(57)【要約】      （修正有）【課題】熱電比を上げる方向だけでなく、下げる方向にも調整可能なコージェネレーションシステムを提供する。【解決手段】電力の供給が可能な発電装置１と、発電装置１の排気と水とを熱交換して排気を降温させるとともに水から水蒸気を得る第一熱交換器２と、水蒸気と燃料とを反応させて改質ガスを生成する改質器４と、改質器４で生成される改質ガスを熱交換によって冷却する第二熱交換器５と、第二熱交換器５で冷却される改質ガスを発電装置１に供給する改質ガス供給装置１０２と、改質器４及び熱利用装置のうち少なくとも一方に水蒸気を供給する分配器３と、分配器３における水蒸気の供給先を変更して熱電比を調整する制御装置５１と、を備えたコージェネレーションシステム５００である。【選択図】図１
2020125702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力の供給が可能な発電装置と、
前記発電装置の排気と水とを熱交換して前記排気を降温させるとともに前記水から水蒸気を得る第一熱交換器と、
前記水蒸気と燃料とを反応させて改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器で生成される前記改質ガスを熱交換によって冷却する第二熱交換器と、
前記第二熱交換器で冷却される前記改質ガスを前記発電装置に供給する改質ガス供給装置と、
前記改質器及び熱利用装置のうち少なくとも一方に前記水蒸気を供給する分配器と、
前記分配器における前記水蒸気の供給先を変更して熱電比を調整する制御装置と、を備えた、コージェネレーションシステム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記分配器における前記水蒸気の供給量を変更可能である、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記熱利用装置の要求熱量を基に前記分配器を制御する、請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記第一熱交換器へ前記水を供給する水供給装置を更に備え、
前記制御装置は、前記第一熱交換器の出口における前記水蒸気の温度を基に前記水供給装置を制御する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
前記改質器への前記燃料の供給量を調整する燃料流量制御バルブを更に備え、
前記分配器から前記改質器へ供給される前記水蒸気の量を基に前記燃料流量制御バルブを制御する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項６】
前記第一熱交換器に供給される前記水の少なくとも一部と前記発電装置を冷却する冷却液との間で熱交換を行って前記水を昇温させ前記冷却液を降温させる第三熱交換器を更に備えた、請求項４又は５に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項７】
前記発電装置は、エンジン発電機又はタービン発電機である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項８】
前記発電装置は、レシプロエンジンを用いたエンジン発電機であり、
前記燃料は、メタンである、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項９】
前記発電装置は、レシプロエンジンを用いたエンジン発電機であり、
前記燃料は、メタンであり、
前記改質器へ供給される前記水蒸気のモル数と前記改質器へ供給される前記燃料に含まれる炭素原子のモル数との比が５以上になるように前記燃料流量制御バルブを制御する、請求項５記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１０】
前記第二熱交換器により加熱された水を前記熱利用装置及び前記第一熱交換器のうち少なくとも一方に供給するもう一つの分配器を更に備えた、請求項１〜９のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コージェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーの効率的利用、電力構成の多様化・分散化、災害対策などの観点から、熱と電力の双方を供給可能なコージェネレーションシステムの普及が拡大傾向にある。
