JP2003056910A - 熱回収装置およびコージェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無用な放熱をなくして総熱効率の向上を図る
ことを目的とする。 【解決手段】 ガスエンジン１の排熱を、第１の熱交換
器５で回収して暖房負荷２に供給する必要がないときに
は、ガスエンジン１からの熱媒を、第１のバイパス配管
７によって第１の熱交換器５をバイパスさせることによ
り、第１の熱交換器５における無用な放熱をなくすよう
にしている。また、第２の熱交換器１２を流れる熱媒の
流量を制御して第２のバイパス配管１４を流れる熱媒と
混合してガスエンジン１への熱媒の戻り温度が低下して
過冷却にならないようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱源が発生する熱
を回収する熱回収装置およびそれを備えるコージェネレ
ーションシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱回収装置として、例えば、発電
機能を有するガスエンジン等の熱源からの排熱によって
加熱された熱媒を、熱交換器が設けられた循環回路を循
環させることにより、熱源の排熱を、前記熱交換器を介
して、例えば、暖房端末等の負荷に供給するようにした
ものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来例で
は、排熱を回収して、例えば、暖房端末および貯湯槽と
いった複数の負荷に供給するような場合には、熱媒が循
環する循環回路に、暖房端末用および貯湯槽用の熱交換
器が設けられることになり、例えば、暖房端末への熱供
給が不要な場合でも、熱媒が循環回路を循環することに
よって、暖房端末用の熱交換器で、無用の放熱をしてし
まう結果、総熱効率の低下を招くといった難点がある。

【０００４】本発明は、上述のような点に鑑みて為され
たものであって、無用な放熱をなくして総熱効率の向上
を図ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【０００６】すなわち、請求項１に係る本発明の熱回収
装置は、熱源の発生する熱によって加熱された熱媒を、
熱交換器が設けられた第１の循環経路を循環させること
により、前記熱源からの熱を前記熱交換器で回収して負
荷に供給する熱回収装置において、前記熱媒を、前記熱
交換器を介することなく循環させる第２の循環経路を設
けるとともに、前記熱媒の循環経路を、前記第１の循環
経路または前記第２の循環経路に切り替える切替え手段
を設け、前記熱源からの熱を前記負荷に供給しないとき
には、前記第２の循環経路に切り替えるものである。

【０００７】請求項１に係る本発明によれば、熱源の発
生する熱によって加熱された熱媒を、熱交換器が設けら
れた第１の循環経路を循環させることにより、熱源から
の熱を熱交換器で回収して負荷に供給することができる
一方、熱源からの熱を負荷に供給しないときには、熱交
換器を介することなく循環させる第２の循環経路に切り
替えるので、熱交換器での無用な放熱をなくすことがで
きる。

【０００８】請求項２に係る本発明は、請求項１の発明
において、前記第２の循環経路は、前記第１の循環経路
と共通の経路を有するとともに、前記第１の循環経路の
前記熱交換器をバイパスするバイパス経路を有し、前記
切替え手段は、前記熱交換器を流れる前記熱媒を遮断し
て熱媒の循環経路を前記バイパス経路に切り替えできる
一方、前記熱交換器を流れる熱媒の流量を調整して前記
バイパス経路を流れる熱媒と混合できるものであり、前
記熱源からの熱を前記負荷に供給するときには、前記熱
源への熱媒の戻り温度が、所定温度以上になるように、
前記熱交換器を流れる熱媒と前記バイパス経路を流れる
熱媒とを混合するものである。

【０００９】請求項２に係る本発明によれば、熱源から
の熱を熱交換器で回収して負荷に供給するときには、前
記熱交換器を流れる熱媒の流量を制御してバイパス経路
を流れる熱媒と混合して、熱源への熱媒の戻り温度が低
くなり過ぎないようにしているので、熱源としてのガス
エンジン等の過冷却を防止できる。

【００１０】請求項３に係る本発明は、請求項１または
２の発明において、前記第１の循環経路の前記熱交換器
を第１の熱交換器とし、前記第２の循環経路には、蓄熱
槽内に配置された第２の熱交換器が設けられ、前記熱源
からの熱を前記負荷に供給しないときには、前記熱源か
らの熱を前記第２の熱交換器で放熱させて前記蓄熱槽に
蓄熱させるものである。

