JP3848129B2

JP3848129B2 - Heat exchange device and heat exchange treatment method

Info

Publication number: JP3848129B2
Application number: JP2001334186A
Authority: JP
Inventors: 究鈴木; 健一田之頭; 和也山口; 義孝栢原; 伸岩田; 桂嗣滝本; 忠男菅原; 博司高木; 和博松本; 浩市川; 幹雄後藤; 直輝石井
Original assignee: Saibu Gas Co Ltd; Takagi Industrial Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Saibu Gas Co Ltd; Takagi Industrial Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2021-10-31
Also published as: JP2003139396A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機を駆動するエンジン等の駆動源や燃料電池等を熱源に用いた熱交換装置及び熱交換処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発電機を駆動するエンジン等の駆動源の排熱利用には排熱回収制御装置が知られている。この排熱回収は、駆動源のウォータージャケット部に流す冷却水や排熱回収水を熱媒として利用し、この熱媒に吸収させた熱を利用するものである。この熱媒が吸収した熱を蓄熱し、又は、その熱で上水等を加熱して給湯利用することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、熱源である駆動源に流される冷却水等の流体の温度は駆動源側の排熱量に依存することになる。また、循環させる流体の吸熱が駆動源を冷却させることになるが、過度な冷却状態を持続させることや、不十分な冷却で過熱状態を持続させることは駆動源の耐久性能を低下させることになる。
【０００４】
そこで、本発明は、熱源の熱量に依存することなく流体の温度調節を可能とし、熱源側の耐久性能の低下を防止した熱交換装置及び熱交換処理方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱交換装置は、熱源（駆動源２）に設置されて第１の流体を循環させ、前記熱源の熱を前記第１の流体（８）に吸収させる第１の流路（循環路６）と、この第１の流路に設置され、前記第１の流体を圧送して前記第１の流路を循環させる第１のポンプ（１０、循環ポンプ１０Ａ）と、前記第１の流路と別個に設置されて第２の流体（１４、温水１４Ａ）を流す第２の流路（循環路１２）と、この第２の流路に設置され、前記第２の流体を圧送して前記第２の流路を循環させる第２のポンプ（２０、循環ポンプ２０Ａ）と、前記第１の流路から前記第１の流体、前記第２の流路から前記第２の流体を流して両者間で熱交換を行い、前記第１の流体の熱で前記第２の流体を加熱する熱交換手段（熱交換器１６、１６Ａ）と、前記第１の流路に設置され、前記熱源の入側から前記第１の流体の温度を検出する第１の温度検出手段（温度センサ３０）と、前記第１の流路に設置され、前記熱源の出側から前記第１の流体の温度を検出する第２の温度検出手段（温度センサ３２）と、前記第１の温度検出手段の検出温度、前記第２の温度検出手段の検出温度、これら検出温度から求められる温度差を監視し、前記第１のポンプの回転数によって前記第１の流体の流量を加減することにより、前記熱源を循環する前記第１の流体の前記熱源の入側及び出側の温度差を所定値又は所定値を超える値に制御し、前記第２のポンプの回転数によって前記第２の流路を循環する前記第２の流体の流量を加減することにより、前記第１の流体の温度を所定値又は所定値を超える値に制御する制御手段（制御部１８）とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
即ち、この熱交換装置では、第１の流路を流れる第１の流体に熱源の熱を吸収させ、この第１の流体と第２の流路を流れる第２の流体とを熱交換手段に流し、第１及び第２の流体間で熱交換を行う。第１の流体は第１のポンプ、第２の流体は第２のポンプを以てそれぞれ独立して流量調整が可能である。そこで、第１及び第２のポンプを制御手段で制御することを可能とし、第１のポンプ又は第２のポンプの一方又は双方の制御により、第１の流体の熱源前後の温度差の調節、第２の流路側の第２の流体の流量調整によって第１の流体の温度調節を行うものである。この結果、熱源側の排熱量（即ち、能力）に依存することなく、第１の流体の温度制御が実現され、熱源の耐久性能の低下を防止することができ、上記課題を解決することができ得るものである。
【０００７】
また、本発明の熱交換装置において、前記第２の流路に設けられて前記第２の流体を貯留させ、その貯留流体（２４、温水１４Ａ）の下層部流体が前記第２の流体として前記第２の流路に流され、前記熱交換手段で加熱された前記第２の流体が前記貯留流体の上層部側に流し込まれて蓄積する蓄熱手段（タンク２２、貯湯タンク２２Ａ）を備えたことを特徴とする。
【０００８】
即ち、この熱交換装置では、第２の流体は、上水、浴槽水等、加熱すべき流体であればどのようなものでもよく、その形態に限定されない。そこで、第２の流体が吸熱によって得た熱を有効に利用する手段として蓄熱手段を設置することが可能である。そして、この蓄熱手段には、いわゆる階層蓄熱が可能なものを用いることができ、階層蓄熱とは、蓄熱手段を例えば、貯留タンクを想定して説明すると、その内部の貯留流体の下層部、即ち、温度の低い流体を第２の流体として熱交換手段に流し、熱交換手段で加熱された第２の流体を貯留流体の上層部に戻すことで、蓄熱手段には上層部側から温度が階層的に低下する蓄熱が可能となる。このような蓄熱手段では、蓄熱初期時にも貯留流体の下層部が低温でも上層部から高温の第２の流体を利用でき、瞬時出湯等、熱の利用効率が高く、利便性のよい蓄熱ができる。
【０００９】
また、本発明の熱交換処理方法は、第１の流体を熱源側に循環させ、前記熱源の熱を前記第１の流体に熱交換により吸収させる処理と、前記第１の流体とともに第２の流体を熱交換手段に流し、前記第１の流体が持つ熱で前記第２の流体を加熱する熱交換を行う処理と、前記熱源の入側から前記第１の流体の温度を検出する処理と、前記熱源の出側から前記第１の流体の温度を検出する処理と、これら各検出温度から求められる温度差を監視する処理と、前記第１の流体の流量を加減することにより、前記第１の流体の前記熱源の入側及び出側の温度差を所定値又は所定値を超える値に制御する処理と、前記第２の流体の流量を加減することにより、前記第１の流体の温度を所定値又は所定値を超える値に制御する処理とを含むことを特徴とする。
【００１０】
即ち、第１の流体を熱源側に循環させて熱源の熱を第１の流体に吸収させ、第１の流体とともに第２の流体を熱交換手段に流すことにより、第１の流体が持つ熱で第２の流体を加熱する熱交換を行うことで、熱源からの排熱を利用することができる。しかし、このような熱交換を成り行きに任せると、熱源の排熱量に第１及び第２の流体の温度が依存し、過度な吸熱による熱源の冷え込みや不十分な吸熱による熱源側の過熱等が予想され、熱源側の耐久性能を損なうおそれがある。そこで、この熱交換処理方法では、第１の流体の流量調整によって熱源前後の温度差の調節を行う処理と、第２の流体の流量調整によって第１の流体の温度調節を行う処理とを併用することで、最適な吸熱処理を実現し、熱源側の耐久性能の低下等を防止したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示した実施例を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の熱交換装置及び熱交換処理方法の実施例を示している。この実施例では、発電機を駆動するエンジン等の駆動源２が熱源として用いられている。熱源には、この種の駆動源２の他、排熱を生じる燃料電池や、燃料ガスや灯油等を燃焼させて燃焼熱を生じるバーナ等を用いることができる。
【００１３】
この駆動源２には熱交換手段として水冷ジャケット等の冷却手段が設置されているが、この実施例では、これを熱交換部４として構成し、第１の流路として循環路６が形成され、この循環路６には熱媒としての水等の第１の流体８を循環させる。この循環路６には、流体８を強制的に循環させるためのポンプ１０、第２の流路である循環路１２側の水等の第２の流体１４との熱交換を行う手段として熱交換器１６が設置されている。ポンプ１０には、例えば、回転数の制御が容易なＤＣモータが用いられ、その回転制御手段として制御部１８から制御出力が加えられている。また、熱交換器１６は、図示しないが、例えば、循環路１２側にその管径より断面積の大きい筒状部を設け、この筒状部内に流体１４と独立して流体８を流す螺旋管を設けることにより熱交換を可能にした構成である。矢印ａは流体８の流れ方向、矢印ｂは流体１４の流れ方向を示している。
【００１４】
また、循環路１２側には流体１４を強制的に循環させるためのポンプ２０、流体１４とともにその熱を蓄熱する蓄熱手段としてのタンク２２が設置されている。ポンプ２０には、循環路６側と同様に例えば、回転数の制御が容易なＤＣモータが用いられ、その回転制御手段として制御部１８から制御出力が加えられている。この場合、タンク２２は流体１４を貯留して下層部から上層部に向かって温度勾配が高くなるという階層蓄熱を行うことから、タンク２２の底部側から貯留流体２４を抜き出し、高温化した流体１４をタンク２２の上方、貯留流体２４の上層部側に供給させている。
【００１５】
また、タンク２２には、タンク２２内の貯留流体２４を利用するため、流路２６、２８が形成されており、例えば、流路２６から流体１４として上水が供給され、タンク２２内の貯留流体２４の上層部側から流体１４が抜き取られ、この流体１４は例えば、温水として一般給湯等に利用される。
【００１６】
上記構成に基づいて、熱交換処理方法を説明すると、熱源としての駆動源２の排熱で熱交換部４が加熱されるので、この熱交換部４に流体８をポンプ１０によって通流させると、駆動源２の熱を吸収させる処理が行われる。この処理によって加熱された流体８は、この加熱処理とともにポンプ１０によって熱交換器１６に流れ、熱交換器１６では流体８と流体１４との間で熱交換が行われる。即ち、熱交換部４での流体８の熱吸収処理と、流体８、１４間の熱交換処理が同時に行われる。
【００１７】
そして、流体８の循環流量はポンプ１０の回転数によって調整され、また、流体１４の循環流量はポンプ２０の回転数によって調整されるので、各流体８、１４の各流量は循環路６、１２毎に独立して調整される。即ち、流体８の流量調整により吸熱量が変化するので、流体８の温度調節が行われ、熱交換部４の前後の流体温度として入側温度及び出側温度を調整する処理が行われる。また、流体１４の流量調整により流体８との熱交換量が変化するので、流体１４の温度調節を行う処理が行われる。この場合、例えば、ポンプ１０、２０にＤＣモータを駆動源とするポンプを用いた場合、制御部１８の制御電圧に応じて連続的に各回転数を増減させることができるので、各流体８、１４の流量調整を容易に行うことができる。
【００１８】
