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技術 冷温水システム

出願人 日立アプライアンス株式会社東京瓦斯株式会社
発明者 岡田健藤田陽一嶋村雅之刑部尚樹本間立
出願日 2006年1月5日 (14年7ヶ月経過) 出願番号 2006-000485
公開日 2007年7月19日 (13年0ヶ月経過) 公開番号 2007-183025
状態 特許登録済
技術分野 空調制御装置1 その他の冷凍機械 空調制御装置
主要キーワード 平均負荷率 限界負荷 運転機 運転負荷率 起動時期 最低燃焼 排ガス熱回収器 消費ガス
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

ステム全体における運転コストの低減が可能な冷温水システムを提供すること。

解決手段

冷温水システム100は、ガスエンジン発電機1とこのガスエンジン発電機1の排熱回収する吸収冷温水機11とを組み合せた個別冷温水システム50を複数台設置すると共に、前記個別冷温水システムの各々に分散して設けられた個別制御装置同士を通信配線で接続して構成した制御装置を備えている。制御装置は、ガスエンジン発電機1が複数台運転された状態で、1台のガス吸収冷温水機の運転を排熱回収で賄える負荷率までは1台のガス吸収冷温水機の運転を排熱回収により行い、1台のガス吸収冷温水機の運転を排熱回収で賄える負荷率を越えた場合に当該ガス吸収冷温水機の運転を排熱回収とガスの両方により行い、1台のガス吸収冷温水機が定格以下で、2台のガス吸収冷温水機の運転をそれぞれの排熱回収により行うように切り替えるように制御する。

概要

背景

従来の吸収冷温水機としては、特開平11−304278号公報(特許文献1)に示されるように、吸収冷温水機の冷水又は温水の温度を検出することにより、運転台数制御を実施するものがある(従来技術1)。かかる吸収冷温水機において、運転台数起動時期を決定する際は、冷水又は温水温度より負荷を検出し、吸収冷温水機の定格能力との関係から決めていた。

一方、ガスエンジン発電機とその排ガス排熱投入される排ガス・排熱投入型ガス吸収冷温水機とを組み合せた従来の冷温水システムでは、ガスエンジン発電機の排熱をできるだけ有効利用するために、ガス吸収冷温水機の運転台数を積極的に増加させることで、ガス吸収冷温水機のバーナによる追い焚きを減少させて燃料ガスを極力消費しないように運転台数を決定する、運転台数制御が一般的に行われていた(従来技術2)。

特開平11−304278号公報

概要

ステム全体における運転コストの低減が可能な冷温水システムを提供すること。冷温水システム100は、ガスエンジン発電機1とこのガスエンジン発電機1の排熱を回収する吸収冷温水機11とを組み合せた個別冷温水システム50を複数台設置すると共に、前記個別冷温水システムの各々に分散して設けられた個別制御装置同士を通信配線で接続して構成した制御装置を備えている。制御装置は、ガスエンジン発電機1が複数台運転された状態で、1台のガス吸収冷温水機の運転を排熱回収で賄える負荷率までは1台のガス吸収冷温水機の運転を排熱回収により行い、1台のガス吸収冷温水機の運転を排熱回収で賄える負荷率を越えた場合に当該ガス吸収冷温水機の運転を排熱回収とガスの両方により行い、1台のガス吸収冷温水機が定格以下で、2台のガス吸収冷温水機の運転をそれぞれの排熱回収により行うように切り替えるように制御する。

目的

本発明の目的は、冷温水システム全体における運転コストの低減が可能な冷温水システムを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

ガスエンジン発電機とこのガスエンジン発電機の排熱回収するガス吸収冷温水機とを組み合せた個別冷温水システム複数台設置すると共に、前記個別冷温水システムの各々に分散して設けられた個別制御装置同士を通信配線で接続して構成した制御装置を備えた冷温水システムであって、前記制御装置は、前記ガスエンジン発電機が複数台運転された状態で、1台のガス吸収冷温水機の運転をガスエンジン発電機の排熱回収で賄える負荷率までは1台のガス吸収冷温水機の運転を排熱回収により行い、1台のガス吸収冷温水機の運転を該排熱回収で賄える負荷率を越えた場合に当該ガス吸収冷温水機の運転を排熱回収と燃料ガスの両方により行い、この燃料ガスによる運転コスト補機の運転コストを上回った場合に2台のガス吸収冷温水機の運転をそれぞれの排熱回収により行うように切り替えるように制御することを特徴とする冷温水システム。

