JPWO2003048652A1

JPWO2003048652A1 - 排熱回収システム

Info

Publication number: JPWO2003048652A1
Application number: JP2003549803A
Authority: JP
Inventors: 渡辺　健次; 健次渡辺; 伊藤　智也; 智也伊藤
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: CN1333159C; AU2002354284A1; CA2437060A1; JP3886492B2; US20040074238A1; WO2003048652A1; CN1494648A; EP1452807A1; CA2437060C; KR20040023587A; US6938417B2; KR100550111B1

Abstract

本発明は、発電機で発生する排熱を回収して給湯や空調に利用する排熱回収システムに関するもので、低コスト化を図ることができ、しかもエネルギー効率が高い排熱回収システムを提供することを目的とする。排熱回収システムは、発電機で発生する排ガスの熱を利用して、所定の設備で循環使用される熱媒を加熱するものであり、排ガスと熱媒とを熱交換させて熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１と、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１で加熱された熱媒の温度を検出する温度検出手段ＴＣ２と、温度検出手段の検出結果ＴＣ２に基づいて、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への排ガスの導入量を制御する制御弁Ｖ１とを備える。

Description

技術分野
本発明は、発電機で発生する排熱を回収して給湯や空調に利用する排熱回収システムに関する。
なお、本出願は、日本国への特許出願（特願２００１−３６９３５４、特願２００１−３６９３５５）に基づくものであり、当該日本出願の記載内容は本明細書の一部として取り込まれるものとする。
背景技術
近年、オフィスビルや商業施設等の比較的小規模なエリアにおいて、ガスや石油等を燃料とする駆動源により発電機を駆動し、電力を自給するシステムが採用される傾向にある。特に、発電機の駆動源として、低燃費、低騒音で駆動される小型のガスタービンの利用技術が進歩し、汎用性が高まったことで、上記システムの採用が拡大する傾向にある。
上記のような電力自給システムには、発電機を駆動する際に駆動源から発生する排熱を回収し、同エリア内での給湯や空調に利用する排熱回収システムが併設される場合が多い。
図１２に排熱回収システムの一例を示す。図１２において、符号５０１はガスタービン、５０２は排熱回収用熱交換器、５０３は貯湯槽、５０４は給湯栓、５０５は給水タンク、５０６は給湯温度調節用熱交換器、５０７は冷却塔である。ガスタービン５０１と排熱回収用熱交換器５０２とは排ガス導入管５０８によって接続されており、さらに排熱回収用熱交換器５０２には水を加熱した排ガスを排出する排気塔５０９が設けられている。
排熱回収用熱交換器５０２と貯湯槽５０３とは水（湯）を循環させる閉じた系を構成する一次配管５１０によって接続されている。また、貯湯槽５０３と給湯栓５０４、給湯温度調節用熱交換器５０６は湯を循環させる閉じた系を構成する二次配管５１１によって接続されている。給水タンク５０５は二次配管５１１に給水管５１２によって接続されている。さらに、給湯温度調節用熱交換器５０６と冷却塔５０７とは冷媒としての水を循環させる閉じた系を構成する冷媒配管５１３によって接続されている。
上記排熱回収システムでは、ガスタービン５０１の排熱は排熱回収用熱交換器５０２に導入されて貯湯槽５０３を通じて排気されるが、排熱回収用熱交換器５０２において一次配管を循環する水と熱交換を行ってこれを加熱する。排熱回収用熱交換器５０２において加熱された水（湯）は貯湯槽５０３に流入する。貯湯槽５０３の水（湯）は二次配管５１１を循環し、給湯栓５０４が開かれると系外に流出して利用される。貯湯槽５０３の水（湯）の残量が少なくなると給水タンク５０５から適宜給水が実施される。
また、上記排熱回収システムにおいては、二次配管５１１を循環する水（湯）の利用が少ないと、系内の温度が過度に上昇してしまう。そこで、こういった場合を含めて給湯温度調節用熱交換器５０６において余剰の熱エネルギーを回収し、冷却塔５０７で大気中に放出するようになっている。
上記排熱回収システムにおいては、給湯温度調節用熱交換器５０６や冷却塔５０７によって構成される冷却設備を必要とする等、システム全体が複雑かつ大掛かりとなり、設置に際してコストが嵩みやすいという問題がある。
また、電力自給システムの利用の拡大に伴い、よりエネルギー効率の高い排熱回収システムが求められている。
発明の開示
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたものであり、低コスト化を図ることができ、しかもエネルギー効率が高い排熱回収システムを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は、発電機で発生する排ガスの熱を利用して、所定の設備で循環使用される熱媒を加熱する排熱回収システムであって、前記排ガスと前記熱媒とを熱交換させて前記熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器と、前記排熱回収用熱交換器で加熱された前記熱媒の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて、前記排熱回収用熱交換器への前記排ガスの導入量を制御する制御弁とを備えることを特徴とする。
本発明の排熱回収システムでは、排熱回収用熱交換器で加熱された熱媒の温度を検出し、その検出結果に基づいて排熱回収用熱交換器への排ガスの導入量を制御することにより、排熱の余剰分が排熱回収用熱交換器に導入されず、熱媒を所望の温度に安定して加熱制御することが可能となるとともに、従来のような冷却設備が不要になる。また、この排熱回収システムでは、所定の設備で循環使用される熱媒を直接、排熱回収用熱交換器で加熱するため、複数段の熱交換器を備える従来に比べて、熱エネルギーの損失が少ない。
この場合において、前記所定の設備から前記排熱回収用熱交換器への前記熱媒の逆流を防止する逆止弁を備えるとよい。
この排熱回収システムでは、循環系内に大気開放型のタンクを備えることから、熱媒が逆流しやすいものの、逆止弁によって熱媒の逆流が防止されることにより、熱媒の逆流に伴う不具合が回避される。
また本発明は、発電機で発生する排ガスの熱を利用して、給湯用に水を加熱する排熱回収システムであって、前記排ガスと熱媒とを熱交換させて前記熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器と、前記排熱回収用熱交換器で加熱された前記熱媒の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて、前記排熱回収用熱交換器への前記排ガスの導入量を制御する制御弁と、加熱された前記熱媒と水とを熱交換させて前記水を加熱する水加熱用熱交換器とを備え、前記水加熱用熱交換器は、プレート型熱交換器であることを特徴とする。