【０００３】
コージェネレーションシステムは、発電装置と熱回収装置とを備え、電力と熱との双方を供給するシステムであり、電力供給は、動力源としてガスタービン、火花点火エンジン、ディーゼルエンジン、燃料電池等の発電装置により行われる。一方、熱供給は、動力源の排気管などに取り付けられたボイラーや熱交換器等の熱回収装置により蒸気または温水を作り、その蒸気または温水を熱利用装置に供給することで行われる。
【０００４】
このように、電力と熱との双方が利用可能であることから、総合効率が８０％程度に達する高効率のエネルギー利用が可能となる。
【０００５】
コージェネレーションシステムにおいては、供給可能な熱と電力との出力の比（以下「熱電比」という。）は、機器の仕様で決まり、一定で運転される場合が多い。そのため、需要者の熱電比に変動が生じる場合には、コージェネシステムとしての総合効率が大幅に低下することが課題である。
【０００６】
また、現状のコージェネレーションシステムは、熱電比が比較的大きいものが多く、熱電比が小さい設備には導入が進んでいない。そのため、熱電比を変更できる技術が求められる。さらに、熱電比を小さくした条件においては、発電効率の向上による総合効率の向上が求められる。
【０００７】
特許文献１には、エンジンの排熱を用いて水蒸気改質により水素を含む改質後燃料を生成する改質器と、改質後燃料を燃料として駆動するエンジンと、エンジンの動力を用いて発電する発電機と、改質器で利用されなかったエンジンの排熱を用いて冷熱または動力を生成する熱利用システムと、を備え、熱利用システム内の排熱を使って改質器に供給する水を加熱する、エンジンコンバインドシステムであって、熱利用システムがランキンサイクルまたは吸収式冷凍機であるものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１２５９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のコージェネレーションシステムにおける熱電比の調整に関する技術の多くは、熱量を大きくする、すなわち熱電比を大きくするものであり、熱電比を小さくすることは困難であった。そのため、熱電比の小さい施設は、コージェネレーションシステムにより供給される熱の多くを利用しきれないという問題があった。このため、コージェネレーションシステムを導入したとしても、その効果が十分には得られない現状がある。
【００１０】
また、各施設のエネルギー需要は、一般に、熱電比が季節や時間によって変動するため、熱電比の小さい条件での運転が求められる。
【００１１】
これらのことから、コージェネレーションシステムにおいては、熱電比を下げる方向に調整可能な技術が求められている。
【００１２】
特許文献１に記載のエンジンコンバインドシステムにおいては、エンジンの排熱を有効利用してシステム効率を高めることを目的としている。この点、熱利用システムの例がランキンサイクルまたは吸収式冷凍機であることからもわかるように、熱電比を上げる方向又は下げる方向にシステムを設計する場合、いずれの方向で熱利用システムを選択して付加するかが重要となる。すなわち、設計段階で熱電比の方向性が決まってしまう。よって、システムの稼働中に熱電比を任意に調整する観点からは改善の余地がある。
【００１３】
本発明は、熱電比を上げる方向だけでなく、下げる方向にも調整可能なコージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のコージェネレーションシステムは、電力の供給が可能な発電装置と、発電装置の排気と水とを熱交換して排気を降温させるとともに水から水蒸気を得る第一熱交換器と、水蒸気と燃料とを反応させて改質ガスを生成する改質器と、改質器で生成される改質ガスを熱交換によって冷却する第二熱交換器と、第二熱交換器で冷却される改質ガスを発電装置に供給する改質ガス供給装置と、改質器及び熱利用装置のうち少なくとも一方に水蒸気を供給する分配器と、分配器における水蒸気の供給先を変更して熱電比を調整する制御装置と、を備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱電比を上げる方向だけでなく、下げる方向にも調整可能なコージェネレーションシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係るコージェネレーションシステムを示す概略構成図である。
