JP2018004224A - 熱電併給システム及び給湯システム - Google Patents
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Abstract
Description
説明を加えると、槽下部から取り出した湯水を燃料電池システムにて発生する熱にて加熱したのち槽上部に戻す形態で、貯湯槽内の湯水が循環されることにより、貯湯槽内に温度成層が形成される状態で湯水が貯留される。そして、出湯路により槽上部から湯水が取り出されるのに伴って、給水源からの水が槽用給水路により槽下部に供給される(例えば、特許文献1参照。)。
即ち、この給水予熱式のものは、補助加熱器に供給される湯水の温度が目標出湯温度(先に、後混合式のもので説明した「目標給湯温度」とは必ずしも一致しない)になるように、混合手段により、貯湯槽から取り出された湯水に給水源からの水が混合される。そして、目標出湯温度としては、補助加熱器の受け入れ湯水要件を満たす温度、通常は、湯水の受け入れ部に高耐熱性が要求されない通常の湯沸し器にて受け入れ可能な湯水の温度よりも低い温度に設定されることになる。
即ち、例えば、外気温が高いとき等、混合用給水路からの水の温度が高いときは、混合手段での混合用給水路からの水の混合比が大きくなって、貯湯槽からの湯水の混合比が小さくなるので、貯湯槽からの出湯量が少なくなる。
即ち、燃料電池システムから発生する熱にて加熱されたのち戻される湯の温度に近い温度の湯が貯湯槽の底部にまで貯留される状態(以下、満蓄状態と記載する場合がある)になり易く、満蓄状態になると、貯湯槽の下部から取り出されて燃料電池システムに供給される湯水の温度が高くなる。従って、燃料電池システムから発生する熱を十分に回収して、燃料電池システムの運転を継続するためには、貯湯槽の下部から取り出した湯水を、燃料電池システムから発生する熱を回収する前に、ラジエータで強制的に放熱させる必要があるので、熱損失が大きくなり、省エネルギー性の向上という課題が発生する。
前記出湯路に、前記貯湯槽から取り出した湯水と混合用給水路から供給される水とを混合すると共に、その混合比を調節自在な混合手段を備え、
前記制御手段が、前記出湯路から出湯する湯水の温度を指定の目標出湯温度にすべく、前記混合手段を制御するように構成されたものであって、
第1特徴構成は、前記燃料電池システム、前記貯湯槽、前記貯湯手段、前記混合手段及び前記制御手段を備えて熱電併給ユニットが構成され、
前記制御手段に、
前記補助加熱器が受け入れる湯水の温度を、当該補助加熱器の受け入れ湯水要件を満たす温度に調整する入水温度調整処理を前記混合手段を働かせて実行する第1制御手段と、
前記第1制御手段による前記入水温度調整処理における前記貯湯槽からの出湯量よりも、前記貯湯槽からの出湯量を増加させる貯湯槽出湯量増加処理を実行する第2制御手段とを備えた点にある。
この状態に対して、第2制御手段が作動すると、貯湯槽出湯量増加処理が実行されて、貯湯槽からの出湯量が、入水温度調整処理における貯湯槽からの出湯量よりも増加する。
つまり、例えば、貯湯槽からの出湯量を増加させる課題の発生時に、第2制御手段を作動させるように構成することで、貯湯槽からの出湯量を増加させることができる。
加えて、燃料電池システム、貯湯槽、貯湯手段、混合手段及び制御手段を一まとめに備えて、熱電併給ユニットが構成されているので、当該熱電併給ユニットから出湯路を介して補助加熱器に湯水を送出して、給湯先に給湯する構成とされた給湯システムの小型化を図ることができる。
又、熱電併給ユニットを設置して、出湯路の先端を補助加熱器に接続することにより、給湯システムを構築することができるので、給湯システムの設置作業の簡素化を図ることができる。
要するに、給水予熱式に構成しながらも、貯湯槽からの出湯量を増大し得る熱電併給システムを提供することができる。更に、当該熱電併給システムを備えた給湯システムの小型化及び設置作業の簡素化を図ることができる。
前記貯湯槽内下部の湯水の温度を検出する槽下部温度検出手段と、
外気温度又は前記槽用給水路にて給水される水の温度を検出する気象依存温度検出手段と、
前記槽下部温度検出手段の検出温度が所定の第1判定用槽下部温度よりも高くなり、且つ、前記気象依存温度検出手段の検出温度が所定の第1判定用気象依存温度よりも高くなると、前記出湯路を通して前記貯湯槽から取り出す湯水の量を強制的に増加させる必要がある出湯量要増加状態であると判定する気象依存条件判定手段とが設けられ、
前記第1制御手段による前記入水温度調整処理の実行中に、
前記気象依存条件判定手段により前記出湯量要増加状態であると判定されると、
前記第2制御手段が、前記目標出湯温度を高温側に補正し、その補正した目標出湯温度に基づいて前記混合手段の作動を制御して前記貯湯槽出湯量増加処理を実行する点にある。
