(57)【要約】【課題】  複数の排熱発生装置から集めた熱媒をメンテナンス性の良好な装置にて効率良く増熱し、増熱された熱媒を排熱利用装置に供給する排熱利用システムを提供する。【解決手段】  排熱利用システムが、複数の排熱発生装置９の夫々から排熱を回収して排出される熱媒を集めた合流状態の熱媒が、太陽熱利用の増熱手段１に供給され、その増熱手段１にて加熱された熱媒が排熱利用装置１０に供給されるように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の排熱発生装置の夫々から排熱を回収して排出される熱媒を集めた合流状態の熱媒が、太陽熱利用の増熱手段に供給され、その増熱手段にて加熱された前記合流状態の熱媒が排熱利用装置に供給されるように構成されている排熱利用システム。
【請求項２】
前記増熱手段が、前記合流状態の熱媒が通流する加熱部の太陽光入射面よりも広範囲の太陽光を前記加熱部に集光して、前記合流状態の熱媒を蒸気に加熱して前記排熱利用装置に供給可能に構成されている請求項１に記載の排熱利用システム。
【請求項３】
前記合流状態の熱媒を燃料を消費して加熱する補助加熱部が設けられている請求項１又は請求項２に記載の排熱利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の排熱発生装置の夫々から排熱を回収して排出される熱媒を排熱利用装置に供給する排熱利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギの有効利用の観点から、複数の住宅などに設置された排熱発生装置から排熱を回収して排出される熱媒を集めて、その大量の熱媒を学校、介護施設、病院、スーパーマーケットなどに設けられた大規模な排熱利用装置に供給することが要望されている。ここで、各住宅に設置される排熱発生装置としては、ガスエンジンや燃料電池などの熱電併給装置やガスヒートポンプ装置などがある。ガスエンジン、燃料電池、ガスヒートポンプ装置などから排出される熱媒の温度は様々であり、排熱利用装置が必要とする熱媒の温度もまた様々である。例えば、固体高分子型燃料電池の作動温度は約８０℃であるため排出される熱媒の温度は８０℃以下となるが、この温度の熱媒は給湯や暖房といった用途には利用できるものの、冷房の用途に利用するには温度が低すぎるといった問題がある。また、排熱発生装置に併設される熱媒貯留槽に貯留され、温度が下がってしまった熱媒も同様に冷房などの用途には利用できないものであった。
【０００３】
そこで、排熱発生装置から排出された温度の低い熱媒を増熱手段にて増熱した上で排熱利用装置に提供するような排熱利用システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この排熱利用システムの増熱手段は太陽熱に加えて電力を補助的に利用した装置であり、利用価値の低かった低温の熱媒を利用価値の高い高温の熱媒に変えた後で排熱利用装置に提供している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−８１８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のような排熱利用システムが、例えば燃料電池のような排熱発生装置を備えた複数の住宅に設置される場合、複数の住宅の夫々に上述の太陽熱利用の増熱手段が設けられ、排熱発生装置から排出される熱媒をその増熱手段で夫々増熱した後で集めるようなシステムが構成されると考えられる。しかし、各住宅に設置可能な増熱手段は設置スペースやコストなどの問題から小規模なものと成らざるを得ず、それが太陽熱を利用した増熱手段である場合には、小規模であるほど効率の低い増熱手段になるものと想定される。また、増熱手段が複数の住宅に設けられている場合には、排熱利用システム全体としてそれら増熱手段のメンテナンス作業に要する手間も大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の排熱発生装置からの熱媒を効率良く、しかもメンテナンス性の優れた形態で増熱して排熱利用装置に供給することができる排熱利用システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る排熱利用システムの第１特徴構成は、複数の排熱発生装置の夫々から排熱を回収して排出される熱媒を集めた合流状態の熱媒が、太陽熱利用の増熱手段に供給され、その増熱手段にて加熱された合流状態の熱媒が排熱利用装置に供給されるように構成されている点にある。
