JP2014095488A - コージェネレーションシステム及び給湯設備 - Google Patents
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Abstract
【課題】別体の熱源機10に並設されるコージェネレーションシステム40及び給湯設備において、熱源機10の熱効率を向上しながら、貯湯タンク90に貯留されている湯水を有効利用してシステム全体のエネルギー効率を向上する。
【解決手段】熱源機10との間で通信を行う通信部96を備え、本体側制御部95が、本体側出水部78aから吐出される湯水の温度である本体側出水温度に基づいて熱源機10の給湯加熱運転の可否を決定し、当該決定した給湯加熱運転の可否に従って熱源機10による給湯加熱運転を制限するための指令情報を、通信部96を介して熱源機10に出力する運転指令制御を実行する
【選択図】図1
【解決手段】熱源機10との間で通信を行う通信部96を備え、本体側制御部95が、本体側出水部78aから吐出される湯水の温度である本体側出水温度に基づいて熱源機10の給湯加熱運転の可否を決定し、当該決定した給湯加熱運転の可否に従って熱源機10による給湯加熱運転を制限するための指令情報を、通信部96を介して熱源機10に出力する運転指令制御を実行する
【選択図】図1
Description
本発明は、熱源機側入水部から供給された上水を予め設定された設定給湯温度に加熱して給湯栓に供給する給湯加熱運転を行う熱源機に並設され、
電力と熱とを発生する熱電併給部と、
前記熱電併給部が発生した熱で加熱された湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記熱源機側入水部に接続され、前記貯湯タンクから取り出された湯水を吐出する本体側出水部と、
運転を制御する本体側制御部とを備えたコージェネレーションシステム及び給湯設備に関する。
電力と熱とを発生する熱電併給部と、
前記熱電併給部が発生した熱で加熱された湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記熱源機側入水部に接続され、前記貯湯タンクから取り出された湯水を吐出する本体側出水部と、
運転を制御する本体側制御部とを備えたコージェネレーションシステム及び給湯設備に関する。
コージェネレーションシステムは、通常、ガスエンジンを駆動源とする発電装置や燃料電池などから構成された熱電併給部を備え、当該熱電併給部で発電を行ったときに発生する熱を利用して湯水を目標貯湯温度に加熱し、当該加熱された湯水を貯湯タンクに貯留することで、貯湯タンクに貯留されている湯水を台所や風呂等に設けられた給湯栓に供給するように構成されている。(例えば特許文献1を参照。)
かかるコージェネレーションシステムでは、貯湯タンクから取り出される湯水の温度が給湯栓側で要求されている設定給湯温度に達していない場合に、貯湯タンクから取り出した湯水は、熱源機における給湯加熱運転により設定給湯温度まで加熱された上で、給湯栓に供給されることになる。
そして、このような熱源機は、コージェネレーションシステムに補助熱源機として内蔵される場合があるが、予め住居に設置された別体の熱源機を利用することができれば、コージェネレーションシステムを合理的且つ安価な構成として、コージェネレーションシステムの普及促進に寄与することができる。
このような別体の熱源機を利用するコージェネレーションシステムは、貯湯タンクから取り出された湯水を吐出する本体側出水部が、熱源機において湯水を取り込む熱源機側入水部に接続される形態で、熱源機に並設される(例えば、特許文献1の図1等の「給湯路3」を参照。)。
そして、このような熱源機は、コージェネレーションシステムに補助熱源機として内蔵される場合があるが、予め住居に設置された別体の熱源機を利用することができれば、コージェネレーションシステムを合理的且つ安価な構成として、コージェネレーションシステムの普及促進に寄与することができる。
このような別体の熱源機を利用するコージェネレーションシステムは、貯湯タンクから取り出された湯水を吐出する本体側出水部が、熱源機において湯水を取り込む熱源機側入水部に接続される形態で、熱源機に並設される(例えば、特許文献1の図1等の「給湯路3」を参照。)。
上記のように別体の熱源機に並設される従来のコージェネレーションシステムでは、貯湯タンクから取り出されて熱源機に供給される湯水の温度が設定給湯温度に対して僅かに低い場合でも、熱源機においてその僅かの温度差を補うためだけに給湯加熱運転が行われることになるので、熱源機において加熱後の湯水の温度が設定給湯温度を超えてしまったり、熱源機の熱効率が格段に悪化するという問題がある。
また、利用者は通常自己都合で設定給湯温度を設定するが、熱効率の向上を図ることができるのであれば、貯湯タンクに貯留されている湯水の温度が設定給湯温度に満たない場合でも、その湯水が給湯栓に供給されても良いと考える場合がある。しかし、このような場合に、熱源機の運転を完全に停止してしまうと、通常、熱源機側において設定されている設定給湯温度が無効となるので、貯湯タンクに比較的高温の湯水が貯留されていたとしても当該貯留されている湯水は利用されなくなり、上水道から供給された低温の上水がそのまま給湯栓に供給されることになってしまう。
また、利用者は通常自己都合で設定給湯温度を設定するが、熱効率の向上を図ることができるのであれば、貯湯タンクに貯留されている湯水の温度が設定給湯温度に満たない場合でも、その湯水が給湯栓に供給されても良いと考える場合がある。しかし、このような場合に、熱源機の運転を完全に停止してしまうと、通常、熱源機側において設定されている設定給湯温度が無効となるので、貯湯タンクに比較的高温の湯水が貯留されていたとしても当該貯留されている湯水は利用されなくなり、上水道から供給された低温の上水がそのまま給湯栓に供給されることになってしまう。
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、別体の熱源機に並設されるコージェネレーションシステム及びそれを備えた給湯設備において、熱源機の熱効率を向上しながら、貯湯タンクに貯留されている湯水を有効利用してシステム全体のエネルギー効率を向上することができる技術を提供する点にある。
この目的を達成するための本発明に係るコージェネレーションシステムは、
熱源機側入水部から供給された上水を予め設定された設定給湯温度に加熱して給湯栓に供給する給湯加熱運転を行う熱源機に並設され、
電力と熱とを発生する熱電併給部と、
前記熱電併給部が発生した熱で加熱された湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記熱源機側入水部に接続され、前記貯湯タンクから取り出された湯水を吐出する本体側出水部と、
運転を制御する本体側制御部とを備えたコージェネレーションシステムであって、
その第1特徴構成は、
前記熱源機との間で通信を行う通信部を備え、
前記本体側制御部が、前記本体側出水部から吐出される湯水の温度である本体側出水温度に基づいて前記熱源機の給湯加熱運転の可否を決定し、当該決定した給湯加熱運転の可否に従って前記熱源機による給湯加熱運転を制限するための指令情報を、前記通信部を介して前記熱源機に出力する運転指令制御を実行する点にある。
熱源機側入水部から供給された上水を予め設定された設定給湯温度に加熱して給湯栓に供給する給湯加熱運転を行う熱源機に並設され、
電力と熱とを発生する熱電併給部と、
前記熱電併給部が発生した熱で加熱された湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記熱源機側入水部に接続され、前記貯湯タンクから取り出された湯水を吐出する本体側出水部と、
運転を制御する本体側制御部とを備えたコージェネレーションシステムであって、
その第1特徴構成は、
前記熱源機との間で通信を行う通信部を備え、
前記本体側制御部が、前記本体側出水部から吐出される湯水の温度である本体側出水温度に基づいて前記熱源機の給湯加熱運転の可否を決定し、当該決定した給湯加熱運転の可否に従って前記熱源機による給湯加熱運転を制限するための指令情報を、前記通信部を介して前記熱源機に出力する運転指令制御を実行する点にある。
また、この目的を達成するための本発明に係る給湯設備は、
熱源機側入水部から供給された上水を予め設定された設定給湯温度に加熱して給湯栓に供給する給湯加熱運転を行う熱源機と、
本発明に係るコージェネレーションシステムとを、
前記熱源機側入水部と前記本体側出水部とを接続する形態で備えた点を特徴とする。
熱源機側入水部から供給された上水を予め設定された設定給湯温度に加熱して給湯栓に供給する給湯加熱運転を行う熱源機と、
本発明に係るコージェネレーションシステムとを、
前記熱源機側入水部と前記本体側出水部とを接続する形態で備えた点を特徴とする。
上記第1特徴構成のコージェネレーションシステム及びそれを備えた給湯設備によれば、本体側出水部が熱源機側入水部に接続されているので、貯湯タンクから取り出されて本体側出水部から吐出された湯水は、熱源機に供給されることになる。よって、熱源機では、その本体側出水部から吐出されて熱源機側入水部から供給された湯水の温度である熱源機側入水温度が設定給湯温度未満である場合に、通常は、給湯加熱運転が実行されてその湯水が設定給湯温度に加熱された後に、給湯栓に供給されることになる。
