(57)【要約】【課題】  既存の給湯設備を有する住宅等へのコジェネレーション装置の設置を容易にする。【解決手段】  排熱交換器７で回収されたエンジンの排熱は貯湯タンク８に温水として貯められる。貯湯タンク８には給水管１２から給水される。給水管１２には、分岐管１７が設けられ、分岐管１７からの水と貯湯タンク８からの温水は混合比例弁１６によって混合されて外部の湯沸かし機１４に供給される。混合比例弁１６の出力側での温度を制御するための目標温度が設定される。開度指令部２８は、温水温度と給水温度と目標温度とをパラメータとして弁駆動部２９を制御して貯湯タンク８からの温水の量と分岐管１７を介して供給される水の量との割合を調節する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、このエンジンで駆動される発電機と、前記エンジンから回収された排熱を回収する排熱交換器と、回収した排熱を温水として貯めておく貯湯タンクとを有するコジェネレーション装置において、
外部の給水源および前記貯湯タンク間に設けられた給水管に接続された分岐管と、
前記貯湯タンクからの温水および前記分岐管からの水を混合する混合部とを具備し、
前記混合部の出力側を外部の湯沸かし設備に接続可能に構成したことを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項２】
前記貯湯タンクからの温水の温度を検出する第１温度検出部と、
前記分岐管からの水の温度を検出する第２温度検出部と、
前記混合部からの温水温度の目標値を設定する目標値設定部と、
前記第１温度検出部および前記第２温度検出部で検出された温度に基づいて、前記混合部からの温水温度が前記目標値になるように前記貯湯タンクからの温水と前記分岐管からの水との混合割合を調節する手段とを具備したことを特徴とする請求項１記載のコジェネレーション装置。
【請求項３】
前記貯湯タンクに貯められた熱を外部の温水循環機に供給する熱交換部と、熱搬送媒体用の管路とを具備したことを特徴とする請求項１または２記載のコジェネレーション装置。
【請求項４】
前記第１温度検出部で検出された温水の温度が予め設定した温度より低いときに、前記貯湯タンクから前記混合部への温水の供給を遮断する手段を具備したことを特徴とする請求項２記載のコジェネレーション装置。
【請求項５】
前記第１温度検出部で検出された温水の温度が予め設定した温度より低いときに、前記貯湯タンクから前記混合部への温水の供給を遮断する手段を具備したことを特徴とする請求項３記載のコジェネレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コジェネレーション装置に関し、特に、既に設置されている湯沸かし器等の給湯設備に追加的に接続可能なコジェネレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の必要性が喧伝され、都市ガス等を燃料とするガスエンジン等のエンジンを動力源として発電および給湯等を行う自家発電設備としてのコジェネレーション装置が注目されている。この種のコジェネレーション装置では、発電に伴って発生する熱を熱需要に応じて適切に取り出せるようにすることが必要である。しかし、熱出力を直ちに消費できない場合も多いため、エネルギを無駄なく使用する観点で、消費できない熱量を発生させないようにしたコジェネレーション装置が提案されている。例えば、特開平８−４５８６号公報や特開２０００−２９７９６３号公報に記載されているコジェネレーション装置では、発電機から取り出した熱エネルギを温水熱交換器を介して温水として貯めておく貯湯タンクを設けることができる。
【０００３】
このように、貯湯タンクを設けることによって、熱負荷に対してある程度の負荷平準化を実現することができる。しかし、例えば電気出力１ｋｗ〜２ｋｗ程度の家庭用等の小型コジェネレーションシステムにおいては、運転に伴う熱出力が最大のときでも、まだ熱が不足する場合も多く発生する。そこで、上記公報にも開示されているように、貯湯タンクへ別系統で温水を供給する追い焚き用の温水機をシステムに含めている。
【特許文献１】特開平８−４５８６号公報
【特許文献２】特開２０００−２９７９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献に記載された従来のコジェネレーション装置は、新築家屋や既存の給湯設備を更新する場合等には設置が容易である。しかし、風呂焚きや食器洗い用等に給湯設備として湯沸かし機等が既に設置されていて、この給湯設備に追加でコジェネレーション装置を設置する場合、既存の給湯設備を活用することが少なくなったり、大幅な改造が必要になったりすることが想定される。
【０００５】
