JP4713795B2 - 熱回収システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱媒を放熱端末に供給循環させるとともに、ガスエンジン等の熱源が発生する熱を回収して前記熱媒を加熱する熱回収システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、放熱端末としての暖房端末に、熱媒としての暖房水を供給循環させる温水暖房機を備え、ガスエンジン等の熱源が発生する排熱を回収して暖房水を加熱する熱回収システムがある。
【０００３】
かかる熱回収システムでは、温水暖房機は、熱動開閉弁を介して暖房水を、暖房循環回路に設けられた暖房端末に供給循環させる一方、この暖房循環回路の戻り経路に、ガスエンジン等の熱源の排熱によって加熱された熱媒が供給循環される排熱熱交換器を設置し、この排熱熱交換器による前記熱媒と暖房水との熱交換によって、戻りの暖房水を加熱して暖房運転を行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
温水暖房機は、バーナを備えた暖房熱交換器を内蔵しており、熱源の排熱による排熱熱交換器での加熱だけでは、熱量が不足して所望の暖房を行えないときには、前記バーナを燃焼させて暖房熱交換器で暖房水を加熱するものである。
【０００５】
従来では、温水暖房機に戻る暖房水の温度をサーミスタで検知し、その検知温度が設定温度以上であるときには、暖房熱交換器のバーナの燃焼を停止させて加熱を停止し、また、暖房水の検知温度が設定温度を下回って一定時間が経過したときには、暖房熱交換器の前記バーナの燃焼を開始して暖房水の加熱を開始するようにしている。
【０００６】
このように従来では、暖房水の温度低下が急激であるか緩やかであるかといったような温度低下の状況に拘わらず、単に暖房水の検知温度が設定温度を下回って一定時間が経過したときに、暖房熱交換器による暖房水の加熱を開始しているために、次のような問題があった。
【０００７】
すなわち、熱を必要とする暖房負荷が急に大きくなって、暖房水の温度が急激に低下したような場合には、暖房熱交換器による加熱を開始するまでの前記一定時間内の温度の低下が大きくなってしまい、暖房熱交換器による加熱開始から設定温度に回復するまでの時間が長くなってしまう。
【０００８】
逆に、暖房水の温度の低下が緩やかであって設定温度を僅かに下回っているような場合には、暖房熱交換器による加熱を開始して速やかに設定温度以上となって暖房熱交換器による加熱を停止し、再び暖房水の温度が低下して一定時間を経過すると、暖房熱交換器による加熱を開始するといったように、暖房熱交換器による加熱回数が増えることになる。特に、暖房運転中には、上述の熱動開閉弁を開閉制御するので、熱動開閉弁を開放したときには、暖房循環回路内の暖房水が十分に循環して均一な温度になっておらず、このため、熱源の排熱による排熱熱交換器での加熱だけで暖房の熱量を賄えるような状態であっても、前記排熱熱交換器で加熱された暖房水が十分に循環していないために、サーミスタで検知される暖房水の温度が一時的に低下して暖房熱交換器による加熱を開始してしまい、排熱回収に無駄が生じてしまう場合がある。
【０００９】
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、熱媒の温度低下の状況に応じて適切な加熱を行えるようにして、所望の温度まで素早く上昇させることができる一方、加熱の回数を少なくして熱回収の無駄を低減して効率を高めることを目的とする。
【００１０】
【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。
【００１１】
すなわち、請求項１に係る本発明の熱回収システムは、熱媒を加熱する加熱手段と、該加熱手段からの前記熱媒を循環ポンプで放熱端末に供給循環させる循環回路と、熱源の発生する熱を回収して前記循環回路を循環する熱媒を加熱する熱回収回路とを備える熱回収システムにおいて、前記熱媒の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の検知出力に基づいて、加熱手段による熱媒の加熱を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記熱媒の検知温度が、予め定めた温度よりも低下した状態で前記加熱手段による加熱を開始するものであって、前記予め定めた温度からの前記検知温度の低下の度合いに応じて、加熱開始までの時間を制御するものである。
【００１２】
