JP2012083041A - Hot water storage unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、夜間電力などの商用電源あるいは、太陽光/風力/燃料電池などを利用して発電された電力を蓄えて、電力需要が多い日中や停電時に蓄えた電力を放電し使用することで、効率的に発電された電力を利用することができる蓄電池を備えた貯湯ユニットに関するものである。ここで、貯湯ユニットとは、ヒートポンプ給湯器(エコキュートとも呼ばれる)や家庭用燃料電池コージェネレーションシステム(エネファームとも呼ばれる)や電気温水器や太陽熱温水器などのシステムの一部として、温めたお湯をユーザが給湯やお風呂などで利用するまで一時的に貯湯する装置である。 The present invention stores power generated using commercial power sources such as nighttime power or solar / wind / fuel cells, and discharges and uses the stored power during the daytime or when there is a power outage. Thus, the present invention relates to a hot water storage unit including a storage battery that can use the power generated efficiently. Here, the hot water storage unit is a hot pump water heater (also called Eco Cute), a household fuel cell cogeneration system (also called ENE-FARM), an electric water heater, a solar water heater, etc. This is a device for temporarily storing hot water until the user uses it in a hot water supply or a bath.
従来、この種の装置としては、例えば特許文献1に示すように、給湯システムとして蓄電池を備え、深夜電力時間帯の電力を充電して、昼間などの別の時間帯に放電しヒートポンプユニットに供給することにより、電力消費量の平準化を行うことが提案されている。 Conventionally, as this type of device, for example, as shown in Patent Document 1, a storage battery is provided as a hot water supply system, and power is charged in a midnight power time zone, discharged in another time zone such as daytime, and supplied to a heat pump unit. By doing so, it has been proposed to level the power consumption.
しかしながら、前記従来の構成である特許文献1の給湯システムは、蓄電池の充放電を行う際の発熱と、蓄電池の高温あるいは低温下での使用についてはあまり考慮されていなかった。 However, the hot water supply system of Patent Document 1 having the conventional configuration has not been considered much about the heat generated when charging and discharging the storage battery and the use of the storage battery at high or low temperatures.
一般的に、リチウムイオン電池やニッケル水素電池や鉛電池などの充放電が可能な蓄電池(二次電池とも呼ばれる)は充放電時に発熱を伴い、さらに発熱した状態で充放電を続けることによる高温状態での使用による蓄電池の劣化が、蓄電池の寿命を縮める原因となっており、高価な部品である蓄電池の劣化低減は非常に重要な課題の1つとなっている。また、蓄電池の充放電動作には化学反応が伴うため、利用する化学物質が反応できる適当な温度範囲にある必要があり、低温になり過ぎると電解液の電気伝導度が急速に下がってしまい、充電や放電の性能が低下するなど、従来の性能を発揮することができなくなるという課題があった。 In general, rechargeable storage batteries (also called secondary batteries) such as lithium ion batteries, nickel metal hydride batteries, and lead batteries generate heat during charging and discharging, and are in a high temperature state due to continued charging and discharging in the heated state. The deterioration of the storage battery due to the use of the battery is the cause of shortening the life of the storage battery, and reducing the deterioration of the storage battery, which is an expensive part, is one of the very important issues. In addition, since the charging and discharging operation of the storage battery involves a chemical reaction, it is necessary to be in an appropriate temperature range in which the chemical substance to be used can react, and when the temperature becomes too low, the electrical conductivity of the electrolytic solution decreases rapidly, There has been a problem that the conventional performance cannot be exhibited, for example, the charging and discharging performance is deteriorated.
前記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯ユニットは、電力を充放電する蓄電池と、電力負荷及び電力供給源と接続して、前記蓄電池の電力を使用及び供給する電力接続手段と、温水を貯湯する貯湯タンクと、商用の水道栓から前記貯湯タンクへ給水する給水管と、前記蓄電池から発生した熱を給水管内の水に伝える熱交換手段と、前記給水管から前記貯湯タンクへの給水を調節する給水弁を備える。 In order to solve the conventional problem, the hot water storage unit of the present invention is connected to a storage battery that charges and discharges power, a power load and a power supply source, and power connection means that uses and supplies power of the storage battery, A hot water storage tank for storing hot water, a water supply pipe for supplying water from a commercial water tap to the hot water storage tank, heat exchange means for transferring heat generated from the storage battery to water in the water supply pipe, and from the water supply pipe to the hot water storage tank A water supply valve for adjusting the water supply is provided.
本発明の貯湯ユニットは、蓄電池の充放電時に発生する熱を、熱交換手段にて貯湯タンクに供給する水に伝えることで、蓄電池の温度上昇を抑えることにより蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させる。さらに、蓄電池から発生した熱を熱交換手段により貯湯タンクに供給する水に伝えることで、この水を加熱することができるので、熱としてのエネルギーを有効に利用することができる。 The hot water storage unit of the present invention transmits heat generated during charging / discharging of the storage battery to the water supplied to the hot water storage tank by heat exchange means, thereby suppressing the rise in the temperature of the storage battery and using the storage battery at a high temperature. Reduce degradation. Furthermore, since this water can be heated by transferring the heat generated from the storage battery to the water supplied to the hot water storage tank by the heat exchange means, the energy as heat can be used effectively.
第1の発明は、電力を充放電する蓄電池と、電力負荷及び電力供給源と接続して、蓄電池の電力を使用及び供給する電力接続手段と、温水を貯湯する貯湯タンクと、商用の水道栓などから貯湯タンクへ給水する給水管と、蓄電池から発生した熱を給水管内の水に伝える熱交換手段と、給水管から貯湯タンクへの給水を調節する給水弁を備え、蓄電池の充放電時に発生する熱を、熱交換手段にて貯湯タンクに供給する水に伝えることで、蓄電池の温度上昇を抑えることにより蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。さらに、蓄電池から発生した熱を熱交換手段により貯湯タンクに供給する水に伝えることで、この水を加熱することができるので、熱としてのエネルギーを有効に利用することができるようになる。 A first invention is a storage battery for charging / discharging electric power, an electric power connection means connected to an electric power load and a power supply source, and uses and supplies electric power of the storage battery, a hot water storage tank for storing hot water, and a commercial water tap Water supply pipe that supplies water to the hot water storage tank, heat exchange means that transfers heat generated from the storage battery to the water in the water supply pipe, and a water supply valve that adjusts the water supply from the water supply pipe to the hot water storage tank. By transmitting the heat to be supplied to the water supplied to the hot water storage tank by the heat exchange means, it is possible to reduce deterioration of the storage battery due to heat generation and use at a high temperature by suppressing the temperature rise of the storage battery. Furthermore, since this water can be heated by transmitting the heat generated from the storage battery to the water supplied to the hot water storage tank by the heat exchanging means, the energy as heat can be used effectively.
第2の発明は、特に第1の発明の前記蓄電池は、前記貯湯タンクよりも低い位置に配置することで、前記貯湯タンクの発熱による影響を低減することができるようになる。 According to the second aspect of the invention, in particular, the storage battery of the first aspect of the invention can be arranged at a position lower than the hot water storage tank, thereby reducing the influence of heat generation of the hot water storage tank.
第3の発明は、特に第1または第2の発明に加えて、前記給水弁から前記貯湯ユニットへの給水を検出する給水検出手段と、例えばヒートポンプユニットやヒータなどの電力負荷を動作させる電力負荷制御手段を備え、前記給水検出手段にて給水を検出した場合に、前記電力負荷制御手段により前記蓄電池の電力を使用することで、前記蓄電池の電力を使用する時の放電に伴う発熱を前記熱交換手段にて前記貯湯タンクに給水している水に伝えることで、給水時の水に蓄電池の熱を伝えることが出来るので蓄電池の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池の温度上昇を抑えることにより蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。 In particular, in addition to the first or second invention, the third invention is a power supply detection means for detecting water supply from the water supply valve to the hot water storage unit, and a power load for operating a power load such as a heat pump unit or a heater. Control means, and when the water supply is detected by the water supply detection means, the power of the storage battery is used by the power load control means, so that the heat generated by the discharge when using the power of the storage battery is Since the heat of the storage battery can be transmitted to the water at the time of water supply by transmitting to the water supplied to the hot water storage tank by the exchange means, the heat generated by the storage battery can be used effectively. Further, by suppressing the temperature rise of the storage battery, it is possible to reduce the deterioration of the storage battery due to heat generation and use at a high temperature.