このような処理を行えば、流体８、１４の各温度調節を独立して行うことができるので、流体８側の最適な吸熱処理、流体８、１４間の熱交換処理の最適化を図ることができ、駆動源２側の排熱量（即ち、能力）に依存することなく、流体８の温度制御を行うことができ、駆動源として例えば、エンジンの耐久性能の低下を防止することができる。
【００１９】
また、タンク２２には、流体１４を貯留させることができ、タンク２２内の貯留流体２４の下層部流体が流体１４として循環路１２を通して熱交換器１６に流れ、熱交換器１６で加熱された流体１４が貯留流体２４の上層部側に流し込まれるので、タンク２２内の貯留流体２４は上層部側が高温、下層部側が低温となるような温度勾配を以て蓄熱される。この場合、時間経過とともに、流体循環が行われる結果、タンク２２内の貯留流体２４の温度は上限温度に到達することになる。
【００２０】
そして、流体１４が例えば、上水であるとすれば、流路２６を通してタンク２２の貯留流体２４の下層部側に冷水を供給しながら、その上層部側から高温水を流路２８を通して抜き取ることができ、階層蓄熱の結果、熱交換開始直後から高温水を利用することができる。即ち、熱交換開始直後に瞬時出湯を実現できる。
【００２１】
このような熱交換装置及び熱交換処理方法には、次のような各種の実施の形態が存在する。
【００２２】
ａ熱源には、発電機を駆動するエンジン等の駆動源２の他、燃料電池等の排熱源を用いることができ、電熱源、気体燃料や液体燃料を燃焼させる燃焼熱源、太陽熱、地熱、温泉等を利用した自然熱源等を利用することができる。
【００２３】
ｂ熱交換部４には、駆動源２のラジエータ等、流体８を直接通流させる手段の他、間接流体を熱媒として流体８を加熱するものも含まれる。
【００２４】
ｃ熱媒としての流体８には、気体、液体、固体の何れでもよく、所定温度以上で流体化する物質を用いてもよい。
【００２５】
ｄポンプ１０、２０は、ＤＣモータを駆動源とするポンプ以外のものでもよい。
【００２６】
ｅ流体１４は、上水の他、浴槽水等の液体であってもよい。即ち、熱交換が可能で、タンク２２に蓄熱できる手段であればどのようなものでもよい。タンク２２を蓄熱手段としない場合には、熱交換が可能な液体、粉粒体等を流体１４として用いてもよい。
【００２７】
ｆタンク２２を蓄熱手段として構成したが、タンク２２を設置することなく、そのタンク２２に代えて放熱器を設置してもよい。このようにすれば、暖房装置として利用することができる。
【００２８】
ｇタンク２２に代えて熱交換器を設置してもよく、その場合、熱媒としての流体１４に対して他の流体の熱交換を行ってもよい。その場合、他の流体は上水又は浴槽水の他、放熱器に流す熱媒でもよい。このような構成とすれば、単一の駆動源２からなる熱源を以て流体８、１４、他の流体を以て熱移送を行うことができ、タンク２２のような蓄熱手段を設ければ、駆動源２を停止した状態でタンク２２内に蓄熱された熱を給湯、暖房、浴槽水の追焚等、活用することができる。
【００２９】
次に、この熱交換装置及び熱交換処理方法の具体的な実施例を説明すると、図２ないし図４は熱交換装置及び熱交換処理方法の実施例を示し、図２は熱源側の熱交換及び蓄熱系統、図３は図２に続く蓄熱系統及び熱利用系統、図４は図３に続く熱利用系統を示したものである。
【００３０】
この実施例では、熱を放出する熱源として図示しない発電機を駆動する駆動源２にはエンジンが用いられており、この駆動源２の熱交換部４は、駆動源２の冷却手段であって、排熱回収路を兼ねる循環路６を通じて流体８を循環させている。この流体８は、排熱回収用のエンジン冷却水、排熱回収水であって、熱媒として機能するものである。この循環路６の駆動源２の入口側及び出口側にはそれぞれ温度検出手段としてサーミスタ等からなる温度センサ３０、３２が設置されているとともに、流路切換手段としての三方弁３４を介して第１のバイパス路３６が形成されている。また、循環路６には、流体８を強制循環させるための循環ポンプ１０Ａ、循環路６に循環させる流体８を溜める循環タンク４０、図示しない発電機の出力によって加熱する電気ヒータ４２、流体８の循環流量を検出する流量センサ４４、第１及び第２の熱交換器１６Ａ、１６Ｂ等が設けられるとともに、バイパス路３６とは別に、暖機時の循環路を短縮化するための第２のバイパス路４６が形成され、このバイパス路４６と循環路６の間には三方弁４８が介在している。循環ポンプ１０Ａは電圧等で容易に回転数が制御可能な直流モータ５０によって駆動される。
【００３１】
熱交換器１６Ａは流体８と、流体１４として、貯湯タンク２２Ａに溜められる温水１４Ａとの熱交換を行い、温水１４Ａを流体８が持つ熱で加熱する手段である。貯湯タンク２２Ａには、温水１４Ａを循環させる循環路１２が貯湯タンク２２Ａの底面側と天井側とを結ぶ閉回路として構成され、この循環路１２には第３及び第４のバイパス路５４、５６が設けられているとともに、これらバイパス路５４、５６には流路切換手段として三方弁５８、６０が設けられている。また、循環路１２には熱交換器１６Ａ、流量センサ６２、循環ポンプ２０Ａ、温度センサ６６等が設けられている。循環ポンプ２０Ａは電圧等で容易に回転数が制御可能な直流モータ６７によって駆動される。循環ポンプ２０Ａが運転されると、貯湯タンク２２Ａの下層部側から抜かれた温水１４Ａが熱交換器１６Ａで加熱された後、貯湯タンク２２Ａの上層部側に戻される。そのため、貯湯タンク２２Ａ内の温水１４Ａの供給や取出しによる階層蓄熱の乱調防止手段として、貯湯タンク２２Ａの上部側に第１の緩衝板６８、その底部側に第２の緩衝板７０が設置されている。
【００３２】
貯湯タンク２２Ａの底面側には、給水路７２が設けられるとともに、排水栓７４が設けられ、給水管７６から上水Ｗが貯湯タンク２２Ａの底面側に給水される。給水路７２には、給水温度を検出する温度センサ７７が設けられ、給水管７６には、減圧弁７８及び流量センサ８０が設けられているとともに、ミキシングバルブ８２を介して給湯管８４が接続されている。また、貯湯タンク２２Ａの側面部には積層沸き上げされる温水１４Ａの温度を検出する温度検出手段として複数の温度センサ８６１、８６２、８６３、８６４、８６５、８６６、８６７、８６８、８６９、８７０が一定の間隔で設置されている。この実施例では、１０個の温度センサ８６１〜８７０が設置されているが、計測ゾーンに応じてこれより少なく又は多く設置してもよい。
【００３３】
また、貯湯タンク２２Ａの上部側には温水取出路８８が設けられ、この温水取出路８８の一端は、過圧逃し弁９０及び負圧弁９２を介して外気に開放されており、温度センサ９４が設けられている。この温水取出路８８の他端側には、給湯バックアップ用の第３の熱交換器９６、出湯温検出用の温度センサ９８等が設けられている。熱交換器９６は、バーナ１００による燃料ガスの燃焼熱を熱源とする。この熱交換器９６の出口側の給湯管８４には、前記ミキシングバルブ８２、流量センサ１０１、水比例弁１０２、混合温検出用の温度センサ１０４等が設けられている。
【００３４】
また、給湯管８４から出湯される温水ＨＷは、追焚用循環路１０６側に供給されて浴槽１０８に注湯可能である。追焚用循環路１０６側には、三方弁１１０、循環ポンプ１１２、水位センサ１１４、温度センサ１１６、第４の熱交換器１１８等が設けられている。
【００３５】
そして、循環路６に設けられた熱交換器１６Ｂは、流体８を熱源とする暖房用熱媒としての温水１１９の加熱手段であって、暖房用循環路１２０に設けられている。この暖房用循環路１２０は、室内放熱器１２２や浴室暖房乾燥機１２４等の暖房端末に温水１１９を循環させる手段であって、温水１１９を溜めて膨張沸騰を抑制する手段としての温水タンク１２８、循環ポンプ１３０、流量センサ１３２、熱交換器１１８、１３４等が設けられている。温水タンク１２８には、給水管１３６が接続されるとともに、給水を調整するためのバルブ１３８が設けられている。レベルセンサ１４０は、温水タンク１２８に適正量の温水１１９を溜めるためのレベル制御に用いられる。熱交換器１３４は、バーナ１４２による燃料ガスの燃焼熱を熱源とし、浴槽１０８内の浴槽水ＢＷの追焚の他、暖房用熱源としての温水１１９のバックアップ加熱に用いられる。また、熱交換器１１８は、温水１１９が持つ熱を追焚用循環路１０６の加熱に用いられる。
【００３６】
この熱交換装置において、図２に三方弁３４、４８、５８、６０の切換方向Ａ、Ｂ、Ｃ又はＤが示されており、例えば、暖機運転時、三方弁３４はＣ−Ａ方向、三方弁４８はＣ−Ａ方向に切り換られ、このとき、温水１４Ａの自然対流防止のため、三方弁５８はＤ−Ａ方向、三方弁６０はＤ−Ｃ（閉止）方向に切り換えられる。
【００３７】
そして、この熱交換制御手段としてコンピュータ等で構成された制御部１８が設置されており、この制御部１８は、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭ、駆動出力や検出出力の入出力手段としてＩ／Ｏ等を備えているとともに、給湯積算手段として給湯積算出力カウンタ１４４を備えている。この制御部１８で実行される制御は、暖房端末の運転状態に応じて直流モータ５０、６７の回転制御及び循環ポンプ１０Ａ、２０Ａの回転制御、三方弁３４、４８、５８、６０の開閉制御等である。このような制御を行うため、制御部１８には温度センサ３０、３２、６６、９８、１０４、流量センサ４４、６２、１０１等、各種センサ等から検出出力が制御入力として加えられ、この制御部１８から得られる制御出力が直流モータ５０、６７や三方弁３４、４８、５８、６０等、各種の制御機器のアクチュエータに加えられる。また、制御部１８には、アラーム等の表示を行う表示手段として表示器１４６が設けられ、この表示器１４６は文字表示器、音声発生器等で構成できる。なお、この実施例では、ディジタル制御を行うため、コンピュータ等を用いた制御部１８を例に取って説明しているが、アナログ処理を行う制御回路を用いてもよい。
【００３８】
次に、この熱交換制御動作のメインルーチンを図５に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３９】
電源が投入されると、ステップＳ１では、三方弁３４、４８、５８、６０等の各種弁を初期位置に設定した後、ステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、常時起動プログラムが実行される。この常時起動プログラムでは、エンジン異常停止制御、エンジン運転許可制御、エンジン停止制御、エンジン強制停止制御、暖房命令制御、給湯積算出力カウンタ１４４の制御、弁異常チェック制御、温度センサ異常チェック制御等が行われる。また、ステップＳ３では、暖房命令が制御部１８に付与されたか否かが判定され、暖房命令がない場合にはステップＳ４に移行し、エンジン運転が許可されたか否かを判定する。即ち、季節に応じて設定される運転許可時間内であるか否かがステップＳ４で確認される。
【００４０】
ステップＳ４でエンジン運転が許可された場合には、ステップＳ５に移行し、要求蓄熱量が所定蓄熱量以上か否かを判定する。即ち、ステップＳ５では、例えば、
【００４１】
（給湯負荷×１．２−積算出力−タンク蓄熱量）＞１０００ｋｃａｌ・・・（１）
であるか否かを判定し、予想される給湯需要から貯湯タンク２２Ａの蓄熱量を引いた値が所定蓄熱量以上である場合に駆動源２を運転可能とする。この場合、係数１．２は給湯負荷に余裕を持たせるための数値の一例であり、この数値に限定されるものではない。
【００４２】
ここで、ステップＳ５における演算に用いる「給湯負荷」は、各季節毎に予め給湯予想負荷を決定するものである。
【００４３】
【表１】

