JP4332357B2 - エネルギー回収装置の運転方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ビルの空調負荷などの用済み後、水の未利用エネルギーを水車発電等により回収する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ビルの空調システムとして、安価な深夜電力を利用して熱源機を運転し、製造した熱を蓄熱槽に貯めておき、空調負荷が発生する昼間に、貯めていた熱を汲み出して負荷である空調機に送って空調する蓄熱式空調システムが広く採用されている。
【０００３】
図１６は参考例の開ループの蓄熱式空調システム構成図である。
【０００４】
図１６における蓄熱式空調システムの一次側システムとしての構成を説明すると、１は蓄熱槽１６の水を汲み上げて送水管１７を介して熱源機４に送水する揚水ポンプ、２は該揚水ポンプ１を駆動する電動機、１７は前記揚水ポンプ１と熱源機４とを接続する送水管、３は商用電源、５は前記熱源機４が製造する熱量を調整する二方弁、１８は前記熱源機４から出た水を蓄熱槽１６に戻す送水管、６は送水管１８に備わる膨張タンクである。２９はフート弁、２５は仕切弁、２７は逆止め弁である。
【０００５】
図１６における蓄熱式空調システムの二次側システムとしての構成を説明すると、７は蓄熱槽１６の水（熱）を汲み上げて送水管１９を介して空調負荷群１０（例えばエアーハン（air handling unit）１０ａやファンコイル１０ｂ等の複数の空調機で構成されている）に送水する揚水ポンプ、８は該揚水ポンプ７を駆動する両軸形電動機であり一端を前記揚水ポンプ７と軸継手１４を介して直結され、これを駆動する。他端は水車９とクラッチ１３を介して接続している。また、同水車９は、空調機群１０から吐出した水の位置エネルギーを回収できる部位に設ける。１５は商用電源（前記商用電源３と同じであっても良い）、１１は前記空調負荷群１０の負荷量を調整する二方弁、２０は前述した空調機群１０で用済みとなった揚水を蓄熱槽１６に戻す送水管、１２は同送水管２０に備わる膨張タンクであり、サイホンを破壊して送水の落差（送水が持つ位置エネルギー）が水車にかかるようにしている。また、膨張タンク１２の代わりに真空破壊弁を設けることもある。２４は、送水が水車９を出た後、蓄熱槽１６に戻すための送水管である。２２は水車９を通らずにバイパスさせる送水管である。これらの送水管には仕切弁２１〜２３を設ける。即ち、揚水ポンプ７によって空調機群１０に送水された揚水は、用済みになった後、水車９に送水される。水車９は、揚水の位置エネルギーで運転して動力を発生し、前述した両軸形電動機８に伝達する。両軸形電動機８の負荷は、揚水ポンプ７の負荷よりこの分だけ軽くなる。この後、水車９を出た揚水は、蓄熱槽１６へ戻る。２６は仕切弁、２８は逆止め弁、３０はフート弁である。
【０００６】
図１７は参考例のポンプと水車の運転特性図を示したものである。図の縦軸上部のＨ(m)は、ポンプの場合には全揚程、水車の場合には有効落差を示し、図の縦軸下部のＰ(kW)は両方共通に動力を示している。また、横軸は水量Ｑを示している。曲線ＡはポンプのＱ−Ｈ性能カーブであり、曲線Ｃは水車を運転しない場合の軸動力曲線である。図１６に示す送水系統において、揚水ポンプ７のみを運転して水量Ｑ０を送水するには全揚程Ｈ０を必要とし、この時の運転点は曲線Ａ上のＯ４点になる。この時消費する動力は、ポンプ軸動力で示すＬ１であり、運転点は曲線Ｃ上のＯ１点である。又、曲線Ｂは水車９の有効落差（水車前後の圧力ヘッド差）を示し、水量Ｑ０を流した時、水車９の前後に圧力差ヘッド（有効落差）Ｈ１を発生し、この位置エネルギーを吸収し次に示す動力Ｌ３を発生することを意味する。
【０００７】
曲線Ｄは揚水ポンプ７と水車９を運転した時の動力カーブである。水量Ｑ０の時、水車９の発生する動力はＬ３である。この場合、動力回収率（Ｌ３／Ｌ１）は約２０〜３０％程度である。そしてこの時の運転点は曲線Ｄ上のＯ２点であり、消費する動力はＬ１に対しＬ３だけ軽減され、ポンプ軸動力で示すＬ２となる。この動力Ｌ２に対応するエネルギーは商用電源１５から電力として供給される。
【０００８】
また、水車に流入する水量が大水量化した場合は、以上で説明した装置を複数台並列に運転している。
【０００９】
