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JP2000205044A - コ―ジェネレ―ション装置 - Google Patents

コ―ジェネレ―ション装置

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Publication number
JP2000205044A
JP2000205044A JP11010889A JP1088999A JP2000205044A JP 2000205044 A JP2000205044 A JP 2000205044A JP 11010889 A JP11010889 A JP 11010889A JP 1088999 A JP1088999 A JP 1088999A JP 2000205044 A JP2000205044 A JP 2000205044A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
hot water
cogeneration
heating fluid
heat storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11010889A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeaki Kimura
重昭 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP11010889A priority Critical patent/JP2000205044A/ja
Publication of JP2000205044A publication Critical patent/JP2000205044A/ja
Priority to US10/119,944 priority patent/US20020108745A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/025—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant from both the cooling liquid and the exhaust gases of the propulsion plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F02G5/04—Profiting from waste heat of exhaust gases in combination with other waste heat from combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/002—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0056—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using solid heat storage material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/16—Waste heat
    • F24D2200/26—Internal combustion engine
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract

(57)【要約】 【課題】単一のエネルギー源である熱機関を短時間稼働
させるだけで、家庭における電力システム、暖房システ
ムおよび給湯システムが一日に必要とするエネルギーを
ほぼ供給する。 【解決手段】コ−ジェネレーション装置は、熱機関１
と、発電機２と、蓄電装置２７とを備える。発電機２
は、熱機関１によって駆動される。発電機２によって発
生した電気は蓄電装置２７に蓄えられる。コージェネレ
ーション装置はさらに、熱交換装置３，４と、第１およ
び第２の蓄熱装置１０，１８とを備える。熱交換装置
