JP3574611B2 - Exhaust heat recovery system - Google Patents
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Description
【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、前記排熱回収用熱交換器が前記バッファタンクよりも高い位置に設置され、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。加えて、排熱回収用熱交換器がバッファタンクよりも高い位置にあることから、排熱回収用熱交換器へ熱媒を供給するポンプが電源喪失やその故障によって停止したとしても、排熱回収用熱交換器内の熱媒が重力の作用により自然にバッファタンクに流下するため、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。
【0015】
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管を通じて大気中に開放され、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。
【0016】
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。
【0017】
請求項3記載の排熱回収システムは、請求項1または2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。
【0018】
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。
【0019】
請求項4記載の排熱回収システムは、請求項1から3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5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,P3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P2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17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12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、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S9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P2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S15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V1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V5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P1,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PS2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t3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。
加えて、排熱回収用熱交換器がバッファタンクよりも高い位置にあることから、排熱回収用熱交換器へ熱媒を供給するポンプが電源喪失やその故障によって停止したとしても、排熱回収用熱交換器内の熱媒が重力の作用により自然にバッファタンクに流下するため、熱媒が異常加熱することがない。したがって、高い安全性を確保することができる。
【0076】
請求項2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、凝縮器におき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。
【0077】
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。
【0078】
請求項4記載の排熱回収システムによれば、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5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)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust heat recovery system that performs hot water supply and air conditioning management by using exhaust heat generated from a drive source when a generator is driven by a drive source using natural gas, oil, or the like as a fuel.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a relatively small area such as an office building or a commercial facility, a system in which a generator is driven by a driving source using gas, oil, or the like as a fuel and self-supplied by itself is sometimes used. In particular, in recent years, small gas turbines that are driven with low fuel consumption and low noise using city gas or petroleum as the fuel as the driving source of the generator have been adopted, and the above system has attracted attention due to its increased versatility. It is supposed to be.
[0003]
By the way, the above-mentioned electric power self-sufficiency system may be provided with an exhaust heat recovery system that performs hot water supply and air conditioning in the same area using exhaust heat generated from a driving source when driving the generator. Many. An example is shown in FIG. In the figure,
[0004]
The exhaust heat
[0005]
In the above exhaust heat recovery system, the exhaust heat of the
[0006]
By the way, in the above-mentioned exhaust heat recovery system, if the use of water (hot water) circulating in the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the exhaust heat recovery system, the cooling system including the hot water supply temperature adjusting
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery system that has a simple structure, is compact, and can stably supply hot water.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the above problems, an exhaust heat recovery system having the following configuration is employed. In other words, the exhaust heat recovery system according to claim 1 of the present inventionAn exhaust heat recovery heat exchanger that heats the heat medium by performing heat exchange between exhaust gas and a heat medium generated from a drive source when driving the generator, and the heated heat medium and water A heat exchanger for water heating that heats the water by performing heat exchange between the water and a waste heat recovery system that uses the heated water for hot water supply and air conditioning management,
A buffer tank for temporarily storing the heat medium heated in the exhaust heat recovery heat exchanger is provided, and the exhaust heat recovery heat exchanger is installed at a position higher than the buffer tank, and the buffer tank is Open to the atmosphereIt is characterized by the following.
[0014]
In this exhaust heat recovery system, since the buffer tank is open to the atmosphere, there is no need to employ a pressure-resistant structure for the heat exchanger for exhaust heat recovery and the buffer tank, so that the structure of each part can be simplified. .In addition, since the heat exchanger for exhaust heat recovery is located higher than the buffer tank, even if the pump that supplies the heat medium to the heat exchanger for exhaust heat recovery stops due to loss of power or failure, the heat Since the heat medium in the recovery heat exchanger naturally flows down to the buffer tank by the action of gravity, the heat medium does not abnormally heat, and high safety is ensured.
[0015]
Claim2The exhaust heat recovery system according to the present disclosure is configured to perform heat exchange between exhaust gas generated from a driving source and a heat medium when driving a generator, thereby heating the heat medium, and an exhaust heat recovery heat exchanger that heats the heat medium. A heat exchanger for heating the water by causing heat exchange between the heat medium and the water, and an exhaust heat recovery system that uses the heated water for hot water supply and air conditioning management. So,
A buffer tank for temporarily storing the heat medium heated in the heat exchanger for exhaust heat recovery, the buffer tank being opened to the atmosphere through a pipe, and condensing vapor of the heat medium in the pipe. It is characterized in that a condenser is provided.
