JP2004245451A

JP2004245451A - 貯湯式給湯システム

Info

Publication number: JP2004245451A
Application number: JP2003033729A
Authority: JP
Inventors: Keiji Takimoto; 桂嗣滝本; Shin Iwata; 伸岩田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】比較的簡単な構成でもって、貯湯タンクの温水としての蓄熱量を正確に演算することができる貯湯式給湯システムを提供すること。
【解決手段】温水を成層状態で貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンク内に配設されたサーミスタ３６〜４２と、貯湯タンク内の温水による蓄熱量を演算するための蓄熱量演算手段６６と、を具備する貯湯式給湯システム。蓄熱量演算手段６６は、温水の成層境界部がサーミスタ３６〜４２のいずれかを通過すると、貯湯タンク内に蓄えられた温水量とサーミスタの検知温度を利用して、貯湯タンク内の温水による蓄熱量を演算する。また、現蓄熱量演算手段７２は、蓄熱量演算手段６６による蓄熱量、入熱量演算手段６８による入熱量及び出漁演算手段７０による出熱量を用いて貯湯タンクの現蓄熱量を演算する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱を温水として貯える貯湯タンクを備えた貯湯式給湯システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
家庭用コージェネレーションシステムなどに適用される貯湯式給湯システムは、熱源機としての熱電併給装置（例えば、内燃機関と発電機との組合せ）と、熱電併給装置からの排熱を温水として貯える貯湯タンクと、この熱電併給装置を運転制御するための制御手段とを備えている。このような給湯システムにおいては、貯湯タンク内の温水を検知する温度センサ（例えば、サーミスタ）が間隔をおいて数個（例えば４〜５個）設けられ、これら温度センサの検知温度を用いて貯湯タンク内の温水に蓄熱された熱量が演算される。即ち、温度センサの検知温度、貯湯タンクの入水温度差、及び隣接する温度センサ間の部分のタンク保有水量に基づいて、貯湯タンクの温水としての蓄熱量が演算される（例えば、特許文献１参照）。貯湯タンクに蓄熱された熱量を演算することによって、今後必要とされる熱負荷（例えば、浴槽の湯張りなど）に対してどの程度まかなうことができるかが判断でき、温水の不足、放熱ロスなどを少なくし、熱電併給装置の効率的な運転制御が可能となる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２４８９０７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような貯湯式給湯システムでは、貯湯タンク内の温水は成層状態で貯湯され、成層境界部よりも上側は温水となり、貯湯温度（例えば６０℃程度）に保たれ、この成層境界部よりも下側は水となり、入水温度（例えば５℃程度）に保たれる。このように温水が成層状態で貯湯される場合、成層境界部の位置を検知することによって、貯湯タンクの蓄熱量をほぼ正確に演算することができる。
【０００５】
しかし、従来の給湯システムでは、数個の温度センサが配設されているのみであり、それ故に、隣接する温度センサ間に温水の成層境界部が位置していると、温度状態を正確に検知することができない。このような状態では、貯湯タンクの蓄熱量が不正確になり、熱電併給装置からの必要熱量を把握することができず、熱電併給装置の運転制御を効率的に行うことができなくなる。
【０００６】
本発明の目的は、比較的簡単な構成でもって、貯湯タンクの温水としての蓄熱量を正確に演算することができる貯湯式給湯システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の貯湯式給湯システムは、温水を成層状態で貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内に配設された温度検知手段と、前記貯湯タンク内の温水による蓄熱量を演算するための蓄熱量演算手段と、を備え、
