JPH08151922A - 排熱回収システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な改良により、排熱需要量の急激な減少
に迅速に対応できるようにして、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】 エンジン冷却部からの高温の冷却水を排熱回
収部に供給して排熱を回収するように構成し、かつ、排
熱回収部からエンジン冷却部に戻される冷却水を三方弁
とバイパス配管とを介して排熱用熱交換器に供給すると
ともに、エンジン冷却部に供給される冷却水の温度を冷
却水温度センサで測定し、その温度が設定範囲に維持さ
れるように三方弁の開度を調整するように構成した排熱
回収システムにおいて、排熱用熱交換器に冷却水を供給
しない三方弁の全閉側において、その全閉側デッドバン
ドの弁開き側端部に近い開度を最小弁開度に設定し、冷
却水の温度が急激に上昇したときに、排熱用熱交換器に
冷却水を迅速に供給する。

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
配管とを介して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三方弁の開度を調整
する弁開度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、冷却水供給側配管のバイパス配管よりも下流側で
エンジン冷却部に供給される冷却水の温度を冷却水温度
センサで測定し、その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三方弁の開度を調整
し、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
量を制御している。これにより、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、吸収式冷凍機や給湯設備や暖房装置など
の運転が故障などに起因して停止されるなどのように排
熱需要量が急激に減少した場合、三方弁の開度を大にす
る信号を送って排熱用熱交換器に分配供給する冷却水量
を増大するようにしても、その冷却水量が実際に増大す
るまでに時間を要して水温の急上昇に対応できず、冷却
水の温度が設定温度よりもオーバーシュートし、高温の
冷却水がエンジンに戻ってエンジンがトリップする問題
があった。

【０００４】そのため、オーバーシュートによる最大温
度を見込んで設定温度を低くしている。ところが、通常
時においてエンジン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、簡単な改良により、排熱需要量の急激
な減少に迅速に対応できるようにして、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
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述のような
目的を達成するために、エンジン冷却部と排熱回収部と
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
配管とを介して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三方弁の開度を調整
する弁開度制御手段を備えた排熱回収システムにおい
て、排熱用熱交換器に冷却水を供給しない三方弁の全閉
側において、その全閉側デッドバンドの弁開き側端部に
近い開度を最小弁開度に設定してあることを特徴として
いる。

【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】

【作用】排熱需要量が急激に減少した場合に冷却水量が
実際に増大するまでに時間を要することの原因について
考察したところ、三方弁におけるデッドバンドの存在が
あることを見出すに至った。すなわち、図４の要部の構
成図に示すように、排熱回収部に接続される第１の配管
０１および排熱用熱交換器に接続されるバイパス配管０
２とが三方弁０３を介してエンジン冷却部に接続される
第２の配管０４に接続されている場合について、流量割
合と三方弁の開度との相関関係を考えると図５のグラフ
に示すようになる。ここで、流量割合とは、第２の配管
０４を流れる冷却水の流量のうちのバイパス配管０２か
ら合流される冷却水の流量の割合であり、開度とは、三
方弁０３の弁体の全操作量に対する、バイパス配管０２
から第２の配管０４側に冷却水を流すように弁体を操作
する操作量の割合である。

