JP4863067B2 - 熱源熱利用システム - Google Patents

Description

本発明は、ガスエンジンや燃料電池等の熱源で生じた熱や、ヒートポンプの排熱を利用して、各種の暖房機器や給湯設備で利用する熱源熱利用システムに関するものである。

ガスエンジンによって発電を行い、その際に発生した余熱（排熱）を各種の暖房機器や給湯設備で利用するコジェネレーションシステムが従来から実用化されている。このようなコジェネレーションシステムが、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されているコジェネレーションシステムは、ガスエンジンによって発電機を駆動し、電気エネルギを得ると共に、発生した余熱を複数の熱交換器を介して各種暖房機器や給湯設備等へ供給することができるものである。
特開２００４−２５７３６７号公報

特許文献１に開示されているコジェネレーションシステムと同様に、ガスエンジンで発生した余熱を利用する従来のコジェネレーションシステム２０の回路図を図１に示す。図１は、従来のコジェネレーションシステム２０の回路図である。

図１に示すように、コジェネレーションシステム２０は、第一熱媒４が循環する第一回路１と、第二熱媒５が循環する第二回路２と、湯水６が循環する第三回路３とを備えている。以降、各回路を第一回路１から順に説明し、その後にコジェネレーションシステム２０の全体の動作を説明する。

まず、第一回路１は、第一熱媒４が、ガスエンジン７（熱源），排熱熱交換器１０又は直接熱交換器９，三方切換弁１１，リザーブタンク１２，及び排熱ポンプ１３を経由する回路である。第一熱媒４は、三方切換弁１１を後述するＡポート又はＢポートに切り換えることによって排熱熱交換器１０又は直接熱交換器９のいずれかを経由して第一回路１内を循環する。すなわち、排熱熱交換器１０と直接熱交換器９とは、三方切換弁１１で切り換えられて、第一熱媒４はいずれにも供給することができる。第一熱媒４として、エチレングリコールやプロピレングリコールなどの不凍液またはこれらを水で希釈したものを使用する。

詳しく説明すると、三方切換弁１１はＡポート，Ｂポート，Ｃポートを有しており、Ａポートには排熱熱交換器１０側の配管が接続されており、Ｂポートには直接熱交換器９側の配管が接続されており、三方切換弁１１がＡポート或いはＢポートに切り換えられると、各々排熱熱交換器１０側或いは直接熱交換器９側を第一熱媒４が通過するように流路が切り換わり、第一熱媒４はＡポート又はＢポートからＣポートを経て三方切換弁１１を通過してリザーブタンク１２に回収され、さらに排熱ポンプ１３によってリザーブタンク１２から吸引され、ガスエンジン７へ圧送される。

次に、第二回路２は、第二熱媒５が暖房ポンプ１４によって圧送され、暖房熱交換器２２，熱動弁１５，サーモセンサ１６，熱負荷１７，及び直接熱交換器９を経由する回路である。なお、図１に示すように、第二回路２の配管の、直接熱交換器９と暖房ポンプ１４の間と、暖房熱交換器２２と熱動弁１５の間とが、バイパス通路２１によって接続されている。第二熱媒５は、第一熱媒４と同様にエチレングリコールやプロピレングリコールなどの不凍液またはこれらを水で希釈したものを使用する。

熱負荷１７は、例えば暖房する室に設置した床暖房器具や恒温設備であり、室内の温度を検出するサーモセンサ１６が設けられている。サーモセンサ１６によって検出された室内温度と暖房要求時の設定温度とが、図示しない制御装置に設けた比較器（ＣＰＵ）によって比較される。ここで「暖房要求」とは、例えば、熱負荷１７の運転の開始・停止を切り換えるための図示しない運転スイッチがオン（運転開始）にされることをいう。サーモセンサ１６によって検出された室の温度の方が設定温度よりも低い状態（すなわち、熱負荷１７が第二回路２における第二熱媒５の循環を要求する状態）をサーモＯＮ状態と呼び、逆に検出された室の温度の方が設定温度よりも高い状態（すなわち、熱負荷１７が第二回路２における第二熱媒５の循環を要求しない状態）をサーモＯＦＦ状態と呼ぶ。すなわち、暖房要求中は常にサーモＯＮ状態であるとは限らず、検出温度が設定温度を上回ると、暖房要求中であってもサーモＯＦＦ状態となりうる。熱負荷１７の暖房要求時であって、サーモＯＮ状態のときには、暖房ポンプ１４を駆動して第二回路２内に第二熱媒５を循環させ、さらに熱動弁１５が開かれ、高温の第二熱媒５が熱負荷１７に供給される。熱負荷１７の暖房要求時以外は、暖房ポンプ１４は停止しており、さらに暖房要求されていても、サーモセンサ１６によって検出された温度の方が設定温度よりも高くなる（サーモＯＦＦ状態）と熱動弁１５は閉状態となる。

