(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を駆動する際に駆動源から発生する排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて前記熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器と、加熱された前記熱媒と水との間で熱交換を行わせて前記水を加熱する水加熱用熱交換器とを備え、加熱された前記水を給湯や空調管理に利用する排熱回収システムであって、
前記排熱回収用熱交換器において加熱された前記熱媒を一時的に貯留するバッファタンクを備え、前記排熱回収用熱交換器が前記バッファタンクよりも高い位置に設置され、該バッファタンクが大気中に開放されていることを特徴とする排熱回収システム。
【請求項２】
発電機を駆動する際に駆動源から発生する排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて前記熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器と、加熱された前記熱媒と水との間で熱交換を行わせて前記水を加熱する水加熱用熱交換器とを備え、加熱された前記水を給湯や空調管理に利用する排熱回収システムであって、
前記排熱回収用熱交換器において加熱された前記熱媒を一時的に貯留するバッファタンクを備え、該バッファタンクが管を通じて大気中に開放され、該管には前記熱媒の蒸気を凝縮する凝縮器が設けられていることを特徴とする排熱回収システム。
【請求項３】
前記バッファタンク内の前記熱媒に、断熱材からなる蓋体が浮かべられていることを特徴とする請求項１または２に記載の排熱回収システム。
【請求項４】
前記バッファタンクから前記水加熱用熱交換器に前記熱媒を導入するインバータ制御ポンプと、前記水の温度を検出する第３の温度検出手段と、該第３の温度検出手段の検出結果に基づいて前記インバータ制御ポンプの駆動を制御する第３の制御手段とを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の排熱回収システム。
【請求項５】
発電機を駆動する際に駆動源から発生する排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて前記熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器と、加熱された前記熱媒と水との間で熱交換を行わせて前記水を加熱する水加熱用熱交換器とを備え、加熱された前記水を給湯や空調管理に利用する排熱回収システムであって、
前記排熱回収用熱交換器に導入すべき前記排ガスを前記排熱回収用熱交換器への導入前に排出する排気手段と、前記熱媒の温度を検出する第１の温度検出手段と、該第１の温度検出手段の検出結果に基づいて前記排気手段を作動させる第１の制御手段と、前記水の温度を検出する第２の温度検出手段と、前記水加熱用熱交換器において加熱された前記水を追加熱する加熱手段と、前記第２の温度検出手段の検出結果に基づいて前記加熱手段を作動させる第２の制御手段と、前記排熱回収用熱交換器において加熱された前記熱媒を一時的に貯留するバッファタンクと、該バッファタンクから前記水加熱用熱交換器に前記熱媒を導入するインバータ制御ポンプと、前記水の温度を検出する第３の温度検出手段と、該第３の温度検出手段の検出結果に基づいて前記インバータ制御ポンプの駆動を制御する第３の制御手段とを備えることを特徴とする排熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１  】
【発明の属する技術分野】
本発明は、天然ガスや石油等を燃料とする駆動源により発電機を駆動する際に駆動源から発生する排熱を利用して給湯や空調管理を行う排熱回収システムに関する。
【０００２  】
【従来の技術】
オフィスビルや商業施設等の比較的小規模なエリアにおいて、ガスや石油等を燃料とする駆動源により発電機を駆動し、自らが使用する電力を自給するシステムを採用することがある。特に近年では、発電機の駆動源に都市ガスや石油等を燃料として低燃費、低騒音で駆動される小型のガスタービンが採用されるようになり、汎用性が高まったことで上記システムが注目されるようになっている。
【０００３  】
ところで、上記のような電力自給システムには、発電機を駆動する際に駆動源から発生する排熱を利用して同エリア内での給湯や空調を行う排熱回収システムが併設されることが多い。その一例を図１１に示す。図において、符号１０１はガスタービン、１０２は排熱回収用熱交換器、１０３は貯湯槽、１０４は給湯栓、１０５は給水タンク、１０６は給湯温度調節用熱交換器、１０７は冷却塔、である。ガスタービン１０１と排熱回収用熱交換器１０２とは排ガス導入管１０８によって接続されており、さらに排熱回収用熱交換器１０２には水を加熱した排ガスを排出する排気塔１０９が設けられている。
【０００４  】