請求項2

請求項1に記載の冷温水システムにおいて、前記制御装置は、前記ガス吸収冷温水機の後発機の起動時期を、前記ガス吸収冷温水機の冷水又は温水の温度から求めた負荷量、前記ガスエンジン発電機の排熱回収分により賄える負荷量、前記ガス吸収冷温水機の燃料ガスの消費率、前記ガス吸収冷温水機の運転に必要な補機動力による電力消費量をパラメータに使用して算出した運転コストに基づいて決定することを特徴とする冷温水システム。

請求項3

請求項1に記載の冷温水システムにおいて、前記制御装置は、予め入力された、前記ガスエンジン発電機の排熱量、前記ガス吸収冷温水機の燃料ガスの消費率、前記ガス吸収冷温水機の運転に必要な補機動力による電力消費量、燃料ガス単価、及び電力料金単価に基づいて運転コストを算出することを特徴とする冷温水システム。

請求項4

請求項1に記載の冷温水システムにおいて、前記制御装置は、前記ガス吸収冷温水機の負荷率に基づいて前記ガス吸収冷温水機の後発機の起動時期および停止時期を制御することを特徴とする冷温水システム。

技術分野

0001

本発明は、冷温水システム係り、特にガスエンジン発電機とその排熱回収するガス吸収冷温水機とを組合せた冷温水システムに好適なものである。

背景技術

0002

従来の吸収冷温水機としては、特開平11−304278号公報(特許文献1)に示されるように、吸収冷温水機の冷水又は温水の温度を検出することにより、運転台数制御を実施するものがある(従来技術1)。かかる吸収冷温水機において、運転台数起動時期を決定する際は、冷水又は温水温度より負荷を検出し、吸収冷温水機の定格能力との関係から決めていた。

0003

一方、ガスエンジン発電機とその排ガス・排熱が投入される排ガス・排熱投入型ガス吸収冷温水機とを組み合せた従来の冷温水システムでは、ガスエンジン発電機の排熱をできるだけ有効利用するために、ガス吸収冷温水機の運転台数を積極的に増加させることで、ガス吸収冷温水機のバーナによる追い焚きを減少させて燃料ガスを極力消費しないように運転台数を決定する、運転台数制御が一般的に行われていた(従来技術2)。

0004

特開平11−304278号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、従来技術1の吸収冷温水機では、ガスエンジン発電機の排ガス・排熱を回収するものではないため、省エネルギー性に課題があった。

0006

また、従来技術2の冷温水システムの運転台数制御では、比較的早期にガス吸収冷温水機の運転台数を増加させることになり、ガス吸収冷温水機の運転に必要な補機動力による電力消費量が多くなる、という課題があった。特に、近年のガス吸収冷温水機の高効率化により能力を増加させるための燃料ガスの消費率が下がったため、ガスエンジンの排熱を回収するガス吸収冷温水機の運転台数を増加させた場合には、必要となる補機動力で使用する電力消費量と、排熱回収により低減される燃料ガス消費量との運転コストでの比較が重要になっている。

0007

すなわち、ガスエンジン発電機が運転している時(つまりガス吸収冷温水機がガスエンジン発電機の排熱を回収して運転することが可能な時)の後発機の起動時期が最適時期より遅いと、停止している後発機では排熱を捨てている一方、先発機では排熱回収分では賄いきれない負荷量をバーナによる追い焚きによって能力を増加させることとなるため、燃料ガスを余分に消費してしまうという問題があった。逆に、後発機の起動時期が最適時期より早いと、排熱回収によるメリット以上に後発機を運転するのに必要な補機動力分の消費電力が増え、非効率になるという問題があった。

0008

本発明の目的は、冷温水システム全体における運転コストの低減が可能な冷温水システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