本発明の目的は、すでに給湯設備がある住宅等でも、既存の設備をそのまま利用して無駄なく簡単に設置できるコジェネレーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エンジンと、このエンジンで駆動される発電機と、前記エンジンから回収された排熱を回収する排熱交換器と、回収した排熱を温水として貯めておく貯湯タンクとを有するコジェネレーション装置において、外部の給水源および前記貯湯タンク間に設けられた給水管に接続された分岐管と、前記貯湯タンクからの温水および前記分岐管を経由した水を混合する混合部とを具備し、前記混合部の出力側を外部の湯沸かし設備に接続可能に構成した点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、前記貯湯タンクからの温水の温度を検出する第１温度検出部と、前記分岐管からの水の温度を検出する第２温度検出部と、前記混合部からの温水温度の目標値を設定する目標値設定部と、前記第１温度検出部および前記第２温度検出部で検出された温度に基づいて、前記混合部からの温水温度が前記目標値になるように前記貯湯タンクからの温水と前記分岐管からの水との混合割合を調節する手段とを具備した点に第２の特徴がある。
【０００８】
また、本発明は、前記貯湯タンクに貯められた熱を外部の温水循環機に供給する熱交換部と、熱搬送媒体用の管路とを具備した点に第３の特徴がある。
【０００９】
さらに、本発明は、前記第１温度検出部で検出された温水の温度が予め設定した温度より低いときに、前記貯湯タンクから前記混合部への温水の供給を遮断する手段を具備した点に第４の特徴がある。
【発明の効果】
【００１０】
第１の特徴によれば、風呂焚きあるいは食器洗い等への給湯設備が既に設置されている住宅等においても、この既存の給湯設備へ混合部を介して容易にコジェネレーション装置を設置することができる。したがって、既存設備をそのまま利用して無駄なくコジェネレーション装置を設置することができる。
【００１１】
第２の特徴によれば、温水と水との混合割合を調節して所望温度の温水を供給できるので、貯湯タンク内の水温が高い場合、つまり熱に余剰がある状態では湯沸かし機の動作をほとんど不要とすることができる。また、貯湯タンクからの温水の量が少なくなるように目標温度を低くした場合には、外部の湯沸かし機と協働で効率よく温水を供給することができる。
【００１２】
第３の特徴によれば、貯湯タンク内に貯めた熱を利用できるので、床暖房等温水循環機に安定した熱を供給できる。第４の特徴によれば、貯湯タンクからの混合部への温水を遮断して、必要水量は全て水供給源から混合部へ供給するようにしたため、必要水量は確保しつつも、貯湯タンク内の温水温度が低下しすぎるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１はエンジン発電機を商用電力系統に連系させたコジェネレーション装置の構成を示すブロック図である。図１において、コジェネレーション装置１は、エンジン２と、エンジン２の出力軸２Ａに接続され、エンジン２によって駆動される発電機３とを備える。エンジン２は、例えば、都市ガスを燃料とするガスエンジンである。発電機３はエンジン２で駆動されてエンジン回転数に応じた交流電力を発生する。
【００１４】
発電機３で発生した交流は電力変換装置４を介して家庭用の電気負荷５に供給されるとともに、商用電力系統６にも連系される。電力変換装置４は発電機３の交流出力を商用電力系統６と同じ品質（電圧、周波数、ノイズ等に関して）の交流に変換し、商用電力系統の位相と同期をとって連系させる機能を有する。具体的には、発電機３の出力交流を直流に変換するコンバータ、およびコンバータで変換された直流を商用電力系統の周波数、電圧に合致した交流に変換するインバータ、ならびにノイズフィルタおよび連系スイッチ等の機能を有している（いずれも図示しない）。
【００１５】
系統連系用電力変換装置の一例は特公平４−１０３０２号公報に開示されている。通常は発電機３の発電電力のみで電気負荷５に対応することができるが、大きい電力需要が生じて発電機３による発電電力に不足が生じた場合は、商用電力系統６からの電力で不足分をまかなうことができる。
【００１６】
さらに、発電機３の運転に伴ってエンジン２で発生する熱を回収するために排熱交換器７と、排熱交換器７で回収された熱量を温水として貯めておくことができる貯湯タンク８とが設けられる。排熱交換器７にはエンジン２の水冷装置（図示せず）を経由する管路９が設けられるとともに、貯湯タンク８を経由する管路１０が設けられる。管路９，１０には熱搬送媒体としての水を矢印９Ａ，１０Ａ方向に循環させる循環ポンプＰ１，Ｐ２をそれぞれ設ける。エンジン２からの熱回収はエンジン本体の水冷装置だけでなくエンジン２のマフラー等の高温部分全てを対象とすることが好ましい。
【００１７】
貯湯タンク８と、コジェネレーション装置１の外部の水供給源１１とは給水管１２で接続され、給水管１２には給水弁１３が設けられる。貯湯タンク８内には、貯水量が基準値以下になったときに給水弁１３が開かれて給水を可能にするように水位センサを設けるのがよい。貯湯タンク８の上部からは、貯湯タンク８内で管路１０を通る熱搬送媒体によって加温された温水をコジェネレーション装置１の外部の湯沸かし機（または給湯器）１４に引き出す温水経路１５が接続される。温水経路１５には、混合比例弁１６とポンプＰ３とが設けられる。
【００１８】
混合比例弁１６には、前記給水管１２からの分岐管１７が接続される。すなわち、混合比例弁１６は貯湯タンク８からの温水と水供給源１１からの水とを弁開度に応じて混合して湯沸かし機１４に供給する。