排熱回収熱交換器１０２と貯湯槽１０３とは水（湯）を循環させる閉じた系を構成する一次配管１１０によって接続されている。また、貯湯槽１０３と給湯栓１０４、給湯温度調節用熱交換器１０６は湯を循環させる閉じた系を構成する二次配管１１１によって接続されている。給水タンク１０５は二次配管１１１に給水管１１２によって接続されている。さらに、給湯温度調節用熱交換器１０６と冷却塔１０７とは冷媒としての水を循環させる閉じた系を構成する冷媒配管１１３によって接続されている。
【０００５  】
上記排熱回収システムでは、ガスタービン１０１の排熱は排熱回収用熱交換器１０２に導入されて貯湯槽１０３を通じて排気されるが、排熱回収熱用交換器１０２において一次配管を循環する水と熱交換を行ってこれを加熱する。排熱回収用熱交換器１０２において加熱された水（湯）は貯湯槽１０３に流入する。貯湯槽１０３の水（湯）は二次配管１１１を循環し、給湯栓１０４が開かれると系外に流出して利用される。貯湯槽１０３内の水（湯）の残量が少なくなったら給水タンク１０５から適宜給水が実施される。
【０００６  】
ところで、上記排熱回収システムにおいては、二次配管１１１を循環する水（湯）の利用が少ないと、系内の温度が過度に上昇してしまう。そこで、こういった場合を含めて給湯温度調節用熱交換器１０６において余剰の熱エネルギーを回収し、冷却塔１０７で大気中に放出するようになっている。
【０００７  】
【発明が解決しようとする課題】
上記排熱回収システムでは、給湯温度調節用熱交換器１０６や冷却塔１０７によって構成される冷却設備を必要とすることにより、当該システム全体が複雑かつ大掛かりになってしまい設置に際してコストが嵩む、といったことが問題となっている。
【０００８  】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、構造が簡素でコンパクトであり、しかも安定した給湯が可能な排熱回収システムを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の排熱回収システムを採用する。すなわち、本発明に係る請求項１記載の排熱回収システムは、発電機を駆動する際に駆動源から発生する排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて前記熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器と、加熱された前記熱媒と水との間で熱交換を行わせて前記水を加熱する水加熱用熱交換器とを備え、加熱された前記水を給湯や空調管理に利用する排熱回収システムであって、
前記排熱回収用熱交換器において加熱された前記熱媒を一時的に貯留するバッファタンクを備え、前記排熱回収用熱交換器が前記バッファタンクよりも高い位置に設置され、該バッファタンクが大気中に開放されていることを特徴とする。
【００１４】
この排熱回収システムにおいては、バッファタンクが大気開放されていることにより、排熱回収用熱交換器やバッファタンクに耐圧構造を採用する必要がないので、各部の構造の簡略化が可能となる。加えて、排熱回収用熱交換器がバッファタンクよりも高い位置にあることから、排熱回収用熱交換器へ熱媒を供給するポンプが電源喪失やその故障によって停止したとしても、排熱回収用熱交換器内の熱媒が重力の作用により自然にバッファタンクに流下するため、熱媒が異常加熱することがなく、高い安全性が確保される。
【００１５】
請求項２記載の排熱回収システムは、発電機を駆動する際に駆動源から発生する排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて前記熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器と、加熱された前記熱媒と水との間で熱交換を行わせて前記水を加熱する水加熱用熱交換器とを備え、加熱された前記水を給湯や空調管理に利用する排熱回収システムであって、
前記排熱回収用熱交換器において加熱された前記熱媒を一時的に貯留するバッファタンクを備え、該バッファタンクが管を通じて大気中に開放され、該管には前記熱媒の蒸気を凝縮する凝縮器が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
この排熱回収システムにおいては、バッファタンクを大気開放する管に凝縮器を設けることにより、気化した熱媒が管を通じて大気中に逃げようとしても、凝縮器において凝縮されてバッファタンクに戻される。これにより、熱媒の不足による排熱回収能力の低減といった事態の発生が阻止される。
【００１７】
請求項３記載の排熱回収システムは、請求項１または２に記載の排熱回収システムにおいて、前記バッファタンク内の前記熱媒に、断熱材からなる蓋体が浮かべられていることを特徴とする。
【００１８】
この排熱回収システムにおいては、バッファタンク内の熱媒に断熱材からなる蓋体を浮かべることにより、大気開放されたバッファタンクであっても、大気中に逃げる熱エネルギーの量が抑えられ、排熱から回収した熱エネルギーを無駄なく利用できるようになる。