前記目的を達成するために、本発明は、ガスエンジン発電機とこのガスエンジン発電機の排熱を回収するガス吸収冷温水機とを組み合せた個別冷温水システムを複数台設置すると共に、前記個別冷温水システムの各々に分散して設けられた個別制御装置同士を通信配線で接続して構成した制御装置を備えた冷温水システムであって、前記制御装置は、前記ガスエンジン発電機が複数台運転された状態で、1台のガス吸収冷温水機のガスエンジン発電機の運転を排熱回収で賄える負荷率までは1台のガス吸収冷温水機の運転を排熱回収により行い、1台のガス吸収冷温水機の運転を該排熱回収で賄える負荷率を越えた場合に当該ガス吸収冷温水機の運転を排熱回収と燃料ガスの両方により行い、この燃料ガスによる運転コストが補機の運転コストを上回った場合に2台のガス吸収冷温水機の運転をそれぞれの排熱回収により行うように切り替えるように制御するものである。

0010

係る本発明におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
(1)前記制御装置は、前記ガス吸収冷温水機の後発機の起動時期を、前記ガス吸収冷温水機の冷水又は温水の温度から求めた負荷量、前記ガスエンジン発電機の排熱回収分により賄える負荷量、前記ガス吸収冷温水機の燃料ガスの消費率、前記ガス吸収冷温水機の運転に必要な補機動力による電力消費量をパラメータに使用して算出した運転コストに基づいて決定すること。
(2)前記制御装置は、予め入力された、前記ガスエンジン発電機の排熱量、前記ガス吸収冷温水機の燃料ガス消費率、前記ガス吸収冷温水機の運転に必要な補機動力による電力消費量、燃料ガス単価、及び電力料金単価に基づいて運転コストを算出すること。
(3)前記制御装置は、前記ガス吸収冷温水機の負荷率に基づいて前記ガス吸収冷温水機の後発機の起動時期および停止時期を制御すること。

発明の効果

0011

本発明によれば、冷温水システム全体における運転コストの低減が可能な冷温水システムを提供することができる。

発明を実施するための最良の形態

0012

本発明の一実施形態の冷温水システムを、図1から図6を参照して説明する。

0013

まず、図1を参照しながら、本実施形態の冷温水システム100の全体構成に関して説明する。図1は本実施形態のガスエンジン発電機1とガス吸収冷温水機11を主機とする個別冷温水システム50を2台設置した場合の冷温水システム100の全体構成を示す概略図である。図1において、個別冷温水システム50aを1号機、下方の個別冷温水システム50bを2号機として説明し、各要素の符号には、1号機にアルファベットaを添え字として付し、2号機にアルファベットbを添え字として付す。なお、各要素を総称してまたは各個別冷温水システム50a、50bの区別をしないで用いる場合には、添え字なしで用いる。

0014

ガスエンジン発電機1は、発電機2、ガスエンジン3および制御装置6を備えて構成されている。ガスエンジン3には、インタークーラ熱交換器4およびエンジン冷却水熱交換器5が設けられている。ガスエンジン発電機1は、電力需要により運転台数が決定され、運転された発電機2より電力を発生させて供給する。換言すれば、冷水や温水負荷などに従って運転台数が決定される排ガス・排熱投入型吸収冷温水機11の運転状況によらず、ガスエンジン発電機1の運転台数は決定される。ガスエンジン発電機1は複数台全てを常に定格運転して電力需要を賄い、電力需要の不足分について電力供給を外部から受けるようにすることが多く行われており、本実施形態では、ガスエンジン発電機1がそのように運転される場合について説明する。なお、本発明において、運転機とは複数の機器の中で運転を行う機器を表す。

0015

ガス吸収冷温水機11は、排ガス・排熱回収型のガス吸収冷温水機が用いられており、ガスエンジン発電機1の排ガスによる排熱および排温水による排熱を回収するように構成されている。ガス吸収冷温水機11は、排ガス熱回収装置12、ガス吸収冷温水装置14、排温水熱回収装置16、制御装置20を備えて構成され、これらが配管配線により接続されて一体的に構成されている。

