(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機と、
この原動機によって駆動される発電機と、
原動機の排熱（冷却除去熱含む）を利用して温水を製造する温水熱交換器と、
温水を貯留する貯湯槽と、
この貯湯槽内の温水を電気加熱する温水ヒータと、
上記発電機から温水ヒータへ余剰電力を供給する余剰電力供給手段と、
を具備し、
さらに、上記温水熱交換器とは別系統の、上記貯湯槽に温水を供給する温水器を具備することを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項２】
さらに、上記温水熱交換器への給水量を制御する流量制御弁を具備する請求項１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】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、都市ガス等を燃料とするガスエンジン等を原動機とし、発電及び給湯（その他の熱媒体供給を含む）を行うコージェネレーションシステム（発電兼用給湯装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ガスを燃料とするガスエンジンを原動機とし発電及び給湯を行うコージェネレーションシステムは、現在多数実用に供せられている。電気とともに大量の熱エネルギー（お湯、蒸気等）を消費する工場やホテル、病院、オフィスにおいては、コージェネレーションシステムを設置して電気とお湯等を得る。この際、燃料のエネルギーの内、約３０％を電気、約４０％をお湯や蒸気等の熱エネルギーに変換することができる。したがって、総合熱効率は約７０％と、きわめて高い値に達する。なお、一般的な発電・送電システムにおける総合的な発電効率は約３５％である。
【０００３】
このコージェネレーションシステムの運転制御における基本的な考え方として、電主熱従運転と熱主電従運転とがある。前者は、コージェネレーションシステムの設置された建築物における全電力消費機器の電気負荷（需要）に応じて、コージェネレーションシステムの運転パターンが設定され、その運転に伴って発生する熱出力をできるだけ有効に利用しよう（使い切れなければ捨てる）、という考え方である。後者はその逆の考え方である。一般的な建築物のコージェネレーションシステムの場合、電主熱従運転が多い。コージェネレーションシステムの熱出力よりも建築物の熱負荷（需要）が大きい場合は、コージェネレーションシステムとは別途のボイラーを焚いて不足の熱負荷を満たしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電気負荷が低いためコージェネレーションシステムの電気出力の余裕がある（コージェネレーションシステムの稼働率が低い）場合であって、その際の熱出力よりも熱負荷が大という場合がある。この場合、足りない熱出力を補うため別途のボイラーを運転することとなる。しかし、そのようなボイラーは意外と熱効率が低い（６５％〜７０％）場合もあり、コージェネレーションシステムの総合熱効率の方が高い場合もある。ところが、従来のコージェネレーションシステムの場合、余った電力を熱に替えて蓄えておく設備配慮が施されていなかった。そのため、コージェネレーションシステムの稼働率が低いにもかかわらず、別途のボイラーを運転せざるを得なかった。
【０００５】
本発明は、余剰電力を熱エネルギーとして貯蔵することができ、総合的な省エネに貢献するとともに、負荷変動に対する対応能力の向上した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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のコージェネレーションシステムは、
原動機と、
この原動機によって駆動される発電機と、
原動機の排熱（冷却除去熱含む）を利用して温水を製造する温水熱交換器と、
温水を貯留する貯湯槽と、
この貯湯槽内の温水を電気加熱する温水ヒータと、
上記発電機から温水ヒータへ余剰電力を供給する余剰電力供給手段と、
を具備し、
さらに、上記温水熱交換器とは別系統の、上記貯湯槽に温水を供給する温水器を具備することを特徴とするコージェネレーションシステム。
【０００７】
【作用】
本発明のコージェネレーションシステムは、原動機で発生する排ガスや、原動機冷却水の有する顕熱を、温水熱変換器で回収して温水を製造する。製造された温水は貯湯槽内に貯留される。この貯湯槽内には、温水ヒータが設けられており、貯湯槽内の温水を電気加熱することができる。コージェネレーションシステムの電気出力から電気負荷を引いた残りの余剰電力は、発電機から余剰電力供給手段を通じて温水ヒータに送られて温水の加熱に供せられ、その熱エネルギーの形で蓄えられるか、あるいは利用される。温水ヒータ部の電気→熱変換効率はほぼ１００％であるので、排熱利用と合わせれば、ボイラーと遜色のない高熱効率の温水製造を行うことができる。また、コージェネレーションシステムの稼働率が高まることにより発電機の発電効率が向上する効果も得られる。
【０００８】