また、参考となる装置として、蓄熱式空調システムの一次側システムにおいても、熱源機通過後の揚水の位置エネルギー回収システムを同様に構成し、有効に活用している例もある。即ち、図１６に示す揚水ポンプ１を駆動する電動機２を両軸にし、反ポンプ側に水車９を接続して、熱源機４から出た水を前記水車で受けて、この落差で水車を運転し、水車が発生したトルクを前記電動機２に伝達し、この電動機２の負荷（この場合、揚水ポンプ１）を軽減している。これの参考例として特許文献１（動力回収ポンプ装置）、特許文献２（動力回収ポンプ装置）等がある。また、ダムや水田など水路に水車を用いて発電する水車発電の参考例としては特許文献３（外輪駆動式水車発電機）がある。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭５０−１２８８０１号公報
【特許文献２】
特開昭５０−４９７０１号公報
【特許文献３】
特開平５−１０２４５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この参考技術においては、電動機と水車を接続するのにクラッチが用いられており、これの伝達効率の改善が課題となっている。さらにこの場合、水車が回収したエネルギーは機械的な動力であり、ビル内の他の負荷へは構造上使用できないという問題があった。
【００１２】
そこで本発明の目的は未使用エネルギーを水車発電により電力として回収して、再利用することにある。
【００１３】
また、同装置は、建物の高さ（水車の落差）、建物内空調負荷（流量）によって一品ごとに設計、製造するのは不合理である。一般には汎用の同装置を数種類、予め用意しておき、建物あるいは負荷設備仕様に合わせて、複数台並列運転している。
【００１４】
更に本発明の目的は、建物、ダム、河川などの設備仕様（水車仕様）に対して、汎用の水車発電装置を複数台、直列又は並列に設置して運転し、製造コストが安価な複数水車発電装置の直列運転、並列運転方式及びその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】
上記目的は、蓄熱槽と、該蓄熱槽から空調負荷に送水する揚水ポンプと、前記揚水ポンプの吐出口と前記空調負荷との間に設けた第１の送水管と、前記空調負荷の吐出口から前記蓄熱槽に戻す第２の送水管と、前記第２の送水管に設けた水車と、前記水車によって電力を発生する発電機と、該発電機が発電した電力を負荷へ供給するエネルギー回収装置の運転方法において、その一例として次の手順に従い運転することにより達成される。
【００１６】
＜運転時＞
１．水車バイパス弁閉。
２．揚水ポンプ駆動電動機電源投入。
３．発電機側より、揚水ポンプ運転要求信号発信。
４．運転アンサー信号受信後、一定時間経過で揚水ポンプ運転運転。
５．水車入口圧力が規定圧力に到達したら、同水車出入口自動弁が開き、水車が運転する。これに伴って発電機が運転。
６．発電電力を、各負荷へ供給。
＜停止時＞
１．水車出入口自動弁閉、水車停止。発電機停止。
２．発電電力供給停止、揚水ポンプ駆動電動機へ電力供給を停止。
３．発電機側より、停止要求信号を揚水ポンプ側へ、停止要求信号発信。停止。
４．要求信号受信、揚水ポンプ駆動電動機停止、停止アンサー信号を発電機へ返信。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を先ず図１〜図１０により説明する。
【００２９】
図１は、本発明を説明するための第１参考例の構成図を示す。同図は、参考例の図１６で示したに蓄熱式空調システムの二次側システム対して、両軸形電動機８を一般的な電動機３１（非両軸形電動機）に代えて揚水ポンプ７と水車９を分離し、この水車９には発電機３４を取り付けて（又は一体型も含む）該発電機３４の出力端にインバータ３５を接続する。また、系統連携装置３６（回生コンバタ装置）を設け、これらインバータ３５、系統連携装置３６と電動機３１とはケーブル４０、４１を介して、揚水ポンプ７を駆動する電動機３１と商用電源１５（商用電源３と同じであっても良い）との間の点３３に接続する。更に、前記インバータ３５の正側直流端子Ｐ、負側直流端子Ｎと、系統連携装置３６の正側直流端子Ｐ、負側直流端子Ｎとをケーブル３８、３９を介して接続する。前記発電機３４によって発電された電力は前記インバータ３５で直流に変換され、前記系統連携装置３６で交流に変換されて商用電源１５側に帰還される。３２，３７は電力量計である。