前記蓄熱量演算手段は、温水の成層境界部が前記温度検知手段を通過すると、前記貯湯タンク内に蓄えられた温水量と前記温度検知手段の検知温度を利用して、前記貯湯タンク内の温水による蓄熱量を演算することを特徴とする。
【０００８】
この貯湯式給湯システムにおいては、貯湯タンク内の温水の成層境界部が温度検知手段を通過すると、その時点で蓄熱量演算手段は貯湯タンク内の蓄熱量を演算する。成層境界部が温度検知手段を通過した時点においては、この成層境界部の位置、換言すると貯湯タンク内の温水量を正確に知ることができ、この温水量、温度検知手段の検知温度を利用して貯湯タンクの蓄熱量を正確に演算することができる。尚、温水としての蓄熱量は、例えば、貯湯タンク内の温水量と、温水と水（貯湯タンクに入水される水）との温度差とに基づいて算出することができる。温度検知手段は、例えば、サーミスタから構成され、１又は２個以上のサーミスタが貯湯タンク内に配設される。
【０００９】
本発明の請求項２記載の貯湯式給湯システムでは、熱を発生する熱源機と、熱を消費する熱負荷手段と、前記熱源機から前記貯湯タンクに温水として入熱される入熱量を演算する入熱量演算手段と、前記貯湯タンク内の温水から出熱される出熱量を演算する出熱量演算手段と、現時点の前記貯湯タンクの蓄熱量を演算する現蓄熱量演算手段とを更に具備し、
前記温度検知手段が温水の成層境界部を検知すると、前記蓄熱量演算手段は前記貯湯タンク内に蓄えられた温水量と前記温度検知手段の検知温度を利用して、前記貯湯タンク内の温水による蓄熱量を演算し、前記現蓄熱量演算手段は、前記蓄熱量演算手段による演算蓄熱量、前記入熱量演算手段による演算入熱量及び前記出熱量演算手段による演算出熱量に基づいて前記貯湯タンクの現時点の現蓄熱量を演算することを特徴とする。
【００１０】
この貯湯式給湯システムにおいては、蓄熱量演算手段に加えて、入熱量演算手段、出熱量演算手段及び現蓄熱量演算手段が設けられている。蓄熱量演算手段は、温水の成層境界部が温度検知手段を通過した時点で貯湯タンクに貯えられた蓄熱量を演算し、その後、この蓄熱量を基準にして貯湯タンクの現蓄熱量が演算される。入熱量演算手段は熱源機から貯湯タンクに入熱される入熱量を演算し、出熱量演算手段は貯湯タンクから出熱される出熱量を演算し、現蓄熱量演算手段は、蓄熱量演算手段による蓄熱量、入熱量演算手段による入熱量及び出熱量演算手段による出熱量に基づいて現蓄熱量を演算し、このように演算することによって、温水の成層境界部位置を常時正確に検知しなくても貯湯タンクの現蓄熱量をほぼ正確に知ることができる。熱源機とは、家庭用コージェネレーションシステムにおける熱電併給装置（エンジンと発電機との組合せ、燃料電池など）、太陽熱利用温水発生器などであり、また貯湯タンクからの出熱とは、カランからの出湯などがある。
【００１１】
また、本発明の請求項３記載の貯湯式給湯システムでは、現蓄熱量をクリアする熱量値クリア手段を更に備え、前記温度検知手段が温水の成層境界部を検知する毎に、前記熱量値クリア手段は前記現蓄熱量演算手段による現蓄熱量をクリアし、前記蓄熱量演算手段は前記貯湯タンク内に蓄えられた温水量と前記温度検知手段の検知温度を利用して、前記貯湯タンク内の温水による蓄熱量を再演算することを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、温水の成層境界部が温度検知手段を通過する毎に、熱量値クリア手段が現蓄熱量をクリアし、蓄熱量演算手段が貯湯タンクの蓄熱量の演算を行い、このようにすることによって、温水の成層境界部が通過する毎に蓄熱量の修正が行われ、貯湯タンクの温水としての現蓄熱量を正確に知ることができる。
【００１３】
また、本発明の請求項４記載の貯湯式給湯システムでは、前記熱源機は熱電併給装置であり、前記熱電併給装置の排熱が温水として前記貯湯タンクに蓄熱されることを特徴とする。
【００１４】
この貯湯式給湯システムによれば、熱源機が熱電併給装置であり、熱電併給装置からの排熱が温水として貯湯タンクに蓄えられる。熱電併給装置の排熱利用に提供される貯湯式給湯システムにおいて、貯湯タンクの蓄熱量を上述したようにして演算することによって、比較的簡単に且つ正確に知ることができ、これによって、熱電併給装置の効率的な運転制御が可能となる。
【００１５】
また、本発明の請求項５記載の貯湯式給湯システムでは、前記温度検知手段が前記貯湯タンク内に上下方向に間隔をおいて複数個配設されていることを特徴とする。
【００１６】
