专利名称：排热回收系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种回收发电机产生的排热并用于供热水或空调中的排热回收系统。
另外，本申请是基于日本专利申请(特愿2001-369357)的申请，作为本说明书中的一部分采用了该日本专利申请中记载的内容。
背景技术：
近年来，具有在写字楼或商业设施等规模较小的区域中采用通过将气体或石油等作为燃料的驱动源驱动发电机，进行电力自给的系统的倾向。特别是，作为发电机的驱动源，由于燃料费低廉、以低噪音驱动的小型的燃气轮机的利用技术先进、通用性强，所以上述系统的采用具有扩大的倾向。
在上述这种电力自给系统中，多同时设置回收驱动发电机时从驱动源产生的排热、用于在该区域内供热水或空调的排热回收系统。
图13表示排热回收系统的一例。在图13中，符号501为燃气轮机，502为排热回收用热交换器，503为储热水箱，504为供热水栓，505为供水罐，506为供热水温度调节用热交换器，507为冷却塔。燃气轮机501和排热回收用热交换器502通过废气导入管508连接在一起，另外，在排热回收用热交换器502上设置有排出加热了水的废气的排气塔509。
排热回收用热交换器502和储热水箱503由构成使水(热水)循环的封闭系统一次配管510连接在一起。而且，储热水箱503和供热水栓504、供热水温度调节用热交换器506由构成使使热水循环的封闭系统的二次配管511连接在一起。供水罐505通过供水管512连接在二次配管511上。另外，供热水温度调节用热交换器506和冷却塔507由构成使作为冷煤的水循环的封闭系统的冷煤配管513连接在一起。
在上述排热回收系统中，燃气轮机501的排热被导入排热回收用热交换器502中，并通过储热水箱503被排气，但在排热回收用热交换器502中，与在一次配管中循环的水进行热交换，对其进行加热。在排热回收用热交换器502中被加热了的水(热水)流入储热水箱503中。储热水箱503中的水(热水)在二次配管511中循环，在供热水栓504打开时流出到系统外部而被利用。储热水箱503中的水(热水)的剩余量减少时，从供水罐505实施适当的供水。
而且，在上述排热回收系统中，在二次配管511中循环的水(热水)的利用减少时，系统内的温度将过度上升。因此，包括这种情况，在供热水温度调节用热交换器506中回收剩余的热能，由冷却塔507向大气中放出。
在上述排热回收系统中，存在需要由供热水温度调节用热交换器506或冷却塔507构成的冷却设备等，系统整体复杂并且大型化，在设置上容易增加成本的问题。
而且，随着电力自给系统利用的扩大，需要能量效率更高的排热回收系统。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够实现低成本化，并且能量效率高的排热回收系统。
为了达到上述目的，本发明为一种具备使发电机产生的废气和循环使用的载热体进行热交换，对上述载热体进行加热的排热回收用热交换器的排热回收系统，其特征是，具备暂时储存上述载热体的罐，以及将该罐内向大气中开放的大气开放管。
在这种排热回收系统中，通过储存在罐内的载热体而产生储热效果，载热体的温度变动变缓。而且，由于该罐为大气开放型的，所以载热体的压力不容易上升，载热体的温度容易上升。另外，由于罐是大气开放型的，所以载热体中产生的气泡、蒸汽在罐内被分离放出，避免了气泡、蒸汽混入液体中而产生的不良情况，因此，可在接近于沸点的高温下处理载热体。即，在这种排热回收系统中，在将载热体加热到接近于沸点的高温的同时，可稳定地维持这种高温状态。而且，由于罐是大气开放型的，所以避免了使用高成本的耐压结构，实现了低成本化。
在上述的排热回收系统中，上述罐也可以配置在上述排热回收用热交换器的下方。
在这种排热回收系统中，通过将罐配置在排热回收用热交换器的下方，包括排热回收用热交换器在内的配管路径内的载热体在重力的作用下很容易返回罐中。因此，例如在载热体异常沸腾的情况下等，也可以使载热体返回罐中而实现静音。而且，在长期停止运行时，通过将包括排热回收用热交换器在内的配管路径内的载热体返回罐中而进行干燥保存，可抑制腐蚀。
而且，在这种排热回收系统中，上述大气开放管可以是一端连接在上述罐上，另一端连接在上述废气的流路上。
在这种排热回收系统中，通过将大气开放管的一端连接在罐上，另一端连接在废气的流路上，能够可靠地将罐内向大气开放。而且，通过将大气开放管的另一端连接在废气的流路上，即使在载热体的蒸汽吹出的情况下也能够防止向外部飞散。
而且，在这种排热回收系统中，也可以在上述大气开放管上设置有将从上述罐蒸发的上述载热体的蒸汽冷凝的冷凝器。
在这种排热回收系统中，由于在大气开放管上设置有冷凝器，从罐中蒸发的载热体的蒸汽由该冷凝器冷凝，并返回罐中。因此，抑制了载热体的容量降低。
