JP2006057873A

JP2006057873A - 貯湯式排熱回収システム

Info

Publication number: JP2006057873A
Application number: JP2004237508A
Authority: JP
Inventors: Akihito Hayano; 彰人早野
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2024-08-17
Also published as: JP4408770B2

Abstract

【課題】満杯状態の貯湯タンクに貯留されている湯水の温度をできるだけ高いものに維持し、優れた熱効率を発揮する貯湯式排熱回収システムを提供する。
【解決手段】加熱手段１１で加熱された湯水を、温度成層を形成する形態で貯留する貯湯タンク１４と、加熱手段１１から貯湯タンク１４への湯水の供給を断続する供給断続手段１８と、貯湯タンク１４が未満杯状態であるときに、加熱手段１１から貯湯タンク１４に供給される湯水の供給湯水温度が目標貯湯温度以上となる湯水を貯湯タンク１４に供給するように供給断続手段１８の作動を制御する供給状態制御手段２２を備えると共に、供給状態制御手段２２が、貯湯タンク１４が満杯状態であるときに、供給湯水温度が貯湯タンク１４に貯留されている湯水の貯留湯水温度以上となる湯水を貯湯タンク１４に供給するように供給断続手段１８の作動を制御するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、一戸建て住宅毎や集合住宅の住戸毎等のように、主として一般家庭毎に設置され、エンジン駆動発電機や燃料電池等の排熱発生部から回収した排熱により加熱された湯水を貯湯タンクに貯留し、その貯湯タンクに貯留した湯水を台所や風呂等の給湯箇所に供給する貯湯式排熱回収システムに関する。

かかる貯湯式排熱回収システムは、排熱発生部から回収した排熱により湯水を加熱する加熱手段と、加熱手段で加熱された湯水を、温度成層を形成する形態で貯留する貯湯タンクと、加熱手段から貯湯タンクへの湯水の供給を断続する供給断続手段と、貯湯タンクが未満杯状態であるときに、加熱手段から貯湯タンクに供給される湯水の温度である供給湯水温度が目標貯湯温度以上となる湯水を貯湯タンクに供給するように供給断続手段の作動を制御する供給状態制御手段を備えて構成されている。

従って、この貯湯式排熱回収システムの供給状態制御手段は、上記供給湯水温度が予め設定された目標貯湯温度（例えば６０℃）以上であれば、上記供給断続手段を加熱手段から貯湯タンクへの湯水の供給を許可する貯湯状態とし、逆に、上記供給湯水温度が目標貯湯温度未満であれば、上記供給断続手段を加熱手段から貯湯タンクへの湯水の供給を禁止する非貯湯状態とすることで、貯湯タンクに常に目標貯湯温度以上の湯水を供給して貯留させることができる。

また、このような貯湯式排熱回収システムにおいては、貯湯タンク全体に目標貯湯温度以上の湯水が貯留されて、貯湯タンクの上方に貯留されている湯水の温度である上方貯留湯水温度と貯湯タンクの下方に貯留されている下方貯留湯水温度との差である貯留湯水温度差が基準温度差以下となった場合に、貯湯タンクが満杯状態であると判断することができる。
そして、上記貯湯タンクが満杯状態であるときには、常に供給断続手段を加熱手段から貯湯タンクへの湯水の供給を禁止する非貯湯状態として、加熱手段により加熱された湯水を貯湯タンクに供給することなくラジエタ等の放熱手段に供給して放熱させることで、排熱発生部の排熱を放出して、排熱発生部の異常昇温を防止する場合がある（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００３−２１４７０５号公報

しかしながら、従来の貯湯式排熱回収システムでは、貯留湯水温度差が基準温度差以下であり貯湯タンクが満杯状態と判断しても、その満杯状態が長期に渡って継続する場合には、貯湯タンクにおける放熱により貯留されている湯水の温度が全体に渡って低下してしまう場合がある。

