(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排熱を回収する排熱回収媒体を通流させる排熱回収回路を備えたエンジンの排熱回収装置において、
前記エンジンのシリンダブロックとエンジン冷却水とを熱交換させるエンジン冷却部と、前記エンジンの排ガスとエンジン冷却水とを熱交換させる排ガス熱交換器とに、エンジン冷却水を循環させるエンジン冷却回路を備え、
前記排熱回収回路には、前記エンジン冷却部及び前記排ガス熱交換器の双方を通流した後のエンジン冷却水と排熱回収媒体とを熱交換させる排熱回収熱交換器を備え、
現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間における熱需要の存否を判定可能な高温熱負荷存否判定手段を備え、
エンジン冷却水が前記排ガス熱交換器を通流した後に前記エンジン冷却部を通流する第１運転状態を実行可能、且つエンジン冷却水が前記エンジン冷却部を通流した後に前記排ガス熱交換器を通流する直列運転状態又は前記エンジン冷却部と前記排ガス熱交換器とを並列に通流する並列運転状態の何れか一方の運転状態である第２運転状態を実行可能に構成され、
前記第１運転状態と前記第２運転状態とを切り替える運転制御手段を備え、
高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、前記運転制御手段が前記第２運転状態に切り替えるエンジンの排熱回収装置。
【請求項２】
前記高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱が抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在しないと判定した場合に、前記運転制御手段が前記第１運転状態に切り替える請求項１に記載のエンジンの排熱回収装置。
【請求項３】
前記排熱回収回路に排熱回収媒体を貯湯可能な貯湯槽を備え、
前記貯湯槽に貯湯された排熱回収媒体の温度を計測可能な温度計測手段を備え、
前記高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱が抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、
前記運転制御手段は、前記貯湯槽の貯湯温度の高い側の温度である貯湯温度閾値以上であるときに前記第２運転状態に切り替え、前記貯湯温度閾値未満であるときに、前記第１運転状態に切り替える請求項１又は２に記載のエンジンの排熱回収装置。
【請求項４】
前記排熱回収回路に排熱回収媒体を貯湯可能な貯湯槽を備え、
前記排熱回収回路において前記排熱回収熱交換器を通流した後で前記貯湯槽に貯湯される前の排熱回収媒体を高温熱負荷を生じる熱負荷端末へ導く排熱回収媒体供給路を備え、
前記排熱回収回路を循環する排熱回収媒体の流れを前記排熱回収媒体供給路を通流する流れに切り替える切替弁とを備え、
前記高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、前記運転制御手段は、前記第２運転状態に切り替えるとともに、排熱回収媒体を前記排熱回収媒体供給路へ導くように前記切替弁を切り替える請求項１又は２に記載のエンジンの排熱回収装置。
【請求項５】
前記現在とは、一日を単位時間で分割した時系列的な設定期間のうち、現時点を含む前記設定期間である第１設定期間であり、
排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間とは、前記第１設定期間に続く次の前記設定期間である第２設定期間である請求項１乃至４の何れか一項に記載のエンジンの排熱回収装置。
【請求項６】
前記設定期間における実績熱負荷データを前記設定期間毎に記憶する熱負荷記憶部を備え、
前記高温熱負荷存否判定手段は、前記熱負荷記憶部に記憶された過去の前記設定期間における実績熱負荷データに基づいて、前記第１設定期間又は前記第２設定期間における高温熱負荷を伴う熱需要を予測し、当該予測に基づいて高温熱負荷を伴う熱需要の存否を判定する請求項５に記載のエンジンの排熱回収装置。
【請求項７】
前記高温熱負荷に伴う熱需要は、暖房熱負荷端末の立ち上りに伴う熱需要である請求項１乃至６の何れか一項に記載のエンジンの排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排熱を回収する排熱回収媒体を通流させる排熱回収回路を備えたエンジンの排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンの排熱回収装置は、例えば、コージェネレーション装置にて動力源に用いられるエンジンからその排熱を回収すべく、エンジンを冷却するエンジン冷却水を通流するエンジン冷却回路と、当該エンジン冷却水と排熱回収媒体とを熱交換させる排熱回収熱交換器と、排熱回収媒体を排熱回収熱交換器へ導くように通流する排熱回収回路と、排熱回収熱交換器にてエンジン冷却水と熱交換した後の排熱回収媒体を貯湯可能な貯湯槽とを備えたものが知られている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７６７７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、住宅等の熱負荷には、風呂への給湯等のように高温の熱供給が不要な低温熱負荷と、床暖房の立ち上り等のように高温の熱供給が必要な高温熱負荷とがある。当該高温熱負荷に対応すべく、上記排熱回収装置の貯湯槽に貯湯される排熱回収媒体の温度を高くすると、貯湯された排熱回収媒体と周囲環境との温度差が大きくなり、将来の熱需要に備えて待機している間に貯湯された排熱回収媒体の熱の一部が放熱により失われることとなり、放熱ロスが大きくなるという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱負荷が必要とする温度に応じた排熱回収運転を行うことで、放熱ロスを抑制可能なエンジンの排熱回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明のエンジンの排熱回収装置は、
