JP2822081B2 - コージェネレーション装置の電力・熱出力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、コージェネレーション装置の電力・熱出力
装置に関する。

《従来の技術》 この種の装置には、特開昭63−198759号公報に記載さ
れたものがある。

これは、エンジンの機体熱と排気ガス熱とを熱交換装
置を介して貯湯槽内の熱回収液に回収するように構成
し、貯湯槽に電気ヒータを設け、熱使用量が多くて貯湯
槽内の温度が設定値よりも低下した場合には、発電機の
出力電力を全て電気ヒータに供給するようにしたもので
ある。

《発明が解決しようとする課題》 上記の従来技術は、第９図に示すように作動する。図
中の下半図は、外部電力負荷Ｗとエンジン出力Ｐとの関
係を示し、上半図は、外部電力負荷Ｗと熱出力Ｑとの関
係を示している。

外部負荷への電力供給中には、エンジンは、外部電力
負荷に対応するエンジン出力P₁で運転して、エンジン熱
出力Q₁を供給している。この電力供給中に貯湯槽内の熱
回収液の温度が低下すると、外部への電力供給が停止さ
れて電気ヒータに全電力が供給される。これにより、エ
ンジンは電気ヒータ負荷に対応するエンジン出力P₂で運
転して、電気ヒータ負荷に対応するエンジン熱出力Q₂と
ヒータ加熱量Q₃との合計値の熱出力Ｑを供給する。

従って、従来技術では、熱出力Ｑが最大の状態では外
部へ電力を供給できないうえ、外部電力負荷Ｗが部分負
荷の場合の熱出力が小さい。

さらに、外部電力負荷として誘導電動機が設けられた
場合には、次のような弊害がある。即ち、誘導負荷は、
投入時に大きな起動電流が流れることから、許容投入負
荷量が許容電力負荷の1/4程度に抑制される。このた
め、外部電力負荷の合計値が小さくならざるを得ず、外
部電力負荷に対応するエンジン出力P₁が小さくなり、外
部電力負荷によるエンジン熱出力Q₁も少なくなる。

本発明は、外部電力負荷へ電力を常時供給するととも
に、外部電力負荷が部分負荷の場合の熱出力を高めるこ
とを目的とする。

《課題を解決するための手段》 本発明は、上記目的を達成するために、例えば第１図
と第２図に示すように、 エンジン２の機体熱と排気ガス熱とのエンジン発生熱
を排熱回収用の熱交換装置18を介して貯湯槽７内の熱回
収液８に回収するように構成し、 貯湯槽７に電気ヒータ29を設け、電気ヒータ29は加熱
用給電制御装置30の給電調節部31を介して発電機３の出
力回路23に接続し、 加熱用給電制御装置30は、加熱制御部32が加熱検出部
Ａからの加熱検出信号を入力することに基づき、加熱指
令信号を出力して、給電調節部31を給電調節作動させる
ように構成した、 コージェネレーション装置の電力・熱出力装置におい
て、 加熱用給電制御装置30の加熱検出部Ａは外部電力負荷
検出手段33からなり、外部電力負荷検出手段33は、発電
機３の出力回路23から外部へ取り出される外部電力負荷
Ｗを検出するように構成し、 加熱用給電制御装置30の加熱制御部32は、外部電力負
荷検出手段33から入力される外部電力負荷信号の値が大
きい領域よりも小さい領域の方が、給電調節部31のヒー
タ給電量Ｈを大きな値に調節して、電気ヒータ29による
貯湯槽７内の熱回収液のヒータ加熱量Q₃を大きくするよ
うに構成し、 発電機３の出力回路23のうち、誘導電動機用出力回路
23aにモータ始動装置25を介装したものである。

《作用》 本発明は、例えば第１図と第２図に示すように、次の
ように作用する。

第２図中の下半図に示すように、外部電力負荷Ｗが大
きい領域よりも小さい領域の方が、外部電力負荷Ｗに対
応するエンジン出力P₁が小さいので、その分だけ電気ヒ
ータ29へのヒータ給電量Ｈを多くして、電気ヒータ負荷
に対応するエンジン出力P₂を大きくし、エンジン出力Ｐ
をほぼ100％にする。これにより、第２図中の上半図に
示すように、貯湯槽７内の熱回収液を加熱する全熱出力
Q₀は、外部電力負荷によるエンジン熱出力Q₁と、電気ヒ
ータ負荷によるエンジン熱出力Q₂と、電気ヒータ29の発
熱によるヒータ加熱量Q₃との３者を合計した熱量にな
る。

