JP4363612B2 - 経路温度測定方法および排熱回収装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱媒が通過する経路の温度を測定する経路温度測定方法およびそれを用いた排熱回収装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、排熱回収装置として、例えば、エンジン発電機等の熱源からの排熱によって加熱された熱媒が供給循環される熱交換器を、蓄熱槽としての貯湯槽内に設置し、前記熱交換器による前記熱媒と貯湯槽内の低温水との熱交換によって、前記低温水を加熱して蓄熱し、貯えられた高温水を、必要に応じて給湯するものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような排熱回収システムにおいて、貯湯槽内に間接加熱用熱交換器を設置し、貯湯槽の温水の温度が高いときには、前記間接加熱用熱交換器に、例えば、暖房用温水や浴槽水を循環させることによって、暖房用温水や浴槽水を間接加熱して暖房を行ったり、風呂の追い焚きを行ったりすることが考えられる。
【0004】
かかる場合には、貯湯槽に貯えられている温水の温度を、貯湯槽に設置したサーミスタ等の温度検知手段によって検知し、間接加熱用熱交換器で熱交換できるか否か、すなわち、加熱できるか否かを判定する必要がある。
【0005】
しかしながら、貯湯槽内の温水の温度検知は、温度検知手段の取り付け位置や貯湯槽内の温度分布などに影響されるために、正確に行うのが困難であり、このため、貯湯槽の温水によって熱交換可能であるか否かの判定を正確に行えない場合がある。
【0006】
本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、貯湯槽の蓄熱によって、熱交換可能であるか否かの判定を精度よく行えるようにすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【0008】
すなわち、請求項1に係る本発明の経路温度測定方法は、蓄熱槽内の熱交換器を通過する熱媒の熱交換経路の温度を測定し、測定した温度に基づいて、前記熱媒を、前記蓄熱槽の蓄熱によって、加熱できるか否かを判定するための温度測定方法であって、前記熱媒を移動させて一定時間以上経過後に、前記熱交換経路の温度を測定するものである。
【0009】
請求項1に係る本発明によれば、熱媒を、一定時間以上移動させた後の熱交換経路における温度を測定するので、蓄熱槽内の熱交換器で実際に熱交換が行われた後の熱媒の温度に基づいて、蓄熱槽内の熱交換器による熱媒の加熱ができるか否かを判定することができ、単に、蓄熱槽の温度を検知して判定するのに比べて精度の高い判定が行える。
【0010】
請求項2に係る本発明の経路温度測定方法は、蓄熱槽内の熱交換器を通過する熱媒の熱交換経路の上流側および下流側の温度をそれぞれ測定し、その温度差と予め定めた基準値とを比較して、前記熱媒を、前記蓄熱槽の蓄熱によって、加熱できるか否かを判定するための温度測定方法であって、前記熱媒を移動させて一定時間以上経過後に、前記熱交換経路の前記熱交換器よりも上流側および該熱交換器よりも下流側の温度をそれぞれ測定するものである。
【0011】
請求項2に係る本発明によれば、熱媒を、一定時間以上移動させた後の熱交換経路における熱交換器の上流側および下流側の温度を測定するので、蓄熱槽内の熱交換器で実際に熱交換が行われる前後の熱媒の温度差に基づいて、蓄熱槽内の熱交換器による熱媒の加熱ができるか否かを判定することができ、単に、蓄熱槽の温度を検知して判定するのに比べて精度の高い判定が行える。
【0012】
請求項3に係る本発明は、請求項1または2の発明において、前記熱交換経路は、前記熱交換器を前記熱媒が循環する循環経路である。
【0013】
請求項3に係る本発明によれば、蓄熱槽内の熱交換器を循環させる循環加熱経路において、前記熱交換器で熱媒を加熱できるか否かの判定を高い精度で行える。
【0014】
請求項4に係る本発明の排熱回収回路は、熱源の排熱を回収して蓄熱槽に蓄熱する排熱回収装置において、前記蓄熱槽内に設置された熱交換器と、該熱交換器で前記蓄熱槽内の蓄熱水との間で熱交換する熱媒が、循環する循環経路と、前記熱媒を前記熱交換器で加熱できるか否かを判定する判定手段と、前記循環経路の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記判定手段は、前記熱媒を循環させて一定時間以上経過した後に前記温度検知手段で検知される温度に基づいて、加熱できるか否かを判定するものである。
