(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の冷却水が流通する冷却水路に設けた冷却水ポンプによりこの冷却水が循環して、この冷却水より給湯槽への熱回収を行なう排熱利用給湯システムにおいて、前記冷却水路内の圧力を前記給湯槽内の圧力よりも高くなる圧力とし、前記冷却水路の破損によって前記給湯槽内の水がこの冷却水路に流入し水位が上昇したことを検知する水位センサを有する貯留部を前記冷却水ポンプの一次側に設け、前記水位が上昇したらこの排熱利用給湯システムの緊急停止や報知を行うことを特徴とする排熱利用給湯システム。
【請求項２】
前記水位センサで検出する前記冷却水路破損を、前記冷却水ポンプの運転開始から一定時間後より行なわせるものとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の排熱利用給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
内燃機関を冷却する冷却水より熱回収を行ない、給湯を行なう排熱利用給湯システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでの排熱利用給湯システムでは、内燃機関の冷却水路上に水熱交換器を設け、給水配管より給水される給湯槽を設けて、前記内燃機関の冷却水を冷却水ポンプで前記水熱交換器の１次側へ循環させ、前記給湯槽内に貯留した水を前記水熱交換器の２次側へ循環ポンプで循環させて熱回収を行ない、湯水を生成して給湯を行なっていた。
【０００３】
また、この他、前記内燃機関の冷却水からの熱回収を行ない、給湯を行なう方式としては、前記水熱交換器、および、前記給湯槽内に貯留された水を循環させる循環ポンプを使用せず、前記給湯槽内に前記冷却水路を熱供給管として設け、この熱供給管へ前記冷却水ポンプで前記冷却水を循環させて、前記給湯槽内に貯留した水への熱回収を行なわせていた。
【０００４】
この熱供給管を前記給湯槽内ヘ設けて、熱回収を行なわせる方式では、前記熱供給管に一重管を用いた方が、安価であり、この熱供給管の表裏へ前記給湯槽内に貯留した水と、前記冷却水とが直接接触するため、熱伝達でのロスが無く、熱回収効率として良いものであったが、万が一、前記熱供給管が破損した場合、前記給湯槽内に貯留した水へ前記内燃機関の前記冷却水が混入し、そのまま給湯されてしまう危険性があるため、高価ではあるが、この熱供給管に二重管を用い、この給湯槽内に貯留した水への混入を防止して安全性を確保する対策が行なわれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、排熱利用給湯システムは、前記冷却水などからの排熱をどこまで回収し切れるかによって、その性能が左右されるものであり、上記二重管を用いた対策では、熱供給を行なう前記冷却水と、前記給湯槽内に貯留された水との間には、前記熱供給管の外管および、内管が設けられているため、前記給湯槽内に貯留された水は外管の外周に接して存在し、前記冷却水は内管内に接して流通することから、前記冷却水からの熱回収効率は、前記一重管に比べ、もともと低いものとなり、さらに、この熱供給管の前記外管と、前記内管との熱伝達率に依存するところが大きいものとなっていた。
【０００６】
このため、安全性を確保することは、勿論、必須の条件ではあるが、さらに、コストを抑えて、前記熱回収効率の向上を行なうことが求められていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、万が一の前記熱供給管を含む前記冷却水路の破損に対する安全性を確保するとともに、コストを抑えて熱回収効率をも向上させたことを特徴とする排熱利用給湯システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、内燃機関の冷却水が流通する冷却水路に設けた冷却水ポンプによりこの冷却水が循環して、この冷却水より給湯槽への熱回収を行なう排熱利用給湯システムにおいて、前記冷却水路内の圧力を前記給湯槽内の圧力よりも高くなる圧力とし、前記冷却水路の破損によって前記給湯槽内の水がこの冷却水路に流入し水位が上昇したことを検知する水位センサを有する貯留部を前記冷却水ポンプの一次側に設け、前記水位が上昇したらこの排熱利用給湯システムの緊急停止や報知を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記水位センサで検出する前記冷却水路破損の前記検出手段を、前記冷却水ポンプの運転開始から一定時間後より行なわせるものとしたことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１および図２を用いて説明する。
【００１３】
まず、図１は、本発明による、前記冷却水路内の水圧と、給湯槽７内の圧力とを異なる圧力とし、給湯槽内に熱供給管を備え、水位センサを有した貯留タンクを冷却水路上に設けた排熱利用給湯システムの概略を示した図である。
【００１４】
この排熱利用給湯システム１００の構成について説明すると、１は、発電などを行なっている内燃機関で、２は、この内燃機関の冷却水を循環させる冷却水ポンプである。
【００１５】
この冷却水が循環する冷却水路上には、流通先を切替える三方弁４と、給湯槽７への熱供給を行なう熱供給管３と、前記冷却水路内を循環する冷却水の温度を検出する温度センサ１０と、貯留された冷却水の水位を検出する水位センサ１３を備えた貯留タンク１２と、前記熱供給管３で給湯槽７への熱回収し切れなかった熱を放熱させるための放熱器５と、この放熱器５への送風を行なう送風機６とが設けられるとともに、前記内燃機関１と、前記冷却水ポンプ２と、前記送風機６との制御を行ない、前記温度センサ１０の温度信号や、前記水位センサ１３の接点信号を検出する制御部１１が設けられており、給湯槽７へは、内部の底部付近に開口され、貯留する水の補給を行なう給水管８と、貯留された水の上部より取水し、給湯を行なう給湯配管９とが設けられて構成されている。
【００１６】
そして、この冷却水路上に設けられた水位センサ１３を備えた前記貯留タンク１２について、詳細に説明すると、図２に示す様に、この貯留タンク１２は、樹脂成形、或いは、板金の組立てによる容器で、一端を内部の底面付近に開口し、他端を内燃機関１の前記冷却水路へと接続された１次管１４と、一端を大気へ開放し、他端を貯留タンク１２の天面に開口接続された２次管１５とが設けられ、この貯留タンク１２内へは、前記冷却水路内を循環する前記冷却水の余剰分が、出入り自由に貯留される様になっており、さらに、この貯留タンク１２内には、リードスイッチ１８ａ、１８ｂを内蔵し、上端、および、下端のそれぞれにストッパー２０を備えたパイプ１９と、このパイプ１９の外周上を上下自在に移動可能な永久磁石１７を内蔵したフロート１６とで構成された水位センサ１３が設けられている。
【００１７】
このリードスイッチ１８ａおよび１８ｂの接点は、それぞれ接点信号として配線２１を通じて制御部１１へ送られ、これら接点信号がオンであるか、オフであるかを確認することにより貯留タンク１２内の水位が、どの位置にあるか制御部１１で検出できる様になっている。
【００１８】
また、この制御部１１に内蔵された、これら接点信号の検出手段は、冷却水ポンプ２が運転を開始し、一定時間が経過した時点より、作動されるものとなっている。
【００１９】
これは、冷却水ポンプ２の運転開始時に、前記冷却水路内に停流している前記冷却水が循環を始めることにより、貯留タンク１２内に貯留された前記冷却水の水位が、一時的に変動することがあるため、制御部１１が、これを前記冷却水路上の異常であると検出してしまうことを回避するためである。
【００２０】
この水位センサ１３での貯留タンク１２内に貯留された前記冷却水の水位検出について説明すると、例えば、前記冷却水路上に何ら異常が無く、前記冷却水が循環している場合には、この貯留タンク１２内に貯留された前記冷却水の水面の位置は、水位センサ１３の中間に位置するａの位置で、フロート１６は、リードスイッチ１８ａおよび１８ｂの双方から離れているため、リードスイッチ１８ａおよび１８ｂの双方の接点信号はオフとなり、この接点信号を受けた制御部１１では、前記冷却水の水位は、正常な水位にあるため、前記冷却水路上の破損は無いものと判断できる。