本発明の排熱回収システムでは、排熱回収用熱交換器で発電機の排ガスと熱媒とが熱交換して熱媒が加熱され、さらに水加熱用熱交換器で熱媒と水とが熱交換して水が加熱される。また、水加熱用熱交換器は、プレート型熱交換器であることから、熱伝達率が高い。そのため、水加熱用熱交換器への水の導入経路が従来のように循環系でなくても、水道水からの比較的低温の水が熱媒に近い温度にまで加熱される。したがって、その循環経路が不要となり、低コスト化が図られる。また、排熱回収用熱交換器で加熱された熱媒の温度を検出し、その検出結果に基づいて排熱回収用熱交換器への排ガスの導入量を制御することにより、排熱の余剰分が排熱回収用熱交換器に導入されず、熱媒を所望の温度に安定して加熱制御することが可能となるとともに、従来のような冷却設備が不要になり、この点からも低コスト化が図られる。
上記の排熱回収システムにおいて、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記水加熱用熱交換器に導入される水を迂回させ、該迂回した水を加熱する補助加熱手段を備えるとよい。
この排熱回収システムでは、排熱回収用熱交換器で加熱された熱媒の温度が所望の温度に達しない場合には、水を迂回させて補助加熱手段で加熱することにより、給湯される水の温度が安定して維持される。
また、上記の排熱回収システムにおいて、前記熱媒を一時的に貯溜する大気開放型のタンクを備えるとよい。
この排熱回収システムでは、タンク内に貯溜される熱媒によって貯熱効果が生じ、熱媒の温度変動が緩やかになる。また、そのタンクが大気開放型であることから、熱媒の圧力上昇が生じにくく、熱媒が容易に温度上昇する。さらに、タンクが大気開放型であることにより、熱媒中に発生した気泡・蒸気がタンク内で分離されて放出され、液中への気泡・蒸気の混入による不具合が回避され、これにより、熱媒を沸点近い高温のまま扱うことが可能となる。すなわち、この排熱回収システムでは、熱媒を沸点に近い高温に加熱するとともに、その高温状態を安定して維持でき、これに伴い、給湯用の水を高温に加熱するとともに、その高温状態を安定して維持できる。また、タンクが大気開放型であることから、高コストな耐圧構造の使用が回避され、低コスト化が図られる。
また、上記の排熱回収システムにおいて、前記発電機とは別に、前記排熱回収用熱交換器に燃焼ガスを導入する補助燃焼ガス導入手段を備えるとよい。
この排熱回収システムでは、発電機に不具合が生じた場合や発電機の停止時にも、発電機からの排ガスに加えて、またはその排ガスに代えて、補助燃焼ガス導入手段からの補助燃焼ガスが排熱回収用熱交換器に導入され、熱媒を加熱する。そのため、熱媒の温度が安定して維持される。
この場合において、前記補助燃焼ガス導入手段は、前記発電機の停止時に、該発電機で発生する排ガスに代えて、前記排熱回収用熱交換器に燃焼ガスを導入するとよい。
この排熱回収システムでは、発電機の停止時に、発電機で発生する排ガスに代えて、補助燃焼ガス導入手段からの補助燃焼ガスが排熱回収用熱交換器に導入され、熱媒を加熱する。そのため、例えば電力料金が安い時間帯等において発電機を停止させた場合にも、この排熱回収システムを用いて、所定の設備を運転させることが可能となる。
また、上記の排熱回収システムにおいて、前記所定の設備は、吸収式冷凍機を含んでもよい。
この排熱回収システムでは、所定の設備として吸収式冷凍機を含むことにより、発電機の排熱を利用した空調を効率的に行うことができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の排熱回収システムの実施形態例を図面を参照して説明する。
図１は、排熱回収システム１０が併設された電力自給システム１１の全体構成を概略的に示している。電力自給システム１１自体は小型のガスタービン（マイクロガスタービン）ＭＴを駆動源として発電機を駆動することによって電力を得るが、これに併設される排熱回収システム１０は、発電機を駆動する際にガスタービンＭＴから発生する排ガスの熱を回収し、それを空調や給湯などの所定の設備１２に利用するものである。
図２は、排熱回収システム１０の第１の実施形態の構成を示す図であり、本実施形態の排熱回収システム１０は、発電機で発生する排ガスの熱を利用して、空調などの所定の設備で循環使用される熱媒を加熱するものである。
図２において、ＨＥＸ１は排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器、１３は排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１において加熱された熱媒を一時的に貯溜するバッファタンクとしての貯熱槽、Ｐ１は熱媒を輸送するポンプである。なお、上記熱媒としては、例えば、水（温水）や薬液が用いられる。
ガスタービンＭＴ（図１参照）と排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１とは排ガス導入管２０によって接続されている。排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への排ガス導入直前の排ガス導入管２０には、排ガスの温度を検出する温度センサＴＣ１が設けられている。また、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１には、排ガスを外部に排出する排気塔２１が設けられている。
また、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１、貯熱槽１３、及びポンプＰ１は、熱媒を輸送する熱媒輸送系を構成する熱媒配管２３によって接続されている。
図３は、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１の構造を概略的に示している。
排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１は、筐体３０の内部に、アルミ製の冷却フィン３１を多数取り付けられたステンレス製の伝熱管３２が蛇行屈曲された状態で収納されたものである。筐体３０の上部には、排ガスの導入口３３と導出口３４とが両側に離間して設けられており、導入口３３に前述した排ガス導入管２０（図２参照）が、導出口３４に前述した排気塔２１（図２参照）がそれぞれ接続される。また、伝熱管３２は、前述した熱媒配管２３（図２参照）に接続されて熱媒輸送系の一部を構成する。
排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１には、排ガス導入管２０を通じて導入される排ガスを排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への導入前に排気塔２１に導いて大気中に排出させる制御弁Ｖ１が設けられ、制御弁Ｖ１と排気塔２１との間には排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入される排ガスの一部を迂回させるバイパス流路３５が設けられている。制御弁Ｖ１は、導入口３３及びバイパス流路３５の一部もしくは全てを塞ぐバタフライ弁とバタフライ弁を駆動する電動モータ等の不図示の駆動装置とを含み、隣接する導入口３３とバイパス流路３５の入口との間で揺動するように構成されている。
また、本例では、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１において、伝熱管３２内の熱媒の流れの方向と、その伝熱管３２の外側を流れる排ガスの流れの方向とが逆方向となるいわゆる向流となっている。熱交換される２つの流体が互いに逆方向に流れる向流式の熱交換は、効率が高く均一な熱交換を実現しやすい。ただし、本発明は向流式の熱交換に限定されるものではなく、熱媒の流れの方向と排ガスの流れの方向とが同方向となる並流式の熱交換を採用してもよい。
