JP3916489B2

JP3916489B2 - 給湯コジェネレーション装置

Info

Publication number: JP3916489B2
Application number: JP2002091528A
Authority: JP
Inventors: 達也小山田; 幸雄五石; 俊次野間
Original assignee: 株式会社キューヘン
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP2003287279A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯式電気温水器と燃焼式発電装置とを組み合わせてなる給湯コジェネレーション装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
深夜電力を利用して湯を貯湯する貯湯式電気温水器が、広く普及している。またマイクロガスタービン等の燃焼式発電装置を利用して所定の施設で使用する電力を発電することも知られている。しかしながら従来、燃焼式発電装置と貯湯式電気温水器とを併用した給湯コジェネレーション装置は提案されていない。
【０００３】
本発明は、ランニングコストが安く、且つ設備容量の縮小化が可能な燃焼式発電装置と貯湯式電気温水器とを併用した給湯コジェネレーション装置を提供することにある。
【０００４】
本発明の他の目的は、湯切れが生じ難い、燃焼式発電装置と貯湯式電気温水器とを併用した給湯コジェネレーション装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、周辺への騒音を考慮した給湯コジェネレーション装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の給湯コジェネレーション装置は、運転指令に従って燃料を燃焼させて発電する燃焼式発電装置と、燃焼式発電装置の排気ガスの熱を熱源として熱交換を行う熱交換器と、燃焼式発電装置と熱交換器との間に設けられた排気ガス切換装置と、熱交換器で加熱された湯を貯湯するサージタンクとを用いる。
【０００７】
排気ガス切換装置は、熱交換切換指令に基づいて第１の切換状態と第２の切換状態のいずれかに切り換えられ、第１の切換状態で燃焼式発電装置からの排気ガスを熱交換器に供給し、第２の切換状態で燃焼式発電装置からの排気ガスを熱交換器に供給しないように構成されている。また本発明では、更に循環ポンプ指令に従って動作する循環ポンプを備えて熱交換器とサージタンクとの間でサージタンク内の湯を循環させる温水循環路と、給水指令に応じてサージタンク内に水を給水する給水バルブと、貯湯タンクの内部に電気ヒータが配置され、特定時間帯電力を利用して貯湯タンク内の水を沸き上げる貯湯式電気温水器と、給湯源切換指令に応じてサージタンク内の湯または貯湯タンクの湯を選択的に出力する給湯源切換装置とを用いる。また本発明では、サージタンク内の湯の温度Ｔｈ１を測定するサージタンク内湯温測定手段と、サージタンク内の貯水量を測定する貯水量測定手段と、サージタンクから熱交換器に供給される湯の温度Ｔｈ３を測定する熱交換器入水温度測定手段と、貯湯タンク内の湯の最高温度Ｔｈ２を測定する最高温度測定手段とを更に用いる。更に本発明では、測定した温度Ｔｈ１〜Ｔｈ３及び貯水量Ｗを入力として、予め定めた運転制御モードに従って、運転指令、熱交換切換指令、循環ポンプ指令、給湯源切換指令及び給水指令を出力する貯湯運転制御手段とを用いる。本発明では、貯湯運転制御手段の運転制御モードを、貯湯式電気温水器の貯湯タンク内の湯に優先してサージタンク内の湯を給湯源として使用するように構成する。
【０００８】
本発明においては、燃焼式発電装置の排気熱で加熱されるサージタンク内の湯が不足した場合に、貯湯式電気温水器の貯湯タンクの湯を給湯に利用するため、湯切れが発生する可能性が低くなるだけでなく、貯湯式電気温水器のみで給湯を行う場合と比べて、ランニングコストを大幅に下げることができる。また貯湯式電気温水器の貯湯タンクの容量を必要以上に大きく設定しておく必要がない。そのため貯湯式電気温水器のみで給湯を行う場合と比べて、設備容量を縮小化することができる。また騒音が問題となる夜間において、燃焼式発電装置を運転できない場合に、サージタンク内の湯が不足した場合には、貯湯式電気温水器の湯を利用できるので、夜間における湯切れを防止できる。また昼間において、大量の湯を必要とする場合でも、深夜電力で貯湯した貯湯タンク内の湯を利用できるので、大型のサージタンクを用意しておく必要がない。
