(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排熱回収用熱交換器を組み込んで成る貯湯手段、
前記貯湯手段に結ばれた給水ライン、
前記貯湯手段内に貯湯された温水を給湯栓に供給する給湯ライン、
前記給湯ラインから給湯栓に給湯される温水を加熱するために給湯ラインに取り付けられた昇温手段、
前記給湯ラインから給湯栓に給湯される温水の温度を水温センサにより検出し、この検出温度が設定値以下の場合に前記昇温手段を駆動して、水温を設定温度に昇温する給湯温度制御手段、
前記給湯ラインにおいて、前記昇温手段をバイパスするバイパスラインを設けると共に、給湯水温が設定値以上の場合には当該バイパスラインを開放するダイレクト給湯手段、
前記給湯ラインの端末と昇温手段の入側をリターンラインにて結び、このリターンラインに取り付けた保温運転ポンプを駆動して常時保温運転を行っている保温運転手段、
から成るコージェネレーションシステム。
【請求項２】
昇温手段として給湯側の水圧が一定値以下に低下した時に駆動を開始するガス湯沸器を用いて成る請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
昇温手段は、昇温温度設定自在であるところの請求項１又は２記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
貯湯槽に昇温手段及び保温運転手段付の給湯ライン及びリターンラインを複数系統設けて成る請求項１又は３記載のコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガスエンジンを含む内燃機関で発電機を駆動し、電気を発生させると同時に、内燃機関の冷却水および排気ガスのもつ高温熱エネルギーを回収し、これを暖房や給湯に利用する所謂コージェネレーションシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコージェネレーションシステムの構成を図２に基づいて説明する。
図２において、符号の１はガスエンジンにより発電機を駆動して発電を行う発電システム、２はガスエンジンの冷却水、排気ガス熱を回収する排熱回収ライン、３は貯湯槽であって、前記排熱回収ライン２はこの貯湯槽３内に組み込んだ排熱回収用熱交換器４を経由して循環することにより、貯湯槽３内の水に排熱を与える構成である。
５は補助加熱用ボイラーであって、この補助加熱用ボイラー５は、貯湯槽３内の水温が設定値である約７０℃以下の場合に、７０℃以上になるように貯湯槽３内の水温を水温センサ６により検出して駆動し、補助熱交換器７により貯湯槽３内の水温を上昇させるものである。８は貯湯槽３内に給水するための給水ラインである。
９は貯湯槽３から給湯栓１０…に対して給湯を行う給湯ライン、１１は給湯ライン９の端末９ａに結ばれたリターンラインであって、このリターンライン１１を経由して貯湯槽３内の温水を保温運転ポンプ１２により循環させることにより、即給湯を実現している。図中１３はクーリングライン、１４はクーリングタワーである。
上記従来のガスコージェネレーションシステムは、エネルギーを７０〜８０％の高い効率で使用することができるため、省エネルギーシステムとして近年特に普及している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、補助加熱用ボイラーを用いる従来例においては、次のような欠点がある。
ａ．発電需要は比較的安定しているが、給湯需要は変動が激しい。例えば、一時的に大きな給湯需要があった場合は、貯湯槽３の温度が急激に下がり、補助加熱用ボイラー５が駆動を始めるが、７０℃まで昇温されない間に給湯需要があった場合、希望する温度の温水が得られない。
ｂ．常時安定した水温の給湯及び保温運転を実現するために、補助加熱用ボイラー５は貯湯槽３内の水温を約７０℃に確保している。このため、排熱回収用熱交換器４で排熱回収する場合、排熱温度約９０℃と約７０℃との間には約２０℃の温度差しかなく、排熱回収効率が悪い。又、貯湯槽３内の水温が８０℃以上の場合は、排熱は貯湯槽３側には廻らず、クーリングタワー１４側に廻り、ここで大気中に放棄している。このため、排熱を有効に回収しきれていない場合が多い。
ｃ．貯湯槽３の容量が大きいため、自然放熱ロスが大きい。
