JP3690842B2 - 排熱回収システム - Google Patents
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Description
【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、温水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放熱量変更手段を備えた放熱用熱交換器を設け、かつ、冷却水供給側配管の排熱回収部と放熱用熱交換器との間に冷却水の温度を測定する入口温度センサを設け、その入口温度センサで測定される冷却水の温度に基づいて放熱量変更手段を作動するように構成した排熱回収システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
排熱回収システムでは、通常、冷却水供給側配管のバイパス配管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放熱量変更手段を作動するフィードバック側制御手段を備え、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、放熱用熱交換器に分配供給する冷却水の量を制御している。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が発生すること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、温水吸収式冷凍機が急に停止するなどのように排熱需要量が急激に減少した場合、後流に三方弁などを介して水温を下げるための放熱用熱交換器を設けていても、水温が急上昇すると制御遅れのために放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】
そこで、冒頭に記載したように、排熱回収部から出た冷却水の温度を入口温度センサで測定し、その測定した温度に基づいて三方弁などの放熱量変更手段を作動するフィードフォワード制御を行い、早期に放熱量変更手段を作動してオーバーシュートを防止するものが提案されている。
【０００６】
ところが、フィードフォワード制御を行う場合、排熱需要量が急激に減少したときには、入口温度センサが冷却水の温度上昇を感知して早期に放熱量変更手段を作動させ、放熱用熱交換器での放熱量を増加させるために対応できるが、逆に、排熱需要量が減少している状態から、温水吸収式冷凍機の運転が再開されるなどのように排熱需要量が増大したときには、入口温度センサによって冷却水の温度が低下したことを感知して放熱量変更手段を作動し、放熱用熱交換器での放熱量を減少してしまうと、放熱用熱交換器で放熱されずに高温のままの冷却水がエンジン冷却部に戻されてオーバーシュートを生じる問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題を解消するため、入口温度センサで測定された低温の冷却水が放熱量変更手段で制御される箇所に到達するに必要な時間を算出し、その時間だけ、放熱用熱交換器での放熱を継続することが考えられた。
【０００８】
上述した冷却水が放熱量変更手段で制御される箇所に到達するに必要な時間は、配管の内径とそこを流れる冷却水の流速とから算出される。ところが、配管の内径は、使用に伴って、配管の内周面にスケールが付着するなど、経年変化する可能性がある。また、流速は、排熱回収部の運転や停止などに伴うシステム全体での流動抵抗の変化に起因して変動する。
【０００９】
このようなことから、長期にわたって適切に遅れ時間を設定することが困難であり、また、制御の遅れ時間を制御構成に組み込むためにコストアップを招く欠点があり、更なる改善が望まれていた。
【００１０】
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、経年変化や流動抵抗の変化に影響されずに、排熱回収部での排熱需要量の増大に起因するオーバーシュートの発生を防止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、それぞれ排熱回収部での排熱回収開始時における動作遅れに起因して制御が不安定になることを回避できるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、エンジン(1) のエンジン冷却部と排熱回収部(6),(7) とを配管(5),(8a),(8b) を介して接続するとともに、排熱回収部(6),(7) からエンジン冷却部への冷却水供給側配管(5) に、放熱量変更手段(12)を備えた放熱用熱交換器(14)を設け、かつ、冷却水供給側配管(5) の排熱回収部(6),(7) と放熱用熱交換器(14)との間に冷却水の温度を測定する入口温度センサ(16)を設け、その入口温度センサ(16)で測定される冷却水の温度に基づいて放熱量変更手段(12)を作動するように構成した排熱回収システムにおいて、冷却水供給側配管(5) の放熱用熱交換器(14)よりも下流側に設けられてエンジン冷却部に戻される冷却水の温度を測定する冷却水温度センサ(15)と、入口温度センサ(16)による測定温度が設定温度を越えたときに出力される放熱信号に基づいて、冷却水温度センサ(15)による冷却水の測定温度が設定温度よりも低くなるまで放熱制御信号を出力させるホールド手段(21)と、放熱制御信号に応答して、放熱量変更手段(12)の弁開度を前記エンジン(1) が定格運転し、かつ、排熱回収部(6),(7) の排熱需要が零のときに放熱用熱交換器(14)に供給すべき冷却水量を流す弁開度よりも小さい予め設定した設定弁開度になるように制御するフィードフォワード側制御手段(22)と、冷却水温度センサ(15)による冷却水の測定温度に基づいて、その測定温度が高くなるほど放熱量が増大するように放熱量変更手段(12)を制御するフィードバック側制御手段(23)とを備えて構成する。
【００１２】
排熱回収部としては、温水吸収式冷凍機や給湯設備や暖房装置などが用いられる。
【００１３】
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ホールド手段(21)を、入口温度センサ(16)による冷却水の測定温度がその設定温度(A) よりも低くなり、かつ、冷却水温度センサ(15)による冷却水の測定温度がその設定温度(B) よりも低くなるまで放熱制御信号を出力させるように構成する。
【００１４】
【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、排熱回収部での排熱需要量が急激に減少したときに、それによって温度が急激に上昇した冷却水を入口温度センサが感知すると放熱信号を出力し、それに基づいてホールド手段から放熱制御信号を出力し、その放熱制御信号に応答してフィードフォワード側制御手段により放熱量変更手段を作動し、最大放熱量よりも小さい値に設定した設定放熱量になるようにし、全量よりも少ない量の冷却水を放熱用熱交換器に供給する。一方、フィードバック側制御手段では、冷却水温度センサの測定温度に基づき、その測定温度が高くなれば、放熱用熱交換器に供給する量が多くなるように、逆に、測定温度が低くなれば、放熱用熱交換器に供給する量が少なくなるようにそれぞれ放熱量変更手段を作動する。すなわち、フィードフォワード側制御手段からの制御出力とフィードバック側制御手段からの制御出力とが加算されたシステム全体の制御出力によって放熱量変更手段を作動する。そして、排熱回収部での排熱回収が再開されたときには、そのことを、冷却水温度センサによる冷却水の測定温度が設定温度よりも低くなることによって判断し、それに基づいてホールド手段の作用を解除し、フィードフォワード側制御手段からの制御出力だけでは放熱用熱交換器に冷却水が供給されないが、冷却水温度センサによる測定温度に基づいてフィードバック側制御手段からの制御出力が加算され、冷却水温度センサによる測定温度が設定温度を越えないように、放熱量変更手段を作動する。
より詳述すれば、排熱回収部での排熱需要が安定していて、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度変化が小さいときには、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度に基づくフィードバック側制御手段からの制御出力の加算分が有効に作用して放熱用熱交換器に供給する冷却水の量を制御する。
