(57)【要約】【課題】  熱需要負荷と電力需要負荷の両方に対して、高効率に追従するエンジンコージェネレーションシステムを提供することにある。【解決手段】  複数のエンジン１〜４で発電機５〜８を駆動して一般家庭の電力負荷２２に電力を供給し、同時に熱交換器１８、１９により各エンジン１〜４の冷却熱と排ガス熱を回収して貯湯槽２０に温水として貯蔵し、一般家庭の熱負荷２１に熱を供給するエンジンコージェネレーションシステムにおいて、電力供給量と熱供給量の制御をエンジン１〜４の運転台数と、これらエンジン１〜４の燃焼モードにより制御するようにしたシステムである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台のエンジンで発電機を駆動して電力負荷に電力を供給すると共に、前記複数台のエンジンの排熱を回収して熱負荷に熱を供給するエンジンコージェネレーションシステムにおいて、
前記エンジンの運転台数と前記エンジンの燃焼モードの少なくとも一方が、要求される熱負荷と電力負荷に応じて制御されるように構成したことを特徴とするエンジンコージェネレーションシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンコージェネレーションシステムにおいて、
前記燃焼モードは、その変更により前記エンジンから回収される熱量と前記発電機から出力される電力量の比(熱電比)の相違をもたらすものであることを特徴とするエンジンコージェネレーションシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のエンジンコージェネレーションシステムにおいて、
前記燃焼モードが、火花着火燃焼モードと、点火時期リタード燃焼モード、それに予混合圧縮着火燃焼モードの何れかであることを特徴とするエンジンコージェネレーションシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジンコージェネレーションシステムにおいて、
前記複数台のエンジンの何れかの前記燃焼モードが、少なくとも前記予混合圧縮着火燃焼モードを含む場合、
当該エンジンが前記予混合圧縮着火燃焼モードに切換えられるとき、切換え前の燃焼モードが前記火花着火燃焼モードであることを条件として切換えらえるように構成されていることを特徴とするエンジンコージェネレーションシステム。
【請求項５】
請求項３に記載のエンジンコージェネレーションシステムにおいて、
前記エンジンの運転台数と前記エンジンの燃焼モードの少なくとも一方の制御が、
前記予混合圧縮着火燃焼モードを含むエンジンの当該予混合圧縮着火燃焼モードによる運転が困難なことを考慮して実行されるように構成されていることを特徴とするエンジンコージェネレーションシステム。
【請求項６】
請求項１に記載するエンジンコージェネレーションシステムにおいて、
前記発電機による前記電力負荷に対する電力供給量が不足した場合、連携している商用電源から電力が供給されるように構成されていることを特徴とするエンジンコージェネレーションシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のエンジンコージェネレーションシステムにおいて、
前記発電機による前記電力負荷に対する電力供給量に余剰が発生した場合、当該余剰電力を貯蔵する手段が設けられていることを特徴とするエンジンコージェネレーションシステム。
【請求項８】
請求項１に記載のエンジンコージェネレーションシステムにおいて、
前記発電機による前記電力負荷に対する電力供給量に余剰が発生した場合、前記熱負荷に供給するための熱に変換して貯蔵されるように構成されていることを特徴とするエンジン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、内燃機関を用いたコージェネレーション装置に係り、特に住居に設置して家庭で使用する電力と熱の双方を供給するのに好適なエンジンコージェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガソリンや都市ガスを燃料とするエンジン(内燃機関)で発電機を駆動し、発電機から電力を得ると共に、エンジンの排熱を回収し熱源として利用するようにした、いわゆるコージェネレーション装置が知られているが、近年、このコージェネレーション装置を住居に設置し、一般の家庭で消費される電力と熱の双方をこのコージェネレーション装置から得るようにしたシステム、すなわちエンジンコージェネレーションシステムが、省エネの見地から注目されるようになっている。
