JP3977606B2

JP3977606B2 - Waste heat recovery control method and apparatus

Info

Publication number: JP3977606B2
Application number: JP2001118204A
Authority: JP
Inventors: 究鈴木; 健一田之頭; 和也山口; 義孝栢原; 伸岩田; 桂嗣滝本; 忠男菅原; 博司高木; 和博松本; 浩市川; 幹雄後藤; 直輝石井
Original assignee: Saibu Gas Co Ltd; Takagi Industrial Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Saibu Gas Co Ltd; Takagi Industrial Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2021-04-17
Also published as: JP2002318006A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機を駆動するエンジン等の駆動源を熱源とし、その排熱を回収して利用する排熱回収制御方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンで発電機を駆動して発電するとともに、その駆動源であるエンジンの排熱を回収して利用する排熱回収制御方法及びその装置が知られている。排熱の回収は、エンジンのウォータージャケット部に冷却水や排熱回収水としての熱媒を流し、その熱媒を通じて行われる。そして、熱媒の吸熱を蓄積し、又は、その熱を給湯等に利用するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の排熱回収制御方法及びその装置では、貯湯タンクに貯湯される湯の温度検知より駆動源であるエンジンの運転制御が行われているが、予め蓄熱量又は運転時間を設定する単純な制御を用いていた。このため、熱需要のある時間帯に関係なく運転が行われ、放熱損失が大きくなる等、運転が不経済となり、電力需要と駆動源の運転時間に反映させることができないという欠点があった。
【０００４】
そこで、本発明は、第１に、熱源の運転パターンを最適化した排熱回収制御方法及びその装置を提供すること、第２に、蓄熱手段である貯湯タンクの蓄熱量の最適化とともに、放熱損失の低減を図った排熱回収制御方法を提供すること、第３に、暖房要求に対する経済的運転を実現した排熱回収制御方法及びその装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の排熱回収制御方法は、第１の課題を解決するため、熱源（エンジン２）に熱媒（４）を循環させて排熱を回収する処理と、温水（３２）を溜めて蓄熱する蓄熱手段（貯湯タンク３４）の前記温水の上層部に、前記熱媒の熱によって加熱された温水を供給する処理と、前記熱媒の熱によって水を加熱し、温水が持つ熱を放熱負荷（室内放熱器１０２、浴室暖房乾燥機１０４、温水１２２）により放熱させる処理と、前記熱源に対する熱的負荷を予測して前記熱源を運転する処理と、前記蓄熱手段に溜められている前記温水を使用し、その使用量を検出する処理と、前記使用量から前記熱源に対する熱的負荷及び蓄熱量を算定し、前記熱源の運転時間を決定する処理と、設定された前記運転時間に前記熱源の駆動を許可する処理とを含み、前記蓄熱手段の前記蓄熱量は、前記蓄熱手段に溜められる容量を上下層方向に複数ゾーンに分割し、各ゾーンの温水量と、各ゾーン間の上側検出温度と、下側検出温度と、前記蓄熱手段に供給される水温とにより算出することを特徴とする。即ち、熱源の排熱を熱媒に吸収させ、その熱を温水によって蓄熱するとともに、温水が持つ熱を放熱負荷を以て放熱させる。その場合、放熱負荷を予測して熱源の運転を行うので、予測される放熱負荷に対する熱源の運転パターンを最適化することができる。また、温水の使用量を検出し、この使用量から放熱負荷及び蓄熱量を算定して熱源の運転時間を決定する。そして、この運転時間において、熱源の運転が許可される。
【０００６】
本発明の排熱回収制御方法において、前記放熱負荷は、温水暖房端末（室内放熱器１０２、浴室暖房乾燥機１０４）又は浴槽水（温水１２２）を含むことを特徴とする。即ち、放熱負荷には、温水による蓄熱、温水暖房端末、浴槽水の他、循環路の熱損失等も含まれる。
【０００７】
本発明の排熱回収制御方法において、前記温水による蓄熱量を決定する処理を含むことを特徴とする。即ち、温水による蓄熱量は、運転パターンに影響を与えるので、運転パターンを設定する上で温水による蓄熱量の決定は極めて重要である。
【０００９】
本発明の排熱回収制御方法において、第１及び第３の課題を解決するため、前記温水の使用量を検出する処理と、前記使用量から前記熱源に対する熱的負荷及び蓄熱量を算定し、前記熱源の運転時間を決定する処理と、設定された前記運転時間に前記熱源の駆動を許可する処理と、前記放熱負荷の放熱要求に対し、前記運転時間外に前記熱源の運転を許可する処理とを含むことを特徴とする。即ち、温水の使用量を検出し、この使用量から放熱負荷及び蓄熱量を算定して熱源の運転時間が決定され、この運転時間において、熱源の運転が許可されるが、暖房要求等に対して、運転時間以外にも熱源の運転を許可することで、熱源の運転に自由度を持たせている。
【００１０】
本発明の排熱回収制御装置は、第１及び第２の課題を解決するため、熱を放出する熱源（エンジン２）と、この熱源に熱媒（４）を循環させ、前記熱源の排熱を前記熱媒に回収させる排熱回収手段（排熱回収路６）と、下層部側に加熱前の水、上層部側に温水（３２）を溜めるとともに、その温水を給湯する蓄熱手段（貯湯タンク３４）と、前記蓄熱手段に溜められる容量を上下層方向に複数ゾーンに分割し、各ゾーンの温水温度を検出する温度検出手段（温度センサ６４１〜６５０）と、前記蓄熱手段の前記下層部側と前記上層部側との間に形成されて前記下層部側から前記水を取り出し、前記温水を前記上層部側に流し込む循環手段（循環路３６）と、この循環手段に設けられて前記熱媒が持つ熱により、前記水を加熱する第１の熱交換器（２４）と、前記排熱回収手段に設けられて前記熱媒が持つ熱により、暖房端末（室内放熱器１０２、浴室暖房乾燥機１０４）に循環させる温水（９８）を加熱する第２の熱交換器（２６）と、前記温度検出手段の検出温度を取り込み、前記熱源の運転パターン、運転時間又は前記蓄熱手段の蓄熱量を制御する制御手段（制御部１２４）とを備え、前記蓄熱手段の前記蓄熱量は、各ゾーンの温水量と、各ゾーン間の上側検出温度と、下側検出温度と、前記蓄熱手段に供給される水温とにより算出することを特徴とする。即ち、このような構成により、前記排熱回収制御方法を実現することができる。
【００１１】
本発明の排熱回収制御方法及びその装置は、前記熱源に発電機を回転させる駆動源を用いたことを特徴とする。即ち、発電機を駆動する駆動源は、例えば、エンジンで構成されており、相当な排熱があり、有効な熱源となるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示した実施例を参照して説明する。
【００１３】
図１ないし図３は、本発明の排熱回収制御方法及びその装置の実施例を示し、図１は排熱回収制御装置のエンジン及び貯湯タンク等の排熱回収系統、図２は排熱回収制御装置の暖房端末等の蓄熱利用系統等、図３は図１の排熱回収制御装置の拡大部分を示している。
【００１４】
この排熱回収制御装置では、熱を放出する熱源には図示しない発電機を駆動する駆動源としてのエンジン２が用いられ、このエンジン２には排熱回収用の流体としてエンジン冷却水ないし排熱回収水としての熱媒４を循環させ、この熱媒４にエンジン２の排熱を回収させる排熱回収手段として排熱回収路６が形成されている。この排熱回収路６のエンジン２の入口側及び出口側にはそれぞれ温度検出手段としてサーミスタ等からなる温度センサ８、１０が設置されているとともに、バイパス路１２が三方弁１４を介して形成されている。また、排熱回収路６には、熱媒４を強制循環させるための循環ポンプ１６、熱媒４を排熱回収路６に供給する循環タンク１８、熱媒４を発電出力によって加熱する電気ヒータ２０、流量センサ２２、第１及び第２の熱交換器２４、２６等が設けられるとともに、前記バイパス路１２とは別に、暖機時の循環路を短縮化するためのバイパス路２８が三方弁３０を介して形成されている。循環ポンプ１６は直流モータ１７によって駆動される。
【００１５】
熱交換器２４は熱媒４を熱源とする温水３２の加熱手段であって、蓄熱手段である貯湯タンク３４の加熱すべき水を循環させる循環手段としての循環路３６に設けられている。この循環路３６は、貯湯タンク３４の底面側と天井側とを結ぶ閉回路を構成しており、バイパス路３８、４０が設けられているとともに、これらバイパス路３８、４０との流路切換手段として三方弁４２、４４、熱交換器２４、流量センサ４３、循環ポンプ４５、温度センサ４９等が設けられている。即ち、循環ポンプ４５は直流モータ４７によって駆動され、熱交換器２４で加熱された温水３２が積層沸き上げが行われる貯湯タンク３４の上層部側に供給される。貯湯タンク３４には、温水３２の供給や取出しによる階層蓄熱の乱調防止手段として第１の緩衝板４６が設置されている。
【００１６】
貯湯タンク３４の底面側には、給水路４８が設けられるとともに、排水栓５０が設けられ、給水管５２から上水Ｗが貯湯タンク３４の底面側に給水される。給水管５２には、減圧弁５４及び流量センサ５６が設けられているとともに、ミキシングバルブ５８を介して給湯管６０が接続されている。また、貯湯タンク３４には、給水による階層蓄熱の乱調防止手段として第２の緩衝板６２が設置されている。貯湯タンク３４の側面部には積層沸き上げされる水の温度を検出する温度検出手段として複数の温度センサ６４１、６４２・・・・６５０が一定の間隔で設置されている。この実施例では、１０個の温度センサ６４１、６４２・・・・６５０が設置されているが、計測ゾーンに応じてこれより少なく又は多く設置してもよい。
【００１７】
また、貯湯タンク３４の天井側には温水取出路６６が設けられ、この温水取出路６６の一端は、過圧逃し弁６８及び負圧弁７０を介して外気に開放されており、その他端側には、給湯バックアップ用の第３の熱交換器７２、出湯温検出用の温度センサ７４等が設けられている。熱交換器７２は、バーナ７６による燃料ガスの燃焼熱を熱源とする。この熱交換器７２の出口側の給湯管６０には、前記ミキシングバルブ５８、流量センサ７８、水比例弁８０、混合温検出用の温度センサ８２等が設けられている。
【００１８】
また、給湯管６０から出湯される温水ＨＷは、追焚用循環路８４側に供給されて浴槽８６に注湯可能である。追焚用循環路８４側には、三方弁８８、循環ポンプ９０、水位センサ９２、温度センサ９４、第４の熱交換器９６等が設けられている。
【００１９】
排熱回収路６に設けられた熱交換器２６は、熱媒４を熱源とする暖房用熱媒としての温水９８の加熱手段であって、暖房用循環路１００に設けられている。この暖房用循環路１００は、放熱負荷として室内放熱器１０２や浴室暖房乾燥機１０４等の暖房端末に温水９８を循環させる手段であって、温水９８を溜めて膨張沸騰を抑制する手段としての温水タンク１０６、循環ポンプ１０８、流量センサ１１０、熱交換器９６、１１２等が設けられている。温水タンク１０６には、給水管１１４が接続されるとともに、給水を調整するためのバルブ１１６が設けられている。レベルセンサ１１８は、温水タンク１０６に適正量の温水９８を溜めるためのレベル制御に用いられる。熱交換器１１２は、バーナ１２０による燃料ガスの燃焼熱を熱源とし、浴槽８６内の温水１２２の追焚の他、暖房用熱源としての温水９８のバックアップ加熱に用いられる。また、熱交換器９６では、温水９８の熱で追焚用循環路８４側の温水１２２が加熱される。
【００２０】
この排熱回収制御装置において、図３に三方弁１４、３０、４２、４４の切換方向Ａ、Ｂ、Ｃ又はＤが示されており、例えば、暖機運転時、三方弁１４はＣ−Ａ方向、三方弁３０はＣ−Ａ方向に切り換られ、このとき、温水３２の自然対流防止のため、三方弁４２はＤ−Ａ方向、三方弁４４はＤ−Ｃ（閉止）方向に切り換えられる。
【００２１】
そして、この排熱回収制御手段としてコンピュータ等で構成された制御部１２４が設置されており、この制御部１２４は、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭ、駆動出力や検出出力の入出力手段としてＩ／Ｏ等を備えているとともに、給湯積算手段として給湯積算出力カウンタ１２５を備えている。この制御部１２４で実行される制御は、暖房端末の運転状態に応じて直流モータ１７、４７の回転制御及び循環ポンプ１６、４５の回転制御、三方弁４２、４４の開閉制御等である。このような制御を行うため、制御部１２４には温度センサ８、１０、流量センサ２２等、各種センサ等から検出出力が制御入力として加えられ、この制御部１２４から得られる制御出力が直流モータ１７、４７や三方弁４２、４４等、各種の制御機器のアクチュエータに加えられる。また、制御部１２４には、アラーム等の表示を行う表示手段として表示器１２６が設けられ、この表示器１２６は文字表示器、音声発生器等で構成できる。なお、この実施例では、ディジタル制御を行うため、コンピュータ等を用いた制御部１２４を例に取って説明しているが、アナログ処理を行う制御回路を用いてもよい。
【００２２】
次に、排熱回収制御方法を図４に示すメインルーチンを参照して説明する。
【００２３】
電源が投入されると、ステップＳ１では、三方弁１４、３０、４２、４４等の各種弁を初期位置制御（図６）を実行した後、ステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、常時起動プログラムが実行される。この常時起動プログラムでは、エンジン異常停止制御（図７）、エンジン運転許可制御（図８）、エンジン停止制御（図９）、エンジン強制停止制御（図１０）、暖房命令制御（図１１）、給湯積算出力カウンタ１２５の制御（図１２）、弁異常チェック制御（図１３）、温度センサ異常チェック制御（図１４）等が行われる。また、ステップＳ３では、暖房命令が制御部１２４に付与された（ＯＮ）か否かが判定され、暖房命令がない場合にはステップＳ４に移行し、エンジン運転が許可されたか否かを判定する。即ち、ステップＳ４では、季節に応じて設定される運転許可時間内であるか否かが確認される。
【００２４】
ステップＳ４でエンジン運転が許可された場合には、ステップＳ５に移行し、要求蓄熱量が所定蓄熱量以上か否かを判定する。即ち、ステップＳ５では、例えば、
（給湯負荷×１．２−積算出力−タンク蓄熱量）＞１０００ｋｃａｌ・・・（１）
であるか否かを判定し、予想される給湯需要から貯湯タンク３４の蓄熱量を引いた値が所定蓄熱量以上である場合にエンジン２を運転可能とする。この場合、係数１．２は給湯負荷に余裕を持たせるための数値の一例であり、この数値に限定されるものではない。
【００２５】
ここで、ステップＳ５における演算に用いる「給湯負荷」は、各季節毎に予め給湯予想負荷を決定するものである。
【００２６】
【表１】

