JP4423440B2 - 熱回収システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱源が発生する熱を回収する熱回収システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の熱回収システムとして、例えば、エンジン発電機等の熱源からの排熱によって加熱された熱媒が供給循環される熱交換器を、貯湯槽内に設置し、前記熱交換器による前記熱媒と貯湯槽内の低温水との熱交換によって、前記低温水を加熱して蓄熱し、貯えられた温水を、必要に応じて風呂へ給湯するシステムがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来では、熱源からの熱を、一旦貯湯槽に蓄熱し、その後、風呂に給湯するようにしているので、熱源からの熱を直接、風呂の給湯や追い焚きなどに使用できず、効率の悪いものであった。
【0004】
本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、熱源からの熱を貯湯槽を介することなく、直接使用できるようにして効率を高めることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【0006】
すなわち、請求項1に係る本発明の熱回収システムは、熱源の発生する熱によって加熱された熱媒を、蓄熱槽内に設けられた第1熱交換器を介して循環させることにより、前記熱源から回収した熱を、前記第1熱交換器で放熱させて前記蓄熱槽に蓄熱する熱回収システムであって、前記熱媒を前記熱源から該熱源に戻す循環経路に、第2熱交換器を設けて前記蓄熱槽以外への熱供給を可能とし、前記第2熱交換器は、前記熱媒を第1熱媒として、該第1熱媒との間で熱交換する第2熱媒が循環する循環加熱回路に連通している熱回収システムにおいて、前記循環加熱回路に、前記第2熱交換器をバイパスするバイパス経路を設けるとともに、該バイパス経路には、前記蓄熱槽内に配置される第3熱交換器を設け、かつ、循環加熱回路の前記第2熱媒の流路を、前記第2熱交換器側または前記バイパス経路側に切換える切換手段を設けている。
【0007】
請求項1に係る本発明によれば、熱源の発生する熱によって加熱された熱媒を、前記熱源から該熱源に戻す循環経路に、第2熱交換器を設けて前記蓄熱槽以外への熱供給を可能としたので、熱源からの熱を、蓄熱槽を介することなく、前記第2熱交換器で直接回収して利用できることになる。
【0011】
また、請求項1に係る本発明によれば、循環加熱回路で、第1熱媒との間で熱交換する第2熱媒を循環加熱することができ、前記第2熱媒を、例えば、浴槽水や暖房用温水とすることにより、風呂の焚き上げ、追い焚き、あるいは、暖房に利用できることになる。
【0015】
さらに、請求項1に係る本発明によれば、前記第2熱交換器をバイパスするバイパス経路に、蓄熱槽内に配置される第3熱交換器を設けているので、例えば、ガスエンジンのような熱源が停止して熱を利用できないような場合には、第2熱媒の流路を、バイパス経路側に切換えることによって、蓄熱槽に蓄えられている熱を有効に利用することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す参考例および実施形態に基づいて説明する。
【0027】
(参考例)
図1は、参考例に係るガスエンジンコージェネレーションシステムを用いた自動風呂システムの概略構成図である。
【0028】
同図において、1は熱源としての発電機能を有するガスエンジンであり、このガスエンジン1よって発電された電気は、当該自動風呂システムが設置されている一般家庭の家庭内負荷に供給される。
【0029】
2はガスエンジン1からの排熱、例えば、ガスエンジンンの水冷およびガスエンジンの排ガスによって加熱された不凍液などの第1熱媒が循環する排熱回収回路であり、蓄熱槽である貯湯槽3の内部に設置された第1熱交換器4と、循環ポンプ5とが設けられている。
【0030】
貯湯槽3の下部の給水口には、給水配管7が接続される一方、上部の出湯口には出湯配管8が接続されており、混合弁9によって、給水配管からの給水に、貯湯槽3からの出湯が混合されて給湯熱交換器10を介して給湯されるように構成されている。
【0031】
このシステムでは、ガスエンジン1を駆動するとともに、排熱回収回路2の循環ポンプ5を駆動してガスエンジン1からの第1熱媒を、矢符で示されるように第1熱交換器4を介して循環させることにより、ガスエンジン1から回収した排熱を、第1熱交換器4で放熱させて貯湯槽3内の低温の水を加熱して蓄熱するものであり、貯湯槽3に貯えられた温水が、必要に応じて、出湯配管8を介して補助熱源器6に供給されて給湯される一方、給水配管7から貯湯槽3に給水される。