また、従来の貯湯式排熱回収システムにおいては、排熱発生部の排熱を有効利用して、熱効率を向上させることが望まれる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、貯湯タンクが満杯状態であるときの貯湯タンクに貯留されている湯水の温度をできるだけ高いものに維持しながら、優れた熱効率を発揮する貯湯式排熱回収システムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る貯湯式排熱回収システムは、排熱発生部から回収した排熱により湯水を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段で加熱された湯水を、温度成層を形成する形態で貯留する貯湯タンクと、
前記加熱手段から前記貯湯タンクへの湯水の供給を断続する供給断続手段と、
前記貯湯タンクが未満杯状態であるときに、前記加熱手段から前記貯湯タンクに供給される湯水の温度である供給湯水温度が目標貯湯温度以上となる湯水を前記貯湯タンクに供給するように前記供給断続手段の作動を制御する供給状態制御手段を備えた貯湯式排熱回収システムであって、その第１特徴構成は、前記供給状態制御手段が、前記貯湯タンクが満杯状態であるときに、前記供給湯水温度が前記貯湯タンクに貯留されている湯水の温度である貯留湯水温度以上となる湯水を前記貯湯タンクに供給するように前記供給断続手段の作動を制御するように構成されている点にある。

上記第１特徴構成によれば、上記供給状態制御手段が、貯湯タンクが満杯状態である場合においても、上記供給湯水温度が上記貯留湯水温度以上であれば、上記供給断続手段を加熱手段から貯湯タンクへの湯水の供給を許可する貯湯状態とすることにより、貯湯タンクに常に実際の貯留湯水温度以上となる湯水を供給して、貯湯タンクの貯留湯水温度をできるだけ高いものに維持することができる。
更に、上記供給状態制御手段が、貯湯タンクが満杯状態である場合において、上記供給湯水温度が上記貯留湯水温度未満である場合のみ、上記供給断続手段を加熱手段から貯湯タンクへの湯水の供給を禁止する非貯湯状態とされ、排熱発生部から回収した排熱が放出されることになるので、その放熱量をできるだけ少なくして、優れた熱効率を発揮することができる。

本発明に係る貯湯式排熱回収システムの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記加熱手段が、湯水循環路を循環する湯水を加熱するように構成され、
前記貯湯タンクが、前記湯水循環路に接続された流入部から上方に湯水が流入すると共に、前記湯水循環路の前記流入部の接続箇所よりも下流側且つ前記加熱手段よりも上流側に接続された流出部から下方の湯水が流出するように構成されており、
前記供給断続手段が、前記湯水循環路から前記貯湯タンクへの湯水の供給を許可する貯湯状態と、前記湯水循環路から前記貯湯タンクへの湯水の供給を禁止する非貯湯状態とに切り換えるように構成されている点にある。

上記第２特徴構成によれば、加熱手段で加熱された湯水の温度が比較的高い場合には、上記供給断続手段を上記貯湯状態として、加熱手段により加熱された湯水を、上記流入部を介して貯湯タンクの上方に流入させると共に、貯湯タンクの下方の湯水を、上記流出部を介して加熱手段に排出させることができるので、貯湯タンクにおいて加熱手段で加熱された比較的高温の湯水を、温度成層を形成する形態で貯留させることができる。一方、加熱手段で加熱された湯水の温度が比較的低い場合には、上記供給断続手段を上記非貯湯状態として、加熱手段により加熱された湯水を上記貯湯タンクに流入させることなく上記湯水循環路を循環させることができるので、貯湯タンクに形成された温度成層を維持することができる。

本発明に係る貯湯式排熱回収システムの第３特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、前記湯水循環路の前記流入部の接続箇所よりも下流側且つ前記加熱手段よりも上流側に、湯水を放熱させる放熱手段を備えた点にある。

上記第３特徴構成によれば、加熱手段により加熱された湯水を上記放熱手段に供給して放熱させることで、排熱発生部から回収した排熱を放出させて、排熱発生部の異常昇温を防止することができる。