請求項１に係る本発明によれば、予め定めた温度からの熱媒の検知温度の低下の度合い、例えば、急激な低下あるいは緩やかな低下などの低下の度合いに応じて、加熱開始までの時間を制御するので、例えば、熱媒の検知温度が急激に低下した場合には、加熱開始までの時間を短くし、また、熱媒の検知温度が緩やかに低下したときには、加熱開始までの時間を長くすることにより、単に熱媒の検知温度が設定温度を下回って一定時間経過後に加熱を開始する従来例に比べて、負荷の状況などに応じて適切な加熱が行える。
【００１３】
請求項２に係る本発明は、請求項１の発明において、前記制御手段は、熱媒の検知温度が前記予め定めた温度から所定温度まで低下するのに要する低下時間、および、熱媒の検知温度が前記予め定めた温度よりも低下してから所定時間経過後の熱媒の検知温度である低下温度の少なくとも一方を計測し、その計測結果に基づいて、前記加熱開始までの時間を制御するものである。
【００１４】
請求項２に係る本発明によれば、熱媒の検知温度が所定温度まで低下するのに要する低下時間または所定時間経過後の検知温度である低下温度は、熱媒の温度の低下の度合いである温度低下の勾配（傾斜）に対応するので、熱媒の温度低下の勾配（傾斜）を計測し、その計測結果に基づいて、前記加熱開始までの時間を制御することができる。
【００１５】
請求項３に係る本発明は、前記加熱手段としての暖房熱交換器を有するとともに、熱媒としての暖房用熱媒を、開閉弁を介して前記循環回路に設けられた放熱端末としての暖房端末に供給循環させる温水暖房機を備え、前記温度検知手段は、前記循環回路の前記温水暖房機への戻りの暖房用熱媒の温度を検知するものであり、前記制御手段は、前記暖房用熱媒の検知温度が、前記予め定めた温度としての設定温度以上のときに、前記加熱手段による加熱を禁止するものである。
【００１６】
請求項３に係る本発明によれば、暖房用熱媒の温度が急激に低下したような場合には、加熱開始までの時間を短くすることにより、従来例に比べて、素早く設定温度まで回復させることができる一方、暖房用熱媒の温度が緩やかに低下したような場合には、加熱開始までの時間を長くすることにより、従来例に比べて、暖房熱交換器による加熱の回数を少なくして熱回収の無駄を低減できる。
【００１７】
請求項４に係る本発明は、請求項３の発明において、前記制御手段は、前記低下時間を計測する計測部と、この計測された低下時間と予め定めた時間とを比較する比較部と、この比較部の比較結果に応じて、加熱開始までの時間を決定する決定部とを備え、前記決定部は、前記低下時間が前記予め定めた時間よりも小さいときには、大きいときに比べて、加熱開始までの時間を短くするものである。
【００１８】
請求項４に係る本発明によれば、熱媒の検知温度が、所定温度まで低下するのに要する低下時間を計測して予め定めた時間と比較するので、前記予め定めた時間に対応する温度低下の度合いと比べて、それよりも急激な温度低下であるときには、加熱開始までの時間を短く、また、それよりも緩やかな温度低下であるときには、加熱開始までの時間を長くできることになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る熱回収システムを適用した給湯暖房システムの概略構成図である。
【００２１】
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によって発電された電気は、当該給湯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る。
【００２２】
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が循環する排熱回収回路であり、貯湯槽３の内部に設置された熱交換器４と、循環ポンプ５と、暖房用熱媒としての暖房水を排熱で加熱する排熱熱交換器１９とを備えている。なお、暖房用熱媒は、水に限らず、不凍液などであってもよい。
【００２３】
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。
【００２４】
１１は、システム全体を制御するマイクロコンピュータなどからなるコントローラであり、後述のサーミスタ１６を含む各種センサの出力およびリモコン１２からの設定操作に応じて、ガスエンジン１の駆動停止の制御を行うとともに、補助熱源器６およびその他各部の制御を行うものである。
【００２５】