そして、第1制御手段による入水温度調整処理の実行中に、気象依存条件判定手段により出湯量要増加状態であると判定されると、第2制御手段により、目標出湯温度が高温側に補正されて、その補正された目標出湯温度に基づいて混合手段の作動が制御されることにより、貯湯槽出湯量増加処理が実行される。
貯湯槽出湯量増加処理が実行されると、混合手段によって、混合後の温度が高温側に補正された目標出湯温度になるように、貯湯槽からの湯水と槽用給水路からの水とが混合されるので、貯湯槽からの出湯量が入水温度調整処理における貯湯槽からの出湯量よりも多くなる。
つまり、入水温度調整処理での混合手段の制御では貯湯槽からの湯水の混合比が顕著に小さくなり、しかも、貯湯槽が満蓄状態又は満蓄状態に近い状態になって、貯湯槽に蓄熱されている熱がラジエータで放熱される状態が長く続いて、省エネルギー性が低下する虞がある状態になると、出湯量要増加状態であると判定されて、貯湯槽出湯量増加処理が実行される。
従って、省エネルギー性を向上すべく、貯湯槽からの出湯量を増大することができる。
前記出湯路における前記混合手段よりも下流側の箇所から、排水路が分岐され、当該排水路を開閉する排水弁が設けられ、
前記貯湯槽内下部の湯水の温度を検出する槽下部温度検出手段と、
前記槽下部温度検出手段の検出温度が所定の第3判定用槽下部温度よりも低い状態が判定用設定時間継続すると、前記出湯路を通して前記貯湯槽から取り出す湯水の量を強制的に増加させる必要がある出湯量要増加状態であると判定する槽下部温度依存条件判定手段とが設けられ、
前記槽下部温度依存条件判定手段により前記出湯量要増加状態であると判定されることに基づいて、
前記第2制御手段が、前記排水弁を開弁した状態で、前記目標出湯温度を高温側に補正し、その補正した目標出湯温度に基づいて前記混合手段の作動を制御して前記貯湯槽出湯量増加処理を実行する点にある。
そして、槽下部温度依存条件判定手段により出湯量要増加状態であると判定されることに基づいて、第2制御手段により、排水弁を開弁した状態で、目標出湯温度が高温側に補正されて、その補正された目標出湯温度に基づいて混合手段の作動が制御されることにより、貯湯槽出湯量増加処理が実行される。
貯湯槽出湯量増加処理が実行されると、槽上部から湯水が取り出されると共に、槽用給水路を通して水が槽下部に供給され、貯湯槽から取り出された湯水と混合用給水路からの水とが混合手段で混合されて、混合後の湯水が排水路を通して排水される。
つまり、貯湯槽内の湯水の水質が低下する虞がある状態になると、出湯量要増加状態であると判定されて、貯湯槽出湯量増加処理が実行される。この貯湯槽出湯量増加処理により、貯湯槽内に貯留されている時間が長い貯湯槽内の上部側の湯水が排水路を通して排水されると共に、貯湯槽内下部側の湯水が給水源からの新しい水に置き換えられるので、貯湯槽内の湯水の水質の低下を防止することができる。
従って、貯湯槽内の湯水の水質の低下を防止すべく、貯湯槽からの出湯量を増大することができる。
前記出湯路における前記混合手段よりも下流側の箇所から、排水路が分岐され、当該排水路を開閉する排水弁が設けられ、
前記燃料電池が、商用電力系統に連系され、
前記貯湯槽内下部の湯水の温度を検出する槽下部温度検出手段と、
外気温度又は前記槽用給水路にて給水される水の温度を検出する気象依存温度検出手段と、
前記商用電力系統が停電した状態で、前記槽下部温度検出手段の検出温度が所定の第2判定用槽下部温度よりも高くなり、且つ、前記気象依存温度検出手段の検出温度が所定の第2判定用気象依存温度よりも高くなると、前記出湯路を通して前記貯湯槽から取り出す湯水の量を強制的に増加させる必要がある出湯量要増加状態であると判定する停電依存条件判定手段とが設けられ、
前記停電依存条件判定手段により前記出湯量要増加状態であると判定されることに基づいて、
前記第2制御手段が、前記排水弁を開弁した状態で、前記目標出湯温度を高温側に補正し、その補正した目標出湯温度に基づいて前記混合手段の作動を制御して前記貯湯槽出湯量増加処理を実行する点にある。
そして、停電依存条件判定手段により出湯量要増加状態であると判定されることに基づいて、第2制御手段により、排水弁を開弁した状態で、目標出湯温度が高温側に補正されて、その補正された目標出湯温度に基づいて混合手段の作動が制御されることにより、貯湯槽出湯量増加処理が実行される。
貯湯槽出湯量増加処理が実行されると、槽上部から湯水が取り出されると共に、槽用給水路を通して水が槽下部に供給され、貯湯槽から取り出された湯水と混合用給水路からの水とが混合手段で混合されて、混合後の湯水が排水路を通して排水される。
貯湯槽出湯量増加処理が実行されるのに伴って、燃料電池システムから発生する熱を回収するために槽下部から取り出される貯湯槽の湯水の温度が低下する。
又、貯湯槽が満蓄状態又は満蓄状態に近い状態になると、槽下部から取り出された貯湯槽の湯水の温度が高くなって、燃料電池から発生する熱を十分に回収することができなくなるので、燃料電池システムが非常停止される虞がある。