在这种情况下，上述冷凝器可以是相对罐一侧使大气一侧的流路朝上地配置的。
由于凝器是相对罐一侧使大气一侧的流路朝上地配置的，所以由冷凝器冷凝的载热体的蒸汽可靠地返回罐中。
而且，在这种排热回收系统中，也可以在上述罐内的上述载热体上漂浮有含有隔热材料的盖体。
在这种排热回收系统中，由于在罐内的载热体上漂浮有含有隔热材料的盖体，所以具有保温效果，即使是向大气开放的罐，也可以抑制向大气中散发的热能量，可无浪费地利用从排热回收的热能。
在这种情况下，也可以在上述盖体的上表面上设置有防止上述大气开放管随着该盖体的移动而堵塞的堵塞防止部件。
由于在盖体的上表面上设置有堵塞防止部件，所以即使在罐内的水面变动、盖体移动的情况下，也可以防止大气开放管的堵塞。
而且，也可以在上述盖体的下表面上设置有防止该盖体翻倒和反转的翻倒防止部件。
由于在盖体的下表面上设置有翻倒防止部件，所以即使在罐内的水面变动、盖体移动的情况下，也可以防止盖体的翻倒和反转，稳定地维持盖体的保温效果。
而且，也可以在上述罐的内壁和上述盖体之间设置有抑制上述盖体随着上述载热体蒸汽的放出而剧烈活动的间隙。
由于在罐的内壁和盖体之间设置有间隙，所以可抑制盖体随着载热体蒸汽的放出而剧烈活动，稳定地维持盖体的保温效果。
图1为表示同时设置了本发明的排热回收系统的电力自给系统整体结构的一例的附图。
图2为表示本发明的排热回收系统第1实施方式的结构的附图。
图3为示意表示排热回收用热交换器的内部结构的附图。
图4为示意表示储热箱的特征部分的附图。
图5为表示使本发明的排热回收系统工作时的处理顺序一例的流程图。
图6为表示本发明的排热回收系统第2实施方式的结构的附图。
图7为表示使图6的排热回收系统工作时的处理顺序一例的流程图。
图8为表示图6的排热回收系统中供热水温度控制程序的处理顺序一例的流程图。
图9为表示本发明的排热回收系统第3实施方式的结构的附图。
图10为表示使图9的排热回收系统工作时的处理顺序一例的流程图。
图11为表示本发明的排热回收系统第4实施方式的结构的附图。
图12为表示使图11的排热回收系统工作时的处理顺序一例的流程图。
图13为表示现有的排热回收系统的结构的附图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的排热回收系统的实施方式进行说明。
图1示意表示出同时设置了排热回收系统10的电力自给系统11的整体结构。电力自给系统11本身是通过将小型的燃气轮机(微型燃气轮机)MT作为驱动源驱动发电机而获得电力，但与其同时设置的排热回收系统10回收驱动发电机时从燃气轮机MT产生的废气的热，并将其用于空调或供热水等规定的设备12。
图2为表示排热回收系统10的实施方式的结构的附图，本实施方式的排热回收系统10为利用发电机产生的废气的热，加热循环使用的水(温水)的系统。作为循环使用温水的设备12(温水利用设备)，例如列举出地面取暖装置、吸收式冷热水机等热利用空调装置等。另外，通过采用间接热交换器作为设备12，可用于包括饮用热水等各种加热。
在图2中，HEX1为在废气和载热体之间进行热交换、对载热体进行加热的排热回收用热交换器，13为暂时储存在排热回收用热交换器HEX1中被加热了的载热体的作为缓冲罐的储热箱，HEX2为使加热了的载热体和水(温水)进行热交换，对水进行加热的水加热用热交换器，P1为输送载热体的泵。另外，作为上述载热体，例如使用水(热水)或药液。
燃气轮机MT(参照图1)和排热回收用热交换器HEX1由废气导入管20连接在一起。在废气向排热回收系统用热交换器HEX1导入之前的废气导入管20上设置有检测废气温度的温度传感器TC1。而且，在排热回收用热交换器HEX1上设置有向外部排出废气的排气塔21。
而且，排热回收用热交换器HEX1、储热箱13、以及泵P1由构成使载热体循环的一次载热体循环系统的一次载热体配管25连接在一起。而且，水加热用热交换器HEX2为板式热交换器，连接在储热箱13以及温水循环用的温水配管29上。另外，温水配管29中温水的供应压力由循环使用温水的设备12一侧提供。
图3示意表示出排热回收用热交换器HEX1的结构。
排热回收用热交换器HEX1是在壳体30的内部以蛇形弯曲的状态收放有安装了多个铝制的散热片31的不锈钢制的导热管32的装置。在壳体30的上部，在两侧离开地设置有废气的导入口33和导出口34，在导入口33上连接有前述的废气导入管20(参照图2)，在导出口34上连接有前述的排气塔21(参照图2)。而且，导热管32连接在前述的一次载热体配管25(参照图2)上，构成一次载热体循环系统的一部分。
在排热回收用热交换器HEX1上设置有将与废气导入管20连通而导入的废气向排热回收用热交换器HEX1导入前导入排气塔21，并向大气中排出的控制阀V1，在控制阀V1和排气塔21之间设置有使导入排热回收用热交换器HEX1中的废气的一部分迂回过的旁通流路35。控制阀V1包括将导入口33和旁通流路35的一部分或全部堵塞的蝶阀和驱动蝶阀的电动马达等未图示的驱动装置，在邻接的导入口33和旁通流路35的入口之间摆动地构成。
