(57)【要約】【課題】少なくとも大型ラジエータを設置する必要のない熱回収システムおよび排熱回収方法を提供することを課題とするものである。【解決手段】エンジン１から発生する排ガスと給湯水などの第一熱交換媒体Ｗ１とを排ガスボイラー２１により熱交換して排ガス熱を回収する。その際に第一熱交換媒体Ｗ１が、所定温度以上に加熱される場合には、排ガス量制御装置７により排ガスボイラー２１に供給される排ガス量が規制される。また、排ガス量制御装置は、排ガスの一部を第一熱交換装置に供給し、上記排ガスの残部を大気中に放出する機能を有する。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱源から発生する排ガスを第一熱交換媒体と熱交換する第一熱交換装置、上記発熱源から上記第一熱交換装置に供給する排ガス量を制御する排ガス量制御装置を備えたことを特徴とする排熱回収システム。
【請求項２】
上記排ガス量制御装置は、上記排ガスの一部を上記第一熱交換装置に供給し、上記排ガスの残部を大気中に放出する機能を有することを特徴とする請求項１記載の排熱回収システム。
【請求項３】
上記第一熱交換装置を経由して加熱された第一熱交換媒体の温度を測定する温度計および上記温度計の測定値を上記排ガス量制御装置に入力する手段を備え、上記排ガス量制御装置は、上記温度計の測定値に基づいて上記第一熱交換装置に供給する排ガス量を自動制御する機能を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の排熱回収システム。
【請求項４】
上記第一熱交換媒体は、給湯水であることを特徴とする請求項１または請求項３記載の排熱回収システム。
【請求項５】
上記第一熱交換媒体は非給湯水であり、上記非給湯水と給湯水とを熱交換する第二熱交換装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の排熱回収システム。
【請求項６】
上記発熱源は、冷却媒体が循環するジャケットを有する内燃機関であって、上記冷却媒体と上記第一熱交換媒体とを熱交換する第三熱交換装置を備えたことを特徴とする請求項１または請求項５記載の排熱回収システム。
【請求項７】
上記第一熱交換媒体を輸送する管路に上記第一熱交換媒体を冷却するラジエータを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項記載の排熱回収システム。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項記載の排熱回収システムを用い、上記第一熱交換装置および／または上記第三熱交換装置での熱交換による上記第一熱交換媒体の温度が所定温度範囲内となるように、上記排ガス量制御装置により上記発熱源から上記第一熱交換装置に供給される排ガス量を制御することを特徴とする排熱回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排熱回収システムおよび排熱回収方法に関し、特に内燃機関などの発熱源から発生する排ガスが有する排熱を回収して、省資源を図るうえで有用な排熱回収システムおよび排熱回収方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの排ガスが有する排熱を回収するために、この排ガスにて排ガスボイラーを加熱する技術が周知である。この周知技術においては、排ガスボイラー、熱交換装置、ラジエータおよび循環ポンプを管路で繋いで管路の閉回路を形成し、上記循環ポンプによりエチレングリコール水溶液のような熱交換媒体を上記閉回路内で循環させる。熱交換媒体は、この循環により排ガスボイラーを通過する際に排ガスにより加熱され、熱交換装置において給湯水と熱交換して冷却され、排ガスボイラーにおいて再加熱される。上記熱交換装置において熱交換媒体と熱交換して温度上昇した給湯水は、ホテルあるいはその他の需要サイに供給される。
【０００３】
なお上記の需要サイドは、通常、所定の温度範囲内に調節された給湯水を要求する。一方で、排ガスボイラーにおいて加熱された熱交換媒体の温度は、排ガス量の増大あるいはその他の理由により通常より高くなることがある。しかしかかる場合でも、給湯水の温度が所定の温度範囲内に収まるように、上記のラジエータを稼動させて熱交換媒体の温度が低下せしめられる。
【０００４】