0016

ガスエンジン3より排出される排ガスは、排気配管7を通して排ガス熱回収装置12に導かれ、排ガス熱回収装置12おいて熱交換熱回収)された後に、煙突13から大気排気される。

0017

ガスエンジン3に設けられたエンジン冷却水熱交換器5で昇温された比較的温度が高く排熱利用可能な排温水は、循環系の配管である排温水配管9を通して、排温水熱回収装置16に導かれ、排温水熱回収装置16において熱交換(熱回収)されて冷却された後に、排温水配管9を通してエンジン冷却水熱交換器5に戻るように循環される。

0018

ガスエンジン3に設けられたインタークーラ熱交換器4で加熱された比較的温度が低く排熱利用が難しい放熱冷却水は、放熱冷却水配管10を通して排温水熱回収装置16からの放熱冷却水と合流した後に、放熱冷却水配管19を通して冷却塔35(図2参照)へ導かれ、冷却塔35にて放熱される。冷却塔35から放熱冷却水配管19を通して供給された冷却水は、排温水熱回収装置16およびインタークーラ熱交換器4に導かれ、排温水熱回収装置16およびインタークーラ熱交換器4で加熱されて放熱冷却水となり、冷却塔35に戻る。

0019

燃料ガス配管8はガスエンジン3及びガス吸収冷温水装置14に接続されている。燃料ガスはガスエンジン3及びガス吸収冷温水装置14へそれぞれ導かれ、燃焼されることにより消費される。ガス吸収冷温水装置14で燃焼された燃料ガスは煙突15から大気に排気される。

0020

ガスエンジン発電機1a、1bに設けられた制御装置6a、6bとガス吸収冷温水機11a、11bに設けられた制御装置20a、20bとは、通信配線21a、21bによって接続されている。冷温水システム100の運転に必要な信号やガス吸収冷温水機11の台数制御に必要な信号は、通信配線21a、21bを通して、制御装置6a、6bと制御装置20a、20bとの間で通信される。このように、本実施形態の制御装置は、ガスエンジン発電機1a、1bおよびガス吸収冷温水機11a、11bにそれぞれ設けられた個別の制御装置6a、6bおよび20a、20bにより構成されている。なお、制御装置6a、6bと制御装置20a、20bとを1つの個別制御装置で構成しても良い。

0021

複数台のガス吸収冷温水機11a、11bに設けられた制御装置20aと20bとは、通信配線21cによって接続されている。台数制御に必要な信号は、通信配線21cを通して、制御装置20aと20bとの間で通信される。図1では個別冷温水システム50a、50bが2台設置された場合を示しているが、本発明はその台数に制限されるものではない。

0022

次に、図2を参照しながら、本実施形態のガス吸収冷温水機11の各部分の具体的な内容に関して説明する。図2は本実施形態のガス吸収冷温水機11の構成概略図である。

0023

排ガス熱回収装置12は、排ガス熱回収器22と排ガスバイパス配管23とを並列に接続して構成されている。排気配管7により導かれた排ガスは、ガス吸収冷温水装置14が運転され且つ負荷が有る場合には、排ガス熱回収器22に導かれ、熱回収が行われた後に煙突13より大気に排気され、一方、ガス吸収冷温水装置14が停止している場合や負荷が無い場合には、排ガス熱回収器22に導かれることなく、排ガスバイパス配管23を通過し、熱回収が行われずに煙突13より大気に排気される。これらの動作は、制御装置20aにより、排ガス熱回収器22に設けられた弁22aおよび排ガスバイパス配管23に設けられた弁23aを開閉制御することにより行われる。

0024

排温水熱回収装置16は、排温水熱交換器36、暖房用熱交換器37、放熱用熱交換器38、排温水バイパス配管39、排熱回収ポンプ40、放熱冷却水ポンプ41などにより構成されている。

0025

排熱回収ポンプ40にて昇圧されエンジン冷却水熱交換器5へ供給されてエンジン冷却水熱交換器5で加熱された排温水は、ガス吸収冷温水装置14が冷房運転され且つ負荷が有る場合は、排温水熱交換器36において熱回収される。このとき排温水の一部がガス吸収冷温水装置14にて熱回収される場合もある。ガス吸収冷温水装置14が暖房運転され且つ負荷が有る場合には、排温水は暖房用熱交換器37において熱回収される。熱回収がされない場合や所定の熱量を回収しない場合には、排温水を一定温度以下でガスエンジン3に戻す必要があるため、排温水は放熱用熱交換器38により一定温度まで放熱される。