第4の発明は、特に第1から第3のいずれか1つの発明に加えて、前記給水弁から前記貯湯ユニットへ給水を検出する給水検出手段と、例えば商用電源や燃料電池ユニットの発電による電力を前記蓄電池に供給する電力供給制御手段を備え、前記給水検出手段にて給水を検出した場合に、前記電力供給制御手段により前記蓄電池を充電することで、前記蓄電池の充電時に伴う発熱を前記熱交換手段にて前記貯湯タンクに給水している水に伝えることで、蓄電池の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池の温度上昇を抑えることにより蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。 In addition to any one of the first to third inventions, the fourth invention is a water supply detection means for detecting water supply from the water supply valve to the hot water storage unit, and power generated by, for example, a commercial power source or a fuel cell unit. Power supply control means for supplying the storage battery to the storage battery, and when the water supply detection means detects water supply, the storage battery is charged by the power supply control means, so that the heat generated during charging of the storage battery is By transmitting to the water supplied to the hot water storage tank by the exchange means, the heat generated by the storage battery can be used effectively. Further, by suppressing the temperature rise of the storage battery, it is possible to reduce the deterioration of the storage battery due to heat generation and use at a high temperature.
第5の発明は、特に第1から第4のいずれか1つの発明に加えて、前記電力接続手段から例えばヒートポンプユニットやヒータなどの電力負荷により前記蓄電池の電力の使用を検出する蓄電池放電検知手段と、前記給水弁の開閉を制御する給水弁制御手段を備え、前記蓄電池放電検知手段にて蓄電池の放電を検出した場合に、前記給水弁制御手段により給
水弁を開いて前記貯湯タンクに水を供給することで、前記蓄電池の放電に伴う発熱を給水時の水に伝えることができるので、蓄電池の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池の温度上昇を抑えることにより蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。
In addition to any one of the first to fourth inventions, the fifth aspect of the invention is a storage battery discharge detection means for detecting use of the power of the storage battery by means of a power load such as a heat pump unit or a heater from the power connection means. Water supply valve control means for controlling the opening and closing of the water supply valve, and when the storage battery discharge detection means detects discharge of the storage battery, the water supply valve control means opens the water supply valve to supply water to the hot water storage tank. Since the heat generated by the discharge of the storage battery can be transmitted to the water at the time of water supply by supplying the heat, the heat generated by the storage battery can be effectively used. Further, by suppressing the temperature rise of the storage battery, it is possible to reduce the deterioration of the storage battery due to heat generation and use at a high temperature.
第6の発明は、特に第1から第5のいずれか1つの発明に加えて、前記電力接続手段から例えば商用電源や燃料電池ユニットの発電により前記蓄電池に電力を充電する状態を検出する蓄電池充電検知手段と、前記給水弁の開閉を制御する給水弁制御手段を備え、前記蓄電池充電検知手段にて蓄電池の充電を検出した場合に、前記給水弁制御手段により給水弁を開いて前記貯湯タンクに水を供給することで、前記蓄電池の充電に伴う発熱を給水時の水に蓄電池の熱を伝えることができるので、蓄電池の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池の温度上昇を抑えることにより蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。 In addition to any one of the first to fifth inventions, the sixth aspect of the invention is a storage battery charging for detecting a state in which the storage battery is charged with electric power from, for example, a commercial power source or a fuel cell unit from the power connection means. A water supply valve control means for controlling opening and closing of the water supply valve, and when the storage battery charge detection means detects charging of the storage battery, the water supply valve control means opens the water supply valve to the hot water storage tank. By supplying water, the heat generated by charging the storage battery can be transferred to the water at the time of water supply, so that the heat generated by the storage battery can be used effectively. Further, by suppressing the temperature rise of the storage battery, it is possible to reduce the deterioration of the storage battery due to heat generation and use at a high temperature.
第7の発明は、特に第1から第6のいずれか1つの発明に加えて、前記給水管は前記熱交換手段を通さずに前記貯湯タンクに給水する回避経路と、前記回避経路と前記熱交換手段を通る給水の経路を切り替える切替弁と、給水する水の温度を検出する水温検出手段を備えることにより、前記水温検出手段により供給する水の水温が所定の温度よりも低い場合に、前記切替弁に給水経路を切り替えて前記熱交換手段を通さずに前記貯湯タンクに給水することで、前記蓄電池の温度低下による影響を低減することができるようになる。 According to a seventh invention, in addition to any one of the first to sixth inventions, in particular, the water supply pipe supplies water to the hot water storage tank without passing through the heat exchange means, the avoidance path, and the heat. When the temperature of the water supplied by the water temperature detecting means is lower than a predetermined temperature by providing a switching valve for switching a water supply path through the exchange means and a water temperature detecting means for detecting the temperature of the water to be supplied, By switching the water supply path to the switching valve and supplying water to the hot water storage tank without passing through the heat exchanging means, it is possible to reduce the influence due to the temperature drop of the storage battery.
第8の発明は、特に第1から第7のいずれか1つの発明に加えて、前記蓄電池の設置する場所に蓄熱材を設けることで、蓄電池の発熱を吸熱することで、急激な温度変化を防止し高温下での使用による劣化の低減を行うことができるようになる。 In addition to any one of the first to seventh inventions, the eighth invention provides a heat storage material at a place where the storage battery is installed, and absorbs heat generated by the storage battery, thereby causing a rapid temperature change. It is possible to prevent and reduce deterioration due to use under high temperature.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the present embodiment.
(実施の形態1)
本実施の形態における貯湯ユニットについて、図1を用いて説明する。
(Embodiment 1)
The hot water storage unit in the present embodiment will be described with reference to FIG.
図1は本発明の実施の形態1における貯湯ユニット100の構成を示している。 FIG. 1 shows a configuration of a hot water storage unit 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
貯湯ユニット100は、電力を充放電する蓄電池101と、例えば電力負荷であるヒートポンプユニットなどの電力を使用する装置や、電力供給源となる商用電源や燃料電池ユニットなどと接続して、前記蓄電池の電力を使用及び供給する電力接続手段102と、温水を貯湯する貯湯タンク103と、商用の水道栓から貯湯タンク103へ給水する給水管104と、蓄電池101から発生した熱を給水管内の水に伝える熱交換手段105と、給水管104から貯湯タンク103への給水を調節する給水弁106を備える。このように構成することで、蓄電池の充放電時に発生する熱を、熱交換手段105にて貯湯タンク103に供給する水に伝えることで、蓄電池101の温度上昇を抑えることにより蓄電池101の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。さらに、貯湯タンク103に供給する水は、蓄電池101の熱によって温められるので、蓄電池101から発生する熱を捨てることなく有効に利用することができるようになる。 The hot water storage unit 100 is connected to a storage battery 101 that charges and discharges power, a device that uses power such as a heat pump unit that is a power load, a commercial power source that is a power supply source, a fuel cell unit, and the like. Power connection means 102 for using and supplying electric power, a hot water storage tank 103 for storing hot water, a water supply pipe 104 for supplying water from a commercial water tap to the hot water storage tank 103, and heat generated from the storage battery 101 is transmitted to the water in the water supply pipe. The heat exchange means 105 and the water supply valve 106 which adjusts the water supply from the water supply pipe 104 to the hot water storage tank 103 are provided. With this configuration, the heat generated during charging / discharging of the storage battery is transmitted to the water supplied to the hot water storage tank 103 by the heat exchange means 105, thereby suppressing the temperature rise of the storage battery 101, thereby generating heat and Deterioration due to use at high temperatures can be reduced. Furthermore, since the water supplied to the hot water storage tank 103 is warmed by the heat of the storage battery 101, it can be used effectively without throwing away the heat generated from the storage battery 101.
次に貯湯ユニット100の各構成要素について説明する。図1の貯湯ユニット100では、貯湯ユニットは、水道栓と商用電源とヒートポンプユニットと接続している例としての構成を図示している。 Next, each component of the hot water storage unit 100 will be described. In the hot water storage unit 100 of FIG. 1, the hot water storage unit illustrates an example configuration in which a water tap, a commercial power source, and a heat pump unit are connected.