ところで需要サイドでの給湯水の需要量が減少した場合には、エネルギー量の収支バランス上から、熱交換媒体が排ガスボイラーを介して排ガスから獲得したエネルギー量の一部をラジエータにより大気中に放出せざるを得ず、需要サイドからの要求量が一層減少して余剰エネルギー量が多くなる場合には、ラジエータとして大型のものが必要となって、排熱回収システムがコストアップとなる問題があり、また大型のラジエータの設置のための大きなスペースが必要となる問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における如上の諸問題に鑑みて、少なくとも大型ラジエータを設置する必要のない熱回収システムおよび排熱回収方法を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る排熱回収システムは、発熱源から発生する排ガスを第一熱交換媒体と熱交換する第一熱交換装置、上記発熱源から上記第一熱交換装置に供給する排ガス量を制御する排ガス量制御装置を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の請求項２に係る排熱回収システムは、請求項１において、上記排ガス量制御装置は、上記排ガスの一部を上記第一熱交換装置に供給し、上記排ガスの残部を大気中に放出する機能を有するものである。
【０００８】
本発明の請求項３に係る排熱回収システムは、請求項１または請求項２において、上記第一熱交換装置を経由して加熱された第一熱交換媒体の温度を測定する温度計および上記温度計の測定値を上記排ガス量制御装置に入力する手段を備え、上記排ガス量制御装置は、上記温度計の測定値に基づいて上記第一熱交換装置に供給する排ガス量を自動制御する機能を有することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の請求項４に係る排熱回収システムは、請求項１または請求項３において、上記第一熱交換媒体は、給湯水であることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の請求項５に係る排熱回収システムは、請求項１において、上記第一熱交換媒体は非給湯水であり、上記非給湯水と給湯水とを熱交換する第二熱交換装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項６に係る排熱回収システムは、請求項１または請求項５において、上記発熱源は、冷却媒体が循環するジャケットを有する内燃機関であって、上記冷却媒体と上記第一熱交換媒体とを熱交換する第三熱交換装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項７に係る排熱回収システムは、請求項１〜請求項６のいずれか一項において、上記第一熱交換媒体を輸送する管路に上記第一熱交換媒体を冷却するラジエータを設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の排熱回収方法は、請求項１〜請求項７のいずれか一項記載の排熱回収システムを用い、上記第一熱交換装置および／または上記第三熱交換装置での熱交換による上記第一熱交換媒体の温度が所定温度範囲内となるように、上記排ガス量制御装置により上記発熱源から上記第一熱交換装置に供給される排ガス量を制御することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態により説明するが、説明の順位の早い図に示された部位と同じ部位が後続の図に示される場合には、互いに同じ符号を付して後続の図では説明を省略することがある。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の排熱回収システムにおける実施の形態１の概略説明図であって、当該排熱回収システムは、発熱源たるエンジン１、前記第一熱交換装置の一例としての排ガスボイラー２１、送水ポンプ４２、送水管路５１、ガス管路６、排ガス量制御装置７、温度計８、および信号線路８１から構成されている。また、ガス管路６はガス管路部分６１〜６４から、排ガス量制御装置７は本体７１と三方弁７２とから、それぞれ構成されている。排ガスボイラー２１は、前記した従来技術におけるそれと同じものである。
【００１６】