【００２７】
即ち、「給湯負荷」は、その時点の季節及び時刻における次回の給湯予想量であるから、例えば、７月Ｘ日、１８：００にＣＧＳ運転を開始する場合、給湯負荷は６０００ｋｃａｌで計算し、また、２月Ｙ日、５：００にＣＧＳ運転を開始する場合、給湯負荷は２０００ｋｃａｌで計算する。
【００２８】
また、「積算出力」は、制御部１２４に内蔵されている給湯積算出力カウンタ１２５を用いて求められる給湯及び注湯に使用された出力の合計である。即ち、給湯需要があると思われる時間帯で、バックアップと蓄熱利用を含めた全ての出力を求め、そのデータをエンジン運転時間にフィードバックする。
【００２９】
また、貯湯タンク３４のタンク蓄熱量の計算は、例えば、タンク容量を２００リットルとし、図５に示すように、貯湯タンク３４の各ゾーン１〜７は同容量であり、１ゾーン当たりの温水量は約２８．６リットルとなる。ここで、水温を冬期で５℃、春秋期で１５℃、夏期で２５℃と定義すると、各ゾーンの熱量Ｑ（ｋｃａｌ）は、
【００３０】
Ｑ＝２８．６×｛（上側検出温度＋下側検出温度）／２−水温｝・・・（２）
となり、タンク蓄熱量Ｑｍは全ゾーン１〜７の合計である。但し、一つの条件として｛（上側検出温度＋下側検出温度）／２−水温｝＜１０℃の場合には、そのゾーンは零とする。例えば、冬期、温度センサ６４１の検出温度が７５℃、温度センサ６４３の検出温度が７０℃のとき、ゾーン１の熱量Ｑ₁は、
【００３１】
Ｑ₁＝２８．６×｛（７５＋７０）／２−５｝＝１９３０．５（ｋｃａｌ）・・・（３）
となる。なお、温度センサ６４１〜６５０の中、温度センサ６４２、６４９は蓄熱量Ｑｍの計算には使用しない。
【００３２】
そして、ステップＳ５で前記要求蓄熱量が１０００ｋｃａｌ以上であると判定されたとき、又はステップＳ３で暖房命令が発せられているとき、ステップＳ６に移行し、貯湯タンク３４の最下部側の温度センサ６５０の検出温度が所定温度、例えば、４０℃以上か否かを判定し、所定温度以下の場合、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、前回のエンジン２の停止から所定時間、例えば、６０分以上経過したか否かが判定され、所定時間以下の場合には、エンジン保護のためエンジン２の起動を禁止する。即ち、貯湯タンク３４の最下部側の湯温が低温であることを確認し、エンジン２のオーバーヒートを防止している。そして、所定時間が経過している場合には、ステップＳ８に移行し、エンジン２の起動を行うとともに、暖機運転を行う。この暖機運転では、三方弁３０を切り換えてバイパス路２８を介して排熱回収路６を狭小化し、熱媒温度の急激な立上りを行う。
【００３３】
そして、この暖機運転の後、ステップＳ９に移行し、エンジン２の入口側の熱媒４の温度が所定温度、例えば、６５℃になるように制御する。この一定温度制御は、温度センサ８、１０の検出温度を監視しながら、直流モータ１７の回転数を増減させ、循環ポンプ１６で圧送される熱媒４の流量を加減することにより行われる。
【００３４】
次に、図６は、図４のステップＳ１の三方弁１４、３０、４２、４４等の弁初期位置設定のサブルーチンを示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ１０１で、三方弁４２はＤ−Ａ方向、三方弁４４はＤ−Ｃ（閉止）方向、三方弁３０はＣ−Ａ方向、三方弁１４はＣ−Ａ方向に切り換えられる。この結果、常時起動プログラムの実行が準備される。
【００３５】
次に、図７は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンであるエンジン異常停止制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２０１では、エンジン２の運転状態が「運転」であるか否かが判定され、運転状態にあるときはステップＳ２０２に移行し、所定時間として例えば、１０秒経過の後、ステップＳ２０３に移行し、ガス弁が閉（ＯＦＦ）であるか否かが判定され、閉でない場合にはステップＳ２０１に戻り、閉止している場合にはステップＳ２０４に移行し、エンジン停止を行った後、ステップＳ２０５に移行し、表示器１２６にエンジン異常停止を行った旨の表示としてアラーム表示を行う。
【００３６】
また、ステップＳ２０１で、エンジン２がの運転状態でない場合には、ステップＳ２０６に移行し、所定時間として例えば、１０秒経過の後、ステップＳ２０７に移行し、ガス弁が開（ＯＮ）しているか否かが判定され、開でない場合にはステップＳ２０１に戻り、開の場合にはステップＳ２０８に移行し、エンジン停止を行った後、ステップＳ２０９に移行し、表示器１２６に「エンジン停止せず」とのアラーム表示を行う。
【００３７】
次に、図８は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンであるエンジン運転許可制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２１１では、エンジン運転が許可時間であるか否かが判定され、運転許可時間にある場合にはステップＳ２１２に移行し、エンジン運転許可指示として「許可」を出力し、また、エンジン運転許可時間でない場合にはステップＳ２１３に移行し、エンジン運転許可を禁止する指示として「禁止」を出力する。
【００３８】
次に、図９は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンであるエンジン停止制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２１５では、エンジン２の電源をＯＦＦにした後、ステップＳ２１６に移行し、弁初期位置制御（図６）を実行した後、ステップＳ２１７に移行し、エンジン２の運転状態を停止状態にする。
【００３９】
次に、図１０は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンであるエンジン強制停止制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２２１では、強制停止入力手段として例えば、Ｅｓｃキーが押されたか否かが判定され、このＥｓｃキーが押されたとき、ステップＳ２２２に移行し、エンジン停止制御（図９）を実行し、制御を終了する。
【００４０】
次に、図１１は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンである暖房運転命令制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２２５では、暖房装置側の暖房命令手段として端末スイッチがＯＮ又は双方向通信の暖房命令がＯＮしたか否かが判定され、暖房命令が指示されたとき、ステップＳ２２６に移行し、暖房命令を「ＯＮ」とし、制御手段であるバックアップインテリ基板のＥコン端子を「ＯＮ」とする。また、ステップＳ２２７では、暖房装置側の暖房命令手段として端末スイッチのＯＦＦと、双方向通信の暖房命令のＯＦＦとが成立しているか否かが判定され、暖房停止命令が指示されたとき、ステップＳ２２８に移行し、暖房命令を「ＯＦＦ」とし、制御手段であるバックアップインテリ基板のＥコン端子を「ＯＦＦ」とする。
【００４１】
次に、図１２は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンである給湯積算出力カウンタ１２５の制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２３１では、エンジン運転が「許可」であるか否かが判定され、許可の場合にはステップＳ２３２に移行し、カウンタリセットを行う。即ち、給湯積算出力カウンタ１２５に格納されている熱量Ｑｃを０ｋｃａｌとした後、ステップＳ２３３に移行し、水温を決定する。即ち、冬期では５℃、春秋期では１５℃、夏期では２５℃を設定した後、ステップＳ２３４に移行し、混合温サーミスタである温度センサ８２の湯温測定を行う。
【００４２】
そして、ステップＳ２３５では、給湯量を検出する流量センサ７８が所定流量として例えば、１リットルカウントしたか否かを判定し、１リットルカウントを行った場合、ステップＳ２３６に移行する。ステップＳ２３６では、１リットル当たりの熱量計算として給湯積算出力熱量Ｑｃを演算する。即ち、この給湯積算出力熱量Ｑｃ（ｋｃａｌ）は、
Ｑｃ＝（湯温−水温）×１（ｋｃａｌ）・・・（４）
で算出される。
【００４３】
そして、ステップＳ２３７に移行し、エンジン運転許可が「禁止」されているか否かが判定され、エンジン運転が禁止されている場合にはステップＳ２３１に復帰し、エンジン運転が禁止されていない場合にはステップＳ２３４に移行し、ステップＳ２３４〜ステップＳ２３６の処理を実行する。
【００４４】
次に、図１３は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンである弁異常チェック制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２４１では、弁出力と切換状態を表すリミットが一致しているか否かが判定され、一致していない場合にはステップＳ２４２で所定時間として例えば、３０秒経過の後、ステップＳ２４３に移行し、表示器１２６に三方弁１４、３０、４２、４４等が異常である旨をアラームによって告知する。また、ステップＳ２４１で弁出力とリミットが一致している場合には、ステップＳ２４４に移行し、正常である旨出力し、表示器１２６にそれを表示する。
【００４５】
次に、図１４は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンである温度センサ異常チェック制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２５１では、接続線等に断線又は短絡の異常が生じているか否かが判定され、異常が生じている場合にはステップＳ２５２に移行し、表示器１２６に温度センサ８、１０等が異常である旨をアラームによって告知する。また、ステップＳ２５１で異常が生じていない場合には、ステップＳ２５３に移行し、正常である旨出力し、表示器１２６にそれを表示する。
【００４６】
次に、図１５は、図４のフローチャートのステップＳ８のサブルーチンであるエンジン起動及び暖機運転制御を示している。
【００４７】
