熱電併給システム
【課題】 循環配管系統を切り替える切り替え弁（熱動弁）等を適切に制御して、発電ユニットのオーバーヒートをより確実に防止可能な熱電併給システムを提供する。
【解決手段】 給湯負荷に対し熱エネルギを供給する第１排熱利用部の熱交換器と発電部との間で冷却液を循環させる第１循環配管系統と、所定の熱負荷で構成される第２排熱利用部と発電部との間で冷却液を循環させる第２循環配管系統と、制御部が、自立運転の開始時に、第１循環配管系統から第２循環配管系統への切り替えを行う場合、発電部から電力供給可能になる前に、第１循環配管系統から第２循環配管系統への切り替えを完了させ、発電部における冷却液の循環開始後或いは循環開始時に発電部を始動させ、発電部から電力供給可能になった後に、自立運転時の電力供給対象に交流電力の供給を開始する。
【解決手段】 給湯負荷に対し熱エネルギを供給する第１排熱利用部の熱交換器と発電部との間で冷却液を循環させる第１循環配管系統と、所定の熱負荷で構成される第２排熱利用部と発電部との間で冷却液を循環させる第２循環配管系統と、制御部が、自立運転の開始時に、第１循環配管系統から第２循環配管系統への切り替えを行う場合、発電部から電力供給可能になる前に、第１循環配管系統から第２循環配管系統への切り替えを完了させ、発電部における冷却液の循環開始後或いは循環開始時に発電部を始動させ、発電部から電力供給可能になった後に、自立運転時の電力供給対象に交流電力の供給を開始する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から燃料供給を受けて電力と熱を併給可能な熱電併給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部から燃料供給を受けて電力と熱を併給可能な熱電併給システムには、例えば、図５に示すように、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット１０と、冷却液の循環により発電ユニット１０が発電時に発生する排熱を回収して発電ユニット１０を冷却する排熱回収冷却液循環配管２２と、貯湯タンク２１と、貯湯タンク２１の温水を循環させる温水循環配管２３と、排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の間で熱交換を行う排熱回収熱交換器２４と、発電ユニット１０の運転と排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の循環を制御する制御装置８０を備えて構成された熱電併給システム１００がある。尚、ここでは、発電ユニット１０がガスエンジンと発電機を備え、発電機から出力された電力と商用交流電源と系統連系可能に構成されている場合を想定している。
【０００３】
ところで、図５に示す熱電併給システム１００において、例えば、商用交流電源の停電時等、発電ユニット１０を強制運転させる場合、貯湯タンク２１の貯湯量が所定量以上の場合、発電ユニット１０を構成するガスエンジンと発電機をオーバーヒートさせずに運転させるためには、発電ユニット１０からの排熱を、貯湯タンク２１への排熱の供給以外の方法で、消費する必要がある。
【０００４】
従来の発電ユニットをオーバーヒートさせずに運転させるための技術としては、例えば、発電ユニットからの排熱を大気に放熱するための放熱器を備えた熱電併給システムがある。しかしながら、熱電併給システムが放熱器を備える構成にすると、製造コストが高騰し、省エネルギ効果が低下するという問題があった。
【０００５】
また、発電ユニットをオーバーヒートさせずに運転させるための他の技術としては、例えば、排熱回収冷却液循環配管で回収された排熱を暖房端末に対して供給可能に構成し、発電ユニットの強制運転時において、排熱回収制御装置が貯湯タンクの貯湯量が所定量以上であることを検知した場合に、暖房端末を強制的に運転させる制御を行う熱電併給システムがある（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００６】
ここで、図６は、上記特許文献１に記載の熱電併給システムの概略部分構成例を示している。
【０００７】
上記特許文献１に記載の熱電併給システム２００は、図６に示すように、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット１０と、冷却液の循環により発電ユニット１０が発電時に発生する排熱を回収して発電ユニット１０を冷却する排熱回収冷却液循環配管２２と、温水を貯湯する貯湯タンク２１と、貯湯タンク２１の温水を循環させる温水循環配管２３と、発電ユニット１０の熱交換器１９に接続された排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の間で熱交換を行う排熱回収熱交換器２４と、給湯負荷７０に対して貯湯タンク２１の温水を給湯出力する給湯出力配管２５と、暖房端末７１に接続された排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の間で熱交換を行う熱交換器２７と、発電ユニット１０の運転と排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の循環を制御する制御装置８０を備えて構成されている。以下、排熱利用給湯暖房ユニット２０内に設置された貯湯タンク２１、温水循環配管２３、給湯出力配管２５、排熱回収熱交換器２４、及び、暖房熱交換器２７を第１排熱利用部とし、排熱利用給湯暖房ユニット２０外に設置された浴室暖房乾燥機等の暖房端末７１を第２排熱利用部とする。
【０００８】
尚、ここでは、図５に示す熱電併給システム１００と同様に、発電ユニット１０がガスエンジンと発電機を備え、発電機から出力された電力と商用交流電源と系統連系可能に構成されている場合を想定している。更に、排熱回収冷却液循環配管２２は、発電ユニット１０の熱交換器１９と温水循環配管２３との間で冷却液を循環させる第１循環配管系統ＰＬ１と、発電ユニット１０の熱交換器１９と暖房端末７１との間で冷却液を循環させる第２循環配管系統ＰＬ２を構成可能となっている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２４００１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、図６に示す熱電併給システム２００では、発電ユニット１０がオーバーヒートするのを防止するために、貯湯タンク２１の貯湯量が所定量以上であり、第１排熱利用部を利用して排熱を回収できない場合には、第２排熱利用部を強制運転させて排熱を回収する制御を行う。このとき、図６に示す熱電併給システム２００では、熱動弁３６、３７及び３８を第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２に切り替える必要がある。
【００１１】
ところで、図６に示す熱電併給システム２００では、熱動弁３６、３７及び３８は、弁を比較的急激に開閉動作させる時に水圧差により生じるウォーターハンマー現象を防止するため、開閉動作に時間をかける構成となっている。そうすると、例えば、自立運転の開始時に、熱動弁３６、３７及び３８により第１循環配管系統ＰＬ１に設定されている状態で、且つ、貯湯タンク２１の貯湯量が所定量以上であり、冷却水の循環経路を第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替える必要が生じた場合、冷却液を循環させる循環ポンプ３３の動作開始時に、熱動弁３６、３７及び３８の動作を開始すると、熱動弁３６、３７及び３８の開閉動作中は、発電ユニット１０を良好に冷却できず、オーバーヒートしてしまう可能性があった。
