JPH04321703A - 熱併給エネルギ需給システム - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エネルギ供給手段とエ
ネルギ消費機器の使用を一体化したシステムに係り、特
に、公共事業団体の構築する都市化プランや、電力供給
事業団体の設営する配電ラインとその制御形態、あるい
はガス、水道供給ラインとその制御形態、特に熱併給発
電システム（コジェネレーション）を備えるインテリジ
ェントビルに関する。

【０００２】

【従来の技術】エネルギ供給手段とエネルギ利用機器の
使用を一体化したシステムの例として熱併給発電システ
ムを備えるインテリジェントビルを考える。

【０００３】このビルは、人間が生活、あるいは作業す
る上で必要となる電力の供給と、空調設備や給湯設備で
使用される熱の供給のなるべく多くを、ビル内に設けた
熱併給発電システムで備えるように、ビルの施工以前に
、あらかじめビル内の使用ニーズを算出し、電力や熱の
需要変動に合わせて熱併給発電システムが稼働できるよ
うに設計したものである。

【０００４】すなわち、このビルを設計する際には、ビ
ル内で生活、あるいは作業するユーザが欲する熱の使用
を、例えば、給湯あるいは空調に限定して、季節、ある
いは時間毎に予測し、需要の調査を行なう。一方、ユー
ザが使用する一般家電品や、ビルオフィス内に設置され
るＯＡ機器，照明などの電力の利用に対しても、事前に
季節、あるいは時間毎で予測し、需要の調査を行なう。 ある程度の確定された需要調査を終えた後、需要の変動
に対する稼働運転が可能であり、経済性，環境問題など
をクリアし、なるべくエネルギの消費効率が高くなるよ
うに運転される熱併給発電システムの仕様を決める。

【０００５】また同時に、熱併給発電システムの熱サイ
クルのどこの場所から熱の供給ラインを設定するか決め
、各々の供給ラインから最終的にユーザの使用できる所
に導かれる熱エネルギの熱容量，温度，継続時間はどの
くらいの量にするか限定する。この限定された熱の供給
量は、供給量を管理する中央情報処理システムにより、
常時管理が行なわれ、ユーザ側に、事前に設計した通り
の熱エネルギの供給が行なわれる。

【０００６】一方、電力の供給に至っても、熱併給発電
システムの発電機を備えた部分から、最終的にユーザの
使用できるところに導かれる電力エネルギの電圧値，電
流値，交流電流などの仕様を限定する。この限定された
電力の供給量は、供給量を管理する中央情報処理システ
ムにより、常時管理が行なわれ、ユーザ側に事前に設計
した通りの電力エネルギの供給が行なわれる。但し、電
力の供給に限っては、ビル内の総使用容量が、ビルの持
つ熱併給発電システムでは賄うないほど大きい時、民間
に電力を供給している電力会社から、電力の不足分を補
充して貰う電力供給ライン（送電線）もビルにひいてお
く。また逆に、ビルの持つ熱併給発電システムの創出す
る電力エネルギがビル内の必要使用容量を超えて、生産
される場合は、民間に電力を供給している電力会社に売
電する事もあり得る。

【０００７】そこで、図５に従来の一つのインテリジェ
ントビル内のエネルギと情報の流れの構成図を示す。１
はインテリジェントビル、３は熱併給発電システムであ
り、これら主要機器として３はコジェネ発電装置、４は
電力供給設備、５は空調設備、６は給湯設備である。ま
た、エネルギユーザとして居室８と、２，８間の情報交
換するための中央情報処理装置７がある。また、このビ
ルは電力会社から供給される電力供給ライン１３も含ま
れる。この場合、エネルギの受授は一つのビル内にクロ
ーズドした系の中で使用される。すなわち、エネルギ供
給系として、１３と３があり、エネルギ利用系として居
室８があり、これらの中間に情報伝達のための中央情報
処理装置７が設けられており、エネルギ供給量の過不足
等の調整はコジェネ発電装置３の運転負荷調整に依存す
る点が問題となる。

【０００８】また、図６に従来の熱併給発電システムの
基本フローを示す。構成として、２０はエネルギ発生装
置（例えば、ガスエンジン，ディーゼルエンジン，ガス
タービン）、２１は発電機であり、エネルギ発生のため
には空気圧縮機２７と燃料を供給するライン３１が必要
である。これらエネルギ発生装置からの熱回収用にジャ
ケット水熱交換器２２，排ガス熱交換器２３も設け、こ
れら構成要素を総称して熱併給発電システムと扱う。そ
こで、二つの熱回収用熱交換器を介して温水循環系を構
成し、熱併給のメリットとして吸収式冷凍機２５から空
調設備へ冷房熱３５が供給され、温水用熱交換器２６か
ら暖房設備へ給湯熱３６が供給される。このように、従
来の熱併給方式であると、低温水流れはヘッダへ集めら
れ、各階へ冷房用として冷熱が供給される。同様に、温
水流れもヘッダへ集められ、各階へ暖房用として給湯・
供給される。すなわち、これら各ヘッダでは各々の熱の
バファタンクとしての機能を有せず、初期の設計条件に
基づいて各フロアに連続的に供給されるため、熱エネル
ギの過不足が生ずるとコジェネ発電装置の運転調整を行
って対応する短所を持つ。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この従来の方法では、
次のような課題がある。

