JP2002022274A - 排熱回収システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡素でコンパクトであり、しかも安全
に安定した給湯が可能な排熱回収システムを提供する。 【解決手段】 排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて
熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器２と、加熱された熱
媒と水との間で熱交換を行わせて水を加熱する水加熱用
熱交換器４とを備え、加熱された水を給湯や空調管理に
利用する排熱回収システムにおいて、温度センサＴＳ２
の検出結果から、熱媒の温度が上昇することが検知され
ると、三方切換弁Ｖ２を作動させ、排熱回収用熱交換器
２に導入すべき排ガスを排熱回収用熱交換器２への導入
前に排出する。これにより、排熱回収用熱交換器２にお
いては給湯に必要な分の熱エネルギーだけが回収され、
余計な熱エネルギーは排熱回収用熱交換器２に導入され
る前に大気中に排出されるので、従来のような冷却設備
が不要になる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１ 】 【発明の属する技術分野】本発明は、天然ガスや石油等
を燃料とする駆動源により発電機を駆動する際に駆動源
から発生する排熱を利用して給湯や空調管理を行う排熱
回収システムに関する。 【０００２ 】 【従来の技術】オフィスビルや商業施設等の比較的小規
模なエリアにおいて、ガスや石油等を燃料とする駆動源
により発電機を駆動し、自らが使用する電力を自給する
システムを採用することがある。特に近年では、発電機
の駆動源に都市ガスや石油等を燃料として低燃費、低騒
音で駆動される小型のガスタービンが採用されるように
なり、汎用性が高まったことで上記システムが注目され
るようになっている。 【０００３ 】ところで、上記のような電力自給システ
ムには、発電機を駆動する際に駆動源から発生する排熱
を利用して同エリア内での給湯や空調を行う排熱回収シ
ステムが併設されることが多い。その一例を図１１に示
す。図において、符号１０１はガスタービン、１０２は
排熱回収用熱交換器、１０３は貯湯槽、１０４は給湯
栓、１０５は給水タンク、１０６は給湯温度調節用熱交
換器、１０７は冷却塔、である。ガスタービン１０１と
排熱回収用熱交換器１０２とは排ガス導入管１０８によ
って接続されており、さらに排熱回収用熱交換器１０２
には水を加熱した排ガスを排出する排気塔１０９が設け
られている。 【０００４ 】排熱回収熱交換器１０２と貯湯槽１０３
とは水（湯）を循環させる閉じた系を構成する一次配管
１１０によって接続されている。また、貯湯槽１０３と
給湯栓１０４、給湯温度調節用熱交換器１０６は湯を循
環させる閉じた系を構成する二次配管１１１によって接
続されている。給水タンク１０５は二次配管１１１に給
水管１１２によって接続されている。さらに、給湯温度
調節用熱交換器１０６と冷却塔１０７とは冷媒としての
水を循環させる閉じた系を構成する冷媒配管１１３によ
って接続されている。 【０００５ 】上記排熱回収システムでは、ガスタービ
ン１０１の排熱は排熱回収用熱交換器１０２に導入され
て貯湯槽１０３を通じて排気されるが、排熱回収熱用交
換器１０２において一次配管を循環する水と熱交換を行
ってこれを加熱する。排熱回収用熱交換器１０２におい
て加熱された水（湯）は貯湯槽１０３に流入する。貯湯
槽１０３の水（湯）は二次配管１１１を循環し、給湯栓
１０４が開かれると系外に流出して利用される。貯湯槽
１０３内の水（湯）の残量が少なくなったら給水タンク
１０５から適宜給水が実施される。 【０００６ 】ところで、上記排熱回収システムにおい
ては、二次配管１１１を循環する水（湯）の利用が少な
いと、系内の温度が過度に上昇してしまう。そこで、こ
ういった場合を含めて給湯温度調節用熱交換器１０６に
おいて余剰の熱エネルギーを回収し、冷却塔１０７で大
気中に放出するようになっている。 【０００７ 】 【発明が解決しようとする課題】上記排熱回収システム
では、給湯温度調節用熱交換器１０６や冷却塔１０７に
よって構成される冷却設備を必要とすることにより、当
該システム全体が複雑かつ大掛かりになってしまい設置
に際してコストが嵩む、といったことが問題となってい
る。 【０００８ 】本発明は上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、構造が簡素でコンパクトであり、しかも安定
した給湯が可能な排熱回収システムを提供することを目
的としている。 【０００９ 】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、次のような構成の排熱回収システムを
採用する。すなわち、本発明に係る請求項１記載の排熱
回収システムは、発電機を駆動する際に駆動源から発生
する排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて前記熱媒を
加熱する排熱回収用熱交換器と、加熱された前記熱媒と
水との間で熱交換を行わせて前記水を加熱する水加熱用
熱交換器とを備え、加熱された前記水を給湯や空調管理
に利用する排熱回収システムであって、前記排熱回収用
熱交換器に導入すべき前記排ガスを前記排熱回収用熱交
換器への導入前に排出する排気手段と、前記熱媒の温度
を検出する第１の温度検出手段と、該第１の温度検出手
