JPH01106962A - 排熱利用システムの制御装置 - Google Patents

排熱利用システムの制御装置

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JPH01106962A
JPH01106962A JP62264948A JP26494887A JPH01106962A JP H01106962 A JPH01106962 A JP H01106962A JP 62264948 A JP62264948 A JP 62264948A JP 26494887 A JP26494887 A JP 26494887A JP H01106962 A JPH01106962 A JP H01106962A
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heat
heat exchanger
regulating valve
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E20/14Combined heat and power generation [CHP]
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、内燃機関の冷却熱量および排気熱量をそれぞ
れ第1の熱交換器および第2の熱交換器によって熱回収
する排熱利用システムにおいて、内燃機関によって駆動
される発電機の出力および第2の熱交換器出口の流体の
蒸気圧がそれぞれ設定値となるように制御する排熱利用
システムの制御装置に関する。
(従来の技術) 一般に内燃機関の排熱を利用する排熱利用システムは、
上記排熱を熱交換器によって流体(水)に吸収させて流
体を蒸気に変え、この蒸気の熱エネルギーを蓄熱器に蓄
えて熱負荷装置により適時外部に取り出して利用するシ
ステムである。この排熱利用システムの蓄熱制御として
は、従来蓄熱器に蓄えられる蒸気の圧力が一定となるよ
うに二次系の熱交換器出口の蒸気圧力の検出値に基づい
て上記熱交換器入口の給水流量を給水流量制御弁により
制御している。
(発明が解決しようとする問題点) したがって、内燃機関の負荷が変動する場合は、−次系
の排気ガス流量が変動すること、および二次系の熱交換
器出口の蒸気圧力に基づいて給水流量制御弁の制御が行
われることにより熱交換器の熱交換効率が低下し、熱交
換熱量が減少するという問題点があった。また、−次系
の排気ガス流量変動に伴い、熱交換器の二次遅れ原因に
より熱交換熱量が実質上減少し、二次系の熱交換器出口
の蒸気圧力が設定値に対して変動するという問題点があ
る。
本発明は、上記問題点を考慮してなされたものであって
、内燃機関の負荷が変動する場合でも熱交換器の熱交換
効率の低下を防止し、かつ二次系の熱交換器出口の蒸気
圧力が設定値となるように制御することのできる、排熱
利用システムの制御装置を提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 本発明は、内燃機関と、この内燃機関によって駆動され
る発電機と、内燃機関に供給される燃料の流量を調整す
る燃料流量調整弁と、流体供給ポンプと、この流体供給
ポンプによって供給される熱媒流体の流量を調整する流
体流量調整弁と、流体供給ポンプによって供給される熱
媒流体を内燃機関を冷却する冷却媒体と熱交換させる第
1の熱交換器と、この第1の熱交換器によって熱交換さ
れた熱媒流体を更に内燃機関の排気ガスと熱交換させ蒸
気に変える第2の熱交換器と、この第2の熱交換器によ
って熱交換された熱媒流体を蒸気として貯蔵する蓄熱器
とを備えている排熱利用システムに用いられ、燃料流量
調整弁および流体流量調整弁の弁開度を調整することに
より発電機の出力および第2の熱交換器によって熱交換
された熱媒流体の蒸気圧力がそれぞれ設定値となるよう
に制御する排熱利用システムの制御装置において、燃料
流量調整弁によって調整された燃料の流量の検出値に基
づいて発電機の出力を推定する出力推定手段と、この出
力推定手段によって推定された出力値と対応する設定値
との偏差に基づいてPID動作を行い偏差が零となる燃
料流量調整弁の弁開度を演算する第1のPID要素と、
第1の熱交換器の出口および入口の熱媒流体の温度の検
出値に基づいてその差を演算する第1の加算手段と、第