【００１９】
請求項４記載の排熱回収システムは、請求項１から３のいずれか一項に記載の排熱回収システムにおいて、前記バッファタンクから前記水加熱用熱交換器に前記熱媒を導入するインバータ制御ポンプと、前記水の温度を検出する第３の温度検出手段と、該第３の温度検出手段の検出結果に基づいて前記インバータ制御ポンプの駆動を制御する第３の制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２０  】
この排熱回収システムにおいては、水加熱用熱交換器において加熱された水の温度を常時検出しておき、排熱から熱エネルギーが多く回収され、熱媒の単位体積あたりの熱エネルギーが過剰に多いとみなされる場合には、ポンプの搬送量を減らして熱媒の流量を減少させ、水加熱用熱交換器への熱媒導入量を減少させて給湯（空調）側に供給される熱エネルギーを減らす。逆に排熱から必要な熱エネルギーを回収できず、熱媒の単位体積あたりの熱エネルギーが十分でないとみなされる場合は、インバータ制御ポンプの駆動を制御し搬送量を増やして熱媒の流量を増加させ、水加熱用熱交換器への熱媒導入量を増加させて給湯（空調）側に供給される熱エネルギーを増やす。これにより、排熱回収が安定しない場合においても、給湯や空調管理が安定して行えるようになる。
【００２１】
請求項５記載の排熱回収システムは、発電機を駆動する際に駆動源から発生する排ガスと熱媒との間で熱交換を行わせて前記熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器と、加熱された前記熱媒と水との間で熱交換を行わせて前記水を加熱する水加熱用熱交換器とを備え、加熱された前記水を給湯や空調管理に利用する排熱回収システムであって、前記排熱回収用熱交換器に導入すべき前記排ガスを前記排熱回収用熱交換器への導入前に排出する排気手段と、前記熱媒の温度を検出する第１の温度検出手段と、該第１の温度検出手段の検出結果に基づいて前記排気手段を作動させる第１の制御手段と、前記水の温度を検出する第２の温度検出手段と、前記水加熱用熱交換器において加熱された前記水を追加熱する加熱手段と、前記第２の温度検出手段の検出結果に基づいて前記加熱手段を作動させる第２の制御手段と、前記排熱回収用熱交換器において加熱された前記熱媒を一時的に貯留するバッファタンクと、該バッファタンクから前記水加熱用熱交換器に前記熱媒を導入するインバータ制御ポンプと、前記水の温度を検出する第３の温度検出手段と、該第３の温度検出手段の検出結果に基づいて前記インバータ制御ポンプの駆動を制御する第３の制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２２  】
この排熱回収システムにおいては、第１、第２、第３の制御手段が、それぞれの制御に関与する主要な構成要素（排気手段、加熱手段、インバータ制御ポンプ等）を重複して制御するようには構成されておらず、個々に独立して制御を行うので、いずれかの制御系統に不具合が生じた場合でも、他の制御系統はこれに影響を受けず、安定した給湯や空調管理が行える。
【００２３  】
【発明の実施の形態】
本発明に係る排熱回収システムの第１の実施形態を図１ないし図７に示して説明する。
図１は電力自給システムに併設される排熱回収システムの構成を示し、図２は排熱回収システムの具体的な内部構造を示している。電力自給システム自体は小型のガスタービンを駆動源として発電機を駆動することによって電力を得るが、これに併設される排熱回収システムは、発電機を駆動する際にガスタービンから発生する排ガスの熱を利用して給湯を行うものである。
【００２４  】
各図において、符号１はガスタービン、２は排ガスと熱媒（実際には水を用いるが、ここでは便宜上”熱媒”とする）との間で熱交換を行わせて熱媒を加熱する排熱回収用熱交換器、３は排熱回収用熱交換器２において加熱された熱媒を一時的に貯留するバッファタンク、４は加熱された熱媒と水との間で熱交換を行わせて水（実際に給湯に利用される水）を加熱する水加熱用熱交換器、５は水加熱用熱交換器４において加熱された水を追加熱するガス湯沸器（加熱手段）、６は加熱された水を必要に応じて取り出すための給湯栓、７は利用された分の水の不足を補う給水タンク、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は熱媒や水を搬送するポンプ、である。
【００２５  】
ガスタービン１と排熱回収用熱交換器２とは排ガス導入管８によって接続されている。排熱回収用熱交換器２への排ガス導入直前の排ガス導入管８には、排ガスの温度を検出する温度センサＴＳ１が設けられている。また、排熱回収用熱交換器２には熱媒を加熱した排ガスを排出する排気塔９が設けられている。
【００２６  】