【００３０】
二次側システムの揚水ポンプ駆動用電動機３１は、水車９が運転していないときは商用電源１５から電力を供給される。水車９を運転しているときに発電機３４の発電した電力で足りない場合は、商用電源１５の電力と合わせた電力とで賄う。発電電力が余った場合には、インバータ３５のＰ，Ｎ端子を介し、更に系統連携装置３６を介して商用電源１５へ帰還する。
【００３１】
なお、図１６と同じ記号で示す機器あるいは装置は同じものであるから説明を省く。また、図１は二次側システムを示しており、一側システムは図示を省略してある。
【００３２】
図２は、本発明の第１参考例のポンプと水車の運転特性図を示したものである。図１７と同じ符号で示すものは同じ意味を示すので説明を省く。本発明の第１参考例の場合、揚水ポンプ７の水量Ｑ０の時の軸動力Ｌ１を賄うのに、水車９−発電機３４−インバータ３５−系統連携装置３６を通して回生された発電電力Ｌ３と、商用電源からの電力Ｌ２とで賄うようにしたものである。又、当然、二方弁１１が絞られて揚水ポンプ７の負荷が小さくなった場合には、電動機３１の駆動電力が水車９の発生動力より小さくなる場合もある。この場合、水車９−発電機３４−インバータ３５−系統連携装置３６−商用電源１５の経路で、電力がインバータ３５から系統連携装置３６を介して商用電源１５側へ帰還される。以上の本実施例の場合、動力回収率（Ｌ３／Ｌ１）は約４０〜６０％程度となり、従来のエネルギー回収率より向上する。
【００３３】
本発明を説明するための第２の参考例を図３により説明する。図１、図１６と同じ符号で示すものは同じ意味を示すので説明を省く。また、図３は二次側システムのみ示してあり一次側システムは図示を省略してある。本実施例は、上記第１の参考例に対して、発電機からの電力回生先を揚水ポンプ駆動用電動機３１から空調機群１０に代えたものである。図３に示すように、インバータ３５と系統連携装置３６（回生コンバタ装置）を、空調機群１０と商用電源４２（商用電源３、１５と同じであっても良い）との間にケーブル４０、４１により接続する。更に、前記インバータの直流端子Ｐ、Ｎと系統連携装置の直流端子Ｐ、Ｎ端子とをケーブル３８、３９を介して接続する。
【００３４】
水車９が運転していないときは商用電源４２から空調機群１０に電力を供給する。水車９を運転しているときに、該空調機群１０の負荷状態によって発電機３４の発電した電力では足りない場合が生じたときは、商用電源４２の電力と合わせた電力で賄う。発電機３４で発生した発電電力が余った場合には、インバータ３５のＰ，Ｎ端子から系統連携装置３６を介して商用電源４２へ帰還する。なお、４３は電力量計である。
【００３５】
本発明を説明するための第３の参考例を図４により説明する。図１、図３、図１６と同じ符号で示すものは同じ意味を示すので説明を省く。また、図４は二次側システムのみ示してあり一次側システムは図示を省略してある。本参考例は水車９の発電電力を建物内の照明など種々の負荷群へ供給するようにしたものである。同図において、４６は建物内の照明など種々の負荷群を示す。４５は電源系統切替手段を示す。同電源系統切替手段４５をｃ−ａが接続されるように切り替えれば負荷群４６は商用電源４４（商用電源３、１５、４２と同じであっても良い）に接続され、ｃ−ｂが接続されるように切り替えれば負荷群４６は発電機９側に接続される。即ち、水車９の運転時は、負荷群４６の負荷状態が発電機１３の発電した電力で足りる場合は、同電源系統切替手段４５をｃ−ｂ側に接続して発電機電力を供給し、発電した電力で足りない場合は、同電源系統切替手段４５をｃ−ａ側に切り替えて商用電源４４の電力を供給するようにする。
【００３６】
本発明を説明するための第４の参考例を図５により説明する。図１、図３、図４、１６と同じ符号で示すものは同じ意味を示すので説明を省く。また、図５は二次側システムのみ示してあり一次側システムは図示を省略してある。本実施例は、第３の実施例を更に改良したもので、負荷群４６の負荷が大きく、発電機３４の発電した電力で足りない場合に、発電機３４からの電力と商用電源４７（商用電源３、１５、４２、４４と同じであっても良い）からの電力とを加えて供給し賄うようにしたものである。同図は、図４に対して負荷群４６には、発電機３４からも商用電源４７からも供給できるようにし、前記発電機３４にインバータ３５を接続し、該インバータ３５の直流電力を取り込んで交流に変換して電源へ帰還する系統連携装置３６を商用電源４７と負荷群４６との間に接続する。系統連携装置３６とインバータ３５とはそれぞれ直流端子Ｐ，Ｎを互いにケーブル３８、３９で結線したものである。このように構成し、発電機３４で発電した電力で足りない場合は、これと商用電源４７とで電力を供給するようにしたものである。