更に、本体側制御部において、上記運転指令制御が実行され、上記本体側出水温度に基づいて決定された熱源機の給湯加熱運転の可否に関する指令情報が、上記通信部を介して熱源機に出力されるので、熱源機では、当該入力された指令情報に従って給湯加熱運転が制限されることになる。
よって、本体側出水温度が設定給湯温度付近であってそのまま給湯栓に供給しても問題がない場合には、例え熱源機側入水温度が設定給湯温度を僅かに下回っていたとしても、上記運転指令制御において熱源機による給湯加熱運転を許可しないように決定すれば、その湯水を加熱することなくそのまま給湯栓に供給されることになるので、貯湯タンクに貯留されている湯水を有効利用しながら、無用な給湯加熱運転の実行を回避することができる。
従って、別体の熱源機に並設される場合でも、当該熱源機の熱効率を向上しながら、貯湯タンクに貯留されている湯水を有効利用してシステム全体のエネルギー効率を向上することができるコージェネレーションシステム実現することができる。
更に、本体側制御部において、上記運転指令制御が実行され、上記本体側出水温度に基づいて決定された熱源機の給湯加熱運転の可否に関する指令情報が、上記通信部を介して熱源機に出力されるので、熱源機では、当該入力された指令情報に従って給湯加熱運転が制限されることになる。
よって、本体側出水温度が設定給湯温度付近であってそのまま給湯栓に供給しても問題がない場合には、例え熱源機側入水温度が設定給湯温度を僅かに下回っていたとしても、上記運転指令制御において熱源機による給湯加熱運転を許可しないように決定すれば、その湯水を加熱することなくそのまま給湯栓に供給されることになるので、貯湯タンクに貯留されている湯水を有効利用しながら、無用な給湯加熱運転の実行を回避することができる。
従って、別体の熱源機に並設される場合でも、当該熱源機の熱効率を向上しながら、貯湯タンクに貯留されている湯水を有効利用してシステム全体のエネルギー効率を向上することができるコージェネレーションシステム実現することができる。
本発明に係るコージェネレーションシステムの第2特徴構成は、上記第1特徴構成に加えて、
前記本体側出水部に供給される湯水に対し混合比調整を伴って上水を混合可能な混合部を備え、
前記本体側制御部が、前記通信部を介して前記熱源機側から入力を受け付けた前記設定給湯温度に基づいて前記本体側出水温度の目標値である目標出水温度を決定し、当該決定した目標出水温度に基づいて前記混合部を制御する混合制御を実行する点にある。
前記本体側出水部に供給される湯水に対し混合比調整を伴って上水を混合可能な混合部を備え、
前記本体側制御部が、前記通信部を介して前記熱源機側から入力を受け付けた前記設定給湯温度に基づいて前記本体側出水温度の目標値である目標出水温度を決定し、当該決定した目標出水温度に基づいて前記混合部を制御する混合制御を実行する点にある。
上記第2特徴構成によれば、上記混合部が設けられ、上記本体側制御部において上記混合制御が実行されるので、貯湯タンクから取り出した湯水は、上記決定された目標出水温度になるように低温の上水が混合された後に、本体側出水部から吐出されて熱源機の熱源機側入水部に供給されることになる。
また、この目標出水温度は、設定給湯温度と等しい温度、又は放熱を考慮して若干高い温度に決定しても構わないが、例えば貯湯タンクから取り出した湯水の温度が設定給湯温度よりも低い場合には、熱源機で給湯加熱運転を行って設定給湯温度に加熱した場合でも、その湯水の温度が設定給湯温度を超えることがなく、且つ、高い熱効率を維持できるように、その目標出水温度を設定給湯温度よりも十分に低い温度とすることもできる。
尚、本願において、熱源機側から入力を受け付けた設定給湯温度とは、熱源機又は熱源機に設けられたリモコン上で利用者により設定された設定給湯温度であって、当該熱源機又はリモコンから無線又は有線形式の通信部を介して入力を受け付けたものを示す。
また、この目標出水温度は、設定給湯温度と等しい温度、又は放熱を考慮して若干高い温度に決定しても構わないが、例えば貯湯タンクから取り出した湯水の温度が設定給湯温度よりも低い場合には、熱源機で給湯加熱運転を行って設定給湯温度に加熱した場合でも、その湯水の温度が設定給湯温度を超えることがなく、且つ、高い熱効率を維持できるように、その目標出水温度を設定給湯温度よりも十分に低い温度とすることもできる。
尚、本願において、熱源機側から入力を受け付けた設定給湯温度とは、熱源機又は熱源機に設けられたリモコン上で利用者により設定された設定給湯温度であって、当該熱源機又はリモコンから無線又は有線形式の通信部を介して入力を受け付けたものを示す。
本発明に係るコージェネレーションシステムの第3特徴構成は、上記第1乃至第2特徴構成の何れかに加えて、
前記熱源機が、前記給湯加熱運転に加えて、暖房放熱器との間に設けられた暖房用循環路を循環する熱媒を設定熱媒温度に加熱する暖房加熱運転を行うように構成され、
前記暖房用循環路から熱媒を取り入れる本体側熱媒供給部と、
前記本体側熱媒供給部から取り入れた熱媒を前記熱電併給部が発生した熱で加熱する熱媒加熱部と、
前記熱媒加熱部で加熱した熱媒を前記暖房用循環路に戻す本体側熱媒吐出部とを備えた点にある。
前記熱源機が、前記給湯加熱運転に加えて、暖房放熱器との間に設けられた暖房用循環路を循環する熱媒を設定熱媒温度に加熱する暖房加熱運転を行うように構成され、
前記暖房用循環路から熱媒を取り入れる本体側熱媒供給部と、
前記本体側熱媒供給部から取り入れた熱媒を前記熱電併給部が発生した熱で加熱する熱媒加熱部と、
前記熱媒加熱部で加熱した熱媒を前記暖房用循環路に戻す本体側熱媒吐出部とを備えた点にある。
上記第3特徴構成によれば、並設された熱源機が上記暖房加熱運転を行って暖房用循環路を循環する熱媒を加熱するように構成されている場合において、暖房用循環路から本体側熱媒供給部を介して取り入れた熱媒を、熱電併給部が発生した熱で加熱した後に、本体側熱媒吐出部を介して暖房用循環路に戻す形態で、暖房放熱器で放熱される熱の少なくとも一部を熱電併給部が発生した熱で補って、システム全体のエネルギー効率を一層向上することができる。
本発明に係るコージェネレーションシステムの第4特徴構成は、上記第1乃至第3特徴構成の何れかに加えて、
前記貯湯タンクが、底部に上水が供給され上部から前記本体側出水部に湯水が取り出される密閉式タンクであり、
前記貯湯タンクの底部から取り出した湯水を前記熱電併給部が発生した熱で加熱して前記貯湯タンクの上部に戻す形態で湯水を循環させる加熱貯湯循環路を備えた点にある。
前記貯湯タンクが、底部に上水が供給され上部から前記本体側出水部に湯水が取り出される密閉式タンクであり、
前記貯湯タンクの底部から取り出した湯水を前記熱電併給部が発生した熱で加熱して前記貯湯タンクの上部に戻す形態で湯水を循環させる加熱貯湯循環路を備えた点にある。
上記第4特徴構成によれば、貯湯タンクの湯水が、底部から取り出され、熱電併給部が発生した熱により加熱された後に、上部に戻される形態で、加熱貯湯循環路を循環することになる。よって、貯湯タンクには、温度成層を形成する状態で湯水が貯留される。
そして、給湯需要があると、貯湯タンクの上層の比較的高温の湯水が取り出されて本体側出水部から吐出され、熱源機を介して給湯栓に供給されることになるので、貯湯タンクの温度成層の乱れを抑制しながら、比較的高温の湯水を優先して利用することができる。
そして、給湯需要があると、貯湯タンクの上層の比較的高温の湯水が取り出されて本体側出水部から吐出され、熱源機を介して給湯栓に供給されることになるので、貯湯タンクの温度成層の乱れを抑制しながら、比較的高温の湯水を優先して利用することができる。
本発明に係るコージェネレーションシステムの第5特徴構成は、上記第1乃至第4特徴構成の何れかに加えて、
前記熱源機に並設される一の筐体内に各種部位を配置した一体型に構成されている点にある。
前記熱源機に並設される一の筐体内に各種部位を配置した一体型に構成されている点にある。
上記第5特徴構成によれば、熱源機を別体とし、熱電併給部を貯湯タンク等と同じ一の筐体内に内蔵する形態で、一体型に構成することができるので、搬送及び設置作業の簡略化を図り、更に設置面積及び製造コストの縮小を図ることができる。
本発明に係るコージェネレーションシステム及びそれを備えた給湯設備の実施形態について、図面に基づいて説明する。
尚、本実施形態に係るコージェネレーションシステム40は、図1に示すように、熱源機10とは独立して並設されるように構成されており、具体的には、熱源機10とは独立して並設される一の筐体内に各種部位を配置した一体型に構成されている。
また、本実施形態に係る給湯設備は、熱源機10とコージェネレーションシステム40とを備えた設備として構成されている。
尚、本実施形態に係るコージェネレーションシステム40は、図1に示すように、熱源機10とは独立して並設されるように構成されており、具体的には、熱源機10とは独立して並設される一の筐体内に各種部位を配置した一体型に構成されている。
また、本実施形態に係る給湯設備は、熱源機10とコージェネレーションシステム40とを備えた設備として構成されている。
〔熱源機〕
先ず、本実施形態のコージェネレーションシステム40に並設される熱源機10の構成について、図1に基づいて説明する。