【０００３】
そして、このとき複数の住居にコージェネレーション装置を設置した上で、それらをネットワーク化し、各家庭での電力負荷の変動に対して、ネットワーク内にある発電機の運転台数を増減させることにより対応するようにしたシステムが従来技術として知られている(例えば、特許文献１参照。)。
【特許文献１】特開２００３−１３４６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術は、熱需要のネットワーク化に配慮がされておらず、各家庭による熱需要と電力需要の双方の変動に追従した制御に問題があった。
【０００５】
すなわち、従来技術は、熱需要がネットワーク化されていないので、各家庭での発電機の運転が当該家庭での熱需要に関係なく制御されてしまい、この結果、熱需要と電力需要の両方の負荷変動に的確に追従するのが難しくて制御に問題が生じてしまうのである。
【０００６】
ここで、一般的な家庭の場合、電力負荷と熱負荷が１日(２４時間)の間で各季節毎にどのように変化するのか説明すると、まず図１１は、３０分毎に計測した電力負荷〔ＫＷ〕を１日２４時間にわたって季節(但し、夏と春と冬だけ)別に表わしたもので、図１２は同じく熱負荷〔ＫＪ／ｓ〕を表わす。
【０００７】
これら図１１と図１２から明らかなように、電力負荷と熱負荷の変動は共に１日の間でかなり大きく、特に図１２の熱負荷の場合は最大で１０倍以上、変動があることが判る。また、季節によっても大きく変わり、冬と夏で１０倍以上の違いが見られる。
【０００８】
次に、これら図１１と図１２から、各季節毎の１日の間における電気負荷と熱負荷の比を求め、熱電比として示したのが図１３で、電気負荷と熱負荷を加算して総合負荷として示したのが図１４であり、当然のこととして、これらも時間帯と季節で大きく変動していることが判る。
【０００９】
従って、従来技術によるコージェネレーションシステムでは、このように大きく変化する電力負荷と熱負荷の両方の変動に追従するのが難しく、このとき、従来技術では、一般には熱負荷に合わせて動力源を運転しているため、電力に余剰が生じたり電力が不足したりし、このため、連携している系統間で逆潮流或いは電力を融通しなければならない時間帯が多くなって、コージェネレーションによる経済的メリットが減少してしまっていることが判る。
【００１０】
本発明の目的は、熱需要と電力需の両方に効率よく追従することができるようにしたエンジンコージェネレーションシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、複数台のエンジンで発電機を駆動して電力負荷に電力を供給すると共に、前記複数台のエンジンの排熱を回収して熱負荷に熱を供給するエンジンコージェネレーションシステムにおいて、前記エンジンの運転台数と前記エンジンの燃焼モードの少なくとも一方が、要求される熱負荷と電力負荷に応じて制御されるようにして達成される。
【００１２】
このとき、前記燃焼モードは、その変更により前記エンジンから回収される熱量と前記発電機から出力される電力量の比(熱電比)の相違をもたらすものであるようにしても、或いは前記燃焼モードが、火花着火燃焼モードと、点火時期リタード燃焼モード、それに予混合圧縮着火燃焼モードの何れかであるようにしても、上記目的を達成することができ、ここで、更に前記複数台のエンジンの何れかの前記燃焼モードが、少なくとも前記予混合圧縮着火燃焼モードを含む場合、当該エンジンが前記予混合圧縮着火燃焼モードに切換えられるとき、切換え前の燃焼モードが前記火花着火燃焼モードであることを条件として切換えらえるようにしても上記目的を達成することができる。
