(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と、前記発電機を駆動する内燃機関からなる発電ユニットを少なくとも備えるコージェネレーション装置において、
ａ．前記内燃機関の冷却水循環路に接続される第１の熱交換器と、
ｂ．バーナの燃焼ガスの吸排気路に接続される第２の熱交換器と、
ｃ．吸気を前記第１の熱交換器と第２の熱交換器の内の少なくとも前記第１の熱交換器に送って熱交換させ、よって生成された温風を温風通路から室内に供給するブロアと、
ｄ．前記温風通路を前記室内と室外のいずれかに選択的に接続する切換手段と、
ｅ．運転状態に応じて前記切換手段の動作を制御する制御手段と、
を備えると共に、前記制御手段は、熱需要がないときに電力供給が要求されるとき、あるいは前記室内の温度が目標温度より高いとき、前記切換手段を動作させて前記温風通路を前記室外に接続することを特徴とするコージェネレーション装置。
【請求項２】
前記切換手段は、前記温風通路に設けられたダンパからなることを特徴とする請求項１記載のコージェネレーション装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記室内の温度が前記目標温度に対して低いとき、前記バーナを燃焼させることを特徴とする請求項１または２記載のコージェネレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はコージェネレーション装置に関し、より具体的には熱需要がないときに電力供給が要求される場合に対処するようにしたコージェネレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に内燃機関で駆動される発電機を接続し、商用電力系統と連系させて電気負荷に電力を供給すると共に、内燃機関の排熱を利用して加温した温水などを熱負荷に供給するようにした、いわゆるコージェネレーション装置が提案されており、その例として特許文献１記載の技術を挙げることができる。
【特許文献１】特開平８−４５８６号公報
【０００３】
特許文献１記載の技術においては、余剰電力が生じるとき、貯湯槽内に配置したヒータに通電して温水を加温することで、即ち、発電機で生じる余剰電気を熱エネルギとして貯蔵することで省エネ効率を向上させると共に、貯蔵した熱エネルギを熱負荷が増加したときに利用可能とすることで負荷変動に対する対応能力を向上させている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来技術は内燃機関の排熱を利用して温水を生成するコージェネレーション装置に関するが、温水に代えて温風を生成するコージェネレーション装置において熱需要がないときに電力供給が必要となる事態も生じ得る。
【０００５】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、内燃機関の排熱を利用して温風を生成するコージェネレーション装置において、熱需要がないときに電力供給が要求される場合、要求に応じて電力を供給するようにしたコー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】
上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と、前記発電機を駆動する内燃機関からなる発電ユニットを少なくとも備えるコージェネレーション装置において、前記内燃機関の冷却水循環路に接続される第１の熱交換器と、バーナの燃焼ガスの吸排気路に接続される第２の熱交換器と、吸気を前記第１の熱交換器と第２の熱交換器の内の少なくとも前記第１の熱交換器に送って熱交換させ、よって生成された温風を温風通路から室内に供給するブロアと、前記温風通路を前記室内と室外のいずれかに選択的に接続する切換手段と、運転状態に応じて前記切換手段の動作を制御する制御手段とを備えると共に、前記制御手段は、熱需要がないときに電力供給が要求されるとき、あるいは前記室内の温度が目標温度より高いとき、前記切換手段を動作させて前記温風通路を前記室外に接続する如く構成した。
【０００７】
請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、前記切換手段は、前記温風通路に設けられたダンパからなる如く構成した。