【図２】図１の分配器３の一例を示す構成図である。
【図３】図１の改質器４の一例を示す模式断面図である。
【図４】コージェネレーションシステムの制御装置が実行する一処理例を示すフロー図である。
【図５】コージェネレーションシステムの制御装置が実行する一処理例を示すフロー図である。
【図６】コージェネレーションシステムの制御装置が実行する一処理例を示すフロー図である。
【図７】第二実施形態に係るコージェネレーションシステムを示す概略構成図である。
【図８】第三実施形態に係るコージェネレーションシステムを示す概略構成図である。
【図９】本発明の構成要素である発電装置の一例としてエンジン発電機を用いた場合を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、熱と電力とを同時に供給するコージェネレーションシステムにおいて、出力の熱電比を上げる方向又は下げる方向に変更することができるようにする技術に関する。すなわち、熱電比可変コージェネレーションシステムに関するものである。
【００１８】
［第１実施形態］
はじめに、本発明の第１実施形態に係るコージェネレーションシステムの構成及びその運転方法について説明する。なお、以下の各図において、実線矢印は、燃料、改質ガス、水又は水蒸気が通流可能な管路及びその流れ方向を表している。また、破線矢印は、計測や制御の伝送のための信号線を表している。
【００１９】
＜燃料分離改質エンジンシステム＞
図１は、第１実施形態に係るコージェネレーションシステムの概略構成を示したものである。
【００２０】
本図において、コージェネレーションシステム５００は、発電装置１と、排気と水とを熱交換する第一熱交換器２と、第一熱交換器２で水が加熱されて発生する高温水蒸気を分配する分配器３と、分配器３より供給される水蒸気を用いて燃料を水蒸気改質し改質ガスを生成する改質器４（燃料改質器）と、改質ガスと水等の熱媒体とを熱交換する第二熱交換器５と、発電装置１へ燃料を供給する燃料供給装置１０１と、改質ガスを発電装置１へ供給する改質ガス供給装置１０２と、を備えている。分配器３と改質器４との間には、減圧器６（減圧弁）が設置されている。
【００２１】
第一熱交換器２へは、水流量制御装置Ｐ１を介して水が供給される。この水は、水タンク等に貯留されているものを用いることが望ましい。第一熱交換器２では、供給された水と排気との熱交換を行い、水を高温水蒸気になるまで加熱する。高温水蒸気は、分配器３により、改質器４及び熱利用装置の一方又は双方へ供給することができるようになっている。ここで、熱利用装置は、建物等の居住スペース等の暖房装置等を含む。
【００２２】
改質器４へは、分配器３より水蒸気が供給された場合は、燃料流量制御装置Ｖ１（燃料流量制御バルブ）を介して燃料が燃料タンクから供給される。改質器４内では、燃料の水蒸気改質により水素を含む改質ガスが生成される。改質器４より供給される改質ガスは、第二熱交換器５により水と改質ガスとを熱交換する。水等の熱媒体は、加温され、熱利用装置へ供給される。改質ガスは、冷却され、反応しなかった余剰水と改質ガスとに分離される。その後、改質ガスは、改質ガス供給装置１０２を介して発電装置１の燃料として利用される。また、分離後の余剰水は、水タンク等に戻すことにより再利用される。
【００２３】
燃料供給装置１０１、改質ガス供給装置１０２、燃料流量制御装置Ｖ１及び水流量制御装置Ｐ１は、制御装置５１からの信号により制御されるようになっている。
【００２４】
燃料としてメタンを使用する場合の水蒸気改質の反応式は、下記式（１）で表される。
【００２５】
ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ＝４Ｈ２＋ＣＯ２−１６５ｋＪ      …（１）