蓄電池101は、夜間電力などの商用電源あるいは、太陽光/燃料電池/風力などを利
用して発電された電力を蓄えて、電力需要が大きい日中あるいは電気代の高い時間帯や停電時に蓄えた電力を放電し使用する家庭用の蓄電池であり、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池などの充放電が可能な蓄電池(二次電池とも呼ばれる)である。用途としては電力需要の平滑化、電気代の低減、停電時の非常用の電源として使用することができる。一般的に、リチウムイオン電池やニッケル水素電池や鉛電池などの充放電が可能な蓄電池は充放電時に発熱を伴い、さらに発熱した状態で充放電を続けることによる高温状態で使用すると熱の影響により蓄電池の劣化が進行しやすくなり、電解液が漏出する危険性も発生する。また、蓄電池の充放電動作は、利用する化学物質が反応できる適当な温度範囲にある必要があり、低温になり過ぎると、電気伝導度が急速に下がってしまい、従来の性能を発揮することができなくなる。このため使用する蓄電池の特性に合わせて、使用温度の範囲にしておく必要がある。例えば、一般的な電解液を利用するリチウムイオン電池の場合は、0℃〜40℃にする必要がある場合が多い。
The storage battery 101 stores power generated by using commercial power sources such as nighttime power or solar power / fuel cells / wind power, etc., and stored it during the daytime when electricity demand is high or when the electricity bill is high or during power outages. It is a household storage battery that discharges and uses electric power, and is a storage battery (also referred to as a secondary battery) that can be charged and discharged, such as a lithium ion battery, a nickel hydride battery, and a lead storage battery. As applications, it can be used as a power source for smoothing power demand, reducing electricity bills, and emergency power during power outages. In general, rechargeable storage batteries such as lithium ion batteries, nickel metal hydride batteries, and lead batteries generate heat during charging and discharging, and if used in a high temperature state due to continued charging and discharging, they are affected by heat. Deterioration of the storage battery is likely to proceed, and there is a risk of electrolyte leakage. In addition, the charging / discharging operation of the storage battery needs to be within an appropriate temperature range in which the chemical substance to be used can react. If the temperature is too low, the electrical conductivity rapidly decreases and the conventional performance can be exhibited. become unable. For this reason, it is necessary to make it the range of use temperature according to the characteristic of the storage battery to be used. For example, in the case of a lithium ion battery using a general electrolytic solution, it is often necessary to set the temperature to 0 ° C. to 40 ° C.
蓄電池101を利用することで、例えば、夜間電力で蓄電池を充電して、夕方などお湯の使用時間帯に貯湯ユニットのお湯の温度が下がってきたときに、蓄電池の電力を利用して貯湯ユニットのお湯を加熱することにより、安価な夜間電気代の費用で使用時間帯にお湯の使用量を増やす沸き増しが可能となる。また、沸き増しが使用時間帯に可能になることで、夜間の沸き上げるお湯の設定温度を低くして、貯湯タンクに貯めるお湯の熱が貯湯ユニットから逃げてしまう熱損失を低減することができるようになる。また、使用時間帯に沸き増しができるので、貯湯するお湯の量を少なくして、貯湯タンクを小型化することが可能となる。また、例えばヒートポンプユニットなど大気の熱エネルギーを利用して熱を作るシステムであれば、外気温の高い時間帯に貯湯タンクのお湯を沸かすことで、安価な夜間の電気代で、日中の大気の熱エネルギーを利用して効率よく貯湯タンクのお湯を沸かすことができるようになる。 By using the storage battery 101, for example, when the storage battery is charged with nighttime power and the temperature of the hot water storage unit falls during the hot water usage time such as in the evening, the power of the hot water storage unit is used by using the power of the storage battery. By heating the hot water, it becomes possible to increase the amount of hot water used during the hours of use at a low cost for night electricity. In addition, by making it possible to increase boiling, it is possible to lower the set temperature of hot water to be heated at night and to reduce the heat loss in which the heat of the hot water stored in the hot water storage tank escapes from the hot water storage unit. It becomes like this. In addition, since boiling can be increased during use hours, the amount of hot water to be stored can be reduced and the hot water storage tank can be downsized. For example, if the system uses heat energy from the atmosphere, such as a heat pump unit, the hot water in the hot water storage tank is boiled at a low outdoor temperature, allowing you to use cheaper nighttime electricity bills and daytime air. The hot water in the hot water storage tank can be efficiently boiled using the thermal energy of
電力接続手段102は、電力負荷及び電力供給源と接続して、蓄電池101の電力を使用及び供給するものであり、例えば蓄電池101の電力を使用及び供給する電線や電源コードであり、蓄電池101からの電力を電力負荷に伝えること及び、電力供給源からの電力を蓄電池101に伝えることが可能な構成であればどのような構成であっても構わない。 The power connection means 102 is connected to a power load and a power supply source to use and supply the power of the storage battery 101. For example, the power connection means 102 is an electric wire or power cord that uses and supplies the power of the storage battery 101. Any configuration may be used as long as it can transmit the power to the power load and transmit the power from the power supply source to the storage battery 101.
ここで、電力負荷とは、主に、例えばコンプレッサーにより大気圧縮して大気の熱を回収してお湯を温めるヒートポンプユニットや、電気のジュール熱でお湯を温める電気温水器など、貯湯タンク103内のお湯を温めるための装置である。また、他の電力負荷としては、貯湯タンク内部の電気回路や、燃料電池ユニットの電気回路や、お湯を温める以外の目的で使用する一般的な電化製品などであっても、構成することができる。 Here, the power load is mainly the heat pump unit in the hot water storage tank 103 such as a heat pump unit that compresses the air by a compressor to recover the heat of the air and warms the hot water, or an electric water heater that warms the hot water by Joule heat. It is a device for warming hot water. Further, as other electric power loads, it is possible to configure even an electric circuit inside the hot water storage tank, an electric circuit of the fuel cell unit, or a general electric appliance used for purposes other than warming hot water. .
なお、貯湯タンク103のお湯を温めるヒートポンプユニットと、貯湯ユニット100を組み合わせて使用することによるメリットとしては、例えば貯湯ユニット100の給水時は、貯湯タンク103内のお湯の温度が下がるので、給水中にヒートポンプユニットを動かすことによって、貯湯タンク103内のお湯の温度低下を防ぐとともに、蓄電池101の使用による発熱を貯湯ユニットに給水する水に伝えることができるようになる。ヒートポンプユニットと貯湯ユニットを組み合わせた場合に、給水中にヒートポンプを動かすことにより、給水により温度低下したお湯を温めながら、蓄電池101の温度上昇を防ぎ、さらに給水の水を温めるという複数の効果を得ることができる。 In addition, as a merit by using the heat pump unit that warms the hot water in the hot water storage tank 103 and the hot water storage unit 100, for example, when the hot water storage unit 100 is supplied with water, the temperature of the hot water in the hot water storage tank 103 is lowered. By moving the heat pump unit, the temperature of the hot water in the hot water storage tank 103 is prevented from lowering, and the heat generated by the use of the storage battery 101 can be transmitted to the water supplied to the hot water storage unit. When the heat pump unit and the hot water storage unit are combined, by moving the heat pump during the water supply, while warming the hot water whose temperature has decreased due to the water supply, the temperature of the storage battery 101 is prevented from rising, and the water supply water is further heated. be able to.
また、電力供給源とは、商用電源や燃料電池ユニットが発電する電力や太陽光パネルが発電する電力であり、貯湯ユニット100のシステムの構成により選択することができる。例えば、お湯を温めると同時に電気を発電する燃料電池ユニットと組み合わせた場合、図2に示すような構成例となり、電力接続手段102は発電する燃料電池ユニットの電力
出力部と充電する蓄電池101を接続する。また、燃料電池ユニットの電源と蓄電池101を繋ぐことで、燃料電池ユニットが動作するための電力として蓄電池101の電力を使用するように構成することも可能である。蓄電池101から電力を供給することで、停電時にも燃料電池ユニットを動作させるように構成することができるようになる。
Further, the power supply source is power generated by a commercial power source or a fuel cell unit or power generated by a solar panel, and can be selected depending on the system configuration of the hot water storage unit 100. For example, when combined with a fuel cell unit that generates electricity at the same time as warming hot water, a configuration example as shown in FIG. 2 is obtained, and the power connection means 102 connects the power output unit of the fuel cell unit that generates power and the storage battery 101 to be charged. To do. In addition, by connecting the power source of the fuel cell unit and the storage battery 101, the power of the storage battery 101 can be used as the power for operating the fuel cell unit. By supplying electric power from the storage battery 101, the fuel cell unit can be configured to operate even during a power failure.
貯湯タンク103は、一般的な家庭用のお湯を貯めておくタンクである。貯湯タンク103は、水道栓からの給水及び、お湯を使用する家庭への給水管、ヒートポンプユニットなどお湯を温める装置とのお湯のやり取りを行う水路から構成される。望ましくは防水性・耐水性・断熱性を有し、お湯の温度が下がりにくいように貯湯タンク103の周囲は、熱伝導率の低い断熱性能の高い材料で囲んでいる構成とする。 The hot water storage tank 103 is a tank for storing general hot water for home use. The hot water storage tank 103 is composed of a water channel that exchanges hot water with a device that warms hot water, such as water supply from a water tap, a water supply pipe to a household that uses hot water, and a heat pump unit. Desirably, the hot water storage tank 103 is surrounded by a material having low heat conductivity and high heat insulating performance so as to be waterproof, water resistant, and heat insulating, and to prevent the hot water temperature from being lowered.