排熱回収用熱交換器２とバッファタンク３、ポンプＰ１は熱媒を循環させる一次熱媒循環系を構成する一次熱媒配管１０によって接続されている。また、バッファタンク３と水加熱用熱交換器４、ポンプＰ２は熱媒を循環させる二次熱媒循環系を構成する二次熱媒配管１１によって接続されている。さらに、水加熱用熱交換器４と給湯栓６、ポンプＰ３は水を循環させる水循環系を構成する水配管１２によって接続されている。なお、排熱回収用熱交換器２はバッファタンク３よりも高い位置に設置されている。
【００２７  】
図３には排熱回収用熱交換器２の構造を示す。排熱回収用熱交換器２は、筐体２０の内部に、アルミ製の冷却フィン２１を多数取り付けられたステンレス製の伝熱管２２が蛇行屈曲された状態で収納されたものである。筐体２０の上部には、排ガスの導入口２０ａと導出口２０ｂとが両側に離間して設けられており、導入口２０ａに排ガス導入管８が、導出口２０ｂに排気塔９がそれぞれ接続されている。また、伝熱管２２は、一次熱媒配管１０に接続されて一次熱媒循環系の一部を構成している。
【００２８  】
排熱回収用熱交換器２には、排ガス導入管８を通じて導入される排ガスを排熱回収用熱交換器２への導入前に排気塔９に導いて大気中に排出させる三方切換弁（排気手段）Ｖ１が設けられ、三方切換弁Ｖ１と排気塔９との間にはバイパス流路１４が設けられている。三方切換弁Ｖ１には、隣接する導入口２０ａとバイパス流路１４入口との間で揺動しバイパス流路１４の一部もしくは全部を塞ぐバタフライ弁が採用されている。
【００２９  】
図１に戻り、一次熱媒配管１０には、排熱回収用熱交換器２に導入される熱媒を排熱回収用熱交換器２の前後でバイパスさせる三方切換弁Ｖ２、およびバイパス配管１５が設けられている。
【００３０  】
排熱回収用熱交換器２からの熱媒導出後の一次熱媒配管１０には、熱媒の温度を検出する温度センサ（第１の温度検出手段）ＴＳ２が設けられている。三方切換弁Ｖ１は、温度センサＴＳ２の検出結果に基づいて開閉の切り換えを制御され（排熱回収系制御プロセス；詳細については後述する）、必要に応じて排ガスをバイパスさせて排熱回収用熱交換器２への導入を阻むようになっている。また、三方切換弁Ｖ２も同じく温度センサＴＳ２の検出結果に基づいて制御され、三方切換弁Ｖ１と同期して熱媒をバイパスさせて排熱回収用熱交換器２への導入を阻むようになっている。
【００３１  】
バッファタンク３の上部には、バッファタンク３内部と排気塔９とを連通させる連通管１６が設けられている。バッファタンク３に連通する連通管１６は傾斜しており、その途中には連通管１６を流通する熱媒の蒸気を凝縮する凝縮器１７が設けられている。また、バッファタンク３内には、断熱材からなる蓋体３ａが熱媒液面を覆うように浮かべられている。
【００３２  】
水加熱用熱交換器４からの水導出直後の水配管１２には、加熱後の水の温度を検出する温度センサ（第３の温度検出手段）ＴＳ３が設けられている。ポンプＰ２にはインバータ制御ポンプが採用されており、温度センサＴＳ３の検出結果に基づいて駆動を制御され（給湯温度制御プロセス；詳細については後述する）、水加熱用熱交換器４への熱媒導入量を変更するようになっている。
【００３３  】
水配管１２には、水加熱用熱交換器４に導入される水を水加熱用熱交換器４の前後でバイパスさせるバイパス配管１７が設けられ、このバイパス配管１７の途中にガス湯沸器５が設けられている。また、ガス湯沸器５には別個に構築されたガス供給系からガスの供給を受けるべくガス配管１８が接続されており、ガス配管１８には、ガス湯沸器５へのガスの導入を断続するガス導入弁Ｖ３が設けられている。
【００３４  】
ガス湯沸器５への水導入直前のバイパス配管１７には、ガス湯沸器５への水の導入を断続する水導入弁Ｖ４が設けられている。ガス湯沸器５は、水導入弁Ｖ４が開かれると水の導入を検知して作動し、導入された水を加熱して水循環系に排出するようになっている。
【００３５  】
また、水加熱用熱交換器４への水導入直前の水配管１２には、加熱前の水の温度を検出する温度センサ（第２の温度検出手段）ＴＳ４が設けられている。水導入弁Ｖ４は、温度センサＴＳ４の検出結果に基づいて開閉の切り換えを制御され（給湯補償制御プロセス；詳細については後述する）、ガス湯沸器５を作動させるようになっている。
【００３６  】
給水タンク７は水配管１２に給水管１９によって接続されており、水循環系を構成する水配管１２内の水の残量が少なくなったら給水管１９を通じて適宜給水を実施するようになっている。
【００３７  】
上記のように構成された排熱回収システムによる排熱回収のしくみを説明する。まず、ガスタービン１から排出された排ガスは、排ガス導入管８を通じて排熱回収用熱交換器２に導入され、一次熱媒循環系を流れる熱媒と熱交換を行って熱媒を加熱し、排気塔９から大気中に排出される。
【００３８  】
排熱回収用熱交換器２において加熱された熱媒は、ポンプＰ１の働きによりバッファタンク３に導入され、一時的に貯留される。バッファタンク３に貯留された熱媒は、ポンプＰ２の働きにより二次熱媒循環系に導入され、水加熱用熱交換器４に導入されて水循環系を流れる水と熱交換を行って水を加熱し、再びバッファタンク３に導入される。
【００３９  】