【０００９】
また運転制御モードを、サージタンク内の貯水量及びサージタンク内の湯の温度の少なくとも一方に基づいて、サージタンク内の湯量が予め定めた湯量よりも少なくなったことを判定すると、サージタンクの湯を給湯源とすることから貯湯タンクの湯を給湯源とする給湯源切換指令を出力するように構成するのが好ましい。このようにすると、給湯源を切り換えた場合でも、給湯温度の大きな変動がないので、使用者が不快感を感じることがない。
【００１０】
また運転制御モードを、昼間の時間帯で使用される第１の運転制御モードと、昼間の時間帯に続く準夜時間帯で使用される第２の運転制御モードと、準夜時間帯に続く深夜早朝時間帯で使用される第３の運転制御モードとを含んで構成することができる。この場合において、昼間の時間帯で使用される第１の運転制御モードでは、サージタンク内の貯水量が所定量以上ある場合に、サージタンク内の湯の温度が予め定めた基準温度以上あるときにはサージタンク内の湯を給湯源として使用し、サージタンク内の湯の温度が予め定めた基準温度より低くなると、貯湯式温水器の貯湯タンク内の湯を給湯源として使用し且つその間にサージタンク内の湯の温度を予め定めた基準温度以上に上昇させ、サージタンク内の湯の温度が予め定めた基準温度以上に上昇すると再びサージタンク内の湯を給湯源とするように、熱交換切換指令、給湯源切換指令、循環ポンプ指令及び給水指令を出力するように構成する。このようにすれば、昼間の時間帯において、大量に湯が使用され、貯湯タンク内の湯が給湯に使用されている間に、昼間の時間帯においてサージタンク内の湯を再度沸き上げることができるので、貯湯タンク内の湯が無くなる前に、サージタンク内の湯を再度使用可能な状態にすれば、湯切れを完全に阻止することができる。
【００１１】
また昼間の時間帯で使用される第１の運転制御モードでは、燃焼式発電装置が常時運転されるように運転条件を定め、準夜時間帯で使用される第２の運転制御モードでは、サージタンク内の貯水量が予め定めた夜間貯水量以下であるときまたはサージタンク内の湯の温度が予め定めた基準温度以下の場合に、サージタンク内の湯の温度を予め定めた基準温度以上にするように燃焼式発電装置を追加運転する運転条件を定めているのが好ましい。すなわち準夜時間帯においても、サージタンク内の湯量が大幅に低下した場合には、深夜早朝時間帯において湯切れが発生しないように、燃焼式発電装置を追加運転してサージタンク内の湯量を増加させる。このようにすれば、深夜及び早朝において、貯湯タンク内の湯を沸き上げている時間帯において、大量の湯が使用された場合でも、湯切れが発生するのを確実に防止することができる。
【００１２】
更に昼間の時間帯における第１の運転制御モードでは、サージタンク内の水位が予め定めた最低貯水量以下であれば貯水量を所定の貯水量以上に回復させ、貯水量が回復するまでは排気ガス切換装置を第２の切換状態に維持し、貯水量が所定の貯水量以上になると排気ガス切換装置を第２の切換状態から第１の切換状態に切り換えて前記サージタンク内の湯を加熱するべく、給水指令、循環ポンプ指令及び熱交換切換指令を出力するように第１の運転制御モードを構成する。
【００１３】
また第１乃至第３の運転制御モードでは、燃焼式発電装置から発生する音が夜間において騒音とならないように、燃焼式発電装置の運転条件を定めておくのが好ましい。このようにすれば、夜間の騒音問題の発生を防止できる。特に、第３の運転制御モードでは、燃焼式発電装置を運転しないように運転条件を定める。そして第３の運転制御モードを、サージタンク内の湯の温度が予め定めた基準温度より小さくなると貯湯式温水器の貯湯タンク内の湯を給湯源として使用するように熱交換切換指令、給湯源切換指令、循環ポンプ指令及び給水指令を出力するように構成する。すなわち夜間及び早朝の時間帯においては、燃焼式発電装置の運転を行わずに、貯湯式電気温水器の貯湯タンク内の湯を最大限使用する。