機1の最大出力点を高くして運転できるようにしている。
This cogeneration device can be operated as an emergency power source in the self-sustaining operation mode. In the self-sustaining operation, the power supply from the
図3は、本発明に係るコジェネレーション装置の一実施形態に係る機能の要部を示すブロック図である。同図において、電子ガバナ16は、発電機1の回転数つまりエンジンEの回転数Nを目標回転数Ntgtに収斂させるようにスロットル開度を制御する。電子ガバナ16はスロットルバルブ18を駆動するステッピングモータ17に回転数Nと目標回転数Ntgtとの差に応じたパルスを供給する。目標回転数Ntgtは、例えば、系統9との連系時は2000rpmに制限する。そして、電気負荷10に供給される電流が増大したときには、インバータ3−2の出力を調整して負荷に対応する。負荷がさらに増大したときには系統9によって不足分の電力が補われる。
FIG. 3 is a block diagram showing a main part of functions according to an embodiment of the cogeneration apparatus according to the present invention. In the figure, the
これに対して、自立運転モードでは、系統9から電力供給を受けることができないので、インバータ3−2の出力調整のみでは、大きい電気負荷に対応できないことが想定される。そこで、目標回転数Ntgtの上限値を上方へ移動して系統連系時よりも高い値に設定する。そして、電気負荷が増大して系統連系時の設定上限回転数2000rpmで出力が不足するときには、負荷に応じて目標回転数Ntgtを上昇させる。例えば、回転目標値Ntgtを3000rpmまで上昇させることができるように上限値を設定する。なお、例えば、インバータ3−2を構成するスイッチング素子のデューティ比が所定値より大きくなったことによってインバータ3−2の制御が負荷に対応できなくなるおそれがあると判断することができる。
On the other hand, in the self-sustained operation mode, power supply cannot be received from the
運転モード判別部19は、発電機1に設けられる操作スイッチ20から入力された選択信号によって運転モードを判別する。そして、自立運転モードが選択されたと判断した場合には、回転目標値Ntgtの上限値を自立運転モード用に切り替える。
The operation
また、運転モード判別部19は、系統9との連系時には、モードスイッチ6および連系スイッチ7をともにライン11側に切り替え、自立運転モード時にはモードスイッチ6および連系スイッチ7をともにライン12側に切り替える。モードスイッチ6や連系スイッチ7を切り替えて系統9から発電機1を解列する。
Further, the operation
このように構成することにより、例えば、エンジン起動スイッチを設けて、このスイッチからエンジンEの始動が指示されれば、エンジンEは発電機1の最大出力点を高くした設定で運転することができる。
By configuring in this way, for example, if an engine start switch is provided and the start of the engine E is instructed from this switch, the engine E can be operated at a setting in which the maximum output point of the
操作スイッチ20を設けて、自立運転モードと連系運転とを選択できるようにするのに限らず、外部からのリモコン信号で自立運転モードと連系運転とを選択できるようにしてもよい。また、停電検出器21を設けて、系統9の停電を検出した場合に、エンジンEが停止していれば自動的にエンジンEを始動させて自立運転を可能にすることもできる。
The
停電検出器21は、周知のものを使用することができる。例えば、停電は系統9の位相の跳躍の有無によって判断できる。また、発電機1の出力電圧と出力周波数とを監視し、これらが所定値から外れているような異常時も停電時と同様に単独モードによる運転に切り替えてもよい。停電検出や異常検出、ならびに商用電力系統から解列に関しては、例えば、特開2002−70606号公報に記載した技術を使用することができる。
A known
図4は、自立運転モード時および連系運転モード時のエンジン回転数可変域の例を示す図である。同図に示すように、連系時には、目標回転数Ntgtの上限を2000rpmに固定し、自立運転モードでは、目標回転数Ntgtの上限値を3000rpmまで変更できるようにする。したがって、自立運転モードでは目標回転数Ntgtは電気負荷に応じて3000rpmまで連続して変化させることができる。図示のように、連系時には、エンジン回転数Nの上限が固定されるので、出力の上限は1.2KVAに制限され、自立運転モードではエンジン回転数Nの目標回転数Ntgtの上昇につれてエンジン回転数Nは上昇可能であり、最大出力として2.0KVAまで使用可能である。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an engine speed variable range in the self-sustained operation mode and the interconnected operation mode. As shown in the figure, the upper limit of the target rotational speed Ntgt is fixed at 2000 rpm during interconnection, and the upper limit value of the target rotational speed Ntgt can be changed to 3000 rpm in the self-sustaining operation mode. Therefore, in the self-sustaining operation mode, the target rotation speed Ntgt can be continuously changed up to 3000 rpm according to the electric load. As shown in the figure, the upper limit of the engine speed N is fixed at the time of interconnection, so the upper limit of the output is limited to 1.2 KVA. In the self-sustained operation mode, the engine speed increases as the target speed Ntgt of the engine speed N increases. The number N can be increased, and a maximum output of 2.0 KVA can be used.
