(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン(1) のエンジン冷却部と排熱回収用熱交換器(6) とを冷却水循環配管(5) を介して接続するとともに、前記排熱回収用熱交換器(6) に、循環ポンプ(7) を介装した負荷側循環配管(8) を介して排熱回収負荷を接続し、前記排熱回収用熱交換器(6) よりも前記冷却水循環配管(5) の下流側で、前記冷却水循環配管(5) に、放熱量変更手段(16)を備えた放熱用熱交換器(18)を設け、かつ、前記放熱量変更手段(16)よりも下流側で、前記冷却水循環配管(5) に、前記エンジン冷却部に戻される冷却水の温度を測定する冷却水温度センサ(19)を設け、その冷却水温度センサ(19)で測定される冷却水の温度に基づいて前記放熱量変更手段(16)を作動するように構成した排熱回収システムにおいて、
前記負荷側循環配管(8) の前記排熱回収負荷よりも下流側に設けられて、そこを流れる負荷側循環水の温度を測定する負荷側循環水温度センサ(20)と、
前記負荷側循環水温度センサ(20)で測定される負荷側循環水の温度と第１の設定温度とを比較して負荷側循環水の温度が第１の設定温度以上のときに放熱信号を出力する排熱回収量検出手段(22)と、
前記負荷側循環配管(8) に設けられて、負荷側循環水の流動状態が所定の流動状態かそれ以外の異常流動状態かを検出して異常流動状態の検出に伴って放熱信号を出力する流動状態検出手段(21)と、
前記放熱信号に基づいて、前記冷却水温度センサ(19)による冷却水の測定温度が第２の設定温度よりも低くなるまで放熱信号を出力させるホールド手段(27)と、
前記放熱信号に応答して、前記放熱量変更手段(16)の弁開度を、前記エンジン(1) が定格運転し、かつ、前記排熱回収負荷の排熱需要が零のときに前記放熱用熱交換器(18)に供給すべき冷却水量を流す弁開度よりも小さい開度に予め設定した設定弁開度になるように制御出力を出すフィードフォワード側制御手段(28)と、
前記冷却水温度センサ(19)による冷却水の測定温度に基づいて、その測定温度が高くなるほど放熱量が増大するように前記放熱量変更手段(16)を制御する制御出力を出すフィードバック側制御手段(24)とを備え、
前記フィードフォワード側制御手段(28)からの制御出力と前記フィードバック側制御手段(24)からの制御出力とを加算した制御出力によって前記放熱量変更手段(16)を制御するように構成したことを特徴とする排熱回収システム。
【請求項２】
請求項１に記載のホールド手段(27)が、負荷側循環水温度センサ(20)による負荷側循環水の測定温度がその設定温度(Ta)よりも低くなり、かつ、冷却水温度センサ(19)による冷却水の測定温度がその設定温度(Tb)よりも低くなるまで放熱信号を出力させるものであ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、コジェネレーションシステムなどに用いるために、ガスエンジンやディーゼルエンジンの冷却ジャケットといったエンジン冷却部と排熱回収用熱交換器とを冷却水循環配管を介して接続するとともに、排熱回収用熱交換器に、温水吸収式冷凍機や給湯設備や暖房装置などの排熱回収負荷を循環ポンプを介装した負荷側循環配管を介して接続し、排熱回収用熱交換器よりも冷却水循環配管の下流側において、冷却水循環配管に、三方弁とバイパス配管とから構成されるような放熱量変更手段を備えた放熱用熱交換器を設け、かつ、放熱量変更手段よりも下流側で、冷却水循環配管に、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度を測定する冷却水温度センサを設け、その冷却水温度センサで測定される冷却水の温度に基づいて放熱量変更手段を作動するように構成した排熱回収システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述のような排熱回収システムでは、通常、冷却水温度センサで測定される冷却水の温度が設定温度になるように放熱量変更手段を作動するフィードバック側制御手段を備え、エンジン冷却部に供給される冷却水の温度が設定温度になるように、放熱用熱交換器に分配供給する冷却水の量を制御している。これにより、冷却ジャケット内の冷却水の温度が上昇しすぎてエンジン保護回路が作動し、エンジンを自動的に停止する、いわゆるエンジントリップが発生することを回避できるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような排熱回収システムでは、例えば、温水吸収式冷凍機が急に停止するなどのように排熱需要量が急激に減少するとか、循環ポンプが故障等によって停止して排熱回収ができなくなるといった、排熱回収量が急激に減少する異常事態が発生する。
【０００４】
しかしながら、従来例では、後流に三方弁などを介して水温を下げるための放熱用熱交換器を設けていても、上述のような異常事態の発生に伴い、排熱回収用熱交換器を経た冷却水循環配管での水温が急上昇すると制御遅れのために放熱用熱交換器で熱が十分奪われず、冷却水の温度が設定温度よりもオーバーシュートし、高温の冷却水がエンジンに戻ってエンジンがトリップする。
【０００５】
