(57)【要約】【課題】自立需要型や逆潮流が許されないシステムで、簡単な構成で電力負荷の急減があっても電力負荷への影響が無く、エンジンの出力調整回路との間で脈動を発生させることが無い制御方法を提供する。【解決手段】エンジン１に連結された交流発電機１１の周波数を検出し、その周波数が負荷を入れる第１の所定値を越えたとき、交流発電機１１に連結された負荷抵抗器２３に電流を流して交流発電機１１の負荷を増加させ、エンジン１の回転数の急上昇を抑えるようにし、周波数が第１の所定値より低い負荷を減少させる第２の所定値以下に低下したとき負荷抵抗器２３に流す電流を徐々に減少させる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに連結された交流発電機の周波数を検出し、その周波数が所定値を越えたとき、交流発電機に連結された負荷抵抗器に電流を流して交流発電機の負荷を増加させ、エンジンの回転数の急上昇を抑えるようにしたコジェネレーションシステムにおける制御方法。
【請求項２】
エンジンに連結された交流発電機の周波数を検出し、その周波数が負荷を入れる第１の所定値を越えたとき、交流発電機に連結された負荷抵抗器に電流を流して交流発電機の負荷を増加させ、エンジンの回転数の急上昇を抑えるようにし、周波数が第１の所定値より低い負荷を減少させる第２の所定値以下に低下したとき負荷抵抗器に流す電流を徐々に減少させるコジェネレーションシステムにおける制御方法。
【請求項３】
エンジンに連結された交流発電機の周波数の上昇速度を検出し、その周波数の上昇速度が所定値を越えたとき、交流発電機に連結された負荷抵抗器に電流を流して交流発電機の負荷を増加させ、エンジンの回転数の急上昇を抑えるようにしたコジェネレーションシステムにおける制御方法。
【請求項４】
エンジンに連結された交流発電機の周波数の上昇速度を検出し、その周波数の上昇速度が負荷を入れる第１の所定値を越えたとき、交流発電機に連結された負荷抵抗器に電流を流して交流発電機の負荷を増加させ、エンジンの回転数の急上昇を抑えるようにし、周波数が第１の所定値より低い負荷を減少させる第２の所定値以下に低下したとき負荷抵抗器に流す電流を徐々に減少させるコジェネレーションシステムにおける制御方法。
【請求項５】
エンジンに連結された交流発電機の周波数を検出し、その周波数が所定値を越えたとき、エンジンを停止させるようにしたコジェネレーションシステムにおける制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにより発電機を回して電力を得ると同時に、その冷却水から熱エネルギーを取り出すコジェネレーションシステム関するもので、特にその自立需要型や逆潮流が許されないシステムで、電力負荷が急減した場合の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような従来のコジェネレーションシステムは燃料の持つ熱エネルギーを電力と温水として取り出すことにより、商用電力では排熱として放棄されているものを有効利用しようとするもので、古くから知られている技術である。
【０００３】
通常のコジェネレーションシステムによって発電された電力を使う方法には、発電機の出力限界を超えた電力負荷に対して負荷電力供給スイッチを商用電力系に切り替えて対応する自立需要型（自立型）と、商用電力系と常時連携され出力限界に対してはスイッチの切り替えなしに電力需要に対応できる連系型がある。
【０００４】
そのコジェネレーションシステムでは、エンジンにより交流発電機を回し、交流発電機からの交流電圧を整流装置により三相全波整流して直流電圧に変換し、その直流電圧をインバータにより商用電力系の周波数に合わせた交流に再度変換し、電力負荷に供給する。そのため、発電機の回転数が変動しても電力負荷には一定の周波数の電力が供給される。
【０００５】
エンジンは、その出力が発電機の電気出力より低いと回転数が落ち、高いと回転数が上昇するものであり、エンジンと発電機には各々経済的な回転数が設定されているものであるから、エンジンの出力は発電機の電気出力に比例しなければならない。そのため、電力負荷の電流検出により出力調整回路で電力負荷に応じたエンジン出力と回転数になるように燃料の供給量を調整する。
【０００６】
連系型の場合、電力負荷のスイッチをまとめて切るような、電力負荷の急減にはエンジンの燃料を絞る出力調整が追従できず、短時間だけ必要な電力負荷を超えて発電することが起きる。しかし、電力負荷を超えて発電すると商用電力への逆潮流が生じ、エンジンの回転数が上昇することは無い。
【０００７】
