[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。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。used.【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。increase.【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。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。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。hand,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。as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。provided.【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。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。tank.【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。unit.【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。turbine.【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。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。water,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。tank.【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。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。cell.【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。cell.【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。engine.【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。engines.【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。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。1.【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。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。water.【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。タンクなどを採用することができる。コンクリート製の蓄熱体が好ましい。high,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。be.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。structure.【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。were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。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。performed.【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。atmosphere.【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。10へと逆流するのを防止している。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。less,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。18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。24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。side.【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。265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。side.【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。convenience.【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。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。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。supply.【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。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。embodiment.【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。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。24時間の暖房を可能にする。10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。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。40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。valve.【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。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。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。steam.【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。simplified.【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。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。directly,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。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。held.【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。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。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。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。overhaul.【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。failure.【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。needed.【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。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。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。heating.【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。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。noise.【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。percent.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。system,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。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。failure.【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。can.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。cost.【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。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。DRAWINGS【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。engine,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。コージェネレーション装置。請求項1に記載のコージェネレーション装置。請求項2に記載のコージェネレーション装置。請求項2または3に記載のコージェネレーション装置。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。請求項1に記載のコージェネレーション装置。請求項6に記載のコージェネレーション装置。請求項6に記載のコージェネレーション装置。請求項7に記載のコージェネレーション装置。請求項8に記載のコージェネレーション装置。請求項1ないし10に記載のコージェネレーション装置。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。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。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。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。