この貯湯式給湯システムにおいては、温度検知手段が貯湯タンク内に上下方向に間隔をおいて複数個設けられるので、出湯などによって温水量がある程度変動すると、温水の成層境界部が温度検知手段のいずれかを通過するようになり、これによって、貯湯タンクの蓄熱量の修正が適度の頻度でもって行われ、貯湯タンクの蓄熱量を正確に知ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う貯湯式給湯システムの実施形態について説明する。
第１の実施形態
図１〜図５を参照して、本発明に従う貯湯式給湯システムの第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態の貯湯式給湯システムを適用したコージェネレーションシステムの一例を簡略的に示す図であり、図２は、図１の給湯システムの貯湯タンク及びこれに関連する構成を簡略的に示す図であり、図３は、図２の貯湯タンク内の水（温水）の温度分布状態を説明するための図であり、図４は、図１の給湯システムの制御系を簡略的に示すブロック図であり、図５は、図４の制御系による現蓄熱量の演算の流れを示すフローチャートである。
【００１８】
図１において、図示の貯湯式給湯システムは、コージェネレーションシステムに適用されており、電力と熱とを発生する熱電併給装置２（熱を発生する熱源機を構成する）と、熱電併給装置２にて発生した熱を回収して温水として貯える貯湯タンク４とを備えている。この形態では、熱電併給装置２は、内燃機関６（例えばガスエンジン、ディーゼルエンジンから構成される）及び内燃機関６により駆動される発電装置８の組合せから構成され、内燃機関６にて発生する排熱が後述する如くして貯湯タンク４に貯えられる。尚、熱源機としての熱電併給装置は、例えば外燃機関と発電装置との組合せ、燃料電池などから構成するようにしてもよい。
【００１９】
発電装置８の出力側には系統連係用のインバータ１０が設けられ、このインバータ１０は発電装置８の出力電力を商業系統１２から供給される電力と同じ電圧及び周波数にする。商用系統１２は電力供給ライン１４を介して各家庭の電力負荷１６（例えば、テレビ、冷蔵庫、洗濯機、照明装置など）に接続され、インバータ１０はコージェネ用供給ライン１８を介して電力供給ライン１４に電気的に接続され、発電装置８からの発電電力がインバータ１０及びコージェネ用供給ライン１８を介して電力負荷１６に供給される。
【００２０】
貯湯タンク４には温水を循環する温水循環流路２０が設けられ、その一端側が貯湯タンク４の底部に接続され、その他端側が貯湯タンク４の上端部に接続されている。この温水循環流路２０には、熱交換器２１及び温水循環ポンプ２２が配設されている。従って、温水循環ポンプ２２が作動すると、貯湯タンク４の底部の温水が温水循環流路２０を通して流れ、熱交換器２１にて後述する如く熱交換された後その上端部に流れ、このようにして貯湯タンク４内の水が加熱され温水となる。
【００２１】
この貯湯タンク４の底部には、更に、水（例えば水道水）を供給するための給水流路２６が接続され、その上端部には、温水を出湯するための温水出湯流路２８が接続され、この温水出湯流路２８には１又は２個以上のカラン（図示せず）が接続される。従って、カランを開栓すると、貯湯タンク４内の温水が温水出湯流路２８を通して給湯される。
【００２２】
熱電併給装置２は、更に、内燃機関６の冷却水を循環する冷却水循環流路３０を含み、この冷却水循環流路３０が、温水循環流路２０に配設された熱交換器２１に接続されている。従って、熱交換器２１において、冷却水循環流路３０を流れる冷却水と温水循環流路２０を流れる水（温水）との間で熱交換が行われ、温水循環流路２０を流れる水（温水）が加熱され、このようにして熱電併給装置２の排熱が温水として貯湯タンク４に蓄熱される。尚、冷却水循環流路３０には、冷却水を循環するための冷却水循環ポンプ３２が配設される。
【００２３】
図２及び図３をも参照して、貯湯タンク４には、温水として貯えられる蓄熱量を計測するための蓄熱検知用手段３４が設けられている。図示の蓄熱検知用手段３４は４個のサーミスタ、即ち第１〜第４サーミスタ３６，３８，４０，４２（温度検知手段を構成する）から構成され、第１〜第４サーミスタ３６，３８，４０，４２が貯湯タンク４内に上下方向に所定間隔をおいて配設されている。第１〜第４サーミスタ３６は貯湯タンク４の底部から上側にこの順序で配置され、その底部に第１サーミスタ３６（図３においてＳＴ１と付す）が、この底部から約１／３の個所に第２サーミスタ３８（図３においてＳＴ２と付す）が、この底部から約２／３の個所に第３サーミスタ４０（図３においてＳＴ３と付す）が、またその上端部に第４サーミスタ４２（図３においてＳＴ４と付す）がそれぞれ設けられる（図２参照）。