【０００８】
請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、前記制御手段は、前記室内の温度が前記目標温度に対して低いとき、前記バーナを燃焼させる如く構成した。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係るコージェネレーション装置において、吸気を内燃機関の冷却水循環路に接続される第１の熱交換器とバーナの燃焼ガスの吸排気路に接続される第２の熱交換器の内の少なくとも第１の熱交換器に送って熱交換させ、よって生成された温風を温風通路から室内に供給するブロアと、温風通路を室内と室外のいずれかに選択的に接続する切換手段を備えると共に、運転状態に応じて切換手段の動作を制御する制御手段を備えると共に、熱需要がないときに電力供給が要求されるとき、あるいは室内の温度が目標温度より高いとき、切換手段を動作させて温風通路を室外へ接続する如く構成したので、内燃機関の排熱を利用して温風を生成するコージェネレーション装置において、熱需要がないときに電力供給が要求される場合、温風通路を室外に接続するように切換手段の動作を制御することで、要求に応じて電力を供給することが可能となる。
【００１０】
請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、切換手段は温風通路に設けられたダンパからなる如く構成したので、上記した効果に加え、温風通路の室内または室外への接続を容易に行うことができる。
【００１１】
請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、制御手段は室内の温度が目標温度に対して低いとき、バーナを燃焼させる如く構成したので、上記した効果に加え、熱需要に応じてバーナを燃焼させることで、熱供給量の不足を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面に即してこの発明に係るコージェネレーション装置を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は、この発明の実施例に係るコージェネレーション装置を模式的に示す模式図である。
【００１４】
図示の如く、コージェネレーション装置（符号１０で示す）は、商用電源（商用電力系統）１２から家庭内電気負荷（電気負荷）１４に至る交流電力の給電路（電力線）１６に接続可能な発電機（「ＧＥＮ」と示す）２０と、発電機２０を駆動する内燃機関（「ＥＮＧ」と示し、以下「エンジン」という）２２と、発電制御部２４からなる発電ユニット２６を備える。
【００１５】
商用電源１２は、単相３線からＡＣ１００／２００Ｖで５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の交流電力を出力する。発電ユニット２６は一体化され、発電ユニットケース（筐体）３０の内部に収容される。
【００１６】
より具体的には図示の如く、発電ユニットケース３０は仕切り３０ａで２つの室に仕切られ、図において右の室に発電機２０とエンジン２２が鉛直方向において上下に配置されると共に、左の室に発電制御部２４が収容される。発電制御部２４はエンジン２２から隔離され、エンジン２２からの放熱を可能な限り遮断させられるようにエンジン２２とは別室に収容される。
【００１７】
エンジン２２は都市ガス（あるいはＬＰガス）を燃料とする、水冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ型の火花点火式のエンジンであり、例えば１６３ｃｃの排気量を備える。図示は省略するが、発電ユニットケース３０においてエンジン２２のシリンダヘッドとシリンダブロックは横（水平）方向に配置され、その内部に１個のピストンが往復動自在に配置される。
【００１８】
吸気ダクト２２ａから供給された吸気はガス供給源から供給されたガスとミキサで混合され、生成された混合気は燃焼室に流れ、点火されるとき燃焼してピストンを駆動し、発電ユニットケース３０において縦（鉛直）方向にピストンに連結されるクランクシャフトを回転させる。よって生じた排ガスは排気管から発電ユニットケース３０に接続された排気ダクト３２を流れて屋外に排出される。