このようにすることにより、夜間及び早朝における騒音発生問題を阻止する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の給湯コジェネレーション装置１の一例の構成を示す概念図である。この給湯コジェネレーション装置１において、燃焼式発電装置３は、制御盤５内に配置した図示しない貯湯運転制御手段から出力される運転指令ＯＣに従って燃料を燃焼させて発電を行う。本実施の形態では、燃焼式発電装置３として、灯油を燃料とする周知のマイクロガスタービン（ＭＧＴ）を用いている。燃焼式発電装置３では、燃焼器３ａにおいては圧縮空気と燃料とを燃焼させ、その燃焼ガスでガスタービン３ｂを回転させ、ガスタービン３ｂの回転で発電機３ｃ及びコンプレッサ３ｄを回転させて発電を行うと共に燃焼用空気を圧縮する。制御盤５内の貯湯運転制御手段は、マイクロコンピュータを利用して予め定めた運転制御モードに従って各種の指令を出力する。本実施の形態では、この運転制御モードを、昼間の時間帯（８時〜１６時）で使用される第１の運転制御モードと、昼間の時間帯に続く準夜時間帯（１６時から２２時）で使用される第２の運転制御モードと、準夜時間帯に続く深夜早朝時間帯（２２時〜８時）で使用される第３の運転制御モードとから構成する。そして昼間の時間帯で使用される第１の運転制御モードでは、燃焼式発電装置３が常時運転されるように運転条件を定め、準夜時間帯で使用される第２の運転制御モードでは、湯切れを防止する目的のために燃焼式発電装置３を追加運転し、深夜早朝時間帯で使用される第３の運転制御モードでは、騒音問題の発生を防止する目的で燃焼式発電装置３の追加運転を実行しないように運転条件を定めている。各運転制御モードの詳細は後に説明する。
【００１５】
給湯コジェネレーション装置１は、燃焼式発電装置３の排気ガスの熱を熱源として熱交換を行う熱交換器７と、燃焼式発電装置３と熱交換器７との間に設けられた排気ガス切換装置９と、熱交換器で加熱された湯を貯湯するサージタンク１１とを備えている。熱交換器７は、水が流れる熱交換パイプ７ａを排気ガスの熱で加熱して、熱交換する周知の構造を有している。また排気ガス切換装置９は、第１及び第２のダンパー９ａ及び９ｂを備えて構成されており、制御盤５内の貯湯運転制御手段から出力される熱交換切換指令ＨＣに基づいて第１及び第２の排気ダンパー９ａ及び９ｂを第１の切換状態と第２の切換状態のいずれかに切り換えられる。第１の切換状態では、第１の排気ダンパー９ａが開状態となり、第２の排気ダンパー９ｂが閉状態となって、燃焼式発電装置３からの排気ガスを熱交換器７に供給する。そして第２の切換状態では、第１の排気ダンパー９ａが閉状態となり、第２の排気ダンパー９ｂが開状態となって、燃焼式発電装置３からの排気ガスを熱交換器７に供給しないようになる。
【００１６】
また熱交換器７の熱交換パイプ７ａは、管路１３及び１５を介してサージタンク１１と連結されており、熱交換パイプ７ａと管路１３及び１５とにより温水循環路１７が構成されている。管路１３の一端は、熱交換パイプ７ａの出力端に接続され、他端はサージタンク１１の上部からサージタンク１１内に湯を落下させるように配置されている。また管路１５の一端は熱交換パイプ７ａの入力端に接続され、他端はサージタンク１１の下部領域において、サージタンク１１内と連通している。管路１５内には、制御盤５内の貯湯運転制御手段からの循環ポンプ指令ＰＣに従って動作する循環ポンプ１９を備えている。循環ポンプ１９を含む管路１５と、熱交換パイプ７ａと、管路１３とにより、熱交換器７とサージタンク１１との間でサージタンク１１内の湯を循環させる温水循環路が構成されている。サージタンク１１は、開放型で、サージタンク１１の側壁の下部領域には、サージタンク１１内の湯の温度Ｔｈ１を測定するサージタンク内湯温測定手段２１を構成するサーミスタが配置されている。またサージタンク１１内の側壁には、サージタンク内の貯水量を測定する貯水量測定手段２３が設置されている。貯水量測定手段２３は、側壁の温度を測定するためにサージタンク１１の上下方向に沿って所定の間隔をあけて配置された１以上のサーミスタから構成されている。側壁の温度変化からサージタンク１１内の貯水量Ｗを、測定することが可能なことは周知である。なおサージタンク内湯温測定手段２１を構成するサーミスタが、貯水量測定手段２３を兼用してもよいのは勿論である。サージタンク１１の側壁の上部領域には、給水管２５が接続されている。給水管２５の途中には、制御盤５内の貯湯運転制御手段から出力される給水指令ＷＣに応じて開閉が制御されて、サージタンク１１内に水を給水する給水バルブ２７が配置されている。