サーモＯＮ状態となった当初は、第二回路２内の第二熱媒５は、暖房熱交換器２２において、後述する第三回路３内の高温の湯水６によって加熱される。そして、遅延して熱動弁１５が開くと、第二熱媒５は直接熱交換器９に達し、第二熱媒５は直接熱交換器９において第一回路１内の第一熱媒４によって加熱される。

最後に、湯水６が循環する第三回路３は、循環ポンプ１８，排熱熱交換器１０，暖房熱交換器２２，暖房電磁弁２３，温度成層型の蓄熱タンクである貯湯タンク１９，ふろ熱交換器２５，及びふろ電磁弁２４を有する回路である。貯湯タンク１９とふろ熱交換器２５と暖房熱交換器２２とは並列に接続されている。湯水６は、循環ポンプ１８によって圧送されて第三回路３内を流れ、排熱熱交換器１０において第一回路１内の第一熱媒４の熱が伝達され、暖房電磁弁２３とふろ電磁弁２４とを適宜開閉することによって、昇温した高温の湯水６は暖房熱交換器２２又はふろ熱交換器２５を経由して第三回路３内を循環するか、又は貯湯タンク１９に貯留され低温の湯水が貯湯タンク１９から第三回路３に供給される。

図示していないが、貯湯タンク１９には出湯用の配管が接続されており、貯湯タンク１９内の湯水６は、図示しない風呂や給湯設備等で利用することができるようになっている。また、図示していないが、貯湯タンク１９の下部には、例えば水道管等の給水用の配管が接続されており、必要に応じて第三回路３内に低温の湯水６を供給することができるようになっている。

また、図示しない浴槽に接続される配管２６が、ふろ熱交換器２５に設けられており、ふろ電磁弁２４を開くことによって高温の湯水６がふろ熱交換器２５に供給され、配管２６内を流れる水が加熱され、図示しない浴槽に供給される。

ところで、熱負荷１７の暖房要求がないときや、暖房要求があってもサーモＯＦＦ状態のとき（すなわち、加熱された第二熱媒５の循環の要求がないとき）には、第一回路１の三方切換弁１１はＡポート側に切り換えられており、排熱熱交換器１０において第一熱媒４と湯水６との間で熱交換が行われる。また、このときには、三方切換弁１１がＡポート側に切り換えられているので、直接熱交換器９における第二熱媒５の加熱は行われず、また、第二回路２の暖房ポンプ１４が停止しているので、第二熱媒５は第二回路２内を循環しない。

この状態でサーモＯＮ状態（加熱された第二熱媒５の循環が要求された状態）となると、三方切換弁１１が直ちにＢポート側に切り換えられ、第一回路１内の第一熱媒４が直接熱交換器９を流れるようになる。しかし、第二回路２の熱動弁１５は十分に温度上昇しなければ開かず、熱動弁１５が開かなければ、第二回路２内を第二熱媒５が循環することができない。その結果、直接熱交換器９における熱交換が十分に行われず、第一回路１内の高温の第一熱媒４は、高温の状態でリザーブタンク１２に回収されてしまい、さらに高温の第一熱媒４がリザーブタンク１２からガスエンジン７に供給されてしまう。高温の第一熱媒４ではガスエンジン７を冷却することができないので、ガスエンジン７の排熱温度が上昇してしまう。そのため、ガスエンジン７がオーバヒートしないように図示しない安全装置が作動し、ガスエンジン７が停止してしまうことがある。ガスエンジン７は、停止すると再起動に時間を要するため、暖房の立ち上がりに時間がかかってしまう。