【００１９】
シリンダブロックなどの発熱部位の付近には冷却水循環路３４が形成され、その内部を流れる、不凍液からなる冷却水は発熱部位と熱交換してエンジン２２を冷却させつつ昇温すると共に、排気管に沿って設けられた排気熱交換器（第１の熱交換器）３６を通過してさらに昇温させられる。
【００２０】
クランクシャフトの上端にはフライホイールが取り付けられると共に、その内側には多極コイルからなる発電機２０が配置される。発電機２０はフライホイールとの間で相対回転するとき、交流電力を発電する。発電機２０の出力は、発電制御部２４に送られる。
【００２１】
図示は省略するが、発電制御部２４は、マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）と、インバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータを備える。インバータは、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して発電機２０の出力をＡＣ１００／２００Ｖ（単相）に変換する。
【００２２】
発電ユニット２６の発電出力は、１．０ｋＷ程度である。インバータの出力は、ブレーカ３８を介して給電路１６に接続される。発電機２０は逆に商用電源１２からインバータを介して通電されるとき、エンジン２２をクランキングするスタータモータとしても機能する。
【００２３】
発電制御部２４のＥＣＵは発電機２０の機能をスタータとジェネレータの間で切り換えると共に、エンジン２２などの動作を制御する。
【００２４】
コージェネレーション装置１０は、発電ユニット２６に加え、温風暖房ユニット４０を備える。
【００２５】
温風暖房ユニット４０は、エンジン２２の冷却水循環路３４に接続される排熱熱交換器（第１の熱交換器）４２と、バーナ４４と、バーナ４４の燃焼ガスの吸排気路４４ａに接続される顕熱熱交換器（第２の熱交換器）４４ｂと潜熱熱交換器（第２の熱交換器）４４ｃと、吸気を排熱熱交換器４２、および顕熱熱交換器４４ｂと潜熱熱交換器４４ｃの少なくともいずれか、より具体的にはその双方に送って熱交換させ、よって生成された温風を温風通路から室内に供給するブロア４６と、温風暖房ユニット制御部（制御手段）５０を備える。
【００２６】
温風暖房ユニット４０は温風暖房ユニットケース５２に収容されると共に、温風通路を介して各部屋に接続される。
【００２７】
図２と図３はその温風通路（符号５４で示す）などを示す説明図である。温風通路５４には温風通路５４を室内（各部屋）と室外（屋外）のいずれかに選択的に接続するダンパ（切換手段）５６が設けられる。ダンパ５６は電動モータ５６ａで開閉自在なドアからなる。
【００２８】
電動モータ５６ａは給電路１６に接続されて電源が供給されると共に、その動作、より具体的にはダンパ５６の開閉動作は温風暖房ユニット制御部５０によって制御される。図２はダンパ５６が温風通路５４を室外（屋外）に接続する場合、図３はダンパ５６が温風通路５４を室内に接続する場合を示す。
【００２９】
以下、上記した構成を個別に説明する。
【００３０】
発電ユニット２６と温風暖房ユニット４０は、前記した冷却水循環路３４で接続される。即ち、冷却水循環路３４はエンジン２２から温風暖房ユニット４０に向けて延び、ブロア４６の付近に配置された排熱熱交換器４２に接続され、そこでブロア４６で吸引された各部屋の冷気と熱交換させられた後、エンジン２２に戻る。
【００３１】
冷気は排熱熱交換器４２での熱交換で昇温させられて温風となり、ブロア４６によって送風ダクト（図示せず）から温風通路５４に供給され、図３に示す如く、温風通路５４を通って各部屋に供給され、各部屋を暖房する。
【００３２】
バーナ４４は燃焼ファンで屋外から吸排気路４４ａを介して空気を吸引し、供給ガスと混合させて燃焼させる。それにより生じた燃焼ガスは顕熱熱交換器４４ｂと潜熱熱交換器４４ｃを通り、吸排気路４４ａから屋外に放出される。
【００３３】
顕熱熱交換器４４ｂと潜熱熱交換器４４ｃは、ブロア４６の送風ダクト（図示せず）を通る空気と熱交換して昇温させる。具体的には、顕熱熱交換器４４ｂは燃焼ガスの露点までの熱を放熱し、潜熱熱交換器４４ｃは露点以下の熱を放熱する。潜熱熱交換器４４ｃで発生する凝縮水はドレンパイプ（図示せず）を介して屋外に排出される。