【0032】
従来では、ガスエンジン等の熱源から回収された排熱によって、貯湯槽3内の低温の水を加熱して一旦蓄熱した後に、浴槽11に注湯していたので、貯湯槽3に十分蓄熱されていないと注湯できないといった難点があった。
【0033】
そこで、この参考例では、ガスエンジン1の排熱によって加熱された第1熱媒を、ガスエンジン1から該ガスエンジン1に戻す循環経路、この例では、排熱回収回路2のガスエンジン1よりも下流側であって、第1熱交換器4よりも上流側に、貯湯槽3以外への熱供給を可能とする第2熱交換器12を設けている。
【0034】
この第2熱交換器12は、該第2熱交換器12で第1熱媒との間で熱交換する第2熱媒としての浴槽水が循環する循環加熱回路13に連通しており、この循環加熱回路13は、補助熱源器6内の風呂熱交換器14と、風呂ポンプ15と、浴槽11とを結んでおり、この循環加熱回路13は、注湯電磁弁16を介して給湯配管17に接続されている。
【0035】
補助熱源器6には、図示しない水位センサ等の各種センサの出力および該補助熱源器6を遠隔制御するリモコン18からの設定操作に応じて、ガスエンジン1の駆動停止を制御するとともに、各部を制御するコントローラ19が内蔵されている。
【0036】
この参考例では、従来のように貯湯槽3に蓄えられた温水を浴槽11に注湯するのではなく、先ず、注湯電磁弁16を介して給湯配管17から給湯熱交換器10で加熱することなく、浴槽11に給水して水を張る。次に、補助熱源器6内の風呂ポンプ15で浴槽11内の水を、矢符で示されるように循環させる一方、ガスエンジン1を駆動するとともに、循環ポンプ5を駆動して第1熱媒を循環させることにより、第2熱交換器12でガスエンジン1の排熱で加熱された第1熱媒と浴槽水とを熱交換させて浴槽水を加熱し、風呂の焚き上げや追い焚きを行うものである。
【0037】
例えば、風呂を焚き上げる場合には、リモコン18によって焚き上げを指示すると、上述のコントローラ19の制御によって、浴槽11に設定水位の水が張られ、補助熱源器6内の風呂ポンプ15を駆動して浴槽水を循環させる一方、ガスエンジン1および循環ポンプ5を駆動してガスエンジン1の排熱によって加熱された第1熱媒を循環させて第2熱交換器12で浴槽水を加熱して設定温度に焚き上げるものである。
【0038】
また、予約時刻に風呂を焚き上げる場合には、リモコン18によって、使用したい風呂の時刻を予約設定する。補助熱源器6のコントローラ19は、浴槽11の残水の有無を検知し、残水があれば、その残水量を、熱量計算等によって算出する一方、補助熱源器6内に設置された図示しない入水温度サーミスタによって入水温度を検知する。
【0039】
次に、コントローラ19は、予め設定記憶されている第2熱交換器12の能力、浴槽容量および上述の残水の有無、入水温度等に基づいて、予約された時刻に風呂を焚き上げるために、何時に注水を開始して焚き上げを開始する必要があるかを逆算し、その逆算された時刻になると、浴槽11へ設定水位の注水を行い、補助熱源器6内の風呂ポンプ15を駆動して浴槽水を循環させる一方、ガスエンジン1および循環ポンプ5を駆動してガスエンジン1の排熱によって加熱された第1熱媒を循環させて第2熱交換器12で浴槽水を加熱して設定温度に焚き上げるものである。
【0040】
なお、逆算結果から第2熱交換器12の能力だけでは、予約時刻に焚き上げできないと判断されたときには、コントローラ19は、補助熱源器6内の風呂熱交換器14を併用して焚き上げる。また、追い焚きの場合にも、第2熱交換器12による浴槽水の加熱とともに、風呂用熱交換器14による加熱を併用してもよい。さらに、風呂用熱交換器14単独による浴槽水の加熱を行ってもよい。
【0041】
このように、貯湯槽3を介することなく、ガスエンジン1の排熱によって加熱された第1熱媒の熱を、第2熱交換器12によって直接、風呂の焚き上げや追い焚きに使用するので、従来例に比べて効率を高めることができる。
【0042】
また、従来では、上述のように、風呂への注湯は、一旦、貯湯槽3に蓄えた後に行うので、貯湯槽3は、風呂の注湯に要する熱量を蓄える大きさが必要であった。
【0043】
例えば、風呂の設定温度を40℃、浴槽の容量を200リットルとすると、表1に示されるように、貯湯温度を、80℃、70℃、60℃とし、入水温度を、5℃、15℃としたときに、風呂の注湯に必要な貯湯容積は、約100リットルである。
【0044】
【表1】
これに対して、この参考例では、風呂の注湯には、貯湯槽3の湯を使用しないので、風呂の注湯に要する熱量を貯湯槽3に蓄える必要がなくなり、その分、例えば、約100リットル、貯湯槽3を小型にできることになる。
【0045】
