(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源に熱媒を循環させて排熱を回収する処理と、
温水を溜めて蓄熱する蓄熱手段の前記温水の上層部に、前記熱媒の熱によって加熱された温水を供給する処理と、
前記熱媒の熱によって水を加熱し、温水が持つ熱を放熱負荷により放熱させる処理と、
前記熱源に対する熱的負荷を予測して前記熱源を運転する処理と、
前記蓄熱手段に溜められている前記温水を使用し、その使用量を検出する処理と、
前記使用量から前記熱源に対する熱的負荷及び蓄熱量を算定し、前記熱源の運転時間を決定する処理と、
設定された前記運転時間に前記熱源の駆動を許可する処理と、
を含み、前記蓄熱手段の前記蓄熱量は、前記蓄熱手段に溜められる容量を上下層方向に複数ゾーンに分割し、各ゾーンの温水量と、各ゾーン間の上側検出温度と、下側検出温度と、前記蓄熱手段に供給される水温とにより算出することを特徴とする排熱回収制御方法。
【請求項２】
前記放熱負荷は、温水暖房端末又は浴槽水を含むことを特徴とする請求項１記載の排熱回収制御方法。
【請求項３】
前記温水による蓄熱量を決定する処理を含むことを特徴とする請求項１記載の排熱回収制御方法。
【請求項４】
前記温水の使用量を検出する処理と、
前記使用量から前記熱源に対する熱的負荷及び蓄熱量を算定し、前記熱源の運転時間を決定する処理と、
設定された前記運転時間に前記熱源の駆動を許可する処理と、
前記放熱負荷の放熱要求に対し、前記運転時間外に前記熱源の運転を許可する処理と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の排熱回収制御方法。
【請求項５】
前記熱源に発電機を回転させる駆動源を用いたことを特徴とする請求項１又は４記載の排熱回収制御方法。
【請求項６】
熱を放出する熱源と、
この熱源に熱媒を循環させ、前記熱源の排熱を前記熱媒に回収させる排熱回収手段と、
下層部側に加熱前の水、上層部側に温水を溜めるとともに、その温水を給湯する蓄熱手段と、
前記蓄熱手段に溜められる容量を上下層方向に複数ゾーンに分割し、各ゾーンの温水温度を検出する温度検出手段と、
前記蓄熱手段の前記下層部側と前記上層部側との間に形成されて前記下層部側から前記水を取り出し、前記温水を前記上層部側に流し込む循環手段と、
この循環手段に設けられて前記熱媒が持つ熱により、前記水を加熱する第１の熱交換器と、
前記排熱回収手段に設けられて前記熱媒が持つ熱により、暖房端末に循環させる温水を加熱する第２の熱交換器と、
前記温度検出手段の検出温度を取り込み、前記熱源の運転パターン、運転時間又は前記蓄熱手段の蓄熱量を制御する制御手段と、
を備え、前記蓄熱手段の前記蓄熱量は、各ゾーンの温水量と、各ゾーン間の上側検出温度と、下側検出温度と、前記蓄熱手段に供給される水温とにより算出することを特徴とする排熱回収制御装置。
【請求項７】
前記熱源に発電機を回転させる駆動源を用いたことを特徴とする請求項６記載の排熱回収制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機を駆動するエンジン等の駆動源を熱源とし、その排熱を回収して利用する排熱回収制御方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンで発電機を駆動して発電するとともに、その駆動源であるエンジンの排熱を回収して利用する排熱回収制御方法及びその装置が知られている。排熱の回収は、エンジンのウォータージャケット部に冷却水や排熱回収水としての熱媒を流し、その熱媒を通じて行われる。そして、熱媒の吸熱を蓄積し、又は、その熱を給湯等に利用するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の排熱回収制御方法及びその装置では、貯湯タンクに貯湯される湯の温度検知より駆動源であるエンジンの運転制御が行われているが、予め蓄熱量又は運転時間を設定する単純な制御を用いていた。このため、熱需要のある時間帯に関係なく運転が行われ、放熱損失が大きくなる等、運転が不経済となり、電力需要と駆動源の運転時間に反映させることができないという欠点があった。
【０００４】
そこで、本発明は、第１に、熱源の運転パターンを最適化した排熱回収制御方法及びその装置を提供すること、第２に、蓄熱手段である貯湯タンクの蓄熱量の最適化とともに、放熱損失の低減を図った排熱回収制御方法を提供すること、第３に、暖房要求に対する経済的運転を実現した排熱回収制御方法及びその装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の排熱回収制御方法は、第１の課題を解決するため、熱源（エンジン２）に熱媒（４）を循環させて排熱を回収する処理と、温水（３２）を溜めて蓄熱する蓄熱手段（貯湯タンク３４）の前記温水の上層部に、前記熱媒の熱によって加熱された温水を供給する処理と、前記熱媒の熱によって水を加熱し、温水が持つ熱を放熱負荷（室内放熱器１０２、浴室暖房乾燥機１０４、温水１２２）により放熱させる処理と、前記熱源に対する熱的負荷を予測して前記熱源を運転する処理と、前記蓄熱手段に溜められている前記温水を使用し、その使用量を検出する処理と、前記使用量から前記熱源に対する熱的負荷及び蓄熱量を算定し、前記熱源の運転時間を決定する処理と、設定された前記運転時間に前記熱源の駆動を許可する処理とを含み、前記蓄熱手段の前記蓄熱量は、前記蓄熱手段に溜められる容量を上下層方向に複数ゾーンに分割し、各ゾーンの温水量と、各ゾーン間の上側検出温度と、下側検出温度と、前記蓄熱手段に供給される水温とにより算出することを特徴とする。即ち、熱源の排熱を熱媒に吸収させ、その熱を温水によって蓄熱するとともに、温水が持つ熱を放熱負荷を以て放熱させる。その場合、放熱負荷を予測して熱源の運転を行うので、予測される放熱負荷に対する熱源の運転パターンを最適化することができる。また、温水の使用量を検出し、この使用量から放熱負荷及び蓄熱量を算定して熱源の運転時間を決定する。そして、この運転時間において、熱源の運転が許可される。
