JP5600307B2 - Engine exhaust heat recovery device - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの排熱を回収する排熱回収媒体を通流させる排熱回収回路を備えたエンジンの排熱回収装置に関する。 The present invention relates to an engine exhaust heat recovery apparatus including an exhaust heat recovery circuit for passing an exhaust heat recovery medium for recovering engine exhaust heat.
従来のエンジンの排熱回収装置は、例えば、コージェネレーション装置にて動力源に用いられるエンジンからその排熱を回収すべく、エンジンを冷却するエンジン冷却水を通流するエンジン冷却回路と、当該エンジン冷却水と排熱回収媒体とを熱交換させる排熱回収熱交換器と、排熱回収媒体を排熱回収熱交換器へ導くように通流する排熱回収回路と、排熱回収熱交換器にてエンジン冷却水と熱交換した後の排熱回収媒体を貯湯可能な貯湯槽とを備えたものが知られている(特許文献1を参照)。 A conventional engine exhaust heat recovery device includes, for example, an engine cooling circuit that passes engine cooling water that cools the engine in order to recover the exhaust heat from an engine used as a power source in a cogeneration system, and the engine An exhaust heat recovery heat exchanger for exchanging heat between the cooling water and the exhaust heat recovery medium, an exhaust heat recovery circuit for passing the exhaust heat recovery medium to lead to the exhaust heat recovery heat exchanger, and an exhaust heat recovery heat exchanger Is provided with a hot water storage tank capable of storing hot water in the exhaust heat recovery medium after heat exchange with engine cooling water (see Patent Document 1).
ところで、住宅等の熱負荷には、風呂への給湯等のように高温の熱供給が不要な低温熱負荷と、床暖房の立ち上り等のように高温の熱供給が必要な高温熱負荷とがある。当該高温熱負荷に対応すべく、上記排熱回収装置の貯湯槽に貯湯される排熱回収媒体の温度を高くすると、貯湯された排熱回収媒体と周囲環境との温度差が大きくなり、将来の熱需要に備えて待機している間に貯湯された排熱回収媒体の熱の一部が放熱により失われることとなり、放熱ロスが大きくなるという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱負荷が必要とする温度に応じた排熱回収運転を行うことで、放熱ロスを抑制可能なエンジンの排熱回収装置を提供することにある。
By the way, there are two types of heat loads in houses, such as low-temperature heat loads that do not require high-temperature heat supply such as hot water supply to baths, and high-temperature heat loads that require high-temperature heat supply such as the start of floor heating. is there. If the temperature of the exhaust heat recovery medium stored in the hot water storage tank of the exhaust heat recovery device is increased to cope with the high temperature heat load, the temperature difference between the stored exhaust heat recovery medium and the surrounding environment will increase. A part of the heat of the exhaust heat recovery medium stored while waiting for the heat demand is lost due to heat dissipation, and there is a problem that heat dissipation loss increases.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery device for an engine that can suppress a heat dissipation loss by performing an exhaust heat recovery operation according to a temperature required by a thermal load. Is to provide.
上記目的を達成するための本発明のエンジンの排熱回収装置は、
エンジンの排熱を回収する排熱回収媒体を通流させる排熱回収回路を備えたエンジンの排熱回収装置であって、その特徴構成は、
前記エンジンのシリンダブロックとエンジン冷却水とを熱交換させるエンジン冷却部と、前記エンジンの排ガスとエンジン冷却水とを熱交換させる排ガス熱交換器とに、エンジン冷却水を循環させるエンジン冷却回路を備え、
前記排熱回収回路には、前記エンジン冷却部及び前記排ガス熱交換器の双方を通流した後のエンジン冷却水と排熱回収媒体とを熱交換させる排熱回収熱交換器を備え、
現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間における熱需要の存否を判定可能な高温熱負荷存否判定手段を備え、
エンジン冷却水が前記排ガス熱交換器を通流した後に前記エンジン冷却部を通流する第1運転状態を実行可能、且つエンジン冷却水が前記エンジン冷却部を通流した後に前記排ガス熱交換器を通流する直列運転状態又は前記エンジン冷却部と前記排ガス熱交換器とを並列に通流する並列運転状態の何れか一方の運転状態である第2運転状態を実行可能に構成され、
前記第1運転状態と前記第2運転状態とを切り替える運転制御手段を備え、
高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、前記運転制御手段が前記第2運転状態に切り替える点にある。
In order to achieve the above object, an exhaust heat recovery apparatus for an engine according to the present invention comprises:
An exhaust heat recovery device for an engine having an exhaust heat recovery circuit for passing an exhaust heat recovery medium for recovering the exhaust heat of the engine.
An engine cooling circuit that circulates engine cooling water is provided in an engine cooling section that exchanges heat between the engine cylinder block and engine cooling water, and an exhaust gas heat exchanger that exchanges heat between exhaust gas and engine cooling water of the engine. ,
The exhaust heat recovery circuit includes an exhaust heat recovery heat exchanger that exchanges heat between the engine cooling water and the exhaust heat recovery medium after flowing through both the engine cooling unit and the exhaust gas heat exchanger,
Comprising a high-temperature heat load presence / absence determining means capable of determining the presence or absence of heat demand in the period from the present time at which heat dissipation of the current or exhaust heat recovery medium can be suppressed,
The first operation state in which the engine cooling water flows through the exhaust gas heat exchanger and then the engine cooling section can be executed, and the engine cooling water flows through the engine cooling section and then the exhaust gas heat exchanger. It is configured to be able to execute a second operation state that is one of an operation state of a serial operation state of flowing or a parallel operation state of flowing the engine cooling unit and the exhaust gas heat exchanger in parallel,
Comprising an operation control means for switching between the first operation state and the second operation state;
When the high temperature heat load presence / absence determining means determines that there is a heat demand associated with the high temperature heat load in the current period or the period from the present time at which heat dissipation of the exhaust heat recovery medium can be suppressed, the operation control means performs the second control. The point is to switch to the driving state.
本発明のエンジンの排熱回収装置では、エンジンの排熱回収効率を高める場合には、運転制御手段が第1運転状態に切り替え、低温のエンジン冷却水をエンジン冷却部に導く前に排ガス熱交換器に導いて、エンジン冷却水と排ガスとを互いの温度差が大きい状態で熱交換させて、排熱回収効率を高めている。
一方、高温熱回収を実行すべく排熱回収媒体の温度を高める場合には、運転制御手段が第2運転状態に切り替えて、エンジン冷却水をエンジン冷却部に導いた後又はエンジン冷却部に導くと同時に、高温の回収温度が期待できる排ガス熱交換器へ導いて、エンジン冷却水の温度を高くして、高温熱回収を実行している。
そして、本発明のエンジンの排熱回収装置では、特に、高温の排熱回収媒体からの放熱ロスを抑制する観点から、高温熱回収を優先する第2運転状態の実行は、現在又は現在から近い将来(排熱回収媒体の放熱を抑制できる期間内の将来)において、高温熱負荷を伴う熱需要が存在する場合に行うこととしている。
具体的には、高温熱負荷存否判定手段が現在又は排熱回収媒体の放熱が抑制できる現在からの期間において高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、運転制御手段が第2運転状態に切り替える。これにより、高温熱回収を優先する第2運転状態を実行して排熱回収媒体を高温にした後、当該高温の排熱回収媒体が高温熱負荷にて使用されるまでの時間を短縮でき、放熱ロスを抑制できる。
以上より、特に、高温熱負荷に伴う熱需要が存在する場合にのみ第2運転状態として高温熱回収を実行し、熱負荷が必要とする温度に応じた排熱回収運転を行うことで、放熱ロスを抑制できるエンジンの排熱回収装置を実現できる。
In the engine exhaust heat recovery device of the present invention, when the exhaust heat recovery efficiency of the engine is increased, the operation control means switches to the first operation state, and the exhaust gas heat exchange is performed before the low-temperature engine coolant is led to the engine cooling section. The heat is recovered by exchanging heat between the engine coolant and the exhaust gas with a large temperature difference between them.