【００３７】
本発明を説明するための第５の参考例を図６により説明する。同図は、蓄熱式空調システムの一次側システムに本発明を適用した例を示しており、送水管１８の途中に水車９を設け、水車９の前後に仕切弁２１，２３を設け、更にこれらをバイパスしてバイパス管４８及び仕切弁４９を設けている。また、前記した水車９の入口側に圧力計５０、圧力センサ５１を、水車９の出口側に圧力計５２、圧力センサ５３を設けたものである。こうして、水車９、発電機３４及びこれに関連した機器を保守する際には、仕切弁２１，２３を閉めて仕切弁４９を開いて、熱源機４を通過した送水を、水車上側送水管１８、バイパス管４８、仕切弁４９、水車下側送水管１８の順に流して蓄熱槽１６へ戻すようにする。このようにすると、水車９、発電機３４及びこれに関連した機器保守時にも熱源機４の運転が可能である。これは同様に二次側システムにも応用することができて、この場合水車９、発電機３４及びこれに関連した機器保守時にも空調機群１０の運転が可能である。図７はこれらを簡略化して示したものである。圧力計、圧力センサ、インバータ、系統連携装置などは図示を省略してある。符号９，２１，２３，３４，４８，４９に付された−１、−２は、それぞれ一次システム、二次システムに設けられていることを示している。
【００３８】
図８は各機器接続の一例を示した電源系統図である。ＥＬＢ１〜ＥＬＢ７は漏電遮断器を示す。５４−２〜５４−６、５５−２〜５５−６はサーマル付マグネットコンタクタを示す。３４−１は一次側システムの発電機、３４−２は二次側システムの発電機、３５−１は一次側システムのインバータ、３５−２は二次側システムのインバータである。図８では、図７の実施例に対応して、発電機とインバータが２組備わっており、夫々のインバータのＰ，Ｎ端子を系統連携装置３６のＰ，Ｎ端子に接続してある。なお、図１〜７、１６と同じ符号で示すものは同じ意味を示すので説明を省く。
【００３９】
本発明の第１の実施例を図９により説明する。本実施例は、図示していないが空調機群１０、二次側システムの揚水ポンプ駆動用電動機３１、発電機３４、インバータ３５、負荷機器それぞれの制御装置間の操作及び制御の手順を規定し、相互に連携を取って運転するようにしたものである。図９は、これらの操作及び制御手順を示すフローチャートである。即ち、運転時は同図のステップ１で、水車入口弁を開き、出口弁を閉めて、水車バイパス弁を閉じる。ステップ２では二次側システムの揚水ポンプ駆動用電動機３１の電源を投入し、ステップ３では空調機器群１０より二次側システムの揚水ポンプ７に対して運転要求信号を発信する。ステップ４では、二次側システムの揚水ポンプ７が運転要求信号を受信して、二次側システムの揚水ポンプ駆動電動機３１が運転する。この後、運転アンサー信号を発電機３４へ発信する。ステップ５では、運転アンサー信号受信後、一定時間経過で水車出口弁を開き、該水車は運転する。これによって発電機が運転され電力を発生する。ステップ６では、発電機３４が発電した電力を各負荷へ供給する。次に、停止時はステップ７で水車出口弁を閉じ、水車９を停止する。これにより発電機３４が停止する。ステップ８では発電電力の供給を停止し、インバータ３５の運転を停止す、る。そして、各負荷への電力の供給を停止する。ステップ９では、発電機３４側より揚水ポンプ７側へ停止要求信号発信し、揚水ポンプ７は停止する。そして、停止アンサー信号を発電機３４側へ返信する。尚、本実施例では、発電機３４の負荷を、二次側システムの揚水ポンプ駆動電動機３１を例として説明しているが、この負荷を空調機群１０でも熱源機４としても良く、建物内照明等他の負荷としても良い。このように操作及び制御手順を規定すれば各機器を誤りなく所定の性能，機能を果たすよう良好に連携運転ができる。なお、上記運転信号、運転アンサー信号、停止アンサー信号などは図示していないが、空調機群、揚水ポンプ、揚水ポンプ駆動用電動機、発電機などを制御する制御装置間でやり取りするものである。