【０００６】
本発明の排熱回収制御方法において、前記放熱負荷は、温水暖房端末（室内放熱器１０２、浴室暖房乾燥機１０４）又は浴槽水（温水１２２）を含むことを特徴とする。即ち、放熱負荷には、温水による蓄熱、温水暖房端末、浴槽水の他、循環路の熱損失等も含まれる。
【０００７】
本発明の排熱回収制御方法において、前記温水による蓄熱量を決定する処理を含むことを特徴とする。即ち、温水による蓄熱量は、運転パターンに影響を与えるので、運転パターンを設定する上で温水による蓄熱量の決定は極めて重要である。
【０００９】
本発明の排熱回収制御方法において、第１及び第３の課題を解決するため、前記温水の使用量を検出する処理と、前記使用量から前記熱源に対する熱的負荷及び蓄熱量を算定し、前記熱源の運転時間を決定する処理と、設定された前記運転時間に前記熱源の駆動を許可する処理と、前記放熱負荷の放熱要求に対し、前記運転時間外に前記熱源の運転を許可する処理とを含むことを特徴とする。即ち、温水の使用量を検出し、この使用量から放熱負荷及び蓄熱量を算定して熱源の運転時間が決定され、この運転時間において、熱源の運転が許可されるが、暖房要求等に対して、運転時間以外にも熱源の運転を許可することで、熱源の運転に自由度を持たせている。
【００１０】
本発明の排熱回収制御装置は、第１及び第２の課題を解決するため、熱を放出する熱源（エンジン２）と、この熱源に熱媒（４）を循環させ、前記熱源の排熱を前記熱媒に回収させる排熱回収手段（排熱回収路６）と、下層部側に加熱前の水、上層部側に温水（３２）を溜めるとともに、その温水を給湯する蓄熱手段（貯湯タンク３４）と、前記蓄熱手段に溜められる容量を上下層方向に複数ゾーンに分割し、各ゾーンの温水温度を検出する温度検出手段（温度センサ６４１〜６５０）と、前記蓄熱手段の前記下層部側と前記上層部側との間に形成されて前記下層部側から前記水を取り出し、前記温水を前記上層部側に流し込む循環手段（循環路３６）と、この循環手段に設けられて前記熱媒が持つ熱により、前記水を加熱する第１の熱交換器（２４）と、前記排熱回収手段に設けられて前記熱媒が持つ熱により、暖房端末（室内放熱器１０２、浴室暖房乾燥機１０４）に循環させる温水（９８）を加熱する第２の熱交換器（２６）と、前記温度検出手段の検出温度を取り込み、前記熱源の運転パターン、運転時間又は前記蓄熱手段の蓄熱量を制御する制御手段（制御部１２４）とを備え、前記蓄熱手段の前記蓄熱量は、各ゾーンの温水量と、各ゾーン間の上側検出温度と、下側検出温度と、前記蓄熱手段に供給される水温とにより算出することを特徴とする。即ち、このような構成により、前記排熱回収制御方法を実現することができる。
【００１１】
本発明の排熱回収制御方法及びその装置は、前記熱源に発電機を回転させる駆動源を用いたことを特徴とする。即ち、発電機を駆動する駆動源は、例えば、エンジンで構成されており、相当な排熱があり、有効な熱源となるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示した実施例を参照して説明する。
【００１３】
図１ないし図３は、本発明の排熱回収制御方法及びその装置の実施例を示し、図１は排熱回収制御装置のエンジン及び貯湯タンク等の排熱回収系統、図２は排熱回収制御装置の暖房端末等の蓄熱利用系統等、図３は図１の排熱回収制御装置の拡大部分を示している。
【００１４】
この排熱回収制御装置では、熱を放出する熱源には図示しない発電機を駆動する駆動源としてのエンジン２が用いられ、このエンジン２には排熱回収用の流体としてエンジン冷却水ないし排熱回収水としての熱媒４を循環させ、この熱媒４にエンジン２の排熱を回収させる排熱回収手段として排熱回収路６が形成されている。この排熱回収路６のエンジン２の入口側及び出口側にはそれぞれ温度検出手段としてサーミスタ等からなる温度センサ８、１０が設置されているとともに、バイパス路１２が三方弁１４を介して形成されている。また、排熱回収路６には、熱媒４を強制循環させるための循環ポンプ１６、熱媒４を排熱回収路６に供給する循環タンク１８、熱媒４を発電出力によって加熱する電気ヒータ２０、流量センサ２２、第１及び第２の熱交換器２４、２６等が設けられるとともに、前記バイパス路１２とは別に、暖機時の循環路を短縮化するためのバイパス路２８が三方弁３０を介して形成されている。循環ポンプ１６は直流モータ１７によって駆動される。
【００１５】
熱交換器２４は熱媒４を熱源とする温水３２の加熱手段であって、蓄熱手段である貯湯タンク３４の加熱すべき水を循環させる循環手段としての循環路３６に設けられている。この循環路３６は、貯湯タンク３４の底面側と天井側とを結ぶ閉回路を構成しており、バイパス路３８、４０が設けられているとともに、これらバイパス路３８、４０との流路切換手段として三方弁４２、４４、熱交換器２４、流量センサ４３、循環ポンプ４５、温度センサ４９等が設けられている。即ち、循環ポンプ４５は直流モータ４７によって駆動され、熱交換器２４で加熱された温水３２が積層沸き上げが行われる貯湯タンク３４の上層部側に供給される。貯湯タンク３４には、温水３２の供給や取出しによる階層蓄熱の乱調防止手段として第１の緩衝板４６が設置されている。
【００１６】
貯湯タンク３４の底面側には、給水路４８が設けられるとともに、排水栓５０が設けられ、給水管５２から上水Ｗが貯湯タンク３４の底面側に給水される。給水管５２には、減圧弁５４及び流量センサ５６が設けられているとともに、ミキシングバルブ５８を介して給湯管６０が接続されている。また、貯湯タンク３４には、給水による階層蓄熱の乱調防止手段として第２の緩衝板６２が設置されている。貯湯タンク３４の側面部には積層沸き上げされる水の温度を検出する温度検出手段として複数の温度センサ６４１、６４２・・・・６５０が一定の間隔で設置されている。この実施例では、１０個の温度センサ６４１、６４２・・・・６５０が設置されているが、計測ゾーンに応じてこれより少なく又は多く設置してもよい。