図２に戻り、熱媒配管２３には、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入される熱媒を排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１の前後で迂回させる三方切換弁Ｖ２、及びバイパス配管４０が設けられている。また、貯熱槽１３への熱媒導入前の熱媒配管２３には、ポンプＰ１と同期して熱媒の輸送を制御する電磁弁Ｖ３が設けられている。
排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１からの熱媒導出後の熱媒配管２３には、熱媒の温度を検出する温度検出手段としての温度センサＴＣ２が設けられている。また、温度センサＴＣ２が設けられた箇所からさらに先の熱媒配管２３には、空調などの所定の設備１２から排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への熱媒の逆流を防止する逆止弁Ｖ４が設けられている。
貯熱槽１３は、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１よりも下方に配置されている。また、貯熱槽１３には、貯熱槽１３内を大気中に開放する大気開放管４１が設けられている。大気開放管４１は、一端が貯熱槽１３に接続され、他端が排ガスの流路としての排気塔２１に接続されている。また、大気開放管４１には、貯熱槽１３から蒸発した熱媒の蒸気を凝縮する凝縮器４２が設けられている。凝縮器４２は、タンク側に対して大気側の流路としての排気塔２１側を上に傾斜配置されている。また、貯熱槽１３内には、断熱材を含む蓋体４３が熱媒液面を覆うように浮かべられている。
次に、上記のように構成された排熱回収システムによる排熱回収のしくみを説明する。
まず、ガスタービンＭＴから排出された排ガスは、排ガス導入管２０を通じて排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入され、熱媒輸送系を流れる熱媒と熱交換を行ってその熱媒を加熱し、その後、排気塔２１から排出される。
排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１において加熱された熱媒は、ポンプＰ１の働きにより熱媒輸送系を流れ、空調などの所定の設備１２の熱媒として循環使用される。また、設備１２から還ってきた熱媒は貯熱槽１３において一時的に貯溜された後、再び、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入される。
また、貯熱槽１３内には、断熱材を含む蓋体４３が熱媒液面を覆うように浮かべられていることから、保温効果が働き、大気開放された貯熱槽１３であっても、大気中に逃げる熱エネルギー量が抑制され、排熱から回収した熱エネルギーが無駄なく利用される。
また、貯熱槽１３に接続された大気開放管４１に凝縮器４２が設けられていることから、貯熱槽１３から蒸発した熱媒の蒸気がその凝縮器４２で凝縮され、タンクに戻される。そのため、熱媒の容量低下が抑制される。
次に、上記排熱回収システムを稼動させる際の処理の流れについて図４を参照して説明する。
稼動前の排熱回収システムの各部の初期状態は、制御弁Ｖ１：排ガスを迂回、三方切換弁Ｖ２：熱媒を迂回、電磁弁Ｖ３：閉、となっている。
この状態から排熱回収システムを稼動すると、ステップ１００において、温度センサＴＣ１の検出結果から排ガス温度が２００℃よりも高いか否かが判別され、排ガス温度が２００℃以上になると、排熱回収システムの各部の状態が、ステップ１０１において切り換えられ、制御弁Ｖ１：比例制御、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に熱媒導入、電磁弁Ｖ３：開、ポンプＰ１：運転、となり、この後、排熱回収系の制御プロセスが実行される。
排熱回収系制御プロセスにおいては、まず、ステップ１１０において温度センサＴＣ２の検出結果に基づいて排熱回収直後の熱媒温度が所望の設定温度、例えば９０℃に達すると、制御弁Ｖ１が比例制御される。この制御弁Ｖ１の比例制御は、温度センサＴＣ２の検出結果から熱媒温度が９８℃よりも低い場合において、連続的に制御される。
また、ステップ１１１において温度センサＴＣ２の検出結果から熱媒温度が９８℃以上の場合、ステップ１１２に進み、制御弁Ｖ１：排ガスを迂回、三方切換弁Ｖ２：熱媒を迂回、に切り換えられ、ステップ１１３において熱媒温度が１００℃以上の状態を２分以上維持したことが確認されると、ステップ１１４において排熱回収システムの各部の状態が前述した初期状態と同じ状態に切り換わり、ステップ１１５において「制御弁Ｖ１動作不良／熱回収停止」の警報が報知される。
また、ステップ１１３において熱媒温度が１００℃以上の状態を２分以上維持しない場合、ステップ１１６において熱媒温度が９８℃よりも低いか否かが判別され、９８℃よりも低い場合、ステップ１１７において、制御弁Ｖ１：比例制御、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に熱媒導入、に切り換えられ、ステップ１１０に戻る。また、ステップ１１６において熱媒温度が９８℃よりも高い場合、ステップ１１２に戻り、ステップ１１２〜ステップ１１６が繰り返される。なお、この排熱回収制御プロセスにおいて、上述した各温度及び時間は所定の範囲内で任意に設定変更される。
このように、本例の排熱回収システムにおいては、所定の設備で循環使用される熱媒を直接、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１で加熱する。このとき、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１で加熱された熱媒の温度を温度センサＴＣ２で常時検出しておき、その検出結果に基づいて排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への排ガスの導入量を制御弁Ｖ１で制御する。そして、熱媒が所定の温度を上回ると排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入すべき排ガスを導入前にバイパス流路３５に迂回させて大気中に排出する。これにより、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１において、必要な分の熱エネルギーだけが回収され、余計な熱エネルギーは排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入されずに大気中に排出される。そのため、従来のような冷却設備が不要になり、低コスト化が図られる。また、この排熱回収システムでは、所定の設備で循環使用される熱媒を直接、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１で加熱するため、複数段の熱交換器を備える従来に比べて、熱エネルギーの損失が少ない。そのため、システム全体のエネルギー効率の向上が図られる。
また、本例の排熱回収システムにおいては、熱媒を一時的に貯溜する貯熱槽１３を有することから、貯熱槽１３内に貯溜される熱媒によって貯熱効果（保温効果）が生じ、熱媒の温度変動が緩やかになる。また、貯熱槽１３が大気開放型であることから、熱媒の圧力上昇が生じにくく、熱媒が容易に温度上昇する。そのため、熱媒を効率的に高温に加熱することができる。さらに、貯熱槽１３が大気開放型であることにより、熱媒中に発生した気泡・蒸気が貯熱槽１３内で分離されて放出され、液中への気泡・蒸気の混入による不具合が回避される。すなわち、この排熱回収システムでは、熱媒を沸点に近い高温に加熱するとともに、その高温状態を安定して維持できる。そのため、この熱媒を循環使用する所定の設備において、燃料量の削減など、様々な利点が得られる。また、タンクが大気開放型であることから、高コストな耐圧構造の使用が回避され、低コスト化が図られる。