【０００８】
上記第１特徴構成によれば、複数の排熱発生装置の夫々から排熱を回収して排出される熱媒が集められ、その集められた合流状態の熱媒が太陽熱利用の増熱手段で増熱されて排熱利用装置に供給されることとなる。
そして、合流状態の熱媒を加熱する太陽熱利用の増熱手段は、大きな設置スペースを確保して、充分な加熱能力を有する大規模な設備として設置することが可能となるため、充分な加熱能力を有する大規模な設備として構成される増熱手段により、高効率に熱媒の増熱を行うことが可能となり、又、大規模な設備ではあるものの、集中して設置されることになる増熱手段は、メンテナンス作業も少ない手間で集中して行い易いものとなる。従って、複数の排熱発生装置からの熱媒を効率良く、しかもメンテナンス性の優れた形態で増熱して排熱利用装置に供給することができる排熱利用システムを提供するに至った。
【０００９】
本発明に係る排熱利用システムの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記増熱手段が、前記合流状態の熱媒が通流する加熱部の太陽光入射面よりも広範囲の太陽光を前記加熱部に集光して、前記合流状態の熱媒を蒸気に加熱して前記排熱利用装置に供給可能に構成されている点にある。
【００１０】
上記第２特徴構成によれば、熱媒が通流する加熱部の太陽光入射面よりも広範囲の太陽光が加熱部に集光された高性能の増熱手段によって熱媒を蒸気に増熱して排熱利用装置に供給可能であるので、排熱発生装置から集められた熱媒が利用価値の低い低温の熱媒であっても、この高性能の増熱手段によって利用価値の高い蒸気の熱媒又は高温の熱媒に変えた上で排熱利用装置に供給することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る排熱利用システムの第３特徴構成は、上記第１特徴構成又は第２特徴構成に加えて、前記合流状態の熱媒を燃料を消費して加熱する補助加熱部が設けられている点にある。
【００１２】
上記第３特徴構成によれば、太陽光が弱いとき又は排熱利用装置における熱需要が大きいときには太陽熱利用の増熱手段によってすべての熱需要を賄いきれない可能性もあるが、熱媒を燃料を消費して加熱する補助加熱部が設けられているので、排熱利用装置に対して十分な熱媒を供給することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜第１実施形態＞
以下に図１を参照して本発明に係る排熱利用システムについて説明する。
この排熱利用システムは、複数の住宅などに設置された複数の排熱発生装置９の夫々から排熱を回収して装置外部に排出される熱媒を集めた合流状態の熱媒が、太陽熱利用の増熱装置（増熱手段の一例）１に供給され、その増熱装置１にて加熱された熱媒が排熱利用装置１０に供給されるように構成されている。ここで、排熱発生装置９は、ガスエンジンや燃料電池などの熱電併給装置やガスヒートポンプ装置など、発生する排熱が熱媒にて回収され、その熱媒が装置外部に排出されるような装置である。例えば、燃料電池の電池冷却水は燃料電池内部の熱を外部に排出する熱媒である。排熱利用装置１０は、供給される高温の熱媒を用いて冷房を行う冷房装置などである。
ここで、排熱発生装置９から排出された熱媒は併設される熱媒貯留槽（図示せず）に貯留され、その熱媒貯留槽から増熱装置１へと送出されることとなる。このとき、熱媒貯留槽に貯留されている、温度が低く、即ち利用価値が低い熱媒や排熱発生装置９から排出される、温度が低く、即ち利用価値が低い熱媒が熱媒貯留槽から増熱装置１へ送出される場合や、定められた量の熱媒が毎日熱媒貯留槽から増熱装置１へ送出される場合や、排熱発生装置９が設置された住宅での消費熱媒量を超える余剰の熱媒が熱媒貯留槽から増熱装置１へ送出される場合などがある。
