排熱回収方法、排熱回収装置及びコジェネレーションシステム
【課題】排気を生ずるエンジン等の熱源から排熱を効率よく回収する。
【解決手段】熱源（エンジン２４）に第１の熱媒体（１８）を第１の循環路（エンジン冷却回路１４）に循環させて熱源を第１の熱媒体で冷却し、第１の熱媒体に熱源の排熱を吸収させる。第２の循環路（排熱回収回路１６）には第２の熱媒体（２０）を循環させ、この第２の熱媒体に排気熱を熱交換するとともに、第２の循環路に循環する第２の熱媒体に第１の熱媒体の熱を熱交換する。これら第１及び／又は第２の熱交換により加熱された第２の熱媒体の熱を蓄熱手段（蓄熱タンク６４）に蓄熱させる。
【解決手段】熱源（エンジン２４）に第１の熱媒体（１８）を第１の循環路（エンジン冷却回路１４）に循環させて熱源を第１の熱媒体で冷却し、第１の熱媒体に熱源の排熱を吸収させる。第２の循環路（排熱回収回路１６）には第２の熱媒体（２０）を循環させ、この第２の熱媒体に排気熱を熱交換するとともに、第２の循環路に循環する第２の熱媒体に第１の熱媒体の熱を熱交換する。これら第１及び／又は第２の熱交換により加熱された第２の熱媒体の熱を蓄熱手段（蓄熱タンク６４）に蓄熱させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱を回収する熱回収技術に関し、例えば、エンジン等、排気を生じる熱源及び前記排気から排熱を回収して温水等の熱媒に蓄熱させる排熱回収方法、排熱回収装置及びコジェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料ガスを燃料とするエンジンを動力源とする発電機が知られている。発電機を駆動するエンジンは、燃料の燃焼によって発熱するが、その排熱を回収して利用する排熱回収装置が実用化されている。
【０００３】
このような排熱回収に関し、エンジンの排気が持つ熱及び排気の凝縮熱を回収することが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１２３８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
排気の凝縮熱の回収（特許文献１）は、排気ガスの潜熱の回収である。この排熱回収装置では、ポンプより送出された熱媒がエンジンオイルとの熱交換の後、熱交換器にて排気との熱交換を行った後、エンジンの冷却と同時にさらに熱交換を行い、回収された熱が蓄熱タンクに溜められる。この場合、熱媒の温度は熱交換される排気中の水蒸気が露点以下になるよう低温に設定され、排気中の凝縮熱（潜熱）を熱媒に回収できるように設定している。
【０００６】
ところで、熱交換器に導入される熱媒の温度を低く抑えても、エンジン冷却部への導入温度はエンジン保護のため、ある程度の温度が要求される。そのため、熱交換器で熱媒の温度上昇をさせるには、熱媒流量を抑制する必要がある。熱媒流量を抑えると、エンジンオイルとの熱交換における温度上昇が大きくなるため、期待される温度で熱交換器に熱媒を導入させるのが困難になる。
【０００７】
また、エンジンを用いた発電では、余剰電力が発生した際に、その電力をヒータ等により熱に変換して回収するが、そのヒータが熱媒回路に設置されると、熱媒流量が少ない場合にヒータ発熱によって加熱部で熱媒を沸騰させるという不都合がある。
【０００８】
斯かる課題について、特許文献１にはその開示や示唆はなく、それを解決する構成等についての開示や示唆はない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、排気を生ずるエンジン等の熱源から排熱を効率よく回収することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、上記目的に加え、発熱源で得られる余剰電力によって得た熱の回収を熱媒の沸騰等の不都合を伴うことなく回収することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収方法、排熱回収装置、又はその排熱回収装置を備えるコジェネレーションシステムである。これら排熱回収方法、排熱回収装置又はコジェネレーションシステムでは、熱源に第１の熱媒体を第１の循環路に循環させて熱源を第１の熱媒体で冷却し、第１の熱媒体に熱源の排熱を吸収させる。第２の循環路には第２の熱媒体を循環させ、この第２の熱媒体に排気熱を熱交換するとともに、第２の循環路に循環する第２の熱媒体に第１の熱媒体の熱を熱交換する。これら第１及び／又は第２の熱交換により加熱された第２の熱媒体の熱を蓄熱手段に蓄熱させる。熱源は、エンジンでもよいし、エンジン以外の排気を伴う発熱源であればよい。
【００１２】
そこで、上記目的を達成するため、本発明の排熱回収方法は、排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収方法であって、熱源に第１の熱媒体を循環させて前記熱源を前記第１の熱媒体で冷却する冷却工程と、第２の熱媒体を第２の循環路に循環させる循環工程と、前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記排気の熱を熱交換する第１の熱交換工程と、前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記第１の熱媒体の熱を熱交換する第２の熱交換工程と、前記第１及び／又は第２の熱交換工程により加熱された前記第２の熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本発明の排熱回収装置は、排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収装置であって、熱源に第１の熱媒体を循環させて前記熱源を前記第１の熱媒体で冷却する第１の循環路と、第２の熱媒体を循環させる第２の循環路と、前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記排気の熱を熱交換する第１の熱交換手段と、前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記第１の熱媒体の熱を熱交換する第２の熱交換手段と、前記第１及び／又は第２の熱交換手段で加熱された前記第２の熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明のコジェネレーションシステムは、排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収装置を備えるコジェネレーションシステムであって、熱源に第１の熱媒体を循環させて前記熱源を前記第１の熱媒体で冷却する第１の循環路と、第２の熱媒体を循環させる第２の循環路と、前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記排気の熱を熱交換する第１の熱交換手段と、前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記第１の熱媒体の熱を熱交換する第２の熱交換手段と、前記第１及び／又は第２の熱交換手段で加熱された前記第２の熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
排熱回収方法、排熱回収装置又はコジェネレーションシステムでは、熱源の冷却によって第１の熱媒体に熱交換された熱は、第１の熱媒体から第２の熱媒体に熱交換され、この第２の熱媒体には熱源の排気の持つ熱が熱交換されるので、熱源の排熱と排気の熱との双方が第２の熱媒体に熱交換されて蓄熱される。このような方法では、熱源の冷却と排気とから熱を回収するので、排気では潜熱まで回収でき、排熱回収の効率を高めることができる。
【００１６】
また、本発明の排熱回収装置は、前記熱媒体は液体であって、前記蓄熱手段は前記熱媒体を蓄積するタンクを備え、前記タンクの前記熱媒体の下部側から取り出した第２の熱媒体を前記第１の熱交換手段及び前記第２の熱交換手段で加熱させ、該熱媒体を前記タンクの上部側に戻せばよい。斯かる構成では、低温の熱媒体に熱交換を行い、熱交換後の熱媒体をタンクの上層に戻すので、液体の対流作用による層崩れが防止されるとともに、高温による熱媒体での蓄熱ができ、その蓄熱を効率良く行え、質の良い蓄熱が可能である。
【００１７】
また、本発明の排熱回収装置は、前記第２の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、前記第２の循環路に前記タンクをバイパスするバイパス路と、前記第２の熱媒体を流す流路を前記バイパス路側又は／及び前記タンク側に切り替える流路切替手段とを備え、前記温度検出手段の検出温度が基準温度以上の場合には、前記第２の熱媒体を前記タンクに戻し、前記検出温度が基準温度未満の場合には、前記第２の熱媒体を前記パイパス路側に循環させてもよい。斯かる構成では、基準温度未満の熱媒体は熱交換のために熱交換手段側に循環し、タンク内に戻される熱媒体の温度を基準温度以上に維持することができ、タンク内の既述の層崩れを防止でき、高温による熱媒体での蓄熱ができ、その蓄熱を効率良く行え、質の良い蓄熱が可能である。
【００１８】
また、本発明の排熱回収装置は、前記第１の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、前記第２の循環路に設置されたポンプと、前記温度検出手段の検出温度に応じて前記ポンプを駆動して前記第２の循環路に前記第２の熱媒体を循環させ、前記第２の熱媒体の循環量を前記検出温度が所定温度になる循環量に制御する制御手段とを備えてもよい。この場合、所定温度は熱源側のクーラント量に応じて任意に設定すればよい。
【００１９】
斯かる構成では、熱源側から第１の熱媒体に吸収される熱量を温度検出手段の検出温度で監視することができる。この検出温度を熱源側のクーラント量に応じて任意に設定するものとすれば、前記温度検出手段の検出温度に応じて前記ポンプを駆動して前記第２の循環路に前記熱媒体を循環させ、その循環量を前記検出温度が所定温度になる循環量に制御することができるので、熱源を極端に冷却させることなく、熱源側の効率を見極めて排熱回収を行うことができる。
【００２０】
また、本発明の排熱回収装置は、前記熱源によって駆動される発電機と、前記発電機で発生した電力を熱に変換し、該熱によって前記第１の熱媒体及び／又は前記第２の熱媒体を加熱する加熱手段とを備えてもよい。斯かる構成とすれば、熱源として例えば、エンジンによって駆動される発電機の出力即ち、電力は加熱手段で熱に変換され、前記第１の熱媒体、又は前記第２の熱媒体又は双方の加熱に用いられ、例えば、余剰電力が熱に変換されて蓄熱に供される。この結果、効率のよい蓄熱が可能となる。
【００２１】
また、上記排熱回収装置において、前記熱源にエンジンを用いることができる。また、上記排熱回収装置を用いてコジェネレーションシステムを構成すれば、効率のよい排熱回収を行え、利用効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明した本発明の排熱回収方法又はその装置によれば、次のような効果が得られる。
【００２３】
(1) 排気を生じる熱源及び排気から排熱を効率よく回収でき、回収された熱を熱媒体とともに蓄熱することができる。
【００２４】
(2) 排熱回収のための熱媒体が低温で供給することが可能となり、排気の潜熱まで回収可能であり、効率のよい排熱回収を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの一例を示す図である。
【図２】コジェネレーションシステムの一例を示す図である。
【図３】制御装置の一例を示す図である。
【図４】主制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】エンジンの冷却制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】排熱回収制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】起動時の動作特性を示す図である。
【図８】安定時の動作特性を示す図である。
【図９】余剰電力発生時の動作特性を示す図である。
【図１０】蓄熱タンクの沸き上がり時の動作特性を示す図である。
【図１１】余剰電力の発生を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの一例を示す図である。
【図１３】第３の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔第１の実施の形態〕
【００２７】
この第１の実施の形態について、図１及び図２を参照する。図１は、第１の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの発電ユニットを示す図、図２は、貯湯ユニットを示す図である。図１及び図２に示す構成は一例であって、本発明は斯かる構成に限定されるものではない。