エンジンの排熱を回収する排熱回収媒体を通流させる排熱回収回路を備えたエンジンの排熱回収装置であって、その特徴構成は、
前記エンジンのシリンダブロックとエンジン冷却水とを熱交換させるエンジン冷却部と、前記エンジンの排ガスとエンジン冷却水とを熱交換させる排ガス熱交換器とに、エンジン冷却水を循環させるエンジン冷却回路を備え、
前記排熱回収回路には、前記エンジン冷却部及び前記排ガス熱交換器の双方を通流した後のエンジン冷却水と排熱回収媒体とを熱交換させる排熱回収熱交換器を備え、
現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間における熱需要の存否を判定可能な高温熱負荷存否判定手段を備え、
エンジン冷却水が前記排ガス熱交換器を通流した後に前記エンジン冷却部を通流する第１運転状態を実行可能、且つエンジン冷却水が前記エンジン冷却部を通流した後に前記排ガス熱交換器を通流する直列運転状態又は前記エンジン冷却部と前記排ガス熱交換器とを並列に通流する並列運転状態の何れか一方の運転状態である第２運転状態を実行可能に構成され、
前記第１運転状態と前記第２運転状態とを切り替える運転制御手段を備え、
高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、前記運転制御手段が前記第２運転状態に切り替える点にある。
【０００６】
本発明のエンジンの排熱回収装置では、エンジンの排熱回収効率を高める場合には、運転制御手段が第１運転状態に切り替え、低温のエンジン冷却水をエンジン冷却部に導く前に排ガス熱交換器に導いて、エンジン冷却水と排ガスとを互いの温度差が大きい状態で熱交換させて、排熱回収効率を高めている。
一方、高温熱回収を実行すべく排熱回収媒体の温度を高める場合には、運転制御手段が第２運転状態に切り替えて、エンジン冷却水をエンジン冷却部に導いた後又はエンジン冷却部に導くと同時に、高温の回収温度が期待できる排ガス熱交換器へ導いて、エンジン冷却水の温度を高くして、高温熱回収を実行している。
そして、本発明のエンジンの排熱回収装置では、特に、高温の排熱回収媒体からの放熱ロスを抑制する観点から、高温熱回収を優先する第２運転状態の実行は、現在又は現在から近い将来（排熱回収媒体の放熱を抑制できる期間内の将来）において、高温熱負荷を伴う熱需要が存在する場合に行うこととしている。
具体的には、高温熱負荷存否判定手段が現在又は排熱回収媒体の放熱が抑制できる現在からの期間において高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、運転制御手段が第２運転状態に切り替える。これにより、高温熱回収を優先する第２運転状態を実行して排熱回収媒体を高温にした後、当該高温の排熱回収媒体が高温熱負荷にて使用されるまでの時間を短縮でき、放熱ロスを抑制できる。
以上より、特に、高温熱負荷に伴う熱需要が存在する場合にのみ第２運転状態として高温熱回収を実行し、熱負荷が必要とする温度に応じた排熱回収運転を行うことで、放熱ロスを抑制できるエンジンの排熱回収装置を実現できる。
【０００７】
本発明のエンジンの排熱回収装置の更なる特徴構成は、
前記高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱が抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在しないと判定した場合に、前記運転制御手段が前記第１運転状態に切り替える点にある。
【０００８】
上記特徴構成によれば、高温熱負荷存否判定手段が現在又は現在から近い将来において高温熱負荷に伴う熱需要が存在しないと判定した場合に、運転制御手段が排熱回収効率を優先する第１運転状態に切り替えるので、排熱回収効率を高めた運転を行いながら、比較的低温の排熱回収媒体を高温の必要ない熱負荷に対して供給して、回収した熱を効率的に用いることができる。
【０００９】
本発明のエンジンの排熱回収装置の更なる特徴構成は、
前記排熱回収回路に排熱回収媒体を貯湯可能な貯湯槽を備え、
前記貯湯槽に貯湯された排熱回収媒体の温度を計測可能な温度計測手段を備え、
前記高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱が抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、
前記運転制御手段は、前記貯湯槽の貯湯温度の高い側の温度である貯湯温度閾値以上であるときに前記第２運転状態に切り替え、前記貯湯温度閾値未満であるときに、前記第１運転状態に切り替える点にある。
【００１０】
