JP2004340429A - コージェネレーションシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1出湯サーミスタT1が検出する出湯温度や、給水サーミスタT2が検出する給水温度や、給湯量センサF1が検出する給湯量から、湯切れが発生する可能性がある状態を判別し、湯切れとなる前に補助熱源機のバーナの点火動作を開始させる。給湯設定温度以下の湯水が補助熱源機を通過する前にバーナが点火して加熱が開始されるため、蓄熱利用状態から補助熱源機利用状態への切換え時の給湯温度が安定する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】本発明は、コージェネレーションシステム(熱伝併給システム)に関する。詳しくは、蓄熱利用状態から補助熱源機利用状態へ切換える時に使用者へ与える不快感を低減させるための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】コージェネレーションシステムは、電力と発電熱を発生する発電ユニットと、貯湯槽と、貯湯槽内の水を発電ユニットに送って発電熱で加熱して貯湯槽に戻す発電熱回収媒体循環路を備えており、発電に伴って発生する発電熱を利用して水を加熱し、加熱された湯水を貯湯槽に貯湯する。貯湯槽内の湯水を適温に調温して温水利用箇所(例えば、床暖房システムや浴槽やシャワーや温水栓)に給湯する。温水利用箇所で必要とされる湯温よりも高温の湯水が貯湯槽に貯湯されていれば、貯湯槽内の湯水を水道水と混合することで必要湯温に調温できる。温水利用箇所で必要とされる湯温よりも低温の湯水が貯湯されていれば、調温用に配設された補助熱源機でさらに加熱する必要があるが、発電熱で加熱された湯水を加熱すればよいことから、水道水を加熱する場合に比して必要な熱量を少なくすることができる。そのため、コージェネレーションシステムは、総合的な熱効率が高い。
【0003】
貯湯槽に蓄熱されている湯水の量が少ない状態で、温水利用箇所に給湯し続けると、貯湯槽に蓄熱されていた湯水を使い切ることがある。通常のシステムでは、貯湯槽内の湯水の温度が給湯設定温度よりも低下すると補助熱源機を作動させ、蓄熱しておいた熱量を使い切った後には補助熱源機を利用して給湯を続ける。
【0004】
補助熱源機の燃焼装置を作動させるときには、燃焼用ファンを所定時間(例えば2〜3秒程度)回転させてバーナ内の残留ガスを追出すプリパージという動作が必要とされる。燃焼運転の開始から実際に燃焼し始めるまでには所定の時間が必要とされる。このため、貯湯槽内の湯水の温度が低下したことが判明してから燃焼運転を開始させる技術では、タイムラグが発生する。燃焼運転を開始させてから実際に燃焼し始めるまでに補助熱源機を通過する湯水の温度はさらに低下していくにもかかわらずに加熱されないため、温度低下した湯水が給湯されて使用者に不快感を与えてしまうことがある。
【0005】
上記の問題は、補助熱源機を最小の燃焼状態で常時運転させておくことで解消される。貯湯槽内に蓄熱されていた湯水を使い切ったときは、補助熱源機の燃焼状態を最大に切換えて運転させることによって、給湯される湯水の温度変動を抑制することができる。
また、特許文献1に示されている貯湯式給湯システムでは、必要給湯流量の一日の変化を記憶し、このデータに基づいて湯切れの発生を予測するか、あるいは使用者が多量の湯水の使用を予約することによって湯切れに備える。湯切れの発生が予測される時間帯より前の時点、あるいは予約した時間帯より前の時点で補助熱源機を作動させる。補助熱源機で加熱した湯水を貯湯槽内に導入して予め湯量を増量させておいたり、貯湯槽内の湯水を補助熱源機で高温に加熱し、給湯先でこの湯水と水道水とを混合して給湯したりするなどして、湯切れの発生を抑制し、給湯される湯水の温度変動を抑制する。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−22280号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記の常時補助熱源機を運転させる方法では、貯湯槽内に充分な蓄熱があるときであっても補助熱源機を運転させるため、無駄な燃料を消費することとなり、非経済的である。
また、特許文献1の過去のデータに基づいて湯切れを予測する方法では、データにそぐわない湯切れや予期せぬ湯切れには追随できない。例えば、データ上で湯切れが予測されて補助熱源機を運転させても、実際には湯水が使用されない場合もあり得る。この場合、無駄に燃料を消費することとなる。あるいは、データ上で湯切れの発生が予測されていないときに多量に給湯されることもあり得る。この場合、湯切れが発生して給湯される湯水の温度が不安定となってしまう。
本発明では、蓄熱利用状態から補助熱源機利用状態への切換え時の給湯温度が安定し、且つ、経済性が向上したコージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段と作用と効果】本発明のコージェネレーションシステムは、発電ユニットと、貯湯槽と、貯湯槽から出湯された湯水を加熱する補助熱源機と、温水利用箇所での給湯温度を設定する給湯温度設定手段と、貯湯槽からの出湯温度を検出する出湯温度検出手段とを備えている。このコージェネレーションシステムは、給湯中に、出湯温度検出手段によって検出された出湯温度と給湯温度設定手段によって設定された給湯設定温度との差が第1温度差以下であるとき、補助熱源機を作動させる。