【００１７】
また、貯湯タンク３４の天井側には温水取出路６６が設けられ、この温水取出路６６の一端は、過圧逃し弁６８及び負圧弁７０を介して外気に開放されており、その他端側には、給湯バックアップ用の第３の熱交換器７２、出湯温検出用の温度センサ７４等が設けられている。熱交換器７２は、バーナ７６による燃料ガスの燃焼熱を熱源とする。この熱交換器７２の出口側の給湯管６０には、前記ミキシングバルブ５８、流量センサ７８、水比例弁８０、混合温検出用の温度センサ８２等が設けられている。
【００１８】
また、給湯管６０から出湯される温水ＨＷは、追焚用循環路８４側に供給されて浴槽８６に注湯可能である。追焚用循環路８４側には、三方弁８８、循環ポンプ９０、水位センサ９２、温度センサ９４、第４の熱交換器９６等が設けられている。
【００１９】
排熱回収路６に設けられた熱交換器２６は、熱媒４を熱源とする暖房用熱媒としての温水９８の加熱手段であって、暖房用循環路１００に設けられている。この暖房用循環路１００は、放熱負荷として室内放熱器１０２や浴室暖房乾燥機１０４等の暖房端末に温水９８を循環させる手段であって、温水９８を溜めて膨張沸騰を抑制する手段としての温水タンク１０６、循環ポンプ１０８、流量センサ１１０、熱交換器９６、１１２等が設けられている。温水タンク１０６には、給水管１１４が接続されるとともに、給水を調整するためのバルブ１１６が設けられている。レベルセンサ１１８は、温水タンク１０６に適正量の温水９８を溜めるためのレベル制御に用いられる。熱交換器１１２は、バーナ１２０による燃料ガスの燃焼熱を熱源とし、浴槽８６内の温水１２２の追焚の他、暖房用熱源としての温水９８のバックアップ加熱に用いられる。また、熱交換器９６では、温水９８の熱で追焚用循環路８４側の温水１２２が加熱される。
【００２０】
この排熱回収制御装置において、図３に三方弁１４、３０、４２、４４の切換方向Ａ、Ｂ、Ｃ又はＤが示されており、例えば、暖機運転時、三方弁１４はＣ−Ａ方向、三方弁３０はＣ−Ａ方向に切り換られ、このとき、温水３２の自然対流防止のため、三方弁４２はＤ−Ａ方向、三方弁４４はＤ−Ｃ（閉止）方向に切り換えられる。
【００２１】
そして、この排熱回収制御手段としてコンピュータ等で構成された制御部１２４が設置されており、この制御部１２４は、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭ、駆動出力や検出出力の入出力手段としてＩ／Ｏ等を備えているとともに、給湯積算手段として給湯積算出力カウンタ１２５を備えている。この制御部１２４で実行される制御は、暖房端末の運転状態に応じて直流モータ１７、４７の回転制御及び循環ポンプ１６、４５の回転制御、三方弁４２、４４の開閉制御等である。このような制御を行うため、制御部１２４には温度センサ８、１０、流量センサ２２等、各種センサ等から検出出力が制御入力として加えられ、この制御部１２４から得られる制御出力が直流モータ１７、４７や三方弁４２、４４等、各種の制御機器のアクチュエータに加えられる。また、制御部１２４には、アラーム等の表示を行う表示手段として表示器１２６が設けられ、この表示器１２６は文字表示器、音声発生器等で構成できる。なお、この実施例では、ディジタル制御を行うため、コンピュータ等を用いた制御部１２４を例に取って説明しているが、アナログ処理を行う制御回路を用いてもよい。
【００２２】
次に、排熱回収制御方法を図４に示すメインルーチンを参照して説明する。
【００２３】
電源が投入されると、ステップＳ１では、三方弁１４、３０、４２、４４等の各種弁を初期位置制御（図６）を実行した後、ステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、常時起動プログラムが実行される。この常時起動プログラムでは、エンジン異常停止制御（図７）、エンジン運転許可制御（図８）、エンジン停止制御（図９）、エンジン強制停止制御（図１０）、暖房命令制御（図１１）、給湯積算出力カウンタ１２５の制御（図１２）、弁異常チェック制御（図１３）、温度センサ異常チェック制御（図１４）等が行われる。また、ステップＳ３では、暖房命令が制御部１２４に付与された（ＯＮ）か否かが判定され、暖房命令がない場合にはステップＳ４に移行し、エンジン運転が許可されたか否かを判定する。即ち、ステップＳ４では、季節に応じて設定される運転許可時間内であるか否かが確認される。
【００２４】
ステップＳ４でエンジン運転が許可された場合には、ステップＳ５に移行し、要求蓄熱量が所定蓄熱量以上か否かを判定する。即ち、ステップＳ５では、例えば、
（給湯負荷×１．２−積算出力−タンク蓄熱量）＞１０００ｋｃａｌ・・・（１）
であるか否かを判定し、予想される給湯需要から貯湯タンク３４の蓄熱量を引いた値が所定蓄熱量以上である場合にエンジン２を運転可能とする。この場合、係数１．２は給湯負荷に余裕を持たせるための数値の一例であり、この数値に限定されるものではない。
【００２５】
ここで、ステップＳ５における演算に用いる「給湯負荷」は、各季節毎に予め給湯予想負荷を決定するものである。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
即ち、「給湯負荷」は、その時点の季節及び時刻における次回の給湯予想量であるから、例えば、７月Ｘ日、１８：００にＣＧＳ運転を開始する場合、給湯負荷は６０００ｋｃａｌで計算し、また、２月Ｙ日、５：００にＣＧＳ運転を開始する場合、給湯負荷は２０００ｋｃａｌで計算する。