３，４は、熱機関１からの排熱をそれぞれ加熱流体６，
８として回収する。第１および第２の蓄熱装置１０，１
８は、加熱流体６，８が保有する熱をそれぞれ蓄える。
第２の蓄熱装置１８は、加熱流体８が保有する熱の一部
を温水８として蓄える保温型給湯用タンク１８となされ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はコージェネレーショ
ン装置に関する。本発明は特に、一般家庭用または小規
模商業施設等が併設された家庭用として用いられるのに
適したコージェネレーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】家庭においてエネルギーを消費する代表
的なシステムとして、電力システム、暖房システムおよ
び給湯システムがある。これらのシステムは、それぞれ
個別のエネルギー源を必要としている。例えば、電力シ
ステム用のエネルギーには商業電力が利用され、照明そ
の他の電気製品が作動される。暖房システム用のエネル
ギーを得るためには商業電力のほか、灯油、ガスなどが
利用され、ストーブやヒーターが作動される。給湯シス
テムとしては、夜間電力を利用した保温型温水器や、ガ
スを利用したガス給湯器が用いられる。
【０００３】各システムで使用しているエネルギーに関
しては、それぞれの使用量に応じて対価が支払われる必
要があり、家計費におけるエネルギー費用の占める割合
は大きくなる傾向にある。
【０００４】また、個別のエネルギー源により作動され
る各システムは、個別に管理する必要があり、煩雑であ
る。太陽エネルギーを単一のエネルギー源として太陽電
池および太陽熱温水器を利用し、電力エネルギーと熱エ
ネルギーとを併給できるようにした、ソーラーシステム
としての家庭用コージェネレーション装置が開発されて
いる。このソーラーシステムは、設備費を除けば安価に
運転でき、管理も比較的容易である。しかしながら、ソ
ーラーシステムはエネルギーを太陽の日射に依存してい
るため、夜間や、曇天または雨天の日、あるいは梅雨や
降雪時期などには十分な量のエネルギーを安定して供給
できない。したがって、別のエネルギー源を利用するシ
ステムと補完し合う形で使用される必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明が解決し
ようとする課題は、各システムに個別エネルギー源を使
用する従来方式よりも安価に運転でき、一元的な管理が
可能となるコージェネレーション装置であって、日照や
天候にかかわらず、必要時に十分な量のエネルギーを安
定して供給することのできる、特に家庭用に適したコー
ジェネレーション装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】家庭において必要時に十
分な量のエネルギーを供給可能な装置を実現するにあた
っては、家庭における電力需要、暖房需要および給湯需
要の大きさの変動を時間に沿って把握しておく必要があ
る。その結果、家庭における電力需要および給湯需要は
朝と夕方にピークを迎え、日中の需要は小さい、一方、
暖房需要はほぼ一日中平均してあることが判明した。実
現すべきは、このような各エネルギー需要の時間的なア
ンバランスに対応可能なコージェネレーション装置であ
る。
【０００７】そこで本発明によれば、熱機関と、該熱機
関によって駆動される発電機と、該発電機によって発生
した電気を蓄えるための蓄電装置と、前記熱機関からの
排熱を加熱流体として回収するための熱交換装置と、前
記加熱流体が保有する熱を蓄えるための第１および第２
の蓄熱装置と、を備え、前記第２の蓄熱装置は、前記加
熱流体が保有する熱の一部を温水として蓄える保温型給
湯用タンクとなされている、コージェネレーション装置
が提供される。
【０００８】本発明の第１の実施例によれば、前記熱機
関が内燃機関であり、前記熱交換装置が、前記内燃機関
用のジャケット冷却水で熱を回収して前記加熱流体とし
ての温水を得るジャケット冷却システムと、前記内燃機
関の排ガスから熱を回収して前記加熱流体としての温水
を得る排ガスボイラシステムと、を備える。
【０００９】上記第１の実施例においては、前記ジャケ