本発明に係る貯湯式排熱回収システムの第４特徴構成は、上記第１〜第３特徴構成に加えて、前記供給状態制御手段が、前記貯湯タンクの上方に貯留されている湯水の温度である上方貯留湯水温度と前記貯湯タンクの下方に貯留されている下方貯留湯水温度との差である貯留湯水温度差が、基準温度差以上である場合に前記未満杯状態であると判定し、前記貯留湯水温度差が基準温度差未満である場合に前記満杯状態であると判定するように構成されている点にある。

上記第４特徴構成によれば、上記供給状態制御手段は、上記貯留温度差が、上記基準温度差以上である場合には、貯湯タンクの上方には高温の湯水が貯留されているものの貯留タンクの下方には低温の湯水が存在すると判断できることから、上記未満杯状態と判定し、上記基準温度差未満である場合には、貯湯タンク全体に高温の湯水が貯留されていると判断できることから、上記満杯状態と判定することができる。そして、このように、上記基準温度差未満である場合に上記満杯状態と判定した場合において、その満杯状態が長期に渡って継続しても、上記供給状態制御手段が、貯湯タンクに常に実際の貯留湯水温度以上となる湯水を供給するので、貯湯タンクに貯留されている湯水の温度が全体に渡って低下してしまうことを抑制して、貯留湯水温度をできるだけ高いものに維持することができる。

本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示す貯湯式排熱回収システムは、排熱発生部１０と、その排熱発生部１０から回収した排熱により湯水を加熱する加熱手段１１と、その加熱手段１１で加熱された湯水を、温度成層を形成する形態で貯留する貯湯タンク１４と、加熱手段１１から貯湯タンク１４への湯水の供給を断続する供給断続手段１８とを備え、更に、上記供給断続手段１８やその他の補機等の作動制御を行う制御装置２０を備える。

先ず、貯湯式排熱回収システムが備える各種構成について説明する。
排熱発生部１０は、燃料電池やエンジン駆動発電機等の熱電併給装置１と、その熱電併給装置１の内部を冷却するための冷却水を循環させる冷却水循環路２及び循環ポンプ３とを備える。
即ち、貯湯式排熱回収システムは、上記熱電併給装置１により電気及び熱を発生するコージェネレーションシステムとして構成されている。

加熱手段１１は、循環ポンプ１３を作動させた状態で湯水循環路１２を循環する湯水を加熱するように構成されており、詳しくは、冷却水循環路２を循環する冷却水と湯水循環路１２を循環する湯水との熱交換を行う排熱回収用熱交換器として構成されている。

貯湯タンク１４は、湯水循環路１２に接続された流入部１４ａから上方に湯水が流入すると共に、湯水循環路１２の流入部１４ａの接続箇所よりも下流側且つ加熱手段１１よりも上流側に接続された流出部１４ｂから下方の湯水が流出するように構成されている。
また、湯水循環路１２の加熱手段１１よりも下流側且つ上記流入部１４ａとの接続部よりも上流側には、加熱手段１１から貯湯タンク１４に供給される湯水の温度である供給湯水温度を検出する供給湯水温度センサ１７が設けられている。

また、貯湯タンク１４は密閉式に構成されて、下方に水道圧、若しくは減圧弁（図示せず）によって減圧した水道水を給水する給水路３１を接続し、上方に給湯路３０を接続して、図示しない給湯栓の開栓等により給湯路３０を通じて上方から湯水が送出されるのに伴って、給水路３１を通じて下方に給水されるように構成されている。

更に、貯湯タンク１４には、貯湯タンク１４の上方に貯留されている湯水の温度である上方貯留湯水温度を検出する上方貯留湯水温度センサ１５と、貯湯タンク１４の下方に貯留されている湯水の温度である下方貯留湯水温度を検出する下方貯留湯水温度センサ１６とが設けられている。