而且，在本例中，在排热回收用热交换器HEX1中，导热管32内的载热体的流动方向和在其导热管32的外侧流动的废气的流动方向为相反的方向、即称为对流。热交换的两种流体向互为相反的方向流动的对流式热交换其效率高、容易实现均匀的热交换。但是，本发明并不仅限于对流式的热交换，也可以采用载热体的流动方向和废气的流动方向为同方向的顺流式的热交换。
返回到图2，在一次载热体配管25上设置有使导入排热回收用热交换器HEX1中的载热体在排热回收用热交换器HEX1的前后迂回的三通切换阀V2以及旁通配管40。
在来自排热回收用热交换器HEX1的载热体导出后的一次载热体配管25上设置有作为检测载热体温度的温度检测机构的温度传感器TC2。控制阀V1根据该温度传感器TC2的检测结果进行开闭控制，根据需要使废气迂回，阻止向排热回收用热交换器HEX1中的导入。而且，三通切换阀V2也同样，根据温度传感器TC2的检测结果进行控制，根据需要使载热体迂回，阻止向排热回收用热交换器HEX1中的导入。
储热箱1 3配置在排热回收用热交换器HEX1的下方。而且，在储热箱13上设置有将储热箱13内向大气中开放的大气开放管41。大气开放管41是一端连接在储热箱13上，另一端连接在作为废气的流路的排气塔21上。而且，在大气开放管41上设置有将从储热箱13蒸发的载热体的蒸汽冷凝的冷凝器42。冷凝器42是相对于罐一侧使作为大气一侧的流路的排气塔21一侧朝上地倾斜配置的。而且，在储热箱13内覆盖载热体液面地飘浮有含有隔热材料的盖体43。
图4(a)～图4(c)示意表示储热箱13的特征部分。
图4(a)示出在储热箱13内的载热体上漂浮的盖体43的结构的一例。在本例中，盖体43的结构为由聚丙烯等板状的树脂部件43b夹着作为隔热材料的树脂部件43a。而且，通过作为紧固部件的螺栓43c将双方的树脂部件43a、43b固定，防止其剥离。另外，在本例中，通过采用发泡性的树脂作为盖体43的隔热材料，相对于储热箱13内的载热体获得了充分的浮力。
而且，如图4(b)和图4(c)，在盖体43的上表面上设置有作为防止大气开放管41随着盖体43的移动而堵塞的突起的堵塞防止部件43d。通过在盖体43的上表面上设置堵塞防止部件43d，即使是在盖体因储热箱13内的液面变动而移动的情况下，也防止了大气开放管41的堵塞。
而且，在盖体43的下表面上设置有防止盖体43翻倒和反转的翻倒防止部件43e。在本例中，翻倒防止部件43e由从盖体43的下表面向下方延伸的多个棒状部件构成。通过在盖体43的下表面上设置翻倒防止部件43e，即使是在盖体43因储热箱13内的液面变动而移动的情况下，也防止了盖体43的翻倒和反转，稳定地维持盖体43的保温效果。
另外，在储热箱13的内壁和盖体43之间设置有用于抑制盖体43随着载热体蒸汽的放出而剧烈活动的间隙44。通过将蒸汽从该间隙44向上方适当散发，抑制盖体43随着载热体蒸汽的放出而剧烈活动，稳定地维持盖体43的保温效果。另外，在本例中，虽然是以储热箱13的内壁和盖体43之间的间隙作为散发蒸汽的开口，但也可以是在盖体43上设置通孔等其他的方式。
以下，对这种结构的排热回收系统的排热回收的原理进行说明。
首先，从燃气轮机MT排出的废气通过废气导入管20被导入排热回收用热交换器HEX1中，与在一次载热体循环系统中流动的载热体进行热交换，加热该载热体，然后，从排气塔21排出。
在排热回收用热交换器HEX1中被加热了的载热体在泵P1的作用下在一次载热体循环系统中流动，同时暂时储存在储热箱13中。而且，在一次载热体循环系统中流动的载热体被导入水加热用热交换器HEX2中，与在温水配管29中流动水(温水)进行热交换，将该水加热，并再次储存在储热箱13中。而且，在水加热用热交换器HEX2中被加热了的温水在温水利用设备12的供应压力下在温水配管29中流动而被利用。
以下，参照图5所示的流程图对使上述排热回收系统工作时的处理流程进行说明。
工作前的排热回收系统的各部分的初始状态是，控制阀V1将废气迂回，三通切换阀V2将载热体迂回，泵P1停止。
当在这种状态下使排热回收系统工作时，在步骤300中，根据温度传感器TC1的检测结果判断废气温度是否高于200℃，当废气温度为200℃以上时，排热回收系统各部分的状态在步骤301中被切换，成为控制阀V1比例控制，三通切换阀V2将载热体导入排热回收用热交换器HEX1，泵P1运行，之后，执行排热回收系统的控制程序。
在排热回收系统控制程序中，首先，在步骤310中，当根据温度传感器TC2的检测结果，排热回收后载热体温度达到所希望的设定温度、例如97℃时，控制阀V1进行比例控制。该控制阀V1的比例控制在根据温度传感器TC2的检测结果为载热体温度低于98℃的情况下连续地进行控制。