また、本例の排熱回収システムにおいては、循環系内に大気開放型のタンクを備えることから熱媒が逆流しやすいものの、逆止弁Ｖ４によって所定の設備から排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への熱媒の逆流が防止されることにより、熱媒の逆流に伴う不具合が回避される。
次に、本発明の排熱回収システムの第２の実施形態例を図５及び図６を参照して説明する。本実施形態の排熱回収システム１０も上記第１の実施形態と同様に、発電機で発生する排ガスの熱を利用して、空調などの所定の設備で循環使用される熱媒を加熱するものである。なお、上記第１の実施形態において既に説明したものと同一の機能を有する構成要素には同一符号を付してその説明を省略または簡略化する。
本実施形態の排熱回収システムにおいては、上記第１の実施形態と異なり、ガスタービンＭＴ（図１参照）からの排ガスとは別に、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に燃焼ガスを導入する補助燃焼ガス導入手段としての補助燃焼装置５０、及び三方切換弁Ｖ０を有する。
補助燃焼装置５０は、ガスタービンＭＴからの排ガスと同程度の温度及び量の燃焼ガスを発生させることが可能であり、例えば大気圧ガス燃焼器が用いられる。また、三方切換弁Ｖ０は、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に対してガスタービンＭＴからの排ガスを導入するか、あるいは補助燃焼装置５０からの燃焼ガスを導入するかを切り換えるものであり、ガスタービンＭＴと排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１との間の排ガス導入管２０に設けられている。
次に、上記のように構成された排熱回収システムによる排熱回収のしくみを説明する。
まず、ガスタービンＭＴから排出された排ガスは、排ガス導入管２０を通じて排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入され、熱媒輸送系を流れる熱媒と熱交換を行ってその熱媒を加熱し、その後、排気塔２１から排出される。
また、発電機に不具合が生じた場合や発電機の停止時等、所定のタイミングで補助燃焼装置５０を運転する。補助燃焼装置５０で発生した燃焼ガスは、ガスタービンＭＴからの排ガスとは別に、三方切換弁Ｖ０を介して排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入される。このとき、例えば、発電機からの排ガスに加えて、またはその排ガスに代えて、補助燃焼ガスを排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入し、熱媒を加熱することにより、熱媒の温度が安定して維持される。
排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１において加熱された熱媒は、ポンプＰ１の働きにより熱媒輸送系を流れ、空調などの所定の設備１２の熱媒として循環使用される。また、設備１２から還ってきた熱媒は貯熱槽１３において一時的に貯溜された後、再び、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入される。
次に、上記排熱回収システムを稼動させる際の処理の流れについて図６を参照して説明する。
稼動前の排熱回収システムの各部の初期状態は、制御弁Ｖ１：排ガスを迂回、三方切換弁Ｖ２：熱媒を迂回、電磁弁Ｖ３：閉、となっている。
この状態から排熱回収システムを稼動すると、ステップ２００において、温度センサＴＣ１の検出結果から排ガス温度が２００℃よりも高いか否かが判別される。そして、排ガス温度が２００℃よりも低い場合、ガスタービンＭＴが停止中とみなされ、ステップ２０１において補助燃焼装置が運転され、三方切換弁Ｖ０が補助燃焼装置５０側に開き、ガスタービンＭＴの排ガスに代えて、補助燃焼装置５０の燃焼ガスが排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入される。
また、ステップ２００において、排ガス温度が２００℃以上の場合、ガスタービンＭＴが稼動中とみなされ、ステップ２０２において補助燃焼装置５０が停止され、三方切換弁Ｖ０が排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１側に開き、ガスタービンＭＴの排ガスが排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入される。そして、ステップ２０３において排熱回収システムの各部の状態が、制御弁Ｖ１：比例制御、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に熱媒導入、電磁弁Ｖ３：開、ポンプＰ１：運転、となり、この後、排熱回収系の制御プロセスが実行される。
排熱回収系制御プロセスにおいては、上述した第２の実施形態と同様のステップが実行される。すなわち、まず、ステップ２１０において温度センサＴＣ２の検出結果に基づいて排熱回収直後の熱媒温度が所望の設定温度、例えば９０℃に達すると、制御弁Ｖ１が比例制御される。この制御弁Ｖ１の比例制御は、温度センサＴＣ２の検出結果から熱媒温度が９８℃よりも低い場合において、連続的に制御される。
また、ステップ２１１において温度センサＴＣ２の検出結果から熱媒温度が９８℃以上の場合、ステップ２１２に進み、制御弁Ｖ１：排ガスあるいは燃焼ガスを迂回、三方切換弁Ｖ２：熱媒を迂回、に切り換えられ、ステップ２１３において熱媒温度が１００℃以上の状態を２分以上維持したことが確認されると、ステップ２１４において排熱回収システムの各部の状態が前述した初期状態と同じ状態に切り換わり、ステップ２１５において「制御弁Ｖ１動作不良／熱回収停止」の警報が報知される。
また、ステップ２１３において熱媒温度が１００℃以上の状態を２分以上維持しない場合、ステップ２１６において熱媒温度が９８℃よりも低いか否かが判別され、９８℃よりも低い場合、ステップ２１７において、制御弁Ｖ１：比例制御、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に熱媒導入、に切り換えられ、ステップ２１０に戻る。また、ステップ２１６において熱媒温度が９８℃よりも高い場合、ステップ２１２に戻り、ステップ２１２〜ステップ２１６が繰り返される。なお、この排熱回収制御プロセスにおいて、上述した各温度及び時間は所定の範囲内で任意に設定変更される。
このように、本例の排熱回収システムにおいては、ガスタービンＭＴ（発電機）の停止時に、ガスタービンＭＴで発生する排ガスに代えて、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に燃焼ガスが導入され、熱媒を加熱する。そのため、例えば電力料金が安い時間帯等において発電機を停止させた場合にも、この排熱回収システムを用いて、所定の設備を運転させることが可能となる。つまり、コスト効率のよい連続運転を可能にする。