ット冷却システムによって得られた温水が保有する熱
が、前記第１の蓄熱装置の蓄熱体に蓄えられるようにな
され、前記排ガスボイラシステムによって得られた温水
が、前記保温型給湯用タンク内に蓄えられるようになさ
れるようにすることができる。
【００１０】同じく第１の実施例においては、前記ジャ
ケット冷却システムと前記第１の蓄熱装置との間に、前
記ジャケット冷却システムによって得られた温水からの
放熱を行わせるために選択的に作動可能なラジエータお
よびファン装置を設けるようにしてもよい。
【００１１】さらに、前記ジャケット冷却水に不凍液を
用いるようにしてもよい。本発明の第２の実施例によれ
ば、前記熱機関がガスタービンであり、前記熱交換装置
が、前記ガスタービンの排ガスから熱を回収して前記加
熱流体を得る排ガスボイラシステムとされる。
【００１２】上記第２の実施例においては、前記加熱流
体は温水でも、あるいは蒸気であってもよい。上記第２
の実施例において、前記加熱流体が温水である場合に
は、その温水の一部が保有する熱が、前記第１の蓄熱装
置の蓄熱体に蓄えられ、その温水の別の一部が、前記保
温型給湯用タンク内に蓄えられるようになされるように
することができる。
【００１３】同じく上記第２の実施例において、前記加
熱流体が蒸気である場合には、その蒸気の一部が保有す
る熱が、前記第１の蓄熱装置の蓄熱体に蓄えられ、その
蒸気の別の一部が保有する熱によって得られた温水が、
前記保温型給湯用タンク内に蓄えられるようにすること
ができる。
【００１４】本発明のコージェネレーション装置におい
て、前記第１の蓄熱装置の蓄熱体はコンクリート製とす
ることができる。また、本発明のコージェネレーション
装置は、さらに太陽電池を備えたものとすることができ
る。
【００１５】さらに本発明のコージェネレーション装置
は、前記発電機によって得られた電気により作動される
発熱体および前記熱交換装置によって得られた前記加熱
流体が保有する熱を放熱する放熱体の少なくとも一方を
利用した融雪システムを単独に、あるいは上記太陽電池
とともに備えるものとしてもよい。
【００１６】上記の融雪システムの代わりに、あるいは
上記の融雪システムに加えて、前記熱機関からの排ガス
の熱を直接受けて蓄え放熱する放熱体を利用した融雪シ
ステムを備えるようにしてもよい。
【００１７】また、本発明のコージェネレーション装置
において、前記発電機によって得られた電気のうちの余
剰の電気を、商業電力系統へと逆送電（逆潮流）できる
システムをさらに備えるようにしてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１に、熱機関として小型の内燃
機関を利用した、本発明のコージェネレーション装置の
一実施例を概略模式図で示す。符号１で示す小型内燃機
関としては、例えばディーゼルエンジン、ガソリンエン
ジン、ガスエンジンなどを利用することができる。
【００１９】本発明におけるコージェネレーション装置
は、内燃機関１によって駆動される発電機２と、内燃機
関１の排熱を加熱流体（この実施例の場合は温水）とし
て回収するためのジャケット冷却システム３および排ガ
スボイラシステム４とを備えている。ジャケット冷却シ
ステム３は、内燃機関１のジャケットの内側を通過する
ジャケット冷却水５によって内燃機関１の過熱を防止す
るシステムである。内燃機関１を通過したジャケット冷
却水５は、加熱された流体（温水６）になる。一方、排
ガスボイラシステム４は、内燃機関１の排ガス７の熱を
利用して加熱された流体（温水８）を得るシステムであ
る。
【００２０】通常、小型の内燃機関では、燃料の持つエ
ネルギーのうち、約３５パーセントを軸動力から電力に
変換して取り出せるが、残りの約６５パーセントは排熱
として捨てられていた。しかしながら本発明のコージェ
ネレーション装置の図１の実施例においては、ジャケッ
ト冷却システム３および排ガスボイラシステム４を利用
して、排熱の大半を温水という形で回収することができ
る。
【００２１】ジャケット冷却水５が加熱されて得られた
温水６は、バルブ９を経て蓄熱装置１０へ送られる。蓄
熱装置１０は、例えばコンクリート製の蓄熱体１１を有
する。蓄熱体としては、コンクリート以外にも、採石
