JP2019066138A - コージェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】タンクの蓄熱をより有効に利用する。【解決手段】発電に伴って熱を発生する熱源装置を備えるコージェネレーションシステムは、熱源装置からの排熱と湯水との間で熱交換する第１熱交換器と、第１熱交換器の熱交換により加熱された湯水を貯留して蓄熱する蓄熱タンクと、蓄熱タンクの蓄熱と熱交換流体との間で熱交換する第２熱交換器と、第２熱交換器と温熱機器とを繋ぐ循環路内で熱交換流体を循環させる循環ポンプと、蓄熱タンクの蓄熱状態に基づいて第２熱交換器を通る熱交換流体の単位時間当りの循環流量を変化させて循環ポンプの駆動を制御する制御装置と、を備えるものである。【選択図】図１

Description

本発明は、発電に伴って熱を発生する熱源装置を備えるコージェネレーションシステムに関する。

従来、この種のコージェネレーションシステムとして、エンジン発電機などの発電装置により発電された電力と、発電に伴って発生した熱（排熱）とを利用するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このコージェネレーションシステムでは、発電に伴って発生した排熱と湯水とを熱交換する第１熱交換器と、第１熱交換器により熱交換された湯水を貯留するタンクと、タンク内に設けられタンク内の湯水と熱媒体（水）とを熱交換する第２熱交換器と、第２熱交換器により熱交換された湯水を暖房装置などの熱負荷に供給する循環路に設けられたポンプと、その循環路に設けられ循環路内の湯水を加熱（追い焚き）可能なボイラとを備える。そして、循環路内の湯水の温度が熱負荷に供給すべき温度よりも低い場合には、湯水をボイラにより加熱してから熱負荷に供給するものとしている。

特開２０００−２９７９６３号公報

このようなコージェネレーションシステムでは、第１熱交換器によって熱交換されてタンク内に貯留される湯水の温度は発電装置の作動状況（排熱状況）に依存しており、ポンプの駆動状態によっては熱負荷に供給される熱に過不足が生じることがある。供給される熱に不足が生じると上述したようにボイラによる加熱が必要となるが、ボイラによる加熱では、発電装置の排熱から得られる熱エネルギとは別に燃料が消費されるため、システム全体の熱エネルギの有効利用を図るためになお改善の余地がある。

本発明は、タンクの蓄熱をより有効に利用することを主目的とする。

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のコージェネレーションシステムは、発電に伴って熱を発生する熱源装置を備えるコージェネレーションシステムであって、前記熱源装置からの排熱と湯水との間で熱交換する第１熱交換器と、前記第１熱交換器の熱交換により加熱された湯水を貯留して蓄熱する蓄熱タンクと、前記蓄熱タンクの蓄熱と熱交換流体との間で熱交換する第２熱交換器と、前記第２熱交換器と温熱機器とを繋ぐ循環路内で前記熱交換流体を循環させる循環ポンプと、前記蓄熱タンクの蓄熱状態に基づいて前記第２熱交換器を通る前記熱交換流体の単位時間当りの循環流量を変化させて前記循環ポンプの駆動を制御する制御装置と、を備えることを要旨とする。

本発明のコージェネレーションシステムでは、蓄熱タンクの蓄熱状態に基づいて、蓄熱タンクの蓄熱と熱交換流体との間で熱交換する第２熱交換器を通る熱交換流体の単位時間当りの循環流量を変化させて循環ポンプの駆動を制御する。こうすれば、蓄熱タンクの蓄熱状態に基づいて第２熱交換器により熱交換される熱量を変化させることができるから、温熱機器に熱を適切に供給することができる。このため、熱源装置の作動状況（排熱状況）を変えることなく、蓄熱タンクの蓄熱を温熱機器への熱供給により有効に利用することができる。

本発明のコージェネレーションシステムにおいて、前記制御装置は、前記蓄熱タンクの蓄熱量が小さいほど前記循環流量が小さくなる傾向で前記循環流量を設定し、設定した前記循環流量で前記循環ポンプの駆動を制御するものとしてもよい。こうすれば、蓄熱タンクの蓄熱量に応じて、第２熱交換器により熱交換される熱量を適切に変化させて、温熱機器に熱をより適切に供給することができる。

本発明のコージェネレーションシステムにおいて、前記制御装置は、前記温熱機器に供給すべき前記熱交換流体の目標供給温度が高いほど前記循環流量が小さくなる傾向で前記循環流量を設定し、設定した前記循環流量で前記循環ポンプの駆動を制御するものとしてもよい。こうすれば、温熱機器に供給すべき前記熱交換流体の目標供給温度に応じて、第２熱交換器により熱交換される熱量を適切に変化させて、温熱機器に熱をより適切に供給することができる。

本発明のコージェネレーションシステムにおいて、前記循環路は、複数の前記温熱機器に前記熱交換流体を供給可能に構成され、複数の前記温熱機器のうち択一的に選択される一の前記温熱機器内に前記熱交換流体が循環するように切り替える機器切替器を備え、前記制御装置は、前記蓄熱タンクの蓄熱状態に基づいて、前記択一的に選択される一の前記温熱機器に供給される前記熱交換流体の温度が当該温熱機器に供給すべき前記熱交換流体の目標供給温度に近付くように前記循環流量を変化させるものとしてもよい。こうすれば、複数の温熱機器に熱供給可能に構成される場合において、熱供給対象の一の温熱機器への熱供給をより適切に管理することができる。

本発明のコージェネレーションシステムにおいて、燃焼により前記熱交換流体を加熱可能な補助熱源装置と、前記温熱機器に前記熱交換流体を供給する流路を、前記補助熱源装置を経ることなく前記第２熱交換器と前記温熱機器とを繋ぐ循環路と、前記補助熱源装置と前記温熱機器とを繋ぐ循環路とのいずれかに切り替える循環路切替器と、を備えるものとしてもよい。こうすれば、第２熱交換器と温熱機器とを繋ぐ循環路を介して、補助熱源装置における燃料消費を伴わずに、温熱機器への熱供給が可能となる。このため、燃料消費を抑えつつ蓄熱タンクの蓄熱の有効利用を図ることができる。また、蓄熱タンクの蓄熱では温熱機器に供給される熱が不足する場合には、補助熱源装置を用いて適切な熱を供給することができる。