【００４４】
即ち、「給湯負荷」は、その時点の季節及び時刻における次回の給湯予想量であるから、例えば、７月Ｘ日、１８：００に駆動源２の運転を開始する場合、給湯負荷は６０００ｋｃａｌで計算し、また、２月Ｙ日、５：００に駆動源２の運転を開始する場合、給湯負荷は２０００ｋｃａｌで計算する。
【００４５】
また、「積算出力」は、制御部１８に内蔵されている給湯積算出力カウンタ１４４を用いて求められる給湯及び注湯に使用された出力の合計である。即ち、給湯需要があると思われる時間帯で、バックアップと蓄熱利用を含めた全ての出力を求め、そのデータをエンジン運転時間にフィードバックする。
【００４６】
また、貯湯タンク２２Ａのタンク蓄熱量の計算は、例えば、タンク容量を２００リットルとし、図６に示すように、貯湯タンク２２Ａの各ゾーン１〜７は同容量であり、１ゾーン当たりの温水量は約２８．６リットルとなる。ここで、水温を冬期で５℃、春秋期で１５℃、夏期で２５℃と定義すると、各ゾーンの熱量Ｑ（ｋｃａｌ）は、
【００４７】
Ｑ＝２８．６×｛（上側検出温度＋下側検出温度）／２−水温｝・・・（２）
となり、タンク蓄熱量Ｑｍは全ゾーン１〜７の合計である。但し、一つの条件として｛（上側検出温度＋下側検出温度）／２−水温｝＜１０℃の場合には、そのゾーンは零とする。例えば、冬期、温度センサ８６１の検出温度が７５℃、温度センサ８６３の検出温度が７０℃のとき、ゾーン１の熱量Ｑ₁は、
【００４８】
Ｑ₁＝２８．６×｛（７５＋７０）／２−５｝＝１９３０．５（ｋｃａｌ）・・・（３）
となる。なお、温度センサ８６１〜８７０の中、温度センサ８６２、８６９は蓄熱量Ｑｍの計算には使用しない。
【００４９】
そして、ステップＳ５で前記要求蓄熱量が１０００ｋｃａｌ以上であると判定されたとき、又はステップＳ３で暖房命令が発せられているとき、ステップＳ６に移行し、貯湯タンク２２Ａの最下部側の温度センサ８７０の検出温度が所定温度、例えば、４０℃以上か否かを判定し、所定温度以下の場合、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、前回の駆動源２の停止から所定時間、例えば、６０分以上経過したか否かが判定され、所定時間以下の場合には、エンジン等の駆動源２の保護のためその起動を禁止する。即ち、貯湯タンク２２Ａの最下部側の湯温が低温であることを確認し、駆動源２のオーバーヒートを防止している。そして、所定時間が経過している場合には、ステップＳ８に移行し、駆動源２の起動を行うとともに、暖機運転を行う。この暖機運転では、三方弁４８を切り換えてバイパス路４６を介して循環路６を狭小化し、熱媒温度の急激な立上りを行う。
【００５０】
そして、この暖機運転の後、ステップＳ９に移行し、駆動源２の入口側の流体８の温度が所定温度、例えば、６５℃になるように制御する。この一定温度制御は、温度センサ３０、３２の検出温度を監視しながら、直流モータ５０の回転数を増減させ、循環ポンプ１０Ａで圧送される流体８の流量を加減することにより行われる。
【００５１】
ところで、ステップＳ１において、三方弁３４、４８、５８、６０等の弁初期位置設定のサブルーチンでは、三方弁５８はＤ−Ａ方向、三方弁６０はＤ−Ｃ（閉止）方向、三方弁４８はＣ−Ａ方向、三方弁３４はＣ−Ａ方向に切り換えられる。この結果、常時起動プログラムの実行が準備される。
【００５２】
また、ステップＳ２のサブルーチンであるエンジン異常停止制御では、エンジン２の運転状態が「運転」であるか否かが判定され、運転状態にあるとき、所定時間として例えば、１０秒経過の後、ガス弁が閉（ＯＦＦ）であるか否かが判定され、閉止している場合には、エンジン停止を行った後、表示器１４６にエンジン異常停止を行った旨の表示としてアラーム表示を行う。
【００５３】
また、駆動源２であるエンジンが運転状態でない場合には、所定時間として例えば、１０秒経過の後、ガス弁が開（ＯＮ）しているか否かが判定され、開の場合には、エンジン停止を行った後、表示器１４６に「エンジン停止せず」とのアラーム表示を行う。
【００５４】
また、メインルーチンのステップＳ２のサブルーチンであるエンジン運転許可制御では、エンジン運転が許可時間であるか否かが判定され、運転許可時間にある場合には、エンジン運転許可指示として「許可」を出力し、また、エンジン運転許可時間でない場合には、エンジン運転許可を禁止する指示として「禁止」を出力する。
【００５５】
また、メインルーチンのステップＳ２のサブルーチンであるエンジン停止制御では、駆動源２のエンジンの電源をＯＦＦにし、弁初期位置制御を実行した後、駆動源２のエンジンの運転状態を停止状態にする。
【００５６】
また、メインルーチンのステップＳ２のサブルーチンであるエンジン強制停止制御では、強制停止入力手段として例えば、Ｅｓｃキーが押されたか否かが判定され、このＥｓｃキーが押されたとき、エンジン停止制御を実行し、制御を終了する。
【００５７】
次に、図７は、図５のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンである給湯積算出力カウンタ１４４の制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ１１では、エンジン運転が「許可」であるか否かが判定され、許可の場合にはステップＳ１２に移行し、カウンタリセットを行う。即ち、給湯積算出力カウンタ１４４に格納されている熱量Ｑｃを０ｋｃａｌとした後、ステップＳ１３に移行し、水温を決定する。即ち、冬期では５℃、春秋期では１５℃、夏期では２５℃を設定した後、ステップＳ１４に移行し、混合温サーミスタである温度センサ１０４の湯温測定を行う。
【００５８】
そして、ステップＳ１５では、給湯量を検出する流量センサ１０１が所定流量として例えば、１リットルカウントしたか否かを判定し、１リットルカウントを行った場合、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６では、１リットル当たりの熱量計算として給湯積算出力熱量Ｑｃを演算する。即ち、この給湯積算出力熱量Ｑｃ（ｋｃａｌ）は、
【００５９】
Ｑｃ＝（湯温−水温）×１（ｋｃａｌ）・・・（４）
で算出される。
【００６０】
そして、ステップＳ１７に移行し、エンジン運転許可が「禁止」されているか否かが判定され、エンジン運転が禁止されている場合にはステップＳ１１に復帰し、エンジン運転が禁止されていない場合にはステップＳ１４に移行し、ステップＳ１４〜ステップＳ１６の処理を実行する。
【００６１】
次に、図８は、図５に示すフローチャートのステップＳ８のサブルーチンであるエンジン起動及び暖機運転の制御を示している。
【００６２】
ステップＳ３１では、温水１４Ａの自然対流を防止するため、三方弁５８をＤ−Ａ方向、三方弁６０をＤ−Ｃ（閉止）方向、暖機回路を構成するため、三方弁４８をＣ−Ａ方向、三方弁３４をＣ−Ａ方向に切り換えるとともに、循環ポンプ１０Ａを中回転に設定した後、ステップＳ３２に移行し、温度センサ３２の検出温度が所定温度、例えば、５５℃以下であるか否かを判定し、この５５℃を超えている場合、ステップＳ３３に移行し、プリチェックの開始から所定時間として例えば、２０分が経過したか否かを判定する。５５℃を超えて２０分が経過している場合には何らかの異常が発生していることが予想されるので、ステップＳ３４に移行し、表示器１４６にアラームを発生させ、「異常停止」を告知する。このとき、駆動源２の停止モードに移行することになる。
【００６３】
ステップＳ３２で検出温度が所定温度として５５℃以下の場合、ステップＳ３５に移行して駆動源２の電源をＯＮとし、ステップＳ３６に移行してエンジン起動接点を所定時間、例えば、５秒間だけＯＮ状態とし、ステップＳ３７に移行してエンジン起動接点をＯＦＦにした後、所定時間、例えば、３秒間待機し、ステップＳ３８に移行する。ステップＳ３８では、ガス弁がＯＮ状態か否かを判定し、ガス弁がＯＮ状態でない場合、ステップＳ３９に移行し、その起動が所定回数、例えば、５回目か否かを判定する。所定回数以下の場合には、ステップＳ４０に移行し、所定回数に移行する所定時間、例えば、５秒間待機してステップＳ３６に戻る。また、ステップＳ３９でエンジン起動が所定回数に到達している場合、ステップＳ４１に移行してエンジン停止とし、ステップＳ４２で表示器１４６にアラームを発生させるとともに、エンジン起動失敗を告知させる。この告知によって利用者は、異常を知ることができる。
【００６４】
ステップＳ３８でガス弁がＯＮに移行したと判定されたとき、ステップＳ４３に移行して駆動源２は運転状態となり、ステップＳ４４に移行する。ステップＳ４４では温度センサ３２の検出温度が所定温度、例えば、６０℃を超えているか否かを判定し、６０℃を超えていない場合、ステップＳ４５に移行し、所定時間の経過、例えば、２０分が経過したか否かを判定し、所定時間が経過するまで、検出温度の推移を監視する。２０分が経過したにも拘わらず、検出温度が６０℃を超えない場合には、ステップＳ４６に移行してエンジン停止を行った後、ステップＳ４７に移行し、表示器１４６にアラームを発生させるとともに、エンジン・インバータ異常を告知させる。この告知によって利用者は、異常を知ることができる。
【００６５】
そして、ステップＳ４４で温度センサ３２の検出温度が６０℃を超えている場合、暖機運転が正常に行われたことを表し、ステップＳ４８に移行し、三方弁４８をＢ−Ｃ方向に切り換え、バイパス路４６を切り離した後、メインルーチン（図５）のステップＳ９に移行し、駆動源２による発電とともに、排熱回収を開始する。
【００６６】
次に、図９は、図５のフローチャートのステップＳ９のサブルーチンであるエンジン入温度制御（目標値６５℃の制御）を示している。
【００６７】
ステップＳ５１では駆動源２が運転状態か否かを常に監視し、ステップＳ５２では循環ポンプ２０Ａの回転制御等を実行する。即ち、駆動源２に対する流体８の入側温度、即ち、温度センサ３０の検出温度である戻り温度が所定温度、例えば、６５℃を目標値として循環ポンプ２０Ａの回転制御を行う。なお、この制御の結果、循環ポンプ２０Ａの回転が停止している場合には、三方弁６０をＡ−Ｃ方向に切り換え（閉）、循環ポンプ２０Ａが回転している場合は三方弁６０をＤ−Ｂ方向に切り換えた後、ステップＳ５３に移行する。
【００６８】
ステップＳ５３では、貯湯タンク２２Ａの最下部側の温度センサ８７０の検出温度が所定温度、例えば、５０℃以上か否かを判定し、所定温度以下の場合、ステップＳ５４に移行する。この場合、始動条件とのヒステリシス温度は例えば、１０℃に設定する。そして、ステップＳ５４では、駆動源２に対する流体８の入側温度、即ち、温度センサ３０の検出温度である戻り温度が所定温度、例えば、７５℃以上が所定時間、例えば、１０秒以上か否か、且つ、循環ポンプ２０Ａの回転数が最大か否かを判定する。戻り温度が所定温度で所定時間以下、且つ、循環ポンプ２０Ａの回転数が最大でない場合、ステップＳ５５に移行する。
【００６９】
ステップＳ５５では、駆動源２の運転状態が停止か否かを判定し、駆動源２が停止していないとき、即ち、運転状態のとき、ステップＳ５６に移行し、暖房接点がＯＮ状態か否かを判定する。ＯＮ状態でない場合には、ステップＳ５７に移行し、エンジン運転が許可されているか否かを判定し、エンジン運転が許可されている場合には、ステップＳ５８に移行してタンク蓄熱量が（給湯負荷×１．２−積算出力）より多いか否かを判定する。即ち、この判定は、暖房を行っていない場合、エンジン運転許可時間内であれば、この条件成立でエンジン運転停止を行うことを意図している。
【００７０】
ところで、ステップＳ５３で温度センサ８７０の検出温度が所定温度、即ち、５０℃を超えている場合、又は、ステップＳ５４で戻り温度が所定温度で所定時間以上、且つ、循環ポンプ２０Ａの回転数が最大である場合には、ステップＳ５９に移行し、循環ポンプ２０Ａを停止させ、ステップＳ６０に移行してエンジン停止を行う。ステップＳ６１では、エンジン停止から所定時間の経過、例えば、３０秒が経過するまで待機した後、ステップＳ６２に移行し、循環ポンプ１０Ａを停止させた後、図５に示すメインルーチンのステップＳ２に戻る。即ち、循環ポンプ２０Ａを停止させた後、循環ポンプ１０Ａを停止させるのは、貯湯タンク２２Ａ側の階層蓄熱の崩れを防止するためである。