そのため、オーバーシュートによる最大温度を見込んで設定温度を低くしている。ところが、通常時においてエンジン冷却部から取り出される冷却水の温度が低くなってしまい、排熱回収効率が低下する欠点があった。
【０００６】
そこで、排熱回収用熱交換器から出た冷却水の温度を入口温度センサで測定し、その測定した温度に基づいて三方弁などの放熱量変更手段を作動するフィードフォワード制御を行い、早期に放熱量変更手段を作動してオーバーシュートを防止するものが提案されている。
【０００７】
フィードフォワード制御を行う場合、入口温度センサによって冷却水の温度を測定する箇所と、冷却水循環配管側から放熱用熱交換器側に流れ込む箇所とが近い場合には制御遅れを生じ、排熱回収量が急激に減少したときに、放熱用熱交換器側に流されなかった高温のままの冷却水がエンジン冷却部に戻されてオーバーシュートを生じる問題があった。
【０００８】
また、制御遅れが生じないような位置に入口温度センサを設けた場合、排熱回収量が急激に減少したときには対応できるが、逆に、排熱回収量が減少している状態から、温水吸収式冷凍機の運転が再開されるなどのように排熱回収量が増大したときには、入口温度センサによって冷却水の温度が低下したことを感知して放熱量変更手段を作動し、放熱用熱交換器での放熱量を急激に減少してしまうと、一部の冷却水が放熱用熱交換器で放熱されずに高温のままでエンジン冷却部に戻されてオーバーシュートを生じる問題があった。
【０００９】
そこで、このような問題を解消するため、入口温度センサで測定された低温の冷却水が放熱量変更手段で制御される箇所に到達するに必要な時間を算出し、その時間だけ、放熱用熱交換器での放熱を継続することが考えられた。
【００１０】
このような冷却水が放熱量変更手段で制御される箇所に到達するに必要な時間は、配管の内径とそこを流れる冷却水の流速とから算出される。ところが、配管の内径は、使用に伴って、配管の内周面にスケールが付着するなど、経年変化して流動抵抗が大になる可能性がある。
【００１１】
このようなことから、長期にわたって適切に遅れ時間を設定することが困難であり、また、制御の遅れ時間を制御構成に組み込むためにコストアップを招く欠点があり、更なる改善が望まれていた。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明の排熱回収システムは、制御遅れの問題発生を合理的に抑制するとともに、経年変化に影響されずに、排熱回収量の急激な変動に起因するオーバーシュートの発生を防止できるようにすることを目的とし、また、請求項２に係る発明の排熱回収システムは、排熱回収再開時における動作遅れに起因して制御が不安定になることを回避できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、エンジン(1) のエンジン冷却部と排熱回収用熱交換器(6) とを冷却水循環配管(5) を介して接続するとともに、排熱回収用熱交換器(6) に、循環ポンプ(7) を介装した負荷側循環配管(8) を介して排熱回収負荷(9),(10)を接続し、排熱回収用熱交換器(6) よりも冷却水循環配管(5) の下流側で、冷却水循環配管(5) に、放熱量変更手段(16)を備えた放熱用熱交換器(18)を設け、かつ、放熱量変更手段(16)よりも下流側で、冷却水循環配管(5) に、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度を測定する冷却水温度センサ(19)を設け、その冷却水温度センサ(19)で測定される冷却水の温度に基づいて放熱量変更手段(16)を作動するように構成した排熱回収システムにおいて、負荷側循環配管(8) の排熱回収負荷(9),(10)よりも下流側に設けられて、そこを流れる負荷側循環水の温度を測定する負荷側循環水温度センサ(20)と、その負荷側循環水温度センサ(20)で測定される負荷側循環水の温度と第１の設定温度とを比較して負荷側循環水の温度が第１の設定温度以上のときに放熱信号を出力する排熱回収量検出手段(22)と、負荷側循環配管(8) に設けられて、負荷側循環水の流動状態が所定の流動状態かそれ以外の異常流動状態かを検出して異常流動状態の検出に伴って放熱信号を出力する流動状態検出手段(21)と、前記放熱信号に基づいて、冷却水温度センサ(19)による冷却水の測定温度が第２の設定温度よりも低くなるまで放熱信号を出力させるホールド手段(27)と、前記放熱信号に応答して、放熱量変更手段(16)の弁開度を、エンジン(1) が定格運転し、かつ、排熱回収負荷(9),(10)の排熱需要が零のときに放熱用熱交換器(18)に供給すべき冷却水量を流す弁開度よりも小さい開度に予め設定した設定弁開度になるように制御出力を出すフィードフォワード側制御手段(28)と、冷却水温度センサ(19)による冷却水の測定温度に基づいて、その測定温度が高くなるほど放熱量が増大するように放熱量変更手段(16)を制御する制御出力を出すフィードバック側制御手段(24)とを備え、フィードフォワード側制御手段(28)からの制御出力とフィードバック側制御手段(24)からの制御出力とを加算した制御出力によって放熱量変更手段(16)を制御するように構成する。
各要素に括弧［(  )］書きで付した番号は、理解を容易にするため、図１、図２および図７を参照して付与した。請求項に記載の発明は各番号を除いたものである。例えば、排熱回収負荷(9),(10)との記載は、排熱回収負荷は単数［例(9) ］でも複数［例(9),(10)］でもよいことを意味する。