このように、エンジン回転数の上限を高くして系統連系時よりも最大出力点を高くできるのは次のような技術背景がある。つまり、コジェネレーション装置では、例えば10年以上という長期に亘って安定した運転を継続可能であること、および運転経済性を重視しなければならないという必要不可欠な要望がある。そこで、これを満足させるために、低回転/低負荷率でエンジンEを使用するように設定している。 Thus, there is the following technical background that the maximum output point can be made higher by increasing the upper limit of the engine speed than during grid connection. That is, in the cogeneration apparatus, there is an indispensable request that stable operation can be continued for a long period of, for example, 10 years or more, and that operation economics must be emphasized. Therefore, in order to satisfy this, the engine E is set to be used at a low rotation / low load factor.
一方、自立運転モードは、停電時など非常用に使用される、ごく短時間の運転であることを前提としておけばよい。したがって、このような非常時には、高回転/高負荷で運転したり、多少効率の悪い運転をしたりしても、寿命等に大きな影響を与えることはない。 On the other hand, the self-sustained operation mode may be premised on a very short time operation used for emergency such as a power failure. Therefore, in such an emergency, even if the operation is performed at a high rotation / high load or the operation is somewhat inefficient, the service life or the like is not greatly affected.
そして、本発明によれば、家庭用等の小型コジェネレーション装置を停電時等の非常用電源として有効活用することができる According to the present invention, a small-sized cogeneration device for home use can be effectively used as an emergency power source during a power failure or the like.
図1はボイラユニットを含むコジェネレーション装置のブロック図であり、図2と同符号は同一または同等部分を示す。コジェネレーション装置は、コジェネレーション装置本体(以下、単に「本体」という)100、ボイラユニット200およびコントローラ300からなる。本体100は、図2に関して説明した通りの、エンジンE、発電機10、逆変換部3、およびATS8を含む。エンジンEは発電機1の運転に伴って熱を発生し、この熱はエンジンEの水冷装置13で熱交換により回収されてボイラユニット200に供給される。
FIG. 1 is a block diagram of a cogeneration apparatus including a boiler unit, and the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or equivalent parts. The cogeneration apparatus includes a cogeneration apparatus main body (hereinafter simply referred to as “main body”) 100, a
ボイラユニット200は、貯湯タンク22と、貯湯タンク22内を通る水(以下、「媒体」という)を加温するための熱交換器23および補助熱源機としての追い焚きボイラ24を備える。熱媒体の循環管路(熱供給回路)25上には、温度上昇した熱媒体つまり温水の利用機設備である風呂追い焚き装置26、暖房装置27,28が設けられる。
The
図示しない水供給源と貯湯タンク22との間には給水管29が設けられ、給水管29には給水バルブ30が設けられる。給水バルブ30は、貯湯タンク22内の水量が基準値以下になったときに開かれて給水を可能にする。また、貯湯タンク22の上部からは、貯湯タンク22内で熱媒体によって加温された温水を外部の給湯器(図示しない)に引き出す温水経路31が接続される。この温水経路31には、温水を給湯器または排水に導く三方弁32が設けられる。貯湯タンク22内には、貯湯タンク22内の水の温度を検出する水温センサ33と、貯湯タンク内22の水位が設定水位以下かどうかを検出する水位センサ34とが設けられる。
A
冷却水の循環経路つまりエンジンEの水冷装置13を通過する管路14には、冷却水を循環させるポンプP1が設けられる。ポンプP1は、ボイラユニット200側に設けても本体100側に設けてもよい。ポンプP1はエンジンEの運転に連動して起動する一方、エンジンEが停止されると、その時点から予定時間(タイマによって設定される)経過後に停止するようにするのがよい。ポンプP1は、エンジンE側の温度が貯湯タンク22側より高くなった時に起動してもよいし、気温が低いときにはエンジンEを貯湯タンク22の温水で暖めるために先行して起動してもよい。
A cooling water circulation path, that is, a
エンジンEの水冷装置13を通過する冷却水は管路14内を循環する。エンジンEの熱を回収して温度が上がった冷却水は、熱交換器23で管路25を通る熱媒体と熱交換して熱媒体の温度を上昇させる。熱交換器23で熱交換されて温度が低下した冷却水は、暖房装置28を経てエンジンEの水冷装置13に戻る。
Cooling water that passes through the
一方、熱交換器23で温度が上げられた熱媒体は、貯湯タンク22内に設けられた熱交換器36を通って貯湯タンク22内の水を加温する。ポンプP2の作用によって、熱媒体は風呂追い焚き装置26および暖房装置27に給送される。風呂追い焚き装置26および暖房装置27を通過して温度が低下した熱媒体は熱交換器23に戻る。
