JP2002364916A

JP2002364916A - 貯湯槽付き温水供給システム

Info

Publication number: JP2002364916A
Application number: JP2001176839A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Ito; 東健太郎伊; Yoji Yamada; 田洋司山; Kunihiro Nishizaki; 崎邦博西; Masayuki Fujimoto; 本正之藤; Kazuya Yamaguchi; 口和也山; Kenichi Tanogashira; 健一田之頭; Kiwamu Suzuki; 木究鈴
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2002-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】貯湯槽の成層下部冷水の温度を低く保ち、コ
ジェネレーションシステムとしての稼働率を上げ、シス
テム全体を高効率に運転できる貯湯槽付き温水供給シス
テムの提供。【解決手段】発電装置（１）と、貯湯槽（２）と、給
湯設備（３）に設けられた熱交換器（４）と、貯湯槽
（２）と熱交換器（４）或いは発電装置（１）を連通し
且つ内部に温水が循環する循環ライン（Ｌ、Ｌ１、Ｌ
２、Ｌ３）と、前記熱交換器（４）と温水利用設備とを
連通する温水供給ライン（Ｗ、ＷＩ、ＷＯ）とを有し、
前記循環ライン（Ｌ）は、前記熱交換器（４）と前記貯
湯槽（２）を連通する部分（Ｌ３）に温水冷却装置
（６）を介装している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電装置と、貯湯
槽と、給湯設備に設けられた熱交換器と、貯湯槽と熱交
換器或いは発電装置を連通し且つ内部に温水が循環する
循環ラインと、前記熱交換器と温水利用設備とを連通す
る温水供給ラインによって構成された貯湯槽付き温水供
給システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】所謂、コジェネレーションシステムを含
む貯湯槽付き温水供給システムは、図５に示す様に、発
電装置１と、貯湯槽２と、熱交換器４を有する給湯器３
と、貯湯槽２と熱交換器３を連通し且つ管内を貯湯槽循
環水が循環する貯湯槽循環水循環ラインＬ２、Ｌ３と、
貯湯槽２と発電装置１を連通し且つ管内を貯湯槽循環水
が循環する貯湯槽循環水循環ラインＬ１、Ｌ４と、被温
水供給設備（例えば、床暖房設備の暖房配管）５と前記
熱交換器４内を連通・循環させる温水供給ラインＷ、と
で構成されている。

【０００３】前記貯湯槽２として、蓄熱方式の一つであ
る温度成層式貯湯槽を使用する場合がある。温度成層式
貯湯槽は、温水は比重が小さく、冷水は比重が大きなこ
とを利用しており、温水を貯湯槽２内の上部に、冷水を
貯湯槽２下部に貯水して、異なる温度域が混じらないよ
うにしている。したがって、熱源機である発電装置（例
えば駆動力源としてはガスエンジンを使用）１から排出
されたエンジン冷却水である温水は前記貯湯槽２の上部
に貯め、発電装置１に冷却水として戻す冷水は貯湯槽２
の下部から取り出す様に構成されている。

【０００４】一方、前記貯湯槽２から温水を前記給湯器
３の熱交換器４の熱源として取り出す場合は、貯湯槽２
上部から温水を取り出すことにより、貯湯温度の高い温
水を供給できる。また、前記給湯器３の機能として、例
えば、風呂水の追い焚き又は暖房機能を付ける（被温水
供給設備５）場合には、貯湯槽循環水と、風呂水又は暖
房用循環水、とを熱交換して風呂水又は暖房用循環水を
昇温する。そして、前記熱交換器４において熱交換して
温度の下がった貯湯槽循環水は、貯湯槽２の下部に戻す
様に構成されている。

【０００５】しかし、この様な貯湯槽付き温水供給シス
テムでは、前記熱交換器４に戻ってくる。例えば風呂水
の追い焚き用循環水ＷＩの温度は当初は３０℃であり、
熱交換用の熱源である貯湯槽循環水の温度が例えば７０
℃である。しかし、熱交換器４と被温水供給設備（ここ
では風呂の浴槽）５側を循環して、熱交換を繰り返すう
ち、十分に熱交換が進み、貯湯槽循環水の出口温度は、
例えば、風呂が４５℃のときには５０℃程度になる。

【０００６】一方、熱源機であり、発電機のガスエンジ
ンに戻る貯湯槽循環水（ガスエンジンの冷却水）の温度
が上昇するとガスエンジンがオーバーヒートして運転続
行が困難となる。或いは発電装置１として燃料電池を使
用した場合は、貯湯槽循環水の温度が５０℃近くまで上
昇してしまうと、燃料電池は停止してしまうこととな
る。