【００１４】
排熱回収負荷としては、温水吸収式冷凍機や給湯設備や暖房装置などが用いられる。
【００１５】
また、請求項２に係る発明の排熱回収システムは、上述のような目的を達成するために、請求項１に係る発明の排熱回収システムにおけるホールド手段(27)を、負荷側循環水温度センサ(20)による負荷側循環水の測定温度がその設定温度(Ta)よりも低くなり、かつ、冷却水温度センサ(19)による冷却水の測定温度がその設定温度(Tb)よりも低くなるまで放熱信号を出力させるように構成する。
【００１６】
【作用】
請求項１に係る発明の排熱回収システムの構成によれば、排熱回収負荷(9),(10)での排熱需要量が急激に減少し、負荷側循環水の温度が急激に上昇して第１の設定温度を越えると、それを負荷側循環水温度センサ(20)が感知して放熱信号を出力する。また、循環ポンプ(7) の故障によって負荷側循環水が流動しないなどの異常流動状態が発生したときには、そのことを流動状態検出手段(21)により検出して放熱信号を出力する。
そのような放熱信号に基づいてホールド手段(27)から放熱信号を出力し、放熱信号に応答して、フィードフォワード側制御手段(28)により、最大放熱量よりは小さい値に設定した設定放熱量になるように放熱量変更手段(16)を作動する制御出力を出し、全量よりは少ない量の冷却水を放熱用熱交換器(18)に供給する状態にする。
一方、フィードバック側制御手段(24)では、冷却水温度センサ(19)の測定温度に基づき、その測定温度が高くなれば、放熱用熱交換器(18)に供給する量が多くなるように、逆に、測定温度が低くなれば、放熱用熱交換器(18)に供給する量が少なくなるようにそれぞれ放熱量変更手段(16)を作動する制御出力を出す。そして、フィードフォワード側制御手段(28)からの制御出力とフィードバック側制御手段(24)からの制御出力とを加算したシステム全体の制御出力によって放熱量変更手段(16)を作動する。
【００１７】
一方、排熱回収負荷(9),(10)での排熱回収が再開されたときや排熱需要量が増大したときには、そのことを、冷却水温度センサ(19)による冷却水の測定温度が第２の設定温度よりも低くなることによって判断し、それに基づいてホールド手段(27)の作用を解除し、フィードフォワード側制御手段(28)からの制御出力だけでは放熱用熱交換器(18)に冷却水が供給されないが、冷却水温度センサ(19)による測定温度に基づいてフィードバック側制御手段(24)からの制御出力が加算され、冷却水温度センサ(19)による測定温度が第２の設定温度を越えないように、放熱量変更手段(16)を作動する。
【００１８】
より詳述すれば、排熱回収負荷(9),(10)での排熱需要が安定していて、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度変化が小さいときには、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度に基づくフィードバック側制御手段(24)からの制御出力の加算分が有効に作用して放熱用熱交換器(18)に供給する冷却水の量を制御する。
【００１９】
例えば、温水吸収式冷凍機の運転が停止されるなど、排熱回収負荷(9),(10)での排熱需要量が急激に減少したときとか、循環ポンプ(7) の故障によって負荷側循環水が流動しないなどの異常流動状態が発生して結果として排熱回収ができなくなったときには、そのことを、循環水温度センサ(20)で測定される負荷側循環水の温度が第１の設定温度を越えることや流動状態検出手段(21)が異常流動状態を検出することにより、排熱回収用熱交換器(6) の二次側で早く感知し、ホールド手段(27)の作用により、必要量を放熱するために必要な冷却水量の全量ではなく、予め設定したある程度の量（設定量）の冷却水を放熱用熱交換器(18)に供給し、急激に温度が高くなった冷却水をエンジン冷却部に戻すことを回避するとともに、温度が上昇していない冷却水を必要以上に放熱用熱交換器(18)に供給して必要以上に低温の冷却水をエンジン冷却部に戻すことを抑制し、かつ、設定量を越える範囲では、フィードバック側制御手段(24)からの制御出力の加算分により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように放熱用熱交換器(18)に供給する冷却水の量を制御する。
【００２０】
また、排熱回収負荷(9),(10)での排熱回収が再開されたり、排熱回収負荷(9),(10)での排熱需要が安定状態に移行すると、その時点よりも遅らせて、前述したようにホールド手段(27)の作用を解除し、冷却水温度センサ(19)による測定温度に基づくフィードバック側制御手段(24)からの制御出力の加算分の作用により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように放熱用熱交換器(18)に供給する冷却水の量を制御する。
【００２１】