【００２８】
このコジェネレーションシステム２は、排熱回収方法又は排熱回収装置の一例であって、発電ユニット４と、貯湯ユニット６とを備え、発電ユニット４は、発電機能部１０と、排ガス回路１２と、エンジン冷却回路１４と、排熱回収回路１６とを備える。エンジン冷却回路１４は、第１の熱媒体１８を循環させる第１の循環路、排熱回収回路１６は、第２の熱媒体２０を循環させる第２の循環路の一例である。熱媒体１８は熱源の冷却水であり、熱媒体２０は蓄熱媒体である。そこで、このコジェネレーションシステム２では、熱源（エンジン２４）を熱媒体１８で冷却即ち、熱交換し、この熱媒体１８及び排気２２の双方の熱を熱媒体２０に熱交換して回収し、この熱媒体２０の熱を貯湯ユニット６側の蓄熱手段に蓄熱する。
【００２９】
発電機能部１０は、エンジン２４と、発電機２６と、パワーコンディショナ２８と、発電ユニットコントローラ３０とを備えている。エンジン２４は、発電機２６の駆動手段であって、都市ガス、ＬＰＧ、ガソリン、灯油、軽油等の燃料を燃焼させて回転力を生成するが、その燃料の燃焼で発熱し、排気２２を生じる。従って、エンジン２４は発熱源、排熱源であり、エンジン２４が発生する排気２２も熱源である。
【００３０】
発電機２６はエンジン２４を駆動手段とする発電手段であって、エンジン２４の回転力を受けて発電する。この発電出力は、交流であってもよいし、直流であってもよい。
【００３１】
パワーコンディショナ２８は電力変換手段である例えば、インバータで構成され、発電機２６の出力が所定の電圧例えば、商用交流と同等の電圧出力（１００〔Ｖ〕）に変換される。このパワーコンディショナ２８の出力は負荷３２に供給されるとともに、余剰電力として活用される。負荷３２は例えば、家庭向け電力の消費である。余剰電力ＰS は、発電電力ＰO に対し、家庭向け電力としての消費電力ＰL が少ない場合に生じ（ＰO ＞ＰL ，ＰS ＝ＰO −ＰL ）、この余剰電力はエンジン冷却回路１４にある余剰電力ヒータ３４に供給され、熱に変換される。
【００３２】
発電ユニットコントローラ３０はエンジン冷却回路１４等の制御手段であって、パワーコンディショナ２８の出力によって給電され、各種センサからの検出出力を受け、排熱回収のための制御出力を機能部に付与する。この発電ユニットコントローラ３０は貯湯ユニット６側の貯湯ユニットコントローラ６２（図２）に接続され、この実施の形態では、貯湯ユニットコントローラ６２に接続されているリモートコントローラ８により、貯湯ユニットコントローラ６２を通して操作される。リモートコントローラ８は、遠隔制御手段の一例であって、発電ユニットコントローラ３０や貯湯ユニット６の遠隔操作に用いられる。
【００３３】
また、排ガス回路１２はエンジン２４の排気（Ｇｏ）２２を通過させる排気手段であって、第１の熱交換器３６と、サイレンサー３８と、マフラー４０とを備える。熱交換器３６は、排ガスＧｏの熱を蓄熱側の熱媒体２０に熱交換する手段であって、排ガス回路１２と排熱回収回路１６との間に設置されている。サイレンサー３８及びマフラー４０は排ガス系統の消音手段であって、排気に伴う騒音を抑制する。
【００３４】
エンジン冷却回路１４は、エンジン２４を熱媒体１８により冷却するとともに、エンジン２４の熱（排熱）を熱媒体１８に熱交換して回収する手段である。このエンジン冷却回路１４には、リザーブタンク４２と、ポンプ４４と、熱交換部４６と、温度センサ４８、５０と、第２の熱交換器５２と、余剰電力ヒータ３４とを備える。
【００３５】
リザーブタンク４２は、熱媒体１８を蓄積する手段であって、このリザーブタンク４２には、排熱回収回路１６から分岐した補水回路５４が接続されているとともに、補水弁５６及びレベルセンサ５８が設置されている。レベルセンサ５８が補水の必要レベルを検出したとき、補水弁５６が開かれ、熱媒体１８が排熱回収回路１６からリザーブタンク４２に補給される。
【００３６】
ポンプ４４は、エンジン冷却回路１４に熱媒体１８を強制的に循環させる手段であって、これにより熱媒体１８は、熱交換部４６、温度センサ４８、５０、熱交換器５２及び余剰電力ヒータ３４に循環する。
【００３７】
熱交換部４６は、エンジン２４に設置された熱交換手段であって、エンジン２４の排熱を熱媒体１８に熱交換する。温度センサ４８、５０は熱媒体１８の温度検出手段であって、例えば、サーミスタ温度センサで構成される。そこで、温度センサ４８は、エンジン２４の入側の熱媒体１８の温度を検出する。また、温度センサ５０は、熱交換部４６の出側の熱媒体１８の温度を検出し、この実施の形態では余剰電力ヒータ３４の出側に設置され、熱交換部４６及び余剰電力ヒータ３４で加熱された熱媒体１８の温度を検出する。
【００３８】
熱交換器５２は、熱媒体１８の熱を蓄熱側の熱媒体２０に熱交換する手段であって、エンジン冷却回路１４と排熱回収回路１６との間に設置されている。
【００３９】
また、貯湯ユニット６には、図２に示すように、既述の排熱回収回路１６と、給湯側熱交換回路６０と、貯湯ユニットコントローラ６２とを備える。排熱回収回路１６には、蓄熱タンク６４と、ポンプ６６と、温度センサ６８と、三方弁７０と、バイパス路７２とを備える。蓄熱タンク６４は蓄熱手段の一例であって、熱媒体２０を蓄積する。
【００４０】
ポンプ６６は、熱媒体２０を排熱回収回路１６に強制的に循環させる手段であり、温度センサ６８は、蓄熱タンク６４又はバイパス路７２に流れる熱媒体２０の温度を検出する手段であって、例えば、サーミスタ温度センサで構成される。
【００４１】
三方弁７０は、蓄熱タンク６４に併設されたバイパス路７２と蓄熱タンク６４側の排熱回収回路１６との熱媒流路を切り替える手段としての切替弁であって、蓄熱タンク６４に対して熱媒体２０を流し込む場合にポートＡ−Ｃが開かれ、蓄熱タンク６４に対して熱媒体２０をバイパスする際にポートＡ−Ｂが開かれる。
【００４２】
給湯側熱交換回路６０は、熱媒体２０の熱を上水Ｗに熱交換し、温水ＨＷを得て給湯する手段であるとともに、上水Ｗを熱媒体２０として補給する手段である。この給湯側熱交換回路６０には、第３の熱交換器７４と、ポンプ７６と、リザーブタンク７８とを備えている。
【００４３】
熱交換器７４は、熱媒体２０の熱を上水Ｗに熱交換する手段であり、ポンプ７６は、熱媒体２０を熱交換器７４に強制的に循環させる手段である。熱交換器７４で得られた温水ＨＷは家庭内給湯等に供される。
【００４４】
リザーブタンク７８は、熱媒体２０を蓄積するとともに、熱媒体２０を大気に開放する手段であって、このリザーブタンク７８には上水管路７９から分岐された補水管路８０が接続され、補水管路８０を開閉する手段として補水弁８２と、リザーブタンク７８内の熱媒体２０のレベルを検出する手段としてレベルセンサ８４とが設置されている。レベルセンサ８４の検出レベルが基準レベル未満であれば、補水弁８２が開かれ、上水Ｗがリザーブタンク７８に補水される。このリザーブタンク７８は蓄熱タンク６４の底部側に補水管路８６を介して接続され、蓄熱タンク６４の熱媒体２０が補水管路８６及びリザーブタンク７８を通して大気に開放されるとともに、リザーブタンク７８から蓄熱タンク６４の底部側に熱媒体２０が補給される。
【００４５】
また、貯湯ユニットコントローラ６２は、貯湯ユニット６等の制御手段であって、温度センサ６８の検出温度や、リザーブタンク７８にあるレベルセンサ８４の検出出力等を制御情報とし、ポンプ７６の駆動やその停止、補水弁８２の開閉等、機能部の制御を行う。
【００４６】
貯湯ユニットコントローラ６２にはリモートコントローラ８が接続されている。リモートコントローラ８は、貯湯ユニットコントローラ６２の遠隔操作手段であって、既述の制御に必要な操作に用いられる。
【００４７】
次に、このコジェネレーションシステム２について、排熱回収動作及び給湯動作を説明する。
【００４８】
エンジン２４を駆動すると、エンジン２４は発熱する。その熱はエンジン冷却回路１４に循環する熱媒体１８に熱交換され、熱媒体１８に吸収される。エンジン２４に導入される熱媒体１８の温度が低い場合には、エンジン２４の内部で結露を生じるので、排熱回収に適さない。このため、温度センサ４８の検出温度を監視する。エンジン２４が効率よく駆動可能な温度例えば６８〔℃〕〜７３〔℃〕に検出温度が到達した後、排熱回収に移行させることが望ましい。
【００４９】
エンジン冷却回路１４には熱媒体１８（クーラント）を循環させ、熱媒体１８でエンジン２４を冷却して得られる熱量はほぼ一定である。このため、所定流量として例えば、流量３．０〔Ｌ／min 〕が得られるようにポンプ４４を所定回転数に制御する。これが基本運転である。エンジン２４の入口側温度を温度センサ４８で検出し、その検出温度を監視する。熱媒体１８の温度調整は熱媒体１８の流量の増減によって行う。温度センサ５０で熱媒体１８の温度を検出し、その検出温度が異常な高温度である場合にエンジン２４を停止させる。
【００５０】
エンジン２４の排気温度は例えば、３００〜４００〔℃〕の高温である。この排気２２は熱交換器３６に導入され、その熱は熱媒体２０に熱交換された後、サイレンサー３８及びマフラー４０を経て外気に排出される。熱交換器３６で熱交換された熱媒体２０の温度が低い場合例えば、およそ４０〔℃〕以下の場合には、排気２２中の水蒸気が露点温度以下となるので、熱媒体２０に凝縮熱（潜熱）を熱交換して回収することができる。
【００５１】
排熱回収回路１６には、エンジン２４の排気２２の熱を回収する気体−液体間熱交換手段である熱交換器３６と、熱媒体１８の熱を熱媒体２０に熱交換して回収する液体−液体間熱交換手段である熱交換器５２とを備える。
【００５２】
そこで、熱交換器３６で排気２２との熱交換で加熱された熱媒体２０は熱交換器５２に循環し、エンジン冷却回路１４に流れる熱媒体１８と熱交換を行う。このとき、熱媒体１８の検出温度がエンジン冷却に適した温度として例えば６８〔℃〕〜７３〔℃〕になるようにポンプ４４の回転数を制御する。この制御では、温度センサ４８の検出温度が基準温度以上の場合（高い場合）にはポンプ４４の回転数を上げ、また、その検出温度が基準温度未満の場合にはポンプ４４の回転数を下げ、熱媒体１８の循環量を検出温度が基準温度になるように所定循環量に制御する。このため、エンジン２４の極端な冷却を防止し、エンジン２４側の効率を低下させることがない。
【００５３】
熱媒体２０は、蓄熱タンク６４の下層部から熱交換器３６、５２に流れるため、ポンプ６６の回転数にかかわらず、熱交換器３６に低温の熱媒体２０が流れる。熱交換器３６ではエンジン２４の排気２２との熱交換が継続的に行われ、排気２２から凝縮熱の回収が可能である。
【００５４】
熱交換器３６及び熱交換器５２を通過した熱媒体２０は蓄熱タンク６４側にポンプ６６によって導かれる。この熱媒体２０の温度は温度センサ６８によって検出され、その検出温度が基準温度例えば、７５〔℃〕以上であるか否かを判定する。熱媒体２０の検出温度が基準温度以上であれば、三方弁７０のポートＡ−Ｃ側に切り替え、高温の熱媒体２０を蓄熱タンク６４の上層側に戻す。また、検出温度が基準温度未満であれば、三方弁７０のポートＡ−Ｂ側に切り替え、低温の熱媒体２０はバイパス路７２に流して熱交換器３６及び熱交換器５２に循環させ、低温度の熱媒体２０が蓄熱タンク６４の上層側に流れ込むのを防止する。
【００５５】
この結果、蓄熱タンク６４には高温の熱媒体２０が戻され、質の高い蓄熱が行われる。また、低温の熱媒体２０は再度の排熱回収を行う。このような熱媒体２０をバイパス路７２側に流す動作は、発電の開始時等に発生する。
【００５６】
そして、排熱回収が進むと、蓄熱タンク６４には高温の熱媒体２０が占める領域即ち、高温の熱媒体２０の占める割合が増加する。蓄熱タンク６４が高温の熱媒体２０で満たされると、これ以上の排熱回収は不要となる。この場合、エンジン２４を停止させ、発電を終了させる。このとき、ポンプ４４、６６を停止させ、排熱回収を終了する。
【００５７】
また、熱媒体２０の熱は、給湯により消費する。図示しない給湯栓を開くと、給湯要求が発生し、ポンプ７６が駆動される。蓄熱タンク６４にある熱媒体２０はその上層部より給湯側熱交換回路６０に循環し、熱交換器７４へ導入される。熱交換器７４では、上水Ｗが給水されているので、その上水Ｗに熱媒体２０の熱が熱交換されて温水ＨＷが得られ、給湯される。給湯温度は、ポンプ７６の回転数等により、熱交換器７４に導入される熱媒体２０の流量により調整される。上水Ｗと熱交換された熱媒体２０は低温化されているので、蓄熱タンク６４の熱媒体２０の下層部側に戻される。このため、熱媒体２０の上層部側の温度が乱されることがない。
【００５８】
次に、このコジェネレーションシステム２の制御装置について、図３を参照する。図３は、制御装置を示す図である。図３に示す構成は一例であって、本発明は斯かる構成に限定されるものではない。図３において、図１及び図２と同一部分には同一符号を付してある。
【００５９】
このシステム２では、既述の制御動作を実現する制御手段として、発電ユニット４側に発電ユニットコントローラ３０、貯湯ユニット６側に貯湯ユニットコントローラ６２が備えられている。これらコントローラ３０、６２は例えば、マイクロコンピュータ等で構成され、時間を計測する手段としてタイマーを備えている。