例えば、温水吸収式冷凍機の運転が停止されるなど、排熱回収部での排熱需要量が急激に減少したときには、そのことを入口温度センサで測定される冷却水の温度が設定温度を越えることにより感知し、ホールド手段の作用により、必要量を放熱するために必要な冷却水量の全量ではなく、予め設定したある程度の量（設定量）の冷却水を放熱用熱交換器に供給し、急激に温度が高くなった冷却水をエンジン冷却部に戻すことを回避するとともに、温度が上昇していない冷却水を必要以上に放熱用熱交換器に供給して必要以上に低温の冷却水をエンジン冷却部に戻すことを抑制し、かつ、設定量を越える範囲では、フィードバック側制御手段からの制御出力の加算分により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように放熱用熱交換器に供給する冷却水の量を制御する。
また、排熱回収部での排熱回収が再開されると、その再開時点よりも遅らせて、前述したようにホールド手段の作用を解除し、冷却水温度センサによる測定温度に基づくフィードバック側制御手段からの制御出力の加算分の作用により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように放熱用熱交換器に供給する冷却水の量を制御する。
【００１５】
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、ホールド手段による作用の解除を、冷却水温度センサによる冷却水の測定温度が設定温度よりも低くなることに加えて、入口温度センサによる冷却水の測定温度が設定温度よりも低くなることに基づいて行う。例えば、排熱回収部での排熱回収の再開に際し、最初は、排熱回収部側に残存していた低温の冷却水が流れ、次いで、排熱回収部を経た冷却水が流れるものの、排熱回収部での動作遅れがある場合に、その動作遅れの間に排熱回収部を経た冷却水の温度は低くなっていない。このため、冷却水温度センサが最初の低温の冷却水を感知することに基づいてホールド手段による作用を解除すると、その直後に動作遅れに起因した高温の冷却水がエンジン冷却部に流れ込むが、本案により、冷却水温度センサが最初の低温の冷却水を感知したときに入口温度センサで動作遅れに起因した高温の冷却水を感知していれば、ホールド手段による作用が解除されず、放熱用熱交換器への供給状態が継続され、動作遅れに起因した高温の冷却水がエンジン冷却部に流れ込むことを回避できる。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１は、本発明に係る排熱回収システムの第１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。
【００１８】
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温水吸収式冷凍機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、温水吸収式冷凍機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。
【００１９】
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、放熱量変更手段としての三方弁１２とバイパス配管１３とを介して放熱用熱交換器１４が接続されている。三方弁１２は放熱用熱交換器１４への入口側に設けても良い。
【００２０】
前記冷却水供給側配管の三方弁１２との接続箇所よりも下流側に、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、最も下流の戻り配管８ｂと主配管５との接続箇所の下流側で、かつ、冷却水供給側配管のバイパス配管１３との上流側接続箇所よりも上流側において、三方弁１２に供給される冷却水、すなわち、放熱用熱交換器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１６が設けられている。
【００２１】
冷却水温度センサ１５および入口温度センサ１６がマイクロコンピュータ１７に接続され、そのマイクロコンピュータ１７に三方弁１２のドライバ１８（図２参照）が接続されている。
【００２２】
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１９，２０とホールド手段２１とフィードフォワード側制御手段２２とフィードバック側制御手段２３と制御出力加算手段２４とが備えられている。
【００２３】
第１の比較手段１９では、入口温度センサ１６で測定される冷却水の入口温度Ｔ１と入口温度設定器２５で設定される第１の設定温度Ｔａ（例えば、84℃）とを入力して比較し、入口温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａ以上になったときにのみホールド手段２１に放熱信号を出力するようになっている。
【００２４】
第２の比較手段２０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Ｔ２と冷却水温度設定器２６で設定される第２の設定温度Ｔｂ（例えば、83℃）とを入力して比較し、測定温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になったときに、ホールド手段２１にホールド解除信号を出力するようになっている。
【００２５】
ホールド手段２１では、第１の比較手段１９からの放熱信号に応答して放熱制御信号を出力し、そして、第２の比較手段２０からのホールド解除信号に応答して放熱制御信号の出力を停止するように、すなわち、冷却水温度センサ１５による冷却水の測定温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になるまで放熱制御信号を出力し続けるようになっている。
【００２６】
フィードフォワード側制御手段２２では、前記ホールド手段２１からの放熱制御信号に応答して、三方弁１２を所定の開度まで開いて作動放熱用熱交換器１４での放熱量が最大放熱量よりも小さい値に設定した設定放熱量になるように、例えば、30％などの予め設定した制御出力を出すようになっている。
【００２７】
フィードバック側制御手段２３では、冷却水温度センサ１５による冷却水の測定温度Ｔ２に基づき、その温度変化に応じた制御出力を出し、上昇側に変化したときには三方弁１２を開くように、すなわち、放熱用熱交換器１４に供給する冷却水の量を増加するように、逆に、下降側に変化したときには三方弁１２を閉じるように、すなわち、放熱用熱交換器１４に供給する冷却水の量を減少するようになっている。
【００２８】
制御出力加算手段２４では、フィードフォワード側制御手段２２からの制御出力とフィードバック側制御手段２３からの制御出力とを加算し、その加算された出力を三方弁１２のドライバ１８に出力し、加算出力に対応した開度が得られるように三方弁１２を制御する。
【００２９】
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、入口温度センサ１６で測定される入口温度Ｔ１と冷却水温度センサ１５で測定される冷却水温度Ｔ２とを入力して（Ｓ１）、入口温度Ｔ１と第１の設定温度Ｔａと比較する（Ｓ２）。ここで、入口温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａ以上のときには放熱信号をホールド手段２１に出力する（Ｓ３）。
【００３０】
次いで、冷却水温度Ｔ２と第２の設定温度Ｔｂと比較する（Ｓ４）。ここで、冷却水温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下でないとき、すなわち、冷却水温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂよりも高いときには放熱制御信号をフィードフォワード側制御手段２２に出力し（Ｓ５）、フィードフォワード側制御手段２２から制御出力加算手段２４に30％の制御出力を出す（Ｓ６）。
【００３１】
次いで、制御出力加算手段２４において、フィードフォワード側制御手段２２からの制御出力にフィードバック側制御手段２３からの制御出力を加算し（Ｓ７）、その加算した制御出力をドライバ１８に出し（Ｓ８）てからステップＳ１に戻す。ドライバ１８では、加算した制御出力に対応した開度が得られるように三方弁１２を制御する。
【００３２】
ステップＳ２において、入口温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａ以上でないとき、すなわち、入口温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａよりも低いときには、ステップＳ１に移行する。