【００１３】
また、更に、前記エンジンの運転台数と前記エンジンの燃焼モードの少なくとも一方の制御が、前記予混合圧縮着火燃焼モードを含むエンジンの当該予混合圧縮着火燃焼モードによる運転が困難なことを考慮して実行されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、エンジン発電機の熱電比が制御できるので、熱需要と電力需要の変化に的確に追従でき、効率のよいエンジンコージェネレーションシステムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明によるエンジンコージェネレーションシステムについて、図示の実施の形態により説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態で、図において、１００がエンジン発電ユニットで、このエンジン発電ユニット１００は、図示のように、エンジン発電機を複数台(ここでは４台)備えたもので構成されており、各々は、それぞれエンジン１〜４と発電機５〜８の各々の組合わせからなる。そこで、以下、各エンジン発電機について、エンジン発電機(1-5)、エンジン発電機(2-6)、エンジン発電機(3-7)、エンジン発電機(4-8)とする。
【００１７】
そして、各発電機５〜８で発電した電力が、例えば照明器具などの家電機器からなる電力負荷２２に供給されるようになっている。そして、このとき、各発電機５〜８から電力負荷２２に供給されている電力Ｐが電力計(図示してない)により計測され、制御装置２４に取り込まれるようになっている。
【００１８】
ここで、この実施形態では、電力負荷２２に対して商用電源２３からも電力が供給できるようにしてあり、これによりエンジン故障時などの非常時、或いは熱需要負荷が極めて少なく、コージェネレーションシステムを運転しても経済的なメリットが出ないと判断した場合は、電力負荷２２に商用電源２３から電力が供給されるようになっている。
【００１９】
次に、各発電機５〜８の出力には夫々開閉器９〜１２が設置してある。そして、これら開閉器９〜１２がエンジン発電機Ａ〜Ｄの運転台数に応じて開閉制御され、並列に接続されている各発電機５〜８の間で電力の逆流が起こらないようにしている。
【００２０】
ここで、これら開閉器９〜１２には、例えば電磁接触器などと呼ばれている電力用のリレーが用いられていて、制御装置２４により開閉制御されるようになっている。
【００２１】
各エンジン１〜４にはエンジン冷却熱回収用の熱交換器１８が設けてあり、各エンジンの冷却ジャケットなどから冷却水が循環されている。また、エンジン１〜４の各排気管は、各々電磁操作ガス弁１３〜１６を介してエンジン排ガス熱回収用の熱交換器１９に共通に接続されている。
【００２２】
ここで、これらの電磁操作ガス弁１３〜１６は各エンジン間での排気の逆流を防ぐ働きをするもので、対応するエンジンが運転中だけ開くように、これらも制御装置２４により開閉制御される。
【００２３】
また、この排ガス熱回収用の熱交換器１９には、それと並列に電磁操作ガス弁１７が設けてあり、必要に応じて排ガスをバイパスさせることができるように、制御装置２４により開閉制御される。
【００２４】
そこで、これら熱交換器１８と熱交換器１９に水を通流させ、冷却水と排ガスの熱により水を加熱し、温水にすることにより排熱を回収して、コージェネレーションとしての働きが得られるようにする。そして、得られた温水は給湯槽２０に貯められ、家庭内にある給湯設備や空調設備などの熱負荷２１に供給されるようになっている。
【００２５】
このとき、給湯槽２０から熱負荷２１に至る管路に流量計２６を設け、これにより熱負荷２１に供給される温水の流量Ｆが計測され、制御装置２４に取り込まれる。また、このとき、給湯槽２０に温度検出器２７を設け、これにより給湯槽２０内の温水が計測され、これが熱負荷２１に供給される温水の温度Ｔとして、制御装置２４にが取り込まれる。
【００２６】