【0015】
請求項4に係る本発明によれば、熱源の排熱を回収して蓄熱槽に蓄熱する排熱回収装置において、熱媒を、一定時間以上循環させた後の熱交換経路の温度を温度検知手段で測定検知するので、判定手段では、蓄熱槽内の熱交換器で実際に熱交換が行われた後の熱媒の温度に基づいて、蓄熱槽内の熱交換器による熱媒の加熱ができるか否かを判定することができ、単に、蓄熱槽の温度を検知して判定するのに比べて精度の高い判定が行える。
【0016】
請求項5に係る本発明の排熱回収装置は、熱源の排熱を回収して蓄熱槽に蓄熱する排熱回収装置において、前記蓄熱槽内に設置された熱交換器と、該熱交換器で前記蓄熱槽内の蓄熱水との間で熱交換する熱媒が、循環する循環経路と、前記熱媒を前記熱交換器で加熱できるか否かを判定する判定手段と、前記循環経路の前記熱交換器よりも上流側および下流側の温度をそれぞれ検知する温度検知手段とを備え、前記判定手段は、前記熱媒を循環させて一定時間以上経過した後に前記温度検知手段で検知される前記上流側と前記下流側との温度差および予め定められた基準値に基づいて、加熱できるか否かを判定するものである。
【0017】
請求項5に係る本発明によれば、熱源の排熱を回収して蓄熱槽に蓄熱する排熱回収装置において、熱媒を、一定時間以上循環させた後の熱交換経路における熱交換器の上流側および下流側の温度を温度検知手段で測定検知するので、判定手段では、蓄熱槽内の熱交換器で実際に熱交換が行われる前後の熱媒の温度差に基づいて、蓄熱槽内の熱交換器による熱媒の加熱ができるか否かを判定することができ、単に、蓄熱槽の温度を検知して判定するのに比べて精度の高い判定が行える。
【0018】
請求項6に係る本発明は、請求項4または5の発明において、前記循環経路には、前記熱交換器をバイパスするバイパス経路が設けられるとともに、前記熱媒の経路を、前記熱交換器側または前記バイパス経路側に切り換える切り換え手段が設けられ、前記判定手段の判定結果に基づいて、前記切り換え手段を制御して前記熱媒を、前記熱交換器で熱交換させるか否かを制御する制御手段を備えている。
【0019】
請求項6に係る本発明によれば、判定手段によって、蓄熱槽内の熱交換器による熱媒の加熱ができないと判定されたときには、熱媒の経路を、バイパス経路側に切り換えることにより、熱交換器を通過させて該熱交換器で放熱するのを防止できる。
【0020】
請求項7に係る本発明は、請求項4〜6のいずれかの発明において、前記熱源が、発電機能を有する内燃機関、又は燃料電池である。
【0021】
請求項7に係る本発明によれば、ガスエンジンなどの内燃機関や燃料電池の排熱を回収して蓄熱槽に蓄熱できるとともに、内燃機関や燃料電池よる発電電力を、当該排熱回収装置が設置される家庭内負荷などに供給することができ、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【0023】
(実施の形態1)
図1は、本発明の経路温度測定方法が適用される排熱回収装置を備える給湯暖房システムの概略構成図である。
【0024】
同図において、1は熱源としての発電機能を有する内燃機関としてのガスエンジンであり、このガスエンジン1よって発電された電気は、当該給湯暖房システムが設置されている一般家庭の家庭内負荷に供給される。
【0025】
2はガスエンジン1からの排熱、例えば、ガスエンジンンの水冷およびガスエンジンの排ガスによって加熱された不凍液が循環する排熱回収回路2であり、蓄熱槽である貯湯槽3の内部に設置された第1熱交換器4と、循環ポンプ5とを備えている。
【0026】
貯湯槽3の下部の給水口には、給水配管7が接続される一方、上部の出湯口には出湯配管8が接続されており、混合弁9によって、給水配管からの給水に、貯湯槽3からの出湯が混合されて給湯熱交換器10を介して給湯されるように構成されている。
【0027】
19は、マイクロコンピュータなどからなるコントローラであり、後述のサーミスタ26,27などの各種センサの出力およびリモコン18からの設定操作に応じて、ガスエンジン1の駆動停止の制御を行うとともに、補助熱源器6およびその他各部の制御を行うものである。
【0028】