0026

この放熱用熱交換器38の低温側(被放熱側)は、放熱冷却水を昇圧する放熱冷却水ポンプ41を備えた放熱冷却水配管19に接続され、放熱冷却水の一部が供給される。放熱冷却水ポンプ41により放熱冷却水配管19を通して供給された放熱冷却水は、一部が放熱用熱交換器38の低温側に供給され、残りの大部分が排温水熱回収装置16を通過し、放熱冷却水配管10を通してインタークーラ熱交換器4へと導かれる。インタークーラ熱交換器4で加熱された放熱冷却水は、再び排温水熱回収装置16に戻り、放熱用熱交換器38で加熱された放熱冷却水と合流し、冷却塔35で放熱される。

0027

上述した排熱回収ポンプ40及び放熱冷却水ポンプ41は、ガス吸収冷温水装置14の運転や熱回収によらず運転することが必要な補機である。

0028

ガス吸収冷温水装置14は、バーナ24、高温再生器25、蒸発器26、吸収器27、凝縮器28、低温再生器29、溶液ポンプ30、31及び冷媒ポンプ32などを、吸収溶液配管や水冷媒配管や蒸気配管により接続して、冷房及び暖房サイクルを構成している。冷房及び暖房のサイクルは、吸収溶液や水冷媒や蒸気を溶液ポンプ30、31及び冷媒ポンプ32により圧送することにより所定の動作が行われる。

0029

ガス吸収冷温水装置14は、バーナ24における燃焼量により能力を調節し、所定の冷水及び温水を生成する。そのため、溶液ポンプ30、31及び冷媒ポンプ32は、ガス吸収冷温水装置14が運転中のみ運転が必要であり、ガス吸収冷温水装置14が停止中では運転不要な補機である。ガス吸収冷温水機11は、ガス吸収冷温水装置14と、排ガス熱交換器22、排温水熱交換器36、暖房用熱交換器37とが配管により接続されており、排ガス熱交換器22、排温水熱交換器36、暖房用熱交換器37からガス吸収冷温水装置14に熱回収することで、バーナ24における燃焼量を削減することができる。従って、排ガス熱交換器22、排温水熱交換器36、暖房用熱交換器37により熱回収し、バーナ24における使用燃料を削減するため、負荷が下がり熱回収分により負荷を賄える状態では、溶液ポンプ30、31及び冷媒ポンプ32は、ガス吸収冷温水装置14が運転中でも、運転不要になることがある補機である。

0030

負荷より冷温水配管17を通して供給され且つ冷温水ポンプ33により昇圧された冷温水は、ガス吸収冷温水装置14で加熱又は冷却され、再び冷温水配管17を通過して負荷に供給される。冷却塔35より冷却水配管18を通して供給され且つ冷却水ポンプ34により昇圧された冷却水は、ガス吸収冷温水装置14で加熱され、再び冷却水配管18を通過して冷却塔35に戻り放熱される。これらにより、冷温水ポンプ33はガス吸収冷温水装置14が運転中は、常に運転が必要であるが、一方、冷却水ポンプ34はガス吸収冷温水装置14の冷房時にのみ運転が必要な補機である。

0031

ガスエンジン発電機1が運転中は放熱冷却水の放熱が必要であるため、冷却塔35はガス吸収冷温水装置14の運転や冷房運転や暖房運転の状態によらず運転が必要な補機である。なお、冷却塔35をガス吸収冷温水装置14の冷却水系と放熱冷却水系とで別に設けた場合には、ガス吸収冷温水装置14の冷却水系の冷却塔35は、冷却水ポンプ34と同じ運転状態となり、冷房時にのみ運転が必要な補機となる。