そこで、制御装置２４は、流量Ｆと温度Ｔから与えられる熱量Ｈと電力Ｐなどを総合的に考慮し、エンジン発電ユニット１００の４台のエンジン発電機(1-5)〜(4-8)を個別に、且つ総合的に制御するようになっている。
【００２７】
このため、図示してないが、各エンジン発電機(1-5)〜(4-8)には、各々回転数センサや吸気流量センサなど所定のセンサと、エンジンの起動と停止並びに回転数を制御する装置が設けてあり、これにより制御装置２４は、各エンジン発電機の運転状況を把握し、エンジンの起動と停止も含めて必要な運転状態に制御できるようになっている。
【００２８】
ところで、この実施形態では、各エンジン１〜４が、何れも異なった複数の運転モードで回転動作し、各々の発電機５〜８を駆動するようになっていて、これが本発明の特徴である。そして、この実施形態における運転モードは、以下に示す予混合圧縮着火燃焼モードＭＢと火花点火モードＭＣ、それに点火時期リタード燃焼モードＭＤの３種になっている。
【００２９】
・予混合圧縮着火燃焼モードＭＢ
燃料と空気からなる混合気をシリンダに吸入し、ピストンにより圧縮して自己着火させる方式の燃焼モードのこと。この場合、燃焼温度が比較的低いため、排気ガスの熱量が少なくなり、その分、効率がよい。
【００３０】
・火花点火燃焼モードＭＣ
燃料と空気からなる混合気をシリンダに吸入し、ピストンにより圧縮した後、電気火花により着火させる方式の燃焼モードのこと。一般のガソリンエンジンがそうであり、燃焼温度が比較的高いので、排気ガスの熱量が多くなるが、コージェネレーションシステム化することにより効率の向上(８０％以上)が可能である。
【００３１】
・点火時期リタード燃焼モードＭＤ
火花点火燃焼モードにおいて、故意に点火時期を遅らせて着火させる方式の燃焼モードのこと。この場合、当然、効率は下がるが、排気温度が高くなり、排気ガス熱量を多くすることができる。
【００３２】
図２は、これらの運転モードと、そのときの発電効率、それにエンジンコージェネレーションシステムの総合効率８０％時における熱電比を示したものである。ここで、熱電比とは、当該エンジンコージェネレーションシステムによる電力出力Ｐと熱出力Ｈの比、すなわちＨ／Ｐのことであり、ここでは、図２に示すように、熱電比ｂ(＝０.７８)、熱電比ｃ(＝１．６７)、熱電比ｄ(＝７.００)の３種に変えることができる。
【００３３】
そして、この実施形態では、この熱電比Ｈ／Ｐを、図３に示すように、各エンジン１〜４の運転モードの種別により制御し、更に各モードにしたエンジンの運転台数により制御するようになっている。
【００３４】
この図３において、まず、熱電比Ｈ／Ｐを、予混合圧縮着火燃焼モードＭＢの熱電比ｂと、火花点火燃焼モードＭＣの熱電比ｃの間の値に制御するときは、予混合圧縮着火燃焼モードＭＢにしたエンジンと火花点火燃焼モードＭＣにしたエンジンの運転台数を比例配分して制御する。
【００３５】
次に、熱電比Ｈ／Ｐを、火花点火燃焼モードＭＣの熱電比ｃと点火時期リタード燃焼モードモードＭＤの熱電比ｄとの間の値に制御するときは、火花点火燃焼モードＭＣにしたエンジンと点火時期リタード燃焼モードモードＭＤにしたエンジンの運転台数を比例配分して制御する。
【００３６】
また、このときは、更に点火時期リタード燃焼モードモードＭＤにあるエンジンの点火時期リタード量の大きさによっても制御するようになっている。
【００３７】
ところで、このように運転モードが火花点火燃焼モードＭＣ以外に変更できるようにしたエンジンは、次のようにして実現させることができる。まず、点火時期リタード燃焼モードモードＭＤは、単に火花点火燃焼モードＭＣにおける点火時期を遅らせただけで実現できるから、特に説明を要するまでもない。
【００３８】
次に、予混合圧縮着火燃焼モードＭＢについては、例えばＶＴＥＣなとと呼ばれている給排気バルブの開閉タイミングとリフト量を制御する技術や、燃料の噴射時期、噴射量を精密に制御する技術を適用することにより、以下のようにして実現できる。
【００３９】
