JP2002013811A

JP2002013811A - 貯湯給湯器

Info

Publication number: JP2002013811A
Application number: JP2000197754A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tanogashira; 健一田之頭; Kenjiro Ouchi; 健次郎大内
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-18
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: JP3925831B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コージェネレーションにおいて、発電規模の
大小に係らず、また給湯需要と発電需要の何れを優先し
て運転するかに係らず、給湯需要の大きな変動に柔軟に
対応でき、回収した廃熱を有効利用できる包括的給湯シ
ステム、及びこの様な機能を備えた給湯設備を提供す
る。【解決手段】コージェネレーションの給湯設備におい
て、熱交換器を内蔵する複数基の貯湯タンクを配管、操
作弁、及び必要により制御器を用いて、温水取り出し方
向に関して直列であり且つ熱媒体の流れ方向に関して向
流である直列に、又は熱媒体の流れ方向に関して直列で
あり且つ給水及び温水取り出し方向に関して並列に、又
は随時相互の配列に転換できるように連結し、直列又は
並列において運転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ガス等を燃料
とするガスエンジンを用いる熱併給発電（以下、コージ
ェネレーションと略称する。）において、給湯システム
の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスエンジンは、都市ガス、ＬＰＧ、Ｌ
ＮＧ、溶鉱炉ガス等、気体燃料を用いる往復式内燃機関
であり、小型化容易であるためコージェネレーション用
として普及しつつある。ガスエンジンを発電の動力源と
して使用するコージェネレーションシステム（図８参
照）において、ガスエンジンが排出する高温の排ガスか
ら廃熱を回収すると共に高温のエンジン本体を冷却する
ことで熱回収し、給湯用或は暖房や吸収式冷温水機の熱
源用に利用している。燃料ガスから電気に転換されるエ
ネルギーは高々２４％程度であるのに対し、熱交換器に
より回収し得るエネルギーは５８％を占めるので、回収
エネルギーの有効利用が重要である。

【０００３】前記図８のコージェネレーションシステム
の要部を図９に示した。図９は、従来の一般的な給湯シ
ステムをコージェネレーションユニットに接続したもの
である。回収された廃熱は、温水と云う形で蓄熱され、
即ち貯湯タンクに一旦貯えられた後、風呂や空調設備な
どユーザーの需要に応じて給湯される。発電された電力
の需要と、ホテル、病院、福祉養護施設、ファミリーレ
ストラン、浴場、スポーツ施設などで様々な温度、開栓
頻度、流量で給湯される温水の需要は、通常、時間的に
夫々独立に変動するので、エネルギーを有効利用するた
め、両者の変動を調整できる給湯設備が必要である。

【０００４】従来のコージェネレーションにおける一般
的な簡易給湯設備を例示する図５に沿って、従来技術の
問題点を説明する。コージェネレーションユニット内に
搭載されたガスエンジン２へ燃料ガスと燃焼用空気を供
給し、発生する動力により発電機１を駆動して発電し、
電力供給を行う。ガスエンジン２で発生した排ガス（例
えば、温度４５０℃−５００℃）が保有する廃熱は、排
ガス熱交換器３１においてクーラント（沸騰し難い液体
であり、例えば、濃度約５０ｗｔ％のポリプロピレング
リコール水溶液等、以下、ユニット内熱媒体と略称）に
吸収され、ユニット内熱媒体が例えば７０℃前後に昇温
する。更にユニット内熱媒体は、エンジン本体を冷却し
て熱を受け取ることで例えば８０℃前後に加熱される。
このユニット内熱媒体は、熱媒熱交換器４において給湯
システムを加熱するための熱媒体（例えばポリプロピレ
ン水溶液等、又は凍結のおそれが無い場合は水でも良
い。以下、単に熱媒体と略称）と熱交換する。熱交換を
済ませて例えば６５℃程度に温度低下したユニット内熱
媒体は、内部循環ポンプ５１（図示せず、前記図９参
照）により再び排ガス熱交換器３１へ還流し、廃熱を吸
収する

【０００５】一方、熱媒熱交換器４において加熱された
熱媒は、熱媒循環ポンプ５２により貯湯タンク７内にあ
る熱交換器６へ送られ、貯湯タンク内の水、又は温度低
下した温水に熱を与える。通常、貯湯タンク７は水道水
の圧力により湯を押し出す形式の密閉型であり、熱媒体
を熱源とし、内圧として２０ｍＨ_２Ｏ（ゲージ圧力２ｋ
ｇ／ｃｍ^２）以下の水頭圧がかかる貯湯湯沸器の一種で
ある。