On the other hand, when the temperature of the exhaust heat recovery medium is increased to perform high-temperature heat recovery, the operation control means switches to the second operation state and guides the engine cooling water to the engine cooling unit or to the engine cooling unit. At the same time, it is led to an exhaust gas heat exchanger that can be expected to have a high recovery temperature, and the temperature of the engine cooling water is increased to perform high-temperature heat recovery.
In the exhaust heat recovery device for an engine according to the present invention, the execution of the second operating state in which priority is given to high temperature heat recovery is particularly close to the present time, particularly from the viewpoint of suppressing heat dissipation loss from the high temperature exhaust heat recovery medium. In the future (the future within a period in which the heat dissipation of the exhaust heat recovery medium can be suppressed), it is performed when there is a heat demand with a high temperature heat load.
Specifically, when the high temperature heat load existence determining means determines that there is a heat demand associated with the high temperature heat load in the current period or the period from the present when heat dissipation of the exhaust heat recovery medium can be suppressed, the operation control means performs the second operation. Switch to state. Thereby, after performing the 2nd operation state which gives priority to high temperature heat recovery, and making an exhaust heat recovery medium high temperature, the time until the said high temperature exhaust heat recovery medium is used by high temperature heat load can be shortened, Heat dissipation loss can be suppressed.
As described above, in particular, only when there is a heat demand associated with the high temperature heat load, the high temperature heat recovery is executed as the second operation state, and the exhaust heat recovery operation corresponding to the temperature required by the heat load is performed, thereby dissipating heat. An engine exhaust heat recovery device capable of suppressing loss can be realized.
本発明のエンジンの排熱回収装置の更なる特徴構成は、
前記高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱が抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在しないと判定した場合に、前記運転制御手段が前記第1運転状態に切り替える点にある。
A further characteristic configuration of the exhaust heat recovery device for an engine of the present invention is as follows:
When the high temperature heat load existence determining means determines that there is no heat demand associated with the high temperature heat load in the period from the present when the current or the heat dissipation of the exhaust heat recovery medium can be suppressed, the operation control means is the The point is to switch to the first operating state.
上記特徴構成によれば、高温熱負荷存否判定手段が現在又は現在から近い将来において高温熱負荷に伴う熱需要が存在しないと判定した場合に、運転制御手段が排熱回収効率を優先する第1運転状態に切り替えるので、排熱回収効率を高めた運転を行いながら、比較的低温の排熱回収媒体を高温の必要ない熱負荷に対して供給して、回収した熱を効率的に用いることができる。 According to the above characteristic configuration, when the high temperature heat load existence determination means determines that there is no heat demand associated with the high temperature heat load at present or in the near future from the present, the operation control means gives priority to the exhaust heat recovery efficiency. Since the operation state is switched, it is possible to efficiently use the recovered heat by supplying a relatively low-temperature exhaust heat recovery medium to a heat load that does not require a high temperature while performing an operation with improved exhaust heat recovery efficiency. it can.
本発明のエンジンの排熱回収装置の更なる特徴構成は、
前記排熱回収回路に排熱回収媒体を貯湯可能な貯湯槽を備え、
前記貯湯槽に貯湯された排熱回収媒体の温度を計測可能な温度計測手段を備え、
前記高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱が抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、
前記運転制御手段は、前記貯湯槽の貯湯温度の高い側の温度である貯湯温度閾値以上であるときに前記第2運転状態に切り替え、前記貯湯温度閾値未満であるときに、前記第1運転状態に切り替える点にある。
A further characteristic configuration of the exhaust heat recovery device for an engine of the present invention is as follows:
The exhaust heat recovery circuit includes a hot water storage tank capable of storing the exhaust heat recovery medium,
Comprising a temperature measuring means capable of measuring the temperature of the exhaust heat recovery medium stored in the hot water tank,
When the high temperature heat load existence determination means determines that there is a heat demand associated with the high temperature heat load in the period from the present when the heat dissipation of the current or exhaust heat recovery medium can be suppressed,
The operation control means switches to the second operation state when the hot water storage temperature of the hot water storage tank is higher than the hot water storage temperature threshold, and when the operation control means is less than the hot water storage temperature threshold, the first operation state. It is in the point to switch to.
上記特徴構成によれば、高温熱負荷存否判定手段が現在又は現在から近い将来において高温熱負荷に伴う熱需要があると判定した場合において、貯湯された排熱回収媒体の温度が貯湯温度閾値以上で貯湯槽の蓄熱量が十分であるときのみ、第2運転状態に切り替えて高温熱回収を実行する。一方、貯湯された排熱回収媒体の温度が貯湯温度閾値未満で貯湯槽の蓄熱量が不十分であるときには、第1運転状態に切り替えて排熱回収効率を優先する。
即ち、上記特徴構成によれば、高温熱負荷に伴う熱需要がある場合であっても、貯湯槽の蓄熱量をも考慮した状態で排熱回収運転を切り替えるので、排熱回収効率と高温熱回収とのバランスを適切に維持できる。
According to the above characteristic configuration, when the high temperature heat load existence determining means determines that there is a heat demand accompanying the high temperature heat load at present or in the near future from the present, the temperature of the stored exhaust heat recovery medium is equal to or higher than the hot water temperature threshold. Only when the amount of heat stored in the hot water storage tank is sufficient, the high temperature heat recovery is performed by switching to the second operation state. On the other hand, when the temperature of the stored hot heat recovery medium is lower than the hot water storage temperature threshold and the amount of heat stored in the hot water storage tank is insufficient, the first heat state is switched to give priority to the exhaust heat recovery efficiency.
That is, according to the above-described characteristic configuration, even when there is a heat demand associated with a high-temperature heat load, the exhaust heat recovery operation is switched in consideration of the amount of heat stored in the hot water storage tank. The balance with recovery can be maintained appropriately.
本発明のエンジンの排熱回収装置の更なる特徴構成は、
前記排熱回収回路に排熱回収媒体を貯湯可能な貯湯槽を備え、
前記排熱回収回路において前記排熱回収熱交換器を通流した後で前記貯湯槽に貯湯される前の排熱回収媒体を高温熱負荷を生じる熱負荷端末へ導く排熱回収媒体供給路を備え、
前記排熱回収回路を循環する排熱回収媒体の流れを前記排熱回収媒体供給路を通流する流れに切り替える切替弁とを備え、
前記高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、前記運転制御手段は、前記第2運転状態に切り替えるとともに、排熱回収媒体を前記排熱回収媒体供給路へ導くように前記切替弁を切り替える点にある。
A further characteristic configuration of the exhaust heat recovery device for an engine of the present invention is as follows:
The exhaust heat recovery circuit includes a hot water storage tank capable of storing the exhaust heat recovery medium,
An exhaust heat recovery medium supply path that guides the exhaust heat recovery medium that has passed through the exhaust heat recovery heat exchanger and is not stored in the hot water storage tank to the heat load terminal that generates a high temperature heat load in the exhaust heat recovery circuit; Prepared,
A switching valve for switching the flow of the exhaust heat recovery medium circulating in the exhaust heat recovery circuit to the flow through the exhaust heat recovery medium supply path,
When the high-temperature heat load presence determination means determines that there is a heat demand associated with a high-temperature heat load in the period from the present when the current or the exhaust heat recovery medium can suppress heat dissipation, the operation control means, While switching to a 2nd driving | running state, it exists in the point which switches the said switching valve so that an exhaust heat recovery medium may be guide | induced to the said exhaust heat recovery medium supply path.