層、砂利床、土間床、水タンクなどを採用することがで
きる。しかしながら、コンクリート製の蓄熱体が好まし
い。その理由の第１は、コンクリートの蓄熱性は高く、
その熱容量は空気の約１６００倍もあるからである。理
由の第２は、床暖房用のコンクリート製蓄熱体は、基礎
工事の際に温水パイプを配置してコンクリートを打設す
るだけで設置することができるので、熱エネルギー貯蔵
装置としては安価に作ることができ、しかも信頼性があ
るからである。理由の第３は、１階床部分にコンクリー
ト製蓄熱体を全面打設することにより、蓄熱体と基礎部
分とが一体構造の「べた基礎」となり、基礎全体の剛性
が高くなり、加重を分散させる効果があるからである。
一体構造の基礎は、地震時のショックや地盤の不同沈下
を減少させ、上部構造物の損傷を防止するという副次的
役割もある。
【００２２】例えば、１階床部分に全面打設した床暖房
用のコンクリート製蓄熱体内に設けた温水パイプ中を温
水６で循環通水することにより蓄熱を行い、その熱を徐
々に放熱させることにより、２４時間暖房することが可
能になる。
【００２３】東京や米国ワシントンＤＣのような比較的
温暖な地域では、コンクリート製の蓄熱体を利用して、
高断熱・高気密な家の床暖房を行う場合、朝夕にそれぞ
れ２時間程度、一日にして計４時間程度内燃機関１を稼
働させ、ジャケット冷却水５をジャケット冷却システム
３で暖めて作られた温水６が保有する熱を蓄熱装置１０
に蓄え、その熱を徐々に放熱させることにより、２４時
間の暖房が可能となる。しかしながら、より寒冷の地で
は、蓄熱装置１０内での温水６の循環通水時間を長くす
るなどの調整が行われる。
【００２４】蓄熱装置１０に蓄えられた熱は、床暖房用
として２４時間使用できるだけでなく、必要に応じて他
の目的のために随時使用することも可能である。蓄熱が
必要ないとき、または、暖房が必要ないときは、バルブ
９を操作して温水６の経路を切り替え、温水６をラジエ
ータおよびファン装置１２へと送る。装置１２は、ラジ
エータ１３と、これと共働するファン１４とから構成さ
れ、温水６として回収された排熱を大気中に放熱する。
【００２５】蓄熱装置１０またはラジエータおよびファ
ン装置１２を通過した水は、ジャケット冷却水５として
ポンプ１５によりジャケット冷却システム３へと送られ
る。バルブ１６は、ジャケット冷却水５が蓄熱装置１０
へと逆流するのを防止している。
【００２６】循環ポンプ１７により排ガスボイラシステ
ム４と保温型給湯用タンク１８との間で水を循環させる
ことにより得られた温水８は、保温型給湯用タンク１８
内に蓄えられる。タンク１８は、水を蓄熱体とする蓄熱
装置ととらえることもできる。タンク１８内に蓄えられ
た温水８は、需要に応じて随時使用することができる。
【００２７】給湯需要がピークに達する朝夕それぞれ２
時間程度、内燃機関１を稼働させ、その排ガスから熱を
温水として回収しながら、その温水を消費することがで
きるので、実際は給湯需要のない深夜の電力を利用して
温水を得て蓄える従来の電気温水器システムと比べ、保
温型給湯用タンクの大きさを二分の一以下に小さく止、
設置スペースおよび設備費を節約することが可能であ
る。
【００２８】温水がタンク１８内に十分蓄えられ、排ガ
ス７からの熱回収が不要のときは、ダンパー１９を調整
して排ガス７の流れを制御し、排ガスボイラシステム４
を迂回させる。
【００２９】バルブ２０は、循環ポンプ１７とタンク１
８との間の安全バルブとしての機能を持ち、消音マフラ
ー２１は、大気に放出される排ガスの騒音を低減させ
る。燃料タンク２２から供給される燃料で内燃機関１が
作動し、内燃機関１により発電機２が駆動される。発電
機２により作られた電気２３は、逆流防止ダイオード２
４を経て、電力需要に応じてそのままインバータ２５に
送られ、直流から交流に変換された後、電力需要側へと
供給される。
【００３０】電力需要が小さいときは、逆流防止ダイオ
ード２４を通過した電気２３は、充放電をコントロール
する充放電コントローラ２６を経て、蓄電装置２７に充
電される。
【００３１】発電機２を駆動する内燃機関１が作動して
いないとき、電力需要に応じて、蓄電装置２７に蓄えら
