JPH07269335A

JPH07269335A - 排熱回収システム

Info

Publication number: JPH07269335A
Application number: JP6087846A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujimoto; 洋藤本; Kosuke Nakatani; 浩介中谷; Koji Okuda; 浩二奥田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-17
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: JP3251122B2

Abstract

(57)【要約】【目的】エンジン負荷の変動にかかわらず、エンジン
トリップを発生させずに、エンジン冷却部に供給される
冷却水の温度を極力高くして排熱回収効率を向上する。【構成】エンジン冷却部にその冷却排熱を利用するよ
うに吸収式冷凍機と給湯設備を接続し、エンジン冷却部
への冷却水供給側配管に、三方弁１２とバイパス配管と
を介してエンジン還り温度保証用の排熱用熱交換器を接
続し、エンジン冷却部に供給される冷却水の温度を冷却
水温度センサ１５で測定するとともに、その冷却水温度
が設定温度ｔになるように三方弁１２の開度を制御する
ように構成し、かつ、エンジンにかかるエンジン負荷ｘ
を負荷センサ１８で測定し、測定されたエンジン負荷ｘ
に基づき、関係式ｔ＝ｔ₁₀₀＋（１／Ｑ）・（ｑ₁₀₀−ｑｘ）によりエンジン負荷が減少するほど温度が高くなるよう
に設定温度ｔを変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コジェネレーションシ
ステムなどに用いるために、ガスエンジンやディーゼル
エンジンの冷却ジャケットといったエンジン冷却部と、
吸収式冷凍機や給湯設備や暖房装置などの排熱回収部と
を配管を介して接続するとともに、排熱回収部からエン
ジン冷却部への冷却水供給側配管に、三方弁とバイパス
配管とから構成されるような冷却量変更手段を備えたエ
ンジン還り温度保証用の排熱用熱交換器を設け、かつ、
冷却水供給側配管の排熱用熱交換器よりも下流側で前記
エンジン冷却部に供給される冷却水の温度を測定する冷
却水温度センサを設けるとともに、冷却水温度センサで
測定される冷却水の温度が設定温度になるように冷却量
変更手段を作動する冷却量制御手段を備えた排熱回収シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】上述のような排熱回収システムでは、一
般に、エンジン冷却部に供給される冷却水の温度が設定
温度になるように、排熱用熱交換器に分配供給する冷却
水量を制御することにより、冷却ジャケット内の冷却水
の温度が上昇しすぎてエンジン保護回路が作動し、エン
ジンを自動的に停止する、いわゆるエンジントリップの
発生を回避できるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
では、例えば、エンジンでの負荷が減少すると、エンジ
ン排熱量が減少して冷却後の冷却水の温度が低く、排熱
回収部での排熱回収効率が低下する欠点があった。逆
に、エンジンでの負荷が増加すると、エンジン排熱量が
増加して冷却後の冷却水の温度が高くなり、エンジント
リップを発生してしまう欠点があった。

【０００４】そこで、エンジン冷却部から排出されるエ
ンジン冷却後の冷却水の温度を設定温度に維持するよう
に制御することが考えられたが、例えば、設定温度を越
えたときに、排熱用熱交換器での冷却量を制御しても、
その時点から制御を受けた冷却水が供給されるまでの間
は、制御前の冷却水がエンジン冷却部に供給され、その
制御の応答性が低くてエンジントリップを発生してしま
う虞があった。そのため、安全を見込んで設定温度を低
めにせざるを得ず、冷却部から取り出される冷却水の温
度が低くなってしまい、排熱回収効率が低下する欠点が
あった。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、請求項１に係る発明の排熱回収システ
ムは、エンジン負荷の変動にかかわらず、エンジントリ
ップを発生させずに、エンジン冷却部に供給される冷却
水の温度を極力高くして排熱回収効率を向上できるよう
にすることを目的とし、また、請求項２に係る発明の排
熱回収システムは、制御精度をより向上できるようにす
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の排
熱回収システムは、上述のような目的を達成するため
に、エンジンを冷却するエンジン冷却部と排熱回収部と
を配管を介して接続し、排熱回収部からエンジン冷却部
への冷却水供給側配管に、エンジン還り温度保証用の排
熱用熱交換器を付設するとともにその排熱用熱交換器に
冷却量を変更する冷却量変更手段を備え、かつ、冷却水
供給側配管の排熱用熱交換器よりも下流側でエンジン冷
却部に供給される冷却水の温度を測定する冷却水温度セ
ンサを設けるとともに、冷却水温度センサで測定される
冷却水の温度が設定温度になるように冷却量変更手段を
作動する冷却量制御手段を備えた排熱回収システムにお
いて、エンジンにかかるエンジン負荷を測定する負荷セ
ンサを設け、その負荷センサで測定されたエンジン負荷
に基づき、下記関係式によりエンジン負荷が減少するほ
ど温度が高くなるように前記設定温度を変更する設定温
度変更手段を備えて構成する。関係式ｔ＝ｔ₁₀₀＋（ｑ₁₀₀／Ｑ）−（ｑｘ／Ｑ）＝ｔ₁₀₀＋（１／Ｑ）・（ｑ₁₀₀−ｑｘ）ｔ：設定温度ｔ₁₀₀：基準のエンジン負荷（通常 100％のエンジン負
荷）時の設定温度ｑ₁₀₀：基準のエンジン負荷（通常 100％のエンジン負
荷）時の排熱量ｑｘ：予め検定したエンジン負荷がｘの時の排熱量Ｑ：エンジン冷却水の流量