上記特徴構成によれば、高温熱回収を優先する第2運転状態により高温となった排熱回収媒体を、貯湯槽に貯湯することなく排熱回収媒体供給路を介して、直接、高温熱負荷を生じる熱負荷端末へ導くことができ、放熱ロスを抑制できる。
説明を加えると、上記特徴構成によれば、高温熱負荷存否判定手段が、現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、運転制御手段が第2運転状態に切り替えるとともに、排熱回収媒体を排熱回収媒体供給路へ導くように切替弁を切り替えるので、高温熱回収を優先する第2運転状態にて高温となった排熱回収媒体を、貯湯槽に貯湯することなく排熱回収媒体供給路を介して、直接、高温熱負荷を生じる熱負荷端末へ導くことができるので、放熱ロスを抑制できる。
According to the above characteristic configuration, the high-temperature heat load is directly applied to the exhaust heat recovery medium, which has become high temperature in the second operation state in which priority is given to high-temperature heat recovery, through the exhaust heat recovery medium supply path without storing the hot water in the hot water storage tank. Can be led to a heat load terminal that generates heat, and heat dissipation loss can be suppressed.
In addition, according to the above characteristic configuration, when the high temperature heat load existence determining means determines that there is a heat demand associated with the high temperature heat load in the current period or the period from the present when the heat dissipation of the exhaust heat recovery medium can be suppressed. In addition, since the operation control means switches to the second operation state and the switching valve is switched so as to guide the exhaust heat recovery medium to the exhaust heat recovery medium supply path, the temperature becomes high in the second operation state where priority is given to high temperature heat recovery. The exhaust heat recovery medium can be directly led to the heat load terminal that generates the high temperature heat load via the exhaust heat recovery medium supply path without storing the hot water in the hot water storage tank, so that the heat dissipation loss can be suppressed.
本発明のエンジンの排熱回収装置の更なる特徴構成は、
前記現在とは、一日を単位時間で分割した時系列的な設定期間のうち、現時点を含む前記設定期間である第1設定期間であり、
排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間とは、前記第1設定期間に続く次の前記設定期間である第2設定期間である点にある。
A further characteristic configuration of the exhaust heat recovery device for an engine of the present invention is as follows:
The present is a first setting period which is the setting period including the present time among time-series setting periods obtained by dividing a day by unit time,
The period from the present time in which the heat dissipation of the exhaust heat recovery medium can be suppressed is a second set period that is the next set period following the first set period.
上記特徴構成によれば、本発明のエンジンの排熱回収装置においては、一日を単位時間で分割した時系列的な設定期間のうち、現時点を含む第1設定期間、又は第1設定期間に続く次の第2設定期間において、高温熱負荷に伴う熱需要の存否の判定を行うので、現在又は現在から近い将来において、高温熱負荷に伴う熱需要の存否の判定を行うものとなる。 According to the above characteristic configuration, in the exhaust heat recovery apparatus for an engine of the present invention, the first set period including the current time or the first set period among the time-series set periods obtained by dividing the day into unit times. In the subsequent second setting period, since it is determined whether or not there is a heat demand associated with the high temperature heat load, whether or not there is a heat demand associated with the high temperature heat load is determined in the present or near future.
本発明のエンジンの排熱回収装置の更なる特徴構成は、
前記設定期間における実績熱負荷データを前記設定期間毎に記憶する熱負荷記憶部を備え、
前記高温熱負荷存否判定手段は、前記熱負荷記憶部に記憶された過去の前記設定期間における実績熱負荷データに基づいて、前記第1設定期間又は前記第2設定期間における高温熱負荷を伴う熱需要を予測し、当該予測に基づいて高温熱負荷を伴う熱需要の存否を判定する点にある。
A further characteristic configuration of the exhaust heat recovery device for an engine of the present invention is as follows:
A thermal load storage unit that stores actual thermal load data in the set period for each set period;
The high temperature thermal load presence / absence determining means is configured to generate heat with a high temperature thermal load in the first setting period or the second setting period based on the past thermal load data in the setting period stored in the thermal load storage unit. The point is to predict the demand and determine the presence or absence of the heat demand accompanied by the high-temperature heat load based on the prediction.
上記特徴構成によれば、高温熱負荷存否判定手段は、熱負荷記憶部に記憶された過去の実績熱負荷データに基づいて、第1設定期間又は第2設定期間における高温熱負荷を伴う熱需要を予測するので、現在又は現在から近い将来の高温熱負荷を伴う熱需要を、過去の実績熱負荷に則した状態で、適切に予測できる。そして、当該予測に基づいて、現在又は現在に近い将来の高温熱負荷を伴う熱需要を適切に判定できる。 According to the above characteristic configuration, the high-temperature thermal load presence / absence determining means is based on the past actual thermal load data stored in the thermal load storage unit, and the heat demand accompanied by the high-temperature thermal load in the first setting period or the second setting period. Therefore, it is possible to appropriately predict the heat demand accompanying the high temperature heat load at the present or near future from the present in a state in accordance with the past actual heat load. And based on the said prediction, the heat demand accompanying the high temperature heat load of the present or near future can be determined appropriately.
本発明のエンジンの排熱回収装置の更なる特徴構成は、
前記高温熱負荷に伴う熱需要は、暖房熱負荷端末の立ち上りに伴う熱需要である点にある。
A further characteristic configuration of the exhaust heat recovery device for an engine of the present invention is as follows:
The heat demand accompanying the high temperature heat load is that it is a heat demand accompanying the rise of the heating heat load terminal.
上記特徴構成によれば、高温熱負荷に伴う熱需要として、暖房熱負荷端末の立ち上りに伴う熱需要で非常に高温の熱を必要とする熱需要に対し、高温熱回収を優先する第2運転状態により回収した高温の熱を適切に供給して、暖房熱負荷端末の立ち上りに要する時間を短縮できる。 According to the above characteristic configuration, as the heat demand accompanying the high temperature heat load, the second operation that prioritizes the high temperature heat recovery with respect to the heat demand that requires very high temperature heat due to the rise of the heating heat load terminal. By appropriately supplying the high-temperature heat recovered depending on the state, the time required for starting up the heating heat load terminal can be shortened.
本発明に係るエンジン11の排熱回収装置を適用させたコージェネレーションシステムの実施形態を図面に基づいて説明する。尚、本発明は、エンジン11の排熱回収効率を優先する第1運転状態と、高温熱回収を優先する第2運転状態を切り替え可能に構成されたものにおいて、現在又は現在から近い将来に熱負荷15にて高温熱負荷が存在する場合に、高温熱回収を優先する第2運転状態に切り替えて、放熱ロスを抑制する点に特徴がある。
以下では、まず、上記コージェネレーションシステムの基本構成について説明した後、上記放熱ロスを抑制する構成について説明する。
An embodiment of a cogeneration system to which an exhaust heat recovery device for an engine 11 according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings. The present invention is configured to be switchable between a first operation state that prioritizes exhaust heat recovery efficiency of the engine 11 and a second operation state that prioritizes high-temperature heat recovery. When there is a high-temperature heat load at the
Below, after demonstrating the basic composition of the said cogeneration system first, the structure which suppresses the said heat dissipation loss is demonstrated.