【００１０】すなわち、電力や熱の供給は、ビルの施工
前に設計された一定の許容供給範囲内で行なわれるため
、このビル内で生活、あるいは作業するユーザは、ビル
内に設置された熱併給発電システムから創出される電力
や、熱の供給などの供給量を超えた使用を求めた際、供
給量を制御している中央管理処理システムに取り組まれ
たソフトウエアの設定値の変更から、エネルギを創出す
る側からユーザが使用する側まで結ぶ供給ラインの見直
し、また、ユーザの使用できる電力などの容量を限定し
ているブレーカの設定の変更などをしなければならない
。

【００１１】あるいは制限された供給容量をより大きく
更新するために、ビル内に設けられた熱や電力の供給ラ
インとは全く別の供給手段である新たな供給ラインを増
設する必要がある。

【００１２】また、このビル内で生活、あるいは作業す
るユーザは、エネルギ供給設備における電力や熱の供給
などは、一定の限られた質のエネルギ供給が制限されて
いる。例えば、電力の使用に限り説明すれば、エネルギ
利用機器として一般家電品を使う場合、家電品はコンセ
ンサを通じて電力を得るが、コンセンサから取り出せる
電力は交流で、１５Ａ−１２５Ａなどと決まっており、
仮に使用する家電品が直流で使用しなければならない時
は、家電品側かあるいはコンセンサと家電品の電気コー
ドの間にＡＣ／ＤＣコンバータを取り付ける必要がある
。

【００１３】このように従来の方法は、エネルギ供給設
備の供給における制御が固定されたものであったため、
ユーザの自由な需要に答え難いものであった。

【００１４】本発明の主な目的は、エネルギ供給設備の
供給システムに対して、自由度の高い柔軟な制御ができ
、かつユーザの求める多くの異なった需要に応えるエネ
ルギ需給システムを提供することにある。

【００１５】本発明の他の目的は、エネルギを利用する
ユーザにとって、安価に特に熱エネルギ利用機器の消費
するエネルギが供給される熱エネルギ需給システムを提
供することにある。

【００１６】本発明のさらに他の目的は、エネルギ供給
設備に負担が掛からず、総合エネルギの消費効率が増す
需給システムを提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のエネルギ需給システムは、エネルギ供給手段とエネル
ギを利用する機器間で、従来行なわれていなかった各々
のエネルギに係わる様々な情報をやり取りし、その情報
のうち需要に対する供給量の一致をいち早く選定して、
エネルギ利用機器に見合ったエネルギを速やかに供給す
るという着想に基づき考案されたものである。

【００１８】そこで、本発明によれば、複数の独立した
熱併給発電設備と電気及び熱エネルギ利用機器において
、各々の発電設備に冷熱及び湯熱プール機器と各々のプ
ール機器間に冷熱及び湯熱輸送系、すなわち流体駆動機
器と熱輸送管、または、ヒートパイプ等を設け、さらに
各々の電気及び熱エネルギに関する情報を交換する手段
とこれら情報を選定及び判断する手段を設け、これら情
報の選定及び判断する手段の信号に基づき、電気及び冷
温熱エネルギを需給し、各々のエネルギ利用端で熱の過
不足が無いように、しかもエネルギ総合効率が向上する
熱併給エネルギ需給システムが提供される。

【００１９】

【作用】前述のエネルギ需給システムを用いれば、単に
、エネルギ利用機器の使用しているエネルギ容量だけで
なく、エネルギの利用に係わるエネルギの種類，質，量
，使用時間及びそれらの程度という情報がエネルギの情
報をやり取りする手段によって、ひとつのエネルギ利用
機器に関する需要の情報値としてエネルギを選定する手
段に取り入れられる。一方、エネルギ供給設備の側もど
の様な種類のエネルギがあり、その質，量，供給時間は
どの程度かという情報をエネルギの情報をやり取りする
手段によって、エネルギを選定する手段に取り入れられ
る。そこで、エネルギを選定する手段は、情報値を比較
するソフトウエアによって、新たな需要に対する供給量
を捜し出し、需要に対するある供給量の状態が見合うも
ので有れば、エネルギを供給するラインに設けられたエ
ネルギ供給量を調節する可変バルブのようなものに対し
、制御シグナルを送り、需要に見合った所定のエネルギ
供給が行なわれる。