【００６０】
発電ユニットコントローラ３０には、温度センサ４８、５０、レベルセンサ５８の検出出力、その他の入力８８が加えられ、ポンプ４４、補水弁５６に対する制御出力、その他の出力９０が取り出される。
【００６１】
レベルセンサ５８は、低（Ｌ）レベルを検出する水位電極５８Ｌ、高（Ｈ）レベルを検出する水位電極５８Ｈを備える。これらＬレベル又はＨレベルの検出出力は、補水弁５６の開閉制御のため、制御情報として用いられる。
【００６２】
その他の入力８８は他のセンサの他、例えば、キーボード等の入力機器から入力される情報であり、この発電ユニットコントローラ３０には、リモートコントローラ８からの電源投入等の入力も加えられる。
【００６３】
そこで、このような検出情報を制御情報にし、発電ユニットコントローラ３０では、ポンプ４４の駆動やその回転制御、又はその停止等を行い、また、補水弁５６の開閉、その他の機能部等の制御が行われる。
【００６４】
また、貯湯ユニットコントローラ６２には、温度センサ６８、レベルセンサ８４の検出出力、その他の入力９２が加えられ、三方弁７０、ポンプ６６、７６、補水弁８２に対する制御出力、その他の出力９４が取り出される。
【００６５】
レベルセンサ８４は、低（Ｌ）レベルを検出する水位電極８４Ｌ、高（Ｈ）レベルを検出する水位電極８４Ｈを備える。これらＬレベル又はＨレベルの検出出力は、補水弁８２の開閉制御のため、制御情報として用いられる。
【００６６】
その他の入力９２は他のセンサの他、例えば、キーボード等の入力機器から入力される情報であり、この貯湯ユニットコントローラ６２には、リモートコントローラ８からの電源投入等の入力も加えられる。
【００６７】
そこで、このような検出情報を制御情報にし、貯湯ユニットコントローラ６２では、ポンプ６６又はポンプ７６の駆動やその回転制御、又はその停止等を行い、また、補水弁８２の開閉、三方弁７０の切替え、その他の機能部等の制御が行われる。
【００６８】
この場合、発電ユニットコントローラ３０と貯湯ユニットコントローラ６２は双方向通信にて接続され、各種センサの制御入力や制御出力の状態等のデータの共有が可能となっている。また、貯湯ユニットコントローラ６２に接続されたリモートコントローラ８により、動作状態の確認や、各種機能操作が可能である。
【００６９】
次に、主制御について、図４を参照する。図４は、主制御の処理手順を示すフローチャートである。図４に示す構成は一例であって、本発明は斯かる構成に限定されるものではない。
【００７０】
この処理手順は、排熱回収方法又はその方法を実現する排熱回収プログラムの一例であって、このシステム２の起動中、常に実施される処理であり、メインルーティンを構成している。ステップＳ０２からステップＳ０８までの各工程は起動中、繰り返し実行される。
【００７１】
そこで、電源投入されると、各コントローラ３０、６２の入出力ユニット（Ｉ／Ｏ）のイニシャライズ、設定の初期化等のシステム初期化が行われる（Ｓ０１）。この初期化の後、発電可能であるか否かを判定する（ステップＳ０２）。この判定では、センサ異常等の異常が発生しているか否か、蓄熱タンク６４が蓄熱可能（蓄熱タンク６４内の熱媒体２０に低温領域が存在しているか否か等の判定が含まれる。発電が可能な場合には、発電を実施する（ステップＳ０３）。手動による発電指示や予測された電力消費に対応するための発電等により発電を行う場合には（ステップＳ０３のＹＥＳ）、エンジン２４の駆動制御を開始し（ステップＳ０４）、発電を開始させる。
【００７２】
発電不能な場合（ステップＳ０２のＮＯ）、発電を実施しない場合には（ステップＳ０３のＮＯ）、エンジンの停止制御を実行し（ステップＳ０５）、エンジン停止とする。
【００７３】
エンジンの駆動制御（ステップＳ０４）を実行する場合には、エンジン冷却制御（ステップＳ０６）を行い、熱媒体１８によりエンジン２４を冷却する処理、排熱回収制御（ステップＳ０７）を実行する。この排熱回収制御では、エンジン２４の駆動により発生した熱を熱媒体１８、２０を媒介として熱交換を行い、排熱を回収する処理、熱媒体２０を蓄熱タンク６４に蓄積する処理、給湯制御（ステップＳ０８）を行う。給湯制御は、給湯要求があるとき蓄熱タンク６４に蓄えられた熱により上水Ｗを加熱し、供給する処理である。
【００７４】
なお、ステップＳ０６、Ｓ０７、Ｓ０８の各処理は基本的に独立しており、処理の順番は、このフローチャートに必ずしも従う必要はなく、また、同時に実行されてもよい。
【００７５】
次に、エンジン冷却制御の処理手順について、図５を参照する。図５は、エンジン冷却制御の処理手順を示すフローチャートである。図５に示す構成は一例であって、本発明は斯かる構成に限定されるものではない。
【００７６】
このエンジン冷却制御（ステップＳ０６：図４）の処理は、排熱回収方法又は排熱回収プログラムの一例であって、エンジン２４の駆動に合わせ、熱媒体１８の循環によりエンジン冷却を行うとともに、熱媒体１８が蒸発等により減少した場合の補水制御を含んでいる。
【００７７】
そこで、このエンジン冷却制御の処理では、エンジン２４が駆動中であるか否かを判定し（ステップＳ１１）、エンジン２４が駆動中であれば（ステップＳ１１のＹＥＳ）、リザーブタンク４２の水位の確認を行う（ステップＳ１２）。リザーブタンク４２の熱媒体１８のレベルがＬレベルに低下していなければ（ステップＳ１２のＹＥＳ）、補水弁５６を閉じ（ステップＳ１３）、補水を停止し、熱媒体１８のレベルがＬレベルに低下していれば（ステップＳ１２のＮＯ）、補水弁５６を開放し（ステップＳ１４）、熱媒体１８の補給を行う。熱媒体１８の補給は排熱回収回路１６に流れる熱媒体２０で行われる。この熱媒体２０の補給は、水位電極５８ＬがＯＦＦ状態にある場合に補給を開始し、水位電極５８Ｈが熱媒体１８を検出するまで行う。これにより、エンジン２４を冷却するに必要な冷却媒体としての熱媒体１８の必要量が維持される。
【００７８】
エンジン２４の駆動中、ポンプ４４は所定回転数Ｎにて維持され（ステップＳ１５）、メインルーチン（ステップＳ０６）に戻る。このポンプ４４の回転数Ｎは、エンジン２４が効率よく駆動可能な温度、例えば６８〔℃〕〜７３〔℃〕の熱媒体１８をエンジン２４の熱交換部４６に供給し、エンジン２４の冷却と余剰電力ヒータ３４による熱媒体１８の加熱を行っても、熱媒体１８が沸騰しない熱媒体流量（循環量）を維持するための回転数Ｎが決定される。その回転数Ｎによって得られる熱媒体流量は一定流量（一定循環量）として例えば、３〔Ｌ／ min〕であればよい。この流量が多ければ、熱媒体１８の温度上昇が抑えられるが、回転数を上げると、その分だけポンプ４４の消費電力が増加するので、熱媒体１８の沸騰を防止する範囲内の流量に抑えればよい。
【００７９】
そして、エンジン２４が駆動していない場合には（ステップＳ１１のＮＯ）、補水弁５６を閉止し（ステップＳ１６）、ポンプ４４の駆動を停止し（ステップＳ１７）、メインルーチン（ステップＳ０６）に戻る。
【００８０】
次に、排熱回収制御（ステップＳ０７：図４）の処理手順について、図６を参照する。図６は、排熱回収制御の処理手順を示すフローチャートである。図６に示す構成は一例であって、本発明は斯かる構成に限定されるものではない。
【００８１】
この排熱回収制御（ステップＳ０７）の処理は、排熱回収方法又は排熱回収プログラムの一例であって、熱媒体２０の循環量を制御するとともに、排熱回収した熱媒体２０の温度を監視し、その熱媒体２０で蓄熱するか、再度の排熱回収を行うかの切替え制御を含んでいる。
【００８２】
そこで、この排熱回収制御の処理では、エンジン２４が駆動しているか否かの判定を行う（ステップＳ２１）。エンジン２４が駆動中であれば（ステップＳ２１のＹＥＳ）、熱交換器５２で熱交換された熱媒体１８の温度を温度センサ４８で検出し、その検出温度に応じてポンプ６６の回転数を加減し、熱媒体２０の流量（循環量）を制御する。
【００８３】
この場合、温度センサ４８の検出温度Ｔ1 が下限基準温度Ｔ1Lとして例えば、６８〔℃〕未満であれば（ステップＳ２２のＹＥＳ）、ポンプ６６の回転数Ｎを現状回転数より低下させ、即ち、回転数の低減を行う（ステップＳ２３）。この場合、回転数Ｎのダウン量（低減量）は所定回転数として例えば、１００〔ｒｐｍ〕ずつ段階的にダウンさせてもよいし、現在の回転数Ｎに対して所定の割合で連続的に低減させてもよい。ポンプ６６に指示される回転数には、最低限の流量（熱交換器５２で部分沸騰が発生しない流量）を維持するための回転数として最低回転数Ｎmin を設定する。このような最低回転数Ｎmin 以上に回転数を維持すれば、熱媒体１８の沸騰を防止し、信頼性のある動作を維持することができる。
【００８４】
温度センサ４８の検出温度Ｔ1 が上限基準温度Ｔ1Hとして例えば、７３〔℃〕以上であれば（ステップＳ２４のＹＥＳ）、ポンプ６６の回転数Ｎを現状回転数より上昇させる（ステップＳ２５）。回転数Ｎのアップ量（増加量）はダウン量と同様に、所定回転数として例えば、１００〔ｒｐｍ〕ずつ段階的にアップさせてもよいし、現在の回転数Ｎに対して所定の割合で連続的に上昇させてもよい。この場合、ポンプ能力により上限値を予め決め、その値は越えないようにすればよい。そして、ポンプ６６は指示された回転数で駆動され（ステップＳ２６）、熱媒体２０が循環する。
【００８５】
エンジン２４が駆動状態でなければ（ステップＳ２１のＮＯ）、温度センサ６８の検出温度Ｔ3 が基準温度である切替温度ＴSW以上として例えば、７５〔℃〕以上であれば（ステップＳ２７のＮＯ）、熱媒体２０の余熱が残っている状態であるため、ステップＳ２２に戻り、排熱回収状態を継続する。
【００８６】
この場合、温度センサ６８の検出温度Ｔ3 が、切替温度ＴSW未満として例えば、７５〔℃〕未満であれば（ステップＳ２７のＹＥＳ）、ポンプ６６を停止し（ステップＳ２８）、排熱回収を停止する。この場合、次の排熱回収の開始に備え、ポンプ６６の指示回転数に最低限の流量を確保するための下限値としての回転数を発電ユニットコントローラ３０の記憶手段に記憶し（ステップＳ２９）、その回転数を次回の排熱回収時の回転数に設定する。
【００８７】
そして、このような排熱回収処理を経て加熱された熱媒体２０の温度を検出し、温度センサ６８の検出温度Ｔ3 が切替温度ＴSW未満であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。温度センサ６８の検出温度Ｔ3 が切替温度ＴSW未満として例えば、７５〔℃〕未満であれば（ステップＳ３０のＹＥＳ）、三方弁７０をポートＡ−Ｂ側に切り替え（パイパス路７２側に流路を設定）、熱媒体２０をバイパス路７２から熱交換器３６、５２に循環させ、再度の排熱回収を行うため、メインルーチン（ステップＳ０７）に戻る。
【００８８】
また、温度センサ６８の検出温度Ｔ3 が切替温度ＴSW以上として例えば、７５〔℃〕以上であれば（ステップＳ３０のＮＯ）、三方弁７０をポートＡ−Ｃ側に切り替え（蓄熱タンク６４側に流路を設定）、熱媒体２０をタンク上部より蓄熱タンク６４に導入し、蓄熱を行い、メインルーチン（ステップＳ０７）に戻り、排熱回収を継続する。
【００８９】
この実施の形態では、温度センサ４８の検出温度Ｔ1 に対して下限基準温度Ｔ1Lと上限基準温度Ｔ1Hとを設定してポンプ６６の回転制御を行うので、ポンプ６６の回転が頻繁に変化する所謂チャタリングを防止でき、制御の安定化を図ることができる。
【００９０】
次に、発電ユニットの動作について、図７、図８、図９及び図１０を参照する。図７は、発電ユニットの起動時の動作を示す図、図８は、発電ユニットの運転時（安定時）の動作を示す図、図９は、余剰電力ヒータ動作を示す図、図１０は、蓄熱タンク沸き上がり時の動作を示す図である。図７、図８、図９及び図１０に示す動作は一例であって、斯かる動作及び特性に本発明が限定されるものではない。
【００９１】
図７、図８、図９及び図１０において、（Ａ）は三方弁７０の切替動作及び熱媒体２０の循環経路、（Ｂ）は温度センサ４８、５０、６８の検出温度Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 及び熱交換器３６の入口温度Ｔ4 の推移、（Ｃ）はポンプ６６の回転数Ｎ1 、ポンプ４４の回転数Ｎ2 の推移、（Ｄ）は余剰電力ヒータ３４向けの余剰電力出力の推移を示している。また、各図において、ｔ1 はエンジン始動時点、ｔ2 は三方弁７０の切替時点、ｔ3 、ｔ5 、ｔ6 、ｔ8 、ｔ9 、ｔ10は温度センサ４８の検出温度Ｔ1 が上限基準温度Ｔ1Hに到達した時点、ｔ4 、ｔ7 はその検出温度Ｔ1 が下限基準温度Ｔ1Lに到達した時点であり、ポンプ６６の回転数の切替時点である。ｔ11はエンジン２４の停止時点、ｔ12は三方弁７０の切替時点である。
【００９２】
エンジン始動時（ｔ1 ）から所定時間では三方弁７０はバイパス路７２側に流路を形成しており、温度センサ６８の検出温度Ｔ3 が切替温度ＴSWに到達した時点（ｔ2 ）で三方弁７０が蓄熱タンク６４側に切り替えられる。これにより、バイパス路７２が閉じられ、高温の熱媒体２０が蓄熱タンク６４に蓄積される。