段の検出結果に基づいて前記排気手段を作動させる第１
の制御手段とを備えることを特徴とする。 【００１０ 】この排熱回収システムにおいては、熱媒
の温度を常時検出しておき、熱媒の温度が上昇したら排
気手段を作動させ、排熱回収用熱交換器に導入すべき排
ガスを導入前に大気中に排出する。これにより、排熱回
収用熱交換器においては給湯に必要な分の熱エネルギー
だけが回収され、余計な熱エネルギーは排熱回収用熱交
換器に導入される前に大気中に排出されるので、従来の
ような冷却設備が不要になる。 【００１１ 】請求項２記載の排熱回収システムは、発
電機を駆動する際に駆動源から発生する排ガスと熱媒と
の間で熱交換を行わせて前記熱媒を加熱する排熱回収用
熱交換器と、加熱された前記熱媒と水との間で熱交換を
行わせて前記水を加熱する水加熱用熱交換器とを備え、
加熱された前記水を給湯や空調管理に利用する排熱回収
システムであって、前記水の温度を検出する第２の温度
検出手段と、前記水を追加熱する加熱手段と、前記第２
の温度検出手段の検出結果に基づいて前記加熱手段を作
動させる第２の制御手段とを備えることを特徴とする。 【００１２ 】この排熱回収システムにおいては、水加
熱用熱交換器に導入される水の温度を常時検出してお
き、水の温度が低下したら加熱手段を作動させ、水加熱
用熱交換器において加熱された水を追加熱する。これに
より、システム起動直後のように排熱から必要な熱エネ
ルギーを回収できていない場合においても、給湯や空調
管理が安定して行えるようになる。 【００１３ 】請求項３記載の排熱回収システムは、発
電機を駆動する際に駆動源から発生する排ガスと熱媒と
の間で熱交換を行わせて前記熱媒を加熱する排熱回収用
熱交換器と、加熱された前記熱媒と水との間で熱交換を
行わせて前記水を加熱する水加熱用熱交換器とを備え、
加熱された前記水を給湯や空調管理に利用する排熱回収
システムであって、前記排熱回収用熱交換器において加
熱された前記熱媒を一時的に貯留するバッファタンクを
備え、該バッファタンクが大気中に開放されていること
を特徴とする。 【００１４ 】この排熱回収システムにおいては、バッ
ファタンクが大気開放されていることにより、排熱回収
用熱交換器やバッファタンクに耐圧構造を採用する必要
がないので、各部の構造の簡略化が可能となる。 【００１５ 】請求項４記載の排熱回収システムは、請
求項３記載の排熱回収システムにおいて、前記バッファ
タンク内の前記熱媒に、断熱材からなる蓋体が浮かべら
れていることを特徴とする。 【００１６ 】この排熱回収システムにおいては、バッ
ファタンク内の熱媒に断熱材からなる蓋体を浮かべるこ
とにより、大気開放されたバッファタンクであっても、
大気中に逃げる熱エネルギーの量が抑えられ、排熱から
回収した熱エネルギーを無駄なく利用できるようにな
る。 【００１７ 】請求項５記載の排熱回収システムは、請
求項３または４記載の排熱回収システムにおいて、前記
バッファタンクの大気開放が管を通じてなされ、該管に
は前記熱媒の蒸気を凝縮する凝縮器が設けられているこ
とを特徴とする。 【００１８ 】この排熱回収システムにおいては、バッ
ファタンクを大気開放する管に凝縮器を設けることによ
り、気化した熱媒が管を通じて大気中に逃げようとして
も、凝縮器において凝縮されてバッファタンクに戻され
る。これにより、熱媒の不足による排熱回収能力の低減
といった事態の発生が阻止される。 【００１９ 】請求項６記載の排熱回収システムは、請
求項３から５のいずれか一項に記載の排熱回収システム
において、前記バッファタンクから前記水加熱用熱交換
器に前記熱媒を導入するインバータ制御ポンプと、前記
水の温度を検出する第３の温度検出手段と、該第３の温
度検出手段の検出結果に基づいて前記インバータ制御ポ
ンプの駆動を制御する第３の制御手段とを備えることを
特徴とする。 【００２０ 】この排熱回収システムにおいては、水加
熱用熱交換器において加熱された水の温度を常時検出し
ておき、排熱から熱エネルギーが多く回収され、熱媒の
単位体積あたりの熱エネルギーが過剰に多いとみなされ
る場合には、ポンプの搬送量を減らして熱媒の流量を減
少させ、水加熱用熱交換器への熱媒導入量を減少させて
給湯（空調）側に供給される熱エネルギーを減らす。逆
に排熱から必要な熱エネルギーを回収できず、熱媒の単
位体積あたりの熱エネルギーが十分でないとみなされる
場合は、インバータ制御ポンプの駆動を制御し搬送量を
増やして熱媒の流量を増加させ、水加熱用熱交換器への
熱媒導入量を増加させて給湯（空調）側に供給される熱
エネルギーを増やす。これにより、排熱回収が安定しな
い場合においても、給湯や空調管理が安定して行えるよ
うになる。 【００２１ 】請求項７記載の排熱回収システムは、発
電機を駆動する際に駆動源から発生する排ガスと熱媒と
の間で熱交換を行わせて前記熱媒を加熱する排熱回収用
熱交換器と、加熱された前記熱媒と水との間で熱交換を
行わせて前記水を加熱する水加熱用熱交換器とを備え、
加熱された前記水を給湯や空調管理に利用する排熱回収
システムであって、前記排熱回収用熱交換器に導入すべ
き前記排ガスを前記排熱回収用熱交換器への導入前に排
出する排気手段と、前記熱媒の温度を検出する第１の温
度検出手段と、該第１の温度検出手段の検出結果に基づ
いて前記排気手段を作動させる第１の制御手段と、前記
水の温度を検出する第２の温度検出手段と、前記水加熱
用熱交換器において加熱された前記水を追加熱する加熱
手段と、前記第２の温度検出手段の検出結果に基づいて
前記加熱手段を作動させる第２の制御手段と、前記排熱