本発明のコージェネレーションシステムは、図1、2に示すように、エンジン11にて駆動された電力負荷12に供給する電力を発生させる発電装置13と、エンジン11のエンジン冷却部30とエンジン11の排ガスEの排熱を回収する排ガス熱交換器27と排熱回収熱交換器26とにエンジン冷却水Wを通流させるエンジン冷却回路10と、エンジン11の排熱を回収する排熱回収媒体Mを排熱回収熱交換器26に通流させる排熱回収回路14とを備え、排熱回収回路14の排熱回収媒体Mにて回収した熱を熱負荷15に供給自在に構成されている。
上記熱負荷15は、給湯等の低温の熱供給のみを必要とする低温熱負荷端末15aと、床暖房のようにその立ち上り等に高温の熱供給を必要とする高温熱負荷端末15bとを含む。
As shown in FIGS. 1 and 2, the cogeneration system of the present invention includes a
The
発電装置13の出力側には、系統連系用のインバータ16が設けられ、そのインバータ16は、発電装置13の出力電力を商用系統17から供給される電力と同じ電圧及び同じ周波数にするように構成されている。商用系統17は、電力供給ライン18を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機等の電力負荷12に電気的に接続されている。
On the output side of the
インバータ16は、コージェネ用電力供給ライン19を介して電力供給ライン18に電気的に接続され、発電装置13からの発電電力がインバータ16及びコージェネ用電力供給ライン19を介して電力負荷12に供給自在に構成されている。電力供給ライン18には、図示は省略するが、電力負荷12の負荷電力を計測する電力負荷計測手段が設けられ、この電力負荷計測手段は、電力供給ライン18を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否かを検出するように構成されている。そして、逆潮流が生じないように、インバータ16により発電装置13から電力供給ライン18に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に変換自在な電気ヒータ20に供給されるように構成されている。
The
電気ヒータ20は、後述するエンジン冷却回路10を通流するエンジン冷却水Wを加熱自在に設けられている。電気ヒータ20は、余剰電力の大きさが大きくなるほど消費電力を大きくしてエンジン冷却水Wの加熱量が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じてエンジン冷却水Wの加熱量を調整自在に構成されている。
The
エンジン11の運転は、制御装置22により制御されている。エンジン11は、通常の4サイクルエンジンと同様の構成を有しており、燃料ガス(例えば天然ガス)と空気の混合気を燃焼室(図示せず)に吸気したのち、燃焼室において混合気を圧縮し、その後、燃焼室において混合気を点火して燃焼膨張させ、燃焼により発生した排ガスEを排気路23に排気させる。図示は省略するが、エンジン11の排気路23には、排ガスEの酸素濃度を検出する酸素センサが設けられている。そして、制御装置22は、酸素センサで検出される排ガスEの酸素濃度が略ゼロとなるように燃料ガスの供給量調整している。これにより、エンジン11の燃焼室に供給される混合気の空気過剰率は、略1.0のストイキ範囲内に設定される。ここで、空気過剰率は、混合気の空燃比を理論空燃比で割ったものを示している。
The operation of the engine 11 is controlled by the
エンジン11の排気路23には、エンジン11から排気路23に排気された排ガスEと後述するエンジン冷却回路10を通流するエンジン冷却水Wとを熱交換させる排ガス熱交換器27を備えている。そして、排ガス熱交換器27は、例えば、アルミナ等の無機担体に白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属成分を担持してなる三元触媒34が一体的に配設された触媒一体型の熱交換器にて構成されている。そして、上述の如く、エンジン11は燃焼室(図示せず)に供給される混合気の空気過剰率が略1.0程度のストイキ範囲内に設定されていることから、排ガス熱交換器27に一体的に配置された三元触媒34により、排ガスEから炭化水素(HC)と一酸化炭素(CO)と窒素酸化物(NOx)の3物質を同時に除去できる。
The
排熱回収回路14は、貯湯槽24の湯水を排熱回収媒体Mとし、貯湯槽24から取り出した排熱回収媒体Mを通流させてエンジン11の排熱を回収し、その排熱を有する排熱回収媒体Mを貯湯槽24に戻すように構成されている。そして、排熱回収回路14には、排熱回収媒体Mの通流方向の上流側から順に、排熱回収媒体循環ポンプ25、後述するエンジン冷却回路10を通流するエンジン冷却水Wと排熱回収媒体Mとを熱交換させる排熱回収熱交換器26、及び貯湯槽24が備えられている。
貯湯槽24には、外部から当該貯湯槽24へ給水可能な給水路28が設けられて、貯湯槽24に適切に給水が行われるように構成されている。
The exhaust
The hot
排熱回収回路14には、排熱回収熱交換器26の下流側で貯湯槽24の上流側に、第3三方弁50(切替弁の一例)を介する状態で、排熱回収媒体Mを熱負荷15へ導く排熱回収媒体供給路51が設けられている。
第3三方弁50は、排熱回収媒体Mを排熱回収熱交換器26から貯湯槽24へ導く状態、排熱回収媒体Mを排熱回収熱交換器26から熱負荷15へ導く状態、排熱回収媒体Mを貯湯槽24から熱負荷15へ導く状態の3状態を切り替え可能に構成されている。以上の第3三方弁50の切り替えは、現在又は現在から近い将来の熱負荷15における熱需要の予測に基づいて、後述する制御装置22により実行される。
The exhaust
The third three-
当該排熱回収媒体供給路51は、第3三方弁50が排熱回収媒体Mを排熱回収熱交換器26から熱負荷15へ導くよう切り替えられることで、排熱回収熱交換器26にて高温となった排熱回収媒体Mを、貯湯槽24に貯湯することなく、直接、熱負荷15へ供給する流路として働く。また、排熱回収媒体供給路51は、第3三方弁50が排熱回収媒体Mを貯湯槽24から熱負荷15へ導くよう切り替えられることで、貯湯槽24に貯湯された排熱回収媒体Mを熱負荷15へ供給するように働く。
The exhaust heat recovery
エンジン冷却回路10は、エンジン11の排ガスEとエンジン冷却水Wとを熱交換させる排ガス熱交換器27と、エンジン11のシリンダブロックとエンジン冷却水Wとを熱交換させるエンジン冷却部30と、電気ヒータ20と、エンジン冷却部30と排ガス熱交換器27と電気ヒータ20との全てを通流した後のエンジン冷却水Wと排熱回収媒体Mとを熱交換する排熱回収熱交換器26とに、エンジン冷却水Wを循環させるように配設されている。
尚、エンジン冷却回路10には、排熱回収熱交換器26の下流側で四方弁33の上流側に、エンジン冷却水Wを貯留自在な膨張タンク32と、エンジン冷却水Wを圧送自在なエンジン冷却水循環ポンプ36とが備えられている。当該エンジン冷却水循環ポンプ36は、制御装置22にて適切に駆動制御される。
The
The
そして、当該エンジン冷却回路10には、四方弁33が設けられており、制御装置22が当該四方弁33を切り替えることにより、エンジン冷却回路10は、図1にて太線で示される第1回路C1と、図2にて太線で示される第2回路C2との間で切り替え自在に構成され、制御装置22が、当該切り替えを制御する運転制御手段22cとして働く。
即ち、四方弁33は、エンジン11の排熱回収効率を高める第1運転状態にあっては、エンジン冷却水Wを、排ガス熱交換器27、エンジン冷却部30、電気ヒータ20を記載順に直列に通流させ熱を回収させ、その後、排熱回収熱交換器26に導いて排熱回収媒体Mと熱交換させる第1回路C1(図1にて太線で示す回路)とする。一方、貯湯槽24に高温熱回収を優先する第2運転状態にあっては、エンジン冷却水Wを、エンジン冷却部30、排ガス熱交換器27、電気ヒータ20を記載順に直列に通流させ熱を回収させ、その後、排熱回収熱交換器26に導いて排熱回収媒体Mと熱交換させる第2回路C2(図2にて太線で示す回路)とするように働く。
The
That is, in the first operation state in which the exhaust heat recovery efficiency of the engine 11 is increased, the four-
これにより、排熱回収効率を高める第1運転状態にあっては、比較的低温のエンジン冷却水Wを、最初に、高い回収温度の期待できる排ガス熱交換器27へ導き、その後、エンジン冷却部30に導いて排熱回収することで、エンジン冷却水Wと排ガスEとの熱交換の際に互いの温度差を大きくして、排熱回収効率を向上させている。
一方、貯湯槽24に高温熱回収を優先する第2運転状態にあっては、エンジン冷却水Wを、最初に、エンジン冷却部30にて余熱した後、高い回収温度の期待できる排ガス熱交換器27へ導いて更に排熱回収することで、エンジン冷却水Wの温度を十分に高温にでき、高温熱回収を実現している。
Thereby, in the first operation state in which the exhaust heat recovery efficiency is increased, the engine cooling water W having a relatively low temperature is first led to the exhaust
On the other hand, when the hot
上記四方弁33の切り替えは、熱負荷15が求める温度に応じて制御装置22(運転制御手段22cの一例)によって切り替えられるように構成されている。
制御装置22は、熱負荷15における過去の実績熱負荷データを記憶する熱負荷記憶部22aを備えている。実績熱負荷データは、一日を単位時間で分割した時系列的な設定期間(例えば、1時間)毎に記憶されている。
そして、制御装置22は、熱負荷記憶部22aに記憶された過去の設定期間における実績熱負荷データに基づいて、現時点を含む設定期間である第1設定期間又は第1設定期間に続く次の設定期間である第2設定期間における熱需要を予測し、当該予測に基づいて、高温熱負荷に伴う熱需要の存否を判定する高温熱負荷存否判定手段22bとして、働くように構成されている。そして、本発明の排熱回収装置は、高温熱負荷存否判定手段22bの判定に基づいて、以下のように運転を切り替えるように構成されている。
即ち、運転制御手段22cは、高温熱負荷存否判定手段22bの判断に従って、各機器を制御するように構成されている。
The switching of the four-
The
And the
That is, the operation control means 22c is configured to control each device in accordance with the determination of the high temperature heat load presence determination means 22b.