なお、本発明の排熱回収システムには、熱媒を循環使用する所定の設備として、吸収式冷凍サイクルによって冷凍を行う吸収式冷凍機（ジェネリンク）が好ましく用いられる。上述したように、本発明の排熱回収システムは、熱媒を沸点に近い高温に加熱するとともに、その高温状態を安定して維持できる。しかも、コスト効率のよい連続運転を可能にする。そのため、吸収式冷凍機では、本発明の排熱回収システムからの熱媒を循環使用することにより、燃料コストを大幅に削減することが可能になるとともに、その熱エネルギーの総合的な利用効率を向上させることが可能になる。
次に、本発明の排熱回収システムの第３の実施形態例を説明する。
図７は、排熱回収システム１０の実施形態例の構成を示す図であり、本実施形態の排熱回収システム１０は、発電機で発生する排ガスの熱を利用して、給湯用の水を加熱するものである。
なお、上記各実施形態において既に説明したものと同一の機能を有する構成要素には同一符号を付す。
また、先の図１に示したように、排熱回収システム１０が併設された電力自給システム１１自体は、小型のガスタービンＭＴ（マイクロガスタービン）を駆動源として発電機を駆動することによって電力を得る。排熱回収システム１０は、発電機を駆動する際にガスタービンから発生する排ガスの熱を回収する。
図７において、ＨＥＸ１は排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器、１３は排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１において加熱された熱媒を一時的に貯溜するバッファタンクとしての貯熱槽、ＨＥＸ２は加熱された熱媒と水との間で熱交換を行わせて水（実際に給湯に利用される水）を加熱する水加熱用熱交換器、１４は補助加熱装置としてのガス湯沸器、１５は加熱された水を必要に応じて取り出すための給湯栓、Ｐ１は熱媒を輸送するポンプである。なお、上記熱媒としては、例えば、水（温水）あるいは薬液が用いられる。
ガスタービンＭＴ（図１参照）と排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１とは排ガス導入管２０によって接続されている。排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への排ガス導入直前の排ガス導入管２０には、排ガスの温度を検出する温度センサＴＣ１が設けられている。また、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１には、排ガスを外部に排出する排気塔２１が設けられている。
排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１、貯熱槽１３、及びポンプＰ１は熱媒を循環させる一次熱媒循環系を構成する一次熱媒配管２５によって接続されている。また、水加熱用熱交換器ＨＥＸ２は、プレート型熱交換器であり、貯熱槽１３、及び、水供給源としての水道の水を給湯栓１５に供給する水配管２８に接続されている。なお、水配管２８における水の供給圧は水供給源側で与えられている。
排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１の構造は、先の図３に示したものと同様であるのでここでは説明を省略する。なお、本例では、先の図３に示す伝熱管３２は、前述した一次熱媒配管２５（図７参照）に接続されて一次熱媒循環系の一部を構成する。
図７において、一次熱媒配管２５には、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入される熱媒を排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１の前後で迂回させる三方切換弁Ｖ２、及びバイパス配管４０が設けられている。
排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１からの熱媒導出後の一次熱媒配管２５には、熱媒の温度を検出する温度検出手段としての温度センサＴＣ２が設けられている。制御弁Ｖ１は、この温度センサＴＣ２の検出結果に基づいて開閉制御され、必要に応じて排ガスを迂回させて排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への導入を阻むようになっている。また、三方切換弁Ｖ２も同様に、温度センサＴＣ２の検出結果に基づいて制御され、必要に応じて熱媒を迂回させて排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への導入を阻むようになっている。
貯熱槽１３は、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１よりも下方に配置されている。また、貯熱槽１３には、貯熱槽１３内を大気中に開放する大気開放管４１が設けられている。大気開放管４１は、一端が貯熱槽１３に接続され、他端が排ガスの流路としての排気塔２１に接続されている。また、大気開放管４１には、貯熱槽１３から蒸発した熱媒の蒸気を凝縮する凝縮器４２が設けられている。凝縮器４２は、タンク側に対して大気側の流路としての排気塔２１側を上に傾斜配置されている。また、貯熱槽１３内には、断熱材を含む蓋体４３が熱媒液面を覆うように浮かべられている。
水加熱用熱交換器ＨＥＸ２の水導出後の配管とガス湯沸器１４の水導出後の配管との合流直後の水配管２８には、加熱後の水の温度を検出する温度センサＴＣ３が設けられている。なお、この温度センサＴＣ３は、給湯温度の確認用として用いられる。
また、水配管２８には、水加熱用熱交換器ＨＥＸ２に導入される水を水加熱用熱交換器ＨＥＸ２の前後で迂回させる三方切換弁Ｖ１０、及びバイパス配管４５が設けられ、バイパス配管４５の途中に前述したガス湯沸器１４が設けられている。また、ガス湯沸器１４には別個に構築されたガス供給系からのガスの供給を受けるべくガス配管４６が接続されており、ガス配管４６には、ガス湯沸器１４へのガスの導入を断続するガス導入弁Ｖ１１が設けられている。なお、三方切換弁Ｖ１０は、前述した温度センサＴＣ２の検出結果に基づいて制御され、必要に応じて水を水加熱用熱交換器ＨＥＸ２の前後で迂回させてガス湯沸器１４に導入する。ガス湯沸器１４は、三方切換弁Ｖ１０がガス湯沸器１４側に開くと水の導入を検知して作動し、導入された水を加熱するようになっている。また、本発明の補助加熱手段は、ガス湯沸器１４と三方切換弁Ｖ１０とを含んで構成される。
次に、上記のように構成された排熱回収システムによる排熱回収のしくみを説明する。
まず、ガスタービンＭＴから排出された排ガスは、排ガス導入管２０を通じて排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入され、一次熱媒循環系を流れる熱媒と熱交換を行ってその熱媒を加熱し、その後、排気塔２１から排出される。
排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１において加熱された熱媒は、ポンプＰ１の働きにより一次熱媒循環系を流れるとともに、貯熱槽１３において一時的に貯溜される。また、一次熱媒循環系を流れる熱媒は、水加熱用熱交換器ＨＥＸ２に導入され、水配管２８を流れる水と熱交換を行ってその水を加熱し、再び貯熱槽１３に貯溜される。そして、水加熱用熱交換器ＨＥＸ２において加熱された水（温水）は、水供給源の供給圧により水配管２８を流れ、給湯栓１５が開かれると系外に流出して利用される。
また、貯熱槽１３内には、断熱材を含む蓋体４３が熱媒液面を覆うように浮かべられていることから、保温効果が働き、大気開放された貯熱槽１３であっても、大気中に逃げる熱エネルギー量が抑制され、排熱から回収した熱エネルギーが無駄なく利用される。