【０００７】排熱回収部としては、温水吸収式冷凍機や
給湯設備や蒸気圧縮式冷凍機や暖房装置などが用いられ
る。

【０００８】また、請求項２に係る発明の排熱回収シス
テムは、上述のような目的を達成するために、請求項１
に係る発明の排熱回収システムにおいて、エンジン冷却
部から排出される冷却水の温度を測定する出口温度セン
サを設け、その測定温度と目標温度とを比較し、測定温
度と目標温度とに差異があるときに、測定温度が目標温
度に近づくように、関係式で求められる設定温度に対し
て微小設定温度を加減算する設定温度調整手段を備えて
構成する。

【０００９】

【作用】請求項１に係る発明の排熱回収システムの構成
によれば、エンジン冷却部に供給される冷却水の温度を
設定温度に維持するように制御しながら、エンジン負荷
の変動に応じて、エンジン負荷が低いほど設定温度を高
くし、エンジン排熱量が少なくてもエンジン冷却部から
取り出される冷却水の温度を極力高くすることができ
る。

【００１０】また、請求項２に係る発明の排熱回収シス
テムの構成によれば、制御結果における実際の温度と目
標温度との違いを検出し、微小設定温度づつ設定温度を
調整して実際の温度と目標温度との違いを吸収すること
ができる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１２】図１は、本発明に係る排熱回収システムの
実施例を示す概略構成図であり、ガスエンジン１に、伝
動クラッチ２を介して発電機３が連動連結されている。

【００１３】ガスエンジン１のエンジン冷却部の出口と
入口とにわたって、第１のポンプ４を介装した主配管５
が接続されている。主配管５に、排熱回収部としての吸
収式冷凍機６と給湯設備７それぞれが、送り配管８ａお
よび戻り配管８ｂを介して接続されている。更に、吸収
式冷凍機６に、第２のポンプ９を介装した冷房用配管１
０を介して冷房装置１１…が接続され、エンジン冷却に
よって発生する排熱を冷房や給湯の熱源として利用する
ように構成されている。前記主配管５と送り配管８ａお
よび戻り配管８ｂの全体を配管と称する。

【００１４】また、主配管５の戻り配管８ｂとの接続箇
所よりも下流となる冷却水供給側配管に、冷却量変更手
段としての三方弁１２とバイパス配管１３とを介してエ
ンジン還り温度保証用の排熱用熱交換器１４が接続され
ている。

【００１５】前記冷却水供給側配管のバイパス配管１３
よりも下流側に、エンジン冷却部に供給される冷却水の
温度を測定する冷却水温度センサ１５が設けられてい
る。また、エンジン冷却部からの出口箇所に、エンジン
冷却部から排出される冷却水の温度を測定する出口温度
センサ１６が設けられている。更に、発電機３の電力出
力線１７に、エンジン負荷として発電電圧を測定する負
荷センサ１８が設けられている。

【００１６】冷却水温度センサ１５、出口温度センサ１
６および負荷センサ１８それぞれがマイクロコンピュー
タ１９に接続されるとともに、そのマイクロコンピュー
タ１９に三方弁１２のドライバ２０（図２参照）が接続
されている。

【００１７】マイクロコンピュータ１９には、図２のブ
ロック図に示すように、設定温度算出手段２１と第１の
比較手段２２と微小設定温度出力手段２３と加減算手段
２４と第２の比較手段２５とが備えられている。