給水管104は、水道局などの商用の水道栓から貯湯タンク103へ繋ぐ、給水のための水路である。 The water supply pipe 104 is a water channel for water supply that is connected to a hot water storage tank 103 from a commercial water tap such as a water station.
熱交換手段105は、水道栓から貯湯タンク103を繋ぐ給水管104の途中に蓄電池101の発熱の際に発生する熱を、給水管104内の水に伝えるための、熱交換を行う熱交換装置である。例えば、図1の熱交換手段105の図に示すように、給水管104の途中で、蓄電池101の表面を繰り返し往復して接続することで、給水時に接している時間を長くする構成とすることで、蓄電池101の発生する熱と給水時に流れる水との熱交換を行うことができるようになる。また、例えば、熱伝導率の高いアルミ製の中空パイプを蓄電池101の周囲を繰り返し巻きつけるように配置しておき、水道栓と貯湯タンク103の途中の給水管104をアルミ製の中空パイプに繋いで、パイプ中に水を通すように構成することで、蓄電池101が放熱している際に、給水している水が蓄電池101の周囲を通過することにより、熱を奪うことができるようになる。他にも、発熱部と管内を通過する水の熱交換に関する熱交換装置に関する構成は多数提案されており、蓄電池101の発生する熱を給水管104内の水に伝えることができる構成であれば、どのような構成であっても構わない。 The heat exchanging means 105 is a heat exchanging device for exchanging heat for transferring heat generated during the heat generation of the storage battery 101 to the water in the water supply pipe 104 in the middle of the water supply pipe 104 connecting the hot water storage tank 103 to the water tap. It is. For example, as shown in the diagram of the heat exchanging means 105 in FIG. 1, in the middle of the water supply pipe 104, the surface of the storage battery 101 is repeatedly reciprocated so as to increase the time of contact during water supply. Thus, heat exchange between the heat generated by the storage battery 101 and the water flowing during water supply can be performed. Further, for example, an aluminum hollow pipe having high thermal conductivity is arranged so as to be repeatedly wound around the storage battery 101, and the water supply pipe 104 in the middle of the water tap and the hot water storage tank 103 is connected to the aluminum hollow pipe. Thus, by configuring the pipe to pass water, when the storage battery 101 is dissipating heat, the water being supplied passes through the storage battery 101 so that heat can be taken away. . In addition, many configurations related to a heat exchange device related to the heat exchange of water passing through the heat generating portion and the pipe have been proposed, and any configuration that can transmit the heat generated by the storage battery 101 to the water in the water supply pipe 104 is possible. Any configuration may be used.
給水弁106は、水道栓からの水の供給を調節するための弁である。給水弁を開くことによって、貯湯タンク103へ給水を行う。給水のタイミングは、使用するシステムに合わせて構成する。例えば、貯湯タンク103の貯湯量が低下した分だけ自動的に給水する場合には、貯湯タンク内等にフロートスイッチを設け、フロートスイッチと連動して給水弁106を開閉する構成にすることができる。なお、フロートスイッチとは、浮力の力を利用して浮いているフロートが、水面が下がった際にスイッチが入る構成のスイッチである。また、貯湯タンクの量が所定値以下に低下した場合や、特定の時刻など所定のタイミングで給水する場合は、給水弁106を電磁式にして所定のタイミングでマイクロコンピューターなどの制御手段を設けて制御するように構成する。 The water supply valve 106 is a valve for adjusting the supply of water from the water tap. Water is supplied to the hot water storage tank 103 by opening the water supply valve. The timing of water supply is configured according to the system to be used. For example, when water is automatically supplied for the amount of hot water stored in the hot water storage tank 103, a float switch can be provided in the hot water storage tank and the water supply valve 106 can be opened and closed in conjunction with the float switch. . In addition, a float switch is a switch of the structure in which the float which floats using the force of buoyancy turns on when the water surface falls. When the amount of the hot water storage tank drops below a predetermined value or when water is supplied at a predetermined timing such as a specific time, the water supply valve 106 is electromagnetic and a control means such as a microcomputer is provided at the predetermined timing. Configure to control.
このように構成することで、蓄電池101の充放電時に発生する熱を、熱交換手段105にて貯湯タンク103に供給する水に伝えることで、蓄電池101の温度上昇を抑えることにより蓄電池101の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。さらに、貯湯タンク103に供給する水は、蓄電池101の熱によって温められるので、蓄電池101から発生する熱を捨てることなく有効に利用することができるようになる。 With this configuration, heat generated during charging / discharging of the storage battery 101 is transmitted to the water supplied to the hot water storage tank 103 by the heat exchanging means 105, thereby suppressing the temperature rise of the storage battery 101 and generating heat of the storage battery 101. In addition, deterioration due to use at a high temperature can be reduced. Furthermore, since the water supplied to the hot water storage tank 103 is warmed by the heat of the storage battery 101, it can be used effectively without throwing away the heat generated from the storage battery 101.
また、蓄電池101は、貯湯タンク103よりも低い位置に配置することで、貯湯タンクに貯湯しているお湯の熱は主に上方昇って影響を強くするので、例えば、図1に記載のように貯湯タンク103の下部に配置することで、貯湯タンク103の発熱による影響を低減することができるようになる。また、図1に記載のように貯湯タンク103への水道栓からの給水は、貯湯タンク103の下部から行う方式であれば、貯湯タンク103に蓄
電池101を配置することによって、水道栓からの水が熱交換手段105を通って、貯湯タンク103に給水するので、給水管104の水路を大きく取り回すことなく構成することができる。
In addition, since the storage battery 101 is disposed at a position lower than the hot water storage tank 103, the heat of the hot water stored in the hot water storage tank rises mainly upward to increase the influence. For example, as shown in FIG. By arranging the hot water storage tank 103 under the hot water storage tank 103, the influence of heat generated in the hot water storage tank 103 can be reduced. In addition, as shown in FIG. 1, if the water supply from the water tap to the hot water storage tank 103 is performed from the lower part of the hot water storage tank 103, the storage battery 101 is disposed in the hot water storage tank 103, thereby Since the water is supplied to the hot water storage tank 103 through the heat exchanging means 105, it is possible to configure the water supply pipe 104 without greatly routing the water channel.
(実施の形態2)
本実施の形態の発明について、図3の給水時に電力負荷を制御する貯湯ユニット300の構成例及び図4の給水時に電力負荷を制御する貯湯ユニット300のフローチャートを用いて説明する。
(Embodiment 2)
The invention of the present embodiment will be described with reference to the configuration example of the hot water storage unit 300 that controls the power load during water supply in FIG. 3 and the flowchart of the hot water storage unit 300 that controls the power load during water supply in FIG.
貯湯ユニット300は、電力を充放電する蓄電池101と、蓄電池101の電力を使用及び供給する電力接続手段102と、温水を貯湯する貯湯タンク103と、商用の水道栓から貯湯タンク103へ給水する給水管104と、蓄電池101から発生した熱を給水管104内の水に伝える熱交換手段105と、給水管104から貯湯タンク103への給水を調節する給水弁106と、給水弁106から貯湯タンク103への給水を検出する給水検出手段307と、例えばヒートポンプユニットや電気温水器のヒータなどの電力負荷を動作させる電力負荷制御手段308を備える。 The hot water storage unit 300 includes a storage battery 101 that charges and discharges power, a power connection means 102 that uses and supplies the power of the storage battery 101, a hot water storage tank 103 that stores hot water, and a water supply that supplies water from a commercial water tap to the hot water storage tank 103. A heat exchange means 105 for transferring heat generated from the pipe 104, the storage battery 101 to the water in the water supply pipe 104, a water supply valve 106 for adjusting water supply from the water supply pipe 104 to the hot water storage tank 103, and a hot water storage tank 103 from the water supply valve 106. A water supply detection means 307 for detecting water supply to the power supply and a power load control means 308 for operating a power load such as a heater of a heat pump unit or an electric water heater, for example.
ここで、蓄電池101、電力接続手段102、貯湯タンク103、給水管104、熱交換手段105及び給水弁106は、前述の貯湯ユニット100の構成と同じである。 Here, the storage battery 101, the power connection means 102, the hot water storage tank 103, the water supply pipe 104, the heat exchange means 105, and the water supply valve 106 are the same as the configuration of the hot water storage unit 100 described above.