回収用熱交換器において加熱された前記熱媒を一時的に
貯留するバッファタンクと、該バッファタンクから前記
水加熱用熱交換器に前記熱媒を導入するインバータ制御
ポンプと、前記水の温度を検出する第３の温度検出手段
と、該第３の温度検出手段の検出結果に基づいて前記イ
ンバータ制御ポンプの駆動を制御する第３の制御手段と
を備えることを特徴とする。 【００２２ 】この排熱回収システムにおいては、第
１、第２、第３の制御手段が、それぞれの制御に関与す
る主要な構成要素（排気手段、加熱手段、インバータ制
御ポンプ等）を重複して制御するようには構成されてお
らず、個々に独立して制御を行うので、いずれかの制御
系統に不具合が生じた場合でも、他の制御系統はこれに
影響を受けず、安定した給湯や空調管理が行える。 【００２３ 】 【発明の実施の形態】本発明に係る排熱回収システムの
第１の実施形態を図１ないし図７に示して説明する。図
１は電力自給システムに併設される排熱回収システムの
構成を示し、図２は排熱回収システムの具体的な内部構
造を示している。電力自給システム自体は小型のガスタ
ービンを駆動源として発電機を駆動することによって電
力を得るが、これに併設される排熱回収システムは、発
電機を駆動する際にガスタービンから発生する排ガスの
熱を利用して給湯を行うものである。 【００２４ 】各図において、符号１はガスタービン、
２は排ガスと熱媒（実際には水を用いるが、ここでは便
宜上”熱媒”とする）との間で熱交換を行わせて熱媒を
加熱する排熱回収用熱交換器、３は排熱回収用熱交換器
２において加熱された熱媒を一時的に貯留するバッファ
タンク、４は加熱された熱媒と水との間で熱交換を行わ
せて水（実際に給湯に利用される水）を加熱する水加熱
用熱交換器、５は水加熱用熱交換器４において加熱され
た水を追加熱するガス湯沸器（加熱手段）、６は加熱さ
れた水を必要に応じて取り出すための給湯栓、７は利用
された分の水の不足を補う給水タンク、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ
３は熱媒や水を搬送するポンプ、である。 【００２５ 】ガスタービン１と排熱回収用熱交換器２
とは排ガス導入管８によって接続されている。排熱回収
用熱交換器２への排ガス導入直前の排ガス導入管８に
は、排ガスの温度を検出する温度センサＴＳ１が設けら
れている。また、排熱回収用熱交換器２には熱媒を加熱
した排ガスを排出する排気塔９が設けられている。 【００２６ 】排熱回収用熱交換器２とバッファタンク
３、ポンプＰ１は熱媒を循環させる一次熱媒循環系を構
成する一次熱媒配管１０によって接続されている。ま
た、バッファタンク３と水加熱用熱交換器４、ポンプＰ
２は熱媒を循環させる二次熱媒循環系を構成する二次熱
媒配管１１によって接続されている。さらに、水加熱用
熱交換器４と給湯栓６、ポンプＰ３は水を循環させる水
循環系を構成する水配管１２によって接続されている。
なお、排熱回収用熱交換器２はバッファタンク３よりも
高い位置に設置されている。 【００２７ 】図３には排熱回収用熱交換器２の構造を
示す。排熱回収用熱交換器２は、筐体２０の内部に、ア
ルミ製の冷却フィン２１を多数取り付けられたステンレ
ス製の伝熱管２２が蛇行屈曲された状態で収納されたも
のである。筐体２０の上部には、排ガスの導入口２０ａ
と導出口２０ｂとが両側に離間して設けられており、導
入口２０ａに排ガス導入管８が、導出口２０ｂに排気塔
９がそれぞれ接続されている。また、伝熱管２２は、一
次熱媒配管１０に接続されて一次熱媒循環系の一部を構
成している。 【００２８ 】排熱回収用熱交換器２には、排ガス導入
管８を通じて導入される排ガスを排熱回収用熱交換器２
への導入前に排気塔９に導いて大気中に排出させる三方
切換弁（排気手段）Ｖ１が設けられ、三方切換弁Ｖ１と
排気塔９との間にはバイパス流路１４が設けられてい
る。三方切換弁Ｖ１には、隣接する導入口２０ａとバイ
パス流路１４入口との間で揺動しバイパス流路１４の一
部もしくは全部を塞ぐバタフライ弁が採用されている。 【００２９ 】図１に戻り、一次熱媒配管１０には、排
熱回収用熱交換器２に導入される熱媒を排熱回収用熱交
換器２の前後でバイパスさせる三方切換弁Ｖ２、および
バイパス配管１５が設けられている。 【００３０ 】排熱回収用熱交換器２からの熱媒導出後
の一次熱媒配管１０には、熱媒の温度を検出する温度セ
ンサ（第１の温度検出手段）ＴＳ２が設けられている。
三方切換弁Ｖ１は、温度センサＴＳ２の検出結果に基づ
いて開閉の切り換えを制御され（排熱回収系制御プロセ
ス；詳細については後述する）、必要に応じて排ガスを
バイパスさせて排熱回収用熱交換器２への導入を阻むよ
うになっている。また、三方切換弁Ｖ２も同じく温度セ
ンサＴＳ２の検出結果に基づいて制御され、三方切換弁
Ｖ１と同期して熱媒をバイパスさせて排熱回収用熱交換
器２への導入を阻むようになっている。 【００３１ 】バッファタンク３の上部には、バッファ
タンク３内部と排気塔９とを連通させる連通管１６が設
けられている。バッファタンク３に連通する連通管１６
は傾斜しており、その途中には連通管１６を流通する熱
媒の蒸気を凝縮する凝縮器１７が設けられている。ま
た、バッファタンク３内には、断熱材からなる蓋体３ａ
が熱媒液面を覆うように浮かべられている。 【００３２ 】水加熱用熱交換器４からの水導出直後の
水配管１２には、加熱後の水の温度を検出する温度セン
サ（第３の温度検出手段）ＴＳ３が設けられている。ポ
ンプＰ２にはインバータ制御ポンプが採用されており、