【0009】
貯湯槽内の湯水を多量に出湯すると、貯湯槽内の湯水の温度は給湯設定温度より低下する。貯湯槽から出湯される湯水は、温度が低下すると補助熱源機によって加熱される。従来のコージェネレーションシステムでは、貯湯槽内から出湯される湯水の温度(出湯温度)が給湯設定温度より低下したことが検出されたときに補助熱源機の作動を開始させる。この方式では、補助熱源機の作動を開始させてから実際に燃焼し始めるまでに所定の時間(例えば2〜3秒程度)がかかる。この間も貯湯槽から出湯される出湯温度は低下し続ける。バーナが実際に点火するまでは、貯湯槽から出湯される湯水は加熱されることなく補助熱源機を通過するため、温水利用箇所には給湯設定温度より低温の湯水が給湯され、湯温変動が生じてしまう。即ち、出湯温度が給湯設定温度まで低下したときに補助熱源機を作動させる技術では、給湯温度の変動を抑制することができない。
【0010】
本発明のコージェネレーションシステムでは、補助熱源機の作動を開始させてから実際に燃焼し始めるまでに要する時間内に変化する出湯温度の温度差を予め算出し、この温度差をもとに第1温度差を設定する(実施例中では第1温度差を5℃としている)。給湯中に出湯温度が徐々に低下し、出湯温度と給湯設定温度との差が第1温度差に達したとき、強制的に補助熱源機を作動させる。これにより、出湯温度が給湯設定温度以下にまで低下する前に、補助熱源機のバーナが点火して燃焼状態となることから、温度低下した湯水は補助熱源機内を通過するときに加熱される。従って、温水利用箇所において、給湯設定温度以下にまで温度低下することなく常時安定した温度で給湯することができる。
なお貯湯槽からの出湯温度を検出する出湯温度検出手段には、貯湯槽に接続される出湯管に配設されるサーミスタが利用できる他、出湯管が接続される貯湯槽上部に配設されるサーミスタを利用することもできる。
【0011】
本発明のコージェネレーションシステムでは、水道水の給水温度を検出する給水温度検出手段を備え、給湯中に、給湯設定温度と給水温度検出手段によって検出された給水温度との差が第2温度差以上であるとき、補助熱源機を作動させることが好ましい。
給湯設定温度が高温であるときや、冬期で外気温が低温であるときには、給湯設定温度と給水温度との差は大きい。貯湯槽内の蓄熱量が充分あり、出湯温度と給湯設定温度との差が充分にあっても、給湯設定温度と給水温度との差が大きいと、貯湯槽内の湯水の湯切れが発生しやすい。湯切れによって給湯中に湯温が低下すると、使用者は大きな不快感を覚える。
このコージェネレーションシステムでは、給湯設定温度と給水温度との差であり、湯切れが発生する可能性が高い温度差を第2温度差として設定する(実施例中では30℃としている)。給湯設定温度と給水温度との差が第2温度差以上となったとき、強制的に補助熱源機を作動させる。これにより、たとえ湯切れが発生しても、給湯設定温度より温度低下した湯水が補助熱源機内を通過するまでにバーナが燃焼状態となることから、温度低下した湯水は補助熱源機内を通過するときに加熱される。従って、温水利用箇所で、給湯設定温度以下まで温度低下することなく、常時安定した温度で給湯することができる。
【0012】
本発明のコージェネレーションシステムは、湯水の給湯量を検出する給湯量検出手段を備え、給湯設定温度と給水温度との差が第2温度差を下回っても給湯量検出手段によって検出された給湯検出量が所定水量以上であるときには、補助熱源機を作動させることが好ましい。
給湯設定温度と給水温度との差が小さいときであっても、温水利用箇所において給湯量が多ければ湯切れが発生しやすい。このコージェネレーションシステムでは、湯切れが発生する可能性が高い給湯検出量として所定水量を設定する(実施例中では毎分10〜20リットルとしている)。給湯検出量が所定水量以上となったとき、強制的に補助熱源機を作動させる。これにより、たとえ多量に給湯されて湯切れが発生しても、給湯設定温度より温度低下した湯水が補助熱源機内を通過するまでにバーナが燃焼状態となることから、温度低下した湯水は補助熱源機内を通過するときに加熱される。従って、温水利用箇所で、給湯設定温度以下まで温度低下することなく、常時安定した温度で給湯することができる。
【0013】
本発明のコージェネレーションシステムでは、浴槽への湯張り量を検出する湯張り量検出手段を備え、給湯量検出手段によって検出された給湯量と湯張り量検出手段によって検出された湯張り量との差が所定水量差以下であるときには、出湯温度と給湯設定温度との差が第1温度差以下であっても補助熱源機を作動させず、出湯温度が給湯設定温度以下となるまで補助熱源機の作動を待機させることが好ましい。