エンジン１から排出された排ガスは、ガス管路部分６１を通って三方弁７２に至り、そこから一部はガス管路部分６３を通って排ガスボイラー２１のケーシング２１１内に導入され、送水管路部分５１の分岐部を加熱してガス管路部分６２から大気中に放出される。排ガスの残余の部分は、三方弁７２からガス管路部分６４を通ってガス管路部分６２に合流し、大気中に放出される。送水管路５１には、矢印Ａの方向に第一熱交換媒体Ｗ１が流され、その方向に送水ポンプ４２、排ガスボイラー２１、および温度計８が設置されている。また温度計８と排ガス量制御装置７とは、信号線路８１で接続されており、排ガスボイラー２１により加熱された第一熱交換媒体Ｗ１の温度は、温度計８により測定されて信号線路８１を介して排ガス量制御装置７の本体７１に入力され、本体７１ではその入力値にしたがって三方弁７２を自動操作する。
【００１７】
つぎに実施の形態１における排熱回収方法に就き説明する。第一熱交換媒体Ｗ１として、需要サイド向けの温水とされる水の一例としての給湯水が用いられ、当該給湯水は、必要に応じて送水ポンプ４２が稼動されて矢印Ａの方向に流される。いま排ガスボイラー２１に入る前の給湯水の温度をｔ１℃、需要サイドが要求する給湯水の温度をｔ２±１℃とすると、温度計８の示度が下限温度（ｔ２−１）℃近くまで低下した場合は、排ガス量制御装置７によりエンジン１から排出された排ガスは、ガス管路部分６３からガス管路部分６２のルートで流される。一方、温度計８の示度が上限温度（ｔ２＋１）℃近くまで上昇した場合には、排ガスの一部はガス管路部分６４からガス管路部分６２のルートで流され、かくして給湯水温はｔ２±１℃に調節されて需要サイドに供給される。なお多くの場合、排ガスボイラー２１に入る前の給湯水の温度と流量、並びに排ガスの温度と流量が安定していると、排ガス量制御装置７の本体７１による三方弁７２の操作によりエンジン１から排出された排ガスのガス管路部分６３の方に流す流量とガス管路部分６４の方に流す流量の分配率を一定にすることにより、例えば温度ｔ２±１℃の給湯水を需要サイドに供給することができる。
【００１８】
実施の形態１の排熱回収システムでは、必要以上の排ガスを給湯水の加熱に使用しないので、排ガスの全部を排ガスボイラー２１に供給していた前記従来技術では必須であったラジエータは必ずしも必要ではなくなって、本発明の前記課題が達成される。
【００１９】
実施の形態２．
図２は、本発明の排熱回収システムにおける実施の形態１の概略説明図である。実施の形態２においては、排ガスボイラー２１に加えて前記第二熱交換装置の一例としての熱交換装置２２が用いられており、排ガスボイラー２１、熱交換装置２２、循環ポンプ４１、およびラジエータ３は、その順に送水管路部分５１にて接続されて一つの閉回路を形成している。また当該閉回路を循環して排ガスボイラー２１により加熱される上記第一熱交換媒体の一例としてエチレングリコール水溶液のような不凍液が用いられ、当該不凍液Ｗ１は熱交換装置２２において送水管路部分５２内を流れる需要サイド向けの給湯水Ｗ２と熱交換される。温度計８は、熱交換装置２２において熱交換されて温度上昇した給湯水Ｗ２の温度を測定できる個所に設置されている。
【００２０】
つぎに実施の形態２における排熱回収方法に就き説明する。いま熱交換装置２２に入る前の給湯水の温度をｔ１℃、需要サイドが要求する当該給湯水の温度、即ち熱交換装置２２において不凍液Ｗ１と熱交換した後の当該給湯水の温度をｔ２±０．５℃とする。温度計８の示度が下限温度（ｔ２−０．５）℃近くまで低下した場合は、排ガス量制御装置７によりエンジン１から排出された排ガスは、ガス管路部分６３からガス管路部分６２のルートで流されて不凍液Ｗ１の温度が高められる。一方、温度計８の示度が上限温度（ｔ２＋０．５）℃近くまで上昇した場合には、排ガスの一部はガス管路部分６４からガス管路部分６２のルートで流されて不凍液Ｗ１の温度が低められる。その際にラジエータ３をも稼動させて不凍液Ｗ１の温度を低めてもよい。
【００２１】
実施の形態２では、給湯水は、それが排ガスボイラー２１において直接加熱される前記実施の形態１と異なって、不凍液Ｗ１を介して間接的に加熱され、また給湯水の過度の温度上昇を抑え得るラジエータ３をも備えているので、給湯水を一層小さな温度範囲、例えばｔ２±０．１℃、あるいはｔ２±０．０１℃に制御可能である。なおラジエータ３は、補助的な冷却手段であるので、小型のもので十分である。
【００２２】
実施の形態３．