【００２８】
また、「積算出力」は、制御部１２４に内蔵されている給湯積算出力カウンタ１２５を用いて求められる給湯及び注湯に使用された出力の合計である。即ち、給湯需要があると思われる時間帯で、バックアップと蓄熱利用を含めた全ての出力を求め、そのデータをエンジン運転時間にフィードバックする。
【００２９】
また、貯湯タンク３４のタンク蓄熱量の計算は、例えば、タンク容量を２００リットルとし、図５に示すように、貯湯タンク３４の各ゾーン１〜７は同容量であり、１ゾーン当たりの温水量は約２８．６リットルとなる。ここで、水温を冬期で５℃、春秋期で１５℃、夏期で２５℃と定義すると、各ゾーンの熱量Ｑ（ｋｃａｌ）は、
【００３０】
Ｑ＝２８．６×｛（上側検出温度＋下側検出温度）／２−水温｝・・・（２）
となり、タンク蓄熱量Ｑｍは全ゾーン１〜７の合計である。但し、一つの条件として｛（上側検出温度＋下側検出温度）／２−水温｝＜１０℃の場合には、そのゾーンは零とする。例えば、冬期、温度センサ６４１の検出温度が７５℃、温度センサ６４３の検出温度が７０℃のとき、ゾーン１の熱量Ｑ1 は、
【００３１】
Ｑ1 ＝２８．６×｛（７５＋７０）／２−５｝＝１９３０．５（ｋｃａｌ）・・・（３）
となる。なお、温度センサ６４１〜６５０の中、温度センサ６４２、６４９は蓄熱量Ｑｍの計算には使用しない。
【００３２】
そして、ステップＳ５で前記要求蓄熱量が１０００ｋｃａｌ以上であると判定されたとき、又はステップＳ３で暖房命令が発せられているとき、ステップＳ６に移行し、貯湯タンク３４の最下部側の温度センサ６５０の検出温度が所定温度、例えば、４０℃以上か否かを判定し、所定温度以下の場合、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、前回のエンジン２の停止から所定時間、例えば、６０分以上経過したか否かが判定され、所定時間以下の場合には、エンジン保護のためエンジン２の起動を禁止する。即ち、貯湯タンク３４の最下部側の湯温が低温であることを確認し、エンジン２のオーバーヒートを防止している。そして、所定時間が経過している場合には、ステップＳ８に移行し、エンジン２の起動を行うとともに、暖機運転を行う。この暖機運転では、三方弁３０を切り換えてバイパス路２８を介して排熱回収路６を狭小化し、熱媒温度の急激な立上りを行う。
【００３３】
そして、この暖機運転の後、ステップＳ９に移行し、エンジン２の入口側の熱媒４の温度が所定温度、例えば、６５℃になるように制御する。この一定温度制御は、温度センサ８、１０の検出温度を監視しながら、直流モータ１７の回転数を増減させ、循環ポンプ１６で圧送される熱媒４の流量を加減することにより行われる。
【００３４】
次に、図６は、図４のステップＳ１の三方弁１４、３０、４２、４４等の弁初期位置設定のサブルーチンを示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ１０１で、三方弁４２はＤ−Ａ方向、三方弁４４はＤ−Ｃ（閉止）方向、三方弁３０はＣ−Ａ方向、三方弁１４はＣ−Ａ方向に切り換えられる。この結果、常時起動プログラムの実行が準備される。
【００３５】
次に、図７は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンであるエンジン異常停止制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２０１では、エンジン２の運転状態が「運転」であるか否かが判定され、運転状態にあるときはステップＳ２０２に移行し、所定時間として例えば、１０秒経過の後、ステップＳ２０３に移行し、ガス弁が閉（ＯＦＦ）であるか否かが判定され、閉でない場合にはステップＳ２０１に戻り、閉止している場合にはステップＳ２０４に移行し、エンジン停止を行った後、ステップＳ２０５に移行し、表示器１２６にエンジン異常停止を行った旨の表示としてアラーム表示を行う。
【００３６】
また、ステップＳ２０１で、エンジン２がの運転状態でない場合には、ステップＳ２０６に移行し、所定時間として例えば、１０秒経過の後、ステップＳ２０７に移行し、ガス弁が開（ＯＮ）しているか否かが判定され、開でない場合にはステップＳ２０１に戻り、開の場合にはステップＳ２０８に移行し、エンジン停止を行った後、ステップＳ２０９に移行し、表示器１２６に「エンジン停止せず」とのアラーム表示を行う。
【００３７】
次に、図８は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンであるエンジン運転許可制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２１１では、エンジン運転が許可時間であるか否かが判定され、運転許可時間にある場合にはステップＳ２１２に移行し、エンジン運転許可指示として「許可」を出力し、また、エンジン運転許可時間でない場合にはステップＳ２１３に移行し、エンジン運転許可を禁止する指示として「禁止」を出力する。
【００３８】
次に、図９は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンであるエンジン停止制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２１５では、エンジン２の電源をＯＦＦにした後、ステップＳ２１６に移行し、弁初期位置制御（図６）を実行した後、ステップＳ２１７に移行し、エンジン２の運転状態を停止状態にする。
【００３９】
次に、図１０は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンであるエンジン強制停止制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２２１では、強制停止入力手段として例えば、Ｅｓｃキーが押されたか否かが判定され、このＥｓｃキーが押されたとき、ステップＳ２２２に移行し、エンジン停止制御（図９）を実行し、制御を終了する。