【０００６】図５において、貯湯タンク７の湯温が設定
値に達すると、熱交換器６において熱交換し難くなり、
熱媒体の温度が次第に上昇する。熱媒体温度が上昇し、
熱媒熱交換器４において熱を受け取り難くなると、ユニ
ット内熱媒体は熱媒熱交換器４において熱を渡し難くな
り、出口での温度が高くなる。或る一定の温度を超える
と、前記図９に示すように、ユニット内熱媒体流路の切
替機能を持つワックス弁１０が作動する。流路を切り替
えられたユニット内熱媒体はラジエター３２へ流れ、高
温のユニット内熱媒体が空気冷却により大気中に放熱す
ることで温度が低下し、温度低下したユニット内熱媒体
は内部循環ポンプ５１（前記図９参照）により再び排ガ
ス熱交換器３１へ還流する。

【０００７】図１０にワックス弁の構造と機能を模式的
に示した。ワックス弁は方向制御弁の一種であり、弁軸
をシリンダーに納め、シリンダー内に或る温度で熱膨張
率の大きく変化する固体（ワックスと略称）を充填して
ある。弁内を流通する流体が或る一定の温度以上に高く
なると、ワックスの体積が急激に熱膨張し、弁軸をシリ
ンダーから押出し、図１０の右側に示したように下弁が
弁座から離れることにより開弁し、同時に上弁が内部循
環ポンプ５１へ直接通じる流路を閉じる。これにより、
本発明では高温のユニット内熱媒体がラジエター３２へ
流れ、空気冷却された後に内部循環ポンプ５１に到達
し、再び循環する。

【０００８】貯湯タンク７内の温水が熱損失により設定
値を下回る温度になると、熱媒体の温度も次第に低下す
る結果、ユニット内熱媒体の温度が例えば６０℃程度に
低下する。温度低下によりワックスの体積が収縮する
と、図１０の左側に示したように弁軸がシリンダー内へ
引き込まれ、自重とスプリングの作用により下弁を弁座
に押し付けることで閉弁し、内部循環ポンプ５１への流
路を閉じていた上弁が同時に開く。これにより、本発明
では低温のユニット内熱媒体が直接に内部循環ポンプ５
１へ吸い込まれ、再び排ガス熱交換器３１へ還流し、廃
熱を吸収して例えば８０℃前後に昇温する。

【０００９】なお、前記図９の給湯システムには、従来
技術の給湯システムの別例として、バックアップ用湯沸
器を併用した事例を示した。コージェネレーションユニ
ットで発生した廃熱により熱媒熱交換器４で熱媒体を加
熱し、この熱媒体により貯湯タンク７の水を加熱し、得
られた温水を貯湯タンク７に一旦貯める。温水の温度調
節は、給水と貯湯タンク７の温水との混合、又は貯湯タ
ンク７の温水を更にガス瞬間湯沸器等で加熱する等によ
り行う。

【００１０】コージェネレーションにおいて、自家用電
力消費量を超える電力は電力供給会社に売電することに
なる。売電価格は自家発電コストを下回るため、自家用
電力消費量が発電能力下限値より低下した場合は、発電
機の運転を停止する。このような電力自給を優先するた
め、従来、小規模以上の業務用にコージェネレーション
を利用した場合、図５に示すように、給湯設備は給湯需
要の時間的変動に対処できる大容量の貯湯タンク７を必
要とした。しかし、大容量タンクの使用は、設置スペー
スの制約、製作場所から据付け現場への運搬性、容量が
オーダーメイドであることによる設計・製作費の硬直性
など、製作面での難点がある。また、熱媒循環ポンプ５
２や熱交換器６もオーダーメイドの設計・製作が必要と
なる。

【００１１】これに対して、大容量タンクを複数の小容
量タンクで置き換える提案、また置き換えた複数の小容
量タンクを直列に連結して使用する提案がなされた。例
えば特開平３−１２９２４５号公報には、大容量の電気
温水器を複数の小容量電気温水器に置き換え、直列に接
続して使用する技術が開示されている。然し、加熱は安
定した商用電力を用いる電気ヒータを熱源とするもので
あり、変動する発電需要から発生する廃熱を熱源とする
コージェネレーションにあっては、単に電気ヒータを熱
交換器に変更するのみでは適用できない。

【００１２】給湯設備の運転面においても、給湯需要が
大きく且つ温水流量として安定である場合は、電力需要
の全量をコージェネレーションにより供給するように発
電機の能力を選定し、優先的に電力需要に対応する発電
を行い、廃熱の全量を回収して大容量タンクに貯えて
も、温水を使い切ることができる。一事例として、自家
発電機の標準仕様が９．８ｋｗの場合、電力需要が発電
能力を上回る時間帯において自家発電を主眼とし、発電
機をフル運転する。不足分のみが買電となり、且つ廃熱
が全て温水として有効利用されるから、最良の経済効果
を生じる。