また、請求項２に係る発明の排熱回収システムの構成によれば、ホールド手段(27)による作用の解除を、冷却水温度センサ(19)による冷却水の測定温度が設定温度よりも低くなることに加えて、負荷側循環水温度センサ(20)による負荷側循環水の測定温度が設定温度よりも低くなることに基づいて行う。例えば、排熱回収負荷(9),(10)での排熱回収の再開に際し、排熱回収用熱交換器(6) に、最初は、排熱回収負荷(9),(10)側に残存していた低温の循環水が流れ、次いで、排熱回収負荷(9),(10)を経た循環水が流れるものの、排熱回収負荷(9),(10)での動作遅れがある場合に、その動作遅れの間に排熱回収負荷(9),(10)を経た循環水の温度は低くなっていない。このため、冷却水温度センサ(19)が最初の低温の冷却水を感知することに基づいてホールド手段(27)による作用を解除すると、その直後に動作遅れに起因した高温の冷却水がエンジン冷却部に流れ込むが、本案により、冷却水温度センサ(19)が最初の低温の冷却水を感知したときに負荷側循環水温度センサ(20)で動作遅れに起因した高温の循環水を感知していれば、ホールド手段(27)による作用が解除されず、放熱用熱交換器(18)への供給状態が継続され、動作遅れに起因した高温の冷却水がエンジン冷却部に流れ込むことを回避できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る排熱回収システムの第１実施例を示すブロック図であり、ガスエンジン１に、伝動クラッチ２を介して発電機３が連動連結されている。
【００２４】
ガスエンジン１のエンジン冷却部の出口と入口とにわたって、第１のポンプ４を介装した冷却水循環配管５を介して排熱回収用熱交換器６が接続されている。排熱回収用熱交換器６に、循環ポンプ７を介装した負荷側循環配管８が接続され、その負荷側循環配管８に、排熱回収負荷としての温水吸収式冷凍機９と給湯設備１０それぞれが、互いに並列に送り配管１１ａおよび戻り配管１１ｂ、ならびに、温水供給量を調整する三方弁１２を介して接続されている。更に、温水吸収式冷凍機９に、第２のポンプ１３を介装した冷房用配管１４を介して冷房装置１５が接続され、エンジン冷却によって発生する排熱を冷房や給湯の熱源として利用するように構成されている。
【００２５】
また、冷却水循環配管５の排熱回収用熱交換器６よりも下流側に、放熱量変更手段としての三方弁１６とバイパス配管１７とを介して放熱用熱交換器１８が接続されている。三方弁１６は放熱用熱交換器１８への入口側に設けても良い。
【００２６】
冷却水循環配管５の三方弁１６との接続箇所よりも下流側に、エンジン冷却部に供給される冷却水の温度を測定する冷却水温度センサ１９が設けられている。また、負荷側循環配管８の給湯設備１０に対する三方弁１２よりも下流側に、そこを流れる排熱回収後の負荷側循環水の温度を測定する負荷側循環水温度センサ２０と、負荷側循環水の流動状態の有無を検出して負荷側循環水の流動が停止したときに放熱信号を出力するフロースイッチ２１が設けられている。
【００２７】
負荷側循環水温度センサ２０には、排熱回収量検出手段としてのコンパレータ２２が接続され、そのコンパレータ２２において、負荷側循環水温度センサ２０で測定される負荷側循環水の温度Ｔ１と第１の温度設定器２３（図２参照）から入力される第１の設定温度Ｔａとを比較し、負荷側循環水の温度Ｔ１が設定温度Ｔａ以上になったときに放熱信号を出力するように構成されている。
【００２８】
前述したフロースイッチ２１では、負荷側循環水が流れているか流れていないか、換言すれば、循環ポンプ７が停止しているかどうかを判別しているが、例えば、フロースイッチ２１に代えて流速センサを設け、その流速センサによって測定される負荷側循環水の流速と設定速度とをコンパレータで比較し、負荷側循環水の流速が設定速度よりも遅くなったときに放熱信号を出力するように構成し、循環ポンプ７の停止に加えて負荷側循環配管８での洩れ等による流速低下をも検出できるように構成しても良く、要するに、負荷側循環水の流動状態を検出して所定の流動状態かそれ以外の異常流動状態かを検出して異常流動状態の検出に伴って放熱信号を出力するように構成するものであれば良く、フロースイッチ２１や、流速センサとコンパレータとから成るものなどをして流動状態検出手段と総称する。
【００２９】
前記冷却水温度センサ１９にはフィードバック側制御手段２４が接続され、このフィードバック側制御手段２４において、冷却水温度センサ１９による冷却水の測定温度に基づいて比例微分積分制御（ＰＩＤ制御）し、その測定温度が高くなるほど放熱量が増大するように三方弁１６を制御する制御出力を出すようになっている。詳述すれば、冷却水温度センサ１９による冷却水の測定温度の変化に応じた制御出力を出し、上昇側に変化したときには三方弁１６を開くように、すなわち、放熱用熱交換器１８に供給する冷却水の量を増加するように、逆に、下降側に変化したときには三方弁１６を閉じるように、すなわち、放熱用熱交換器１８に供給する冷却水の量を減少するようになっている。
【００３０】
前記冷却水温度センサ１９、フロースイッチ２１およびコンパレータ２２それぞれにマイクロコンピュータ２５が接続されている。マイクロコンピュータ２５には、比較手段２６とホールド手段２７とフィードフォワード側制御手段２８とが備えられている。
【００３１】
比較手段２６では、冷却水温度センサ１９から入力される測定冷却水温度Ｔ２と第２の温度設定器２９から入力される第２の設定温度Ｔｂとを比較し、測定冷却水温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になったときにホールド手段２７にホールド解除信号を出力し、ホールド手段２７からの後述する放熱信号の出力を禁止するようになっている。