【００４０】
次に、図１１は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンである暖房運転命令制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２２５では、暖房装置側の暖房命令手段として端末スイッチがＯＮ又は双方向通信の暖房命令がＯＮしたか否かが判定され、暖房命令が指示されたとき、ステップＳ２２６に移行し、暖房命令を「ＯＮ」とし、制御手段であるバックアップインテリ基板のＥコン端子を「ＯＮ」とする。また、ステップＳ２２７では、暖房装置側の暖房命令手段として端末スイッチのＯＦＦと、双方向通信の暖房命令のＯＦＦとが成立しているか否かが判定され、暖房停止命令が指示されたとき、ステップＳ２２８に移行し、暖房命令を「ＯＦＦ」とし、制御手段であるバックアップインテリ基板のＥコン端子を「ＯＦＦ」とする。
【００４１】
次に、図１２は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンである給湯積算出力カウンタ１２５の制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２３１では、エンジン運転が「許可」であるか否かが判定され、許可の場合にはステップＳ２３２に移行し、カウンタリセットを行う。即ち、給湯積算出力カウンタ１２５に格納されている熱量Ｑｃを０ｋｃａｌとした後、ステップＳ２３３に移行し、水温を決定する。即ち、冬期では５℃、春秋期では１５℃、夏期では２５℃を設定した後、ステップＳ２３４に移行し、混合温サーミスタである温度センサ８２の湯温測定を行う。
【００４２】
そして、ステップＳ２３５では、給湯量を検出する流量センサ７８が所定流量として例えば、１リットルカウントしたか否かを判定し、１リットルカウントを行った場合、ステップＳ２３６に移行する。ステップＳ２３６では、１リットル当たりの熱量計算として給湯積算出力熱量Ｑｃを演算する。即ち、この給湯積算出力熱量Ｑｃ（ｋｃａｌ）は、
Ｑｃ＝（湯温−水温）×１（ｋｃａｌ）            ・・・（４）
で算出される。
【００４３】
そして、ステップＳ２３７に移行し、エンジン運転許可が「禁止」されているか否かが判定され、エンジン運転が禁止されている場合にはステップＳ２３１に復帰し、エンジン運転が禁止されていない場合にはステップＳ２３４に移行し、ステップＳ２３４〜ステップＳ２３６の処理を実行する。
【００４４】
次に、図１３は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンである弁異常チェック制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２４１では、弁出力と切換状態を表すリミットが一致しているか否かが判定され、一致していない場合にはステップＳ２４２で所定時間として例えば、３０秒経過の後、ステップＳ２４３に移行し、表示器１２６に三方弁１４、３０、４２、４４等が異常である旨をアラームによって告知する。また、ステップＳ２４１で弁出力とリミットが一致している場合には、ステップＳ２４４に移行し、正常である旨出力し、表示器１２６にそれを表示する。
【００４５】
次に、図１４は、図４のメインルーチンのステップＳ２のサブルーチンである温度センサ異常チェック制御を示している。即ち、このサブルーチンがスタートすると、ステップＳ２５１では、接続線等に断線又は短絡の異常が生じているか否かが判定され、異常が生じている場合にはステップＳ２５２に移行し、表示器１２６に温度センサ８、１０等が異常である旨をアラームによって告知する。また、ステップＳ２５１で異常が生じていない場合には、ステップＳ２５３に移行し、正常である旨出力し、表示器１２６にそれを表示する。
【００４６】
次に、図１５は、図４のフローチャートのステップＳ８のサブルーチンであるエンジン起動及び暖機運転制御を示している。
【００４７】
ステップＳ８０１では、温水３２の自然対流を防止するため、三方弁４２をＤ−Ａ方向、三方弁４４をＤ−Ｃ（閉止）方向、暖機回路を構成するため、三方弁３０をＣ−Ａ方向、三方弁１４をＣ−Ａ方向に切り換えるとともに、循環ポンプ１６を中回転に設定した後、ステップＳ８０２に移行し、温度センサ１０の検出温度が所定温度、例えば、５５℃以下であるか否かを判定し、この５５℃を超えている場合、ステップＳ８０３に移行し、プリチェックの開始から所定時間として例えば、２０分が経過したか否かを判定する。５５℃を超えて２０分が経過している場合には何らかの異常が発生していることが予想されるので、ステップＳ８０４に移行し、表示器１２６にアラームを発生させ、「異常停止」を告知する。このとき、エンジン２の停止モードに移行することになる。
【００４８】
ステップＳ８０２で検出温度が所定温度以下の場合、ステップＳ８０５に移行してエンジン２の電源をＯＮとし、ステップＳ８０６に移行してエンジン起動接点を所定時間、例えば、５秒間だけＯＮ状態とし、ステップＳ８０７に移行してエンジン起動接点をＯＦＦにした後、所定時間、例えば、３秒間待機し、ステップＳ８０８に移行する。ステップＳ８０８では、ガス弁がＯＮ状態か否かを判定し、ガス弁がＯＮ状態でない場合、ステップＳ８０９に移行し、その起動が所定回数、例えば、５回目か否かを判定する。所定回数以下の場合には、ステップＳ８１０に移行し、所定回数に移行する所定時間、例えば、５秒間待機してステップＳ８０６に戻る。また、ステップＳ８０９でエンジン起動が所定回数に到達している場合、ステップＳ８１１に移行してエンジン停止とし、ステップＳ８１２で表示器１２６にアラームを発生させるとともに、エンジン起動失敗を告知させる。この告知によって利用者は、異常を知ることができる。