【００３４】
ブロア４６は各部屋から冷気を吸引する一方、排熱熱交換器４２で熱交換によって昇温させられると共に、バーナ４４の燃焼によってさらに昇温させられた温風を送風ダクトから各部屋に送風し、各部屋を暖房する。
【００３５】
温風暖房ユニット制御部（以下「温風制御部」という）５０も発電制御部２４のＥＣＵと同様、マイクロコンピュータからなるＥＣＵ（電子制御ユニット）を備える。温風制御部５０のＥＣＵは、発電制御部２４のＥＣＵと通信自在に接続されると共に、リモートコントローラ（図に「リモコン」と示す）６０にも通信自在に接続される。リモートコントローラ６０はユーザによって操作され、目標室温などの設定に使用される。
【００３６】
図１においてＴは温度センサ、Ｖはバルブ、Ｐはポンプを示し、信号線の図示は一部省略するが、それらは温風制御部５０に電気的に接続される。温風制御部５０は温度センサ６２，６４，６６の出力に基づき、バルブＶとポンプＰの動作を制御してエンジン２２の排熱の回収と、ブロア４６とバーナ４４の動作を制御する。
【００３７】
即ち、温風制御部５０は、排熱ポンプ７０を駆動して冷却水循環路３４を流れる冷却水を排熱熱交換器４２に圧送し、冷却水循環路３４を流れる循環水とブロア４６で吸引された各部屋の冷気と熱交換させる。
【００３８】
尚、排気熱交換器３６の内部での凝縮水の溜り込みによる腐食防止とエンジンオイルの耐久性を考慮し、温風制御部５０は、冷却水のエンジン２２の入口温度が例えば７０℃となるように制御する。
【００３９】
温風制御部５０の動作をさらに説明する。
【００４０】
先ず、商用電源１２と連系してコージェネレーション装置１０を運転する場合を説明する。
【００４１】
（ａ）暖房運転
温風制御部５０は、各部屋に配置された温度センサ６２（符号６２で各部屋のセンサをまとめて示す）の出力と、リモートコントローラ６０（符号６０で各部屋のリモートコントローラをまとめて示す）を介してユーザから設定された温度（目標温度）と比較し、検出温度が設定温度を下回ると、発電制御部２４に指令して発電ユニット２６を稼動させると共に、検出温度が設定温度に達すると、稼動を停止させる。以降、それを繰り返す。
【００４２】
（ｂ）バーナの稼動
温風制御部５０は、規定時間を経過しても検出された室温が設定温度に達しないとき、あるいは検出された室温と設定温度との差が既定値を超えるとき、発電ユニット２６の稼動のみでは不足と判断し、設定温度に達するまでバーナ４４を稼動（燃焼）させ、バーナ４４で昇温された温風をブロア４６で各部屋に供給する。尚、検出温度が設定温度に達すると、バーナ４４の稼動を停止させる。
【００４３】
このように、温風制御部５０は、室内の温度（室温）が目標温度に対して低いとき、バーナ４４を燃焼させ、よって温風の温度を昇温させる。
【００４４】
（ｃ）暖房不要の場合
前記した如く、暖房不要、即ち、熱需要がないときに電力供給が要求される場合が生じ得る。例えば、商用電力系統（商用電源）１２の電力が不足するときに電力を供給するような、熱主電従運転ではないときに暖房要求がない場合であり、より具体的には発電ユニット２６を稼動して電気負荷１４に電力を供給すると、温風からなる熱エネルギも供給されるような場合である。設定温度に対して検出された室温が高いときも同様である。
【００４５】
その場合、温風制御部５０は、ダンパ５６の電動モータ５６ａに通電し、ダンパ５６を図３から図２に示す状態に駆動し、温風通路５４が室外（屋外）に接続するようにダンパ５６の動作を制御する。
【００４６】
これにより、発電ユニット２６を駆動し、要求に応じて電気負荷１４にて電力を供給することができる。尚、温風制御部５０は、電力供給運転が終了すると、ダンパ５６を図２から図３に示す状態に復帰させる。
【００４７】
次いで、商用電源１２に停電が発生した場合など、商用電源１２と連系せず、自立的にコージェネレーション装置１０を運転する場合を説明する。
【００４８】
その場合、発電制御部２４は、停電発生と同時に発電ユニット２６を起動させる。発電制御部２４のＥＣＵは、電気負荷１４に応じて発電ユニット２６を運転して発電させる。ＥＣＵは、電気負荷が増加すると電圧が降下する一方、電気負荷が減少すると電圧が上昇することから、一定の電圧となるように、発電出力を調整する。
【００４９】