本発明のコージェネレーションシステムにおいて、前記第２熱交換器は、前記蓄熱タンクの上部側に設置されるものとしてもよい。こうすれば、第２熱交換器は蓄熱タンク内における比較的高温の湯水との間で熱交換することができるから、蓄熱タンクの蓄熱をより有効に利用することができる。

本発明のコージェネレーションシステムにおいて、前記蓄熱タンクと前記第１熱交換器とを繋ぐ循環路に設けられ、前記蓄熱タンクから出水し前記第１熱交換器に向かう湯水を放熱させる放熱器を備えるものとしてもよい。放熱器を備えることで、熱源装置の過剰な熱を適切に放熱することができる。また、第２熱交換器により蓄熱タンクの蓄熱の有効利用を図ることで、放熱器に要求される放熱能力や寿命などの性能を抑えて、放熱器の簡素化や小型化を図ることができる。

コージェネレーションシステム１０の構成の概略を示す構成図である。 温熱機器温調制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 タンク蓄熱による温調制御の一例を示すフローチャートである。 循環流量設定マップの一例を示す説明図である。 タンク蓄熱による温調制御における温度変化の一例を示す説明図である。 バーナ加熱による温調制御における温度変化の一例を示す説明図である。 変形例の温熱機器温調制御ルーチンを示すフローチャートである。 変形例の供給水温Ｔｉｎの変化を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態について説明する。

図１はコージェネレーションシステム１０の構成の概略を示す構成図である。コージェネレーションシステム１０は、発電（作動）に伴って熱を発生する主熱源装置２０と、主熱源装置２０からの熱を回収し湯水として給湯タンク３１に貯留することで蓄熱する熱回収装置３０と、給湯タンク３１内の湯水を供給する給湯装置４０と、熱媒体（湯水）を加熱して温熱機器ＴＥに供給する加熱供給装置４５と、給湯タンク３１内の熱（湯水）と熱交換した熱交換流体（湯水）を温熱機器ＴＥに供給する蓄熱供給装置５０と、システム全体を制御する制御装置７０と、などを備える。主熱源装置２０と熱回収装置３０と給湯装置４０と加熱供給装置４５と蓄熱供給装置５０は、単一の筐体１２に収容されている。このコージェネレーションシステム１０は、主熱源装置２０で発電された電力を家庭で使用される電化製品などに供給したり、給湯タンク３１内に貯留された湯水を給湯装置４０から供給したりする。また、コージェネレーションシステム１０は、加熱供給装置４５からの熱を複数の温熱機器ＴＥ（ＴＥ１，ＴＥ２，ＴＥ３，・・・）に供給したり、蓄熱供給装置５０により給湯タンク３１内の蓄熱を複数の温熱機器ＴＥに供給したりする。なお、このようなコージェネレーションシステム１０では、夏季などには給湯装置４０からの給湯の利用機会が少なくなり、給湯タンク３１内の蓄熱を有効利用することが求められている。

主熱源装置２０は、例えば、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの供給を受けて発電する燃料電池ユニットや、原動機（ガスエンジンやガスタービンなど）とこの原動機からの動力により発電する発電機とを備える発電ユニットなどとして構成される。主熱源装置２０は、家庭で必要とされる電力需要に基づいて発電を行うように制御装置７０により発電制御される。また、温熱機器ＴＥ１は、浴室の天井内に設置された図示しない熱交換器に湯水を供給する循環路ＣＰ１や浴室内から吸い込んだエアを熱交換器に送風するブロワＢＬ、浴室内から吸い込んだエアを外部に排気するブロワなどを備えた浴室暖房乾燥ユニットとして構成されている。温熱機器ＴＥ１は、ブロワＢＬを駆動させてエアと熱交換器との熱交換により温風を吹き出すことで浴室内を暖房したり乾燥したりする。温熱機器ＴＥ２は、居室の床下に敷設された暖房パネルに湯水を供給する循環路ＣＰ２などを備えた床暖房ユニットとして構成される。なお、温熱機器ＴＥは、浴室暖房乾燥ユニットや床暖房ユニットに限られず、熱として供給される湯水を利用する機器であればよく、パネルヒータなどとしてもよい。

熱回収装置３０は、給湯タンク３１と、主熱源装置２０の熱（排熱）が供給される回収用熱交換器３２と、給湯タンク３１と回収用熱交換器３２とを接続する熱回収用循環路３３に湯水を循環させる熱回収用循環ポンプ３４と、熱回収用循環路３３における回収用熱交換器３２と熱回収用循環ポンプ３４との間に設けられるラジエータ３５と、ラジエータ３５にエアを送風するファン３６とを備える。なお、熱回収用循環路３３は、熱回収用循環ポンプ３４の駆動により、給湯タンク３１内の下部側から出水し回収用熱交換器３２を通過した湯水が給湯タンク３１内の上部側に戻るよう構成されている。ラジエータ３５は、給湯タンク３１内の湯水が高温であるために、その湯水を回収用熱交換器３２にそのまま送り込むと主熱源装置２０との間で熱交換が困難となる場合にファン３６の駆動を伴って湯水を冷却し、主熱源装置２０の放熱を適切に行わせるために設けられている。このため、給湯タンク３１内の湯水が高温でない場合には、ラジエータ３５により過剰な冷却が行われないようファン３６は停止される。なお、給湯タンク３１には、上部側の湯水の水温を検出する水温センサ３７と、下部側の湯水の水温を検出する水温センサ３８とが設けられている。