【００４９】
ステップＳ８０８でガス弁がＯＮに移行したと判定されたとき、ステップＳ８１３に移行してエンジン２は運転状態となり、ステップＳ８１４に移行する。ステップＳ８１４では温度センサ１０の検出温度が所定温度、例えば、６０℃を超えているか否かを判定し、６０℃を超えていない場合、ステップＳ８１５に移行し、所定時間の経過、例えば、２０分が経過したか否かを判定し、所定時間が経過するまで、検出温度の推移を監視する。２０分が経過したにも拘わらず、検出温度が６０℃を超えない場合には、ステップＳ８１６に移行してエンジン停止を行った後、ステップＳ８１７に移行し、表示器１２６にアラームを発生させるとともに、エンジンで駆動される発電機側に前置されているエンジン・インバータの異常を告知させる。この告知によって利用者は、異常を知ることができる。
【００５０】
そして、ステップＳ８１４で温度センサ１０の検出温度が６０℃を超えている場合、暖機運転が正常に行われたことを表し、ステップＳ８１８に移行し、三方弁３０をＢ−Ｃ方向に切り換え、バイパス路２８を切り離した後、図４のステップＳ９にリターンを行い、エンジン２による発電とともに、排熱回収を開始する。
【００５１】
次に、図１６は、図４のステップＳ９のサブルーチンであるエンジン入温度制御（目標値６５℃の制御）を示している。
【００５２】
ステップＳ９０１ではエンジン２が運転状態か否かを常に監視し、ステップＳ９０２では循環ポンプ４５の回転制御等を実行する。即ち、エンジン２に対する熱媒４の入側温度、即ち、温度センサ８の検出温度である戻り温度が所定温度、例えば、６５℃を目標値として循環ポンプ４５の回転制御を行う。なお、この制御の結果、循環ポンプ４５の回転が停止している場合には、三方弁４４をＡ−Ｃ（閉止）方向に切り換え、循環ポンプ４５が回転している場合は三方弁４４をＤ−Ｂ方向に切り換えた後、ステップＳ９０３に移行する。
【００５３】
ステップＳ９０３では、貯湯タンク３４の最下部側の温度センサ６５０の検出温度が所定温度、例えば、５０℃以上か否かを判定し、所定温度以下の場合、ステップＳ９０４に移行する。この場合、始動条件とのヒステリシス温度は例えば、１０℃に設定する。そして、ステップＳ９０４では、エンジン２に対する熱媒４の入側温度、即ち、温度センサ８の検出温度である戻り温度が所定温度、例えば、７５℃以上が所定時間、例えば、１０秒以上か否か、且つ、循環ポンプ４５の回転数が最大か否かを判定する。所定温度が所定時間以下、且つ、循環ポンプ４５の回転数が最大でない場合、ステップＳ９０５に移行する。
【００５４】
ステップＳ９０５では、エンジン２の運転状態が停止か否かを判定し、エンジン２が停止していないとき、即ち、運転状態のとき、ステップＳ９０６に移行し、暖房接点がＯＮ状態か否かを判定する。ＯＮ状態でない場合には、ステップＳ９０７に移行し、エンジン運転が許可されているか否かを判定し、エンジン運転が許可されている場合には、ステップＳ９０８に移行してタンク蓄熱量が（給湯負荷×１．２−積算出力）より多いか否かを判定する。即ち、この判定は、暖房を行っていない場合、エンジン運転許可時間内であれば、この条件成立でエンジン運転停止を行うことを意図している。
【００５５】
ところで、ステップＳ９０３で温度センサ６５０の検出温度が所定温度、即ち、５０℃を超えている場合、又は、ステップＳ９０４で所定温度が所定時間以上、且つ、循環ポンプ４５の回転数が最大である場合には、ステップＳ９０９に移行し、循環ポンプ４５を停止させ、ステップＳ９１０に移行してエンジン停止を行う。ステップＳ９１１では、エンジン停止から所定時間の経過、例えば、３０秒が経過するまで待機した後、ステップＳ９１２に移行し、循環ポンプ１６を停止させた後、図４に示すメインルーチンのステップＳ２に戻る。即ち、循環ポンプ４５を停止させた後、循環ポンプ１６を停止させるのは、貯湯タンク３４側の階層蓄熱の崩れを防止するためである。
【００５６】
また、ステップＳ９０５でエンジン停止、ステップＳ９０７でエンジン運転禁止、又は、ステップＳ９０８でタンク蓄熱量が（給湯負荷×１．２−積算出力）を超えている場合には、ステップＳ９１３に移行し、エンジン停止を行い、ステップＳ９１４でエンジン停止から所定時間例えば、３０秒が経過するまで待機した後、ステップＳ９１５に移行し、循環ポンプ４５の停止を行い、ステップＳ９１２に移行する。
【００５７】
そして、この排熱回収制御装置では、エンジン２の冷却回路を構成する排熱回収路６に排熱回収用の熱交換器２４、暖房用の熱交換器２６を設置しているので、温水３２、９８に排熱を効率良く吸収させることができるとともに、温水３２を貯湯タンク３４に導いて蓄熱させ、温水９８を暖房用循環路１００に流すことができる。
【００５８】
ところで、エンジン２の能力や耐久性を保つには、エンジン２からの排熱吸収には限度があり、熱媒４の戻り温度は一定温度、例えば、６５℃を中央値として一定温度幅、例えば、６５±５℃程度に維持することが望ましいものであるが、実際には、室内放熱器１０２、浴室暖房乾燥機１０４の運転状態や運転台数等で暖房負荷の変化や、外部からの給水温度等でエンジン２に戻る熱媒４の戻り温度は大きく変動する。そこで、消費電力が低く、制御性の良い直流モータ１７で駆動する循環ポンプ１６が使用され、熱媒４の流量を暖房負荷の増減に応じて調整すれば、熱媒４の戻り温度を制御でき、最適化することができる。
【００５９】
この場合、暖房要求がないとき、熱交換器２４のみで熱交換が行われるので、この熱交換に応じてエンジン２への熱媒４の戻り温度が所定温度、例えば、６５℃となるように循環ポンプ４５の回転数を制御して流量を調整し、貯湯タンク３４への蓄熱を行う。