熱源機10は、一般的な給湯暖房器として構成され、詳細については後述するがコージェネレーションシステム40の本体側出水部78aから吐出された湯水Wが上水として熱源機側入水部20aに供給され、この湯水Wを、予め設定された設定給湯温度に加熱して給湯栓30に供給する、所謂給湯加熱運転を行うものであり、後述するコージェネレーションシステム40に並設されるように構成されている。
外部インターフェースとしては、上水管路20の一端側に設けられ外部から湯水Wを当該上水管路20に取り込む熱源機側入水部20a、同上水管路20の他端側に設けられ当該上水管路20の湯水を外部に吐出する熱源機側出水部20b、熱媒管路16の一端側に設けられ外部から熱媒Hを当該熱媒管路16に取り込む熱源機側熱媒供給部16a、同熱媒管路16の他端側に設けられ当該熱媒管路16の熱媒Hを外部に吐出する熱源機側熱媒吐出部16b、及び、天然ガス系都市ガスである燃料ガスGを取り込む燃料ガス供給部14、などが設けられている。
熱源機側出水部20bは、給湯栓30に接続されることで、当該熱源機側出水部20bから吐出された湯水Wが給湯栓30に供給される。
また、熱源機側熱媒供給部16a及び熱源機側熱媒吐出部16bは、温水床暖房パネルなどの暖房放熱器33との間に設けられた暖房用循環路34を循環する熱媒Hを取り込み又は吐出する形態で、当該暖房用循環路34に接続される。具体的には、熱源機側熱媒吐出部16bから吐出された熱媒Hが、往きヘッダ31を介して暖房用循環路34に設けられた暖房放熱器33に供給され、一方、暖房放熱器33を通過した熱媒Hが、戻りヘッダ32及び後述するコージェネレーションシステム40を介して熱源機側熱媒供給部16aに戻される。
先ず、本実施形態のコージェネレーションシステム40に並設される熱源機10の構成について、図1に基づいて説明する。
熱源機10は、一般的な給湯暖房器として構成され、詳細については後述するがコージェネレーションシステム40の本体側出水部78aから吐出された湯水Wが上水として熱源機側入水部20aに供給され、この湯水Wを、予め設定された設定給湯温度に加熱して給湯栓30に供給する、所謂給湯加熱運転を行うものであり、後述するコージェネレーションシステム40に並設されるように構成されている。
外部インターフェースとしては、上水管路20の一端側に設けられ外部から湯水Wを当該上水管路20に取り込む熱源機側入水部20a、同上水管路20の他端側に設けられ当該上水管路20の湯水を外部に吐出する熱源機側出水部20b、熱媒管路16の一端側に設けられ外部から熱媒Hを当該熱媒管路16に取り込む熱源機側熱媒供給部16a、同熱媒管路16の他端側に設けられ当該熱媒管路16の熱媒Hを外部に吐出する熱源機側熱媒吐出部16b、及び、天然ガス系都市ガスである燃料ガスGを取り込む燃料ガス供給部14、などが設けられている。
熱源機側出水部20bは、給湯栓30に接続されることで、当該熱源機側出水部20bから吐出された湯水Wが給湯栓30に供給される。
また、熱源機側熱媒供給部16a及び熱源機側熱媒吐出部16bは、温水床暖房パネルなどの暖房放熱器33との間に設けられた暖房用循環路34を循環する熱媒Hを取り込み又は吐出する形態で、当該暖房用循環路34に接続される。具体的には、熱源機側熱媒吐出部16bから吐出された熱媒Hが、往きヘッダ31を介して暖房用循環路34に設けられた暖房放熱器33に供給され、一方、暖房放熱器33を通過した熱媒Hが、戻りヘッダ32及び後述するコージェネレーションシステム40を介して熱源機側熱媒供給部16aに戻される。
熱源機10には、後述するバーナ11a,12aの作動を制御したり、その他弁やポンプなどの各種補機の運転を制御したりするコンピュータからなる熱源機側制御部25が設けられている。
熱源機側制御部25は、住居内に設置されたリモコン27との間で通信部26を介して通信可能に構成されており、この構成により、リモコン27から給湯時の設定給湯温度や暖房運転の運転及び停止を操作することができる。また、この通信部26は、後述するコージェネレーションシステム40側の通信部96との間でも、無線又は有線での双方向の通信が可能に構成されている。
熱源機側制御部25は、住居内に設置されたリモコン27との間で通信部26を介して通信可能に構成されており、この構成により、リモコン27から給湯時の設定給湯温度や暖房運転の運転及び停止を操作することができる。また、この通信部26は、後述するコージェネレーションシステム40側の通信部96との間でも、無線又は有線での双方向の通信が可能に構成されている。
熱源機10は、熱源機側入水部20aに取り込んで熱源機側出水部20bから吐出される湯水Wを加熱するための給湯用加熱部11と、熱源機側熱媒供給部16aに取り込んで熱源機側熱媒吐出部16bから吐出される熱媒Hを加熱するための暖房用加熱部12とを有する。
給湯用加熱部11は、調整弁11cを介して供給される燃料ガスGをファン13により供給される燃焼用空気により燃焼させるバーナ11aと、当該バーナ11aから排出される高温の燃焼ガスとの熱交換により上水管路20を通流する湯水Wを加熱する給湯熱交換器11bとを有して構成されている。
一方、暖房用加熱部12は、調整弁12cを介して供給される燃料ガスGをファン13により供給される燃焼用空気により燃焼させるバーナ12aと、当該バーナ12aから排出される高温の燃焼ガスとの熱交換により熱媒管路16を通流する熱媒Hを加熱する暖房熱交換器12bとを有して構成されている。
給湯用加熱部11は、調整弁11cを介して供給される燃料ガスGをファン13により供給される燃焼用空気により燃焼させるバーナ11aと、当該バーナ11aから排出される高温の燃焼ガスとの熱交換により上水管路20を通流する湯水Wを加熱する給湯熱交換器11bとを有して構成されている。
一方、暖房用加熱部12は、調整弁12cを介して供給される燃料ガスGをファン13により供給される燃焼用空気により燃焼させるバーナ12aと、当該バーナ12aから排出される高温の燃焼ガスとの熱交換により熱媒管路16を通流する熱媒Hを加熱する暖房熱交換器12bとを有して構成されている。
また、上水管路20には、熱源機側入水部20aから取り込んだ湯水Wの温度(以下「熱源機側入水温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する入水温度センサ21と、熱源機側出水部20bから吐出する湯水Wの温度(以下「熱源機側出水温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する出水温度センサ22と、湯水Wの通流を検出する水スイッチ23とが配置されている。
一方、熱媒管路16には、熱源機側熱媒供給部16aから取り込んだ熱媒Hの温度(以下「熱源機側入熱媒温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する入熱媒温度センサ17と、熱源機側熱媒吐出部16bから吐出する熱媒Hの温度(以下「熱源機側出熱媒温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する出熱媒温度センサ18と、熱媒Hを送出する熱媒循環ポンプ19とが配置されている。
一方、熱媒管路16には、熱源機側熱媒供給部16aから取り込んだ熱媒Hの温度(以下「熱源機側入熱媒温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する入熱媒温度センサ17と、熱源機側熱媒吐出部16bから吐出する熱媒Hの温度(以下「熱源機側出熱媒温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する出熱媒温度センサ18と、熱媒Hを送出する熱媒循環ポンプ19とが配置されている。
このような構成により、熱源機側制御部25は、熱源機側入水部20aから供給された湯水Wを予めリモコン27で設定された設定給湯温度に加熱して給湯栓30に供給する給湯加熱運転や、暖房運転時において暖房放熱器33との間に設けられた暖房用循環路34を循環する熱媒Hを予め設定された設定熱媒温度に加熱する暖房加熱運転を実行可能となる。以下に、給湯加熱運転と暖房加熱運転との詳細について説明を加える。
(給湯加熱運転)
給湯加熱運転は、上水管路20に配置された水スイッチ23により給湯栓30の開栓による湯水Wの流通を検知している状態において、入水温度センサ21で検出される熱源機側入水温度が設定給湯温度未満である場合に、バーナ11aで燃料ガスGを燃焼させる燃焼運転を行う形態で実行される。また、この給湯加熱運転では、出水温度センサ22で検出される熱源機側出水温度が設定給湯温度になるように、バーナ11aでの燃焼量が、燃料ガスGの供給量を調整する調整弁11cの開度制御により調整される。
従って、給湯栓30を開栓した場合には、適宜給湯加熱運転が実行されて、その給湯栓30には設定給湯温度の湯水Wが供給されることになる。
給湯加熱運転は、上水管路20に配置された水スイッチ23により給湯栓30の開栓による湯水Wの流通を検知している状態において、入水温度センサ21で検出される熱源機側入水温度が設定給湯温度未満である場合に、バーナ11aで燃料ガスGを燃焼させる燃焼運転を行う形態で実行される。また、この給湯加熱運転では、出水温度センサ22で検出される熱源機側出水温度が設定給湯温度になるように、バーナ11aでの燃焼量が、燃料ガスGの供給量を調整する調整弁11cの開度制御により調整される。
