JPH07247835A - 排熱回収システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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
うに吸収式冷凍機および給湯設備を接続し、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
管とを介して排熱用熱交換器を接続し、三方弁１２に供
給される冷却水の温度Ｔ１を入口温度センサ１５で測定
するとともに、排熱用熱交換器からの出口側のバイパス
配管での冷却水の温度Ｔ２を出口温度センサ１６で測定
し、入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２と設定温度Ｔｓｅｔと
に基づく関係式 Ｖ＝（Ｔｓｅｔ−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２） により三方弁１２の開度Ｖを制御する。

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、三方弁などの流量
分配手段とバイパス配管とを介して排熱用熱交換器を接
続し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流量分
配手段を作動する流量分配制御手段を備え、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、冷房装置の冷房負荷が急激に減少するな
どのように排熱需要量が急激に減少した場合、後流に三
方弁を介して水温を下げるための排熱用熱交換器を設け
ていても、水温が急上昇すると排熱用熱交換器で熱が十
分奪われず、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。

【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、請求項１に係る発明の排熱回収システ
ムは、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、排熱回収部での
負荷変動が予め特定できるようなときに、負荷のピーク
に対しても良好に対応できるようにすることを目的と
し、また、請求項３に係る発明の排熱回収システムは、
既製の制御システムに合理的に組み込めるようにするこ
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、流量分配手段とバイパス配管とを介し
て排熱用熱交換器を接続した排熱回収システムにおい
て、排熱回収部を経由した冷却水と経由しない冷却水を
合流する箇所と排熱用熱交換器の間の冷却水の温度を測
定する入口温度センサと、排熱用熱交換器からの出口側
のバイパス配管での冷却水の温度を測定する出口温度セ
ンサとを設け、流量分配手段を、入口温度センサで測定
される冷却水の入口温度と出口温度センサで測定される
冷却水の出口温度と設定温度とに基づく下記関係式によ
り作動制御する流量分配制御手段を設けて構成する。 関係式Ｖ＝（Ｔｓｅｔ−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２） Ｖ：エンジン冷却部に供給する冷却水全量に対して排熱
用熱交換器側に供給しない冷却水量の割合 Ｔｓｅｔ：設定温度 Ｔ１：入口温度センサで測定される冷却水の入口温度 Ｔ２：出口温度センサで測定される冷却水の出口温度

【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ける設定温度を、排
熱回収部で回収される排熱量が多い時間帯程高くなるよ
うに、予め設定した時間帯に合わせて自動的に変更する
設定温度変更手段を備えて構成する。

【０００９】また、請求項３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
または請求項２のいずれかに記載の排熱回収システムに
おいて、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流量
分配手段を作動する定常流量分配制御手段を備え、入口
温度センサで測定される冷却水の入口温度が設定温度以
上のときにのみ、前記定常流量分配制御手段よりも優先
して流量分配制御手段を作用するように作用状態を切換
える作用状態切換手段を備えて構成する。

【００１０】

【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、排熱需要量が急激に減少して流量分配手段に
戻されてくる冷却水の温度が高くなっても、それに伴
い、流量分配手段を即座に作動して、排熱用熱交換器に
流す冷却水の流量を増加する。一方、排熱需要量が急激
に増大して流量分配手段に戻されてくる冷却水の温度が
低くなっても、それに伴い、流量分配手段を即座に作動
して、排熱用熱交換器に流す冷却水の流量を減少する。
これらの制御によって、排熱需要量の急激な変動にかか
わらず、エンジン冷却部に供給される冷却水の温度変化
を精度良く抑えることができる。

【００１１】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、冷房負荷などのように、その１日
における時間的な変動が予め把握できるような場合、す
なわち、排熱需要量の経時的変化が予め特定できる場合
に、その排熱需要量が増大するときには、その設定温度
を極力高くし、エンジン冷却部から取り出される冷却水
の温度を高くし、排熱回収部に送る冷却水の温度を高く
することができる。

【００１２】また、請求項３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
水の温度を測定して流量分配手段を制御する、既製の定
常流量分配制御手段と併用し、エンジン冷却部に供給す
る冷却水の温度が必要以上に高温になる虞の無いときに
は、既製の定常流量分配制御手段による制御を行い、一
方、排熱需要量が急激に減少して流量分配手段に戻され
てくる冷却水の温度が設定温度以上に高くなり、エンジ
ン冷却部に供給する冷却水の温度が必要以上に高温にな
る虞のあるときに、流量分配制御手段を優先させて作用
することができる。

【００１３】

【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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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、流量分配手段
としての三方弁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の出口側に設けても良い。

【００１７】前記冷却水供給側配管の三方弁１２よりも
上流側に、三方弁１２に供給される冷却水、すなわち、
排熱用熱交換器１４への入口側での冷却水の温度を測定
する入口温度センサ１５が設けられている。また、排熱
用熱交換器１４からの出口側のバイパス配管１３に、排
熱用熱交換器１４で冷却された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、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１７が設けられている。