【００３３】
また、ステップＳ４において、冷却水温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になったときには、ステップＳ９に移行してホールド手段２１にホールド解除信号を出力し、フィードフォワード側制御手段２２から制御出力加算手段２４に15％（この制御出力は三方弁１２のデッドバンド内にあり、実際には放熱用熱交換器１４に冷却水は供給されない）の制御出力を出して（Ｓ１０）からステップＳ７に移行する。
【００３４】
以上の構成により、温水吸収式冷凍機６や給湯設備７での排熱需要が安定していて、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度変化が小さいときには、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２に基づくフィードバック側制御手段２３からの制御出力の加算分が有効に作用して放熱用熱交換器１４に供給する冷却水の量を制御する。
【００３５】
例えば、温水吸収式冷凍機６の運転が急に停止されるなど、排熱需要量が急激に減少したときには、そのことを入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が設定温度Ｔａ以上になることにより感知し、ホールド手段２１の作用により、フィードフォワード側制御手段２２から制御出力加算手段２４に30％の制御出力を出し、必要量を放熱するために必要な冷却水量の全量ではなく、予め設定したある程度の量（設定量）の冷却水を放熱用熱交換器１４に供給し、急激に温度が高くなった冷却水をエンジン冷却部に戻すことを回避するとともに、温度が上昇していない冷却水を必要以上に放熱用熱交換器１４に供給して必要以上に低温の冷却水をエンジン冷却部に戻すことを抑制し、かつ、設定量を越える範囲では、フィードバック側制御手段２３からの制御出力の加算分により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が設定温度Ｔｂを越えないように放熱用熱交換器１４に供給する冷却水の量を制御する。
【００３６】
また、温水吸収式冷凍機６の運転が再開されるなど、排熱回収部での排熱回収が再開されると、そのことをエンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ以下になることにより判断し、排熱回収の再開時点よりも遅らせてホールド手段２１の作用を解除してフィードフォワード側制御手段２２から制御出力加算手段２４に15％の制御出力を出し、冷却水温度センサ１５によって測定される、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２に基づくフィードバック側制御手段２３からの制御出力を加算し、その加算した制御出力によりエンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が設定温度Ｔｂを越えないように放熱用熱交換器１４に供給する冷却水の量を制御する。
【００３７】
次に、上記第１実施例による動作につき、図４、図５および図６のグラフを用いて説明する。
図４は、温水吸収式冷凍機６や給湯設備７での排熱需要の変化に伴う、温水吸収式冷凍機６からの出口温度（Ａ１で示す）および放熱用熱交換器１４からの出口温度（Ｂ１で示す）［両温度それぞれを真温度と縦軸に表示する］の経時的変化を示すグラフである。なお、この真温度は、通常の装置に組み込まれる直径10mmの白金測温抵抗体に代えて計測専用の直径２mmの白金測温抵抗体を用いて測定した。
図５は、入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１および冷却水温度センサ１５によって測定されるエンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２［両温度それぞれを制御用センサー温度と縦軸に表示する］の経時的変化を示すグラフであり、図６の真温度に比べてセンサ自体の応答特性の遅れによってややズレを生じるとともに滑らかな変化になり、かつ、低温になっているが、充分追随していることがわかる。
図６は、両センサ１５，１６の測定温度に基づく制御用出力の経時的変化を示すグラフである。
【００３８】
排熱需要が安定している状態では、冷却水温度センサ１５によって測定される、フィードフォワード側制御手段２２からの15％の制御出力（Ａ２で示す）に、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２に基づくフィードバック側制御手段２３からの制御出力（Ｂ２で示す）を加算した制御出力（Ｃで示す）を出して三方弁１２の開度を制御し、図５に示すように、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２は、設定温度Ｔｂ（例えば、80℃）に近い状態を維持される。
【００３９】
排熱需要が安定している状態から、例えば、温水吸収式冷凍機６の運転が急に停止されるといったように排熱回収需要が急激に減少した場合（図４にＰ１で示す）、図５に示すように、入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が上昇するが、設定温度Ｔａ（例えば、80℃）を越えるに伴い、放熱信号をホールド手段２１に出力してホールド状態になるとともにホールド手段２１からフィードフォワード側制御手段２２に放熱制御信号を出力し、図６に示すように、フィードフォワード側制御手段２２から30％の制御出力を出してホールド状態に移行する。ホールド状態に移行すると、30％の制御出力にエンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２に基づくフィードバック側制御手段２３からの制御出力を加算し、その加算された制御出力Ｃにより三方弁１２を開閉する。これらの結果、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２は、所定温度（約80℃）に維持される。
【００４０】
一方、例えば、温水吸収式冷凍機６の運転が再開されるなどにより排熱回収需要が急激に増大すると、図４および図５に示すように、先ず、温水吸収式冷凍機６の戻り配管８ｂ内の低温の冷却水が流れ込み、真温度Ａ１および入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が急激に低下する。この影響が、放熱用熱交換器１４の出口の真温度Ｂ１および冷却水温度センサ１５の測定温度Ｔ２それぞれに、測定位置の距離を冷却水が流れる時間ｔだけ遅れて現れる。冷却水温度センサ１５の測定温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ以下になると、ホールド手段２１にホールド解除信号を出力してホールドを解除し、図６に示すように、フィードフォワード側制御手段２２からの制御出力Ａ２が15％に戻され、これにフィードバック側制御手段２３からの制御出力を加算した制御出力によって三方弁１２を制御し、放熱用熱交換器１４に流される冷却水の量を減少し、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が必要以上に低下することを回避する。その後、排熱需要が安定するに伴い、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が所定温度（約80℃）に維持されるようになる。
【００４１】
図７は、本発明に係る排熱回収システムの第２実施例の要部を示すブロック図であり、第１実施例と異なるところは次の通りである。
すなわち、第１実施例における第１および第２の比較手段１９，２０それぞれからの比較出力がＡＮＤ回路２７に入力され、そのＡＮＤ回路２７からの出力がホールド解除信号としてホールド手段２１に入力されるようになっている。
【００４２】
そして、その動作において、図８のフローチャートに示すように、第１実施例におけるステップＳ４とステップＳ９との間に、入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が設定温度Ｔａ未満かどうかを判断するステップＳ４Ａを介装し、冷却水温度センサ１５によって測定される、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ以下になり、かつ、入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が設定温度Ｔａ未満になったときにステップＳ７に移行してホールド解除信号を出力するようになっている。ステップＳ４Ａにおいて、入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が設定温度Ｔａ以上と判断したきには、ホールド解除信号を出力せずにステップＳ５に移行するようになっている。他の構成ならびに動作は第１実施例と同じであり、その説明は省略する。