而且，在步骤311中，在根据温度传感器TC2的检测结果为载热体温度在98℃以上的情况下，进入步骤312，切换成控制阀V1将废气迂回，三通切换阀V2将载热体迂回，当在步骤313中确认维持了两分钟以上载热体温度为100℃以上的状态时，在步骤314中将排热回收系统各部分的状态切换成与前述的初始状态相同的状态，在步骤315中发出“控制阀V1动作不良/热回收停止”的报警。
而且，在步骤313中判断未维持两分钟以上载热体温度为100℃以上的状态的情况下，在步骤316中判断载热体温度是否低于98℃，在低于98℃的情况下，在步骤317中切换成控制阀V1比例控制，三通切换阀V2将载热体导入排热回收用热交换器HEX1，并返回步骤310。而且，在步骤316中载热体温度高于98℃的情况下，返回步骤312，重复步骤312～步骤316。另外，在这种排热回收控制程序中，上述的各温度以及时间是在规定的范围内任意地设定变更的。
如上所述，在本例的排热回收系统中，由于具有暂时储存载热体的储热箱13，通过储存在储热箱13内的载热体而产生储热效果(保温效果)，载热体的温度变动变缓。而且，由于储热箱13是大气开放型的，所以不容易产生载热体的压力上升，载热体的温度容易上升。因此，能够高效率地将载热体加热到高温。另外，由于储热箱13是大气开放型的，所以在载热体中产生的气泡、蒸汽在储热箱13内被分离并放出，避免了气泡、蒸汽混入液体中产生的不良情况。即，在这种排热回收系统中，通过采用这种所谓无压结构，在将载热体加热到接近于沸点的高温的同时，能够稳定地维持这种高温状态，因此，在将循环使用的水加热到高温的同时，可稳定地维持这种高温状态。而且，由于罐是大气开放型的，所以避免了使用高成本的耐压结构，实现了低成本化。
在这种情况下，由于储热箱13配置在排热回收用热交换器HEX1的下方，所以在包括排热回收用热交换器HEX1在内的配管路径内的载热体在重力的作用下很容易返回储热箱13。因此，在例如载热体异常沸腾的情况下等，能够将载热体返回罐内而实现静音。而且，在长期停止运行时等，由于将在包括排热回收用热交换器HEX1在内的配管路径内的载热体返回储热箱13而对其进行干燥保管，所以具有可防止腐蚀的优点。
而且，在本例的排热回收系统中，由于大气开放管41的一端连接在储热箱13上，另一端连接在作为废气的流路的排气塔21上，所以能够可靠地将储热箱13内向大气开放，同时，即使是在载热体的蒸汽吹出的情况下也可以防止向外部飞散。
而且，在本例的排热回收系统中，由于在大气开放管41上设置有将从储热箱13蒸发的载热体的蒸汽冷凝的冷凝器42，所以从储热箱13蒸发的载热体的蒸汽由该冷凝器冷凝，并返回储热箱13。因此，抑制了载热体容量的降低。在这种情况下，由于冷凝器42是相对于储热箱13使大气一侧的流路朝上地配置的，所以由冷凝器42冷凝的载热体的蒸汽可靠地返回罐中。
而且，在本例的排热回收系统中，由于在储热箱13内的载热体上漂浮有含有隔热材料的盖体43，所以具有保温效果，即使是向大气开放的罐，也可以抑制向大气中散发的热能量，能够无浪费地利用从排热回收的热能。
而且，在本例的排热回收系统中，由于水加热用热交换器HEX2是板式热交换器，所以通过完全交流等以高导热效率实施有效的热交换。因此，在设备12中使用的温水迅速地升温。
而且，在本例的排热回收系统中，通过温度传感器TC2始终检测由排热回收用热交换器HEX1加热的载热体的温度，根据该检测结果由控制阀V1控制废气向排热回收用热交换器HEX1的导入量。而且，当载热体高于规定的温度时，使应导入排热回收用热交换器HEX1中的废气在导入前迂回到旁通流路35中并排出到大气中。这样一来，在排热回收用热交换器HEX1中，仅回收必要量的热能，多余的热能不被导入排热回收用热交换器HEX1中而排出到大气中。因此，不需要以往的冷却设备，通过这一点也实现了低成本化。
以下，参照图6、图7和图8对本发明的排热回收系统第2实施方式进行说明。本实施方式的排热回收系统10是利用发电机产生的废气的热对供热水用的水进行加热的系统。另外，对于具有与在上述第1实施方式中已说明的部件相同的功能的结构要素赋予相同的附图标记，省略或简化其说明。
在本实施方式的排热回收系统中，与上述第1实施方式不同，具备作为辅助加热装置的燃气热水器14。而且，水加热用热交换器HEX2实际上对用于供热水的水进行加热。
排热回收用热交换器HEX1、储热箱13、以及泵P1由构成使载热体循环的一次载热体循环系统的一次载热体配管25连接在一起。而且，水加热用热交换器HEX2为板式热交换器，连接在储热箱13以及将作为供水源的水道的水向供热水栓15供应的水管28上。另外，水管28中的供水压力是在供水源一侧提供的。