給水検出手段307は、水道栓から貯湯タンク103への給水を検出する装置である。例えば、給水管104内に流れる水の量を計測する流量計や、貯湯タンク103の水位の変化を計測する水位計や、給水弁106の開閉の状態を検出する開閉検出のスイッチで構成することで、給水の状態を検出することができる。 The water supply detection means 307 is a device that detects water supply from the water tap to the hot water storage tank 103. For example, a flow meter that measures the amount of water flowing in the water supply pipe 104, a water level meter that measures a change in the water level of the hot water storage tank 103, and an open / close detection switch that detects the open / close state of the water supply valve 106. Thus, the state of water supply can be detected.
電力負荷制御手段308は、ヒートポンプユニットや電気温水器のヒータなどの電力負荷を制御する装置であり、ヒートポンプユニットや電気温水器などに、電気的に接続あるいは、電波や赤外線光などの無線通信により、制御信号を通知することで、電力負荷の動作や停止などの制御を行う制御回路である。 The power load control means 308 is a device that controls a power load such as a heat pump unit or a heater of an electric water heater, and is electrically connected to the heat pump unit or the electric water heater or by wireless communication such as radio waves or infrared light. The control circuit performs control such as operation and stop of the power load by notifying the control signal.
次に、給水時に電力負荷を制御する貯湯ユニット300の動作の流れについて、図4を用いて説明する。ステップS401では、給水検出手段307によって給水の状態を検出する。次にステップS402では、前記ステップS401の検出状態により、給水中であればステップS403に動作を移行し、給水中でなければステップS404に動作を移行する。ステップS404では、電力負荷制御手段308から電力負荷へ運転の動作を通知する。例えば、電力負荷制御手段308から予め決めておいた運転開始の電気信号を送ることにより、ヒートポンプユニットなどの運転を開始するように指示をする。ステップS404では、電力負荷制御手段308から電力負荷へ運転の停止を通知する。例えば、電力負荷制御手段308から予め決めておいた運転停止の電気信号を送ることにより、ヒートポンプユニットなどの運転を停止するように指示をする。なお、電気温水器のヒータのように電力負荷の運転の開始や停止による動作の変化が短時間に繰り返されても、影響の少ないシステムであれば本フローチャートのような構成で構わない。しかし、ヒートポンプユニットのコンプレッサーなど運転開始や停止に時間が掛かり、動作開始時に起動エネルギーが発生するような装置では、給水時間が一定以上経過後に運転開始の指示を行うことや、給水停止が一定以上経過後に運転停止の指示を行うように構成して、運転の開始や停止の回数を少なくして連続的に運転動作を行うように、電力負荷に指示することが望ましい。 Next, the flow of operation of the hot water storage unit 300 that controls the power load during water supply will be described with reference to FIG. In step S401, the state of water supply is detected by the water supply detection means 307. Next, in step S402, depending on the detection state in step S401, if the water is being supplied, the operation proceeds to step S403, and if not, the operation is transferred to step S404. In step S404, the operation of driving is notified from the power load control means 308 to the power load. For example, an instruction to start the operation of the heat pump unit or the like is given by sending a predetermined operation start electric signal from the power load control means 308. In step S404, the power load control means 308 notifies the power load of the stop of operation. For example, an instruction to stop the operation of the heat pump unit or the like is issued by sending a predetermined operation stop electric signal from the power load control means 308. In addition, even if the change of the operation | movement by the start or stop of operation | movement of an electric power load is repeated in a short time like the heater of an electric water heater, if it is a system with little influence, a structure like this flowchart may be sufficient. However, in devices such as heat pump unit compressors that take time to start and stop and start-up energy is generated at the start of operation, an instruction to start operation is given after the water supply time has exceeded a certain time, or a water supply stop is more than a certain value. It is desirable that an instruction to stop operation is given after the lapse of time, and it is desirable to instruct the electric power load so that the operation operation is continuously performed with a reduced number of start and stop operations.
このように構成することで、給水検出手段307にて給水を検出している場合に、電力負荷制御手段308により電力接続手段102から蓄電池101の電力を使用することで
、蓄電池101の電力を使用する時の放電に伴う発熱を熱交換手段105にて貯湯タンク103に給水している水に伝えることで、給水時の水に蓄電池101の熱を伝えることが出来るので蓄電池101の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池101の温度上昇を抑えることにより蓄電池101の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。
With this configuration, when water supply is detected by the water supply detection unit 307, the power of the storage battery 101 is used by using the power of the storage battery 101 from the power connection unit 102 by the power
この給水時に電力負荷を動かす意図は、第一に貯湯ユニット100へ給水する時は、貯湯タンク103内のお湯の温度が下がるタイミングである。このタイミングに合わせて給水中に例えばヒートポンプユニットを動かすことによって、貯湯タンク103内のお湯の温度低下を防ぐことができる。第二に蓄電池101の使用による発熱を熱交換手段105によって水に伝えて貯湯タンク103に給水することにより、給水時の水に熱エネルギーを加えることができる。第三に蓄電池101の温度上昇を防ぐことで、蓄電池101の発熱による劣化を低減することができる。以上のように複数の効果を同時に得ることができるようになる。 The intention of moving the electric power load at the time of water supply is the timing at which the temperature of hot water in the hot water storage tank 103 is lowered when water is first supplied to the hot water storage unit 100. By moving the heat pump unit, for example, during the water supply in accordance with this timing, it is possible to prevent the temperature of the hot water in the hot water storage tank 103 from decreasing. Secondly, the heat generated by the use of the storage battery 101 is transmitted to the water by the heat exchanging means 105 and supplied to the hot water storage tank 103, whereby heat energy can be added to the water at the time of water supply. Thirdly, deterioration due to heat generation of the storage battery 101 can be reduced by preventing the temperature increase of the storage battery 101. As described above, a plurality of effects can be obtained simultaneously.
(実施の形態3)
本実施の形態の発明について、図5の給水時に蓄電池の充電を行う貯湯ユニット500の構成例及び、図6の給水時に電力負荷を制御する貯湯ユニット500のフローチャートを用いて説明する。
(Embodiment 3)
The invention of the present embodiment will be described with reference to a configuration example of a hot water storage unit 500 that charges a storage battery during water supply in FIG. 5 and a flowchart of the hot water storage unit 500 that controls an electric power load during water supply in FIG.
貯湯ユニット500は、電力を充放電する蓄電池101と、蓄電池101の電力を使用及び供給する電力接続手段102と、温水を貯湯する貯湯タンク103と、商用の水道栓から貯湯タンク103へ給水する給水管104と、蓄電池101から発生した熱を給水管104内の水に伝える熱交換手段105と、給水管104から貯湯タンク103への給水を調節する給水弁106と、給水弁106から貯湯タンク103への給水を検出する給水検出手段507と、例えば、商用電源や燃料電池ユニットの発電による電力を蓄電池101に供給する電力供給制御手段508を備える。 The hot water storage unit 500 includes a storage battery 101 that charges and discharges power, a power connection means 102 that uses and supplies the power of the storage battery 101, a hot water storage tank 103 that stores hot water, and a water supply that supplies water from a commercial water tap to the hot water storage tank 103. A heat exchange means 105 for transferring heat generated from the pipe 104, the storage battery 101 to the water in the water supply pipe 104, a water supply valve 106 for adjusting water supply from the water supply pipe 104 to the hot water storage tank 103, and a hot water storage tank 103 from the water supply valve 106. A water supply detection means 507 for detecting water supply to the battery and a power supply control means 508 for supplying the storage battery 101 with power generated by, for example, a commercial power source or a fuel cell unit.
ここで、蓄電池101、電力接続手段102、貯湯タンク103、給水管104、熱交換手段105及び給水弁106は、前述の貯湯ユニット100の構成と同じである。 Here, the storage battery 101, the power connection means 102, the hot water storage tank 103, the water supply pipe 104, the heat exchange means 105, and the water supply valve 106 are the same as the configuration of the hot water storage unit 100 described above.
また、給水検出手段507は、前述の給水検出手段307と同じである。 Further, the water supply detection means 507 is the same as the water supply detection means 307 described above.