【００２０】また、本発明の熱エネルギ需給システムの
エネルギの情報をやり取りする手段とエネルギを供給す
るラインの構成のうち、エネルギを創出する手段を含ま
ず、エネルギ利用機器間で情報や、排出あるいは余剰の
エネルギをやり取りする手段を設ければ、エネルギ利用
機器はその需要の情報によっては、特にエネルギを創出
する手段からエネルギが供給されなくとも、稼働できる
。

【００２１】また、本発明のエネルギ需給システムのエ
ネルギの情報をやり取りする手段とエネルギを供給する
ラインの構成のうち、複数の独立した供給設備といくつ
かのエネルギ利用機器にまたがって設定されれば、より
多くのエネルギに係わる情報の選択が可能になる。また
、従来排出あるいは余剰であったエネルギが、エネルギ
消費効率よく使用され安くなる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１及び図２を用
いて説明する。

【００２３】図１は本発明を含む二つのインテリジェン
トビルにおける電気及び熱エネルギの流れと情報の流れ
を示す全体構成図であり、図２はこれらビル間での熱エ
ネルギの受授と流れを示す構成図である。

【００２４】図１において、二つのインテリジェントビ
ルＡとＢを考える。以下、ビルＡは記号ａでビルＢは記
号ｂで示す。まず、構成として、１はインテリジェント
ビル、２は熱併給発電システムであり、これらの主要機
器として３はコジェネ発電装置、４は電力供給設備、５
は空調設備、６は給湯設備がある。また、各ビル内には
エネルギ利用機器を設置した居室８と、当該２，８間の
情報交換するための中央情報処理装置７を含む。以上、
１から８までは各ビルＡ，Ｂともに備えられる。そして
、このインテリジェントビル間に、電力エネルギ供給ラ
イン９，冷房熱エネルギ供給ライン１０，暖房熱エネル
ギ供給ライン１１及び情報伝達ライン１２を設ける。 また、各々のビルには電力供給会社の電力供給ライン１
３が含まれてもよい。

【００２５】次に、動作について説明する。まず、イン
テリジェントビルＡの居室８ａにおいて、エネルギ利用
機器を使用しているものと考える。ここで、使用してい
るエネルギは従来より電力会社から供給される電気エネ
ルギ１３と当該ビルＡ内で創出する熱併給発電システム
２ａから供給される電気エネルギ９、同様に空調設備５
ａから供給される冷房用熱エネルギ１０及び給湯設備か
ら供給される暖房熱エネルギ１１である。以上三種のエ
ネルギは全てコジェネ発電装置３ａから創出される。こ
こで、居室８ａ内で快適あるいは適正なエネルギ利用状
態から各種エネルギの質，量の不足が生じた場合、居室
８ａから中央情報処理装置７ａへ上記情報を伝達し、こ
れらエネルギ不足を補うために同じビルＡ内のコジェネ
発電装置３ａへ情報伝達することはもちろん、すぐ隣り
に隣接するビルＢ内の中央情報処理装置７ｂへも上記情
報を伝達し、ビルＢ内で起動中のコジェネ発電装置３ｂ
の負荷余裕があればビルＢから各ビル間の電力供給設備
４ａ，４ｂ間で電気エネルギ９、また各空調設備５ａ，
５ｂ間で冷房熱エネルギ１０、また各給湯設備６ａ，６
ｂ間で暖房熱エネルギ１１を交互にやり取りし、一つの
ビル内でのエネルギ不足を解消することができる。また
、この逆で、他のビルで各種エネルギの余剰分が発生し
た時には各々のビル間で情報交換を行い、エネルギ不足
を生じているビルへ必要なエネルギを輸送することも可
能である。このように、複数のビル間でコジェネ発電装
置から供給される電気エネルギと同時に、各ビルに設け
た冷熱プール及び温熱プールの熱エネルギを隣接するビ
ルへ送ることにより、各々の熱及び発電を含むエネルギ
総合効率が向上し、各地域内で電力及び熱の有効利用が
図れる。

【００２６】本発明を具体的に行なうための構成及び動
作を図２を用いて説明する。図２は図１の構成図を特に
熱輸送を中心に示した構成図であるため、情報伝達系を
もつている。例えば一つの例として、ビルＡの地下１４
に空調設備として冷熱プール機器５ａ，給湯設備として
温熱プール機器６ａを設ける。一方、ビルＢにも同様に
冷熱プール機器５ｂ，温熱プール機器６ｂを設ける。そ
して、ビルＡ，Ｂ間の冷熱プール機器間に冷房熱エネル
ギ供給ライン１０と冷熱駆動機器１０ａを、温熱プール
機器間に暖房熱エネルギ供給ライン１１と温熱駆動機器
１１ａを設ける。これら熱輸送系を用いることにより、
各ビル間の冷熱プールあるいは温熱プール間の熱ポテン
シャルの高い方から低い方へ熱輸送することにより、各
ビルの熱エネルギ負荷のアンバランスを解消するように
熱エネルギの不足するビルへ熱エネルギを供給すること
ができる。ここで、冷熱及び温熱プール機器はビルの一
階，地下，地面の中のどこへ設置してもよい。また、冷
熱あるいは温熱駆動装置１０ａ，１１ａは一般に流体輸
送用汎用ポンプを用いてもよい。