【００２１】
そして、もし、熱供給管３に破損が生じた場合には、上述の様に、給湯槽７内の圧力と、前記冷却水路内の圧力とが異なる圧力となっており、例えば、給湯槽７内の圧力が前記冷却水路内の圧力より高圧の圧力と設定した場合、給湯槽７内に貯留された水が、熱供給管３より前記冷却水路内に漏洩して、前記冷却水路内を循環する前記冷却水の全体量は増加する。
【００２２】
これにより、前記冷却水路より１次管１４を流通して、貯留タンク１２へ前記冷却水の余剰分が流入するとともに、２次管１５から前記冷却水路より貯留タンク１２へ流入して来た前記冷却水の余剰分に相当する空気が排出されて、貯留タンク１２内に貯留された前記冷却水の水面が上昇するため、水位センサ１３のフロート１６も、この水位に従って上昇する。
【００２３】
そして、フロート１６が、この水位センサ１３上方のｂの位置に達すると、リードスイッチ１８ａは、フロート１６に内蔵された永久磁石１７の磁界により、オンとなり、この接点信号が、配線２１を通じて、制御部１１へと伝えられる。
【００２４】
この接点信号を受けた制御部１１では、リードスイッチ１８ａからのオンの接点信号があったことを検出し、貯留タンク１２内での前記冷却水の水位が異常である事を検出し、判断して、熱供給管３の破損であることを報知し、この排熱利用給湯システム１００を緊急停止させる。
【００２５】
この場合、この排熱利用給湯システム１００を緊急停止させる理由は、内燃機関１を冷却している前記冷却水は、冬季での凍結防止のため、不凍液などを混入された水溶液であるため、上記熱供給管３が破損し、給湯槽７内に貯留された水が前記冷却水に混入した場合、前記冷却水の水量が増加する方向にあり、前記冷却水が無くなり、内燃機関１がオーバーヒートして故障することは無いが、前記冷却水の水溶液が希釈され、凍結防止の効果がして低下してしまうことを防止するものである。
【００２６】
また、上記熱供給管３以外の前記冷却水路上に破損が生じた場合は、前記冷却水路の破損部より前記冷却水は前記冷却水路外へと流出し、前記冷却水路内を循環する前記冷却水の全体量は減少するため、１次管１４を流通して、貯留タンク１２内に貯留されていた前記冷却水が、前記冷却水路内へ流出し、この貯留タンク１２より流出した前記冷却水量に相当する大気が、２次管１５より吸入されて、貯留タンク１２内に貯留された前記冷却水の水面が下降することにより、水位センサ１３のフロート１６も、この水位に従って下降する。
【００２７】
そして、フロート１６が、この水位センサ１３下方のｃの位置に達すると、リードスイッチ１８ｂは、フロート１６に内蔵された永久磁石１７の磁界により、オンとなり、この接点信号が、配線２１を通じて、制御部１１へと伝えられる。
【００２８】
この接点信号を受けた制御部１１では、リードスイッチ１８ｂからのオンの接点信号があったことを検出し、貯留タンク１２内での前記冷却水の水位が異常である事を検出し、判断して、熱供給管３以外の前記冷却水路上の破損であることを報知し、この排熱利用給湯システム１００を緊急停止させる。
【００２９】
この時の排熱利用給湯システム１００を緊急停止させる理由は、前記冷却水の減少により、内燃機関１がオーバーヒートして故障することを防ぐためである。
【００３０】
この様に、給湯槽７内の圧力を前記冷却水路内の圧力より高圧の圧力とした場合、前記冷却水路上の熱供給管３での破損が生じた時には、給湯槽７内に貯留された水が前記冷却水路内に流入し、前記冷却水が貯留タンク１２内へ流入して、貯留タンク１２内に貯留された前記冷却水の水面が上昇し、前記熱供給管３以外の前記冷却水路上で破損が生じた時には、前記冷却水が前記冷却水路外に流出し、貯留タンク１２内に貯留された前記冷却水が前記冷却水路内へと流出して、貯留タンク１２内に貯留された前記冷却水の水面が下降するため、水位センサ１３で貯留タンク１２内に貯留した前記冷却水の水位を検出することにより、前記熱供給管３を含め、前記冷却水路上に破損が生じたことを検出することが可能となる。
【００３１】