すなわち、この予混合圧縮着火燃焼モードＭＢに設定する際は、一旦、火花点火燃焼モードＭＣにした後、圧縮比を高くしたり、燃料の噴射を１サイクルの間に複数回行ったり、或いは給排気バルブの開閉タイミングとリフト量を変え前排気サイクルにおける排ガスの残留量を制御すれは、容易に実現することができる。
【００４０】
次に、一例として、図１１に示した一日の各時刻における電力負荷と、同じく図１２に示した熱負荷に対応して、図２に示したエンジンの各運転モードに従って運転した場合に必要な熱電比Ｈ／Ｐを直線で近似して表示した図が図４で、この図において、運転モードＢから運転モードＣ、運転モードＤの範囲が図２に示した仕様のエンジンにより、総合効率８０％を保って熱電比の制御が可能な領域である。
【００４１】
ここで、まず、運転モードＢは、予混合圧縮着火燃焼モードＭＢによる運転台数が最も多く、運転モードＣは火花点火燃焼モードＭＣの運転台数が最も多い運転モードで、運転モードＤは予混合圧縮着火燃焼モードＭＤの運転台数が最も多い領域である。
【００４２】
従って、この図４から、図２のような仕様のエンジンを数台組み合わせることで、一般家庭の電力負荷と熱負荷のかなり広い領域が賄えることが判り、特に、冬の場合、１時半から５時以外は、電気と熱の全ての負荷に対応できることが判る。
【００４３】
現状の商用電力では、最大でも一次エネルギー換算で４０％の効率に留まっており、本発明のエンジンを活用することで、省エネルギー化はもちろん、需要側の経済的なメリットも非常に大きくなる。
【００４４】
次に、図１に示すエンジンコージェネレーションシステムの一実施形態の制御方法について、図５のフローチャートにより説明する。ここで、このフローチャートに従った処理は、制御装置２４に組み込まれているマイコン(マイクロコンピュータ)により逐次実行されるが、このため、このマイコンには、予め所定のプログラムが格納してあり、更に、このときは、以下の仕様と条件に関してもマイコンのメモリに入力されている。
【００４５】
・  エンジン発電機(1-5)、(2-6)、(3-7)、(4-8)の１台当りの電力出力と熱出力の合計    定格出力をａとする。
【００４６】
・  各エンジン１〜４には、夫々図２に示す３種の運転モードが存在する。
【００４７】
すなわち、予混合圧縮着火モードＭＢと火花点火燃焼モードＭＣ、それに火花
点火時期リタードモードＭＤの３モードである。
【００４８】
・  図２に示したように、予混合圧縮着火モードＭＢにおける熱電比をｂ、火花点
火燃焼モードＭＣにおける熱電比をｃ、それに点火時期リタード燃焼モードモー
ドＭＤにおける熱電比をｄとし、このとき、ｂ＜ｃ＜ｄとする。
【００４９】
・  運転モードを切換える際、予混合圧縮着火モードＭＢの前は必ず火花点火燃焼モー    ドＭＣになっていること。
【００５０】
図５の処理が開始されると、熱負荷２１による現在の需要家熱負荷ｅと電力負荷２２による需要家電力負荷ｆが取り込まれる(ｓ１００１)。ここで、需要家熱負荷ｅは、上記したように、流量Ｆと温度Ｔにより決定する。
【００５１】
次いで、需要家熱電比ｅ／ｆが、図４の運転モードＥから運転モードＤまでの間であるか否か、つまりｂ＜ｅ／ｆ＜ｄが成立しているか否かを調べる(ｓ１００２)。このとき、図２に示されているように、熱電比ｂ＝０.７５、熱電比ｄ＝７.００である。
【００５２】
そして、まず、ｂ＜ｅ／ｆ＜ｄが成立していたときは、エンジン発電機の運転台数ｇを決定し(ｓ１００３)、続いて需要家熱電比ｅ／ｆが、運転モードＥと運転モードＤの定格熱電比の間にあるか否かを調べる(ｓ１００４)。つまり、ｂ＜ｅ／ｆ＜ｃが成立しているか否かを調べるのであり、このとき、図２に示されているように、熱電比ｃ＝１.６７である。
【００５３】
そして、ここでも、まず、ｂ＜ｅ／ｆ＜ｃが成立していたら、このときのエンジン発電機は、運転モードＥと運転モードＤのいずれかの熱電比で運転すべきであると判断し、この後、全体の運転台数ｇのうちで、運転モードＥによるエンジンの運転台数Ｅｇと運転モードＤによるエンジンの運転台数Ｄｇを以下の式により決定する(ｓ１００５)。そして、この後は、リターンしてスタートに戻る。
【００５４】
Ｅｇ＝(ｃｆｇ−ｅ)／ｆ(ｃ−ｂ)
Ｄｇ＝(ｅ−ｃｆｇ)／ｆ(ｃ−ｂ)