また、商用電力の水力発電では、特開平１−２０６９００号に示されるように、発電機に回転数検出装置を付設し、発電機の負荷側に接離自在にダミー負荷を設け、回転数検出装置の検出信号によりダミー負荷を発電機に接続して、水車の回転数の上昇を抑える方法が知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
自立需要型のコジェネレーションシステムのように商用電力系と連携されない場合は、交流発電機が発電する電力を直接電力負荷に使用し余った電力のはけ口が無く、電力負荷の急減にはエンジンの出力調整が追従できず、機械負荷の減ったエンジンの回転数が急激に上昇する。
【０００９】
その場合、発電機の回転数も上昇し発生電圧も上昇するため、これを抑制させようと発電機の自動電圧調整装置（ＡＶＲ）が働くが、発電機の回転数が想定回転数を越えるとリップル電圧が大きくなり、インバータでも補償できず、蛍光灯にちらつきが出るといった電力負荷への影響がでる。
【００１０】
前記従来例のように、発電機に回転数検出装置を設けてダミー負荷を接離する方法は、商用電力の水力発電のように周波数を正確に確保する場合には必要とする。しかし、小規模なコジェネレーションシステムで、インバータにより周波数を確保し、発電機の回転数の変動を許容し回転数の急上昇にのみに対応する場合には、別に回転数検出装置を設けて制御するのは得策ではない。
【００１１】
また、エンジンの出力を調整する出力調整回路が故障すると、電力負荷の変動に追従できずエンジン回転数が暴走することがあった。
【００１２】
そこで本発明は、簡単な構成で電力負荷の急減があっても電力負荷への影響が無く、エンジンの出力調整回路との間で脈動を発生させることが無く、エンジンの出力を調整する出力調整回路が故障しても安全な、コジェネレーションシステムにおける制御方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のコジェネレーションシステムにおける制御方法は、エンジン１に連結された交流発電機１１の周波数を検出し、その周波数が所定値を越えたとき、交流発電機１１に連結された負荷抵抗器２３に電流を流して交流発電機１１の負荷を増加させ、エンジン１の回転数の急上昇を抑えるようにしたものである。
【００１４】
請求項２の発明のコジェネレーションシステムにおける制御方法は、エンジン１に連結された交流発電機１１の周波数を検出し、その周波数が負荷を入れる第１の所定値を越えたとき、交流発電機１１に連結された負荷抵抗器２３に電流を流して交流発電機１１の負荷を増加させ、エンジン１の回転数の急上昇を抑えるようにし、周波数が第１の所定値より低い負荷を減少させる第２の所定値以下に低下したとき負荷抵抗器２３に流す電流を徐々に減少させるものである。
【００１５】
請求項３の発明のコジェネレーションシステムにおける制御方法は、エンジン１に連結された交流発電機１１の周波数の上昇速度を検出し、その周波数の上昇速度が所定値を越えたとき、交流発電機１１に連結された負荷抵抗器２３に電流を流して交流発電機１１の負荷を増加させ、エンジン１の回転数の急上昇を抑えるようにしたものである。
【００１６】
請求項４の発明のコジェネレーションシステムにおける制御方法は、エンジン１に連結された交流発電機１１の周波数の上昇速度を検出し、その周波数の上昇速度が負荷を入れる第１の所定値を越えたとき、交流発電機１１に連結された負荷抵抗器２３に電流を流して交流発電機１１の負荷を増加させ、エンジン１の回転数の急上昇を抑えるようにし、周波数が第１の所定値より低い負荷を減少させる第２の所定値以下に低下したとき負荷抵抗器２３に流す電流を徐々に減少させるものである。
【００１７】
請求項５の発明のコジェネレーションシステムにおける制御方法は、エンジン１に連結された交流発電機１１の周波数を検出し、その周波数が所定値を越えたとき、エンジン１を停止させるようにしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
請求項１の発明では、エンジン１に連結された交流発電機１１の周波数を検出し、その周波数が所定値を越えたとき、交流発電機１１に連結された負荷抵抗器２３に電流を流して交流発電機１１負荷を増加させ、エンジン１の回転数の急上昇を抑えるようにしたから、簡単な構成で電力負荷３０の急減があってもエンジン１の回転数が急激に上昇することが無い。
【００１９】