【００４３】
次に、この第２実施例による特徴的動作につき、図９のタイムチャートを用いて説明する。
すなわち、温水吸収式冷凍機６の運転が再開されるなどにより排熱回収需要が急激に増大し、図９の（ａ）に示すように、最初に温水吸収式冷凍機６の戻り配管８ｂ内の低温の冷却水が流れ込んで入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が急激に低下するが、次いで、温水吸収式冷凍機６で実際に排熱が回収された冷却水が流れ込む前に、温水吸収式冷凍機６での動作遅れなどに起因して排熱が回収されない高温の冷却水が流れるような場合、図９の（ｂ）に示すように、時間遅れｔを持って冷却水温度センサ１５の測定温度Ｔ２も同様に変化する。
【００４４】
このような事態を生じる場合、前述した第１実施例では、このときに冷却水温度センサ１５の測定温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ未満になるに伴ってホールド状態を解除していたのであるが、その後に、前述したように排熱が回収されない高温の冷却水が流れて、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が高くなってオーバーシュートを生じる問題がある。そこで、この第２実施例では、図９の（ｃ）に示すように、冷却水温度センサ１５の測定温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ以下になっただけではホールド状態を解除できず、温水吸収式冷凍機６で実際に排熱が回収され、入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１も設定温度Ｔａ未満になってからホールド状態を解除し、前述の問題を回避できるようにしている。
【００４５】
放熱用熱交換器１４に流す冷却水流量を変更する放熱量変更手段としては、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放熱用熱交換器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。
【００４６】
また、上記実施例では、ホールドする設定放熱量を得る上でのフィードフォワード側制御手段２２からの制御出力を30％に設定しているが、この値は排熱回収システムに用いられる温水吸収式冷凍機６の容量や三方弁１２などに応じて適宜設定すれば良く、通常25〜35％程度である。
【００４７】
【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、排熱回収部での排熱需要量が急激に減少したときに、それによって温度が急激に上昇した冷却水を入口温度センサが感知すると放熱信号を出力し、それに基づいてホールド手段から放熱制御信号を出力し、その放熱制御信号に応答して、フィードフォワード側制御手段から、全量よりも少ない所定量の冷却水を放熱用熱交換器に供給するように最大放熱量よりも小さい値に設定した設定放熱量になる制御出力を出力させる。
一方、フィードバック側制御手段からは、冷却水温度センサの測定温度に基づき、その測定温度が高くなれば、放熱用熱交換器に供給する量が多くなるように、逆に、測定温度が低くなれば、放熱用熱交換器に供給する量が少なくなるようにそれぞれ制御出力を出力させ、フィードフォワード側制御手段とフィードバック側制御手段の両者の加算所定した制御出力によって放熱量変更手段を作動する。そして、排熱回収部での排熱回収が再開されると、そのことを、冷却水温度センサによる冷却水の測定温度が設定温度よりも低くなることによって判断し、それに基づいてホールド手段の作用を解除し、冷却水温度センサによる測定温度に基づく、フィードバック側制御手段からの制御出力が有効に作用して放熱量変更手段を作動し、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように制御する。
すなわち、排熱回収部での排熱需要が安定していて、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度変化が小さいときには、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度に基づくフィードバック側制御手段からの制御出力の加算分が有効に作用して放熱用熱交換器に供給する冷却水の量を制御し、そして、例えば、温水吸収式冷凍機の運転が急に停止されるなど、排熱回収部での排熱需要量が急激に減少したときには、必要量を放熱するために必要な冷却水量の全量ではなく、予め設定したある程度の量（設定量）の冷却水を放熱用熱交換器に供給し、急激に温度が高くなった冷却水をエンジン冷却部に戻すことを回避するとともに、温度が上昇していない冷却水を必要以上に放熱用熱交換器に供給して必要以上に低温の冷却水をエンジン冷却部に戻すことを抑制し、かつ、設定量を越える範囲では、フィードバック側制御手段からの制御出力の加算分により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように放熱用熱交換器に供給する冷却水の量を制御し、更に、排熱回収部での排熱回収が再開されると、フィードバック側制御手段からの制御出力の加算分の作用により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように放熱用熱交換器に供給する冷却水の量を制御するから、配管内を流れる冷却水の時間遅れを考慮する場合のように、配管の内周面へのスケール付着といった経年変化や排熱回収部での運転や停止に伴う流動抵抗の変化といったことに影響されずに済み、排熱回収部での排熱需要量の増大に起因するオーバーシュートの発生を良好に防止できるようになった。
【００４８】
また、請求項２に係る発明の排熱回収システムによれば、それぞれ、排熱回収部での排熱回収の再開に際し、排熱回収部側に残存していた低温の冷却水を冷却水温度センサが感知しても、ホールド手段による作用が解除されず、放熱用熱交換器への供給状態を継続できるから、排熱回収部での動作遅れに起因した高温の冷却水がエンジン冷却部に流れ込むことを回避でき、制御の安定性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第１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】動作説明に供するフローチャートである。
【図４】真温度の経時的変化を示すグラフである。
【図５】入口温度センサおよび冷却水温度センサによる測定温度の経時的変化を示すグラフである。
【図６】制御出力の経時的変化を示すグラフである。
【図７】本発明に係る排熱回収システムの第２実施例の要部を示すブロック図である。
【図８】動作説明に供する要部のフローチャートである。
【図９】動作説明に供する要部のタイムチャートである。
【符号の説明】
１…ガスエンジン
５…主配管
６…温水吸収式冷凍機
７…給湯設備
８ａ…送り配管
８ｂ…戻り配管
１２…三方弁
１４…放熱用熱交換器
１５…冷却水温度センサ
１６…入口温度センサ
１７…マイクロコンピュータ
２１…ホールド手段
２２…フィードフォワード側制御手段
２３…フィードバック側制御手段
【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、温水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放熱量変更手段を備えた放熱用熱交換器を設け、かつ、冷却水供給側配管の排熱回収部と放熱用熱交換器との間に冷却水の温度を測定する入口温度センサを設け、その入口温度センサで測定される冷却水の温度に基づいて放熱量変更手段を作動するように構成した排熱回収システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