【００１２】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、循環配管系統を切り替える切り替え弁（熱動弁）等を適切に制御して、発電ユニットのオーバーヒートをより確実に防止可能な熱電併給システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る熱電併給システムは、外部から燃料供給を受けて発電する発電部と、外部の商用交流電源または前記発電部から電力供給を受けて電力貯蔵する電力貯蔵部と、前記商用交流電源または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて前記発電部を始動する発電始動部と、前記発電部または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて交流電力を出力可能な交流出力部と、冷却液の循環により前記発電部が発電時に発生する排熱を回収して前記発電部を冷却する排熱回収冷却液循環配管と、前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液を循環させる電動冷却液ポンプと、前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液と熱交換することで、前記排熱を利用する排熱利用部と、前記発電部が前記商用交流電源から独立して自立運転する場合の制御を行う制御部と、を備えてなる熱電併給システムであって、前記排熱利用部が、給湯負荷に対し熱エネルギを供給する第１排熱利用部と、前記給湯負荷を除く所定の熱負荷で構成される第２排熱利用部と、を備えて構成され、前記排熱回収冷却液循環配管が、前記発電部と前記第１排熱利用部の熱交換器との間で前記冷却液を循環させる第１循環配管系統と、前記発電部と前記第２排熱利用部との間で前記冷却液を循環させる第２循環配管系統と、を備えて構成され、前記排熱利用部が、前記第１循環配管系統と前記第２循環配管系統を切り替える切り替え弁を備え、前記制御部が、前記自立運転の開始時に、前記第１循環配管系統から前記第２循環配管系統への切り替えを行う場合に、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になる前に、前記第１循環配管系統から前記第２循環配管系統への切り替えが完了するように前記切り替え弁を切り替えるとともに、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記発電部の前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液の循環開始後或いは前記冷却液の循環開始と同時に、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させ、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になった後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行うことを第１の特徴とする。
【００１４】
上記特徴の本発明に係る熱電併給システムは、前記制御部が、前記発電部から前記交流出力部を介して前記自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始した後に、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記自立運転時電力負荷の内、少なくとも前記電動冷却液ポンプ及び前記切り替え弁を除く電力負荷に対する電力供給を遮断する制御を行うことを第２の特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記特徴の熱電併給システムによれば、制御部が、自立運転の開始時に、第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替えを行う場合に、発電部から交流出力部に電力供給可能になる前に、第１排熱利用部により排熱を回収するための第１循環配管系統から、第２排熱利用部により排熱を回収するための第２循環配管系統への切り替えが完了するように切り替え弁を切り替えるように構成したので、発電ユニット１０の冷却が必要となる前、即ち、発電部から交流出力部に電力供給可能になる前に、第２循環配管系統において冷却液の循環を開始することが可能になる。これにより、上記特徴の熱電併給システムでは、自立運転の開始時に、第１排熱利用部を利用して排熱を回収できない場合であって、冷却液の循環経路を第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２に切り替える切り替え弁の開閉動作中に、発電部がオーバーヒートするのを効果的に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る熱電併給システム（以下、適宜「本発明システム」と称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
〈第１実施形態〉
本発明システムの第１実施形態について、図１〜図３を基に説明する。
【００１８】
先ず、本発明システムの構成について、図１及び図２を基に説明する。ここで、図１は、本発明システム１の概略部分構成例を示しており、図２は、本発明システム１の排熱利用部とその周辺装置の概略構成例を示している。
【００１９】
尚、本発明システム１は、本実施形態では、コージェネレーションシステムを想定しており、図１及び図２に示すように、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット１０と、発電ユニット１０の運転時に発生する排熱を回収して給湯負荷７０と暖房端末７１（所定の熱負荷に相当）に供給する排熱利用給湯暖房ユニット２０を備えて構成されている。
【００２０】
また、本発明システム１は、商用交流電源６０と連系せずに電力負荷６１、６２で消費される電力の少なくとも一部を発電する自立運転と、商用交流電源６０と連系して電力負荷６１、６２で消費される電力の少なくとも一部を発電する系統連系運転とを実行可能に構成されている。以下、本実施形態では、商用交流電源６０から正常に電力を受電可能な通常時は系統連系運転を実行し、通常の系統連系運転時では熱需要に応じて発電制御を行う熱主運転を実行し、商用交流電源６０の停電時は自立運転を実行し、商用交流電源６０の停電時における自立運転では、電力需要に応じて発電制御を行う電主運転を実行する場合を想定して説明する。
【００２１】
本発明システム１の発電ユニット１０は、図１に示すように、都市ガスを燃料として作動するガスエンジン１１ａとガスエンジン１１ａによって駆動される発電機１１ｂで構成される発電部１１、発電部１１の発電電力を商用交流電源６０と同じ電圧及び周波数の交流電力に変換するインバータ１３（交流出力部に相当）、外部の商用交流電源６０または発電部１１から電力供給を受けて電力貯蔵する蓄電池１６（電力貯蔵部に相当）、蓄電池１６の入出力端末とインバータ１３の内部ノードＮ０の間で双方向に電圧変換を行なうＤＣ／ＤＣコンバータ１７、発電ユニット１０の運転並びに出力制御を行う発電制御装置１８（制御部に相当）、及び、発電部１１の排熱との熱交換により冷却水を加熱して排熱利用給湯暖房ユニット２０側に供給する排熱回収熱交換器２４を備えて構成されている。
【００２２】
尚、本実施形態では、系統連系運転時は、インバータ１３が、商用交流電源６０から電力供給を受けて発電部１１を始動する発電始動部として機能し、自立運転時（商用交流電源６０の停電時）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７とインバータ１３のＡＣ／ＤＣコンバータ１４が、蓄電池１６から電力供給を受けて発電ユニット１０の発電部１１を始動する発電始動部として機能する。
【００２３】
排熱利用給湯暖房ユニット２０は、冷却液の循環により発電機１１ｂが発電時に発生する排熱を回収して発電機１１ｂを冷却する排熱回収冷却液循環配管２２、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液を循環させる電動冷却液ポンプ、排熱回収冷却液循環配管２２の冷却液と熱交換することで、排熱を利用する排熱利用部２０ａ、及び、排熱利用部２０ａ及び循環ポンプの動作制御を行う排熱回収制御装置３２（制御部に相当）を備えて構成されている。