このコージェネレーションシステムでは、貯湯槽内の湯水が浴槽ヘの湯張りにのみに利用されている場合、他の温水利用箇所で給湯する場合と異なり、出湯温度が給湯設定温度以下になってから補助熱源機を作動させる。これによれば、補助熱源機が点火動作を開始してから点火されるまでの間に、補助熱源機内を通過する湯水の温度は一時的に給湯設定温度以下に温度低下してしまう。しかし、浴槽内への湯張り時には、出湯温度が給湯設定温度以下に低下し、バーナが点火するまでの間に温度低下した湯水が加熱されることなく湯張りされたとしても、湯切れによる温度変動を直接使用者が体感することはない。浴槽水の湯温は、湯張りが終了した時点で給湯設定温度になっていればよく、湯張り途中で一時的に低下しても何ら問題はない。従って、湯張りの場合には、湯切れに時に給湯温度が変動することを許容する。貯湯槽内の蓄熱をより有効に利用することができるため、熱効率が向上し、より経済的となる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
(形態1)補助熱源機を作動させ始める給湯検出量は、給湯設定温度と給水温度との温度差により設定されており、この温度差が大きいときは大水量に設定されており、この温度差が小さいときは小水量に設定されている。
給湯設定温度と給水温度との温度差が大きいほど湯切れが発生しやすく、温度低下が大きい。従って、給湯設定温度と給水温度との温度差が大きいときは、たとえ給湯量が少なくても湯切れが発生する可能性があるため、補助熱源機を作動させる必要がある。逆に、この温度差が小さいときは、大きいときに比して湯切れが発生しにくいため、給湯量が多いときにのみ補助熱源機を作動させればよい。湯水の温度や流量に合わせて、補助熱源機の動作を切換えることができるため、給湯される湯温を安定化することができ、さらに熱効率を向上させることができる。
【0015】
【実施例】本発明を具現化した実施例を図1と図2を用いて説明する。
まず、コージェネレーションシステムの構成について説明する。図1は本実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図である。図1に示すように、コージェネレーションシステム10は、電力と発電熱を発生する発電ユニット20と、発電熱で加熱した温水を貯えることによって蓄熱し、その温水を利用する蓄熱ユニット15等から構成される。蓄熱ユニット15は、発電熱で加熱した温水を貯える貯湯槽44と、貯湯槽44から出湯される湯水と水道水を混合するミキシングユニット72と、給湯暖房用補助熱源機(以下、補助熱源機と記す)50等から構成される。補助熱源機50は、ミキシングユニット72を経由した湯水を加熱調温して温水利用箇所40や浴槽90に供給するともに、浴槽90の温水を加温し、暖房用媒体を加温して暖房機92,96に循環させて暖房する。
【0016】
発電ユニット20は、燃料電池22と、改質器30等から構成され、発電ユニットハウジング21に収納されている。改質器30は炭化水素系の原燃料ガスから水素ガスを生成する。水素ガスを効率よく生成するためには高温度が必要とされることから、改質器30にはバーナ32が内蔵されている。また、改質器30には燃焼ガス排気管34が接続されており、燃焼ガス排気管34は熱交換器70を通過して水を加熱した後に発電ユニットハウジング21外に放出される(図中矢印)。
燃料電池22は複数のセルから構成されている。燃料電池22には改質器30と連通する図示しない配管が接続されている。この配管を介して改質器30で生成された水素ガスが燃料電池22に供給される。燃料電池22は、空気中の酸素を取り込み、取り込まれた酸素と改質器30から供給される水素ガスを反応させて発電を行なう。
【0017】
燃料電池22は発電の際に発熱する。燃料電池22には熱媒循環管24が接続されており、熱媒循環管24内を流れる熱媒が発電の際に生じる発電熱を回収する。熱媒循環管24には熱媒循環ポンプ8が配設されている。本実施例では熱媒として純水を用いている。純水は図示しない純水生成装置に水道水を通過させることによって得る。
熱媒循環管24は、熱交換器74を通過するように配設されている。熱媒によって回収された燃料電池22の発電熱が熱交換器74に伝熱される。
熱媒循環管24には三方弁36が配設されている。三方弁36は1つの入口と2つの出口を備える。三方弁36によって熱媒循環管24が二手に分岐している。分岐した熱媒循環管24のうち、三方弁36の一方の出口と接続されている管は放熱機28を介するように配設されており、他方の出口と接続されている管は放熱機28を介さないように配設されている。三方弁36は、図示しない発電ユニット制御部によってどちらの出口を開口するかが制御される。これによって熱媒が放熱機28を経由して循環するか、放熱機28を経由せずに循環するかが切換えられる。具体的には、図示しないサーミスタで測定される熱媒の温度が異常に高いときに、熱媒が放熱機28を経由して循環するように三方弁36の出口が切換えられる。放熱機28は、例えば送風を行なうことで熱媒を冷却する。なお、図示25はシスターンである。
【0018】
蓄熱ユニット15は、貯湯槽44と、ミキシングユニット72と、補助熱源機50等から構成され、蓄熱ユニットハウジング16に収納されている。
コージェネレーションシステム10には、水道水を給水するための給水管64が配設されている。給水管64には分岐部64cが形成されており、分岐部64cで第1給水管64aと第2給水管64bの二手に分岐している。第1給水管64aは、貯湯槽44の下部と接続している。第2給水管64bは、ミキシングユニット72の冷水入口72bと接続されている。