〔高温熱回収を優先する第2運転状態への切り替え〕
制御装置22(高温熱負荷存否判定手段22bの一例)は、現在又は現在から近い将来(上記第1設定期間又は上記第2設定期間)において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合には、四方弁33を制御して、第1回路C1(図1にて太線で示す回路)から第2回路C2(図2にて太線で示す回路)へ切り替えて、排熱回収効率を優先する第1運転状態から高温熱回収を優先する第2運転状態へ切り替え制御する。これにより、現在又は現在から近い将来において、高温の熱負荷が存在する場合に、高温熱回収を実行して高温の排熱回収媒体Mを高温熱負荷端末15bに供給して放熱ロスを抑制する。
尚、制御装置22は、現在又は現在から近い将来において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合、第3三方弁50を、排熱回収媒体Mを排熱回収熱交換器26から高温熱負荷端末15bへ導く状態に切り替え制御する。これにより、高温の排熱回収媒体Mは、貯湯槽24に貯湯されることなく、直接、高温熱負荷端末15bに導かれることとなり、放熱ロスをより一層低減する。
[Switch to the second operating state that prioritizes high-temperature heat recovery]
When the control device 22 (an example of the high-temperature heat load
In addition, when it determines with the
〔排熱回収効率を優先する第1運転状態への切り替え〕
制御装置22(高温熱負荷存否判定手段22bの一例)は、現在又は現在から近い将来(上記第1設定期間又は上記第2設定期間)において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在しないと判定した場合には、四方弁33を制御して、第2回路C2(図2にて太線で示す回路)から第1回路C1(図1にて太線で示す回路)へ切り替えて、高温熱回収を優先する第2運転状態から排熱回収効率を優先する第1運転状態へ切り替え制御する。これにより、現在又は現在から近い将来において、高温の熱負荷が存在しない場合に、排熱回収効率を優先しながら、高温の熱供給を必要としない低温熱負荷端末15aに対して、その熱需要に適切した低温の排熱回収媒体Mを供給する。
[Switch to the first operating state that prioritizes exhaust heat recovery efficiency]
The control device 22 (an example of the high temperature heat load
〔貯湯槽の排熱回収媒体の温度に基づく第1運転状態と第2運転状態との切り替え〕
さらに、本発明のエンジン11の排熱回収装置にあっては、制御装置22(高温熱負荷存否判定手段22bの一例)は、上述のように、現在又は現在から近い将来の高温熱負荷の存否に基づいて排熱回収状態を切り替え制御しながらも、貯湯槽24に貯湯されている排熱回収媒体Mの温度をも考慮した状態で、排熱回収状態を切り替え制御するように構成されている。
説明を加えると、貯湯槽24には、内部に貯湯されている排熱回収媒体Mの温度を測定する温度センサ35(温度計測手段の一例)が設けられている。
制御装置22(高温熱負荷存否判定手段22bの一例)は、現在又は現在から近い将来(上記第1設定期間又は第2設定期間)における高温熱負荷に伴う熱需要があると判定した場合において、上記温度センサ35にて測定された排熱回収媒体Mの温度が、貯湯槽24の貯湯温度の高い側の温度である貯湯温度閾値(例えば、40℃)以上であるときに、四方弁33を切り替え制御して、第1回路(図1にて太線で示す回路)から第2回路(図2にて太線で示す回路)へ切り替え、高温熱回収を優先する第2運転状態とする。一方で、制御装置22(運転制御手段22cの一例)は、現在又は現在から近い将来における高温熱負荷に伴う熱需要があると判定した場合において、上記温度センサ35にて測定された排熱回収媒体Mの温度が貯湯温度閾値未満であるときに、四方弁33を切り替え制御して、第2回路から第1回路へ切り替え、排熱回収効率を優先する第1運転状態とする。
これにより、現在又は現在から近い将来において高温熱負荷に伴う熱需要があると判定される場合であっても、単純に高温熱回収を実行するのではなく、貯湯槽24における蓄熱量が不十分であるときには排熱回収効率を優先し、蓄熱容量が十分であるときのみ高温熱回収を行うよう運転が制御されるので、排熱回収効率と高温熱回収とのバランスを適切なものに保つことができる。
[Switching between the first operation state and the second operation state based on the temperature of the exhaust heat recovery medium of the hot water tank]
Furthermore, in the exhaust heat recovery device for the engine 11 of the present invention, the control device 22 (an example of the high temperature heat load existence judging means 22b), as described above, the presence or absence of the present high temperature heat load in the near future from the present. The exhaust heat recovery state is switched based on the control, and the exhaust heat recovery state is switched and controlled in consideration of the temperature of the exhaust heat recovery medium M stored in the hot
In other words, the hot
In the case where the control device 22 (an example of the high temperature heat load
As a result, even if it is determined that there is a heat demand associated with a high temperature heat load in the present or in the near future, the amount of heat stored in the hot
次に、図3の制御フローに基づいて、本発明の排熱回収装置における制御の流れについて説明する。
排熱回収運転が開始されると、制御装置22(運転制御手段22cの一例)は、エンジン11を駆動させるとともに、エンジン冷却水循環ポンプ36を働かせてエンジン冷却水Wをエンジン冷却回路10に通流させ、排熱回収媒体循環ポンプ25を働かせて排熱回収媒体Mを排熱回収回路14に通流させる(♯01)。
Next, the flow of control in the exhaust heat recovery apparatus of the present invention will be described based on the control flow of FIG.