温度センサＴＳ３の検出結果に基づいて駆動を制御され
（給湯温度制御プロセス；詳細については後述する）、
水加熱用熱交換器４への熱媒導入量を変更するようにな
っている。 【００３３ 】水配管１２には、水加熱用熱交換器４に
導入される水を水加熱用熱交換器４の前後でバイパスさ
せるバイパス配管１７が設けられ、このバイパス配管１
７の途中にガス湯沸器５が設けられている。また、ガス
湯沸器５には別個に構築されたガス供給系からガスの供
給を受けるべくガス配管１８が接続されており、ガス配
管１８には、ガス湯沸器５へのガスの導入を断続するガ
ス導入弁Ｖ３が設けられている。 【００３４ 】ガス湯沸器５への水導入直前のバイパス
配管１７には、ガス湯沸器５への水の導入を断続する水
導入弁Ｖ４が設けられている。ガス湯沸器５は、水導入
弁Ｖ４が開かれると水の導入を検知して作動し、導入さ
れた水を加熱して水循環系に排出するようになってい
る。 【００３５ 】また、水加熱用熱交換器４への水導入直
前の水配管１２には、加熱前の水の温度を検出する温度
センサ（第２の温度検出手段）ＴＳ４が設けられてい
る。水導入弁Ｖ４は、温度センサＴＳ４の検出結果に基
づいて開閉の切り換えを制御され（給湯補償制御プロセ
ス；詳細については後述する）、ガス湯沸器５を作動さ
せるようになっている。 【００３６ 】給水タンク７は水配管１２に給水管１９
によって接続されており、水循環系を構成する水配管１
２内の水の残量が少なくなったら給水管１９を通じて適
宜給水を実施するようになっている。 【００３７ 】上記のように構成された排熱回収システ
ムによる排熱回収のしくみを説明する。まず、ガスター
ビン１から排出された排ガスは、排ガス導入管８を通じ
て排熱回収用熱交換器２に導入され、一次熱媒循環系を
流れる熱媒と熱交換を行って熱媒を加熱し、排気塔９か
ら大気中に排出される。 【００３８ 】排熱回収用熱交換器２において加熱され
た熱媒は、ポンプＰ１の働きによりバッファタンク３に
導入され、一時的に貯留される。バッファタンク３に貯
留された熱媒は、ポンプＰ２の働きにより二次熱媒循環
系に導入され、水加熱用熱交換器４に導入されて水循環
系を流れる水と熱交換を行って水を加熱し、再びバッフ
ァタンク３に導入される。 【００３９ 】水加熱用熱交換器４において加熱された
水は、ポンプＰ３の働きにより水循環系を循環し、給湯
栓６が開かれると系外に流出して利用される。 【００４０ 】次に、上記排熱回収システムを稼働させ
る際の処理の流れについて説明する。稼働前の排熱回収
システム各部の初期状態は、（三方切換弁Ｖ１：排ガス
をバイパス、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器２に
熱媒導入、ガス導入弁Ｖ３：閉、水導入弁Ｖ４：閉、ポ
ンプＰ１，Ｐ２：停止、ポンプＰ３：作動）となってい
る。 【００４１ 】この状態から排熱回収システムを稼働さ
せると、図４の流れ図に示すように、ステップＳ１にお
いて温度センサＴＳ１の検出結果から排ガス温度ｔ１が
２００℃よりも高いか否かが判別される。そして、排ガ
ス温度ｔ１が２００℃以下であれば、ガスタービン１が
停止しているとみなされ、排熱回収システム各部の状態
が、ステップＳ２においてポジションＡ（三方切換弁Ｖ
１：排ガスをバイパス、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱
交換器２に熱媒導入、ガス導入弁Ｖ３：開、水導入弁Ｖ
４：閉、ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３：作動）に切り換えら
れる。この後、排熱回収システムは、排熱回収系制御プ
ロセス（第１の制御手段）ＰＳ１、給湯温度制御プロセ
ス（第２の制御手段）ＰＳ２、給湯補償制御プロセス
（第３の制御手段）ＰＳ３の３つの独立したプロセスに
より制御されることとなる。 【００４２ 】排ガス温度ｔ１が２００℃よりも高けれ
ば、ガスタービン１が運転しているとみなされ、排熱回
収システム各部の状態が、ステップＳ３においてポジシ
ョンＢ（三方切換弁Ｖ１：排熱回収用熱交換器２に排ガ
ス導入、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器２に熱媒
導入、ガス導入弁Ｖ３：開、水導入弁Ｖ４：閉、ポンプ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３：作動）に切り換えられる。この後、
排熱回収システムは、上記の場合と同様に排熱回収系制
御プロセスＰＳ１、給湯温度制御プロセスＰＳ２、給湯
補償制御プロセスＰＳ３の３つの独立したプロセスによ
り制御されることとなる。 【００４３ 】排熱回収系制御プロセスＰＳ１を図５の
流れ図に示す。当該制御プロセスにおいては、まず、ス
テップＳ４において温度センサＴＳ２の検出結果から排
熱回収直後の熱媒温度ｔ２が８０℃を保つように三方切
換弁Ｖ１の開閉が連続制御される。熱媒温度ｔ２が８０
℃より高くなれば、三方切換弁Ｖ１を（排ガスをバイパ
ス）に切り換えて排ガスを排熱回収用熱交換器２導入前
に大気中に排出して排熱回収を中断し、熱媒温度ｔ２が
８０℃より低くなれば、三方切換弁Ｖ１を（排熱回収用
熱交換器２に排ガス導入）に切り換えて排ガスを排熱回
収用熱交換器２に導入し、排熱回収を再開する、といっ
た具合である。 【００４４ 】三方切換弁Ｖ１が制御される間も熱媒温
度ｔ２の値が観察され、ステップＳ５において９０℃以