従って、商用電力系統の停電中に、燃料電池発電システムを継続して運転できるようにすべく、貯湯槽からの出湯量を増大することができる。
前記出湯路における前記混合手段よりも下流側の箇所から、排水路が分岐され、当該排水路を開閉する排水弁が設けられ、
前記貯湯手段が、槽下部から取り出した湯水と前記燃料電池システムから排出される排ガスとを熱交換する排熱回収用熱交換器を備えて構成され、
前記排熱回収用熱交換器にて前記排ガスが冷却されることにより発生する凝縮水を貯留するドレンタンクと、
前記ドレンタンク内の水を前記燃料電池システムに供給するドレンポンプと、
前記ドレンタンク内の水位を検出する水位検出手段と、
前記水位検出手段の検出水位が判定用水位以下になると、前記出湯路を通して前記貯湯槽から取り出す湯水の量を強制的に増加させる必要がある出湯量要増加状態であると判定するドレン水位依存条件判定手段とが設けられ、
前記ドレン水位依存条件判定手段により前記出湯量要増加状態であると判定されることに基づいて、
前記第2制御手段が、前記排水弁を開弁した状態で、前記目標出湯温度を高温側に補正し、その補正した目標出湯温度に基づいて前記混合手段の作動を制御して前記貯湯槽出湯量増加処理を実行する点にある。
つまり、このような熱電併給システムでは、燃料電池システムから排出される排ガスに含まれる水分を回収して、燃料電池システムの運転に用いることにより、外部からの水の供給を不要とする水自立運転が可能に構成されている。
貯湯槽出湯量増加処理が実行されると、槽上部から湯水が取り出されると共に、槽用給水路を通して水が槽下部に供給され、貯湯槽から取り出された湯水と混合用給水路からの水とが混合手段で混合されて、混合後の湯水が排水路を通して排水される。
そして、貯湯槽出湯量増加処理が実行されるのに伴って、排熱回収用熱交換器に供給される貯湯槽からの湯水の温度が低下するので、排熱回収用熱交換器での凝縮水の発生量が増加する。
つまり、水自立運転ができなくなる虞がある状態になると、出湯量要増加状態であると判定されて、貯湯槽出湯量増加処理が実行されることにより、排熱回収用熱交換器での凝縮水の発生を促進させることができるので、水自立運転が中断されるのを回避することができる。
従って、水自立運転が中断されるのを回避すべく、貯湯槽からの出湯量を増大することができる。
前記出湯路に、前記貯湯槽から取り出した湯水と混合用給水路から供給される水とを混合すると共に、その混合比を調節自在な混合手段を備え、
前記制御手段が、前記出湯路から出湯する湯水の温度を指定の目標出湯温度にすべく、前記混合手段を制御するように構成されたものであって、
その特徴構成は、
前記燃料電池システム、前記貯湯槽、前記貯湯手段、前記混合手段及び前記制御手段を備えて熱電併給ユニットが構成され、当該熱電併給ユニットから前記出湯路を介して前記補助加熱器に湯水を送出して、給湯先に給湯する構成とされ、
前記制御手段に、
前記補助加熱器が受け入れる湯水の温度を、当該補助加熱器の受け入れ湯水要件を満たす温度に調整する入水温度調整処理を前記混合手段を働かせて実行する第1制御手段と、
前記第1制御手段による前記入水温度調整処理における前記貯湯槽からの出湯量よりも、前記貯湯槽からの出湯量を増加させる貯湯槽出湯量増加処理を実行する第2制御手段とを備えた点にある。
そして、第1制御手段が作動する状態では、入水温度調整処理が実行されて、補助加熱器が受け入れる湯水の温度を当該補助加熱器の受け入れ湯水要件を満たす温度に調整するように、混合手段が制御される。換言すれば、本願の課題となる貯湯槽からの出湯量が比較的少ない混合制御が行われる。
この状態に対して、第2制御手段が作動すると、貯湯槽出湯量増加処理が実行されて、貯湯槽からの出湯量が、入水温度調整処理における貯湯槽からの出湯量よりも増加する。
つまり、例えば、貯湯槽からの出湯量を増加させる課題の発生時に、第2制御手段を作動させるように構成することで、貯湯槽からの出湯量を増加させることができる。
加えて、燃料電池システム、貯湯槽、貯湯手段、混合手段及び制御手段を一まとめに備えて、熱電併給ユニットが構成されているので、給湯システムの小型化を図ることができる。
又、熱電併給ユニットを設置して、出湯路の先端を補助加熱器に接続することにより、給湯システムを構築することができるので、給湯システムの設置作業の簡素化を図ることができる。
要するに、給水予熱式に構成しながらも、貯湯槽からの出湯量を増大し得る給湯システムを提供することができ、更に、給湯システムの小型化及び設置作業の簡素化を図ることができる。
〔第1実施形態〕
先ず、第1実施形態を説明する。
図1に示すように、熱電併給システムは、燃料電池1を備えた燃料電池システムFs、槽内に給水する槽用給水路2が槽底部(槽下部の一例)に接続され且つ槽内の湯水を補助加熱器Buに対して送出する出湯路3が槽頂部(槽上部の一例)に接続された貯湯槽4、槽底部(槽下部の一例)から取り出した湯水を燃料電池システムFsにて発生する熱にて加熱したのち槽頂部(槽上部の一例)に戻す形態で貯湯槽4に貯湯する貯湯手段Hu、燃料電池1を商用電力系統5に連系するためのインバータ6、熱電併給システムの運転を制御する制御部7(即ち、制御手段)、及び、その制御部7に運転制御情報を送信する遠隔操作式の操作部8等を備えて構成されている。