そこで本発明は、熱源に回収される熱媒の温度上昇を抑制し、熱源を良好に冷却することができる熱源熱利用システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、熱源の熱で加熱される第一熱媒を循環させる第一回路と、熱負荷と開動作が遅い熱動弁とを備えた第二熱媒を循環させる第二回路と、前記第一熱媒及び第二熱媒と熱交換可能な第三熱媒を循環させる第三回路とを備え、前記第一回路には、第一熱媒と第二熱媒とが熱交換する第一熱交換器と、第一熱媒と第三熱媒とが熱交換する第二熱交換器とが切換弁で切り換え可能に接続されており、前記切換弁を切り換えることによって、前記第一熱媒は、前記第一熱交換器と第二熱交換器のいずれかを経由して第一回路内を循環して第二熱媒又は第三熱媒と熱交換し、さらに第二熱媒と第三熱媒との間で熱交換させる第三熱交換器を備えた熱源熱利用システムにおいて、前記熱負荷の暖房要求中であって、熱負荷が第二回路における第二熱媒の循環を要求しないときには、第一熱媒が第二熱交換器を経由して第三熱媒を加熱可能であり、熱負荷が第二回路における第二熱媒の循環を要求すると、第三熱交換器で第三熱媒が第二熱媒を加熱し、さらに所定時間経過後に前記切換弁を切り換えることを特徴とする熱源熱利用システムである。

熱源としては、ガスエンジン等の内燃機関や、燃料電池，ヒートポンプ等が利用可能である。暖房要求がないときには、熱源を停止させることもあるが、仮に熱源が稼働していれば、熱源の熱は、第一熱媒を介して第三熱媒へ伝達され、第三熱媒を加熱することが可能である。

また、切換弁を切り換える時期は、熱動弁が開く時期に設定するのが好ましい。すなわち、所定時間とは、熱動弁が開動作を開始してから開状態になるまでに要する時間に相当するように設定するのが好ましい。

請求項１の発明は、熱負荷の暖房要求中であって、熱負荷が第二回路における第二熱媒の循環を要求しないときには、第一熱媒が第二熱交換器を経由して第三熱媒を加熱可能であり、熱負荷が第二回路における第二熱媒の循環を要求すると、第三熱交換器で第三熱媒が第二熱媒を加熱し、さらに所定時間経過後に切換弁を切り換えるようにしたので、熱源に回収される第一熱媒の温度上昇を抑制しながら第二熱媒を昇温させることができる。すなわち、第二回路内では、昇温した第二熱媒の熱が熱負荷に良好に供給されるようになり、さらに、第一回路を循環する第一熱媒は、熱源を継続的に冷却することができ、熱源の高温化を阻止することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明の熱源熱利用システムにおいて、前記第三熱媒が湯水であり、第三回路には第三熱交換器と並列に接続された貯湯タンクが設けてあり、熱負荷が第二回路における第二熱媒の循環を要求しないときには、高温の湯水を貯湯タンクに回収可能であり、熱負荷が第二回路における第二熱媒の循環を要求すると、高温の湯水が第三熱交換器を経由するように構成した。

請求項２の発明では、熱負荷が第二回路における第二熱媒の循環を要求しないときには、仮に熱源が稼働していても、高温の湯水を貯湯タンクに回収可能であり、熱負荷が第二回路における第二熱媒の循環を要求すると、高温の湯水が第三熱交換器を経由するようにしたので、高温の湯水で第二熱媒を加熱することができ、高い熱効率を維持することができる。

本発明を実施すると、熱源に回収される第一熱媒の温度上昇を抑制することができ、熱源を良好に冷却することができるので熱源の高温化を阻止することができ、熱源を良好に稼働させることができる。さらに第二熱媒を良好に昇温させることができ、熱負荷に第二熱媒の熱を良好に供給することができる。

本実施の形態では、図１に示す従来のコジェネレーションシステム２０を利用する。コジェネレーションシステム２０の構成については従来技術の欄で記載しているので、ここでの重複した記載は省略する。そこで、以下では、本発明を実施する際のコジェネレーションシステム２０（熱源熱利用システム）の各構成部材の動作を説明する。