ステップＳ８０１では、温水３２の自然対流を防止するため、三方弁４２をＤ−Ａ方向、三方弁４４をＤ−Ｃ（閉止）方向、暖機回路を構成するため、三方弁３０をＣ−Ａ方向、三方弁１４をＣ−Ａ方向に切り換えるとともに、循環ポンプ１６を中回転に設定した後、ステップＳ８０２に移行し、温度センサ１０の検出温度が所定温度、例えば、５５℃以下であるか否かを判定し、この５５℃を超えている場合、ステップＳ８０３に移行し、プリチェックの開始から所定時間として例えば、２０分が経過したか否かを判定する。５５℃を超えて２０分が経過している場合には何らかの異常が発生していることが予想されるので、ステップＳ８０４に移行し、表示器１２６にアラームを発生させ、「異常停止」を告知する。このとき、エンジン２の停止モードに移行することになる。
【００４８】
ステップＳ８０２で検出温度が所定温度以下の場合、ステップＳ８０５に移行してエンジン２の電源をＯＮとし、ステップＳ８０６に移行してエンジン起動接点を所定時間、例えば、５秒間だけＯＮ状態とし、ステップＳ８０７に移行してエンジン起動接点をＯＦＦにした後、所定時間、例えば、３秒間待機し、ステップＳ８０８に移行する。ステップＳ８０８では、ガス弁がＯＮ状態か否かを判定し、ガス弁がＯＮ状態でない場合、ステップＳ８０９に移行し、その起動が所定回数、例えば、５回目か否かを判定する。所定回数以下の場合には、ステップＳ８１０に移行し、所定回数に移行する所定時間、例えば、５秒間待機してステップＳ８０６に戻る。また、ステップＳ８０９でエンジン起動が所定回数に到達している場合、ステップＳ８１１に移行してエンジン停止とし、ステップＳ８１２で表示器１２６にアラームを発生させるとともに、エンジン起動失敗を告知させる。この告知によって利用者は、異常を知ることができる。
【００４９】
ステップＳ８０８でガス弁がＯＮに移行したと判定されたとき、ステップＳ８１３に移行してエンジン２は運転状態となり、ステップＳ８１４に移行する。ステップＳ８１４では温度センサ１０の検出温度が所定温度、例えば、６０℃を超えているか否かを判定し、６０℃を超えていない場合、ステップＳ８１５に移行し、所定時間の経過、例えば、２０分が経過したか否かを判定し、所定時間が経過するまで、検出温度の推移を監視する。２０分が経過したにも拘わらず、検出温度が６０℃を超えない場合には、ステップＳ８１６に移行してエンジン停止を行った後、ステップＳ８１７に移行し、表示器１２６にアラームを発生させるとともに、エンジンで駆動される発電機側に前置されているエンジン・インバータの異常を告知させる。この告知によって利用者は、異常を知ることができる。
【００５０】
そして、ステップＳ８１４で温度センサ１０の検出温度が６０℃を超えている場合、暖機運転が正常に行われたことを表し、ステップＳ８１８に移行し、三方弁３０をＢ−Ｃ方向に切り換え、バイパス路２８を切り離した後、図４のステップＳ９にリターンを行い、エンジン２による発電とともに、排熱回収を開始する。
【００５１】
次に、図１６は、図４のステップＳ９のサブルーチンであるエンジン入温度制御（目標値６５℃の制御）を示している。
【００５２】
ステップＳ９０１ではエンジン２が運転状態か否かを常に監視し、ステップＳ９０２では循環ポンプ４５の回転制御等を実行する。即ち、エンジン２に対する熱媒４の入側温度、即ち、温度センサ８の検出温度である戻り温度が所定温度、例えば、６５℃を目標値として循環ポンプ４５の回転制御を行う。なお、この制御の結果、循環ポンプ４５の回転が停止している場合には、三方弁４４をＡ−Ｃ（閉止）方向に切り換え、循環ポンプ４５が回転している場合は三方弁４４をＤ−Ｂ方向に切り換えた後、ステップＳ９０３に移行する。
【００５３】
ステップＳ９０３では、貯湯タンク３４の最下部側の温度センサ６５０の検出温度が所定温度、例えば、５０℃以上か否かを判定し、所定温度以下の場合、ステップＳ９０４に移行する。この場合、始動条件とのヒステリシス温度は例えば、１０℃に設定する。そして、ステップＳ９０４では、エンジン２に対する熱媒４の入側温度、即ち、温度センサ８の検出温度である戻り温度が所定温度、例えば、７５℃以上が所定時間、例えば、１０秒以上か否か、且つ、循環ポンプ４５の回転数が最大か否かを判定する。所定温度が所定時間以下、且つ、循環ポンプ４５の回転数が最大でない場合、ステップＳ９０５に移行する。
【００５４】
ステップＳ９０５では、エンジン２の運転状態が停止か否かを判定し、エンジン２が停止していないとき、即ち、運転状態のとき、ステップＳ９０６に移行し、暖房接点がＯＮ状態か否かを判定する。ＯＮ状態でない場合には、ステップＳ９０７に移行し、エンジン運転が許可されているか否かを判定し、エンジン運転が許可されている場合には、ステップＳ９０８に移行してタンク蓄熱量が（給湯負荷×１．２−積算出力）より多いか否かを判定する。即ち、この判定は、暖房を行っていない場合、エンジン運転許可時間内であれば、この条件成立でエンジン運転停止を行うことを意図している。
【００５５】
ところで、ステップＳ９０３で温度センサ６５０の検出温度が所定温度、即ち、５０℃を超えている場合、又は、ステップＳ９０４で所定温度が所定時間以上、且つ、循環ポンプ４５の回転数が最大である場合には、ステップＳ９０９に移行し、循環ポンプ４５を停止させ、ステップＳ９１０に移行してエンジン停止を行う。ステップＳ９１１では、エンジン停止から所定時間の経過、例えば、３０秒が経過するまで待機した後、ステップＳ９１２に移行し、循環ポンプ１６を停止させた後、図４に示すメインルーチンのステップＳ２に戻る。即ち、循環ポンプ４５を停止させた後、循環ポンプ１６を停止させるのは、貯湯タンク３４側の階層蓄熱の崩れを防止するためである。
【００５６】
また、ステップＳ９０５でエンジン停止、ステップＳ９０７でエンジン運転禁止、又は、ステップＳ９０８でタンク蓄熱量が（給湯負荷×１．２−積算出力）を超えている場合には、ステップＳ９１３に移行し、エンジン停止を行い、ステップＳ９１４でエンジン停止から所定時間例えば、３０秒が経過するまで待機した後、ステップＳ９１５に移行し、循環ポンプ４５の停止を行い、ステップＳ９１２に移行する。
【００５７】
そして、この排熱回収制御装置では、エンジン２の冷却回路を構成する排熱回収路６に排熱回収用の熱交換器２４、暖房用の熱交換器２６を設置しているので、温水３２、９８に排熱を効率良く吸収させることができるとともに、温水３２を貯湯タンク３４に導いて蓄熱させ、温水９８を暖房用循環路１００に流すことができる。
【００５８】
ところで、エンジン２の能力や耐久性を保つには、エンジン２からの排熱吸収には限度があり、熱媒４の戻り温度は一定温度、例えば、６５℃を中央値として一定温度幅、例えば、６５±５℃程度に維持することが望ましいものであるが、実際には、室内放熱器１０２、浴室暖房乾燥機１０４の運転状態や運転台数等で暖房負荷の変化や、外部からの給水温度等でエンジン２に戻る熱媒４の戻り温度は大きく変動する。そこで、消費電力が低く、制御性の良い直流モータ１７で駆動する循環ポンプ１６が使用され、熱媒４の流量を暖房負荷の増減に応じて調整すれば、熱媒４の戻り温度を制御でき、最適化することができる。
【００５９】
この場合、暖房要求がないとき、熱交換器２４のみで熱交換が行われるので、この熱交換に応じてエンジン２への熱媒４の戻り温度が所定温度、例えば、６５℃となるように循環ポンプ４５の回転数を制御して流量を調整し、貯湯タンク３４への蓄熱を行う。
【００６０】
また、暖房要求があったとき、暖房端末の放熱負荷の大きさで熱媒４の戻り温度が変動するが、その戻り温度が所定温度以下、例えば、６５℃以下の場合、熱交換器２４での熱回収は不要であるため、循環ポンプ４５を停止し、熱媒４の戻り温度が所定温度、例えば、６５℃を超える場合、循環ポンプ４５を運転させ、熱媒４の戻り温度が所定温度、即ち、６５℃となるように温水流量を調整し、貯湯タンク３４へ蓄熱を行う。
【００６１】
しかし、暖房要求において、低温水で十分な低温要求の場合、例えば床暖房の場合には、その暖房端末には６０℃程度の温水循環で十分である。このような低い温度要求について、エンジン２への熱媒４の戻り温度は６５℃であり、エンジン２からの往き温度は７５℃であるため、熱交換器２６では６０℃を超える熱交換が行われる。このような高温の温水９８を循環させると、床暖房パネルは過熱状態となり、好ましくない。
【００６２】
そこで、低温（６０℃）の暖房要求の場合には、エンジン２の熱媒４の戻り温度を低温要求に最適な戻り温度、例えば、６０℃、往き温度を７０℃にシフトさせるように循環ポンプ４５の回転を制御し、温水３２の流量を調整する。即ち、温水３２の流量を増加させると、排熱回収熱量が増加し、エンジン２の排熱回収路６の熱媒４の温度が低下することになる。
【００６３】
そして、これら排熱回収制御方法及び排熱回収制御装置では、表１で示したように、季節毎の給湯予想負荷と運転「許可時間」を設定し、夕方から夜にかけての熱負荷が期待できる時間帯に排熱回収運転を行い、このとき、貯湯タンク３４に蓄熱される熱量は一般家庭の平均データから算出することができる。
【００６４】
また、給湯積算出力カウンタ１２５を設けて貯湯タンク３４の蓄熱量にフィードバックしている。即ち、貯湯タンク３４の蓄熱量は複数個取り付けられた温度センサ６４１〜６５０の検出温度から演算することができる。「許可時間内」で排熱回収運転中に給湯需要等の要求があった場合には、温度センサ６４１が高温を検知できずに、結果として過剰な蓄熱を行うことが予想されるが、このような不都合を防止するため、「許可時間内」の熱出力を給湯積算出力カウンタ１２５で積算し、予め必要とされる総熱量から差し引くことで貯湯タンク３４の残熱量を低減することとしている。即ち、給湯積算出力カウンタ１２５の残熱量Ｑは、
【００６５】
Ｑ（ｋｃａｌ）＝（出湯温度−入水温度）×積算流量・・・（５）
で演算することができる。例えば、冬期の夕方の予想負荷を１６０００ｋｃａｌとすると、時刻１７：００から浴槽８６への注湯が行われ、このとき、７０００ｋｃａｌ／ｈの熱需要があった場合、最終的にはタンク蓄熱量は、９０００ｋｃａｌ／ｈの熱量となる。
【００６６】
そして、運転停止時間においても、「ふろ予約」時間等の要求に対し、運転の「許可時間」を移動させる。即ち、２４時間中で浴槽８６への注湯が最も大きな熱需要であるから、基本的には「許可時間内」での対応が可能と予想されるが「ふろ予約」により「許可時間」より早い時刻に設定された場合には、バックアップ燃焼に頼ることになる。ここで、バックアップ燃焼とは、バーナ７６の燃焼による温水加熱である。このような事態を避けるには、図１７に示すように、「ふろ予約」時間をフィードバックすることが有効である。例えば、運転許可時間外に「ふろ予約」（冬期の１４時に予約）された場合には、第１に、必要な熱量を計算する。例えば、浴槽８６の容積が２００リットルの場合に４０℃の温水１２２を注湯するには、熱量Ｑは、
【００６７】