【００３２】
ホールド手段２７では、フロースイッチ２１およびコンパレータ２２それぞれからの放熱信号に基づいて、比較手段２６からホールド解除信号を受けるまで、すなわち、冷却水温度センサ１９による冷却水の測定温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になるまで放熱信号を出力させるようになっている。
【００３３】
フィードフォワード側制御手段２８では、ホールド手段２７からの放熱信号に応答して、三方弁１６の弁開度を、ガスエンジン１が定格運転し、かつ、温水吸収式冷凍機９および給湯設備１０の排熱需要が零のときに放熱用熱交換器１８に供給すべき冷却水量を流す弁開度よりも小さい予め設定した設定弁開度になるように、例えば、30％などの制御出力を出すようになっている。
【００３４】
前記フィードバック側制御手段２４からの制御出力とフィードフォワード側制御手段２８からの制御出力とを制御出力加算手段３０に入力して加算し、その両者の加算した制御出力を制御出力加算手段３０から三方弁１６のドライバ３１に出力し、加算した制御出力に対応した開度が得られるように三方弁１６の開度を制御するように構成されている。
【００３５】
次に、上記構成による制御動作を図３のフローチャートを用いて説明する。
先ず、負荷側循環水温度センサ２０で測定される負荷側循環水の温度Ｔ１と冷却水温度センサ１９で測定される冷却水温度Ｔ２とを入力して（Ｓ１）、負荷側循環水の温度Ｔ１と第１の設定温度Ｔａと比較する（Ｓ２）。ここで、負荷側循環水の温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａ以上のときには放熱信号をホールド手段２７に出力する（Ｓ３）。
【００３６】
ステップＳ２において、負荷側循環水の温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａよりも低いときにはステップＳ４に移行し、流動状態かどうか、すなわち、循環ポンプ７が停止しているかどうかを判断する。ここで、循環ポンプ７が停止していると判断したときには、ステップＳ３に移行して放熱信号をホールド手段２７に出力し（Ｓ３）、一方、循環ポンプ７が停止していないと判断したときには、所定の排熱回収が行われている状態であるために、ステップＳ１に戻す。
【００３７】
放熱信号をが出力された後には、冷却水温度Ｔ２と第２の設定温度Ｔｂとを比較する（Ｓ５）。ここで、冷却水温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下でないとき、すなわち、冷却水温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂよりも高いときには放熱信号をフィードフォワード側制御手段２８に出力し（Ｓ６）、フィードフォワード側制御手段２８から制御出力加算手段３０に30％の制御出力を出す（Ｓ７）。
【００３８】
次いで、制御出力加算手段３０において、フィードフォワード側制御手段２８からの制御出力にフィードバック側制御手段２４からの制御出力を加算し（Ｓ８）、その加算した制御出力をドライバ３１に出して（Ｓ９）からステップＳ１に戻す。これにより、ドライバ３１を通じて、加算した制御出力に対応した開度が得られるように三方弁１６を制御する。
【００３９】
ステップＳ５において、冷却水温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になったときには、ステップＳ１０に移行してホールド手段２７にホールド解除信号を出力し、フィードフォワード側制御手段２８から制御出力加算手段３０に15％（この制御出力は三方弁１６のデッドバンド内にあり、実際には放熱用熱交換器１８に冷却水は供給されない）の制御出力を出して（Ｓ１１）からステップＳ８に移行する。
【００４０】
以上の構成により、温水吸収式冷凍機６や給湯設備７での排熱需要が安定していて、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度変化が小さいときには、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２に基づくフィードバック側制御手段２４からの制御出力の加算分が有効に作用して放熱用熱交換器１８に供給する冷却水の量を制御する。
【００４１】
例えば、循環ポンプ７が故障などにより停止されたり、温水吸収式冷凍機９の運転が急に停止されたりして排熱回収量が急激に減少したときには、そのことを負荷側循環水温度センサ２０で測定される負荷側循環水の温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａ以上になるか、フロースイッチ２１で流動停止状態を検出するかにより感知し、ホールド手段２７の作用により、フィードフォワード側制御手段２８から制御出力加算手段３０に30％の制御出力を出し、必要量を放熱するために必要な冷却水量の全量ではなく、予め設定したある程度の量（設定量）の冷却水を放熱用熱交換器１８に供給し、急激に温度が高くなった冷却水をエンジン冷却部に戻すことを回避するとともに、温度が上昇していない冷却水を必要以上に放熱用熱交換器１８に供給して必要以上に低温の冷却水をエンジン冷却部に戻すことを抑制し、かつ、設定量を越える範囲では、フィードバック側制御手段２４からの制御出力の加算分により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂを越えないように放熱用熱交換器１８に供給する冷却水の量を制御する。