この３者のうち、外部電力負荷によるエンジン熱出力
Q₁とは、電気ヒータ29を含まない外部電力負荷Ｗに対応
するエンジン出力P₁部分により、エンジン１の機体熱と
排気熱とから得られる熱量部分を意味する。電気ヒータ
負荷によるエンジン熱出力Q₂とは、電気ヒータ29のみの
負荷に対応するエンジン出力P₂部分により、エンジン１
の機体熱と排気熱とから得られる熱量部分を意味する。

この２つのエンジン熱出力Q₁・Q₂を合わせた全エンジ
ン熱出力Q₁₀は、第２図中の下半図のエンジン出力Ｐの1
00％に対応して、第２図中の上半図のエンジン熱出力Ｑ
の100％になる。

この全エンジン熱出力Q₁₀（100％）に電気ヒータ29の
発熱によるヒータ加熱量Q₃（＋α％）を加えたものが、
貯湯槽７内の熱回収液を加熱する全熱出力Q₀になる。そ
のヒータ加熱量Q₃は電気ヒータ負荷に対応するエンジン
出力P₂により得られるヒータ給電量Ｈに比例し、外部電
気負荷Ｗが小さくなるほど、ヒータ給電量Ｈが大きくな
って、ヒータ加熱量Q₃が大きくなる。

また、第１図に示すように、外部電力負荷として誘導
電動機26が設けられた場合であっても、投入時に大きな
起動電流が流れることをモータ始動装置25で防止できる
ので、投入負荷量が抵抗負荷の場合とほとんど変わらな
くてすむ。このため、外部電力負荷に対応するエンジン
出力P₁が大きくて、外部電力負荷による熱出力Q₁も大き
い値に保たれる。

《実施例》 以下、本発明の実施例を図面で説明する。

第１図の系統図に示すように、コージェネレーション
装置１は、液冷式ガスエンジン２・発電機３・排熱回収
用第１回路４・エンジン冷却用回路５を備えている。エ
ンジン２で発電機３を駆動することにより、発電機３で
発電を行うと同時に、エンジン２の機体熱と排気ガス熱
とのエンジン発生熱をエンジン冷却液を介して排熱回収
用第１回路４・排熱回収用第２回路６で貯湯槽７内の排
熱回収液８に回収するようになっている。一方、貯湯槽
７の排熱回収液８の使用量が減少して排熱回収用第１回
路４からの放熱量が少なくなり、エンジン冷却液の温度
が所定の温度よりも上昇した場合には、エンジン冷却液
をエンジン冷却用回路５からも放熱させてエンジン冷却
液の液温を一定の温度範囲内に保つようにしてある。

上記の排熱回収用第１回路４は、エンジン２のウォー
タジャケット９の出口を、排気熱吸収用熱交換器10のエ
ンジン冷却液流路10a・排熱回収用熱交換器11のエンジ
ン冷却液流路11a・エンジン冷却液循環ポンプ12を順に
経てウォータジャケット９の入口に接続してなる。な
お、エンジン２の排気ガスは、排気熱吸収用熱交換器10
の排気ガス流路10bからマフラ14を経て外部に排出され
る。そして、ウォータジャケット９で温度上昇したエン
ジン冷却液は、排気熱吸収用熱交換器10のエンジン冷却
液流路10aを通過する間に排気熱を吸収してさらに温度
上昇し、その後、排熱回収用熱交換器11のエンジン冷却
液流路11aを通過する間に排熱回収用循環液流路11b内の
排熱回収用循環液へ放熱して、ウォータジャケット９へ
戻される。排熱回収用第２回路６内の排熱回収用循環液
は、循環ポンプ16で循環されて、排熱回収用熱交換器11
の排熱回収用循環液流路11bを通る間に吸熱し、その
後、貯湯槽７内の放熱路7aで熱回収液８を加熱するよう
になっている。上記の排熱回収用熱交換器11と貯湯槽７
内の放熱路7aとでエンジン排熱回収用の熱交換装置18が
構成されている。

また、前記のエンジン冷却用回路５は、ウォータジャ
ケット９の出口を、ラジエータ20とエンジン冷却液循環
ポンプ12とを順に経てウォータジャケット９の入口に接
続してなる。そして、ラジエータ20へのエンジン冷却液
の循環量を可変分流弁21で分流制御することにより、エ
ンジン２の発電負荷又は排熱回収負荷が変動しても、ウ
ォータジャケット９内を流れるエンジン冷却液の温度を
一定範囲内に保って、エンジン２の焼き付きを防止して
ある。