0032

また、設置場所によっては給排気ファンなどを設置することがあり、その場合には、給排気ファンなどがガス吸収冷温水装置14の補機となる。

0033

次に、図3を参照しながら、ガスエンジン発電機1の運転時におけるガス吸収冷温水機11の負荷率と入熱量の関係に関して説明する。図3図2の個別冷温水システム50のガスエンジン発電機運転時における負荷率と入熱量の関係を示す図である。この図3における負荷率と入熱量の関係は、制御装置の制御に基づくものである。

0034

負荷率100%においては、図3に示すように、排ガスおよび排温水より熱回収する入熱とバーナ24の燃焼による入熱とにより負荷を賄っている。この負荷率100%から負荷が下がるにつれて、まずはバーナ24による燃焼量を絞ることで、入熱を減らす。バーナ24による入熱が無くなると、次に排温水の熱回収量を減らすことで、排温水による入熱を絞る。更に負荷が下がり排温水の入熱が無くなると、排ガスの熱回収をしないことで、負荷に対して入熱量を制御している。

0035

図3において、バーナ及び排ガスの部分に棒状の部分があるが、これはバーナ24の最低燃焼量やガス吸収冷温水機の最低運転負荷によるもので、ON−OFFにより制御していることを意味しているが、このON−OFF制御の状態も一定期間の平均値でみれば比例制御をしているのと同義のため、負荷率と入熱量とは比例関係成立しているとして説明する。また、部分負荷時では、ガス吸収冷温水装置14の燃料消費率が定格時に比較して低下することがあるが、簡易のため一定であるとして説明する。

0036

次に、図4から図6を参照しながら、ガス吸収冷温水機負荷率と運転コストの関係に関して説明する。図4はガス吸収冷温水機の後発機を最適時期より遅くに起動した比較例1の負荷率と運転コストの関係を示す図、図5はガス吸収冷温水機の後発機を逆に最適時期より早く起動した比較例2の負荷率と運転コストの関係を示す図、図6はガス吸収冷温水機の後発機を最適起動時期に後発機を起動した本実施形態の負荷率と運転コストの関係を示す図である。なお、比較例1は先発機が定格負荷率100%になった段階で後発機を起動した例であり、比較例2は排熱回収分により賄える負荷率60%の時点で後発機を起動した例であり、最適起動時期の計算例は後述する。また、図4から図6の関係は、制御装置の制御に基づくものであり、当該制御動作の対象となる構成要素が設けられた個別冷温水システム50aまたは50bにおける個別制御装置20a、6aまたは20b、6bによって制御されるようになっている。本発明において、先発機とは先に運転される運転機を表し、後発機とは先発機が運転された後に運転される運転機を表す。

0037

図4から図6において、横軸にガス吸収冷温水機1台当りの定格負荷率を100%としたときの負荷率を示し、縦軸にガス吸収冷温水機1台当りの定格運転時を100%とした時の運転コストを示している。また、個別冷温水システムを2台設置した場合であって、ガスエンジン発電機は2台共定格で運転しているとした。ガスエンジン発電機が運転時において、ガス吸収冷温水機の排熱回収で賄える負荷率は60%と仮定した。また、ガス吸収冷温水機を運転中に常に必要となる補機動力による消費電力の運転コストは35%とした。この補機動力には、溶液ポンプ、冷媒ポンプ、冷温水ポンプが含まれ、ガス吸収冷温水機が冷房運転中には冷却水ポンプが更に含まれている。一方、ガス吸収冷温水機の運転中に負荷により運転、停止の状態があるバーナの補機動力分の運転コストは5%と仮定した。最近は、ガス吸収冷温水機の負荷率によって冷温水ポンプや、冷却水ポンプをインバータにより制御し、消費電力を節約することが多いが、簡易のため、負荷によらず一定とした図である。以上の排熱回収で賄える負荷率や、補機動力の比率などは、冷温水システムで組み合わされるガスエンジン発電機やガス吸収冷温水機の容量や型式によって変わるパラメータである。また、図4から図6では、2台設置場合を示しているが、さらに多い台数でも同じ要領で適用可能である。