【００５５】
次に、ｂ＜ｅ／ｆ＜ｃが成立せず、需要家熱電比が運転モードＥと運転モードＤの定格熱電比の範囲外であると判断されたら、これは運転モードＤと運転モードＣの間の定格熱電比の範囲内であると判断し、この後、全体の運転台数ｇのうちで、運転モードＤによるエンジンの運転台数Ｄｇと運転モードＣによるエンジンの運転台数Ｃｇを以下の式により決定する(ｓ１００６)。そして、この後もリターンし、スタートに戻る。
【００５６】
Ｄｇ＝(ｄｆｇ−ｅ)／ｆ(ｄ−ｃ)
Ｃｇ＝(ｅ−ｃｆｇ)／ｆ(ｄ−ｃ)
【００５７】
このとき、上記したように、運転モードＤの運転台数と運転モードＣの運転台数の振り分けによる制御以外に、運転モードＣの中で更にエンジンの点火時期リタード量の大きさによって対応しても良い。
【００５８】
一方、処理ｓ１００２において結果がＮＯ、つまり需要家熱電比ｅ／ｆが運転モードＥから運転モードＣの定格熱電比の範囲外であるとなったときは、次に、需要家熱電負荷比ｅ／ｆが運転モードＢの熱電比ｂよりも低いか否かを判定する(ｓ１００７)。
【００５９】
そして、まず、結果がＹＥＳ、つまりｂ＞ｅ／ｆになったとすると、このときの熱電比は、エンジン仕様の中で最も定格熱電比が低い運転モードよりも低いことになるので、エンジン発電機を全て運転モードＥにし、このときの運転台数Ｅｇは、全出力ａと需要家電力負荷ｆ、それに熱電比ｂにより比例配分し、需要家電力負荷ｆが出力されるように決定する。
【００６０】
このとき、電力負荷ｆの充足が優先されるので熱が余分に発生し、排ガス熱回収用の熱交換器１９による熱交換能力を越えてしまう虞れが生じる。そこで、制御装置２４は必要に応じて電磁操作ガス弁１７を開き、排熱処理を行う。
【００６１】
一方、処理ｓ１００７で結果がＮＯ、つまり需要家熱電負荷比ｅ／ｆが運転モードＢの定格熱電比ｂよりも大きいと判断されたとすると、このときは、需要家熱電負荷比ｅ／ｆが運転モードＣにおける定格熱電負荷比ｃよりも大きいことになる。
【００６２】
この実施形態の場合、図３に示したように、こういう状況にはなりにくいが、この場合は、全てのエンジン発電機を運転モードＣで運転を行い、その際の運転台数Ｃｇは、全出力ａと熱電比ｄの積及び需要家熱電負荷比ｅと熱電比ｄにより比例配分し、需要家熱負荷ｅが出力されるようにして決定する(ｓ１００９)。
【００６３】
このとき、熱電負荷ｅの充足が優先されるので電力が余ってしまう。そこで、この場合は商用電源２３に電力を逆潮流させ、余った電力が電力供給業者に売電されるようにしてやればよい。
【００６４】
ここで、図６は、本発明に係るエンジンコージェネレーションの他の一実施形態で、この図において、２８は電力貯蔵装置で、２９は電気加熱装置であり、その他の構成は、図１の実施形態と同じである。
【００６５】
そして、まず、電力貯蔵装置２８は、例えば二次電池や電力用キャパシタで構成され、上記したように電力が余ったとき、それを貯蔵しておく働きをする。
【００６６】
次に、電気加熱装置２９は、例えばシーズ電熱線などの電熱ヒータで構成されているもので、図示のように、給湯槽２０に設置され、同じく上記したように電力が余ったとき、その電力を熱に変換し、給湯槽２０内の温水を加熱する働きをする。
【００６７】
そこで、この図６の実施形態によれば、余った電力を電力供給業者に売電するだけではなく、必要に応じて当該システム内で電力として蓄えたり、温水として蓄えておくことができ、この結果、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【００６８】
しかも、この図６の実施形態の場合、電力負荷２２の変動が高いとき、エンジン発電機の運転台数による制御の他に、電力貯蔵装置２８から電力負荷２２に電力を供給する制御を行うこともできる。この場合、電力貯蔵装置２８として、上記したように、負荷追従性の高い電力用キャパシタを用いることにより、高い応答性を持たせることができる。
【００６９】
次に、ここで、図１１に示した一日の各時刻における電力負荷と、同じく図１２に示した熱負荷に、図１のエンジンコージェネレーションシステムを用いて対応した際の各時刻における総合効率を図７に示す。