排熱回収システムでは、通常、冷却水供給側配管のバイパス配管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放熱量変更手段を作動するフィードバック側制御手段を備え、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、放熱用熱交換器に分配供給する冷却水の量を制御している。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が発生すること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、温水吸収式冷凍機が急に停止するなどのように排熱需要量が急激に減少した場合、後流に三方弁などを介して水温を下げるための放熱用熱交換器を設けていても、水温が急上昇すると制御遅れのために放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】
そこで、冒頭に記載したように、排熱回収部から出た冷却水の温度を入口温度センサで測定し、その測定した温度に基づいて三方弁などの放熱量変更手段を作動するフィードフォワード制御を行い、早期に放熱量変更手段を作動してオーバーシュートを防止するものが提案されている。
【０００６】
ところが、フィードフォワード制御を行う場合、排熱需要量が急激に減少したときには、入口温度センサが冷却水の温度上昇を感知して早期に放熱量変更手段を作動させ、放熱用熱交換器での放熱量を増加させるために対応できるが、逆に、排熱需要量が減少している状態から、温水吸収式冷凍機の運転が再開されるなどのように排熱需要量が増大したときには、入口温度センサによって冷却水の温度が低下したことを感知して放熱量変更手段を作動し、放熱用熱交換器での放熱量を減少してしまうと、放熱用熱交換器で放熱されずに高温のままの冷却水がエンジン冷却部に戻されてオーバーシュートを生じる問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題を解消するため、入口温度センサで測定された低温の冷却水が放熱量変更手段で制御される箇所に到達するに必要な時間を算出し、その時間だけ、放熱用熱交換器での放熱を継続することが考えられた。
【０００８】
上述した冷却水が放熱量変更手段で制御される箇所に到達するに必要な時間は、配管の内径とそこを流れる冷却水の流速とから算出される。ところが、配管の内径は、使用に伴って、配管の内周面にスケールが付着するなど、経年変化する可能性がある。また、流速は、排熱回収部の運転や停止などに伴うシステム全体での流動抵抗の変化に起因して変動する。
【０００９】
このようなことから、長期にわたって適切に遅れ時間を設定することが困難であり、また、制御の遅れ時間を制御構成に組み込むためにコストアップを招く欠点があり、更なる改善が望まれていた。
【００１０】
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、経年変化や流動抵抗の変化に影響されずに、排熱回収部での排熱需要量の増大に起因するオーバーシュートの発生を防止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、それぞれ排熱回収部での排熱回収開始時における動作遅れに起因して制御が不安定になることを回避できるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、エンジン(1) のエンジン冷却部と排熱回収部(6),(7) とを配管(5),(8a),(8b) を介して接続するとともに、排熱回収部(6),(7) からエンジン冷却部への冷却水供給側配管(5) に、放熱量変更手段(12)を備えた放熱用熱交換器(14)を設け、かつ、冷却水供給側配管(5) の排熱回収部(6),(7) と放熱用熱交換器(14)との間に冷却水の温度を測定する入口温度センサ(16)を設け、その入口温度センサ(16)で測定される冷却水の温度に基づいて放熱量変更手段(12)を作動するように構成した排熱回収システムにおいて、冷却水供給側配管(5) の放熱用熱交換器(14)よりも下流側に設けられてエンジン冷却部に戻される冷却水の温度を測定する冷却水温度センサ(15)と、入口温度センサ(16)による測定温度が設定温度を越えたときに出力される放熱信号に基づいて、冷却水温度センサ(15)による冷却水の測定温度が設定温度よりも低くなるまで放熱制御信号を出力させるホールド手段(21)と、放熱制御信号に応答して、放熱量変更手段(12)の弁開度を前記エンジン(1) が定格運転し、かつ、排熱回収部(6),(7) の排熱需要が零のときに放熱用熱交換器(14)に供給すべき冷却水量を流す弁開度よりも小さい予め設定した設定弁開度になるように制御するフィードフォワード側制御手段(22)と、冷却水温度センサ(15)による冷却水の測定温度に基づいて、その測定温度が高くなるほど放熱量が増大するように放熱量変更手段(12)を制御するフィードバック側制御手段(23)とを備えて構成する。
【００１２】
排熱回収部としては、温水吸収式冷凍機や給湯設備や暖房装置などが用いられる。
【００１３】
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ホールド手段(21)を、入口温度センサ(16)による冷却水の測定温度がその設定温度(A) よりも低くなり、かつ、冷却水温度センサ(15)による冷却水の測定温度がその設定温度(B) よりも低くなるまで放熱制御信号を出力させるように構成する。
【００１４】
【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、排熱回収部での排熱需要量が急激に減少したときに、それによって温度が急激に上昇した冷却水を入口温度センサが感知すると放熱信号を出力し、それに基づいてホールド手段から放熱制御信号を出力し、その放熱制御信号に応答してフィードフォワード側制御手段により放熱量変更手段を作動し、最大放熱量よりも小さい値に設定した設定放熱量になるようにし、全量よりも少ない量の冷却水を放熱用熱交換器に供給する。一方、フィードバック側制御手段では、冷却水温度センサの測定温度に基づき、その測定温度が高くなれば、放熱用熱交換器に供給する量が多くなるように、逆に、測定温度が低くなれば、放熱用熱交換器に供給する量が少なくなるようにそれぞれ放熱量変更手段を作動する。すなわち、フィードフォワード側制御手段からの制御出力とフィードバック側制御手段からの制御出力とが加算されたシステム全体の制御出力によって放熱量変更手段を作動する。そして、排熱回収部での排熱回収が再開されたときには、そのことを、冷却水温度センサによる冷却水の測定温度が設定温度よりも低くなることによって判断し、それに基づいてホールド手段の作用を解除し、フィードフォワード側制御手段からの制御出力だけでは放熱用熱交換器に冷却水が供給されないが、冷却水温度センサによる測定温度に基づいてフィードバック側制御手段からの制御出力が加算され、冷却水温度センサによる測定温度が設定温度を越えないように、放熱量変更手段を作動する。
より詳述すれば、排熱回収部での排熱需要が安定していて、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度変化が小さいときには、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度に基づくフィードバック側制御手段からの制御出力の加算分が有効に作用して放熱用熱交換器に供給する冷却水の量を制御する。
例えば、温水吸収式冷凍機の運転が停止されるなど、排熱回収部での排熱需要量が急激に減少したときには、そのことを入口温度センサで測定される冷却水の温度が設定温度を越えることにより感知し、ホールド手段の作用により、必要量を放熱するために必要な冷却水量の全量ではなく、予め設定したある程度の量（設定量）の冷却水を放熱用熱交換器に供給し、急激に温度が高くなった冷却水をエンジン冷却部に戻すことを回避するとともに、温度が上昇していない冷却水を必要以上に放熱用熱交換器に供給して必要以上に低温の冷却水をエンジン冷却部に戻すことを抑制し、かつ、設定量を越える範囲では、フィードバック側制御手段からの制御出力の加算分により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように放熱用熱交換器に供給する冷却水の量を制御する。
また、排熱回収部での排熱回収が再開されると、その再開時点よりも遅らせて、前述したようにホールド手段の作用を解除し、冷却水温度センサによる測定温度に基づくフィードバック側制御手段からの制御出力の加算分の作用により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように放熱用熱交換器に供給する冷却水の量を制御する。