【００１１】請求項３に係る本発明によれば、熱源から
の熱を前記負荷に供給しないときには、熱源からの熱を
第２の熱交換器で放熱させて蓄熱槽に蓄熱させることが
できる。

【００１２】請求項４に係る本発明は、請求項３の発明
において、前記第２の循環経路には、前記第２の熱交換
器をバイパスする第２のバイパス経路が設けられるとと
もに、前記第２の熱交換器を流れる熱媒の流量を調整し
て前記第２のバイパス経路を流れる熱媒と混合する流量
調整手段が設けられ、前記熱源からの熱を前記負荷に供
給しないときには、前記流量調整手段によって、前記熱
源への熱媒の戻り温度が、所定温度以上になるように、
前記第２の熱交換器を流れる熱媒と前記第２のバイパス
経路を流れる熱媒とを混合するものである。

【００１３】請求項４に係る本発明によれば、熱源から
の熱を第２の熱交換器で回収して蓄熱槽に蓄熱するとき
には、前記第２の熱交換器を流れる熱媒の流量を制御し
て第２のバイパス経路を流れる熱媒と混合して、熱源へ
の熱媒の戻り温度が低くなり過ぎないようにしているの
で、熱源としてのガスエンジン等の過冷却を防止でき
る。

【００１４】請求項５に係る本発明のコージェネレーシ
ョンシステムは、請求項１〜４のいずれかに記載の熱回
収装置を備え、前記熱源の発生する熱が、エンジンの発
生する熱である。

【００１５】請求項５に係る本発明によれば、エンジン
の動力によって発電等を行うことができる一方、エンジ
ンの発生する熱を回収して利用することができ、エネル
ギーの利用効率を高めることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に示す
実施形態に基づいて説明する。

【００１７】（実施の形態１）図１は、本発明の一つの
実施の形態に係る熱回収装置を備えるガスエンジンコー
ジェネレーションシステムの概略構成図である。

【００１８】同図において、１は熱源としての発電機能
を有するガスエンジンであり、このガスエンジン１によ
って発電された電気は、当該システムが設置されている
一般家庭の家庭内負荷に供給される。

【００１９】この実施の形態のシステムは、ガスエンジ
ン１からの排熱、例えば、ガスエンジンンの水冷および
ガスエンジンの排ガスによって加熱された不凍液などの
熱媒を循環させることにより、排熱を回収して暖房負荷
２等に供給するものであり、ガスエンジン１から熱媒を
外部に送出する往き配管３と熱媒をガスエンジン１に戻
す戻り配管４とを備えている。

【００２０】往き配管３は、熱媒の熱を回収して暖房負
荷２に供給する第１の熱交換器５が設けられている暖房
用配管６と、第１の熱交換器５をバイパスする第１のバ
イパス配管７とに分岐された後、後述のように熱媒の循
環経路を切り替える切替え手段としての第１の混合弁８
を介して連結されている。

【００２１】この第１の混合弁８の下流側の配管９に
は、熱媒の温度を検知するための第１のサーミスタ１０
が設けられており、この配管９は、貯湯槽１１内に設置
された第２の熱交換器１２が設けられた貯湯用配管１３
と、第２の熱交換器１２をバイパスする第２のバイパス
配管１４とに分岐された後、第２の混合弁１５を介して
連結されている。

【００２２】この第２の混合弁１５の下流側の配管１６
には、熱媒の温度を検知するための第２のサーミスタ１
７が設けられている。この配管１６の下流には、膨張タ
ンク１８および循環ポンプ１９が設けられて戻り配管４
に至る。

【００２３】第１の熱交換器５は、ガスエンジン１から
の熱媒との間で熱交換する暖房用温水が循環する循環加
熱回路２０に連通しており、この循環加熱回路２０は、
補助熱源器２１内の図示しない暖房熱交換器、暖房ポン
プおよび上述の暖房負荷２を結んでいる。

【００２４】さらに、この実施の形態では、循環加熱回
路２０の第１の熱交換器５よりも下流側には、暖房用温
水の温度を検知するための第３のサーミスタ２２が設け
られている。また、この循環加熱回路２０は、ふろ負荷
２３に熱を供給するふろ用熱交換器２４が設けられた風
呂用配管２５に接続されており、三方弁２６によって、
図１におけるＢ→三方弁２６→Ａの経路を構成して暖房
用温水の流路を、ふろ用配管２５側に切替えられるよう
になっている。