2の熱交換器の出口および入口の排気ガス温度の検出値
に基づいてその差を演算する第2の加算手段と、第2の
熱交換器出口の蒸気圧力の検出値と対応する設定値との
偏差に基づいて、PID動作を行い偏差が零となる流体
流量調整弁の弁開度を演算する第2のPID要素と、第
1のPID要素の出力および第1の加算手段の出力なら
びに第2の加算手段の出力に基づいて流体流量調整弁の
弁開度の修正量を演算するる修正量演算手段と、この修
正量演算手段の出力および第2のPID要素の出力の和
を演算する第3の加算手段と、第1のPID要素の出力
に基づいて燃料流量調整弁の弁開度を制御する第1の弁
開度制御手段と、第3の加算手段の出力に基づいて流体
流量調整弁の弁開度を制御する第2の弁開度制御手段と
を設けたことを特徴とする。
(作 用) このように構成された本発明による排熱利用システムの
制御装置において、燃料流量調整弁によって調整された
燃料の流量の検出値に基づいて発電機の出力が出力推定
手段によって推定され、この推定された発電機出力と対
応する設定値との偏差に基づいて、第1のPID要素に
よってPID動作が行われ、偏差が零となる燃料流量調
整弁の弁開度が演算される。
一方、第2の熱交換器出口の蒸気の圧力の検出値と対応
する設定値との偏差に基づいて、第2のPID要索によ
ってPID動作が行われ、偏差が零となる流体流量調整
弁の弁開度が演算される。
また、第1の熱交換器出口および入口の熱媒流体の温度
の検出値に基づいて、その差が第1の加算手段によって
演算される。第2の熱交換器の出口および入口の排気ガ
ス温度の検出値に基づいて、その差が第2の加算手段に
よって演算される。そして、第1のPID要素の出力、
および第1の加算手段の出力、ならびに第2の加算手段
の出力に基づいて流体流量調整弁の弁開度の修正量が修
正量演算手段によって演算される。この修正量演算手段
の出力と笥2のPID要素の出力の和が第3の加算手段
によって演算される。そして第1のPID要素の出力に
基づいて、燃料流量調整弁の開度が第1の弁開度制御手
段によって制御され、第3の加算手段の出力に基づいて
、流体流量調整弁の弁開度が第2の弁開度制御手段によ
って制御される。
以上述べたことから本発明によれば、内燃機関の負荷が
変動しても、この負荷変動に応じた流体流量調整弁の弁
開度が演算され、この演算された弁開度となるように流
体流量調整弁が制御されることにより、熱交換器の熱交
換効率の低下を防止することができるとともに、二次系
の熱交換器出口の蒸気圧力が設定値となるように制御す
ることができる。
(実施例) 第2図に本発明による制御装置20が用いられる排熱利
用システムの系統を示す。第2図において回収タンク1
6に蓄えられた低温(約30℃)の水が本発明にいう流
体として給水ポンプ17によって給水流量調整弁18を
介して熱交換器7に送られ、発電機2を駆動する内燃機
関として設けられているディーゼルエンジン1の冷却水
(約60〜80℃)と熱交換され、高温水(約50〜7
0℃)になる。この高温水は熱交換器13に送られ、デ
ィーゼルエンジン1の排気ガスと熱交換させられて約1
20〜150℃の蒸気となり、蓄熱タンク14に蓄えら
れる。蓄熱タンク14に蓄えられた蒸気の熱エネルギー
が熱負荷装置15によって外に取り出されると、蒸気が
低温水(約30℃)に変り、回収タンク16に送られる
。そして前述したことが繰り返される。
なお、給水、ポンプ17によって熱交換器7に送られる
低温水の温度が温度検出器6によって検出され、熱交換
器7の出口の高温水の温度が温度検出器8によって検出
される。そして熱交換器13の出口の蒸気の圧力が圧力
検出器9によって検出される。また、熱交換器13の人
口および出口の排気ガス温度が温度検出器10および1
2によってそれぞれ検出される。
一方デイーゼルエンジン1に供給される燃料の流量が燃
料流量調整弁3によって調整され、この調整された流量
が流量検出器4によって検出される。そして流量検出器
4、温度検出器6,8、圧力検出器9および温度検出器
10.12の出力に基づいて、発電機2の出力および熱
交換器13の出口の蒸気の圧力がそれぞれ設定値となる
ように燃料流量調整弁3および給水流量調整弁18の弁
開度が制御装置20によって制御される。
制御装置の一実施例を第1図に示す。この実施例の制御
装置20は、出力推定回路21と、減算器22と、PI
D調節計23と、温度−電流変換器24,25.26.