【００２４】
このような貯湯式給湯システムでは、貯湯タンク４内の温水は成層状態で貯えられ、それ故に、温水の成層境界部４４より下側は水であり、この成層境界部４４より上側が温水となり、貯湯タンク４内の温水が増加（又は減少）すると、温水の成層境界部４４は下方（又は上方）に移動する。例えば、この成層境界部４４が第３サーミスタ４０の配設位置に位置していると、このときの貯湯タンク４内の水（温水）の温度分布は図３に示すようになり、成層境界部４４において水（温水）の温度が急激に変化する。尚、図３では、温水が６０℃の状態で貯湯され、水が５℃の状態のときの温度分布を示している。
【００２５】
この貯湯給湯システムでは、更に、貯湯タンク４への入熱量を計測するための入熱検知用手段４６と、貯湯タンク４からの出熱量を計測するための出熱検知用手段４８とが設けられている。図示の入熱検知用手段４６は第１温度センサ５０、第２温度センサ５２及び第１流量センサ５４から構成されている。第１温度センサ５０は、温水循環流路２０における熱交換器２１の配設部位より上流側に配設され、貯湯タンク４の底部から循環される水の温度（熱交換器２１の流入側温度）を検知する。第２温度センサ５２は、温水循環流路２０における熱交換器２１の配設部位より下流側に配設され、熱交換器２１にて熱交換されて加熱された温水の温度（熱交換器２１の流出側温度）を検知する。また、第１流量センサ５４は温水循環流路２０を流れる温水の流量を検知する。
【００２６】
また、図示の出熱検知用手段４８は、第３温度センサ５６、第４温度センサ５８及び第２流量センサ６０から構成されている。第３度センサ５６は、温水出湯流路２８に配設され、貯湯タンク４から温水出湯流路２８を通して出湯される温水の温度を検知する。第４温度センサ５８は、給水流路２６に配設され、貯湯タンク４に給水される水（水道水）の温度を検知し、第３温度センサ５６及び第４温度センサ５８の温度差を利用して入水温度差を計測する。また、第２流量センサ６０は温水出湯流路２８を流れる温水の流量を検知する。
【００２７】
図４を参照して、この給湯システムは、例えばマイクロプロセッサから構成される制御手段６２によって作動制御されるとともに、貯湯タンク４の蓄熱量及び現蓄熱量が演算される。図示の制御手段６２は、作動制御手段６４、蓄熱量演算手段６６、入熱量演算手段６８、出熱量演算手段７０、現蓄熱量演算手段７２及び熱量値クリア手段７４を含んでいる。作動制御手段６４は給湯システムの各種構成要素、例えば熱電併給装置２、インバータ１０、温水循環ポンプ２２、冷却水循環ポンプ３２などを作動制御する。蓄熱量演算手段６６は、蓄熱検知用手段３４からの検知信号及び第４温度センサ５８の検知信号を用いて貯湯タンク４の蓄熱量を演算し、この貯湯タンク４の蓄熱量Ｔ１は、Ｔ１＝（温水量）×（入水温度差）となる。図２に示すように、例えば第３サーミスタ４０が温水の成層境界部４４を検知すると、この時点における貯湯タンク４の蓄熱量Ｔ１は、貯湯タンク４の貯湯温水量（第３サーミスタ４０より上側の空間の容積）と入水温度差（第４サーミスタ４２の検知温度と第４温度センサ５８の検知温度との差）との積となり、蓄熱量Ｔ１を演算して正確に計測することができる。
【００２８】
また、入熱量演算手段６８は、入熱検知用手段４６からの検知信号を用いて貯湯タンク４への入熱量を演算し、この入熱量Ｔ２は、Ｔ２＝（温水量）×（水の上昇温度）、即ち温水循環流路２０を流れる温水流量（第１流量センサ５４の検知流量）と上昇温度（第２温度センサ５２の検知温度と第１温度センサ５０の検知温度との差）との積となり、入熱量Ｔ２を演算して正確に計測することができる。
【００２９】
また、出熱量演算手段７０は、出熱検知用手段４８からの検知信号を用いて貯湯タンク４からの出熱量を演算し、この出熱量Ｔ３は、Ｔ３＝（温水量）×（入水温度差）、即ち温水出湯流路２８を流れる温水流量（第２流量センサ６０の検知流量）と入水温度差（第３温度センサ５６検知温度と第４温度センサ５８の検知温度との差）との積となり、出熱量Ｔ３を演算して正確に計測することができる。
【００３０】