【００１３】然し、電力需要と均衡する程の給湯需要が
無い場合、前記標準仕様の自家発電機を設置し、電力自
給を主眼とする運転を行うと、廃熱回収しても使い切れ
ない状況となるのは致し方の無いことである。但し経済
的観点から、電力需要が発電能力下限値を上回る時間帯
において給湯需要への対処を主眼として給湯需要に見合
う発電を行い、不足分は買電することも考えられる。こ
の場合、最大給湯時に合わせた大容量タンクでは、タン
ク上部に給湯に有効な最小湯量を確保するための沸き上
げ時間が必然的に長くなり、また、不要な温水の保温の
ために廃熱回収を行うことになり、エネルギーが有効利
用できない。

【００１４】更に、給湯需要の変動が大きく、電力需要
に相応しない場合においても、電力需要が発電能力下限
値を上回る時間帯において給湯需要への対応を主眼と
し、給湯需要に見合う発電を行い、不足分を買電すると
云う運転が経済的である。この場合、給湯需要の変動に
柔軟に対処できる給湯設備が必要となる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、コージェネ
レーションにおいて、発電規模の大小に係らず、また給
湯需要と発電需要の何れを優先して運転するかに係ら
ず、給湯需要の大きな変動に柔軟に対応でき、回収した
廃熱を有効利用できる包括的給湯システム、及びこのよ
うな機能を持つ給湯設備の提供を課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】先ず、標準直径の小容量
貯湯タンクを基本モジュールとして用い、所要貯湯容量
に対応する複数の貯湯タンクを以てタンク群を構成す
る。次いで、複数の貯湯タンクが共同で所要給湯モード
に適合するように、配管、流れ方向切換のための操作
弁、必要により弁操作のための制御器を用いてタンク群
を直列、並列、又は随時に相互転換できるように連結
し、所望配列で運転することにより、上記課題が達成さ
れる。

【００１７】即ち、第一の本発明は、コージェネレーシ
ョンの給湯設備において、熱交換器を内蔵する複数基の
貯湯タンクを配管、操作弁、及び必要により制御器を用
いて温水取り出し方向に関して直列であり且つ熱媒体の
流れ方向に関して向流である直列に、又は熱媒体の流れ
方向に関して直列であり且つ給水及び温水取り出し方向
に関して並列に、又は随時相互の配列に転換できるよう
に連結し、直列又は並列において運転することを特徴と
する給湯方法の発明である。また第二の本発明は、コー
ジェネレーションの給湯設備において、熱交換器を内蔵
する貯湯タンク群を前記連結手段により前記連結の配列
に構成してなることを特徴とする給湯設備の発明であ
る。

【００１８】前記配列の転換は、複数操作弁の開閉を組
合せることでも良いが、三方弁を使用し手動又は自動制
御により操作して配列転換を行うと、設備が簡潔とな
り、操作も簡便になり、好ましい。

【００１９】貯湯タンク群を直列に連結して設置するこ
との作用は、熱媒体の流れ方向と温水取り出し方向とが
マクロ的観点から向流となるように配置することによ
り、複数基のタンクが順次沸き上がることである。その
結果、基本的に何ら温度制御を行わずに、熱媒体の温度
に近い高温水の取り出しが常時可能となる。また、温水
取り出し口に近いタンクから順次高温水が満杯になるの
で、かなりの程度の給湯需要急増にも対応できる。

【００２０】貯湯タンク群を給水及び温水取り出し方向
に関して並列に連結して設置することの作用は、次の通
りである。即ち、或る運転時間の経過後には、一斉に全
タンクに概ね同温度の温水が満杯となるので、各タンク
の取り出し口を合流させることにより、短期間に大流量
の給湯が必要となるような給湯需要に対応できる。さら
に、直列と並列の互換性を備えることの作用は、給湯モ
ードが季節単位、曜日単位、昼夜単位等で或る程度周期
的に変動する場合、手動又は制御器の指令による自動切
換により、必要性に応じた給湯に対処できることであ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明に係る給湯設備を例示した
図１に沿い、発明の実施形態を説明する。図１は、本発
明に係るコージェネレーションにおける給湯設備の一実
施例を示す系統図である。発電機１、ガスエンジン２、
排ガス熱交換器３１、ラジエター４、内部循環ポンプ５
１（図示せず）を要部として構成された公知のコージェ
ネレーションユニットにおいて、電力需要が自家発電能
力下限値を上回る時間帯になるとタイマーの設定により
ガスエンジン２が起動し、発電機１が発電を開始する。
次いで、給湯システム制御ユニット８がガスエンジン２
に付けた回転検知子（図示せず）からの検知信号を受け
て、熱媒循環ポンプ５２を起動する。熱媒体は、循環ポ
ンプ５２から各貯湯タンク７１、７２、７３の各熱交換
器６１、６２、６３をこの順に直列で通過する際に貯湯
タンク内の水と熱交換して温度降下し、次いで熱媒熱交
換器４を通過しつつユニット内熱媒体と熱交換して温度
上昇し、再び循環ポンプ５２により各タンクの熱交換器
へ循環される。