水加热用热交换器HEX2的水导出后的配管和燃气热水器14的水导出后的配管合流后的水管28上设置有检测加热后的水的温度的温度传感器TC3。另外，该温度传感器TC3用于供热水温度的确认。
而且，在水管28上设置有使导入水加热用热交换器HEX2中的水在水加热用热交换器HEX2的前后迂回的三通切换阀V10以及旁通配管45，在旁通配管45的中间设置有前述的燃气热水器14。而且，在燃气热水器14上连接有接受来自分别构筑的气体供应系统的供气的气体配管46，在气体配管46上设置有使气体向燃气热水器14的导入断续的气体导入阀V11。另外，三通切换阀V10根据前述的温度传感器TC2的检测结果被控制，根据需要使水在水加热用热交换器HEX2的前后迂回，并导入燃气热水器14。燃气热水器14在三通切换阀V10在燃气热水器14一侧打开时检测水的导入而动作，并对导入的水进行加热。而且，本发明的辅助加热机构包含燃气热水器14和三通切换阀V10。
以下，对上述结构的排热回收系统的排热回收的原理进行说明。
首先，从燃气轮机MT排出的废气通过废气导入管20被导入排热回收用热交换器HEX1中，与在一次载热体循环系统中流动的载热体进行热交换，对载热体进行加热，然后从排气塔21排出。
在排热回收用热交换器HEX1中被加热了的载热体在泵P1的作用下在一次载热体循环系统中流动，同时暂时储存在储热箱13中。而且，在一次载热体循环系统中流动的载热体被导入水加热用热交换器HEX2中，与在水管28中流动的水进行热交换，对水进行加热，并再次储存到储热箱13中。而且，在水加热用热交换器HEX2中被加热了的水(温水)在供水源的供应压力下在水管28中流动，当供热水栓15打开时流出到系统外部而加以利用。
以下，参照图7和图8所示的流程图对使上述排热回收系统工作时的处理流程进行说明。
工作前的排热回收系统各部分的初始状态为，控制阀V1将废气迂回，三通切换阀V2将载热体迂回，三通切换阀V10将水导入水加热用热交换器HEX2，气体导入阀V11关闭，泵P1停止。
当在这种状态下使排热回收系统工作时，在步骤1中，根据温度传感器TC1的检测结果判断废气温度是否高于200℃。而且，在废气温度低于200℃的情况下，认为燃气轮机MT处于停止中，排热回收系统各部分的状态在步骤2中被切换到“热水器单独运行”，成为控制阀V1将废气迂回，三通切换阀V2将载热体迂回，三通切换阀V10将水导入燃气热水器14，气体导入阀V11打开，泵P1停止。
而且，在步骤1中，在废气温度为200℃以上的情况下，认为燃气轮机MT处于运行中，排热回收系统各部分的状态在步骤3中被切换到“燃气轮机/燃气热水器运行”，成为控制阀V1比例控制，三通切换阀V2将载热体导入排热回收用热交换器HEX1，三通切换阀V10将水导入水加热用热交换器HEX2，气体导入阀V11打开，泵P1运行，之后，执行排热回收系统的控制程序和供热水温度控制程序。
在排热回收系统控制程序中，首先，在步骤10中，当根据温度传感器TC2的检测结果，排热回收后的载热体温度达到所希望的设定温度、例如90℃时，控制阀V1进行比例控制。该控制阀V1的比例控制在根据温度传感器TC1的检测结果为废气温度在200℃以上，并且根据温度传感器TC2的检测结果为载热体温度低于98℃的情况下是连续地控制的。另外，在步骤11中，当根据温度传感器TC1的检测结果为废气温度低于200℃时，返回步骤1，切换成“热水器单独运行”。
而且，在步骤12中，在根据温度传感器TC2的检测结果为载热体温度在98℃以上的情况下，进入步骤3，切换成控制阀V1将废气迂回，三通切换阀V2将载热体迂回，在步骤14中，当载热体温度为200℃以上时，在步骤15中表示载热体温度为高温。另外，在步骤16中，当确认维持了60秒钟以上载热体温度为100℃以上的状态时，在步骤17切换成与上述的“热水器单独运行”相同的状态，在步骤18中发出“控制阀V1动作不良/热回收停止”的报警。
而且，在步骤16中，在未维持60秒钟以上载热体温度为100℃以上的状态的情况下，在步骤19中判断载热体温度是否低于98℃，在低于98℃的情况下，在步骤20中切换成控制阀V1比例控制，三通切换阀V2将载热体导入排热回收用热交换器HEX1，并返回步骤10。而且，在步骤19中，在载热体温度高于98℃的情况下，返回步骤13，重复步骤13～步骤19。另外，在这种排热回收控制程序中，上述的各温度以及时间是在规定的范围内任意地设定变更的。
图8为供热水温度控制程序的流程图。在供热水温度控制程序中，首先，在步骤30中，当根据温度传感器TC2的检测结果为载热体温度达到所希望的规定温度、例如90℃时，三通切换阀V10进行打开/关闭控制。即，当在步骤31中根据温度传感器TC1的检测结果确认废气温度为200℃以上、并且在步骤32中根据温度传感器TC2的检测结果确认载热体温度低于98℃时，在步骤33中，三通切换阀V10被切换到燃气热水器14一侧，燃气热水器14点燃，水被加热。而且，当在步骤32中确认载热体温度超过了98℃时，在步骤34中，三通切换阀V10被切换到水加热用热交换器HEX2一侧，通过和废气的热交换，水被加热。另外，在这种供热水温度控制程序中，上述的各温度是在规定的范围内任意地设定变更的。