【０００９】グラフに示されるように、三方弁０３で
は、通常、開度を大にしても流量に変化を生じないデッ
ドバンド０５が存在する。このため、例えば、排熱回収
部での排熱回収によって、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維持され、三方弁０３を全閉
状態、すなわち、開度０％にしている状態のときに、そ
の排熱回収部を構成する諸装置が停止するなどといった
ように排熱回収部での排熱需要量が急激に減少し、弁開
度制御手段から制御信号を出力し、三方弁の開度を大に
しても、デッドバンド０５の間は、冷却水が排熱用熱交
換器に全く流されない。例えば、三方弁０３のデッドバ
ンド０５が20％で、排熱回収部での排熱需要量が急激に
減少した場合に冷却水の温度を設定温度にするのに必要
な開度が30％、開度０％から 100％まで操作するのに必
要な時間が60秒とすると、従来例の場合、必要弁開度に
達するまでの時間ｔは、ｔ＝60×0.30＝18秒となる。こ
れに対し、本発明において、最小弁開度を少し余裕を持
たせて、例えば15％に設定したとすると、必要弁開度に
達するまでの時間Ｔは、Ｔ＝60× (0.30−0.15) ＝９秒
となる。このように、排熱回収部での排熱需要量が急激
に減少してエンジン冷却部に戻される冷却水の温度が上
昇し始めた後、その冷却水の温度を設定温度に戻すまで
の時間を短縮することができる。

【００１０】

【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。

【００１１】図１は、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。

【００１２】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、互いに並列に送
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１０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。

【００１３】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、三方弁１２と
バイパス配管１３とを介して排熱用熱交換器１４が接続
されている。三方弁１２は排熱用熱交換器１４の入口側
に設けても良い。

【００１４】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が設けられるとと
もに、三方弁１２に、その弁棒の回転量をロータリー・
エンコーダで測定するなどにより弁開度を測定する弁開
度センサ１６が設けられ、冷却水温度センサ１５および
弁開度センサ１６それぞれが弁開度制御手段としてのマ
イクロコンピュータ１７に接続されている。

【００１５】マイクロコンピュータ１７には、図２のブ
ロック図に示すように、第１および第２の比較手段１
８，１９と弁開閉制御手段２０とが備えられている。

【００１６】第１の比較手段１８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ｔを入力し、その温度ｔと設定温度Ｔ（例えば、75
℃）と比較し、測定温度ｔが設定温度Ｔよりも高いとき
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１４に流す冷却水量を増加し、逆
に、測定温度ｔが設定温度Ｔよりも低いときには閉じ信
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に流す冷却水量を減少するように、それぞれ
の信号を弁開閉制御手段２０を介して三方弁１２のドラ
イバ２１に出力するようになっている。

【００１７】第２の比較手段１９では、弁開度センサ１
６で測定される三方弁１２の開度を入力し、その開度
と、最小弁開度設定器２２から入力される設定最小弁開
度とを比較し、測定開度が設定最小弁開度になったとき
に、弁開閉制御手段２０に指令信号を出力してドライバ
２１への閉じ信号出力を停止するようになっている。

【００１８】最小弁開度設定器２２では、前述したよう
に、三方弁１２の持つデッドバンドや仕様などに基づ
き、例えば、20％のデッドバンドを有するものに対し
て、最小弁開度を15％にするなど、排熱用熱交換器１４
に冷却水を供給しない三方弁１２の全閉側において、そ
の全閉側デッドバンドの弁開き側端部に近い所定の開度
を最小弁開度として適宜設定するものである。

【００１９】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、冷却水温度セン
サ１５で測定される冷却水温度ｔを入力して（Ｓ１）設
定温度Ｔと比較する（Ｓ２）。ここで、冷却水温度ｔが
設定温度Ｔを越えるときには、開き信号を出力し（Ｓ
３）、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になるように三方弁
１２の開度を大にする。ステップＳ３の後、ステップＳ
４に移行してフラグを降ろして（Ｆ←０）からステップ
Ｓ１に戻す。

【００２０】一方、ステップＳ２において、冷却水温度
ｔが設定温度Ｔよりも低いときには、フラグが立ってい
るかどうか（Ｆ＝１？）を判断し（Ｓ５）、フラグが立
っていなければ（Ｆ＝０）閉じ信号を出力し（Ｓ６）、
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になるように三方弁１２
の開度を小にする。