が必要となる。
【００６８】
次に、前倒し時間を決定する。例えば、エンジン２の排熱が２６００ｋｃａｌ／ｈ、貯湯タンク３４の蓄熱量が１８００ｋｃａｌあるとき、残りの熱量Ｑ＝５２００ｋｃａｌを蓄熱することができる。この場合、運転時間ｔは、

となり、１２時に運転を開始すればよいことが判る。
【００６９】
そして、暖房要求が生じた場合、「許可時間外」も排熱回収運転を行う。これは排熱回収運転の時間を確保する目的と、暖房に伴う他の電力需要も期待できることになり、より経済的な運転制御を実現できる。この場合、エンジン２の耐久性を考慮すると、頻繁な駆動及び停止を避けるため、エンジン停止から休止時間として、例えば、１時間が経過するまでは運転の「禁止時間」を設定している。これらを組み合わせると、図１８に示すような制御形態となる。
【００７０】
そして、電力需要を運転制御に反映させる。即ち、この排熱回収制御方法及び装置では、発電によって得られる電力の余剰分を逆潮流せずに電気ヒータ２０の消費に用いている。このため、余剰電力回収手段として電気ヒータ２０を設置している。即ち、逆潮流防止機構を利用し、現在使用されている電力データをストアすれば、１時間当たりの平均電力需要からピーク時間帯を算出し、「許可時間」の最適化を図ることができる。例えば、１０日間の平均データからユーザーの電源ピーク時間帯が１４時頃とすると、１６時からの「許可時間」を１２時にシフトさせることができる。この結果、ピーク時間帯の前後の電力需要に対応することができる。
【００７１】
ところで、これら排熱回収制御方法及び排熱回収制御装置における学習制御は、水温の学習、自動予約、浴槽８６の容量、電力需要量及び計算値との食い違い等に及ぶ。即ち、水温の学習制御では、流量センサ７８が連続して３分カウントした時点で水温を更新しており、殆どの場合が自動給湯時と予想され、ほぼ毎日更新されることになる。
【００７２】
自動予約制御については、自動予約によって、負荷のピークが移動すると予想される場合、エンジン運転時間を調節している。
【００７３】
浴槽８６の容量制御については、通常は学習されたピークに含まれると考えられるが、イレギュラーな時間に予約を設定された場合はエンジン運転時間帯を調節あるいは新設することで、そのときの計算で学習された水温と浴槽８６の容量を使用することができる。
【００７４】
また、電力需要量制御については、バックアップとＣＧＳの経済性比較より「ある消費電力を下回るとかえって不経済になる」クロスポイント（例えば４００Ｗ）を設定する。システム本体が非暖房時でも１００Ｗ程度の電力を消費することを加味して、運転時間帯を調節する。特に、早朝の運転に影響があると予想される。電力データは本体に内蔵した余剰電力ヒータ装置との通信により得ることが可能である。
【００７５】
制御部１２４における計算値との違いについては、予想負荷パターンと実負荷を比較して、運転終了時に貯湯タンク３４の残熱が著しく多い場合、また、バックアップ燃焼時間が多い場合等はこれを反映する。
【００７６】
そこで、図１９に示すように、１０日分の給湯、電力のデータの平均値を求め、需要予測を行う。即ち、第１に、各ピークの熱量を計算し、運転プログラム中の予想負荷とする。第２に、それぞれの給湯負荷に間に合うようにエンジン運転時間を設定する。そして、第３に、ピークの終わりにエンジン運転終了時間を設定する。この結果、エンジン運転許可スタート時間、エンジン運転許可終了時間及び予想熱量であるエンジン運転時間の最適化を実現することができる。
【００７７】
このような制御により、無駄な蓄熱を最小限に抑えることで放熱ロスを低減でき、給湯負荷及び電力需要データをフィードバックすることで運転パターンを最適化し、経済的な運転を行うことができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
ａ給湯負荷等の熱的負荷を予測して熱源の運転パターンを決定するので、熱源の運転パターンを最適化でき、経済的な排熱回収が可能である。しかも、電力需要を運転パターンに反映させれば、より効率のよい排熱回収を実現することができる。
ｂ蓄熱手段である貯湯タンクの蓄熱量の最適化とともに、放熱損失の低減を図ることができる。
ｃ暖房要求に対して経済的運転を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排熱回収制御方法及びその装置の実施例を示す図である。
【図２】本発明の排熱回収制御方法及びその装置の実施例を示す図である。
【図３】図１の排熱回収制御装置の一部を拡大して示した図である。
【図４】本発明の排熱回収制御方法におけるメインルーチンを示すフローチャートである。
【図５】貯湯タンクの蓄熱形態を示す図である。
【図６】メインルーチンにおける弁初期位置の設定処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図７】メインルーチンにおけるエンジン異常停止処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図８】メインルーチンにおけるエンジン運転許可処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図９】メインルーチンにおけるエンジン停止処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】メインルーチンにおけるエンジン強制停止処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】メインルーチンにおける暖房命令処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】メインルーチンにおける給湯積算出力カウンタ処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】メインルーチンにおける弁異常チェック処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】メインルーチンにおける温度センサ異常チェック処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】メインルーチンにおけるエンジン起動処理及び暖機運転処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】メインルーチンにおけるエンジン入温度６５℃制御に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】運転パターンを示す図である。
【図１８】運転パターンを示す図である。
【図１９】給湯、電力需要に対応する予想負荷、エンジン運転時間及びエンジン運転終了時間の設定を示す図である。
【符号の説明】
２エンジン（熱源）
４熱媒
６排熱回収路
２４第１の熱交換器
２６第２の熱交換器
３２、９８温水
３４貯湯タンク（蓄熱手段）
３６循環路
１０２室内放熱器（放熱負荷）
１０４浴室暖房乾燥機（放熱負荷）
１２２温水（浴槽水）
１２４制御部（制御手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust heat recovery control method and apparatus for recovering and using exhaust heat from a drive source such as an engine that drives a generator as a heat source.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an exhaust heat recovery control method and an apparatus for generating electric power by driving a generator with an engine and recovering and using exhaust heat of an engine that is a driving source. The exhaust heat is recovered through a cooling medium and a heat medium as exhaust heat recovery water flowing through the water jacket portion of the engine and through the heat medium. Then, the heat absorption of the heat medium is accumulated, or the heat is used for hot water supply or the like.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional exhaust heat recovery control method and its apparatus, the operation control of the engine which is a driving source is performed based on the temperature detection of the hot water stored in the hot water storage tank. However, the heat storage amount or the operation time is simply set in advance. Was used. For this reason, the operation is performed regardless of the time zone in which the heat demand is present, the heat dissipation loss is increased, and the operation becomes uneconomical, which cannot be reflected in the power demand and the operation time of the drive source.
[0004]
Therefore, the present invention firstly provides an exhaust heat recovery control method and apparatus that optimizes the operation pattern of the heat source, and secondly, optimizes the amount of heat stored in a hot water storage tank that is a heat storage means, and dissipates heat. It is an object of the present invention to provide an exhaust heat recovery control method that reduces loss, and thirdly, to provide an exhaust heat recovery control method that realizes economical operation in response to a heating request and an apparatus therefor.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the first problem, the exhaust heat recovery control method of the present invention circulates a heat medium (4) through a heat source (engine 2) to recover exhaust heat,In the upper layer of the hot water of the heat storage means (hot water storage tank 34) for storing hot water (32) and storing it,By the heat of the heat mediumSupply heated hot waterWater is heated by the heat of the heat treatment medium and the heat medium, and the heat of the hot water is transferred to the heat radiation load (indoor radiator 102, bathroom heater / dryer 104, hot water 122).ThanA process of dissipating heat, a process of operating the heat source by predicting a thermal load on the heat source, andA process of using the hot water stored in the heat storage means, detecting the amount of use, a process of calculating a thermal load and a heat storage amount for the heat source from the amount of use, and determining an operation time of the heat source; A process for permitting driving of the heat source during the set operation time;IncludingThe amount of heat stored in the heat storage means is obtained by dividing the capacity stored in the heat storage means into a plurality of zones in the upper and lower layers, the amount of hot water in each zone, the upper detection temperature between the zones, and the lower detection temperature. And the water temperature supplied to the heat storage meansIt is characterized by that. That is, the exhaust heat of the heat source is absorbed by the heat medium, and the heat is stored by the hot water, and the heat of the hot water is radiated by the heat radiation load. In that case, since the heat source is operated by predicting the heat radiation load, the operation pattern of the heat source for the predicted heat radiation load can be optimized.Moreover, the usage-amount of warm water is detected, the heat radiation load and the heat storage amount are calculated from this usage-amount, and the operation time of a heat source is determined. And the operation | movement of a heat source is permitted in this operation time.
[0006]
In the exhaust heat recovery control method of the present invention, the heat radiation load includes a hot water heating terminal (indoor radiator 102, bathroom heating dryer 104) or bathtub water (hot water 122). That is, the heat radiation load includes heat storage by hot water, hot water heating terminal, bathtub water, heat loss of the circulation path, and the like.
[0007]
The exhaust heat recovery control method of the present invention includes a process for determining the amount of heat stored by the hot water. That is, the amount of heat stored by warm water affects the operation pattern, and therefore, the determination of the amount of heat stored by warm water is extremely important in setting the operation pattern.
[0009]
In the exhaust heat recovery control method of the present invention, in order to solve the first and third problems, a process for detecting the amount of hot water used, and a thermal load and a heat storage amount for the heat source are calculated from the amount used, A process for determining the operation time of the heat source, a process for permitting the drive of the heat source during the set operation time, and a process for permitting the operation of the heat source outside the operation time in response to a heat release request of the heat radiation load. It is characterized by including. That is, the usage amount of hot water is detected, and the operation time of the heat source is determined by calculating the heat radiation load and the heat storage amount from this usage amount, and during this operation time, the operation of the heat source is permitted. Thus, by allowing the operation of the heat source in addition to the operation time, the operation of the heat source is given a degree of freedom.
[0010]
In order to solve the first and second problems, the exhaust heat recovery control device of the present invention circulates a heat source (engine 2) that releases heat and a heat medium (4) through the heat source, and exhaust heat from the heat source. Waste heat recovery means (exhaust heat recovery path 6) for recovering the heat medium, water before heating on the lower layer side, hot water (32) on the upper layer side, and hot water suppliedHot waterHeat storage means (hot water storage tank 34),The capacity stored in the heat storage means is divided into a plurality of zones in the upper and lower layers, and temperature detection means (temperature sensors 641 to 650) for detecting the hot water temperature of each zone;Circulation means (circulation path 36) formed between the lower layer side and the upper layer part side of the heat storage means, taking out the water from the lower layer side, and flowing the warm water into the upper layer side, and this circulation means The heat terminal (24), which heats the water by the heat of the heat medium, and the heating terminal (indoor heat dissipation) by the heat of the heat medium, which is provided in the exhaust heat recovery means. A second heat exchanger (26) for heating hot water (98) to be circulated in the oven 102, bathroom heater / dryer 104);Taking in the detected temperature of the temperature detecting means,And a control means (control unit 124) for controlling the operation pattern of the heat source, the operation time, or the heat storage amount of the heat storage means.The heat storage amount of the heat storage means is calculated from the amount of hot water in each zone, the upper detection temperature between the zones, the lower detection temperature, and the water temperature supplied to the heat storage means.It is characterized by that. That is, the exhaust heat recovery control method can be realized by such a configuration.
[0011]
The exhaust heat recovery control method and apparatus of the present invention are characterized in that a drive source for rotating a generator is used as the heat source. That is, the drive source for driving the generator is composed of, for example, an engine, has a considerable amount of exhaust heat, and becomes an effective heat source.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to examples shown in the drawings.
[0013]
1 to 3 show an embodiment of an exhaust heat recovery control method and apparatus of the present invention, FIG. 1 shows an exhaust heat recovery system such as an engine and a hot water storage tank of the exhaust heat recovery control apparatus, and FIG. 2 shows an exhaust heat recovery system. FIG. 3 shows an enlarged portion of the exhaust heat recovery control device of FIG. 1, such as a heat storage utilization system such as a heating terminal of the control device.
[0014]
In this exhaust heat recovery control device, an engine 2 as a drive source for driving a generator (not shown) is used as a heat source for releasing heat. The engine 2 uses engine cooling water or exhaust heat as a fluid for exhaust heat recovery. An exhaust heat recovery path 6 is formed as exhaust heat recovery means for circulating the heat medium 4 as recovered water and recovering the exhaust heat of the engine 2 by the heat medium 4.