メタンの水蒸気改質を行った場合、上記式（１）のような吸熱反応である。これにより、メタン１モルの低位発熱量に対して、メタン改質後の改質ガスの低位発熱量は、１６５ｋＪ高くなる。
【００２６】
この吸熱反応の熱源としては、高温水蒸気の一部を用いる。高温水蒸気は、第一熱交換器２にて発電装置１の排気が有する熱により水を加熱することにより作られる。このため、発電装置１の排気が有する熱の一部は、発電装置１の燃料の発熱量として回収可能となる。
【００２７】
これにより、発電装置１の排熱の一部を熱利用装置へ供給せずに燃料熱量として回収することができ、コージェネレーションシステム５００へ供給する単位燃料熱量に対して発電出力が増大し、発電効率が高くなる。
【００２８】
よって、分配器３による高温水蒸気の制御により、コージェネレーションシステム５００における電力比率を高めることが可能となる。すなわち、分配器３の制御により、熱利用装置へ全ての水蒸気を分配する場合には、コージェネレーションシステム５００において最大の熱電比になり、改質器４へ全ての水蒸気を分配する場合には、最小の熱電比になる。
【００２９】
本構成により、コージェネレーションシステム５００において熱電比を変更することが可能となる。
【００３０】
＜発電装置＞
発電装置１は、ディーゼルエンジン、火花点火エンジン等を用いた公知のエンジン発電機が適用される。エンジン発電機のエンジンにおいては、燃料供給装置１０１が吸気管または燃焼室に備えられている。燃料としては、ガソリンや軽油等の石油系燃料だけでなく、エタノール混合ガソリン、バイオエタノールおよびメタンなど公知のものを用いることができる。さらに、改質ガス供給装置１０２からは、改質ガスがエンジンの吸気管または燃焼室に供給される。したがって、エンジン発電機は、燃料及び改質ガスの双方もしくは少なくとも片方を用いて発電する構成となっている。
【００３１】
エンジンの台数に特に制限はなく、複数台用いてもよい。エンジンの排気の全量または一部は、排気管に設置した第一熱交換器２へ供給される。これにより、水の加熱に必要な熱を得ることができる。
【００３２】
排気管に設置する熱交換器の台数に制限はなく、複数台設置する場合でも並列や直列などに制限はない。エンジンの排気熱は、第一熱交換器２へ供給するだけでなく、直接暖房等に利用してもよいし、熱電素子などを用いて電力変換に利用してもよい。
【００３３】
改質ガス中に含まれる水素は、エンジン燃料として一般的に使われている炭化水素系燃料に比べ、燃焼速度が速く、燃焼範囲が広いことから、急速燃焼および希薄燃焼が可能となる。さらに、水素は、炭化水素燃料に比べて燃焼性が高いことから、燃焼効率の向上が可能となる。これにより、エンジンの熱効率が向上し、同一出力を出すための燃料の消費量を削減することが可能となる。
【００３４】
また、本図には示されていないが、エンジンの吸気管には、吸入する空気量の調整バルブ（通常はスロットル）が備えられている。これにより、燃料および改質ガスの量に対して量論空気量以上の空気が吸入されるように制御される。さらに、水素を含む改質ガスの割合が高いときは、吸入空気量を増大し、希薄燃焼を行うように制御することができる。
【００３５】
＜水流量制御装置＞
水流量制御装置Ｐ１は、水タンクまたは水道管と第一熱交換器２の水入口流路とを接続する流路に備えられている。水流量制御装置Ｐ１は、制御された所定量の水を第一熱交換器２に供給する。第一熱交換器２へ供給する流量に関しては、第一熱交換器２の出口における高温水蒸気の温度を基に制御することが好ましい。出口の水蒸気温度が所定温度以上の場合は、熱交換器へ供給する水の量を増やし、所定温度以下の場合は、水の量を減らす。このような流量制御により、熱交換器出口の水蒸気温度を所定温度に保つことが可能となる。ここで、所定温度（設定温度）は、発電装置の仕様、熱利用装置の仕様および燃料により決められる。特に、熱利用装置および燃料により決めることが好ましい。
【００３６】
燃料にメタンを用いる場合は、水蒸気の温度は、４００℃以上が好ましい。改質器４における燃料の改質は、反応温度が高いほど反応が促進されることから、供給する水蒸気の温度は、５００℃以上が更に好ましい。
【００３７】
分配器３から改質器４へ高温水蒸気を供給しない場合には、熱利用装置の要求温度および要求圧力に合わせて供給量を制御する。