ガスエンジン７の運転中は、第一回路１の排熱ポンプ１３は常時駆動される。そしてガスエンジン７は図示しない発電機を駆動して電力を生成し、その電力は電力負荷８で消費される。その際、ガスエンジン７では大量の熱が発生し、その熱（排熱）が第一回路１内を流れる第一熱媒４に伝達され、ガスエンジン７は冷却されて温度上昇が抑制される。

また、ガスエンジン７には回収ヒータ７ａを設け、電力負荷８が電力を必要としないときには、ガスエンジン７で生成した余剰の電力は回収ヒータ７ａで消費し、その際に回収ヒータ７ａで生じた熱で第一回路１の第一熱媒４を加熱することもできる。

ガスエンジン７の排熱によって加熱された第一熱媒４は、排熱ポンプ１３によって圧送されて排熱熱交換器１０に到達し、排熱熱交換器１０において第三回路３内の低温の湯水６と熱交換する。すなわち、高温の第一熱媒４は、低温の湯水６によって冷却され、温度が低下した状態で三方切換弁１１のＡポート及びＣポートを経由してリザーブタンク１２に回収される。また、リザーブタンク１２内の低温の第一熱媒４は、排熱ポンプ１３によってガスエンジン７へ供給され、その後は前述の動作を繰り返す。

一方、第三回路３内の湯水６は、排熱熱交換器１０において第一熱媒４によって加熱されて昇温し、高温の湯水６は、暖房熱交換器２２，ふろ熱交換器２５を経由するか又は貯湯タンク１９内に収容される。すなわち、暖房電磁弁２３，ふろ電磁弁２４を開くことにより、湯水６は暖房熱交換器２２，ふろ熱交換器２５を経由し、逆に暖房電磁弁２３，ふろ電磁弁２４を閉じることにより、湯水６は貯湯タンク１９内に回収することができるようになっている。

また、貯湯タンク１９内の湯水６が、図示しない風呂や給湯設備に供給されて消費されると、必要に応じて図示しない水道管を介して貯湯タンク１９内に新たな湯水６が補充される。

ここで、仮に第二回路２の熱負荷１７から暖房要求があり、さらに第二回路２における第二熱媒５の循環が要求されると、図示しない制御装置により、第一回路１の三方切換弁１１が所定時間経過後にＡポートからＢポートに切り換えられ、第二回路２では、暖房ポンプ１４が駆動され、さらに熱動弁１５が開動作を開始し、さらに、第三回路３では、ふろ電磁弁２４が閉じられ、暖房電磁弁２３が開かれる。これにより第二回路２内の第二熱媒５は、当初は暖房熱交換器２２において第三回路３内の湯水６によって加熱され、その後、直接熱交換器９において第一熱媒４によって加熱される。ここで、三方切換弁１１が切り換えられるまでの所定時間とは、熱動弁１５が開くのに要する時間に相当する時間であり、例えば４０〜８０秒程度の時間である。また、熱動弁１５は、３０〜７０秒程度で開く。すなわち、三方切換弁１１は、熱動弁１５が全開になる直前、又は全開になると同時に、或いは熱動弁１５が全開になってから切り換えられる。

これにより、第一回路１の高温の第一熱媒４は、熱負荷１７が第二回路２内における第二熱媒５の循環を要求してから所定時間が経過するまでは排熱熱交換器１０を通過して第三回路３の湯水６を加熱する。加熱された第三回路３の湯水６は、暖房熱交換器２２を経由して第二回路２の第二熱媒５を加熱する。第二熱媒５は、熱動弁１５が開くまではバイパス通路２１を経由して暖房熱交換器２２を通り、湯水６によって加熱される。

そして、第二熱媒５は、前述の所定時間が経過するまでに所望する温度に達し、熱動弁１５が全開となりさらに三方切換弁１１が切り換えられると、熱動弁１５を通過して熱負荷１７に供給される。熱負荷１７を通過して温度が低下した第二熱媒５は、直接熱交換器９を経由し、直接熱交換器９において第一回路１内の高温の第一熱媒４と熱交換する。すなわち、第一回路１では、高温の第一熱媒４が直接熱交換器９で冷却され、温度が低下した第一熱媒４が三方切換弁１１のＢポート及びＣポートを経由してリザーブタンク１２に回収される。一方、第二回路２では、第二熱媒５が直接熱交換器９で加熱され、再度熱動弁１５を通過して熱負荷１７に供給される。