【００７０】
この図７から明らかなように、上記実施形態によれば、系統連携なしで、つまり商用電源２３から電力の融通を受けることなく、春、夏、冬にわたり、一次エネルギー換算で平均７０％の総合効率で運転できることが判る。
【００７１】
ところで、上記実施形態の場合、エンジン始動時や、外部の気温が低いときなど、場合によっては運転モードＥでの運転が不可能になるときがある。そこで、このような場合には、図８のフローチャートに従って運転する。
【００７２】
この図８のフローチャートに示す処理も制御装置２４のマイコンにより、そこに格納したプログラムに従って実行されるもので、この処理が開始されたら、まず、処理ｓ１２０１で、運転モードＥで運転が可能なエンジンの台数を把握する。このとき、運転モードＥでの運転が可能か否かは、エンジン冷却水温度や、燃焼室壁面温度などにより、エンジンの暖気状態を判定することで判断する。
【００７３】
そして、運転モードＥによる運転が可能なエンジンの運転台数ｈを入力し、次いで処理ｓ１２０２で需要家熱負荷ｅと電力負荷ｆを入力する。そして、この後、処理ｓ１２０３で、需要家熱電比ｅ／ｆが、運転モードＥと運転モードＣの定格熱電比の範囲内であるか否かを判定する。
【００７４】
処理ｓ１２０３での判定結果がＹＥＳのときは、処理ｓ１２０４に進み、運転モードＥによる運転が必要か否かが判定される。そして、運転モードＥが必要であと判定されたときは、処理ｓ１２０５に進み、運転モードＥの運転が可能なエンジンの運転台数ｈと、運転モードＥによる運転が必要とされるエンジンの運転台数（ｅ−ｃｆｇ)／ｆ(ｂ−ｃ)を比較する。
【００７５】
ここで、もし、運転モードＥが必要とされるエンジンの運転台数(ｅ−ｃｆｇ)／ｆ(ｂ−ｃ)の方が多い場合、処理ｓ１２０７に進み、ここで、運転モードＥで運転できないことによる電力量については、運転モードＤによるエンジンの運転台数を増やすことで対応するように制御する。
【００７６】
このとき、まず運転モードＥによるエンジンの運転台数は、運転可能な運転台数ｈとして決定する。また、運転モードＤによるエンジンの運転台数は、運転モードＥのエンジンをｈ台で運転した際に発電される電力量を、需要家電力負荷ｆから引いた電力量、すなわち｛(ｆ−ａｈ)／(ｂ＋１)｝として決定される。
【００７７】
この際、電力の供給が優先されるので、需要熱負荷ｅに対して余分な熱が発生する。そのため、給湯槽２０内の温水の状況を監視しながら、必要があれば、電磁操作ガス弁１７を操作し、排ガスをバイパスして排熱処理を行う。
【００７８】
一方、処理ｓ１２０３で、需要家熱電負荷比ｅ／ｆが、定格熱電負荷比の範囲外であると判断されたときは、処理ｓ１２０９に進み、運転モードＥによる運転が必要であるか否かが判定される。条件は、ｂ＞ｅ／ｆである。
【００７９】
そして、結果がＹＥＳであれば、処理ｓ１２１０に進み、運転モードＥの運転が可能な運転台数ｈと＜需要家電力負荷ｆに対して必要とされる運転モードＥの運転台数(ｂ＋１)／ａとを比較する。
【００８０】
そして、運転モードＥの運転可能な運転台数が、必要とされる運転台数より多いときは処理ｓ１２１１に進み、運転モードＥの運転台数を決定する。一方、運転モードＥの運転が可能な運転台数が、必要とされる運転台数よりも少ないときは処理ｓ１２１２に進み、運転モードＥで運転しているエンジンから供給することができない需要家電力負荷量ｆについては、運転モードＤでエンジンを運転することにより、供給えきるようにする。
【００８１】
このときも熱が余分に発生するので、給湯槽２０内の温水の状況を監視しながら、必要があれば、電磁操作ガス弁１７を操作し、排ガスをバイパスして排熱処理を行う。
【００８２】
一方、処理ｓ１２０７と、処理ｓ１２１２で、運転モードＥの運転では供給ができない電力負荷量{ｆ−ｈａ／(ｂ＋１)}については、電力貯蔵装置２８或いは商用電源２３から供給するようにしてもよい。
【００８３】
ここで、本発明に係るエンジンコージェネレーションシステムをユーザに購入してもらう際の手順について、図９のフローチャートにより説明する。