【００９３】
時点ｔ1 からｔ2 に至る過渡期では、エンジン２４の回転に伴って各検出温度Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 及び熱交換器３６の入口温度Ｔ4 が上昇する。
【００９４】
時点ｔ2 の直後、熱交換器３６の入口温度Ｔ4 が急激に降下し、安定状態に移行しているのは、熱媒体２０がバイパス路７２を循環し、その温度が上昇していたのに対し、蓄熱タンク６４から低温の熱媒体２０が排熱回収回路１６に導入されることに起因する。この時点から過渡期の温度上昇を経て熱回収モードに移行している。
【００９５】
このような過渡期を経た後、運転状態は安定状態に移行し、図８に示すように、安定状態では各検出温度Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 及び入口温度Ｔ4 に大きな変動はない。また、三方弁７０は蓄熱タンク６４側に切り替えられ、熱媒体２０の蓄積が連続的かつ安定した状態で継続している。これに対し、ポンプ６６の回転数Ｎ1 は、温度センサ４８の検出温度Ｔ1 の推移に応じて僅かに変動している。この変動は、エンジン２４に対する安定した熱回収を行うための制御を示している。
【００９６】
発電機２６の発電出力は家庭内需要に応じて使用されるが、余剰電力が発生すると、その余剰電力によって余剰電力ヒータ３４が駆動され、熱媒体１８が余剰電力ヒータ３４の発熱によって加熱される。図９の（Ｄ）は、その余剰電力ヒータ３４向けの電力出力状態を示している。
【００９７】
また、蓄熱タンク６４の全ての熱媒体２０が上限温度に到達すると、この時点が蓄熱タンク６４の熱媒体２０の沸き上がりとなる。これ以上の排熱回収は無駄であるから、エンジン２４を停止することは既述の通りである。この場合、熱交換器３６の入口温度Ｔ4 がエンジン停止温度Ｔoff に到達した時点ｔ11でエンジン停止を行う。このエンジン停止に続き、時点ｔ12で三方弁７０をバイパス路７２側に切り替え、熱媒体２０をバイパス路７２に循環させ、蓄熱タンク６４への供給を停止し、全ての熱回収を完了する。このような終了動作により、検出温度Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 及び入口温度Ｔ4 は下降状態となる。
【００９８】
次に、余剰電力の処理について、図１１を参照する。図１１Ａは、発電出力と電力使用状態の推移を示す図、図１１Ｂは図１１Ａの１１Ｂ部分の拡大図である。図１１に示す発電出力や電力使用状態は一例であって、斯かる状態に本発明が限定されるものではない。
【００９９】
図１１Ａにおいて、Ｐ1 は発電量、Ｐ2 は一定の発電量（１〔ｋＷ〕）ライン、Ｐ3 は電力使用量である。図１１Ｂは、余剰電力Ｐの推移であって、Ｂ0 は電力使用量、Ｂ1 は瞬時電力使用量、Ｂ2 は余剰電力、Ｂ3 は余剰電力変動である。
【０１００】
余剰電力ヒータ３４は余剰電力を受けて発熱し、その熱はエンジン冷却回路１４の熱媒体１８にエンジン２４の通過後に加えられる。エンジン２４の回転により発電機２６で発電を行い、その電力は、パワーコンディショナ２８（インバータ）で周波数や電圧を調整された後（電力変換後）、家庭内に供給される。家庭内の電力使用量に合わせて同量の発電を行うことは難しいが、効率の良い発電量はエンジン２４の規格等で決定される。
【０１０１】
そこで、家庭内の電力使用量がエンジン２４の定格発電量以上（本システム２では、１〔ｋＷ〕）の場合にエンジン２４を駆動し発電を行う。図１１Ａに示すように、６時〜８時と、１６時〜２１時に発電を行っている。エンジン２４が駆動し発電を行っている場合、その全てを家庭内で消費するわけではないので、その発電量が電力使用量を上回る場合が発生する。その差が余剰電力となり、この余剰電力が発電電力と消費電力との差電力である。この余剰電力を熱に変換する手段が余剰電力ヒータ３４である。余剰電力ヒータ３４の最大発熱は例えば、定格発電量（１ｋＷ）の場合であるが、この場合、加熱される熱媒体１８が局部沸騰を起こさないように温度管理する必要がある。そのため、加熱される熱媒体１８の流量（循環量）を多くし、温度上昇の抑制や、熱媒体１８の温度を低くし、余剰電力加熱による温度上昇があっても、沸騰温度に到達しないようにすればよい。この場合、熱媒体１８の沸点を上昇させることも可能である。
【０１０２】
本システム２では、エンジン冷却回路１４に余剰電力ヒータ３４が設置され、温度センサ４８の検出温度Ｔ1 を制御情報にして温度６８〔℃〕〜７３〔℃〕の範囲に制御された熱媒体１８は、エンジン通過後、温度７５〔℃〕〜８０〔℃〕程度に上昇する。熱媒体１８の流量（循環量）は、既述の通り、３〔Ｌ／min 〕であるので、余剰電力ヒータ３４が最大発熱した際の温度上昇として例えば、約５〔℃〕程の上昇が見込まれるが、仮に５〔℃〕の上昇では、最大温度は８５〔℃〕程度であり、水の沸騰温度以下に抑えられることが理解できよう。
【０１０３】
このように、熱媒体１８の沸騰防止がなされ、余剰電力ヒータ３４により加熱された熱媒体１８は熱交換器５２で熱媒体２０と熱交換が行われる。余剰電力ヒータ３４及びエンジン冷却で加熱された熱媒体１８の温度は、熱媒体２０の循環量により温度上昇が抑えられ、最も効率のよい値に維持される。即ち、温度センサ４８の検出温度Ｔ1 を制御情報として熱媒体２０の流量（循環量）が制御され、熱媒体２０に熱媒体１８から熱交換される熱交換量が加減される。
【０１０４】
以上述べた第１の実施の形態によれば、次のような効果や利点がある。
【０１０５】
(1) 排気を生じる熱源及び排気から排熱を効率よく回収でき、回収された熱を熱媒体とともに蓄熱ができる。
【０１０６】
(2) 排熱回収のための熱媒体が低温で供給することが可能となり、排気の潜熱まで回収可能であり、効率のよい排熱回収ができる。
【０１０７】
(3) エンジン冷却回路１４と排熱回収回路１６とを分離しているので、効率のよい温度でエンジン２４の冷却が可能である。
【０１０８】
(4) エンジン冷却回路１４と排熱回収回路１６とを分離しているので、エンジン冷却に使用するクーラント量（熱媒体１８の量）を制御し又は抑制できる。
【０１０９】
(5) 排熱回収を行った熱媒温度が高い場合のみ蓄熱タンク６４へ戻すため、質の高い蓄熱が可能である。
【０１１０】
(6) 余剰電力を熱に変える余剰電力ヒータ３４はエンジン冷却回路１４に設けられるため、その発熱によるエネルギは一旦エンジン冷却回路１４に蓄えられる。エンジン冷却回路１４の熱媒流量を多くできるので、余剰電力ヒータ３４による加熱によっても、熱媒体１８の沸騰を防止できる。
【０１１１】
〔第２の実施の形態〕
【０１１２】
この第２の実施の形態では、図１２に示すように、給湯側熱交換回路６０に熱交換器９４を設置し、この熱交換器９４で排気２２の熱を給湯側の熱媒体２０に熱交換する構成としてもよい。斯かる構成とすれば、熱媒体２０の温度が低い場合や給湯需要が多い場合に出湯温度を高めることができる。
【０１１３】
〔第３の実施の形態〕
【０１１４】
この第３の実施の形態では、図１３に示すように、給湯側熱交換回路６０に熱交換器９６を設置し、この熱交換器９６で熱媒体１８の熱を給湯側の熱媒体２０に熱交換する構成としてもよい。斯かる構成とすれば、熱媒体２０の温度が低い場合や給湯需要が多い場合に出湯温度を高めることができる。
【０１１５】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、エンジン等の排気を生じる熱源及び排気の熱を回収して蓄熱することができ、熱媒体で蓄熱された熱は給湯等に供され、熱源の効率的な運転状態の維持と、排熱の有効利用を図ることができ、有用である。
【符号の説明】
【０１１７】
２ コジェネレーションシステム
４ 発電ユニット
６ 貯湯ユニット
８ リモートコントローラ
１０ 発電機能部
１２ 排ガス回路
１４ エンジン冷却回路
１６ 排熱回収回路
１８ 第１の熱媒体
２０ 第２の熱媒体
２２ 排気
２４ エンジン
２６ 発電機
２８ パワーコンディショナ
３０ 発電ユニットコントローラ
３４ 余剰電力ヒータ
３６ 第１の熱交換器
３８ サイレンサー
４０ マフラー
４２、７８ リザーブタンク
４４、６６、７６ ポンプ
４８、５０、６８ 温度センサ
５２ 第２の熱交換器
５６、８２ 補水弁
５８、８４ レベルセンサ
６２ 貯湯ユニットコントローラ
６４ 蓄熱タンク
７０ 三方弁
７４ 第３の熱交換器
Ｗ 上水
ＨＷ 温水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱を回収する熱回収技術に関し、例えば、エンジン等、排気を生じる熱源及び前記排気から排熱を回収して温水等の熱媒に蓄熱させる排熱回収方法、排熱回収装置及びコジェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料ガスを燃料とするエンジンを動力源とする発電機が知られている。発電機を駆動するエンジンは、燃料の燃焼によって発熱するが、その排熱を回収して利用する排熱回収装置が実用化されている。
【０００３】
このような排熱回収に関し、エンジンの排気が持つ熱及び排気の凝縮熱を回収することが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１２３８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
排気の凝縮熱の回収（特許文献１）は、排気ガスの潜熱の回収である。この排熱回収装置では、ポンプより送出された熱媒がエンジンオイルとの熱交換の後、熱交換器にて排気との熱交換を行った後、エンジンの冷却と同時にさらに熱交換を行い、回収された熱が蓄熱タンクに溜められる。この場合、熱媒の温度は熱交換される排気中の水蒸気が露点以下になるよう低温に設定され、排気中の凝縮熱（潜熱）を熱媒に回収できるように設定している。
【０００６】
ところで、熱交換器に導入される熱媒の温度を低く抑えても、エンジン冷却部への導入温度はエンジン保護のため、ある程度の温度が要求される。そのため、熱交換器で熱媒の温度上昇をさせるには、熱媒流量を抑制する必要がある。熱媒流量を抑えると、エンジンオイルとの熱交換における温度上昇が大きくなるため、期待される温度で熱交換器に熱媒を導入させるのが困難になる。
【０００７】
また、エンジンを用いた発電では、余剰電力が発生した際に、その電力をヒータ等により熱に変換して回収するが、そのヒータが熱媒回路に設置されると、熱媒流量が少ない場合にヒータ発熱によって加熱部で熱媒を沸騰させるという不都合がある。
【０００８】
斯かる課題について、特許文献１にはその開示や示唆はなく、それを解決する構成等についての開示や示唆はない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、排気を生ずるエンジン等の熱源から排熱を効率よく回収することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、上記目的に加え、発熱源で得られる余剰電力によって得た熱の回収を熱媒の沸騰等の不都合を伴うことなく回収することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収方法、排熱回収装置、又はその排熱回収装置を備えるコジェネレーションシステムである。これら排熱回収方法、排熱回収装置又はコジェネレーションシステムでは、熱源に第１の熱媒体を第１の循環路に循環させて熱源を第１の熱媒体で冷却し、第１の熱媒体に熱源の排熱を吸収させる。第２の循環路には第２の熱媒体を循環させ、この第２の熱媒体に排気熱を熱交換するとともに、第２の循環路に循環する第２の熱媒体に第１の熱媒体の熱を熱交換する。これら第１及び／又は第２の熱交換により加熱された第２の熱媒体の熱を蓄熱手段に蓄熱させる。熱源は、エンジンでもよいし、エンジン以外の排気を伴う発熱源であればよい。
【００１２】