[0016]
In this exhaust heat recovery system,By providing a condenser in the pipe that opens the buffer tank to the atmosphere, even if the vaporized heat medium attempts to escape into the atmosphere through the pipe, it is condensed in the condenser and returned to the buffer tank. This prevents the occurrence of a situation such as a reduction in the exhaust heat recovery capability due to a shortage of the heat medium.
[0017]
Claim3The exhaust heat recovery system describedThe exhaust heat recovery system according to
[0018]
In this exhaust heat recovery system,By floating the lid made of a heat insulating material on the heat medium in the buffer tank, even if the buffer tank is open to the atmosphere, the amount of heat energy escaping into the atmosphere is suppressed, and the heat energy recovered from the exhaust heat is wasted. It will be available without.
[0019]
Claim4The exhaust heat recovery system describedIn the exhaust heat recovery system according to any one of
[0020]
In this waste heat recovery system, the temperature of the water heated in the heat exchanger for water heating is constantly detected, a large amount of heat energy is recovered from the waste heat, and the heat energy per unit volume of the heat medium becomes excessive. If it is deemed to be large, the amount of heat medium supplied to the hot water supply (air conditioning) side is reduced by reducing the flow rate of the heat medium by reducing the transport amount of the pump, reducing the amount of heat medium introduced into the heat exchanger for water heating. Reduce. Conversely, if the required heat energy cannot be recovered from the exhaust heat and the heat energy per unit volume of the heat medium is deemed to be insufficient, the drive of the inverter control pump is controlled to increase the transport amount and reduce the flow rate of the heat medium. The heat energy supplied to the hot water supply (air conditioning) side is increased by increasing the amount of heat medium introduced into the water heating heat exchanger. Accordingly, even when the exhaust heat recovery is not stable, hot water supply and air conditioning management can be stably performed.
[0021]
Claim5The exhaust heat recovery system according to the present disclosure is configured to perform heat exchange between exhaust gas generated from a driving source and a heat medium when driving a generator, thereby heating the heat medium, and an exhaust heat recovery heat exchanger that heats the heat medium. A heat exchanger for heating the water by causing heat exchange between the heat medium and the water, and an exhaust heat recovery system that uses the heated water for hot water supply and air conditioning management. Exhaust means for exhausting the exhaust gas to be introduced into the heat exchanger for exhaust heat recovery before introduction into the heat exchanger for exhaust heat recovery, and first temperature detection for detecting the temperature of the heat medium Means, first control means for operating the exhaust means based on the detection result of the first temperature detection means, second temperature detection means for detecting the temperature of the water, and heat exchange for water heating Heating means for additionally heating the water heated in the vessel, and detection means for the second temperature detection means. Second control means for operating the heating means on the basis of the above, a buffer tank for temporarily storing the heat medium heated in the exhaust heat recovery heat exchanger, and a heat source for water heating from the buffer tank. An inverter control pump for introducing the heat medium into the exchanger, a third temperature detecting means for detecting the temperature of the water, and controlling the drive of the inverter control pump based on a detection result of the third temperature detecting means And a third control unit.
[0022]
In this exhaust heat recovery system, the first, second, and third control means redundantly control the main components (exhaust means, heating means, inverter control pump, etc.) involved in each control. The control is independent of each other, so if one of the control systems fails, the other control systems will not be affected by this and stable hot water supply and air conditioning management will be possible. I can do it.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A first embodiment of an exhaust heat recovery system according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a configuration of an exhaust heat recovery system provided in parallel with the electric power self-sufficiency system, and FIG. The electric power self-sufficiency system itself obtains electric power by driving a generator using a small gas turbine as a drive source, and an exhaust heat recovery system attached to this system removes exhaust gas generated from the gas turbine when driving the generator. Hot water is supplied using heat.