【００７１】
また、ステップＳ５５でエンジン停止、ステップＳ５７でエンジン運転禁止、又は、ステップＳ５８でタンク蓄熱量が（給湯負荷×１．２−積算出力）を超えている場合には、ステップＳ６３に移行し、エンジン停止を行い、ステップＳ６４でエンジン停止から所定時間例えば、３０秒が経過するまで待機した後、ステップＳ６５に移行し、循環ポンプ２０Ａの停止を行い、ステップＳ６２に移行する。
【００７２】
そして、この熱交換装置では、駆動源２の冷却回路を構成する循環路６に排熱回収用の熱交換器１６Ａ、暖房用の熱交換器１６Ｂを設置しているので、温水１４Ａ、温水１１９に排熱を効率よく吸収させることができ、温水１４Ａを貯湯タンク２２Ａに導いて蓄熱させ、温水１１９を暖房用循環路１２０に流すことができる。
【００７３】
ところで、駆動源２の能力や耐久性を保つには、駆動源２からの排熱吸収には限度があり、流体８の戻り温度は一定温度、例えば、６５℃を中央値として一定温度幅、例えば、６５±５℃程度に維持することが望ましいものであるが、実際には、室内放熱器１２２、浴室暖房乾燥機１２４の運転状態や運転台数等で暖房負荷の変化や、外部からの給水温度等で駆動源２に戻る流体８の戻り温度は大きく変動する。そこで、循環路６側の流体８の循環流量の制御と、循環路１２側の温水１４Ａの循環流量の制御とを併用して流体８の戻り温度を制御する。この場合、例えば、消費電力が低く、制御性の良い直流モータ５０で駆動される循環ポンプ１０Ａや、同様に、直流モータ６７で駆動される循環ポンプ２０Ａを使用すれば、流体８や温水１４Ａの流量を暖房負荷の増減に応じて幅広く調整することができ、流体８の戻り温度を最適化することができる。
【００７４】
この場合、暖房要求がないとき、熱交換器１６Ａのみで熱交換が行われるので、この熱交換に応じて駆動源２への流体８の戻り温度が所定温度、例えば、６５℃となるように循環ポンプ２０Ａの回転数を制御して流量を調整し、貯湯タンク２２Ａへの蓄熱を行う。
【００７５】
また、暖房要求があったとき、暖房端末の放熱負荷の大きさで流体８の戻り温度が変動するが、その戻り温度が所定温度以下、例えば、６５℃以下の場合、熱交換器１６Ａでの熱回収は不要であるため、循環ポンプ２０Ａを停止し、流体８の戻り温度が所定温度、例えば、６５℃を超える場合、循環ポンプ２０Ａを運転させ、流体８の戻り温度が所定温度、即ち、６５℃となるように温水流量を調整し、貯湯タンク２２Ａへ蓄熱を行う。
【００７６】
しかし、暖房要求において、低温水で十分な低温要求の場合、例えば床暖房の場合には、その暖房端末には６０℃程度の温水循環で十分である。このような低い温度要求について、駆動源２への流体８の戻り温度は６５℃であり、流体８からの往き温度は７５℃であるため、熱交換器１６Ｂには６０℃を超える熱交換が行われる。このような高温の温水１１９を循環させると、床暖房パネルは過熱状態となり、好ましくない。
【００７７】
そこで、低温（６０℃）の暖房要求の場合には、駆動源２の流体８の戻り温度を低温要求に最適な戻り温度、例えば、６０℃、往き温度を７０℃にシフトさせるように循環ポンプ２０Ａの回転を制御し、温水１４Ａの流量を調整する。即ち、温水１４Ａの流量を増加させると、排熱回収熱量が増加し、駆動源２の循環路６の流体８の温度が低下することになる。
【００７８】
以上説明した熱交換処理において、駆動源２で発生する熱が例えば、３０００ｋｃａｌ／ｈとすれば、循環ポンプ１０Ａの回転数を制御して循環流量を例えば、５リットル／分となるように調節すると、駆動源２の熱交換部４の入側と出側との温度差は一定温度、例えば、１０℃となる。
【００７９】
このとき、循環ポンプ２０Ａの回転数を制御して循環流量を調節すると、熱交換部４の流体８の入側温度を例えば、６５℃に制御することができ、その場合、出側温度を１０℃だけ高い、７５℃にすることができる。即ち、駆動源２の耐久性等の問題で、流体８の出側温度の調整が必要な場合、温度制御を容易に行うことができる。
【００８０】
このような制御によれば、駆動源２の能力に依存することなく、循環流体の温度を制御することが可能であるから、駆動源２の耐久性を考慮した温度制御が可能となり、結果として、駆動源２の耐久性能を高める等の熱交換制御を実現することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
ａ熱源からの吸熱量を最適化できるとともに、熱源の排熱量に依存することなく、流体の温度調節を行うことができる。
ｂ熱源の耐久性能を考慮した温度制御を行うことができ、エンジン等の駆動源を熱源に用いた場合、その耐久性を損なうことがない。
ｃ熱源からの吸熱量の最適化により、熱源にエンジン等の駆動源を用いた場合、熱効率を高め、経済性や耐久性を向上させることができる。
ｄ蓄熱手段に階層蓄熱を用いたので、効率的な蓄熱が可能であるとともに、即時出湯等、初期動作時から熱利用が可能であり、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱交換装置及び熱交換処理方法の実施例を示す図である。
【図２】本発明の熱交換装置及び熱交換処理方法の具体的な実施例を示し、熱源側の熱交換及び蓄熱系統を示す図である。
【図３】本発明の熱交換装置及び熱交換処理方法の具体的な実施例を示し、図２に続く蓄熱系統及び熱利用系統を示す図である。
【図４】本発明の熱交換装置及び熱交換処理方法の具体的な実施例を示し、図３に続く熱利用系統を示す図である。
【図５】熱交換制御動作を示すフローチャートである。
【図６】貯湯タンクの蓄熱形態を示す図である。
【図７】メインルーチンにおける給湯積算出力カウンタ処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図８】メインルーチンにおけるエンジン起動処理及び暖機運転処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図９】メインルーチンにおけるエンジン入温度６５℃制御に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
２駆動源（熱源）
６循環路（第１の流路）
８第１の流体
１０第１のポンプ
１０Ａ循環ポンプ（第１のポンプ）
１２循環路（第２の流路）
１４第２の流体
１４Ａ温水（第２の流体）
１６、１６Ａ熱交換器（熱交換手段）
１８制御部（制御手段）
２０第２のポンプ
２０Ａ循環ポンプ（第２のポンプ）
２２タンク（蓄熱手段）
２２Ａ貯湯タンク（蓄熱手段）
２４貯留流体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat exchange device and a heat exchange treatment method using a drive source such as an engine for driving a generator, a fuel cell or the like as a heat source.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an exhaust heat recovery control device is known for using exhaust heat from a drive source such as an engine that drives a generator. This exhaust heat recovery uses cooling water or exhaust heat recovery water flowing through the water jacket portion of the drive source as a heat medium, and uses heat absorbed by the heat medium. The heat absorbed by the heat medium is stored, or the hot water is heated with the heat to be used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the temperature of the fluid such as the cooling water flowing to the drive source which is a heat source depends on the amount of exhaust heat on the drive source side. In addition, the heat absorption of the fluid to be circulated cools the drive source, but maintaining the excessive cooling state or maintaining the overheating state with insufficient cooling reduces the durability of the driving source. Become.
[0004]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a heat exchange device and a heat exchange treatment method that can adjust the temperature of a fluid without depending on the amount of heat of the heat source and prevent a decrease in durability performance on the heat source side.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The heat exchange device of the present invention is Installed in the heat source (drive source 2) Circulate the first fluid , A first flow path (circulation path 6) for absorbing the heat of the heat source to the first fluid (8) and the first flow path are installed. , Pumping the first fluid Circulate through the first flow path A first pump (10, circulation pump 10A), a second flow path (circulation path 12) that is installed separately from the first flow path and flows a second fluid (14, hot water 14A), and Installed in the second channel , Pumping the second fluid And circulate through the second flow path Heat exchange between the second pump (20, circulation pump 20A) and the first fluid from the first flow path and the second fluid from the second flow path; With the heat of the first fluid Heat exchange means (