そこで、上記目的を達成するため、本発明の排熱回収方法は、排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収方法であって、熱源に第１の熱媒体を循環させて前記熱源を前記第１の熱媒体で冷却する冷却工程と、第２の熱媒体を第２の循環路に循環させる循環工程と、前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記排気の熱を熱交換する第１の熱交換工程と、前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記第１の熱媒体の熱を熱交換する第２の熱交換工程と、前記第１及び／又は第２の熱交換工程により加熱された前記第２の熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本発明の排熱回収装置は、排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収装置であって、熱源に第１の熱媒体を循環させて前記熱源を前記第１の熱媒体で冷却する第１の循環路と、第２の熱媒体を循環させる第２の循環路と、前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記排気の熱を熱交換する第１の熱交換手段と、前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記第１の熱媒体の熱を熱交換する第２の熱交換手段と、前記第１及び／又は第２の熱交換手段で加熱された前記第２の熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明のコジェネレーションシステムは、排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収装置を備えるコジェネレーションシステムであって、熱源に第１の熱媒体を循環させて前記熱源を前記第１の熱媒体で冷却する第１の循環路と、第２の熱媒体を循環させる第２の循環路と、前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記排気の熱を熱交換する第１の熱交換手段と、前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記第１の熱媒体の熱を熱交換する第２の熱交換手段と、前記第１及び／又は第２の熱交換手段で加熱された前記第２の熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
排熱回収方法、排熱回収装置又はコジェネレーションシステムでは、熱源の冷却によって第１の熱媒体に熱交換された熱は、第１の熱媒体から第２の熱媒体に熱交換され、この第２の熱媒体には熱源の排気の持つ熱が熱交換されるので、熱源の排熱と排気の熱との双方が第２の熱媒体に熱交換されて蓄熱される。このような方法では、熱源の冷却と排気とから熱を回収するので、排気では潜熱まで回収でき、排熱回収の効率を高めることができる。
【００１６】
また、本発明の排熱回収装置は、前記熱媒体は液体であって、前記蓄熱手段は前記熱媒体を蓄積するタンクを備え、前記タンクの前記熱媒体の下部側から取り出した第２の熱媒体を前記第１の熱交換手段及び前記第２の熱交換手段で加熱させ、該熱媒体を前記タンクの上部側に戻せばよい。斯かる構成では、低温の熱媒体に熱交換を行い、熱交換後の熱媒体をタンクの上層に戻すので、液体の対流作用による層崩れが防止されるとともに、高温による熱媒体での蓄熱ができ、その蓄熱を効率良く行え、質の良い蓄熱が可能である。
【００１７】
また、本発明の排熱回収装置は、前記第２の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、前記第２の循環路に前記タンクをバイパスするバイパス路と、前記第２の熱媒体を流す流路を前記バイパス路側又は／及び前記タンク側に切り替える流路切替手段とを備え、前記温度検出手段の検出温度が基準温度以上の場合には、前記第２の熱媒体を前記タンクに戻し、前記検出温度が基準温度未満の場合には、前記第２の熱媒体を前記パイパス路側に循環させてもよい。斯かる構成では、基準温度未満の熱媒体は熱交換のために熱交換手段側に循環し、タンク内に戻される熱媒体の温度を基準温度以上に維持することができ、タンク内の既述の層崩れを防止でき、高温による熱媒体での蓄熱ができ、その蓄熱を効率良く行え、質の良い蓄熱が可能である。
【００１８】
また、本発明の排熱回収装置は、前記第１の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、前記第２の循環路に設置されたポンプと、前記温度検出手段の検出温度に応じて前記ポンプを駆動して前記第２の循環路に前記第２の熱媒体を循環させ、前記第２の熱媒体の循環量を前記検出温度が所定温度になる循環量に制御する制御手段とを備えてもよい。この場合、所定温度は熱源側のクーラント量に応じて任意に設定すればよい。
【００１９】
斯かる構成では、熱源側から第１の熱媒体に吸収される熱量を温度検出手段の検出温度で監視することができる。この検出温度を熱源側のクーラント量に応じて任意に設定するものとすれば、前記温度検出手段の検出温度に応じて前記ポンプを駆動して前記第２の循環路に前記熱媒体を循環させ、その循環量を前記検出温度が所定温度になる循環量に制御することができるので、熱源を極端に冷却させることなく、熱源側の効率を見極めて排熱回収を行うことができる。
【００２０】
また、本発明の排熱回収装置は、前記熱源によって駆動される発電機と、前記発電機で発生した電力を熱に変換し、該熱によって前記第１の熱媒体及び／又は前記第２の熱媒体を加熱する加熱手段とを備えてもよい。斯かる構成とすれば、熱源として例えば、エンジンによって駆動される発電機の出力即ち、電力は加熱手段で熱に変換され、前記第１の熱媒体、又は前記第２の熱媒体又は双方の加熱に用いられ、例えば、余剰電力が熱に変換されて蓄熱に供される。この結果、効率のよい蓄熱が可能となる。
【００２１】
また、上記排熱回収装置において、前記熱源にエンジンを用いることができる。また、上記排熱回収装置を用いてコジェネレーションシステムを構成すれば、効率のよい排熱回収を行え、利用効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明した本発明の排熱回収方法又はその装置によれば、次のような効果が得られる。
【００２３】
(1) 排気を生じる熱源及び排気から排熱を効率よく回収でき、回収された熱を熱媒体とともに蓄熱することができる。
【００２４】
(2) 排熱回収のための熱媒体が低温で供給することが可能となり、排気の潜熱まで回収可能であり、効率のよい排熱回収を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの一例を示す図である。
【図２】コジェネレーションシステムの一例を示す図である。
【図３】制御装置の一例を示す図である。
【図４】主制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】エンジンの冷却制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】排熱回収制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】起動時の動作特性を示す図である。
【図８】安定時の動作特性を示す図である。
【図９】余剰電力発生時の動作特性を示す図である。
【図１０】蓄熱タンクの沸き上がり時の動作特性を示す図である。
【図１１】余剰電力の発生を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの一例を示す図である。
【図１３】第３の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔第１の実施の形態〕
【００２７】
この第１の実施の形態について、図１及び図２を参照する。図１は、第１の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの発電ユニットを示す図、図２は、貯湯ユニットを示す図である。図１及び図２に示す構成は一例であって、本発明は斯かる構成に限定されるものではない。
【００２８】
このコジェネレーションシステム２は、排熱回収方法又は排熱回収装置の一例であって、発電ユニット４と、貯湯ユニット６とを備え、発電ユニット４は、発電機能部１０と、排ガス回路１２と、エンジン冷却回路１４と、排熱回収回路１６とを備える。エンジン冷却回路１４は、第１の熱媒体１８を循環させる第１の循環路、排熱回収回路１６は、第２の熱媒体２０を循環させる第２の循環路の一例である。熱媒体１８は熱源の冷却水であり、熱媒体２０は蓄熱媒体である。そこで、このコジェネレーションシステム２では、熱源（エンジン２４）を熱媒体１８で冷却即ち、熱交換し、この熱媒体１８及び排気２２の双方の熱を熱媒体２０に熱交換して回収し、この熱媒体２０の熱を貯湯ユニット６側の蓄熱手段に蓄熱する。
【００２９】
発電機能部１０は、エンジン２４と、発電機２６と、パワーコンディショナ２８と、発電ユニットコントローラ３０とを備えている。エンジン２４は、発電機２６の駆動手段であって、都市ガス、ＬＰＧ、ガソリン、灯油、軽油等の燃料を燃焼させて回転力を生成するが、その燃料の燃焼で発熱し、排気２２を生じる。従って、エンジン２４は発熱源、排熱源であり、エンジン２４が発生する排気２２も熱源である。
【００３０】
発電機２６はエンジン２４を駆動手段とする発電手段であって、エンジン２４の回転力を受けて発電する。この発電出力は、交流であってもよいし、直流であってもよい。
【００３１】
パワーコンディショナ２８は電力変換手段である例えば、インバータで構成され、発電機２６の出力が所定の電圧例えば、商用交流と同等の電圧出力（１００〔Ｖ〕）に変換される。このパワーコンディショナ２８の出力は負荷３２に供給されるとともに、余剰電力として活用される。負荷３２は例えば、家庭向け電力の消費である。余剰電力ＰS は、発電電力ＰO に対し、家庭向け電力としての消費電力ＰL が少ない場合に生じ（ＰO ＞ＰL ，ＰS ＝ＰO −ＰL ）、この余剰電力はエンジン冷却回路１４にある余剰電力ヒータ３４に供給され、熱に変換される。
【００３２】
発電ユニットコントローラ３０はエンジン冷却回路１４等の制御手段であって、パワーコンディショナ２８の出力によって給電され、各種センサからの検出出力を受け、排熱回収のための制御出力を機能部に付与する。この発電ユニットコントローラ３０は貯湯ユニット６側の貯湯ユニットコントローラ６２（図２）に接続され、この実施の形態では、貯湯ユニットコントローラ６２に接続されているリモートコントローラ８により、貯湯ユニットコントローラ６２を通して操作される。リモートコントローラ８は、遠隔制御手段の一例であって、発電ユニットコントローラ３０や貯湯ユニット６の遠隔操作に用いられる。
【００３３】
また、排ガス回路１２はエンジン２４の排気（Ｇｏ）２２を通過させる排気手段であって、第１の熱交換器３６と、サイレンサー３８と、マフラー４０とを備える。熱交換器３６は、排ガスＧｏの熱を蓄熱側の熱媒体２０に熱交換する手段であって、排ガス回路１２と排熱回収回路１６との間に設置されている。サイレンサー３８及びマフラー４０は排ガス系統の消音手段であって、排気に伴う騒音を抑制する。
【００３４】
エンジン冷却回路１４は、エンジン２４を熱媒体１８により冷却するとともに、エンジン２４の熱（排熱）を熱媒体１８に熱交換して回収する手段である。このエンジン冷却回路１４には、リザーブタンク４２と、ポンプ４４と、熱交換部４６と、温度センサ４８、５０と、第２の熱交換器５２と、余剰電力ヒータ３４とを備える。
【００３５】
リザーブタンク４２は、熱媒体１８を蓄積する手段であって、このリザーブタンク４２には、排熱回収回路１６から分岐した補水回路５４が接続されているとともに、補水弁５６及びレベルセンサ５８が設置されている。レベルセンサ５８が補水の必要レベルを検出したとき、補水弁５６が開かれ、熱媒体１８が排熱回収回路１６からリザーブタンク４２に補給される。
【００３６】
ポンプ４４は、エンジン冷却回路１４に熱媒体１８を強制的に循環させる手段であって、これにより熱媒体１８は、熱交換部４６、温度センサ４８、５０、熱交換器５２及び余剰電力ヒータ３４に循環する。
【００３７】
熱交換部４６は、エンジン２４に設置された熱交換手段であって、エンジン２４の排熱を熱媒体１８に熱交換する。温度センサ４８、５０は熱媒体１８の温度検出手段であって、例えば、サーミスタ温度センサで構成される。そこで、温度センサ４８は、エンジン２４の入側の熱媒体１８の温度を検出する。また、温度センサ５０は、熱交換部４６の出側の熱媒体１８の温度を検出し、この実施の形態では余剰電力ヒータ３４の出側に設置され、熱交換部４６及び余剰電力ヒータ３４で加熱された熱媒体１８の温度を検出する。
【００３８】
熱交換器５２は、熱媒体１８の熱を蓄熱側の熱媒体２０に熱交換する手段であって、エンジン冷却回路１４と排熱回収回路１６との間に設置されている。
【００３９】
また、貯湯ユニット６には、図２に示すように、既述の排熱回収回路１６と、給湯側熱交換回路６０と、貯湯ユニットコントローラ６２とを備える。排熱回収回路１６には、蓄熱タンク６４と、ポンプ６６と、温度センサ６８と、三方弁７０と、バイパス路７２とを備える。蓄熱タンク６４は蓄熱手段の一例であって、熱媒体２０を蓄積する。
【００４０】
ポンプ６６は、熱媒体２０を排熱回収回路１６に強制的に循環させる手段であり、温度センサ６８は、蓄熱タンク６４又はバイパス路７２に流れる熱媒体２０の温度を検出する手段であって、例えば、サーミスタ温度センサで構成される。
【００４１】
三方弁７０は、蓄熱タンク６４に併設されたバイパス路７２と蓄熱タンク６４側の排熱回収回路１６との熱媒流路を切り替える手段としての切替弁であって、蓄熱タンク６４に対して熱媒体２０を流し込む場合にポートＡ−Ｃが開かれ、蓄熱タンク６４に対して熱媒体２０をバイパスする際にポートＡ−Ｂが開かれる。