【００６０】
また、暖房要求があったとき、暖房端末の放熱負荷の大きさで熱媒４の戻り温度が変動するが、その戻り温度が所定温度以下、例えば、６５℃以下の場合、熱交換器２４での熱回収は不要であるため、循環ポンプ４５を停止し、熱媒４の戻り温度が所定温度、例えば、６５℃を超える場合、循環ポンプ４５を運転させ、熱媒４の戻り温度が所定温度、即ち、６５℃となるように温水流量を調整し、貯湯タンク３４へ蓄熱を行う。
【００６１】
しかし、暖房要求において、低温水で十分な低温要求の場合、例えば床暖房の場合には、その暖房端末には６０℃程度の温水循環で十分である。このような低い温度要求について、エンジン２への熱媒４の戻り温度は６５℃であり、エンジン２からの往き温度は７５℃であるため、熱交換器２６では６０℃を超える熱交換が行われる。このような高温の温水９８を循環させると、床暖房パネルは過熱状態となり、好ましくない。
【００６２】
そこで、低温（６０℃）の暖房要求の場合には、エンジン２の熱媒４の戻り温度を低温要求に最適な戻り温度、例えば、６０℃、往き温度を７０℃にシフトさせるように循環ポンプ４５の回転を制御し、温水３２の流量を調整する。即ち、温水３２の流量を増加させると、排熱回収熱量が増加し、エンジン２の排熱回収路６の熱媒４の温度が低下することになる。
【００６３】
そして、これら排熱回収制御方法及び排熱回収制御装置では、表１で示したように、季節毎の給湯予想負荷と運転「許可時間」を設定し、夕方から夜にかけての熱負荷が期待できる時間帯に排熱回収運転を行い、このとき、貯湯タンク３４に蓄熱される熱量は一般家庭の平均データから算出することができる。
【００６４】
また、給湯積算出力カウンタ１２５を設けて貯湯タンク３４の蓄熱量にフィードバックしている。即ち、貯湯タンク３４の蓄熱量は複数個取り付けられた温度センサ６４１〜６５０の検出温度から演算することができる。「許可時間内」で排熱回収運転中に給湯需要等の要求があった場合には、温度センサ６４１が高温を検知できずに、結果として過剰な蓄熱を行うことが予想されるが、このような不都合を防止するため、「許可時間内」の熱出力を給湯積算出力カウンタ１２５で積算し、予め必要とされる総熱量から差し引くことで貯湯タンク３４の残熱量を低減することとしている。即ち、給湯積算出力カウンタ１２５の残熱量Ｑは、
【００６５】
Ｑ（ｋｃａｌ）＝（出湯温度−入水温度）×積算流量・・・（５）
で演算することができる。例えば、冬期の夕方の予想負荷を１６０００ｋｃａｌとすると、時刻１７：００から浴槽８６への注湯が行われ、このとき、７０００ｋｃａｌ／ｈの熱需要があった場合、最終的にはタンク蓄熱量は、９０００ｋｃａｌ／ｈの熱量となる。
【００６６】
そして、運転停止時間においても、「ふろ予約」時間等の要求に対し、運転の「許可時間」を移動させる。即ち、２４時間中で浴槽８６への注湯が最も大きな熱需要であるから、基本的には「許可時間内」での対応が可能と予想されるが「ふろ予約」により「許可時間」より早い時刻に設定された場合には、バックアップ燃焼に頼ることになる。ここで、バックアップ燃焼とは、バーナ７６の燃焼による温水加熱である。このような事態を避けるには、図１７に示すように、「ふろ予約」時間をフィードバックすることが有効である。例えば、運転許可時間外に「ふろ予約」（冬期の１４時に予約）された場合には、第１に、必要な熱量を計算する。例えば、浴槽８６の容積が２００リットルの場合に４０℃の温水１２２を注湯するには、熱量Ｑは、
【００６７】
0003977606.tif 000003
が必要となる。
【００６８】
次に、前倒し時間を決定する。例えば、エンジン２の排熱が２６００ｋｃａｌ／ｈ、貯湯タンク３４の蓄熱量が１８００ｋｃａｌあるとき、残りの熱量Ｑ＝５２００ｋｃａｌを蓄熱することができる。この場合、運転時間ｔは、
0003977606.tif 000004
となり、１２時に運転を開始すればよいことが判る。
【００６９】
そして、暖房要求が生じた場合、「許可時間外」も排熱回収運転を行う。これは排熱回収運転の時間を確保する目的と、暖房に伴う他の電力需要も期待できることになり、より経済的な運転制御を実現できる。この場合、エンジン２の耐久性を考慮すると、頻繁な駆動及び停止を避けるため、エンジン停止から休止時間として、例えば、１時間が経過するまでは運転の「禁止時間」を設定している。これらを組み合わせると、図１８に示すような制御形態となる。
【００７０】
そして、電力需要を運転制御に反映させる。即ち、この排熱回収制御方法及び装置では、発電によって得られる電力の余剰分を逆潮流せずに電気ヒータ２０の消費に用いている。このため、余剰電力回収手段として電気ヒータ２０を設置している。即ち、逆潮流防止機構を利用し、現在使用されている電力データをストアすれば、１時間当たりの平均電力需要からピーク時間帯を算出し、「許可時間」の最適化を図ることができる。例えば、１０日間の平均データからユーザーの電源ピーク時間帯が１４時頃とすると、１６時からの「許可時間」を１２時にシフトさせることができる。この結果、ピーク時間帯の前後の電力需要に対応することができる。
【００７１】
ところで、これら排熱回収制御方法及び排熱回収制御装置における学習制御は、水温の学習、自動予約、浴槽８６の容量、電力需要量及び計算値との食い違い等に及ぶ。即ち、水温の学習制御では、流量センサ７８が連続して３分カウントした時点で水温を更新しており、殆どの場合が自動給湯時と予想され、ほぼ毎日更新されることになる。
【００７２】
自動予約制御については、自動予約によって、負荷のピークが移動すると予想される場合、エンジン運転時間を調節している。
【００７３】
浴槽８６の容量制御については、通常は学習されたピークに含まれると考えられるが、イレギュラーな時間に予約を設定された場合はエンジン運転時間帯を調節あるいは新設することで、そのときの計算で学習された水温と浴槽８６の容量を使用することができる。