【００１７】
また給湯コジェネレーション装置１は、貯湯タンク２９の内部に図示しない電気ヒータが配置され、特定時間帯電力を利用して貯湯タンク２９内の水を沸き上げる貯湯式電気温水器３１とを備えている。なおこの制御盤５は、この貯湯式電気温水器３１の図示しない電気ヒータへの通電制御を行う機能も有している。貯湯式電気温水器は、深夜電力等の特定時間帯において貯湯タンク２９内の水を所定温度まで沸き上げあるものであり、その運転制御は周知であるから説明は省略する。また給湯コジェネレーション装置１は、制御盤５内の貯湯運転制御手段から出力される給湯源切換指令ＲＣに応じてサージタンク１１内の湯または貯湯タンク２９の湯を選択的に出力する給湯源切換装置３３を備えている。この給湯源切換装置３３は、駆動モータ３５によって駆動される三方弁３７によって構成されている。三方弁３７の第１の入力部には、サージタンク１１の底部から延びる給湯管３９が接続され、三方弁３７の第２の入力部には貯湯タンク２９の天板壁部から延びる給湯管４１が接続され、三方弁３７の出力部は混合弁４３に接続されている。混合弁４３は、湯と水とを所定の割合で混合して負荷へと給湯する。
【００１８】
制御盤５内の貯湯運転制御手段には、サージタンク１１から熱交換器７に供給される湯の温度Ｔｈ３を測定する熱交換器入水温度測定手段（サーミスタ）４５からの測定出力と、貯湯タンク２９内の湯の最高温度Ｔｈ２を測定する最高温度測定手段４７からの測定出力とが入力されている。最高温度測定手段４７は、貯湯タンク２９の側壁に取り付けられる複数の温度センサとしてのサーミスタのうち、最も上方に取り付けられるサーミスタによって構成されている。
【００１９】
制御盤５内に構成される貯湯運転制御手段は、測定した温度Ｔｈ１〜Ｔｈ３及び貯水量Ｗを入力として、予め定めた運転制御モードに従って、運転指令ＯＣ、熱交換切換指令ＨＣ、循環ポンプ指令ＰＣ、給湯源切換指令ＲＣ及び給水指令ＷＣを出力する。
【００２０】
本発明では、この貯湯運転制御手段の運転制御モードを、貯湯式電気温水器３１の貯湯タンク２９内の湯に優先してサージタンク１１内の湯を給湯源として使用するように構成する。ここで「優先」とは、サージタンク１１内の湯を可能な範囲でできるだけ給湯に使用し、サージタンク１１内の湯だけでは湯切れが発生する場合に限って、貯湯タンク２９内の湯を使用することを意味する。
【００２１】
次に制御盤５内に構成される貯湯運転制御手段をマイクロコンピュータを利用して実現する場合に用いるソフトウエアのアルゴリズムについて図２〜図１０のフローチャートを用いて説明する。なおこれらの図においては、サージタンク１１の容量及び貯湯タンク２９の容量をそれぞれ７０００リットル（Ｌ）とし、燃焼式発電装置３をマイクロガスタービンを用いていることからＭＧＴと略して記載する。まず図２は、昼間の時間帯で使用される第１の運転制御モードの内容を示している。この運転制御モードでは，サージタンク１１内の貯水量が所定量以上（３０００Ｌ以上）ある場合に、サージタンク１１内の湯の温度が予め定めた基準温度６５℃以上あるときにはサージタンク１１内の湯を給湯源として使用し、サージタンク１１内の湯の温度が予め定めた基準温度６５℃より低くなると、貯湯式電気温水器３１の貯湯タンク２９内の湯を給湯源として使用し且つその間にサージタンク１１内の湯の温度を予め定めた基準温度７５℃以上に上昇させ、サージタンク１１内の湯の温度が予め定めた基準温度７５℃以上に上昇すると再びサージタンク１１内の湯を給湯源とするように、熱交換切換指令ＨＣ、給湯源切換指令ＲＣ、循環ポンプ指令ＰＣ及び給水指令ＷＣを出力する。
【００２２】