水加熱用熱交換器４において加熱された水は、ポンプＰ３の働きにより水循環系を循環し、給湯栓６が開かれると系外に流出して利用される。
【００４０  】
次に、上記排熱回収システムを稼働させる際の処理の流れについて説明する。稼働前の排熱回収システム各部の初期状態は、（三方切換弁Ｖ１：排ガスをバイパス、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器２に熱媒導入、ガス導入弁Ｖ３：閉、水導入弁Ｖ４：閉、ポンプＰ１，Ｐ２：停止、ポンプＰ３：作動）となっている。
【００４１  】
この状態から排熱回収システムを稼働させると、図４の流れ図に示すように、ステップＳ１において温度センサＴＳ１の検出結果から排ガス温度ｔ１が２００℃よりも高いか否かが判別される。そして、排ガス温度ｔ１が２００℃以下であれば、ガスタービン１が停止しているとみなされ、排熱回収システム各部の状態が、ステップＳ２においてポジションＡ（三方切換弁Ｖ１：排ガスをバイパス、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器２に熱媒導入、ガス導入弁Ｖ３：開、水導入弁Ｖ４：閉、ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３：作動）に切り換えられる。この後、排熱回収システムは、排熱回収系制御プロセス（第１の制御手段）ＰＳ１、給湯温度制御プロセス（第２の制御手段）ＰＳ２、給湯補償制御プロセス（第３の制御手段）ＰＳ３の３つの独立したプロセスにより制御されることとなる。
【００４２  】
排ガス温度ｔ１が２００℃よりも高ければ、ガスタービン１が運転しているとみなされ、排熱回収システム各部の状態が、ステップＳ３においてポジションＢ（三方切換弁Ｖ１：排熱回収用熱交換器２に排ガス導入、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器２に熱媒導入、ガス導入弁Ｖ３：開、水導入弁Ｖ４：閉、ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３：作動）に切り換えられる。この後、排熱回収システムは、上記の場合と同様に排熱回収系制御プロセスＰＳ１、給湯温度制御プロセスＰＳ２、給湯補償制御プロセスＰＳ３の３つの独立したプロセスにより制御されることとなる。
【００４３  】
排熱回収系制御プロセスＰＳ１を図５の流れ図に示す。当該制御プロセスにおいては、まず、ステップＳ４において温度センサＴＳ２の検出結果から排熱回収直後の熱媒温度ｔ２が８０℃を保つように三方切換弁Ｖ１の開閉が連続制御される。熱媒温度ｔ２が８０℃より高くなれば、三方切換弁Ｖ１を（排ガスをバイパス）に切り換えて排ガスを排熱回収用熱交換器２導入前に大気中に排出して排熱回収を中断し、熱媒温度ｔ２が８０℃より低くなれば、三方切換弁Ｖ１を（排熱回収用熱交換器２に排ガス導入）に切り換えて排ガスを排熱回収用熱交換器２に導入し、排熱回収を再開する、といった具合である。
【００４４  】
三方切換弁Ｖ１が制御される間も熱媒温度ｔ２の値が観察され、ステップＳ５において９０℃以上であることが確認されれば、ステップＳ６において三方切換弁Ｖ２が（熱媒をバイパス）に切り換えられ、ステップＳ７において排熱回収用熱交換器２または三方切換弁Ｖ１の作動確認を促す警報が発せられる。さらにステップＳ８において熱媒温度ｔ２が１００℃以上の状態を６０秒以上維持したことが確認されなければ、ステップＳ４に戻って処理が繰り返され、１００℃以上の状態を６０秒以上維持したことが確認されれば、ステップＳ９においてシステムがシャットダウンされる。
【００４５  】
給湯温度制御プロセスＰＳ２を図６の流れ図に示す。当該制御プロセスにおいては、まず、ステップＳ１０において温度センサＴＳ３の検出結果から加熱直後の水温ｔ３が６５℃を保つようにポンプＰ２の駆動が連続制御される。水温ｔ３が６５℃より高くなれば、ポンプＰ２の回転数を下げて水加熱用熱交換器４への熱媒導入量を減少させて水に供給される熱エネルギーを減らし、水温ｔ３が６５℃より低くなれば、ポンプＰ２の回転数を上げて水加熱用熱交換器４への熱媒導入量を増加させて水に供給される熱エネルギーを増やす、といった具合である。
【００４６  】
ポンプＰ２の駆動が制御される間も水温ｔ３の値が観察され、ステップＳ１１において７５℃以上に達したことが確認されれば、ステップＳ１２においてポンプＰ２の作動確認を促す警報が発せられる。水温ｔ３が７５℃以上に達したことが確認されなければ、ステップＳ１０に戻って処理が繰り返される。
【００４７  】
給湯補償制御プロセスＰＳ３を図７の流れ図に示す。当該制御プロセスにおいては、まず、ステップＳ１３において温度センサＴＳ４の検出結果から加熱直前の水温ｔ４が４５℃より低いか否かが判別される。
【００４８  】
そして、水温ｔ４が４５℃より低ければ、ステップＳ１４において水導入弁Ｖ４が開かれてガス湯沸器５が作動し、導入された水を加熱することで水循環系内の水が追加熱される。水温ｔ４が４５℃以上であればステップＳ１３の処理が繰り返される。