【００４０】
第２の実施例を図１０により説明する。本実施例は第１の実施例を更に改良し、自動連携運転するようにしたものである。従って、図６における仕切弁２１、２３、４９を自動弁としている。又、図示していないが熱源機４、一次側システムの揚水ポンプ駆動電動機２、発電機３４−１、インバータ３５−１、負荷機器それぞれの制御装置間の操作及び制御の手順を規定し、相互に自動的に連携を取って運転するようにしたものである。図１０は、これらの操作及び制御手順を示すフローチャートである。自動運転、自動操作ができるよう運転時は、図９に対して、水車入口圧力が規定圧力以上に到達したら水車出入口弁を開くステップ５を追加し、水車９、発電機３４及びこれに関連した機器を自動運転するようにしている。更に停止時は、ステップ９によって、水車入出口弁を閉じて水車９、発電機３４及びこれに関連した機器を自動停止するようにしたものである。これ以外の作動については、図９と同じであるから説明を省く。このようにすれば誤操作の恐れがなく、運転管理が更に容易となる。
【００４１】
更なる改良の実施例として、運転時に水車入出口弁の開制御条件として、熱源機が運転していることと、同弁の入口圧力が規定圧力以上にあることとし、これが共に成立したら開制御するようにしている。このようにすれば操作が確実となり、全体システムが協調して作動するようになる。
【００４２】
次に、本発明を説明するための参考例を図１１〜図１５により説明する。
【００４３】
図１１は、本発明を説明するための第６の参考例（直列運転）の構成図を示す。同図は、直列に何台の水車発電装置を設置すればよいか求め、どう設置するかを示すとともに、参考例の蓄熱式空調システムの一次システムにエネルギー回収システムを適用した図１６に示す両軸形電動機に対応する電動機を、一般的な電動機２０２（非両軸形電動機）として揚水ポンプと水車を分離して設置している。設備仕様の水量はＱ０、落差はＨ、水車仕様は、水量Ｑ０、有効落差Ｈ０であるとする。即ち、設備の落差Ｈを有効落差Ｈ０で割るとｎ＝２余りａである。これは、図１１に表示しているとおりである。図１３で詳細に説明するが、水車有効落差ａ（余りａ）では発電機の発電量としては１台分に満たないので水車の設置台数は２台、これを直列に設置したものである。この水車２０９−１，２０９−２には、それぞれ発電機２３４−１，２３４−２を取り付けて（又は一体型も含む）該発電機２３４−１，２３４−２の出力端に、後述する図１２に示すようにそれぞれインバータ２３５−１（ＩＮＶ１）、２３５−２（ＩＮＶ２）を取り付ける。これらのインバータの直流中間回路の直流出力であるＰ，Ｎ間端子を、これらより上位で、商用電源２０３（ＰＷ）との間の系統連携装置（回生コンバータ）２３６の直流回路部のＰ，Ｎ間端子に接続する。ここで言うＰ，Ｎとは直流電圧を言い、正側直流電圧がＰ、負側直流電圧をＮとしている。該発電機２３４−１，２３４−２で発生した電力はインバータ２３５−１，２３５−２のフライホイルダイオウードＤを介して回生電流として流れ、コンデンサＣに溜まる。（例えば発電機の発生電圧がＡＣ２００Ｖであれば、インバータＰ，Ｎ間電圧（直流電圧）は２８０Ｖとなる。）また、水車２０９−１，２０９−２に流入する水量が変動し、発電機２３４−１，２３４−２の発生電力が変動した場合、例えば前述したＰ，Ｎ間電圧を検出して、ここの電圧が２８０Ｖを下回るごとに図示していないがＰＷＭ処理によりインバータ周波数を下げれば回生制動がかかり、Ｐ，Ｎ間電圧が上がる。
【００４４】
更に、該インバータ２３５−１，２３５−２の直流電圧端子Ｐ，Ｎと、前記系統連携装置（回生コンバータ）２３６のＰ，Ｎ間端子とをそれぞれケーブル２３８、２３９（図１２参照）によって互いに接続する。このようにすれば、発電した電力を直流で系統連携装置（回生コンバータ２３６のＰ，Ｎ間端子に送電し、ここを通じて商用電源２０３へ帰還する。
【００４５】