上記特徴構成によれば、高温熱負荷存否判定手段が現在又は現在から近い将来において高温熱負荷に伴う熱需要があると判定した場合において、貯湯された排熱回収媒体の温度が貯湯温度閾値以上で貯湯槽の蓄熱量が十分であるときのみ、第２運転状態に切り替えて高温熱回収を実行する。一方、貯湯された排熱回収媒体の温度が貯湯温度閾値未満で貯湯槽の蓄熱量が不十分であるときには、第１運転状態に切り替えて排熱回収効率を優先する。
即ち、上記特徴構成によれば、高温熱負荷に伴う熱需要がある場合であっても、貯湯槽の蓄熱量をも考慮した状態で排熱回収運転を切り替えるので、排熱回収効率と高温熱回収とのバランスを適切に維持できる。
【００１１】
本発明のエンジンの排熱回収装置の更なる特徴構成は、
前記排熱回収回路に排熱回収媒体を貯湯可能な貯湯槽を備え、
前記排熱回収回路において前記排熱回収熱交換器を通流した後で前記貯湯槽に貯湯される前の排熱回収媒体を高温熱負荷を生じる熱負荷端末へ導く排熱回収媒体供給路を備え、
前記排熱回収回路を循環する排熱回収媒体の流れを前記排熱回収媒体供給路を通流する流れに切り替える切替弁とを備え、
前記高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、前記運転制御手段は、前記第２運転状態に切り替えるとともに、排熱回収媒体を前記排熱回収媒体供給路へ導くように前記切替弁を切り替える点にある。
【００１２】
上記特徴構成によれば、高温熱回収を優先する第２運転状態により高温となった排熱回収媒体を、貯湯槽に貯湯することなく排熱回収媒体供給路を介して、直接、高温熱負荷を生じる熱負荷端末へ導くことができ、放熱ロスを抑制できる。
説明を加えると、上記特徴構成によれば、高温熱負荷存否判定手段が、現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、運転制御手段が第２運転状態に切り替えるとともに、排熱回収媒体を排熱回収媒体供給路へ導くように切替弁を切り替えるので、高温熱回収を優先する第２運転状態にて高温となった排熱回収媒体を、貯湯槽に貯湯することなく排熱回収媒体供給路を介して、直接、高温熱負荷を生じる熱負荷端末へ導くことができるので、放熱ロスを抑制できる。
【００１３】
本発明のエンジンの排熱回収装置の更なる特徴構成は、
前記現在とは、一日を単位時間で分割した時系列的な設定期間のうち、現時点を含む前記設定期間である第１設定期間であり、
排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間とは、前記第１設定期間に続く次の前記設定期間である第２設定期間である点にある。
【００１４】
上記特徴構成によれば、本発明のエンジンの排熱回収装置においては、一日を単位時間で分割した時系列的な設定期間のうち、現時点を含む第１設定期間、又は第１設定期間に続く次の第２設定期間において、高温熱負荷に伴う熱需要の存否の判定を行うので、現在又は現在から近い将来において、高温熱負荷に伴う熱需要の存否の判定を行うものとなる。
【００１５】
本発明のエンジンの排熱回収装置の更なる特徴構成は、
前記設定期間における実績熱負荷データを前記設定期間毎に記憶する熱負荷記憶部を備え、
前記高温熱負荷存否判定手段は、前記熱負荷記憶部に記憶された過去の前記設定期間における実績熱負荷データに基づいて、前記第１設定期間又は前記第２設定期間における高温熱負荷を伴う熱需要を予測し、当該予測に基づいて高温熱負荷を伴う熱需要の存否を判定する点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、高温熱負荷存否判定手段は、熱負荷記憶部に記憶された過去の実績熱負荷データに基づいて、第１設定期間又は第２設定期間における高温熱負荷を伴う熱需要を予測するので、現在又は現在から近い将来の高温熱負荷を伴う熱需要を、過去の実績熱負荷に則した状態で、適切に予測できる。そして、当該予測に基づいて、現在又は現在に近い将来の高温熱負荷を伴う熱需要を適切に判定できる。
【００１７】
本発明のエンジンの排熱回収装置の更なる特徴構成は、
前記高温熱負荷に伴う熱需要は、暖房熱負荷端末の立ち上りに伴う熱需要である点にある。
【００１８】
上記特徴構成によれば、高温熱負荷に伴う熱需要として、暖房熱負荷端末の立ち上りに伴う熱需要で非常に高温の熱を必要とする熱需要に対し、高温熱回収を優先する第２運転状態により回収した高温の熱を適切に供給して、暖房熱負荷端末の立ち上りに要する時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態での第１運転状態における概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態での第２運転状態における概略構成図である。
【図３】本発明の運転制御フロー図である。
【図４】本発明の別実施形態での第１運転状態における概略構成図である。
【図５】本発明の別実施形態での第２運転状態における概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係るエンジン１１の排熱回収装置を適用させたコージェネレーションシステムの実施形態を図面に基づいて説明する。尚、本発明は、エンジン１１の排熱回収効率を優先する第１運転状態と、高温熱回収を優先する第２運転状態を切り替え可能に構成されたものにおいて、現在又は現在から近い将来に熱負荷１５にて高温熱負荷が存在する場合に、高温熱回収を優先する第２運転状態に切り替えて、放熱ロスを抑制する点に特徴がある。
以下では、まず、上記コージェネレーションシステムの基本構成について説明した後、上記放熱ロスを抑制する構成について説明する。