上であることが確認されれば、ステップＳ６において三
方切換弁Ｖ２が（熱媒をバイパス）に切り換えられ、ス
テップＳ７において排熱回収用熱交換器２または三方切
換弁Ｖ１の作動確認を促す警報が発せられる。さらにス
テップＳ８において熱媒温度ｔ２が１００℃以上の状態
を６０秒以上維持したことが確認されなければ、ステッ
プＳ４に戻って処理が繰り返され、１００℃以上の状態
を６０秒以上維持したことが確認されれば、ステップＳ
９においてシステムがシャットダウンされる。 【００４５ 】給湯温度制御プロセスＰＳ２を図６の流
れ図に示す。当該制御プロセスにおいては、まず、ステ
ップＳ１０において温度センサＴＳ３の検出結果から加
熱直後の水温ｔ３が６５℃を保つようにポンプＰ２の駆
動が連続制御される。水温ｔ３が６５℃より高くなれ
ば、ポンプＰ２の回転数を下げて水加熱用熱交換器４へ
の熱媒導入量を減少させて水に供給される熱エネルギー
を減らし、水温ｔ３が６５℃より低くなれば、ポンプＰ
２の回転数を上げて水加熱用熱交換器４への熱媒導入量
を増加させて水に供給される熱エネルギーを増やす、と
いった具合である。 【００４６ 】ポンプＰ２の駆動が制御される間も水温
ｔ３の値が観察され、ステップＳ１１において７５℃以
上に達したことが確認されれば、ステップＳ１２におい
てポンプＰ２の作動確認を促す警報が発せられる。水温
ｔ３が７５℃以上に達したことが確認されなければ、ス
テップＳ１０に戻って処理が繰り返される。 【００４７ 】給湯補償制御プロセスＰＳ３を図７の流
れ図に示す。当該制御プロセスにおいては、まず、ステ
ップＳ１３において温度センサＴＳ４の検出結果から加
熱直前の水温ｔ４が４５℃より低いか否かが判別され
る。 【００４８ 】そして、水温ｔ４が４５℃より低けれ
ば、ステップＳ１４において水導入弁Ｖ４が開かれてガ
ス湯沸器５が作動し、導入された水を加熱することで水
循環系内の水が追加熱される。水温ｔ４が４５℃以上で
あればステップＳ１３の処理が繰り返される。 【００４９ 】ガス湯沸器５が作動した後もステップＳ
１５において水温ｔ４の値が観察され、５０℃以上にな
ったことが確認されれば、ステップＳ１６において水導
入弁Ｖ４が閉じられてガス湯沸器５が停止し、ステップ
Ｓ１３の処理が繰り返される。一方、ステップＳ１７に
おいて水温ｔ４が３５℃を下回ったことが確認されれば
ガス湯沸器５が動作不良を起こしたと見なされ、ステッ
プＳ１８において警報が発せられる。 【００５０ 】上記各プロセスはすべて独立して実行さ
れるが、ステップＳ１９において排熱回収システムの稼
働停止が選択されると、すべてのプロセスが一斉に処理
を停止する（図４参照）。このとき、排熱回収システム
各部の状態は、稼働停止選択時の状態がそのまま保持さ
れ、ステップＳ２０において稼働停止から３０分が経過
したことが確認されれば、ステップＳ２１において排熱
回収システム各部が初期状態のポジションに戻され、す
べての処理が終了する。 【００５１ 】上記のように構成された排熱回収システ
ムおいては、排熱回収直後の熱媒温度ｔ２を常時検出し
ておき、８０℃を上回ったら排熱回収用熱交換器２に導
入すべき排ガスを導入前に大気中に排出することで、排
熱回収用熱交換器２においては給湯に必要な分の熱エネ
ルギーだけが回収され、余計な熱エネルギーは排熱回収
用熱交換器２に導入される前に大気中に排出されるの
で、従来のような冷却設備が不要になる。 【００５２ 】上記排熱回収システムにおいては、水加
熱用熱交換器４において加熱された後の水温ｔ３を常時
検出しておき、水温ｔ３が６５℃を大きく上回ったら熱
媒の単位体積あたりの熱エネルギーが過剰に多いとみな
し、ポンプＰ２の搬送量を減らして熱媒の流量を減少さ
せ、水加熱用熱交換器４への熱媒導入量を減少させて給
湯側に供給される熱エネルギーを減らす。逆に水温ｔ３
が６５℃を下回ったら熱媒の単位体積あたりの熱エネル
ギーが十分でないとみなし、ポンプＰ２の駆動を制御し
搬送量を増やして熱媒の流量を増加させ、水加熱用熱交
換器４への熱媒導入量を増加させて給湯側に供給される
熱エネルギーを増やすようにする。これにより、排熱回
収が安定しない場合においても、給湯や空調管理が安定
して行える。 【００５３ 】上記排熱回収システムにおいては、水加
熱用熱交換器４に導入される水温ｔ４を常時検出してお
き、水温ｔ４が４５℃を下回ったらガス湯沸器５を作動
させ、水加熱用熱交換器４において加熱された水、もし
くは加熱すべき水を追加熱する。これにより、システム
起動直後のように排熱から必要な熱エネルギーを回収で
きていない場合においても、給湯や空調管理が安定して
行えるようになる。 【００５４ 】上記排熱回収システムにおいては、バッ
ファタンク３を大気開放型としたことにより、排熱回収
用熱交換器２やバッファタンク３自体に耐圧構造を採用
する必要がない。これにより、システム各部の構造の簡
略化が可能となる。 【００５５ 】また、バッファタンク３内の熱媒に断熱
材からなる蓋体３ａを浮かべることにより、大気開放さ
れたバッファタンク３であっても、大気中に逃げる熱エ
ネルギーの量を抑えて、排熱から回収した熱エネルギー
を無駄なく利用することができる。 【００５６ 】さらに、熱媒の蒸気が連通管１６を通じ
て大気中に逃げようとしても、凝縮器１７において凝縮
されてバッファタンク３に戻される。これにより、熱媒
の不足による排熱回収能力の低減といった事態の発生が
阻止される。 【００５７ 】加えて、排熱回収用熱交換器２へ熱媒を
供給するポンプＰ１が電源喪失やその故障によってポン