【００２７】次に、本発明の他の実施例を説明する。図
３は図２の冷熱駆動機器１０ａと冷房熱エネルギ供給ラ
イン１０の代わりに冷熱輸送用ヒートパイプ１５，温熱
駆動機器１１ａと暖房熱エネルギ供給ライン１１の代わ
りに暖熱輸送用ヒートパイプ１１を設けたものである。 この場合のメリットは、流体駆動装置が不用となり、ま
た地下を断熱材代わりに用いられるため、各々の冷・温
熱輸送効率が向上する。

【００２８】また、本発明の他の実施例として、図４は
各々のビルを設置された各々の冷熱及び温熱プール機器
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを一体とし、各ビルからの冷熱
エネルギは冷熱プール機器５，温熱エネルギは温熱プー
ル機器６に集める。この場合、上記と同様に流体駆動装
置等が不要となり、各ビル間の冷・温熱管理が集中的に
行われるので制御が不用となる長所がある。

【００２９】ここで、冷熱及び温熱プール機器を単なる
熱交換用チャンバとしての機能以外に、蓄冷材または蓄
熱材を入れた蓄熱機能を有しても良い。さらに、適正温
度に設定するために補助用過冷却装置または補助用加熱
装置を設けることもある。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、エネルギに係わる情報
をやり取りすることが可能となり、特に熱エネルギ供給
設備の供給システムに対して、自由度の高い柔軟な制御
ができ、かつユーザの求める多くり異なった需要に応え
ることができる。また、熱エネルギを利用するユーザに
とって、安価にエネルギ利用機器の消費するエネルギが
供給される。また、熱エネルギ供給設備に負担が掛から
ず、エネルギの消費効率が増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の二つのインテリジェントビ
ル間を結ぶ電気，冷房，暖房エネルギの流れと情報伝達
の流れを示すブロック図。

【図２】本発明の他の実施例を示すブロック図。

【図３】本発明の他の実施例を示すブロック図。

【図４】本発明の他の実施例を示すブロック図。

【図５】従来のインテリジェントビル内のエネルギと情
報の流れを示すブロック図。

【図６】従来の熱併給発電システムの基本フローチャー
ト。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…インテリジェントビル、２ａ，２ｂ…ビル
の熱併給発電システム、３ａ，３ｂ…ビルのコジェネ発
電装置、４ａ，４ｂ…ビルの電力供給設備、５ａ，５ｂ
…ビルの空調設備、６ａ，６ｂ…ビルの給湯設備、７ａ
，７ｂ…ビルの中央情報処理装置、８ａ，８ｂ…ビル内
居室、９…電力エネルギ供給ライン、１０…冷房熱エネ
ルギ供給ライン、１１…暖房熱エネルギ供給ライン、１
２…情報伝達ライン、１３…電力供給会社の電力供給ラ
イン。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の独立した熱併給発電設備と電気及び
   熱エネルギ利用機器において、各々の発電設備に冷熱及
   び温熱プール機器と各々のプール機器間に冷熱及び温熱
   輸送系を設け、さらに各々の電気及び熱エネルギに関す
   る情報を交換する手段と前記情報を選定及び判断する手
   段を設け、前記情報の選定及び判断する手段の信号に基
   づき、電気及び冷温熱エネルギを供給することを特徴と
   する熱併給エネルギ需給システム。
2. 【請求項２】請求項１における前記温熱輸送系に各々冷
   熱及び温熱循環駆動機器と熱輸送管を設けた熱併給エネ
   ルギ需給システム。
3. 【請求項３】請求項１における前記温熱輸送系に各々冷
   熱及び温熱用ヒートパイプを設けた熱併給エネルギ需給
   システム。
4. 【請求項４】請求項１における各々の前記冷熱及び温熱
   プール機器を一つに集合させて各機器間の熱輸送系を除
   いた熱併給エネルギ需給システム。
5. 【請求項５】請求項１，２，３または４における前記冷
   熱プール機器内に蓄冷材、温熱プール機器内に蓄熱材を
   設けた熱併給エネルギ需給システム。
6. 【請求項６】請求項１，２，３，４または５における前
   記冷熱プール機器に補助用過冷却装置、温熱プール機器
   に補助用加熱装置を設けた熱併給エネルギ需給システム
   。