【００４２】
給湯側熱交換回路６０は、熱媒体２０の熱を上水Ｗに熱交換し、温水ＨＷを得て給湯する手段であるとともに、上水Ｗを熱媒体２０として補給する手段である。この給湯側熱交換回路６０には、第３の熱交換器７４と、ポンプ７６と、リザーブタンク７８とを備えている。
【００４３】
熱交換器７４は、熱媒体２０の熱を上水Ｗに熱交換する手段であり、ポンプ７６は、熱媒体２０を熱交換器７４に強制的に循環させる手段である。熱交換器７４で得られた温水ＨＷは家庭内給湯等に供される。
【００４４】
リザーブタンク７８は、熱媒体２０を蓄積するとともに、熱媒体２０を大気に開放する手段であって、このリザーブタンク７８には上水管路７９から分岐された補水管路８０が接続され、補水管路８０を開閉する手段として補水弁８２と、リザーブタンク７８内の熱媒体２０のレベルを検出する手段としてレベルセンサ８４とが設置されている。レベルセンサ８４の検出レベルが基準レベル未満であれば、補水弁８２が開かれ、上水Ｗがリザーブタンク７８に補水される。このリザーブタンク７８は蓄熱タンク６４の底部側に補水管路８６を介して接続され、蓄熱タンク６４の熱媒体２０が補水管路８６及びリザーブタンク７８を通して大気に開放されるとともに、リザーブタンク７８から蓄熱タンク６４の底部側に熱媒体２０が補給される。
【００４５】
また、貯湯ユニットコントローラ６２は、貯湯ユニット６等の制御手段であって、温度センサ６８の検出温度や、リザーブタンク７８にあるレベルセンサ８４の検出出力等を制御情報とし、ポンプ７６の駆動やその停止、補水弁８２の開閉等、機能部の制御を行う。
【００４６】
貯湯ユニットコントローラ６２にはリモートコントローラ８が接続されている。リモートコントローラ８は、貯湯ユニットコントローラ６２の遠隔操作手段であって、既述の制御に必要な操作に用いられる。
【００４７】
次に、このコジェネレーションシステム２について、排熱回収動作及び給湯動作を説明する。
【００４８】
エンジン２４を駆動すると、エンジン２４は発熱する。その熱はエンジン冷却回路１４に循環する熱媒体１８に熱交換され、熱媒体１８に吸収される。エンジン２４に導入される熱媒体１８の温度が低い場合には、エンジン２４の内部で結露を生じるので、排熱回収に適さない。このため、温度センサ４８の検出温度を監視する。エンジン２４が効率よく駆動可能な温度例えば６８〔℃〕〜７３〔℃〕に検出温度が到達した後、排熱回収に移行させることが望ましい。
【００４９】
エンジン冷却回路１４には熱媒体１８（クーラント）を循環させ、熱媒体１８でエンジン２４を冷却して得られる熱量はほぼ一定である。このため、所定流量として例えば、流量３．０〔Ｌ／min 〕が得られるようにポンプ４４を所定回転数に制御する。これが基本運転である。エンジン２４の入口側温度を温度センサ４８で検出し、その検出温度を監視する。熱媒体１８の温度調整は熱媒体１８の流量の増減によって行う。温度センサ５０で熱媒体１８の温度を検出し、その検出温度が異常な高温度である場合にエンジン２４を停止させる。
【００５０】
エンジン２４の排気温度は例えば、３００〜４００〔℃〕の高温である。この排気２２は熱交換器３６に導入され、その熱は熱媒体２０に熱交換された後、サイレンサー３８及びマフラー４０を経て外気に排出される。熱交換器３６で熱交換された熱媒体２０の温度が低い場合例えば、およそ４０〔℃〕以下の場合には、排気２２中の水蒸気が露点温度以下となるので、熱媒体２０に凝縮熱（潜熱）を熱交換して回収することができる。
【００５１】
排熱回収回路１６には、エンジン２４の排気２２の熱を回収する気体−液体間熱交換手段である熱交換器３６と、熱媒体１８の熱を熱媒体２０に熱交換して回収する液体−液体間熱交換手段である熱交換器５２とを備える。
【００５２】
そこで、熱交換器３６で排気２２との熱交換で加熱された熱媒体２０は熱交換器５２に循環し、エンジン冷却回路１４に流れる熱媒体１８と熱交換を行う。このとき、熱媒体１８の検出温度がエンジン冷却に適した温度として例えば６８〔℃〕〜７３〔℃〕になるようにポンプ４４の回転数を制御する。この制御では、温度センサ４８の検出温度が基準温度以上の場合（高い場合）にはポンプ４４の回転数を上げ、また、その検出温度が基準温度未満の場合にはポンプ４４の回転数を下げ、熱媒体１８の循環量を検出温度が基準温度になるように所定循環量に制御する。このため、エンジン２４の極端な冷却を防止し、エンジン２４側の効率を低下させることがない。
【００５３】
熱媒体２０は、蓄熱タンク６４の下層部から熱交換器３６、５２に流れるため、ポンプ６６の回転数にかかわらず、熱交換器３６に低温の熱媒体２０が流れる。熱交換器３６ではエンジン２４の排気２２との熱交換が継続的に行われ、排気２２から凝縮熱の回収が可能である。
【００５４】
熱交換器３６及び熱交換器５２を通過した熱媒体２０は蓄熱タンク６４側にポンプ６６によって導かれる。この熱媒体２０の温度は温度センサ６８によって検出され、その検出温度が基準温度例えば、７５〔℃〕以上であるか否かを判定する。熱媒体２０の検出温度が基準温度以上であれば、三方弁７０のポートＡ−Ｃ側に切り替え、高温の熱媒体２０を蓄熱タンク６４の上層側に戻す。また、検出温度が基準温度未満であれば、三方弁７０のポートＡ−Ｂ側に切り替え、低温の熱媒体２０はバイパス路７２に流して熱交換器３６及び熱交換器５２に循環させ、低温度の熱媒体２０が蓄熱タンク６４の上層側に流れ込むのを防止する。
【００５５】
この結果、蓄熱タンク６４には高温の熱媒体２０が戻され、質の高い蓄熱が行われる。また、低温の熱媒体２０は再度の排熱回収を行う。このような熱媒体２０をバイパス路７２側に流す動作は、発電の開始時等に発生する。
【００５６】
そして、排熱回収が進むと、蓄熱タンク６４には高温の熱媒体２０が占める領域即ち、高温の熱媒体２０の占める割合が増加する。蓄熱タンク６４が高温の熱媒体２０で満たされると、これ以上の排熱回収は不要となる。この場合、エンジン２４を停止させ、発電を終了させる。このとき、ポンプ４４、６６を停止させ、排熱回収を終了する。
【００５７】
また、熱媒体２０の熱は、給湯により消費する。図示しない給湯栓を開くと、給湯要求が発生し、ポンプ７６が駆動される。蓄熱タンク６４にある熱媒体２０はその上層部より給湯側熱交換回路６０に循環し、熱交換器７４へ導入される。熱交換器７４では、上水Ｗが給水されているので、その上水Ｗに熱媒体２０の熱が熱交換されて温水ＨＷが得られ、給湯される。給湯温度は、ポンプ７６の回転数等により、熱交換器７４に導入される熱媒体２０の流量により調整される。上水Ｗと熱交換された熱媒体２０は低温化されているので、蓄熱タンク６４の熱媒体２０の下層部側に戻される。このため、熱媒体２０の上層部側の温度が乱されることがない。
【００５８】
次に、このコジェネレーションシステム２の制御装置について、図３を参照する。図３は、制御装置を示す図である。図３に示す構成は一例であって、本発明は斯かる構成に限定されるものではない。図３において、図１及び図２と同一部分には同一符号を付してある。
【００５９】
このシステム２では、既述の制御動作を実現する制御手段として、発電ユニット４側に発電ユニットコントローラ３０、貯湯ユニット６側に貯湯ユニットコントローラ６２が備えられている。これらコントローラ３０、６２は例えば、マイクロコンピュータ等で構成され、時間を計測する手段としてタイマーを備えている。
【００６０】
発電ユニットコントローラ３０には、温度センサ４８、５０、レベルセンサ５８の検出出力、その他の入力８８が加えられ、ポンプ４４、補水弁５６に対する制御出力、その他の出力９０が取り出される。
【００６１】
レベルセンサ５８は、低（Ｌ）レベルを検出する水位電極５８Ｌ、高（Ｈ）レベルを検出する水位電極５８Ｈを備える。これらＬレベル又はＨレベルの検出出力は、補水弁５６の開閉制御のため、制御情報として用いられる。
【００６２】
その他の入力８８は他のセンサの他、例えば、キーボード等の入力機器から入力される情報であり、この発電ユニットコントローラ３０には、リモートコントローラ８からの電源投入等の入力も加えられる。
【００６３】
そこで、このような検出情報を制御情報にし、発電ユニットコントローラ３０では、ポンプ４４の駆動やその回転制御、又はその停止等を行い、また、補水弁５６の開閉、その他の機能部等の制御が行われる。
【００６４】
また、貯湯ユニットコントローラ６２には、温度センサ６８、レベルセンサ８４の検出出力、その他の入力９２が加えられ、三方弁７０、ポンプ６６、７６、補水弁８２に対する制御出力、その他の出力９４が取り出される。
【００６５】
レベルセンサ８４は、低（Ｌ）レベルを検出する水位電極８４Ｌ、高（Ｈ）レベルを検出する水位電極８４Ｈを備える。これらＬレベル又はＨレベルの検出出力は、補水弁８２の開閉制御のため、制御情報として用いられる。
【００６６】
その他の入力９２は他のセンサの他、例えば、キーボード等の入力機器から入力される情報であり、この貯湯ユニットコントローラ６２には、リモートコントローラ８からの電源投入等の入力も加えられる。
【００６７】
そこで、このような検出情報を制御情報にし、貯湯ユニットコントローラ６２では、ポンプ６６又はポンプ７６の駆動やその回転制御、又はその停止等を行い、また、補水弁８２の開閉、三方弁７０の切替え、その他の機能部等の制御が行われる。
【００６８】
この場合、発電ユニットコントローラ３０と貯湯ユニットコントローラ６２は双方向通信にて接続され、各種センサの制御入力や制御出力の状態等のデータの共有が可能となっている。また、貯湯ユニットコントローラ６２に接続されたリモートコントローラ８により、動作状態の確認や、各種機能操作が可能である。
【００６９】
次に、主制御について、図４を参照する。図４は、主制御の処理手順を示すフローチャートである。図４に示す構成は一例であって、本発明は斯かる構成に限定されるものではない。
【００７０】
この処理手順は、排熱回収方法又はその方法を実現する排熱回収プログラムの一例であって、このシステム２の起動中、常に実施される処理であり、メインルーティンを構成している。ステップＳ０２からステップＳ０８までの各工程は起動中、繰り返し実行される。
【００７１】
そこで、電源投入されると、各コントローラ３０、６２の入出力ユニット（Ｉ／Ｏ）のイニシャライズ、設定の初期化等のシステム初期化が行われる（Ｓ０１）。この初期化の後、発電可能であるか否かを判定する（ステップＳ０２）。この判定では、センサ異常等の異常が発生しているか否か、蓄熱タンク６４が蓄熱可能（蓄熱タンク６４内の熱媒体２０に低温領域が存在しているか否か等の判定が含まれる。発電が可能な場合には、発電を実施する（ステップＳ０３）。手動による発電指示や予測された電力消費に対応するための発電等により発電を行う場合には（ステップＳ０３のＹＥＳ）、エンジン２４の駆動制御を開始し（ステップＳ０４）、発電を開始させる。
【００７２】
発電不能な場合（ステップＳ０２のＮＯ）、発電を実施しない場合には（ステップＳ０３のＮＯ）、エンジンの停止制御を実行し（ステップＳ０５）、エンジン停止とする。
【００７３】
エンジンの駆動制御（ステップＳ０４）を実行する場合には、エンジン冷却制御（ステップＳ０６）を行い、熱媒体１８によりエンジン２４を冷却する処理、排熱回収制御（ステップＳ０７）を実行する。この排熱回収制御では、エンジン２４の駆動により発生した熱を熱媒体１８、２０を媒介として熱交換を行い、排熱を回収する処理、熱媒体２０を蓄熱タンク６４に蓄積する処理、給湯制御（ステップＳ０８）を行う。給湯制御は、給湯要求があるとき蓄熱タンク６４に蓄えられた熱により上水Ｗを加熱し、供給する処理である。
【００７４】
なお、ステップＳ０６、Ｓ０７、Ｓ０８の各処理は基本的に独立しており、処理の順番は、このフローチャートに必ずしも従う必要はなく、また、同時に実行されてもよい。
【００７５】
次に、エンジン冷却制御の処理手順について、図５を参照する。図５は、エンジン冷却制御の処理手順を示すフローチャートである。図５に示す構成は一例であって、本発明は斯かる構成に限定されるものではない。
【００７６】
このエンジン冷却制御（ステップＳ０６：図４）の処理は、排熱回収方法又は排熱回収プログラムの一例であって、エンジン２４の駆動に合わせ、熱媒体１８の循環によりエンジン冷却を行うとともに、熱媒体１８が蒸発等により減少した場合の補水制御を含んでいる。
【００７７】
そこで、このエンジン冷却制御の処理では、エンジン２４が駆動中であるか否かを判定し（ステップＳ１１）、エンジン２４が駆動中であれば（ステップＳ１１のＹＥＳ）、リザーブタンク４２の水位の確認を行う（ステップＳ１２）。リザーブタンク４２の熱媒体１８のレベルがＬレベルに低下していなければ（ステップＳ１２のＹＥＳ）、補水弁５６を閉じ（ステップＳ１３）、補水を停止し、熱媒体１８のレベルがＬレベルに低下していれば（ステップＳ１２のＮＯ）、補水弁５６を開放し（ステップＳ１４）、熱媒体１８の補給を行う。熱媒体１８の補給は排熱回収回路１６に流れる熱媒体２０で行われる。この熱媒体２０の補給は、水位電極５８ＬがＯＦＦ状態にある場合に補給を開始し、水位電極５８Ｈが熱媒体１８を検出するまで行う。これにより、エンジン２４を冷却するに必要な冷却媒体としての熱媒体１８の必要量が維持される。