【００１４】
増熱装置１は、複数の排熱発生装置９から排出された合流状態の熱媒を、太陽光（熱）を利用して加熱する装置であり、具体的には、太陽光を受光して集光する集光部２と、その集光部２にて集光されて入射される太陽光を熱エネルギに変換して、その熱エネルギで熱媒を加熱する加熱部３とを備えている。この加熱部３は、入射された太陽光を熱に変換し、加熱部３の内部を通流する熱媒にその熱を与えるような熱交換器である。ここで、集光レンズなどにて構成される集光部２の受光面４の面積は、加熱部３への太陽光の入射面５の面積よりも大きく構成されている。その結果、入射面５よりも広範囲の太陽光を加熱部５に集光することが可能となり、集光部２を設けない場合に加熱部３の入射面５に入射される太陽光のエネルギよりも大きいエネルギが入射面５に入射されることになる。このように、集光部２によって集光され、エネルギ密度が高められた太陽光が加熱部３へと入射されるので、大量且つ低温の熱媒であっても高温に加熱することができる高性能な増熱装置１が構成される。また、この排熱利用システムでは増熱装置１の設置数を少なくできるので、そのメンテナンス作業のための手間も減少されることとなる。
【００１５】
次に、排熱発生装置９が、地域に分散している複数の住宅のそれぞれに設置されている固体高分子型燃料電池であり、排熱利用装置１０が、その地域の大規模な介護施設に設置されている冷房装置である場合のこの排熱利用システムの運用について説明する。
各住宅に設置された固体高分子型燃料電池の電池冷却水として電池外部に排出される低温の熱媒（温度は約８０℃以下）は、排熱収集路１１を介して増熱装置１に集められる。増熱装置１に集められた合流状態の熱媒は、入射される太陽光を熱に変換する加熱部３の内部を通流中に加熱される。上述のように、レンズなどの集光装置にて構成される集光部２における太陽光の受光面４の面積は加熱部３への太陽光の入射面５の面積よりも大きく構成されているので、加熱部３による熱媒の加熱性能は高く、複数の固体高分子型燃料電池（排熱発生装置９）から集められた合流状態の熱媒が大量且つ低温であっても、高温に加熱することができるように構成されている。
そして、増熱装置１にて加熱された高温の熱媒は排熱供給路１２を介して介護施設（排熱利用装置１０）に供給され、その介護施設の冷房用途をはじめ給湯用途や暖房用途などに使用されることになる。
ここで、加熱部３から熱媒に与えられる熱エネルギが大きい場合には、その熱媒を蒸気に加熱して、その熱媒蒸気を介護施設（排熱利用装置１０）に供給することもできる。
【００１６】
このように、利用価値の低かった低温の熱媒を各排熱発生装置９から大量に回収し、大規模な増熱装置１にて効率的に加熱した後の高温の熱媒を、排熱利用装置１０に供給するように構成されているので、太陽光という自然エネルギを用いて熱媒の付加価値を効率的に高めることができる排熱利用システムが提供される。
【００１７】
＜第２実施形態＞
図２に示す第２実施形態に係る排熱利用システムは、合流状態の熱媒を燃料を消費して加熱する補助加熱部６が設けられている点で第１実施形態と異なる。
この排熱利用システムでは、第１実施形態と同様に増熱装置１も設けられており、複数の排熱発生装置９から集められた合流状態の熱媒は、増熱装置１及び補助加熱部６の両方を用いて加熱することができる。増熱装置１の構成は第１実施形態において説明したのと同様であるが、太陽光が弱いときには加熱部３での加熱性能が低下し、集められた合流状態の熱媒の温度を十分に高くできない可能性がある。このため、加熱部３にて加熱された後の熱媒温度を温度センサ１３によって監視し、その熱媒温度が所定の設定温度よりも低い場合には補助加熱部６を稼動させて、排熱利用装置１０に供給される熱媒の温度を高めるように構成されている。
【００１８】
補助加熱部６は、燃焼部７に供給される燃料（例えば、ガス）と空気とを燃焼させて得られる熱を、補助加熱部６の内部を通流する熱媒に与える熱交換器である。そして、補助加熱部６を出た後の熱媒温度を温度センサ１４によって監視し、その熱媒温度が所定の設定温度と等しくなるように、燃焼部７に供給される燃料量（ガス量）と空気量とを調整して燃焼を制御する。