Temperature sensors

8 and 10 including a thermistor or the like are provided as temperature detecting means on the inlet side and the outlet side of the engine 2 of the exhaust heat recovery path 6, and a bypass path 12 is formed via a three-way valve 14. ing. The exhaust heat recovery path 6 includes a circulation pump 16 for forcibly circulating the heat medium 4, a circulation tank 18 that supplies the heat medium 4 to the exhaust heat recovery path 6, and an electric heater that heats the heat medium 4 with power generation output. 20, a flow sensor 22, first and

second heat exchangers

24, 26, and the like are provided, and a bypass path 28 for shortening the circulation path during warm-up is a three-way valve, apart from the bypass path 12. 30 is formed. The circulation pump 16 is driven by a DC motor 17.
[0015]
The heat exchanger 24 is a heating means for the hot water 32 using the heat medium 4 as a heat source, and is provided in a circulation path 36 as a circulation means for circulating water to be heated in the hot water storage tank 34 that is a heat storage means. The circulation path 36 forms a closed circuit that connects the bottom surface side and the ceiling side of the hot water storage tank 34, and is provided with

bypass paths

38, 40, and a flow path switching means for the

bypass paths

38, 40. Are provided with three-

way valves

42, 44, a heat exchanger 24, a flow sensor 43, a circulation pump 45, a temperature sensor 49, and the like. That is, the circulation pump 45 is driven by the DC motor 47, and the hot water 32 heated by the heat exchanger 24 is supplied to the upper layer side of the hot water storage tank 34 where the stacked boiling is performed. The hot water storage tank 34 is provided with a first buffer plate 46 as a means for preventing turbulent heat accumulation in the hot water 32 supplied and taken out.
[0016]
A water supply channel 48 is provided on the bottom surface side of the hot water storage tank 34, and a drain plug 50 is provided, so that clean water W is supplied from the water supply pipe 52 to the bottom surface side of the hot water storage tank 34. The water supply pipe 52 is provided with a pressure reducing valve 54 and a flow rate sensor 56, and a hot water supply pipe 60 is connected via a mixing valve 58. Further, the hot water storage tank 34 is provided with a second buffer plate 62 as a means for preventing turbulent heat storage due to water supply. A plurality of

temperature sensors

641, 642,... 650 are installed at regular intervals on the side surface of the hot water storage tank 34 as temperature detecting means for detecting the temperature of the water that is stacked and heated. In this embodiment, ten

temperature sensors

641, 642,... 650 are installed, but fewer or more may be installed depending on the measurement zone.
[0017]
Further, a hot water outlet path 66 is provided on the ceiling side of the hot water storage tank 34, and one end of the hot water outlet path 66 is opened to the outside air via an overpressure relief valve 68 and a negative pressure valve 70, and on the other end side. Are provided with a third heat exchanger 72 for hot-water supply backup, a temperature sensor 74 for detecting the hot water temperature, and the like. The heat exchanger 72 uses the heat of combustion of the fuel gas by the burner 76 as a heat source. The hot water supply pipe 60 on the outlet side of the heat exchanger 72 is provided with the mixing valve 58, the flow rate sensor 78, the water proportional valve 80, the temperature sensor 82 for detecting the mixed temperature, and the like.
[0018]
Moreover, the hot water HW discharged from the hot water supply pipe 60 is supplied to the side of the recirculation circuit 84 and can be poured into the bathtub 86. A three-way valve 88, a circulation pump 90, a water level sensor 92, a temperature sensor 94, a fourth heat exchanger 96, and the like are provided on the side of the circulation path 84 for remedy.
[0019]
The heat exchanger 26 provided in the exhaust heat recovery path 6 is a heating means for hot water 98 as a heating medium using the heat medium 4 as a heat source, and is provided in the heating circulation path 100. This heating circulation path 100 is a means for circulating hot water 98 to a heating terminal such as the indoor radiator 102 and the bathroom heater / dryer 104 as a heat radiation load, and warm water as a means for accumulating the hot water 98 and suppressing expansion boiling. A tank 106, a circulation pump 108, a flow sensor 110,

heat exchangers

96 and 112, and the like are provided. A water supply pipe 114 is connected to the hot water tank 106 and a valve 116 for adjusting the water supply is provided. The level sensor 118 is used for level control for storing an appropriate amount of hot water 98 in the hot water tank 106. The heat exchanger 112 uses the combustion heat of the fuel gas from the burner 120 as a heat source, and is used for back-up heating of the hot water 98 as a heating heat source in addition to the reheating of the hot water 122 in the bathtub 86. In the heat exchanger 96, the hot water 122 on the side of the remedy circulation path 84 is heated by the heat of the hot water 98.
[0020]
In this exhaust heat recovery control device, the switching direction A, B, C or D of the three-

way valve

14, 30, 42, 44 is shown in FIG. 3, for example, during the warm-up operation, the three-way valve 14 is C-A. Direction, the three-way valve 30 is switched to the C-A direction. At this time, in order to prevent natural convection of the hot water 32, the three-way valve 42 is switched to the D-A direction and the three-way valve 44 is switched to the DC (closed) direction. .
[0021]
A control unit 124 configured by a computer or the like is installed as the exhaust heat recovery control unit. The control unit 124 includes a CPU as a calculation unit, a ROM and a RAM as storage units, and a drive output and a detection output. An input / output unit is provided with I / O and the like, and a hot water supply integration output counter 125 is provided as a hot water supply integration unit. The control executed by the control unit 124 includes rotation control of the