[0024]
In each figure,
[0025]
The
[0026]
The exhaust heat
[0027]
FIG. 3 shows the structure of the
[0028]
The exhaust heat
[0029]
Returning to FIG. 1, a three-way switching valve V2 for bypassing the heat medium introduced into the heat exchanger for
[0030]
A temperature sensor (first temperature detecting means) TS2 for detecting the temperature of the heat medium is provided in the primary
[0031]
A
[0032]
A temperature sensor (third temperature detecting means) TS3 for detecting the temperature of the heated water is provided in the
[0033]
The
[0034]
In the
[0035]
Further, a temperature sensor (second temperature detecting means) TS4 for detecting the temperature of the water before heating is provided in the
[0036]
The
[0037]
The structure of the exhaust heat recovery by the exhaust heat recovery system configured as described above will be described. First, the exhaust gas discharged from the
[0038]
The heat medium heated in the exhaust heat
[0039]
The water heated in the
[0040]
Next, the flow of processing when operating the exhaust heat recovery system will be described. The initial state of each part of the exhaust heat recovery system before operation is as follows: (three-way switching valve V1: bypasses exhaust gas, three-way switching valve V2: introduces heat medium into exhaust heat
[0041]
When the exhaust heat recovery system is operated from this state, as shown in the flowchart of FIG. 4, it is determined in step S1 whether or not the exhaust gas temperature t1 is higher than 200 ° C. based on the detection result of the temperature sensor TS1. If the exhaust gas temperature t1 is equal to or lower than 200 ° C., the
[0042]
If the exhaust gas temperature t1 is higher than 200 ° C., it is considered that the
[0043]
The exhaust heat recovery system control process PS1 is shown in the flowchart of FIG. In the control process, first, in step S4, the opening and closing of the three-way switching valve V1 is continuously controlled based on the detection result of the temperature sensor TS2 so that the heat medium temperature t2 immediately after exhaust heat recovery is maintained at 80 ° C. When the heat medium temperature t2 becomes higher than 80 ° C., the three-way switching valve V1 is switched to (exhaust gas bypass) to discharge the exhaust gas to the atmosphere before introducing the exhaust heat
[0044]
While the three-way switching valve V1 is controlled, the value of the heating medium temperature t2 is observed, and if it is confirmed that the temperature is 90 ° C. or more in step S5, the three-way switching valve V2 is set to (bypass the heating medium) in step S6. Then, in step S7, an alarm is issued to prompt confirmation of the operation of the exhaust heat
[0045]
The hot water supply temperature control process PS2 is shown in the flowchart of FIG. In the control process, first, in step S10, the drive of the pump P2 is continuously controlled based on the detection result of the temperature sensor TS3 so that the water temperature t3 immediately after heating is maintained at 65 ° C. When the water temperature t3 is higher than 65 ° C., the rotation speed of the pump P2 is reduced to reduce the amount of heat medium introduced into the water
[0046]
While the drive of the pump P2 is controlled, the value of the water temperature t3 is observed. If it is confirmed in step S11 that the temperature has reached 75 ° C. or higher, an alarm is issued in step S12 prompting confirmation of the operation of the pump P2. If it is not confirmed that the water temperature t3 has reached 75 ° C. or higher, the process returns to step S10 and the process is repeated.
[0047]
The hot water supply compensation control process PS3 is shown in the flowchart of FIG. In the control process, first, in step S13, it is determined from the detection result of the temperature sensor TS4 whether the water temperature t4 immediately before heating is lower than 45 ° C.
[0048]
If the water temperature t4 is lower than 45 ° C., in step S14, the water introduction valve V4 is opened, the
[0049]
Even after the
[0050]
All of the above processes are independently executed, but if the operation stop of the exhaust heat recovery system is selected in step S19, all the processes stop processing at the same time (see FIG. 4). At this time, the state of each part of the exhaust heat recovery system is maintained as it was when the operation stop was selected, and if it was confirmed in step S20 that 30 minutes had elapsed since the stop of operation, the parts of the exhaust heat recovery system were determined in step S21. The position is returned to the initial position, and all the processing ends.
[0051]
In the exhaust heat recovery system configured as described above, the heat medium temperature t2 immediately after the exhaust heat recovery is constantly detected, and when the temperature exceeds 80 ° C., the exhaust gas to be introduced into the exhaust heat
[0052]
In the above exhaust heat recovery system, the water temperature t3 after being heated in the water
[0053]
In the above exhaust heat recovery system, the water temperature t4 introduced into the water
[0054]
In the exhaust heat recovery system, since the
[0055]
Further, by floating the
[0056]
Further, even if the vapor of the heat medium attempts to escape to the atmosphere through the
[0057]
In addition, when the pump P1 for supplying the heat medium to the heat exchanger for
[0058]
In addition, in the exhaust heat recovery system, the three processes of the exhaust heat recovery system control process, the hot water supply temperature control process, and the hot water supply compensation control process redundantly control the components of the system involved in each control. And are executed independently and individually. For example, even if a malfunction occurs in the heat exchanger for
[0059]
Next, a second embodiment of the exhaust heat recovery system according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same reference numerals are given to the components already described in the first embodiment, and description thereof will be omitted.