更に、現蓄熱量演算手段７２は、現時点における貯湯タンク４の蓄熱量を演算し、この現蓄熱量Ｔ４は、Ｔ４＝（蓄熱量Ｔ１）＋（入熱量Ｔ２）−（出熱量Ｔ３）となり、蓄熱量演算手段６６、入熱量演算手段６８及び出熱量演算手段７０の演算値を用いて算出することができる。尚、現蓄熱量Ｔ４が演算されると、その後は、前の現蓄熱量Ｔ４、入熱量Ｔ２及び出熱量Ｔ３を用いて現蓄熱量Ｔ４が演算される。また、熱量値クリア手段７４は、現蓄熱量演算手段７２が演算した熱量値をクリアする。
【００３１】
制御手段６２は、更に、第１メモリ７６、第２メモリ７８及び計時手段８０を含んでいる。第１メモリ７６には、熱電併給装置２などを運転制御するための運転スケジュールなどが記憶され、第２メモリ７８には各種演算値（蓄熱量Ｔ１、入熱量Ｔ２、出熱量Ｔ３、現蓄熱量Ｔ４）などが記憶される。また、計時手段５２は、熱電併給装置２などを運転制御するために用いる時刻を計時する。
【００３２】
次に、主として図４及び図５を参照して、上述した給湯システムにおける現蓄熱量の演算の流れを説明する。この給湯システムにおいては、貯湯タンク４内の温水の成層境界部４４が蓄熱検知用手段３４を通過する、換言すると、第１〜第４サーミスタ３６〜４２のいずれかを通過すると、ステップＳ１からステップＳ２に進み、この通過した時点における貯湯タンク４の蓄熱量の演算が行われる。即ち、蓄熱量演算手段６６が、上述したように、蓄熱検知用手段３４からの検知信号及び第４温度センサ５８の検知信号を用いて蓄熱量Ｔ１を演算し、この蓄熱量Ｔ１が第２メモリ７８に記憶される。
【００３３】
その後、所定測定時間、例えば１分経過すると、ステップＳ３からステップＳ４に進み、所定測定時間における貯湯タンク４への入熱量の演算が行われる。即ち、入熱量演算手段６８は、上述したように、入熱検知用手段４６からの検知信号を用いて貯湯タンク４への入熱量Ｔ２を演算し、この入熱量Ｔ２が第２メモリ７８に記憶される。また、所定測定時間における貯湯タンク４からの出熱量の演算が行われる（ステップＳ５）。即ち、出熱量演算手段７０は、上述したように、出熱検知用手段４８からの検知信号を用いて貯湯タンク４からの出熱量Ｔ３を演算し、この出熱量Ｔ３が第２メモリ７８に記憶される。そして、この所定測定時間経過した現時点における貯湯タンク４の現蓄熱量が演算される。（ステップＳ６）即ち、現蓄熱量演算手段７２は、上述したように、第２メモリ７８に記憶された蓄熱量Ｔ１、入熱量Ｔ２及び出熱量Ｔ３を用いて現蓄熱量Ｔ４を演算し、この現蓄熱量Ｔ４が第２メモリ７８に記憶される。
【００３４】
温水の成層境界部４４が再び蓄熱検知用手段３４を通過するまでは、ステップＳ７からステップＳ３に戻り、上述したステップＳ３からステップＳ７が繰り返し遂行され、所定測定時間毎に現蓄熱量演算手段７２により現蓄熱量Ｔ４が演算される。この演算は、前の現蓄熱量Ｔ４と、次の所定測定時間における入熱量Ｔ２及び出熱量Ｔ３とを用いて行われ、このように演算することによって、刻々と変動する貯湯タンク４の現蓄熱量を演算して正確に測定することができる。
【００３５】
蓄熱又は出熱によって温水の成層境界部４４が変動して蓄熱検知用手段３４を再度通過すると、ステップＳ７からステップＳ８に進み、熱量値クリア手段７４が現蓄熱量値をクリアし、貯湯タンク４の蓄熱量の再演算が上述したように行われ（ステップＳ９）、その後ステップＳ３以降が上述したように遂行される。このように現蓄熱量値がクリアされて蓄熱量が再演算されるので、温水の成層境界部４４が蓄熱検知用手段３４、即ち第１〜第４サーミスタ３６〜４２のいずれかを通過する毎に、現蓄熱量が修正され、これによって、貯湯タンク４の蓄熱量を正確に測定することが可能となる。
【００３６】
上述した実施形態では、温水の成層境界部４４が第１〜第４サーミスタ３６〜４２のいずれかを通過する毎に現蓄熱量をクリアして再演算するようにしているが、このような構成に限定されず、例えば、中間に配設された第２及び第３サーミスタ３８，４０のいずれかを通過する毎に現蓄熱量をクリアして再演算するようにしてもよい。
【００３７】
図６は、熱電併給装置の排熱回収機構に修正が施されている。図６において、この変形例では、熱交換器２１Ａが貯湯タンク４Ａ内に配設され、熱電併給装置２の内燃機関６の冷却水循環流路３０Ａがこの熱交換器２１Ａに接続され、冷却水循環流路３０Ａを流れる冷却水との熱交換によって、貯湯タンク４Ａ内の水（温水）が直接的に加熱されるように構成されている。
【００３８】