【００１８】設定温度算出手段２１には、予め下記の関
係式が記憶されている。関係式ｔ＝ｔ₁₀₀＋（ｑ₁₀₀／Ｑ）−（ｑｘ／Ｑ）＝ｔ₁₀₀＋（１／Ｑ）・（ｑ₁₀₀−ｑｘ）ｔ：設定温度ｔ₁₀₀：基準のエンジン負荷（通常 100％のエンジン負
荷）時の設定温度ｑ₁₀₀：基準のエンジン負荷（通常 100％のエンジン負
荷）時の排熱量ｑｘ：予め検定したエンジン負荷がｘの時の排熱量Ｑ：エンジン冷却水の流量そして、負荷センサ１８で測定されたエンジン負荷に基
づいて上記関係式により設定温度を算出するようになっ
ている。このエンジン負荷が減少するほど温度が高くな
るように設定温度を変更するための負荷センサ１８と設
定温度算出手段２１とから成る構成をして設定温度変更
手段と称する。上記排熱量ｑｘは、ガスエンジン１の性
能試験によって予め検定されるものを使用する。通常、
エンジン負荷と排熱量とはリニアな比例関係にあり、例
えば、次式のように表される。ｑｘ＝ｋ₁・（ｘ／１００）・ｑ₁₀₀＋ｋ₂ 但し、ｋ₁，ｋ₂：エンジン毎に設定される定数

【００１９】第１の比較手段２２では、出口温度センサ
１６で測定されるエンジン冷却部から排出される冷却水
の温度と予め設定する目標温度とを比較し、冷却水の温
度が目標温度よりも高いときには減算信号を出力し、逆
に、冷却水の温度が目標温度よりも低いときには加算信
号を出力するようになっている。

【００２０】微小設定温度出力手段２３では、前記第１
の比較手段２２からの減算信号に応答して、例えば、−
0.1℃の微小設定温度を、一方、加算信号に応答して、
例えば、＋ 0.1℃の微小設定温度をそれぞれ加減算手段
２４に出力するようになっている。

【００２１】加減算手段２４では、設定温度算出手段２
１で算出された設定温度に、微小設定温度出力手段２３
からの微小設定温度を加え、すなわち、エンジン冷却部
から排出される冷却水の温度と目標温度との間に差異が
ある場合に、設定温度に対して微小設定温度を加減算
し、設定温度を実情に合致するように変更調整するよう
になっている。これらの出口温度センサ１６、第１の比
較手段２２、微小設定温度出力手段２３および加減算手
段２４から成る構成をして設定温度調整手段と称する。

【００２２】第２の比較手段２５では、冷却水温度セン
サ１５で測定されるエンジン冷却部に供給する冷却水の
温度と、加減算手段２４からの設定温度（例えば、75
℃）とを比較し、測定温度が設定温度よりも高いときに
は閉じ信号を出力し、開度が小になる側に、すなわち、
排熱用熱交換器１４に流す冷却水量を増加し、逆に、測
定温度が設定温度よりも低いときには開き信号を出力
し、開度が大になる側に、すなわち、排熱用熱交換器１
４に流す冷却水量を減少するように、それぞれ指令信号
をドライバ２０に出力するようになっている。この冷却
水温度センサ１５と第２の比較手段２５とから成る構成
をして冷却量制御手段と称する。

【００２３】次に、上記構成による制御動作を図３のフ
ローチャートを用いて説明する。先ず、負荷ｘを入力し
（Ｓ１）、その負荷ｘを関係式に代入して設定温度ｔを
算出する（Ｓ２）。

【００２４】次いで、エンジン冷却部から排出される冷
却水の温度、すなわち、出口温度Ｔ₀を入力して（Ｓ
３）から、その出口温度Ｔ₀と目標温度Ｔ_Mとを比較す
る（Ｓ４）。

【００２５】出口温度Ｔ₀が目標温度Ｔ_Mよりも小さけ
れば、ステップＳ５に移行して、先の設定温度ｔに微小
設定温度 0.1℃を加えたものを設定温度Ｔ_Sとする。出
口温度Ｔ₀と目標温度Ｔ_Mとが等しければ、ステップＳ
６に移行して、先の設定温度ｔ自体を設定温度Ｔ_Sとす
る。また、出口温度Ｔ₀が目標温度Ｔ_Mよりも大きけれ
ば、ステップＳ７に移行して、先の設定温度ｔから微小
設定温度 0.1℃を引いたものを設定温度Ｔ_Sとする。