【００２５】また、三方弁２６は、単なる配管経路切替
弁ではなく、図１におけるＡ→三方弁２６→Ｃの経路を
構成すべく三方弁２６を作動させる際に、この経路の開
口率を制御することで、循環加熱回路２０と、Ａ→三方
弁２６→Ｃの経路との熱媒流量比を調整し、結果として
循環加熱回路２０の途中に位置する第１の熱交換器５の
熱交換量を可変させることもできる。

【００２６】さらに、ガスエンジン１が停止している時
に、循環加熱回路２０を通じて第１の熱交換器５に熱媒
を流通させると、受熱せず、逆に放熱することになるた
めに、Ａ→三方弁２６→Ｃの経路を構成してバイパスさ
せることにより、無駄な放熱を無くすべく構成されてい
る。

【００２７】尚、暖房負荷側には、図示しない開閉弁が
設けられており、暖房負荷を使用しないときには、該開
閉弁を閉止することにより、暖房負荷側への温水の流れ
を阻止すべく構成されている。

【００２８】第２の熱交換器１２が設置されている貯湯
槽１１の下部の給水口には、給水配管２７が接続される
一方、上部の出湯口には出湯配管２８が接続されてお
り、給湯混合弁２９によって、給水配管２７からの給水
に、貯湯槽１１からの出湯が混合されて補助熱源器２１
の図示しない給湯熱交換器を介して出湯されるように構
成されている。

【００２９】補助熱源器２１には、上述のサーミスタ１
０，１７，２２等の各種センサの出力および該補助熱源
器２１を遠隔制御するリモコンからの設定操作に応じ
て、ガスエンジン１の駆動停止を制御するとともに、上
述の各混合弁８，９等を含む各部を制御するコントロー
ラ３０が接続されている。

【００３０】このシステムでは、ガスエンジン１および
循環ポンプ１９が駆動されている場合に、暖房要求があ
ると、第１の混合弁８によって、第１の熱交換器５が設
けられている暖房用配管６側を全開するとともに、第１
のバイパス配管７側を全閉する一方、第２の混合弁１５
によって第２のバイパス配管１４側を全開するととも
に、第２の熱交換器１２が設けられている貯湯用配管１
３側を全閉する。

【００３１】これによって、ガスエンジン１の排熱で加
熱された、例えば、７５℃の熱媒は、図２に示されるよ
うに、往き配管３、第１の熱交換器５、第１の混合弁
８、第２のバイパス配管１４、第２の混合弁１５、膨張
タンク１８、循環ポンプ１９および戻り配管４を介して
ガスエンジン１に戻るという第１の循環経路で循環す
る。

【００３２】一方、補助熱源器２１内の暖房ポンプを駆
動して暖房用温水を、暖房負荷２、第１の熱交換器５お
よび補助熱源器２１の経路で循環させ、ガスエンジン１
の排熱によって加熱された熱媒によって、第１の熱交換
器５で暖房用温水を加熱して暖房負荷２に供給循環させ
て暖房運転を行うのである。

【００３３】さらに、この実施の形態では、上述のよう
に第１の混合弁８を単に全開、全閉するのみではなく、
補助熱源器２１内のコントローラ３０は、第１のサーミ
スタ１０の検知温度に基づいて、第１の混合弁８を制御
して第１の熱交換器５を流れる熱媒の流量を調整して第
１のバイパス経路７を流れる熱媒と混合し、ガスエンジ
ン１に戻る熱媒の温度が所定温度、例えば、６５℃以上
になるように制御している。これによって、ガスエンジ
ン１に戻る熱媒の温度が低くなり過ぎてガスエンジン１
が過冷却になるのを防止できる。すなわち、ガスエンジ
ン１の冷却用の熱媒の温度が低下してガスエンジン本体
内に結露を生じて潤滑油性能が低下するといった不都合
を防止できる。

【００３４】なお、本発明の他の実施の形態として、熱
源の過冷却の虞れがない場合には、第１のバイパス配管
７に熱媒を流すことなく、第１の熱交換器５のみに熱媒
を流してもよい。