【００３８】
＜熱交換器＞
第一熱交換器２および第二熱交換器５には、公知の熱交換器を用いることができる。発電装置１のサイズおよび仕様に合わせて、適切な熱交換器を選択して用いる。一般的なシェルアンドチューブ型、プレート型、フィンチューブ型等の公知の熱交換器や排熱ボイラーなど、発電装置１の排熱を用いて蒸気を生成することができれば、その構成に制限はない。熱交換器の構造および個数にも制限はなく、複数台設置した場合でも、並列、直列などの配置に関しても制限はない。
【００３９】
熱交換器は、放熱による大気への熱損失を低減するために、断熱材を取り付けるなど断熱を行うことが好ましい。熱交換器の出口には、図に記載していない圧力調整弁を設置してもよい。これにより、熱交換器の流路内の圧力を上昇させることができ、密度を増加させることができるため、熱交換能力が増大する。そのため、熱交換器の小型化が可能となる。また、熱利用装置の熱源として０．７８ＭＰａ以上の高圧蒸気が必要な場合にも対応できる。
【００４０】
＜分配器＞
図２は、図１の分配器３の一例を示したものである。
【００４１】
図２においては、分配器３は、第一熱交換器より供給される高温水蒸気を改質器および熱利用装置の双方または片方に対して供給する量を調整する装置である。改質器側には流量調整バルブＶ２が、熱利用装置側には流量調整バルブＶ３が設けられている。
【００４２】
流量調整バルブＶ２、Ｖ３の開度を調整することにより、改質器および熱利用装置への高温水蒸気の供給量を制御することができる。需要の熱電比を基に制御される。熱電比を上げる場合には、高温水蒸気の熱利用装置への供給量を増やす。一方で、熱電比を下げる場合には、高温水蒸気の改質器への供給量を増やす。流量調整バルブＶ２、Ｖ３のいずれか一方を全閉とすれば、改質器および熱利用装置のうちの一方に高温水蒸気の供給先を限定することできる。分配器３は、制御装置５１からの信号により制御されるようになっている。
【００４３】
第一熱交換器の出口における水蒸気の圧力が０．３ＭＰａ以上である場合は、分配器と改質器との間に減圧器を設けることが望ましい。改質器による燃料の水蒸気改質は、改質器内の圧力が低いほど改質反応が促進される。そのため、減圧器を設けることで、改質器内の圧力を下げることができ、反応が促進する。上記の吸熱反応による排熱回収効果と水素によるエンジン発電機の効率向上効果とが大きくなる。減圧器により改質器内の圧力（ゲージ圧）は、０．１ＭＰａＧ以下に保つことが好ましい。これにより、システムの総合効率を高めることができる。
【００４４】
＜改質器＞
次に、燃料を改質ガスに変換する改質器について説明する。
【００４５】
図３は、図１の改質器４の一例を模式的に示したものである。
【００４６】
図３において、改質器４は、その内部に燃料改質を行うための触媒５５を有している。触媒５５には、燃料および高温水蒸気が供給され、生成物である改質ガスが送り出されるようになっている。そのサイズ、外形に制限は無い。サイズは、エンジンの出力に対応するように、適宜調整する。
【００４７】
改質器４の内部に設置する触媒５５に制限はなく、公知のものが用いられる。例えば、金属やセラミックを材料とした母材に触媒材料を担持したものを用いる。母材の形状に制限はなく、ペレット状、ハニカム構造、シートなどが用いられる。担持する触媒材料は、例えばニッケル、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルト、鉄、ニオブ、銅、亜鉛等から選択された少なくとも１種で構成される。
【００４８】
図１に示すように、改質器４へ供給する燃料の量は、燃料流量制御装置Ｖ１（燃料供給量制御装置）により流量制御される。供給量の制御方法に関しては、後述する。
【００４９】
改質器４において生成された改質ガスは、第二熱交換器５において水等の熱媒体により冷却される。冷却後の改質ガスは、改質ガス供給装置１０２より発電装置１へ供給される。改質ガス供給装置１０２は、燃料噴射弁やバルブなど公知のガス流量制御が可能な装置が用いられる。改質ガスの冷却後に回収された余剰水は、再度水タンク等に戻してもよい。また、回収水とトラップする回収タンクにより貯められる構成としてもよい。
【００５０】
＜熱利用装置＞