このシステムでは、ガスエンジン1を駆動するとともに、排熱回収回路2の循環ポンプ5を駆動してガスエンジン1からの熱媒を、矢符で示されるように第1熱交換器4を介して循環させることにより、ガスエンジン1から回収した排熱を、第1熱交換器4で放熱させて貯湯槽3内の低温の水を加熱して蓄熱するものであり、貯湯槽3に貯えられた蓄熱水としての温水が、必要に応じて、出湯配管8を介して補助熱源器6に供給されて給湯される一方、給水配管7から貯湯槽3に給水される。
【0029】
この実施の形態では、貯湯槽3内には、該貯湯槽3内の高温水との熱交換によって、熱媒としての暖房用温水を加熱するための第2熱交換器24が配置されており、この第2熱交換器24は、暖房用温水が循環する熱交換経路としての循環経路13に連通しており、この循環経路13は、補助熱源器6内の暖房用熱交換器20と、暖房ポンプ21と、ファンコンベクターや床暖房などの暖房端末22とを結んでいる。
【0030】
さらに、この実施の形態では、循環経路13に、第2熱交換器24をバイパスするバイパス経路23を設けるとともに、循環経路13の暖房用温水の流路を、第2熱交換器24側またはバイパス経路23側に切換える切換手段を構成する三方弁25を備えている。
【0031】
また、循環経路13には、第2熱交換器24よりも上流側の経路の温度を測定検知する第1サーミスタ26が設置されるとともに、第2熱交換器24よりも下流側の経路の温度を測定検知する第2サーミスタ27が設置されている。
【0032】
暖房運転に際しては、先ず、貯湯槽3内の第2熱交換器24による熱交換が可能であるか否か、すなわち、第2熱交換器24によって暖房用温水の加熱が可能であるか否かの判定を行うのであるが、この判定を精度よく行うために、次のようにしている。
【0033】
すなわち、この実施の形態では、先ず、コントローラ19は、三方弁25を、第2熱交換器24側に接続しており、暖房ポンプ21を駆動して循環経路13内の暖房用温水を、実線矢符で示されるように第2熱交換器24を介して循環させ、一定時間、例えば、暖房用温水が、循環経路13を一、二回循環する時間が経過した後、コントローラ19は、第2熱交換器24の下流側の経路の第2サーミスタ27で測定検知された温度から第2熱交換器24の上流側の経路の第1サーミスタ26で測定検知された温度を差し引いた温度差が、予め定めた基準値、例えば、5℃以上であるか否かの判断を行い、5℃以上であるときには、第2熱交換器24による熱交換が可能であると判定し、第2熱交換器24で暖房用温水を加熱するとともに、必要に応じて暖房用熱交換器20で加熱して暖房端末22に供給循環させて暖房運転を行うものである。
【0034】
第2サーミスタ27で測定検知された温度から第1サーミスタ26で測定検知された温度を差し引いた温度差が、5℃以上でないときには、第2熱交換器24での熱交換はできないと判定し、コントローラ19は、三方弁25を、第2熱交換器24をバイパスするバイパス経路23側に切り換え、破線矢符で示されるように、暖房用温水を暖房用熱交換器20で加熱して暖房端末22に供給循環させて暖房運転を行うものである。
【0035】
このように、貯湯槽3内の第2熱交換器24による熱交換が可能であるか否かの判定を、循環経路13内の暖房用温水を、実際に循環させ、一定時間以上経過後の第2熱交換器24の上流側および下流側の経路の温度を測定し、その温度差と基準値とを比較して行うので、実際に第2熱交換器24で暖房用温水が加熱されたか否かに基づいて判定することになり、単に貯湯槽3の温度を検知して判定する場合に比べて、精度の高い判定が行えることになる。
【0036】
上述の一定時間は、暖房用温水が、循環経路13を一、二回循環する時間に限らず、任意に設定することができるが、少なくとも第2熱交換器24の上流側の暖房用温水が、第2熱交換器24で熱交換されて下流側に至る時間である。
【0037】
また、第1,第2サーミスタ26,27の設置位置もこの実施の形態に限らず、第2熱交換器24の上流側および下流側であればよい。
【0038】
なお、温度差と比較するための上述の基準値は、例えば、高温暖房であるか低温暖房であるかといった運転モードなどに応じて予め設定されている。
【0039】
(実施の形態2)
図2は、本発明の他の実施の形態に係る排熱回収装置を備える給湯暖房システムの概略構成図であり、上述の実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【0040】