【００２２】各貯湯タンクは、配管及び三方弁Ｖ２、Ｖ
４により水道栓などの給水源に並列に接続され、また配
管及び三方弁Ｖ１、Ｖ３により給湯弁９に並列に接続さ
れている。更に、配管及び三方弁Ｖ１、Ｖ３を介して各
貯湯タンクが直列に連結されている。三方弁は手動でも
良いが、給湯システム制御ユニット８からの指令により
夫々角度９０度の自動回転を行う公知の型式の電磁弁が
使用できる。これを使用すると、操作ミスを容易に防止
できるので好ましい。

【００２３】図２に、水道栓等から冷水が３基の各貯湯
タンクに並列に給水され、温水が給湯弁９を通して各貯
湯タンクから並列に取り出される実施例について、各三
方弁の通液方向を図示した。この場合、給湯弁９を含む
合流部分を充分太く製作しておくことにより、温水にあ
まり圧力損失を生じることなく、短期間に大流量の給湯
を行うことができる。

【００２４】また図３に、冷水が直列に連結した３基の
貯湯タンク列の一端（以下、給水端タンクと略称）７３
に給水され、中間に位置する貯湯タンク（以下、中間タ
ンクと略称）７２を通り、温水が直列に連結した３基の
貯湯タンク列の他端（以下、給湯端タンクと略称）７１
から取り出される実施例について、各三方弁の通液方向
を示した。

【００２５】給湯需要が各貯湯タンクを給水及び温水取
り出しの方向に関して図２に示したように並列に常時連
結使用するのが好ましい場合、マクロ的観点から見る
と、熱媒体の流れ方向と水の流れ方向は十字流である。
別の実施例として、このような場合、貯湯タンクの基数
或は給水源の水温によっては、給水端タンクに向かって
各熱交換器の伝熱面積を順次増加（図示せず）して製作
する。数式１において、（数式１）Ｑ＝ＵＡｄＴＱ：伝熱速度（ｋｃａｌ／ｈｒ）Ｕ：総括熱伝達係数（ｋｃａｌ／ｈｒ／ｍ^２／℃）Ａ：伝熱面積（ｍ^２）ｄＴ：熱交換器入口・出口における熱媒体温度差（℃）Ｕは各タンクにおいて概ね等しいとみられ、タンク配列
は常に熱媒体の流れ方向に関して直列連結であり、ｄＴ
は並列の場合に給水端タンクに向かって減少するから、
Ａを給水端タンクに向かって増加させると、ＡｄＴがあ
まり減少しないように調整することができる。つまり、
各貯湯タンク間の湯温の偏差が減少するので、迅速且つ
大量の給湯を行う場合に好ましい。特に、熱交換器の構
造が蛇管式等簡易な形式の場合は、製作コスト上容易に
実施できる。

【００２６】図６に本発明に係る給湯システム制御ユニ
ット８の機能を説明する制御ブロック図を示した。制御
ユニット８は、熱媒循環ポンプ５２の作動を介して湯の
沸き上げを制御するためのポンプ制御部８３、給湯温度
と給湯需要に応じた給湯モードを制御する給湯制御部８
２、各貯湯タンク温度の表示並びに給湯モードや給湯温
度等の設定又は変更に係る入力、及びユーザーからの給
湯開始停止の遠隔制御指令を給湯制御部８２への伝達を
行うための操作部８１を備えている。

【００２７】操作部８１は、各貯湯タンクの温度センサ
からの信号により各温水温度を表示する各タンク温度表
示部８１４、直列連結の場合の給湯端タンク及び直列連
結の場合に予備的に沸き上げしておく中間タンクの温度
設定、また、並列連結の場合の給水端タンクの温度設定
を入力し設定値を表示する給湯温度設定部８１３、タン
ク連結を直列又は並列にする指令を入力し設定を表示す
るタンク列変更入力部８１２、（イ）ユーザーからの給
湯開始又は停止の遠隔制御指令を給湯制御部８２に伝達
する機能、また、（ロ）給湯指示を直接入力する機能を
持つ給湯指示部８１１を備えている。なお、図９の給湯
システムに例示したように、給湯弁９の下流にバックア
ップ的な意味合いで瞬間湯沸器或は貯蔵給湯器を設置す
る場合がある。この場合には、給湯指示部８１１に
（ハ）ユーザーからの遠隔制御指令を伝達するか否かの
選択を入力する第三の機能を備える。