【０００７】即ち、熱交換器４における貯湯槽循環水の
出口温度が５０℃を越した場合には、安全の為に発電装
置１の回転数が低下したり、場合によっては発電装置１
が停止となる場合もある。発電装置１の回転数の低下や
停止はコジェネレーションシステム稼動時間の低下を意
味し、システム運用上回避しなくてはならぬ問題であ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、貯湯槽の
成層下部冷水の温度を低く保ち、コジェネレーションシ
ステムとしての稼働率を上げ、システム全体を高効率に
運転できる貯湯槽付き温水供給システムの提供を目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の貯湯槽付き温水
供給システムは、発電装置（１）と、貯湯槽（２）と、
給湯設備（３）に設けられた熱交換器（４）と、貯湯槽
（２）と熱交換器（４）或いは発電装置（１）を連通し
且つ内部に温水が循環する循環ライン（Ｌ、Ｌ１、Ｌ
２、Ｌ３）と、前記熱交換器（４）と温水利用設備とを
連通する温水供給ライン（Ｗ、ＷＩ、ＷＯ）とを有し、
前記循環ライン（Ｌ）は、前記熱交換器（４）と前記貯
湯槽（２）を連通する部分（Ｌ３）に温水冷却装置
（６）を介装したことを特徴としている（図１〜図５に
対応）。ここで、前記発電装置（１）として、燃料電池
を用いても良い（請求項２）。

【００１０】また、前記貯湯槽（２）内は加圧されてお
り、浴槽内に湯を張る場合、シャワーの場合、又は食器
の洗浄等は、該貯湯槽から図示しない給湯配管によって
直接供給されるものである。

【００１１】また、前記被温水供給設備（５）に温水を
供給する温水供給ライン（Ｗ、ＷＩ、ＷＯ）としては、
例えば、風呂水の追い焚き用循環回路や、床暖房用の暖
房用循環水循環回路などがある。

【００１２】尚、前記温水冷却装置（６）としては、ラ
ジエータ、及び給水との熱交換器などが挙げられる。ラ
ジエータは、気水熱交換を行う機器全般を意味し、給水
との熱交換器は、水水熱交換を行う機器全般を意味す
る。

【００１３】また、前記温水冷却装置（６）は、前記給
湯器（３）の熱交換器（４）から熱交換を終えて出てく
る貯湯槽循環水の温度が所定の温度を超えた場合にのみ
作動するように構成されるのが好ましい。

【００１４】係る工程を具備する本発明によれば、前記
給湯器（３）の熱交換器（４）から熱交換を終えて出て
くる貯湯槽循環水の温度が温水冷却装置（６）により下
げられるために貯湯槽（２）の成層下部冷水の温度を低
く保つことが出来、発電装置（１）の運転が阻害される
ことが無い。

【００１５】ガスエンジンが常時稼動されることによ
り、コジェネレーションシステムとしての稼働率を上
げ、システム全体を高効率に運転できる。

【００１６】また、貯湯槽に一定温度以下の水を常時戻
すことが出来るので、貯湯槽内の温度差が大きい状態を
維持できる。そのため、貯湯槽内で蓄熱可能な熱量（貯
湯槽内の蓄熱量）を増加することが出来る。

【００１７】ここで、燃料電池は他の発電装置（例え
ば、ガスエンジンやタービン等）とは異なり、発電プロ
セスに水が必要であり、発電により生成した水蒸気を凝
縮することにより必要な水を得ている。そして、水蒸気
の凝縮には、貯湯槽から循環してくる冷却水を用いてい
る。従って、冷却水温度が上昇すると、水蒸気の凝縮に
より得られる水の量が少なくなり、発電に支障をきたす
可能性がある。また、水蒸気を凝縮する過程で発生する
凝縮熱を冷却水が取り込むことにより、熱回収量を増加
し、且つ、熱回収効率を向上せしめているが、冷却水温
度が上昇すれば、熱回収量が減少し、熱回収効率が劣化
してしまう。この様に、燃料電池の場合には、特に冷却
水温度を上昇させないことが肝要であり、本発明におい
て、発電装置として燃料電池を使用した場合、その効果
が大変大きく、顕著である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施形態について説明する。

【００１９】第１実施形態を示す図１において、熱源機
である発電装置１と、貯湯槽２と、熱交換器４を有する
給湯器３、とは全体を符号Ｌで示す貯湯槽循環水循環ラ
インにより接続され、該ラインＬ内部を貯湯槽循環水が
循環するように構成されている。