補助加熱器Buとしては、給湯システムの設置先に既設のガス湯沸かし器を用いることも可能である。
つまり、既設のガス湯沸かし器を補助加熱器Buとして用いることにより、熱電併給ユニットUmを新規に導入するだけで、給湯システムを構築することが可能である。
つまり、出湯路3は、機内出湯路部分3iと機外出湯路部分3eとにより構成される。
燃料電池システムFsは、周知であるので、詳細な説明及び図示を省略して、簡単に説明する。
この燃料電池システムFsは、水素を主成分とする水素含有ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池1、その燃料電池1に供給する水素含有ガスを生成する水素含有ガス生成部(図示省略)、及び、燃料電池1に酸素含有ガスとして空気を供給する反応用送風機30等を備えて構成されている。
固体酸化物型の燃料電池1は、図示を省略するが、固体酸化物を電解質層とするセルを複数積層状態に設けて構成され、各セルの燃料極に水素含有ガス生成部から水素含有ガスが供給されると共に、各セルの空気極に反応用送風機30から空気が供給されて、水素と酸素との電気化学反応により発電を行うように構成されている。
排ガス路31には、詳細は後述するが、貯湯槽4の底部から取り出した湯水と排ガス路31を通流する燃焼排ガス(燃料電池システムから排出される排ガスの一例)とを熱交換させる排熱回収用熱交換器32が設けられている。
貯湯槽4には、貯湯槽4内下部の湯水の温度を検出する槽下部温度センサS1(槽下部温度検出手段の一例)、貯湯槽4内上部の湯水の温度を検出する槽上部温度センサS2が設けられている。
槽用給水路2には、貯湯槽4に供給される水の温度を検出する給水温度センサS3、逆止弁39、流量計40、圧力逃し弁41等が設けられている。
つまり、貯湯用循環ポンプ43の通水作用により、貯湯槽4の底部から取り出された湯水が貯湯槽4の頂部に戻される形態で、貯湯槽4内の湯水が貯湯用循環路42を通して循環され、そのように貯湯用循環路42を通して循環される湯水が排熱回収用熱交換器32にて改質バーナの燃焼排ガスで加熱されることにより、貯湯槽4に温度成層を形成する状態で湯水が貯留されるように構成されている。
出湯路3の機内出湯路部分3iにおける三方弁10よりも下流側の部分には、出湯路3を通して補助加熱器Buに出湯される湯水の温度を検出する出湯温度センサS5が設けられている。
更に、ケーシング11外の外気温度を検出する外気温度センサS6も設けられている。
尚、本発明は、貯湯槽4から出湯路3を通して出湯する湯水の量の制御(以下、出湯量制御と記載する場合がある)に関わるものであるので、以下では、主として、出湯量制御について説明して、熱電併給ユニットUmの全体の制御や、燃料電池システムFsの制御等のその他の制御については、説明を省略する。従って、図2には、出湯量制御を説明する制御構成のブロック図を示す。
そして、三方弁10では、出湯路3を通して貯湯槽4から出湯される湯水と混合用給水路9を通して供給される水(水道水)とが混合されると共に、混合後の湯水の温度が目標出湯温度Toになるように混合比が調整されるので、混合用給水路9から供給される水の温度が高くなるほど、貯湯槽4からの出湯量が少なくなる。
混合用給水路9により供給される給水源(本実施例では上水道)の水の温度は、外気温度が高くなるほど高くなり、外気温度に依存する。
これに対して、本願では、第2制御手段72により、貯湯槽出湯量増加処理が実行される。
そして、第1制御手段71による入水温度調整処理の実行中に、気象依存条件判定手段73により出湯量要増加状態であると判定されると、第2制御手段72が、目標出湯温度Toを高温側に補正して、その補正した目標出湯温度Toに基づいて三方弁10の作動を制御することにより、貯湯槽出湯量増加処理を実行するように構成されている。
給湯栓17が開かれると、槽用給水路2により貯湯槽4の底部にかかる水道圧により、貯湯槽4から湯水が送出されると共に、槽用給水路2を通して水が貯湯槽4の底部に供給されるので、流量計40により水の通流が検出される。尚、槽用給水路2を通して貯湯槽4へ水が供給されているか否かを判定するために、予め、通水検知用流量が設定されている。
又、貯湯槽出湯量増加処理を実行するために、目標出湯温度Toを高温側に補正した第1補正目標出湯温度Tr1が設定され、この第1補正目標出湯温度Tr1は、目標出湯温度Toよりも高く、しかも、受け入れ湯水要件を満たす温度、例えば、35℃に設定されている。
又、第1判定用槽下部温度Tt1は、例えば、60℃に設定され、第1判定用気象依存温度Tw1は、例えば、35℃に設定されている。