給湯装置４０は、図示しないポンプにより給湯タンク３１から取り出した湯水を加熱し給湯路４１を通して給湯するものであり、給湯路４１に設けられた給湯用熱交換器４２と、給湯用熱交換器４２を加熱する給湯用バーナ４３とを備える。給湯装置４０は、給湯路４１に水源（水道管）からの水を混合する混合三方弁４４を有しており、給湯タンク３１から取り出した湯水を給湯用熱交換器４２に通過させた後、混合三方弁４４にて水源の水と混合することにより所望の水温に調整して給湯する。また、加熱供給装置４５は、加熱した湯水を図示しないポンプにより加熱供給用循環路４６を通して温熱機器ＴＥに熱として供給するものであり、加熱供給用循環路４６に設けられた加熱供給用熱交換器４７と、加熱供給用熱交換器４７を加熱する加熱供給用バーナ４８とを備える。給湯用バーナ４３や加熱供給用バーナ４８は、天然ガスやＬＧガスなどの燃料ガスを燃焼させるバーナであり、図示は省略するが、燃料ガスの燃焼に必要な空気を送るブロワや燃料ガスの供給量を調整する電磁弁などが設けられる。

蓄熱供給装置５０は、給湯タンク３１に蓄熱された熱（湯水）を取り出して温熱機器ＴＥに供給するものである。この蓄熱供給装置５０は、給湯タンク３１内に配置された蓄熱供給用熱交換器５２と、蓄熱供給用熱交換器５２と温熱機器ＴＥとを接続する蓄熱供給用循環路５１と、蓄熱供給用循環路５１内の湯水を循環させる蓄熱供給用循環ポンプ５３とを備える。蓄熱供給用循環路５１は、加熱供給装置４５（加熱供給用バーナ４８）を経ることなく熱（湯水）を温熱機器ＴＥに供給するよう構成されている。なお、蓄熱供給用循環路５１の熱交換流体として湯水を例示するが、湯水以外の熱媒体を用いてもよい。

加熱供給装置４５の加熱供給用循環路４６と、蓄熱供給装置５０の蓄熱供給用循環路５１とは、２つの循環路切替バルブ６１，６２によりいずれかの一方の循環路が択一的に温熱機器ＴＥに接続される。循環路切替バルブ６１，６２は、加熱供給用循環路４６と蓄熱供給用循環路５１とが接続された３ポート２ポジション弁として構成されており、加熱供給用循環路４６を遮断すると共に蓄熱供給用循環路５１を開通するオフ状態（第１状態）と、加熱供給用循環路４６を開通すると共に蓄熱供給用循環路５１を遮断するオン状態（第２状態）と、に選択的に切り替え可能となっている。なお、図１では、循環路切替バルブ６１，６２のオフ状態を示す。また、２つの循環路切替バルブ６１，６２により切り替えられた一方の循環路と、複数の温熱機器ＴＥのうち運転状態とされる一の温熱機器ＴＥ内の循環路（図１では機器循環路ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３のいずれか）とは、機器切替バルブ６３を介して接続される。機器切替バルブ６３は、詳細な図示は省略するが、湯水の往路（送り側）において循環路切替バルブ６１に繋がる流路と各機器循環路ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３の流入口とが接続された４ポート３ポジション弁と、湯水の復路（戻り側）において循環路切替バルブ６２に繋がる流路と各機器循環路ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３の流出口とが接続された４ポート３ポジション弁とを備えて構成されている。このように、循環路切替バルブ６１，６２は、温熱機器ＴＥへ供給される熱の供給元（返送先）を切り替え、機器切替バルブ６３は、複数の温熱機器ＴＥのうち熱の供給先を切り替えるものである。なお、循環路切替バルブ６１と機器切替バルブ６３とを繋ぐ流路には、当該流路を流れて温熱機器ＴＥへ供給される湯水の温度を検出する水温センサ６４と、当該流路を流れる湯水の単位時間当たりの循環流量を検出する流量センサ６５とが設けられている。

制御装置７０は、ＣＰＵ７１を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７１の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ７２やデータを一時的に記憶するＲＡＭ７３、図示しない入出力ポートなどを備える。この制御装置７０には、水温センサ３７からの給湯タンク３１の上部水温（タンク水温Ｔｔａ）や、水温センサ３８からの給湯タンク３１の下部水温、水温センサ６４からの温熱機器ＴＥへの供給水温Ｔｉｎ，流量センサ６５からの単位時間当たりの循環流量などが入力ポートを介して入力されている。一方、制御装置７０からは、主熱源装置２０への制御信号や熱回収用循環ポンプ３４のポンプモータへの制御信号、ファン３６のファンモータへの制御信号、給湯用バーナ４３，加熱供給用バーナ４８への制御信号、混合三方弁４４のバルブモータへの制御信号、蓄熱供給用循環ポンプ５３のポンプモータへの制御信号、循環路切替バルブ６１，６２の各ソレノイドへの制御信号、機器切替バルブ６３のソレノイドへの制御信号、温熱機器ＴＥの駆動部（温熱機器ＴＥ１のブロワＢＬなど）への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、制御装置７０には、無線または有線の通信回線を介して操作パネル７５が接続されている。制御装置７０は、コージェネレーションシステム１０の使用者により操作された操作パネル７５からの信号に基づいて各種制御を実行したり、操作パネル７５の表示部に各種情報を表示したりする。

次に、こうして構成された本実施形態のコージェネレーションシステム１０の動作について説明する。図２は、制御装置７０のＣＰＵ７１により実行される温熱機器温調制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、温熱機器ＴＥの運転開始条件が成立した場合に実行される。なお、温熱機器ＴＥの運転開始条件は、例えば操作パネル７５を介して使用者から温熱機器ＴＥの選択および温熱機器ＴＥの運転開始指示が受け付けられた場合に成立する他、タイマなどにより温熱機器ＴＥ毎に予め設定された運転開始時刻となった場合などに成立する。