供給断続手段１８は、湯水循環路１２と貯湯タンク１４の流出部１４ｂとの接続部に設けられた三方切換弁１９で構成されており、その三方切換弁１９の湯水循環路１２の下流側の接続ポートを常に開放しながら、その三方切換弁１９の流出部１４ｂ側の接続ポートを開放することで、湯水循環路１２から貯湯タンク１４の流入部１４ａへの湯水の供給を許可する貯湯状態となり、その三方切換弁１９の流出部１４ｂとの接続ポートを閉鎖することで、湯水循環路１２から貯湯タンク１４の流入部１４ａへの湯水の供給を禁止する非貯湯状態となる。

また、三方切換弁１９の湯水循環路１２の上流側の接続ポートについては、上記貯湯状態のときに閉鎖して、湯水循環路１２の湯水の全量を貯湯タンク１４側に供給するように構成しても構わないが、上記貯湯状態のときに開放しておき、湯水循環路１２の湯水の一部を貯湯タンク１４側に供給するように構成しても構わない。

制御装置２０は、貯湯タンク１４が未満杯状態であるか満杯状態であるかを判定する満杯状態判定手段２１と、その満杯状態判定手段２１の判定結果に応じた供給断続手段１８の作動制御を行う供給状態制御手段２２として機能するように構成されており、夫々の手段２１，２２の詳細構成について、以下に説明する。

上記満杯状態判定手段２１は、上方貯留湯水温度センサ１５で検出された上方貯留湯水温度と、下方貯留湯水温度センサ１６で検出された下方貯留湯水温度との差を貯留湯水温度差として求める。
そして、その貯留湯水温度差が、予め設定された基準温度差以上である場合には、貯湯タンク１４の上方には高温の湯水が貯留されているものの貯留タンク１２の下方には低温の湯水が存在すると判断できることから、貯湯タンク１４は未満杯状態であると判定する。
一方、その貯留湯水温度差が、予め設定された基準温度差未満である場合には、貯湯タンク１４全体に高温の湯水が貯留されていると判断できることから、貯湯タンク１４は満杯状態であると判定する。

上記供給状態制御手段２２は、上記満杯状態判定手段２１により貯湯タンク１４が未満杯状態であると判定したときには、供給湯水温度センサ１７で検出された供給湯水温度が予め設定された目標貯湯温度以上となる湯水を貯湯タンク１４に供給するように、供給断続手段１８の作動を制御するように構成されている。

詳しくは、上記供給状態制御手段２２は、貯湯タンク１４が未満杯状態であるときには、供給湯水温度が例えば６０℃に設定された目標貯湯温度以上であれば、供給断続手段１８を貯湯状態としてその湯水を貯湯タンク１４に貯湯させ、供給湯水温度が目標貯湯温度未満であれば、供給断続手段１８を非貯湯状態としてその湯水を貯湯タンク１４に貯湯させることなく、湯水循環路１２に循環させる。
そして、上記供給状態制御手段２２により、未満杯状態の貯湯タンク１４の上方には、常に目標貯湯温度以上の湯水が供給されることになり、貯湯タンク１４は、その目標貯湯温度以上の湯水を、温度成層を形成する状態で貯留することになる。

更に、上記供給状態制御手段２２は、上記満杯状態判定手段２１により貯湯タンク１４が満杯状態であると判定したときには、供給湯水温度センサ１７で検出された供給湯水温度が、貯湯タンク１４に貯留されている湯水の温度、即ち、上方貯留湯水温度センサ１５で検出された上方貯留湯水温度以上となる湯水を貯湯タンク１４に供給するように、供給断続手段１８の作動を制御するように構成されている。