【００２８】給湯制御部８２とポンプ制御部８３は互い
に独立の動作を行う。即ちコージェネレーションユニッ
トが稼働中は、給湯中であるか否かに係らず、貯湯タン
クの湯を加熱する必要があればポンプ制御部８３が熱媒
循環ポンプ５２を作動させて加熱を行う。また、選択さ
れた貯湯タンクの湯温が設定温度に到達すれば、給湯中
であっても、ポンプ制御部８３が循環ポンプ５２を停止
する。同様に、選択された貯湯タンクの湯温が設定温度
に到達していれば、循環ポンプ５２が停止していても、
給湯弁９が閉止解除され、給湯指示部８１１へ給湯の指
示を入力するか又はユーザーからの遠隔指令により給湯
が行われる。

【００２９】給湯制御部８２は、タンク列変更入力部８
１２からの指令を受けてタンク列を直列又は並列に連結
するように各三方弁に指令する三方弁制御部８２６、給
湯弁制御部８２５、及びセンサ選択部８２７を備えてい
る。三方弁制御部８２６は上記タンク列変更入力部８１
２からの連結指令により、予め回転方向を設定した各電
磁三方弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を９０度回転又は復帰
させることで、各貯湯タンクを指令された配列に連結す
る。

【００３０】センサ選択部８２７は、タンク列変更入力
部８１２からの連結指令により、温度制御の対象とする
貯湯タンクに関し、直列連結の場合は給湯端タンク（温
度センサＴ_１）を選択し、又は並列の場合は給水端タン
ク（温度センサＴ₃）を選択すると共に、給湯温度設定
部８１３からの信号による設定温度Ｔ_ｍと選択された上
記センサ温度（Ｔ_a又はＴ_ｂ）とを比較し、比較結果に
係る信号を給湯弁制御部８２５に送る。一方、給湯指示
部８１１は、前記（ハ）遠隔制御を伝達する選択が入力
されている限り、沸き上げ前の低温の温水がユーザーに
供給されることを防止するため、給湯弁９の常時閉止を
給湯弁制御部８２５に指令している。給湯弁制御部８２
５は、センサ選択部８２７からセンサ温度が設定温度以
上であるとの信号を受けると、給湯弁閉止を解除するべ
きと判断し、給湯指示部８１１からの閉止指令を解除す
る。これによって、ユーザーからの遠隔制御指令により
給湯弁９を開くことが可能となる。

【００３１】給湯弁制御部８２５は、センサ温度が設定
温度より低いとの信号を温度センサ選択部８２７から受
けた場合は、給湯指示部８１１からの閉止指令を解除せ
ず、選択された貯湯タンクの湯温が設定温度に達するま
で、ユーザー側が給湯遠隔指令を発しても、または手動
で給湯栓を開いても湯が出ない。なお、図９の給湯シス
テムのようにバックアップの湯沸器が設置されている場
合、給湯指示部８１１において前記（ハ）遠隔制御を伝
達しない選択を入力すると、給湯指示部８１１は給湯弁
９の強制開弁を給湯弁制御部８２５に指令する。この場
合、温度センサ選択部８２７からの信号に依らず給湯弁
９が常時開弁となり、バックアップ湯沸器を開栓又は閉
栓することで直接給湯が開始又は停止される。但し、当
然のことながら給湯指示部８１１では（ロ）給湯指示を
手動で直接入力する機能が作動することになるから、手
動でも給湯開始を入力しておく必要がある。本発明にお
いては、温度センサとして、サーミスタ温度計など通常
用いられるものを使用することができる。

【００３２】ポンプ制御部８３には、ガスエンジン並び
に発電機の稼働を検知したガスエンジン回転検知子８３
１からの信号によりポンプ５２を作動させる機能を持つ
ポンプ作動制御部８３４と、操作部８１及び給湯制御部
８２からの信号を受けて加熱の要不要を判断してポンプ
作動を指令する加熱制御部８３８を備えている。加熱制
御部８３８は、給湯温度設定部８１３からの設定温度の
信号と、温度センサ選択部８２７が制御対象として選択
した貯湯タンクの温度センサ（Ｔ_１又はＴ_３）の温度
（Ｔ_ａ又はＴ_ｂ）の信号と前記設定温度との比較結果に
係る信号と、貯湯タンクが直列の場合に中間に位置する
中間タンクの温度センサＴ_２の温度Ｔ_ｃ（もし、中間タ
ンクの基数が複数の場合は、さらにセンサＴ_４、Ｔ_５、
Ｔ_６・・、湯温Ｔ_ｃ４、Ｔ_ｃ５、Ｔ_ｃ６・・・）の信号
を受け、次の通り判断し、ポンプ作動制御部８３４に指
令する。