温熱機器温調制御ルーチンが実行されると、制御装置７０のＣＰＵ７１は、今回の制御対象の温熱機器ＴＥの種類と温熱機器ＴＥの設定温度に関する設定温度情報を入力して（Ｓ１００）、温熱機器ＴＥへの供給水温Ｔｉｎの目標値である目標供給水温Ｔｉｎ＊を設定する（Ｓ１１０）。Ｓ１００で入力される温熱機器ＴＥの設定温度情報としては、操作パネル７５を介して設定される温熱機器ＴＥの設定温度の他、通常モードやエネルギの消費を通常モードよりも抑制する省エネモードなどの各種モードの設定情報などを含む。目標供給水温Ｔｉｎ＊は、温熱機器ＴＥにおける熱交換効率などを考慮して、温熱機器ＴＥを設定温度で運転するために必要とされる供給水温Ｔｉｎとして定めることができる。次に、ＣＰＵ７１は、水温センサ３７からのタンク水温Ｔｔａと水温センサ６４からの供給水温Ｔｉｎとを入力し（Ｓ１２０）、給湯タンク３１内の蓄熱（熱量）で目標供給水温Ｔｉｎ＊に温調可能であるか否かを判定する（Ｓ１３０）。Ｓ１３０の判定は、例えば、蓄熱供給用熱交換器５２の熱交換効率や各循環路における熱損失（放熱）などを考慮して、供給水温Ｔｉｎと目標供給水温Ｔｉｎ＊との差分と温調対象の水量（蓄熱供給用循環路５１や機器循環路ＣＰを循環する湯水の水量）とに基づいて定まる要求熱量を、給湯タンク３１において熱交換対象となる水量とタンク水温Ｔｔａとに基づいて定まる供給熱量で賄うことができるか否かに基づいて行われる。ＣＰＵ７１は、Ｓ１３０で給湯タンク３１内の蓄熱で温調可能であると判定すると、図３に示すタンク蓄熱による温調制御を実行する（Ｓ１４０）。

図３のタンク蓄熱による温調制御では、ＣＰＵ７１は、蓄熱供給用循環ポンプ５３が駆動中であるか否かを判定し（Ｓ２００）、駆動中であると判定すると、次のＳ２５０の処理に進む。一方、ＣＰＵ７１は、Ｓ２００で蓄熱供給用循環ポンプ５３が駆動中でないと判定すると、今回の制御対象の温熱機器ＴＥの循環流量設定マップを選択し（Ｓ２１０）、選択した循環流量設定マップと温熱機器温調制御ルーチンのＳ１１０で設定した目標供給水温Ｔｉｎ＊に基づいて水温閾値ＴＨ，ＴＭ，ＴＬと循環流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３とを取得する（Ｓ２２０）。

図４に循環流量設定マップの一例を示す。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）よりも目標供給水温Ｔｉｎ＊が高い場合に循環流量Ｑが設定される様子を示す。この循環流量設定マップでは、タンク水温Ｔｔａの高温，中温，低温の閾値にそれぞれ対応する水温閾値ＴＨ，ＴＭ，ＴＬ毎に、目標供給水温Ｔｉｎ＊と単位時間当たりの循環流量Ｑとを対応付けた曲線状の関係が定められている。単位時間当たりの循環流量Ｑは、タンク温度Ｔｔａが低いほど即ち水温閾値ＴＨ，ＴＭ，ＴＬの順にシフトするほど小さくなる傾向に、且つ、目標供給水温Ｔｉｎ＊が高いほど小さくなる傾向に定められる。本実施形態では、循環流量Ｑとして流量の小さい方から順に３段階の循環流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を定めるが、２段階の循環流量を定めてもよいし、４段階以上の循環流量を定めてもよい。なお、水温閾値ＴＨは、給湯タンク３１に貯留される湯水の上限温度よりも若干高い温度などに定められており、主熱源装置２０の通常の作動においてタンク温度Ｔｔａが水温閾値ＴＨ以上となることはない。また、この循環流量設定マップは、温熱機器ＴＥ毎に水温閾値と目標供給水温Ｔｉｎ＊と循環流量Ｑとの対応関係が異なるマップとして定められて制御装置７０のＲＯＭ７２などに記憶されており、Ｓ２１０で制御対象の温熱機器ＴＥに応じたものが選択される。

続いて、ＣＰＵ７１は、蓄熱供給用循環路５１からの熱が今回の制御対象の温熱機器ＴＥに熱供給されるように循環路切替バルブ６１，６２と機器切替バルブ６３を切り替えて（Ｓ２３０）、蓄熱供給用循環ポンプ５３の駆動を開始する（Ｓ２４０）。なお、今回の制御対象の温熱機器ＴＥがブロワＢＬを備えた浴室暖房乾燥ユニットなど駆動部を備えるものでは、蓄熱供給用循環ポンプ５３の駆動開始に伴って温熱機器ＴＥの運転（駆動部の駆動）が開始される。そして、ＣＰＵ７１は、水温センサ３７からのタンク水温Ｔｔａを入力し（Ｓ２５０）、入力したタンク水温Ｔｔａが水温閾値ＴＭを超えて水温閾値ＴＨ以下であるか否か（Ｓ２６０）、入力したタンク水温Ｔｔａが水温閾値ＴＬを超えて水温閾値ＴＭ以下であるか否か（Ｓ２７０）、をそれぞれ判定する。ＣＰＵ７１は、タンク水温Ｔｔａが水温閾値ＴＭを超えて水温閾値ＴＨ以下であると判定すると（図４中のＴｔａ１）、単位時間当たりの流量が大きな循環流量Ｑ３を設定する（Ｓ２８０）。また、ＣＰＵ７１は、タンク水温Ｔｔａが水温閾値ＴＬを超えて水温閾値ＴＭ以下であると判定すると（図４中のＴｔａ２）、単位時間当たりの流量が中程度の循環流量Ｑ２を設定する（Ｓ２９０）。さらに、ＣＰＵ７１は、タンク水温Ｔｔａが水温閾値ＴＬ以下であると判定すると（図４中のＴｔａ３）、単位時間当たりの流量が小さな循環流量Ｑ１を設定する（Ｓ３００）。そして、ＣＰＵ７１は、単位時間当たりの流量が設定した循環流量Ｑとなるように蓄熱供給用循環ポンプ５３の駆動を制御して（Ｓ３１０）、タンク蓄熱による温調制御を終了する。なお、蓄熱供給用循環ポンプ５３の駆動制御は、設定した循環流量Ｑと、流量センサ６５からの循環流量との偏差に基づくフィードバック制御によって行われる。