【００２４】
排熱回収冷却液循環配管２２は、本実施形態では、図２に示すように、通常の系統連系運転時及び自立運転時（貯湯タンク２１の貯湯量が所定量未満の場合）に、発電ユニット１０内の熱交換器１９と排熱回収熱交換器２４（第１排熱利用部）との間を連絡する循環経路を形成し冷却液を循環させる第１循環配管系統ＰＬ１と、暖房熱交換器２７と暖房端末７１との間を連絡する循環経路を形成し冷却液を循環させる配管系統を形成するように構成されている。更に、排熱回収冷却液循環配管２２は、自立運転時（貯湯タンク２１が所定量以上の場合）に、発電ユニット１０内の熱交換器１９と暖房端末７１（第２排熱利用部）との間を連絡する循環経路を形成し冷却液を循環させる第２循環配管系統ＰＬ２を形成可能に構成されている。
【００２５】
電動冷却液ポンプは、本実施形態では、複数の循環ポンプで構成されており、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液を循環させるための循環ポンプ３３、３５を備えて構成されている。本実施形態では、更に、後述する排熱利用部２０ａの温水循環配管２３内の温水を循環させるための循環ポンプ３４を備えて構成されている。
【００２６】
より詳細には、本実施形態では、循環ポンプ３３が、発電ユニット１０の熱交換器１９と後述する排熱利用部２０ａの切り替え弁３７との間の排熱回収冷却液循環配管２２に介装され、循環ポンプ３５が、暖房端末７１と排熱利用給湯暖房ユニット２０との間の排熱回収冷却液循環配管２２に介装されている。また、循環ポンプ３４が、後述する排熱利用部２０ａの温水循環配管２３に介装されている。
【００２７】
排熱利用部２０ａは、給湯負荷７０に対し熱エネルギを供給する第１排熱利用部と、給湯負荷７０を除く所定の熱負荷で構成される第２排熱利用部と、を備えて構成されており、第１排熱利用部が、排熱利用給湯暖房ユニット２０内に設置された貯湯タンク２１、温水循環配管２３、給湯出力配管２５、排熱回収熱交換器２４、及び、暖房熱交換器２７を備えて構成され、第２排熱利用部が、排熱利用給湯暖房ユニット２０外に設置された浴室暖房乾燥機等の暖房端末７１で構成されている。尚、温水循環配管２３及び給湯出力配管２５には、必要に応じて、補助熱源３１、逆止弁、圧力調整弁、温度センサ、圧力センサ、流量計等が介装されており、図２中においてその一部に符号を付して示している。
【００２８】
第１排熱利用部の貯湯タンク２１は、通常の系統連系運転時及び自立運転時（貯湯タンク２１の貯湯量が所定量未満の場合）に、発電ユニット１０の排熱回収により加熱された温水を貯湯することで、回収した排熱を蓄熱可能に構成され、更に、内部に介装された温度センサ（図示せず）や水位センサ（図示せず）等の貯湯量検出手段によって貯湯量を検出可能に構成されている。貯湯タンク２１の底部には、貯湯タンク２１から給湯負荷７０に温水が供給された場合に、上水道等の給水源（図示せず）から貯湯タンク２１内に給水補充するための給水配管２８が接続している。更に、貯湯タンク２１には、後述する排熱回収熱交換器２４及び暖房熱交換器２７と接続する温水循環配管２３と、風呂や台所、洗面所等に設置された給湯栓等の給湯負荷７０に対して給湯出力する給湯出力配管２５が接続されている。
【００２９】
排熱回収熱交換器２４は、第１循環配管系統ＰＬ１の排熱回収冷却液循環配管２２内を循環する排熱回収冷却液であるジャケット冷却水と温水循環配管２３内を循環する温水の間の熱交換を行う熱交換器であり、１次側に第１循環配管系統ＰＬ１の排熱回収冷却液循環配管２２が接続し、２次側に温水循環配管２３が接続する。温水循環配管２３は、貯湯タンク２１の下部から取り出した温水を、排熱回収熱交換器２４で加熱して、貯湯タンク２１の上部に戻して循環させる循環回路である。
【００３０】
暖房熱交換器２７は、温水循環配管２３内を循環する温水と、第２循環配管系統ＰＬ２の排熱回収冷却液循環配管２２を循環するジャケット冷却水の間の熱交換を行う熱交換器であり、１次側に温水循環配管２３が接続し、２次側に第２循環配管系統ＰＬ２の排熱回収冷却液循環配管２２が接続する。
【００３１】
更に、排熱利用部２０ａは、第１循環配管系統ＰＬ１と第２循環配管系統ＰＬ２を切り替える切り替え弁を備えて構成されている。尚、本実施形態の切り替え弁は、通常の系統連系運転の実行時には、第１循環配管系統ＰＬ１に切り替えるように構成されているが、系統連系運転において発電ユニット１０を強制運転させることがある場合には、系統連系運転時においても第２循環配管系統ＰＬ２を利用可能に構成しても良い。切り替え弁は、本実施形態では、三方弁または開閉弁を含む複数の切り替え弁を備えて構成されている。更に、当該切り替え弁は、切り替え動作が開始してから完了するまでに約１分間かかる熱動弁であり、発電機１１ｂに接続する排熱回収冷却液循環配管２２、排熱回収熱交換器２４に接続する排熱回収冷却液循環配管２２、及び、暖房端末７１に接続する排熱回収冷却液循環配管２２が接続された接続点（分岐点）に介装された三方弁３７、３８と、排熱利用給湯暖房ユニット２０と暖房端末７１の間の排熱回収冷却液循環配管２２に介装された開閉弁３６で構成されている。
【００３２】
より具体的には、開閉弁３６は、通常の系統連系運転時及び自立運転時（貯湯タンク２１が所定量未満の場合）に開弁され、自立運転時（貯湯タンク２１が所定量以上の場合）に閉弁される。三方弁３７、３８は、系統連系運転時及び自立運転時（貯湯タンク２１が所定量未満の場合）に、発電ユニット１０の熱交換器１９と排熱回収熱交換器２４の間を連絡する往路と復路を形成する第１配管系統を構成するように切り替えられ、自立運転時（貯湯タンク２１が所定量以上の場合）に、発電ユニット１０の熱交換器１９と暖房端末７１の間を連絡する往路と復路を形成する第２配管系統を構成するように切り替えられる。
【００３３】
以下、本発明システム１の自立運転時の制御動作について、図３を基に説明する。
【００３４】
本発明システム１の制御部を構成する排熱回収制御装置３２は、自立運転の開始時に、切り替え弁３６、３７及び３８が第１循環配管系統ＰＬ１に設定されている場合に、貯湯量検出手段を用いて貯湯タンク２１の貯湯量を検出し、貯湯量が所定量以上の場合に、第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替えを行う。
【００３５】
尚、所定量は、発電ユニット１０の発電部がオーバーヒートしないように、第１排熱利用部で回収可能な排熱量等を考慮し、貯湯量検出手段によって検出された貯湯タンク２１の貯湯量に応じて設定する。ここで、図３は、本発明システム１において、自立運転の開始時に、第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替えを行う場合の本発明システム１の処理動作を示している。
【００３６】
排熱回収制御装置３２は、自立運転の開始時に、第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替えを行う場合、図３に示すように、発電部１１からインバータ１３に電力供給可能になる前に、第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替えが完了するように切り替え弁３６、３７及び３８を切り替える（ステップ＃１０１）。
【００３７】
ここで、上述したように、本実施形態の切り替え弁３６、３７及び３８は、切り替え動作に約１分間かかる。従って、排熱回収制御装置３２は、発電部１１からインバータ１３に電力供給可能となる予定時間の１分以上前に、切り替え弁３６、３７及び３８の切り替え動作を開始させるように制御する。
【００３８】
更に、本発明システム１の制御部を構成する排熱回収制御装置３２は、自立運転の開始時に、第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替えを行う場合、排熱回収制御装置３２による切り替え弁３６、３７及び３８の制御と並行して、蓄電池１６からインバータ１３を介して循環ポンプ３３に電力供給して循環ポンプ３３を作動させ、発電部１１の排熱回収冷却液循環配管２２の冷却液の循環を開始させる（ステップ＃１０２）。