従って、給湯栓30を開栓した場合には、適宜給湯加熱運転が実行されて、その給湯栓30には設定給湯温度の湯水Wが供給されることになる。
更に、上水管路20には、給湯熱交換器11bの上流側と下流側とを接続する形態でバイパス調整弁24が設けられている。
そして、給湯栓30が開栓された状態で、給湯加熱運転時には、出水温度センサ22で検出される熱源機側出水温度が設定給湯温度になるように、バイパス調整弁24の開度が熱源機側制御部25によって制御されて、上水管路20において給湯熱交換器11bをバイパスする湯水の量が調整される。
一方、給湯栓30が開栓された状態で、給湯加熱運転を実行しないときには、このバイパス調整弁24は既定の開度で待機状態となる。
そして、給湯栓30が開栓された状態で、給湯加熱運転時には、出水温度センサ22で検出される熱源機側出水温度が設定給湯温度になるように、バイパス調整弁24の開度が熱源機側制御部25によって制御されて、上水管路20において給湯熱交換器11bをバイパスする湯水の量が調整される。
一方、給湯栓30が開栓された状態で、給湯加熱運転を実行しないときには、このバイパス調整弁24は既定の開度で待機状態となる。
(暖房加熱運転)
暖房加熱運転は、リモコン27において暖房運転の開始ボタンが押操作されて熱媒管路16に配置された熱媒循環ポンプ19の作動が開始され、熱媒管路16に熱媒Hが通流している状態で、入熱媒温度センサ17で検出される熱源機側入熱媒温度が設定熱媒温度未満である場合に、バーナ12aで燃料ガスGを燃焼させる燃焼運転を行う形態で実行される。また、この暖房加熱運転では、出熱媒温度センサ18で検出される熱源機側出熱媒温度が設定熱媒温度になるように、バーナ12aでの燃焼量が、燃料ガスGの供給量を調整する調整弁12cの開度制御により調整される。
暖房加熱運転は、リモコン27において暖房運転の開始ボタンが押操作されて熱媒管路16に配置された熱媒循環ポンプ19の作動が開始され、熱媒管路16に熱媒Hが通流している状態で、入熱媒温度センサ17で検出される熱源機側入熱媒温度が設定熱媒温度未満である場合に、バーナ12aで燃料ガスGを燃焼させる燃焼運転を行う形態で実行される。また、この暖房加熱運転では、出熱媒温度センサ18で検出される熱源機側出熱媒温度が設定熱媒温度になるように、バーナ12aでの燃焼量が、燃料ガスGの供給量を調整する調整弁12cの開度制御により調整される。
〔コージェネレーションシステム〕
次に、本発明に係るコージェネレーションシステム40の実施形態について、図2〜図5に基づいて説明する。
尚、図2〜図5は、コージェネレーションシステム40の各種運転状態を示すものであるが、上水及び湯水W、冷却水C、又は熱媒Hの流体が通流している配管を太実線で表示し、当該流体が通流してない配管を細実線で表示している。
図2に示すように、コージェネレーションシステム40は、上述した熱源機10に並設される一の筐体内に各種部位を配置した一体型に構成されている。
尚、このコージェネレーションシステム40は、外部インターフェースとして、上水道から上水Wを取り込む本体側入水部80a、湯水Wを熱源機10側へ吐出する本体側出水部78a、貯湯タンク90の排水を行う排水弁75、熱源機10側から暖房用の熱媒Hを取り込む本体側熱媒供給部58a、熱源機10側へ同熱媒Hを吐出する本体側熱媒吐出部58bなどが設けられている。
更に、当該コージェネレーションシステム40側に設けられた熱電併給部41並びに弁やポンプなどの各種補機の運転を制御するコンピュータからなる本体側制御部95が設けられている。この本体側制御部95は、通信部96を介して、熱源機10側の通信部26との間で無線又は有線での双方向通信を行ったり、外部に設けた表示部(図示省略)に運転状態などの所定の表示を行ったりするための通信を行うように構成されている。
具体的には、詳細については後述するが、熱源機10の通信部26からコージェネレーションシステム40の通信部96に対しては、熱源機10側で設定された設定給湯温度や暖房運転のON・OFFに関する情報が出力され、逆に、コージェネレーションシステム40の通信部96から熱源機10の通信部26に対しては、熱源機10による給湯加熱運転を制限するための指令情報が出力される。
尚、上記指令情報の入力を受け付けた熱源機10では、当該指令情報が給湯加熱運転の実行を禁止するものである場合には、給湯栓30へ湯水Wを供給する給湯時においても、給湯加熱運転を実行することがないように構成されている。
次に、本発明に係るコージェネレーションシステム40の実施形態について、図2〜図5に基づいて説明する。
尚、図2〜図5は、コージェネレーションシステム40の各種運転状態を示すものであるが、上水及び湯水W、冷却水C、又は熱媒Hの流体が通流している配管を太実線で表示し、当該流体が通流してない配管を細実線で表示している。
図2に示すように、コージェネレーションシステム40は、上述した熱源機10に並設される一の筐体内に各種部位を配置した一体型に構成されている。
尚、このコージェネレーションシステム40は、外部インターフェースとして、上水道から上水Wを取り込む本体側入水部80a、湯水Wを熱源機10側へ吐出する本体側出水部78a、貯湯タンク90の排水を行う排水弁75、熱源機10側から暖房用の熱媒Hを取り込む本体側熱媒供給部58a、熱源機10側へ同熱媒Hを吐出する本体側熱媒吐出部58bなどが設けられている。
更に、当該コージェネレーションシステム40側に設けられた熱電併給部41並びに弁やポンプなどの各種補機の運転を制御するコンピュータからなる本体側制御部95が設けられている。この本体側制御部95は、通信部96を介して、熱源機10側の通信部26との間で無線又は有線での双方向通信を行ったり、外部に設けた表示部(図示省略)に運転状態などの所定の表示を行ったりするための通信を行うように構成されている。
具体的には、詳細については後述するが、熱源機10の通信部26からコージェネレーションシステム40の通信部96に対しては、熱源機10側で設定された設定給湯温度や暖房運転のON・OFFに関する情報が出力され、逆に、コージェネレーションシステム40の通信部96から熱源機10の通信部26に対しては、熱源機10による給湯加熱運転を制限するための指令情報が出力される。
尚、上記指令情報の入力を受け付けた熱源機10では、当該指令情報が給湯加熱運転の実行を禁止するものである場合には、給湯栓30へ湯水Wを供給する給湯時においても、給湯加熱運転を実行することがないように構成されている。
コージェネレーションシステム40は、燃料電池やエンジン駆動式発電機などのような電力と熱とを発生する熱電併給部41を備え、発生した電力は適宜インバータ等を介して商用電源と連係する形態で外部の電力負荷等に供給される。また、熱電併給部41が発生した熱は湯水Wの加熱に利用され、かかる加熱された湯水Wを貯留する貯湯タンク90が設けられている。
熱電併給部41は、内部に設けられた水冷ジャケット(図示省略)を通流する冷却水Cにより冷却される構造を有し、その冷却水Cが循環する冷却水循環路42が設けられている。
冷却水循環路42には、冷却水Cの循環方向に沿って、冷却水Cを送り出す冷却水ポンプ46、冷却水Cの通流を断続可能な電磁弁47、熱電併給部41における冷却水ジャケット(図示省略)、当該冷却水ジャケットから吐出された冷却水Cの温度(以下「高温側冷却水温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する高温側冷却水温度センサ50、排熱貯湯熱交換器55、排熱暖房熱交換器56、第1バイパス路43を通じて流入する冷却水Cの流量を調整する三方調整弁45、及び、冷却水Cを一時的に貯えるバッファタンク51が、記載の順で配置されている。
バッファタンク51には、一時的に貯留される冷却水Cの温度(以下「低温側冷却水温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する低温側冷却水温度センサ49が設けられている。また、本体側入水部80aに供給された上水Wが、電磁弁52を介して適宜冷却水Cとしてバッファタンク51に補充される。
冷却水循環路42には、冷却水Cの循環方向に沿って、冷却水Cを送り出す冷却水ポンプ46、冷却水Cの通流を断続可能な電磁弁47、熱電併給部41における冷却水ジャケット(図示省略)、当該冷却水ジャケットから吐出された冷却水Cの温度(以下「高温側冷却水温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する高温側冷却水温度センサ50、排熱貯湯熱交換器55、排熱暖房熱交換器56、第1バイパス路43を通じて流入する冷却水Cの流量を調整する三方調整弁45、及び、冷却水Cを一時的に貯えるバッファタンク51が、記載の順で配置されている。
バッファタンク51には、一時的に貯留される冷却水Cの温度(以下「低温側冷却水温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する低温側冷却水温度センサ49が設けられている。また、本体側入水部80aに供給された上水Wが、電磁弁52を介して適宜冷却水Cとしてバッファタンク51に補充される。