When the exhaust heat recovery operation is started, the control device 22 (an example of the
制御装置22(高温熱負荷存否判定手段22bの一例)は、熱負荷記憶部22aに過去の実績熱負荷データを抽出し、当該抽出した実績熱負荷データに基づいて、現在又は現在から近い将来(上記第1設定期間又は第2設定期間)における高温熱負荷の存否を予測し判定する(♯02、03)。
The control device 22 (an example of the high-temperature thermal load presence /
制御装置22(高温熱負荷存否判定手段22bの一例)は、現在又は現在から近い将来(上記第1設定期間又は第2設定期間)において、高温熱負荷が存在しないと判定した場合、排熱回収効率を優先する第1運転状態に切り替える(♯04、05)。
一方、現在又は現在から近い将来において、高温熱負荷が存在すると判定した場合、温度センサ35にて計測された貯湯槽24に貯湯されている排熱回収媒体Mの貯湯温度と貯湯温度閾値とを比較する(♯04、06)。
When the control device 22 (an example of the high temperature heat load
On the other hand, when it is determined that a high-temperature heat load is present at present or in the near future from the present, the hot water storage temperature and the hot water temperature threshold of the exhaust heat recovery medium M stored in the hot
制御装置22(運転制御手段22cの一例)は、排熱回収媒体Mの貯湯温度が貯湯温度閾値以上の場合で、蓄熱量が十分である場合、高温熱回収を優先する第2運転状態に切り替え、排熱回収媒体Mの貯湯温度が貯湯温度閾値未満の場合で、蓄熱量が不十分である場合、排熱回収効率を優先する第1運転状態に切り替える(♯07、08)。
The control device 22 (an example of the
制御装置22(運転制御手段22cの一例)は、排熱回収運転が停止されるまでは、上述した♯02〜♯08のフローを実行し、排熱回収運転が停止されると、エンジン11を停止し、エンジン冷却水循環ポンプ36を停止し、排熱回収媒体循環ポンプ25を停止する(♯09、10)。
The control device 22 (an example of the operation control means 22c) executes the above-described flow of # 02 to # 08 until the exhaust heat recovery operation is stopped, and when the exhaust heat recovery operation is stopped, the engine 11 is turned off. The engine cooling
〔第1運転状態における温度の一例〕
ここで、第1運転状態において、本発明の各部位における温度の一例を示す。尚、以下の説明では、電気ヒータ20には、余剰電力が供給されておらず、電気ヒータ20は、エンジン冷却水Wを加熱していないものとする。
エンジン11が定格運転を行っており、シリンダヘッドの温度が100℃であり、排ガス熱交換器27の入口の排ガスEの温度が500℃、排ガス熱交換器27の出口の排ガスEの温度が75℃の場合であって、貯湯槽24から排熱回収熱交換器26の入口に導かれる排熱回収媒体Mの温度が20℃、排熱回収媒体Mの流量が5L/minのときには、エンジン冷却水Wの温度は、排熱回収熱交換器26の出口及び排ガス熱交換器27の入口にて、70℃、排ガス熱交換器27の出口及びエンジン冷却部30の入口にて77℃、エンジン冷却部30の出口及び電気ヒータ20の入口にて80℃、電気ヒータ20の出口及び排熱回収熱交換器26の入口にて80℃となる。尚、上述したように、当該電気ヒータ20は、当該実施形態において、エンジン冷却水Wを加熱していないものとする。
このとき、排熱回収熱交換器26の出口の排熱回収媒体Mの温度は75℃、貯湯槽24に貯湯される排熱回収媒体Mの温度も75℃となる。
[Example of temperature in the first operating state]
Here, an example of the temperature in each part of the present invention is shown in the first operation state. In the following description, it is assumed that surplus power is not supplied to the
The engine 11 is performing rated operation, the temperature of the cylinder head is 100 ° C., the temperature of the exhaust gas E at the inlet of the exhaust
At this time, the temperature of the exhaust heat recovery medium M at the outlet of the exhaust heat
〔第2運転状態における温度の一例〕
一方、第2運転状態において、本発明の各部位における温度の一例を示すと、エンジン11が定格運転を行っており、シリンダヘッドの温度が100℃であり、排ガス熱交換器27の入口の排ガスEの温度が500℃、排ガス熱交換器27の出口の排ガスEの温度が75℃の場合であって、貯湯槽24から排熱回収熱交換器26の入口に導かれる排熱回収媒体Mの温度が20℃、排熱回収媒体Mの流量が5L/minのときには、エンジン冷却水Wの温度は、排熱回収熱交換器26の出口及びエンジン冷却部30の入口にて77℃、エンジン冷却部30の出口及び排ガス熱交換器27の入口にて80℃、排ガス熱交換器27の出口及び電気ヒータ20の入口にて85℃、電気ヒータ20の出口及び排熱回収熱交換器26の入口にて85℃となる。
このとき、排熱回収熱交換器26の出口の排熱回収媒体Mの温度は80℃、貯湯槽24に貯湯される排熱回収媒体Mの温度も80℃となる。
[Example of temperature in the second operation state]
On the other hand, in the second operation state, an example of the temperature at each part of the present invention is shown. The engine 11 is performing the rated operation, the temperature of the cylinder head is 100 ° C., and the exhaust gas at the inlet of the exhaust
At this time, the temperature of the exhaust heat recovery medium M at the outlet of the exhaust heat
〔別実施形態〕
本発明の別実施形態は、基本的な構成については、上記実施形態と同一であり、エンジン冷却回路10に係る構成が異なる。そこで、以下では、特に、その点について、図3、4に基づいて説明し、実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を割愛する。
[Another embodiment]
Another embodiment of the present invention is the same as the above embodiment with respect to the basic configuration, and the configuration related to the
エンジン冷却回路10には、弁機構として2つの第1三方弁37aと第2三方弁37bとが設けられている。エンジン冷却回路10は、制御装置22(運転制御手段22cの一例)が当該第1三方弁37a及び第2三方弁37bを切り替えることにより、図4にて太線で示される第3回路C3と、図5にて太線で示される第4回路C4との間で切り替え自在に構成されている。
ここで、第1三方弁37aは、その上流側から排熱回収熱交換器26を通流した後のエンジン冷却水Wを受け入れると共に、その下流側でエンジン冷却水Wを排ガス熱交換器27とエンジン冷却部30の何れか一方に導くように設けられている。第2三方弁37bは、その上流側から排ガス熱交換器27を通流した後のエンジン冷却水Wを受け入れると共に、その下流側でエンジン冷却水Wをエンジン冷却部30とバイパス路38との何れか一方に導くように設けられている。
即ち、第1三方弁37a及び第2三方弁37bは、エンジン11の排熱回収効率を高める第1運転状態にあっては、エンジン冷却水Wを、排ガス熱交換器27、エンジン冷却部30、電気ヒータ20を記載順に直列に通流させ熱を回収させ、その後、排熱回収熱交換器26へ導いて排熱回収媒体Mと熱交換させる第3回路C3(図4で太線で示す回路)とする。一方、高温熱回収を優先する第2運転状態にあっては、エンジン冷却水Wを、排ガス熱交換器27とエンジン冷却水Wとの双方に並列に通流させた後、電気ヒータ20を通流させて熱を回収させ、その後、排熱回収熱交換器26へ導いて排熱回収媒体Mと熱交換させる第4回路C4(図5で太線で示す回路)とする。
The
Here, the first three-
In other words, the first three-
これにより、排熱回収効率を高める第1運転状態にあっては、比較的低温のエンジン冷却水Wを、最初に、高い回収温度の期待できる排ガス熱交換器27へ導き、その後、エンジン冷却部30へ導いて排熱回収することで、排ガス熱交換器27において、エンジン冷却水Wと排ガスEとの温度差を大きくとる形態で、排熱回収効率を向上させている。