詳しくは、上記供給状態制御手段２２は、貯湯タンク１４が満杯状態であるときには、供給湯水温度が上方貯留湯水温度以上であれば、供給断続手段１８を貯湯状態としてその湯水を貯湯タンク１４に貯湯させ、供給湯水温度が上方貯留湯水温度未満であれば、供給断続手段１８を非貯湯状態としてその湯水を貯湯タンク１４に貯湯させることなく、湯水循環路１２に循環させる。
そして、上記供給状態制御手段２２により、満杯状態の貯湯タンク１４の上方には、常に上方貯留湯水温度以上の湯水が供給されることになり、貯湯タンク１４の貯留湯水温度ができるだけ高いものに維持される。

さらに、貯湯式排熱回収システムは、湯水循環路１２の流出部１４ｂの接続箇所よりも下流側且つ加熱手段１１よりも上流側に、湯水を放熱させる放熱手段２５が設けられている。
この放熱手段２５は、通流する湯水の表面積が大きくなるように流路を形成した放熱用熱交換器２６と、放熱用熱交換器１４ａに対して通風動作して、放熱用熱交換器２６を通流する湯水が有する熱の放熱効果を高めるためのファン２７とで構成されている。
よって、この放熱手段２５を作動させて、湯水循環路１１において加熱手段１１に供給される湯水を放熱させることで、加熱手段１１において冷却水循環路２を循環する冷却水を十分に冷却することができ、熱電併給装置１１の異常昇温を防止することができる。

また、上記放熱手段２５は常に作動させておいても構わないが、上記加熱手段１１へ供給される湯水の温度が許容温度以上となる場合のみ作動させ、過剰な放熱による熱効率の低下を抑制するように構成することもできる。
また、上記放熱手段２５には、放熱手段２５の作動するか否かに拘わらず、常時湯水を通流させておいても構わないが、放熱手段２５を作動するときのみ放熱手段２５に湯水を通流させ、放熱手段２５を作動しないときには放熱手段２５をバイパスさせて湯水を通流させても構わない。

更に、上記放熱手段２５は、図２に示すように、湯水循環路１２の流入部１４ａの接続箇所よりも下流側且つ流出部１４ｂの接続箇所よりも上流側に設けても構わない。

また、図２に示す箇所に放熱手段２５を設ける場合には、貯湯タンク１４が満杯状態で且つ供給断続手段１８が貯湯状態である場合に、貯湯タンク１４の流出部１４ｂから湯水循環路１２に高温の湯水が排出され、その湯水が高温のまま加熱手段１１に供給されることを防止するために、三方切換弁１９の湯水循環路１２の上流側の接続ポートを開放して、貯湯タンク１４の流出部１４ｂから湯水循環路１２に排出される高温の湯水を、放熱手段２５で冷却された低温の湯水と混合した状態で、加熱手段１１に供給するように構成することができる。
また、三方切換弁１９の湯水循環路１２の上流側の接続ポートの開度を、貯湯タンク１４の流出部１４ｂから湯水循環路１２に排出される湯水の温度、即ち、下方貯留湯水温度センサ１６で検出される下方貯留湯水温度に応じて調整することで、貯湯タンク１４への湯水の供給量をできるだけ多くしながら、加熱手段１１へ供給される湯水の温度を許容温度以下に抑制することができる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施の形態では、熱電併給装置１を備えた排熱発生部１０を例にして本発明に係る貯湯式排熱回収システムの説明を行ったが、排熱発生部１０の内部構造、排熱発生部１０から排熱を回収する構成などは様々な形態に改変可能である。

（２）上記実施の形態では、貯湯タンク１４を密閉式に構成して、給水路３１から水道水が供給され、且つ、給湯路３０を通じて貯湯槽１２内の湯水が送出されるように構成したが、貯湯タンク１４の構造や、給湯機構なども様々な形態に改変可能である。

（３）上記実施の形態では、加熱手段１１から貯湯タンク１４への湯水の供給を断続する供給断続手段１８を、湯水循環路１２と貯湯タンク１４の流出部１４ｂとの接続部に設けられた三方切換弁１９で構成したが、供給断続手段１８は、例えば複数の弁等で構成するなどのように、別の構成に改変可能であり、さらに、設置箇所についても改変可能である。