【００２０】前記貯湯槽循環水循環ラインＬは発電装置
１と貯湯槽２を接続する第１の循環パイプＬ１と、前記
貯湯槽２と給湯器３の熱交換器４を接続する第２の循環
パイプＬ２と、前記熱交換器４と貯湯槽２を接続する第
三の循環パイプＬ３と、前記貯湯槽２と前記発電装置１
を接続する第４の循環パイプＬ４、とにより構成され
る。そして、前記第３の循環パイプＬ３には、前記熱交
換器４で熱交換され、降温された貯湯槽循環水を更に冷
却するための温水冷却装置６が介装されている。

【００２１】ここで、実際の運転に際しては、発電装置
１と貯湯槽２を連通する第１のパイプＬ１及び第４のパ
イプＬ４は、システム稼動時において、殆ど全時間に亘
って温水が流過する。一方、貯湯槽２と熱交換器３とを
連通する第２のパイプＬ２及び第３のパイプＬ３は、風
呂の追焚等の需要がある場合のみ、温水が循環する。

【００２２】一方、前記熱交換器４は被温水供給設備５
側と供給パイプＷＯと戻りパイプＷＩとを有する温水供
給ラインＷによって接続され、熱交換器４で熱交換さ
れ、温められた温水が被温水供給設備５に供給される様
に構成されている。尚、図１中の矢印は水の流れる方向
を示す。

【００２３】次に、システムの作動に関して説明する。
発電装置１のガスエンジンが稼動しており、該ガスエン
ジン内で温まった冷却水である貯湯槽循環水が貯湯槽２
の上部から貯湯槽２内に流れ込み、一旦貯湯槽２に蓄え
られるとともに一部は前記給湯器３の熱交換器４に熱交
換用の熱源として送りこまれる。

【００２４】一方、給湯器３側の熱交換器４には被温水
供給設備（ここでは風呂の浴槽）の追い焚き用の循環水
が戻りパイプＷＩから戻される。熱交換器４に戻された
追い焚き用の循環水は熱交換器４において前述の貯湯槽
２から送りこまれた熱源である貯湯槽循環水により暖め
られ、暖められた追い焚き用の循環水は供給パイプＷＯ
を介して被温水供給設備５である浴槽内に流入する。

【００２５】また、前記熱交換器４で熱交換を終え、降
温した貯湯槽循環水は第３のパイプＬ３に介装した温水
冷却装置６内に流入して更に温度が下げられる。温水冷
却装置６内で十分温度を下げた貯湯槽循環水は貯湯槽２
の下部の図示しない流入口から貯湯槽２内に流入し、一
旦貯湯槽２内の下部に貯められる。

【００２６】そして、前記貯湯槽２の下部の図示しない
排出口からは十分に冷却された貯湯槽循環水が発電装置
１を稼動するガスエンジンに冷却水として戻される。

【００２７】係る構成を具備する第１実施形態によれ
ば、水貯湯槽２の成層下部冷水は温水冷却装置６によっ
て十分に冷却される。したがって、貯湯槽２の成層下部
に一旦貯められた循環水も十分に冷却させたもので、こ
の十分に冷却された貯湯槽循環水を発電装置１を稼動す
るガスエンジンの冷却水として用いることが出来るた
め、発電装置１は安定した稼動が可能となる。

【００２８】次に、本発明の第２実施形態を、図２〜図
４に基づいて説明する。

【００２９】図２は、図１に示す第１実施形態に対し
て、第三の循環パイプＬ３から貯湯槽２に流入する貯湯
槽循環水の温度を所定値範囲内に保つ様に前記温水冷却
装置６での冷却を制御出来るようにしたもので、制御機
構が付帯されたことを除けば、図１に同様である。第１
実施形態と異なる部分について説明する。

【００３０】前記温水冷却装置６の冷却水供給ライン７
の上流側には流量制御弁８が介装されている。また、前
記貯湯槽循環水循環ラインＬの構成である第三の循環パ
イプＬ３の前記温水冷却装置６からの出口６ａには循環
水の温度を検出する温度センサＴが介装されている。該
温度センサＴからの情報は入力信号ラインＳＩを介して
制御手段であるコントローラ９に送られる。

【００３１】図３に示す様に、コントローラ９は前記入
力信号ラインＳＩに接続されるインターフェース９１
と、開度制御マップを記憶したデータベース９２と、流
量制御弁８の開度を判定するための開度判定手段９３
と、該開度判定手段９３により判定された結果によって
制御信号を発信する制御信号の出力手段９４と、出力信
号ラインＳＯに接続するインターフェース９５、とから
構成されている。そして、前記出力信号ラインＳＯは前
記流量制御弁８に接続されている。