On the other hand, the heat medium whose temperature has been raised by the
コントローラ300は熱需要に応じてエンジンEの制御を行う。すなわち、コントローラ300は、水温センサ33によって検出された水温Tが予め設定された設定温度T1以下のときに熱要求を出力してエンジンEを駆動し、熱量を発生させる。
The
また、大きい熱需要が発生したとき、例えば、エンジンEの連続運転で得られる熱量を超えたような場合や、システムの立上げ時には、貯湯タンク22内の温水の温度は低下し、給水された水の温度が熱需要に応じられる温度になっていないことがある。このような場合、熱媒体は、特別に駆動される追い焚きボイラ24で加温されて、熱媒体の温度は所望温度に維持される。
Further, when a large heat demand occurs, for example, when the amount of heat obtained by continuous operation of the engine E is exceeded, or when the system is started up, the temperature of the hot water in the hot
コントローラ300は、水温センサ33によって検出された水温Tが水温T2(T1>T2)以下になったときに、追い焚きボイラ24に追い焚き指令を出力する。例えば、貯湯タンク22内の温水の温度をエンジンEからの回収熱のみでは基準温度に維持できないときに、コントローラ300は追い焚きボイラ24に運転を指示する。
The
また、コントローラ300は、水位センサ34で検出された貯湯タンク22内の水位が設定水位より低い場合は、給水のために給水バルブ30を開く機能を備える。さらに、コントローラ300は、三方弁32を切り替えて貯湯タンク22から排水するための排水制御機能を有する。
Further, the
さらに、コントローラ300は、自立運転モードが選択されたときに、エンジンEで発生した熱の回収量を大きくする制御機能を有する。自立運転モードで、上述のようにエンジン回転数の上限を系統連系時より上に移動させて発電機1の最大出力点を高くした場合、エンジンEが発生する熱量は連系運転時より増大する。そこで、その増大した熱量を十分に回収する手段を設けるのである。具体的には、管路14に循環させる冷却水の流量を増大させる。さらに詳細には、ポンプP1の回転数を連系運転時より大きくして冷却水の循環量を増大させる。
Further, the
図5は、ポンプP1の回転数を制御するコントローラ300の機能を示す図である。図1,図2と同符号は同一または同等部分を示す。コントローラ300は、ATS8に設けられるスイッチ6,7の状態から自立運転中であることを検出して、ポンプP1に自立運転用の回転数NPに対応する指示を供給する。回転数NPは、予め設定した、連系運転時より大きい固定値でよいが、運転状況の変化に対応して変動する値としてもよい。
FIG. 5 is a diagram illustrating the function of the
例えば、発電量W、エンジン回転数NE、および冷却水の温度TW、またはこれらの任意の組み合わせによって本体100の排熱量を判断し、この排熱量の変動に対応してポンプP1の回転数の増大量を決定する。発電量W、エンジン回転数NE、冷却水の温度TWが大きい場合は回転数の増大幅を大きくする傾向にするのがよい。
For example, the amount of exhaust heat of the
図6は、熱回収量を増大する構成の変形例を示す図である。この変形例では、冷却水循環用のポンプを2台設けた。一つは管路14上に設けたポンプP1Aであり、他の一つは管路14に接続したバイパス37に設けられたポンプP1Bである。図中矢印Qは冷却水の流れ方向である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a modification of the configuration for increasing the heat recovery amount. In this modification, two cooling water circulation pumps are provided. One is a pump P1A provided on the
連系運転モードなどエンジンEが発生する熱量が小さいときにはポンプP1Aを運転し、ポンプP1Bは休止させておく。そして、自立運転モードでエンジン回転数の上限を上に移動させるなど、エンジンEの発生熱量が大きい運転では、ポンプP1AおよびポンプP1Bを共に運転して熱交換器23,28への冷却水流量を増大させる。この変形例によれば、回転数制御手段を含まないポンプやコントローラからなるシステムであっても、容易に流量増大を図ることができる。また、熱交換器23,28に流入する冷却水流量の増大幅に比べて本体100を通過する冷却水流量の増大幅は小さいので、連系運転時と自立運転時の流量変動による本体100の強度設計の負担を小さくすることができる。
When the amount of heat generated by the engine E is small, such as in the interconnection operation mode, the pump P1A is operated and the pump P1B is stopped. In an operation where the amount of heat generated by the engine E is large, such as when the upper limit of the engine speed is moved upward in the self-sustaining operation mode, both the pump P1A and the pump P1B are operated and the cooling water flow rate to the
なお、ポンプP1Aは、水冷装置13を基準にした管路14の往路上に配置するのに限らず、点線で示すように復路上にあってもよい。
The pump P1A is not limited to being disposed on the forward path of the