0038

図4に示す比較例1の詳細を、図中のアルファベット位置に合せて説明する。A点は、負荷率が60%に達し、排熱回収分で賄える限界負荷率を意味しており、負荷率0%から負荷率60%までの運転コストは、前述した、補機動力分の消費電力による35%一定である。負荷率が60%を超えて上昇すると、負荷に追従するためにバーナ24を運転し、燃焼を開始する。B点は、バーナ24が運転を開始した状態を示しているため、A点よりバーナ24の消費電力分である5%の運転コストが上昇した運転コスト40%の点である。この後、負荷率が100%に達するまでは、負荷率の上昇に合せて、バーナ24による燃焼量を調整するため、負荷率と比例して燃料ガスを消費し、負荷率100%で運転コスト100%となり、C点になる。

0039

そして、負荷率が100%を超えた段階で後発機を起動すると、1台当りの負荷率は50%となるため、2台共排熱回収分で負荷を賄うことが可能となり、先発機のバーナ24が停止した点がD点となる。このD点では、2台の個別冷温水システムにおける補機動力が必要となるため、運転コストは35%×2台である70%となる。D点より負荷が上昇しても、排熱回収分により、60%×2台の負荷率120%までは排熱回収分により負荷を賄えるため、運転コストは一定のままE点に至る。

0040

そして、E点を超えて負荷率が上昇すると、排熱回収分だけでは負荷を賄えなくなるため、バーナ24の運転開始し、その点がFとなる。このときは、バーナ24を2台運転するため、運転コストは5%×2台である10%上昇し、合計80%となる。以後の負荷率の上昇は、負荷率に比例して燃料ガスを消費し、負荷率200%で運転コスト200%となった点がG点となる。

0041

図5に示す比較例2の詳細を、図4との相違点を中心に説明する。A点において先発機の排熱回収分により負荷が賄えなくなった時点で、後発機を起動する。後発機が起動すると、後発機の補機動力分の運転コスト35%が加わるため、負荷率60%で運転コスト70%となった点がH点である。H点より負荷が上昇した場合には、2台の排熱回収分で賄える負荷率、つまり60%×2台の120%までは運転コスト一定で負荷を賄える。E点以降は、図4と同一のため、説明を省略する。

0042

図6に示す本実施形態の台数制御を実施した場合の詳細を説明する。図4図5とを重ね合わせ、運転コストに相違が生じた部分が図6塗りつぶした三角形BHIおよび三角形IDCである。この三角形部分BHI、IDCが、図4および図5パターンで台数制御した場合の同じ負荷率に対して、運転コストとの差なるため、この三角形部分BHI、IDCの余分な運転コストを削減した台数制御を実施することが、効率が良く、運転コストを低減することになる。つまり、点Bから点Iまでは先発機のバーナ24を運転することで負荷を賄い、点Iに達した時点で後発機を起動し、先発機のバーナ24を停止し、2台の排熱回収分により点Dまで負荷を賄う運転が運転コストを低減した台数制御となる。

0043

後発機の最適な起動時期は、上述したようにI点となるが、I点の負荷率の計算例及び計算式(1)に示す。
Ix=Bx+(100-Bx)*(Hy-By)/(Cy-By)=60+(100-60)*(70-40)/(100-40)=80 … (1)
この式(1)から、後発機最適起動負荷率は80%であることが算出された。ここで、Ixは後発機最適起動負荷率(%)、Bxは排熱回収分により賄われる負荷率(%)、Hyはガス吸収冷温水機2台分の補機動力の運転コスト(%)、Cyはガス吸収冷温水機1台の定格運転時に必要になる運転コスト(%)である。

0044

後発機の最適起動負荷率を決定するには、ガス吸収冷温水機の制御装置に、ガスエンジンの排熱量、ガス吸収冷温水装置の運転に必要な補機動力による電力消費量、ガス吸収冷温水装置のバーナによる燃料消費率、及び電力、燃料ガスの単価を、予め入力しておくことが必要である。その際、ガス吸収冷温水機が冷房と暖房運転では異なる条件は個別に入力しておく必要がある。異なる条件とは、前述した冷却水ポンプの補機動力や、ガス吸収冷温水機のサイクル上異なる燃料消費率などである。なお、電力や燃料ガス単価を使用することで運転コストという単位で説明したが、電力や燃料ガスを1次エネルギー換算で入力し、1次エネルギー消費量という単位で台数制御も可能である。