このような構成の貯湯システムにおいては、入熱検知用手段４６Ａの各種センサは、次のように設けられる。第１温度センサ５０Ａは、冷却水循環流路３０Ａにおける熱交換器２１Ａの配設部位より上流側に配設され、内燃機関６から熱交換器２１Ａに流れる冷却水の温度（熱交換器２１Ａの流入側温度）を検知する。第２温度センサ５２Ａは、冷却水循環流路３０Ａにおける熱交換器２１Ａの配設部位より下流側に配設され、熱交換器２１Ａにて熱交換されて冷却された冷却水の温度（熱交換器２１Ａの流出側温度）を検知する。また、第１流量センサ５４Ａは冷却水循環流路３０Ａを流れる冷却水の流量を検知する。
【００３９】
上述した入熱検知用手段４６Ａを用いた場合、入熱量演算手段６８は、第１及び第２温度センサ５０Ａ，５２Ａの検知温度並びに第１流量センサ５４Ａの検知流量を用いて貯湯タンク４Ａへの入熱量を演算し、この入熱量Ｔ２は、Ｔ２＝（温水量）×（冷却水の下降温度）、即ち冷却水循環流路３０Ａを流れる冷却水流量（第１流量センサ５４Ａの検知流量）と下降温度（第１温度センサ５０Ａの検知温度と第２温度センサ５２Ａの検知温度との差）との積となり、このように演算しても、入熱量Ｔ２を演算して正確に計測することができる。この変形形態のその他の構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一でよく、第１の実施形態と同様に、貯湯タンク４Ａの現蓄熱量を演算により正確に計測することができる。
【００４０】
第２の実施形態
図７〜図９を参照して、本発明に従う貯湯式給湯システムの第２の実施形態について説明する。図７は、第２の実施形態の貯湯式給湯システムを適用したコージェネレーションシステムの他の例を簡略的に示す図であり、図８は、図７の給湯システムの制御系を簡略的に示すブロック図であり、図９は、図８の制御系による現蓄熱量の演算の流れを示すフローチャートである。この第２の実施形態では、熱負荷として給湯熱負荷に加えて暖房熱負荷が作用する。尚、第２の実施形態において、第１の実施形態と実質上同一のものには同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
図７及び図８において、この第２の実施形態では、貯湯タンク４に関連して暖房循環流路９２が設けられ、この暖房循環流路９２の一端側が温水循環流路２４の上流側部（熱交換器２１より上流側の部位）に接続され、その他端側が温水循環流路２０の下流側部（熱交換器２１より下流側の部位）に接続されている。この暖房循環流路９２には暖房用熱交換器９４が配設され、暖房熱負荷としての床暖房装置９６の床暖房用循環流路９８が暖房用熱交換器９４に接続されている。また、温水循環流路２０の上流端部（具体的には、暖房循環流路９２との接続部と貯湯タンク４との間の部位）には第１開閉弁１００が配設され、暖房循環流路９２に第２開閉弁１０２が配設されている。
【００４２】
このような給湯システムでは、第１開閉弁１００が開状態になる（このとき、第２開閉弁１０２は閉状態に保持される）とともに、温水循環ポンプ２２が作動すると、貯湯タンク４の底部からの水（温水）が温水循環流路２０を通して流れ、熱交換器２１にて冷却水との間で熱交換されて加熱され、かく加熱された温水が貯湯タンク４の上部に流入し、このようにして熱電併給装置２の排熱が温水として蓄熱される。また、第２開閉弁１０２が開状態になる（このとき、第１開閉弁１００は閉状態に保持される）とともに、温水循環ポンプ２２が作動すると、貯湯タンク４内の水（温水）が温水循環流路２０及び暖房循環流路９２を通して循環され、かく循環される間に、熱交換器２１にて熱電併給装置２からの冷却水と温水循環流路２０を流れる温水との間で熱交換が行われて温水が加熱され、また暖房用熱交換器９４にて暖房循環流路９２を流れる温水と床暖房用循環流路９８を流れる温水との間で熱交換が行われて床暖房用循環流路９８の温水が加熱され、貯湯タンク４に蓄熱された熱及び貯湯タンク４に入熱される熱が床暖房装置９６に出熱して消費される。
【００４３】
暖房用熱負荷（床暖房装置９６）が設けられていることに関連して、制御手段３４Ａの出熱量演算手段７０Ａは、給湯熱負荷による出熱量を演算するための出湯熱量演算手段１０３と、暖房熱負荷による出熱量を演算するための暖房熱量演算手段１０４を含んでいる。また、床暖房装置９６の運転制御するためのリモコン１０６が設けられ、このリモコン１０６によって、床暖房装置９６の運転、運転停止、運転時間、暖房設定温度などが設定され、暖房熱量演算手段１０４は、単位時間当たりの出熱量を基準にして、床暖房装置９６の運転時間との関連で出熱量を演算する。第２の実施形態のその他の構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一である。