前記の発電機３の出力回路23に電気制御盤24が設けら
れる。電気制御盤24から分岐させた誘導電動機用出力回
路23aにモータ始動装置25を介して誘導電動機26が接続
されるとともに、電気制御盤24から分岐させた抵抗負荷
用出力回路23bに電磁接触器27を介して照明等の抵抗負
荷28が接続される。なお、上記のモータ始動装置25とし
ては本出願人が先に提案した特願昭62−215962号に記載
した種類のものを採用することが好ましい。

上記のコージェネレーション装置１において、貯湯槽
７に電気ヒータ29が設けられる。この電気ヒータ29は、
その発熱量を無段階に調節できるように構成されてお
り、加熱用給電制御装置30で制御される。

加熱用給電制御装置30は、電磁接触器からなる給電調
節部31と、加熱制御部32と、外部電力負荷検出手段33か
らなる加熱検出部Ａとを備えており、加熱制御部32が外
部負荷検出手段33からの加熱検出信号を入力することに
基づき、加熱指令信号を出力して、給電調節部（電磁接
触器）31を給電調節作動させるように構成してある。

即ち、電気ヒータ29は、給電調節部31を介して電気制
御盤24に接続される。外部電力負荷検出手段33は、電流
検出器で構成してあり、発電機３の出力回路23から外部
へ取り出される外部電力負荷を電流値として間接的に検
出するように構成してある。

そして、加熱制御部32は、第２図に示すように作動す
る。図中の下半図は、外部電力負荷Ｗとエンジン出力Ｐ
との関係を示し、上半図は、外部電力負荷Ｗと貯湯槽７
の熱出力Ｑとの関係を示している。

下半図に示すように、外部電力負荷Ｗが大きい領域よ
りも小さい領域の方が、外部電力負荷に対応するエンジ
ン出力P₁が小さいので、その分だけ電気ヒータ29へのヒ
ータ給電量Ｈを多くして、電気ヒータ負荷に対応するエ
ンジン出力P₂を大きくし、エンジン出力Ｐを約100％に
する。これにより、第２図中の上半図に示すように、貯
湯槽７内の熱回収液を加熱する全熱出力Q₀は、外部電力
負荷によるエンジン熱出力Q₁と、電気ヒータ負荷による
エンジン熱出力Q₂と、電気ヒータ29の発熱によるヒータ
加熱量Q₃との３者を合計した熱量になる。

この３者のうち、外部電力負荷によるエンジン熱出力
Q₁とは、電気ヒータ29を含まない外部電力負荷Ｗに対応
するエンジン出力P₁部分により、エンジン１の機体熱と
排気熱とから得られる熱量部分を意味する。電気ヒータ
負荷によるエンジン熱出力Q₂とは、電気ヒータ29のみの
負荷に対応するエンジン出力P₂部分により、エンジン１
の機体熱と排気熱とから得られる熱量部分を意味する。

この２つのエンジン熱出力Q₁・Q₂を合わせた全エンジ
ン熱出力Q₁₀は、第２図中の下半図のエンジン出力Ｐの1
00％に対応して、第２図中の上半図のエンジン熱出力Ｑ
の100％になる。

この全エンジン熱出力Q₁₀（100％）に電気ヒータ29の
発熱によるヒータ加熱量Q₃（＋α％）を加えたものが、
貯湯槽７内の熱回収液を加熱する全熱出力Q₀になる。そ
のヒータ加熱量Q₃は電気ヒータ負荷に対応するエンジン
出力P₂により得られるヒータ給電量Ｈに比例し、外部電
気負荷Ｗが小さくなるほど、ヒータ給電量Ｈが大きくな
って、ヒータ加熱量Q₃が大きくなる。即ち、外部電力負
荷検出手段33から入力される外部電力負荷Ｗの検出信号
の値が大きい領域よりも小さい領域の方が、給電調節部
31のヒータ給電量Ｈを大きな値に調節して、電気ヒータ
29による貯湯槽７内の熱回収液のヒータ加熱量Q₃を大き
くするのである。

なお、前記第１図に示すように、貯湯槽７内の熱回収
液８は、その液温を温度検出器34で検出して、加熱制御
部32で給電調節部31を介して電気ヒータ29を給電制御す
ることにより、一定の液温に保たれるようになってい
る。

この実施例では、貯湯槽７内に放熱路7aを設けるとし
たが、この放熱路7aを省略して、貯湯槽７内の熱回収液
８を排熱回収用第２回路６に直接に循環させることも可
能である。