【００１８】入口温度センサ１５、出口温度センサ１６
および冷却水温度センサ１７それぞれがマイクロコンピ
ュータ１８に接続され、そのマイクロコンピュータ１８
に三方弁１２のドライバ１９が接続されている。

【００１９】マイクロコンピュータ１８には、図２のブ
ロック図に示すように、開度算出手段２０、設定温度変
更手段２１、第１および第２の比較手段２２，２３およ
び作用状態切換手段２４が備えられている。

【００２０】開度算出手段２０では、入口温度センサ１
５で測定される冷却水の入口温度Ｔ１と出口温度センサ
１６で測定される冷却水の出口温度Ｔ２と設定温度変更
手段２１からの設定温度Ｔｓｅｔが入力され、下記関係
式により三方弁１２の開度Ｖを算出し、その算出した開
度Ｖに応じた指令信号を作用状態切換手段２４を介して
ドライバ１９に出力するようになっている。 関係式Ｖ＝（Ｔｓｅｔ−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２） Ｖ：エンジン冷却部に供給する冷却水全量に対して排熱
用熱交換器１４側に供給しない冷却水量の割合 Ｔｓｅｔ：設定温度 Ｔ１：入口温度センサ１５で測定される冷却水の入口温
度 Ｔ２：出口温度センサ１６で測定される冷却水の出口温
度

【００２１】設定温度変更手段２１では、例えば、５秒
などの設定時間ごとに時計２５からの時刻信号を受け、
それに応答して設定温度テーブル２６に格納されたデー
タを読み込み、各時刻ごとの設定温度Ｔｓｅｔを読み込
んで開度算出手段２０に送るようになっている。

【００２２】各時刻ごとの設定温度Ｔｓｅｔは、例え
ば、午後２時をピークとして83℃に設定するとともに、
午前７時および午後９時を最低値として75℃に設定し、
その中間部分は、過去のデータに基づいて平均して得ら
れる曲線に乗るように設定される。そして、中間期や冬
季などでは、時計２５からの時刻信号を適宜停止できる
ようになっている。この設定温度変更手段２１で設定温
度Ｔｓｅｔを変更することにより、夏季の冷房負荷がピ
ークとなるときに、エンジン冷却部に供給する冷却水の
温度を極力高めにし、得られる排熱エネルギー量を増大
できるように構成されている。

【００２３】第１の比較手段２２では、冷却水温度セン
サ１７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、その温度と第１の設定温度Ｔａ（例え
ば、75℃）と比較し、測定温度Ｔが第１の設定温度Ｔａ
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Ｔが第１の設定温度Ｔａ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１４に流す冷却水量を減少す
るように、それぞれ指令信号を作用状態切換手段２４を
介してドライバ１９に出力するようになっている。

【００２４】第２の比較手段２３では、入口温度センサ
１５で測定される冷却水の入口温度Ｔ１を入力し、その
温度と第２の設定温度Ｔｂ（例えば、85℃）と比較し、
測定温度が第２の設定温度Ｔｂよりも高いときには、作
用状態切換手段２４に優先信号を出力し、入口温度Ｔ１
と出口温度Ｔ２とに基づいてのみ三方弁１２の開度を優
先的に制御し、逆に、測定温度が第２の設定温度Ｔｂよ
りも低いときには、作用状態切換手段２４に定常信号を
出力し、エンジン冷却部に供給する冷却水の温度Ｔに基
づいてのみ三方弁１２の開度を制御するように、その制
御形態を切換えるようになっている。

【００２５】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、入口温度Ｔ１を
入力して（Ｓ１）、第２の設定温度Ｔｂと比較する（Ｓ
２）。ここで、測定温度が第２の設定温度Ｔｂ以上のと
きには、出口温度Ｔ２を入力し（Ｓ３）、設定温度変更
手段２１から入力される各時刻ごとの設定温度Ｔｓｅｔ
と入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２とを関係式に代入して開
度Ｖを算出し（Ｓ４）、その算出された開度Ｖに対応す
る開度信号を出力して（Ｓ５）三方弁１２の開度を調整
する。このステップＳ３、Ｓ４およびＳ５の制御が流量
分配制御手段に相当する。

【００２６】ステップＳ２において、測定温度が第２の
設定温度Ｔｂよりも低いときには、エンジン冷却部に供
給する冷却水の温度Ｔを入力して（Ｓ６）から、その冷
却水温度Ｔと第１の設定温度Ｔａとを比較する（Ｓ
７）。

【００２７】ここで、冷却水温度Ｔが第１の設定温度Ｔ
ａ以上のときには、閉じ信号を出力し（Ｓ８）、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が第１の設定温度Ｔａになるように三方弁１２
の開度を調整する。一方、冷却水温度Ｔが第１の設定温
度Ｔａよりも低いときには、開き信号を出力し（Ｓ
９）、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が第１の設定温度Ｔａになるよ
うに三方弁１２の開度を調整する。このステップＳ６、
Ｓ７、Ｓ８およびＳ９の制御が定常流量分配制御手段に
相当する。