DC motors

17 and 47, rotation control of the circulation pumps 16 and 45, opening / closing control of the three-

way valves

42 and 44, and the like according to the operation state of the heating terminal. In order to perform such control, detection outputs from various sensors such as the

temperature sensors

8 and 10 and the flow rate sensor 22 are added to the control unit 124 as control inputs, and the control output obtained from the control unit 124 is the DC motor 17. , 47 and three-

way valves

42 and 44, etc., are added to actuators of various control devices. Further, the control unit 124 is provided with a display 126 as a display means for displaying an alarm or the like, and the display 126 can be constituted by a character display, a sound generator or the like. In this embodiment, in order to perform digital control, the control unit 124 using a computer or the like is described as an example. However, a control circuit that performs analog processing may be used.
[0022]
Next, the exhaust heat recovery control method will be described with reference to the main routine shown in FIG.
[0023]
When the power is turned on, in step S1, various positions such as the three-

way valves

14, 30, 42, and 44 are subjected to initial position control (FIG. 6), and then the process proceeds to step S2. In step S2, a constant activation program is executed. In this always-start program, engine abnormal stop control (FIG. 7), engine operation permission control (FIG. 8), engine stop control (FIG. 9), engine forced stop control (FIG. 10), heating command control (FIG. 11), hot water supply Control of the integrated output counter 125 (FIG. 12), valve abnormality check control (FIG. 13), temperature sensor abnormality check control (FIG. 14), etc. are performed. In step S3, it is determined whether or not a heating command has been given to the control unit 124 (ON). If there is no heating command, the process proceeds to step S4 to determine whether or not engine operation is permitted. . That is, in step S4, it is confirmed whether or not it is within the operation permission time set according to the season.
[0024]
When engine operation is permitted in step S4, the process proceeds to step S5, and it is determined whether the required heat storage amount is equal to or greater than a predetermined heat storage amount. That is, in step S5, for example,
(Hot-water supply load × 1.2−integrated output−tank heat storage amount)> 1000 kcal (1)
If the value obtained by subtracting the heat storage amount of the hot water storage tank 34 from the predicted hot water supply demand is equal to or greater than the predetermined heat storage amount, the engine 2 can be operated. In this case, the coefficient 1.2 is an example of a numerical value for giving a margin to the hot water supply load, and is not limited to this numerical value.
[0025]
Here, the “hot water supply load” used for the calculation in step S5 is to determine the expected hot water supply load for each season in advance.
[0026]
[Table 1]

[0027]
That is, since the “hot water supply load” is an estimated amount of hot water supply in the next season and time, for example, when the CGS operation is started at 18:00 on July X, the hot water supply load is calculated at 6000 kcal, In addition, when the CGS operation is started at 5:00 on February Y, the hot water supply load is calculated at 2000 kcal.
[0028]
The “integrated output” is the total of the outputs used for hot water supply and pouring obtained using the hot water supply integrated output counter 125 built in the control unit 124. That is, all outputs including backup and heat storage use are obtained in a time zone where there is a demand for hot water supply, and the data is fed back to the engine operation time.
[0029]
Moreover, the calculation of the tank heat storage amount of the hot water storage tank 34 is, for example, a tank capacity of 200 liters, and as shown in FIG. 5, the zones 1 to 7 of the hot water storage tank 34 have the same capacity, and the amount of hot water per zone Is about 28.6 liters. Here, if the water temperature is defined as 5 ° C. in winter, 15 ° C. in spring / autumn, and 25 ° C. in summer, the calorific value Q (kcal) of each zone is
[0030]
Q = 28.6 × {(upper detection temperature + lower detection temperature) / 2−water temperature} (2)
Thus, the tank heat storage amount Qm is the sum of all zones 1 to 7. However, if one condition is {(upper detection temperature + lower detection temperature) / 2−water temperature} <10 ° C., the zone is zero. For example, when the detected temperature of the temperature sensor 641 is 75 ° C. and the detected temperature of the temperature sensor 643 is 70 ° C. in winter, the amount of heat Q in the zone 1₁Is
[0031]
Q₁= 28.6 × {(75 + 70) / 2-5} = 1930.5 (kcal) (3)
It becomes. Of the temperature sensors 641 to 650, the

temperature sensors

642 and 649 are not used for calculating the heat storage amount Qm.
[0032]
And when it determines with the said required heat storage amount being 1000 kcal or more by step S5, or when the heating command is issued by step S3, it transfers to step S6 and the temperature sensor 650 of the lowest side of the hot water storage tank 34 is shown. It is determined whether the detected temperature is a predetermined temperature, for example, 40 ° C. or higher. If the detected temperature is not higher than the predetermined temperature, the process proceeds to step S7. In step S7, it is determined whether or not a predetermined time, for example, 60 minutes or more has elapsed since the previous stop of the engine 2, and if it is less than the predetermined time, startup of the engine 2 is prohibited to protect the engine. That is, it is confirmed that the hot water temperature on the lowermost side of the hot water storage tank 34 is low, and overheating of the engine 2 is prevented. And when predetermined time has passed, it transfers to step S8, and while starting the engine 2, warm-up operation is performed. In this warm-up operation, the three-way valve 30 is switched to narrow the exhaust heat recovery path 6 via the bypass path 28, and the heat medium temperature rises rapidly.
[0033]
Then, after this warm-up operation, the process proceeds to step S9, and the temperature of the heat medium 4 on the inlet side of the engine 2 is controlled to be a predetermined temperature, for example, 65 ° C. This constant temperature control is performed by increasing / decreasing the number of rotations of the DC motor 17 while monitoring the temperature detected by the

temperature sensors

8, 10 and increasing / decreasing the flow rate of the heat medium 4 pumped by the circulation pump 16.
[0034]
Next, FIG. 6 shows a subroutine for setting initial valve positions of the three-

way valves

14, 30, 42, 44, etc. in step S1 of FIG. That is, when this subroutine starts, in step S101, the three-way valve 42 is in the D-A direction, the three-way valve 44 is in the DC (closed) direction, the three-way valve 30 is in the C-A direction, and the three-way valve 14 is in the C-A direction. Can be switched to. As a result, execution of the always-start program is prepared.
[0035]
Next, FIG. 7 shows engine abnormal stop control which is a subroutine of step S2 of the main routine of FIG. That is, when this subroutine is started, in step S201, it is determined whether or not the operating state of the engine 2 is “operating”. If it is in the operating state, the process proceeds to step S202, and a predetermined time, for example, 10 seconds elapses. After that, the process proceeds to step S203, where it is determined whether or not the gas valve is closed (OFF). If not, the process returns to step S201, and if it is closed, the process proceeds to step S204 to stop the engine. In step S205, an alarm is displayed on the display 126 as a display indicating that the engine has been stopped abnormally.
[0036]
If it is determined in step S201 that the engine 2 is not in an operating state, the process proceeds to step S206, and after a lapse of 10 seconds, for example, the process proceeds to step S207 and the gas valve is open (ON). If it is not open, the process returns to step S201. If it is open, the process proceeds to step S208. After the engine is stopped, the process proceeds to step S209, and the display 126 indicates “no engine stop”. And alarm display.
[0037]
Next, FIG. 8 shows engine operation permission control which is a subroutine of step S2 of the main routine of FIG. That is, when this subroutine is started, it is determined in step S211 whether or not the engine operation is permitted time. If it is in the operation permitted time, the process proceeds to step S212 and "permitted" is output as an engine operation permission instruction. On the other hand, if it is not the engine operation permission time, the process proceeds to step S213, and “prohibited” is output as an instruction to prohibit engine operation permission.
[0038]
Next, FIG. 9 shows engine stop control which is a subroutine of step S2 of the main routine of FIG. That is, when this subroutine starts, in step S215, the power of the engine 2 is turned off, and then the process proceeds to step S216. After the initial valve position control (FIG. 6) is executed, the process proceeds to step S217. Set the operation state to the stop state.
[0039]
Next, FIG. 10 shows engine forced stop control which is a subroutine of step S2 of the main routine of FIG. That is, when this subroutine is started, in step S221, for example, it is determined whether or not the Esc key is pressed as the forced stop input means. When this Esc key is pressed, the process proceeds to step S222, and engine stop control ( 9) is executed, and the control is terminated.
[0040]
Next, FIG. 11 shows heating operation command control which is a subroutine of step S2 of the main routine of FIG. That is, when this subroutine is started, in step S225, it is determined whether or not the terminal switch is turned on as the heating command means on the heating device side or the two-way communication heating command is turned on. The process proceeds to S226, where the heating command is set to “ON”, and the E-con terminal of the backup intelligent board that is the control means is set to “ON”. Further, in step S227, it is determined whether or not the terminal switch OFF and the two-way communication heating command OFF are established as the heating command means on the heating device side. When the heating stop command is instructed, The process proceeds to S228, where the heating command is set to “OFF”, and the E-con terminal of the backup intelligent board as the control means is set to “OFF”.
[0041]
Next, FIG. 12 shows control of the hot water supply integrated output counter 125, which is a subroutine of step S2 of the main routine of FIG. That is, when this subroutine is started, in step S231, it is determined whether or not the engine operation is “permitted”. If permitted, the process proceeds to step S232 to reset the counter. That is, after setting the amount of heat Qc stored in the hot water supply integrated output counter 125 to 0 kcal, the process proceeds to step S233 to determine the water temperature. That is, after setting 5 ° C. in the winter, 15 ° C. in the spring and autumn, and 25 ° C. in the summer, the process proceeds to step S234, and the hot water temperature of the temperature sensor 82 that is a mixed temperature thermistor is measured.
[0042]
In step S235, the flow rate sensor 78 that detects the amount of hot water supply determines whether, for example, 1 liter is counted as a predetermined flow rate. If 1 liter is counted, the process proceeds to step S236. In step S236, the hot water supply integrated output heat quantity Qc is calculated as the heat quantity calculation per liter. That is, this hot water supply integrated output heat quantity Qc (kcal) is
Qc = (hot water temperature-water temperature) × 1 (kcal) (4)
Is calculated by
[0043]
Then, the process proceeds to step S237, where it is determined whether or not the engine operation permission is “prohibited”. When the engine operation is prohibited, the process returns to step S231, and when the engine operation is not prohibited. The process proceeds to step S234, and the processes of step S234 to step S236 are executed.
[0044]
Next, FIG. 13 shows valve abnormality check control which is a subroutine of step S2 of the main routine of FIG. That is, when this subroutine is started, in step S241, it is determined whether or not the valve output and the limit indicating the switching state coincide with each other. If they do not coincide, for example, 30 seconds have passed as a predetermined time in step S242. Thereafter, the process proceeds to step S243, and the display 126 is notified by an alarm that the three-