また、エンジン２は、ガスエンジンに代えて、ガソリ
ンエンジンやディーゼルエンジンであってもよい。

（第１変形例） 第３図は第１変形例を示している。

これは、外部電力負荷検出手段33を電力量計37で構成
することにより、外部電力負荷を直接に検出するように
したものである。

なお、外部電力負荷検出手段33は、電流検出器や電力
量計に代えて、次のように変更することも可能である。
即ち、エンジン２のスロットル弁の開度を吸気負圧セン
サ等で検出したりガバナアクチュエータの位置を検出し
たりすることによりエンジン出力を検出し、そのエンジ
ン出力を介して外部電力負荷を間接的に検出するのであ
る。

（第２変形例） 第４図は第２変形例を示している。

これは、排熱回収用第２回路６における排熱回収用熱
交換器11入口側に温度検出器39を設けて、貯湯槽７内の
熱回収液８の液温を一定値に制御するものである。な
お、これに代えて、同図中の二点鎖線図に示すように、
排熱回収用第２回路４における排熱回収用熱交換器11出
口側に、温度検出器40を設けるようにしてもよい。

（第３変形例） 第５図と第６図は第３変形例を示している。

これは、第６図に示すように、許容される外部電力負
荷が15KWの機種の装置に7.5KWのヒータを１台設けたも
のであり、外部電力負荷Ｗが7.5KW以下の領域ではヒー
タを投入するようになっている。図中、P₁は外部電力負
荷に対応するエンジン出力、P₂は電気ヒータ負荷に対応
するエンジン出力（ヒータ給電量Ｈ）、Q₁は外部電力負
荷によるエンジン熱出力、Q₃は電気ヒータによるエンジ
ン熱出力で、Q₃はヒータ加熱量である。

これは、第５図に示すように、次のように制御され
る。まず、外部電力負荷が7.5KW以下か否かを判別し（S
1）、7.5KW以下の場合にはヒータがONが否かが判別され
（S2）、ONの場合には貯湯槽内の液温が設定温度よりも
低いか否かが判別され（S3）、低い場合にはヒータがON
され（S4）、高い場合にはヒータがOFFされる（S5）。
また、S1において、外部電力負荷が7.5KWを越えている
場合には、ヒータがOFFされる（S5）。さらに、S2にお
いて、ヒータがONしてない場合には、貯湯槽内の液温が
設定温度よりも高いか否かが判別され（S6）、高い場合
にはヒータがOFFとなり、低い場合にはヒータがONとな
る。

（第４変形例） 第７図と第８図は第４変形例を示している。

これは、第８図に示すように、許容される外部電力負
荷が15KWの機種の装置に3.75KWのヒータを３台設けたも
のであり、外部電力負荷Ｗが3.75KW以下の領域では３台
のヒータ投入し、外部電力負荷Ｗが3.75から7.5KWの領
域では２台のヒータを投入し、外部電力負荷Ｗが7.5か
ら11.25KWの領域では１台のヒータを投入するようにな
っている。符号P₁・P₂・Q₁・Q₂・Q₃は前記第６図と同様
の内容を示している。

これは、第７図に示すように、次のように制御され
る。まず、外部電力負荷が11.25KW以下か否かを判別し
（S1）、以下の場合にはNo.1ヒータが投入され（S2）、
次いで、外部電力負荷Ｗが7.5KW以下か否かを判別し（S
3）、以下の場合にはNo.1とNo.2との２台のヒータが投
入され（S4）、引き続いて、外部電力負荷が3.75KW以下
か否かを判別し（S5）、以下の場合にはNo.1から３の３
台のヒータが投入される（S6）。なお、S1において、1
1.25KWを越える場合には、ヒータを投入しない（S7）。
また、S3において7.5KWを越える場合にはS1に戻され、S
5において3.75KWを越える場合にはS3に戻される。

《発明の効果》 本発明は、上記のように構成され作用することから次
の効果を奏する。

第２図中の上半図に示すように、貯湯槽７内の熱回収
液を加熱する全熱出力Q₀は、外部電力負荷によるエンジ
ン熱出力Q₁と、電気ヒータ負荷によるエンジン熱出力Q₂
と、電気ヒータ29の発熱によるヒータ加熱量Q₃との３者
を合計した熱量になる。

この３者のうち、外部電力負荷によるエンジン熱出力
Q₁とは、電気ヒータ29を含まない外部電力負荷Ｗに対応
するエンジン出力P₁部分により、エンジン１の機体熱と
排気熱とから得られる熱量部分を意味する。電気ヒータ
負荷によるエンジン熱出力Q₂とは、電気ヒータ29のみの
負荷に対応するエンジン出力P₂部分により、エンジン１
の機体熱と排気熱とから得られる熱量部分を意味する。