【００３９】
本発明システム１の制御部を構成する発電制御装置１８は、発電部１１の排熱回収冷却液循環配管２２の冷却液の循環が開始されてから或いは冷却液の循環開始と同時に、蓄電池１６からＤＣ／ＤＣコンバータ１７とインバータ１３のＡＣ／ＤＣコンバータ１４（発電始動部）に電力供給して発電部１１を始動させる（起動開始、ステップ＃１０３）。
【００４０】
続いて、本発明システム１の制御部を構成する排熱回収制御装置３２は、発電部１１からインバータ１３に電力供給可能になった後（起動完了後）に、発電部１１からインバータ１３を介して、循環ポンプ３３を含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行う（ステップ＃１０５）。ここでは、発電部１１と第２排熱利用部としての暖房端末７１との間で冷却液を循環させる第２循環配管系統ＰＬ２の冷却液を循環させる循環ポンプ３５に対し、電力を供給して作動させる。
【００４１】
引き続き、本発明システム１の制御部を構成する排熱回収制御装置３２は、暖房端末７１の強制動作を開始する（ステップ＃１０６）。これにより、自立運転の開始時に、貯湯タンク２１の貯湯量が所定量以上の場合であっても、発電部１１がオーバーヒートするのを効果的に防止し、自立運転が停止するのを効果的に防止しながら、本発明システム１を稼働させることが可能になる。
【００４２】
更に、本実施形態では、ステップ＃１０６の実行後、即ち、発電部１１からインバータ１３を介して自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始した後に、自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合（ステップ＃１１１で「ＹＥＳ」分岐）、自立運転時電力負荷の内、少なくとも電動冷却液ポンプ３３、３５、及び、切り替え弁３６、３７、３８を除く電力負荷に対する電力供給を遮断する制御を行う（ステップ＃１１２）。
【００４３】
〈別実施形態〉
上記実施形態では、本発明システム１が、都市ガス等を消費して発電するガスエンジン１１ａ及び発電機１１ｂを備えるコージェネレーションシステムである場合を想定して説明したが、これに限るものではない。例えば、燃料電池を利用したコージェネレーションシステム等、電力負荷に電力を供給可能な発電部１１と、発電部１１の排熱を回収して利用可能にする排熱利用部２０ａとを備える熱電併給システムであれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る熱電併給システムの概略部分構成例を示す概略ブロック図
【図２】本発明に係る熱電併給システムの排熱利用部とその周辺装置の概略構成例を示す概略ブロック図
【図３】本発明に係る熱電併給システムの処理動作を示すフローチャート
【図４】本発明に係る熱電併給システムの別実施形態における概略部分構成例を示す概略ブロック図
【図５】従来技術に係る熱電併給システムの概略部分構成例を示す概略ブロック図
【図６】従来技術に係る熱電併給システムの概略部分構成例を示す概略ブロック図
【符号の説明】
【００４５】
１ 本発明に係る熱電併給システム
１０ 発電ユニット（発電部）
１０ａ 電力端子（系統連系運転時）
１０ｂ 電力端子（自主運転時）
１１ 発電部
１１ａ ガスエンジン
１１ｂ 発電機
１３ インバータ（交流出力部）
１４ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１５ 双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ
１５ａ ＤＣ／ＡＣコンバータ
１５ｂ ＤＣ／ＡＣコンバータ
１６ 蓄電池（電力貯蔵部）
１７ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１８ 発電制御装置（制御部）
１９ 熱交換器
２０ 排熱利用給湯暖房ユニット
２０ａ 排熱利用部
２０ｂ 電力入力端子
２１ 貯湯タンク
２２ 排熱回収冷却液循環配管
２３ 温水循環配管
２４ 排熱回収熱交換器（第１排熱利用部）
２５ 給湯出力配管
２７ 暖房熱交換器
２８ 給水配管
３１ 補助熱源
３２ 排熱回収制御装置（制御部）
３３ 循環ポンプ（電動冷却液ポンプ）
３４ 循環ポンプ
３５ 循環ポンプ（電動冷却液ポンプ）
３６ 開閉弁（切り替え弁）
３７ 三方弁（切り替え弁）
３８ 三方弁（切り替え弁）
３９ リモコン
４０ 第１分電盤
４１ 第２分電盤
４２ 主幹ブレーカ（ＭＣＢ）
４３ ブレーカ（ＭＣＢ）
４４ 分岐ブレーカ
４５ 電流トランス
４６ 分岐ブレーカ
４９ 操作スイッチ
５１ オンオフスイッチ
５２ ２入力切り替えスイッチ
５３ オンオフスイッチ
５４ ２入力切り替えスイッチ
６０ 商用交流電源
６１ 電力負荷
６２ 電力負荷
７０ 給湯負荷
７１ 暖房端末（第２排熱利用部）
８０ 制御装置
１００ 従来技術に係る熱電併給システム
ＰＬ１ 第１循環配管系統
ＰＬ２ 第２循環配管系統
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から燃料供給を受けて電力と熱を併給可能な熱電併給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部から燃料供給を受けて電力と熱を併給可能な熱電併給システムには、例えば、図５に示すように、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット１０と、冷却液の循環により発電ユニット１０が発電時に発生する排熱を回収して発電ユニット１０を冷却する排熱回収冷却液循環配管２２と、貯湯タンク２１と、貯湯タンク２１の温水を循環させる温水循環配管２３と、排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の間で熱交換を行う排熱回収熱交換器２４と、発電ユニット１０の運転と排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の循環を制御する制御装置８０を備えて構成された熱電併給システム１００がある。尚、ここでは、発電ユニット１０がガスエンジンと発電機を備え、発電機から出力された電力と商用交流電源と系統連系可能に構成されている場合を想定している。
【０００３】
ところで、図５に示す熱電併給システム１００において、例えば、商用交流電源の停電時等、発電ユニット１０を強制運転させる場合、貯湯タンク２１の貯湯量が所定量以上の場合、発電ユニット１０を構成するガスエンジンと発電機をオーバーヒートさせずに運転させるためには、発電ユニット１０からの排熱を、貯湯タンク２１への排熱の供給以外の方法で、消費する必要がある。
【０００４】
従来の発電ユニットをオーバーヒートさせずに運転させるための技術としては、例えば、発電ユニットからの排熱を大気に放熱するための放熱器を備えた熱電併給システムがある。しかしながら、熱電併給システムが放熱器を備える構成にすると、製造コストが高騰し、省エネルギ効果が低下するという問題があった。
【０００５】
また、発電ユニットをオーバーヒートさせずに運転させるための他の技術としては、例えば、排熱回収冷却液循環配管で回収された排熱を暖房端末に対して供給可能に構成し、発電ユニットの強制運転時において、排熱回収制御装置が貯湯タンクの貯湯量が所定量以上であることを検知した場合に、暖房端末を強制的に運転させる制御を行う熱電併給システムがある（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００６】
ここで、図６は、上記特許文献１に記載の熱電併給システムの概略部分構成例を示している。
【０００７】