熱利用装置は、施設ごとに必要な装置でよく、制限はない。乾燥機、暖房装置、吸収式冷凍機、給湯器などの熱源として用いるなど、公知の熱利用装置が想定される。
【００５１】
＜制御装置＞
図１において、制御装置５１は、水供給量制御装置Ｐ１、分配器３、燃料流量制御装置Ｖ１、燃料供給装置１０１及び改質ガス供給装置１０２の少なくとも一つの制御を行う。また、図には示されていない温度計、圧力計、流量計等を構成品又は構成品をつなぐ配管に設置した場合は、それらの信号を基に制御を行う。
【００５２】
次に、制御装置による第一の実施形態に係る制御の例を説明する。
【００５３】
図４は、システム暖機における制御プロセスの例を示したものである。
【００５４】
本図においては、発電装置の運転開始（Ｓ１００）と同時に、発電装置の暖機運転（Ｓ１０１）を行う。
【００５５】
エンジン発電機を用いる場合は、図１には示していない冷却水の温度が所定温度以上となったとき、暖機終了と判定する。
【００５６】
発電出力の確認（検出又は取得）を行い、発電装置による発電を開始する（Ｓ１０２）。発電装置の発電出力が需要発電出力に比べて小さい場合は、燃料供給装置１０１（図１）の供給量を増やす。発電装置の発電出力が需要発電出力に比べて大きい場合は、燃料供給装置１０１の供給量を減らす。Ｓ１０２における燃料供給装置１０１の制御は、発電装置の発電が中止するまで継続される。
【００５７】
つぎに、発電装置の排気温度が所定温度以上であるかを確認する（Ｓ１０３）。所定温度以上の場合は、Ｓ１０４へ移行する。所定温度以下の場合は、Ｓ１０２に戻り、排気温度が所定温度以上になるまで待機する。
【００５８】
Ｓ１０４においては、水供給装置Ｐ１を制御し、最低流量の水を供給する。この際の水の最低流量は、第一熱交換器の仕様により決まる。
【００５９】
Ｓ１０５においては、水の供給量を第一熱交換器の暖機のための所定量（暖機所定量）に設定する。
【００６０】
Ｓ１０６においては、第一熱交換器の出口の水蒸気温度を確認し、所定温度未満の場合は、Ｓ１０５に戻り、第一熱交換器の暖機完了まで水供給量を一定に保つ。所定温度以上になった場合は、第一熱交換器の暖機完了とし、コージェネレーションシステムによる熱電併給を開始する（Ｓ１０７）。
【００６１】
次に、熱電併給時の制御方法の例を示す。
【００６２】
図５は、熱電併給時の運転制御プロセスを示したものである。
【００６３】
まず、Ｓ１１０において、第一熱交換器の出口の蒸気温度が所定温度以上であるか確認する。所定温度以上の場合は、Ｓ１１１において水供給量の増量を指示する。所定温度未満の場合は、Ｓ１１２において水供給量の減量を指示する。
【００６４】
次に、Ｓ１１３において、指示値を基に水供給装置Ｐ１を制御する。その後、Ｓ１１０に戻り、制御を繰り返す。
【００６５】
このような制御により、発電装置の排気温度や排気熱量の変化に対応して、第一熱交換器の出口における水蒸気温度を所定温度に保つことができる。第一熱交換器が所定温度は、上述のとおり、４００℃以上が好ましい。
【００６６】
図５のＳ１２０〜Ｓ１２６は、分配器の制御に関するものである。
【００６７】
まず、Ｓ１２０において、熱利用装置の需要熱量Ｑｘを確認する。次に、Ｓ１２１において、Ｑｘを用いて熱利用装置の需要水蒸気量Ｑ１を算出する。Ｑ１は、熱利用装置の仕様および、需要熱量より算出する。
【００６８】
次に、Ｓ１２２において、第一熱交換器から供給される水蒸気量Ｑを確認する。
【００６９】
次に、Ｓ１２３において、ＱとＱ１との大小関係を確認する。ＱがＱ１以下の場合は、Ｓ１２４において分配器より水蒸気量Ｑを熱利用装置へ供給する。一方、ＱがＱ１よりも大きい場合は、Ｓ１２５において分配器よりＱ１を熱利用装置へ供給する。さらに、Ｓ１２６において、未利用水蒸気量Ｑ２（Ｑ−Ｑ１＝Ｑ２）を分配器より改質器へ供給する。その後、Ｓ１２０に戻り、分配器の制御を繰り返す。
【００７０】
図６は、第二熱交換器の制御プロセスを示したものである。
【００７１】
本図に示すように、まず、Ｓ１３０において、Ｑ２が正の値であるかを確認する。
【００７２】