電力供給制御手段508は、商用電源や燃料電池ユニットなどの電力を供給する装置を制御する装置であり、例えば商用電源からの電力を蓄電池101に供給するため、リレーやパワートランジスタなどで通電の制御を行う電気回路である。また、燃料電池ユニットなどの装置に制御信号を通知することで、電力供給の動作や停止などの制御を行う制御回路である。
The power
次に、給水時に蓄電池の充電を行う貯湯ユニット500の動作の流れについて、図6を用いて説明する。ステップS601では、給水検出手段507によって給水の状態を検出する。次にステップS602では、前記ステップS601の検出状態により、給水中であればステップS603に動作を移行し、給水中でなければステップS604に動作を移行する。ステップS604では、電力供給制御手段508から電力供給源へ電力供給の動作を通知する。例えば、電力供給制御手段508から予め決めておいた電力供給開始の電気信号を送ることにより、燃料電池ユニットの運転を開始して発電するように指示をする。ステップS604では、電力供給制御手段508から電力供給源へ電力の供給の停止を通知する。例えば、電力供給制御手段508から予め決めておいた電力供給の停止の電気信号を送ることにより、燃料電池ユニットなどの運転を停止して電力供給を停止するように指示をする。なお、商用電源のように電力供給の開始や停止による動作の変化が短時間に
繰り返されても、影響の少ないシステムであれば本フローチャートのような構成で構わない。しかし、燃料電池ユニットなど運転の開始や停止などに時間が掛かり、動作開始時に起動エネルギーが発生するようなシステムでは、給水時間が一定以上経過後に運転開始の指示を行うことや、給水停止が一定以上経過後に運転停止の指示を行うように構成して、運転の開始や停止の回数を少なくして連続的に運転動作を行うように電力供給源に指示することが望ましい。
Next, the flow of operation of the hot water storage unit 500 that charges the storage battery during water supply will be described with reference to FIG. In step S601, the state of water supply is detected by the water supply detection means 507. Next, in step S602, the operation proceeds to step S603 if the water is being supplied depending on the detection state in step S601, and the operation is transferred to step S604 if the water is not being supplied. In step S604, the power
このように構成することで、給水検出手段507にて給水を検出している場合に、電力供給制御手段508により電力接続手段102から蓄電池101を充電することで、蓄電池101の充電時に伴う発熱を熱交換手段105にて貯湯タンク103に給水している水に伝えることで、給水時の水に蓄電池101の熱を伝えることが出来るので蓄電池101の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池101の温度上昇を抑えることにより蓄電池101の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。 With this configuration, when water supply is detected by the water supply detection means 507, the power supply control means 508 charges the storage battery 101 from the power connection means 102, thereby generating heat generated when the storage battery 101 is charged. By transmitting the heat supplied to the hot water storage tank 103 by the heat exchange means 105, the heat of the storage battery 101 can be transmitted to the water at the time of water supply, so the heat generated by the storage battery 101 can be used effectively. It becomes like this. In addition, by suppressing the temperature rise of the storage battery 101, it is possible to reduce deterioration of the storage battery 101 due to heat generation and use at a high temperature.
この給水時に電力を供給して蓄電池101を充電する意図は、第一に貯湯ユニット100へ給水する時は、貯湯タンク103内のお湯の温度が下がるタイミングである。このタイミングに合わせて給水中に例えば燃料電池ユニットを動かすことによって、貯湯タンク103内のお湯の温度低下を防ぐことができる。第二に蓄電池101の充電による発熱を熱交換手段105によって水に伝えて貯湯タンク103に給水することにより、給水する水に熱エネルギーを加えることができる。第三に蓄電池101の温度上昇を防ぐことで、蓄電池101の発熱による劣化を低減することができる。以上のように複数の効果を同時に得ることができるようになる。 The intention of charging the storage battery 101 by supplying power at the time of water supply is the timing when the temperature of the hot water in the hot water storage tank 103 is lowered when the hot water storage unit 100 is supplied with water. By moving, for example, the fuel cell unit during the water supply in accordance with this timing, it is possible to prevent the temperature of the hot water in the hot water storage tank 103 from decreasing. Secondly, the heat generated by charging the storage battery 101 is transmitted to the water by the heat exchanging means 105 and supplied to the hot water storage tank 103, whereby heat energy can be added to the supplied water. Thirdly, deterioration due to heat generation of the storage battery 101 can be reduced by preventing the temperature increase of the storage battery 101. As described above, a plurality of effects can be obtained simultaneously.
(実施の形態4)
本実施の形態の発明について、図7の電力負荷使用時に給水を行う貯湯ユニット700の構成例及び図8の電力負荷使用時に給水を行う貯湯ユニット700のフローチャートを用いて説明する。
(Embodiment 4)
The invention of the present embodiment will be described with reference to the configuration example of the hot water storage unit 700 that supplies water when using the power load in FIG. 7 and the flowchart of the hot water storage unit 700 that supplies water when using the power load in FIG.
貯湯ユニット700は、電力を充放電する蓄電池101と、蓄電池101の電力を使用及び供給する電力接続手段102と、温水を貯湯する貯湯タンク103と、商用の水道栓から貯湯タンク103へ給水する給水管104と、蓄電池101から発生した熱を給水管104内の水に伝える熱交換手段105と、給水管104から貯湯タンク103への給水を調節する給水弁106と、電力接続手段102から例えばヒートポンプユニットやヒータなどの電力負荷により蓄電池101の電力の使用を検出する蓄電池放電検知手段707と、給水弁106の開閉を制御する給水弁制御手段708を備える。
The hot water storage unit 700 includes a storage battery 101 that charges and discharges power, a power connection means 102 that uses and supplies the power of the storage battery 101, a hot water storage tank 103 that stores hot water, and a water supply that supplies water from a commercial water tap to the hot water storage tank 103. A heat exchange means 105 that transfers heat generated from the pipe 104, the storage battery 101 to the water in the water supply pipe 104, a water supply valve 106 that adjusts water supply from the water supply pipe 104 to the hot water storage tank 103, and a power connection means 102, for example, a heat pump A storage battery
ここで、蓄電池101、電力接続手段102、貯湯タンク103、給水管104、熱交換手段105及び給水弁106は、前述の貯湯ユニット100の構成と同じである。 Here, the storage battery 101, the power connection means 102, the hot water storage tank 103, the water supply pipe 104, the heat exchange means 105, and the water supply valve 106 are the same as the configuration of the hot water storage unit 100 described above.
蓄電池放電検知手段707は、蓄電池101の電力の使用を検出する例えば、電力接続手段102の電流路の周囲に誘起される磁界を検出する電流センサである。電流センサとしては、磁気コアと計器を組合せた構造や、磁気コアにコイルを巻いた変流器構造や、磁気コア内の空隙部にホール素子などの磁電変換素子を配置したものなどあり、電力負荷の使用電力の大きさや直流・交流など流れる電流などによって選定する。 The storage battery discharge detection means 707 is a current sensor that detects the use of power of the storage battery 101, for example, a magnetic field induced around the current path of the power connection means 102. Current sensors include a structure in which a magnetic core and a meter are combined, a current transformer structure in which a coil is wound around the magnetic core, and a magnetoelectric conversion element such as a Hall element disposed in a gap in the magnetic core. Select according to the amount of power used by the load and the flowing current such as DC or AC.
給水弁制御手段708は、給水弁106の開閉を電気的に制御するための制御回路である。給水弁106を電磁式の弁とすることで、給水弁106に制御信号を通知することで、給水を制御する。なお、所望のタイミングで給水弁を制御できる構成であればどのような構成であっても構わない。 The water supply valve control means 708 is a control circuit for electrically controlling the opening and closing of the water supply valve 106. By using the water supply valve 106 as an electromagnetic valve, water supply is controlled by notifying the water supply valve 106 of a control signal. Any configuration may be used as long as it can control the water supply valve at a desired timing.
次に、電力負荷使用時に給水を行う貯湯ユニット700の動作の流れについて、図8を用いて説明する。ステップS801では、蓄電池放電検知手段707により、蓄電池101の電力の使用を検出する。ステップS802では、蓄電池101を使用している場合は、ステップS803に動作を移行し、蓄電池101を使用していない場合は、ステップS804へ動作を移行する。ステップS803では、給水弁制御手段708により、給水弁106の弁を開いて、熱交換手段105に水を通して貯湯タンク103へ給水を行う。ステップS804では、給水弁制御手段708により、給水弁106の弁を閉じて、給水を停止する。なお、蓄電池101の使用電力が少ない場合は、蓄電池101の発熱が少なくなるため、本動作を実施することによる効果も少なくなる。このため、例えば電力負荷の使用電力値が100W以上など所定の大きさを超えた場合に、給水弁制御手段708により給水を行うなどシステムの構成によって動作の閾値を調整することが望ましい。
Next, the flow of operation of the hot water storage unit 700 that supplies water when using an electric load will be described with reference to FIG. In step S <b> 801, the storage battery
このように構成することで、蓄電池放電検知手段707にて蓄電池の放電を検出している場合に、給水弁制御手段708により給水弁を開いて貯湯タンク103に水を供給することで、蓄電池101の放電に伴う発熱を給水時の水に伝えることができるので、蓄電池101の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池101の温度上昇を抑えることにより蓄電池101の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。 With this configuration, when the discharge of the storage battery is detected by the storage battery discharge detection means 707, the water supply valve control means 708 opens the water supply valve and supplies water to the hot water storage tank 103, whereby the storage battery 101 Since the heat generated by the discharge can be transmitted to the water at the time of water supply, the heat generated by the storage battery 101 can be used effectively. In addition, by suppressing the temperature rise of the storage battery 101, it is possible to reduce deterioration of the storage battery 101 due to heat generation and use at a high temperature.