上記特許文献１に記載の熱電併給システム２００は、図６に示すように、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット１０と、冷却液の循環により発電ユニット１０が発電時に発生する排熱を回収して発電ユニット１０を冷却する排熱回収冷却液循環配管２２と、温水を貯湯する貯湯タンク２１と、貯湯タンク２１の温水を循環させる温水循環配管２３と、発電ユニット１０の熱交換器１９に接続された排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の間で熱交換を行う排熱回収熱交換器２４と、給湯負荷７０に対して貯湯タンク２１の温水を給湯出力する給湯出力配管２５と、暖房端末７１に接続された排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の間で熱交換を行う熱交換器２７と、発電ユニット１０の運転と排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の循環を制御する制御装置８０を備えて構成されている。以下、排熱利用給湯暖房ユニット２０内に設置された貯湯タンク２１、温水循環配管２３、給湯出力配管２５、排熱回収熱交換器２４、及び、暖房熱交換器２７を第１排熱利用部とし、排熱利用給湯暖房ユニット２０外に設置された浴室暖房乾燥機等の暖房端末７１を第２排熱利用部とする。
【０００８】
尚、ここでは、図５に示す熱電併給システム１００と同様に、発電ユニット１０がガスエンジンと発電機を備え、発電機から出力された電力と商用交流電源と系統連系可能に構成されている場合を想定している。更に、排熱回収冷却液循環配管２２は、発電ユニット１０の熱交換器１９と温水循環配管２３との間で冷却液を循環させる第１循環配管系統ＰＬ１と、発電ユニット１０の熱交換器１９と暖房端末７１との間で冷却液を循環させる第２循環配管系統ＰＬ２を構成可能となっている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２４００１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、図６に示す熱電併給システム２００では、発電ユニット１０がオーバーヒートするのを防止するために、貯湯タンク２１の貯湯量が所定量以上であり、第１排熱利用部を利用して排熱を回収できない場合には、第２排熱利用部を強制運転させて排熱を回収する制御を行う。このとき、図６に示す熱電併給システム２００では、熱動弁３６、３７及び３８を第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２に切り替える必要がある。
【００１１】
ところで、図６に示す熱電併給システム２００では、熱動弁３６、３７及び３８は、弁を比較的急激に開閉動作させる時に水圧差により生じるウォーターハンマー現象を防止するため、開閉動作に時間をかける構成となっている。そうすると、例えば、自立運転の開始時に、熱動弁３６、３７及び３８により第１循環配管系統ＰＬ１に設定されている状態で、且つ、貯湯タンク２１の貯湯量が所定量以上であり、冷却水の循環経路を第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替える必要が生じた場合、冷却液を循環させる循環ポンプ３３の動作開始時に、熱動弁３６、３７及び３８の動作を開始すると、熱動弁３６、３７及び３８の開閉動作中は、発電ユニット１０を良好に冷却できず、オーバーヒートしてしまう可能性があった。
【００１２】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、循環配管系統を切り替える切り替え弁（熱動弁）等を適切に制御して、発電ユニットのオーバーヒートをより確実に防止可能な熱電併給システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る熱電併給システムは、外部から燃料供給を受けて発電する発電部と、外部の商用交流電源または前記発電部から電力供給を受けて電力貯蔵する電力貯蔵部と、前記商用交流電源または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて前記発電部を始動する発電始動部と、前記発電部または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて交流電力を出力可能な交流出力部と、冷却液の循環により前記発電部が発電時に発生する排熱を回収して前記発電部を冷却する排熱回収冷却液循環配管と、前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液を循環させる電動冷却液ポンプと、前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液と熱交換することで、前記排熱を利用する排熱利用部と、前記発電部が前記商用交流電源から独立して自立運転する場合の制御を行う制御部と、を備えてなる熱電併給システムであって、前記排熱利用部が、給湯負荷に対し熱エネルギを供給する第１排熱利用部と、前記給湯負荷を除く所定の熱負荷で構成される第２排熱利用部と、を備えて構成され、前記排熱回収冷却液循環配管が、前記発電部と前記第１排熱利用部の熱交換器との間で前記冷却液を循環させる第１循環配管系統と、前記発電部と前記第２排熱利用部との間で前記冷却液を循環させる第２循環配管系統と、を備えて構成され、前記排熱利用部が、前記第１循環配管系統と前記第２循環配管系統を切り替える切り替え弁を備え、前記制御部が、前記自立運転の開始時に、前記第１循環配管系統から前記第２循環配管系統への切り替えを行う場合に、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になる前に、前記第１循環配管系統から前記第２循環配管系統への切り替えが完了するように前記切り替え弁を切り替えるとともに、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記発電部の前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液の循環開始後或いは前記冷却液の循環開始と同時に、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させ、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になった後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行うことを第１の特徴とする。
【００１４】
上記特徴の本発明に係る熱電併給システムは、前記制御部が、前記発電部から前記交流出力部を介して前記自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始した後に、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記自立運転時電力負荷の内、少なくとも前記電動冷却液ポンプ及び前記切り替え弁を除く電力負荷に対する電力供給を遮断する制御を行うことを第２の特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記特徴の熱電併給システムによれば、制御部が、自立運転の開始時に、第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替えを行う場合に、発電部から交流出力部に電力供給可能になる前に、第１排熱利用部により排熱を回収するための第１循環配管系統から、第２排熱利用部により排熱を回収するための第２循環配管系統への切り替えが完了するように切り替え弁を切り替えるように構成したので、発電ユニット１０の冷却が必要となる前、即ち、発電部から交流出力部に電力供給可能になる前に、第２循環配管系統において冷却液の循環を開始することが可能になる。これにより、上記特徴の熱電併給システムでは、自立運転の開始時に、第１排熱利用部を利用して排熱を回収できない場合であって、冷却液の循環経路を第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２に切り替える切り替え弁の開閉動作中に、発電部がオーバーヒートするのを効果的に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る熱電併給システム（以下、適宜「本発明システム」と称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