また、貯熱槽１３に接続された大気開放管４１に凝縮器４２が設けられていることから、貯熱槽１３から蒸発した熱媒の蒸気がその凝縮器４２で凝縮され、タンクに戻される。そのため、熱媒の容量低下が抑制される。
次に、上記排熱回収システムを稼動させる際の処理の流れについて図８及び図９に示すフローチャートを参照して説明する。
稼動前の排熱回収システムの各部の初期状態は、制御弁Ｖ１：排ガスを迂回、三方切換弁Ｖ２：熱媒を迂回、三方切換弁Ｖ１０：水加熱用熱交換器ＨＥＸ２に水導入、ガス導入弁Ｖ１１：閉、ポンプＰ１：停止、となっている。
この状態から排熱回収システムを稼動すると、ステップ１において、温度センサＴＣ１の検出結果から排ガス温度が２００℃よりも高いか否かが判別される。そして、排ガス温度が２００℃よりも低い場合、ガスタービンＭＴが停止中とみなされ、排熱回収システム各部の状態が、ステップ２において「湯沸器単独運転」に切り換えられて、制御弁Ｖ１：排ガスを迂回、三方切換弁Ｖ２：熱媒を迂回、三方切換弁Ｖ１０：ガス湯沸器１４に水導入、ガス導入弁Ｖ１１：開、ポンプＰ１：停止、となる。
また、ステップ１において、排ガス温度が２００℃以上の場合、ガスタービンＭＴが稼動中とみなされ、排熱回収システムの各部の状態が、ステップ３において「ガスタービン／ガス湯沸器運転」に切り換えられて、制御弁Ｖ１：比例制御、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に熱媒導入、三方切換弁Ｖ１０：水加熱用熱交換器ＨＥＸ２に水導入、ガス導入弁Ｖ１１：開、ポンプＰ１：運転、となり、この後、排熱回収系の制御プロセスと、給湯温度制御プロセスとが実行される。
排熱回収系制御プロセスにおいては、まず、ステップ１０において温度センサＴＣ２の検出結果に基づいて排熱回収直後の熱媒温度が所望の設定温度、例えば９０℃に達すると、制御弁Ｖ１が比例制御される。この制御弁Ｖ１の比例制御は、温度センサＴＣ１の検出結果から排ガスの温度が２００℃以上で、かつ温度センサＴＣ２の検出結果から熱媒温度が９８℃よりも低い場合において、連続的に制御される。なお、ステップ１１において温度センサＴＣ１の検出結果から排ガスの温度が２００℃よりも低くなると、ステップ１に戻り、「湯沸器単独運転」に切り換えられる。
また、ステップ１２において温度センサＴＣ２の検出結果から熱媒温度が９８℃以上の場合、ステップ１３に進み、制御弁Ｖ１：排ガスを迂回、三方切換弁Ｖ２：熱媒を迂回、に切り換えられ、ステップ１４において熱媒温度が２００℃以上であるとＳ１５において熱媒温度が高温であることが表示される。さらに、ステップ１６において熱媒温度が１００℃以上の状態を６０秒以上維持したことが確認されると、ステップ１７において上述した「湯沸器単独運転」と同じ状態に切り換わり、ステップ１８において「制御弁Ｖ１動作不良／熱回収停止」の警報が報知される。
また、ステップ１６において熱媒温度が１００℃以上の状態を６０秒以上維持しない場合、ステップ１９において熱媒温度が９８℃よりも低いか否かが判別され、９８℃よりも低い場合、ステップ２０において、制御弁Ｖ１：比例制御、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に熱媒導入、に切り換えられ、ステップ１０に戻る。また、ステップ１９において熱媒温度が９８℃よりも高い場合、ステップ１３に戻り、ステップ１３〜ステップ１９が繰り返される。なお、この排熱回収制御プロセスにおいて、上述した各温度及び時間は所定の範囲内で任意に設定変更される。
図９は、給湯温度制御プロセスのフローチャート図である。給湯温度制御プロセスにおいては、まず、ステップ３０において温度センサＴＣ２の検出結果から熱媒温度が所望の所定温度、例えば９０℃に達すると、三方切換弁Ｖ１０がオン／オフ制御される。すなわち、ステップ３１において温度センサＴＣ１の検出結果から排ガスの温度が２００℃以上であることが確認され、かつステップ３２において温度センサＴＣ２の検出結果から熱媒温度が９８℃よりも低いことが確認されると、ステップ３３において三方切換弁Ｖ１０がガス湯沸器１４側に切り換えられ、ガス湯沸器１４が点火して水が加熱される。また、ステップ３２において熱媒温度が９８℃を超えたことが確認されると、ステップ３４において三方切換弁Ｖ１０が水加熱用熱交換器ＨＥＸ２側に切り換えられ、排ガスとの熱交換により、水が加熱される。なお、この給湯温度制御プロセスにおいて、上述した各温度は所定の範囲内で任意に設定変更される。
このように、本例の排熱回収システムにおいては、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１で発電機の排ガスと熱媒とが熱交換して熱媒が加熱され、さらに水加熱用熱交換器ＨＥＸ２で熱媒と水とが熱交換して給湯用の水が加熱される。このとき、水加熱用熱交換器ＨＥＸ２がプレート型熱交換器であることから、完全交流等によって高い熱伝達率で効率的な熱交換が実施される。そのため、水加熱用熱交換器ＨＥＸ２への水の導入経路が循環系でなくても、水道水からの比較的低温の水が熱媒に近い温度にまで加熱される。これにより、水の循環経路が不要となり、低コスト化が図られる。また、経路の短縮に伴って熱エネルギーの損失が少なくなり、システム全体のエネルギー効率の向上が図られる。
また、本例の排熱回収システムにおいては、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１で加熱された熱媒の温度を温度センサＴＣ２で常時検出しておき、その検出結果に基づいて排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への排ガスの導入量を制御弁Ｖ１で制御する。そして、熱媒が所定の温度を上回ると排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入すべき排ガスを導入前にバイパス流路３５に迂回させて大気中に排出する。これにより、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１においては、必要な分の熱エネルギーだけが回収され、余計な熱エネルギーは排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入されずに大気中に排出される。そのため、従来のような冷却設備が不要になり、この点からも低コスト化が図られる。
また、本例の排熱回収システムにおいては、温度センサＴＣ２の検出結果に基づいて、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１で加熱された熱媒の温度が所望の温度に達しない場合には、水加熱用熱交換器ＨＥＸ２に導入される水を三方切換弁Ｖ１０を介して迂回させ、迂回した水をガス湯沸器１４で加熱する。そのため、給湯用の水の温度を高温状態に安定して維持することができる。
また、本例の排熱回収システムにおいては、熱媒を一時的に貯溜する貯熱槽１３を有することから、貯熱槽１３内に貯溜される熱媒によって貯熱効果（保温効果）が生じ、熱媒の温度変動が緩やかになる。また、貯熱槽１３が大気開放型であることから、熱媒の圧力上昇が生じにくく、熱媒が容易に温度上昇する。そのため、熱媒を効率的に高温に加熱することができる。さらに、貯熱槽１３が大気開放型であることにより、熱媒中に発生した気泡・蒸気が貯熱槽１３内で分離されて放出され、液中への気泡・蒸気の混入による不具合が回避される。すなわち、この排熱回収システムでは、熱媒を沸点に近い高温に加熱するとともに、その高温状態を安定して維持でき、これに伴い、給湯用の水を高温に加熱するとともに、その高温状態を安定して維持できる。また、タンクが大気開放型であることから、高コストな耐圧構造の使用が回避され、低コスト化が図られる。