【００２１】
本発明のコージェネレーションシステムは、図１、２に示すように、エンジン１１にて駆動された電力負荷１２に供給する電力を発生させる発電装置１３と、エンジン１１のエンジン冷却部３０とエンジン１１の排ガスＥの排熱を回収する排ガス熱交換器２７と排熱回収熱交換器２６とにエンジン冷却水Ｗを通流させるエンジン冷却回路１０と、エンジン１１の排熱を回収する排熱回収媒体Ｍを排熱回収熱交換器２６に通流させる排熱回収回路１４とを備え、排熱回収回路１４の排熱回収媒体Ｍにて回収した熱を熱負荷１５に供給自在に構成されている。
上記熱負荷１５は、給湯等の低温の熱供給のみを必要とする低温熱負荷端末１５ａと、床暖房のようにその立ち上り等に高温の熱供給を必要とする高温熱負荷端末１５ｂとを含む。
【００２２】
発電装置１３の出力側には、系統連系用のインバータ１６が設けられ、そのインバータ１６は、発電装置１３の出力電力を商用系統１７から供給される電力と同じ電圧及び同じ周波数にするように構成されている。商用系統１７は、電力供給ライン１８を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機等の電力負荷１２に電気的に接続されている。
【００２３】
インバータ１６は、コージェネ用電力供給ライン１９を介して電力供給ライン１８に電気的に接続され、発電装置１３からの発電電力がインバータ１６及びコージェネ用電力供給ライン１９を介して電力負荷１２に供給自在に構成されている。電力供給ライン１８には、図示は省略するが、電力負荷１２の負荷電力を計測する電力負荷計測手段が設けられ、この電力負荷計測手段は、電力供給ライン１８を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否かを検出するように構成されている。そして、逆潮流が生じないように、インバータ１６により発電装置１３から電力供給ライン１８に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に変換自在な電気ヒータ２０に供給されるように構成されている。
【００２４】
電気ヒータ２０は、後述するエンジン冷却回路１０を通流するエンジン冷却水Ｗを加熱自在に設けられている。電気ヒータ２０は、余剰電力の大きさが大きくなるほど消費電力を大きくしてエンジン冷却水Ｗの加熱量が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じてエンジン冷却水Ｗの加熱量を調整自在に構成されている。
【００２５】
エンジン１１の運転は、制御装置２２により制御されている。エンジン１１は、通常の４サイクルエンジンと同様の構成を有しており、燃料ガス（例えば天然ガス）と空気の混合気を燃焼室（図示せず）に吸気したのち、燃焼室において混合気を圧縮し、その後、燃焼室において混合気を点火して燃焼膨張させ、燃焼により発生した排ガスＥを排気路２３に排気させる。図示は省略するが、エンジン１１の排気路２３には、排ガスＥの酸素濃度を検出する酸素センサが設けられている。そして、制御装置２２は、酸素センサで検出される排ガスＥの酸素濃度が略ゼロとなるように燃料ガスの供給量調整している。これにより、エンジン１１の燃焼室に供給される混合気の空気過剰率は、略１．０のストイキ範囲内に設定される。ここで、空気過剰率は、混合気の空燃比を理論空燃比で割ったものを示している。
【００２６】
エンジン１１の排気路２３には、エンジン１１から排気路２３に排気された排ガスＥと後述するエンジン冷却回路１０を通流するエンジン冷却水Ｗとを熱交換させる排ガス熱交換器２７を備えている。そして、排ガス熱交換器２７は、例えば、アルミナ等の無機担体に白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属成分を担持してなる三元触媒３４が一体的に配設された触媒一体型の熱交換器にて構成されている。そして、上述の如く、エンジン１１は燃焼室（図示せず）に供給される混合気の空気過剰率が略１．０程度のストイキ範囲内に設定されていることから、排ガス熱交換器２７に一体的に配置された三元触媒３４により、排ガスＥから炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）と窒素酸化物（ＮＯｘ）の３物質を同時に除去できる。
【００２７】
排熱回収回路１４は、貯湯槽２４の湯水を排熱回収媒体Ｍとし、貯湯槽２４から取り出した排熱回収媒体Ｍを通流させてエンジン１１の排熱を回収し、その排熱を有する排熱回収媒体Ｍを貯湯槽２４に戻すように構成されている。そして、排熱回収回路１４には、排熱回収媒体Ｍの通流方向の上流側から順に、排熱回収媒体循環ポンプ２５、後述するエンジン冷却回路１０を通流するエンジン冷却水Ｗと排熱回収媒体Ｍとを熱交換させる排熱回収熱交換器２６、及び貯湯槽２４が備えられている。
貯湯槽２４には、外部から当該貯湯槽２４へ給水可能な給水路２８が設けられて、貯湯槽２４に適切に給水が行われるように構成されている。
【００２８】
排熱回収回路１４には、排熱回収熱交換器２６の下流側で貯湯槽２４の上流側に、第３三方弁５０（切替弁の一例）を介する状態で、排熱回収媒体Ｍを熱負荷１５へ導く排熱回収媒体供給路５１が設けられている。