在本例的排热回收系统中，由于与第1实施方式同样地采用了所谓无压结构，所以在将载热体加热到接近于沸点的高温的同时，能够稳定地维持这种高温状态。因此，能够在将供热水用的水加热到高温的同时，稳定地维持这种高温状态。而且，由于罐是大气开放型的，所以避免了使用高成本的耐压结构，实现了低成本化。
而且，在本例的排热回收系统中，由于水加热用热交换器HEX2为板式热交换器，所以通过完全交流等实施高导热效率的热交换。因此，即使水向水加热用热交换器HEX2的导入路径不是循环系统，也可以将来自水道水的温度较低的水加热到接近于载热体的温度。这样一来，不需要水的循环路径，实现了低成本化。而且，随着路径的缩短，热能的损失也减小，系统整体的能量效率进一步提高。
而且，在本例的排热回收系统中，在根据温度传感器TC2的检测结果，由排热回收用热交换器HEX1加热的载热体的温度未达到所希望的温度的情况下，经由三通切换阀V10使导入水加热用热交换器HEX2中的水迂回，通过燃气热水器14加热迂回的水。因此，能够稳定地将供热水用的水温维持在高温状态。
以下，参照图9和图10对本发明的排热回收系统第3实施方式进行说明。本实施方式的排热回收系统10是利用发电机产生的废气的热对空调等设备中循环使用的载热体进行加热的系统。另外，对于具有与上述第1实施方式和第2实施方式中已说明的部件相同功能的结构要素赋予相同的附图标记，省略或简化其说明。
在本实施方式的排热回收系统中，与上述第1和第2实施方式不同，由排热回收用热交换器HEX1直接对在规定的设备中循环使用的载热体进行加热。
图9中，排热回收用热交换器HEX1、储热箱13、以及泵P1由构成输送载热体的载热体输送系统的载热体配管23连接在一起。在载热体配管23上设置有使导入排热回收用热交换器HEX1中的载热体在排热回收用热交换器HEX1的前后迂回的三通切换阀V2以及旁通配管40。而且，在载热体向储热箱13导入前的载热体配管23上设置有与泵P1同步地控制载热体的输送的电磁阀V3。
在来自排热回收用热交换器HEX1的载热体导出后的载热体配管23上设置有作为检测载热体温度的温度检测机构的温度传感器TC2。而且，从设置温度传感器TC2的部位前的载热体配管23上设置有防止载热体从空调等规定的设备12向排热回收用热交换器HEX1倒流的单向阀V4。
以下，对上述结构的排热回收系统的排热回收的原理进行说明。
首先，从燃气轮机MT排出的废气通过废气导入管20被导入排热回收用热交换器HEX1中，与在载热体输送系统中流动的载热体进行热交换，对载热体进行加热，然后从排气塔21排出。
在排热回收用热交换器HEX1中被加热了的载热体在泵P1的作用下在载热体输送系统中流动，作为空调等规定的设备12的载热体循环使用。而且，从设备12返回的载热体暂时储存在储热箱13中，之后，被再次导入排热回收用热交换器HEX1。
而且，由于在储热箱13内覆盖载热体液面地漂浮有含有隔热材料的盖体43，所以具有保温效果，即使是向大气开放的储热箱13，也抑制向大气中散发的热能量，无浪费地利用从排热回收的热能。
而且，由于在连接于储热箱13上的大气开放管14上设置有冷凝器42，从储热箱13蒸发的载热体的蒸汽由冷凝器42冷凝，并返回罐中，所以抑制了载热体容量的降低。
以下，参照图10对使上述排热回收系统工作时的处理流程进行说明。
工作前的排热回收系统各部分的初始状态为，控制阀V1将废气迂回，三通切换阀V2将载热体迂回，电磁阀V3关闭。
当在这种状态下使排热回收系统工作时，在步骤100中，根据温度传感器TC1的检测结果判断废气温度是否高于200℃，当废气温度为200℃以上时，排热回收系统各部分的状态在步骤101中被切换成控制阀V1比例控制，三通切换阀V2将载热体导入排热回收用热交换器HEX1，电磁阀V3打开，泵P1运行，之后，执行排热回收系统的控制程序。
在排热回收系统控制程序中，首先，在步骤110，当根据温度传感器TC2的检测结果，排热回收后的载热体温度达到所希望的设定温度、例如90℃时，控制阀V1进行比例控制。该控制阀V1的比例控制在根据温度传感器TC2的检测结果为载热体温度低于98℃的情况下是连续地控制的。
而且，在步骤111中，在根据温度传感器TC2的检测结果为载热体温度在98℃以上的情况下，进入步骤112，切换成控制阀V1将废气迂回，三通切换阀V2将载热体迂回，在步骤113中，当确认维持了2分钟以上载热体温度为100℃以上的状态时，在步骤114中将排热回收系统各部分的状态切换成与前述的初始状态相同的状态，在步骤115中发出“控制阀V1动作不良/热回收停止”的报警。