heat exchangers

16, 16A) for heating the second fluid; A first temperature detecting means (temperature sensor 30) that is installed in the first flow path and detects the temperature of the first fluid from the entrance side of the heat source; and is installed in the first flow path, A second temperature detecting means (temperature sensor 32) for detecting the temperature of the first fluid from the outlet side of the heat source; a detected temperature of the first temperature detecting means; a detected temperature of the second temperature detecting means; The temperature difference obtained from these detected temperatures is monitored, and the flow rate of the first fluid is adjusted according to the number of rotations of the first pump, whereby the inlet side of the heat source of the first fluid that circulates through the heat source. And controlling the temperature difference on the outlet side to a predetermined value or a value exceeding a predetermined value, and adjusting the flow rate of the second fluid circulating in the second flow path according to the rotation speed of the second pump, The temperature of the first fluid is controlled to a predetermined value or a value exceeding the predetermined value. Make Control means (control unit 18) is provided.
[0006]
That is, in this heat exchange device, the first fluid flowing through the first flow path absorbs heat from the heat source, and the first fluid and the second fluid flowing through the second flow path are used as heat exchange means. And heat exchange is performed between the first and second fluids. The flow rate can be adjusted independently by using the first pump for the first fluid and the second pump for the second fluid. Therefore, it is possible to control the first and second pumps by the control means, and by adjusting one or both of the first pump and the second pump, adjustment of the temperature difference before and after the heat source of the first fluid, The temperature of the first fluid is adjusted by adjusting the flow rate of the second fluid on the second flow path side. As a result, the temperature control of the first fluid can be realized without depending on the amount of exhaust heat (that is, the capacity) on the heat source side, the deterioration of the durability performance of the heat source can be prevented, and the above problem can be solved. It can be done.
[0007]
In the heat exchange device of the present invention, the second fluid is stored in the second flow path, and a lower layer fluid of the stored fluid (24, hot water 14A) is used as the second fluid. Heat storage means (tank 22 and hot water storage tank 22A) for flowing and accumulating the second fluid, which is flowed through the second flow path and heated by the heat exchange means, flows into the upper layer side of the stored fluid. It is characterized by.
[0008]
That is, in this heat exchange device, the second fluid may be any fluid that is to be heated, such as clean water or bathtub water, and is not limited to that form. Therefore, it is possible to install a heat storage means as a means for effectively using the heat obtained by the second fluid by absorbing heat. And as this heat storage means, what can be called so-called tiered heat storage can be used. The tiered heat storage means that the heat storage means is explained assuming a storage tank, for example. The low temperature fluid is caused to flow as the second fluid to the heat exchanging means, and the second fluid heated by the heat exchanging means is returned to the upper layer part of the stored fluid. The heat storage which decreases automatically becomes possible. In such a heat storage means, even when the lower layer portion of the stored fluid is at a low temperature even at the initial stage of the heat storage, the second fluid having a high temperature can be used from the upper layer portion, and heat utilization efficiency such as instantaneous hot water is high and convenient heat storage can be performed. .
[0009]
In the heat exchange processing method of the present invention, the first fluid is circulated to the heat source side. , Heat from the heat source to the first fluid By heat exchange A process of absorbing, a process of flowing the second fluid together with the first fluid to a heat exchanging means, and performing a heat exchange of heating the second fluid with the heat of the first fluid; A process for detecting the temperature of the first fluid from the inlet side of the heat source, a process for detecting the temperature of the first fluid from the outlet side of the heat source, and a temperature difference obtained from each detected temperature are monitored. Processing, controlling the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the heat source of the first fluid to a predetermined value or a value exceeding a predetermined value by adjusting the flow rate of the first fluid, A process of controlling the temperature of the first fluid to a predetermined value or a value exceeding a predetermined value by adjusting the flow rate of the fluid of 2; It is characterized by including.
[0010]
That is, the heat of the first fluid is obtained by circulating the first fluid to the heat source side to absorb the heat of the heat source into the first fluid and flowing the second fluid together with the first fluid to the heat exchange means. By performing heat exchange for heating the second fluid, exhaust heat from the heat source can be used. However, if such heat exchange is left to the end, the temperature of the first and second fluids depends on the amount of exhaust heat from the heat source, and cooling of the heat source due to excessive heat absorption, overheating on the heat source side due to insufficient heat absorption, etc. As expected, there is a risk of impairing the durability performance on the heat source side. Therefore, in this heat exchange processing method, the process of adjusting the temperature difference before and after the heat source by adjusting the flow rate of the first fluid and the process of adjusting the temperature of the first fluid by adjusting the flow rate of the second fluid are combined. By doing so, an optimum heat-absorbing heat treatment is realized, and a decrease in durability performance on the heat source side is prevented.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to examples shown in the drawings.
[0012]
FIG. 1 shows an embodiment of the heat exchange apparatus and heat exchange treatment method of the present invention. In this embodiment, a drive source 2 such as an engine for driving a generator is used as a heat source. In addition to this type of drive source 2, a fuel cell that generates exhaust heat, a burner that generates combustion heat by burning fuel gas, kerosene, or the like can be used as the heat source.
[0013]
The drive source 2 is provided with a cooling means such as a water cooling jacket as a heat exchange means. In this embodiment, the drive source 2 is configured as a heat exchange section 4 and a circulation path 6 is formed as a first flow path. The first fluid 8 such as water as a heat medium is circulated through the circulation path 6. In the circulation path 6, heat exchange is performed as a means for performing heat exchange with a pump 10 for forcibly circulating the fluid 8 and a second fluid 14 such as water on the circulation path 12 side that is the second flow path. A vessel 16 is installed. For example, a DC motor whose rotation speed is easily controlled is used for the pump 10, and a control output is applied from the control unit 18 as its rotation control means. Although not shown, the heat exchanger 16 is provided with, for example, a cylindrical portion having a cross-sectional area larger than the tube diameter on the circulation path 12 side, and a spiral tube through which the fluid 8 flows independently of the fluid 14 in the cylindrical portion. This is a configuration that enables heat exchange. An arrow a indicates the flow direction of the fluid 8, and an arrow b indicates the flow direction of the fluid 14.
[0014]
On the circulation path 12 side, a pump 20 for forcibly circulating the fluid 14 and a tank 22 as heat storage means for storing the heat together with the fluid 14 are installed. As with the circulation path 6 side, for example, a DC motor that can easily control the rotation speed is used for the pump 20, and a control output is applied from the control unit 18 as its rotation control means. In this case, since the tank 22 stores the fluid 14 and performs hierarchical heat storage in which the temperature gradient increases from the lower layer portion toward the upper layer portion, the stored fluid 24 is extracted from the bottom side of the tank 22 and the fluid 14 that has been heated to high temperature. Is supplied above the tank 22 to the upper layer side of the stored fluid 24.
[0015]
In addition, in order to use the stored fluid 24 in the tank 22,

flow paths

26 and 28 are formed in the tank 22. For example, clean water is supplied from the flow path 26 as the fluid 14, and storage in the tank 22 is performed. The fluid 14 is extracted from the upper layer side of the fluid 24, and the fluid 14 is used as, for example, general hot water as warm water.
[0016]
Based on the above configuration, the heat exchange processing method will be described. Since the heat exchanging unit 4 is heated by the exhaust heat of the drive source 2 as a heat source, when the fluid 8 is passed through the heat exchanging unit 4 by the pump 10. A process for absorbing the heat of the drive source 2 is performed. The fluid 8 heated by this process flows into the heat exchanger 16 by the pump 10 together with the heat process, and heat exchange is performed between the fluid 8 and the fluid 14 in the heat exchanger 16. That is, the heat absorption process of the fluid 8 in the heat exchange unit 4 and the heat exchange process between the

fluids

8 and 14 are performed simultaneously.
[0017]
Since the circulation flow rate of the fluid 8 is adjusted by the rotation speed of the pump 10 and the circulation flow rate of the fluid 14 is adjusted by the rotation speed of the pump 20, the flow rates of the

fluids

8, 14 are the

circulation paths

6, 12. Each is adjusted independently. That is, since the endothermic amount is changed by adjusting the flow rate of the fluid 8, the temperature of the fluid 8 is adjusted, and the process of adjusting the inlet side temperature and the outlet side temperature as the fluid temperatures before and after the heat exchange unit 4 is performed. Further, since the amount of heat exchange with the fluid 8 is changed by adjusting the flow rate of the fluid 14, a process for adjusting the temperature of the fluid 14 is performed. In this case, for example, when a pump using a DC motor as a drive source is used for the

pumps

10 and 20, the number of rotations can be continuously increased or decreased according to the control voltage of the control unit 18. The flow rate of 14 can be easily adjusted.
[0018]
If such a process is performed, the temperature of each of the

fluids

8 and 14 can be adjusted independently, so that the optimum heat absorption heat treatment on the fluid 8 side and the heat exchange process between the

fluids

8 and 14 can be optimized. Therefore, the temperature of the fluid 8 can be controlled without depending on the amount of exhaust heat (that is, the capacity) on the drive source 2 side, and for example, a decrease in durability performance of the engine can be prevented as the drive source.
[0019]
Further, the fluid 14 can be stored in the tank 22, and the lower layer fluid of the stored fluid 24 in the tank 22 flows as the fluid 14 through the circulation path 12 to the heat exchanger 16 and is heated by the heat exchanger 16. Since the fluid 14 is poured into the upper layer side of the stored fluid 24, the stored fluid 24 in the tank 22 is stored with a temperature gradient such that the upper layer side has a high temperature and the lower layer side has a low temperature. In this case, as the fluid circulates over time, the temperature of the stored fluid 24 in the tank 22 reaches the upper limit temperature.
[0020]
If the fluid 14 is, for example, clean water, the cold water is supplied to the lower layer side of the stored fluid 24 of the tank 22 through the flow channel 26 and hot water is extracted from the upper layer side through the flow channel 28. As a result of the hierarchical heat storage, high-temperature water can be used immediately after the start of heat exchange. That is, instantaneous hot water can be realized immediately after the start of heat exchange.
[0021]
Such a heat exchange apparatus and a heat exchange treatment method include the following various embodiments.
[0022]
a In addition to the driving source 2 such as the engine that drives the generator, an exhaust heat source such as a fuel cell can be used as the heat source. An electric heat source, a combustion heat source that burns gaseous fuel or liquid fuel, solar heat, geothermal heat, hot spring It is possible to use a natural heat source using the like.
[0023]
b The heat exchanging section 4 includes a means for heating the fluid 8 using an indirect fluid as a heat medium, in addition to means for directly passing the fluid 8 such as a radiator of the driving source 2.
[0024]
c The fluid 8 as the heat medium may be any of gas, liquid, and solid, and may be a substance that is fluidized at a predetermined temperature or higher.
[0025]
d Pumps 10 and 20 may be other than a pump using a DC motor as a drive source.
[0026]
e The fluid 14 may be liquid such as bathtub water in addition to clean water. That is, any means that can exchange heat and can store heat in the tank 22 may be used. In the case where the tank 22 is not used as the heat storage means, a liquid, a granular material, or the like that can exchange heat may be used as the fluid 14.
[0027]
f Although the tank 22 is configured as a heat storage means, a radiator may be installed in place of the tank 22 without installing the tank 22. In this way, it can be used as a heating device.
[0028]
g A heat exchanger may be installed in place of the tank 22, and in that case, heat exchange of another fluid may be performed on the fluid 14 as a heat medium. In that case, the other fluid may be a heating medium that flows to the radiator in addition to the water or the bath water. With such a configuration, heat can be transferred by the

fluids

8 and 14 and other fluids using the heat source composed of the single drive source 2, and the drive source 2 can be provided by providing heat storage means such as the tank 22. The heat stored in the tank 22 can be utilized for hot water supply, heating, bath water retreat, etc.
[0029]
Next, specific examples of the heat exchange device and the heat exchange treatment method will be described. FIGS. 2 to 4 show an embodiment of the heat exchange device and the heat exchange treatment method, and FIG. 2 shows the heat exchange on the heat source side. 3 shows a heat storage system and a heat utilization system following FIG. 2, and FIG. 4 shows a heat utilization system following FIG.
[0030]
In this embodiment, an engine is used as a drive source 2 for driving a generator (not shown) as a heat source for releasing heat, and a heat exchanging unit 4 of the drive source 2 is a cooling means for the drive source 2. The fluid 8 is circulated through the circulation path 6 also serving as an exhaust heat recovery path. The fluid 8 is engine cooling water and exhaust heat recovery water for exhaust heat recovery, and functions as a heat medium.