0045

本実施形態では、排熱回収により賄われる負荷率を60%と仮定したが、排熱回収量はガスエンジン発電機の運転負荷率によって変わる数値であり、実施に際しては、ガスエンジン発電機の平均負荷率代理使用する、又はガスエンジン発電機の制御装置よりガスエンジン発電機の負荷率をアナログ通信する、バーナ24による追い焚き量から排熱回収分で賄われる負荷率を計算する、などにより変更になる数値である。

0046

これまでの説明は起動に絞って説明したが、停止に関しても同じ負荷率で停止するのが、運転コストを低減できる運用になる。しかし、実際に運用する際に、起動と停止を同じ負荷率で運用すると、起動、停止のハンチングを招く恐れがあるため、起動と停止でディファレンシャルを入れる、又は負荷率の上昇率減少率などを考慮し、起動、停止のハンチングを防止する運用が必要となる。

0047

本実施形態によれば、ガスエンジン発電機1とこのガスエンジン発電機1の排熱を回収する吸収冷温水機11とを組み合せた個別冷温水システム50を複数台設置すると共に、前記個別冷温水システムの各々に分散して設けられた個別制御装置同士を通信配線で接続して構成した制御装置6、20を備え、制御装置6、20が、ガスエンジン発電機1が複数台運転された状態で、1台のガス吸収冷温水機の運転を排熱回収で賄える負荷率までは1台のガス吸収冷温水機の運転を排熱回収により行い、1台のガス吸収冷温水機の運転を排熱回収で賄える負荷率を越えた場合に当該ガス吸収冷温水機の運転を排熱回収とガスの両方により行い、1台のガス吸収冷温水機が定格以下で、2台のガス吸収冷温水機の運転をそれぞれの排熱回収により行うように切り替えるように制御する構成としたので、冷温水システム全体で、無駄な電力や燃料ガスを消費せず、運転コストを低減することが可能になる。

0048

なお、吸収冷温水機の台数制御による消費ガスと消費電力の合計での運転コスト低減という点では、ガス吸収冷温水機に限らず、排ガス投入型吸収冷温水機排温水投入型吸収冷温水機においても適用可能な制御方法である。

図面の簡単な説明

0049

本発明の一実施形態の冷温水システムの全体構成図である。
本実施形態の個別冷温水システムの構成概略図である。
本実施形態の個別冷温水システムのガスエンジン発電機運転時における負荷率と入熱量の関係を示す図である。
吸収冷温水機の後発機を最適時期より遅くに起動した比較例1の負荷率と運転コストの関係を示す図である。
吸収冷温水機の後発機を逆に最適時期より早く起動した比較例2の負荷率と運転コストの関係を示す図である。
吸収冷温水機の後発機を最適起動時期に後発機を起動した本実施形態の負荷率と運転コストの関係を示す図である。

符号の説明

0050

1…ガスエンジン発電機、2…発電機、3…ガスエンジン、4…インタークーラ熱交換器、5…エンジン冷却水熱交換器、6…制御装置、7…排気配管、8…燃料ガス配管、9…排温水配管、10…放熱冷却水配管、11…ガス吸収冷温水機、12…排ガス熱回収装置、13…煙突、14…ガス吸収冷温水装置、15…煙突、16…排温水熱回収装置、17…冷温水配管、18…冷却水配管、19…放熱冷却水配管、20…制御装置、21…通信配線、22…排ガス熱回収装置、23…排ガスバイパス配管、24…バーナ、25…高温再生器、26…蒸発器、27…吸収器、28…凝縮器、29…低温再生器、30…溶液ポンプ、31…溶液ポンプ、32…冷媒ポンプ、33…冷温水ポンプ、34…冷却水ポンプ、35…冷却塔、36…排温水熱交換器、37…暖房用熱交換器、38…放熱用熱交換器、39…排温水バイパス配管、40…排熱回収ポンプ、41…放熱冷却水ポンプ、50、50a、50b…個別冷温水システム、100…冷温水システム。

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