第３三方弁５０は、排熱回収媒体Ｍを排熱回収熱交換器２６から貯湯槽２４へ導く状態、排熱回収媒体Ｍを排熱回収熱交換器２６から熱負荷１５へ導く状態、排熱回収媒体Ｍを貯湯槽２４から熱負荷１５へ導く状態の３状態を切り替え可能に構成されている。以上の第３三方弁５０の切り替えは、現在又は現在から近い将来の熱負荷１５における熱需要の予測に基づいて、後述する制御装置２２により実行される。
【００２９】
当該排熱回収媒体供給路５１は、第３三方弁５０が排熱回収媒体Ｍを排熱回収熱交換器２６から熱負荷１５へ導くよう切り替えられることで、排熱回収熱交換器２６にて高温となった排熱回収媒体Ｍを、貯湯槽２４に貯湯することなく、直接、熱負荷１５へ供給する流路として働く。また、排熱回収媒体供給路５１は、第３三方弁５０が排熱回収媒体Ｍを貯湯槽２４から熱負荷１５へ導くよう切り替えられることで、貯湯槽２４に貯湯された排熱回収媒体Ｍを熱負荷１５へ供給するように働く。
【００３０】
エンジン冷却回路１０は、エンジン１１の排ガスＥとエンジン冷却水Ｗとを熱交換させる排ガス熱交換器２７と、エンジン１１のシリンダブロックとエンジン冷却水Ｗとを熱交換させるエンジン冷却部３０と、電気ヒータ２０と、エンジン冷却部３０と排ガス熱交換器２７と電気ヒータ２０との全てを通流した後のエンジン冷却水Ｗと排熱回収媒体Ｍとを熱交換する排熱回収熱交換器２６とに、エンジン冷却水Ｗを循環させるように配設されている。
尚、エンジン冷却回路１０には、排熱回収熱交換器２６の下流側で四方弁３３の上流側に、エンジン冷却水Ｗを貯留自在な膨張タンク３２と、エンジン冷却水Ｗを圧送自在なエンジン冷却水循環ポンプ３６とが備えられている。当該エンジン冷却水循環ポンプ３６は、制御装置２２にて適切に駆動制御される。
【００３１】
そして、当該エンジン冷却回路１０には、四方弁３３が設けられており、制御装置２２が当該四方弁３３を切り替えることにより、エンジン冷却回路１０は、図１にて太線で示される第１回路Ｃ１と、図２にて太線で示される第２回路Ｃ２との間で切り替え自在に構成され、制御装置２２が、当該切り替えを制御する運転制御手段２２ｃとして働く。
即ち、四方弁３３は、エンジン１１の排熱回収効率を高める第１運転状態にあっては、エンジン冷却水Ｗを、排ガス熱交換器２７、エンジン冷却部３０、電気ヒータ２０を記載順に直列に通流させ熱を回収させ、その後、排熱回収熱交換器２６に導いて排熱回収媒体Ｍと熱交換させる第１回路Ｃ１（図１にて太線で示す回路）とする。一方、貯湯槽２４に高温熱回収を優先する第２運転状態にあっては、エンジン冷却水Ｗを、エンジン冷却部３０、排ガス熱交換器２７、電気ヒータ２０を記載順に直列に通流させ熱を回収させ、その後、排熱回収熱交換器２６に導いて排熱回収媒体Ｍと熱交換させる第２回路Ｃ２（図２にて太線で示す回路）とするように働く。
【００３２】
これにより、排熱回収効率を高める第１運転状態にあっては、比較的低温のエンジン冷却水Ｗを、最初に、高い回収温度の期待できる排ガス熱交換器２７へ導き、その後、エンジン冷却部３０に導いて排熱回収することで、エンジン冷却水Ｗと排ガスＥとの熱交換の際に互いの温度差を大きくして、排熱回収効率を向上させている。
一方、貯湯槽２４に高温熱回収を優先する第２運転状態にあっては、エンジン冷却水Ｗを、最初に、エンジン冷却部３０にて余熱した後、高い回収温度の期待できる排ガス熱交換器２７へ導いて更に排熱回収することで、エンジン冷却水Ｗの温度を十分に高温にでき、高温熱回収を実現している。
【００３３】
上記四方弁３３の切り替えは、熱負荷１５が求める温度に応じて制御装置２２（運転制御手段２２ｃの一例）によって切り替えられるように構成されている。
制御装置２２は、熱負荷１５における過去の実績熱負荷データを記憶する熱負荷記憶部２２ａを備えている。実績熱負荷データは、一日を単位時間で分割した時系列的な設定期間（例えば、１時間）毎に記憶されている。
そして、制御装置２２は、熱負荷記憶部２２ａに記憶された過去の設定期間における実績熱負荷データに基づいて、現時点を含む設定期間である第１設定期間又は第１設定期間に続く次の設定期間である第２設定期間における熱需要を予測し、当該予測に基づいて、高温熱負荷に伴う熱需要の存否を判定する高温熱負荷存否判定手段２２ｂとして、働くように構成されている。そして、本発明の排熱回収装置は、高温熱負荷存否判定手段２２ｂの判定に基づいて、以下のように運転を切り替えるように構成されている。
即ち、運転制御手段２２ｃは、高温熱負荷存否判定手段２２ｂの判断に従って、各機器を制御するように構成されている。
【００３４】
〔高温熱回収を優先する第２運転状態への切り替え〕
制御装置２２（高温熱負荷存否判定手段２２ｂの一例）は、現在又は現在から近い将来（上記第１設定期間又は上記第２設定期間）において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合には、四方弁３３を制御して、第１回路Ｃ１（図１にて太線で示す回路）から第２回路Ｃ２（図２にて太線で示す回路）へ切り替えて、排熱回収効率を優先する第１運転状態から高温熱回収を優先する第２運転状態へ切り替え制御する。これにより、現在又は現在から近い将来において、高温の熱負荷が存在する場合に、高温熱回収を実行して高温の排熱回収媒体Ｍを高温熱負荷端末１５ｂに供給して放熱ロスを抑制する。
尚、制御装置２２は、現在又は現在から近い将来において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合、第３三方弁５０を、排熱回収媒体Ｍを排熱回収熱交換器２６から高温熱負荷端末１５ｂへ導く状態に切り替え制御する。これにより、高温の排熱回収媒体Ｍは、貯湯槽２４に貯湯されることなく、直接、高温熱負荷端末１５ｂに導かれることとなり、放熱ロスをより一層低減する。