【００３３】即ち貯湯タンクの連結が直列の場合は給湯
端タンク（温度センサＴ_１）のセンサ温度Ｔ_ａが給湯設
定温度Ｔ_ｍより低い場合並びに何れかの中間タンクの温
度センサ（例えばＴ_２）の温度（例えばＴ_ｃ）が設定温
度より低い場合、又は連結が並列の場合は給水端タンク
（温度センサＴ_３）の温度Ｔ_ｂが設定温度より低い場
合、加熱必要と判断し、ポンプ作動信号をポンプ作動制
御部８３４に送る。上記以外の場合は、加熱制御部８３
８が貯湯タンクの加熱不要と判断し、ポンプ停止指令を
ポンプ作動制御部８３４に送り、熱媒循環ポンプ５２が
停止する。

【００３４】熱媒循環ポンプ５２の作動により熱媒体が
循環し、貯湯タンクの湯の加熱が不要になると、熱媒体
の温度が上昇して熱媒熱交換器４における熱交換が行わ
れ難くなるため、ユニット内熱媒体の温度も上昇してワ
ックス弁１０が作動し、図１０に示したように高温のユ
ニット内熱媒体はラジエター３２に流れる。この場合に
ラジエター流動検知子８３２が流れを検知し、検知信号
によりポンプ作動制御部８３４が運転停止又は給湯需要
によっては低負荷運転を熱媒循環ポンプ５２に指令す
る。ラジエター４使用中の熱媒循環ポンプ５２停止と云
う制御は、必ずしも必要ではないが、これを採用するこ
とにより、同ポンプが消費する補機電源電力を節約でき
る。この時、コージェネレーションユニットは給湯シス
テムと切り離され、電力供給を主眼として自立稼働す
る。

【００３５】図７は、本発明に係る給湯システム制御ユ
ニット８の動作を説明するための制御フロー図である。
ステップ１において、コージェネレーション全体のメイ
ンスイッチをオンにすると制御ユニット８が作動するの
で、操作部８１の給湯温度設定部８１３に所望の給湯設
定温度Ｔ_ｍを、タンク列変更入力部８１２に所望のタン
ク配列を設定する。ステップ２において、制御ユニット
８に内蔵するアナログマルチプレクサ、Ａ−Ｄ変換器、
入力回路等の通常用いられる手段により給湯端タンク温
度（Ｔ_ａ）、給水端タンク温度（Ｔ_ｂ）、中間タンク温
度（Ｔ_ｃ）、給湯設定温度（Ｔ_ｍ）のデータをマイクロ
プロセッサ（以下、ＣＰＵと記す。）に読み込む。

【００３６】ステップ３で、ＣＰＵによりタンク配列の
設定が直列か並列か比較され、直列でなければステップ
４に移り、ＣＰＵにより給水端タンク温度と給湯設定温
度とが比較され、Ｔ_ｂ≧Ｔ_ｍでなければ、ステップ５で
ポンプ作動制御部８３４に指令して循環ポンプ５２を起
動し、熱媒体の循環により全貯湯タンクの加熱を開始す
る。そして、再びステップ２へ戻り上昇した湯温を読
み、ステップ４においてＴ_ｂ≧Ｔ_ｍであった場合、並列
に連結された全貯湯タンクが沸き上げられたと見做し、
ステップ９に移り、ＣＰＵから給湯弁閉止解除指令が出
力回路を介して給湯弁制御部８２５に伝達される。ステ
ップ１０でこの指令により、給湯弁制御部８２５に内蔵
するトランジスタ、電磁リレー等通常用いられる手段を
作動させて給湯指示部８１１からの指令を受ける回路を
接続し、指令があれば何時でも給湯弁９を開ける状態に
なり、沸き上げ完了となる。なお、前記したように給湯
指示部８１１においてユーザーからの遠隔制御を伝達し
ない選択を入力した場合は、ステップ９でＣＰＵからの
解除指令なしに給湯弁９は常時開弁となり、沸き上げと
は独立にバックアップ湯沸器の湯栓により出湯できる。

【００３７】また、ステップ３でタンク配列が直列であ
った場合、ステップ６に移り、前記給湯温度設定部８１
３からの信号を読み込んだＣＰＵにより、給湯端タンク
温度が制御対象として選択されているか判断され、選択
されている場合はステップ７に移り、給湯端タンク温度
と給湯設定温度とが比較され、Ｔ_ａ≧Ｔ_ｍでなければス
テップ５に移り、ＣＰＵからポンプ作動制御部８３４に
指令して循環ポンプ５２を起動し、熱媒体の循環により
全貯湯タンクの加熱を開始する。そして、再びステップ
２へ戻り上昇した湯温を読み、ステップ７においてＴ_ａ
≧Ｔ_ｍであった場合、直列に連結された貯湯タンクのう
ち少なくとも給湯端タンクが沸き上げられたと判断で
き、ステップ９に移りＣＰＵにより給湯弁閉止解除指令
が給湯弁制御部８２５に伝達される。ステップ１０でこ
の指令により、給湯弁制御部８２５に内蔵する電磁リレ
ー等を作動させて給湯指示部８１１からの指令を受ける
回路を接続し、指令があれば何時でも給湯弁９を開け得
る状態になり、沸き上げ完了となる。なお、上記同様、
給湯指示部８１１においてユーザーからの遠隔制御を伝
達しない選択を入力した場合は、ステップ９でＣＰＵか
らの解除指令なしに給湯弁９は常時開弁となり、沸き上
げとは独立にバックアップ湯沸器の湯栓により出湯でき
る。