【００４９  】
ガス湯沸器５が作動した後もステップＳ１５において水温ｔ４の値が観察され、５０℃以上になったことが確認されれば、ステップＳ１６において水導入弁Ｖ４が閉じられてガス湯沸器５が停止し、ステップＳ１３の処理が繰り返される。一方、ステップＳ１７において水温ｔ４が３５℃を下回ったことが確認されればガス湯沸器５が動作不良を起こしたと見なされ、ステップＳ１８において警報が発せられる。
【００５０  】
上記各プロセスはすべて独立して実行されるが、ステップＳ１９において排熱回収システムの稼働停止が選択されると、すべてのプロセスが一斉に処理を停止する（図４参照）。このとき、排熱回収システム各部の状態は、稼働停止選択時の状態がそのまま保持され、ステップＳ２０において稼働停止から３０分が経過したことが確認されれば、ステップＳ２１において排熱回収システム各部が初期状態のポジションに戻され、すべての処理が終了する。
【００５１  】
上記のように構成された排熱回収システムおいては、排熱回収直後の熱媒温度ｔ２を常時検出しておき、８０℃を上回ったら排熱回収用熱交換器２に導入すべき排ガスを導入前に大気中に排出することで、排熱回収用熱交換器２においては給湯に必要な分の熱エネルギーだけが回収され、余計な熱エネルギーは排熱回収用熱交換器２に導入される前に大気中に排出されるので、従来のような冷却設備が不要になる。
【００５２  】
上記排熱回収システムにおいては、水加熱用熱交換器４において加熱された後の水温ｔ３を常時検出しておき、水温ｔ３が６５℃を大きく上回ったら熱媒の単位体積あたりの熱エネルギーが過剰に多いとみなし、ポンプＰ２の搬送量を減らして熱媒の流量を減少させ、水加熱用熱交換器４への熱媒導入量を減少させて給湯側に供給される熱エネルギーを減らす。逆に水温ｔ３が６５℃を下回ったら熱媒の単位体積あたりの熱エネルギーが十分でないとみなし、ポンプＰ２の駆動を制御し搬送量を増やして熱媒の流量を増加させ、水加熱用熱交換器４への熱媒導入量を増加させて給湯側に供給される熱エネルギーを増やすようにする。これにより、排熱回収が安定しない場合においても、給湯や空調管理が安定して行える。
【００５３  】
上記排熱回収システムにおいては、水加熱用熱交換器４に導入される水温ｔ４を常時検出しておき、水温ｔ４が４５℃を下回ったらガス湯沸器５を作動させ、水加熱用熱交換器４において加熱された水、もしくは加熱すべき水を追加熱する。これにより、システム起動直後のように排熱から必要な熱エネルギーを回収できていない場合においても、給湯や空調管理が安定して行えるようになる。
【００５４  】
上記排熱回収システムにおいては、バッファタンク３を大気開放型としたことにより、排熱回収用熱交換器２やバッファタンク３自体に耐圧構造を採用する必要がない。これにより、システム各部の構造の簡略化が可能となる。
【００５５  】
また、バッファタンク３内の熱媒に断熱材からなる蓋体３ａを浮かべることにより、大気開放されたバッファタンク３であっても、大気中に逃げる熱エネルギーの量を抑えて、排熱から回収した熱エネルギーを無駄なく利用することができる。
【００５６  】
さらに、熱媒の蒸気が連通管１６を通じて大気中に逃げようとしても、凝縮器１７において凝縮されてバッファタンク３に戻される。これにより、熱媒の不足による排熱回収能力の低減といった事態の発生が阻止される。
【００５７  】
加えて、排熱回収用熱交換器２へ熱媒を供給するポンプＰ１が電源喪失やその故障によってポンプが停止した場合には、排熱回収用熱交換器２がバッファタンク３よりも高い位置にあること、バッファタンク３が大気開放されていることから、排熱回収用熱交換器２内の熱媒が重力の作用により自然にバッファタンク３に流下するため、熱媒が異常加熱することがなく、高い安全性が確保される。
【００５８  】
さらに加えて、上記排熱回収システムにおいては、排熱回収系制御プロセス、給湯温度制御プロセス、給湯補償制御プロセスの３つのプロセスが、それぞれの制御に関与するシステムの構成要素を重複して制御するようには構成されておらず、個々に独立して実行される。例えば、排熱回収用熱交換器２や三方切換弁Ｖ１に不具合が生じ、排熱回収系制御プロセスが警報を発する事態に陥った場合でも、給湯温度制御プロセス、給湯補償制御プロセスはこれに影響されることなく独立して実行されるので、安定した給湯が得られる。
【００５９  】
次に、本発明に係る排熱回収システムの第２の実施形態を図８ないし図１０に示して説明する。なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態の排熱回収システムにおいては、図８に示すように、二次熱媒循環系およびポンプＰ２は設けられておらず、水加熱用熱交換器４は一次熱媒循環系を流れる熱媒と水循環系を流れる水との間で熱交換を行うようになっている。
【００６０  】