way valves

14, 30, 42, 44, etc. are abnormal. If the valve output and the limit coincide with each other in step S241, the process proceeds to step S244 to output a normal message and display it on the display 126.
[0045]
Next, FIG. 14 shows temperature sensor abnormality check control which is a subroutine of step S2 of the main routine of FIG. That is, when this subroutine is started, in step S251, it is determined whether a disconnection or short circuit abnormality has occurred in the connection line or the like. If an abnormality has occurred, the process proceeds to step S252, and the display 126 displays the temperature. An alarm notifies that the

sensors

8, 10, etc. are abnormal. If no abnormality has occurred in step S251, the process proceeds to step S253 to output a normal message and display it on the display 126.
[0046]
Next, FIG. 15 shows engine start-up and warm-up operation control, which is a subroutine of step S8 in the flowchart of FIG.
[0047]
In step S801, in order to prevent natural convection of the hot water 32, the three-way valve 42 is set in the DA direction, the three-way valve 44 is set in the DC (closed) direction, and a warm-up circuit is formed. Direction, the three-way valve 14 is switched to the C-A direction, and the circulation pump 16 is set to the middle rotation. Then, the process proceeds to step S802, and whether or not the temperature detected by the temperature sensor 10 is a predetermined temperature, for example, 55 ° C. or less. If the temperature exceeds 55 ° C., the process proceeds to step S803, and it is determined whether, for example, 20 minutes have passed as a predetermined time from the start of the precheck. If 20 minutes have passed after exceeding 55 ° C., it is expected that some abnormality has occurred. Therefore, the process proceeds to step S804, an alarm is generated on the display 126, and “abnormal stop” is notified. To do. At this time, the engine 2 is shifted to the stop mode.
[0048]
If the detected temperature is equal to or lower than the predetermined temperature in step S802, the process proceeds to step S805 and the power supply of the engine 2 is turned on. The process proceeds to step S806 and the engine start contact is turned on for a predetermined time, for example, 5 seconds. Then, after turning off the engine starting contact point, the system waits for a predetermined time, for example, 3 seconds, and proceeds to step S808. In step S808, it is determined whether or not the gas valve is in an ON state. If the gas valve is not in an ON state, the process proceeds to step S809 to determine whether or not the activation is a predetermined number of times, for example, the fifth time. If it is less than or equal to the predetermined number, the process proceeds to step S810, waits for a predetermined time to shift to the predetermined number of times, for example, 5 seconds, and returns to step S806. If the engine has reached the predetermined number of times in step S809, the process proceeds to step S811, the engine is stopped, an alarm is generated on the display 126 in step S812, and the engine start failure is notified. This notification allows the user to know the abnormality.
[0049]
When it is determined in step S808 that the gas valve has been turned ON, the process proceeds to step S813, the engine 2 enters the operating state, and the process proceeds to step S814. In step S814, it is determined whether or not the detected temperature of the temperature sensor 10 exceeds a predetermined temperature, for example, 60 ° C., and if it does not exceed 60 ° C., the process proceeds to step S815 to elapse a predetermined time, for example, 20 minutes. Whether or not has elapsed has been determined, and the transition of the detected temperature is monitored until a predetermined time has elapsed. If the detected temperature does not exceed 60 ° C. even after 20 minutes have elapsed, the process proceeds to step S816, the engine is stopped, and then the process proceeds to step S817 to generate an alarm on the display 126. Announce the abnormality of the engine / inverter in front of the generator driven by the engine. This notification allows the user to know the abnormality.
[0050]
And when the detection temperature of the temperature sensor 10 exceeds 60 degreeC by step S814, it represents that warming-up operation was performed normally, it transfers to step S818, and the three-way valve 30 is switched to a BC direction, After disconnecting the bypass path 28, the process returns to step S <b> 9 in FIG. 4 to start exhaust heat recovery along with power generation by the engine 2.
[0051]
Next, FIG. 16 shows engine input temperature control (control of target value 65 ° C.), which is a subroutine of step S9 of FIG.
[0052]
In step S901, it is always monitored whether or not the engine 2 is in an operating state, and in step S902, rotation control of the circulation pump 45 is executed. That is, the rotation temperature of the circulation pump 45 is controlled by setting the inlet temperature of the heat medium 4 to the engine 2, that is, the return temperature detected by the temperature sensor 8 as a target value, for example, 65 ° C. As a result of this control, when the rotation of the circulation pump 45 is stopped, the three-way valve 44 is switched to the AC (closed) direction, and when the circulation pump 45 is rotating, the three-way valve 44 is set to D. After switching to the -B direction, the process proceeds to step S903.
[0053]
In step S903, it is determined whether the temperature detected by the temperature sensor 650 on the lowermost side of the hot water storage tank 34 is a predetermined temperature, for example, 50 ° C. or higher. If the temperature is not higher than the predetermined temperature, the process proceeds to step S904. In this case, the hysteresis temperature with respect to the starting condition is set to 10 ° C., for example. In step S904, whether or not the temperature at which the heating medium 4 enters the engine 2, that is, the return temperature detected by the temperature sensor 8 is a predetermined temperature, for example, 75 ° C. or more is a predetermined time, for example, 10 seconds or more. And it is determined whether the rotation speed of the circulation pump 45 is the maximum. When the predetermined temperature is equal to or less than the predetermined time and the rotation speed of the circulation pump 45 is not the maximum, the process proceeds to step S905.
[0054]
In step S905, it is determined whether or not the operating state of the engine 2 is stopped. When the engine 2 is not stopped, that is, when it is in the operating state, the process proceeds to step S906 to determine whether or not the heating contact is in the ON state. To do. If it is not ON, the process proceeds to step S907 to determine whether or not the engine operation is permitted. If the engine operation is permitted, the process proceeds to step S908 and the amount of heat stored in the tank becomes (hot water supply load). X1.2-integrated output). That is, this determination is intended to stop the engine operation when this condition is satisfied if the heating is not performed and the engine operation permission time is satisfied.
[0055]
By the way, when the detected temperature of the temperature sensor 650 exceeds a predetermined temperature, that is, 50 ° C. in step S903, or when the predetermined temperature is longer than a predetermined time and the rotation speed of the circulation pump 45 is maximum in step S904. In step S909, the circulation pump 45 is stopped. In step S910, the engine is stopped. In step S911, after waiting for a lapse of a predetermined time from the engine stop, for example, 30 seconds, the process proceeds to step S912, the circulation pump 16 is stopped, and then the process returns to step S2 of the main routine shown in FIG. . That is, the reason why the circulation pump 16 is stopped after the circulation pump 45 is stopped is to prevent collapse of the tiered heat storage on the hot water storage tank 34 side.
[0056]
If the engine is stopped in step S905, the engine operation is prohibited in step S907, or if the amount of heat stored in the tank exceeds (hot water supply load x 1.2-integrated output) in step S908, the process proceeds to step S913. After stopping and waiting for a predetermined time, for example, 30 seconds, from the engine stop in step S914, the process proceeds to step S915, the circulation pump 45 is stopped, and the process proceeds to step S912.
[0057]
In this exhaust heat recovery control device, the heat exchanger 24 for exhaust heat recovery and the heat exchanger 26 for heating are installed in the exhaust heat recovery path 6 constituting the cooling circuit of the engine 2. , 98 can efficiently absorb the exhaust heat, and the hot water 32 can be guided to the hot water storage tank 34 to be stored, so that the hot water 98 can flow into the heating circuit 100.
[0058]
By the way, in order to maintain the capability and durability of the engine 2, there is a limit to the exhaust heat absorption from the engine 2, and the return temperature of the heat medium 4 is a constant temperature, for example, a constant temperature range with a central value of 65 ° C., for example, Although it is desirable to maintain the temperature at about 65 ± 5 ° C., in actuality, changes in the heating load depending on the operating state and the number of operating units of the indoor radiator 102 and bathroom heater / dryer 104, and the external water supply temperature The return temperature of the heat medium 4 that returns to the engine 2 due to the above or the like greatly varies. Therefore, if the circulation pump 16 driven by the DC motor 17 with low power consumption and good controllability is used and the flow rate of the heating medium 4 is adjusted according to the increase or decrease of the heating load, the return temperature of the heating medium 4 can be controlled. Can be optimized.
[0059]
In this case, when there is no heating request, heat exchange is performed only by the heat exchanger 24, so that the return temperature of the heat medium 4 to the engine 2 becomes a predetermined temperature, for example, 65 ° C. according to this heat exchange. The number of revolutions of the circulation pump 45 is controlled to adjust the flow rate, and heat storage in the hot water storage tank 34 is performed.
[0060]
Further, when there is a heating request, the return temperature of the heating medium 4 varies depending on the size of the heat radiation load of the heating terminal. If the return temperature is lower than a predetermined temperature, for example, 65 ° C. or lower, the heat exchanger 24 Therefore, when the return temperature of the heating medium 4 exceeds a predetermined temperature, for example, 65 ° C., the circulating pump 45 is operated and the return temperature of the heating medium 4 is set to the predetermined temperature. That is, the hot water flow rate is adjusted to 65 ° C., and heat is stored in the hot water storage tank 34.
[0061]
However, in the case of a heating request, when the low-temperature water is sufficiently low, for example, in the case of floor heating, a hot water circulation of about 60 ° C. is sufficient for the heating terminal. For such a low temperature requirement, the return temperature of the heat medium 4 to the engine 2 is 65 ° C., and the outgoing temperature from the engine 2 is 75 ° C. Therefore, the heat exchanger 26 performs heat exchange exceeding 60 ° C. Is called. If such hot water 98 is circulated, the floor heating panel is overheated, which is not preferable.
[0062]
Therefore, in the case of a low temperature (60 ° C.) heating request, the circulation pump is configured to shift the return temperature of the heating medium 4 of the engine 2 to the optimum return temperature for the low temperature requirement, for example, 60 ° C. and the forward temperature to 70 ° C. The rotation of 45 is controlled and the flow rate of the hot water 32 is adjusted. That is, when the flow rate of the hot water 32 is increased, the amount of exhaust heat recovery heat increases, and the temperature of the heat medium 4 in the exhaust heat recovery path 6 of the engine 2 decreases.
[0063]
And in these exhaust heat recovery control methods and exhaust heat recovery control devices, as shown in Table 1, the hot water supply expected load and the operation “permitted time” are set for each season, and a heat load from evening to night can be expected. The exhaust heat recovery operation is performed during the time zone, and at this time, the amount of heat stored in the hot water storage tank 34 can be calculated from average data of a general household.
[0064]
Further, a hot water supply integrated output counter 125 is provided to feed back the amount of heat stored in the hot water storage tank 34. That is, the amount of heat stored in the hot water storage tank 34 can be calculated from the temperatures detected by a plurality of temperature sensors 641 to 650 attached thereto. If there is a request for hot water supply during the exhaust heat recovery operation within the “permitted time”, the temperature sensor 641 cannot detect a high temperature, and as a result, it is expected that excessive heat storage is performed. In order to prevent such an inconvenience, the heat output within the “permitted time” is integrated by the hot water supply integrated output counter 125 and is subtracted from the total heat amount required in advance to reduce the residual heat amount of the hot water storage tank 34. That is, the residual heat quantity Q of the hot water supply integrated output counter 125 is:
[0065]
Q (kcal) = (Tempered water temperature−Incoming water temperature) × Integrated flow rate (5)
It can be calculated with. For example, assuming that the expected load in the evening in winter is 16000 kcal, hot water is poured into the bath 86 from time 17:00. The amount of heat is 9000 kcal / h.
[0066]
In the operation stop time, the “permitted time” of the operation is moved in response to a request for the “floor reservation” time or the like. That is, since the hot water supply to the bathtub 86 is the largest heat demand in 24 hours, it is expected that the response can be made within “permitted time”. If it is set earlier, it will rely on backup combustion. Here, backup combustion is hot water heating by combustion of the burner 76. In order to avoid such a situation, it is effective to feed back the “floor reservation” time as shown in FIG. For example, when a “floor reservation” (reservation at 14:00 in winter) is made outside the operation permission time, first, the necessary amount of heat is calculated. For example, in order to pour hot water 122 at 40 ° C. when the volume of the bathtub 86 is 200 liters,
[0067]