【００３５】
〔排熱回収効率を優先する第１運転状態への切り替え〕
制御装置２２（高温熱負荷存否判定手段２２ｂの一例）は、現在又は現在から近い将来（上記第１設定期間又は上記第２設定期間）において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在しないと判定した場合には、四方弁３３を制御して、第２回路Ｃ２（図２にて太線で示す回路）から第１回路Ｃ１（図１にて太線で示す回路）へ切り替えて、高温熱回収を優先する第２運転状態から排熱回収効率を優先する第１運転状態へ切り替え制御する。これにより、現在又は現在から近い将来において、高温の熱負荷が存在しない場合に、排熱回収効率を優先しながら、高温の熱供給を必要としない低温熱負荷端末１５ａに対して、その熱需要に適切した低温の排熱回収媒体Ｍを供給する。
【００３６】
〔貯湯槽の排熱回収媒体の温度に基づく第１運転状態と第２運転状態との切り替え〕
さらに、本発明のエンジン１１の排熱回収装置にあっては、制御装置２２（高温熱負荷存否判定手段２２ｂの一例）は、上述のように、現在又は現在から近い将来の高温熱負荷の存否に基づいて排熱回収状態を切り替え制御しながらも、貯湯槽２４に貯湯されている排熱回収媒体Ｍの温度をも考慮した状態で、排熱回収状態を切り替え制御するように構成されている。
説明を加えると、貯湯槽２４には、内部に貯湯されている排熱回収媒体Ｍの温度を測定する温度センサ３５（温度計測手段の一例）が設けられている。
制御装置２２（高温熱負荷存否判定手段２２ｂの一例）は、現在又は現在から近い将来（上記第１設定期間又は第２設定期間）における高温熱負荷に伴う熱需要があると判定した場合において、上記温度センサ３５にて測定された排熱回収媒体Ｍの温度が、貯湯槽２４の貯湯温度の高い側の温度である貯湯温度閾値（例えば、４０℃）以上であるときに、四方弁３３を切り替え制御して、第１回路（図１にて太線で示す回路）から第２回路（図２にて太線で示す回路）へ切り替え、高温熱回収を優先する第２運転状態とする。一方で、制御装置２２（運転制御手段２２ｃの一例）は、現在又は現在から近い将来における高温熱負荷に伴う熱需要があると判定した場合において、上記温度センサ３５にて測定された排熱回収媒体Ｍの温度が貯湯温度閾値未満であるときに、四方弁３３を切り替え制御して、第２回路から第１回路へ切り替え、排熱回収効率を優先する第１運転状態とする。
これにより、現在又は現在から近い将来において高温熱負荷に伴う熱需要があると判定される場合であっても、単純に高温熱回収を実行するのではなく、貯湯槽２４における蓄熱量が不十分であるときには排熱回収効率を優先し、蓄熱容量が十分であるときのみ高温熱回収を行うよう運転が制御されるので、排熱回収効率と高温熱回収とのバランスを適切なものに保つことができる。
【００３７】
次に、図３の制御フローに基づいて、本発明の排熱回収装置における制御の流れについて説明する。
排熱回収運転が開始されると、制御装置２２（運転制御手段２２ｃの一例）は、エンジン１１を駆動させるとともに、エンジン冷却水循環ポンプ３６を働かせてエンジン冷却水Ｗをエンジン冷却回路１０に通流させ、排熱回収媒体循環ポンプ２５を働かせて排熱回収媒体Ｍを排熱回収回路１４に通流させる（♯０１）。
【００３８】
制御装置２２（高温熱負荷存否判定手段２２ｂの一例）は、熱負荷記憶部２２ａに過去の実績熱負荷データを抽出し、当該抽出した実績熱負荷データに基づいて、現在又は現在から近い将来（上記第１設定期間又は第２設定期間）における高温熱負荷の存否を予測し判定する（♯０２、０３）。
【００３９】
制御装置２２（高温熱負荷存否判定手段２２ｂの一例）は、現在又は現在から近い将来（上記第１設定期間又は第２設定期間）において、高温熱負荷が存在しないと判定した場合、排熱回収効率を優先する第１運転状態に切り替える（♯０４、０５）。
一方、現在又は現在から近い将来において、高温熱負荷が存在すると判定した場合、温度センサ３５にて計測された貯湯槽２４に貯湯されている排熱回収媒体Ｍの貯湯温度と貯湯温度閾値とを比較する（♯０４、０６）。
【００４０】
制御装置２２（運転制御手段２２ｃの一例）は、排熱回収媒体Ｍの貯湯温度が貯湯温度閾値以上の場合で、蓄熱量が十分である場合、高温熱回収を優先する第２運転状態に切り替え、排熱回収媒体Ｍの貯湯温度が貯湯温度閾値未満の場合で、蓄熱量が不十分である場合、排熱回収効率を優先する第１運転状態に切り替える（♯０７、０８）。
【００４１】
制御装置２２（運転制御手段２２ｃの一例）は、排熱回収運転が停止されるまでは、上述した♯０２〜♯０８のフローを実行し、排熱回収運転が停止されると、エンジン１１を停止し、エンジン冷却水循環ポンプ３６を停止し、排熱回収媒体循環ポンプ２５を停止する（♯０９、１０）。
【００４２】
〔第１運転状態における温度の一例〕
ここで、第１運転状態において、本発明の各部位における温度の一例を示す。尚、以下の説明では、電気ヒータ２０には、余剰電力が供給されておらず、電気ヒータ２０は、エンジン冷却水Ｗを加熱していないものとする。