この２つのエンジン熱出力Q₁・Q₂を合わせた全エンジ
ン熱出力Q₁₀は、第２図中の下半図のエンジン出力Ｐの1
00％に対応して、第２図中の上半図のエンジン熱出力Ｑ
の100％になる。

この全エンジン熱出力Q₁₀（100％）に電気ヒータ29の
発熱によるヒータ加熱量Q₃（＋α％）を加えたものが、
貯湯槽７内の熱回収液を加熱する全熱出力Q₀になる。そ
のヒータ加熱量Q₃は電気ヒータ負荷に対応するエンジン
出力P₂により得られるヒータ給電量Ｈに比例し、外部電
気負荷Ｗが小さくなるほど、ヒータ給電量Ｈが大きくな
って、ヒータ加熱量Q₃が大きくなる。これにより、外部
電力負荷に電力を常時供給しながらも、外部電力負荷が
部分負荷の場合の熱出力を高めることができる。

しかも、エンジンをほぼ全員荷に近い状態で運転でき
るので、低負荷連続運転時に起きる弊害を防止できる。
即ち、エンジンの過冷却によるピストンリングやシリン
ダヘッドの焼き付き、又は、排気ガス用熱交換器におけ
る排気ガス凝縮水による腐食を防止できるのである。

また、外部電力負荷として誘導電動機が設けられた場
合であっても、投入時に大きな起動電流が流れることを
モータ始動装置で防止できるので、投入負荷量が抵抗負
荷の場合とほとんど変わらなくてすむ。このため、外部
電力負荷による熱出力も大きい値に保たれる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第８図は本発明の実施例を示している。 第１図と第２図はその一実施例を示し、 第１図は全体系統図、 第２図は、外部電力負荷と、エンジン出力および熱出力
との各関係を示す図である。 第３図は、第１変形例を示し、第１図に相当する部分図
である。 第４図は、第２変形例を示し、第１図に相当する部分図
である。 第５図と第６図は、第３変形例を示し、 第５図はフローチャートで、 第６図は第２図に相当する図である。 第７図と第８図は、第４変形例を示し、 第７図はフローチャートで、 第８図は第２図に相当する図である。 第９図は、従来例を示し、第２図に相当する図である。 ２……エンジン、３……発電機、７……貯湯槽、８……
熱回収液、18……熱交換装置、23……発電機３の出力回
路、23a……誘導電動機用出力回路、25……モータ始動
装置、29……電気ヒータ、30……加熱用給電制御装置、
31……給電調節部、32……加熱制御部、33……外部電力
負荷検出手段、Ａ……加熱検出部、Ｈ……ヒータ給電
量、Q₃……ヒータ加熱量、Ｗ……外部電力負荷。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジン（２）の機体熱と排気ガス熱との
   エンジン発生熱を、排熱回収用の熱交換装置（18）を介
   して、貯湯槽（７）内の熱回収液（８）に回収するよう
   に構成し、 貯湯槽（７）に電気ヒータ（29）を設け、電気ヒータ
   （29）は加熱用給電制御装置（30）の給電調節部（31）
   を介して発電機（３）の出力回路（23）に接続し、 加熱用給電制御装置（30）は、加熱制御部（32）が加熱
   検出部（Ａ）からの加熱検出信号を入力することに基づ
   き、加熱指令信号を出力して、給電調節部（31）を給電
   調節作動させるように構成した、 コージェネレーション装置の電力・熱出力装置におい
   て、 加熱用給電制御装置（30）の加熱検出部（Ａ）は外部電
   力負荷検出手段（33）からなり、外部電力負荷検出手段
   （33）は、発電機（３）の出力回路（23）から外部へ取
   り出される外部電力負荷（Ｗ）を検出するように構成
   し、 加熱用給電制御装置（30）の加熱制御部（32）は、外部
   電力負荷検出手段（33）から入力される外部電力負荷信
   号の値が大きい領域よりも小さい領域の方が、給電調節
   部（31）のヒータ給電量（Ｈ）を大きな値に調節して、
   電気ヒータ（29）による貯湯槽（７）内の熱回収液のヒ
   ータ加熱量（Q₃）を大きくするように構成し、 発電機（３）の出力回路（23）のうち、誘導電動機用出
   力回路（23a）にモータ始動装置（25）を介装した、 ことを特徴とする、コージェネレーション装置の電力・
   熱出力装置。