In the exhaust heat recovery system of the present embodiment, as shown in FIG. 8, the secondary heat medium circulation system and the pump P2 are not provided, and the
[0060]
Further, in the present embodiment, the
[0061]
The structure of the exhaust heat recovery by the exhaust heat recovery system configured as described above will be described. First, the exhaust gas discharged from the
[0062]
The heat medium heated in the exhaust heat
[0063]
The water heated in the
[0064]
Next, the flow of processing when operating the exhaust heat recovery system will be described. The initial state of each part of the exhaust heat recovery system before operation is as follows: (three-way switching valve V1: bypasses exhaust gas, three-way switching valve V2: introduces heat medium into exhaust heat
[0065]
When the exhaust heat recovery system is operated from this state, as shown in the flowchart of FIG. 9, it is determined in step S22 whether or not the exhaust gas temperature t1 is higher than 200 ° C. based on the detection result of the temperature sensor TS1. If the exhaust gas temperature t1 is equal to or lower than 200 ° C., the
[0066]
If the exhaust gas temperature t1 is higher than 200 ° C., it is considered that the
[0067]
However, the exhaust heat recovery system control process PS1 and the hot water supply compensation control process PS3 are the same as those in the first embodiment, and thus are omitted here, and only the hot water supply temperature control process PS2 that is different in processing is shown in FIG. 10 and described. Note that the flow of processing after the operation stop of the exhaust heat recovery system is selected is the same as that of the first embodiment, and thus is omitted here.
[0068]
In the hot water supply temperature control process PS2 of the present embodiment, first, in step S25, the three-way switching valve V5 is continuously controlled so that the water temperature t3 immediately after heating is maintained at 65 ° C. When the water temperature t3 becomes higher than 65 ° C., the three-way switching valve V5 is opened to reduce the amount of heat medium introduced into the water
[0069]
Even after the operation of the three-way switching valve V5 is controlled, the value of the water temperature t3 is observed in step S26, and if it is confirmed that the temperature has reached 75 ° C. or higher, an alarm prompting confirmation of the operation of the three-way switching valve V5 in step S27. Then, in step S28, the three-way switching valve V5 bypasses the exhaust gas and the on-off valve V6 is closed. If it is not confirmed that the water temperature t3 has reached 75 ° C. or higher, the process returns to step S25 and the process is repeated.
[0070]
In the above exhaust heat recovery system, the water temperature t3 after being heated in the water
[0071]
Also in the exhaust heat recovery system, the three processes of the exhaust heat recovery system control process, the hot water supply temperature control process, and the hot water supply compensation control process control the components of the system involved in the respective controls redundantly. Are not configured and are executed independently of each other, so that a stable hot water supply can be obtained.
[0072]
By the way, in each of the first and second embodiments, the case where the recovered heat energy is used for hot water supply has been described. However, the exhaust heat recovery system according to the present invention is not limited to this. It can also be used for air conditioning management. Further, in each of the embodiments, the
It goes without saying that each of the set values adopted in the first and second embodiments can be appropriately changed.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the exhaust heat recovery system according to
In addition, since the heat exchanger for exhaust heat recovery is located higher than the buffer tank, even if the pump that supplies the heat medium to the heat exchanger for exhaust heat recovery stops due to loss of power or failure, the heat Since the heat medium in the recovery heat exchanger naturally flows down to the buffer tank by the action of gravity, the heat medium does not abnormally heat. Therefore, high security can be ensured.
[0076]
Claim2According to the exhaust heat recovery system described above, by providing a condenser in the pipe that opens the buffer tank to the atmosphere, even if the vaporized heat medium attempts to escape to the atmosphere through the pipe, the heat medium is condensed in the condenser and stored in the buffer tank. Therefore, occurrence of a situation such as reduction of exhaust heat recovery capability due to shortage of the heat medium is prevented, and stable hot water supply and air conditioning management can also be realized.
[0077]
Claim3According to the exhaust heat recovery system described above, even if the buffer tank is open to the atmosphere, the amount of heat energy escaping into the atmosphere is suppressed by floating the lid made of a heat insulating material on the heat medium in the buffer tank. Since the heat energy recovered from the exhaust heat can be used without waste, the efficiency of the system can be improved.
[0078]
Claim4Exhaust heat recovery system describedToAccording to the present invention, it is possible to increase or decrease the flow rate of the heat medium by increasing the transfer amount of the inverter control pump and adjust the heat energy supplied to the hot water supply or the air conditioning side by increasing or decreasing the amount of the heat medium introduced into the heat exchanger for water heating. Thereby, even when the exhaust heat recovery is not stable, stable hot water supply and air conditioning management can be realized.