〈第１実施形態〉
本発明システムの第１実施形態について、図１〜図３を基に説明する。
【００１８】
先ず、本発明システムの構成について、図１及び図２を基に説明する。ここで、図１は、本発明システム１の概略部分構成例を示しており、図２は、本発明システム１の排熱利用部とその周辺装置の概略構成例を示している。
【００１９】
尚、本発明システム１は、本実施形態では、コージェネレーションシステムを想定しており、図１及び図２に示すように、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット１０と、発電ユニット１０の運転時に発生する排熱を回収して給湯負荷７０と暖房端末７１（所定の熱負荷に相当）に供給する排熱利用給湯暖房ユニット２０を備えて構成されている。
【００２０】
また、本発明システム１は、商用交流電源６０と連系せずに電力負荷６１、６２で消費される電力の少なくとも一部を発電する自立運転と、商用交流電源６０と連系して電力負荷６１、６２で消費される電力の少なくとも一部を発電する系統連系運転とを実行可能に構成されている。以下、本実施形態では、商用交流電源６０から正常に電力を受電可能な通常時は系統連系運転を実行し、通常の系統連系運転時では熱需要に応じて発電制御を行う熱主運転を実行し、商用交流電源６０の停電時は自立運転を実行し、商用交流電源６０の停電時における自立運転では、電力需要に応じて発電制御を行う電主運転を実行する場合を想定して説明する。
【００２１】
本発明システム１の発電ユニット１０は、図１に示すように、都市ガスを燃料として作動するガスエンジン１１ａとガスエンジン１１ａによって駆動される発電機１１ｂで構成される発電部１１、発電部１１の発電電力を商用交流電源６０と同じ電圧及び周波数の交流電力に変換するインバータ１３（交流出力部に相当）、外部の商用交流電源６０または発電部１１から電力供給を受けて電力貯蔵する蓄電池１６（電力貯蔵部に相当）、蓄電池１６の入出力端末とインバータ１３の内部ノードＮ０の間で双方向に電圧変換を行なうＤＣ／ＤＣコンバータ１７、発電ユニット１０の運転並びに出力制御を行う発電制御装置１８（制御部に相当）、及び、発電部１１の排熱との熱交換により冷却水を加熱して排熱利用給湯暖房ユニット２０側に供給する排熱回収熱交換器２４を備えて構成されている。
【００２２】
尚、本実施形態では、系統連系運転時は、インバータ１３が、商用交流電源６０から電力供給を受けて発電部１１を始動する発電始動部として機能し、自立運転時（商用交流電源６０の停電時）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７とインバータ１３のＡＣ／ＤＣコンバータ１４が、蓄電池１６から電力供給を受けて発電ユニット１０の発電部１１を始動する発電始動部として機能する。
【００２３】
排熱利用給湯暖房ユニット２０は、冷却液の循環により発電機１１ｂが発電時に発生する排熱を回収して発電機１１ｂを冷却する排熱回収冷却液循環配管２２、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液を循環させる電動冷却液ポンプ、排熱回収冷却液循環配管２２の冷却液と熱交換することで、排熱を利用する排熱利用部２０ａ、及び、排熱利用部２０ａ及び循環ポンプの動作制御を行う排熱回収制御装置３２（制御部に相当）を備えて構成されている。
【００２４】
排熱回収冷却液循環配管２２は、本実施形態では、図２に示すように、通常の系統連系運転時及び自立運転時（貯湯タンク２１の貯湯量が所定量未満の場合）に、発電ユニット１０内の熱交換器１９と排熱回収熱交換器２４（第１排熱利用部）との間を連絡する循環経路を形成し冷却液を循環させる第１循環配管系統ＰＬ１と、暖房熱交換器２７と暖房端末７１との間を連絡する循環経路を形成し冷却液を循環させる配管系統を形成するように構成されている。更に、排熱回収冷却液循環配管２２は、自立運転時（貯湯タンク２１が所定量以上の場合）に、発電ユニット１０内の熱交換器１９と暖房端末７１（第２排熱利用部）との間を連絡する循環経路を形成し冷却液を循環させる第２循環配管系統ＰＬ２を形成可能に構成されている。
【００２５】
電動冷却液ポンプは、本実施形態では、複数の循環ポンプで構成されており、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液を循環させるための循環ポンプ３３、３５を備えて構成されている。本実施形態では、更に、後述する排熱利用部２０ａの温水循環配管２３内の温水を循環させるための循環ポンプ３４を備えて構成されている。
【００２６】
より詳細には、本実施形態では、循環ポンプ３３が、発電ユニット１０の熱交換器１９と後述する排熱利用部２０ａの切り替え弁３７との間の排熱回収冷却液循環配管２２に介装され、循環ポンプ３５が、暖房端末７１と排熱利用給湯暖房ユニット２０との間の排熱回収冷却液循環配管２２に介装されている。また、循環ポンプ３４が、後述する排熱利用部２０ａの温水循環配管２３に介装されている。
【００２７】
排熱利用部２０ａは、給湯負荷７０に対し熱エネルギを供給する第１排熱利用部と、給湯負荷７０を除く所定の熱負荷で構成される第２排熱利用部と、を備えて構成されており、第１排熱利用部が、排熱利用給湯暖房ユニット２０内に設置された貯湯タンク２１、温水循環配管２３、給湯出力配管２５、排熱回収熱交換器２４、及び、暖房熱交換器２７を備えて構成され、第２排熱利用部が、排熱利用給湯暖房ユニット２０外に設置された浴室暖房乾燥機等の暖房端末７１で構成されている。尚、温水循環配管２３及び給湯出力配管２５には、必要に応じて、補助熱源３１、逆止弁、圧力調整弁、温度センサ、圧力センサ、流量計等が介装されており、図２中においてその一部に符号を付して示している。
【００２８】
第１排熱利用部の貯湯タンク２１は、通常の系統連系運転時及び自立運転時（貯湯タンク２１の貯湯量が所定量未満の場合）に、発電ユニット１０の排熱回収により加熱された温水を貯湯することで、回収した排熱を蓄熱可能に構成され、更に、内部に介装された温度センサ（図示せず）や水位センサ（図示せず）等の貯湯量検出手段によって貯湯量を検出可能に構成されている。貯湯タンク２１の底部には、貯湯タンク２１から給湯負荷７０に温水が供給された場合に、上水道等の給水源（図示せず）から貯湯タンク２１内に給水補充するための給水配管２８が接続している。更に、貯湯タンク２１には、後述する排熱回収熱交換器２４及び暖房熱交換器２７と接続する温水循環配管２３と、風呂や台所、洗面所等に設置された給湯栓等の給湯負荷７０に対して給湯出力する給湯出力配管２５が接続されている。
【００２９】
排熱回収熱交換器２４は、第１循環配管系統ＰＬ１の排熱回収冷却液循環配管２２内を循環する排熱回収冷却液であるジャケット冷却水と温水循環配管２３内を循環する温水の間の熱交換を行う熱交換器であり、１次側に第１循環配管系統ＰＬ１の排熱回収冷却液循環配管２２が接続し、２次側に温水循環配管２３が接続する。温水循環配管２３は、貯湯タンク２１の下部から取り出した温水を、排熱回収熱交換器２４で加熱して、貯湯タンク２１の上部に戻して循環させる循環回路である。
【００３０】
暖房熱交換器２７は、温水循環配管２３内を循環する温水と、第２循環配管系統ＰＬ２の排熱回収冷却液循環配管２２を循環するジャケット冷却水の間の熱交換を行う熱交換器であり、１次側に温水循環配管２３が接続し、２次側に第２循環配管系統ＰＬ２の排熱回収冷却液循環配管２２が接続する。
【００３１】