而且，在步骤113中，在未维持2分钟以上载热体温度为100℃以上的状态的情况下，在步骤116中判断载热体温度是否低于98℃，在低于98℃的情况下，在步骤117中切换成控制阀V1比例控制，三通切换阀V2将载热体导入排热回收用热交换器HEX1，并返回步骤110。而且，在步骤116中，在载热体温度高于98℃的情况下，返回步骤112，重复步骤112～步骤116。另外，在这种排热回收控制程序中，上述的各温度以及时间是在规定的范围内任意地设定变更的。
如上所述，在本例的排热回收系统中，由排热回收用热交换器HEX1直接对在规定的设备中循环使用的载热体进行加热。此时，通过温度传感器TC2始终检测由排热回收用热交换器HEX1加热了的载热体的温度，根据该检测结果由控制阀V1控制废气向排热回收用热交换器HEX1中的导入量。而且，当载热体达到规定的温度时使应导入排热回收用热交换器HEX1中的废气在导入前迂回到旁通流路35中并排出到大气中。这样一来，在排热回收用热交换器HEX1中，仅回收必要量的热能，多余的热能不被导入排热回收用热交换器HEX1中而排出到大气中。因此，不需要以往的冷却设备，实现了低成本化。而且，在这种排热回收系统中，由于由排热回收用热交换器HEX1直接对在规定的设备中循环使用的载热体进行加热，所以与具有多级的热交换器的现有技术相比，热能的损失减少。因此，系统整体的能量效率得以提高。
而且，在本例的排热回收系统中，由于具有暂时储存载热体的储热箱13，所以在将载热体加热到接近于高温的同时，能够稳定地维持这种高温状态。因此，在这种循环使用载热体的规定的设备中，获得了燃料量减少等各种优点。而且，由于罐是大气开放型的，所以避免了使用高成本的耐压结构，实现了低成本化。
而且，在本例的排热回收系统中，虽然由于在循环系统内具备大气开放型的罐，载热体容易倒流，但通过单向阀V4阻止了载热体从规定的设备向排热回收用热交换器HEX1中的倒流，避免了因载热体倒流而产生的不良情况。
以下，参照图11和图12对本发明的排热回收系统第4实施方式进行说明。本实施方式的排热回收系统10也和上述第3实施方式一样，是利用发电机产生的废气的热对在规定的设备中循环使用的载热体进行加热的系统。另外，对于具有与上述各实施方式中已说明的部件相同功能的结构要素赋予相同的附图标记，省略或简化其说明。
在本实施方式的排热回收系统中，与上述各实施方式不同，具有与来自燃气轮机MT(参照图1)的废气分别地将燃烧气体导入排热回收用热交换器HEX1中的作为辅助燃烧气体导入机构的辅助燃烧装置50以及三通切换阀V0。
辅助燃烧装置50可产生与来自燃气轮机MT的废气同等程度的温度和量的燃烧气体，例如使用了大气压燃气燃烧器。而且，三通切换阀V0是切换成将来自燃气轮机MT的废气或者来自辅助燃烧装置50的燃烧气体导入排热回收用热交换器HEX1中的切换阀，设置在燃气轮机MT和排热回收用热交换器HEX1之间的废气导入管20上。
以下，对这种结构的排热回收系统的排热回收原理进行说明。
首先，从燃气轮机MT排出的废气通过废气导入管20被导入排热回收用热交换器HEX1中，与在载热体输送系统中流动的载热体进行热交换，对其载热体进行加热，然后，从排气塔21排出。
而且，在发电机中产生不良情况或发电机停止时等，以规定的时间运行辅助燃烧装置50。在辅助燃烧装置50中产生的燃烧气体与来自燃气轮机NT的废气分别地经由三通切换阀V0被导入排热回收用热交换器HEX1中。此时，通过例如在来自发电机的废气中加入或者取代其废气而将辅助燃烧气体导入排热回收用热交换器HEX1中，对载热体进行加热，稳定地维持载热体的温度。
在排热回收用热交换器HEX1中被加热了的载热体在泵P1的作用下在载热体输送系统中流动，作为空调等规定设备12的载热体循环使用。而且，从设备12返回的载热体暂时储存在储热箱13中，之后再次导入排热回收用热交换器HEX1中。
以下，参照图12对使上述排热回收系统工作时的处理流程进行说明。
工作前的排热回收系统各部分的初始状态为，控制阀V1将废气迂回，三通切换阀V2将载热体迂回，电磁阀V3关闭。
当在这种状态下使排热回收系统工作时，在步骤200中，根据温度传感器TC1的检测结果判断废气温度是否高于200℃。而且，在废气温度低于200℃的情况下，认为燃气轮机MT处于停止中，在步骤201中辅助燃烧装置运行，三通切换阀V0在辅助燃烧装置50一侧打开，取代燃气轮机MT的废气，将辅助燃烧装置50的燃烧气体导入排热回收用热交换器HEX1中。
而且，在步骤200中，在废气温度为200℃以上的情况下，认为燃气轮机MT处于工作中，在步骤202中辅助燃烧装置50停止，三通切换阀V0在排热回收用热交换器HEX1一侧打开，燃气轮机MT的废气被导入排热回收用热交换器HEX1中。而且，在步骤203中排热回收系统各部分的状态为，控制阀V1比例控制，三通切换阀V2载热体导入排热回收用热交换器HEX1，电磁阀V3打开，泵P1运行，之后，执行排热回收系统的控制程序。