エンジン１１が定格運転を行っており、シリンダヘッドの温度が１００℃であり、排ガス熱交換器２７の入口の排ガスＥの温度が５００℃、排ガス熱交換器２７の出口の排ガスＥの温度が７５℃の場合であって、貯湯槽２４から排熱回収熱交換器２６の入口に導かれる排熱回収媒体Ｍの温度が２０℃、排熱回収媒体Ｍの流量が５Ｌ／ｍｉｎのときには、エンジン冷却水Ｗの温度は、排熱回収熱交換器２６の出口及び排ガス熱交換器２７の入口にて、７０℃、排ガス熱交換器２７の出口及びエンジン冷却部３０の入口にて７７℃、エンジン冷却部３０の出口及び電気ヒータ２０の入口にて８０℃、電気ヒータ２０の出口及び排熱回収熱交換器２６の入口にて８０℃となる。尚、上述したように、当該電気ヒータ２０は、当該実施形態において、エンジン冷却水Ｗを加熱していないものとする。
このとき、排熱回収熱交換器２６の出口の排熱回収媒体Ｍの温度は７５℃、貯湯槽２４に貯湯される排熱回収媒体Ｍの温度も７５℃となる。
【００４３】
〔第２運転状態における温度の一例〕
一方、第２運転状態において、本発明の各部位における温度の一例を示すと、エンジン１１が定格運転を行っており、シリンダヘッドの温度が１００℃であり、排ガス熱交換器２７の入口の排ガスＥの温度が５００℃、排ガス熱交換器２７の出口の排ガスＥの温度が７５℃の場合であって、貯湯槽２４から排熱回収熱交換器２６の入口に導かれる排熱回収媒体Ｍの温度が２０℃、排熱回収媒体Ｍの流量が５Ｌ／ｍｉｎのときには、エンジン冷却水Ｗの温度は、排熱回収熱交換器２６の出口及びエンジン冷却部３０の入口にて７７℃、エンジン冷却部３０の出口及び排ガス熱交換器２７の入口にて８０℃、排ガス熱交換器２７の出口及び電気ヒータ２０の入口にて８５℃、電気ヒータ２０の出口及び排熱回収熱交換器２６の入口にて８５℃となる。
このとき、排熱回収熱交換器２６の出口の排熱回収媒体Ｍの温度は８０℃、貯湯槽２４に貯湯される排熱回収媒体Ｍの温度も８０℃となる。
【００４４】
〔別実施形態〕
本発明の別実施形態は、基本的な構成については、上記実施形態と同一であり、エンジン冷却回路１０に係る構成が異なる。そこで、以下では、特に、その点について、図３、４に基づいて説明し、実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を割愛する。
【００４５】
エンジン冷却回路１０には、弁機構として２つの第１三方弁３７ａと第２三方弁３７ｂとが設けられている。エンジン冷却回路１０は、制御装置２２（運転制御手段２２ｃの一例）が当該第１三方弁３７ａ及び第２三方弁３７ｂを切り替えることにより、図４にて太線で示される第３回路Ｃ３と、図５にて太線で示される第４回路Ｃ４との間で切り替え自在に構成されている。
ここで、第１三方弁３７ａは、その上流側から排熱回収熱交換器２６を通流した後のエンジン冷却水Ｗを受け入れると共に、その下流側でエンジン冷却水Ｗを排ガス熱交換器２７とエンジン冷却部３０の何れか一方に導くように設けられている。第２三方弁３７ｂは、その上流側から排ガス熱交換器２７を通流した後のエンジン冷却水Ｗを受け入れると共に、その下流側でエンジン冷却水Ｗをエンジン冷却部３０とバイパス路３８との何れか一方に導くように設けられている。
即ち、第１三方弁３７ａ及び第２三方弁３７ｂは、エンジン１１の排熱回収効率を高める第１運転状態にあっては、エンジン冷却水Ｗを、排ガス熱交換器２７、エンジン冷却部３０、電気ヒータ２０を記載順に直列に通流させ熱を回収させ、その後、排熱回収熱交換器２６へ導いて排熱回収媒体Ｍと熱交換させる第３回路Ｃ３（図４で太線で示す回路）とする。一方、高温熱回収を優先する第２運転状態にあっては、エンジン冷却水Ｗを、排ガス熱交換器２７とエンジン冷却水Ｗとの双方に並列に通流させた後、電気ヒータ２０を通流させて熱を回収させ、その後、排熱回収熱交換器２６へ導いて排熱回収媒体Ｍと熱交換させる第４回路Ｃ４（図５で太線で示す回路）とする。
【００４６】
これにより、排熱回収効率を高める第１運転状態にあっては、比較的低温のエンジン冷却水Ｗを、最初に、高い回収温度の期待できる排ガス熱交換器２７へ導き、その後、エンジン冷却部３０へ導いて排熱回収することで、排ガス熱交換器２７において、エンジン冷却水Ｗと排ガスＥとの温度差を大きくとる形態で、排熱回収効率を向上させている。
一方、高温熱回収を優先する第２運転状態にあっては、エンジン冷却水Ｗを、高い回収温度の期待できる排ガス熱交換器２７とエンジン冷却部３０とに並列に導いて排熱回収することで、エンジン冷却水Ｗの温度を十分に高温にでき、高温熱回収を実行している。
【００４７】
当該実施形態においても、制御装置２２（高温熱負荷存否判定手段２２ｂの一例）は、現在又は現在から近い将来において高温熱負荷を伴う熱需要の存否に基づいて、第１運転状態と第２運転状態との切り替え制御を行うのであるが、当該切り替え制御については、上記本実施形態と同様の制御であるので、ここではその説明を割愛する。
また、当該実施形態においても、制御装置２２は、現在又は現在から近い将来において高温熱負荷を伴う熱需要が存在する場合において、貯湯槽２４に貯湯される排熱回収媒体Ｍの温度に基づいて、第１運転状態と第２運転状態との切り替え制御を行うものであるが、当該切り替え制御についても、上記本実施形態と同様の制御であるので、ここではその説明を割愛する。
【００４８】
〔第１運転状態における温度の一例〕
ここで、第１運転状態において、排熱回収装置の各部位における温度の一例を示すと、エンジン１１が定格運転を行っており、シリンダヘッドの温度が１００℃であり、排ガス熱交換器２７の入口の排ガスＥの温度が５００℃、排ガス熱交換器２７の出口の排ガスＥの温度が７５℃の場合であって、貯湯槽２４から排熱回収熱交換器２６の入口に導かれる排熱回収媒体Ｍの温度が２０℃、排熱回収媒体Ｍの流量が５Ｌ／ｍｉｎのときには、エンジン冷却水Ｗの温度は、排熱回収熱交換器２６の出口及び排ガス熱交換器２７の入口にて７０℃、排ガス熱交換器２７の出口及びエンジン冷却部３０の入口にて７７℃、エンジン冷却部３０の出口及び電気ヒータ２０の入口にて８０℃、電気ヒータ２０の出口から排熱回収熱交換器２６の入口にて８０℃となり、排熱回収熱交換器２６の出口の排熱回収媒体Ｍの温度は７５℃、貯湯槽２４に導かれる排熱回収媒体Ｍの温度も７５℃となる。