Ｑ２が正の値の場合は、Ｓ１３１において、燃料流量制御装置Ｖ１により改質器への燃料の供給を所定量に制御する。燃料の供給量は、Ｑ２の量を基に決定することが好ましく、改質器におけるガスのＳ／Ｃが５以上になる流量とすることがよい。ここで、Ｓ／Ｃとは、改質器へ供給する水蒸気のモル数と改質器へ供給する燃料中の炭素原子のモル数との比をいう。よって、燃料にメタンを用いる場合も、Ｓ／Ｃが５以上となるように調整することが望ましい。
【００７３】
次に、Ｓ１３２において、第二熱交換器の出口における改質ガス温度を確認する。改質ガス温度が所定の温度、例えば４０℃以上の場合は、第二熱交換器への水供給量を増量する（Ｓ１３３）。改質ガス温度が４０℃未満の場合は、水供給量を減量する（Ｓ１３４）。その後、Ｓ１３０に戻り、燃料流量制御装置Ｖ１と第二熱交換器へ供給する水の供給量の制御とを繰り返す。なお、ここでは、改質ガス温度について４０℃を基準として判定を行っているが、この基準は、４０℃に限定されるものではなく、改質器の触媒等の特性に基いて設定されるものである。
【００７４】
以上のような制御を行うことにより、コージェネレーションシステムにおいて、熱量が余剰にある場合に対しても、余剰の水蒸気を改質器へ供給し、余剰の熱量の一部を燃料熱量として再利用できる。これにより、コージェネレーションシステムにおける熱電比を下げると同時に、発電効率を高めることができる。
【００７５】
本実施形態の説明においては、発電装置としてエンジン発電機を用いることを想定して記載しているが、エンジン発電機以外にも、タービン発電機又は燃料電池を用いることが可能である。
【００７６】
［第２実施形態］
図７は、第２実施形態に係るコージェネレーションシステムの概略構成を示したものである。
【００７７】
本実施形態においては、第１実施形態の図１と異なる構成のみについて説明する。
【００７８】
図７においては、第三熱交換器７が付加されている。これ以外の構成は、図１と同様である。
【００７９】
発電装置１にエンジン発電機を用いた場合は、エンジンを冷却する冷却液（エンジン冷却水）を用い、これがエンジンの周りを循環する構成となっている。この場合、エンジン出口における冷却液の温度は、８０℃〜９０℃程度である。冷却液は、空冷または水冷により８０℃程度の所定温度まで冷却される。
【００８０】
第三熱交換器７は、水供給装置Ｐ１から第一熱交換器２へ供給する水と、エンジン冷却水との熱交換をする。
【００８１】
第三熱交換器７の受熱側は、水の流路であり、水供給装置Ｐ１から水が供給され、第三熱交換器７で加熱された後、第一熱交換器２へ供給される。また、第三熱交換器７の放熱側は、エンジン冷却水の流路があり、エンジンから供給される冷却水が第三熱交換器７へ供給され、降温され、エンジンへ戻される。
【００８２】
以上のような構成とすることにより、エンジンからエンジン冷却水へ排出される熱量を用いて水を昇温できることから、コージェネレーションシステム５００における熱回収量が増大する。これにより、改質器４へ供給する水蒸気量の増量が可能となるため、熱電比の低減と発電効率の向上とが可能となる。
【００８３】
エンジン冷却水の第三熱交換器７の出口温度は、エンジン仕様により決まる所定温度（８０℃）に保つ必要があるため、水供給装置Ｐ１から第三熱交換器７へ供給する水の流量は、第三熱交換器７のエンジン冷却水温度が所定温度以上の場合は増量し、所定温度未満の場合は減量する制御を行う。但し、第一熱交換器２へ供給される水供給量の総量は、第一実施形態と同じように、第一熱交換器２の出口における水蒸気温度を基に制御される。そのため、第三熱交換器７へ供給可能な量を超える量の水をバイパスするための配管を設けている。この配管は、水供給装置Ｐ１から直接第一熱交換器２に接続されている。
【００８４】
［第３実施形態］
図８は、第３実施形態に係るコージェネレーションシステムの概略構成を示したものである。
【００８５】
本実施形態においては、第２実施形態の図７と異なる構成のみについて説明する。
【００８６】
図８においては、第二分配器８（もう一つの分配器）が付加されている。これ以外の構成は、図７と同様である。
【００８７】