つまり、気象依存条件判定手段73により出湯量要増加状態でないと判定されている状態で、流量計40の検出流量が通水検知用流量以上になると、第1制御手段71は、出湯温度センサS5の検出温度Ts5が目標出湯温度Toになるように、三方弁10を制御することにより、入水温度調整処理を実行する。
この入水温度調整処理が実行されると、三方弁10によって、混合後の温度が目標出湯温度Toになるように、貯湯槽4からの湯水と槽用給水路9からの水とが混合され、目標出湯温度Toの湯水が補助加熱器Buに対して出湯され、補助加熱器Buで目標給湯温度Tuになるように加熱されて、給湯先に給湯される。
つまり、気象依存条件判定手段73により出湯量要増加状態であると判定されている状態で、流量計40の検出流量が通水検知用流量以上になると、第2制御手段72は、出湯温度センサS5の検出温度Ts5が第1補正目標出湯温度Tr1になるように、三方弁10を制御することにより、貯湯槽出湯量増加処理を実行する。
この貯湯槽出湯量増加処理が実行されると、三方弁10によって、混合後の温度が目標出湯温度Toよりも高い第1補正目標出湯温度Tr1になるように、貯湯槽4からの湯水と槽用給水路9からの水とが混合され、第1補正目標出湯温度Tr1の湯水が補助加熱器Buに対して出湯され、補助加熱器Buで目標給湯温度Tuになるように加熱されて、給湯先に給湯される。
従って、貯湯槽出湯量増加処理が実行されると、貯湯槽4からの出湯量が入水温度調整処理における貯湯槽からの出湯量よりも多くなる。
そこで、ラジエータ44を作動させて湯水の放熱を開始するための湯水の温度が、所定の放熱開始温度に設定されている。
そして、制御部7は、熱交換器流入温度センサS4の検出温度が放熱開始温度以上の状態では、ラジエータ44を作動させるように構成されている。
従って、省エネルギー性を向上すべく、貯湯槽からの出湯量を増大することができる。
次に、第2実施形態を説明するが、この第2実施形態は、主として、出湯量要増加状態の判別処理及び貯湯槽出湯量増加処理の別の実施形態を説明するものであり、それに関連する構成以外の構成は、上記の第1実施形態と同様である。従って、重複説明を避けるために、第1実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、同じ符号を付すことにより説明を省略して、主として、出湯量要増加状態の判別処理及び貯湯槽出湯量増加処理、並びに、それに関連する構成について説明する。
ケーシング11には、排水部20が設けられ、この排水部20に排水路45の先端が接続される。つまり、排水弁46が開弁されると、貯湯槽4から出湯された湯水が、排水路45を通して排水部20からケーシング11外に排出されることになる。
この水自立運転を可能にするための構成について、説明を加える。
又、ドレンタンク34には、そのドレンタンク34の水位を検出する水位計37(水位検出手段の一例)が設けられている。
更に、ドレン流下路33には、排熱回収用熱交換器32から排出される凝縮水を純水に精製する水処理部38が設けられている。ちなみに、水処理部38は、イオン交換樹脂を用いて構成されている。
即ち、槽下部温度センサ検出手段S1の検出温度Ts1が所定の第3判定用槽下部温度Tt3よりも低い状態が判定用設定時間継続すると、出湯路3を通して貯湯槽4から取り出す湯水の量を強制的に増加させる必要がある水質維持時の出湯量要増加状態であると判定する槽下部温度依存条件判定手段74が設けられている。
そして、槽下部温度依存条件判定手段74により水質維持時の出湯量要増加状態であると判定されることに基づいて、第2制御手段72が、排水弁46を開弁した状態で、目標出湯温度Toを高温側に補正し、その補正した目標出湯温度Toに基づいて三方弁10の作動を制御して水質維持時の貯湯槽出湯量増加処理を実行するように構成されている。
そして、停電依存条件判定手段75により停電時の出湯量要増加状態であると判定されることに基づいて、第2制御手段72が、排水弁46を開弁した状態で、目標出湯温度Toを高温側に補正し、その補正した目標出湯温度Toに基づいて三方弁10の作動を制御して停電時の貯湯槽出湯量増加処理を実行するように構成されている。
そして、ドレン水位依存条件判定手段76によりドレン水位低下時の出湯量要増加状態であると判定されることに基づいて、第2制御手段72が、排水弁46を開弁した状態で、目標出湯温度Toを高温側に補正し、その補正した目標出湯温度Toに基づいて三方弁10の作動を制御してドレン水位低下時の貯湯槽出湯量増加処理を実行するように構成されている。
槽下部温度依存条件判定手段74、停電依存条件判定手段75及びドレン水位依存条件判定手段76も、気象依存条件判定手段73と同様に、所定のプログラム形式で、制御部7を用いて構成されている。
又、第2判定用気象依存温度Tw2は、第1判定用気象依存温度Tw1と同様に、35℃に設定される。