【００３８】また、ステップ６でＣＰＵにより給湯端タ
ンク温度が制御対象として選択されていないと判断され
た場合、ステップ８に移り、前記給湯温度設定部８１３
からの信号を読み込んだＣＰＵにより中間タンク温度と
給湯設定温度とが比較され、Ｔ_ｃ≧Ｔ_ｍでなければステ
ップ５に移り、ＣＰＵからポンプ作動制御部８３４に指
令して循環ポンプ５２を起動し、熱媒体の循環により全
貯湯タンクの加熱を開始する。そして、再びステップ２
へ戻り上昇した湯温を読み、ステップ８においてＴ_ｃ≧
Ｔ_ｍであった場合、直列に連結された貯湯タンクのうち
給湯端タンクから中間タンクまでが沸き上げられたとＣ
ＰＵが判断し、ステップ９に移りＣＰＵにより給湯弁閉
止解除指令が給湯弁制御部８２５に伝達される。ステッ
プ１０でこの指令により、給湯弁制御部８２５に内蔵す
る電磁リレー等を作動させて給湯指示部８１１からの指
令を受ける回路を接続し、指令があれば何時でも給湯弁
９を開け得る状態になり、沸き上げ完了となる。なお、
前記同様、給湯指示部８１１においてユーザーからの遠
隔制御を伝達しない選択を入力した場合は、ステップ９
でＣＰＵからの解除指令なしに給湯弁９は常時開弁とな
り、沸き上げとは独立にバックアップ湯沸器の湯栓によ
り出湯できる。

【００３９】本発明を適用するに当り、給湯需要が一時
に大量の温水は必要としないが比較的長時間に亙り給湯
を必要とする場合がある。このような場合、図４に例示
したように、冷水が直列に連結した複数基の貯湯タンク
列の給水端タンク７３に給水され、温水が直列に連結し
た複数基の貯湯タンク列の給湯端タンク７１から取り出
されるように、三方弁を使用せずに通常の操作弁のみで
タンクを恒常的に連結しても良い。各タンクの温度は温
度表示部８１４に表示するのみに止どめ、温度制御器は
設けず、ガスエンジン回転検知子８３１からの信号でポ
ンプ作動制御部８３４を作動させる。このような簡易化
給湯設備であっても、コージェネレーションユニットに
内蔵する前記ワックス弁１０の作用により給湯温度が概
ね一定に維持できる。然も、給湯端タンクから順次沸き
上げられるので、極めて短い待ち時間で給湯が開始でき
る。

【００４０】なお、上記直列連結の場合において、給湯
需要の季節変動などによる不需要期間での運転方法とし
て、給湯端タンクのサーミスタＴ_１のみが給湯設定温度
に到達したとき、加熱制御部８３８が指令して循環ポン
プ５２を停止するように制御することができる。この
間、ユニット内熱媒体は内部循環ポンプ５１とワックス
弁１０の作動によりラジエター３２から放熱し、コージ
ェネレーションユニットは自立している。このような制
御により、給湯端タンクのみに所定温度の温水を貯えて
おくことができ、且つ熱媒循環ポンプ５２の消費電力を
節約できる。

【００４１】更に、本発明を適用するに当り、給湯需要
が一時に大量の温水を必要とするが長時間に亙る需要は
ない場合がある。このような場合、図２に例示したよう
に、冷水を並列に連結した複数基の各貯湯タンクに給水
し、同時に温水を各貯湯タンクから並列に取り出して給
湯弁９に集合するように、三方弁を使用せずに通常の操
作弁のみで各タンクを恒常的に並列に連結しても良い。
各タンクの温度は温度表示部８１４に表示するのみに止
どめ、温度制御器は設けず、ガスエンジン回転検知子８
３１からの信号でポンプ作動制御部８３４を作動させ
る。このような簡易化給湯設備であっても、前記内部循
環ポンプ５１及びワックス弁１０の作動により給湯温度
を概ね一定に維持できる。特に、前記したように蛇管式
熱交換器等簡易な構造の熱交換器を使用し、給水端タン
クに向かって各熱交換器の伝熱面積を順次増加して製作
すると、各貯湯タンク間の湯温の偏差が減少し、迅速且
つ大量の給湯を容易に行うことができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明に係る給湯システムは、自家発電
を行う場合において給湯需要が有る限り、電力需要と給
湯需要がどのように独立に変動しても、タンク配列の選
択とその後の変動に応じた相互転換、及び給湯システム
制御ユニットの機能により、柔軟に給湯需要に対応する
ことができる。