貯湯槽44の上部に第1出湯管52が接続されており、第1出湯管52はミキシングユニット72の湯水入口72aに接続されている。貯湯槽44との接続部近傍の第1出湯管52には第1出湯サーミスタT1が配設されており、貯湯槽44から出湯される湯水の温度を検出するのに利用される。
【0019】
給水管64の分岐部64cより上流側には減圧弁42が配設されている。減圧弁42は、貯湯槽44とミキシングユニット72へ給水する水道水の圧力を調整する。貯湯槽44内の湯水が減少したり、ミキシングユニット72の冷水入口72bが開いたりして減圧弁42の下流側圧力が調圧値以下になると、減圧弁42が開いて貯湯槽44やミキシングユニット72に給水する。貯湯槽44内の圧力は、水道水圧力よりも低い圧力に維持される。給水管64の減圧弁42の下流側には給水サーミスタT2が配設されており、給水される水道水の温度を検出するのに利用される。
【0020】
貯湯槽44の上部には、貯湯槽44内の圧力を開放するリリーフ弁46が配設されている。貯湯槽44内の圧力は、リリーフ弁46と減圧弁42によって、貯湯槽44の耐圧圧力である0.17MPa以下に維持される。リリーフ弁46には、開放された水蒸気(または湯水)を排水する配管55が配設されている。
貯湯槽44の下部には、排水管54の一端が接続されている。排水管54の他端は排水配管55の途中に接続されている。排水管54は、貯湯槽44からの排水を行なう。排水管54には手動操作の排水弁53が装着されている。排水弁53を開くと、貯湯槽44に貯められている湯水が排水管54を通って外部に排水される。
貯湯槽44内の湯水と冷水は、温度成層を成して混じり合わない。貯湯槽44内の上部には貯湯槽上部サーミスタT3が配設されており、貯湯槽44内の上部に貯湯されている湯水の温度を検出する。貯湯槽44下部には貯湯槽下部サーミスタT4が配設されており、貯湯槽44内の下部に貯められている冷水の温度を検出する。
【0021】
ミキシングユニット72は、湯水の入口72aと、冷水の入口72bと、混合水の出口72cを有している。湯水の入口72aには、第1出湯管52を介して貯湯槽44内の湯水が流入し、冷水の入口72bには、第2給水管64bを介して水道水が流入する。2つの入口72a,72bの開口度は可変である。即ち、湯水と水道水の流入比率が可変である。これらの開口度は、制御ユニット60によって制御される。開口度が制御されることで、例えば、水道水を遮断して(冷水入口72bを閉じて)湯水のみを出口72cから送り出すことが可能であり、逆に、湯水を遮断して(湯水入口72aを閉じて)水道水のみを出口72cから送り出すことも可能である。また、例えば、70%の湯水と30%の水道水を混合して出口72cから送り出すことが可能であり、湯水と水道水の混合比率を調整し、必要な温度に調整された混合水を出口72cから送り出すことができる。
【0022】
ミキシングユニット72内で混合されて調温された混合水は、出口72cから出湯される。出口72cには第2出湯管76が接続されている。第2出湯管76は、補助熱源機50内の給湯管94に接続されており、ミキシングユニット72と補助熱源機50を接続している。ミキシングユニット72の2つの入口72a,72bには、減圧弁42によって減圧された圧力が加わっている。従って、ミキシングユニット72の出口72cから出湯される混合水の圧力も、減圧弁42で調圧された圧力に等しい。第2出湯管76には第2出湯サーミスタT5が配設されており、ミキシングユニット72から出湯される混合水の温度を検出する。
【0023】
蓄熱ユニット15と発電ユニット20との間には、発電熱を回収するための配管4が配設されている。
発電熱回収用配管4の往き管4aは貯湯槽44の底部に接続されており、発電熱回収用配管4の戻り管4bは貯湯槽44の上部に接続されている。発電ユニット20内に配設された、発電熱との熱交換機74と、改質器30との熱交換器70を通過して、発電熱回収用配管4の戻り管4bとなる。発電ユニット20内の2つの熱交換器70,74で加熱された温水は、発電熱回収用配管4の戻り管4bを経て貯湯槽44の上部から注入されて貯湯され、貯湯槽44の底部の温水が発電熱回収用配管4の往き管4aを経て発電ユニット20へ送られる。
発電熱回収用配管4の往き管4aには発電熱回収用ポンプ6が配設されている。発電熱回収用ポンプ6が駆動することで発電熱回収用配管4内の湯水が循環する(図中矢印方向に循環する)。発電熱回収用ポンプ6は制御ユニット60によって駆動制御される。
【0024】
次に、給湯運転と暖房運転を行なう補助熱源機50について説明する。補助熱源機50には2つのバーナ38,56と、暖房用シスターン51と、湯水を案内する複数の配管等が配設されており、補助熱源機ハウジング49に収納されている。
まず、給湯運転について説明する。第2出湯管76と接続している給湯管94は、分岐部94cで管94aと管94bの二手に分岐している。管94aの末端は台所の蛇口や風呂の給湯栓等の温水利用箇所に接続されており、管94bの末端は暖房用シスターン51の上部に入れられている。
温水利用箇所での給湯設定温度は図示しないリモコンが操作されることによって設定される。管94aは、管94a内の湯水がバーナ38によって加熱されるように配設されている。バーナ38は制御ユニット60によって駆動制御されている。管94aには給湯量センサF1と給湯サーミスタT6が配設されており、それぞれ管94a内の湯水の流量と給湯される湯水の温度を検出するのに利用される。