れた電気が充放電コントローラ２６を経てインバータ２
５へと送られ、直流から交流に変換された後、需要側へ
と供給される。
【００３２】電力需要側において、交流電流を１００ボ
ルト（米国では１１０ボルト）だけでなく、２００ボル
ト（米国では２２０ボルト）でも供給できるようにした
場合、家庭において消費エネルギーの大きい厨房用エネ
ルギーをガスから電気に代えることもでき、一層の利便
性をはかることができる。
【００３３】予備電力用として太陽電池２８を設けた場
合、この太陽電池２８で発生した電気は、逆流防止ダイ
オード２９を経て、例えば夏季における冷房用電力のた
めにインバータ２５に送られ、直流から交流に変換され
た後、電力需要側へと送られる。かかる電力需要がない
場合には、太陽電池２８で発生した電気は、充放電コン
トローラ２６経て蓄電装置２７に充電される。また、太
陽電池２８で発生した電気は、上述した冷房用電力のよ
うな一時的な電力需要増大への対処としての利用のほ
か、内燃機関１の不作動時または故障時における電力供
給用として需要側で利用することができる。
【００３４】このようにして、図１の実施例において
は、発電機２が計４時間程度の駆動で一日に必要な電力
を得ることができる能力を有しているという前提のもと
で、電力需要および給湯需要の大きい朝夕にそれぞれ２
時間程度、内燃機関を稼働させることにより、家庭で必
要とされる一日の電力、暖房および給湯用の各エネルギ
ーを得ることができる。
【００３５】図２には、熱機関として超小型ガスタービ
ン１０１を利用した、本発明によるコージェネレーショ
ン装置の第２の実施例の概略を模式的に示す。図１に示
した第１の実施例と共通の構成要素については、同じ参
照符号を付する。また、第２の実施例の構成、作用およ
び効果については、第１の実施例と異なる点についての
み、詳しく説明することにする。先に概略的に述べれ
ば、第２の実施例においては、熱機関からの排熱の回収
はすべて排ガスから行う点で、第１の実施例とは異な
る。
【００３６】圧縮機１３１と連結して構成されたガスタ
ービン本体１３２からの軸出力により駆動される発電機
２は、電気を発生させる。その電気の取り扱いおよび太
陽電池２８の役割については、既に第１の実施例で述べ
たことと同様なので省略する。ガスタービン本体１３２
で生じた高温の排ガス１０７は、排ガスボイラシステム
４にて、給水ポンプ１７から送られた給水を温水８に変
える。温水８は、分配バルブ４０によって分水され、一
方は床暖房用の蓄熱装置１０内に配置された温水パイプ
中を循環通水され、大量の熱を蓄熱装置１０に蓄える。
この蓄えられた熱は、徐々に放熱されることにより、２
４時間の暖房を可能にする。
【００３７】蓄熱装置１０のコンクリート製蓄熱体１１
が必要熱量を蓄えると、サーモスタットスイッチ４１が
作動し、その電気信号により開閉バルブ４２，４３が閉
じられ、蓄熱が中断される。また、夏季において暖房が
不要な場合、開閉バルブ４２，４３が手動で閉じられ
る。
【００３８】分配バルブ４０によって分水された温水８
の別の一方は、保温型給湯タンク１８に蓄えられる。温
水８が十分に蓄えられ、タンク１８が満水状態に達する
と、サーモスタットスイッチ４４が作動し、その電気信
号により、開閉バルブ４５，４６が閉じられる。この場
合において、開閉バルブ４２，４３も閉じられていると
きには、給水ポンプ１７の作動が停止される。給水ポン
プ１７の作動停止が遅れた場合には、バルブ２０が安全
バルブの機能を果たす。
【００３９】排ガスから排熱を回収する必要のないとき
は、ダンパー１９を制御して排ガスの流れを変え、排ガ
スボイラシステム４を迂回させる。熱機関としてガスタ
ービン１０１を利用した場合、排ガスが高熱になるた
め、排ガスボイラシステム４により、温水のかわりに蒸
気を得ることができる。得られた蒸気を蓄熱装置１０に
送り、蓄熱装置１０がこの蒸気から直接熱を受けて蓄熱
するようにしてもよい。または、得られた蒸気によって
冷水を温水に変え、この温水から蓄熱装置１０が熱を受
けて蓄熱するようにしてもよい。排ガスボイラシステム
４により蒸気が得られる場合、保温型給湯用タンク１８
には、蒸気によって冷水を加熱して温水に変えたものが