その際に、第二熱媒５が暖房熱交換器２２を経由して第三回路３内の湯水６と熱交換するのが不都合であれば、第三回路３の循環ポンプ１８を停止させるか又は暖房電磁弁２３を閉じれば、暖房熱交換器２２における湯水６と第二熱媒５との熱交換は行われなくなり、第二熱媒５の熱損失はなくなる。

又は、第二熱媒５が積極的に暖房熱交換器２２を経由しないように、直接熱交換器９とバイパス通路２１の間に図示しない別のポンプを設置し、このポンプによって第二熱媒５を圧送するようにしてもよい。このようにすると、暖房熱交換器２２を経由する第二熱媒５の流量が減り、直接熱交換器９で加熱された高温の第二熱媒５が最短距離で熱負荷１７に到達するので、暖房要求を行ってから速やかに高温の第二熱媒５を熱負荷１７に供給することができるようになる。

そして、図示しない制御装置によって室内温度が設定温度になるように調整される。熱負荷１７には室内の温度を検出するサーモセンサ１６が接続されている。暖房要求時（初期）においては、普通は設定温度よりもサーモセンサ１６によって検出された室内温度の方が低く、熱負荷１７は第二回路２内における第二熱媒５の循環を要求し、三方切換弁１１はＢポート側に切り換わり、直接熱交換器９において第二熱媒５は第一熱媒４によって加熱される。逆に、設定温度よりもサーモセンサ１６によって検出された室内温度の方が高くなると、熱負荷１７は第二回路２内における第二熱媒５の循環を要求せず、三方切換弁１１はＢポートからＡポートへ切り換わり、直接熱交換器９において第二熱媒５は加熱されなくなる。これにより、第二熱媒５の温度が低下し、室内温度も低下して設定温度に近付く。

次に、長時間に渡って熱負荷１７の暖房要求がない場合、及び暖房要求があってもサーモＯＦＦ状態の場合（第二回路２内における加熱された第二熱媒５の循環の要求がない場合）を説明する。これらの場合には、三方切換弁１１はＡポート側に切り換えられており、第一回路１の第一熱媒４は、排熱熱交換器１０を経由する。そして、排熱熱交換器１０において、第三回路３内の湯水６と熱交換する。また、第三回路３においては、暖房電磁弁２３は閉じており、第三回路３内の湯水６は、循環ポンプ１８によって圧送される。第三回路３には貯湯タンク１９とふろ熱交換器２５とが設けられており、ふろ使用時にはふろ電磁弁２４が開き、高温の湯水６と配管２６内の水とがふろ熱交換器２５で熱交換し、温度が低下した湯水６が再度排熱熱交換器１０に供給される。ふろ不使用時には、ふろ電磁弁２４は閉じており、高温の湯水６は貯湯タンク１９（温度成層型の蓄熱タンク）に回収され、貯湯タンク１９から低温の湯水６が排出され、排熱熱交換器１０に送られる。

よって、排熱熱交換器１０には継続して低温の湯水６が供給され、排熱熱交換器１０では、第三回路３内の低温の湯水６と、第一回路１内の第一熱媒４との間で良好に熱交換が行われる。

その結果、ガスエンジン７には、排熱熱交換器１０で冷却された低温の第一熱媒４が継続的に供給され、ガスエンジン７は低温の第一熱媒４から安定した冷却作用を受け、オーバヒートを回避することができる。

以上説明したコジェネレーションシステム２０の各構成の動作時期を、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明を実施したコジェネレーションシステムの各構成の動作時期を比較したグラフである。各構成は、図示しない制御装置によって動作時期が制御される。

図２において、動作時期を比較しているのは、三方切換弁１１と、第二回路２の暖房ポンプ１４，熱動弁１５，暖房電磁弁２３，ふろ電磁弁２４である。併せて、図２では、サーモセンサ１６による検出温度の、設定温度に対する高低（サーモＯＦＦ状態，ＯＮ状態）も比較している。