図２においては、まずステップＳＴ１で時間帯を判定し、８時から１６時までの時間帯（昼間の時間帯）であれば、以下のステップに進み、そうでなければ図３の第２の運転制御モードに進む。そして図３のステップＳＴ１０１でも時間帯を判定し、時間帯が１６時から２２時までの時間帯（準夜時間帯）であれば図３のステップが実行され、そうでなければ図４の第３の運転制御モードへと進む。時間帯が昼間の時間帯の開始時刻（８時）になると、ステップＳＴ２へと進み、熱交換切換指令ＨＣが排気ガス切換装置９の排気ダンパーを熱交換側へと切り換える。すなわち第１の排気ダンパー９ａを開状態として、第２の排気ダンパー９ｂを閉状態にする。次にステップＳＴ３で給水バルブ２７を開く給水指令ＷＣが出力されて、サージタンク１１内に水が給水される。次に循環ポンプ１９の運転を開始させる循環ポンプ指令ＰＣが出力されて（ステップＳＴ４）、温水循環路１７で水または温水の循環が開始される。その後、運転指令ＯＣが出力されて燃焼式発電装置３の運転が開始される（ステップＳＴ５）。
【００２３】
ステップＳＴ６で熱交換器７の熱交換パイプ７ａに入力される湯の温度Ｔｈ３が確認され、この温度Ｔｈ３が８５℃以上であればステップＳＴ８（ステップＳＴ９を含む）へと進み、８５℃未満であればステップＳＴ１０へと進む。
【００２４】
ステップＳＴ８では、サージタンク１１内の湯の温度が高くなり過ぎないように熱交換切換指令ＨＣと給水指令ＷＣとを出力する。図５はステップＳＴ８の詳細を示している。まずステップＳＴ８ａで温度Ｔｈ３を再度確認し、ステップＳＴ８ｂで温度Ｔｈ３の温度が８５℃以上であることが確認されたらステップＳＴ８ｃへと進んで、サージタンク１１内の温度Ｔｈ１を確認する。８５℃未満であればステップＳＴ８ｊに進む。そしてステップＳＴ８ｄにおいてサージタンク１１内の温度Ｔｈ１が、８０℃以上であることが確認されたら、ステップＳＴ８ｅへと進んでサージタンク１１内の貯水量Ｗを確認する。もしサージタンク１１内の貯水量Ｗが７０００Ｌ（リットル）以上であれば、熱交換切換指令ＨＣを排気ガス切換装置９に出力して、第１の排気ダンパー９ａを閉じ、第２の排気ダンパー９ｂを開く。そしてサージタンク１１内の湯の温度Ｔｈ１が７５℃以下になるまで、排気ガスを外部に放出させて、サージタンク１１内の湯の加熱を中止する。サージタンク１１の湯の温度が７５℃以下になった場合には、ステップＳＴ８ｊへと進んで、熱交換器７側へ排気ガスを供給する熱交換切換指令ＨＣを排気ガス切換装置９へと出力する。この指令を受けると、排気ガス切換装置９は、第１の排気ダンパー９ａを開き、第２の排気ダンパー９ｂを閉じる。ステップＳＴ８ｆにおいて、サージタンク１１内の貯水量が７０００Ｌ未満であることが確認された場合には、ステップＳＴ９へと進む。
【００２５】
ステップＳＴ９は、サージタンク１１内の湯の温度を調整するための処理を行うステップであり、その詳細は図６に示すとおりである。まずステップＳＴ９ａでサージタンク１１内の貯水量（水位）を再度確認する。サージタンク１１内の貯水量が７０００Ｌ以下であることをステップＳＴ９ｂで確認すると、ステップＳＴ９ｃで給水指令ＷＣを給水バルブ２７に出力し、給水バルブ２７を開く。そしてステップＳＴ９ｄで、サージタンク１１内の貯水量が３０００Ｌ以上になったことを確認すると、ステップＳＴ９ｅでサージタンク１１内の湯の温度を確認し、ステップＳＴ９ｆで湯の温度Ｔｈ１が６５℃以下になったことを確認すると給水バルブ２７を閉じるための給水指令ＷＣが出力される（ステップＳＴ９ｇ）。これによってサージタンク１１内の湯の温度が６５℃以下に調整される。
【００２６】
図２に戻って、ステップＳＴ７で熱交換器７への入力温度Ｔｈ３が８５℃以下であることが確認されると、ステップＳＴ１０へと進み、サージタンク１１内の貯水量（水位）が確認され、ステップＳＴ１１でサージタンク１１内の貯水量が３０００Ｌ未満であることが確認されると、ステップＳＴ１２へと進む。ステップＳＴ１２では、サージタンク１１内の貯水量が２０００Ｌ以上であるか否かを判定し、貯水量が２０００Ｌ以上であれば図６に示したステップＳＴ９へと進んで、貯水量の補充を行う。貯水量が２０００Ｌ未満であれば、ステップＳＴ１３へと進む。
【００２７】