次に、本発明の排熱回収システムの第４の実施形態例を説明する。
図１０は、排熱回収システム１０の実施形態例の構成を示す図であり、本実施形態の排熱回収システム１０は、発電機で発生する排ガスの熱を利用して、循環使用される水（温水）を加熱するものである。温水を循環使用する設備１２（温水利用設備）としては、例えば、床暖房装置、吸収式冷温水機等の熱利用空調装置などが挙げられる。更に、設備１２として間接熱交換器を適用することで飲用給湯を含めた様々な加熱に利用できる。
なお、上記各実施形態において既に説明したものと同一の機能を有する構成要素には同一符号を付す。
また、先の図１に示したように、排熱回収システム１０が併設された電力自給システム１１自体は、小型のガスタービンＭＴ（マイクロガスタービン）を駆動源として発電機を駆動することによって電力を得る。排熱回収システム１０は、発電機を駆動する際にガスタービンから発生する排ガスの熱を回収する。
図１０において、ＨＥＸ１は排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器、１３は排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１において加熱された熱媒を一時的に貯溜するバッファタンクとしての貯熱槽、ＨＥＸ２は加熱された熱媒と水（温水）との間で熱交換を行わせて水を加熱する水加熱用熱交換器、Ｐ１は熱媒を輸送するポンプである。なお、上記熱媒としては、例えば、水（温水）あるいは薬液が用いられる。
ガスタービンＭＴ（図１参照）と排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１とは排ガス導入管２０によって接続されている。排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への排ガス導入直前の排ガス導入管２０には、排ガスの温度を検出する温度センサＴＣ１が設けられている。また、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１には、排ガスを外部に排出する排気塔２１が設けられている。
排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１、貯熱槽１３、及びポンプＰ１は熱媒を循環させる一次熱媒循環系を構成する一次熱媒配管２５によって接続されている。また、水加熱用熱交換器ＨＥＸ２は、プレート型熱交換器であり、貯熱槽１３、及び温水循環用の温水配管２９に接続されている。なお、温水配管２９における温水の供給圧は温水を循環使用する設備１２の側で与えられている。
排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１の構造は、先の図３に示したものと同様であるのでここでは説明を省略する。なお、本例では、先の図３に示す伝熱管３２は、前述した一次熱媒配管２５（図１０参照）に接続されて一次熱媒循環系の一部を構成する。
図１０において、一次熱媒配管２５には、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入される熱媒を排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１の前後で迂回させる三方切換弁Ｖ２、及びバイパス配管４０が設けられている。
排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１からの熱媒導出後の一次熱媒配管２５には、熱媒の温度を検出する温度検出手段としての温度センサＴＣ２が設けられている。制御弁Ｖ１は、この温度センサＴＣ２の検出結果に基づいて開閉制御され、必要に応じて排ガスを迂回させて排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への導入を阻むようになっている。また、三方切換弁Ｖ２も同様に、温度センサＴＣ２の検出結果に基づいて制御され、必要に応じて熱媒を迂回させて排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への導入を阻むようになっている。
貯熱槽１３は、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１よりも下方に配置されている。また、貯熱槽１３には、貯熱槽１３内を大気中に開放する大気開放管４１が設けられている。大気開放管４１は、一端が貯熱槽１３に接続され、他端が排ガスの流路としての排気塔２１に接続されている。また、大気開放管４１には、貯熱槽１３から蒸発した熱媒の蒸気を凝縮する凝縮器４２が設けられている。凝縮器４２は、タンク側に対して大気側の流路としての排気塔２１側を上に傾斜配置されている。また、貯熱槽１３内には、断熱材を含む蓋体４３が熱媒液面を覆うように浮かべられている。
次に、上記のように構成された排熱回収システムによる排熱回収のしくみを説明する。
まず、ガスタービンＭＴから排出された排ガスは、排ガス導入管２０を通じて排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入され、一次熱媒循環系を流れる熱媒と熱交換を行ってその熱媒を加熱し、その後、排気塔２１から排出される。
排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１において加熱された熱媒は、ポンプＰ１の働きにより一次熱媒循環系を流れるとともに、貯熱槽１３において一時的に貯溜される。また、一次熱媒循環系を流れる熱媒は、水加熱用熱交換器ＨＥＸ２に導入され、温水配管２９を流れる水（温水）と熱交換を行ってその水を加熱し、再び貯熱槽１３に貯溜される。そして、水加熱用熱交換器ＨＥＸ２において加熱された温水は、温水利用設備１２の供給圧により温水配管２９を流れて利用される。
次に、上記排熱回収システムを稼動させる際の処理の流れについて図１１に示すフローチャートを参照して説明する。
稼動前の排熱回収システムの各部の初期状態は、制御弁Ｖ１：排ガスを迂回、三方切換弁Ｖ２：熱媒を迂回、ポンプＰ１：停止、となっている。
この状態から排熱回収システムを稼動すると、ステップ３００において、温度センサＴＣ１の検出結果から排ガス温度が２００℃よりも高いか否かが判別され、排ガス温度が２００℃以上になると、排熱回収システムの各部の状態が、ステップ３０１において切り換えられ、制御弁Ｖ１：比例制御、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に熱媒導入、ポンプＰ１：運転、となり、この後、排熱回収系の制御プロセスが実行される。
排熱回収系制御プロセスにおいては、まず、ステップ３１０において温度センサＴＣ２の検出結果に基づいて排熱回収直後の熱媒温度が所望の設定温度、例えば９７℃に達すると、制御弁Ｖ１が比例制御される。この制御弁Ｖ１の比例制御は、温度センサＴＣ２の検出結果から熱媒温度が９８℃よりも低い場合において、連続的に制御される。
また、ステップ３１１において温度センサＴＣ２の検出結果から熱媒温度が９８℃以上の場合、ステップ３１２に進み、制御弁Ｖ１：排ガスを迂回、三方切換弁Ｖ２：熱媒を迂回、に切り換えられ、ステップ３１３において熱媒温度が１００℃以上の状態を２分以上維持したことが確認されると、ステップ３１４において排熱回収システムの各部の状態が前述した初期状態と同じ状態に切り換わり、ステップ３１５において「制御弁Ｖ１動作不良／熱回収停止」の警報が報知される。