【0025】
管94aのバーナ38より下流に分岐部94dが形成されており、分岐部94dから温水供給路80が分岐している。温水供給路80は後述する浴槽水循環路98に接続されている。温水供給路80には温水供給弁82が配設されており、温水供給弁82が開かれると、温水供給路80を介して湯水が浴槽水循環路98に誘導され、浴槽90内に湯張りされる。温水供給弁82は制御ユニット60によって開閉制御されている。浴槽水循環路98には湯張り量センサF2と浴槽水サーミスタT7が配設されており、それぞれ浴槽水循環路98内の湯水の流量と温度を検出するのに利用される。
【0026】
次に、暖房運転について説明する。給湯管94から分岐した管94bには暖房用補水弁95が配設されている。暖房用補水弁95が開かれると管94bを介して湯水が暖房用シスターン51に誘導される。暖房用補水弁95は制御ユニット60によって以下のように開閉制御されている。
暖房用シスターン51内には、制御ユニット60と接続している水位電極58が配設されている。水位電極58は棒状のハイレベルスイッチ58aとローレベルスイッチ58bとを備えている。ハイレベルスイッチ58aの下端は暖房用シスターン51の水位の上限に位置しており、ローレベルスイッチ58bの下端は暖房用シスターン51の水位の下限に位置している。これらのハイレベルスイッチ58aとローレベルスイッチ58bは、その下端が水に触れているとオン信号を出力する。
制御ユニット60は、ローレベルスイッチ58bがオン信号を出力していない間は暖房用補水弁95を開くように制御し、ハイレベルスイッチ58aがオン信号を出力したときには暖房用補水弁95を閉じるように制御する。即ち、暖房用シスターン51内の水位は、制御ユニット60によって上限水位と下限水位の間に維持される。
【0027】
暖房用シスターン51には暖房用循環路が接続されている。詳しくは、暖房用シスターン51には共通管2が接続されており、共通管2には暖房用ポンプ3が配設されている。共通管2が二手に分岐し、高温用循環路84と低温用循環路86を形成している。以下、共通管2と高温用循環路84と低温用循環路86の総称を暖房用循環路とする。
高温用循環路84は高温用負荷92(例えば暖房機や浴室乾燥機等)を通過する管84aと、高温用負荷92をバイパスする管84bを有している。管84aは、暖房用シスターン51内の湯水を高温用負荷92に送り、利用された後の湯水を暖房用シスターン51に戻す(図中矢印方向)。管84aの戻り管は後述する低温用循環路86の戻り管に形成された合流部86dに合流している。管84aには熱動弁85が配設されている。熱動弁85は高温用負荷92の運転スイッチが操作されてオンとなると開き、オフとなると閉じる。
一方、管84bは熱動弁85より上流に形成された分岐部84cから分岐した管であり、後述する低温用循環路86の戻り管に形成された合流部86cに合流している。高温用負荷92をバイパスする管84bには暖房用バイパス弁83が配設されている。暖房用バイパス弁83は制御ユニット60によって開閉制御されている。
【0028】
高温用循環路84内の湯水を加熱するため、高温用循環路84にはバーナ56が配設されている。バーナ56は制御ユニット60によって駆動制御されている。高温用循環路84内の湯水の温度は通常約80℃になるように制御されている。高温用循環路84のバーナ56より上流には暖房低温サーミスタT8が配設されており、低温用循環路86内の湯水の温度を検出するのに利用される。また、バーナ56より下流には暖房高温サーミスタT9が配設されており、高温水循環路84内の湯水の温度を検出するのに利用される。高温用循環路84内の湯水は、暖房用ポンプ3が駆動することによって循環する(図中矢印方向に循環する)。暖房用ポンプ3は制御ユニット60によって駆動制御されている。
【0029】
高温用循環路84には追焚き用循環路88が接続されている。追焚き用循環路88には熱交換器91が配設されており、後述する低温用循環路86の戻り管に形成された合流部86fに合流している。追焚き用循環路88には熱動弁89が配設されており、熱動弁89が開くと、高温用循環路84から湯水が誘導され、湯水の熱が熱交換器91に伝熱される。熱動弁89は制御ユニット60によって開閉制御されている。
浴槽水を追焚きするとき、浴槽90内の湯水は浴槽水循環路98を循環する。浴槽水循環路98は上述の熱交換器91を通過するように配設されている。浴槽水循環路98内の湯水が循環し、熱交換器91で加熱されることによって浴槽水が追焚きされる。浴槽水循環路98には浴槽水用ポンプ99が配設されている。浴槽水用ポンプ99が駆動することによって浴槽水循環路98内の湯水が循環する。浴槽水循環ポンプ99は制御ユニット60によって駆動制御される。
【0030】
低温用循環路86は低温用負荷(床暖房機等)96を通過するように配設されている。低温用循環路86は、暖房用シスターン51内の湯水を低温用負荷96に送り、利用後の湯水を後述する2つの管で暖房用シスターン51に戻す。