又、貯湯槽出湯量増加処理を実行するために、第1実施形態と同様の第1補正目標出湯温度Tr1に加えて、この第1補正目標出湯温度Tr1よりも高い第2補正目標出湯温度Tr2が設定され、この第2補正目標出湯温度Tr2は、40〜60℃の範囲に設定される。
水質維持時の出湯量要増加状態を判定するための判定用設定時間としては、貯湯槽4内で湯水が第3判定用槽下部温度Tt3以下の状態で放置されても水質の維持が可能な条件で、極力長い時間に設定される。
先ず、図5に示すフローチャートに基づいて、出湯量要増加状態の判別処理について説明する。
先ず、ドレン水位依存条件判定手段76が働き、水位計37の検出水位が判定用水位以下になると、ドレン水位低下時の出湯量要増加状態であると判定して(ステップ#1,2)、リターンする。
ステップ#1で水位計37の検出水位が判定用水位よりも高いと判定した場合は、停電依存条件判定手段75が働き、商用電力系統5が停電中で、しかも、槽下部温度検出手段S1の検出温度Ts1が第2判定用槽下部温度Tt2よりも高く、且つ、外気温度センサS6の検出温度Ts6が第2判定用気象依存温度Tw2よりも高い条件を満たす場合は、停電時の出湯量要増加状態であると判定して(ステップ#3〜5)、リターンする。
つまり、ドレン水位低下時、停電時、高温時及び水質維持時のいずれの出湯量要増加状態ではないと判定されている状態で、流量計40の検出流量が通水検知用流量以上になると、第1制御手段71は、出湯温度センサS5の検出温度Ts5が目標出湯温度Toになるように、三方弁10を制御することにより、入水温度調整処理を実行する。
この入水温度調整処理が実行されると、三方弁10によって、混合後の温度が目標出湯温度Toになるように、貯湯槽4からの湯水と槽用給水路9からの水とが混合されて、目標出湯温度Toの湯水が補助加熱器Buに対して出湯され、補助加熱器Buで目標給湯温度Tuになるように加熱されて、給湯先に給湯される。
つまり、気象依存条件判定手段73により高温時の出湯量要増加状態であると判定されている状態で、流量計40の検出流量が通水検知用流量以上になると、第2制御手段72は、出湯温度センサS5の検出温度Ts5が第1補正目標出湯温度Tr1になるように、三方弁10を制御することにより、高温時の貯湯槽出湯量増加処理を実行する。
この高温時の貯湯槽出湯量増加処理が実行されると、三方弁10によって、混合後の温度が目標出湯温度Toよりも高い第1補正目標出湯温度Tr1になるように、貯湯槽4からの湯水と槽用給水路9からの水とが混合されて、第1補正目標出湯温度Tr1の湯水が補助加熱器Buに対して出湯され、補助加熱器Buで目標給湯温度Tuになるように加熱されて、給湯先に給湯される。
従って、高温時の貯湯槽出湯量増加処理が実行されると、貯湯槽4からの出湯量が入水温度調整処理における貯湯槽からの出湯量よりも多くなる。
そして、第2制御手段72は、ドレン水位低下時の貯湯槽出湯量増加処理の実行中に入水温度調整処理が開始されると、ドレン水位低下時の貯湯槽出湯量増加処理を中断し、入水温度調整処理が停止されると、ドレン水位低下時の貯湯槽出湯量増加処理を再開する形態で、水位計37の検出水位が判定用水位よりも高い水位に設定された定常水位になるまで、ドレン水位低下時の貯湯槽出湯量増加処理を継続する。
そして、ドレン水位低下時の貯湯槽出湯量増加処理が実行されることにより、貯湯用循環路42を通して排熱回収用熱交換器32に供給される貯湯槽4からの湯水の温度が低下して、排熱回収用熱交換器32での凝縮水の発生量が増加するので、ドレンタンク34における水の貯留量が増大することになり、水自立運転が中断されるのを回避することができる。
そして、第2制御手段72は、停電時の貯湯槽出湯量増加処理の実行中に入水温度調整処理が開始されると、停電時の貯湯槽出湯量増加処理を中断し、入水温度調整処理が停止されると、停電時の貯湯槽出湯量増加処理を再開する形態で、商用電力系統5の停電が解消されるまで、停電時の貯湯槽出湯量増加処理を継続する。
停電時の貯湯槽出湯量増加処理が実行されると、貯湯槽4の槽頂部から湯水が取り出されると共に、貯湯槽4の槽底部に槽用給水路2を通して水が供給され、三方弁10によって、混合後の温度が第2補正目標出湯温度Tr2になるように、貯湯槽4からの湯水と混合用給水路9からの水とが混合されて、混合後の湯が排水路45を通して排水される。
そこで、排熱回収用熱交換器32に供給される湯水の温度が高くなると、燃料電池システムFsを非常停止させる機能が備えられている。
具体的には、排熱回収用熱交換器32に供給される湯水の温度の上限が、所定の流入上限温度に設定されている。
そして、制御部7は、熱交換器流入温度センサS4の検出温度が流入上限温度以上になると、燃料電池発電システムFsを停止させるように構成されている。
従って、商用電力系統5の停電中に、燃料電池システムFsが非常停止されるのを防止して、燃料電池システムFsを継続して運転することができる。