蓄えられる。
【００４０】本発明のコージェネレーション装置は、蓄
電装置および蓄熱装置が備えられているが、これによ
り、電力需要および熱需要を平準化することができると
同時に、運転条件を常に効率の高い状態にして運転する
ことができる。このことは、超小型ガスタービンの設計
において使用条件を単純化することを可能とし、ガスタ
ービン本体をコンパクトにできると同時に、形状も簡素
化できる。
【００４１】本発明のコージェネレーション装置におい
ては、第１の実施例および第２の実施例のいずれにおい
ても、融雪システムを併設することができる。融雪シス
テムの態様としては、例えば、図１に示すような温水利
用融雪装置５０を含むものとすることができる。温水利
用融雪装置５０は、熱交換装置であるジャケット冷却シ
ステム３によって得られた温水６の一部を用い、該温水
の一部が保有する熱を放熱して融雪を行う放熱体とな
る。あるいはまた、融雪システムの別の態様として、図
２に示すようなオンドル式融雪装置５１を含むものとす
ることができる。オンドル式融雪装置５１は、熱機関で
ある超小型ガスタービン１０１のガスタービン本体１３
２で生じた高温の排ガス１０７の一部の熱を直接受け、
蓄熱体５２に蓄えてから徐々に放熱することにより融雪
を行う放熱体となる。さらに、融雪システムの別の態様
としては、ここには図示しないが、第１の実施例および
第２の実施例において発電機２によって得られた電気に
より作動される発熱体を含むものや、第２の実施例にお
いて熱交換装置である排ガスボイラシステム４によって
得られた加熱流体（温水８または蒸気）が保有する熱を
放熱する放熱体を含むものなどがある。
【００４２】これらの融雪システムは、前述した太陽電
池と併設することもできる。さらに、本発明のコージェ
ネレーション装置においては、発電機２によって得られ
た電気のうち、消費されない余剰の電気を商業電力系統
に逆送電（逆潮流）させることのできる連係装置５３を
含むシステムを備えることもできる。この連係装置５３
は、コージェネレーション装置の故障時に商業電力系統
から受電することもできる。
【００４３】
【発明の効果】本発明のコージェネレーション装置によ
れば、単一のエネルギー源である熱機関を短時間（具体
的には約４時間）稼働させるだけで、家庭における電力
システム、暖房システムおよび給湯システムが一日に必
要とするエネルギーをほぼ供給することができる。した
がって、各システムに個別エネルギー源を使用する従来
方式に比べ、必要なエネルギーを安価に得ることがで
き、且つ、一元的な管理が可能となる。短時間の運転で
よいため、騒音、振動も小さくてすみ、内燃機関の寿命
も延びる。例えば、産業用小型ディーゼルエンジンのオ
ーバーホールまでの時間は最大で１５０００時間程度で
あるが、本発明のコージェネレーション装置に産業用小
型ディーゼルエンジンを利用した場合、一日４時間、ほ
ぼ毎日一年間運転しても１５００時間程度である。従っ
て、１０年前後はオーバーホールなしで使用できる。
【００４４】熱機関が故障しても、蓄電装置および蓄熱
装置があるので、ある程度の時間は電力エネルギーおよ
び熱エネルギーの供給が可能である。したがって、故障
に対して余裕をもって対処することができる。
【００４５】また、ソーラーシステムを必須または主要
なエネルギー源としては利用していないので、日照や天
候にかかわらず、必要時に十分な量のエネルギーを安定
して供給することができる。
【００４６】なお、本発明によるコージェネレーション
装置は、電力需要および給湯需要は朝夕にそれぞれピー
クを迎えるが日中は小さく、一方、暖房需要はほぼ一日
中平均してあるという、家庭における各エネルギー需要
の時間的なアンバランスに対応できるように稼働するこ
とにより、最も効率の良い働きをすることができる。す
なわち、朝夕にそれぞれ約２時間ずつ熱機関を稼働さ
せ、発生する電気を朝夕に消費するとともに余剰の電気
を蓄電装置に蓄えておく。同時に発生する排熱は、熱交
換装置によって加熱流体として回収される。この加熱流
体の一部は、朝夕に温水として使用され、余剰の温水は
保温型給湯用タンクに蓄えられる。加熱流体の別の一部
が保有する熱は、蓄熱装置に蓄えておく。朝夕以外の時