【００３５】この暖房運転において、ガスエンジン１か
らの熱媒との熱交換では、暖房用温水が所定温度まで達
しない場合、すなわち、第３のサーミスタ２２によって
検知される温度が所定の温度に達しない場合には、補助
熱源器２１の内部の暖房熱交換器を併用して暖房用温水
を加熱するものである。

【００３６】次に、ガスエンジン１および循環ポンプ１
９が駆動されている場合に、ガスエンジン１の排熱を、
暖房負荷２に供給しないときには、第１の混合弁８によ
って、第１の熱交換器５が設けられている暖房用配管６
側を全閉するとともに、第１のバイパス配管７側を全開
する一方、第２の混合弁１５によって第２のバイパス配
管１４側を全閉するとともに、第２の熱交換器１２が設
けられている貯湯用配管１３側を全開する。

【００３７】これによって、ガスエンジン１の排熱で加
熱された熱媒は、図３に示されるように、往き配管３、
第１のバイパス回路７、第１の混合弁８、貯湯用配管１
３、第２の熱交換器１２、貯湯用配管１３、第２の混合
弁１５、膨張タンク１８、循環ポンプ１９および戻り配
管４を介してガスエンジン１に戻るという第２の循環経
路で循環する。

【００３８】この循環によって、ガスエンジン１から回
収した排熱を、第２の熱交換器１２で放熱させて貯湯槽
１１内の低温の水を加熱して蓄熱するものであり、貯湯
槽１１に貯えられた温水が、必要に応じて、出湯配管２
８を介して給湯混合弁２９を介して補助熱源器２１に供
給されて出湯される一方、給水配管２７から貯湯槽１１
に給水される。

【００３９】従来では、暖房に利用しない場合でも、ガ
スエンジン１からの熱媒が、第１の熱交換器５を流れて
無用な放熱をしていたのに対して、この実施の形態で
は、ガスエンジン１からの熱媒は、第１のバイパス配管
７によって第１の熱交換器５をバイパスするので、第１
の熱交換器５による無用な放熱がなくなり、総熱効率が
向上することになる。

【００４０】この実施の形態では、貯湯槽１１へ蓄熱し
ている際に、補助熱源器２１に接続されたコントローラ
３０は、第２のサーミスタ１７の検知温度に基づいて、
第２の混合弁１５を制御して第２の熱交換器１２を流れ
る熱媒の流量を調整して第２のバイパス経路１４を流れ
る熱媒と混合し、ガスエンジン１に戻る熱媒の温度が所
定温度以上になるように制御している。これによって、
ガスエンジン１に戻る熱媒の温度が低くなり過ぎてガス
エンジン１が過冷却になるのを防止できる。

【００４１】本発明の他の実施の形態として、熱源の過
冷却の虞れがない場合には、第２のバイパス配管１４に
熱媒を流すことなく、第２の熱交換器１２のみに熱媒を
流してもよい。

【００４２】更に、本発明の他の実施の形態として、循
環ポンプ１９に回転数可変のポンプ、或いは、別途流量
調整弁を付加する等して、循環流量を可変とすれば、単
位時間当たりの熱移動量そのものを可変と成すことが可
能となり、更に詳細、かつ調整範囲の広い制御が可能と
なる。

【００４３】なお、ふろ負荷２３に排熱を供給する場合
には、図４に示されるようにガスエンジン１からの熱媒
を、暖房運転時と同様に循環させる一方、第１の熱交換
器５によって加熱される暖房用温水の流路を、三方弁２
６で切替えて補助熱源器２１、ふろ用熱交換器２４、三
方弁２６、第１の熱交換器５および補助熱源器２１の経
路で循環させることになる。

【００４４】（その他の実施の形態）上述の実施の形態
では、ガスエンジンの排熱を回収したけれども、本発明
の他の実施の形態として、燃料電池のような他の発電機
の排熱を回収するようにしてもよいし、排熱に限らず、
ボイラーその他の熱源の熱を回収するようにしてもよ
い。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、熱源の発
生する熱によって加熱された熱媒を、熱交換器が設けら
れた第１の循環経路を循環させることにより、熱源から
の熱を熱交換器で回収して負荷に供給することができる
一方、熱源からの熱を負荷に供給しないときには、熱交
換器を介することなく循環させる第２の循環経路に切り
替えるので、熱交換器での無用な放熱をなくすことがで
き、総熱効率を向上させることができる。