ここで、上述したように、循環流量設定マップでは、タンク温度Ｔｔａが低いほど循環流量Ｑが小さくなる傾向に定められる。このため、タンク温度Ｔｔａが低い場合には蓄熱供給用熱交換器５２を通る湯水の単位時間当たりの流量（通過速度）を抑えるように蓄熱供給用循環ポンプ５３の駆動を制御するから蓄熱供給用熱交換器５２における熱交換を促進させることができる。また、循環流量設定マップでは、目標供給水温Ｔｉｎ＊が高いほど循環流量Ｑが小さくなる傾向に定められる。このため、より多くの熱を温熱機器ＴＥに供給する必要がある場合にも蓄熱供給用熱交換器５２を通る湯水の単位時間当たりの流量（通過速度）を抑えるように蓄熱供給用循環ポンプ５３の駆動を制御するから熱交換を促進させることができる。これらのことから、タンク温度Ｔｔａが低い場合や目標供給水温Ｔｉｎ＊が高い場合において、蓄熱タンク５１内の蓄熱をより多く取り出すことを可能として、蓄熱供給用循環路５１から温熱機器ＴＥに熱を適切に供給することができる。即ち、給湯タンク３１内の蓄熱を有効に利用することができる。

図２の温熱機器温調制御ルーチンの説明に戻る。ＣＰＵ７１は、このようにしてタンク蓄熱による温調制御を実行すると、温熱機器ＴＥの運転を終了するか否かを判定する（Ｓ１５０）。Ｓ１５０では、例えば、操作パネル７５を介して使用者から温熱機器ＴＥの運転終了指示が受け付けられた場合に温熱機器ＴＥの運転を終了すると判定する他、予め設定された運転終了時刻となった場合などに温熱機器ＴＥの運転を終了すると判定する。ＣＰＵ７１は、Ｓ１５０で温熱機器ＴＥの運転を終了しないと判定するとＳ１４０に戻り処理を行う。この場合のタンク蓄熱による温調制御では、Ｓ２００で蓄熱供給用循環ポンプ５３が駆動中であると判定し、Ｓ２５０から処理が行われる。一方、ＣＰＵ７１は、Ｓ１５０で温熱機器ＴＥの運転を終了すると判定すると、蓄熱供給用循環ポンプ５３の駆動を停止して（Ｓ１６０）、温熱機器温調制御ルーチンを終了する。なお、温熱機器ＴＥが駆動部を備えるものでは、蓄熱供給用循環ポンプ５３の駆動停止に伴って温熱機器ＴＥの運転（駆動部の駆動）が終了される。

また、ＣＰＵ７１は、Ｓ１３０で給湯タンク３１内の蓄熱で温調可能でないと判定すると、バーナ加熱による温調制御を実行する（Ｓ１７０）。このバーナ加熱による温調制御では、加熱供給用循環路４６からの熱が今回の制御対象の温熱機器ＴＥに熱供給されるように循環路切替バルブ６１，６２と機器切替バルブ６３を切り替えた状態で、供給水温Ｔｉｎが目標供給水温Ｔｉｎ＊に近付くように補助熱源装置４１の加熱供給用バーナ４８をオンオフ制御することにより行われる。そして、ＣＰＵ７１は、Ｓ１５０と同様に温熱機器ＴＥの運転を終了するか否かを判定し（Ｓ１８０）、運転を終了すると判定すると、補助熱源装置４１（加熱供給用バーナ４８）などの駆動を停止して（Ｓ１９０）、温熱機器温調制御ルーチンを終了する。

ここで、図５はタンク蓄熱による温調制御における温度変化の一例を示す説明図であり、図６はバーナ加熱による温調制御における温度変化の一例を示す説明図である。図５，図６では、供給水温Ｔｉｎと、温熱機器ＴＥ１（浴室暖房乾燥ユニット）から出力される温風温度の測定値（ＴＥ１温風温度）との温度変化の一例を示す。図６に示すように、バーナ加熱による温調制御では、加熱供給用バーナ４８のオンオフ制御を行うため温度の変動が大きなものとなる。一方、図５に示すように、タンク蓄熱による温調制御では、バーナ加熱による温調制御に比して供給水温ＴｉｎやＴＥ１温風温度が低い温度で推移するものの、温度変動を抑えた安定した温度となるため温調制御を精度よく行うことが可能となる。また、上述したように、給湯タンク３１から回収用熱交換器３２へ向かう熱回収用循環路３３にはラジエータ３５が設けられており、高温の湯水が回収用熱交換器３２へ向かうような場合にはラジエータ３５（ファン３６の駆動）により湯水を冷却する必要がある。本実施形態では、給湯タンク３１内の蓄熱を有効に利用することで高温の湯水が回収用熱交換器３２へそのまま向かうのを抑制することができるから、給湯タンク３１内の蓄熱が無駄に放熱されるのを防止することができる。また、主熱源装置２０は電力需要に基づいて発電制御されており、給湯タンク３１内の蓄熱を有効利用するために主熱源装置２０の発電状況を変更する必要がないものとすることができる。