さらに、本実施形態においては、水配管１２に、水加熱用熱交換器４に導入される水を水加熱用熱交換器４の直前と直後でバイパスさせるバイパス配管３０が設けられ、このバイパス配管３０に三方切換弁Ｖ５が設けられている。さらに三方切換弁Ｖ５と水加熱用熱交換器４との間には開閉弁Ｖ６が設けられる。三方切換弁Ｖ５は、温度センサＴＳ３の検出結果に基づいて開閉の切り換えを制御され（給湯温度制御プロセス）、水加熱用熱交換器４への水導入量を変更するようになっている。
【００６１  】
上記のように構成された排熱回収システムによる排熱回収のしくみを説明する。まず、ガスタービン１から排出された排ガスは、排ガス導入管８を通じて排熱回収用熱交換器２に導入され、一次熱媒循環系を流れる熱媒と熱交換を行って熱媒を加熱し、排気塔９から大気中に排出される。
【００６２  】
排熱回収用熱交換器２において加熱された熱媒は、ポンプＰ１の働きにより一次熱媒循環系を流れ、一部はバッファタンク３に導入されて一時的に貯留される。一次熱媒循環系を流れる熱媒は水加熱用熱交換器４に導入され、水循環系を流れる水と熱交換を行って水を加熱し、再びバッファタンク３に導入される。
【００６３  】
水加熱用熱交換器４において加熱された水は、ポンプＰ３の働きにより水循環系を循環し、給湯栓６が開かれると系外に流出して利用される。
【００６４  】
次に、上記排熱回収システムを稼働させる際の処理の流れについて説明する。稼働前の排熱回収システム各部の初期状態は、（三方切換弁Ｖ１：排ガスをバイパス、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器２に熱媒導入、ガス導入弁Ｖ３：閉、水導入弁Ｖ４：閉、三方切換弁Ｖ５：水加熱用熱交換器４をバイパス、ポンプＰ１：停止、ポンプＰ３：作動）となっている。
【００６５  】
この状態から排熱回収システムを稼働させると、図９の流れ図に示すように、ステップＳ２２において温度センサＴＳ１の検出結果から排ガス温度ｔ１が２００℃よりも高いか否かが判別される。そして、排ガス温度ｔ１が２００℃以下であれば、ガスタービン１が停止しているとみなされ、排熱回収システム各部の状態が、ステップＳ２３においてポジションＣ（三方切換弁Ｖ１：排ガスをバイパス、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器２に熱媒導入、ガス導入弁Ｖ３：開、水導入弁Ｖ４：閉、三方切換弁Ｖ５：水加熱用熱交換器４をバイパス、ポンプＰ１，Ｐ３：作動）に切り換えられる。この後、排熱回収システムは、排熱回収系制御プロセスＰＳ１、給湯温度制御プロセスＰＳ２、給湯補償制御プロセスＰＳ３の３つの独立したプロセスにより制御されることとなる。
【００６６  】
排ガス温度ｔ１が２００℃よりも高ければ、ガスタービン１が運転しているとみなされ、排熱回収システム各部の状態が、ステップＳ２４においてポジションＤ（三方切換弁Ｖ１：排熱回収用熱交換器２に排ガス導入、三方切換弁Ｖ２：排熱回収用熱交換器２に熱媒導入、ガス導入弁Ｖ３：開、水導入弁Ｖ４：閉、三方切換弁Ｖ５：水加熱用熱交換器４に水を導入、ポンプＰ１，Ｐ３：作動）に切り換えられる。この後、排熱回収システムは、上記の場合と同様に排熱回収系制御プロセスＰＳ１、給湯温度制御プロセスＰＳ２、給湯補償制御プロセスＰＳ３の３つの独立したプロセスにより制御されることとなる。
【００６７  】
ただし、排熱回収系制御プロセスＰＳ１と給湯補償制御プロセスＰＳ３とは上記第１の実施形態と同じなのでここでは省略し、処理の異なる給湯温度制御プロセスＰＳ２についてのみ図１０に示して説明する。なお、排熱回収システムの稼働停止が選択された後の処理の流れも第１の実施形態と同じなので、同様にここでは省略する。
【００６８  】
本実施形態の給湯温度制御プロセスＰＳ２においては、まず、ステップＳ２５において加熱直後の水温ｔ３が６５℃を保つように三方切換弁Ｖ５が連続制御される。水温ｔ３が６５℃より高くなれば、三方切換弁Ｖ５を開き水加熱用熱交換器４への熱媒導入量を減少させて水に供給される熱エネルギーを減らし、水温ｔ３が６５℃より低くなれば、三方切換弁Ｖ５を閉じ水加熱用熱交換器４への熱媒導入量を増加させて水に供給される熱エネルギーを増やす、といった具合である。
【００６９  】
三方切換弁Ｖ５の作動が制御された後もステップＳ２６において水温ｔ３の値が観察され、７５℃以上に達したことが確認されれば、ステップＳ２７において三方切換弁Ｖ５の作動確認を促す警報が発せられ、さらにステップＳ２８において三方切換弁Ｖ５が排ガスをバイパスするとともに開閉弁Ｖ６が閉じられる。水温ｔ３が７５℃以上に達したことが確認されなければ、ステップＳ２５に戻って処理が繰り返される。
【００７０  】
上記排熱回収システムにおいては、水加熱用熱交換器４において加熱された後の水温ｔ３を常時検出しておき、水温ｔ３が６５℃を上回ったら熱媒の単位体積あたりの熱エネルギーが過剰に多いとみなし、水加熱用熱交換器４への水導入量を減らして給湯側に供給される熱エネルギーを減らすようにする。これにより、排熱回収が安定しない場合においても、給湯や空調管理が安定して行える。
【００７１  】