補助熱源器６は、温水暖房機であり、暖房水を図示しないバーナの燃焼によって加熱する加熱手段としての暖房熱交換器１３と、暖房水を暖房端末１４に送給する循環ポンプとしての暖房ポンプ１５と、上述の給湯熱交換器１０と、上述のコントローラ１１からの指令に応じて暖房熱交換器１３による加熱を制御するとともに、各部を制御するコントローラ１７とを備えており、図示しない熱動開閉弁を介して暖房循環回路１８に設けられている暖房端末１４に暖房水を供給循環させる。
【００２６】
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からの熱媒を、矢符で示されるように排熱熱交換器１９および熱交換器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、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る。
【００２７】
このとき、暖房運転を行う場合には、補助熱源器６の図示しない熱動開閉弁を開放して暖房ポンプ１５を駆動して暖房水を、暖房端末１４を介して供給循環させることにより、排熱熱交換器１９によって暖房水を加熱することができる。
【００２８】
この暖房運転において、システム全体を制御するコントローラ１１は、補助熱源器６への戻りの暖房水の温度を、前記サーミスタ１６によって検知し、予め定めた温度である暖房の設定温度以上を一定時間継続したときには、補助熱源器６のコントローラ１７に対して暖房熱交換器１３による加熱を禁止する指令信号（燃焼禁止信号）を送出し、設定温度未満になったときには、後述のようにして、補助熱源器６のコントローラ１７に対して暖房熱交換器１３による加熱を開始させる指令信号（燃焼禁止解除信号）を送出するものである。
【００２９】
従来では、暖房運転において、上述のように、暖房水の温度低下が急激であるか緩やかであるかといったような温度低下の状況に拘わらず、単に暖房水の検知温度が設定温度を下回って一定時間が経過すると、補助熱源器６の暖房熱交換器１３による加熱を開始しており、このため、暖房水の温度の低下が急激である場合には、暖房熱交換器１３による加熱を開始してから設定温度に回復するまでの時間が長くなり、逆に、暖房水の温度の低下が緩やかであって設定温度を僅かに下回っているような場合には、暖房熱交換器１３による加熱回数が増えて、熱源の排熱による排熱熱交換器１９での加熱だけで暖房の熱量を賄えるような状態においては、排熱回収に無駄が生じてしまうといった難点がある。
【００３０】
そこで、この実施の形態では、暖房水の温度低下の状況に応じて補助熱源器６の暖房熱交換器１３による適切な加熱を行えるようにして、所望の温度まで素早く上昇させることができる一方、加熱の回数を少なくして熱回収の無駄を低減して効率を高めるために、次のように構成している。
【００３１】
すなわち、コントローラ１１は、サーミスタ１６によって検知される暖房水の検知温度が、暖房の設定温度、例えば、６０℃より低下したときには、その低下の度合いに応じて、補助熱源器６の暖房熱交換器１３による加熱開始までの時間を制御するものであり、暖房水の検知温度の低下が急激であれば、加熱開始までの時間を短く、暖房水の検知温度の低下が緩やかであれば、加熱開始までの時間を長くするのである。
【００３２】
この実施の形態では、暖房運転中においては、コントローラ１１は、サーミスタ１６によって検知される暖房水の検知温度が、設定温度未満になると、その時点から所定の温度（例えば、設定温度−５℃）まで低下するのに要する低下時間を計測し、その計測した低下時間と予め定めた時間とを比較する。
【００３３】
計測した低下時間が、予め定めた時間未満であるときには、熱を必要とする暖房負荷が急に大きくなって急激に温度が低下したとして、コントローラ１１は、直ちに補助熱源器６のコントローラ１７に対して暖房熱交換器１３による暖房水の加熱を開始するように指令し、これによって、補助熱源器６の暖房熱交換器１３による暖房水の加熱が開始される。
【００３４】
また、計測した低下時間が、予め定めた時間未満でないときには、その低下時間に応じて、例えば、次式に従って加熱開始までの時間を算出し、その算出された時間になったときには、加熱指令をコントローラ１７に対して送出して暖房熱交換器１３による加熱を開始させる。
【００３５】
加熱開始までの時間＝計測された低下時間×定数
ここで、定数は、実験等によって決定されるが、例えば、２である。
【００３６】
このように、暖房水の検知温度が、設定温度から所定温度まで低下するのに要する低下時間を計測し、この低下時間に定数を乗じて加熱開始までの時間としているので、低下時間が短い、すなわち、温度低下の勾配（傾斜）が急であれば、加熱開始までの時間は短くなり、また、低下時間が長い、すなわち、温度低下の勾配が緩やかであれば、加熱開始までの時間は長くなり、温度低下の度合いに応じて加熱開始までの時間が制御されることになる。