ステップＳＴ１３は、図７に示すように、サージタンク１１内の貯水量が下限値以下になったことを知らせる警報処理を実行するステップである。このステップでは、まず給湯源切換装置３３の駆動モータ３５に給湯源切換指令ＲＣを出力して、三方弁３７をサージタンク１１内の湯を給湯源とすることから貯湯タンク２９内の湯を給湯源とするように切り換える。そして次に、ステップＳＴ１３ｂで排気ガス切換装置９に排気ガスを外部に外出させための熱交換切換指令ＨＣを出力して、熱交換器７による熱交換を停止させる。次にステップＳＴ１３ｃで、循環ポンプ１９の運転を停止させる循環ポンプ指令ＰＣを出力する。その後、ステップＳＴ１３ｄで給水バルブ２７を開く給水指令ＷＣを出力して、サージタンク１１内への給水を開始する。ステップＳＴ１３ｅでサージタンク１１内の貯水量を確認し、ステップＳＴ１３ｆで貯水量が３０００Ｌ以上になったことを確認すると、ステップＳＴ１３ｇで循環ポンプ１９の運転を再開させる循環ポンプ指令ＰＣを出力し、同時にステップＳＴ１３ｈで熱交換器７側に排気ガスを供給して再度熱交換運転を行わせる熱交換切換指令ＨＣを排気ガス切換装置９に出力する。このようにしてサージタンク１１内の湯量が限度以下まで低下した場合には、一時的に貯湯タンク２９側から湯を負荷に供給し、その間にサージタンク１１内の湯を所定温度以上に沸き上げる。ステップＳＴ９及びＳＴ１３が終了すると、図２の「ａ」の位置へとステップが戻る。
【００２８】
ステップＳＴ１１でサージタンク１１内の貯水量が３０００Ｌ以上あることが確認されると、ステップＳＴ１４へと進み、循環ポンプ１９の一分間の運転経過を待つ。一分経過した後は、サージタンク１１内の温度Ｔｈ１をステップＳＴ１５で測定し、ステップＳＴ１６〜ステップＳＴ１８までの各ステップでサージタンク１１内の湯の温度を判定する。サージタンク１１内の湯の温度Ｔｈ１が、６５℃以上８０℃未満の場合には、ステップＳＴ１９へと進んで給湯源切換装置３３に給湯源としてサージタンク１１の湯を用いる給湯源切換指令ＲＣを出力する。給湯源切換装置３３は、この指令ＲＣを受けて三方弁３７をサージタンク１１内の湯を給湯源とする側に切り換える。サージタンク１１内の湯の温度Ｔｈ１が８０℃以上の場合には、図６のステップＳＴ９へと進んでサージタンク１１内の湯の温度の調整が行われる。またサージタンク１１内の湯の温度が６５℃未満の場合には、ステップＳＴ２０へと進む。
【００２９】
図８はステップＳＴ２０の詳細を示している。ステップＳＴ２０ａでは、給湯源切換装置３３へ給湯源として貯湯式電気温水器３１の貯湯タンク２９内の湯を用いるための給湯源切換指令ＲＣを出力する。この指令ＲＣを受けて給湯源切換装置３３は、三方弁３７を貯湯タンク２９から給湯を受ける側に切り換える。そしてステップＳＴ２０ｂで貯湯タンク２９内の湯の最高温度（給湯温度）Ｔｈ２を測定し、ステップＳＴ２０ｃで湯の温度Ｔｈ２が６０℃以上ある場合に限り、ステップＳＴ２０ｄへと進んでサージタンク１１内の貯水量（水位）を測定する。ステップＳＴ２０ｅでサージタンク１１内の貯水量が５０００Ｌ以上であることを確認すると、サージタンク１１内の湯の温度Ｔｈ１をステップＳＴ２０ｇで測定し、その温度Ｔｈ１が７０℃以上になっていれば、ステップＳＴ２０ｈへと進んで、給湯源を貯湯タンク２９の湯からサージタンク１１の湯に切り換える給湯源切換指令ＲＣを給湯源切換装置３３へと出力する。これにより給湯源が貯湯タンク２９の湯からサージタンク１１の湯へと切り換わる。ステップＳＴ２０ｃにおいて、貯湯タンク２９内の湯の最高温度Ｔｈ２が６０℃未満になったことを確認すると、ステップＳＴ２０ｈへと進んで、給湯源が貯湯タンク２９の湯からサージタンク１１の湯へと切り換えられる。またステップＳＴ２０ｅで、サージタンク１１内の貯水量が５０００Ｌ未満であることが確認されるとステップＳＴ２１へと進んでサージタンク１１内の貯水量（水位）を回復させる。
【００３０】
図９はステップＳＴ２１の詳細を示している。ステップＳＴ２１ａでは、給水バルブ２７を開いてサージタンク１１内に給水を行うための給水指令ＷＣを出力する。この指令ＷＣを受けて、給水バルブ２７が開くと、ステップＳＴ２１ｂへと進んで、サージタンク１１内の貯水量（水位）が確認される。ステップＳＴ２１ｃで、サージタンク１１内の水位が５０００Ｌ以上になると、ステップＳＴ２１ｄで給水バルブ２７を閉じるための給水指令ＷＣが出力される。この制御指令を受けて、給水バルブ２７は閉じられて、サージタンク１１への給水が停止される。以後、ステップＳＴ２０からステップＳＴ１へ戻って、サージタンク１１内の湯の加熱が再開される。
【００３１】