【００４９】
〔第２運転状態における温度の一例〕
一方、第２運転状態において、排熱回収装置の各部位における温度の一例を示すと、エンジン１１が定格運転を行っており、シリンダヘッドの温度が１００℃であり、排ガス熱交換器２７の入口の排ガスＥの温度が５００℃、排ガス熱交換器２７の出口の排ガスＥの温度が７５℃の場合であって、貯湯槽２４から排熱回収熱交換器２６の入口に導かれる排熱回収媒体Ｍの温度が２０℃、排熱回収媒体Ｍの流量が５Ｌ／ｍｉｎのときには、エンジン冷却水Ｗの温度は、排熱回収熱交換器２６の出口及び排ガス熱交換器２７の入口及びエンジン冷却部３０の入口にて７７℃、排ガス熱交換器２７の出口にて８７℃、エンジン冷却部３０の出口にて８３℃、電気ヒータ２０の入口にて８５℃、電気ヒータ２０の出口にて８５℃となる。尚、上述したように、当該電気ヒータ２０は、当該実施形態において、エンジン冷却水Ｗを加熱していないものとする。
このとき、排熱回収熱交換器２６の出口の排熱回収媒体Ｍの温度は８０℃、貯湯槽２４へ導かれる排熱回収媒体Ｍの温度は８０℃となる。
【００５０】
（２）上記実施形態では、エンジン１１は、燃焼室に供給される混合気の空気過剰率を略１．０のストイキ範囲内に設定されているが、例えば、空気過剰率を１．０よりも大きいリーン範囲内に設定することもできる。
【００５１】
（３）排熱回収媒体Ｍは、排熱回収回路１４に備えた排熱回収媒体循環ポンプ２５の作動により通流させているが、例えば、給水路２８の給水の水圧を利用して排熱回収媒体Ｍを通流させることもできる。
【００５２】
（４）上記実施形態において、電気ヒータ２０は、余剰電力が発生した場合にエンジン冷却水Ｗを加熱するものとしたが、高温貯湯を行う第２運転状態においては、余剰電力の有無に関わらず、エンジン冷却水Ｗを加熱するものとしても構わない。
【００５３】
（５）上記実施形態において、制御装置２２（運転制御手段２２ｃの一例）は、貯湯槽２４に貯湯されている排熱回収媒体Ｍの温度が低い場合には、排熱回収効率を優先させるべく、第１運転状態にする制御を行うものとした。しかしながら、高温貯湯を優先させる場合には、制御装置２２は、貯湯槽２４に貯湯されている排熱回収媒体Ｍの温度が低い場合であっても、第２運転状態にする制御を行うものとしても構わない。
【００５４】
（６）上記実施形態においては、制御装置２２（運転制御手段２２ｃの一例）が、現在又は現在から近い将来において高温熱負荷に伴う熱需要が有る場合に、貯湯された排熱回収媒体Ｍの貯湯温度に応じて、第１運転状態と第２運転状態とを切り替えるように制御する構成を示した。
しかしながら、制御装置２２は、貯湯された排熱回収媒体Ｍの貯湯温度以外に、例えば、排熱回収回路１４の排熱回収熱交換器２６の出口の排熱回収媒体Ｍの温度に応じて、第１運転状態と第２運転状態とを切り替えるように制御しても構わない。
また、制御装置２２（高温熱負荷存否判定手段２２ｂの一例）は、高温熱負荷端末１５ｂの熱需要に関する情報を直接取得して、現在において高温熱負荷に伴う熱需要が有るか否かを判定する制御をするよう構成しても構わない。
【００５５】
（７）上記実施形態において、排熱回収媒体供給路５１は、排熱回収回路１４の排熱回収熱交換器２６と貯湯槽２４との間に接続する構成を示した。しかしながら、排熱回収媒体供給路５１は、排熱回収回路１４と独立した状態で、排熱回収熱交換器２６の出口から高温熱負荷端末１５ｂまで排熱回収媒体Ｍを導くように設けられても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のエンジンの排熱回収装置は、熱負荷が必要とする温度に応じた排熱回収運転を行うことで、放熱ロスを抑制可能なエンジンの排熱回収装置として、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
Ｍ              ：排熱回収媒体
Ｗ              ：エンジン冷却水
Ｅ              ：排気ガス
１０            ：エンジン冷却回路
１１            ：エンジン
１４            ：排熱回収回路
１５ｂ          ：高温熱負荷端末（熱負荷端末の一例）
２２            ：制御装置
２２ａ          ：熱負荷記憶部
２２ｂ          ：高温熱負荷存否判定手段
２２ｃ          ：運転制御手段
２４            ：貯湯槽
２６            ：排熱回収熱交換器
２７            ：排ガス熱交換器
３０            ：エンジン冷却部
３３            ：四方弁
３５            ：温度センサ
３７ａ          ：第１三方弁
３７ｂ          ：第２三方弁
５０            ：第３三方弁
５１            ：排熱回収媒体供給路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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