[0079]
Claim5According to the described exhaust heat recovery system, each control means is not configured to redundantly control the main components involved in each control, but performs control independently of each other, Even if a failure occurs in any of the control systems, the other control systems are not affected by this. Therefore, even in such a case, stable hot water supply and air conditioning management can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a first embodiment of an exhaust heat recovery system according to the present invention, and is a block diagram illustrating a configuration of an exhaust heat recovery system provided alongside a power self-sufficiency system.
FIG. 2 is a perspective view showing a specific internal structure of the exhaust heat recovery system.
FIG. 3 is a side view showing the internal structure of the heat exchanger for exhaust heat recovery.
FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure when operating the exhaust heat recovery system.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure of an exhaust heat recovery system control process.
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of a hot water supply temperature control process.
FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure of a hot water supply compensation control process.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an exhaust heat recovery system according to a second embodiment of the present invention, which is provided in conjunction with a power self-sufficiency system.
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure when operating the exhaust heat recovery system.
FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure of a hot water supply temperature control process.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a conventional exhaust heat recovery system.
[Explanation of symbols]
1 Gas turbine
2 Exhaust heat recovery heat exchanger
3 buffer tank
3a Lid
4 Heat exchanger for water heating
5 Gas water heater (heating means)
6 hot water taps
17 Condenser
V1 Three-way switching valve (exhaust means)
P2 pump (Inverter control pump)
TS2 Temperature sensor (first temperature detecting means)
TS3 temperature sensor (third temperature detecting means)
TS4 Temperature sensor (second temperature detecting means)
PS1 Exhaust heat recovery system control process (first control means)
PS2 Hot water supply temperature control process (second control means)
PS3 Hot water supply compensation control process (third control means)
Claims (5)
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、前記排熱回収用熱交換器が前記バッファタンクよりも高い位置に設置され、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。An exhaust heat recovery heat exchanger that heats the heat medium by performing heat exchange between exhaust gas and a heat medium generated from a drive source when driving the generator, and the heated heat medium and water A heat exchanger for water heating that heats the water by performing heat exchange between the water and a waste heat recovery system that uses the heated water for hot water supply and air conditioning management,
A buffer tank for temporarily storing the heat medium heated in the exhaust heat recovery heat exchanger is provided, and the exhaust heat recovery heat exchanger is installed at a position higher than the buffer tank, and the buffer tank is An exhaust heat recovery system that is open to the atmosphere.
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管を通じて大気中に開放され、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排熱回収システム。An exhaust heat recovery heat exchanger that heats the heat medium by performing heat exchange between exhaust gas and a heat medium generated from a drive source when driving the generator, and the heated heat medium and water A heat exchanger for water heating that heats the water by performing heat exchange between the water and a waste heat recovery system that uses the heated water for hot water supply and air conditioning management,
A buffer tank for temporarily storing the heat medium heated in the heat exchanger for exhaust heat recovery, the buffer tank being opened to the atmosphere through a pipe, and condensing vapor of the heat medium in the pipe. An exhaust heat recovery system comprising a condenser.
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。An exhaust heat recovery heat exchanger that heats the heat medium by performing heat exchange between exhaust gas and a heat medium generated from a drive source when driving the generator, and the heated heat medium and water A heat exchanger for water heating that heats the water by performing heat exchange between the water and a waste heat recovery system that uses the heated water for hot water supply and air conditioning management,
Exhaust means for exhausting the exhaust gas to be introduced into the heat exchanger for exhaust heat recovery before introduction to the heat exchanger for exhaust heat recovery, first temperature detecting means for detecting the temperature of the heat medium, First control means for operating the exhaust means based on the detection result of the first temperature detection means, second temperature detection means for detecting the temperature of the water, and heating in the heat exchanger for water heating. Heating means for additionally heating the water, a second control means for operating the heating means based on a detection result of the second temperature detecting means, and a heating means for heating the waste heat recovery heat exchanger. A buffer tank for temporarily storing the heat medium, an inverter control pump for introducing the heat medium from the buffer tank to the heat exchanger for water heating, and third temperature detection means for detecting the temperature of the water. , Detection result of the third temperature detecting means The third exhaust heat recovery system, characterized in that it comprises a control means for controlling the drive of the inverter control pump based.
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