一方、高温熱回収を優先する第2運転状態にあっては、エンジン冷却水Wを、高い回収温度の期待できる排ガス熱交換器27とエンジン冷却部30とに並列に導いて排熱回収することで、エンジン冷却水Wの温度を十分に高温にでき、高温熱回収を実行している。
Thereby, in the first operation state in which the exhaust heat recovery efficiency is increased, the engine cooling water W having a relatively low temperature is first led to the exhaust
On the other hand, in the second operation state in which high-temperature heat recovery is prioritized, the engine cooling water W is guided in parallel to the exhaust
当該実施形態においても、制御装置22(高温熱負荷存否判定手段22bの一例)は、現在又は現在から近い将来において高温熱負荷を伴う熱需要の存否に基づいて、第1運転状態と第2運転状態との切り替え制御を行うのであるが、当該切り替え制御については、上記本実施形態と同様の制御であるので、ここではその説明を割愛する。
また、当該実施形態においても、制御装置22は、現在又は現在から近い将来において高温熱負荷を伴う熱需要が存在する場合において、貯湯槽24に貯湯される排熱回収媒体Mの温度に基づいて、第1運転状態と第2運転状態との切り替え制御を行うものであるが、当該切り替え制御についても、上記本実施形態と同様の制御であるので、ここではその説明を割愛する。
Also in the present embodiment, the control device 22 (an example of the high temperature thermal load presence /
Also in the present embodiment, the
〔第1運転状態における温度の一例〕
ここで、第1運転状態において、排熱回収装置の各部位における温度の一例を示すと、エンジン11が定格運転を行っており、シリンダヘッドの温度が100℃であり、排ガス熱交換器27の入口の排ガスEの温度が500℃、排ガス熱交換器27の出口の排ガスEの温度が75℃の場合であって、貯湯槽24から排熱回収熱交換器26の入口に導かれる排熱回収媒体Mの温度が20℃、排熱回収媒体Mの流量が5L/minのときには、エンジン冷却水Wの温度は、排熱回収熱交換器26の出口及び排ガス熱交換器27の入口にて70℃、排ガス熱交換器27の出口及びエンジン冷却部30の入口にて77℃、エンジン冷却部30の出口及び電気ヒータ20の入口にて80℃、電気ヒータ20の出口から排熱回収熱交換器26の入口にて80℃となり、排熱回収熱交換器26の出口の排熱回収媒体Mの温度は75℃、貯湯槽24に導かれる排熱回収媒体Mの温度も75℃となる。
[Example of temperature in the first operating state]
Here, in the first operating state, an example of the temperature at each part of the exhaust heat recovery device is shown. The engine 11 is performing rated operation, the temperature of the cylinder head is 100 ° C., and the exhaust
〔第2運転状態における温度の一例〕
一方、第2運転状態において、排熱回収装置の各部位における温度の一例を示すと、エンジン11が定格運転を行っており、シリンダヘッドの温度が100℃であり、排ガス熱交換器27の入口の排ガスEの温度が500℃、排ガス熱交換器27の出口の排ガスEの温度が75℃の場合であって、貯湯槽24から排熱回収熱交換器26の入口に導かれる排熱回収媒体Mの温度が20℃、排熱回収媒体Mの流量が5L/minのときには、エンジン冷却水Wの温度は、排熱回収熱交換器26の出口及び排ガス熱交換器27の入口及びエンジン冷却部30の入口にて77℃、排ガス熱交換器27の出口にて87℃、エンジン冷却部30の出口にて83℃、電気ヒータ20の入口にて85℃、電気ヒータ20の出口にて85℃となる。尚、上述したように、当該電気ヒータ20は、当該実施形態において、エンジン冷却水Wを加熱していないものとする。
このとき、排熱回収熱交換器26の出口の排熱回収媒体Mの温度は80℃、貯湯槽24へ導かれる排熱回収媒体Mの温度は80℃となる。
[Example of temperature in the second operation state]
On the other hand, in the second operation state, an example of the temperature at each part of the exhaust heat recovery apparatus is shown. The engine 11 is performing the rated operation, the temperature of the cylinder head is 100 ° C., and the inlet of the exhaust
At this time, the temperature of the exhaust heat recovery medium M at the outlet of the exhaust heat
(2)上記実施形態では、エンジン11は、燃焼室に供給される混合気の空気過剰率を略1.0のストイキ範囲内に設定されているが、例えば、空気過剰率を1.0よりも大きいリーン範囲内に設定することもできる。 (2) In the above embodiment, the engine 11 has the excess air ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber set within a stoichiometric range of approximately 1.0. Can be set within a large lean range.
(3)排熱回収媒体Mは、排熱回収回路14に備えた排熱回収媒体循環ポンプ25の作動により通流させているが、例えば、給水路28の給水の水圧を利用して排熱回収媒体Mを通流させることもできる。
(3) The exhaust heat recovery medium M is circulated by the operation of the exhaust heat recovery
(4)上記実施形態において、電気ヒータ20は、余剰電力が発生した場合にエンジン冷却水Wを加熱するものとしたが、高温貯湯を行う第2運転状態においては、余剰電力の有無に関わらず、エンジン冷却水Wを加熱するものとしても構わない。
(4) In the above embodiment, the
(5)上記実施形態において、制御装置22(運転制御手段22cの一例)は、貯湯槽24に貯湯されている排熱回収媒体Mの温度が低い場合には、排熱回収効率を優先させるべく、第1運転状態にする制御を行うものとした。しかしながら、高温貯湯を優先させる場合には、制御装置22は、貯湯槽24に貯湯されている排熱回収媒体Mの温度が低い場合であっても、第2運転状態にする制御を行うものとしても構わない。
(5) In the above embodiment, when the temperature of the exhaust heat recovery medium M stored in the hot
(6)上記実施形態においては、制御装置22(運転制御手段22cの一例)が、現在又は現在から近い将来において高温熱負荷に伴う熱需要が有る場合に、貯湯された排熱回収媒体Mの貯湯温度に応じて、第1運転状態と第2運転状態とを切り替えるように制御する構成を示した。
しかしながら、制御装置22は、貯湯された排熱回収媒体Mの貯湯温度以外に、例えば、排熱回収回路14の排熱回収熱交換器26の出口の排熱回収媒体Mの温度に応じて、第1運転状態と第2運転状態とを切り替えるように制御しても構わない。
また、制御装置22(高温熱負荷存否判定手段22bの一例)は、高温熱負荷端末15bの熱需要に関する情報を直接取得して、現在において高温熱負荷に伴う熱需要が有るか否かを判定する制御をするよう構成しても構わない。
(6) In the above embodiment, when the control device 22 (an example of the
However, in addition to the hot water storage temperature of the stored exhaust heat recovery medium M, the
Further, the control device 22 (an example of the high-temperature heat load
(7)上記実施形態において、排熱回収媒体供給路51は、排熱回収回路14の排熱回収熱交換器26と貯湯槽24との間に接続する構成を示した。しかしながら、排熱回収媒体供給路51は、排熱回収回路14と独立した状態で、排熱回収熱交換器26の出口から高温熱負荷端末15bまで排熱回収媒体Mを導くように設けられても構わない。
(7) In the above embodiment, the configuration in which the exhaust heat recovery
本発明のエンジンの排熱回収装置は、熱負荷が必要とする温度に応じた排熱回収運転を行うことで、放熱ロスを抑制可能なエンジンの排熱回収装置として、有効に利用可能である。 The engine exhaust heat recovery apparatus according to the present invention can be effectively used as an engine exhaust heat recovery apparatus capable of suppressing heat dissipation loss by performing an exhaust heat recovery operation according to a temperature required by a heat load. .