そして、第2制御手段72は、水質維持時の貯湯槽出湯量増加処理の実行中に入水温度調整処理が開始されると、水質維持時の貯湯槽出湯量増加処理を中断し、入水温度調整処理が停止されると、水質維持時の貯湯槽出湯量増加処理を再開する形態で、延べ実行時間が水質維持用設定時間に達するまで、水質維持時の貯湯槽出湯量増加処理を実行する。
ちなみに、水質維持用設定時間は、例えば、排水路45を通して排出される湯水の量が貯湯槽4の容量に達する時間に設定される。
そして、水質維持時の貯湯槽出湯量増加処理が実行されるのに伴って、貯湯槽4内に貯留されている時間が長い貯湯槽4内の上部側の湯水が排水路4を通して排水されると共に、貯湯槽4内下部側の湯水が給水源からの新しい水に置き換えられるので、貯湯槽4内の湯水の水質の低下を防止することができる。
そこで、第1実施形態と同様に、制御部7は、熱交換器流入温度センサS4の検出温度が放熱開始温度以上の状態では、ラジエータ44を作動させるように構成されている。
この空気抜き運転は、熱電併給ユニットUm内における湯水が通流する部分(槽用給水路2、貯湯槽4、出湯路3、貯湯用循環路42等)の空気抜きを行う運転であり、例えば、給湯システムの設置時に、作業者が空気抜き運転スイッチ81を操作して行うものである。
従って、この空気抜き運転スイッチ81は、給湯システムの使用者には認知できない状態で、操作部8に設けられている。
尚、空気抜き用設定時間は、例えば、熱電併給ユニットUm内における湯水が通流する部分の容量に相当する量の水を、槽用給水路2を通して給水するのに要する時間に設定される。
次に別実施形態を説明する。
(イ) 上記の第1及び第2の各実施形態では、気象依存条件判定手段71により出湯量要増加状態であると判定されることに基づいて、自動的に第2制御手段72により貯湯槽出湯量増加処理が実行されるように構成したが、貯湯槽出湯量増加処理の実行を指令する手動操作式のスイッチを操作部8に設けて、そのスイッチが操作されることに基づいて、第2制御手段72が貯湯槽出湯量増加処理を実行するように構成しても良い。
即ち、補助加熱器Buも備えた給湯システムにも適用する場合は、燃料電池システムFs、貯湯槽4、貯湯手段Hu、三方弁10、インバータ6及び制御部7を備えて熱電併給ユニットUmが構成され、当該熱電併給ユニットUmから出湯路3を介して補助加熱器Buに湯水を送出して、給湯先に給湯する構成とされ、制御部7に、上記の第1及び第2の各実施形態と同様に、第1制御手段71及び第2制御手段72を備える。
2 槽用給水路
3 出湯路
4 貯湯槽
5 商用電力系統
7 制御部(制御手段)
9 混合用給水路
10 三方弁(混合手段)
32 排熱用熱交換器
34 ドレンタンク
36 ドレンポンプ
37 水位計(水位検出手段)
45 排水路
46 排水弁
71 第1制御手段
72 第2制御手段
73 気象依存条件判定手段
74 槽下部温度依存条件判定手段
75 停電依存条件判定手段
76 ドレン水位依存条件判定手段
Bu 補助加熱器
Fs 燃料電池システム
Hu 貯湯手段
S1 槽下部温度センサ(槽下部温度検出手段)
S6 外気温度センサ(気象依存温度検出手段)
Um 熱電併給ユニット
Claims (6)
- 燃料電池を備えた燃料電池システムと、槽内に給水する槽用給水路が槽下部に接続され且つ槽内の湯水を補助加熱器に対して送出する出湯路が槽上部に接続された貯湯槽と、槽下部から取り出した湯水を前記燃料電池システムにて発生する熱にて加熱したのち槽上部に戻す形態で前記貯湯槽に貯湯する貯湯手段と、運転を制御する制御手段とを備え、
前記出湯路に、前記貯湯槽から取り出した湯水と混合用給水路から供給される水とを混合すると共に、その混合比を調節自在な混合手段を備え、
前記制御手段が、前記出湯路から出湯する湯水の温度を指定の目標出湯温度にすべく、前記混合手段を制御するように構成された熱電併給システムであって、
前記燃料電池システム、前記貯湯槽、前記貯湯手段、前記混合手段及び前記制御手段を備えて熱電併給ユニットが構成され、
前記制御手段に、
前記補助加熱器が受け入れる湯水の温度を、当該補助加熱器の受け入れ湯水要件を満たす温度に調整する入水温度調整処理を前記混合手段を働かせて実行する第1制御手段と、
前記第1制御手段による前記入水温度調整処理における前記貯湯槽からの出湯量よりも、前記貯湯槽からの出湯量を増加させる貯湯槽出湯量増加処理を実行する第2制御手段とを備えた熱電併給システム。 - 前記貯湯槽内下部の湯水の温度を検出する槽下部温度検出手段と、
外気温度又は前記槽用給水路にて給水される水の温度を検出する気象依存温度検出手段と、
前記槽下部温度検出手段の検出温度が所定の第1判定用槽下部温度よりも高くなり、且つ、前記気象依存温度検出手段の検出温度が所定の第1判定用気象依存温度よりも高くなると、前記出湯路を通して前記貯湯槽から取り出す湯水の量を強制的に増加させる必要がある出湯量要増加状態であると判定する気象依存条件判定手段とが設けられ、
前記第1制御手段による前記入水温度調整処理の実行中に、
前記気象依存条件判定手段により前記出湯量要増加状態であると判定されると、