【００４４】
主として図８及び図９を参照してこの給湯システムにおける現蓄熱量の演算の流れを説明する。貯湯タンク４内の温水の成層境界部が蓄熱検知用手段３４を通過すると、蓄熱量演算手段６６によって貯湯タンク４の蓄熱量が演算され（ステップＳ１２）、その後、所定測定時間経過する毎に、入熱量演算手段６８によって貯湯タンク４への入熱量が演算され（ステップＳ１４）、出湯熱量演算手段１０３によって給湯による出熱量が演算され（ステップＳ１５）、また暖房熱量演算手段１０４によって床暖房による出熱量が演算され（ステップＳ１６）。そして、現蓄熱量演算手段７２Ａは、蓄熱量演算手段６６の蓄熱量（又は現蓄熱量演算手段７２Ａによる前の現蓄熱量）、入熱量演算手段６８の入熱量、出湯熱量演算手段１０３の出熱量、暖房熱量演算手段１０４の出熱量に基づいて貯湯タンク４の現蓄熱量を演算し、この現蓄熱量Ｔ４は、Ｔ４＝（蓄熱量演算手段６６の蓄熱量Ｔ１）＋（入熱量演算手段６８の入熱量Ｔ２）−（出湯熱量演算手段１０３の出熱量）−（暖房熱量演算手段１０４の出熱量）となる。これらステップＳ１１からステップＳ１８の流れは、第１の実施形態におけるステップＳ１からステップＳ７の流れと基本的に同一であり、このようにして給湯による熱負荷及び床暖房による熱負荷を考慮して、貯湯タンク４の現蓄熱量が所定測定時間毎に演算される。
【００４５】
その後、温水の成層境界部４４が変動して蓄熱検知用手段３４を再度通過すると、第１の実施形態と同様に、熱量値クリア手段７４が現蓄熱量値をクリアし（ステップＳ１９）、貯湯タンク４の蓄熱量の再演算が上述したように行われ（ステップＳ２０）、その後ステップＳ１３以降が上述したように遂行される。このように現蓄熱量値が再演算されるので、温水の成層境界部４４が蓄熱検知用手段３４を通過する毎に、現蓄熱量が修正され、第１の実施形態と同様に、貯湯タンク４の蓄熱量を正確に測定することが可能となる。
【００４６】
以上、本発明に従う貯湯式給湯システムの実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００４７】
例えば、図示の実施形態では、貯湯タンク４への入熱量を熱交換器２１の流入側と流出側の温度差とそこを流れる流量とに基づいて算出しているが、このような構成に代えて、熱電併給装置２（内燃機関６）の単位時間当たりの運転による入熱量を基準にして、熱電併給装置２の運転時間との関連で入熱量を推定演算するようにしてもよい。
【００４８】
また、例えば、上述した実施形態では、床暖房装置６による出熱量を単位時間当たりの運転による出熱量を基準に運転時間との関連で推定演算しているが、このような構成に代えて、暖房用熱交換器９４の流入側と流出側の温度差とそこを流れる流量とに基づいて算出するようにしてもよい。
【００４９】
また、例えば、上述した実施形態では、貯湯タンク４，４Ａ内に温度検知手段を４個設けているが、１個以上設けることによって、上述した蓄熱量、現蓄熱量の計測が可能となる。
【００５０】
また、例えば、第２の実施形態では、暖房用熱負荷として床暖房装置９６を用いているが、これに代えて、又はこれに加えて浴室暖房乾燥機などを適用するようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の貯湯式給湯システムによれば、貯湯タンク内の温水の成層境界部が温度検知手段を通過すると、その時点で蓄熱量演算手段は貯湯タンク内の蓄熱量を演算するので、成層境界部が温度検知手段を通過した時点における貯湯タンクの蓄熱量を正確に演算することができる。
【００５２】
また、本発明の請求項２記載の貯湯式給湯システムによれば、蓄熱量演算手段に加えて、入熱量演算手段、出熱量演算手段及び現蓄熱量演算手段が設けられているので、蓄熱量演算手段による蓄熱量、入熱量演算手段による入熱量、出熱量演算手段による出熱量に基づいて貯湯タンクの現蓄熱量を計測することができる。
【００５３】