時間帯が準夜時間帯（１６時〜２２時）の場合には、図３に示す第２の運転制御モードで制御が行われる。まず最初にステップＳＴ２３で、燃焼式発電装置３の運転を停止するための運転指令ＯＣが出力されて、燃焼式発電装置３は運転を停止する。次にステップＳＴ２４で運転停止から１０分が経過したことを確認し、その後ステップＳＴ２５で循環ポンプ１９に運転を停止させるための循環ポンプ指令ＰＣを出力する。この１０分間において熱交換器の冷却を行う。循環ポンプ１９を停止させた後は、ステップＳＴ２６へと進んでサージタンク１１内の貯水量（水位）を確認する。ステップＳＴ２７でサージタンク１１内の貯水量が５０００Ｌ以上であることが確認されれば、ステップＳＴ２８でサージタンク１１内の湯の温度Ｔｈ１を確認し、ステップＳＴ２９でサージタンク１１内の湯の温度Ｔｈ１が６５℃以上であることが確認されれば、ステップＳＴ２２へと戻る。もしステップＳＴ２７でサージタンク１１内の貯水量が５０００Ｌ未満であることが確認され、またステップＳＴ２９でサージタンク１１内の湯の温度Ｔｈ１が６５℃未満であることが確認されると、ステップＳＴ３０の追加運転処理へと進む。すなわち準夜時間帯においては、サージタンク１１内の貯湯量がある程度低下するまでは、サージタンク１１内の湯を給湯源とする給湯が行われている。
【００３２】
図１０はステップＳＴ３０の詳細を示している。このステップＳＴ３０では、まずステップＳＴ３０ａで時間帯が再確認され、時間帯内であれば、ステップＳＴ３０ｂで循環ポンプ１９の運転を再開するための循環ポンプ指令ＰＣを出力する。この指令ＰＣを出力した後、ステップＳＴ３０ｃで燃焼式発電装置３の運転を再開する運転指令ＯＣが出力される。そして熱交換器７に入力される湯の温度Ｔｈ３がステップＳＴ３０ｄで確認され、ステップＳＴ３０ｅで温度Ｔｈ３が８５℃より高いことが確認されると図５のステップＳＴ８へと進む。また温度Ｔｈ３が８５℃以下の場合には、ステップＳＴ３０ｆでサージタンク１１内の貯水量Ｗが確認され、ステップＳＴ３０ｇでサージタンク１１内の貯水量が５０００Ｌ未満であることが確認されると、図９に示したステップＳＴ２１へと進んでサージタンク１１内の貯水量の回復が行われる。ステップＳＴ３０ｇで、サージタンク１１内の貯水量が５０００Ｌ以上であることが確認されると、ステップＳＴ３０ｈでサージタンク１１内の湯の温度が確認され、ステップＳＴ３０ｉでサージタンク１１内の湯の温度Ｔｈ１が８０℃未満の場合には、ステップＳＴ３０ａへ戻り、湯の温度Ｔｈ１が８０℃以上の場合には、図３のステップＳＴ２２へと戻る。以後準夜時間帯が終了するまでの上記の第２の運転制御モードが実行される。
【００３３】
時間帯が深夜早朝時間帯（２２時〜８時）であれば、図４に示す第３の運転制御モードで運転が実行される。このステップでは、先ずステップＳＴ３１で時間帯が再確認される。そして該当時間帯であれば、ステップＳＴ３２において、燃焼式発電装置３の運転を停止させる運転指令ＯＣを出力する。この時間帯においては、一切燃焼式発電装置３を運転することが禁止される。そしてステップＳＴ３３で燃焼式発電装置３の運転停止後の１０分を経過したことを確認すると、ステップＳＴ３４で循環ポンプ１９に運転を停止させる循環ポンプ指令ＰＣを出力する。次にステップＳＴ３５で、サージタンク１１内の湯の温度Ｔｈ１を確認し、ステップＳＴ３６でサージタンク１１内の湯の温度Ｔｈ１が６５℃未満であることを確認すると、ステップＳＴ３７へと進んで、給湯源をサージタンク１１内の湯から貯湯タンク２９内の湯に切り換える給湯源切換指令ＲＣが給湯源切換装置３３に出力される。この指令を受けて、給湯源切換装置３３は、三方弁３７を切り換えて、給湯源をサージタンク１１の湯から貯湯タンク２９の湯に切り換える。以後貯湯式電気温水器３１の沸き上げ時間帯であっても、貯湯タンク２９内の湯を給湯源として負荷に給湯が行われる。ステップＳＴ３６で、サージタンク１１内の湯の温度Ｔｈ１が６５℃以上であることが確認されている場合には、ステップＳＴ３８でサージタンク１１内の貯水量が確認され、ステップＳＴ３９においてはサージタンク１１内の貯水量が３０００Ｌ以上であることが確認されれば、ステップＳＴ３１へと戻り、貯水量Ｗが３０００Ｌ未満であれば図９のステップＳＴ２１へと進んでサージタンク１１内の貯水量の回復処置がなされる。以後深夜早朝時間帯の間は、この第３の運転制御モードが継続して実行される。