以上説明したコージェネレーションシステム１０は、給湯タンク３１のタンク温度Ｔｔａに基づいて、給湯タンク３１内の蓄熱と熱交換する蓄熱供給用熱交換器５２を流れる単位時間当りの循環流量Ｑが変化するように蓄熱供給用循環ポンプ５３の駆動を制御する。これにより、タンク温度Ｔｔａに基づいて蓄熱供給用熱交換器５２により熱交換される熱量を変化させて温熱機器ＴＥに適切に熱供給することができるから、給湯タンク３１内の蓄熱を有効に利用することができる。このため、例えば、夏季などの給湯タンク３１内の給湯需要が下がる時期においても、蓄熱タンク３１内の蓄熱を温熱機器ＴＥ（例えば浴室暖房乾燥ユニットの乾燥など）に有効に利用することが可能となるから、蓄熱タンク３１内の蓄熱を無駄にするのを抑制することができる。

また、コージェネレーションシステム１０では、タンク温度Ｔｔａが低いほど循環流量Ｑが小さくなる傾向で循環流量Ｑを設定するから、蓄熱タンク３１内の蓄熱量が小さくても有効利用することができる。また、目標供給水温Ｔｉｎ＊が高いほど循環流量Ｑが小さくなる傾向で循環流量Ｑを設定するから、目標供給水温Ｔｉｎ＊に応じて蓄熱供給用熱交換器５２により熱交換される熱量を適切に変化させて、蓄熱タンク３１内の蓄熱を有効利用することができる。また、これらの関係が定められた循環流量設定マップを用いて循環流量Ｑを設定するから、簡易な処理で蓄熱供給用循環ポンプ５３の駆動を適切に制御することができる。

また、コージェネレーションシステム１０では、複数の温熱機器ＴＥのうち機器切替バルブ６３により択一的に選択される一の温熱機器ＴＥに応じた目標供給水温Ｔｉｎ＊を用いるから、各温熱機器ＴＥへの熱供給をより適切に管理することができる。

また、コージェネレーションシステム１０では、加熱供給用バーナ４８により湯水を加熱可能な加熱供給装置４５と温熱機器ＴＥとを繋ぐ加熱供給用循環路４６と、加熱供給装置４５を経ることなく蓄熱供給用熱交換器５２と温熱機器ＴＥとを繋ぐ蓄熱供給用循環路５１とのうちいずれかの循環路に切り替える２つの循環路切替バルブ６１，６２を備える。このため、加熱供給装置４５を使用することなく蓄熱供給用熱交換器５２により温熱機器ＴＥへ熱供給することで、燃料ガスの消費を抑えつつ給湯タンク３１内の蓄熱を有効に利用して、コージェネレーションシステム１０のエネルギ利用効率を高めることができる。また、給湯タンク３１内の蓄熱だけでは温熱機器ＴＥに必要な熱が不足する場合に適切に対応することができる。

また、コージェネレーションシステム１０では、蓄熱供給用熱交換器５２が給湯タンク３１内の上部側に設置されているため、蓄熱供給用熱交換器５２は給湯タンク３１内における比較的高温の湯水との間で熱交換することになるから、給湯タンク３１内の蓄熱をより有効に利用することができる。

また、コージェネレーションシステム１０では、給湯タンク３１内の蓄熱の有効利用を図ることで、給湯タンク３１から出水し回収用熱交換器３２に向かう湯水の温度を下げることができるから、ラジエータ３５に要求される放熱能力や寿命などの機器性能を抑えた設計が可能となる。この結果、ラジエータ３５やファン３６をより簡素化したり小型化したりすることができる。

実施形態では、図２の温熱機器温調制御ルーチンのＳ１３０の判定により、タンク蓄熱による温調制御とバーナ加熱による温調制御のいずれかを行うものとしたが、これに限られるものではない。例えば、バーナ加熱による温調制御中に、主熱源装置２０の発電状況によってはタンク温度Ｔｔａが上昇し、タンク蓄熱による温調制御が可能となる場合がある。また、温熱器機ＴＥの設定温度などが変更されることによっても、タンク蓄熱による温調制御が可能となったり不能となったりする場合がある。このため、タンク蓄熱による温調制御中やバーナ加熱による温調制御中も、タンク温度Ｔｔａの変化や目標供給水温Ｔｉｎ＊の変更（設定変更）を監視して、温調制御を切り替えるものとしてもよい。例えば、タンク蓄熱による温調制御が可能となれば加熱供給用バーナ４８の駆動を停止して、バーナ加熱による温調制御からタンク蓄熱による温調制御に移行するものなどとしてもよい。また、タンク蓄熱による温調制御中に、タンク水温Ｔｔａが水温閾値ＴＬ以下である状態が継続されると、温熱機器ＴＨに供給する熱が不足する場合がある。このため、例えば所定時間に亘って循環流量Ｑ１を設定し続けた場合には蓄熱供給用循環ポンプ５３の駆動を停止して、タンク蓄熱による温調制御からバーナ加熱による温調制御に移行するものとしてもよい。さらに、温熱機器温調制御ルーチンのＳ１３０においてタンク蓄熱で温調可能でないと判定すると、直ちにバーナ加熱による温調制御を行うものに限られず、給湯タンク３１内の蓄熱を利用した予熱制御（ベース温調制御）を行うものなどとしてもよい。この変形例の温熱機器温調制御ルーチンを図７に示す。なお、図７の温熱機器温調制御ルーチンでは、図２と同じ処理には同じ番号を付して説明は省略する。また、図８は変形例の供給水温Ｔｉｎの変化を示す説明図である。

変形例の温熱機器温調制御ルーチンでは、ＣＰＵ７１は、Ｓ１３０で給湯タンク３１内の蓄熱で温調可能でないと判定すると、給湯タンク３１内の蓄熱で温熱機器ＴＥに向かう湯水を予熱可能であるか否かを判定する（Ｓ１６２）。このＳ１６２の判定は、例えば、蓄熱供給用熱交換器５２の熱交換効率や各循環路における熱損失（放熱）、供給水温Ｔｉｎなどを考慮して、給湯タンク３１内の蓄熱によって蓄熱供給用循環路５１や機器循環路ＣＰの湯水を昇温可能であるか否かに基づいて行われる。また、Ｓ１６２で予熱可能と判定する条件に、例えば作動モードがエコモードであるなど温熱機器ＴＥの急速な昇温が要求されていない条件を加えてもよい。ＣＰＵ７１は、給湯タンク３１内の蓄熱で温熱機器ＴＥを予熱可能でないと判定すると、上述した実施形態と同様にＳ１７０〜Ｓ１９０の処理を実行して温熱機器温調制御ルーチンを終了する。