(実施の形態1)
図2は、本発明の実施の形態に係るガスエンジンコージェネレーションシステムを用いた温水暖房システムの概略構成図であり、上述の参考例に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【0046】
この実施の形態も、上述の参考例と同様に、熱源としての発電機能を有するガスエンジン1よって発電された電気は、当該温水暖房システムが設置されている一般家庭の家庭内負荷に供給され、また、排熱回収回路2の循環ポンプ5で、ガスエンジン1からの第1熱媒を、第1熱交換器4を介して循環させることにより、ガスエンジン1から回収した排熱を、第1熱交換器4で放熱させて貯湯槽3内の水を加熱して蓄熱するものである。
【0047】
さらに、排熱回収回路2のガスエンジン1よりも下流側であって、第1熱交換器4よりも上流側に、貯湯槽3以外への熱供給を可能とする第2熱交換器12を設けている。
【0048】
この実施の形態では、第2熱交換器12は、第1熱媒との間で熱交換する第2熱媒としての暖房用温水が循環する循環加熱回路131に連通しており、この循環加熱回路131は、補助熱源器61内の暖房熱交換器20と、暖房ポンプ21と、ファンコンベクターや床暖房などの暖房端末22とを結んでいる。
【0049】
さらに、この実施の形態では、循環加熱回路131に、第2熱交換器12をバイパスするバイパス経路23を設けるとともに、このパイパス経路23には、貯湯槽3内に配置された第3熱交換器24を設けている。
【0050】
また、循環加熱回路131の暖房用温水の流路を、第2熱交換器12側またはバイパス経路23側に切換える切換手段を構成する三方弁25を備えている。
【0051】
貯湯槽3には、その温度を検知する第1温度検知手段としての第1サーミスタ26が設置される一方、補助熱源器61内の循環加熱回路131には、第2温度検知手段としての第2サーミスタ27が設けられている。
【0052】
この実施の形態では、ガスエンジン1および循環ポンプ5が駆動されている場合には、補助熱源器61のコントローラ191は、三方弁25を、第2熱交換器12側に接続しており、このときには、補助熱源器61内の暖房ポンプ21を駆動して暖房用温水を実線矢符で示されるように循環させ、ガスエンジン1の排熱によって加熱された第1熱媒によって、第2熱交換器12で暖房用温水を加熱して暖房端末22に供給循環させて暖房運転を行うものである。
【0053】
ガスエンジン1および循環ポンプ5が停止している場合には、第1サーミスタ26の検知出力に基づいて、貯湯槽3内の温水の温度が所定温度を越える高温であるときには、コントローラ191は、三方弁25を、バイパス経路23側に切換える。
【0054】
これによって、暖房用温水は、破線矢符で示されるように、貯湯槽3内の第3熱交換器24によって、貯湯槽3内の高温水と熱交換して加熱され、暖房端末22に供給循環されて暖房運転が行われる。
【0055】
このように、ガスエンジン1が停止してガスエンジン1の排熱を回収できず、貯湯槽3に十分に蓄熱されているときには、暖房用温水の循環経路を、バイパス経路23側に切換えて第3熱交換器24を介して貯湯槽3の高温水と熱交換して暖房運転を行うものである。
【0056】
また、貯湯槽3の高温水との熱交換あるいは第1熱媒との熱交換では、暖房用温水が所定温度まで達しない場合、すなわち、補助熱源器61内の第2サーミスタ27によって検知される温度が所定の温度に達しない場合には、暖房熱交換器20を併用して暖房用温水を加熱するものである。
【0057】
(実施の形態2)
図3は、本発明の他の実施の形態に係るガスエンジンコージェネレーションシステムを用いた自動風呂システムの概略構成図であり、上述の参考例に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【0058】
この実施の形態は、停電時にガスエンジン1を始動できるように始動電源としてバッテリー28が設けられる一方、ガスエンジン1よって発電された電気によって、貯湯槽3内の水を加熱する電気ヒータ29が設けられている。
【0059】
従来では、ガスエンジン1は、商用電源で始動されるので、停電時には始動できなかったけれども、この実施の形態では、バッテリー28を備えているので、停電時にもガスエンジン1を始動することができる。なお、バッテリー28に代えてコンデンサやその他の電源を用いてもよい。
【0060】
停電時におけるガスエンジン1の始動によって、家庭内の必要な負荷に電気を供給することができるとともに、補助熱源器6や循環ポンプ5等に電気を供給し、ガスエンジン1から回収した排熱を、第1熱交換器4で放熱させて貯湯槽3内の低温の水を加熱して蓄熱できる。なお、電気ヒータ29による加熱は、停電時以外の必要なときに行い、停電時には、家庭内の負荷にガスエンジン1の発電よる電気を優先的に供給する。