（４）上記実施の形態では、貯湯タンク１４が満杯状態であるか否かを、貯湯タンク１４の上方貯留湯水温度と下方貯留湯水温度との貯留湯水温度差が基準温度差未満であるか否かにより判定したが、別に、貯湯タンク１４の流入部１４ａに供給された湯水の量から給湯で消費された湯水の量を差し引いた量を、貯湯タンク１４の貯湯量として求め、その貯湯量により満杯状態であるか否かを判定しても構わない。

（５）上記実施の形態では、貯湯タンク１４の流入部１４ａと流出部１４ｂとを湯水循環路１２に接続して、湯水循環路１２を循環して加熱手段１１で加熱された湯水を、貯湯タンク１４に供給して貯留させるように構成したが、別に、加熱手段１１で加熱された湯水を直接貯湯タンク１４に供給する形態で、貯湯タンク１４に湯水を貯留させるように構成しても構わない。

（６）上記実施の形態では、放熱手段２５を設けて、加熱手段１１に供給される湯水を冷却するように構成したが、例えば、熱電併給装置１１にラジエタ等の放熱手段が内蔵されており、加熱手段１１に供給する湯水を冷却する必要がない場合には、上記放熱手段２５を省略しても構わない。

貯湯式排熱回収システムの実施の形態を示す概略構成図貯湯式排熱回収システムの別の実施の形態を示す概略構成図

符号の説明

１０：排熱発生部
１１：加熱手段
１４：貯湯タンク
１８：供給断続手段
２２：供給状態制御手段
１２：湯水循環路
１４ａ：流入部
１４ｂ：流出部
２５：放熱手段

Claims

排熱発生部から回収した排熱により湯水を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段で加熱された湯水を、温度成層を形成する形態で貯留する貯湯タンクと、
前記加熱手段から前記貯湯タンクへの湯水の供給を断続する供給断続手段と、
前記貯湯タンクが未満杯状態であるときに、前記加熱手段から前記貯湯タンクに供給される湯水の温度である供給湯水温度が目標貯湯温度以上となる湯水を前記貯湯タンクに供給するように前記供給断続手段の作動を制御する供給状態制御手段を備えた貯湯式排熱回収システムであって、
前記供給状態制御手段が、前記貯湯タンクが満杯状態であるときに、前記供給湯水温度が前記貯湯タンクに貯留されている湯水の温度である貯留湯水温度以上となる湯水を前記貯湯タンクに供給するように前記供給断続手段の作動を制御するように構成されている貯湯式排熱回収システム。
前記加熱手段が、湯水循環路を循環する湯水を加熱するように構成され、
前記貯湯タンクが、前記湯水循環路に接続された流入部から上方に湯水が流入すると共に、前記湯水循環路の前記流入部の接続箇所よりも下流側且つ前記加熱手段よりも上流側に接続された流出部から下方の湯水が流出するように構成されており、
前記供給断続手段が、前記湯水循環路から前記貯湯タンクへの湯水の供給を許可する貯湯状態と、前記湯水循環路から前記貯湯タンクへの湯水の供給を禁止する非貯湯状態とに切り換えるように構成されている請求項１に記載の貯湯式排熱回収システム。
前記湯水循環路の前記流入部の接続箇所よりも下流側且つ前記加熱手段よりも上流側に、湯水を放熱させる放熱手段を備えた請求項２に記載の貯湯式排熱回収システム。
前記供給状態制御手段が、前記貯湯タンクの上方に貯留されている湯水の温度である上方貯留湯水温度と前記貯湯タンクの下方に貯留されている下方貯留湯水温度との差である貯留湯水温度差が、基準温度差以上である場合に前記未満杯状態であると判定し、前記貯留湯水温度差が基準温度差未満である場合に前記満杯状態であると判定するように構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の貯湯式排熱回収システム。