【００４２】
また、循環ポンプ７の再起動や温水吸収式冷凍機９の運転が再開されるなど、排熱回収負荷での排熱回収が再開されると、そのことをエンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になり、かつ、負荷側循環水の温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａよりも低くなるとともに流動停止状態でないことにより判断し、排熱回収の再開時点よりも遅らせてホールド手段２７の作用を解除してフィードフォワード側制御手段２８から制御出力加算手段３０に15％の制御出力を出し、冷却水温度センサ１９によって測定される、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２に基づくフィードバック側制御手段２４からの制御出力を加算し、その加算した制御出力によりエンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂを越えないように放熱用熱交換器１８に供給する冷却水の量を制御する。
【００４３】
次に、上記第１実施例による動作につき、図４、図５および図６のグラフを用いて説明する。
図４は、温水吸収式冷凍機９や給湯設備１０での排熱需要の変化に伴う、給湯設備１０からの出口温度（Ａ１で示す）および放熱用熱交換器１８からの出口温度（Ｂ１で示す）［両温度それぞれを真温度と縦軸に表示する］の経時的変化を示すグラフである。なお、この真温度は、通常の装置に組み込まれる直径10mmの白金測温抵抗体に代えて計測専用の直径２mmの白金測温抵抗体を用いて測定した。
【００４４】
図５は、負荷側循環水温度センサ２０で測定される負荷側循環水の温度Ｔ１および冷却水温度センサ１９によって測定されるエンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２［両温度それぞれを制御用センサー温度と縦軸に表示する］の経時的変化を示すグラフであり、図６の真温度に比べてセンサ自体の応答特性の遅れによってややズレを生じるとともに滑らかな変化になり、かつ、低温になっているが、充分追随していることがわかる。
【００４５】
図６は、両センサ１９，２０の測定温度に基づく制御出力の経時的変化を示すグラフである。
排熱需要が安定している状態では、フロースイッチ２１による流動状態の検出と、負荷側循環水温度センサ２０によって測定される第１の設定温度Ｔａ未満の負荷側循環水の温度Ｔ１とに基づく、フィードフォワード側制御手段２８からの15％の制御出力（Ａ２で示す）に、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２に基づくフィードバック側制御手段２４からの制御出力（Ｂ２で示す）を加算した制御出力（Ｃで示す）を出して三方弁１２の開度を制御し、図５に示すように、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２は、第２の設定温度Ｔｂ（例えば、80℃）に近い状態に維持される。
【００４６】
排熱需要が安定している状態から、例えば、循環ポンプ７が停止したり、温水吸収式冷凍機９の運転が急に停止されるといったように排熱回収が急激に減少した場合（図４にＰ１で示す）、図５に示すように、負荷側循環水温度センサ２０で測定される負荷側循環水の温度Ｔ１が上昇するが、第１の設定温度Ｔａ（例えば、80℃）を越えるに伴い、放熱信号をホールド手段２７に出力してホールド状態になるとともにホールド手段２７からフィードフォワード側制御手段２８に放熱信号を出力し、図６に示すように、フィードフォワード側制御手段２８から30％の制御出力を出してホールド状態に移行する。ホールド状態に移行すると、30％の制御出力にエンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２に基づくフィードバック側制御手段２４からの制御出力を加算し、その加算された制御出力Ｃにより三方弁１２を開閉する。これらの結果、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２は、所定温度（約80℃）に維持される。
【００４７】