低温用循環路86の往き管には熱動弁87が配設されている。熱動弁87は制御ユニット60によって開閉制御される。低温用循環路86内の湯水は通常約60℃になるように制御されている。
【0031】
低温用循環路86の戻り管は、直接暖房用シスターン51へ戻る管86aと、貯湯槽44内を通過してから暖房用シスターン51へ戻る管86bとを有している。これらの管86a,86bは三方弁12によって切換えられる。三方弁12は1つの入口12aと2つの出口12b,12cとを有している。低温用循環路86の戻り管は三方弁12の入口12aに接続されている。三方弁12の出口12bには管86aが接続されている。管86aの他端は暖房用シスターン51に接続されている。一方、三方弁12の出口12cには管86bが接続されている。管86bは、貯湯槽44内の湯水と混合されることなく貯湯槽44内の上部を通過する管である。管86bは、貯湯槽44内を通過後に、管86aの合流部86eに合流する。三方弁12の切換えは制御ユニット60によって制御されている。低温用循環路86内の湯水も、暖房用ポンプ3が駆動することによって循環する(図中矢印方向に循環する)。低温用循環路86の戻り管の合流部86cと三方弁12の間には暖房戻りサーミスタT10が配設されており、低温用循環路86の戻り管内の湯水の温度を検出するのに利用される。
【0032】
上述の管86bによって、貯湯槽44に蓄熱されている熱を暖房運転に利用することができる。貯湯槽44内の熱を床暖房運転に利用したい場合、三方弁12の出口を出口12cに切換える。管86b内の湯水は貯湯槽44内の上部を通過するときに貯湯槽44内上部の高温の湯水によって加熱され、加熱された湯水がシスターン51へ戻る。この循環によって低温用循環路86内の湯水が加熱され、湯水の熱が低温用負荷96である床暖房機に伝熱される。このようにすれば、貯湯槽44内の熱を床暖房運転等の暖房運転に利用することができる。
貯湯槽44の蓄熱量が放出されてしまうと、暖房用バイパス弁83を開いて高温用負荷92(この場合浴室乾燥機)をバイパスする管84bを開通させる。この場合には、バーナ56で加熱された高温水がシスターン51に導かれ、その高温の温水を利用して暖房運転することが可能となる。
【0033】
暖房運転終了後、上述の管86bによって、貯湯槽44内の蓄熱量が少ないときには暖房用循環路内の余熱を貯湯槽44に蓄熱させることができる。貯湯槽44の上部の温度が低温用循環路86内の湯水の温度よりも低いときには、三方弁12の出口を出口12cに切換える。これによって低温用循環路86内の湯水が管86bへ誘導される。管86b内の湯水は貯湯槽44内を通過するときに貯湯槽44内の湯水を加熱する。このようにすれば、低温用循環路86等の暖房用循環路内の余熱を貯湯槽44内に蓄熱することができる。
【0034】
次に、本実施例のコージェネレーションシステム10の補助熱源機50のバーナ38の点火動作について図2を用いて説明する。図2は補助熱源機50のバーナ38の制御を示すフローチャートである。なお、符号は図1参照のこととする。
図2に示すステップS10で温水利用箇所40において給湯要求があるか否かが判別され、給湯要求があったとき(YESのとき)にステップS12へ進む。ステップS12では、給湯量センサF1が検出する全ての温水供給箇所への給湯量の合計(浴槽90への湯張り量を含む)と、湯張り量センサF2が検出する浴槽90への湯張り量との差の絶対値が毎分1リットル以上であるか否かが判別される。給湯量と湯張り量との差が毎分1リットル以上であれば(YESであれば)貯湯槽44内の湯水は湯張り以外にも利用されているとみなしてステップS14へ進む。
【0035】
ステップS14では、第1出湯サーミスタT1が検出する出湯温度が、リモコンで予め設定される給湯設定温度より5℃以上高いか否かが判別される。出湯温度と給湯設定温度との差が5℃以上あれば(ステップS14でYESであれば)貯湯槽44内の蓄熱量は充足しているとみなしてステップS16へ進む。出湯温度と給湯設定温度との差が5℃より小さければ(ステップS14でNOであれば)貯湯槽44内の蓄熱量は不足しているとみなしてステップS24へ進み、補助熱源機50のバーナ38の点火動作を行なって処理を終了する。
【0036】
バーナ38の点火動作を開始すると、実際に点火されるまでに2〜3秒程度の時間を要し、この間も給湯が継続されていれば出湯温度はさらに低下する。本実施例では、出湯温度と給湯設定温度との差が5℃を下回ったときには、まもなく湯切れが発生することを想定して、バーナ38の点火動作を開始する。このタイミングでバーナ38の点火動作を開始すると、湯切れが発生して給湯設定温度より低い湯温の湯水が補助熱源機55内を通過し始めるよりも前にバーナ38が点火して加熱が開始される。温水利用箇所40での給湯温度の変動を抑制し、常時安定した湯温で給湯することができる。
なお、バーナ38を最小燃焼で燃焼させても、バーナ38では湯温を1〜2℃上昇させるような微妙な加熱を行なうことができない。バーナ38が点火した直後は、給湯設定温度と出湯温度との差が小さいため、湯水を給湯設定温度以上に過熱してしまう。このため、本実施例ではミキシングユニット72の混合比率を調整して、最小燃焼で燃焼させたときに給湯設定温度が得られるような湯温に調整する。
【0037】