図３は、本発明の排熱回収システムにおける実施の形態３の概略説明図である。図３においては、熱交換装置２３、三方弁９を有するバイパス５３、循環ポンプ４３、および送水管路部分５４がさらに追加されていて、排ガスボイラー２１、熱交換装置２２、循環ポンプ４１、ラジエータ３、三方弁９、熱交換装置２３は、その順に送水管路部分５１にて接続されて一つの閉回路を形成している。またエンジン１には、そのボディの温度を冷却するためのジャケット１１が設けられており、ジャケット１１、熱交換装置２３、および循環ポンプ４３は送水管路部分５４にて接続されて別の閉回路を形成している。送水管路部分５４には、エチレングリコール水溶液のような不凍液Ｗ３がジャケット１１の冷却媒体として循環ポンプ４３にて循環されている。
【００２３】
実施の形態３では、需要サイド向けの給湯水Ｗ２の温度は、実施の形態２における制御方法と基本的に同じ方法で制御可能であり、給湯水Ｗ２の加熱にジャケット１１を冷却した不凍液Ｗ３の高温度も利用できるので、実施の形態２の場合よりも高温度の給湯水Ｗ２を需要サイドに供給できる利点がある。さらに三方弁９を操作することにより、熱交換装置２２および循環ポンプ４１を経由した不凍液Ｗ１をラジエータ３を経由して熱交換装置２３に送るラジエータ経由ルート、あるいはバイパス５３から熱交換装置２３に送るラジエータ非経由ルートの選択が可能となる。ラジエータ経由ルートは、不凍液Ｗ１の温度を下げて、給湯水Ｗ２および不凍液Ｗ３の温度を下げる必要がある場合に有用であり、ラジエータ非経由ルートはかかる温度低下の必要がない場合に有用である。このルートの選択は、手動で行ってもよいが、必要に応じてジャケット１１を含む上記閉回路内の不凍液Ｗ３の温度を測定する温度計を設けるなどして、ジャケット１１に入る前の不凍液Ｗ３の温度を排ガス量制御装置７により所定範囲内に自動制御するようにしてもよい。
【００２４】
以上、本発明を実施の形態１〜３により詳細に説明したが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではなく、本発明の課題並びに解決手段の精神に沿った種々の変形形態を包含する。例えば排ガス量制御装置７の本体７１および三方弁７２は、互いに離れた、且つ任意の個所に設置されてよく、要は必要な排ガス量制御が達成されればよい。また、一個の三方弁７２代えて二個の二方弁を採用してもよい。上記ジャケットの冷却媒体や非給湯水の第一熱交換媒体としては有機質のものであってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る排熱回収システムは、以上説明した通り、発熱源から発生する排ガスを第一熱交換媒体と熱交換する第一熱交換装置、上記発熱源から上記第一熱交換装置に供給する排ガス量を制御する排ガス量制御装置を備えたことを特徴とするものであるので、排ガス量制御装置により第一熱交換媒体の加熱のために、必要以上の排ガスを使用しないので、ラジエータは必ずしも必要ではなく、たとえ、ありうべき第一熱交換媒体の過加熱防止のためにそれを設置するとしても、小型のもので十分である。
【００２６】
また本発明の排熱回収方法は、以上説明した通り、請求項１〜請求項７のいずれか一項記載の排熱回収システムを用い、上記第一熱交換装置および／または上記第三熱交換装置での熱交換による上記第一熱交換媒体の温度が所定温度範囲内となるように、上記排ガス量制御装置により上記発熱源から上記第一熱交換装置に供給される排ガス量を制御することを特徴とするものであるので、大型のラジエータを用いなくても、給湯水などの第一熱交媒体を例えばｔ±１℃の精度で制御して需要サイドに供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排熱回収システムにおける実施の形態１の概略説明図。
【図２】本発明の排熱回収システムにおける実施の形態２の概略説明図。
【図３】本発明の排熱回収システムにおける実施の形態２の概略説明図。
【符号の説明】
１　エンジン、２１　排ガスボイラー、２２　熱交換装置、３　ラジエータ、
３１　ラジエータ本体、３２　ファン、４１　循環ポンプ、
５１〜５２　送水管路部分、６　ガス管路６、６１〜６４　ガス管路部分、
７　排ガス量制御装置、７１　本体、７２　三方弁、８　温度計、
８１　信号線路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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