【００２６】設定温度を変更調整した後、エンジン冷却
部に供給される冷却水の温度Ｔを入力し（Ｓ８）、その
冷却水温度Ｔが設定温度Ｔ_Sより大きいかどうか比較判
断し（Ｓ９）、冷却水温度Ｔが設定温度Ｔ_Sより大きけ
れば、ステップＳ１０に移行してドライバ２０に閉じ信
号を出力し、排熱用熱交換器１４側に流される冷却水の
流量を多くして冷却水温度Ｔが設定温度Ｔ_Sになるよう
に三方弁１２の開度を調整する。

【００２７】ステップＳ９で冷却水温度Ｔが設定温度Ｔ
_Sより大きくなければ、ステップＳ１１に移行して冷却
水温度Ｔが設定温度Ｔ_Sより小さいかどうか比較判断
し、冷却水温度Ｔが設定温度Ｔ_Sより小さければ、ステ
ップＳ１２に移行してドライバ２０に開き信号を出力
し、排熱用熱交換器１４側に流される冷却水の流量を少
なくして冷却水温度Ｔが設定温度Ｔ_Sになるように三方
弁１２の開度を調整する。

【００２８】ステップＳ１１で冷却水温度Ｔが設定温度
Ｔ_Sより小さく無いとき、ならびに、ステップＳ１２を
経た後それぞれには、ステップＳ１に戻し、上述同様の
処理を繰り返す。

【００２９】以上の構成により、例えば、エレベータの
起動・停止などといったように、発電機３の電力出力線
１７に接続された負荷の必要電力量が変動し、それに伴
ってエンジン負荷が変動したときに、そのエンジン負荷
の変動を発電機３での発電電圧により捉え、エンジン冷
却部に供給する冷却水に対する設定温度を変更し、エン
ジン冷却部から排出される冷却水の温度を、エンジント
リップを発生させない範囲で極力高くすることができ
る。

【００３０】また、上述の設定温度の変更によって、排
熱用熱交換器１４の特性や排熱回収システムの構成上の
特性などに起因し、エンジン負荷ｘに基づいて設定した
設定温度ｔで制御した実際の出口温度Ｔ₀と目標温度Ｔ
_Mとの間にズレが生じていても、微小設定温度づつ設定
温度ｔに対して調整を加え、より精度良く制御を行うこ
とができる。

【００３１】図４は、第１変形例を示すブロック図であ
り、主配管５が二次側配管として排熱用熱交換器１４ａ
に接続され、その排熱用熱交換器１４ａに、冷却装置２
６に接続されるとともに吐出容量可変型の可変ポンプ２
７を介装した一次側配管２８が接続され、その吐出容量
を変更することにより排熱用熱交換器１４ａでの冷却量
を変更できるように構成されている。

【００３２】図５は、第２変形例を示すブロック図であ
り、主配管５が二次側配管として排熱用熱交換器１４ｂ
に接続され、その排熱用熱交換器１４ｂに、冷却装置２
９に接続されるとともに三方弁３０および一次側配管３
１を介装した一次側配管３２が接続され、その三方弁３
０の開度を制御して排熱用熱交換器１４ｂに戻す冷却水
媒体の冷却水量を変更することにより排熱用熱交換器１
４ｂでの冷却量を変更できるように構成されている。

【００３３】前述第１および第２変形例の構成、ならび
に、前述実施例における三方弁１２とバイパス配管１３
とによって排熱用熱交換器１４を接続する構成をして冷
却量変更手段と総称する。

【００３４】前述のような第１変形例の冷却量変更手段
を備えている排熱用熱交換器１４ａを用いる場合、冷却
量を増加するときには可変ポンプ２７による吐出容量を
増加し、一方、冷却量を減少するときには可変ポンプ２
７による吐出容量を減少するようにそれぞれ制御すれば
良い。また、第２変形例の冷却量変更手段を備えている
排熱用熱交換器１４ｂを用いる場合、冷却量を増加する
ときには三方弁３０による排熱用熱交換器１４ｂに流す
冷却水の量を増加し、一方、冷却量を減少するときには
三方弁３０による排熱用熱交換器１４ｂに流す冷却水の
量を減少するようにそれぞれ制御すれば良い。

【００３５】また、前述実施例において、排熱用熱交換
器１４に流す冷却水流量を変更するのに、三方弁１２に
代えて、例えば、主配管５の冷却水供給側配管とバイパ
ス配管１３それぞれに個別に流量調整弁を設け、両流量
調整弁を互いに連動させて排熱用熱交換器１４に流す冷
却水流量を変更するように構成するものでも良い。