この蓄電池101の使用時に給水を行う意図は、例えば、エアコンなどの貯湯ユニットとは関連性の少ない電力負荷で、蓄電池101の電力で動作させる場合に、電力負荷の使用状況に合わせるタイミングで、貯湯ユニット700に給水することにより、蓄電池101の劣化の低減と、蓄電池101の発熱を利用することにある。 The intent to supply water when using the storage battery 101 is, for example, a power load that has little relevance to a hot water storage unit such as an air conditioner and is operated with the power of the storage battery 101 at a timing that matches the usage status of the power load. By supplying water to the unit 700, the deterioration of the storage battery 101 is reduced and the heat generated by the storage battery 101 is used.
(実施の形態5)
本実施の形態の発明について、図9の蓄電池の充電時に給水を行う貯湯ユニット900の構成例及び図10の蓄電池の充電時に給水を行う貯湯ユニット900のフローチャートを用いて説明する。
(Embodiment 5)
The invention of the present embodiment will be described with reference to a configuration example of a hot water storage unit 900 that supplies water when the storage battery is charged in FIG. 9 and a flowchart of the hot water storage unit 900 that supplies water when the storage battery is charged in FIG.
貯湯ユニット900は、電力を充放電する蓄電池101と、蓄電池101の電力を使用及び供給する電力接続手段102と、温水を貯湯する貯湯タンク103と、商用の水道栓から貯湯タンク103へ給水する給水管104と、蓄電池101から発生した熱を給水管104内の水に伝える熱交換手段105と、給水管104から貯湯タンク103への給水を調節する給水弁106と、電力接続手段102から例えば商用電源や燃料電池ユニットの発電により蓄電池101に電力を充電する状態を検出する蓄電池充電検知手段907と、給水弁106の開閉を制御する給水弁制御手段908を備える。 The hot water storage unit 900 includes a storage battery 101 that charges and discharges power, power connection means 102 that uses and supplies the power of the storage battery 101, a hot water storage tank 103 that stores hot water, and water supply that supplies water from a commercial water tap to the hot water storage tank 103. From the pipe 104, the heat exchange means 105 for transferring the heat generated from the storage battery 101 to the water in the water supply pipe 104, the water supply valve 106 for adjusting the water supply from the water supply pipe 104 to the hot water storage tank 103, and the power connection means 102 A storage battery charge detection means 907 for detecting a state in which the storage battery 101 is charged with power generated by a power source or a fuel cell unit, and a water supply valve control means 908 for controlling opening and closing of the water supply valve 106 are provided.
ここで、蓄電池101、電力接続手段102、貯湯タンク103、給水管104、熱交換手段105及び給水弁106は、前述の貯湯ユニット100の構成と同じである。 Here, the storage battery 101, the power connection means 102, the hot water storage tank 103, the water supply pipe 104, the heat exchange means 105, and the water supply valve 106 are the same as the configuration of the hot water storage unit 100 described above.
また、給水弁制御手段908は、前述の給水弁制御手段708と同じ構成である。 Further, the water supply valve control means 908 has the same configuration as the water supply valve control means 708 described above.
蓄電池充電検知手段907は、蓄電池101への電力の充電を検出する例えば、電力接続手段102の電流路の周囲に誘起される磁界を検出する電流センサである。電流センサとしては、磁気コアと計器を組合せた構造や、磁気コアにコイルを巻いた変流器構造や、磁気コア内の空隙部にホール素子などの磁電変換素子を配置したものなどあり、電力供給源の電力の大きさや直流・交流など流れる電流などによって選定する。 The storage battery charge detection unit 907 is a current sensor that detects charging of power to the storage battery 101, for example, a magnetic field induced around the current path of the power connection unit 102. Current sensors include a structure in which a magnetic core and a meter are combined, a current transformer structure in which a coil is wound around the magnetic core, and a magnetoelectric conversion element such as a Hall element disposed in a gap in the magnetic core. Select according to the power level of the power source and the flowing current such as DC / AC.
次に、蓄電池の充電時に給水を行う貯湯ユニット900の動作の流れについて、図10
を用いて説明する。ステップS1001では、蓄電池充電検知手段907により、蓄電池101の電力の充電状態を検出する。ステップS1002では、蓄電池101を充電している場合は、ステップS1003に動作を移行し、蓄電池101を充電していない場合は、ステップS1004へ動作を移行する。ステップS1003では、給水弁制御手段908により、給水弁106の弁を開いて、熱交換手段105に水を通して貯湯タンク103へ給水を行う。ステップS1004では、給水弁制御手段908により、給水弁106の弁を閉じて、給水を停止する。なお、蓄電池101の充電の電力量が少ない場合は、蓄電池101の発熱が少なくなるため、本動作を実施することによる効果も少なくなる。このため、例えば電力供給源からの電力値が100W以上など所定の大きさを超えた場合に、給水弁制御手段908により給水を行うなどシステムの構成によって動作の閾値を調整することが望ましい。
Next, regarding the flow of operation of the hot water storage unit 900 that supplies water when the storage battery is charged, FIG.
Will be described. In step S <b> 1001, the state of charge of the storage battery 101 is detected by the storage battery charge detection unit 907. In step S1002, when the storage battery 101 is charged, the operation proceeds to step S1003, and when the storage battery 101 is not charged, the operation proceeds to step S1004. In step S1003, the water supply valve control means 908 opens the water supply valve 106 and supplies water to the hot water storage tank 103 through the heat exchange means 105. In step S1004, the water supply valve control means 908 closes the water supply valve 106 and stops water supply. In addition, when the electric energy of charge of the storage battery 101 is small, since the heat generation of the storage battery 101 decreases, the effect of performing this operation is also reduced. For this reason, for example, when the power value from the power supply source exceeds a predetermined value such as 100 W or more, it is desirable to adjust the operation threshold according to the configuration of the system such as supplying water by the water supply
このように構成することで、蓄電池充電検知手段907にて蓄電池101の充電を検出している場合に、給水弁制御手段908により給水弁106を開いて貯湯タンク103に水を供給することで、蓄電池101の充電に伴う発熱を給水時の水に伝えることができるので蓄電池101の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池101の温度上昇を抑えることにより蓄電池101の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。 By comprising in this way, when charging of the storage battery 101 is detected by the storage battery charging detection means 907, the water supply valve control means 908 opens the water supply valve 106 to supply water to the hot water storage tank 103. Since the heat generated by charging the storage battery 101 can be transmitted to the water at the time of water supply, the heat generated by the storage battery 101 can be used effectively. In addition, by suppressing the temperature rise of the storage battery 101, it is possible to reduce deterioration of the storage battery 101 due to heat generation and use at a high temperature.
この蓄電池101の充電時に給水を行う意図は、例えば、太陽光発電などの太陽の状態によって変化するような不安定な電力供給源と接続している場合で、電力供給源からの電力の供給状況に合わせるタイミングで、貯湯ユニット900に給水することにより、蓄電池101の劣化の低減と、蓄電池101の発熱を利用することにある。 The intention to supply water when charging the storage battery 101 is, for example, when connected to an unstable power supply source that changes depending on the state of the sun, such as solar power generation, and the power supply status from the power supply source By supplying water to the hot water storage unit 900 at the timing matched with the above, the deterioration of the storage battery 101 is reduced and the heat generated by the storage battery 101 is used.
(実施の形態6)
本実施の形態の発明について、図11の回避経路を設けた貯湯ユニット1100の構成例を用いて説明する。
(Embodiment 6)
The invention of the present embodiment will be described using a configuration example of a hot water storage unit 1100 provided with an avoidance path in FIG.