請求項２の発明では、エンジン１に連結された交流発電機１１の周波数を検出し、その周波数が負荷を入れる第１の所定値を越えたとき、交流発電機１１に連結された負荷抵抗器２３に電流を流して交流発電機１１負荷を増加させ、エンジン１の回転数の急上昇を抑えるようにし、周波数が第１の所定値より低い負荷を減少させる第２の所定値以下に低下したとき負荷抵抗器２３に流す電流を徐々に減少させるから、エンジン１の回転数が急変せず、エンジン１の出力を調整する制御系が追従できる。
【００２０】
請求項３の発明では、エンジン１に連結された交流発電機１１の周波数の上昇速度を検出し、その周波数の上昇速度が所定値を越えたとき、交流発電機１１に連結された負荷抵抗器２３に電流を流して交流発電機１１の負荷を増加させ、エンジン１の回転数の急上昇を抑えるようにしたから、簡単な構成で電力負荷３０の急減があってもエンジン１の回転数が急激に上昇することが無い。
【００２１】
請求項４の発明では、エンジン１に連結された交流発電機１１の周波数の上昇速度を検出し、その周波数の上昇速度が負荷を入れる第１の所定値を越えたとき、交流発電機１１に連結された負荷抵抗器２３に電流を流して交流発電機１１の負荷を増加させ、エンジン１の回転数の急上昇を抑えるようにし、周波数が第１の所定値より低い負荷を減少させる第２の所定値以下に低下したとき負荷抵抗器２３に流す電流を徐々に減少させるから、エンジン１の回転数が急変せず、エンジン１の出力を調整する制御系が追従できる。
【００２２】
請求項５の発明では、エンジン１に連結された交流発電機１１の周波数を検出し、その周波数が所定値を越えたとき、エンジン１を停止させるようにしたから、エンジンの出力を調整する制御系が故障してもエンジン回転数が暴走することが無い。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
【００２４】
本発明のコジェネレーションシステムにおけるエンジン制御方法は図１の概略回路図に示すもので、エンジン１により交流発電機１１を回して発電すると共にその冷却水や排ガスから温水として熱エネルギーを取り出すものである。そして、その電力系は商用電力系とは連携されない自立需要型のものである。
【００２５】
エンジン１は３気筒のレシプロ型であり、エンジン１に直結してフライホイール円盤２を設け、フライホイール円盤２の円周には金属製の刻まれた多数の歯が設けられる。
【００２６】
エンジン１の燃料はＬＰＧ（液化石油ガス）のものを示しているが、燃料としては都市ガスや木質系ガスやバイオガスなどの気体燃料と、軽油やアルコールなどの液体燃料が想定される。
【００２７】
ＬＰＧはスロットルとしてのガスミキサー３により空気と混合してエンジン１に供給し、ガスミキサー３のＬＰＧ供給量は出力調整回路４により制御され、エンジン１の出力を調整する。
【００２８】
出力調整回路４には、フライホイール円盤２の円周に近接して設けた電磁式の回転数検出装置５からパルス信号が入力される。
【００２９】
出力調整回路４では、回転数検出装置５からの回転数の値としてのパルス信号と、電力負荷３０の回路の電流値からエンジン１のガスミキサー３を調整する。
【００３０】
これら、ガスミキサー３や出力調整回路４と回転数検出装置５を、エンジン１の制御系とする。
【００３１】
エンジン１にフライホイール円盤２を介して交流発電機１１を連結する。
【００３２】
交流発電機１１はＰＭ型の三相交流発電機（ＡＣＧ）で、軽負荷でも運転効率が高いものである。交流発電機１１はエンジン１に直結して同回転数で回しても良いが、エンジン１の燃費効率と交流発電機１１の発電特性を考慮すると、増速して連結する方が好ましい。実施例では、交流発電機１１が通常３，０００ｒｐｍで回転し、エンジン１が２，０００ｒｐｍで回転するようにした。
【００３３】
交流発電機１１の出力に整流装置１２を連結する。整流装置１２は交流発電機１１からの交流電圧を三相全波整流し直流電圧に変換（ＡＣ／ＤＣコンバータ）する。
【００３４】
整流装置１２にインバータ１３を連結する。インバータ１３は直流電圧を単相３線式１００Ｖ／２００Ｖに変換する。
【００３５】
これら整流装置１２とインバータ１３は交流発電機１１の周波数変動を許容するもので、交流を一度直流に変換し商用電力系の周波数に合わせた交流に再度変換する。
【００３６】
インバータ１３に分電盤などを介して電力負荷３０に連結する。電力負荷３０は自家用電力消費であり、電力負荷３０のスイッチをまとめて入れたり切ったりすることにより、交流発電機１１の負荷が急変する。
【００３７】
周波数検出による制御の場合、交流発電機１１の出力にＦ／Ｖ変換回路２１を連結する。Ｆ／Ｖ変換回路２１は交流発電機１１の周波数を、そのパルス周期に比例した直流電圧を発生し、周波数を電圧として検出する回路である。
【００３８】