【００３７】
コントローラ１１は、加熱開始時間を制御する一方、上述のように、暖房水の検知温度が設定温度以上を一定時間継続したときには、補助熱源器６のコントローラ１７に対して、暖房熱交換器１３のバーナの燃焼による加熱を禁止する指令信号（燃焼禁止信号）を出力し、これによって、補助熱源器６の暖房熱交換器１３による暖房水の加熱が禁止される。
【００３８】
以上のようにして、暖房水の検知温度が、設定温度から所定温度まで低下するに要する低下時間を計測し、その低下時間と予め定めた時間とを比較し、低下時間が、予め定めた時間未満であるときには、急激な温度低下であるとして、直ちに補助熱源器６の暖房熱交換器１３による加熱を開始し、低下時間が予め定めた時間未満でないときには、低下時間に応じた加熱開始までの時間を算出し、その算出した加熱開始時間になると、補助熱源器６の暖房熱交換器１３による加熱を開始する。
【００３９】
これによって、暖房水の検知温度が急激に低下した場合には、直ちに加熱を開始して設定温度まで素早く回復させることができる一方、暖房水の検知温度が緩やかに低下したときには、加熱開始までの時間を長くすることにより、従来例に比べて、暖房熱交換器１３のバーナの燃焼回数を少なくでき、ガスエンジン１の排熱による排熱熱交換器１９での加熱だけで暖房の熱量を賄えるような状態においては、排熱回収の無駄を低減して効率を高めることができる。
【００４０】
図２は、上述の暖房運転の動作を説明するためのフローチャートである。
【００４１】
先ず、暖房運転中において（ステップｎ１）、サーミスタ１６による暖房水の検知温度が、設定温度以上になったか否かを判断し（ステップｎ２）、設定温度以上になったときには、一定時間が経過したか否かを判断し（ステップｎ３）、一定時間が経過したときには、コントローラ１１から補助熱源器６に対して暖房熱交換器１３のバーナの燃焼による加熱を禁止する禁止指令が送出され、これによって、暖房熱交換器１３のバーナの燃焼による加熱が禁止される（ステップｎ４）。
【００４２】
次に、サーミスタ１６によって検知される暖房水の温度が、設定温度未満になったか否かを判断し（ステップｎ５）、設定温度未満になったときには、時間の計測を開始し（ステップｎ６）、サーミスタ１６によって検知される暖房水の温度が、所定の温度である、例えば、設定温度−５℃になったか否かを判断し（ステップｎ７）、設定温度−５℃になったときには、そのとき計測された低下時間ｔと予め定められた時間Ｔとを比較して低下時間ｔが予め定められた時間Ｔ未満であるか否かを判断し（ステップｎ８）、予め定められた時間Ｔ未満であるときには、急激な温度低下であるとして、コントローラ１１は、補助熱源器６に対して暖房熱交換器１３によるバーナの燃焼を開始して加熱を開始させる加熱指令（禁止解除指令）を送出して暖房熱交換器１３による加熱が開始される（ステップｎ９）。
【００４３】
ステップｎ８において、低下時間ｔが予め定められた時間Ｔ未満でないときには、上述の算出式に従って低下時間に定数を乗じて暖房熱交換器１３のバーナの燃焼開始による加熱開始までの時間を算出し（ステップｎ１０）、算出した加熱開始時間になったか否かを判断し（ステップｎ１１）、加熱開始時間になったときには、コントローラ１１は、補助熱源器６に対して暖房熱交換器１３によるバーナの燃焼を開始して加熱を開始させる加熱指令（禁止解除指令）を送出して暖房熱交換器１３による加熱が開始される（ステップｎ９）。
【００４４】
この図２では、暖房水の検知温度が、設定温度以上の状態を一定時間継続したときに、補助熱源器６の暖房熱交換器１３による燃焼を禁止したけれども、暖房水の検知温度が、設定温度以上になったときに、補助熱源器６の暖房熱交換器１３による燃焼を禁止してもよい。
【００４５】
なお、所定温度まで低下する低下時間があまりに長くなる場合には、補助熱源器６の暖房熱交換器１３の加熱を開始するようにしてもよい。
【００４６】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、暖房水の検知温度が、所定温度まで低下するのに要する低下時間を計測して予め定めた時間と比較したけれども、本発明の他の実施の形態として、予め定めた時間と比較することなく、計測した低下時間に応じて、加熱開始までの時間を決定するようにしてもよい。この場合、上述の実施の形態のような算出式を用いて加熱開始までの時間を算出してもよいし、あるいは、予め複数の時間帯および各時間帯毎に加熱開始までの時間を決定しておき、計測した低下時間が、いずれの時間帯に属するかに応じて加熱開始までの時間を決定するようにしてもよい。