プが停止した場合には、排熱回収用熱交換器２がバッフ
ァタンク３よりも高い位置にあること、バッファタンク
３が大気開放されていることから、排熱回収用熱交換器
２内の熱媒が重力の作用により自然にバッファタンク３
に流下するため、熱媒が異常加熱することがなく、高い
安全性が確保される。 【００５８ 】さらに加えて、上記排熱回収システムに
おいては、排熱回収系制御プロセス、給湯温度制御プロ
セス、給湯補償制御プロセスの３つのプロセスが、それ
ぞれの制御に関与するシステムの構成要素を重複して制
御するようには構成されておらず、個々に独立して実行
される。例えば、排熱回収用熱交換器２や三方切換弁Ｖ
１に不具合が生じ、排熱回収系制御プロセスが警報を発
する事態に陥った場合でも、給湯温度制御プロセス、給
湯補償制御プロセスはこれに影響されることなく独立し
て実行されるので、安定した給湯が得られる。 【００５９ 】次に、本発明に係る排熱回収システムの
第２の実施形態を図８ないし図１０に示して説明する。
なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要
素には同一符号を付して説明は省略する。本実施形態の
排熱回収システムにおいては、図８に示すように、二次
熱媒循環系およびポンプＰ２は設けられておらず、水加
熱用熱交換器４は一次熱媒循環系を流れる熱媒と水循環
系を流れる水との間で熱交換を行うようになっている。 【００６０ 】さらに、本実施形態においては、水配管
１２に、水加熱用熱交換器４に導入される水を水加熱用
熱交換器４の直前と直後でバイパスさせるバイパス配管
３０が設けられ、このバイパス配管３０に三方切換弁Ｖ
５が設けられている。さらに三方切換弁Ｖ５と水加熱用
熱交換器４との間には開閉弁Ｖ６が設けられる。三方切
換弁Ｖ５は、温度センサＴＳ３の検出結果に基づいて開
閉の切り換えを制御され（給湯温度制御プロセス）、水
加熱用熱交換器４への水導入量を変更するようになって
いる。 【００６１ 】上記のように構成された排熱回収システ
ムによる排熱回収のしくみを説明する。まず、ガスター
ビン１から排出された排ガスは、排ガス導入管８を通じ
て排熱回収用熱交換器２に導入され、一次熱媒循環系を
流れる熱媒と熱交換を行って熱媒を加熱し、排気塔９か
ら大気中に排出される。 【００６２ 】排熱回収用熱交換器２において加熱され
た熱媒は、ポンプＰ１の働きにより一次熱媒循環系を流
れ、一部はバッファタンク３に導入されて一時的に貯留
される。一次熱媒循環系を流れる熱媒は水加熱用熱交換
器４に導入され、水循環系を流れる水と熱交換を行って
水を加熱し、再びバッファタンク３に導入される。 【００６３ 】水加熱用熱交換器４において加熱された
水は、ポンプＰ３の働きにより水循環系を循環し、給湯
栓６が開かれると系外に流出して利用される。 【００６４ 】次に、上記排熱回収システムを稼働させ
る際の処理の流れについて説明する。稼働前の排熱回収
システム各部の初期状態は、（三方切換弁Ｖ１：排ガス
をバイパス、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器２に
熱媒導入、ガス導入弁Ｖ３：閉、水導入弁Ｖ４：閉、三
方切換弁Ｖ５：水加熱用熱交換器４をバイパス、ポンプ
Ｐ１：停止、ポンプＰ３：作動）となっている。 【００６５ 】この状態から排熱回収システムを稼働さ
せると、図９の流れ図に示すように、ステップＳ２２に
おいて温度センサＴＳ１の検出結果から排ガス温度ｔ１
が２００℃よりも高いか否かが判別される。そして、排
ガス温度ｔ１が２００℃以下であれば、ガスタービン１
が停止しているとみなされ、排熱回収システム各部の状
態が、ステップＳ２３においてポジションＣ（三方切換
弁Ｖ１：排ガスをバイパス、三方切換弁Ｖ２：排熱回収
用熱交換器２に熱媒導入、ガス導入弁Ｖ３：開、水導入
弁Ｖ４：閉、三方切換弁Ｖ５：水加熱用熱交換器４をバ
イパス、ポンプＰ１，Ｐ３：作動）に切り換えられる。
この後、排熱回収システムは、排熱回収系制御プロセス
ＰＳ１、給湯温度制御プロセスＰＳ２、給湯補償制御プ
ロセスＰＳ３の３つの独立したプロセスにより制御され
ることとなる。 【００６６ 】排ガス温度ｔ１が２００℃よりも高けれ
ば、ガスタービン１が運転しているとみなされ、排熱回
収システム各部の状態が、ステップＳ２４においてポジ
ションＤ（三方切換弁Ｖ１：排熱回収用熱交換器２に排
ガス導入、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器２に熱
媒導入、ガス導入弁Ｖ３：開、水導入弁Ｖ４：閉、三方
切換弁Ｖ５：水加熱用熱交換器４に水を導入、ポンプＰ
１，Ｐ３：作動）に切り換えられる。この後、排熱回収
システムは、上記の場合と同様に排熱回収系制御プロセ
スＰＳ１、給湯温度制御プロセスＰＳ２、給湯補償制御
プロセスＰＳ３の３つの独立したプロセスにより制御さ
れることとなる。 【００６７ 】ただし、排熱回収系制御プロセスＰＳ１
と給湯補償制御プロセスＰＳ３とは上記第１の実施形態
と同じなのでここでは省略し、処理の異なる給湯温度制
御プロセスＰＳ２についてのみ図１０に示して説明す
る。なお、排熱回収システムの稼働停止が選択された後
の処理の流れも第１の実施形態と同じなので、同様にこ
こでは省略する。 【００６８ 】本実施形態の給湯温度制御プロセスＰＳ
２においては、まず、ステップＳ２５において加熱直後
の水温ｔ３が６５℃を保つように三方切換弁Ｖ５が連続
制御される。水温ｔ３が６５℃より高くなれば、三方切
換弁Ｖ５を開き水加熱用熱交換器４への熱媒導入量を減