一方、例えば、循環ポンプ７が再起動されたり、温水吸収式冷凍機９の運転が再開されるなどにより排熱回収需要が急激に増大すると、図４および図５に示すように、先ず、排熱回収用熱交換器６に低温の負荷側循環水が流れ込み、真温度Ａ１および負荷側循環水温度センサ２０で測定される冷却水の温度Ｔ１が急激に低下する。この影響が、放熱用熱交換器１８の出口の真温度Ｂ１および冷却水温度センサ１９の測定温度Ｔ２それぞれに、測定位置の距離を冷却水が流れる時間ｔだけ遅れて現れる。冷却水温度センサ１９の測定温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になると、ホールド手段２７にホールド解除信号を出力してホールドを解除し、図６に示すように、フィードフォワード側制御手段２８からの制御出力Ａ２が15％に戻され、これにフィードバック側制御手段２４からの制御出力Ｂ２を加算した制御出力Ｃによって三方弁１６を制御し、放熱用熱交換器１８に流される冷却水の量を減少し、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が必要以上に低下することを回避する。その後、排熱需要が安定するに伴い、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が所定温度（約80℃）に維持されるようになる。
【００４８】
図７は、本発明に係る排熱回収システムの第２実施例の要部を示すブロック図であり、第１実施例と異なるところは次の通りである。
すなわち、第１実施例におけるコンパレータ２２および比較手段２６それぞれからの比較出力がＡＮＤ回路３２に入力され、そのＡＮＤ回路３２からの出力がホールド解除信号としてホールド手段２７に入力されるようになっている。
【００４９】
そして、その動作において、図８のフローチャートに示すように、第１実施例におけるステップＳ５とステップＳ１０との間に、負荷側循環水温度センサ２０で測定される負荷側循環水の温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａ未満かどうかを判断するステップＳ５Ａを介装し、冷却水温度センサ１９によって測定される、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になり、かつ、負荷側循環水温度センサ２０で測定される冷却水の温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａ未満になったときにステップＳ１０に移行してホールド解除信号を出力するようになっている。ステップＳ５Ａにおいて、負荷側循環水温度センサ２０で測定される冷却水の温度Ｔ１が第１の設定温度Ｔａ以上と判断したきには、ホールド解除信号を出力せずにステップＳ６に移行するようになっている。他の構成ならびに動作は第１実施例と同じであり、その説明は省略する。
【００５０】
次に、この第２実施例による特徴的動作につき、図９のタイムチャートを用いて説明する。
すなわち、温水吸収式冷凍機９の運転が再開されるなどにより排熱回収需要が急激に増大し、図９の（ａ）に示すように、最初に温水吸収式冷凍機９の戻り配管１１ｂ内の低温の循環水が排熱回収用熱交換器６に流れ込んで負荷側循環水温度センサ２０で測定される負荷側循環水の温度Ｔ１が急激に低下するが、次いで、温水吸収式冷凍機９で実際に排熱が回収された循環水が流れ込む前に、温水吸収式冷凍機９での動作遅れなどに起因して排熱が回収されない高温の冷却水が流れるような場合、図９の（ｂ）に示すように、時間遅れｔを持って冷却水温度センサ１９の測定温度Ｔ２も同様に変化する。
【００５１】
このような事態を生じる場合、前述した第１実施例では、このときに冷却水温度センサ１９の測定温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になるに伴ってホールド状態を解除していたのであるが、その後に、前述したように排熱が回収されない高温の冷却水が流れて、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が高くなってオーバーシュートを生じる問題がある。そこで、この第２実施例では、図９の（ｃ）に示すように、冷却水温度センサ１９の測定温度Ｔ２が第２の設定温度Ｔｂ以下になっただけではホールド状態を解除できず、温水吸収式冷凍機９で実際に排熱が回収され、負荷側循環水温度センサ２０で測定される循環水の温度Ｔ１も第１の設定温度Ｔａ未満になってからホールド状態を解除し、前述の問題を回避できるようにしている。
【００５２】
放熱用熱交換器１８に流す冷却水流量を変更する放熱量変更手段としては、三方弁１６に代えて、例えば、バイパス配管１７と、２本のバイパス配管１７，１７を接続した箇所で挟まれた冷却水循環配管５部分とに個別に流量調整弁を設け、両流量調整弁を互いに連動させて放熱用熱交換器１８に流す冷却水流量を変更するように構成するものでも良い。
【００５３】
また、上記実施例では、ホールドする設定放熱量を得る上でのフィードフォワード側制御手段２８からの制御出力を30％に設定しているが、この値は排熱回収システムに用いられる温水吸収式冷凍機９の容量や三方弁１６などに応じて適宜設定すれば良く、通常25〜35％程度である。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の排熱回収システムによれば、排熱回収用熱交換器(6) の二次側配管である負荷側循環配管側に負荷側循環水温度センサ(20)と流動状態検出手段(21)とを設け、循環ポンプ(7) の故障などによって負荷側循環水の流動に異常を検出したときとか、排熱回収負荷(9),(10)での排熱需要量が急激に減少して温度が急激に上昇した循環水を負荷側循環水温度センサ(20)で感知したときに放熱信号を出力し、それに基づいてホールド手段(27)から放熱信号を出力し、その放熱信号に応答して、フィードフォワード側制御手段(28)から、全量よりも少ない所定量の冷却水を放熱用熱交換器(18)に供給するように最大放熱量よりも小さい値に設定した設定放熱量になる制御出力を出力させる。