ｄ．補助加熱用ボイラー５は貯湯槽３内の水量全体を昇温するため、補助加熱用燃料の消費が大きい。
ｅ．給湯栓１０…には、貯湯槽３内の温水が直接給湯されるため、貯湯水温である約７０℃以上の高温水を得ることはできない。
本発明の目的は、コージェネレーションシステムにおいて、特に排熱回収効率の向上と使い勝手の向上を図ることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るコージェネレーションシステムの構成は次のとおりである。
１．排熱回収用熱交換器を組み込んで成る貯湯手段、
前記貯湯手段に結ばれた給水ライン、
前記貯湯手段内に貯湯された温水を給湯栓に供給する給湯ライン、
前記給湯ラインから給湯栓に給湯される温水を加熱するために給湯ラインに取り付けられた昇温手段、
前記給湯ラインから給湯栓に給湯される温水の温度を水温センサにより検出し、この検出温度が設定値以下の場合に前記昇温手段を駆動して、水温を設定温度に昇温する給湯温度制御手段、
前記給湯ラインにおいて、前記昇温手段をバイパスするバイパスラインを設けると共に、給湯水温が設定値以上の場合には当該バイパスラインを開放するダイレクト給湯手段、
前記給湯ラインの端末と昇温手段の入側をリターンラインにて結び、このリターンラインに取り付けた保温運転ポンプを駆動して常時保温運転を行っている保温運転手段、
から成るコージェネレーションシステム。
２．昇温手段として給湯側の水圧が一定値以下に低下した時に駆動を開始するガス湯沸器を用いて成る前記１記載のコージェネレーションシステム。
３．昇温手段は、昇温温度設定自在であるところの前記１又は２記載のコージェネレーションシステム。
４．貯湯槽に昇温手段及び保温運転手段付の給湯ライン及びリターンラインを複数系統設けて成る前記１又は３記載のコージェネレーションシステム。
【０００５】
【作用】
貯湯手段には、給水ラインを経由して出湯に見合う水量の給水が自動的に行われる。発電機を駆動する内燃機関の排熱は、排熱回収ラインを経由して貯湯手段内の排熱回収用交換器内に入り、ここで貯湯手段内の水に熱を与えて再び内燃機関に戻る。この作用により、排熱は貯湯手段内に貯えられた水で回収される。この結果、貯湯手段内の水は昇温する。給湯需要があり、この給湯需要設定水温が貯湯手段内の水温よりも高い場合には、昇温手段が駆動して給湯需要設定水温になるまで給湯ライン内を流れる温水を加熱して、これを給湯する。
【０００６】
一方、貯湯手段から出湯される水温が給湯需要設定水温と同一かこれよりも高い場合には、昇温手段を経由せず、バイパスラインを経由してダイレクトに給湯を行う。
保温運転手段は、昇温手段により加熱した温水を常時昇温手段→給湯ライン→保温運転ポンプ→給湯ライン端末→リターンライン→昇温手段と循環させておくことにより、即給湯を実現している。又、昇温手段にて昇温した温水を、貯湯槽に戻さないことにより、貯湯槽に入る内燃機関側からの排熱回収量を多くとれ、昇温手段の運転時間を短くできる。
【０００７】
【実施例】
図１に基づいて本発明の実施例を詳述する。図１において、１はガスエンジンにより発電機を駆動して発電を行う発電システム、２はガスエンジンの冷却水、排気ガス熱を回収する排熱回収ライン、３は貯湯手段としての貯湯槽であって、前記排熱回収ライン２はこの貯湯槽３内に組み込まれた排熱回収用熱交換器４を経由して貯湯槽３内の水に排熱を与える構成である。
８は貯湯槽３内に給水を行う給水ラインであって、この給水ライン８には貯湯槽３内の水位を水位センサ８ａにより検出して、常時一定の水位に保持するように給水バルブ８ｂを制御する給水制御手段が取り付けてある。但し、この給水制御手段は、貯湯槽３内の水位が給湯により下がった場合に、水道水圧で自動的に給水される方式とすることにより、無くすことができる。
９は給湯ライン、１３はクーリングライン、１４はクーリングタワーである。
【０００８】
１５は前記給湯ライン９に取り付けられた昇温手段の一例としての出湯温度設定自在の先止め方式のガス温水器（以下「昇温器」という）、１６は昇温器１５の出口側の給湯ライン９ｂに取り付けられた水温検出センサ、１１は給湯ライン９ｂの端末９ａと昇温器１５の入側を結ぶリターンライン、１２は昇温器１５の出側に取り付けられた保温運転ポンプである。１７は昇温器１５の上流側において、給湯ライン９を分岐して三方弁１８により給湯ライン９ｂに結んだダイレクト給湯手段としてのバイパスライン、１９は貯湯槽３の出口の水温を検出する水温検出センサーであって、この水温検出センサ１９がある設定水温以上を検出したときに三方弁１８をバイパスライン１７側に切り換えて直接貯湯槽３内の温水を給湯栓１０…側に給湯することができる。