【0061】
停電時の連続運転によって、貯湯槽3内の水が高温になり過ぎると、ガスエンジン1への第1熱媒の戻り温度が高くなってガスエンジン1を冷却できなくなるが、この実施の形態では、貯湯槽3から出湯配管8を介して出湯させる一方、貯湯槽3に給水配管7を介して給水することによって、貯湯槽3の熱を放熱し、あるいは、上述の実施の形態1のように、風呂の焚き上げや追い焚きを行って第2熱交換器12で第1熱媒の熱を放熱することにより、第1熱媒のガスエンジン1への戻り温度が高くなるのを防止でき、停電時のガスエンジン1の連続運転が可能となる。
【0062】
その他の構成および効果は、上述の参考例と同様である。
【0063】
(その他の実施の形態)
上述の各実施の形態では、ガスエンジン1から第1熱交換器4を介して第1熱媒を循環させて第2熱交換器12で浴槽水等を加熱したけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、図4に示されるように、第2熱交換器12で排熱を回収する場合には、第1熱交換器4をバイパスさせるバイパス経路30を介して第1熱媒を循環させて排熱を回収するようにしてもよい。
【0064】
本発明の他の実施の形態として、上述の各実施の形態を適宜組み合わせてもよく、例えば、上述の実施の形態1に、実施の形態2の電気ヒータ29を設けてもよく、上述の実施の形態2に、実施の形態1のバイパス経路23、第3熱交換器24等を設けてもよい。
【0065】
また、本発明は、自動給湯器付風呂釜を備える風呂システムに、温水暖房システムを併有する構成としてもよい。
【0066】
上述の実施の形態2では、ガスエンジン1の発電によって得られた電力を用いて電気ヒータ29で貯湯槽3内の水を加熱したけれども、本発明の他の実施の形態として、ガスエンジン1の発電によって得られた電力を利用して第1熱媒あるいは第2熱媒を加熱する電気ヒータを設けてもよい。
【0067】
上述の各実施の形態では、ガスエンジンの排熱を回収したけれども、本発明の他の実施の形態として、燃料電池のような他の発電機の排熱を回収するようにしてもよいし、排熱に限らず、ボイラーその他の熱源の熱を回収するようにしてもよい。
【0068】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、熱源の熱によって加熱された熱媒を、前記熱源から該熱源に戻す循環経路に、第2熱交換器を設けて蓄熱槽以外への熱供給を可能としたので、熱源からの熱を、蓄熱槽を介することなく、前記第2熱交換器で直接回収して、例えば、浴槽水や暖房用温水などの加熱に利用できることになり、従来例に比べて効率を高めることができる。
【0069】
また、本発明によれば、第2熱交換器をバイパスするバイパス経路に、蓄熱槽内に配置される第3熱交換器を設けているので、熱源からの熱を利用できないような場合には、流路を、バイパス経路側に切換え選択することによって、蓄熱槽に蓄えられている熱を有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例に係るガスエンジンコージェネレーションシステムを用いた自動風呂システムの概略構成図である。
【図2】 本発明の実施の形態1に係るガスエンジンコージェネレーションシステムを用いた温水暖房システムの概略構成図
【図3】 本発明の実施の形態2に係るガスエンジンコージェネレーションシステムを用いた自動風呂システムの概略構成図である。
【図4】 本発明のさらに他の実施の形態に係るガスエンジンコージェネレーションシステムを用いた自動風呂システムの概略構成図である。
Claims (1)
- 熱源の発生する熱によって加熱された熱媒を、蓄熱槽内に設けられた第1熱交換器を介して循環させることにより、前記熱源から回収した熱を、前記第1熱交換器で放熱させて前記蓄熱槽に蓄熱する熱回収システムであって、前記熱媒を前記熱源から該熱源に戻す循環経路に、第2熱交換器を設けて前記蓄熱槽以外への熱供給を可能とし、前記第2熱交換器は、前記熱媒を第1熱媒として、該第1熱媒との間で熱交換する第2熱媒が循環する循環加熱回路に連通している熱回収システムにおいて、
前記循環加熱回路に、前記第2熱交換器をバイパスするバイパス経路を設けるとともに、該バイパス経路には、前記蓄熱槽内に配置される第3熱交換器を設け、かつ、循環加熱回路の前記第2熱媒の流路を、前記第2熱交換器側または前記バイパス経路側に切換える切換手段を設けたことを特徴とする熱回収システム。
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