【００５５】
一方、フィードバック側制御手段(24)からは、冷却水温度センサ(19)の測定温度に基づき、その測定温度が高くなれば、放熱用熱交換器(18)に供給する量が多くなるように、逆に、測定温度が低くなれば、放熱用熱交換器(18)に供給する量が少なくなるようにそれぞれ制御出力を出力させ、フィードフォワード側制御手段(28)とフィードバック側制御手段(24)の両者の加算所定した制御出力によって放熱量変更手段(16)を作動する。そして、排熱回収負荷(9),(10)での排熱回収が再開されると、そのことを、冷却水温度センサ(19)による冷却水の測定温度が設定温度よりも低くなることによって判断し、それに基づいてホールド手段(27)の作用を解除し、冷却水温度センサ(19)による測定温度に基づく、フィードバック側制御手段(24)からの制御出力が有効に作用して放熱量変更手段(16)を作動し、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように制御する。
【００５６】
すなわち、排熱回収負荷(9),(10)での排熱需要が安定していて、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度変化が小さいときには、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度に基づくフィードバック側制御手段(24)からの制御出力の加算分が有効に作用して放熱用熱交換器(18)に供給する冷却水の量を制御する。
【００５７】
例えば、循環ポンプ(7) が停止されたり、温水吸収式冷凍機の運転が急に停止されるなど、排熱回収負荷(9),(10)での排熱回収量が急激に減少したときには、必要量を放熱するために必要な冷却水量の全量ではなく、予め設定したある程度の量（設定量）の冷却水を放熱用熱交換器(18)に供給する。これにより、急激に温度が高くなった冷却水をエンジン冷却部に戻すことを回避するとともに、温度が上昇していない冷却水を必要以上に放熱用熱交換器(18)に供給して必要以上に低温の冷却水をエンジン冷却部に戻すことを抑制できる。また、設定量を越える範囲では、フィードバック側制御手段(24)からの制御出力の加算分により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように放熱用熱交換器(18)に供給する冷却水の量を良好に制御できる。
【００５８】
更に、循環ポンプ(7) が再起動されたり、排熱回収負荷(9),(10)での排熱回収が再開されると、フィードバック側制御手段(24)からの制御出力の加算分の作用により、エンジン冷却部に戻される冷却水の温度が設定温度を越えないように放熱用熱交換器(18)に供給する冷却水の量を制御するから、配管内を流れる冷却水の時間遅れを考慮する場合のように、配管の内周面へのスケール付着といった経年変化に影響されずに済み、排熱回収負荷(9),(10)での排熱回収量の増大に起因するオーバーシュートの発生を良好に防止できるようになった。
【００５９】
また、請求項２に係る発明の排熱回収システムによれば、それぞれ、排熱回収負荷(9),(10)での排熱回収の再開に際し、排熱回収負荷(9),(10)側に残存していた低温の循環水を負荷側循環水温度センサ(20)が感知しても、ホールド手段(27)による作用が解除されず、放熱用熱交換器(18)への供給状態を継続できるから、排熱回収負荷(9),(10)での動作遅れに起因した高温の冷却水がエンジン冷却部に流れ込むことを回避でき、制御の安定性を向上できるようになった。
【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実施例を示すブロック図である。
【図２】マイクロコンピュータの構成を示すブロック図である。
【図３】動作説明に供するフローチャートである。
【図４】真温度の経時的変化を示すグラフである。
【図５】入口温度センサおよび冷却水温度センサによる測定温度の経時的変化を示すグラフである。
【図６】制御出力の経時的変化を示すグラフである。
【図７】本発明に係る排熱回収システムの第２実施例の要部を示すブロック図である。
【図８】動作説明に供する要部のフローチャートである。
【図９】動作説明に供する要部のタイムチャートである。
【符号の説明】
１…ガスエンジン
５…冷却水循環配管
６…排熱回収用熱交換器
７…循環ポンプ
８…負荷側循環配管
９…排熱回収負荷としての温水吸収式冷凍機
１０…排熱回収負荷としての給湯設備
１６…放熱量変更手段を構成する三方弁
１７…放熱量変更手段を構成するバイパス配管
１８…放熱用熱交換器
１９…冷却水温度センサ
２０…負荷側循環水温度センサ
２１…フロースイッチ
２２…排熱回収量検出手段としてのコンパレータ
２４…フィードバック側制御手段
２７…ホールド手段
２８…フィードフォワード側制御手段
【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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