発電ユニット２６が動作すると、発電出力しないアイドル運転時も含め、熱出力が生じるが、温風制御部５０は、熱需要に応じて上記した商用電源１２との連系時と同様の暖房運転、バーナ駆動などを行う。熱需要がない場合に上記した如くダンパ５６の動作を制御することも同様である。
【００５０】
上記の如く、この実施例においては、商用電源（商用電力系統）１２から家庭内電気負荷（電気負荷）１４に至る交流電力の給電路（電力線）１６に接続可能な発電機２０と、前記発電機を駆動するエンジン（内燃機関）２２からなる発電ユニット２６を少なくとも備えるコージェネレーション装置１０において、前記エンジン２２の冷却水循環路３４に接続される排気熱交換器（第１の熱交換器）３６と排熱熱交換器（第１の熱交換器）４２と、バーナ４４の燃焼ガスの吸排気路４４ａに接続される顕熱熱交換器（第２の熱交換器）４４ｂと潜熱熱交換器（第２の熱交換器）４４ｃと、吸気を前記排気熱交換器３６と排熱熱交換器４２と、顕熱熱交換器４４ｂと潜熱熱交換器４４ｃの内の少なくとも排気熱交換器３６と排熱熱交換器４２に、より具体的には排気熱交換器３６と排熱熱交換器４２と顕熱熱交換器４４ｂと潜熱熱交換器４４ｃに送って熱交換させ、よって生成された温風を温風通路５４から室内に供給するブロア４６と、前記温風通路５４を前記室内と室外のいずれかに選択的に接続するダンパ（切換手段）５６と、運転状態に応じて、より具体的には熱需要がないときに電力供給が要求される場合、前記切換手段の動作を制御する温風制御部（制御手段）５０とを備えると共に、前記制御手段５０は、熱需要がないときに電力供給が要求されるとき、あるいは前記室内の温度が設定温度（目標温度）より高いとき、前記ダンパ（切換手段）５６を動作させて前記温風通路５４を前記室外に接続する如く構成した。
【００５１】
これにより、熱需要がないときに電力供給が要求される場合には温風通路５４を室外に接続するようにダンパ（切換手段）５６の動作を制御することで、要求に応じて電力を供給することが可能となる。設定温度に対して室温が高い場合も同様である。
【００５２】
また、前記切換手段は前記温風通路５４に設けられたダンパ５６からなる如く構成したので、上記した効果に加え、温風通路５４の室内または室外（屋外）への接続を容易に行うことができる。
【００５３】
また、前記制御手段は前記室内の温度が前記（設定温度）目標温度に対して低いとき、前記バーナ４４を燃焼させる如く構成したので、上記した効果に加え、熱需要に応じてバーナ４４を燃焼させることで、熱供給量の不足を回避することができる。
【００５４】
尚、上記において、発電機２０の駆動源として都市ガス・ＬＰガスを燃料とするガスエンジンとしたが、ガソリン燃料などを使用するエンジンであっても良い。
【００５５】
また、発電機２０の出力およびエンジン２２の排気量などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではないこともいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明の実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示すブロック図である。
【図２】図１に示す温風暖房ユニットの温風通路を示す説明図である。
【図３】同様に、図１に示す温風暖房ユニットの温風通路を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  コージェネレーション装置、１２  商用電源（商用電力系統）、１４  家庭内電気負荷（電気負荷）、１６  給電路（電力線）、２０  発電機、２２  エンジン（内燃機関）、２４  発電制御部、２６  発電ユニット、３４  冷却水循環路、３６  排気熱交換器（第１の熱交換器）、４０  温風暖房ユニット、４２  排熱熱交換器（第１の熱交換器）、４４  バーナ、４４ａ  吸排気路、４４ｂ  顕熱熱交換器（第２の熱交換器）、４４ｃ  潜熱熱交換器（第２の熱交換器）、５０  温風暖房ユニット制御部（温風制御部、制御手段）、５４  温風通路、５６  ダンパ（切換手段）
【図２】
0005001749.tif 000002
【図３】
0005001749.tif 000003
【図１】
0005001749.tif 000004