また、例えば、給湯槽７内の圧力を前記冷却水路内の圧力より低圧の圧力とした場合、熱供給管３以外の前記冷却水路上に破損が生じた時には、上記と同様、貯留タンク１２内に貯留された前記冷却水は、前記冷却水路内へと流出して、前記冷却水の水面は下降し、熱供給管３上で破損が生じた時にも、前記冷却水路内の前記冷却水が、給湯槽７内へ流出して、貯留タンク１２内に貯留された前記冷却水は前記冷却水路内へと流出し、前記冷却水の水面は下降するため、上述した給湯槽７内の圧力を前記冷却水路内の圧力より高圧とした場合の様に、破損を生じた部分が、熱供給管３上であるのか、或いは、熱供給管３以外の前記冷却水路上であるのかの判別までは出来ないものの、水位センサ１３を備えた貯留タンク１２を前記冷却水路上に設け、この水位センサ１３で検出される水位により、前記熱供給管３を含めた前記冷却水路上に破損が生じたことを検出することが可能となる。
【００３２】
さらに、本発明による、この内燃機関１の前記冷却水路上へ水位センサ１３を備えた貯留タンク１２を設け、この水位センサ１３での水位を検出して、前記冷却水路上での破損を検出する検出手段では、この図１で説明した熱供給管３を用いた排熱利用給湯システム１００に限らず、従来例として説明した内燃機関の前記冷却水を水熱交換器の１次側へ循環させ、給湯槽内に貯留した水を循環ポンプで前記水熱交換器の２次側へ循環させて熱回収を行なわせている排熱利用給湯システムへ設けて、前記冷却水路上の破損を検出することも可能である。
【００３３】
なお、本実施の形態では、一例として、上述の様に、貯留タンク１２へ前記冷却水路に接続された１次管１４と、大気へ開放された２次管１５とを設けた構成として説明しているが、特に、これに限らず、貯留タンク１２の底部付近に開口部を設け、この開口部より前記冷却水路へ配管を接続し、前記冷却水路内を循環する前記冷却水の余剰分が、貯留タンク１２に貯留される構成としても構わず、この貯留タンク１２をタンクと、独立した形態もので無く、前記冷却水路上に前記冷却水が貯留される貯留部としても構わない。
【００３４】
また、上記貯留タンク１２内に設け、前記冷却水の水位を検出する水位センサ１３を複数個のリードスイッチ１８ａ、１８ｂと、永久磁石１７を内蔵したフロート１６とで構成される水位センサとして説明したが、特に、これに限る必要は無く、一対になった複数個の電極を貯留タンク１２内の異なる高さ位置に設け、一対になった各電極間の導電率などを検出して、前記貯留タンク１２内に貯留された前記冷却水の水位を検出しても構わない。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明より、内燃機関の冷却水が流通する冷却水路に設けた冷却水ポンプによりこの冷却水が循環して、この冷却水より給湯槽への熱回収を行なう排熱利用給湯システムにおいて、前記冷却水路内の圧力を前記給湯槽内の圧力よりも高くなる圧力とし、前記冷却水路の破損によって前記給湯槽内の水がこの冷却水路に流入し水位が上昇したことを検知する水位センサを有する貯留部を前記冷却水ポンプの一次側に設け、前記水位が上昇したらこの排熱利用給湯システムの緊急停止や報知を行うので、安全性を確保できるとともに、給湯槽内に設ける熱供給管に高価な二重管を用いる必要が無くなり、安価な一重管の使用が可能となるため、コストも抑えられて熱回収効率をも向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  給湯槽内に熱供給管を備え、水位センサを有した貯留タンクを冷却水路上に設けた排熱利用給湯システムの概略を示した図である。
【図２】  図１の貯留タンク、および、水位センサについて示した概略図である。
【符号の説明】
１  内燃機関
２  冷却水ポンプ
３  熱供給管
７  給湯槽
１１  制御部
１２  貯留タンク
１３  水位センサ
１４  １次管
１５  ２次管
１６  フロート
１７  永久磁石
１８ａ、１８ｂ  リードスイッチ
１９  パイプ
２０  ストッパー
２１  配線
【図１】
0003877616.tif 000002
【図２】
0003877616.tif 000003