ステップS16では、給湯設定温度と、給水サーミスタT2が検出する給水温度との差が30℃以上であるか否かが判別される。30℃未満であれば(ステップS16でNOであれば)ステップS18へ進む。30℃以上であれば(ステップS16でYESであれば)湯切れが発生して給湯温度に大きな変動が生じることが予測されるため、ステップS24へ進み、補助熱源機50のバーナ38の点火動作を行なって処理を終了する。
【0038】
給湯設定温度が高温であるときや、冬期で外気温が著しく低温であるとき、給湯設定温度と給水温度との差は大きい。貯湯槽44内の蓄熱が充分あり、出湯温度と給湯設定温度との差が充分にあっても、給湯設定温度と給水温度との差が大きいほど貯湯槽44内の湯水の使用量が多くなり、貯湯槽44内の湯温が低下する速度は増す。本実施例では、給湯設定温度と給水温度との差が30℃を超えたときには湯切れが発生することを想定して、バーナ38の点火動作を開始する。このタイミングでバーナ38の点火動作を開始すると、湯切れが発生して給湯設定温度より低い湯温の湯水が補助熱源機55内を通過し始めるよりも前にバーナ38が点火して加熱が開始される。温水利用箇所40での給湯温度の変動を抑制し、常時安定した湯温で給湯することができる。
【0039】
ステップS18では、給湯設定温度と給水温度との差が25℃以上であるか否かが判別される。25℃未満であれば(ステップS18でNOであれば)ステップS20へ進む。25℃以上あれば(ステップS18でYSEであれば)ステップS28へ進む。ステップS28では給湯量センサF1が検出する給湯量が毎分10リットル以上であるか否かが判別される。毎分10リットルより少なければ(ステップS28でNOであれば)湯切れが発生しないとみなしてステップS10へ戻る。毎分10リットル以上であれば(ステップS28でYESであれば)湯切れが発生して給湯温度に変動が生じることが予測されるため、ステップS24へ進み、補助熱源機50のバーナ38の点火動作を行なって処理を終了する。
給湯設定温度と給水温度との差が25℃以上30℃未満であれば、毎分10リットル以上給湯するときにバーナ38を点火する。
【0040】
給湯設定温度と給水温度との差が比較的大きいとき、毎分10リットルといった少ない給水量であっても湯切れが発生しやすい。本実施例では、給湯設定温度と給水温度との差が25〜30℃であるとき、毎分10リットル以上給湯する湯切れが発生すると想定して、バーナ38の点火動作を開始する。このタイミングでバーナ38の点火動作を開始すると、湯切れが発生して給湯設定温度より低い湯温の湯水が補助熱源機55内を通過し始めるよりも前にバーナ38が点火して加熱が開始される。温水利用箇所40での給湯温度の変動を抑制し、常時安定した湯温で給湯することができる。
【0041】
ステップS20では、給湯設定温度と給水温度との差が20℃以上であるか否かが判別される。20℃未満であれば(ステップS20でNOであれば)ステップS22へ進む。20℃以上であれば(ステップS20でYESであれば)ステップS30へ進む。ステップS30では給湯量が毎分15リットル以上であるか否かが判別される。毎分15リットルより少なければ(ステップS30でNOであれば)湯切れが発生しないとみなしてステップS10へ戻る。毎分15リットル以上であれば(ステップS30でYESであれば)湯切れが発生して給湯温度に変動が生じることが予測されるため、ステップS24へ進み、補助熱源機50のバーナ38の点火動作を行なって処理を終了する。
給湯設定温度と給水温度との差が20℃以上25℃未満であれば、毎分15リットル以上給湯するときにバーナ38を点火する。
【0042】
本実施例では、給湯設定温度と給水温度との差が20〜25℃であるとき、給水量が15リットル以上であれば、湯切れが発生すると想定して、バーナ38の点火動作を開始する。このタイミングでバーナ38の点火動作を開始すると、湯切れが発生して給湯設定温度より低い湯温の湯水が補助熱源機55内を通過し始めるよりも前にバーナ38が点火して加熱が開始される。温水利用箇所40での給湯温度の変動を抑制し、常時安定した湯温で給湯することができる。
【0043】
ステップS22では給湯量が毎分20リットル以上であるか否かが判別される。毎分20リットルより少なければ(ステップS22でNOであれば)湯切れが発生しないとみなしてステップS10へ戻る。毎分20リットル以上であれば(ステップS22でYESであれば)湯切れが発生して給湯温度に変動が生じることが予測されるため、ステップS24へ進み、補助熱源機50のバーナ38の点火動作を行なって処理を終了する。
【0044】
給湯設定温度と給水温度との差が比較的小さいときであっても、毎分20リットルといった多い給水量であれば湯切れが発生しやすい。本実施例では、給湯設定温度と給水温度との差が20℃を下回るとき、多量に給湯されて湯切れが発生すると想定して、バーナ38の点火動作を開始する。このタイミングでバーナ38の点火動作を開始すると、湯切れが発生して給湯設定温度より低い湯温の湯水が補助熱源機55内を通過し始めるよりも前にバーナ38が点火して加熱が開始される。温水利用箇所40での給湯温度の変動を抑制し、常時安定した湯温で給湯することができる。
【0045】