一方、ＣＰＵ７１は、給湯タンク３１内の蓄熱で温熱機器ＴＥを予熱可能であると判定すると、タンク蓄熱による予熱制御を実行する（Ｓ１６４）。この予熱制御は、予め定められた循環流量Ｑｐｒｅで蓄熱供給用循環ポンプ５３の駆動を制御することにより行うことができる。あるいは、タンク水温Ｔｔａと供給水温Ｔｉｎとに基づいて予熱目標温度Ｔｐｒｅを設定し、上述した目標供給水温Ｔｉｎ＊に代えて予熱目標温度Ｔｐｒｅを用いて、タンク蓄熱による温調制御と同様な処理により行うものとしてもよい。そして、ＣＰＵ７１は、予熱が完了したと判定するまで（Ｓ１６６）、予熱制御を実行し、予熱が完了したと判定すると蓄熱供給用循環ポンプ５３の駆動を停止して予熱を終了してから（Ｓ１６８）、Ｓ１７０〜Ｓ１９０の処理を実行する。Ｓ１６６では、所定の予熱制御時間が経過したときに予熱が完了したと判定してもよいし、供給水温Ｔｉｎとタンク温度Ｔｔａとの差分が所定値以下となったときに予熱が完了したと判定してもよいし、供給水温Ｔｉｎが予熱目標温度Ｔｐｒｅに到達したときに予熱が完了したと判定してもよい。このようにすることで、図８に示すように、供給水温Ｔｉｎがある供給水温Ｔｉｎ１（例えば予熱目標温度Ｔｐｒｅ）となるまではタンク蓄熱による予熱制御を実行し、供給水温Ｔｉｎ１となった経過時間ｔｍ１以降はバーナ加熱による温調制御を実行することで経過時間ｔｍ２において目標供給水温Ｔｉｎ＊に到達させることができるものとなる。このため、加熱供給装置４５の駆動時間を短くして燃料ガスの消費を抑えることができる。なお、予め設定された運転開始時刻で温熱機器ＴＥの運転を開始する場合、その運転開始時刻の所定時間前のタイミングでこのような予熱制御を開始するものとしてもよい。また、このような予熱制御を、タンク蓄熱による温調制御の終了後に行うことで温熱機器ＴＥを保温させるものなどとしてもよい。

実施形態では、給湯タンク３１内の蓄熱の利用を考慮することでラジエータ３５の機器性能を抑えた設計が可能となることに言及したが、これに限られず、給湯タンク３１内の蓄熱の利用を考慮することなくラジエータ３５の設計を行うものとしてもよい。

実施形態では、給湯タンク３１の下部側から出水し回収用熱交換器３２を通った湯水が給湯タンク３１の上部側から入水するよう構成され、蓄熱供給用熱交換器５２が給湯タンク３１内の上部側に設置されるものとしたが、これに限られるものではない。給湯タンク３１の入水口や出水口の位置に拘わらず、蓄熱供給用熱交換器５２が給湯タンク３１内の上部側に設置されるものとしてもよい。また、蓄熱供給用熱交換器５２が給湯タンク３１内の上部側ではなく、中央部や下部側に設置されるものなどとしてもよい。また、蓄熱供給用熱交換器５２が、給湯用の湯水を貯留する給湯タンク３１内に設置されるものに限られず、主熱源装置２０の排熱により熱交換された湯水を貯留するタンク内に設置されるものであればよい。また、蓄熱供給用熱交換器５２が、主熱源装置２０の排熱により熱交換された湯水を貯留するタンクや給湯タンク３１の外周面に接するように設置されるなど、主熱源装置２０の排熱により熱交換された湯水の蓄熱と熱交換可能に設置されるものであればよい。

実施形態では、補助熱源装置４１を経ることなく蓄熱供給用熱交換器５２と温熱機器ＴＥとを繋ぐ蓄熱供給用循環路５１と、補助熱源装置４１と温熱機器ＴＥとを繋ぐ加熱供給用循環路４６とのいずれかに切り替えるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、蓄熱供給用熱交換器５２と温熱機器ＴＥとを繋ぐ蓄熱供給用循環路が補助熱源装置４１を経るものとし、加熱供給用循環路４６と蓄熱供給用循環路５１とを一の循環路としてもよい。そのようにする場合でも、補助熱源装置４１を作動させることなく、蓄熱供給用循環ポンプ５３により循環流量を変化させることで、実施形態と同様の効果を得ることができる。

実施形態では、複数の温熱機器ＴＥのうち択一的に選択される一の温熱機器ＴＥに熱を供給するように構成するものとしたが、これに限られず、湯水の往路と復路にそれぞれ分配器を設けるなどにより二以上の温熱機器ＴＥに同時期に熱を供給可能に構成するものなどとしてもよい。また、供給対象の温熱機器ＴＥを所定時間毎に切り替えるものとし、温熱機器ＴＥが切り替わる度にその温熱機器ＴＥに対する目標供給水温Ｔｉｎ＊に応じた循環流量Ｑで蓄熱供給用循環ポンプ５３を制御するものなどとしてもよい。あるいは、複数の温熱機器ＴＥに熱を供給可能な構成に限られず、一の温熱機器ＴＥに熱を供給するものとして機器切替バルブ６３を備えない構成としてもよい。