【００７８】
エンジン２４の駆動中、ポンプ４４は所定回転数Ｎにて維持され（ステップＳ１５）、メインルーチン（ステップＳ０６）に戻る。このポンプ４４の回転数Ｎは、エンジン２４が効率よく駆動可能な温度、例えば６８〔℃〕〜７３〔℃〕の熱媒体１８をエンジン２４の熱交換部４６に供給し、エンジン２４の冷却と余剰電力ヒータ３４による熱媒体１８の加熱を行っても、熱媒体１８が沸騰しない熱媒体流量（循環量）を維持するための回転数Ｎが決定される。その回転数Ｎによって得られる熱媒体流量は一定流量（一定循環量）として例えば、３〔Ｌ／ min〕であればよい。この流量が多ければ、熱媒体１８の温度上昇が抑えられるが、回転数を上げると、その分だけポンプ４４の消費電力が増加するので、熱媒体１８の沸騰を防止する範囲内の流量に抑えればよい。
【００７９】
そして、エンジン２４が駆動していない場合には（ステップＳ１１のＮＯ）、補水弁５６を閉止し（ステップＳ１６）、ポンプ４４の駆動を停止し（ステップＳ１７）、メインルーチン（ステップＳ０６）に戻る。
【００８０】
次に、排熱回収制御（ステップＳ０７：図４）の処理手順について、図６を参照する。図６は、排熱回収制御の処理手順を示すフローチャートである。図６に示す構成は一例であって、本発明は斯かる構成に限定されるものではない。
【００８１】
この排熱回収制御（ステップＳ０７）の処理は、排熱回収方法又は排熱回収プログラムの一例であって、熱媒体２０の循環量を制御するとともに、排熱回収した熱媒体２０の温度を監視し、その熱媒体２０で蓄熱するか、再度の排熱回収を行うかの切替え制御を含んでいる。
【００８２】
そこで、この排熱回収制御の処理では、エンジン２４が駆動しているか否かの判定を行う（ステップＳ２１）。エンジン２４が駆動中であれば（ステップＳ２１のＹＥＳ）、熱交換器５２で熱交換された熱媒体１８の温度を温度センサ４８で検出し、その検出温度に応じてポンプ６６の回転数を加減し、熱媒体２０の流量（循環量）を制御する。
【００８３】
この場合、温度センサ４８の検出温度Ｔ1 が下限基準温度Ｔ1Lとして例えば、６８〔℃〕未満であれば（ステップＳ２２のＹＥＳ）、ポンプ６６の回転数Ｎを現状回転数より低下させ、即ち、回転数の低減を行う（ステップＳ２３）。この場合、回転数Ｎのダウン量（低減量）は所定回転数として例えば、１００〔ｒｐｍ〕ずつ段階的にダウンさせてもよいし、現在の回転数Ｎに対して所定の割合で連続的に低減させてもよい。ポンプ６６に指示される回転数には、最低限の流量（熱交換器５２で部分沸騰が発生しない流量）を維持するための回転数として最低回転数Ｎmin を設定する。このような最低回転数Ｎmin 以上に回転数を維持すれば、熱媒体１８の沸騰を防止し、信頼性のある動作を維持することができる。
【００８４】
温度センサ４８の検出温度Ｔ1 が上限基準温度Ｔ1Hとして例えば、７３〔℃〕以上であれば（ステップＳ２４のＹＥＳ）、ポンプ６６の回転数Ｎを現状回転数より上昇させる（ステップＳ２５）。回転数Ｎのアップ量（増加量）はダウン量と同様に、所定回転数として例えば、１００〔ｒｐｍ〕ずつ段階的にアップさせてもよいし、現在の回転数Ｎに対して所定の割合で連続的に上昇させてもよい。この場合、ポンプ能力により上限値を予め決め、その値は越えないようにすればよい。そして、ポンプ６６は指示された回転数で駆動され（ステップＳ２６）、熱媒体２０が循環する。
【００８５】
エンジン２４が駆動状態でなければ（ステップＳ２１のＮＯ）、温度センサ６８の検出温度Ｔ3 が基準温度である切替温度ＴSW以上として例えば、７５〔℃〕以上であれば（ステップＳ２７のＮＯ）、熱媒体２０の余熱が残っている状態であるため、ステップＳ２２に戻り、排熱回収状態を継続する。
【００８６】
この場合、温度センサ６８の検出温度Ｔ3 が、切替温度ＴSW未満として例えば、７５〔℃〕未満であれば（ステップＳ２７のＹＥＳ）、ポンプ６６を停止し（ステップＳ２８）、排熱回収を停止する。この場合、次の排熱回収の開始に備え、ポンプ６６の指示回転数に最低限の流量を確保するための下限値としての回転数を発電ユニットコントローラ３０の記憶手段に記憶し（ステップＳ２９）、その回転数を次回の排熱回収時の回転数に設定する。
【００８７】
そして、このような排熱回収処理を経て加熱された熱媒体２０の温度を検出し、温度センサ６８の検出温度Ｔ3 が切替温度ＴSW未満であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。温度センサ６８の検出温度Ｔ3 が切替温度ＴSW未満として例えば、７５〔℃〕未満であれば（ステップＳ３０のＹＥＳ）、三方弁７０をポートＡ−Ｂ側に切り替え（パイパス路７２側に流路を設定）、熱媒体２０をバイパス路７２から熱交換器３６、５２に循環させ、再度の排熱回収を行うため、メインルーチン（ステップＳ０７）に戻る。
【００８８】
また、温度センサ６８の検出温度Ｔ3 が切替温度ＴSW以上として例えば、７５〔℃〕以上であれば（ステップＳ３０のＮＯ）、三方弁７０をポートＡ−Ｃ側に切り替え（蓄熱タンク６４側に流路を設定）、熱媒体２０をタンク上部より蓄熱タンク６４に導入し、蓄熱を行い、メインルーチン（ステップＳ０７）に戻り、排熱回収を継続する。
【００８９】
この実施の形態では、温度センサ４８の検出温度Ｔ1 に対して下限基準温度Ｔ1Lと上限基準温度Ｔ1Hとを設定してポンプ６６の回転制御を行うので、ポンプ６６の回転が頻繁に変化する所謂チャタリングを防止でき、制御の安定化を図ることができる。
【００９０】
次に、発電ユニットの動作について、図７、図８、図９及び図１０を参照する。図７は、発電ユニットの起動時の動作を示す図、図８は、発電ユニットの運転時（安定時）の動作を示す図、図９は、余剰電力ヒータ動作を示す図、図１０は、蓄熱タンク沸き上がり時の動作を示す図である。図７、図８、図９及び図１０に示す動作は一例であって、斯かる動作及び特性に本発明が限定されるものではない。
【００９１】
図７、図８、図９及び図１０において、（Ａ）は三方弁７０の切替動作及び熱媒体２０の循環経路、（Ｂ）は温度センサ４８、５０、６８の検出温度Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 及び熱交換器３６の入口温度Ｔ4 の推移、（Ｃ）はポンプ６６の回転数Ｎ1 、ポンプ４４の回転数Ｎ2 の推移、（Ｄ）は余剰電力ヒータ３４向けの余剰電力出力の推移を示している。また、各図において、ｔ1 はエンジン始動時点、ｔ2 は三方弁７０の切替時点、ｔ3 、ｔ5 、ｔ6 、ｔ8 、ｔ9 、ｔ10は温度センサ４８の検出温度Ｔ1 が上限基準温度Ｔ1Hに到達した時点、ｔ4 、ｔ7 はその検出温度Ｔ1 が下限基準温度Ｔ1Lに到達した時点であり、ポンプ６６の回転数の切替時点である。ｔ11はエンジン２４の停止時点、ｔ12は三方弁７０の切替時点である。
【００９２】
エンジン始動時（ｔ1 ）から所定時間では三方弁７０はバイパス路７２側に流路を形成しており、温度センサ６８の検出温度Ｔ3 が切替温度ＴSWに到達した時点（ｔ2 ）で三方弁７０が蓄熱タンク６４側に切り替えられる。これにより、バイパス路７２が閉じられ、高温の熱媒体２０が蓄熱タンク６４に蓄積される。
【００９３】
時点ｔ1 からｔ2 に至る過渡期では、エンジン２４の回転に伴って各検出温度Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 及び熱交換器３６の入口温度Ｔ4 が上昇する。
【００９４】
時点ｔ2 の直後、熱交換器３６の入口温度Ｔ4 が急激に降下し、安定状態に移行しているのは、熱媒体２０がバイパス路７２を循環し、その温度が上昇していたのに対し、蓄熱タンク６４から低温の熱媒体２０が排熱回収回路１６に導入されることに起因する。この時点から過渡期の温度上昇を経て熱回収モードに移行している。
【００９５】
このような過渡期を経た後、運転状態は安定状態に移行し、図８に示すように、安定状態では各検出温度Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 及び入口温度Ｔ4 に大きな変動はない。また、三方弁７０は蓄熱タンク６４側に切り替えられ、熱媒体２０の蓄積が連続的かつ安定した状態で継続している。これに対し、ポンプ６６の回転数Ｎ1 は、温度センサ４８の検出温度Ｔ1 の推移に応じて僅かに変動している。この変動は、エンジン２４に対する安定した熱回収を行うための制御を示している。
【００９６】
発電機２６の発電出力は家庭内需要に応じて使用されるが、余剰電力が発生すると、その余剰電力によって余剰電力ヒータ３４が駆動され、熱媒体１８が余剰電力ヒータ３４の発熱によって加熱される。図９の（Ｄ）は、その余剰電力ヒータ３４向けの電力出力状態を示している。
【００９７】
また、蓄熱タンク６４の全ての熱媒体２０が上限温度に到達すると、この時点が蓄熱タンク６４の熱媒体２０の沸き上がりとなる。これ以上の排熱回収は無駄であるから、エンジン２４を停止することは既述の通りである。この場合、熱交換器３６の入口温度Ｔ4 がエンジン停止温度Ｔoff に到達した時点ｔ11でエンジン停止を行う。このエンジン停止に続き、時点ｔ12で三方弁７０をバイパス路７２側に切り替え、熱媒体２０をバイパス路７２に循環させ、蓄熱タンク６４への供給を停止し、全ての熱回収を完了する。このような終了動作により、検出温度Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 及び入口温度Ｔ4 は下降状態となる。
【００９８】
次に、余剰電力の処理について、図１１を参照する。図１１Ａは、発電出力と電力使用状態の推移を示す図、図１１Ｂは図１１Ａの１１Ｂ部分の拡大図である。図１１に示す発電出力や電力使用状態は一例であって、斯かる状態に本発明が限定されるものではない。
【００９９】
図１１Ａにおいて、Ｐ1 は発電量、Ｐ2 は一定の発電量（１〔ｋＷ〕）ライン、Ｐ3 は電力使用量である。図１１Ｂは、余剰電力Ｐの推移であって、Ｂ0 は電力使用量、Ｂ1 は瞬時電力使用量、Ｂ2 は余剰電力、Ｂ3 は余剰電力変動である。
【０１００】
余剰電力ヒータ３４は余剰電力を受けて発熱し、その熱はエンジン冷却回路１４の熱媒体１８にエンジン２４の通過後に加えられる。エンジン２４の回転により発電機２６で発電を行い、その電力は、パワーコンディショナ２８（インバータ）で周波数や電圧を調整された後（電力変換後）、家庭内に供給される。家庭内の電力使用量に合わせて同量の発電を行うことは難しいが、効率の良い発電量はエンジン２４の規格等で決定される。
【０１０１】
そこで、家庭内の電力使用量がエンジン２４の定格発電量以上（本システム２では、１〔ｋＷ〕）の場合にエンジン２４を駆動し発電を行う。図１１Ａに示すように、６時〜８時と、１６時〜２１時に発電を行っている。エンジン２４が駆動し発電を行っている場合、その全てを家庭内で消費するわけではないので、その発電量が電力使用量を上回る場合が発生する。その差が余剰電力となり、この余剰電力が発電電力と消費電力との差電力である。この余剰電力を熱に変換する手段が余剰電力ヒータ３４である。余剰電力ヒータ３４の最大発熱は例えば、定格発電量（１ｋＷ）の場合であるが、この場合、加熱される熱媒体１８が局部沸騰を起こさないように温度管理する必要がある。そのため、加熱される熱媒体１８の流量（循環量）を多くし、温度上昇の抑制や、熱媒体１８の温度を低くし、余剰電力加熱による温度上昇があっても、沸騰温度に到達しないようにすればよい。この場合、熱媒体１８の沸点を上昇させることも可能である。
【０１０２】
本システム２では、エンジン冷却回路１４に余剰電力ヒータ３４が設置され、温度センサ４８の検出温度Ｔ1 を制御情報にして温度６８〔℃〕〜７３〔℃〕の範囲に制御された熱媒体１８は、エンジン通過後、温度７５〔℃〕〜８０〔℃〕程度に上昇する。熱媒体１８の流量（循環量）は、既述の通り、３〔Ｌ／min 〕であるので、余剰電力ヒータ３４が最大発熱した際の温度上昇として例えば、約５〔℃〕程の上昇が見込まれるが、仮に５〔℃〕の上昇では、最大温度は８５〔℃〕程度であり、水の沸騰温度以下に抑えられることが理解できよう。
【０１０３】
このように、熱媒体１８の沸騰防止がなされ、余剰電力ヒータ３４により加熱された熱媒体１８は熱交換器５２で熱媒体２０と熱交換が行われる。余剰電力ヒータ３４及びエンジン冷却で加熱された熱媒体１８の温度は、熱媒体２０の循環量により温度上昇が抑えられ、最も効率のよい値に維持される。即ち、温度センサ４８の検出温度Ｔ1 を制御情報として熱媒体２０の流量（循環量）が制御され、熱媒体２０に熱媒体１８から熱交換される熱交換量が加減される。
【０１０４】
以上述べた第１の実施の形態によれば、次のような効果や利点がある。
【０１０５】
(1) 排気を生じる熱源及び排気から排熱を効率よく回収でき、回収された熱を熱媒体とともに蓄熱ができる。