【００１５】
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、ホールド手段による作用の解除を、冷却水温度センサによる冷却水の測定温度が設定温度よりも低くなることに加えて、入口温度センサによる冷却水の測定温度が設定温度よりも低くなることに基づいて行う。例えば、排熱回収部での排熱回収の再開に際し、最初は、排熱回収部側に残存していた低温の冷却水が流れ、次いで、排熱回収部を経た冷却水が流れるものの、排熱回収部での動作遅れがある場合に、その動作遅れの間に排熱回収部を経た冷却水の温度は低くなっていない。このため、冷却水温度センサが最初の低温の冷却水を感知することに基づいてホールド手段による作用を解除すると、その直後に動作遅れに起因した高温の冷却水がエンジン冷却部に流れ込むが、本案により、冷却水温度センサが最初の低温の冷却水を感知したときに入口温度センサで動作遅れに起因した高温の冷却水を感知していれば、ホールド手段による作用が解除されず、放熱用熱交換器への供給状態が継続され、動作遅れに起因した高温の冷却水がエンジン冷却部に流れ込むことを回避できる。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１は、本発明に係る排熱回収システムの第１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。
【００１８】
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温水吸収式冷凍機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、温水吸収式冷凍機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。
【００１９】
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、放熱量変更手段としての三方弁１２とバイパス配管１３とを介して放熱用熱交換器１４が接続されている。三方弁１２は放熱用熱交換器１４への入口側に設けても良い。
【００２０】
前記冷却水供給側配管の三方弁１２との接続箇所よりも下流側に、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、最も下流の戻り配管８ｂと主配管５との接続箇所の下流側で、かつ、冷却水供給側配管のバイパス配管１３との上流側接続箇所よりも上流側において、三方弁１２に供給される冷却水、すなわち、放熱用熱交換器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１６が設けられている。
【００２１】
冷却水温度センサ１５および入口温度センサ１６がマイクロコンピュータ１７に接続され、そのマイクロコンピュータ１７に三方弁１２のドライバ１８（図２参照）が接続されている。
【００２２】
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１９，２０とホールド手段２１とフィードフォワード側制御手段２２とフィードバック側制御手段２３と制御出力加算手段２４とが備えられている。
【００２３】
第１の比較手段１９では、入口温度センサ１６で測定される冷却水の入口温度Ｔ１と入口温度設定器２５で設定される第１の設定温度Ｔａ（例えば、84℃）とを入力して比較し、入口温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａ以上になったときにのみホールド手段２１に放熱信号を出力するようになっている。
【００２４】
第２の比較手段２０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Ｔ２と冷却水温度設定器２６で設定される第２の設定温度Ｔｂ（例えば、83℃）とを入力して比較し、測定温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になったときに、ホールド手段２１にホールド解除信号を出力するようになっている。
【００２５】
ホールド手段２１では、第１の比較手段１９からの放熱信号に応答して放熱制御信号を出力し、そして、第２の比較手段２０からのホールド解除信号に応答して放熱制御信号の出力を停止するように、すなわち、冷却水温度センサ１５による冷却水の測定温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になるまで放熱制御信号を出力し続けるようになっている。
【００２６】
フィードフォワード側制御手段２２では、前記ホールド手段２１からの放熱制御信号に応答して、三方弁１２を所定の開度まで開いて作動放熱用熱交換器１４での放熱量が最大放熱量よりも小さい値に設定した設定放熱量になるように、例えば、30％などの予め設定した制御出力を出すようになっている。
【００２７】
フィードバック側制御手段２３では、冷却水温度センサ１５による冷却水の測定温度Ｔ２に基づき、その温度変化に応じた制御出力を出し、上昇側に変化したときには三方弁１２を開くように、すなわち、放熱用熱交換器１４に供給する冷却水の量を増加するように、逆に、下降側に変化したときには三方弁１２を閉じるように、すなわち、放熱用熱交換器１４に供給する冷却水の量を減少するようになっている。
【００２８】
制御出力加算手段２４では、フィードフォワード側制御手段２２からの制御出力とフィードバック側制御手段２３からの制御出力とを加算し、その加算された出力を三方弁１２のドライバ１８に出力し、加算出力に対応した開度が得られるように三方弁１２を制御する。
【００２９】
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、入口温度センサ１６で測定される入口温度Ｔ１と冷却水温度センサ１５で測定される冷却水温度Ｔ２とを入力して（Ｓ１）、入口温度Ｔ１と第１の設定温度Ｔａと比較する（Ｓ２）。ここで、入口温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａ以上のときには放熱信号をホールド手段２１に出力する（Ｓ３）。
【００３０】
次いで、冷却水温度Ｔ２と第２の設定温度Ｔｂと比較する（Ｓ４）。ここで、冷却水温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下でないとき、すなわち、冷却水温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂよりも高いときには放熱制御信号をフィードフォワード側制御手段２２に出力し（Ｓ５）、フィードフォワード側制御手段２２から制御出力加算手段２４に30％の制御出力を出す（Ｓ６）。
【００３１】
次いで、制御出力加算手段２４において、フィードフォワード側制御手段２２からの制御出力にフィードバック側制御手段２３からの制御出力を加算し（Ｓ７）、その加算した制御出力をドライバ１８に出し（Ｓ８）てからステップＳ１に戻す。ドライバ１８では、加算した制御出力に対応した開度が得られるように三方弁１２を制御する。
【００３２】
ステップＳ２において、入口温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａ以上でないとき、すなわち、入口温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａよりも低いときには、ステップＳ１に移行する。
【００３３】
また、ステップＳ４において、冷却水温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になったときには、ステップＳ９に移行してホールド手段２１にホールド解除信号を出力し、フィードフォワード側制御手段２２から制御出力加算手段２４に15％（この制御出力は三方弁１２のデッドバンド内にあり、実際には放熱用熱交換器１４に冷却水は供給されない）の制御出力を出して（Ｓ１０）からステップＳ７に移行する。
【００３４】
以上の構成により、温水吸収式冷凍機６や給湯設備７での排熱需要が安定していて、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度変化が小さいときには、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２に基づくフィードバック側制御手段２３からの制御出力の加算分が有効に作用して放熱用熱交換器１４に供給する冷却水の量を制御する。
【００３５】