【００４６】また、本発明によれば、熱交換器を流れる
熱媒の流量を制御してバイパス経路を流れる熱媒と混合
して、熱源への熱媒の戻り温度が低くなり過ぎないよう
にしているので、熱源としてのガスエンジン等の過冷却
を有効に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る熱回収装置を備える
ガスエンジンコージェネレーションシステムの概略構成
図である。

【図２】暖房運転を示す概略構成図

【図３】貯湯運転を示す概略構成図である。

【図４】ふろ運転を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ ガスエンジン ２ 暖房負荷 ５，１２ 第１，第２の熱交換器 ７，１４ 第１，第２のバイパス配管 ８，１５ 第１，第２の混合弁 ６，６₁ 補助熱源器 １１ 貯湯槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000221834 東邦瓦斯株式会社 愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号 (71)出願人 000196680 西部瓦斯株式会社 福岡県福岡市博多区千代１丁目17番１号 (72)発明者 荒井 達朗 兵庫県神戸市中央区江戸町93番地 株式会 社ノーリツ内 (72)発明者 佐伯 卓治 兵庫県神戸市中央区江戸町93番地 株式会 社ノーリツ内 (72)発明者 清水 武浩 兵庫県神戸市中央区江戸町93番地 株式会 社ノーリツ内 (72)発明者 鈴木 究 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 田之頭 健一 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 山口 和也 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 栢原 義孝 大阪府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 (72)発明者 岩田 伸 大阪府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 (72)発明者 滝本 桂嗣 大阪府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 (72)発明者 菅原 忠男 大阪府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 (72)発明者 高木 博司 愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号 東 邦瓦斯株式会社内 (72)発明者 松本 和博 福岡県福岡市博多区千代１丁目17番21号 西部瓦斯株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱源の発生する熱によって加熱された熱
   媒を、熱交換器が設けられた第１の循環経路を循環させ
   ることにより、前記熱源からの熱を前記熱交換器で回収
   して負荷に供給する熱回収装置において、 前記熱媒を、前記熱交換器を介することなく循環させる
   第２の循環経路を設けるとともに、前記熱媒の循環経路
   を、前記第１の循環経路または前記第２の循環経路に切
   り替える切替え手段を設け、 前記熱源からの熱を前記負荷に供給しないときには、前
   記第２の循環経路に切り替えることを特徴とする熱回収
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の熱回収装置において、 前記第２の循環経路は、前記第１の循環経路と共通の経
   路を有するとともに、前記第１の循環経路の前記熱交換
   器をバイパスするバイパス経路を有し、 前記切替え手段は、前記熱交換器を流れる前記熱媒を遮
   断して熱媒の循環経路を前記バイパス経路に切り替えで
   きる一方、前記熱交換器を流れる熱媒の流量を調整して
   前記バイパス経路を流れる熱媒と混合できるものであ
   り、 前記熱源からの熱を前記負荷に供給するときには、前記
   熱源への熱媒の戻り温度が、所定温度以上になるよう
   に、前記熱交換器を流れる熱媒と前記バイパス経路を流
   れる熱媒とを混合することを特徴とする熱回収装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の熱回収装置にお
   いて、 前記第１の循環経路の前記熱交換器を第１の熱交換器と
   し、前記第２の循環経路には、蓄熱槽内に配置された第
   ２の熱交換器が設けられ、前記熱源からの熱を前記負荷
   に供給しないときには、前記熱源からの熱を前記第２の
   熱交換器で放熱させて前記蓄熱槽に蓄熱させることを特
   徴とする熱回収装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の熱回収装置において、 前記第２の循環経路には、前記第２の熱交換器をバイパ
   スする第２のバイパス経路が設けられるとともに、前記
   第２の熱交換器を流れる熱媒の流量を調整して前記第２
   のバイパス経路を流れる熱媒と混合する流量調整手段が
   設けられ、 前記熱源からの熱を前記負荷に供給しないときには、前
   記流量調整手段によって、前記熱源への熱媒の戻り温度
   が、所定温度以上になるように、前記第２の熱交換器を
   流れる熱媒と前記第２のバイパス経路を流れる熱媒とを
   混合することを特徴とする熱回収装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の熱回収
   装置を備え、 前記熱源の発生する熱が、エンジンの発生する熱である
   ことを特徴とするコージェネレーションシステム。