【００３２】次に、温水冷却装置６の冷却制御に関して
図４に基づき、図２および図３をも参照して説明する。

【００３３】図４のステップＳ１において、貯湯槽循環
水循環ラインＬの構成である第三の循環パイプＬ３にお
ける前記温水冷却装置６の出口６ａでの循環水の温度を
温度センサＴによって検出し、コントローラ９は検出し
た温度情報を入力信号ラインＳＩを介して読込む。

【００３４】次のステップＳ２ではコントローラ９はデ
ータベース９２の図示しない温度制御マップを読込み、
次のステップＳ３に進む。

【００３５】ステップＳ３において、前記コントローラ
９の弁開度判定手段９３は、前記温度情報及びデータベ
ース９２の温度制御マップにより制御弁８の開度を決定
し、ステップＳ４に進む。

【００３６】ステップＳ４では、前記コントローラ９は
制御信号出力手段９４によりインターフェース９５及び
前記出力信号ラインＳＯを介して流量制御弁８に開度指
令信号を送り、該指令信号を受けた前記流量制御弁８
は、決定された開度（コントローラ９により指令された
開度）に（当該流量制御弁８を）開く。

【００３７】次のステップＳ５では、前記温度センサＴ
により再度ステップＳ１同様に循環水の温度を検出し、
次のステップＳ６に進む。

【００３８】ステップＳ６では、コントローラ９は、貯
湯槽循環水の温度が設定した温度か否かを判断する。貯
湯槽循環水の温度が設定した温度であれば（ステップＳ
６においてＹＥＳ）、制御を終了する。

【００３９】貯湯槽循環水の温度が設定した温度でない
場合は（ステップＳ６においてＮＯ）、ステップＳ４に
戻り、例えば、設定温度よりも５℃以上高い温度であれ
ば前記流量制御弁８を全閉し、５℃以上温度が低い場合
には現在の開度に対して、或る割合で開度を増やす方向
に作動させる。そしてステップＳ５以降を繰り返す。

【００４０】係る構成を具備する第２実施形態によれ
ば、貯湯槽２の成層下部に流入する貯湯槽循環水の温度
が一定範囲内に保たれて、発電装置１のガスエンジンの
稼動を阻害されることが無いので、全体として効率の良
いコジェネレーションシステムの運転が可能となる。

【００４１】図示の実施形態及び温度特性はあくまでも
例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述
ではない旨を付記する。

【００４２】

【発明の効果】以下に本発明の効果を列挙する。（１）貯湯槽の成層下部冷水は温水冷却装置によって
十分に冷却され、貯湯槽に一旦貯められた循環水も十分
に冷却されており、この十分に冷却された貯湯槽循環水
を発電装置の冷却水として用いることが出来る。（２）発電装置の安定した稼動が可能となり、稼働時
間が増加する。（３）貯湯槽内蓄熱量を増加することが出来る。（４）発電装置が燃料電池である場合には、発電の支
障を未然に防止すると共に、熱回収量及び熱回収効率の
劣化を防止することが出来るので、その効果が顕著であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の構成を示すブロック
図。

【図２】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック
図。

【図３】本発明の第２実施形態における制御部の構成を
示すブロック図。

【図４】本発明の第２実施形態における制御の流れを示
す制御フローチャート。

【図５】従来技術の貯湯槽付き温水供給システムの構成
を示すブロック図。

【符号の説明】

１・・・発電装置２・・・貯湯槽３・・・給湯器４・・・熱交換器５・・・被温水供給設備６・・・温水冷却装置７・・・冷却水供給ライン８・・・流量制御弁９・・・コントローラＬ・・・貯湯槽循環水循環ラインＬ１・・・第１の循環パイプＷ・・・温水供給ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） (72)発明者西崎邦博東京都港区海岸一丁目５番20号東京瓦斯株式会社内 (72)発明者藤本正之東京都港区海岸一丁目５番20号東京瓦斯株式会社内 (72)発明者山口和也東京都港区海岸一丁目５番20号東京瓦斯株式会社内 (72)発明者田之頭健一東京都港区海岸一丁目５番20号東京瓦斯株式会社内 (72)発明者鈴木究東京都港区海岸一丁目５番20号東京瓦斯株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電装置と、貯湯槽と、給湯設備に設け
られた熱交換器と、貯湯槽と熱交換器或いは発電装置を
連通し且つ内部に温水が循環する循環ラインと、前記熱
交換器と温水利用設備とを連通する温水供給ラインとを
有し、前記循環ラインは、前記熱交換器と前記貯湯槽を
連通する部分に温水冷却装置を介装したことを特徴とす
る貯湯槽付き温水供給システム。
【請求項２】前記発電装置は燃料電池である請求項１
の貯湯槽付き温水供給システム。