また、本発明の請求項３記載の貯湯式給湯システムによれば、温水の成層境界部が温度検知手段を通過する毎に、熱量値クリア手段が現蓄熱量をクリアし、蓄熱量演算手段が貯湯タンクの蓄熱量の演算を行うので、温水の成層境界部が通過する毎に蓄熱量の修正が行われ、貯湯タンクの温水としての現蓄熱量を正確に知ることができる。
【００５４】
また、本発明の請求項４記載の貯湯式給湯システムによれば、熱電併給装置からの排熱を温水として貯湯タンクに蓄えることができ、貯湯タンクの蓄熱量を用いることによって、熱電併給装置を効率的に運転制御することができる。
【００５５】
また、本発明の請求項５記載の貯湯式給湯システムによれば、温度検知手段が貯湯タンク内に上下方向に間隔をおいて複数個設けられるので、出湯などによって温水量がある程度変動すると、温水の成層境界部が温度検知手段のいずれかを通過するようになり、これによって、貯湯タンクの蓄熱量の修正が適度の頻度でもって行われ、貯湯タンクの蓄熱量を正確に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の貯湯式給湯システムを適用したコージェネレーションシステムの一例を簡略的に示す図である。
【図２】図１の給湯システムの貯湯タンク及びこれに関連する構成を簡略的に示す図である。
【図３】図２の貯湯タンク内の水の温度分布状態を説明するための図である。
【図４】図１の給湯システムの制御系を簡略的に示すブロック図である。
【図５】図４の制御系による現蓄熱量の演算の流れを示すフローチャートである。
【図６】熱電併給装置の排熱回収機構の変形形態の要部を簡略的に示す図である。
【図７】第２の実施形態の貯湯式給湯システムを適用したコージェネレーションシステムの他の例を簡略的に示す図である。
【図８】図７の給湯システムの制御系を簡略的に示すブロック図である。
【図９】図８の制御系による現蓄熱量の演算の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
２熱電併給装置
４，４Ａ貯湯タンク
６内燃機関
８発電装置
１０インバータ
１６電力負荷
２０温水循環流路
２１，２１Ａ熱交換器
２８温水出湯流路
３０，３０Ａ冷却水循環流路
３４蓄熱検知用手段
４４温水の成層境界部
４６，４６Ａ入熱検知用手段
４８出熱検知用手段
６２，６２Ａ制御手段
６４作動制御手段
６６蓄熱量演算手段
６８入熱量演算手段
７０，７２Ａ出熱量演算手段
７２，７２Ａ現蓄熱量演算手段
７４熱量値クリア手段
１０３出湯熱量演算手段
１０４暖房熱量演算手段

Claims

温水を成層状態で貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内に配設された温度検知手段と、前記貯湯タンク内の温水による蓄熱量を演算するための蓄熱量演算手段と、を備え、
前記蓄熱量演算手段は、温水の成層境界部が前記温度検知手段を通過すると、前記貯湯タンク内に蓄えられた温水量と前記温度検知手段の検知温度を利用して、前記貯湯タンク内の温水による蓄熱量を演算することを特徴とする貯湯式給湯システム。
熱を発生する熱源機と、熱を消費する熱負荷手段と、前記熱源機から前記貯湯タンクに温水として入熱される入熱量を演算する入熱量演算手段と、前記貯湯タンク内の温水から出熱される出熱量を演算する出熱量演算手段と、現時点の前記貯湯タンクの蓄熱量を演算する現蓄熱量演算手段とを更に具備し、
前記温度検知手段が温水の成層境界部を検知すると、前記蓄熱量演算手段は前記貯湯タンク内に蓄えられた温水量と前記温度検知手段の検知温度を利用して、前記貯湯タンク内の温水による蓄熱量を演算し、前記現蓄熱量演算手段は、前記蓄熱量演算手段による演算蓄熱量、前記入熱量演算手段による演算入熱量及び前記出熱量演算手段による演算出熱量に基づいて前記貯湯タンクの現時点の現蓄熱量を演算する請求項１記載の貯湯式給湯システム。
現蓄熱量をクリアする熱量値クリア手段を更に備え、前記温度検知手段が温水の成層境界部を検知する毎に、前記熱量値クリア手段は前記現蓄熱量演算手段による現蓄熱量をクリアし、前記蓄熱量演算手段は前記貯湯タンク内に蓄えられた温水量と前記温度検知手段の検知温度を利用して、前記貯湯タンク内の温水による蓄熱量を再演算する請求項２記載の貯湯式給湯システム。
前記熱源機は熱電併給装置であり、前記熱電併給装置の排熱が温水として前記貯湯タンクに蓄熱される請求項２又は３記載の貯湯式給湯システム。
前記温度検知手段が前記貯湯タンク内に上下方向に間隔をおいて複数個配設されている請求項１〜４のいずれかに記載の貯湯式給湯システム。