また、上記排熱回収システムにおいても、排熱回収系制御プロセス、給湯温度制御プロセス、給湯補償制御プロセスの３つのプロセスが、それぞれの制御に関与するシステムの構成要素を重複して制御するようには構成されておらず、個々に独立して実行されるので、安定した給湯が得られる。
【００７２  】
ところで、上記第１、第２の各実施形態においては、回収された熱エネルギーを給湯に利用する場合について説明したが、本発明に係る排熱回収システムは、これに限らず回収した熱エネルギーを空調管理に利用することも可能である。また、各実施形態においては加熱手段にガス湯沸器５を採用したが、加熱手段にはガス以外の燃料や電力を使用して加熱を行うものを採用してもよい。
なお、上記第１、第２の実施形態において採用した各設定値はいずれも適宜変更可能であることはいうまでもない。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る請求項１記載の排熱回収システムによれば、バッファタンクが大気開放されていることにより、排熱回収用熱交換器やバッファタンクに耐圧構造を採用する必要がないので、各部の構造の簡略化が可能となり、システムのさらなるコンパクト化、設置コストの低減が図れる。
加えて、排熱回収用熱交換器がバッファタンクよりも高い位置にあることから、排熱回収用熱交換器へ熱媒を供給するポンプが電源喪失やその故障によって停止したとしても、排熱回収用熱交換器内の熱媒が重力の作用により自然にバッファタンクに流下するため、熱媒が異常加熱することがない。したがって、高い安全性を確保することができる。
【００７６】
請求項２記載の排熱回収システムによれば、バッファタンクを大気開放する管に凝縮器を設けることにより、気化した熱媒が管を通じて大気中に逃げようとしても、凝縮器におきて凝縮されてバッファタンクに戻されるので、熱媒の不足による排熱回収能力の低減といった事態の発生が阻止され、これによっても安定した給湯や空調管理の実現が可能になる。
【００７７】
請求項３記載の排熱回収システムによれば、バッファタンク内の熱媒に断熱材からなる蓋体を浮かべることにより、大気開放されたバッファタンクであっても、大気中に逃げる熱エネルギーの量が抑えられ、排熱から回収した熱エネルギーを無駄なく利用できるようになるので、システムの効率向上が図れる。
【００７８】
請求項４記載の排熱回収システムによれば、インバータ制御ポンプの搬送量を増やして熱媒の流量を増減させ、水加熱用熱交換器への熱媒導入量を増減させて給湯もしくは空調側に供給される熱エネルギーを調節することにより、排熱回収が安定しない場合においても、安定した給湯や空調管理を実現することができる。
【００７９】
請求項５記載の排熱回収システムによれば、各制御手段が、それぞれの制御に関与する主要な構成要素を重複して制御するようには構成されておらず、個々に独立して制御を行うので、いずれかの制御系統に不具合が生じた場合でも、他の制御系統はこれに影響を受けない。したがって、こういった場合も安定した給湯や空調管理の実現が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排熱回収システムの第１の実施形態であって、電力自給システムに併設される排熱回収システムの構成を示すブロック図である。
【図２】排熱回収システムの具体的な内部構造を示す斜視図である。
【図３】排熱回収用熱交換器の内部構造を示す側面図である。
【図４】排熱回収システムを稼働させる際の処理手順を示す流れ図である。
【図５】排熱回収系制御プロセスの処理手順を示す流れ図である。
【図６】給湯温度制御プロセスの処理手順を示す流れ図である。
【図７】給湯補償制御プロセスの処理手順を示す流れ図である。
【図８】本発明に係る排熱回収システムの第２の実施形態であって、電力自給システムに併設される排熱回収システムの構成を示すブロック図である。
【図９】排熱回収システムを稼働させる際の処理手順を示す流れ図である。
【図１０】給湯温度制御プロセスの処理手順を示す流れ図である。
【図１１】従来の排熱回収システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１      ガスタービン
２      排熱回収用熱交換器
３      バッファタンク
３ａ    蓋体
４      水加熱用熱交換器
５      ガス湯沸器（加熱手段）
６      給湯栓
１７    凝縮器
Ｖ１    三方切換弁（排気手段）
Ｐ２    ポンプ（インバータ制御ポンプ）
ＴＳ２  温度センサ（第１の温度検出手段）
ＴＳ３  温度センサ（第３の温度検出手段）
ＴＳ４  温度センサ（第２の温度検出手段）
ＰＳ１  排熱回収系制御プロセス（第１の制御手段）
ＰＳ２  給湯温度制御プロセス（第２の制御手段）
ＰＳ３  給湯補償制御プロセス（第３の制御手段）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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