【００２１】ステップＳ５において、閉じ信号を出力し
た後に弁開度を入力し（Ｓ７）、その弁開度が設定最小
弁開度になったかどうかを判断する（Ｓ８）。ここで、
弁開度が設定最小弁開度になっていれば、弁開閉制御手
段２０に指令信号を出力してドライバ２１への閉じ信号
出力を停止した（Ｓ９）後、フラグを立てて（Ｆ←１）
（Ｓ１０）からステップＳ１に戻す。ステップＳ５にお
いてフラグが立っている（Ｆ＝１）とき、ならびに、ス
テップＳ８で弁開度が設定最小弁開度になっていないと
判断したときには、それぞれステップＳ１に戻す。

【００２２】以上の構成により、通常時には、吸収式冷
凍機６や給湯設備７などでの排熱需要量の変化に伴っ
て、ガスエンジン１のエンジン冷却部に戻される冷却水
の温度が変化しても、その温度変化に基づいて、吸収式
冷凍機６や給湯設備７から出た冷却水の一部を排熱用熱
交換器１４に流し、エンジン冷却部に戻される冷却水の
温度変化を抑えることができる。また、吸収式冷凍機６
や給湯設備７などが、そこからの冷却水の全量を排熱用
熱交換器１４に流さずにエンジン冷却部に戻す安定運転
状態にあって故障などに起因して運転が停止されるな
ど、その排熱需要量が急激に減少した場合に、デッドバ
ンド分の操作に要するロス時間を短くして、エンジン冷
却部に戻される冷却水を迅速に排熱用熱交換器１４に流
し、その冷却水の急激な温度上昇を早期に抑えることが
できる。

【００２３】上記実施例では、三方弁１２に対し、全閉
側デッドバンドの弁開き側端部に近い所定の開度を最小
弁開度として適宜設定するのに、ソフトウェア的に行っ
ているが、本発明としては、例えば、三方弁１２の弁箱
などにストッパーを設けて所定の開度から開度０％まで
弁棒を機械的に操作できないようにするなどしても良
い。

【００２４】上記実施例では、排熱用熱交換器１４の下
流側に冷却水温度センサ１５を設けたものを示したが、
それと併用して排熱用熱交換器１４の上流側で吸収式冷
凍機６や給湯設備７などとの間に冷却水温度センサを設
けるものにも適用できる。

【００２５】本発明としては、三方弁１２を制御するの
に、冷却水温度センサ１５で測定される冷却水の温度に
基づき、その設定温度との温度差、温度変化率、累積温
度差を求め、それらに基づく比例・積分・微分（ＰＩ
Ｄ）制御を用いるものにも適用できる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の排熱回収システムによれば、デッドバンドの存在に着
目し、そのデッドバンド分の操作ロス時間を短縮し、排
熱回収部での排熱需要量が急激に減少してエンジン冷却
部に戻される冷却水の温度が上昇し始めた後、その冷却
水の温度を設定温度に戻すまでの時間を短縮できるか
ら、排熱需要量の急激な減少に起因する排熱用熱交換器
の入口側での冷却水の急激な温度上昇に迅速に対応し、
排熱用熱交換器での冷却量を増加することができ、排熱
需要量の急激な減少にかかわらず、エンジン冷却部に供
給される冷却水の温度上昇を迅速に抑えるから、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。

【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】ブロック図である。

【図３】フローチャートである。

【図４】要部の構成図である。

【図５】流量割合と三方弁の開度との相関関係を示すグ
ラフである。

【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…排熱用熱交換器 １５…冷却水温度センサ １７…マイクロコンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松村 章二朗 大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪 瓦斯株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン冷却部と排熱回収部とを配管を
   介して接続するとともに、前記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
   とを介して排熱用熱交換器を設け、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三
   方弁の開度を調整する弁開度制御手段を備えた排熱回収
   システムにおいて、 前記排熱用熱交換器に冷却水を供給しない前記三方弁の
   全閉側において、その全閉側デッドバンドの弁開き側端
   部に近い開度を最小弁開度に設定してあることを特徴と
   する排熱回収システム。