第二分配器８は、第二熱交換器５により加熱された水を熱利用装置及び第一熱交換器２のうち少なくとも一方に供給するものである。第二熱交換器５では、改質ガスを所定の温度４０℃になるように、受熱流路側に水が供給される。そのため、第二熱交換器５の出口における水蒸気温度又は水温は、改質ガス流量及び第二熱交換器５の仕様によっては、熱利用装置の要求温度まで昇温されない可能性がある。また、熱利用装置の要求熱量が小さい場合は、第二熱交換器５から排出される水蒸気又は温水が利用されずに排出される可能性がある。そのため、第二分配器８を第二熱交換器５の水流路の出口配管に接続し、熱利用装置又は第一熱交換器２へ供給する構成としている。
【００８８】
次に、第二分配器８の制御方法の例について説明する。
【００８９】
第二熱交換器５より第二分配器８へ供給される水蒸気または温水の温度が熱利用装置の要求する温度以下の場合は、分配器により水蒸気または温水を全量第一熱交換器へ供給する。
【００９０】
第二熱交換器５より第二分配器８へ供給される水蒸気又は温水の温度が熱利用装置の要求温度以上の場合は、熱利用装置の要求熱量を基に第二分配器８を制御する。熱利用装置から第二分配器８へ要求する要求熱量が、第二熱交換器５から第二分配器８へ供給される水蒸気又は温水が有する熱量に比べて大きい場合は、第二分配器８より全量を熱利用装置へ供給する。一方、熱利用装置から第二分配器８へ要求する要求熱量が、第二熱交換器５から第二分配器８へ供給される水蒸気又は温水が有する熱量に比べて小さい場合は、要求熱量を第二分配器８より熱利用装置へ供給し、残りは第一熱交換器２へ分配する。
【００９１】
このような制御を行うことにより、コージェネレーションシステム５００の未利用熱を減らすことができ、総合効率の向上が期待できる。また、熱電比を小さくすることができ、熱電比の調整代（調整余力）が第１実施形態及び第２実施形態よりも大きくなる。
【００９２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、本発明は、必ずしも前記の実施形態が備える全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えたり、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態に追加したり、ある実施形態の構成の一部を省略したりすることも可能である。
【００９３】
例えば、図１、７及び８のコージェネレーションシステム５００に接続される熱利用装置は、一つでもよいし、複数であってもよい。
【００９４】
また、燃料供給装置１０１は備えずに、燃料の全量を改質器４へ供給してもよい。これにより、分配器３により水蒸気が供給された場合は、改質器４へ供給される燃料の一部が改質され、残りは改質されずに発電装置１に供給される。
【００９５】
また、改質ガスは、発電装置１に貯めずに供給するではなく、一時的にバッファタンクに保管する構成としてもよい。また、改質ガス中に含まれる水素は、燃料電池車両などの燃料として利用できることから、改質ガスの一部を水素分離膜などの公知の水素分離技術を用いて回収し、水素燃料としてコージェネレーションシステム５００の外部へ供給してもよい。
【００９６】
図９は、本発明の構成要素である発電装置の一例としてエンジン発電機を用いた場合を示す概略構成図である。
【００９７】
本図において、エンジン発電機は、エンジン２００（レシプロエンジン）と、発電機２１１と、で構成されている。エンジン２００は、ピストン２０１と、シリンダ２０２と、連結棒２０３と、クランク２０４と、を含む。
【００９８】
本図に示すその他の構成は、図１と同様である。
【００９９】
エンジン２００において発生する動力を利用して、発電機２１１において電力を発生させる。
【符号の説明】
【０１００】
１：発電装置、２：第一熱交換器、３：分配器、４：改質器、５：第二熱交換器、６：減圧器、７：第三熱交換器、８：第二分配器、５１：制御装置、１０１：燃料供給装置、１０２：改質ガス供給装置、２００：エンジン、２０１：ピストン、２０２：シリンダ、２０３：連結棒、２０４：クランク、２１１：発電機、５００：コージェネレーションシステム、Ｐ１：水供給装置、Ｖ１：燃料流量制御装置、Ｖ２：第一流量調整バルブ、Ｖ３：第二流量調整バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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