27と、減算器28と、加算器29.30と、PID調
節計31と、修正量演算回路32と、加算器33と、電
空変換器34゜35とを有している。出力推定回路21
は、流量検出器4の検出値に基づいて発電機2の出力を
推定する。減算器22は出力推定回路21によって推定
された発電機2の出力と設定値との偏差を演算する。P
ID調節計23は、PID動作を行い、減算器22によ
って演算された偏差が零となる燃料流量調整弁3の弁開
度を演算する。温度−電流変換器24,25,26.お
よび27は、それぞれ温度検出器6.8. 10および
12の検出信号を電流信号(4〜20mA  DC)に
変換する。
減算器28は、圧力検出器9によって検出された熱交換
器13の出口の蒸気圧力と圧力設定値との偏差を演算す
る。加算器29は、温度−電流変換器25の出力と温度
−電流変換器24の出力の差、すなわち熱交換器7の出
口の高温水の温度と熱交換器7の入口の低温水の温度と
の温度差を演算する。加算器30は、温度−電流変換器
27の出力と温度−電流変換器26の出力の差、すなわ
ち熱交換器13の出口および入口の排気ガス温度の温度
差を演算する。PID調節計31は、PID動作を行い
、減算器28によって演算された偏差が零となる給水流
量調整弁18の弁開度を演算する。
一方、修正量演算回路32は、PID調節計23の出力
、および加算器29の出力、ならびに加算器30の出力
に基づいて給水流量調整弁18の弁開度の修正量を演算
する。そして加算器33は、PID調節計31の出力と
修正量演算回路の出力の和、すなわち給水流量調整弁1
8の修正された弁開度を演算する。電空変換器34は、
PID調節計23の出力を空気信号(0,2〜1、 0
kg/cシ)に変換し、電空変換器35は、加算器33
の出力を空気信号に変換する。そして、燃料流量調整弁
3は、電空変換器34の出力に基づいて、その弁開度が
制御され、給水流量調整弁18は、電空変換器35の出
力に基づいて、その弁開度が制御される。
次に作用を説明する。流量検出器4によって検出された
ディーゼルエンジン1に供給される燃料の流量に基づい
て、ディーゼルエンジン1によって駆動される発電機2
の出力が出力推定回路21によって推定される。この出
力推定回路21によって推定された発電機2の出力と設
定値との偏差が減算器22によって演算される。この演
算された偏差に基づいて、PID調節計23によってP
ID動作が行われ、偏差が零となる燃料流量調整弁3の
弁開度が演算される。この演算された弁開度は、電空変
換器34によって空気信号に変換される。そして、この
空気信号に基づいて燃料流量調整弁3の弁開度が調整さ
れ、発電機2の出力が設定値となるように制御される。
一方、温度検出器6.8. 10、および12の検出値
は、それぞれ温度−電流変換器24,25゜26、およ
び27によって電流信号に変換される。
そして、温度−電流変換器25の出力と温度−電流変換
器24の出力との差が加算器29によって演算され、温
度−電流変換器27の出力と温度−電流変換器26の出
力との差が加算器30によって演算される。また、圧力
検出器9によって検出された熱交換器13の出口の蒸気
圧力と圧力設定値との偏差が減算器28によって演算さ
れ、この偏差に基づいてPID調節計31によってPI
D動作が行われ、偏差が零となる給水流量調整弁18の
弁開度が演算される。そして、Pより調節計23の出力
および加算器29の出力、ならびに加算器30の出力に
基づいて、給水流量調整弁18の弁開度の修正量が修正
量演算回路32によって演算される。この修正量演算回
路32の出力とPID調節計31の出力との和が加算器
33によって演算される。この演算された和、すなわち
給水流量調整弁18の修正された弁開度は電空変換器3
5によって空気信号に変換される。そして、この空気信
号に基づいて、給水流量調整弁18の弁開度が調整され
、熱交換器13の出口の蒸気圧力が設定値となるように
制御される。
以上述べたことにより、本実施例によれば、ディーゼル
エンジン1の負荷が変動する場合でも熱交換器7および
熱交換器13の熱交換効率の低下を防止し、かつ熱交換
器13の出口の蒸気圧力が設定値となるように制御する
ことができる。
なお、実施例では内燃機関としてディーゼルエンジンの
場合について説明したが、本発明はこれに拘束されるも
のではなく、ガスエンジン等の場合も本発明に含まれる
ことはいうまでもない。
〔発明の効果〕
本発明によれば内燃機関の負荷が変動する場合でも熱交
換器の熱交換効率の低下を防止し、かつ二次系の熱交換
器出口の蒸気圧力が設定値となるように制御することの
できる排熱利用システムの制御装置を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による排熱利用システムの制御装置の一
実施例を示すブロック図、第2図は本発明による制御装
置が用いられる排熱利用システムの系統図である。 1・・・ディーゼルエンジン、2・・・発電機、3・・
・燃料流量調整弁、4・・・流量検出器、6,8,10
゜12・・・温度検出器、7・・・熱交換器、9・・・
圧力検出器、13・・・熱交換器、14・・・蓄熱タン
ク、15・・・熱負荷装置、16・・・回収タンク、1
7・・・給水ポンプ、18・・・給水流量調整弁、20
・・・制御装置、21・・・出力推定回路、22・・・
減算器、23・・・PID調節計、24,25,26.