更に、冷却水循環路42には、排熱貯湯熱交換器55の上流側と排熱暖房熱交換器56との下流側に配置された三方調整弁45とを接続する第1バイパス路43と、電磁弁47の上流側と熱電併給部41の下流側とを接続する第2バイパス路44とが架設されている。また、この第2バイパス路44には、冷却水Cの通流を断続可能な電磁弁48が配置されている。
即ち、冷却水循環路42に冷却水Cを循環させている状態において、三方調整弁45を調整することで、排熱貯湯熱交換器55及び排熱暖房熱交換器56をバイパスして第1バイパス路43を通流する冷却水Cの流量が調整される。
また、冷却水循環路42に冷却水Cが循環している状態において、熱電併給部41の上流側に配置された電磁弁47を閉弁させると共に第2バイパス路44に配置された電磁弁48を開弁させることで、冷却水Cの全量を、熱電併給部41をバイパスさせて第2バイパス路44に通流させることができる。
即ち、冷却水循環路42に冷却水Cを循環させている状態において、三方調整弁45を調整することで、排熱貯湯熱交換器55及び排熱暖房熱交換器56をバイパスして第1バイパス路43を通流する冷却水Cの流量が調整される。
また、冷却水循環路42に冷却水Cが循環している状態において、熱電併給部41の上流側に配置された電磁弁47を閉弁させると共に第2バイパス路44に配置された電磁弁48を開弁させることで、冷却水Cの全量を、熱電併給部41をバイパスさせて第2バイパス路44に通流させることができる。
排熱貯湯熱交換器55は、冷却水循環路42を通流する冷却水Cと加熱貯湯循環路60を通流する湯水Wとの間で熱交換を行うように構成されている。一方、排熱暖房熱交換器56は、冷却水循環路42を通流する冷却水Cと熱媒管路58を通流する熱媒Hとの間で熱交換を行うように構成されている。
即ち、熱電併給部41において熱を発生している状態で、冷却水ポンプ46を作動させて、冷却水循環路42に冷却水Cを循環させると、熱電併給部41を通過して加熱された冷却水Cが、排熱貯湯熱交換器55及び排熱暖房熱交換器56を通過することで湯水W及び熱媒Hとの間で熱交換を行い、再び熱電併給部41に供給されることになる。
即ち、熱電併給部41において熱を発生している状態で、冷却水ポンプ46を作動させて、冷却水循環路42に冷却水Cを循環させると、熱電併給部41を通過して加熱された冷却水Cが、排熱貯湯熱交換器55及び排熱暖房熱交換器56を通過することで湯水W及び熱媒Hとの間で熱交換を行い、再び熱電併給部41に供給されることになる。
熱電併給部41で加熱された冷却水Cの温度、即ち高温側冷却水温度センサ50で検出される高温側冷却水温度が、所定の温度(例えば75℃〜80℃程度)となるように、冷却水ポンプ46の出力や三方調整弁45の開度が制御される。
具体的には、冷却水ポンプ46の出力を低下させる、又は、三方調整弁45の第1バイパス路43側の開度を増加させることで、排熱貯湯熱交換器55及び排熱暖房熱交換器56を通流する冷却水Cの流量を減少させると、冷却水Cの当該熱交換器55、56での放熱量が減少することから、高温側冷却水温度が上昇する。そして、この原理を利用して、冷却水Cの温度が所定の温度に調整される。
尚、排熱貯湯熱交換器55及び排熱暖房熱交換器56で冷却された冷却水Cの温度、即ち低温側冷却水温度センサ49で検出される低温側冷却水温度が、所定の温度になるように、冷却水ポンプ46の出力や三方調整弁45の開度を制御するように構成しても構わない。
具体的には、冷却水ポンプ46の出力を低下させる、又は、三方調整弁45の第1バイパス路43側の開度を増加させることで、排熱貯湯熱交換器55及び排熱暖房熱交換器56を通流する冷却水Cの流量を減少させると、冷却水Cの当該熱交換器55、56での放熱量が減少することから、高温側冷却水温度が上昇する。そして、この原理を利用して、冷却水Cの温度が所定の温度に調整される。
尚、排熱貯湯熱交換器55及び排熱暖房熱交換器56で冷却された冷却水Cの温度、即ち低温側冷却水温度センサ49で検出される低温側冷却水温度が、所定の温度になるように、冷却水ポンプ46の出力や三方調整弁45の開度を制御するように構成しても構わない。
貯湯タンク90は、底部90bに上水Wが供給され上部90aから本体側出水部78aに湯水Wが取り出される密閉式タンクとして構成されている。また、貯湯タンク90の底部90bから取り出した湯水Wを、熱電併給部41が発生した熱で加熱するべく排熱貯湯熱交換器55に通流させて、貯湯タンク90の上部90aに戻す形態で、湯水Wを循環させる加熱貯湯循環路60が設けられている。
この加熱貯湯循環路60は、貯湯タンク90の底部90bに対しては、当該底部90bに接続された底部管路72に対して三方弁73を介して接続されており、一方、貯湯タンク90の上部90aに対しては、当該上部90aに接続された上部管路66に対して比例弁65を介して接続されている。
また、上部管路66には、湯水バイパス路67が接続されており、また、この湯水バイパス路67の他方側端部は、逆止弁69を介して加熱貯湯循環路60に配置された三方調整弁68に接続されている。
この加熱貯湯循環路60は、貯湯タンク90の底部90bに対しては、当該底部90bに接続された底部管路72に対して三方弁73を介して接続されており、一方、貯湯タンク90の上部90aに対しては、当該上部90aに接続された上部管路66に対して比例弁65を介して接続されている。
また、上部管路66には、湯水バイパス路67が接続されており、また、この湯水バイパス路67の他方側端部は、逆止弁69を介して加熱貯湯循環路60に配置された三方調整弁68に接続されている。
この加熱貯湯循環路60には、湯水Wの流通方向に沿って、湯水バイパス路67を通じて流入する湯水Wの流量を調整する三方調整弁68、湯水Wを送り出す循環ポンプ61、排熱貯湯熱交換器55、当該排熱貯湯熱交換器55を通過した後の湯水Wの温度(以下「高温側湯水温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する循環水高温センサ63、同湯水Wの流量を検出する循環流量センサ62、貯湯タンク90の上部90aに流入する湯水Wの温度(以下「貯湯温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する貯湯温度センサ64、比例弁65、及び、貯湯タンク90が、記載の順で配置されている。
また、貯湯タンク90の上部90aに接続された上部管路66は、三方調整弁77及び出湯管路78を介して本体側出水部78aに接続されており、その三方調整弁77の上流側には、貯湯タンク90の上部90aから上部管路66に取り出された湯水Wの温度(以下「タンク取出湯水温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する取出水温度センサ76が設けられている。尚、このタンク取出湯水温度の検出は、取出水温度センサ76の代わりに、貯湯タンク90の上下方向に分散配置した複数の温度センサ91のうち最上部に設けられた温度センサ91aで行っても構わない。
また、この三方調整弁77には、本体側入水部80aに通じる給水管路82が接続されている。更に、出湯管路78と給水管路82とは、バイパス管路86により接続されており、このバイパス管路86には、上水Wの通流を断続可能な電磁弁87が配置されている。
即ち、上記三方調整弁77は、貯湯タンク90の上部90aから本体側出水部78aに供給される湯水Wに対し、混合比調整を伴って、給水管路82から供給される上水Wを混合可能な混合部として機能する。
尚、出湯管路78のバイパス管路86との接続部の下流側には、湯水Wの通流方向に沿って、湯水Wの流量を検出する流量センサ79、本体側出水部78aから吐出される湯水Wの温度(以下「本体側出水温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する出水温度センサ81が、記載の順に配置されている。
一方、給水管路82のバイパス管路86との接続部の上流側には、上水Wの通流方向に沿って、上水Wの圧力を調整する減圧弁84、本体側入水部80aに供給された上水Wの温度(以下「本体側入水温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する温度センサ85、上水Wの逆流を阻止する逆止弁83が、記載の順に配置されている。
また、この三方調整弁77には、本体側入水部80aに通じる給水管路82が接続されている。更に、出湯管路78と給水管路82とは、バイパス管路86により接続されており、このバイパス管路86には、上水Wの通流を断続可能な電磁弁87が配置されている。
即ち、上記三方調整弁77は、貯湯タンク90の上部90aから本体側出水部78aに供給される湯水Wに対し、混合比調整を伴って、給水管路82から供給される上水Wを混合可能な混合部として機能する。
尚、出湯管路78のバイパス管路86との接続部の下流側には、湯水Wの通流方向に沿って、湯水Wの流量を検出する流量センサ79、本体側出水部78aから吐出される湯水Wの温度(以下「本体側出水温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する出水温度センサ81が、記載の順に配置されている。