【００４３】本発明に係る給湯設備は、例えば家庭用等
に利用されている小容量貯湯タンクを基本モジュールと
して採用し、個別の給湯需要に合わせた基数の貯湯タン
クを設置して制御することにより、市場規模の小さい従
来のオーダーメイド型大容量タンクを使用する場合に比
較し、数十％のコストダウンが可能である。また、運搬
性、設置レイアウトの自由度が著しく向上するため、立
地条件の良くない場所においても設置工事が容易にな
り、工事費が低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコージェネレーションにおける給
湯設備の一実施例を示す系統図である。

【図２】本発明に係る給湯設備の別の実施例を示す系統
図である。

【図３】本発明に係る給湯設備の更に別の実施例を示す
系統図である。

【図４】本発明に係る簡易給湯設備の実施例を示す系統
図である。

【図５】従来のコージェネレーションにおける給湯シス
テムを例示する系統図である。

【図６】本発明に係る給湯システム制御ユニットの機能
を説明する制御ブロック図である。

【図７】本発明に係る給湯システム制御ユニットの動作
を説明する制御フロー図である。

【図８】コージェネレーションの概念を示す説明図であ
る。

【図９】従来のコージェネレーションにおける給湯シス
テムの一例、及びコージェネレーションユニットの構成
を例示する系統図である。

【図１０】ワックス弁の機能を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１発電機、２ガスエンジン３１排ガス熱交換器、３２ラジエター４熱媒熱交換器５１内部循環ポンプ、５２熱媒循環ポンプ６、６１、６２、６３熱交換器７、７１、７２、７３貯湯タンク８給湯システム制御ユニット８１操作部８１１給湯指示部、８１２タンク列変更入力
部８１３給湯温度設定部、８１４各タンク温度表示
部８２給湯制御部８２５給湯弁制御部、８２６三方弁制御部、
８２７センサ選択部８３ポンプ制御部８３４ポンプ作動制御部、８３８加熱制御
部８３１ガスエンジン回転検知子、８３２ラジエタ
ー流動検知子９給湯弁、１０ワックス弁Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３温度センサＴ_ａ、Ｔ_ｂ、Ｔ_ｃタンク内温水の温度Ｔ_ｍ給湯設定温度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４電磁三方弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コージェネレーションの給湯設備におい
て、熱交換器を内蔵する複数基の貯湯タンクを配管、操
作弁、及び必要により制御器を用いて温水取り出し方向
に関して直列であり且つ熱媒体の流れ方向に関して向流
である直列に、又は熱媒体の流れ方向に関して直列であ
り且つ給水及び温水取り出し方向に関して並列に、又は
随時相互の配列に転換できるように連結し、直列又は並
列において運転することを特徴とする給湯方法。
【請求項２】コージェネレーションの給湯設備におい
て、熱交換器を内蔵する複数基の貯湯タンクを配管、操
作弁、及び必要により制御器を用いて温水取り出し方向
に関して直列であり且つ熱媒体の流れ方向に関して向流
である直列に連結してなることを特徴とする給湯設備。
【請求項３】コージェネレーションの給湯設備におい
て、熱交換器を内蔵する複数基の貯湯タンクを配管、操
作弁、及び必要により制御器を用いて熱媒体の流れ方向
に関して直列であり且つ給水及び温水取り出し方向に関
して並列に連結してなることを特徴とする給湯設備。
【請求項４】コージェネレーションの給湯設備におい
て、熱交換器を内蔵する複数基の貯湯タンクを配管、操
作弁、及び必要により制御器を用いて温水取り出し方向
に関して直列であり且つ熱媒体の流れ方向に関して向流
である直列の配列と、熱媒体の流れ方向に関して直列で
あり且つ給水及び温水取り出し方向に関して並列の配列
とに、相互に随時転換できるように連結してなることを
特徴とする給湯設備。
【請求項５】コージェネレーションの給湯設備に用い
る前記複数基の貯湯タンクは、標準直径及び標準槽高を
基本モジュールとする貯湯タンクであることを特徴とす
る請求項２、３又は４記載の給湯設備。
【請求項６】複数基の貯湯タンクを前記相互の配列に
随時転換できるように連結してなるコージェネレーショ
ンの給湯設備において、連結に用いる前記操作弁は三方
弁である請求項４又は５記載の給湯設備。
【請求項７】コージェネレーションの給湯設備におい
て、熱交換器を内蔵する複数基の貯湯タンクの連結が請
求項３又は４記載の並列であり且つ前記熱交換器の伝熱
面積を熱媒体の流れ方向に沿って増加したことを特徴と
する請求項５又は６記載の給湯設備。