本発明のコージェネレーションシステムは、さらに上記温水熱交換器への給水量を制御する流量制御弁を具備することが望ましい。この流量制御弁を用いて、温水熱変換器出側（すなわち貯湯槽入側）の温水の量と温度を制御することができる。
【０００９】
本発明のコージェネレーションシステムは、さらに、上記温水熱交換器とは別系統の、上記貯湯槽に温水を供給する温水器を具備する。コージェネレーションシステムの電気・熱出力が最大となってもまだ熱が足りないようなときに、貯湯槽へ、別系統で温水を供給できる。また、このようにすれば、貯湯槽から各温水消費機器へ温水を送る温水ポンプを有効利用できるという利点もある。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るコージェネレーションシステムの系統図である。図１のコージェネレーションシステムは、ガスエンジン１、発電機３、温水熱変換器５、温水器１７、貯湯槽７等の主要設備から構成されている。
【００１１】
ガスエンジン１（原動機）は、往復動タイプの内燃機関であり、都市ガスライン２から都市ガスの供給を受けて稼働する。ガスエンジン１の出力軸は、発電機３の入力軸に連結されており、発電機３が駆動され、発電が行われる。発電された電力は、電路６２を通じて、電力消費機器６３に送られる。電力消費機器６３の負荷が発電機３の能力をオーバーしている場合は、商用電路６５から商用電力の供給を受ける。また、発電機３の出力が電力消費機器６３の負荷を上回っている場合は、余剰電力は電路１３（余剰電力供給手段）を通じて貯湯槽７の温水ヒータ１１に送られる。
【００１２】
ガスエンジン１のハウジング等には冷却水水路２１が設けられており、ガスエンジン１は水冷されている。この冷却水水路２１を出た冷却水は、廃ガス熱交換器２５において、ガスエンジン１の廃ガスによって加熱される。なお、ガスエンジン１の廃ガスは、廃ガス排出路２３から廃ガス熱交換器２５に送られ、その後放出される。廃ガス熱交換器２５を出た冷却水は、高温冷却水路２７を通って、温水熱交換器５に送られる。
【００１３】
温水熱交換器５においては、高温冷却水の有する熱が、給水管３１から来る水や、各熱消費機器４７に送られる熱媒の加熱に用いられる。すなわち、水道から供給される水は給水管３１から、流量制御弁１５を通り、温水熱交換器５に入り約８０℃に加熱され、温水配管３５を通って貯湯槽７に送られる。
【００１４】
熱媒は、熱消費機器４７（暖房や吸収式冷房等）から、熱媒ポンプ４３によって温水熱交換器５に送られて加熱され、熱媒管４９を通って各熱消費機器４７に送られる。場合によっては、熱消費機器４７から戻る熱媒は、三方切替弁４５から熱媒管５５を通って貯湯槽７に送られ、貯湯槽７で一次加熱された後に、熱媒管５３を通って温水熱交換器５で二次加熱される。
【００１５】
貯湯槽７には、本発明のコージェネレーションシステムの特徴である、電気加熱の温水ヒータ１１が設けられている。この温水ヒータ１１は、発電機３から余剰電力の供給を受け、貯湯槽内の温水を電気抵抗加熱する。つまり、余剰電力を熱エネルギーに変えて貯湯槽７内に貯蔵するのである。
【００１６】
貯湯槽７に温水を供給する設備として、温水熱交換器５よりの温水配管３５とは別系統の設備として、温水器１７が設けられている。温水器１７は、給水管３１から供給される水を、都市ガス等を燃料として加熱し温水として貯湯槽７に送る。この温水器１７は、ガスエンジン１の出力が最大となっているのに温水が足らないような場合や、ガスエンジン１を稼働させるにはあまりに電力負荷が低くて効率が悪いような場合に、不足する温水を製造する。貯湯槽７の温水は、温水消費機器６１（風呂等）にポンプ６０によって送られて消費される。
【００１７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明は以下の効果を発揮する。
▲１▼  本発明のコージェネレーションシステムは、貯湯槽内の温水を電気加熱する温水ヒータを有するので、発電機で生ずる余剰電力を熱エネルギーとして貯蔵することができる。したがって、より一層の省エネになる。
【００１８】
▲２▼  余剰電力が出る場合はそれを熱エネルギーに替えて貯蔵でき、この貯蔵した熱エネルギーを熱負荷の大きな時に利用できるので、負荷変動に対する対応能力の向上したコージェネレーションシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るコージェネレーションシステムの系統図である。
【符号の説明】
１  ガスエンジン                  ２  都市ガスライン
３  発電機
７  貯湯槽                      １１  温水ヒータ
１３  電路                        １５  流量制御弁
１７  温水器                      ２１  冷却水流路
２５  廃ガス熱交換器              ４５  三方弁
４７  熱消費機器                  ６１  温水消費機器
【図１】
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