少させて水に供給される熱エネルギーを減らし、水温ｔ
３が６５℃より低くなれば、三方切換弁Ｖ５を閉じ水加
熱用熱交換器４への熱媒導入量を増加させて水に供給さ
れる熱エネルギーを増やす、といった具合である。 【００６９ 】三方切換弁Ｖ５の作動が制御された後も
ステップＳ２６において水温ｔ３の値が観察され、７５
℃以上に達したことが確認されれば、ステップＳ２７に
おいて三方切換弁Ｖ５の作動確認を促す警報が発せら
れ、さらにステップＳ２８において三方切換弁Ｖ５が排
ガスをバイパスするとともに開閉弁Ｖ６が閉じられる。
水温ｔ３が７５℃以上に達したことが確認されなけれ
ば、ステップＳ２５に戻って処理が繰り返される。 【００７０ 】上記排熱回収システムにおいては、水加
熱用熱交換器４において加熱された後の水温ｔ３を常時
検出しておき、水温ｔ３が６５℃を上回ったら熱媒の単
位体積あたりの熱エネルギーが過剰に多いとみなし、水
加熱用熱交換器４への水導入量を減らして給湯側に供給
される熱エネルギーを減らすようにする。これにより、
排熱回収が安定しない場合においても、給湯や空調管理
が安定して行える。 【００７１ 】また、上記排熱回収システムにおいて
も、排熱回収系制御プロセス、給湯温度制御プロセス、
給湯補償制御プロセスの３つのプロセスが、それぞれの
制御に関与するシステムの構成要素を重複して制御する
ようには構成されておらず、個々に独立して実行される
ので、安定した給湯が得られる。 【００７２ 】ところで、上記第１、第２の各実施形態
においては、回収された熱エネルギーを給湯に利用する
場合について説明したが、本発明に係る排熱回収システ
ムは、これに限らず回収した熱エネルギーを空調管理に
利用することも可能である。また、各実施形態において
は加熱手段にガス湯沸器５を採用したが、加熱手段には
ガス以外の燃料や電力を使用して加熱を行うものを採用
してもよい。なお、上記第１、第２の実施形態において
採用した各設定値はいずれも適宜変更可能であることは
いうまでもない。 【００７３ 】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る請求
項１記載の排熱回収システムよれば、排熱回収用熱交換
器においては給湯に必要な分の熱エネルギーだけが回収
され、余計な熱エネルギーは排熱回収用熱交換器に導入
される前に大気中に排出されるので、従来のような冷却
設備が不要になり、システム全体を従来に比べて安全、
かつ簡素でコンパクトな構成とするとともに設置コスト
の低減を図ることができる。 【００７４ 】請求項２記載の排熱回収システムによれ
ば、水の温度が低下したら加熱手段を作動させ、水加熱
用熱交換器において加熱された水を追加熱することによ
り、システム起動直後のように排熱から必要な熱エネル
ギーを回収できていない場合においても、安定した給湯
や空調管理を実現することができる。 【００７５ 】請求項３記載の排熱回収システムによれ
ば、バッファタンクが大気開放されていることにより、
排熱回収用熱交換器やバッファタンクに耐圧構造を採用
する必要がないので、各部の構造の簡略化が可能とな
り、システムのさらなるコンパクト化、設置コストの低
減が図れる。 【００７６ 】請求項４記載の排熱回収システムによれ
ば、バッファタンク内の熱媒に断熱材からなる蓋体を浮
かべることにより、大気開放されたバッファタンクであ
っても、大気中に逃げる熱エネルギーの量が抑えられ、
排熱から回収した熱エネルギーを無駄なく利用できるよ
うになるので、システムの効率向上が図れる。 【００７７ 】請求項５記載の排熱回収システムによれ
ば、バッファタンクを大気開放する管に凝縮器を設ける
ことにより、気化した熱媒が管を通じて大気中に逃げよ
うとしても、凝縮器において凝縮されてバッファタンク
に戻されるので、熱媒の不足による排熱回収能力の低減
といった事態の発生が阻止され、これによっても安定し
た給湯や空調管理の実現が可能になる。 【００７８ 】請求項６記載の排熱回収システムよれ
ば、インバータ制御ポンプの搬送量を増やして熱媒の流
量を増減させ、水加熱用熱交換器への熱媒導入量を増減
させて給湯もしくは空調側に供給される熱エネルギーを
調節することにより、排熱回収が安定しない場合におい
ても、安定した給湯や空調管理を実現することができ
る。 【００７９ 】請求項７記載の排熱回収システムによれ
ば、各制御手段が、それぞれの制御に関与する主要な構
成要素を重複して制御するようには構成されておらず、
個々に独立して制御を行うので、いずれかの制御系統に
不具合が生じた場合でも、他の制御系統はこれに影響を
受けない。したがって、こういった場合も安定した給湯
や空調管理の実現が可能になる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明に係る排熱回収システムの第１の実施
形態であって、電力自給システムに併設される排熱回収
システムの構成を示すブロック図である。 【図２】 排熱回収システムの具体的な内部構造を示す
斜視図である。 【図３】 排熱回収用熱交換器の内部構造を示す側面図
である。 【図４】 排熱回収システムを稼働させる際の処理手順
を示す流れ図である。 【図５】 排熱回収系制御プロセスの処理手順を示す流
れ図である。 【図６】 給湯温度制御プロセスの処理手順を示す流れ
図である。 【図７】 給湯補償制御プロセスの処理手順を示す流れ
図である。 【図８】 本発明に係る排熱回収システムの第２の実施
形態であって、電力自給システムに併設される排熱回収