ステップS12で給湯量センサF1が検出する給湯量と湯張り量センサF2が検出する湯張り量との差が毎分1リットル以下の水量であれば(ステップS12でNOであれば)、貯湯槽44内の湯水は湯張りのみに利用されているとみなしてステップS26へ進む。ステップS26では給湯設定温度が出湯温度より高いか否かが判別される。給湯設定温度が出湯温度より低ければ(ステップS26でNOであれば)、湯張りに対して貯湯槽44内の蓄熱量が充足状態であり、湯切れが発生しないとみなしてステップS10へ戻る。給湯設定温度が出湯温度以上であれば(ステップS26でYESであれば)、湯張りに対して貯湯槽44内の蓄熱量が不足しているとみなしてステップS24へ進み、補助熱源機50のバーナ38の点火動作を行なって処理を終了する。
【0046】
浴槽90内への湯張りによって湯切れが発生し、バーナ38が点火するまでの間、温度低下した湯水が加熱されることなく湯張りされたとしても、湯切れによる温度変動を直接使用者が体感することはない。本実施例では、貯湯槽44内の湯水が湯張りのみに利用されている場合、出湯温度が給湯設定温度以下になったときに補助熱源機50を作動させる。給湯量センサF1が検出する給湯量と湯張り量センサF2が検出する湯張り量との差が毎分1リットル以下の水量であれば、出湯温度と給湯設定温度との差が5℃以下であっても補助熱源機50を作動させず、出湯温度が給湯設定温度以下となるまで補助熱源機50の作動を待機させ、出湯温度が給湯設定温度以下になったときに始めて補助熱源機50を作動させる。
このタイミングでバーナ38の点火動作を開始すると、補助熱源機50が点火動作を開始してから実際に点火されるまでの間、給湯設定温度以下に温度低下した湯水が加熱されることなく補助熱源機50内を通過する。しかし、浴槽水の湯温は湯張りが終了した時点で給湯設定温度になっていればよく、湯張り途中で一時的に低下しても何ら問題はない。貯湯槽44内の蓄熱をより有効に利用することができるため、熱効率が向上し、より経済的となる。
【0047】
本発明のコージェネレーションシステムでは、蓄熱利用から補助熱源機利用への切換え時に、給湯設定温度以下となった貯湯槽内の湯水が補助熱源機を通過する前に、補助熱源機のバーナが点火されて燃焼状態となるようなタイミングで点火動作を開始するため、給湯温度が安定し、使用者に不快感を与えることがない。また、貯湯槽内の湯水を浴槽への湯張りのみに利用する場合、蓄熱利用から補助熱源機利用への切換え時の一時的な温度変動を許容し、蓄熱を最大限に利用するため、経済性が向上する。
【0048】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図。
【図2】本実施例の補助熱源機の制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
4:発電熱回収用配管、4a:往き管、4b:戻り管
6:発電熱回収用ポンプ
10:コージェネレーションシステム
12:三方弁、12a:入口、12b:出口、12c:出口
15:蓄熱ユニット
20:発電ユニット
22:燃料電池
30:改質器
40:温水利用箇所
44:貯湯槽
50:給湯暖房用補助熱源機
52:第1出湯管
56:バーナ
60:制御ユニット
64:給水管、64a:第1給水管、64b:第2給水管、64c:分岐部
72:ミキシングユニット、72a:湯水入口、72b:冷水入口、72c:出口
76:第2出湯管
90:浴槽
94:給湯管、94a:管、94b:管、94c:分岐部、94d:分岐部
98:浴槽水循環路
99:浴槽水用ポンプ
T1:第1出湯サーミスタ
T2:給水サーミスタ
T3:貯湯槽上部サーミスタ
F1:給湯量センサ
F2:湯張り量センサ
Claims (4)
- 発電ユニットと、貯湯槽と、貯湯槽から出湯された湯水を加熱する補助熱源機と、温水利用箇所での給湯温度を設定する給湯温度設定手段と、貯湯槽からの出湯温度を検出する出湯温度検出手段とを備えるコージェネレーションシステムであり、
給湯中に、出湯温度検出手段によって検出された出湯温度と給湯温度設定手段によって設定された給湯設定温度との差が第1温度差以下であるとき、補助熱源機を作動させることを特徴とするコージェネレーションシステム。 - 水道水の給水温度を検出する給水温度検出手段を備え、給湯中に、給湯設定温度と給水温度検出手段によって検出された給水温度との差が第2温度差以上であるとき、補助熱源機を作動させることを特徴とする請求項1に記載のコージェネレーションシステム。
- 湯水の給湯量を検出する給湯量検出手段を備え、給湯設定温度と給水温度との差が第2温度差を下回っても給湯量検出手段によって検出された給湯量が所定水量以上であるときには、補助熱源機を作動させることを特徴とする請求項2に記載のコージェネレーションシステム。
- 浴槽への湯張り量を検出する湯張り量検出手段を備え、給湯量検出手段によって検出された給湯量と湯張り量検出手段によって検出された湯張り量との差が所定水量差以下であるときには、出湯温度と給湯設定温度との差が第1温度差以下であっても補助熱源機を作動させず、出湯温度が給湯設定温度以下となるまで補助熱源機の作動を待機させることを特徴とする請求項1に記載のコージェネレーションシステム。
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