【０００９】
上記実施例についての作用を次に説明する。
貯湯槽３には給水ライン８を経由して、水位センサー８ａ、給水バルブ８ｂにより、出湯に見合う水量の給水が自動的に行われる。発電機を駆動するガスエンジンからの排熱は、排熱回収ライン２を経由して貯湯槽３内の排熱回収用交換器４内に入り、ここで貯湯槽３内の水に熱を与えて再びガスエンジンに戻る。この作用により排熱は貯湯槽３内に貯えられた水で回収される。この結果、貯湯槽３内の水は昇温する。給湯需要があり、水温検出センサー１９で検出される水温が給湯需要設定水温よりも低い場合には、昇温器１５が駆動して給湯需要設定水温になるまで給湯ライン９ｂからリターンライン１１を流れる温水を加熱する。
一方、水温検出センサー１９で検出される貯湯槽３内の水温が給湯需要設定水温と同一かこれよりも高い場合には、三方弁１８を切り換えてバイパスライン１７を経由してダイレクトに給湯栓１０…に対して給湯を行う。
保温運転は、給湯需要がある無しに拘らず、保温運転ポンプ１２が駆動して昇温器１５により昇温した温水を昇温器１５→給湯ライン９ｂ→保温運転ポンプ１２→給湯ライン端末９ａ→リターンライン１１→昇温器１５と循環して、即給湯に備える。
【００１０】
【発明の効果】
本発明による効果は次のとおりである。
ａ．貯湯手段内には、排熱回収用熱交換器により昇温した温度の水だけを貯湯し、従来のように補助加熱用ボイラーを用いて約７０℃まで加熱しておく手段を排除すると共に昇温手段にて加温された温水を従来のように貯湯手段に戻さないように構成した。この結果、貯湯手段内の水温は、排熱から回収された熱で決まり、又給湯需要が多い場合、貯湯手段内の水温はどんどん下がるため、排熱と水温との差が大きくなって内燃機関側からの排熱の回収効率が向上する。この点を従来例と比較すると、本発明の場合、１２時間連続運転において、排熱は合計約１０時間回収されていたが、従来の補助加熱用ボイラーを取り付けて貯湯槽内を約７０℃に加熱するシステムにおいては、クーリングタワーの駆動が約９時間で、排熱回収運転は僅か３時間にすぎなかった。
ｂ．昇温手段は、給湯需要設定水温に見合う昇温を行うため、従来のように貯湯槽内の水温が低いために需要設定水温が得られないことがあると云った使い勝手の悪さがなくなる。
ｃ．貯湯手段内には、従来のように約７０℃の高温水が貯湯されていないため、自然放熱ロスが少ない。
ｄ．昇温手段により、給湯需要水量だけを昇温するため、効率的な水温加熱が可能である。
ｅ．昇温手段に昇温温度制御自在なものを利用することにより、約７０℃以上の温水は得られなかった従来例に比較して、８０〜９０℃の温水を得ることができる。
ｆ．給湯ラインに昇温手段を設けたことにより、従来のように、貯湯槽の容量を大きく設定する必要がない。この結果、貯湯槽の小型化が可能である。
ｇ．昇温手段には、例えば小型の先止め式給湯器を用いることができる。
ｈ．昇温手段を給湯栓に近い位置に設置することにより、貯湯槽まで配管していた従来例に比較して、リターンラインの配管距離を短くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したコージェネレーションシステムの実施例の説明図。
【図２】従来のコージェネレーションシステムの説明図。
【符号の説明】
１  発電システム
２  排熱回収ライン
３  貯湯槽
４  排熱回収用熱交換器
５  補助加熱用ボイラー
６  水温センサー
７  補助熱交換器
８  給水ライン
８ａ  水位センサー
８ｂ  給水バルブ
９  給湯ライン
９ａ  端末
９ｂ  給湯ライン
１０…  給湯栓
１１  リターンライン
１２  保温運転ポンプ
１３  クーリングライン
１４  クーリングタワー
１５  昇温器
１６  水温検出センサ
１７  バイパスライン
１８  三方弁
１９  水温検出センサー
【図１】
0003594252.tif 000002
【図２】
0003594252.tif 000003