【００２８】次に、上記実施例によるシミュレーション
の結果について説明する。三方弁１２としては、全閉か
ら全開までの作動時間が30秒のものを用いた。流量を 1
00m³、排熱用熱交換器１４での冷却温度差を10℃、排熱
用熱交換器１４での伝達特性を１／（１＋５ｓ）にそれ
ぞれ設定した。但し、ｓは伝達関数におけるラプラス変
換子である。また、入力が印加されてから出力に影響が
出るまでの無駄時間は10秒とした。

【００２９】上記条件下でエンジン冷却部に供給される
冷却水の温度（１で示す）および三方弁１２に供給され
る直前の冷却水の温度（２で示す）それぞれの経時的変
化を考察したところ、図４のグラフに示すように、三方
弁１２に供給される直前の冷却水の温度が75℃から85℃
に変化しても、出口温度は75℃近辺に維持され、排熱需
要量の急激な減少による三方弁１２に供給される直前の
冷却水の温度の急激な変化にかかわらず、排熱用熱交換
器１４に供給する冷却水量を精度良く制御して、エンジ
ン冷却部に供給される冷却水の温度を設定温度近くに良
好に維持し、その温度変化を抑制できることが明らかで
あった。

【００３０】前記入口温度センサ１５、出口温度センサ
１６および開度算出手段２０により、冷却水の入口温度
Ｔ１と出口温度Ｔ２と設定温度Ｔｓｅｔとに基づいて三
方弁１２の開度を算出し、その算出した開度となるよう
にドライバ２２に駆動信号を出力し、冷却水の入口温度
Ｔ１が高くなる程排熱用熱交換器１４側に供給する冷却
水量が多くなるように三方弁１２を自動的に作動制御す
る構成をして流量分配制御手段と称する。

【００３１】上記実施例では、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を用いている
が、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しても良く、三方弁１２やそ
れらの構成をして流量分配手段と総称する。

【００３２】

【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、排熱需要量
が急激に減少して流量分配手段に戻されてくる冷却水の
温度変化に即座に対応して流量分配手段を作動し、排熱
用熱交換器に流す冷却水の流量を変え、排熱需要量の急
激な変動にかかわらず、エンジン冷却部に供給される冷
却水の温度変化を精度良く抑えるから、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。

【００３３】また、請求項２に係る発明の排熱回収シス
テムによれば、予め特定できる排熱需要量の経時的変化
に対応させ、排熱回収部での負荷が高くなるほど、エン
ジン冷却部から取り出される冷却水の温度を高くし、排
熱回収部に送る冷却水の温度を高くするから、排熱回収
部での負荷変動が予め特定できるようなときに、負荷の
ピークに対しても良好に対応できるようになった。

【００３４】また、請求項３に係る発明の排熱回収シス
テムによれば、エンジン冷却部に供給される冷却水の温
度を測定して流量分配手段を制御する、既製の定常流量
分配制御手段と併用し、排熱需要量が急激に減少して流
量分配手段に戻されてくる冷却水の温度が設定温度以上
に高くなり、エンジン冷却部に供給する冷却水の温度が
必要以上に高温になる虞のあるときにのみ、流量分配制
御手段を優先させて作用するから、既製の制御システム
を生かしながら合理的に組み込めるようになった。

【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】ＣＰＵ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】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…入口温度センサ １６…出口温度センサ １７…冷却水温度センサ ２１…設定温度変更手段 ２４…作用状態切換手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２８Ｆ 27/00 ５１１ Ｍ

Claims (3)

【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、流量分配手段とバイパ
   ス配管とを介して排熱用熱交換器を接続した排熱回収シ
   ステムにおいて、 前記排熱回収部を経由した冷却水と経由しない冷却水を
   合流する箇所と前記排熱用熱交換器の間の冷却水の温度
   を測定する入口温度センサと、前記排熱用熱交換器から
   の出口側のバイパス配管での冷却水の温度を測定する出
   口温度センサとを設け、前記流量分配手段を、前記入口
   温度センサで測定される冷却水の入口温度と前記出口温
   度センサで測定される冷却水の出口温度と設定温度とに
   基づく下記関係式により作動制御する流量分配制御手段
   を設けたことを特徴とする排熱回収システム。 関係式Ｖ＝（Ｔｓｅｔ−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２） Ｖ：エンジン冷却部に供給する冷却水全量に対して排熱
   用熱交換器側に供給しない冷却水量の割合 Ｔｓｅｔ：設定温度 Ｔ１：入口温度センサで測定される冷却水の入口温度 Ｔ２：出口温度センサで測定される冷却水の出口温度
2. 【請求項２】 請求項１に記載の設定温度を、排熱回収
   部で回収される排熱量が多い時間帯程高くなるように、
   予め設定した時間帯に合わせて自動的に変更する設定温
   度変更手段を備えた排熱回収システム。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２のいずれかに記
   載の排熱回収システムにおいて、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流量分配手段を作動する定常流
   量分配制御手段を備え、入口温度センサで測定される冷
   却水の入口温度が設定温度以上のときにのみ、前記定常
   流量分配制御手段よりも優先して流量分配制御手段を作
   用するように作用状態を切換える作用状態切換手段を備
   えた排熱回収システム。