図１２は前述した図１１の構成図に関連して制御装置を説明した回路図である。図１６と同じ記号で示す機器あるいは装置は同じものであるから説明を省く。同図において、２０３（ＰＷ）は電源、２３２（ＷＨ１）は電力会社から買う電力量を計量する電力量計、２４３（ＷＨ２）は電力会社へ売る電力量を計量する電力量計である。ＥＬＢ１〜ＥＬＢ３は漏電遮断器である。２５５Ｎは熱源機用、２５５Ｐは揚水ポンプ用のそれぞれ電磁開閉器、２５４Ｎは熱源機用、２５４Ｐは揚水ポンプ用のそれぞれサーマルリレー、２３６は系統連携装置（回生コンバータ）であり、負荷側で発生した回生エネルギーを電源側が許容できる交流電力に調整して電源側に帰還するために用いる。２３５−１（ＩＮＶ１）はＮｏ．１発電機側インバータ、２３５−２（ＩＮＶ２）はＮｏ．２発電機側インバータ、２３４−１（Ｇ１）はＮｏ．１発電機、２３４−２（Ｇ２）はＮｏ．２発電機である。前記系統連携装置２３６の負荷側端子Ｐ，Ｎは、Ｎｏ．１及びＮｏ．２発電機側インバータ２３５−１，２３５−２の上位に位置し、これらインバータ２３５−１，２３５−２の直流電圧端子Ｐ，Ｎと共通にＰはＰ、ＮはＮに接続する。即ち、Ｎｏ．１及びＮｏ．２発電機で発電した電力をそれぞれのインバータで直流電力として処理し、系統連携装置２３６はこの直流電力を電源側が許容できる交流電力に変換して商用電源２０３側へ帰還するのである。初めは、水車２０９−１，２０９−２及び発電機２３４−１，２３４−２が運転していないので、インバータ２３５−１，２３５−２直流電圧端子Ｐ，Ｎからの電力の供給はなく、揚水ポンプ２０１、電動機２０２あるいは熱源機２０４等の負荷群は商用電源２０３からの供給のみで運転される。該揚水ポンプ２０１の運転により熱源機２０４に送水され、用済みとなってその送水が水車２０９−１，２０９−２に戻ってくると、それぞれ水車２０９−１，２０９−２及び発電機２３４−１，２３４−２が運転してインバータ２３５−１，２３５−２から直流電力をケーブル２３８、２３９を介して系統連携装置２３６の直流電圧端子Ｐ，Ｎに供給する。該系統連携装置２３６は、これらの直流電力を規定の交流電力に変換して商用電源２０３側へ帰還する。そして、電力量計２４２（ＷＨ２）は電源へ帰還する電力量を計量する。
【００４６】
図１３は、第６参考例の揚水ポンプと水車の運転特性図を示したものである。図１７と同じ符号で示すものは同じ意味を示すので説明を省く。同図において、揚水ポンプは水量Ｑ０、全揚程Ｈ３で運転している。水車の仕様は水量Ｑ０、有効落差はＨ０でありこの特性を示すと曲線Ｆである。即ち、水車は水量Ｑ０、有効落差Ｈ０が与えられるとＳ０の動力を発生する。この特性を示すと曲線Ｇとなる。この水車を２台直列運転すると、有効落差は２Ｈ０となり、特性は曲線Ｅのとおりとなる。２台直列運転した時の発生動力は２Ｓ０であり、特性は曲線Ｉである。この場合、図示しているように設備の落差Ｈに対して，落差にａの余りが生じている。これを水車１台運転時有効落差特性Ｆ上に表示するとＯａ点で水量Ｑａ点となる。この点では、水車は水量が少なく動力を発生しない。このことは、この例で示すように水車台数を２台にすればよいことを表している。
【００４７】
図１４は、本発明を説明するための第７参考例（並列運転）の構成図を示す。同図は、並列に何台の水車発電装置を設置すればよいか求め、どう設置するかを示すとともに、参考例の蓄熱式空調システムの一次システムにエネルギー回収システムを適用した図１６に示す両軸形電動機に対応する電動機を、一般的な電動機２０２（非両軸形電動機）として揚水ポンプと水車を分離して設置している。設備仕様の水量はＱ、落差はＨ０、水車仕様は、水量Ｑ０、有効落差Ｈ０であるとする。即ち、設備の水量Ｑを水車仕様水量Ｑ０で割るとｎ＝２余りｂである。これは、図１５に表示しているとおりである。図１５で詳細に説明するが、水車仕様水量ｂ（余りｂ）では、発電機は発電しないので水車の設置台数は２台、これを並列に設置したものである。
【００４８】
図１５は、第７参考例の揚水ポンプと水車の運転特性図を示したものである。図１７と同じ符号で示すものは同じ意味を示すので説明を省く。同図において、揚水ポンプは水量Ｑ、全揚程Ｈ３で運転している。水車の仕様は水量Ｑ０、有効落差はＨ０でありこの特性（Ｑ−Ｈ）を示すと曲線Ｆである。これを２台並列運転した時の合成特性は曲線Ｊである。即ち、水車は水量Ｑ０、有効落差Ｈ０が与えられるとＳ０の動力を発生する。この特性を示すと曲線Ｇとなる。この水車を２台並列運転すると水量は２Ｑ０、有効落差はＨ０となる。この特性を、曲線Ｇを並行移動してＱ０を始点に表すと曲線Ｇ‘となる。さらに曲線ＧとＧ’を合成しＯ２点を始点に合成特性を示すと曲線Ｉのとおりとなる。これは、２台並列運転した時の発生動力は０１点で２Ｓ０であることを表している。この場合、図示しているように設備の水量Ｑに対して，水量にｂの余りが生じている。これを水車１台運転時有効落差特性Ｆ上に表示するとＯｂ点で水量Ｑｂ点となる。この点では、水車は水量が少なく動力を発生しない。このことは、この例で示すように水車台数を２台にすればよいことを表している。