【００８４】
まず、ユーザが通常使用している電力負荷と熱負荷について調査し(ｓ１３０１)、次いで調査した結果を、当該地域における季節の違い及びユーザ規模の違いを考慮した一般的な電力負荷データ及び熱負荷データと照らし合わせ(ｓ１３０２)、エンジン発電機の台数とエンジン仕様について幾つかのパターンを作成して(ｓ１３０３)、各パターンに毎の経済的なメリットをユーザに提示する(ｓ１３０４)。
【００８５】
そこで、ユーザは、提示されたデータに基づいて購入すべきエンジンコージェネレーションシステムの仕様とエンジン発電機の台数を決定するのである。
【００８６】
次に、図１の実施形態において、エンジン１〜４として、燃焼モードが固定され、各々が異なった燃焼モードでしか運転できないエンジンを用いた場合の制御方法について、図１０のフローチャートにより説明する。
【００８７】
まず、需要家の熱負荷ｅと電力負荷ｆを、電力負荷２２と、流量計２６及び温度検出器２７の計測結果から調べる(ｓ１４０１)。次いで、エンジン発電機の運転台数と、何れの燃焼モードのエンジンを運転するのかを、いま調べた需要家の熱負荷ｅと電力負荷ｆに基づいて決定する(ｓ１４０２)。その後、需要家の熱負荷ｅと電力負荷ｆに対して、足りない負荷分については商用電源２３或いは蓄電池などの電力貯蔵装置２８から供給するのである。
【００８８】
上記実施形態によれば、熱電比を制御するようにしたので、エンジンコージェネレーションシステムにより高効率で熱と電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明によるエンジンコージェネレーションシステムの一実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるエンジンの運転モードと発電効率、熱電比を示した説明図である。
【図３】本発明の一実施形態における運転モードと熱電比の特性図である。
【図４】本発明の一実施形態における運転モードを示す領域特性図である。
【図５】本発明の一実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明によるエンジンコージェネレーションシステムの他の一実施形態を示すブロック構成図である。
【図７】本発明の一実施形態による総合効率の一例を示す特性図である。
【図８】本発明によるエンジンコージェネレーションシステムの更に別の一実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明によるエンジンコージェネレーションシステムをユーザが購入する際の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態による動作の他の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１１】一般的な家庭における１日の電力負荷の変化状況を各季節毎に示した特性図である。
【図１２】一般的な家庭における１日の熱負荷の変化状況を各季節毎に示した特性図である。
【図１３】一般的な家庭における１日の熱電比の変化状況を各季節毎に示した特性図である。
【図１４】一般的な家庭における１日の総合負荷の変化状況を各季節毎に示した特性図である。
【符号の説明】
【００９０】
１、２、３、４：エンジン(内燃機関)
５、６、７、８：発電機
９、１０、１１、１２：開閉器
１３、１４、１５、１６、１７：電磁操作ガス弁
１８：熱交換器(エンジン冷却熱回収用)
１９：熱交換器(エンジン排ガス熱回収用)
２０：貯湯槽
２１：熱負荷
２２：電力負荷
２３：商用電源
２４：制御装置
２６：流量計
２７：温度検出器
２８：電力貯蔵装置(二次電池、電力用キャパシタなど)
２９：電気加熱装置(シーズ電熱線ヒータなど)
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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