例えば、温水吸収式冷凍機６の運転が急に停止されるなど、排熱需要量が急激に減少したときには、そのことを入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が設定温度Ｔａ以上になることにより感知し、ホールド手段２１の作用により、フィードフォワード側制御手段２２から制御出力加算手段２４に30％の制御出力を出し、必要量を放熱するために必要な冷却水量の全量ではなく、予め設定したある程度の量（設定量）の冷却水を放熱用熱交換器１４に供給し、急激に温度が高くなった冷却水をエンジン冷却部に戻すことを回避するとともに、温度が上昇していない冷却水を必要以上に放熱用熱交換器１４に供給して必要以上に低温の冷却水をエンジン冷却部に戻すことを抑制し、かつ、設定量を越える範囲では、フィードバック側制御手段２３からの制御出力の加算分により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が設定温度Ｔｂを越えないように放熱用熱交換器１４に供給する冷却水の量を制御する。
【００３６】
また、温水吸収式冷凍機６の運転が再開されるなど、排熱回収部での排熱回収が再開されると、そのことをエンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ以下になることにより判断し、排熱回収の再開時点よりも遅らせてホールド手段２１の作用を解除してフィードフォワード側制御手段２２から制御出力加算手段２４に15％の制御出力を出し、冷却水温度センサ１５によって測定される、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２に基づくフィードバック側制御手段２３からの制御出力を加算し、その加算した制御出力によりエンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が設定温度Ｔｂを越えないように放熱用熱交換器１４に供給する冷却水の量を制御する。
【００３７】
次に、上記第１実施例による動作につき、図４、図５および図６のグラフを用いて説明する。
図４は、温水吸収式冷凍機６や給湯設備７での排熱需要の変化に伴う、温水吸収式冷凍機６からの出口温度（Ａ１で示す）および放熱用熱交換器１４からの出口温度（Ｂ１で示す）［両温度それぞれを真温度と縦軸に表示する］の経時的変化を示すグラフである。なお、この真温度は、通常の装置に組み込まれる直径10mmの白金測温抵抗体に代えて計測専用の直径２mmの白金測温抵抗体を用いて測定した。
図５は、入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１および冷却水温度センサ１５によって測定されるエンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２［両温度それぞれを制御用センサー温度と縦軸に表示する］の経時的変化を示すグラフであり、図６の真温度に比べてセンサ自体の応答特性の遅れによってややズレを生じるとともに滑らかな変化になり、かつ、低温になっているが、充分追随していることがわかる。
図６は、両センサ１５，１６の測定温度に基づく制御用出力の経時的変化を示すグラフである。
【００３８】
排熱需要が安定している状態では、冷却水温度センサ１５によって測定される、フィードフォワード側制御手段２２からの15％の制御出力（Ａ２で示す）に、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２に基づくフィードバック側制御手段２３からの制御出力（Ｂ２で示す）を加算した制御出力（Ｃで示す）を出して三方弁１２の開度を制御し、図５に示すように、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２は、設定温度Ｔｂ（例えば、80℃）に近い状態を維持される。
【００３９】
排熱需要が安定している状態から、例えば、温水吸収式冷凍機６の運転が急に停止されるといったように排熱回収需要が急激に減少した場合（図４にＰ１で示す）、図５に示すように、入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が上昇するが、設定温度Ｔａ（例えば、80℃）を越えるに伴い、放熱信号をホールド手段２１に出力してホールド状態になるとともにホールド手段２１からフィードフォワード側制御手段２２に放熱制御信号を出力し、図６に示すように、フィードフォワード側制御手段２２から30％の制御出力を出してホールド状態に移行する。ホールド状態に移行すると、30％の制御出力にエンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２に基づくフィードバック側制御手段２３からの制御出力を加算し、その加算された制御出力Ｃにより三方弁１２を開閉する。これらの結果、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２は、所定温度（約80℃）に維持される。
【００４０】
一方、例えば、温水吸収式冷凍機６の運転が再開されるなどにより排熱回収需要が急激に増大すると、図４および図５に示すように、先ず、温水吸収式冷凍機６の戻り配管８ｂ内の低温の冷却水が流れ込み、真温度Ａ１および入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が急激に低下する。この影響が、放熱用熱交換器１４の出口の真温度Ｂ１および冷却水温度センサ１５の測定温度Ｔ２それぞれに、測定位置の距離を冷却水が流れる時間ｔだけ遅れて現れる。冷却水温度センサ１５の測定温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ以下になると、ホールド手段２１にホールド解除信号を出力してホールドを解除し、図６に示すように、フィードフォワード側制御手段２２からの制御出力Ａ２が15％に戻され、これにフィードバック側制御手段２３からの制御出力を加算した制御出力によって三方弁１２を制御し、放熱用熱交換器１４に流される冷却水の量を減少し、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が必要以上に低下することを回避する。その後、排熱需要が安定するに伴い、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が所定温度（約80℃）に維持されるようになる。
【００４１】
図７は、本発明に係る排熱回収システムの第２実施例の要部を示すブロック図であり、第１実施例と異なるところは次の通りである。
すなわち、第１実施例における第１および第２の比較手段１９，２０それぞれからの比較出力がＡＮＤ回路２７に入力され、そのＡＮＤ回路２７からの出力がホールド解除信号としてホールド手段２１に入力されるようになっている。
【００４２】
そして、その動作において、図８のフローチャートに示すように、第１実施例におけるステップＳ４とステップＳ９との間に、入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が設定温度Ｔａ未満かどうかを判断するステップＳ４Ａを介装し、冷却水温度センサ１５によって測定される、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ以下になり、かつ、入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が設定温度Ｔａ未満になったときにステップＳ７に移行してホールド解除信号を出力するようになっている。ステップＳ４Ａにおいて、入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が設定温度Ｔａ以上と判断したきには、ホールド解除信号を出力せずにステップＳ５に移行するようになっている。他の構成ならびに動作は第１実施例と同じであり、その説明は省略する。
【００４３】
次に、この第２実施例による特徴的動作につき、図９のタイムチャートを用いて説明する。
すなわち、温水吸収式冷凍機６の運転が再開されるなどにより排熱回収需要が急激に増大し、図９の（ａ）に示すように、最初に温水吸収式冷凍機６の戻り配管８ｂ内の低温の冷却水が流れ込んで入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１が急激に低下するが、次いで、温水吸収式冷凍機６で実際に排熱が回収された冷却水が流れ込む前に、温水吸収式冷凍機６での動作遅れなどに起因して排熱が回収されない高温の冷却水が流れるような場合、図９の（ｂ）に示すように、時間遅れｔを持って冷却水温度センサ１５の測定温度Ｔ２も同様に変化する。