M :排熱回収媒体
W :エンジン冷却水
E :排気ガス
10 :エンジン冷却回路
11 :エンジン
14 :排熱回収回路
15b :高温熱負荷端末(熱負荷端末の一例)
22 :制御装置
22a :熱負荷記憶部
22b :高温熱負荷存否判定手段
22c :運転制御手段
24 :貯湯槽
26 :排熱回収熱交換器
27 :排ガス熱交換器
30 :エンジン冷却部
33 :四方弁
35 :温度センサ
37a :第1三方弁
37b :第2三方弁
50 :第3三方弁
51 :排熱回収媒体供給路
M: exhaust heat recovery medium W: engine cooling water E: exhaust gas 10: engine cooling circuit 11: engine 14: exhaust
22:
Claims (7)
前記エンジンのシリンダブロックとエンジン冷却水とを熱交換させるエンジン冷却部と、前記エンジンの排ガスとエンジン冷却水とを熱交換させる排ガス熱交換器とに、エンジン冷却水を循環させるエンジン冷却回路を備え、
前記排熱回収回路には、前記エンジン冷却部及び前記排ガス熱交換器の双方を通流した後のエンジン冷却水と排熱回収媒体とを熱交換させる排熱回収熱交換器を備え、
現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間における熱需要の存否を判定可能な高温熱負荷存否判定手段を備え、
エンジン冷却水が前記排ガス熱交換器を通流した後に前記エンジン冷却部を通流する第1運転状態を実行可能、且つエンジン冷却水が前記エンジン冷却部を通流した後に前記排ガス熱交換器を通流する直列運転状態又は前記エンジン冷却部と前記排ガス熱交換器とを並列に通流する並列運転状態の何れか一方の運転状態である第2運転状態を実行可能に構成され、
前記第1運転状態と前記第2運転状態とを切り替える運転制御手段を備え、
高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、前記運転制御手段が前記第2運転状態に切り替えるエンジンの排熱回収装置。 In an engine exhaust heat recovery apparatus having an exhaust heat recovery circuit for passing an exhaust heat recovery medium for recovering engine exhaust heat,
An engine cooling circuit that circulates engine cooling water is provided in an engine cooling section that exchanges heat between the engine cylinder block and engine cooling water, and an exhaust gas heat exchanger that exchanges heat between exhaust gas and engine cooling water of the engine. ,
The exhaust heat recovery circuit includes an exhaust heat recovery heat exchanger that exchanges heat between the engine cooling water and the exhaust heat recovery medium after flowing through both the engine cooling unit and the exhaust gas heat exchanger,
Comprising a high-temperature heat load presence / absence determining means capable of determining the presence or absence of heat demand in the period from the present time at which heat dissipation of the current or exhaust heat recovery medium can be suppressed,
The first operation state in which the engine cooling water flows through the exhaust gas heat exchanger and then the engine cooling section can be executed, and the engine cooling water flows through the engine cooling section and then the exhaust gas heat exchanger. It is configured to be able to execute a second operation state that is one of an operation state of a serial operation state of flowing or a parallel operation state of flowing the engine cooling unit and the exhaust gas heat exchanger in parallel,
Comprising an operation control means for switching between the first operation state and the second operation state;
When the high temperature heat load presence / absence determining means determines that there is a heat demand associated with the high temperature heat load in the current period or the period from the present time at which heat dissipation of the exhaust heat recovery medium can be suppressed, the operation control means performs the second control. An engine exhaust heat recovery device that switches to an operating state.
前記貯湯槽に貯湯された排熱回収媒体の温度を計測可能な温度計測手段を備え、
前記高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱が抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、
前記運転制御手段は、前記貯湯槽の貯湯温度の高い側の温度である貯湯温度閾値以上であるときに前記第2運転状態に切り替え、前記貯湯温度閾値未満であるときに、前記第1運転状態に切り替える請求項1又は2に記載のエンジンの排熱回収装置。 The exhaust heat recovery circuit includes a hot water storage tank capable of storing the exhaust heat recovery medium,
Comprising a temperature measuring means capable of measuring the temperature of the exhaust heat recovery medium stored in the hot water tank,
When the high temperature heat load existence determination means determines that there is a heat demand associated with the high temperature heat load in the period from the present when the heat dissipation of the current or exhaust heat recovery medium can be suppressed,
The operation control means switches to the second operation state when the hot water storage temperature of the hot water storage tank is higher than the hot water storage temperature threshold, and when the operation control means is less than the hot water storage temperature threshold, the first operation state. The exhaust heat recovery device for an engine according to claim 1 or 2, wherein the exhaust heat recovery device is switched to.
前記排熱回収回路において前記排熱回収熱交換器を通流した後で前記貯湯槽に貯湯される前の排熱回収媒体を高温熱負荷を生じる熱負荷端末へ導く排熱回収媒体供給路を備え、
前記排熱回収回路を循環する排熱回収媒体の流れを前記排熱回収媒体供給路を通流する流れに切り替える切替弁とを備え、
前記高温熱負荷存否判定手段が、前記現在又は排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間において、高温熱負荷に伴う熱需要が存在すると判定した場合に、前記運転制御手段は、前記第2運転状態に切り替えるとともに、排熱回収媒体を前記排熱回収媒体供給路へ導くように前記切替弁を切り替える請求項1又は2に記載のエンジンの排熱回収装置。 The exhaust heat recovery circuit includes a hot water storage tank capable of storing the exhaust heat recovery medium,
An exhaust heat recovery medium supply path that guides the exhaust heat recovery medium that has passed through the exhaust heat recovery heat exchanger and is not stored in the hot water storage tank to the heat load terminal that generates a high temperature heat load in the exhaust heat recovery circuit; Prepared,
A switching valve for switching the flow of the exhaust heat recovery medium circulating in the exhaust heat recovery circuit to the flow through the exhaust heat recovery medium supply path,
When the high-temperature heat load presence determination means determines that there is a heat demand associated with a high-temperature heat load in the period from the present when the current or the exhaust heat recovery medium can suppress heat dissipation, the operation control means, 3. The engine exhaust heat recovery device according to claim 1, wherein the engine is switched to the second operation state and the switching valve is switched so as to guide the exhaust heat recovery medium to the exhaust heat recovery medium supply path.
排熱回収媒体の放熱を抑制できる前記現在からの期間とは、前記第1設定期間に続く次の前記設定期間である第2設定期間である請求項1乃至4の何れか一項に記載のエンジンの排熱回収装置。 The present is a first setting period which is the setting period including the present time among time-series setting periods obtained by dividing a day by unit time,
5. The period from the present time at which heat dissipation of the exhaust heat recovery medium can be suppressed is a second set period that is the next set period subsequent to the first set period. 6. Engine exhaust heat recovery device.
前記高温熱負荷存否判定手段は、前記熱負荷記憶部に記憶された過去の前記設定期間における実績熱負荷データに基づいて、前記第1設定期間又は前記第2設定期間における高温熱負荷を伴う熱需要を予測し、当該予測に基づいて高温熱負荷を伴う熱需要の存否を判定する請求項5に記載のエンジンの排熱回収装置。 A thermal load storage unit that stores actual thermal load data in the set period for each set period;
The high temperature thermal load presence / absence determining means is configured to generate heat with a high temperature thermal load in the first setting period or the second setting period based on the past thermal load data in the setting period stored in the thermal load storage unit. The engine exhaust heat recovery apparatus according to claim 5, wherein a demand is predicted and whether or not there is a heat demand accompanied by a high-temperature heat load is determined based on the prediction.
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