27・・・温度−電流変換器、28・・・減算器、29
.30・・・加算器、31・・・PID調節計、32・
・・修正量演算回路、33・・・加算器、34.35・
・・電空変換器。 出願人代理人  佐  藤  −雄 L、−−J

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 内燃機関と、この内燃機関によって駆動される発電機と
    、前記内燃機関に供給される燃料の流量を調整する燃料
    流量調整弁と、流体供給ポンプと、この流体供給ポンプ
    によって供給される熱媒流体の流量を調整する流体流量
    調整弁と、前記流体供給ポンプによって供給される熱媒
    流体を前記内燃機関を冷却する冷却媒体と熱交換させる
    第1の熱交換器と、この第1の熱交換器によって熱交換
    された熱媒流体を更に前記内燃機関の排気ガスと熱交換
    させ蒸気に変える第2の熱交換器と、この第2の熱交換
    器によって熱交換された熱媒流体を蒸気として貯蔵する
    蓄熱器とを備えている排熱利用システムに用いられ、前
    記燃料流量調整弁および流体流量調整弁の弁開度を調整
    することにより前記発電機の出力および前記第2の熱交
    換器によって熱交換された熱媒流体の蒸気圧力がそれぞ
    れ設定値となるように制御する排熱利用システムの制御
    装置において、 前記燃料流量調整弁によって調整された燃料の流量の検
    出値に基づいて前記発電機の出力を推定する出力推定手
    段と、この出力推定手段によって推定された出力値と対
    応する設定値との偏差に基づいてPID動作を行い偏差
    が零となる前記燃料流量調整弁の弁開度を出力する第1
    のPID要素と、前記第1の熱交換器の出口および入口
    の熱媒流体の温度の検出値に基づいてその差を演算する
    第1の加算手段と、前記第2の熱交換器の出口および入
    口の排気ガス温度の検出値に基づいてその差を演算する
    第2の加算手段と、前記第2の熱交換器出口の蒸気圧力
    の検出値と対応する設定値との偏差に基づいて、PID
    動作を行い前記偏差が零となる前記流体流量調整弁の弁
    開度を出力する第2のPID要素と、前記第1のPID
    要素の出力および第1の加算手段の出力ならびに第2の
    加算手段の出力に基づいて前記流体流量調整弁の弁開度
    の修正量を演算する修正量演算手段と、この修正量演算
    手段の出力および前記第2のPID要素の出力の和を演
    算する第3の加算手段と、前記第1のPID要素の出力
    に基づいて前記燃料流量調整弁の弁開度を制御する第1
    の弁開度制御手段と、前記第3の加算手段の出力に基づ
    いて前記流体流量調整弁の弁開度を制御する第2の弁開
    度制御手段とを設けたことを特徴とする排熱利用システ
    ムの制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05280304A (ja) * 1992-03-31 1993-10-26 Toshiba Corp 熱電併給装置
JP2010190140A (ja) * 2009-02-19 2010-09-02 Takagi Ind Co Ltd 排熱回収方法、排熱回収装置及びコジェネレーションシステム

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