更に、排熱利用部２０ａは、第１循環配管系統ＰＬ１と第２循環配管系統ＰＬ２を切り替える切り替え弁を備えて構成されている。尚、本実施形態の切り替え弁は、通常の系統連系運転の実行時には、第１循環配管系統ＰＬ１に切り替えるように構成されているが、系統連系運転において発電ユニット１０を強制運転させることがある場合には、系統連系運転時においても第２循環配管系統ＰＬ２を利用可能に構成しても良い。切り替え弁は、本実施形態では、三方弁または開閉弁を含む複数の切り替え弁を備えて構成されている。更に、当該切り替え弁は、切り替え動作が開始してから完了するまでに約１分間かかる熱動弁であり、発電機１１ｂに接続する排熱回収冷却液循環配管２２、排熱回収熱交換器２４に接続する排熱回収冷却液循環配管２２、及び、暖房端末７１に接続する排熱回収冷却液循環配管２２が接続された接続点（分岐点）に介装された三方弁３７、３８と、排熱利用給湯暖房ユニット２０と暖房端末７１の間の排熱回収冷却液循環配管２２に介装された開閉弁３６で構成されている。
【００３２】
より具体的には、開閉弁３６は、通常の系統連系運転時及び自立運転時（貯湯タンク２１が所定量未満の場合）に開弁され、自立運転時（貯湯タンク２１が所定量以上の場合）に閉弁される。三方弁３７、３８は、系統連系運転時及び自立運転時（貯湯タンク２１が所定量未満の場合）に、発電ユニット１０の熱交換器１９と排熱回収熱交換器２４の間を連絡する往路と復路を形成する第１配管系統を構成するように切り替えられ、自立運転時（貯湯タンク２１が所定量以上の場合）に、発電ユニット１０の熱交換器１９と暖房端末７１の間を連絡する往路と復路を形成する第２配管系統を構成するように切り替えられる。
【００３３】
以下、本発明システム１の自立運転時の制御動作について、図３を基に説明する。
【００３４】
本発明システム１の制御部を構成する排熱回収制御装置３２は、自立運転の開始時に、切り替え弁３６、３７及び３８が第１循環配管系統ＰＬ１に設定されている場合に、貯湯量検出手段を用いて貯湯タンク２１の貯湯量を検出し、貯湯量が所定量以上の場合に、第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替えを行う。
【００３５】
尚、所定量は、発電ユニット１０の発電部がオーバーヒートしないように、第１排熱利用部で回収可能な排熱量等を考慮し、貯湯量検出手段によって検出された貯湯タンク２１の貯湯量に応じて設定する。ここで、図３は、本発明システム１において、自立運転の開始時に、第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替えを行う場合の本発明システム１の処理動作を示している。
【００３６】
排熱回収制御装置３２は、自立運転の開始時に、第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替えを行う場合、図３に示すように、発電部１１からインバータ１３に電力供給可能になる前に、第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替えが完了するように切り替え弁３６、３７及び３８を切り替える（ステップ＃１０１）。
【００３７】
ここで、上述したように、本実施形態の切り替え弁３６、３７及び３８は、切り替え動作に約１分間かかる。従って、排熱回収制御装置３２は、発電部１１からインバータ１３に電力供給可能となる予定時間の１分以上前に、切り替え弁３６、３７及び３８の切り替え動作を開始させるように制御する。
【００３８】
更に、本発明システム１の制御部を構成する排熱回収制御装置３２は、自立運転の開始時に、第１循環配管系統ＰＬ１から第２循環配管系統ＰＬ２への切り替えを行う場合、排熱回収制御装置３２による切り替え弁３６、３７及び３８の制御と並行して、蓄電池１６からインバータ１３を介して循環ポンプ３３に電力供給して循環ポンプ３３を作動させ、発電部１１の排熱回収冷却液循環配管２２の冷却液の循環を開始させる（ステップ＃１０２）。
【００３９】
本発明システム１の制御部を構成する発電制御装置１８は、発電部１１の排熱回収冷却液循環配管２２の冷却液の循環が開始されてから或いは冷却液の循環開始と同時に、蓄電池１６からＤＣ／ＤＣコンバータ１７とインバータ１３のＡＣ／ＤＣコンバータ１４（発電始動部）に電力供給して発電部１１を始動させる（起動開始、ステップ＃１０３）。
【００４０】
続いて、本発明システム１の制御部を構成する排熱回収制御装置３２は、発電部１１からインバータ１３に電力供給可能になった後（起動完了後）に、発電部１１からインバータ１３を介して、循環ポンプ３３を含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行う（ステップ＃１０５）。ここでは、発電部１１と第２排熱利用部としての暖房端末７１との間で冷却液を循環させる第２循環配管系統ＰＬ２の冷却液を循環させる循環ポンプ３５に対し、電力を供給して作動させる。
【００４１】
引き続き、本発明システム１の制御部を構成する排熱回収制御装置３２は、暖房端末７１の強制動作を開始する（ステップ＃１０６）。これにより、自立運転の開始時に、貯湯タンク２１の貯湯量が所定量以上の場合であっても、発電部１１がオーバーヒートするのを効果的に防止し、自立運転が停止するのを効果的に防止しながら、本発明システム１を稼働させることが可能になる。
【００４２】
更に、本実施形態では、ステップ＃１０６の実行後、即ち、発電部１１からインバータ１３を介して自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始した後に、自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合（ステップ＃１１１で「ＹＥＳ」分岐）、自立運転時電力負荷の内、少なくとも電動冷却液ポンプ３３、３５、及び、切り替え弁３６、３７、３８を除く電力負荷に対する電力供給を遮断する制御を行う（ステップ＃１１２）。
【００４３】
〈別実施形態〉
上記実施形態では、本発明システム１が、都市ガス等を消費して発電するガスエンジン１１ａ及び発電機１１ｂを備えるコージェネレーションシステムである場合を想定して説明したが、これに限るものではない。例えば、燃料電池を利用したコージェネレーションシステム等、電力負荷に電力を供給可能な発電部１１と、発電部１１の排熱を回収して利用可能にする排熱利用部２０ａとを備える熱電併給システムであれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る熱電併給システムの概略部分構成例を示す概略ブロック図
【図２】本発明に係る熱電併給システムの排熱利用部とその周辺装置の概略構成例を示す概略ブロック図
【図３】本発明に係る熱電併給システムの処理動作を示すフローチャート
【図４】本発明に係る熱電併給システムの別実施形態における概略部分構成例を示す概略ブロック図
【図５】従来技術に係る熱電併給システムの概略部分構成例を示す概略ブロック図
【図６】従来技術に係る熱電併給システムの概略部分構成例を示す概略ブロック図
【符号の説明】
【００４５】
１ 本発明に係る熱電併給システム
１０ 発電ユニット（発電部）
１０ａ 電力端子（系統連系運転時）
１０ｂ 電力端子（自主運転時）
１１ 発電部
１１ａ ガスエンジン
１１ｂ 発電機
１３ インバータ（交流出力部）
１４ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１５ 双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ
１５ａ ＤＣ／ＡＣコンバータ
１５ｂ ＤＣ／ＡＣコンバータ
１６ 蓄電池（電力貯蔵部）
１７ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１８ 発電制御装置（制御部）
１９ 熱交換器
２０ 排熱利用給湯暖房ユニット
２０ａ 排熱利用部
２０ｂ 電力入力端子
２１ 貯湯タンク
２２ 排熱回収冷却液循環配管
２３ 温水循環配管
２４ 排熱回収熱交換器（第１排熱利用部）
２５ 給湯出力配管
２７ 暖房熱交換器
２８ 給水配管
３１ 補助熱源
３２ 排熱回収制御装置（制御部）
３３ 循環ポンプ（電動冷却液ポンプ）
３４ 循環ポンプ
３５ 循環ポンプ（電動冷却液ポンプ）