この実施の形態では、排熱回収回路2のガスエンジン1よりも下流側であって、第1熱交換器4よりも上流側に、第3熱交換器12を設けている。
【0041】
この第3熱交換器12は、上述の実施の形態の暖房用温水の循環経路13を、分岐した分岐経路28に連通しており、暖房用温水の流路を、この分岐経路28にするか否かを切り換える三方弁29が設けられている。
【0042】
この実施の形態では、ガスエンジン1および循環ポンプ5が駆動されている場合には、コントローラ191は、三方弁29を、分岐経路28側に切り換え、このときには、補助熱源器61内の暖房ポンプ21を駆動して暖房用温水を太線矢符で示されるように循環させ、ガスエンジン1の排熱によって加熱された不凍液によって、第3熱交換器12で暖房用温水を加熱して暖房端末22に供給循環させて暖房運転を行うものである。
【0043】
ガスエンジン1および循環ポンプ5が停止している場合には、上述の実施の形態と同様に、貯湯槽3内の第2熱交換器24で熱交換可能であるか否かを判定する。すなわち、コントローラ191は、三方弁29,25を、第2熱交換器24側にし、暖房ポンプ21を駆動して循環経路13内の暖房用温水を、実線矢符で示されるように第2熱交換器24を介して循環させ、一定時間が経過した後、コントローラ191は、第2熱交換器24の下流側の第2サーミスタ27で測定検知された温度から第2熱交換器24の上流側の第1サーミスタ26で測定検知された温度を差し引いた温度差が、基準値である5℃以上あるか否かの判断を行い、5℃以上あるときには、第2熱交換器24による熱交換が可能であると判定し、第2熱交換器24で暖房用温水を加熱するとともに、必要に応じて暖房用熱交換器20で加熱して暖房端末22に供給循環させて暖房運転を行うものである。
【0044】
第2サーミスタ27で測定検知された温度から第1サーミスタ26で測定検知された温度を差し引いた温度差が、5℃以上でないときには、第2熱交換器24での熱交換はできないと判定し、コントローラ191は、三方弁25を、第2熱交換器24をバイパスするバイパス経路23側に切り換え、破線矢符で示されるように、暖房用温水を暖房用熱交換器20で加熱して暖房端末22に供給循環させて暖房運転を行うものである。
【0045】
この実施の形態では、ガスエンジン1が駆動されているときには、第3熱交換器12によって、暖房用温水を効率的に加熱することができる。
【0046】
また、上述の実施の形態と同様に、第2熱交換器24による熱交換の可否の判定を精度高く行える。
【0047】
(その他の実施の形態)
上述の各実施の形態では、第2熱交換器24の上流側および下流側の経路の温度差と基準値とを比較して熱交換の可否を判定したけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、第2熱交換器24の下流側の温度を測定し、その測定温度と予め定めた基準温度とを比較し、基準温度以上であるときには、第2熱交換器24による熱交換が可能であると判定するようにしてもよい。
【0048】
上述の各実施の形態では、ガスエンジンの排熱を回収したけれども、本発明の他の実施の形態として、燃料電池のような他の発電機の排熱を回収するようにしてもよい。
【0049】
上述の各実施の形態では、ガスエンジンに適用して説明したけれども、本発明は、ガスエンジンに限るものではなく、ガソリンエンジンなどの液体燃料を用いた内燃機関にも勿論適用可能である。
【0050】
上述の各実施の形態では、暖房用温水を、貯湯槽3内の第2熱交換器24で循環加熱する暖房システムに適用して説明したけれども、本発明は、暖房システムに限らず、例えば、浴槽水を循環加熱して追い焚きを行う風呂システム、あるいは、両者を併有するシステムにも同様に適用できるものである。
【0051】
上述の各実施の形態では、コントローラ19,191は、補助熱源器6,61の制御を行うとともに、該補助熱源器6,61外の排熱回収回路2や三方弁25,29などの排熱回収のための制御を併せて行ったけれども、本発明の他の実施の形態として、補助熱源器6,61用のコントローラと、排熱回収用のコントローラとに分けて両者間で通信を行うように構成してもよい。