また、ステップ３１３において熱媒温度が１００℃以上の状態を２分以上維持しない場合、ステップ３１６において熱媒温度が９８℃よりも低いか否かが判別され、９８℃よりも低い場合、ステップ３１７において、制御弁Ｖ１：比例制御、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に熱媒導入、に切り換えられ、ステップ３１０に戻る。また、ステップ３１６において熱媒温度が９８℃よりも高い場合、ステップ３１２に戻り、ステップ３１２〜ステップ３１６が繰り返される。なお、この排熱回収制御プロセスにおいて、上述した各温度及び時間は所定の範囲内で任意に設定変更される。
このように、本例の排熱回収システムにおいては、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１で発電機の排ガスと熱媒とが熱交換して熱媒が加熱され、さらに水加熱用熱交換器ＨＥＸ２で熱媒と水とが熱交換して循環用の水（温水）が加熱される。このとき、水加熱用熱交換器ＨＥＸ２がプレート型熱交換器であることから、完全交流等によって高い熱伝達率で効率的な熱交換が実施される。そのため、設備１２において循環使用される温水が速やかに温度上昇する。
また、本例の排熱回収システムにおいては、上記各実施形態例と同様に、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１で加熱された熱媒の温度を温度センサＴＣ２で常時検出しておき、その検出結果に基づいて排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１への排ガスの導入量を制御弁Ｖ１で制御する。そして、熱媒が所定の温度を上回ると排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入すべき排ガスを導入前にバイパス流路３５に迂回させて大気中に排出する。これにより、排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１においては、必要な分の熱エネルギーだけが回収され、余計な熱エネルギーは排熱回収用熱交換器ＨＥＸ１に導入されずに大気中に排出される。そのため、従来のような冷却設備が不要になり、この点からも低コスト化が図られる。
また、本例の排熱回収システムにおいては、上記各実施形態例と同様に、熱媒を一時的に貯溜する貯熱槽１３を有することから、貯熱槽１３内に貯溜される熱媒によって貯熱効果（保温効果）が生じ、熱媒の温度変動が緩やかになる。また、貯熱槽１３が大気開放型であることから、熱媒の圧力上昇が生じにくく、熱媒が容易に温度上昇する。そのため、熱媒を効率的に高温に加熱することができる。さらに、貯熱槽１３が大気開放型であることにより、熱媒中に発生した気泡・蒸気が貯熱槽１３内で分離されて放出され、液中への気泡・蒸気の混入による不具合が回避される。すなわち、この排熱回収システムでは、熱媒を沸点に近い高温に加熱するとともに、その高温状態を安定して維持でき、これに伴い、給湯用の水を高温に加熱するとともに、その高温状態を安定して維持できる。また、タンクが大気開放型であることから、高コストな耐圧構造の使用が回避され、低コスト化が図られる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
産業上の利用可能性
本発明に係る排熱回収システムにあっては、所定の設備で循環使用される熱媒を直接に熱交換器によって加熱することにより、熱媒を高温に加熱するとともに、その高温状態を安定して維持できる。そのため、低コスト化とともに、エネルギー効率の向上を図ることができる。
また、本発明の排熱回収システムにあっては、熱媒と水との間で高い熱伝達率で効率的な熱交換が実施されることにより、水道水等の比較的低温の水を直接高温に加熱できる。そのため、低コスト化とともに、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の排熱回収システムが併設される電力自給システムの全体構成の一例を概略的に示す図である。
図２は、本発明の排熱回収システムの第１の実施形態例の構成を示す図である。
図３は、排熱回収用熱交換器の内部構造を模式的に示す図である。
図４は、排熱回収システムを稼動させる際の処理手順の一例を示すフローチャート図である。
図５は、本発明の排熱回収システムの第２の実施形態例の構成を示す図である。
図６は、図５の排熱回収システムを稼動させる際の処理手順の一例を示すフローチャート図である。
図７は、本発明の排熱回収システムの第３の実施形態例の構成を示す図である。
図８は、図７の排熱回収システムを稼動させる際の処理手順の一例を示すフローチャート図である。
図９は、図７の排熱回収システムにおける給湯温度制御プロセスの処理手順の一例を示すフローチャート図である。
図１０は、本発明の排熱回収システムの第４の実施形態例の構成を示す図である。
図１１は、図１０の排熱回収システムを稼動させる際の処理手順の一例を示すフローチャート図である。
図１２は、従来の排熱回収システムの構成を示す図である。

Claims

発電機で発生する排ガスの熱を利用して、所定の設備で循環使用される熱媒を加熱する排熱回収システムであって、
前記排ガスと前記熱媒とを熱交換させて前記熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器と、前記排熱回収用熱交換器で加熱された前記熱媒の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて、前記排熱回収用熱交換器への前記排ガスの導入量を制御する制御弁とを備えることを特徴とする排熱回収システム。
前記所定の設備から前記排熱回収用熱交換器への前記熱媒の逆流を防止する逆止弁を備えることを特徴とする請求項１に記載の排熱回収システム。
発電機で発生する排ガスの熱を利用して、水を加熱する排熱回収システムであって、
前記排ガスと熱媒とを熱交換させて前記熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器と、前記排熱回収用熱交換器で加熱された前記熱媒の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて、前記排熱回収用熱交換器への前記排ガスの導入量を制御する制御弁と、加熱された前記熱媒と水とを熱交換させて前記水を加熱する水加熱用熱交換器とを備え、
前記水加熱用熱交換器は、プレート型熱交換器であることを特徴とする排熱回収システム。
前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記水加熱用熱交換器に導入される水を迂回させ、該迂回した水を加熱する補助加熱手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の排熱回収システム。
前記熱媒を一時的に貯溜する大気開放型のタンクを備えることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の排熱回収システム。
前記発電機とは別に、前記排熱回収用熱交換器に燃焼ガスを導入する補助燃焼ガス導入手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の排熱回収システム。
前記補助燃焼ガス導入手段は、前記発電機の停止時に、該発電機で発生する排ガスに代えて、前記排熱回収用熱交換器に燃焼ガスを導入することを特徴とする請求項６に記載の排熱回収システム。
前記所定の設備は、吸収式冷凍機を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の排熱回収システム。