【００３６】上記実施例では、エンジン負荷を測定する
のに、発電機３からの電力出力線１７での発電電圧を測
定するようにしているが、例えば、ガスエンジン１への
燃料供給量を測定するなど、各種手段が採用できる。

【００３７】上記実施例において、エンジン負荷ｘに基
づいて設定温度ｔを算出し、その設定温度ｔに基づいて
設定される最終の設定温度Ｔ_Sと冷却水温度Ｔとを比較
するのに、エンジン負荷ｘとそれによるエンジン冷却部
からのエンジン排熱量との間に時間遅れがあることを考
慮し、エンジン負荷ｘの測定後、所定時間（例えば、30
秒）などの遅れ時間を持たせるようにしても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に係る発明の排熱回収システムによれば、エンジン負
荷の変動に伴うエンジン排熱量の変動に応じ、エンジン
冷却部に供給する冷却水の制御目標となる設定温度を変
更し、エンジン負荷が低いほど設定温度を高くし、エン
ジン排熱量が少なくてもエンジン冷却部から取り出され
る冷却水の温度を極力高くするから、エンジン負荷の変
動にかかわらず、エンジントリップを発生させずに、エ
ンジン冷却部に供給される冷却水の温度を極力高くして
排熱回収効率を向上できるようになった。

【００３９】また、請求項２に係る発明の排熱回収シス
テムによれば、制御結果におけるエンジン冷却部から取
り出される冷却水の実際の温度と目標温度とに違いがあ
るときに、その温度の違いを、微小設定温度づつ設定温
度を調整して吸収するから、調整を徐々に行ってハンチ
ングを生じさせずに、エンジン冷却部から取り出される
冷却水の温度を精度良く高い状態にでき、制御精度をよ
り向上できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排熱回収システムの実施例を示す
ブロック図である。

【図２】マイクロコンピュータの構成を示すブロック図
である。

【図３】フローチャートである。

【図４】第１変形例を示すブロック図である。

【図５】第２変形例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…ガスエンジン５…主配管６…吸収式冷凍機７…給湯設備８ａ…送り配管８ｂ…戻り配管１２…三方弁１３…バイパス配管１４，１４ａ，１４ｂ…排熱用熱交換器１５…冷却水温度センサ１６…出口温度センサ１８…負荷センサ１９…マイクロコンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンを冷却するエンジン冷却部と排
熱回収部とを配管を介して接続し、前記排熱回収部から
前記エンジン冷却部への冷却水供給側配管に、エンジン
還り温度保証用の排熱用熱交換器を付設するとともにそ
の排熱用熱交換器に冷却量を変更する冷却量変更手段を
備え、かつ、前記冷却水供給側配管の前記排熱用熱交換
器よりも下流側で前記エンジン冷却部に供給される冷却
水の温度を測定する冷却水温度センサを設けるととも
に、前記冷却水温度センサで測定される冷却水の温度が
設定温度になるように前記冷却量変更手段を作動する冷
却量制御手段を備えた排熱回収システムにおいて、前記エンジンにかかるエンジン負荷を測定する負荷セン
サを設け、前記負荷センサで測定されたエンジン負荷に
基づき、下記関係式によりエンジン負荷が減少するほど
温度が高くなるように前記設定温度を変更する設定温度
変更手段を備えたことを特徴とする排熱回収システム。関係式ｔ＝ｔ₁₀₀＋（ｑ₁₀₀／Ｑ）−（ｑｘ／Ｑ）＝ｔ₁₀₀＋（１／Ｑ）・（ｑ₁₀₀−ｑｘ）ｔ：設定温度ｔ₁₀₀：基準のエンジン負荷（通常 100％のエンジン負
荷）時の設定温度ｑ₁₀₀：基準のエンジン負荷（通常 100％のエンジン負
荷）時の排熱量ｑｘ：予め検定したエンジン負荷がｘの時の排熱量Ｑ：エンジン冷却水の流量
【請求項２】請求項１に記載の排熱回収システムにお
いて、エンジン冷却部から排出される冷却水の温度を測
定する出口温度センサを設け、その測定温度と目標温度
とを比較し、測定温度と目標温度とに差異があるとき
に、前記測定温度が前記目標温度に近づくように、関係
式で求められる設定温度に対して微小設定温度を加減算
する設定温度調整手段を備えてある排熱回収システム。