【００４９】
以上の実施例では、複数の発電機の発生した電力をそれぞれ直流で系統連携装置に送りここで、交流の電力に変換して電源側へ帰還するので、その分だけ電力量が低減するばかりでなく、どんな負荷でもよく色々な負荷に応用できる。又、複数の水車発電装置を直列あるいは並列に設置してもこれらの制御装置は変更することなく共用できる。
【００５０】
また、発電機側のインバータと系統連携装置との直流回路のＰ，Ｎ端子間をケーブルで接続しているので、これが長くなると配線ロスが増す。両者を同一制御盤内に収納してまとめることもできる。このようにすればこれの改善が可能となる。
【００５１】
また、上記実施例の説明は蓄熱式空調システムの一次システムに適用した場合を説明したが、本発明は二次システムについても同様に適用することができる。
【００５２】
また、以上のように本発明に基づく実施例によれば、種々の設備仕様に対して、予め汎用の水車発電装置を複数台標準化して用意しておき、直列又は並列に複数台設置することで対応できるので、設計工数がかからず製造コストが安価で短納期が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を説明するための第１参考例を示す図である。
【図２】 第１参考例のポンプと水車の運転特性図を示す図である。
【図３】 本発明を説明するための第２参考例を示す図である。
【図４】 本発明を説明するための第３参考例を示す図である。
【図５】 本発明を説明するための第４参考例を示す図である。
【図６】 本発明を説明するための第５参考例を示す部分構成図である。
【図７】 第５参考例の構成図である。
【図８】 本発明による各機器の接続の一例を示した図である。
【図９】 本発明による第１実施例の操作及び制御手順を示すフローチャートである。
【図１０】 本発明による第１実施例の操作及び制御手順を示すフローチャートである。
【図１１】 本発明による第２実施例を示す図である。
【図１２】 本発明による第２実施例の構成図に関連して制御装置を説明した回路図である。
【図１３】 本発明による第２実施例の運転特性図である。
【図１４】 本発明を説明するための第６参考例を示す図である。
【図１５】 第６参考例の運転特性図である。
【図１６】 参考例の蓄熱式空調システムを示す図である。
【図１７】 参考例の蓄熱式空調システムのポンプと水車の運転特性図を示す図である。
【符号の説明】
１…一次システムの揚水ポンプ
２…一次システムの揚水ポンプ駆動用電動機
３…商用電源
４…熱源機
５…二方弁
６…膨張タンク
７…二次システムの揚水ポンプ
８…二次システムの揚水ポンプ駆動用電動機
９…水車
１０…空調負荷群
１１…二方弁
１２…膨張タンク
１３…クラッチ
１４…軸継手
１５…商用電源
１６…蓄熱槽
１７…送水管
１８…送水管
１９…送水管
２０…送水管
２１…仕切弁
２２…仕切弁
２３…仕切弁
２４…送水管
２５…仕切弁
２６…仕切弁
２７…逆止め弁
２８…逆止め弁
２９…フート弁
３０…フート弁
３１…電動機
３２…電力量計
３３…接続点
３４…発電機
３５…インバータ
３６…系統連携装置
３８…ケーブル
３９…ケーブル
４０…ケーブル
４１…ケーブル
４２…商用電源
４３…電力量計
４４…商用電源
４５…電源系統切替手段
４６…負荷群
４７…商用電源
４８…バイパス管
４９…仕切弁
５０…圧力計
５１…圧力センサ
５２…圧力計
５３…圧力センサ
５４，５５…サーマル付マグネットコンタクタ

Claims (5)

1. 蓄熱槽と、前記蓄熱槽から空調負荷に送水する揚水ポンプと、前記揚水ポンプの吐出口と前記空調負荷との間に設けた第１の送水管と、前記空調負荷の吐出口から前記蓄熱槽に戻す第２の送水管と、前記第２の送水管に設けた水車と、前記水車によって電力を発生する発電機と、前記発電機が発電した電力を負荷へ供給するエネルギー回収装置において、次の手順に従って運転するエネルギー回収装置の運転方法。
   ＜運転時＞