一方、給水管路82のバイパス管路86との接続部の上流側には、上水Wの通流方向に沿って、上水Wの圧力を調整する減圧弁84、本体側入水部80aに供給された上水Wの温度(以下「本体側入水温度」と呼ぶ場合がある。)を検出する温度センサ85、上水Wの逆流を阻止する逆止弁83が、記載の順に配置されている。
また、給水管路82は、貯湯タンク90の底部90bに接続された底部管路72の三方弁73に対して逆止弁89を介して接続されており、この構成により、貯湯タンク90では、上部90aから湯水Wが取り出されると同時に、底部90bから上水Wが、給水管路82、三方弁73、及び底部管路72を介して供給されることになる。
排熱暖房熱交換器56が配置された熱媒管路58の一方側端部に設けられた本体側熱媒供給部58aは、戻りヘッダ32に接続され、一方、同熱媒管路58の他方側端部に設けられた本体側熱媒吐出部58bは、熱源機10の熱源機側熱媒供給部16aに接続される。
即ち、暖房用循環路34において暖房放熱器33を通過した後の熱媒Hは、戻りヘッダ32及び本体側熱媒供給部58aを介して、熱媒管路58に配置された排熱暖房熱交換器56に供給され、更に、この排熱暖房熱交換器56を通過した後の熱媒Hは、本体側熱媒吐出部58b及び熱源機側熱媒供給部16aを介して、熱源機10の熱媒管路16(図1参照)に配置された暖房熱交換器12b(図1参照)に供給され、更に、この暖房熱交換器12bを通過した後の熱媒Hは、熱源機側熱媒吐出部16b及び往きヘッダ31を介して、暖房用循環路34に配置された暖房放熱器33に供給されることになる。
即ち、暖房用循環路34において暖房放熱器33を通過した後の熱媒Hは、戻りヘッダ32及び本体側熱媒供給部58aを介して、熱媒管路58に配置された排熱暖房熱交換器56に供給され、更に、この排熱暖房熱交換器56を通過した後の熱媒Hは、本体側熱媒吐出部58b及び熱源機側熱媒供給部16aを介して、熱源機10の熱媒管路16(図1参照)に配置された暖房熱交換器12b(図1参照)に供給され、更に、この暖房熱交換器12bを通過した後の熱媒Hは、熱源機側熱媒吐出部16b及び往きヘッダ31を介して、暖房用循環路34に配置された暖房放熱器33に供給されることになる。
また、本体側制御部95は、詳細については後述するが所定の運転指令制御及び混合制御を実行するように構成されている。
この運転指令制御では、貯湯タンク90の上部90aから上部管路66に取り出された湯水Wの温度、即ち取出水温度センサ76で検出されるタンク取出湯水温度に基づいて、本体側出水温度が目標出水温度よりも低いものとなるかの判断を行い、その判断結果に基づいて、熱源機10の給湯加熱運転の可否を決定し、当該決定した給湯加熱運転の可否に従って熱源機10による給湯加熱運転を制限するための指令情報を、通信部96を介して熱源機10に出力する。
一方、混合制御では、通信部96を介して熱源機10又はリモコン27から入力を受け付けた設定給湯温度に基づいて、本体側出水温度の目標値である目標出水温度を決定し、当該決定した目標出水温度に基づいて混合部としての三方調整弁77を制御する。
尚、上記熱源機10又はリモコン27から入力を受け付けた設定給湯温度は、以下、熱源機10側から入力を受け付けた設定給湯温度とする。
以上のような構成により、コージェネレーションシステム40は、熱源機側制御部25及び本体側制御部95の夫々の制御により、所定の給湯運転、貯湯運転、排熱暖房運転、及び蓄熱暖房運転を実行することができ、これら運転の詳細について、以下に説明する。
この運転指令制御では、貯湯タンク90の上部90aから上部管路66に取り出された湯水Wの温度、即ち取出水温度センサ76で検出されるタンク取出湯水温度に基づいて、本体側出水温度が目標出水温度よりも低いものとなるかの判断を行い、その判断結果に基づいて、熱源機10の給湯加熱運転の可否を決定し、当該決定した給湯加熱運転の可否に従って熱源機10による給湯加熱運転を制限するための指令情報を、通信部96を介して熱源機10に出力する。
一方、混合制御では、通信部96を介して熱源機10又はリモコン27から入力を受け付けた設定給湯温度に基づいて、本体側出水温度の目標値である目標出水温度を決定し、当該決定した目標出水温度に基づいて混合部としての三方調整弁77を制御する。
尚、上記熱源機10又はリモコン27から入力を受け付けた設定給湯温度は、以下、熱源機10側から入力を受け付けた設定給湯温度とする。
以上のような構成により、コージェネレーションシステム40は、熱源機側制御部25及び本体側制御部95の夫々の制御により、所定の給湯運転、貯湯運転、排熱暖房運転、及び蓄熱暖房運転を実行することができ、これら運転の詳細について、以下に説明する。
(給湯運転)
図2に示すように、給湯運転は、給湯栓30が開栓されることで熱源機10の熱源機側出水部20bから給湯栓30へ湯水Wが供給され、それに伴って本体側出水部78aから熱源機側入水部20aへ湯水Wが供給され、それに伴って出湯管路78に配置された流量センサ79で湯水Wの通流が検知された状態で実行される。
かかる給湯運転では、貯湯タンク90の上層の比較的高温の湯水Wが、上部90aから上部管路66に取り出されて、三方調整弁77を介して出湯管路78に供給される。
更に、この給湯運転では、一旦、目標出水温度を、熱源機10側から入力を受け付けた設定給湯温度と等しい温度又は同設定給湯温度よりも放熱分を考慮した若干高めの温度に決定した状態で、混合制御が実行されて、三方調整弁77の開度が制御される。
すなわち、この混合制御では、取出水温度センサ76で検出されるタンク取出湯水温度が目標出水温度以上である場合には、三方調整弁77において適当な上水Wが混合されることで、目標出水温度の湯水Wが得られ、その湯水Wが熱源機10の熱源機側入水部20aに供給されることになる。
また、本体側制御部95による運転指令制御では、熱源機10における給湯加熱運転の実行の禁止を決定し、当該給湯加熱運転の実行を禁止するための指令情報を、通信部96、26を介して熱源機側制御部25に出力する。
すると、熱源機10においては、熱源機側入水温度が設定給湯温度以上であれば、その湯水Wを再加熱する必要がないために、給湯加熱運転が行われることなく、この設定給湯温度の湯水Wがそのまま給湯栓30に供給されることになる。また、熱源機側入水温度が設定給湯温度を若干下回っていたとしても、入力された指令情報により無用な給湯加熱運転の実行が禁止されることになる。よって、熱源機10の熱効率が向上されながら、貯湯タンク90に貯留されている湯水Wが有効利用されてシステム全体のエネルギー効率が向上されることになる。
図2に示すように、給湯運転は、給湯栓30が開栓されることで熱源機10の熱源機側出水部20bから給湯栓30へ湯水Wが供給され、それに伴って本体側出水部78aから熱源機側入水部20aへ湯水Wが供給され、それに伴って出湯管路78に配置された流量センサ79で湯水Wの通流が検知された状態で実行される。
かかる給湯運転では、貯湯タンク90の上層の比較的高温の湯水Wが、上部90aから上部管路66に取り出されて、三方調整弁77を介して出湯管路78に供給される。
更に、この給湯運転では、一旦、目標出水温度を、熱源機10側から入力を受け付けた設定給湯温度と等しい温度又は同設定給湯温度よりも放熱分を考慮した若干高めの温度に決定した状態で、混合制御が実行されて、三方調整弁77の開度が制御される。
すなわち、この混合制御では、取出水温度センサ76で検出されるタンク取出湯水温度が目標出水温度以上である場合には、三方調整弁77において適当な上水Wが混合されることで、目標出水温度の湯水Wが得られ、その湯水Wが熱源機10の熱源機側入水部20aに供給されることになる。
また、本体側制御部95による運転指令制御では、熱源機10における給湯加熱運転の実行の禁止を決定し、当該給湯加熱運転の実行を禁止するための指令情報を、通信部96、26を介して熱源機側制御部25に出力する。
すると、熱源機10においては、熱源機側入水温度が設定給湯温度以上であれば、その湯水Wを再加熱する必要がないために、給湯加熱運転が行われることなく、この設定給湯温度の湯水Wがそのまま給湯栓30に供給されることになる。また、熱源機側入水温度が設定給湯温度を若干下回っていたとしても、入力された指令情報により無用な給湯加熱運転の実行が禁止されることになる。よって、熱源機10の熱効率が向上されながら、貯湯タンク90に貯留されている湯水Wが有効利用されてシステム全体のエネルギー効率が向上されることになる。
一方、取出水温度センサ76で検出されるタンク取出湯水温度が設定給湯温度未満である場合には、三方調整弁77において上水Wが混合されずに、その設定給湯温度未満の湯水Wが熱源機10の熱源機側入水部20aに供給されることになる。
この場合、本体側制御部95による運転指令制御では、熱源機10における給湯加熱運転の実行の許可を決定し、当該給湯加熱運転の実行を許可するための指令情報を、通信部96、26を介して熱源機側制御部25に出力する。
すると、熱源機10においては、熱源機側入水温度が設定給湯温度未満であるために、給湯加熱運転が実行され、設定給湯温度に加熱された湯水Wが給湯栓30に供給されることになる。
この場合、本体側制御部95による運転指令制御では、熱源機10における給湯加熱運転の実行の許可を決定し、当該給湯加熱運転の実行を許可するための指令情報を、通信部96、26を介して熱源機側制御部25に出力する。