【００４４】
このような事態を生じる場合、前述した第１実施例では、このときに冷却水温度センサ１５の測定温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ未満になるに伴ってホールド状態を解除していたのであるが、その後に、前述したように排熱が回収されない高温の冷却水が流れて、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が高くなってオーバーシュートを生じる問題がある。そこで、この第２実施例では、図９の（ｃ）に示すように、冷却水温度センサ１５の測定温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ以下になっただけではホールド状態を解除できず、温水吸収式冷凍機６で実際に排熱が回収され、入口温度センサ１６で測定される冷却水の温度Ｔ１も設定温度Ｔａ未満になってからホールド状態を解除し、前述の問題を回避できるようにしている。
【００４５】
放熱用熱交換器１４に流す冷却水流量を変更する放熱量変更手段としては、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放熱用熱交換器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。
【００４６】
また、上記実施例では、ホールドする設定放熱量を得る上でのフィードフォワード側制御手段２２からの制御出力を30％に設定しているが、この値は排熱回収システムに用いられる温水吸収式冷凍機６の容量や三方弁１２などに応じて適宜設定すれば良く、通常25〜35％程度である。
【００４７】
【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、排熱回収部での排熱需要量が急激に減少したときに、それによって温度が急激に上昇した冷却水を入口温度センサが感知すると放熱信号を出力し、それに基づいてホールド手段から放熱制御信号を出力し、その放熱制御信号に応答して、フィードフォワード側制御手段から、全量よりも少ない所定量の冷却水を放熱用熱交換器に供給するように最大放熱量よりも小さい値に設定した設定放熱量になる制御出力を出力させる。
一方、フィードバック側制御手段からは、冷却水温度センサの測定温度に基づき、その測定温度が高くなれば、放熱用熱交換器に供給する量が多くなるように、逆に、測定温度が低くなれば、放熱用熱交換器に供給する量が少なくなるようにそれぞれ制御出力を出力させ、フィードフォワード側制御手段とフィードバック側制御手段の両者の加算所定した制御出力によって放熱量変更手段を作動する。そして、排熱回収部での排熱回収が再開されると、そのことを、冷却水温度センサによる冷却水の測定温度が設定温度よりも低くなることによって判断し、それに基づいてホールド手段の作用を解除し、冷却水温度センサによる測定温度に基づく、フィードバック側制御手段からの制御出力が有効に作用して放熱量変更手段を作動し、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように制御する。
すなわち、排熱回収部での排熱需要が安定していて、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度変化が小さいときには、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度に基づくフィードバック側制御手段からの制御出力の加算分が有効に作用して放熱用熱交換器に供給する冷却水の量を制御し、そして、例えば、温水吸収式冷凍機の運転が急に停止されるなど、排熱回収部での排熱需要量が急激に減少したときには、必要量を放熱するために必要な冷却水量の全量ではなく、予め設定したある程度の量（設定量）の冷却水を放熱用熱交換器に供給し、急激に温度が高くなった冷却水をエンジン冷却部に戻すことを回避するとともに、温度が上昇していない冷却水を必要以上に放熱用熱交換器に供給して必要以上に低温の冷却水をエンジン冷却部に戻すことを抑制し、かつ、設定量を越える範囲では、フィードバック側制御手段からの制御出力の加算分により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように放熱用熱交換器に供給する冷却水の量を制御し、更に、排熱回収部での排熱回収が再開されると、フィードバック側制御手段からの制御出力の加算分の作用により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように放熱用熱交換器に供給する冷却水の量を制御するから、配管内を流れる冷却水の時間遅れを考慮する場合のように、配管の内周面へのスケール付着といった経年変化や排熱回収部での運転や停止に伴う流動抵抗の変化といったことに影響されずに済み、排熱回収部での排熱需要量の増大に起因するオーバーシュートの発生を良好に防止できるようになった。
【００４８】
また、請求項２に係る発明の排熱回収システムによれば、それぞれ、排熱回収部での排熱回収の再開に際し、排熱回収部側に残存していた低温の冷却水を冷却水温度センサが感知しても、ホールド手段による作用が解除されず、放熱用熱交換器への供給状態を継続できるから、排熱回収部での動作遅れに起因した高温の冷却水がエンジン冷却部に流れ込むことを回避でき、制御の安定性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第１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】動作説明に供するフローチャートである。
【図４】真温度の経時的変化を示すグラフである。
【図５】入口温度センサおよび冷却水温度センサによる測定温度の経時的変化を示すグラフである。
【図６】制御出力の経時的変化を示すグラフである。
【図７】本発明に係る排熱回収システムの第２実施例の要部を示すブロック図である。
【図８】動作説明に供する要部のフローチャートである。
【図９】動作説明に供する要部のタイムチャートである。
【符号の説明】
１…ガスエンジン
５…主配管
６…温水吸収式冷凍機
７…給湯設備
８ａ…送り配管
８ｂ…戻り配管
１２…三方弁
１４…放熱用熱交換器
１５…冷却水温度センサ
１６…入口温度センサ
１７…マイクロコンピュータ
２１…ホールド手段
２２…フィードフォワード側制御手段
２３…フィードバック側制御手段
Claims (2)
- エンジン(1) のエンジン冷却部と排熱回収部(6),(7) とを配管(5),(8a),(8b) を介して接続するとともに、前記排熱回収部(6),(7) から前記エンジン冷却部への冷却水供給側配管(5) に、放熱量変更手段(12)を備えた放熱用熱交換器(14)を設け、かつ、前記冷却水供給側配管(5) の前記排熱回収部(6),(7) と前記放熱用熱交換器(14)との間に冷却水の温度を測定する入口温度センサ(16)を設け、その入口温度センサ(16)で測定される冷却水の温度に基づいて前記放熱量変更手段(12)を作動するように構成した排熱回収システムにおいて、
前記冷却水供給側配管(5) の前記放熱用熱交換器(14)よりも下流側に設けられて前記エンジン冷却部に戻される冷却水の温度を測定する冷却水温度センサ(15)と、
前記入口温度センサ(16)による測定温度が設定温度を越えたときに出力される放熱信号に基づいて、前記冷却水温度センサ(15)による冷却水の測定温度が設定温度よりも低くなるまで放熱制御信号を出力させるホールド手段(21)と、
前記放熱制御信号に応答して、前記放熱量変更手段(12)の弁開度を前記エンジン(1) が定格運転し、かつ、前記排熱回収部(6),(7) の排熱需要が零のときに前記放熱用熱交換器(14)に供給すべき冷却水量を流す弁開度よりも小さい予め設定した設定弁開度になるように制御するフィードフォワード側制御手段(22)と、
前記冷却水温度センサ(15)による冷却水の測定温度に基づいて、その測定温度が高くなるほど放熱量が増大するように前記放熱量変更手段(12)を制御するフィードバック側制御手段(23)とを備えたことを特徴とする排熱回収システム。 - 請求項１に記載のホールド手段(21)が、入口温度センサ(16)による冷却水の測定温度がその設定温度(A) よりも低くなり、かつ、冷却水温度センサ(15)による冷却水の測定温度がその設定温度(B) よりも低くなるまで放熱制御信号を出力させるものである排熱回収システム。
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