【００７４】
また、電力需要量制御については、バックアップとＣＧＳの経済性比較より「ある消費電力を下回るとかえって不経済になる」クロスポイント（例えば４００Ｗ）を設定する。システム本体が非暖房時でも１００Ｗ程度の電力を消費することを加味して、運転時間帯を調節する。特に、早朝の運転に影響があると予想される。電力データは本体に内蔵した余剰電力ヒータ装置との通信により得ることが可能である。
【００７５】
制御部１２４における計算値との違いについては、予想負荷パターンと実負荷を比較して、運転終了時に貯湯タンク３４の残熱が著しく多い場合、また、バックアップ燃焼時間が多い場合等はこれを反映する。
【００７６】
そこで、図１９に示すように、１０日分の給湯、電力のデータの平均値を求め、需要予測を行う。即ち、第１に、各ピークの熱量を計算し、運転プログラム中の予想負荷とする。第２に、それぞれの給湯負荷に間に合うようにエンジン運転時間を設定する。そして、第３に、ピークの終わりにエンジン運転終了時間を設定する。この結果、エンジン運転許可スタート時間、エンジン運転許可終了時間及び予想熱量であるエンジン運転時間の最適化を実現することができる。
【００７７】
このような制御により、無駄な蓄熱を最小限に抑えることで放熱ロスを低減でき、給湯負荷及び電力需要データをフィードバックすることで運転パターンを最適化し、経済的な運転を行うことができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
ａ  給湯負荷等の熱的負荷を予測して熱源の運転パターンを決定するので、熱源の運転パターンを最適化でき、経済的な排熱回収が可能である。しかも、電力需要を運転パターンに反映させれば、より効率のよい排熱回収を実現することができる。
ｂ  蓄熱手段である貯湯タンクの蓄熱量の最適化とともに、放熱損失の低減を図ることができる。
ｃ  暖房要求に対して経済的運転を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排熱回収制御方法及びその装置の実施例を示す図である。
【図２】本発明の排熱回収制御方法及びその装置の実施例を示す図である。
【図３】図１の排熱回収制御装置の一部を拡大して示した図である。
【図４】本発明の排熱回収制御方法におけるメインルーチンを示すフローチャートである。
【図５】貯湯タンクの蓄熱形態を示す図である。
【図６】メインルーチンにおける弁初期位置の設定処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図７】メインルーチンにおけるエンジン異常停止処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図８】メインルーチンにおけるエンジン運転許可処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図９】メインルーチンにおけるエンジン停止処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】メインルーチンにおけるエンジン強制停止処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】メインルーチンにおける暖房命令処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】メインルーチンにおける給湯積算出力カウンタ処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】メインルーチンにおける弁異常チェック処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】メインルーチンにおける温度センサ異常チェック処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】メインルーチンにおけるエンジン起動処理及び暖機運転処理に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】メインルーチンにおけるエンジン入温度６５℃制御に関するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】運転パターンを示す図である。
【図１８】運転パターンを示す図である。
【図１９】給湯、電力需要に対応する予想負荷、エンジン運転時間及びエンジン運転終了時間の設定を示す図である。
【符号の説明】
２  エンジン（熱源）
４  熱媒
６  排熱回収路
２４  第１の熱交換器
２６  第２の熱交換器
３２、９８  温水
３４  貯湯タンク（蓄熱手段）
３６  循環路
１０２  室内放熱器（放熱負荷）
１０４  浴室暖房乾燥機（放熱負荷）
１２２  温水（浴槽水）
１２４  制御部（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】
0003977606.tif 000012
【図９】
0003977606.tif 000013
【図１０】
0003977606.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0003977606.tif 000018
【図１５】
0003977606.tif 000019
【図１６】
0003977606.tif 000020
【図１７】
0003977606.tif 000021
【図１８】
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【図１９】
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