すると、熱源機10においては、熱源機側入水温度が設定給湯温度未満であるために、給湯加熱運転が実行され、設定給湯温度に加熱された湯水Wが給湯栓30に供給されることになる。
更に、本体側制御部95は、混合制御において、取出水温度センサ76で検出されるタンク取出湯水温度が設定給湯温度未満である場合には、目標出水温度を設定給湯温度よりも十分に低い温度(例えば30℃)に設定して、三方調整弁77を介して供給される上水Wの量を増加させると共に、電磁弁87を開弁し、バイパス管路86を通じて給水管路82から出湯管路78に多くの上水Wを供給するようにして、本体側出水部78aから低く設定された目標出湯温度以下の湯水Wを吐出するようにする。このようにすれば、本体側出水部78aから吐出される湯水Wの圧力を高く維持できるので、給湯栓30の水圧が高いものに維持されることになる。
(貯湯運転)
図3に示すように、熱電併給部41が発生した熱で加熱された湯水Wを貯留する所謂貯湯運転は、熱電併給部41が作動して熱を発生しながら、冷却水ポンプ46及び循環ポンプ61が作動することにより、排熱貯湯熱交換器55において、比較的高温(例えば75℃〜80℃程度)に維持された冷却水Cと貯湯タンク90の底部90bから取り出した比較的低温の湯水Wとの熱交換が行われて、当該湯水Wが加熱され、一方、当該冷却水Cが冷却される形態で実行される。
そして、このように加熱された湯水Wが、比例弁65及び上部管路66を介して貯湯タンク90の上部90aに流入することになり、結果、貯湯タンク90には、上部に高温の湯水Wが存在し下部に低温の湯水Wが存在する状態の温度成層を形成する状態で湯水Wが貯留されることになる。
また、貯湯タンク90において温度成層を形成する形態で湯水Wを貯留するので、貯湯タンク90の上下方向に分散配置した複数の温度センサ91の検出結果により、貯湯タンク90の上層に貯留されている高温の湯水Wの量、即ち貯湯量を判定することができる。
図3に示すように、熱電併給部41が発生した熱で加熱された湯水Wを貯留する所謂貯湯運転は、熱電併給部41が作動して熱を発生しながら、冷却水ポンプ46及び循環ポンプ61が作動することにより、排熱貯湯熱交換器55において、比較的高温(例えば75℃〜80℃程度)に維持された冷却水Cと貯湯タンク90の底部90bから取り出した比較的低温の湯水Wとの熱交換が行われて、当該湯水Wが加熱され、一方、当該冷却水Cが冷却される形態で実行される。
そして、このように加熱された湯水Wが、比例弁65及び上部管路66を介して貯湯タンク90の上部90aに流入することになり、結果、貯湯タンク90には、上部に高温の湯水Wが存在し下部に低温の湯水Wが存在する状態の温度成層を形成する状態で湯水Wが貯留されることになる。
また、貯湯タンク90において温度成層を形成する形態で湯水Wを貯留するので、貯湯タンク90の上下方向に分散配置した複数の温度センサ91の検出結果により、貯湯タンク90の上層に貯留されている高温の湯水Wの量、即ち貯湯量を判定することができる。
更に、この貯湯運転では、この排熱貯湯熱交換器55で加熱された湯水Wの温度、循環水高温センサ63で検出される高温側湯水温度が、所定の温度(例えば75℃程度)となるように、三方調整弁68の開度が制御される。
具体的には、三方調整弁68の湯水バイパス路67側の開度を増加させることで、排熱貯湯熱交換器55で加熱された湯水Wのうち、貯湯タンク90に供給されるのではなく湯水バイパス路67を介して排熱貯湯熱交換器55の上流側に再循環される湯水Wの割合が増加すると、高温側湯水温度が上昇する。そして、この原理を利用して、高温側湯水温度が所定の温度に調整される。
具体的には、三方調整弁68の湯水バイパス路67側の開度を増加させることで、排熱貯湯熱交換器55で加熱された湯水Wのうち、貯湯タンク90に供給されるのではなく湯水バイパス路67を介して排熱貯湯熱交換器55の上流側に再循環される湯水Wの割合が増加すると、高温側湯水温度が上昇する。そして、この原理を利用して、高温側湯水温度が所定の温度に調整される。
(排熱暖房運転)
図4に示すように、熱電併給部41が発生した熱で暖房放熱器33との間に設けられた暖房用循環路34を循環する熱媒Hを加熱する所謂排熱暖房運転は、熱電併給部41が作動して熱を発生しながら、熱源機10側から暖房運転開始の情報の入力を受け付けて、冷却水ポンプ46が作動することにより、排熱暖房熱交換器56において、比較的高温(例えば75℃〜80℃程度)に維持された冷却水Cと循環する熱媒Hとの熱交換が行われて、当該熱媒Hが加熱され、一方当該冷却水Cが冷却される形態で実行される。
図4に示すように、熱電併給部41が発生した熱で暖房放熱器33との間に設けられた暖房用循環路34を循環する熱媒Hを加熱する所謂排熱暖房運転は、熱電併給部41が作動して熱を発生しながら、熱源機10側から暖房運転開始の情報の入力を受け付けて、冷却水ポンプ46が作動することにより、排熱暖房熱交換器56において、比較的高温(例えば75℃〜80℃程度)に維持された冷却水Cと循環する熱媒Hとの熱交換が行われて、当該熱媒Hが加熱され、一方当該冷却水Cが冷却される形態で実行される。
このような排熱暖房運転では、暖房用循環路34において暖房放熱器33を通過した後の熱媒Hが、先ず、戻りヘッダ32及び本体側熱媒供給部58aを介して、熱媒管路58に配置された排熱暖房熱交換器56に供給され、この排熱暖房熱交換器56における冷却水Cとの熱交換によって加熱される。
更に、この排熱暖房熱交換器56を通過して加熱された熱媒Hは、本体側熱媒吐出部58b及び熱源機側熱媒供給部16aを介して、熱源機10の熱媒管路16(図1参照)に配置された暖房熱交換器12b(図1参照)に供給される。ここで、熱源機10においては、上述した暖房加熱運転が適宜実行され熱媒Hが設定熱媒温度に加熱される。そして、この設定熱媒温度の熱媒Hが、熱源機側熱媒吐出部16b及び往きヘッダ31を介して、暖房用循環路34に配置された暖房放熱器33に再度供給されることになる。
即ち、暖房放熱器33で放熱される熱の少なくとも一部が、熱電併給部41が発生した熱で補われることになり、システム全体のエネルギー効率が一層向上される。
更に、この排熱暖房熱交換器56を通過して加熱された熱媒Hは、本体側熱媒吐出部58b及び熱源機側熱媒供給部16aを介して、熱源機10の熱媒管路16(図1参照)に配置された暖房熱交換器12b(図1参照)に供給される。ここで、熱源機10においては、上述した暖房加熱運転が適宜実行され熱媒Hが設定熱媒温度に加熱される。そして、この設定熱媒温度の熱媒Hが、熱源機側熱媒吐出部16b及び往きヘッダ31を介して、暖房用循環路34に配置された暖房放熱器33に再度供給されることになる。
即ち、暖房放熱器33で放熱される熱の少なくとも一部が、熱電併給部41が発生した熱で補われることになり、システム全体のエネルギー効率が一層向上される。
尚、上述した貯湯運転と排熱暖房運転とは、同時に実行することができる。
即ち、かかる貯湯運転と排熱暖房運転とを同時に実行する貯湯排熱暖房運転では、図3に示す貯湯運転と同様に、冷却水ポンプ46及び循環ポンプ61を作動させて、排熱貯湯熱交換器55において、比較的高温(例えば75℃〜80℃程度)に維持された冷却水Cと貯湯タンク90の底部90bから取り出した比較的低温の湯水Wとの間で熱交換が行われて湯水Wが加熱され、その加熱された湯水Wが、比例弁65及び上部管路66を介して貯湯タンク90の上部90aに流入して、貯湯が行われることになる。
同時に、図4に示す排熱暖房運転と同様に、暖房用循環路34と排熱暖房熱交換器56との間で熱媒Hを循環させることで、当該排熱暖房熱交換器56において冷却水Cとの熱交換によって熱媒Hが加熱されることになり、その加熱された熱媒Hが暖房放熱器33に供給されて暖房が行われることになる。
即ち、かかる貯湯運転と排熱暖房運転とを同時に実行する貯湯排熱暖房運転では、図3に示す貯湯運転と同様に、冷却水ポンプ46及び循環ポンプ61を作動させて、排熱貯湯熱交換器55において、比較的高温(例えば75℃〜80℃程度)に維持された冷却水Cと貯湯タンク90の底部90bから取り出した比較的低温の湯水Wとの間で熱交換が行われて湯水Wが加熱され、その加熱された湯水Wが、比例弁65及び上部管路66を介して貯湯タンク90の上部90aに流入して、貯湯が行われることになる。
同時に、図4に示す排熱暖房運転と同様に、暖房用循環路34と排熱暖房熱交換器56との間で熱媒Hを循環させることで、当該排熱暖房熱交換器56において冷却水Cとの熱交換によって熱媒Hが加熱されることになり、その加熱された熱媒Hが暖房放熱器33に供給されて暖房が行われることになる。
(蓄熱暖房運転)
図5に示すように、貯湯タンク90に貯留した湯水Wが持つ熱で暖房放熱器33との間に設けられた暖房用循環路34を循環する熱媒Hを加熱する所謂蓄熱暖房運転は、熱電併給部41が停止している際に、暖房用循環路34と排熱暖房熱交換器56との間で熱媒Hが循環する状態で、冷却水ポンプ46及び循環ポンプ61が作動し、また、冷却水循環路42の電磁弁47が閉弁すると共に第2バイパス路44の電磁弁48が開弁し、また、三方調整弁68が湯水パイパス路67から加熱貯湯循環路60の循環ポンプ61側への湯水Wの通流のみ許容する状態に切り替えられる形態で実行される。