Ｆ／Ｖ変換回路２１にソフトスタート・ソフトオフ回路２２を連結する。ソフトスタート・ソフトオフ回路２２は交流発電機１１の電流を負荷抵抗器２３に流すもので、Ｆ／Ｖ変換回路２１の電圧により制御する。ソフトスタート・ソフトオフ回路２２とは、モータの回転を徐々に上げたり徐々に下げたりするような、負荷への電流を制御する回路である。
【００３９】
ソフトスタート・ソフトオフ回路２２は、交流発電機１１の周波数が負荷を入れる第１の所定値を越えたとき、実施例では５７．５Ｈｚ（３，４５０ｒｐｍ）を越えたとき、交流発電機１１に連結された負荷抵抗器２３に急激に電流を流し、交流発電機１１の負荷を急激に増加させ、エンジン１の回転数を落とすようにした。
【００４０】
また、周波数が負荷を減少させる第２の所定値以下に低下したとき、実施例では５２．５Ｈｚ（３，１５０ｒｐｍ）以下に低下したとき、負荷抵抗器２３に流す電流を徐々に減少させる。ここで、第２の所定値は第１の所定値より低い値とする。
【００４１】
Ｆ／Ｖ変換回路２１にエンジン停止回路２４を連結する。エンジン停止回路２４は、交流発電機１１の周波数が所定値を越えたとき、実施例では７５Ｈｚ（４，５００ｒｐｍ）を越えたとき、ＬＰＧの管路に設けたバルブ６を閉じてエンジン１を停止させるようにした。
【００４２】
周波数の上昇速度検出による制御の場合、Ｆ／Ｖ変換回路２１に微分回路を連結して交流発電機１１の周波数の上昇速度を検出する。この場合、交流発電機１１の周波数の上昇速度が負荷を入れる第１の所定値、実施例では１００ｒｐｍ／ｓｅｃを越えたとき、交流発電機１１に連結された負荷抵抗器２３に急激に電流を流す。また、周波数の上昇速度が負荷を減少させる第２の所定値以下に低下したとき、実施例では負に転じたとき、負荷抵抗器２３に流す電流を徐々に減少させる。
【００４３】
以上の実施例では、商用電力系と連系しない自立需要型について説明したが、商用電力系と常時連携される連系型であって逆潮流が許されないシステムでも良い。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、エンジンに連結された交流発電機の周波数を検出し、その周波数が所定値を越えたとき、交流発電機に連結された負荷抵抗器に電流を流して交流発電機負荷を増加させ、エンジンの回転数の急上昇を抑えるようにし、簡単な構成で電力負荷の急減があってもエンジンの回転数が急激に上昇することが無いから、電力負荷への影響が無い。
【００４５】
請求項２の発明によれば、エンジンに連結された交流発電機の周波数を検出し、その周波数が負荷を入れる第１の所定値を越えたとき、交流発電機に連結された負荷抵抗器に電流を流して交流発電機負荷を増加させ、エンジンの回転数の急上昇を抑えるようにし、周波数が第１の所定値より低い負荷を減少させる第２の所定値以下に低下したとき負荷抵抗器に流す電流を徐々に減少させ、エンジンの回転数が急変せず、エンジンの出力を調整する制御系が追従できるから、回転数の脈動を発生させることが無い。
【００４６】
請求項３の発明によれば、エンジンに連結された交流発電機の周波数の上昇速度を検出し、その周波数の上昇速度が所定値を越えたとき、交流発電機に連結された負荷抵抗器に電流を流して交流発電機負荷を増加させ、エンジンの回転数の急上昇を抑えるようにし、簡単な構成で電力負荷の急減があってもエンジンの回転数が急激に上昇することが無いから、電力負荷への影響が無い。
【００４７】
請求項４の発明によれば、エンジンに連結された交流発電機の周波数の上昇速度を検出し、その周波数の上昇速度が負荷を入れる第１の所定値を越えたとき、交流発電機に連結された負荷抵抗器に電流を流して交流発電機負荷を増加させ、エンジンの回転数の急上昇を抑えるようにし、周波数が第１の所定値より低い負荷を減少させる第２の所定値以下に低下したとき負荷抵抗器に流す電流を徐々に減少させ、エンジンの回転数が急変せず、エンジンの出力を調整する制御系が追従できるから、回転数の脈動を発生させることが無い。
【００４８】
請求項５の発明によれば、エンジンに連結された交流発電機の周波数を検出し、その周波数が所定値を越えたとき、エンジンを停止させるようにし、エンジンの出力を調整する制御系が故障してもエンジン回転数が暴走することが無いから安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】コジェネレーションシステムにおける制御方法の一実施例を示す概略回路図である。
【符号の説明】
１　エンジン
１１　発電機
２３　負荷抵抗器
【図１】
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