そして、増熱装置１及び補助加熱部６にて加熱された高温の熱媒は排熱供給路１２を介して排熱利用装置１０に供給され、冷房用途などに使用されることになる。
【００１９】
このように、利用価値の低かった低温の熱媒を各排熱発生装置９から大量に回収し、太陽光のエネルギを利用した増熱装置１と燃焼熱を利用した補助加熱部６とによって熱媒を加熱できるように構成されているので、加熱部３に入射される太陽光が十分でないとき又は排熱利用装置１０における熱需要が大きいときであっても、排熱利用装置１０には大量且つ高温の熱媒を十分に供給することが可能となる。
【００２０】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記の実施形態では、集光レンズを例に挙げて集光部２の機能を説明したが、集光レンズ以外の装置を用いても構わない。例えば、集光部２としてパラボラ反射鏡を用いた場合には、そのパラボラ反射鏡において加熱部３の入射面５よりも広範囲の太陽光を受光して、加熱部３への太陽光の入射面５へと反射するように構成することで、集光部２を設けない場合に加熱部３の入射面５に入射される太陽光のエネルギよりも大きいエネルギが入射面５に入射されることになる。その結果、大量且つ低温の熱媒であっても高温に加熱することができる高性能な増熱装置１が得られる。
また、パラボラ反射鏡以外の反射鏡を集光部２として用いることも可能である。例えば、加熱部３の入射面５よりも広範囲の太陽光を複数の反射鏡により受光し、それら複数の反射鏡にて受光された太陽光が、加熱部３の入射面５に入射するように構成しておけば、集光部２を設けない場合に加熱部３の入射面５に入射される太陽光のエネルギよりも大きいエネルギが入射面５に入射されることになり、大量且つ低温の熱媒であっても高温に加熱することができる高性能な増熱装置１が得られる。
【００２１】
＜２＞
上述の実施形態では、増熱装置１に併設されるような、複数の排熱発生装置９から集められた合流状態の熱媒を貯留する熱媒貯留槽や、増熱装置１において加熱された熱媒が貯留される熱媒貯留槽などについて記載していないが、それらの熱媒貯留槽を適宜設けてもよい。例えば、複数の排熱発生装置９から集められた合流状態の熱媒を貯留する熱媒貯留槽を設けた場合、集められた合流状態の熱媒が熱媒貯留槽から増熱装置１へ一定流量で熱媒が流入するように調整することで、増熱装置１から流出して排熱利用装置１０に供給される熱媒の温度を一定に制御することが可能となる。また、熱媒貯留槽から増熱装置１へ流入する熱媒の流量を太陽光の強弱（つまり、増熱装置１の加熱能力の大小）に応じて調整することで、増熱装置１から流出して排熱利用装置１０に供給される熱媒の温度を一定に制御することも可能となる。
また、増熱装置１にて加熱された後の熱媒を貯留する熱媒貯留槽を設けた場合には、増熱装置１において加熱される熱媒量が排熱利用装置１０での熱媒の需要量よりも多い場合には、余剰の熱媒を上記熱媒貯留槽に貯留しておくことが可能となる。他方で、増熱装置１において加熱される熱媒量が排熱利用装置１０での熱媒の需要量よりも少ない場合には、不足の熱媒を上記熱媒貯留槽に予め貯留しておいた熱媒で賄うことが可能となる。
【００２２】
＜３＞
上記の実施形態では、複数の排熱発生装置９から集められた合流状態の熱媒を増熱装置１にて加熱し、加熱された熱媒を１つの排熱利用装置１０に供給する場合の例について説明しているが、増熱装置１によって加熱された熱媒を複数の排熱利用装置１０に供給することも可能である。また、増熱装置１を複数台設け、１台の増熱装置１を設ける場合に比べて更に高い加熱性能を有する増熱装置を構築することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】排熱利用システムの構成図
【図２】排熱利用システムの別の構成図
【符号の説明】
【００２４】
１  増熱装置（増熱手段）
９  排熱発生装置
１０  排熱利用装置
【図１】
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【図２】
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