図7は、熱回収量を増大する構成の第2の変形例を示す図である。この第2の変形例では、管路14に流量調整弁38を設けた。この流量調整弁38はソレノイドやステッピングモータを駆動源として弁を駆動して管路14を開閉可能に構成する。そして、その開閉量によって実質的に管路14の口径を変化させて管路35を循環する冷却水流量を調整する。発熱量の小さい連系運転では、流量調整弁38の開度を小さくし、それによって管路14の圧損を大きくして冷却水流量を小さくする。そして、発熱量の大きい自立運転では、流量調整弁38の開度を大きくし、それによって管路14の圧損を小さくして冷却水流量を大きくする。
FIG. 7 is a diagram illustrating a second modification of the configuration for increasing the heat recovery amount. In the second modification, a flow
この第2の変形例では、回転数制御手段を含まないポンプやコントローラからなるシステムであっても、流量調整をすることができる。 In the second modification, the flow rate can be adjusted even in a system including a pump and a controller that does not include the rotation speed control means.
図6や図7に関して説明した変形例におけるポンプP1、P1AおよびポンプP1Bの始動・停止制御や流量制御弁38の開閉制御はコントローラ300により行われる。
The
上述のように、エンジン回転数の上限を上げて使用する自立運転など、エンジンEによる発熱量が大きい運転では冷却水の循環流量を増大することができるので、発生した熱量を無駄なく回収して熱交換器23,28に給送することができる。
As described above, the cooling water circulation flow rate can be increased in an operation with a large amount of heat generated by the engine E, such as a self-supporting operation in which the upper limit of the engine speed is increased, so that the generated heat amount can be recovered without waste. The
停電時や始動時のコジェネレーション装置各部の動作電源は、本体100内に設けられるバッテリから得ることができる。また、エンジンEが始動されて発電機1が制御用の設定電圧を出力するようになれば、発電機1の出力電圧をコジェネレーション装置各部の動作電源とすることができる。
The operating power of each part of the cogeneration apparatus at the time of power failure or start-up can be obtained from a battery provided in the
1…発電機、 3…逆変換部、 9…商用電力系統、 13…水冷装置、 22…貯湯タンク、 23,28…熱交換器、 33…水温センサ、 34…水位センサ、 38…流量調整弁、 100…コジェネレーション装置本体、 200…ボイラユニット、 300…コントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記系統から独立して運転する自立運転モードでは、前記循環路上の熱搬送媒体循環量を系統連系運転モード時と比べて増大可能にする循環量増大手段を備えたことを特徴とするコジェネレーション装置。 An engine, a generator driven by the engine, a grid interconnection control unit that links the power generation output of the generator to the grid, and a heat transfer medium that recovers exhaust heat of the engine and supplies it to an external heat load A cogeneration system having a circulation path of
In the self-sustained operation mode that operates independently from the system, the cogeneration system is provided with a circulation amount increasing means that makes it possible to increase the circulation amount of the heat transfer medium on the circulation path as compared with that in the system interconnection operation mode. apparatus.
前記循環量増大手段が、自立運転モード時には第1および第2の循環ポンプをともに運転させる手段であることを特徴とする請求項1記載のコジェネレーション装置。 The first circulation pump provided in the circulation path and the second circulation pump provided on the bypass crossing the circulation path are combined with the heat transfer medium by the first and second circulation pumps. Arranged to flow into the external heat load ,
The cogeneration apparatus according to claim 1, wherein the circulation amount increasing means is means for operating both the first and second circulation pumps in the self-sustaining operation mode.
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