ガスエンジン７の運転中には、第一回路１内の第一熱媒４がガスエンジン７を冷却することができるように、排熱ポンプ１３が常に駆動されている。また、第三回路３では循環ポンプ１８が駆動されている。第三回路３においては、高温の湯水６の一部又は全部が常に貯湯タンク１９（温度成層タイプの蓄熱タンク）に回収され、低温の湯水６が排熱熱交換器１０に供給される。ここで、ふろ電磁弁２４がＯＮ（開）状態で且つ暖房電磁弁２３がＯＦＦ（閉）状態では、湯水６の一部がふろ熱交換器２５を経由して低温化した後に、排熱熱交換器１０（第二熱交換器）に再度供給され、排熱熱交換器１０で高温の第一熱媒４によって加熱される。逆に、ふろ電磁弁２４がＯＦＦ（閉）状態で且つ暖房電磁弁２３がＯＮ（開）状態では、湯水６の一部が暖房熱交換器２２（第三熱交換器）に供給され、低温化した湯水６は排熱熱交換器１０に再度供給される。

図２に示すように、時刻Ｔ１において熱負荷１７の暖房要求があり、暖房要求時当初は、通常はサーモセンサ１６によって検出される室内温度は設定温度よりも低く、熱負荷１７が第二回路２内における第二熱媒５の循環を要求するサーモＯＮ状態（第二熱媒５を加熱し昇温させる必要がある状態）となっている。時刻Ｔ１において熱負荷１７の暖房要求があると、第二回路２の暖房ポンプ１４がＯＮ（駆動）状態となり、第二回路２内では第二熱媒５がバイパス通路２１を介して局所的（すなわち、直接熱交換器９を経由せず）に循環する。また、熱動弁１５が開動作を開始する。さらに、第三回路３では、暖房電磁弁２３がＯＮ状態（開状態）となる。図２に示す例のように、暖房電磁弁２３がＯＮ状態（開状態）になると同時にふろ電磁弁２４をＯＦＦ状態（閉状態）とするのが好ましいが、必ずしもこの限りではない。すなわち、ふろ電磁弁２４をＯＮ状態にすると、湯水６の一部がふろ熱交換器２５へも流れるため、暖房熱交換器２２へ流れる湯水６の量が減少してしまい、第二熱媒５の加熱が不十分になる恐れがあるからである。

時刻Ｔ１では、三方切換弁１１はＡポートからＢポートに切り換わらないので、第一回路１内の第一熱媒４は、時刻Ｔ１以降も引き続き排熱熱交換器１０に供給され、第三回路３では排熱熱交換器１０で加熱された湯水６が、暖房熱交換器２２に供給される。そして、第二回路２では、暖房ポンプ１４によって第二熱媒５が圧送されて暖房熱交換器２２に供給され、第二熱媒５は、高温の湯水６によって加熱されて昇温する。

そして、時刻Ｔ２において三方切換弁１１を排熱熱交換器１０側（Ａポート側）から直接熱交換器９側（Ｂポート側）へ切り換える。三方切換弁１１は、電磁弁ほど素早く切り換わらないので、グラフ上では傾斜線を引いており、その切り換わり完了時刻を時刻Ｔ３としている。三方切換弁１１が完全に切り換わる時刻Ｔ３で熱動弁１５が開状態となる。

熱動弁１５が開き、また、三方切換弁１１が直接熱交換器９側に切り換わったら、第二回路２内の第二熱媒５は熱負荷１７に供給され、温度が低下した第二熱媒５が直接熱交換器９に供給される。直接熱交換器９では、第二熱媒５は第一熱媒４によって加熱される。このように直接熱交換器９で第二熱媒５が第一熱媒４によって加熱されるようになると、第二熱媒５は、もはや暖房熱交換器２２において第三回路３の湯水６と熱交換する必要がなくなるので、時刻Ｔ４において暖房電磁弁２３を閉じて暖房熱交換器２２への湯水６の供給を停止させる。