システムの構成を示すブロック図である。 【図９】 排熱回収システムを稼働させる際の処理手順
を示す流れ図である。 【図１０】 給湯温度制御プロセスの処理手順を示す流
れ図である。 【図１１】 従来の排熱回収システムの構成を示すブロ
ック図である。 【符号の説明】 １ ガスタービン ２ 排熱回収用熱交換器 ３ バッファタンク ３ａ 蓋体 ４ 水加熱用熱交換器 ５ ガス湯沸器（加熱手段） ６ 給湯栓 １７ 凝縮器 Ｖ１ 三方切換弁（排気手段） Ｐ２ ポンプ（インバータ制御ポンプ） ＴＳ２ 温度センサ（第１の温度検出手段） ＴＳ３ 温度センサ（第３の温度検出手段） ＴＳ４ 温度センサ（第２の温度検出手段） ＰＳ１ 排熱回収系制御プロセス（第１の制御手段） ＰＳ２ 給湯温度制御プロセス（第２の制御手段） ＰＳ３ 給湯補償制御プロセス（第３の制御手段）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１ 】 発電機を駆動する際に駆動源から発生
   する排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて前記熱媒を
   加熱する排熱回収用熱交換器と、加熱された前記熱媒と
   水との間で熱交換を行わせて前記水を加熱する水加熱用
   熱交換器とを備え、加熱された前記水を給湯や空調管理
   に利用する排熱回収システムであって、 前記排熱回収用熱交換器に導入すべき前記排ガスを前記
   排熱回収用熱交換器への導入前に排出する排気手段と、 前記熱媒の温度を検出する第１の温度検出手段と、 該第１の温度検出手段の検出結果に基づいて前記排気手
   段を作動させる第１の制御手段とを備えることを特徴と
   する排熱回収システム。 【請求項２ 】 発電機を駆動する際に駆動源から発生
   する排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて前記熱媒を
   加熱する排熱回収用熱交換器と、加熱された前記熱媒と
   水との間で熱交換を行わせて前記水を加熱する水加熱用
   熱交換器とを備え、加熱された前記水を給湯や空調管理
   に利用する排熱回収システムであって、前記水の温度を
   検出する第２の温度検出手段と、 前記水加熱用熱交換器において加熱された前記水を追加
   熱する加熱手段と、 前記第２の温度検出手段の検出結果に基づいて前記加熱
   手段を作動させる第２の制御手段とを備えることを特徴
   とする排熱回収システム。 【請求項３ 】 発電機を駆動する際に駆動源から発生
   する排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて前記熱媒を
   加熱する排熱回収用熱交換器と、加熱された前記熱媒と
   水との間で熱交換を行わせて前記水を加熱する水加熱用
   熱交換器とを備え、加熱された前記水を給湯や空調管理
   に利用する排熱回収システムであって、 前記排熱回収用熱交換器において加熱された前記熱媒を
   一時的に貯留するバッファタンクを備え、該バッファタ
   ンクが大気中に開放されていることを特徴とする排熱回
   収システム。 【請求項４ 】 前記バッファタンク内の前記熱媒に、
   断熱材からなる蓋体が浮かべられていることを特徴とす
   る請求項３記載の排熱回収給湯システム。 【請求項５ 】 前記バッファタンクの大気開放が管を
   通じてなされ、該管には前記熱媒の蒸気を凝縮する凝縮
   器が設けられていることを特徴とする請求項３または４
   記載の排熱回収システム。 【請求項６ 】 前記バッファタンクから前記水加熱用
   熱交換器に前記熱媒を導入するインバータ制御ポンプ
   と、 前記水の温度を検出する第３の温度検出手段と、 該第３の温度検出手段の検出結果に基づいて前記インバ
   ータ制御ポンプの駆動を制御する第３の制御手段とを備
   えることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に
   記載の排熱回収システム。 【請求項７ 】 発電機を駆動する際に駆動源から発生
   する排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて前記熱媒を
   加熱する排熱回収用熱交換器と、加熱された前記熱媒と
   水との間で熱交換を行わせて前記水を加熱する水加熱用
   熱交換器とを備え、加熱された前記水を給湯や空調管理
   に利用する排熱回収システムであって、 前記排熱回収用熱交換器に導入すべき前記排ガスを前記
   排熱回収用熱交換器への導入前に排出する排気手段と、
   前記熱媒の温度を検出する第１の温度検出手段と、該第
   １の温度検出手段の検出結果に基づいて前記排気手段を
   作動させる第１の制御手段と、 前記水の温度を検出する第２の温度検出手段と、前記水
   加熱用熱交換器において加熱された前記水を追加熱する
   加熱手段と、前記第２の温度検出手段の検出結果に基づ
   いて前記加熱手段を作動させる第２の制御手段と、 前記排熱回収用熱交換器において加熱された前記熱媒を
   一時的に貯留するバッファタンクと、該バッファタンク
   から前記水加熱用熱交換器に前記熱媒を導入するインバ
   ータ制御ポンプと、前記水の温度を検出する第３の温度
   検出手段と、該第３の温度検出手段の検出結果に基づい
   て前記インバータ制御ポンプの駆動を制御する第３の制
   御手段とを備えることを特徴とする排熱回収システム。