【００１９】
貯湯タンク８からの温水の出口部、分岐管１７上、および混合比例弁１６の出口部には、それぞれ温水センサ１８、水温センサ１９、および混合水温センサ２０が設けられる。
【００２０】
コジェネレーション装置１には、マイクロコンピュータを含む電子制御装置２１が設けられる。電子制御装置２１は、エンジン２やポンプＰ１〜Ｐ３の運転を制御するとともに、少なくとも前記各センサ１８〜２０や図示しない水位センサの出力をもとに湯沸かし機１４へ供給される温水の温度を制御する機能と混合比例弁１６の開度を制御する機能とを有する。温水の温度は混合比例弁１６の開度を変化させることによって目標温度に調節される。目標温度を設定するためのリモコン装置２２がコジェネレーション装置１の外部に設けられる。目標温度は、最終的に外部の湯沸かし機１４を使用して温水が利用されるので、最終的な利用温度よりも低く設定しておけば、既存の湯沸かし機１４とコジェネレーション装置１との協働によって効率よく温水を供給することができる。また、目標温度を高く設定しておけば、貯湯タンク８に貯めた熱量に余剰が生じたときには、十分高温の温水を貯湯タンク８から出力して湯沸かし機１４をほとんど動作不要にすることができる。既存の湯沸かし機１４と協働できるということに鑑み、頻繁な混合比例弁１６の動作を回避することができるようにするために、目標温度は所定の幅を持った範囲として設定することができる。
【００２１】
さらに、排熱交換器７とは別に、温水循環暖房用の熱交換器２３を設けることができる。熱交換器２３には、貯湯タンク８内を経由して熱搬送媒体が循環する管路２４を設ける。さらに熱交換器２３には、コジェネレーション装置１の外部に設けられる温水式循環機２５を経由して熱搬送媒体が循環する管路２６が設けられる。管路２４，２６上には、熱搬送媒体を矢印２４Ａ，２６Ａの方向に循環させる循環ポンプＰ４，Ｐ５が設けられる。
【００２２】
上記構成において、エンジン２は発電機３を駆動して電力を発生させる。これと同時にエンジン２で発生した熱は排熱交換器７で回収されて貯湯タンク８内に温水として貯められる。この温水は混合比例弁１６を経由してコジェネレーション装置１の外部の湯沸かし機１４に供給される。この湯の温度は、混合比例弁１６における水と温水との混合比の制御によって目標設定温度に調整される。貯湯タンク８内に温水として貯められた熱エネルギは、熱交換器２２によって回収され温水式循環機（例えば床暖房機）２５に供給される。
【００２３】
図２は、混合比例弁１６の制御機能に関する電子制御装置２１の機能ブロック図である。目標値設定部２７には、リモコン装置２２から入力される目標温度が記憶される。弁駆動部２９は、混合比例弁１６の開度を調節するための駆動手段、例えばモータやソレノイドの駆動量を制御する手段である。開度指令部２８は、温水センサ１８および水温センサ１９で検出された貯湯タンク８の出力水温度および給水温度と目標温度とをパラメータとして貯湯タンク８の出力水量と給水量との割合を演算する演算回路を含む。演算回路は、前記パラメータに対応した出力水量と吸水量との割合を出力するテーブルで構成することができる。弁駆動部２９は、出力された割合に応じた駆動量で混合比例弁１６を駆動する。
【００２４】
混合比例弁１６の出力温水は湯沸かし機１４等、外部の給湯設備を介して利用されるので、前記目標温度の許容範囲は比較的広くしておくことができる。混合比例弁１６から出力される温水の温度をより正確にするために、補正部３０等を追加で設けることができる。補正部３０は混合水温センサ２０の検出温度と目標温度との差に応じた補正量を演算して弁駆動部２９に供給する。
【００２５】
なお、混合比例弁１６の調節において、貯湯タンク８出口部からの温水の温度が予め設定した温度より低い場合に、貯湯タンク８からの出力水を遮断して（ポンプＰ３を停止して）水供給源１１から混合比例弁１６への給水のみを行うようにしてもよい。こうすることによって、湯沸かし機１４等の外部給湯設備への十分な給水量を確保しつつも貯湯タンク８内の温水の温度が下がりすぎて温水式循環機２５への供給水温度が低下するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るコジェネレーション装置のシステムブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るコジェネレーション装置の混合比例弁の制御機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…コジェネレーション装置、  ２…エンジン、  ３…発電機、  ４…電力変換装置、  ６…商用電力系統、  ７…排熱交換器、  ８…貯湯タンク、  １２…給水管、  １４…湯沸かし機、  １６…混合比例弁、  １７…分岐管、  １８…温水センサ、  １９…水温センサ、  ２０…混合水温センサ、  ２２…リモコン装置、  ２７…目標値設定部、  ２９…弁駆動部
【図１】
2006177636.tif 000003
【図２】
2006177636.tif 000004