時刻Ｔ４は、時刻Ｔ３と一致させてもよいが、熱動弁１５は徐々に開くので、全開となる時刻Ｔ３は曖昧であり、実際には一致させるのは困難である。また、熱動弁１５が全開状態となった後も、引き続き湯水６を暖房熱交換器２２に供給しても実害はないので、本実施の形態では、少し余裕を見て熱動弁１５が全開になったと思われる時刻Ｔ３よりも若干遅らせて時刻Ｔ４を設定した。

そして、熱負荷１７の暖房要求中ではあるが、時刻Ｔ５においては、熱負荷１７は第二回路における第二熱媒５の循環を要求しなくなるサーモＯＦＦ状態となり（すなわち、サーモセンサ１６による検出温度が設定温度を上回り、第二熱媒５を加熱し昇温させる必要がなくなり）、第一回路１の三方切換弁１１が直接熱交換器９側（Ｂポート側）から排熱熱交換器１０側（Ａポート側）へ切り換えられる。三方切換弁１１が切り換わる時刻は、時刻Ｔ６である。

一方、第二回路２の暖房ポンプ１４は、安全のため、三方切換弁１１が完全に切り換わった時刻Ｔ６よりも後の時刻Ｔ７で停止させる。本実施の形態では、熱動弁１５は、時刻Ｔ７よりも後の時刻Ｔ８で全閉になっているが、熱動弁１５は、温度が低下すると自然に閉じるのであって、時刻Ｔ８は意識して設定されたものではない。

そして、時刻Ｔ９において、熱負荷１７が第二回路２における第二熱媒５の循環を要求するサーモＯＮ状態になる（サーモセンサ１６による検出温度が設定温度を下回る）と、各構成部材は、上述の動作を繰り返す。上述の例では、サーモＯＮ状態になってから（すなわち熱負荷１７が第二回路２における第二熱媒５の循環を要求してから）三方切換弁１１を切り換えるまでの遅延時間（時刻Ｔ２−時刻Ｔ１）が３０〜８０秒であるとすると、暖房電磁弁２３の開状態（ＯＮ状態）持続時間とふろ電磁弁２４の閉状態（ＯＦＦ状態）持続時間は、例えば６０〜１２０秒程度に設定することができる。また、時刻Ｔ９において、暖房熱交換器２２で第二熱媒５を加熱する必要がなければ、図２の描写に関わらず、暖房電磁弁２３は閉（ＯＦＦ）のままでよく、さらに、ふろ電磁弁２４は、適宜必要に応じて開閉すればよい。

以上を整理すると、室温が設定温度を下回る時刻Ｔ１と時刻Ｔ９においては、熱負荷１７は第二回路２における第二熱媒５の循環を要求するサーモＯＮ状態となり、所定時間が経過して熱動弁１５が開いてから三方切換弁１１がＢポート側に切り換えられ、室に対する熱負荷１７による加熱が開始される。一方、図２に示すグラフでは、時刻Ｔ１以降は「暖房要求あり」状態が継続しているにも関わらず、時刻Ｔ５から時刻Ｔ９の間ではサーモＯＦＦ状態となっており、この間では熱負荷１７は第二回路２における第二熱媒５の循環を要求しておらず、三方切換弁１１がＡポート側に切り換えられ直接熱交換器９において第二熱媒５が加熱されず、熱負荷１７によって室は加熱されない。
以上が熱負荷１７の暖房要求時におけるコジェネレーションシステム２０の一連の動作である。

以上説明したように本実施の形態では、サーモＯＮ状態となっても（すなわち、第二回路２における第二熱媒５の循環の要求があっても）、直ちには三方切換弁１１をＡポート側からＢポート側へ切り換えず、遅延時間（時刻Ｔ２−時刻Ｔ１）を設定し、まず、暖房ポンプ１４を駆動して第二回路２内の第二熱媒５を暖房熱交換器２２で加熱し、熱動弁１５が開くまでに予め第二熱媒５を昇温させておき、熱動弁１５が開いてから三方切換弁１１を切り換えるようにした。