【0052】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、蓄熱槽の熱交換器によって熱媒を加熱できるか否かの判定を、前記熱媒を、一定時間以上循環移動させた後の熱交換経路の温度を測定して行うので、蓄熱槽内の熱交換器で実際に熱交換が行われた後の熱媒の温度に基づいて、判定することができ、単に、蓄熱槽の温度を検知して判定するのに比べて精度の高い判定が行える。
【0053】
特に、熱媒を、一定時間以上循環移動させた後の熱交換経路における熱交換器の上流側および下流側の温度を測定するので、蓄熱槽内の熱交換器で実際に熱交換が行われる前後の熱媒の温度差に基づいて、蓄熱槽内の熱交換器による熱媒の加熱の可否を判定することができ、一層精度の高い判定が行える。
【0054】
さらに、ガスエンジンなどの内燃機関、又は燃料電池の排熱を回収して蓄熱槽に蓄熱することができるとともに、内燃機関、又は燃料電池の発電電力を、例えば、家庭内負荷に供給することができ、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一つの実施の形態に係る排熱回収装置を備える給湯暖房システムの概略構成図である。
【図2】図2は、本発明の他の実施の形態に係る排熱回収装置を備える給湯暖房システムの概略構成図である。
【符号の説明】
1 ガスエンジン
2 排熱回収回路
3 貯湯槽
4 第1熱交換器
5 循環ポンプ
6,61 補助熱源器
12 第3熱交換器
22 暖房端末
19,191コントローラ
23 バイパス経路
24 第2熱交換器
25,29 三方弁
26,27 第1,第2サーミスタ
Claims (7)
- 蓄熱槽内の熱交換器を通過する熱媒の熱交換経路の温度を測定し、測定した温度に基づいて、前記熱媒を、前記蓄熱槽の蓄熱によって、加熱できるか否かを判定するための温度測定方法であって、
前記熱媒を移動させて一定時間以上経過後に、前記熱交換経路の温度を測定することを特徴とする経路温度測定方法。 - 蓄熱槽内の熱交換器を通過する熱媒の熱交換経路の上流側および下流側の温度をそれぞれ測定し、その温度差と予め定めた基準値とを比較して、前記熱媒を、前記蓄熱槽の蓄熱によって、加熱できるか否かを判定するための温度測定方法であって、
前記熱媒を移動させて一定時間以上経過後に、前記熱交換経路の前記熱交換器よりも上流側および該熱交換器よりも下流側の温度をそれぞれ測定することを特徴とする経路温度測定方法。 - 請求項1または2記載の経路温度測定方法であって、
前記熱交換経路は、前記熱交換器を前記熱媒が循環する循環経路であることを特徴とする経路温度測定方法。 - 熱源の排熱を回収して蓄熱槽に蓄熱する排熱回収装置において、
前記蓄熱槽内に設置された熱交換器と、
該熱交換器で前記蓄熱槽内の蓄熱水との間で熱交換する熱媒が、循環する循環経路と、
前記熱媒を前記熱交換器で加熱できるか否かを判定する判定手段と、
前記循環経路の温度を検知する温度検知手段とを備え、
前記判定手段は、前記熱媒を循環させて一定時間以上経過した後に前記温度検知手段で検知される温度に基づいて、加熱できるか否かを判定することを特徴とする排熱回収装置。 - 熱源の排熱を回収して蓄熱槽に蓄熱する排熱回収装置において、
前記蓄熱槽内に設置された熱交換器と、
該熱交換器で前記蓄熱槽内の蓄熱水との間で熱交換する熱媒が、循環する循環経路と、
前記熱媒を前記熱交換器で加熱できるか否かを判定する判定手段と、
前記循環経路の前記熱交換器よりも上流側および下流側の温度をそれぞれ検知する温度検知手段とを備え、
前記判定手段は、前記熱媒を循環させて一定時間以上経過した後に前記温度検知手段で検知される前記上流側と前記下流側との温度差および予め定められた基準値に基づいて、加熱できるか否かを判定することを特徴とする排熱回収装置。 - 請求項4または5記載の排熱回収装置において、
前記循環経路には、前記熱交換器をバイパスするバイパス経路が設けられるとともに、前記熱媒の経路を、前記熱交換器側または前記バイパス経路側に切り換える切り換え手段が設けられ、
前記判定手段の判定結果に基づいて、前記切り換え手段を制御して前記熱媒を、前記熱交換器で熱交換させるか否かを制御する制御手段を備えることを特徴とする排熱回収装置。 - 請求項4〜6のいずれかに記載の排熱回収装置において、
前記熱源が、発電機能を有する内燃機関、又は燃料電池であることを特徴とする排熱回収装置。
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