   １．水車バイパス弁閉。
   ２．揚水ポンプ駆動電動機電源投入。
   ３．発電機側より、揚水ポンプ運転要求信号発信。
   ４．運転アンサー信号受信後、一定時間経過で揚水ポンプ運転運転。
   ５．水車入口圧力が規定圧力に到達したら、同水車出入口自動弁が開き、水車が運転する。これに伴って発電機が運転。
   ６．発電電力を、各負荷へ供給。
   ＜停止時＞
   １．水車出入口自動弁閉、水車停止。発電機停止。
   ２．発電電力供給停止、揚水ポンプ駆動電動機へ電力供給を停止。
   ３．発電機側より、停止要求信号を揚水ポンプ側へ、停止要求信号発信。停止。
   ４．要求信号受信、揚水ポンプ駆動電動機停止、停止アンサー信号を発電機へ返信。
2. 前記発電機が運転し、前記水車の入口側に備わる圧力センサが前記水車の入口側圧力が規定圧力を検出したとき水車出入口自動弁を全開とするようにしたことを特徴とする請求項１記載のエネルギー回収装置の運転方法。
3. ビルの下部に設置される蓄熱槽と、該蓄熱槽の水を汲み上げて、空調荷群に送水する二次側システムの揚水ポンプと、該揚水ポンプの吐出口と前記空調負荷群との間に設けた第１送水管と、前記空調負荷群の吐出口から前記蓄熱槽に戻す第２送水管と、前記第２送水管の最上部に設けた膨張タンク又は真空破壊弁と、前記第２送水管の下部にあって前記空調負荷群から吐出した水の位置エネルギーを回収できる部位に設けた水車と、該水車の発生するトルクによって回転駆動され電力を発生する発電機と、該発電機が発電した電力を前記揚水ポンプ、前記空調負荷群及び機械室の照明などの負荷へ供給するようにしたこと特徴とするビルにおけるエネルギー回収装置において、各機器が次の手順に従って、連携運転するエネルギー回収装置の運転方法。
   ＜運転時＞
   １．水車入口弁開、出口弁閉、水車バイパス弁閉。
   ２．揚水ポンプ駆動用電動機電源投入。
   ３．空調負荷側より、揚水ポンプ運転要求信号発信。
   ４．運転要求信号受信、揚水ポンプ駆動電動機運転、運転アンサー信号を発電機側へ発信。
   ５．運転アンサー信号受信後、一定時間経過で水車出口弁開、水車運転。発電機運転。
   ６．発電電力を、各負荷へ供給。
   ＜停止時＞
   １．水車出口弁閉、水車停止。発電機停止。
   ２．発電電力供給停止、各負荷へ電力供給を停止。
   ３．発電機側より揚水ポンプ側へ停止要求信号発信。同ポンプ停止。
4. ビルの下部に設置される蓄熱槽と、該蓄熱槽の水を汲み上げて、空調負荷群に送水する二次側システムの揚水ポンプと、該揚水ポンプの吐出口と前記空調負荷群との間に設けた第１送水管と、前記空調負荷群の吐出口から前記蓄熱槽に戻す第２送水管と、前記第２送水管の最上部に設けた膨張タンク又は真空破壊弁と、前記第２送水管の下部にあって前記空調負荷群から吐出した水の位置エネルギーを回収できる部位に設けた水車と、該水車の発生するトルクによって回転駆動され電力を発生する発電機と、該発電機が発電した電力を前記揚水ポンプ、前記空調負荷群及び機械室の照明などの負荷へ供給するようにしたこと特徴とするビルにおけるエネルギー回収装置において、各機器が次の手順に従って自動的に連携運転するエネルギー回収装置の運転方法。
   ＜運転時＞
   １．水車バイパス弁閉。
   ２．揚水ポンプ駆動電動機電源投入。
   ３．発電機側より、揚水ポンプ運転要求信号発信。
   ４．運転アンサー信号受信後、一定時間経過で揚水ポンプ運転運転。
   ５．水車入口圧力が規定圧力に到達したら、同水車出入口自動弁が開き、水車が運転する。これに伴って発電機が運転。
   ６．発電電力を、各負荷へ供給。
   ＜停止時＞
   １．水車出入口自動弁閉、水車停止。発電機停止。
   ２．発電電力供給停止、揚水ポンプ駆動電動機へ電力供給を停止。
   ３．発電機側より、停止要求信号を揚水ポンプ側へ、停止要求信号発信。停止。
   ４．要求信号受信、揚水ポンプ駆動電動機停止、停止アンサー信号を発電機へ返信。
5. 前記発電機が運転し、前記水車の入口側に備わる圧力センサが前記水車の入口側圧力が規定圧力を検出したとき水車出入口自動弁を全開とするようにしたことと特徴とする請求項４記載のエネルギー回収装置の運転方法。

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