Is required.
[0068]
Next, the advance time is determined. For example, when the exhaust heat of the engine 2 is 2600 kcal / h and the heat storage amount of the hot water storage tank 34 is 1800 kcal, the remaining heat amount Q = 5200 kcal can be stored. In this case, the operation time t is

Thus, it can be seen that the operation should be started at 12:00.
[0069]
And when a heating request | requirement arises, waste heat recovery driving | operation is also carried out "outside permission time." This is because the purpose of ensuring the time for exhaust heat recovery operation and the demand for other electric power accompanying heating can be expected, and more economical operation control can be realized. In this case, considering the durability of the engine 2, in order to avoid frequent driving and stopping, for example, a “prohibited time” of operation is set as a pause time from the engine stop until 1 hour elapses. When these are combined, a control form as shown in FIG. 18 is obtained.
[0070]
Then, the power demand is reflected in the operation control. That is, in this exhaust heat recovery control method and apparatus, the surplus power obtained by power generation is used for consumption of the electric heater 20 without reverse flow. For this reason, the electric heater 20 is installed as surplus power recovery means. In other words, if the reverse power flow prevention mechanism is used to store currently used power data, the peak time zone can be calculated from the average power demand per hour and the “permitted time” can be optimized. For example, if the user's power peak time zone is around 14:00 from the average data for 10 days, the “permitted time” from 16:00 can be shifted to 12:00. As a result, it is possible to meet the power demand before and after the peak time period.
[0071]
By the way, the learning control in the exhaust heat recovery control method and the exhaust heat recovery control device covers the learning of the water temperature, automatic reservation, the capacity of the bathtub 86, the power demand amount, the discrepancy with the calculated value, and the like. That is, in the water temperature learning control, the water temperature is updated when the flow rate sensor 78 continuously counts for 3 minutes. In most cases, the water temperature is expected to be updated automatically and is updated almost every day.
[0072]
For automatic reservation control, the engine operating time is adjusted when the peak load is expected to move due to automatic reservation.
[0073]
The capacity control of the bathtub 86 is normally considered to be included in the learned peak, but if a reservation is set at an irregular time, the calculation at that time can be performed by adjusting or newly setting the engine operating time zone. The water temperature and the capacity of the bathtub 86 learned in the above can be used.
[0074]
For power demand control, a cross-point (for example, 400 W) that sets “become uneconomic if it falls below a certain power consumption” is set based on economic comparison between backup and CGS. Taking into account that the system main body consumes about 100 W of electric power even when it is not heated, the operation time zone is adjusted. In particular, it is expected to affect early morning driving. The power data can be obtained by communication with a surplus power heater device built in the main body.
[0075]
Regarding the difference from the calculated value in the control unit 124, the expected load pattern is compared with the actual load, and this is reflected when the residual heat of the hot water storage tank 34 is remarkably large at the end of the operation or when the backup combustion time is long. To do.
[0076]
Then, as shown in FIG. 19, the average value of the hot water supply and electric power data for 10 days is calculated | required, and a demand prediction is performed. That is, first, the amount of heat at each peak is calculated and set as the expected load in the operation program. Second, the engine operation time is set in time for each hot water supply load. Third, an engine operation end time is set at the end of the peak. As a result, it is possible to optimize the engine operation permission start time, the engine operation permission end time, and the engine operation time that is the predicted heat amount.
[0077]
With such control, heat dissipation loss can be reduced by minimizing useless heat storage, and operation patterns can be optimized and economical operation can be performed by feeding back hot water supply load and power demand data.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
a Since the heat source operation pattern is determined by predicting a thermal load such as a hot water supply load, the operation pattern of the heat source can be optimized, and economical waste heat recovery is possible. In addition, more efficient exhaust heat recovery can be realized by reflecting the power demand in the operation pattern.
b Reduction of heat dissipation loss can be achieved along with optimization of the amount of heat stored in the hot water storage tank, which is a heat storage means.
c Economical operation can be realized for heating requirements.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an exhaust heat recovery control method and apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the exhaust heat recovery control method and apparatus of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view of a part of the exhaust heat recovery control device of FIG. 1;
FIG. 4 is a flowchart showing a main routine in the exhaust heat recovery control method of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a heat storage form of a hot water storage tank.
FIG. 6 is a flowchart showing a subroutine related to a valve initial position setting process in the main routine.
FIG. 7 is a flowchart showing a subroutine related to engine abnormal stop processing in the main routine.
FIG. 8 is a flowchart showing a subroutine related to engine operation permission processing in the main routine.
FIG. 9 is a flowchart showing a subroutine related to engine stop processing in the main routine.
FIG. 10 is a flowchart showing a subroutine related to engine forced stop processing in the main routine.
FIG. 11 is a flowchart showing a subroutine related to a heating command process in the main routine.
FIG. 12 is a flowchart showing a subroutine related to hot water supply integrated output counter processing in the main routine.
FIG. 13 is a flowchart showing a subroutine related to valve abnormality check processing in the main routine.
FIG. 14 is a flowchart showing a subroutine related to temperature sensor abnormality check processing in the main routine.
FIG. 15 is a flowchart showing a subroutine related to engine start-up processing and warm-up operation processing in a main routine.
FIG. 16 is a flowchart showing a subroutine regarding control of an engine input temperature of 65 ° C. in the main routine.
FIG. 17 is a diagram showing an operation pattern.
FIG. 18 is a diagram showing an operation pattern.
FIG. 19 is a diagram showing settings of hot water supply, expected load corresponding to electric power demand, engine operation time, and engine operation end time.
[Explanation of symbols]
2 Engine (heat source)
4 Heating medium
6 Waste heat recovery path
24 1st heat exchanger
26 Second heat exchanger
32, 98 Hot water
34 Hot water storage tank (heat storage means)
36 Circuit
102 Indoor radiator (heat radiation load)
104 Bathroom heating dryer (heat radiation load)
122 Hot water (tub water)
124 control unit (control means)

Claims

A process of recovering exhaust heat by circulating a heat medium to the heat source;
A process of supplying warm water heated by the heat of the heat medium to the upper layer of the warm water of the heat storage means for storing and storing warm water ;
Heating water by heat of the heating medium, the process to further dissipate the heat of hot water in the heat dissipation load,
A process of operating the heat source by predicting a thermal load on the heat source;
Using the hot water stored in the heat storage means, detecting the amount of use,
A process of calculating a thermal load and a heat storage amount for the heat source from the usage amount, and determining an operation time of the heat source;
A process of permitting driving of the heat source during the set operation time;
Only containing the heat storage amount of the heat storage means, a capacity to be accumulated in the heat storage means is divided into upper and lower layers direction into a plurality zones, and hot water amount for each zone, and the upper temperature detected between the zones, the lower detection exhaust heat recovery control method and calculating by the water temperature supplied and the temperature, in the heat storage means.

The exhaust heat recovery control method according to claim 1, wherein the heat radiation load includes a hot water heating terminal or bathtub water.

The exhaust heat recovery control method according to claim 1, further comprising a process of determining a heat storage amount by the hot water.

A process for detecting the amount of hot water used;
A process of calculating a thermal load and a heat storage amount for the heat source from the usage amount, and determining an operation time of the heat source;
A process of permitting driving of the heat source during the set operation time;
Processing for permitting operation of the heat source outside the operation time in response to a heat dissipation request of the heat dissipation load;
The exhaust heat recovery control method according to claim 1, further comprising:

The exhaust heat recovery control method according to claim 1 or 4, wherein a driving source for rotating a generator is used as the heat source.

A heat source that releases heat,
Waste heat recovery means for circulating a heat medium to the heat source and recovering the exhaust heat of the heat source to the heat medium;
Lower part of the front heating side water, with storing the hot water at the top side, and the heat storage means you hot water supply the hot water,
A temperature detection means for dividing the capacity stored in the heat storage means into a plurality of zones in the upper and lower layer directions, and detecting the hot water temperature of each zone;
A circulation means that is formed between the lower layer side and the upper layer side of the heat storage means, takes out the water from the lower layer side, and flows the warm water into the upper layer side;
A first heat exchanger that is provided in the circulation means and heats the water by heat of the heat medium;
A second heat exchanger that heats the hot water circulated to the heating terminal by the heat of the heat medium provided in the exhaust heat recovery means;
Control means for taking in the detected temperature of the temperature detection means, and controlling the operation pattern of the heat source, the operation time or the heat storage amount of the heat storage means;
Wherein the heat storage amount of the heat storage means, and hot water amount for each zone, and the upper temperature detected between the zones, and wherein the lower detected temperature, that is calculated by the water temperature supplied to the heat storage unit Waste heat recovery control device.

The exhaust heat recovery control apparatus according to claim 6, wherein a driving source that rotates a generator is used as the heat source.