【００４７】
また、上述の実施の形態では、暖房水の検知温度が、所定温度まで低下するのに要する低下時間を計測したけれども、本発明の他の実施の形態として、暖房水の検知温度が設定温度よりも低下してから一定時間経過後の暖房水の検知温度である低下温度を計測し、その計測された低下温度に応じて加熱開始までの時間を制御してもよい。あるいは、低下時間および低下温度の両者を計測して加熱開始までの時間を制御してもよい。
【００４８】
上述の実施の形態では、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、燃料電池やマイクロガスタービン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。
【００４９】
上述の実施の形態では、暖房水を補助熱源器で加熱する温水暖房システムに適用して説明したけれども、本発明は、温水暖房システムに限らず、例えば、浴槽水を循環加熱して追い焚きを行う風呂システム、あるいは、両者を併有するシステムにも同様に適用できるものである。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、予め定めた温度からの熱媒の検知温度の低下の度合い、例えば、急激な低下あるいは緩やかな低下などの低下の度合いに応じて、加熱開始までの時間を制御するので、例えば、熱媒の検知温度が急激に低下した場合には、加熱開始までの時間を短くして所望の温度まで素早く上昇させることができる一方、熱媒の検知温度が緩やかに低下したときには、加熱開始までの時間を長くすることにより、加熱の回数を少なくして熱回収の無駄を低減して効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る温水暖房システムの概略構成図である。
【図２】図１の実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【符号の説明】
１ ガスエンジン
２ 排熱回収回路
３ 貯湯槽
４ 熱交換器
５ 循環ポンプ
６ 補助熱源器
１３ 暖房熱交換器
２２ 暖房端末
１１，１７ コントローラ
１６ サーミスタ
１９ 排熱熱交換器

Claims (4)

1. 熱媒を加熱する加熱手段と、該加熱手段からの前記熱媒を循環ポンプで放熱端末に供給循環させる循環回路と、熱源の発生する熱を回収して前記循環回路を循環する熱媒を加熱する熱回収回路とを備える熱回収システムにおいて、
   前記熱媒の温度を検知する温度検知手段と、
   前記温度検知手段の検知出力に基づいて、加熱手段による熱媒の加熱を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記熱媒の検知温度が、予め定めた温度よりも低下した状態で前記加熱手段による加熱を開始するものであって、前記予め定めた温度からの前記検知温度の低下の度合いに応じて、加熱開始までの時間を制御することを特徴とする熱回収システム。
2. 請求項１記載の熱回収システムにおいて、
   前記制御手段は、熱媒の検知温度が前記予め定めた温度から所定温度まで低下するのに要する低下時間、および、熱媒の検知温度が前記予め定めた温度よりも低下してから所定時間経過後の熱媒の検知温度である低下温度の少なくとも一方を計測し、その計測結果に基づいて、前記加熱開始までの時間を制御することを特徴とする熱回収システム。
3. 請求項１または２に記載の熱回収システムにおいて、
   前記加熱手段としての暖房熱交換器を有するとともに、熱媒としての暖房用熱媒を、開閉弁を介して前記循環回路に設けられた放熱端末としての暖房端末に供給循環させる温水暖房機を備え、
   前記温度検知手段は、前記循環回路の前記温水暖房機への戻りの暖房用熱媒の温度を検知するものであり、
   前記制御手段は、前記暖房用熱媒の検知温度が、前記予め定めた温度としての設定温度以上のときに、前記加熱手段による加熱を禁止することを特徴とする熱回収システム。
4. 請求項３に記載の熱回収システムにおいて、
   前記制御手段は、前記低下時間を計測する計測部と、この計測された低下時間と予め定めた時間とを比較する比較部と、この比較部の比較結果に応じて、加熱開始までの時間を決定する決定部とを備え、
   前記決定部は、前記低下時間が前記予め定めた時間よりも小さいときには、大きいときに比べて、加熱開始までの時間を短くすることを特徴とする熱回収システム。

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