即ち、貯湯タンク90の上層の比較的高温の湯水Wが、上部90aから湯水バイパス路67に取り出され、加熱貯湯循環路60に配置された排熱貯湯熱交換器55に供給される。一方、冷却水循環路42では、冷却水Cが、熱電併給部41をバイパスして第2バイパス路44を通過し、排熱貯湯熱交換器55を通過した後に排熱暖房熱交換器56を通過することになる。
よって、排熱貯湯熱交換器55では、高温の湯水Wと低温の冷却水Cとの間で熱交換が行われて冷却水Cが加熱され、更に、排熱暖房熱交換器56では、その加熱された高温の冷却水Cと低温の熱媒Hとの間で熱交換が行われて熱媒Hが加熱されることになり、その熱媒Hが暖房放熱器33に供給されて暖房が行われることになる。
図5に示すように、貯湯タンク90に貯留した湯水Wが持つ熱で暖房放熱器33との間に設けられた暖房用循環路34を循環する熱媒Hを加熱する所謂蓄熱暖房運転は、熱電併給部41が停止している際に、暖房用循環路34と排熱暖房熱交換器56との間で熱媒Hが循環する状態で、冷却水ポンプ46及び循環ポンプ61が作動し、また、冷却水循環路42の電磁弁47が閉弁すると共に第2バイパス路44の電磁弁48が開弁し、また、三方調整弁68が湯水パイパス路67から加熱貯湯循環路60の循環ポンプ61側への湯水Wの通流のみ許容する状態に切り替えられる形態で実行される。
即ち、貯湯タンク90の上層の比較的高温の湯水Wが、上部90aから湯水バイパス路67に取り出され、加熱貯湯循環路60に配置された排熱貯湯熱交換器55に供給される。一方、冷却水循環路42では、冷却水Cが、熱電併給部41をバイパスして第2バイパス路44を通過し、排熱貯湯熱交換器55を通過した後に排熱暖房熱交換器56を通過することになる。
よって、排熱貯湯熱交換器55では、高温の湯水Wと低温の冷却水Cとの間で熱交換が行われて冷却水Cが加熱され、更に、排熱暖房熱交換器56では、その加熱された高温の冷却水Cと低温の熱媒Hとの間で熱交換が行われて熱媒Hが加熱されることになり、その熱媒Hが暖房放熱器33に供給されて暖房が行われることになる。
〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
(1)上記実施形態では、熱源機10を給湯加熱運転と暖房加熱運転との両方を実行可能な給湯暖房器として構成したが、別に当該熱源機10を給湯運転のみ実行可能な給湯器として構成しても構わない。また、この場合、コージェネレーションシステム40における排熱暖房熱交換器56などの暖房用の熱媒Hを加熱する構成については省略することもできる。
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
(1)上記実施形態では、熱源機10を給湯加熱運転と暖房加熱運転との両方を実行可能な給湯暖房器として構成したが、別に当該熱源機10を給湯運転のみ実行可能な給湯器として構成しても構わない。また、この場合、コージェネレーションシステム40における排熱暖房熱交換器56などの暖房用の熱媒Hを加熱する構成については省略することもできる。
(2)上記実施形態では、本体側出水温度を目標出水温度に調整するために、混合部として機能する三方調整弁77を備え、混合制御を行って、貯湯タンク90の上部90aから取り出した湯水Wに低温の上水Wを混合比調整を伴って混合するように構成したが、例えば、貯湯タンク90の上層に目標出水温度の湯水Wを貯留するように構成して、かかる混合部等の構成を省略しても構わない。
(3)上記実施形態では、貯湯タンク90を、温度成層を形成する形態で加熱された湯水Wを貯留するように構成された密閉式タンクとしたが、開放式タンクとしたり、更には、加熱された湯水Wのみを貯留するように構成しても構わない。
(4)上記実施形態では、熱源機10に並設される熱電併給部41や貯湯タンク90やその他各種部位について、一の筐体内に配置して一体型に構成したが、別に、複数の筐体の夫々に分配して複数のユニットからなるものといて構わない。
本発明は、熱源機側入水部から供給された上水を予め設定された設定給湯温度に加熱して給湯栓に供給する給湯加熱運転を行う熱源機に並設され、電力と熱とを発生する熱電併給部と、前記熱電併給部が発生した熱で加熱された湯水を貯留する貯湯タンクと、前記熱源機側入水部に接続され、前記貯湯タンクから取り出された湯水を吐出する本体側出水部と、運転を制御する本体側制御部とを備えたコージェネレーションシステムとして好適に利用可能である。
10 :熱源機
20a :熱源機側入水部
25 :熱源機側制御部
26 :通信部
30 :給湯栓
33 :暖房放熱器
34 :暖房用循環路
40 :コージェネレーションシステム
41 :熱電併給部
55 :排熱貯湯熱交換器
56 :排熱暖房熱交換器(熱媒加熱部)
58a :本体側熱媒供給部
58b :本体側熱媒吐出部
68 :三方調整弁
77 :三方調整弁(混合部)
78a :本体側出水部
80a :本体側入水部
90 :貯湯タンク
90a :上部
90b :底部
95 :本体側制御部
96 :通信部
H :熱媒
W :上水、湯水
20a :熱源機側入水部
25 :熱源機側制御部
26 :通信部
30 :給湯栓
33 :暖房放熱器
34 :暖房用循環路
40 :コージェネレーションシステム
41 :熱電併給部
55 :排熱貯湯熱交換器
56 :排熱暖房熱交換器(熱媒加熱部)
58a :本体側熱媒供給部
58b :本体側熱媒吐出部
68 :三方調整弁
77 :三方調整弁(混合部)
78a :本体側出水部
80a :本体側入水部
90 :貯湯タンク
90a :上部
90b :底部
95 :本体側制御部
96 :通信部
H :熱媒
W :上水、湯水
Claims (6)
- 熱源機側入水部から供給された上水を予め設定された設定給湯温度に加熱して給湯栓に供給する給湯加熱運転を行う熱源機に並設され、
電力と熱とを発生する熱電併給部と、
前記熱電併給部が発生した熱で加熱された湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記熱源機側入水部に接続され、前記貯湯タンクから取り出された湯水を吐出する本体側出水部と、
運転を制御する本体側制御部とを備えたコージェネレーションシステムであって、
前記熱源機との間で通信を行う通信部を備え、
前記本体側制御部が、前記本体側出水部から吐出される湯水の温度である本体側出水温度に基づいて前記熱源機の給湯加熱運転の可否を決定し、当該決定した給湯加熱運転の可否に従って前記熱源機による給湯加熱運転を制限するための指令情報を、前記通信部を介して前記熱源機に出力する運転指令制御を実行するコージェネレーションシステム。 - 前記本体側出水部に供給される湯水に対し混合比調整を伴って上水を混合可能な混合部を備え、
前記本体側制御部が、前記通信部を介して前記熱源機側から入力を受け付けた前記設定給湯温度に基づいて前記本体側出水温度の目標値である目標出水温度を決定し、当該決定した目標出水温度に基づいて前記混合部を制御する混合制御を実行する請求項1に記載のコージェネレーションシステム。 - 前記熱源機が、前記給湯加熱運転に加えて、暖房放熱器との間に設けられた暖房用循環路を循環する熱媒を設定熱媒温度に加熱する暖房加熱運転を行うように構成され、
前記暖房用循環路から熱媒を取り入れる本体側熱媒供給部と、
前記本体側熱媒供給部から取り入れた熱媒を前記熱電併給部が発生した熱で加熱する熱媒加熱部と、
前記熱媒加熱部で加熱した熱媒を前記暖房用循環路に戻す本体側熱媒吐出部とを備えた請求項1又は2に記載のコージェネレーションシステム。 - 前記貯湯タンクが、底部に上水が供給され上部から前記本体側出水部に湯水が取り出される密閉式タンクであり、
前記貯湯タンクの底部から取り出した湯水を前記熱電併給部が発生した熱で加熱して前記貯湯タンクの上部に戻す形態で湯水を循環させる加熱貯湯循環路を備えた請求項1〜3の何れか1項に記載のコージェネレーションシステム。 - 前記熱源機に並設される一の筐体内に各種部位を配置した一体型に構成されている請求項1〜4の何れか1項に記載のコージェネレーションシステム。
- 熱源機側入水部から供給された上水を予め設定された設定給湯温度に加熱して給湯栓に供給する給湯加熱運転を行う熱源機と、
請求項1〜5の何れか1項に記載のコージェネレーションシステムとを、
前記熱源機側入水部と前記本体側出水部とを接続する形態で備えた給湯設備。
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JP2017048995A (ja) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | 大阪瓦斯株式会社 | コ−ジェネレーションシステム |
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JP2006029745A (ja) * | 2004-07-21 | 2006-02-02 | Osaka Gas Co Ltd | 貯湯式の給湯熱源装置 |
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2012
- 2012-11-07 JP JP2012245737A patent/JP2014095488A/ja active Pending
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