在排热回收系统控制程序中，执行与上述第2实施方式相同的步骤。即，首先，在步骤201中，当基于温度传感器TC2的检测结果，排热回收后的载热体温度达到所希望的设定温度、例如90℃时，控制阀V1进行比例控制。该控制阀V1的比例控制在根据温度传感器TC2的检测结果为载热体温度低于98℃的情况下连续地进行控制。
而且，在步骤211中，在根据温度传感器TC2的检测结果为载热体温度在98℃以上的情况下，进入步骤212，切换成控制阀V1将废气或者燃烧气体迂回，三通切换阀V2将载热体迂回，在步骤213中，当确认维持了两分钟以上载热体温度为100℃以上的状态时，在步骤214中将排热回收系统各部分的状态切换到与前述的初始状态相同的状态，在步骤215中发出“控制阀V1动作不良/热回收停止”的报警。
而且，在步骤213中未维持两分钟以上载热体温度为100℃以上的状态的情况下，在步骤216中判断载热体温度是否低于98℃，在低于98℃的情况下，在步骤217中切换成控制阀V1比例控制，三通切换阀V2将载热体导入排热回收用热交换器HEX1，并返回步骤210。而且，在步骤216中载热体温度高于98℃的情况下，返回步骤212，重复步骤212～步骤216。另外，在这种排热回收控制程序中，上述的各温度以及时间是在规定的范围内任容地设定变更的。
如上所述，在本例的排热回收系统中，当燃气轮机MT(发电机)停止时，取代燃气轮机MT产生的废气，而将燃烧气体导入排热回收用热交换器HEX1中，对载热体进行加热。因此，即使在电费便宜的时间段等使发电机停止的情况下，也可以采用这种排热回收系统使规定的设备运行。即，可实现成本和效率好的连续运行。
另外，在本发明的排热回收系统中，作为循环使用载热体的规定的设备，优选地采用通过吸收式冷冻循环进行冷冻的吸收式冷冻机。如上所述，本发明的排热回收系统在将载热体加热到接近于沸点的高温的同时，可以稳定地维持这种高温状态。而且可实现成本和效率好的连续运行。因此，通过在吸收式冷冻机中循环使用来自本发明的排热回收系统的载热体，可大幅度地降低燃料成本，同时可提高其热能的综合利用效率。
以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但勿庸置疑，本发明并不仅限于这种实例。在上述例子中表示的各结构部件的诸形状或组合等仅是一例，在不脱离本发明的主旨的范围内可根据设计上的要求进行各种变更。
工业上的可应用性本发明的排热回收系统中，由于具备大气开放型的罐，能够在将载热体加热到高温的同时，稳定地维持这种高温状态。因此，可实现低成本化和能量效率的提高。
权利要求
1.一种排热回收系统，具备使发电机产生的废气和循环使用的载热体进行热交换，对上述载热体进行加热的排热回收用热交换器，其特征是，具备暂时储存上述载热体的罐，以及将该罐内向大气中开放的大气开放管。
2.根据权利要求1所述的排热回收系统，其特征是，上述罐配置在上述排热回收用热交换器的下方。
3.根据权利要求1所述的排热回收系统，其特征是，上述大气开放管是一端连接在上述罐上，另一端连接在上述废气的流路上。
4.根据权利要求1所述的排热回收系统，其特征是，在上述大气开放管上设置有将从上述罐蒸发的上述载热体的蒸汽冷凝的冷凝器。
5.根据权利要求4所述的排热回收系统，其特征是，上述冷凝器是相对罐一侧使大气一侧的流路朝上地配置的。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的排热回收系统，其特征是，在上述罐内的上述载热体上漂浮有含有隔热材料的盖体。
7.根据权利要求6所述的排热回收系统，其特征是，在上述盖体的上表面上设置有防止上述大气开放管随着该盖体的移动而堵塞的堵塞防止部件。
8.根据权利要求6所述的排热回收系统，其特征是，在上述盖体的下表面上设置有防止该盖体翻倒和反转的翻倒防止部件。
9.根据权利要求6所述的排热回收系统，其特征是，在上述罐的内壁和上述盖体之间设置有抑制上述盖体随着上述载热体蒸汽的放出而剧烈活动的间隙。
全文摘要
本发明与回收发电机产生的排热并用于供热水或空调中的排热回收系统有关，其目的在于提供一种能够实现低成本化，而且能量效率高的排热回收系统。排热回收系统具备使发电机产生的废气和循环使用的载热体进行热交换，对载热体进行加热的排热回收用热交换器HEX1。而且，具备暂时储存载热体的罐13，以及将该罐13内向大气中开放的大气开放管41。
文档编号F24D11/00GK1491336SQ02805111
公开日2004年4月21日 申请日期2002年11月29日 优先权日2001年12月3日
发明者渡边健次, 也, 伊藤智也 申请人:东京电力株式会社