貯湯ユニット1100は、電力を充放電する蓄電池101と、蓄電池101の電力を使用及び供給する電力接続手段102と、温水を貯湯する貯湯タンク103と、商用の水道栓から貯湯タンク103へ給水する給水管104と、蓄電池101から発生した熱を給水管内の水に伝える熱交換手段105と、給水管104から貯湯タンク103への給水を調節する給水弁106と、給水管104は熱交換手段105を通さずに貯湯タンク103に給水する回避経路1107と、回避経路1107と熱交換手段105を通る給水の経路を切り替える切替弁1108と、給水する水の温度を検出する水温検出手段1109を備える。 The hot water storage unit 1100 includes a storage battery 101 that charges and discharges power, power connection means 102 that uses and supplies the power of the storage battery 101, a hot water storage tank 103 that stores hot water, and water supply that supplies water from a commercial water tap to the hot water storage tank 103. A heat exchange means 105 for transferring heat generated from the pipe 104, the storage battery 101 to the water in the water supply pipe, a water supply valve 106 for adjusting the water supply from the water supply pipe 104 to the hot water storage tank 103, and the water supply pipe 104. There are provided an avoidance path 1107 for supplying water to the hot water storage tank 103 without passing, a switching valve 1108 for switching a water supply path passing through the avoidance path 1107 and the heat exchange means 105, and a water temperature detection means 1109 for detecting the temperature of the water to be supplied.
ここで、蓄電池101、電力接続手段102、貯湯タンク103、給水管104、熱交換手段105及び給水弁106は、前述の貯湯ユニット100の構成と同じである。 Here, the storage battery 101, the power connection means 102, the hot water storage tank 103, the water supply pipe 104, the heat exchange means 105, and the water supply valve 106 are the same as the configuration of the hot water storage unit 100 described above.
回避経路1107は、水道栓からの水を熱交換手段105に通さず貯湯タンク103へ給水する給水管104の別経路である。 The avoidance path 1107 is another path of the water supply pipe 104 that supplies water from the water tap to the hot water storage tank 103 without passing through the heat exchange means 105.
切替弁1108は、回避経路1107と熱交換手段105を通る経路を切替える弁である。 The switching valve 1108 is a valve that switches a path that passes through the avoidance path 1107 and the heat exchange means 105.
水温検出手段1109は、給水管104を通る水の温度を計測する、例えば、熱電対を利用して計測する温計であり、水温を計測できる構成であればどのような構成であっても構わない。 The water temperature detecting means 1109 is a thermometer that measures the temperature of the water passing through the water supply pipe 104, for example, using a thermocouple, and may have any configuration as long as the water temperature can be measured. Absent.
このように構成することで、水温検出手段1109により供給する水の水温が例えば0℃よりも低い場合に、切替弁1108によって水を給水する経路を回避経路1107に切り替えて、熱交換手段105を通さずに貯湯タンク103に給水することで、蓄電池101を冷やし過ぎないようにすることができるので、蓄電池101の低温時の影響を低減することができるようになる。 With this configuration, when the temperature of the water supplied by the water temperature detection unit 1109 is lower than, for example, 0 ° C., the path for supplying water by the switching valve 1108 is switched to the avoidance path 1107, and the heat exchange unit 105 is changed. By supplying water to the hot water storage tank 103 without passing it, the storage battery 101 can be prevented from being overcooled, so that the influence of the storage battery 101 at a low temperature can be reduced.
(実施の形態7)
本実施の形態の発明について、図12の蓄熱材を設けた貯湯ユニット1200の構成例を用いて説明する。
(Embodiment 7)
The invention of the present embodiment will be described using a configuration example of a hot water storage unit 1200 provided with the heat storage material of FIG.
貯湯ユニット1200は、電力を充放電する蓄電池101と、蓄電池101の電力を使用及び供給する電力接続手段102と、温水を貯湯する貯湯タンク103と、商用の水道栓から貯湯タンク103へ給水する給水管104と、蓄電池101から発生した熱を給水管内の水に伝える熱交換手段105と、給水管104から貯湯タンク103への給水を調節する給水弁106と、蓄電池101の設置する場所に蓄熱材1207を備える。 The hot water storage unit 1200 includes a storage battery 101 that charges and discharges power, power connection means 102 that uses and supplies the power of the storage battery 101, a hot water storage tank 103 that stores hot water, and water supply that supplies water from a commercial water tap to the hot water storage tank 103. A heat exchanger 105 for transferring heat generated from the pipe 104, the storage battery 101 to the water in the water supply pipe, a water supply valve 106 for adjusting the water supply from the water supply pipe 104 to the hot water storage tank 103, and a heat storage material at the place where the storage battery 101 is installed. 1207.
ここで、蓄電池101、電力接続手段102、貯湯タンク103、給水管104、熱交換手段105及び給水弁106は、前述の貯湯ユニット100の構成と同じである。 Here, the storage battery 101, the power connection means 102, the hot water storage tank 103, the water supply pipe 104, the heat exchange means 105, and the water supply valve 106 are the same as the configuration of the hot water storage unit 100 described above.
蓄熱材1207は、吸熱及び蓄熱性を有する材料からできたものであり、使用温度や環境等により素材及び容量を選定する。また、蓄熱材1207の融点を蓄電池101の仕様に合わせて選定しておくことで、蓄電池101が所定の温度以上になった場合に、蓄熱材1207が溶解するときに熱を奪うことを利用することで、より効果的に急激な温度変化を防止することができるように構成することができる。ここで、「所定の温度」とは、蓄電池101の温度変化を少なくしたい温度帯であり、例えば蓄電池101の使用範囲の上限値とすることで、蓄電池101の温度が上限値を超えそうになった場合に、温度変化の防止効果をえるように構成することができるようになる。 The heat storage material 1207 is made of a material having endothermic and heat storage properties, and the material and capacity are selected depending on the operating temperature, environment, and the like. In addition, by selecting the melting point of the heat storage material 1207 according to the specifications of the storage battery 101, when the storage battery 101 reaches a predetermined temperature or more, the heat storage material 1207 is deprived of heat when dissolved. Thus, it can be configured such that a rapid temperature change can be prevented more effectively. Here, the “predetermined temperature” is a temperature range in which the temperature change of the storage battery 101 is desired to be reduced. For example, by setting the upper limit value of the use range of the storage battery 101, the temperature of the storage battery 101 is likely to exceed the upper limit value. In such a case, it is possible to obtain a structure that prevents the temperature change.
このように構成することで、蓄電池101の発熱を吸熱することで、急激な温度変化を防止し高温下での使用による劣化の低減を行うことができるようになる。 By comprising in this way, by absorbing the heat_generation | fever of the storage battery 101, a sudden temperature change can be prevented and deterioration by use under high temperature can be performed.
以上のように、本発明にかかる貯湯タンクは、蓄電池を備え、蓄電池の充放電時に発生する熱を、熱交換手段にて貯湯タンクに供給する水に伝えることで、蓄電池の温度上昇を抑えることにより、蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させ、さらに、蓄電池の熱を給水する水に伝えることで有効に利用するので、一般家庭及び業務用で使用可能な、ヒートポンプ給湯器や家庭用燃料電池コージェネレーションシステムや電気温水器や太陽熱温水器や太陽光パネルと組み合わせたエネルギーシステムなどの貯湯ユニットとして利用することができる。 As described above, the hot water storage tank according to the present invention includes a storage battery, and suppresses an increase in the temperature of the storage battery by transferring heat generated during charging and discharging of the storage battery to water supplied to the hot water storage tank by heat exchange means. Therefore, heat pump water heaters and households that can be used for general households and business use can be effectively used by reducing the deterioration of storage batteries due to heat generation and use at high temperatures, and also transferring the heat of the storage batteries to the water to be supplied. It can be used as a hot water storage unit such as an energy system combined with a fuel cell cogeneration system, an electric water heater, a solar water heater, or a solar panel.
100、300、500、700、900、1100、1200 貯湯ユニット
101 蓄電池
102 電力接続手段
103 貯湯タンク
104 給水管
105 熱交換手段
106 給水弁
307、507 給水検出手段
308 電力負荷制御手段
508 電力供給制御手段
707 蓄電池放電検知手段
708、908 給水弁制御手段
907 蓄電池充電検知手段
1107 回避経路
1108 切替弁
1109 水温検出手段
1207 蓄熱材
100, 300, 500, 700, 900, 1100, 1200 Hot water storage unit 101 Storage battery 102 Power connection means 103 Hot water storage tank 104 Water supply pipe 105 Heat exchange means 106 Water supply valve 307, 507 Water supply detection means 308 Power load control means 508 Power supply control means 707 Storage battery discharge detection means 708, 908 Water supply valve control means 907 Storage battery charge detection means 1107 Avoidance path 1108 Switching valve 1109 Water temperature detection means 1207 Heat storage material
Claims (8)
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Publications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014119163A (en) * | 2012-12-14 | 2014-06-30 | Daikin Ind Ltd | Hot water supply system |
JP2015194318A (en) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | ダイキン工業株式会社 | Hot water supply system |
-
2010
- 2010-10-13 JP JP2010230220A patent/JP2012083041A/en active Pending
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