これにより、熱動弁１５が開くと同時に、昇温した第二熱媒５が熱負荷１７に供給されるようになり、熱負荷１７を速やかに昇温させることができるようになる。その上、第一回路１内の第一熱媒４は、常に湯水６か第二熱媒５のいずれかを加熱して温度が低下するので、熱源であるガスエンジン７を継続的に良好に冷却することができ、ガスエンジン７の高温化を回避することができる。そして、熱動弁１５が開くと、三方切換弁１１が切り換えられ、第二熱媒５は直接熱交換器９で第一熱媒４によって加熱され、熱負荷１７に熱（第二熱媒５）を供給することができるようになる。

ちなみに、図２の時刻Ｔ１より前では、熱負荷１７の暖房要求が「なし」となっているが、この場合にはガスエンジン７（熱源）を停止させることもある。ガスエンジン７を停止させる場合には、ガスエンジン７を冷却する必要がなくなるので、図２の描写に関わらず、第一熱媒４をガスエンジン７に循環供給させる排熱ポンプ１３も停止（ＯＦＦ）させる。

ただし、熱負荷１７の暖房要求が「なし」であっても、以下の場合にはガスエンジン７を稼働させる。同時に、稼働するガスエンジン７を冷却するために、第一回路１内で第一熱媒４を循環させる排熱ポンプ１３はＯＮ状態にする。

熱負荷１７の暖房要求が「なし」の状態でガスエンジン７を稼働させる場合とは、ガスエンジン７によって発電された電力の電力負荷８における使用状態や、貯湯タンク１９への貯湯状態，配管２６を介した図示しない給湯設備への給湯状態を学習してパターンを見出し、熱負荷１７の暖房要求が「なし」状態のときであっても電力やガスエンジン７の排熱が必要な場合や、電力の要不要に関わらず、発電が指示された場合である。

本発明を実施したコジェネレーションシステムの回路図である。 コジェネレーションシステムの各構成部材の動作時期を比較したグラフである。

符号の説明

１〜３ 第一回路〜第三回路
４ 第一熱媒
５ 第二熱媒
６ 湯水（第三熱媒）
７ ガスエンジン（熱源）
８ 電力負荷
９ 直接熱交換器（第一熱交換器）
１０ 排熱熱交換器（第二熱交換器）
１１ 三方切換弁（切換弁）
１４ 暖房ポンプ
１５ 熱動弁
１６ サーモセンサ
１７ 熱負荷
１８ 循環ポンプ
１９ 貯湯タンク
２０ コジェネレーションシステム（熱源熱利用システム）
２１ バイパス通路
２２ 暖房熱交換器（第三熱交換器）

Claims (2)

1. 熱源の熱で加熱される第一熱媒を循環させる第一回路と、
   熱負荷と開動作が遅い熱動弁とを備えた第二熱媒を循環させる第二回路と、
   前記第一熱媒及び第二熱媒と熱交換可能な第三熱媒を循環させる第三回路とを備え、
   前記第一回路には、第一熱媒と第二熱媒とが熱交換する第一熱交換器と、第一熱媒と第三熱媒とが熱交換する第二熱交換器とが切換弁で切り換え可能に接続されており、前記切換弁を切り換えることによって、前記第一熱媒は、前記第一熱交換器と第二熱交換器のいずれかを経由して第一回路内を循環して第二熱媒又は第三熱媒と熱交換し、
   さらに第二熱媒と第三熱媒との間で熱交換させる第三熱交換器を備えた熱源熱利用システムにおいて、
   前記熱負荷の暖房要求中であって、
   熱負荷が第二回路における第二熱媒の循環を要求しないときには、第一熱媒が第二熱交換器を経由して第三熱媒を加熱可能であり、
   熱負荷が第二回路における第二熱媒の循環を要求すると、第三熱交換器で第三熱媒が第二熱媒を加熱し、さらに所定時間経過後に前記切換弁を切り換えることを特徴とする熱源熱利用システム。
2. 前記第三熱媒が湯水であり、第三回路には第三熱交換器と並列に接続された貯湯タンクが設けてあり、
   熱負荷が第二回路における第二熱媒の循環を要求しないときには、高温の湯水を貯湯タンクに回収可能であり、
   熱負荷が第二回路における第二熱媒の循環を要求すると、高温の湯水が第三熱交換器を経由することを特徴とする請求項１に記載の熱源熱利用システム。

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