間においても、蓄電装置および保温型給湯用タンクか
ら、電気および温水を随時利用することができる。ま
た、蓄熱装置に蓄えられた熱は、暖房用として一日中利
用することができる。
【００４７】本発明によるコージェネレーション装置の
熱機関として、ガスタービンを使用した場合、内燃機関
を使用した場合に比べて、装置全体がよりコンパクトに
なるので、設置スペースを節約することができる。ま
た、往復式内燃機関が持つ特有の振動、騒音を低減する
ことができる。
【００４８】ガスタービンの発電効率は、内燃機関に比
べてやや劣り、２５ないし３０パーセント程度である。
しかしながら一方で、比較的高温の排ガスが得られるこ
とから、排熱回収の点では有利となる。したがって、ガ
スタービンを使用した実施例は、暖房需要および給湯需
要が比較的多い場合に適している。
【００４９】本発明によるコージェネレーション装置が
さらに予備電力装置として太陽電池を備えた場合には、
夏季に冷房が必要となる地域において冷房用の電力エネ
ルギーを太陽電池から供給することにより、季節的な電
力需要の一時的変動に対応することができる。また、太
陽電池は、熱機関の故障時における補助エネルギー源と
して利用することもできる。
【００５０】本発明によるコージェネレーション装置が
さらに、電気を利用した発熱体や、加熱流体を利用した
放熱体を用いた融雪システムを備えている場合には、危
険で苦渋な作業である、屋根や家の周囲の除雪作業を自
動的に行うことができる。家周りの道路や駐車場の融雪
には、熱機関の排ガスの熱を直接受けて蓄え放熱する放
熱体を利用することにより、オンドル形式で、排ガスの
持つ熱エネルギーを最大限有効利用することができる。
発熱体や放熱体の利用は、電力消費および熱消費のバラ
ンスを考慮しつつ、さまざまな態様で行うことができ
る。これまではコスト高で普及しにくかった融雪システ
ムも、余剰エネルギを利用することにより、低コストで
実現することができる。
【００５１】さらに本発明によるコージェネレーション
装置において、得られた電気のうちの余剰電気を商業電
力系統に逆送電（逆潮流）できる機能を有するシステム
を付加した場合には、発生エネルギが一層有効活用され
ることになる。特にガスタービン利用のコージェネレー
ション装置において発生蒸気を利用する場合には、給湯
・暖房需要がないとき、発生蒸気をガスタービンに吹き
込み、いわゆるチェンサイクルとしてガスタービンの出
力をすべて電力にする熱電可変システムとすることがで
きる。このように、発生エネルギをすべて電力とするこ
とにより、熱エネルギが不要なときに使いやすいシステ
ムとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱機関として小型の内燃機関を利用した、本発
明のコージェネレーション装置の一実施例を示す概略模
式図。
【図２】熱機関として超小型ガスタービンを利用した、
本発明のコージェネレーション装置の第２の実施例を示
す概略模式図。
【符号の説明】
１ 内燃機関、２ 発電機、３ ジャケット冷却システ
ム、４ 排ガスボイラシステム、５ ジャケット冷却
水、６ 温水、７ 排ガス、８ 温水、９ バルブ、１
０ 蓄熱装置、１１ 蓄熱体、１２ ファン装置、１３
ラジエータ、１４ファン、１５ ポンプ、１６ バル
ブ、１７ 循環ポンプ、１８ 保温型給湯用タンク、１
９ ダンパー、２０ バルブ、２１ 消音マフラー、２
２ 燃料タンク、２３ 電気、２４ 逆流防止ダイオー
ド、２５ インバータ、２６ 充放電コントローラ、２
７ 蓄電装置、２８ 太陽電池、４０ 分配バルブ、４
１サーモスタットスイッチ、４２ 開閉バルブ、４３
開閉バルブ、４４ サーモスタットスイッチ、４５ 開
閉バルブ、５０ 温水利用融雪装置、５１ オンドル式
融雪装置、５２ 蓄熱体、５３ 連係装置、１０１ 超
小型ガスタービン、１０７ 高温の排ガス、１３１ 圧
縮機、１３２ ガスタービン本体。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】熱機関と、該熱機関によって駆動される発
    電機と、 該発電機によって発生した電気を蓄えるための蓄電装置