Temperature sensors

30 and 32 such as a thermistor are provided as temperature detecting means on the inlet side and the outlet side of the driving source 2 of the circulation path 6, respectively, and the first through a three-way valve 34 as a flow path switching means. One bypass path 36 is formed. The circulation path 6 includes a circulation pump 10A for forcibly circulating the fluid 8; a circulation tank 40 for storing the fluid 8 to be circulated in the circulation path 6; an electric heater 42 that is heated by an output of a generator (not shown); A flow rate sensor 44 for detecting the circulation flow rate, the first and second heat exchangers 16A, 16B, and the like are provided, and a second bypass for shortening the circulation route at the time of warm-up is provided separately from the bypass passage 36. A passage 46 is formed, and a three-way valve 48 is interposed between the bypass passage 46 and the circulation passage 6. The circulation pump 10A is driven by a DC motor 50 whose rotation speed can be easily controlled by voltage or the like.
[0031]
The heat exchanger 16A is means for performing heat exchange between the fluid 8 and the hot water 14A stored in the hot water storage tank 22A as the fluid 14 and heating the hot water 14A with the heat of the fluid 8. In the hot water storage tank 22A, the circulation path 12 for circulating the hot water 14A is configured as a closed circuit connecting the bottom surface side and the ceiling side of the hot water storage tank 22A, and the circulation path 12 includes third and

fourth bypass paths

54, 56. Are provided, and these

bypass passages

54 and 56 are provided with three-

way valves

58 and 60 as flow path switching means. The circulation path 12 is provided with a heat exchanger 16A, a flow rate sensor 62, a circulation pump 20A, a temperature sensor 66, and the like. Circulation pump 20A is driven by a DC motor 67 whose rotation speed can be easily controlled by voltage or the like. When the circulation pump 20A is operated, the hot water 14A drawn from the lower layer side of the hot water storage tank 22A is heated by the heat exchanger 16A and then returned to the upper layer side of the hot water storage tank 22A. Therefore, a first buffer plate 68 is installed on the upper side of the hot water storage tank 22A, and a second buffer plate 70 is installed on the bottom side of the hot water storage tank 22A as a means for preventing turbulent heat storage in the hot water storage tank 22A from being supplied or removed. Yes.
[0032]
A water supply path 72 is provided on the bottom surface side of the hot water storage tank 22A, and a drain plug 74 is provided, so that clean water W is supplied from the water supply pipe 76 to the bottom surface side of the hot water storage tank 22A. The water supply path 72 is provided with a temperature sensor 77 that detects the temperature of the water supply. The water supply pipe 76 is provided with a pressure reducing valve 78 and a flow rate sensor 80, and a hot water supply pipe 84 is connected via a mixing valve 82. ing. Further, a plurality of

temperature sensors

861, 862, 863, 864, 865, 866, 867, 868, 869, 870 are provided as temperature detection means for detecting the temperature of the hot water 14A stacked and heated on the side surface of the hot water storage tank 22A. It is installed at regular intervals. In this embodiment, ten temperature sensors 861 to 870 are installed, but fewer or more may be installed depending on the measurement zone.
[0033]
A hot water outlet path 88 is provided on the upper side of the hot water storage tank 22A. One end of the hot water outlet path 88 is opened to the outside air via an overpressure relief valve 90 and a negative pressure valve 92, and a temperature sensor 94 is provided. Is provided. A third heat exchanger 96 for hot water backup and a temperature sensor 98 for detecting the hot water temperature are provided at the other end side of the hot water outlet 88. The heat exchanger 96 uses the combustion heat of the fuel gas by the burner 100 as a heat source. The hot water supply pipe 84 on the outlet side of the heat exchanger 96 is provided with the mixing valve 82, the flow sensor 101, the water proportional valve 102, the temperature sensor 104 for detecting the mixed temperature, and the like.
[0034]
Moreover, the hot water HW discharged from the hot water supply pipe 84 is supplied to the side of the recirculation circuit 106 and can be poured into the bathtub 108. A three-way valve 110, a circulation pump 112, a water level sensor 114, a temperature sensor 116, a fourth heat exchanger 118, and the like are provided on the side of the recirculation circuit 106.
[0035]
The heat exchanger 16B provided in the circulation path 6 is a heating means for the hot water 119 as a heating medium using the fluid 8 as a heat source, and is provided in the heating circulation path 120. The heating circulation path 120 is a means for circulating the hot water 119 to a heating terminal such as the indoor radiator 122 and the bathroom heater / dryer 124, and the hot water tank 128 as a means for accumulating the hot water 119 and suppressing the expansion boiling. A circulation pump 130, a flow sensor 132,

heat exchangers

118 and 134, and the like are provided. The hot water tank 128 is connected to a water supply pipe 136 and is provided with a valve 138 for adjusting the water supply. The level sensor 140 is used for level control for storing an appropriate amount of hot water 119 in the hot water tank 128. The heat exchanger 134 uses the heat of combustion of the fuel gas by the burner 142 as a heat source, and is used for back-up heating of hot water 119 as a heating heat source in addition to the bath water BW in the bathtub 108. In addition, the heat exchanger 118 is used for heating the circulation circuit 106 for the heat of the hot water 119.
[0036]
In this heat exchange device, the switching directions A, B, C or D of the three-

way valves

34, 48, 58, 60 are shown in FIG. 2, for example, during the warm-up operation, the three-way valve 34 is in the C-A direction, The three-way valve 48 is switched to the C-A direction. At this time, the three-way valve 58 is switched to the D-A direction and the three-way valve 60 is switched to the DC (closed) direction to prevent natural convection of the hot water 14A.
[0037]
A control unit 18 composed of a computer or the like is installed as the heat exchange control unit. The control unit 18 includes a CPU as a calculation unit, a ROM and a RAM as storage units, and input of drive output and detection output. An I / O or the like is provided as output means, and a hot water supply integrated output counter 144 is provided as hot water supply integration means. Control executed by the control unit 18 includes rotation control of the

DC motors

50 and 67, rotation control of the circulation pumps 10A and 20A, opening and closing control of the three-

way valves

34, 48, 58, and 60 according to the operating state of the heating terminal. It is. In order to perform such control, the detection output from various sensors such as

temperature sensors

30, 32, 66, 98, 104,

flow rate sensors

44, 62, 101, etc. is added to the control unit 18 as a control input. 18 is applied to actuators of various control devices such as

DC motors

50 and 67 and three-

way valves

34, 48, 58 and 60. The control unit 18 is provided with a display 146 as a display means for displaying an alarm or the like. The display 146 can be composed of a character display, a sound generator, or the like. In this embodiment, in order to perform digital control, the control unit 18 using a computer or the like is described as an example. However, a control circuit that performs analog processing may be used.
[0038]
Next, the main routine of this heat exchange control operation will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0039]
When the power is turned on, in step S1, various valves such as the three-

way valves

34, 48, 58, and 60 are set to initial positions, and then the process proceeds to step S2. In step S2, a constant activation program is executed. In this always-start program, engine abnormal stop control, engine operation permission control, engine stop control, engine forced stop control, heating command control, hot water supply integrated output counter 144 control, valve abnormality check control, temperature sensor abnormality check control, etc. are performed. Is called. Further, in step S3, it is determined whether or not a heating command has been given to the control unit 18. If there is no heating command, the process proceeds to step S4 to determine whether or not engine operation is permitted. That is, it is confirmed in step S4 whether it is within the operation permission time set according to the season.
[0040]
When engine operation is permitted in step S4, the process proceeds to step S5, and it is determined whether the required heat storage amount is equal to or greater than a predetermined heat storage amount. That is, in step S5, for example,
[0041]
(Hot-water supply load × 1.2−integrated output−tank heat storage amount)> 1000 kcal (1)
If the value obtained by subtracting the heat storage amount of the hot water storage tank 22A from the predicted hot water supply demand is equal to or greater than the predetermined heat storage amount, the drive source 2 can be operated. In this case, the coefficient 1.2 is an example of a numerical value for giving a margin to the hot water supply load, and is not limited to this numerical value.
[0042]
Here, the “hot water supply load” used for the calculation in step S5 is to determine the expected hot water supply load for each season in advance.
[0043]
[Table 1]

[0044]
That is, the “hot water supply load” is an estimated amount of hot water supply for the next season and time, so when the operation of the drive source 2 is started at 18:00 on July X, for example, the hot water supply load is 6000 kcal. When calculating and when starting operation of the drive source 2 at 5:00 on February Y, the hot water supply load is calculated at 2000 kcal.
[0045]
The “integrated output” is the total of the outputs used for hot water supply and pouring that is obtained using the hot water supply integrated output counter 144 built in the control unit 18. That is, all outputs including backup and heat storage use are obtained in a time zone where there is a demand for hot water supply, and the data is fed back to the engine operation time.
[0046]
The calculation of the tank heat storage amount of the hot water storage tank 22A is, for example, a tank capacity of 200 liters, and as shown in FIG. 6, the zones 1 to 7 of the hot water storage tank 22A have the same capacity, and the amount of hot water per zone Is about 28.6 liters. Here, if the water temperature is defined as 5 ° C. in winter, 15 ° C. in spring / autumn, and 25 ° C. in summer, the calorific value Q (kcal) of each zone is
[0047]
Q = 28.6 × {(upper detection temperature + lower detection temperature) / 2−water temperature} (2)
Thus, the tank heat storage amount Qm is the sum of all zones 1 to 7. However, if one condition is {(upper detection temperature + lower detection temperature) / 2−water temperature} <10 ° C., the zone is zero. For example, in winter, when the detected temperature of the temperature sensor 861 is 75 ° C. and the detected temperature of the temperature sensor 863 is 70 ° C., the heat quantity Q of the zone 1 ₁ Is
[0048]
Q ₁ = 28.6 × {(75 + 70) / 2-5} = 1930.5 (kcal) (3)
It becomes. Of the temperature sensors 861 to 870, the