【０１０６】
(2) 排熱回収のための熱媒体が低温で供給することが可能となり、排気の潜熱まで回収可能であり、効率のよい排熱回収ができる。
【０１０７】
(3) エンジン冷却回路１４と排熱回収回路１６とを分離しているので、効率のよい温度でエンジン２４の冷却が可能である。
【０１０８】
(4) エンジン冷却回路１４と排熱回収回路１６とを分離しているので、エンジン冷却に使用するクーラント量（熱媒体１８の量）を制御し又は抑制できる。
【０１０９】
(5) 排熱回収を行った熱媒温度が高い場合のみ蓄熱タンク６４へ戻すため、質の高い蓄熱が可能である。
【０１１０】
(6) 余剰電力を熱に変える余剰電力ヒータ３４はエンジン冷却回路１４に設けられるため、その発熱によるエネルギは一旦エンジン冷却回路１４に蓄えられる。エンジン冷却回路１４の熱媒流量を多くできるので、余剰電力ヒータ３４による加熱によっても、熱媒体１８の沸騰を防止できる。
【０１１１】
〔第２の実施の形態〕
【０１１２】
この第２の実施の形態では、図１２に示すように、給湯側熱交換回路６０に熱交換器９４を設置し、この熱交換器９４で排気２２の熱を給湯側の熱媒体２０に熱交換する構成としてもよい。斯かる構成とすれば、熱媒体２０の温度が低い場合や給湯需要が多い場合に出湯温度を高めることができる。
【０１１３】
〔第３の実施の形態〕
【０１１４】
この第３の実施の形態では、図１３に示すように、給湯側熱交換回路６０に熱交換器９６を設置し、この熱交換器９６で熱媒体１８の熱を給湯側の熱媒体２０に熱交換する構成としてもよい。斯かる構成とすれば、熱媒体２０の温度が低い場合や給湯需要が多い場合に出湯温度を高めることができる。
【０１１５】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、エンジン等の排気を生じる熱源及び排気の熱を回収して蓄熱することができ、熱媒体で蓄熱された熱は給湯等に供され、熱源の効率的な運転状態の維持と、排熱の有効利用を図ることができ、有用である。
【符号の説明】
【０１１７】
２ コジェネレーションシステム
４ 発電ユニット
６ 貯湯ユニット
８ リモートコントローラ
１０ 発電機能部
１２ 排ガス回路
１４ エンジン冷却回路
１６ 排熱回収回路
１８ 第１の熱媒体
２０ 第２の熱媒体
２２ 排気
２４ エンジン
２６ 発電機
２８ パワーコンディショナ
３０ 発電ユニットコントローラ
３４ 余剰電力ヒータ
３６ 第１の熱交換器
３８ サイレンサー
４０ マフラー
４２、７８ リザーブタンク
４４、６６、７６ ポンプ
４８、５０、６８ 温度センサ
５２ 第２の熱交換器
５６、８２ 補水弁
５８、８４ レベルセンサ
６２ 貯湯ユニットコントローラ
６４ 蓄熱タンク
７０ 三方弁
７４ 第３の熱交換器
Ｗ 上水
ＨＷ 温水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収方法であって、
熱源に第１の熱媒体を循環させて前記熱源を前記第１の熱媒体で冷却する冷却工程と、
第２の熱媒体を第２の循環路に循環させる循環工程と、
前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記排気の熱を熱交換する第１の熱交換工程と、
前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記第１の熱媒体の熱を熱交換する第２の熱交換工程と、
前記第１及び／又は第２の熱交換工程により加熱された前記第２の熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱工程と、
を含むことを特徴とする排熱回収方法。
【請求項２】
排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収装置であって、
熱源に第１の熱媒体を循環させて前記熱源を前記第１の熱媒体で冷却する第１の循環路と、
第２の熱媒体を循環させる第２の循環路と、
前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記排気の熱を熱交換する第１の熱交換手段と、
前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記第１の熱媒体の熱を熱交換する第２の熱交換手段と、
前記第１及び／又は第２の熱交換手段で加熱された前記第２の熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱手段と、
を備えることを特徴とする排熱回収装置。
【請求項３】
前記熱媒体は液体であって、前記蓄熱手段は前記熱媒体を蓄積するタンクを備え、
前記タンクの前記熱媒体の下部側から取り出した第２の熱媒体を前記第１の熱交換手段及び前記第２の熱交換手段で加熱させ、該熱媒体を前記タンクの上部側に戻すことを特徴とする請求項２記載の排熱回収装置。
【請求項４】
前記第２の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
前記第２の循環路に前記タンクをバイパスするバイパス路と、
前記第２の熱媒体を流す流路を前記バイパス路側又は／及び前記タンク側に切り替える流路切替手段とを備え、
前記温度検出手段の検出温度が基準温度以上の場合には、前記第２の熱媒体を前記タンクに戻し、前記検出温度が基準温度未満の場合には、前記第２の熱媒体を前記パイパス路側に循環させることを特徴とする請求項２記載の排熱回収装置。
【請求項５】
前記第１の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
前記第２の循環路に設置されたポンプと、
前記温度検出手段の検出温度に応じて前記ポンプを駆動して前記第２の循環路に前記第２の熱媒体を循環させ、前記第２の熱媒体の循環量を前記検出温度が所定温度になる循環量に制御する制御手段と、
を備える請求項２記載の排熱回収装置。
【請求項６】
前記熱源によって駆動される発電機と、
前記発電機で発生した電力を熱に変換し、該熱によって前記第１の熱媒体及び／又は前記第２の熱媒体を加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする請求項２記載の排熱回収装置。
【請求項７】
前記熱源がエンジンであることを特徴とする請求項２、３、４、５又は６記載の排熱回収装置。
【請求項８】
排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収装置を備えるコジェネレーションシステムであって、
熱源に第１の熱媒体を循環させて前記熱源を前記第１の熱媒体で冷却する第１の循環路と、
第２の熱媒体を循環させる第２の循環路と、
前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記排気の熱を熱交換する第１の熱交換手段と、
前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記第１の熱媒体の熱を熱交換する第２の熱交換手段と、
前記第１及び／又は第２の熱交換手段で加熱された前記第２の熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱手段と、
を備えることを特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項９】
請求項２、３、４、５又は７に記載の排熱回収装置を備えることを特徴とする請求項８記載のコジェネレーションシステム。
【請求項１】
排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収方法であって、
熱源に第１の熱媒体を循環させて前記熱源を前記第１の熱媒体で冷却する冷却工程と、
第２の熱媒体を第２の循環路に循環させる循環工程と、
前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記排気の熱を熱交換する第１の熱交換工程と、
前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記第１の熱媒体の熱を熱交換する第２の熱交換工程と、
前記第１及び／又は第２の熱交換工程により加熱された前記第２の熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱工程と、
を含むことを特徴とする排熱回収方法。
【請求項２】
排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収装置であって、
熱源に第１の熱媒体を循環させて前記熱源を前記第１の熱媒体で冷却する第１の循環路と、
第２の熱媒体を循環させる第２の循環路と、
前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記排気の熱を熱交換する第１の熱交換手段と、
前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記第１の熱媒体の熱を熱交換する第２の熱交換手段と、
前記第１及び／又は第２の熱交換手段で加熱された前記第２の熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱手段と、
を備えることを特徴とする排熱回収装置。
【請求項３】
前記熱媒体は液体であって、前記蓄熱手段は前記熱媒体を蓄積するタンクを備え、
前記タンクの前記熱媒体の下部側から取り出した第２の熱媒体を前記第１の熱交換手段及び前記第２の熱交換手段で加熱させ、該熱媒体を前記タンクの上部側に戻すことを特徴とする請求項２記載の排熱回収装置。
【請求項４】
前記第２の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
前記第２の循環路に前記タンクをバイパスするバイパス路と、
前記第２の熱媒体を流す流路を前記バイパス路側又は／及び前記タンク側に切り替える流路切替手段とを備え、
前記温度検出手段の検出温度が基準温度以上の場合には、前記第２の熱媒体を前記タンクに戻し、前記検出温度が基準温度未満の場合には、前記第２の熱媒体を前記パイパス路側に循環させることを特徴とする請求項２記載の排熱回収装置。
【請求項５】
前記第１の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
前記第２の循環路に設置されたポンプと、
前記温度検出手段の検出温度に応じて前記ポンプを駆動して前記第２の循環路に前記第２の熱媒体を循環させ、前記第２の熱媒体の循環量を前記検出温度が所定温度になる循環量に制御する制御手段と、
を備える請求項２記載の排熱回収装置。
【請求項６】
前記熱源によって駆動される発電機と、
前記発電機で発生した電力を熱に変換し、該熱によって前記第１の熱媒体及び／又は前記第２の熱媒体を加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする請求項２記載の排熱回収装置。
【請求項７】
前記熱源がエンジンであることを特徴とする請求項２、３、４、５又は６記載の排熱回収装置。
【請求項８】
排気を生じる熱源及び前記排気から熱を回収する排熱回収装置を備えるコジェネレーションシステムであって、
熱源に第１の熱媒体を循環させて前記熱源を前記第１の熱媒体で冷却する第１の循環路と、
第２の熱媒体を循環させる第２の循環路と、
前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記排気の熱を熱交換する第１の熱交換手段と、
前記第２の循環路に循環する前記第２の熱媒体に前記第１の熱媒体の熱を熱交換する第２の熱交換手段と、
前記第１及び／又は第２の熱交換手段で加熱された前記第２の熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱手段と、
を備えることを特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項９】
請求項２、３、４、５又は７に記載の排熱回収装置を備えることを特徴とする請求項８記載のコジェネレーションシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１９０１４０（Ｐ２０１０−１９０１４０Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３６６１５（Ｐ２００９−３６６１５）
【出願日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【出願人】（０００１７０１３０）高木産業株式会社 (87)
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【出願人】（０００１７０１３０）高木産業株式会社 (87)
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