３６ 開閉弁（切り替え弁）
３７ 三方弁（切り替え弁）
３８ 三方弁（切り替え弁）
３９ リモコン
４０ 第１分電盤
４１ 第２分電盤
４２ 主幹ブレーカ（ＭＣＢ）
４３ ブレーカ（ＭＣＢ）
４４ 分岐ブレーカ
４５ 電流トランス
４６ 分岐ブレーカ
４９ 操作スイッチ
５１ オンオフスイッチ
５２ ２入力切り替えスイッチ
５３ オンオフスイッチ
５４ ２入力切り替えスイッチ
６０ 商用交流電源
６１ 電力負荷
６２ 電力負荷
７０ 給湯負荷
７１ 暖房端末（第２排熱利用部）
８０ 制御装置
１００ 従来技術に係る熱電併給システム
ＰＬ１ 第１循環配管系統
ＰＬ２ 第２循環配管系統
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から燃料供給を受けて発電する発電部と、
外部の商用交流電源または前記発電部から電力供給を受けて電力貯蔵する電力貯蔵部と、
前記商用交流電源または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて前記発電部を始動する発電始動部と、
前記発電部または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて交流電力を出力可能な交流出力部と、
冷却液の循環により前記発電部が発電時に発生する排熱を回収して前記発電部を冷却する排熱回収冷却液循環配管と、
前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液を循環させる電動冷却液ポンプと、
前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液と熱交換することで、前記排熱を利用する排熱利用部と、
前記発電部が前記商用交流電源から独立して自立運転する場合の制御を行う制御部と、を備えてなる熱電併給システムであって、
前記排熱利用部が、給湯負荷に対し熱エネルギを供給する第１排熱利用部と、前記給湯負荷を除く所定の熱負荷で構成される第２排熱利用部と、を備えて構成され、
前記排熱回収冷却液循環配管が、前記発電部と前記第１排熱利用部の熱交換器との間で前記冷却液を循環させる第１循環配管系統と、前記発電部と前記第２排熱利用部との間で前記冷却液を循環させる第２循環配管系統と、を備えて構成され、
前記排熱利用部が、前記第１循環配管系統と前記第２循環配管系統を切り替える切り替え弁を備え、
前記制御部が、前記自立運転の開始時に、前記第１循環配管系統から前記第２循環配管系統への切り替えを行う場合に、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になる前に、前記第１循環配管系統から前記第２循環配管系統への切り替えが完了するように前記切り替え弁を切り替えるとともに、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記発電部の前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液の循環開始後或いは前記冷却液の循環開始と同時に、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させ、
前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になった後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行うことを特徴とする熱電併給システム。
【請求項２】
前記制御部が、前記発電部から前記交流出力部を介して前記自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始した後に、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記自立運転時電力負荷の内、少なくとも前記電動冷却液ポンプ及び前記切り替え弁を除く電力負荷に対する電力供給を遮断する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱電併給システム。
【請求項１】
外部から燃料供給を受けて発電する発電部と、
外部の商用交流電源または前記発電部から電力供給を受けて電力貯蔵する電力貯蔵部と、
前記商用交流電源または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて前記発電部を始動する発電始動部と、
前記発電部または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて交流電力を出力可能な交流出力部と、
冷却液の循環により前記発電部が発電時に発生する排熱を回収して前記発電部を冷却する排熱回収冷却液循環配管と、
前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液を循環させる電動冷却液ポンプと、
前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液と熱交換することで、前記排熱を利用する排熱利用部と、
前記発電部が前記商用交流電源から独立して自立運転する場合の制御を行う制御部と、を備えてなる熱電併給システムであって、
前記排熱利用部が、給湯負荷に対し熱エネルギを供給する第１排熱利用部と、前記給湯負荷を除く所定の熱負荷で構成される第２排熱利用部と、を備えて構成され、
前記排熱回収冷却液循環配管が、前記発電部と前記第１排熱利用部の熱交換器との間で前記冷却液を循環させる第１循環配管系統と、前記発電部と前記第２排熱利用部との間で前記冷却液を循環させる第２循環配管系統と、を備えて構成され、
前記排熱利用部が、前記第１循環配管系統と前記第２循環配管系統を切り替える切り替え弁を備え、
前記制御部が、前記自立運転の開始時に、前記第１循環配管系統から前記第２循環配管系統への切り替えを行う場合に、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になる前に、前記第１循環配管系統から前記第２循環配管系統への切り替えが完了するように前記切り替え弁を切り替えるとともに、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記発電部の前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液の循環開始後或いは前記冷却液の循環開始と同時に、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させ、
前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になった後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行うことを特徴とする熱電併給システム。
【請求項２】
前記制御部が、前記発電部から前記交流出力部を介して前記自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始した後に、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記自立運転時電力負荷の内、少なくとも前記電動冷却液ポンプ及び前記切り替え弁を除く電力負荷に対する電力供給を遮断する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱電併給システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２８７４２３（Ｐ２００９−２８７４２３Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３９１０８（Ｐ２００８−１３９１０８）
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
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