temperature sensors

862 and 869 are not used for calculating the heat storage amount Qm.
[0049]
And when it determines with the said required heat storage amount being 1000 kcal or more by step S5, or when the heating command is issued by step S3, it transfers to step S6 and the temperature sensor 870 of the lowest side of the hot water storage tank 22A. It is determined whether the detected temperature is a predetermined temperature, for example, 40 ° C. or higher. If the detected temperature is not higher than the predetermined temperature, the process proceeds to step S7. In step S7, it is determined whether or not a predetermined time, for example, 60 minutes or more has elapsed since the previous stop of the drive source 2. If it is less than the predetermined time, the drive source 2 such as an engine is activated for protection. Ban. That is, it is confirmed that the hot water temperature on the lowermost side of the hot water storage tank 22A is low, and overheating of the drive source 2 is prevented. And when predetermined time has passed, it transfers to step S8, and while starting the drive source 2, warm-up operation is performed. In this warm-up operation, the three-way valve 48 is switched to narrow the circulation path 6 via the bypass path 46, and the temperature of the heat medium is rapidly increased.
[0050]
Then, after this warm-up operation, the process proceeds to step S9, and the temperature of the fluid 8 on the inlet side of the drive source 2 is controlled to be a predetermined temperature, for example, 65 ° C. This constant temperature control is performed by increasing or decreasing the number of rotations of the DC motor 50 while adjusting the flow rate of the fluid 8 pumped by the circulation pump 10A while monitoring the temperature detected by the

temperature sensors

30 and 32.
[0051]
By the way, in step S1, in the valve initial position setting subroutine for the three-

way valves

34, 48, 58, 60, etc., the three-way valve 58 is in the DA direction, the three-way valve 60 is in the DC (closed) direction, and the three-way valve 48 is The C-A direction and the three-way valve 34 are switched to the C-A direction. As a result, execution of the always-start program is prepared.
[0052]
Further, in the engine abnormal stop control which is a subroutine of step S2, it is determined whether or not the operating state of the engine 2 is “operating”. It is determined whether or not the valve is closed (OFF). If the valve is closed, the engine is stopped, and then an alarm is displayed on the display unit 146 as an indication that the engine has stopped abnormally.
[0053]
Further, when the engine that is the drive source 2 is not in an operating state, for example, it is determined whether the gas valve is open (ON) after a lapse of 10 seconds as a predetermined time. After stopping, an alarm message “No engine stop” is displayed on the display 146.
[0054]
Further, in the engine operation permission control which is a subroutine of step S2 of the main routine, it is determined whether or not the engine operation is permitted time. If it is within the operation permitted time, “permitted” is output as an engine operation permission instruction. If the engine operation permission time is not reached, “prohibited” is output as an instruction to prohibit engine operation permission.
[0055]
Further, in the engine stop control which is a subroutine of step S2 of the main routine, the power source of the engine of the drive source 2 is turned off, the valve initial position control is executed, and then the operation state of the engine of the drive source 2 is stopped.
[0056]
In the engine forced stop control which is a subroutine of step S2 of the main routine, for example, it is determined whether or not the Esc key is pressed as the forced stop input means, and the engine stop control is executed when the Esc key is pressed. Then, control ends.
[0057]
Next, FIG. 7 shows control of the hot water supply integrated output counter 144 which is a subroutine of step S2 of the main routine of FIG. That is, when this subroutine starts, in step S11, it is determined whether or not the engine operation is “permitted”. If permitted, the process proceeds to step S12 to perform counter reset. That is, after the heat quantity Qc stored in the hot water supply integrated output counter 144 is set to 0 kcal, the process proceeds to step S13, and the water temperature is determined. That is, 5 ° C. is set in winter, 15 ° C. in spring / autumn, and 25 ° C. in summer, and then the process proceeds to step S14 to measure the hot water temperature of the temperature sensor 104 that is a mixed temperature thermistor.
[0058]
In step S15, the flow rate sensor 101 that detects the amount of hot water supply determines whether, for example, 1 liter is counted as a predetermined flow rate. If 1 liter is counted, the process proceeds to step S16. In step S16, a hot water supply integrated output heat quantity Qc is calculated as a heat quantity calculation per liter. That is, this hot water supply integrated output heat quantity Qc (kcal) is
[0059]
Qc = (hot water temperature-water temperature) × 1 (kcal) (4)
Is calculated by
[0060]
Then, the process proceeds to step S17, where it is determined whether or not the engine operation permission is “prohibited”. When the engine operation is prohibited, the process returns to step S11, and when the engine operation is not prohibited. The process proceeds to step S14, and the processes of steps S14 to S16 are executed.
[0061]
Next, FIG. 8 shows control of engine start-up and warm-up operation, which is a subroutine of step S8 of the flowchart shown in FIG.
[0062]
In step S31, in order to prevent natural convection of the hot water 14A, the three-way valve 58 is set in the DA direction, the three-way valve 60 is set in the DC (closed) direction, and a warm-up circuit is formed. Direction, the three-way valve 34 is switched to the C-A direction, and the circulation pump 10A is set to the middle rotation. Then, the process proceeds to step S32, and whether or not the detected temperature of the temperature sensor 32 is a predetermined temperature, for example, 55 ° C. or less. If it exceeds 55 ° C., the process proceeds to step S33, and it is determined whether, for example, 20 minutes have passed as a predetermined time from the start of the pre-check. If 20 minutes have passed after exceeding 55 ° C, it is expected that some abnormality has occurred. Therefore, the process proceeds to step S34, an alarm is generated on the display 146, and "abnormal stop" is notified. To do. At this time, the drive source 2 is shifted to the stop mode.
[0063]
If the detected temperature is 55 ° C. or less in step S32, the process proceeds to step S35 to turn on the power source of the drive source 2, and the process proceeds to step S36 to turn on the engine start contact for a predetermined time, for example, 5 seconds. Then, after moving to step S37 and turning off the engine starting contact point, the system waits for a predetermined time, for example, 3 seconds, and proceeds to step S38. In step S38, it is determined whether or not the gas valve is in an ON state. If the gas valve is not in an ON state, the process proceeds to step S39, and it is determined whether or not the activation is a predetermined number of times, for example, the fifth time. If it is less than or equal to the predetermined number of times, the process proceeds to step S40, waits for a predetermined time to shift to the predetermined number of times, for example, 5 seconds, and returns to step S36. If the engine has reached the predetermined number of times in step S39, the process proceeds to step S41 to stop the engine. In step S42, an alarm is generated on the display unit 146 and an engine start failure is notified. This notification allows the user to know the abnormality.
[0064]
When it is determined in step S38 that the gas valve has shifted to ON, the process proceeds to step S43, the drive source 2 enters the operating state, and the process proceeds to step S44. In step S44, it is determined whether or not the detected temperature of the temperature sensor 32 exceeds a predetermined temperature, for example, 60 ° C., and if it does not exceed 60 ° C., the process proceeds to step S45, and elapse of a predetermined time, for example, 20 minutes. Whether or not has elapsed has been determined, and the transition of the detected temperature is monitored until a predetermined time has elapsed. If the detected temperature does not exceed 60 ° C. even after 20 minutes have elapsed, the process proceeds to step S46 and the engine is stopped. Then, the process proceeds to step S47 and an alarm is generated on the display unit 146. Announce engine / inverter abnormality. This notification allows the user to know the abnormality.
[0065]
If the detected temperature of the temperature sensor 32 exceeds 60 ° C. in step S44, it indicates that the warm-up operation has been performed normally, the process proceeds to step S48, and the three-way valve 48 is switched in the B-C direction. After disconnecting the bypass 46, the process proceeds to step S9 of the main routine (FIG. 5), and the exhaust heat recovery is started together with the power generation by the drive source 2.
[0066]
Next, FIG. 9 shows engine input temperature control (control of target value 65 ° C.), which is a subroutine of step S9 in the flowchart of FIG.
[0067]
In step S51, it is always monitored whether or not the drive source 2 is in an operating state, and in step S52, rotation control of the circulation pump 20A is executed. That is, the rotation temperature of the circulating pump 20A is controlled by setting the inlet temperature of the fluid 8 with respect to the drive source 2, that is, the return temperature detected by the temperature sensor 30, as a target value, for example, 65 ° C. As a result of this control, when the rotation of the circulation pump 20A is stopped, the three-way valve 60 is switched (closed) in the direction AC, and when the circulation pump 20A is rotating, the three-way valve 60 is set to D. After switching to the -B direction, the process proceeds to step S53.
[0068]
In step S53, it is determined whether or not the temperature detected by the temperature sensor 870 on the lowermost side of the hot water storage tank 22A is a predetermined temperature, for example, 50 ° C. or higher. If the temperature is lower than the predetermined temperature, the process proceeds to step S54. In this case, the hysteresis temperature with respect to the starting condition is set to 10 ° C., for example. In step S54, whether the inlet temperature of the fluid 8 with respect to the drive source 2, that is, the return temperature detected by the temperature sensor 30, is a predetermined temperature, for example, 75 ° C. or more is a predetermined time, for example, 10 seconds or more. And it is determined whether the rotation speed of the circulation pump 20A is the maximum. If the return temperature is the predetermined temperature and not more than the predetermined time and the rotation speed of the circulation pump 20A is not the maximum, the process proceeds to step S55.
[0069]
In step S55, it is determined whether or not the operation state of the drive source 2 is stopped. When the drive source 2 is not stopped, that is, in the operation state, the process proceeds to step S56, and whether or not the heating contact is ON. Determine. If it is not in the ON state, the process proceeds to step S57 to determine whether or not the engine operation is permitted. If the engine operation is permitted, the process proceeds to step S58 and the amount of heat stored in the tank becomes (hot water supply load). X1.2-integrated output). That is, this determination is intended to stop the engine operation when this condition is satisfied if the heating is not performed and the engine operation permission time is satisfied.
[0070]
By the way, when the detected temperature of the temperature sensor 870 exceeds the predetermined temperature, that is, 50 ° C. in step S53, or the return temperature is the predetermined temperature for the predetermined time or more in step S54, and the rotation speed of the circulation pump 20A is maximum. If so, the process proceeds to step S59 to stop the circulation pump 20A, and the process proceeds to step S60 to stop the engine. In step S61, after waiting for a predetermined time, for example, 30 seconds, from the engine stop, the process proceeds to step S62, the circulation pump 10A is stopped, and then the process returns to step S2 of the main routine shown in FIG. . That is, the reason why the circulation pump 10A is stopped after the circulation pump 20A is stopped is to prevent collapse of the tiered heat storage on the hot water storage tank 22A side.
[0071]
If the engine is stopped in step S55, the engine operation is prohibited in step S57, or if the amount of heat stored in the tank exceeds (hot water supply load x 1.2-integrated output) in step S58, the process proceeds to step S63. After stopping and waiting for a predetermined time, for example, 30 seconds, from the engine stop in step S64, the process proceeds to step S65, the circulation pump 20A is stopped, and the process proceeds to step S62.
[0072]
In this heat exchange device, the heat exchanger 16A for exhaust heat recovery and the heat exchanger 16B for heating are installed in the circulation path 6 constituting the cooling circuit of the drive source 2, so that the hot water 14A and the hot water 119 are provided. It is possible to efficiently absorb the exhaust heat, guide the hot water 14A to the hot water storage tank 22A and store the heat, and allow the hot water 119 to flow through the heating circulation path 120.
[0073]
By the way, in order to maintain the capability and durability of the drive source 2, there is a limit to the absorption of exhaust heat from the drive source 2, and the return temperature of the fluid 8 is a constant temperature, for example, a constant temperature range with 65 ° C. as a median value, For example, it is desirable to maintain the temperature at about 65 ± 5 ° C. Actually, however, the heating load varies depending on the operating state and the number of operating units of the indoor radiator 122 and the bathroom heater / dryer 124, and the water supply from the outside The return temperature of the fluid 8 that returns to the drive source 2 due to temperature or the like varies greatly. Therefore, the return temperature of the fluid 8 is controlled by using both the control of the circulation flow rate of the fluid 8 on the circulation path 6 side and the control of the circulation flow rate of the hot water 14A on the circulation path 12 side. In this case, for example, if the circulating pump 10A driven by the DC motor 50 with low power consumption and good controllability, or the circulating pump 20A driven by the DC motor 67 is used, the fluid 8 and the hot water 14A The flow rate can be widely adjusted according to the increase or decrease of the heating load, and the return temperature of the fluid 8 can be optimized.
[0074]
In this case, when there is no heating request, heat exchange is performed only by the heat exchanger 16A, so that the return temperature of the fluid 8 to the drive source 2 becomes a predetermined temperature, for example, 65 ° C. according to this heat exchange. The rotational speed of the circulation pump 20A is controlled to adjust the flow rate, and heat is stored in the hot water storage tank 22A.
[0075]
In addition, when there is a heating request, the return temperature of the fluid 8 varies depending on the size of the heat radiation load of the heating terminal, but when the return temperature is a predetermined temperature or lower, for example, 65 ° C. or lower, the heat exchanger 16A Since heat recovery is unnecessary, the circulation pump 20A is stopped, and when the return temperature of the fluid 8 exceeds a predetermined temperature, for example, 65 ° C., the circulation pump 20A is operated, and the return temperature of the fluid 8 is the predetermined temperature, The hot water flow rate is adjusted to 65 ° C., and heat is stored in the hot water storage tank 22A.
[0076]
However, in the case of a heating request, when the low-temperature water is sufficiently low, for example, in the case of floor heating, a hot water circulation of about 60 ° C. is sufficient for the heating terminal. For such a low temperature requirement, the return temperature of the fluid 8 to the drive source 2 is 65 ° C., and the outgoing temperature from the fluid 8 is 75 ° C. Therefore, the heat exchanger 16B has a heat exchange exceeding 60 ° C. Done. If such hot water 119 is circulated, the floor heating panel becomes overheated, which is not preferable.
[0077]
Therefore, in the case of a heating request at a low temperature (60 ° C.), a circulation pump is used to shift the return temperature of the fluid 8 of the drive source 2 to a return temperature optimum for the low temperature requirement, for example, 60 ° C. and the forward temperature to 70 ° C. The rotation of 20A is controlled to adjust the flow rate of the hot water 14A. That is, when the flow rate of the hot water 14A is increased, the amount of exhaust heat recovery heat increases, and the temperature of the fluid 8 in the circulation path 6 of the drive source 2 decreases.
[0078]
In the heat exchange process described above, if the heat generated by the drive source 2 is, for example, 3000 kcal / h, the number of revolutions of the circulation pump 10A is controlled to adjust the circulation flow rate to, for example, 5 liters / minute. The temperature difference between the entry side and the exit side of the heat exchange unit 4 of the drive source 2 is a constant temperature, for example, 10 ° C.
[0079]
At this time, if the circulation flow rate is adjusted by controlling the number of rotations of the circulation pump 20A, the inlet temperature of the fluid 8 in the heat exchanging unit 4 can be controlled to 65 ° C., for example. It can be raised to 75 ° C., which is higher by ° C. That is, when it is necessary to adjust the outlet temperature of the fluid 8 due to problems such as durability of the drive source 2, temperature control can be easily performed.
[0080]
According to such control, since the temperature of the circulating fluid can be controlled without depending on the capability of the drive source 2, temperature control considering the durability of the drive source 2 is possible, and as a result Further, heat exchange control such as enhancing the durability performance of the drive source 2 can be realized.
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
a The amount of heat absorbed from the heat source can be optimized, and the temperature of the fluid can be adjusted without depending on the amount of exhaust heat from the heat source.
b Temperature control considering the durability performance of the heat source can be performed, and when a drive source such as an engine is used as the heat source, the durability is not impaired.
c By optimizing the amount of heat absorbed from the heat source, when a driving source such as an engine is used as the heat source, the thermal efficiency can be increased, and the economy and durability can be improved.
d Since hierarchical heat storage is used as the heat storage means, efficient heat storage is possible, and heat can be used from the initial operation such as immediate hot water, which is economical.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a heat exchange device and a heat exchange treatment method of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a specific embodiment of the heat exchange apparatus and heat exchange treatment method of the present invention, and is a diagram showing a heat exchange and heat storage system on the heat source side.
3 shows a specific embodiment of the heat exchange apparatus and heat exchange processing method of the present invention, and is a diagram showing a heat storage system and a heat utilization system following FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a specific example of the heat exchange device and the heat exchange treatment method of the present invention and showing a heat utilization system following FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing a heat exchange control operation.
FIG. 6 is a diagram showing a heat storage form of a hot water storage tank.
FIG. 7 is a flowchart showing a subroutine related to hot water supply integrated output counter processing in the main routine.
FIG. 8 is a flowchart showing a subroutine related to engine start-up processing and warm-up operation processing in a main routine.
FIG. 9 is a flowchart showing a subroutine regarding control of an engine input temperature of 65 ° C. in a main routine.
[Explanation of symbols]
2 Drive source (heat source)
6 Circulation path (first flow path)
8 First fluid
10 First pump
10A Circulation pump (first pump)
12 Circulation path (second flow path)
14 Second fluid
14A Hot water (second fluid)
16, 16A heat exchanger (heat exchange means)
18 Control unit (control means)
20 Second pump
20A Circulation pump (second pump)
22 Tank (heat storage means)
22A Hot water storage tank (heat storage means)
24 Storage fluid