実施形態では、タンク温度Ｔｔａと目標供給水温Ｔｉｎ＊と循環流量Ｑとの関係が定められた循環流量設定マップを用いて循環流量Ｑを設定するものとしたが、こうした循環流量設定マップを用いることなく毎回演算を行うことなどにより循環流量Ｑを設定するものとしてもよい。また、目標供給水温Ｔｉｎ＊が一定の一の温熱機器ＴＥに熱を供給するものにおいて、タンク温度Ｔｔａに基づいて循環流量Ｑを設定するものなどとしてもよい。

実施形態では、循環流量Ｑの設定において給湯タンク３１の上部水温としてのタンク温度Ｔｔａを用いるものとしたが、これに限られず、給湯タンク３１の下部水温を用いたり、給湯タンク３１の上部水温と下部水温の平均水温を用いたりしてもよい。また、給湯タンク３１内で検出された水温を用いるものに限られず、給湯タンク３１の外周面温度や周囲温度など給湯タンク３１外の温度を用いたり、給湯タンク３１に入水する湯水の温度を用いたりするなど、給湯タンク３１内の蓄熱量に関連する温度を用いるものでもよい。あるいは、主熱源装置２０の運転状態などから想定される給湯タンク３１内の蓄熱状態に基づいて循環流量Ｑを設定するものなどとしてもよい。

本実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。本実施形態では、主熱源装置２０が「熱源装置」に相当し、回収用熱交換器３２が「第１熱交換器」に相当し、給湯タンク３１が「蓄熱タンク」に相当し、蓄熱供給用熱交換器５２が「第２熱交換器」に相当し、蓄熱供給用循環ポンプ５３が「循環ポンプ」に相当し、制御装置７０が「制御装置」に相当する。また、機器切替バルブ６３が「機器切替器」に相当する。また、加熱供給装置４５が「補助熱源装置」に相当し、循環路切替バルブ６１，６２が「循環路切替器」に相当する。また、ラジエータ３５が「放熱器」に相当する。

なお、本実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、本実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、本実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、コージェネレーションシステムの製造産業などに利用可能である。

１０ コージェネレーションシステム、１２ 筐体、２０ 主熱源装置、３０ 熱回収装置、３１ 給湯タンク、３２ 回収用熱交換器、３３ 熱回収用循環路、３４ 熱回収用循環ポンプ、３５ ラジエータ、３６ ファン、３７，３８ 水温センサ、４０ 給湯装置、４１ 給湯路、４２ 給湯用熱交換器、４３ 給湯用バーナ、４４ 混合三方弁、４５ 加熱供給装置、４６ 加熱供給用循環路、４７ 加熱供給用熱交換器、４８ 加熱供給用バーナ、５０ 蓄熱供給装置、５１ 蓄熱供給用循環路、５２ 蓄熱供給用熱交換器、５３ 蓄熱供給用循環ポンプ、６１，６２ 循環路切替バルブ、６３ 機器切替バルブ、６４ 水温センサ、６５ 流量センサ、７０ 制御装置、７１ ＣＰＵ、７２ ＲＯＭ、７３ ＲＡＭ、７５ 操作パネル、ＢＬ ブロワ、ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３ 機器循環路、ＴＥ，ＴＥ１，ＴＥ２，ＴＥ３ 温熱機器。

Claims (7)

1. 発電に伴って熱を発生する熱源装置を備えるコージェネレーションシステムであって、
   前記熱源装置からの排熱と湯水との間で熱交換する第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器の熱交換により加熱された湯水を貯留して蓄熱する蓄熱タンクと、
   前記蓄熱タンクの蓄熱と熱交換流体との間で熱交換する第２熱交換器と、
   前記第２熱交換器と温熱機器とを繋ぐ循環路内で前記熱交換流体を循環させる循環ポンプと、
   前記蓄熱タンクの蓄熱状態に基づいて前記第２熱交換器を通る前記熱交換流体の単位時間当りの循環流量を変化させて前記循環ポンプの駆動を制御する制御装置と、
   を備えるコージェネレーションシステム。
2. 請求項１に記載のコージェネレーションシステムであって、
   前記制御装置は、前記蓄熱タンクの蓄熱量が小さいほど前記循環流量が小さくなる傾向で前記循環流量を設定し、設定した前記循環流量で前記循環ポンプの駆動を制御する
   コージェネレーションシステム。
3. 請求項２に記載のコージェネレーションシステムであって、
   前記制御装置は、前記温熱機器に供給すべき前記熱交換流体の目標供給温度が高いほど前記循環流量が小さくなる傾向で前記循環流量を設定し、設定した前記循環流量で前記循環ポンプの駆動を制御する
   コージェネレーションシステム。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステムであって、
   前記循環路は、複数の前記温熱機器に前記熱交換流体を供給可能に構成され、
   複数の前記温熱機器のうち択一的に選択される一の前記温熱機器内に前記熱交換流体が循環するように切り替える機器切替器を備え、
   前記制御装置は、前記蓄熱タンクの蓄熱状態に基づいて、前記択一的に選択される一の前記温熱機器に供給される前記熱交換流体の温度が当該温熱機器に供給すべき前記熱交換流体の目標供給温度に近付くように前記循環流量を変化させる
   コージェネレーションシステム。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステムであって、
   燃焼により前記熱交換流体を加熱可能な補助熱源装置と、
   前記温熱機器に前記熱交換流体を供給する流路を、前記補助熱源装置を経ることなく前記第２熱交換器と前記温熱機器とを繋ぐ循環路と、前記補助熱源装置と前記温熱機器とを繋ぐ循環路とのいずれかに切り替える循環路切替器と、
   を備えるコージェネレーションシステム。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステムであって、
   前記第２熱交換器は、前記蓄熱タンクの上部側に設置される
   コージェネレーションシステム。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステムであって、 前記蓄熱タンクと前記第１熱交換器とを繋ぐ循環路に設けられ、前記蓄熱タンクから出水し前記第１熱交換器に向かう湯水を放熱させる放熱器を備える
   コージェネレーションシステム。

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