前記第2制御手段が、前記目標出湯温度を高温側に補正し、その補正した目標出湯温度に基づいて前記混合手段の作動を制御して前記貯湯槽出湯量増加処理を実行する請求項1に記載の熱電併給システム。 - 前記出湯路における前記混合手段よりも下流側の箇所から、排水路が分岐され、当該排水路を開閉する排水弁が設けられ、
前記貯湯槽内下部の湯水の温度を検出する槽下部温度検出手段と、
前記槽下部温度検出手段の検出温度が所定の第3判定用槽下部温度よりも低い状態が判定用設定時間継続すると、前記出湯路を通して前記貯湯槽から取り出す湯水の量を強制的に増加させる必要がある出湯量要増加状態であると判定する槽下部温度依存条件判定手段とが設けられ、
前記槽下部温度依存条件判定手段により前記出湯量要増加状態であると判定されることに基づいて、
前記第2制御手段が、前記排水弁を開弁した状態で、前記目標出湯温度を高温側に補正し、その補正した目標出湯温度に基づいて前記混合手段の作動を制御して前記貯湯槽出湯量増加処理を実行する請求項1又は2に記載の熱電併給システム。 - 前記出湯路における前記混合手段よりも下流側の箇所から、排水路が分岐され、当該排水路を開閉する排水弁が設けられ、
前記燃料電池が、商用電力系統に連系され、
前記貯湯槽内下部の湯水の温度を検出する槽下部温度検出手段と、
外気温度又は前記槽用給水路にて給水される水の温度を検出する気象依存温度検出手段と、
前記商用電力系統が停電した状態で、前記槽下部温度検出手段の検出温度が所定の第2判定用槽下部温度よりも高くなり、且つ、前記気象依存温度検出手段の検出温度が所定の第2判定用気象依存温度よりも高くなると、前記出湯路を通して前記貯湯槽から取り出す湯水の量を強制的に増加させる必要がある出湯量要増加状態であると判定する停電依存条件判定手段とが設けられ、
前記停電依存条件判定手段により前記出湯量要増加状態であると判定されることに基づいて、
前記第2制御手段が、前記排水弁を開弁した状態で、前記目標出湯温度を高温側に補正し、その補正した目標出湯温度に基づいて前記混合手段の作動を制御して前記貯湯槽出湯量増加処理を実行する請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱電併給システム。 - 前記出湯路における前記混合手段よりも下流側の箇所から、排水路が分岐され、当該排水路を開閉する排水弁が設けられ、
前記貯湯手段が、槽下部から取り出した湯水と前記燃料電池システムから排出される排ガスとを熱交換する排熱回収用熱交換器を備えて構成され、
前記排熱回収用熱交換器にて前記排ガスが冷却されることにより発生する凝縮水を貯留するドレンタンクと、
前記ドレンタンク内の水を前記燃料電池システムに供給するドレンポンプと、
前記ドレンタンク内の水位を検出する水位検出手段と、
前記水位検出手段の検出水位が判定用水位以下になると、前記出湯路を通して前記貯湯槽から取り出す湯水の量を強制的に増加させる必要がある出湯量要増加状態であると判定するドレン水位依存条件判定手段とが設けられ、
前記ドレン水位依存条件判定手段により前記出湯量要増加状態であると判定されることに基づいて、
前記第2制御手段が、前記排水弁を開弁した状態で、前記目標出湯温度を高温側に補正し、その補正した目標出湯温度に基づいて前記混合手段の作動を制御して前記貯湯槽出湯量増加処理を実行する請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱電併給システム。 - 燃料電池を備えた燃料電池システムと、槽内に給水する槽用給水路が槽下部に接続され且つ槽内の湯水を補助加熱器に対して送出する出湯路が槽上部に接続された貯湯槽と、槽下部から取り出した湯水を前記燃料電池システムにて発生する熱にて加熱したのち槽上部に戻す形態で前記貯湯槽に貯湯する貯湯手段と、運転を制御する制御手段とを備え、
前記出湯路に、前記貯湯槽から取り出した湯水と混合用給水路から供給される水とを混合すると共に、その混合比を調節自在な混合手段を備え、
前記制御手段が、前記出湯路から出湯する湯水の温度を指定の目標出湯温度にすべく、前記混合手段を制御するように構成された給湯システムであって、
前記燃料電池システム、前記貯湯槽、前記貯湯手段、前記混合手段及び前記制御手段を備えて熱電併給ユニットが構成され、当該熱電併給ユニットから前記出湯路を介して前記補助加熱器に湯水を送出して、給湯先に給湯する構成とされ、
前記制御手段に、
前記補助加熱器が受け入れる湯水の温度を、当該補助加熱器の受け入れ湯水要件を満たす温度に調整する入水温度調整処理を前記混合手段を働かせて実行する第1制御手段と、
前記第1制御手段による前記入水温度調整処理における前記貯湯槽からの出湯量よりも、前記貯湯槽からの出湯量を増加させる貯湯槽出湯量増加処理を実行する第2制御手段とを備えた給湯システム。
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