Claims

熱源に設置されて第１の流体を循環させ、前記熱源の熱を前記第１の流体に吸収させる第１の流路と、
この第１の流路に設置され、前記第１の流体を圧送して前記第１の流路を循環させる第１のポンプと、
前記第１の流路と別個に設置されて第２の流体を流す第２の流路と、
この第２の流路に設置され、前記第２の流体を圧送して前記第２の流路を循環させる第２のポンプと、
前記第１の流路から前記第１の流体、前記第２の流路から前記第２の流体を流して両者間で熱交換を行い、前記第１の流体の熱で前記第２の流体を加熱する熱交換手段と、
前記第１の流路に設置され、前記熱源の入側から前記第１の流体の温度を検出する第１の温度検出手段と、
前記第１の流路に設置され、前記熱源の出側から前記第１の流体の温度を検出する第２の温度検出手段と、
前記第１の温度検出手段の検出温度、前記第２の温度検出手段の検出温度、これら検出温度から求められる温度差を監視し、前記第１のポンプの回転数によって前記第１の流体の流量を加減することにより、前記熱源を循環する前記第１の流体の前記熱源の入側及び出側の温度差を所定値又は所定値を超える値に制御し、前記第２のポンプの回転数によって前記第２の流路を循環する前記第２の流体の流量を加減することにより、前記第１の流体の温度を所定値又は所定値を超える値に制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする熱交換装置。 Is installed in the heat source to circulate the first fluid, a first flow path for absorbing the heat of the heat source to the first fluid,
This is installed in the first flow path, a first pump for circulating the first flow path to pump the first fluid,
A second channel that is installed separately from the first channel and allows a second fluid to flow;
This is placed in the second flow path, a second pump for circulating the second flow path to pump the second fluid,
The first fluid is flowed from the first flow path and the second fluid is flowed from the second flow path to exchange heat between them, and the second fluid is heated by the heat of the first fluid. Heat exchange means for heating;
A first temperature detecting means installed in the first flow path for detecting the temperature of the first fluid from the entrance side of the heat source;
A second temperature detecting means installed in the first flow path for detecting the temperature of the first fluid from the outlet side of the heat source;
The detected temperature of the first temperature detecting means, the detected temperature of the second temperature detecting means, and the temperature difference obtained from these detected temperatures are monitored, and the flow rate of the first fluid is determined by the rotational speed of the first pump. The temperature difference between the inlet side and the outlet side of the heat source of the first fluid circulating through the heat source is controlled to a predetermined value or a value exceeding a predetermined value, and depending on the rotation speed of the second pump Control means for controlling the temperature of the first fluid to a predetermined value or a value exceeding a predetermined value by adjusting the flow rate of the second fluid circulating in the second flow path ;
A heat exchange device comprising:

前記第２の流路に設けられて前記第２の流体を貯留させ、その貯留流体の下層部流体が前記第２の流体として前記第２の流路に流され、前記熱交換手段で加熱された前記第２の流体が前記貯留流体の上層部側に流し込まれて蓄積する蓄熱手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。 The second fluid is stored in the second flow path, and a lower layer fluid of the stored fluid is flowed to the second flow path as the second fluid and is heated by the heat exchange means. The heat exchange device according to claim 1, further comprising heat storage means for storing the second fluid by flowing into the upper layer side of the stored fluid.

第１の流体を熱源側に循環させ、前記熱源の熱を前記第１の流体に熱交換により吸収させる処理と、
前記第１の流体とともに第２の流体を熱交換手段に流し、前記第１の流体が持つ熱で前記第２の流体を加熱する熱交換を行う処理と、
前記熱源の入側から前記第１の流体の温度を検出する処理と、
前記熱源の出側から前記第１の流体の温度を検出する処理と、
これら各検出温度から求められる温度差を監視する処理と、
前記第１の流体の流量を加減することにより、前記第１の流体の前記熱源の入側及び出側の温度差を所定値又は所定値を超える値に制御する処理と、
前記第２の流体の流量を加減することにより、前記第１の流体の温度を所定値又は所定値を超える値に制御する処理と、
を含むことを特徴とする熱交換処理方法。Circulating the first fluid to the heat source side and causing the heat of the heat source to be absorbed by the first fluid by heat exchange ;
A process of performing a heat exchange in which a second fluid is caused to flow through the heat exchanging means together with the first fluid, and the second fluid is heated by heat of the first fluid;
Detecting the temperature of the first fluid from the entrance side of the heat source;
Detecting the temperature of the first fluid from the outlet side of the heat source;
A process for monitoring a temperature difference obtained from each of these detected temperatures;
By controlling the flow rate of the first fluid to control the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the heat source of the first fluid to a predetermined value or a value exceeding a predetermined value;
A process of controlling the temperature of the first fluid to a predetermined value or a value exceeding a predetermined value by adjusting the flow rate of the second fluid;
The heat exchange processing method characterized by including.