    と、 前記熱機関からの排熱を加熱流体として回収するための
    熱交換装置と、 前記加熱流体が保有する熱を蓄えるための第１および第
    ２の蓄熱装置と、 を備え、 前記第２の蓄熱装置は、前記加熱流体が保有する熱の一
    部を温水として蓄える保温型給湯用タンクとなされてい
    る、 コージェネレーション装置。
  2. 【請求項２】前記熱機関が内燃機関であり、 前記熱交換装置が、前記内燃機関用のジャケット冷却水
    で熱を回収して前記加熱流体としての温水を得るジャケ
    ット冷却システムと、前記内燃機関の排ガスから熱を回
    収して前記加熱流体としての温水を得る排ガスボイラシ
    ステムと、を備える、 請求項１に記載のコージェネレーション装置。
  3. 【請求項３】前記ジャケット冷却システムによって得ら
    れた温水が保有する熱が、前記第１の蓄熱装置の蓄熱体
    に蓄えられるようになされており、 前記排ガスボイラシステムによって得られた温水が、前
    記保温型給湯用タンク内に蓄えられるようになされてい
    る、 請求項２に記載のコージェネレーション装置。
  4. 【請求項４】前記ジャケット冷却システムと前記第１の
    蓄熱装置との間に、前記ジャケット冷却システムによっ
    て得られた温水からの放熱を行わせるために選択的に作
    動可能なラジエータおよびファン装置が設けられてい
    る、 請求項２または３に記載のコージェネレーション装置。
  5. 【請求項５】前記ジャケット冷却水に不凍液が用いられ
    ている、 請求項２ないし４のいずれかに記載のコージェネレーシ
    ョン装置。
  6. 【請求項６】前記熱機関がガスタービンであり、 前記熱交換装置が、前記ガスタービンの排ガスから熱を
    回収して前記加熱流体を得る排ガスボイラシステムであ
    る、 請求項１に記載のコージェネレーション装置。
  7. 【請求項７】前記加熱流体が温水である、 請求項６に記載のコージェネレーション装置。
  8. 【請求項８】前記加熱流体が蒸気である、 請求項６に記載のコージェネレーション装置。
  9. 【請求項９】前記加熱流体としての温水の一部が保有す
    る熱が、前記第１の蓄熱装置の蓄熱体に蓄えられるよう
    になされており、 前記加熱流体としての温水の別の一部が、前記保温型給
    湯用タンク内に蓄えられるようになされている、 請求項７に記載のコージェネレーション装置。
  10. 【請求項１０】前記加熱流体としての蒸気の一部が保有
    する熱が、前記第１の蓄熱装置の蓄熱体に蓄えられるよ
    うになされており、 前記加熱流体としての蒸気の別の一部が保有する熱によ
    って得られた温水が、前記保温型給湯用タンク内に蓄え
    られるようになされている、 請求項８に記載のコージェネレーション装置。
  11. 【請求項１１】前記第１の蓄熱装置の蓄熱体がコンクリ
    ート製である、 請求項１ないし１０に記載のコージェネレーション装
    置。
  12. 【請求項１２】さらに太陽電池を備えている、 請求項１ないし１１のいずれかに記載のコージェネレー
    ション装置。
  13. 【請求項１３】前記発電機によって得られた電気により
    作動される発熱体おおよび前記熱交換装置によって得ら
    れた前記加熱流体が保有する熱を放熱する放熱体の少な
    くとも一方を利用した融雪システムをさらに備えてい
    る、 請求項１ないし１２のいずれかに記載のコージェネレー
    ション装置。
  14. 【請求項１４】前記熱機関からの排ガスの熱を直接受け
    て蓄え放熱する放熱体を利用した融雪システムをさらに
    備えている、 請求項１ないし１３のいずれかに記載のコージェネレー
    ション装置。
  15. 【請求項１５】前記発電機によって得られた電気のうち
    の余剰の電気を商業電力系統へと逆送電できるシステム
    をさらに備えている、 請求項１ないし１４のいずれかに記載のコージェネレー
    ション装置。
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