【００３４】
上記の第１乃至第３の運転制御モードを実行すると、昼間の時間帯において、大量に湯が使用され、貯湯タンク２９内の湯が給湯に使用されている間に、昼間の時間帯においてサージタンク１１内の湯を再度沸き上げることができるので、貯湯タンク内２９の湯が無くなる前に、サージタンク１１内の湯を再度使用可能な状態にすれば、湯切れを完全に阻止することができる。
【００３５】
図２乃至図１０に示した制御モードは、本発明を実現するための一例に過ぎないものであり、本発明は図２乃至図１０の内容にのみ限定されるものではない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼式発電装置の排気熱で加熱されるサージタンク内の湯が不足した場合に、貯湯式電気温水器の貯湯タンクの湯を給湯に利用するため、湯切れが発生する可能性が低くなるだけでなく、貯湯式電気温水器のみで給湯を行う場合と比べて、ランニングコストを大幅に下げることができる利点がある。また貯湯式電気温水器の貯湯タンクの容量を必要以上に大きく設定しておく必要がないため、貯湯式電気温水器のみで給湯を行う場合と比べて、設備容量を縮小化することができる利点がある。また騒音が問題となる夜間において、燃焼式発電装置を運転できない場合に、サージタンク内の湯が不足した場合には、貯湯式電気温水器の湯を利用できるので、夜間における湯切れを防止できる利点がある。更に昼間において、大量の湯を必要とする場合でも、深夜電力で貯湯した貯湯タンク内の湯を利用できるので、大型のサージタンクを用意しておく必要がないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の給湯コジェネレーション装置の一例の構成を示す概念図である。
【図２】昼間の時間帯で使用される第１の運転制御モードのアルゴリズムの内容を示すフローチャートである。
【図３】準夜時間帯で使用される第２の運転制御モードの内容を示すフローチャートである。
【図４】深夜早朝時間帯で使用される第３の運転制御モードの内容を示すフローチャートである。
【図５】ステップＳＴ８の詳細を示すフローチャートである。
【図６】ステップＳＴ９の詳細を示すフローチャートである。
【図７】ステップＳＴ１３の詳細を示すフローチャートである。
【図８】ステップＳＴ２０の詳細を示すフローチャートである。
【図９】ステップＳＴ２１の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】ステップＳＴ３０の詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１給湯コジェネレーション装置
３燃焼式発電装置
３ａ燃焼器
３ｂガスタービン
３ｃ発電機
３ｄコンプレッサ
５制御盤
７熱交換器
７ａ熱交換パイプ
９排気ガス切換装置
９ａ，９ｂダンパー
１１サージタンク
１３，１５管路
１７温水循環路
１９循環ポンプ
２１サージタンク内湯温測定手段
２３貯水量測定手段
２５給水管
２７給水バルブ
２９貯湯タンク
３１貯湯式電気温水器
３３給湯源切換装置
３５駆動モータ
３７三方弁
３９，４１給湯管
４３自動混合弁
４５熱交換器入水温度測定手段
４７最高温度測定手段

Claims

運転指令に従って燃料を燃焼させて発電する燃焼式発電装置と、
前記燃焼式発電装置の排気ガスの熱を熱源として熱交換を行う熱交換器と、
前記燃焼式発電装置と前記熱交換器との間に設けられ、且つ熱交換切換指令に基づいて第１の切換状態と第２の切換状態のいずれかに切り換えられ、前記第１の切換状態で前記燃焼式発電装置からの前記排気ガスを前記熱交換器に供給し、前記第２の切換状態で前記燃焼式発電装置からの前記排気ガスを前記熱交換器に供給しない排気ガス切換装置と、
前記熱交換器で加熱された湯を貯湯するサージタンクと、
循環ポンプ指令に従って動作する循環ポンプを備えて前記熱交換器と前記サージタンクとの間で前記サージタンク内の湯を循環させる温水循環路と、
給水指令に応じて前記サージタンク内への給水を実行する給水バルブと、
貯湯タンクの内部に電気ヒータが配置され、特定時間帯電力を利用して前記貯湯タンク内の水を沸き上げる貯湯式電気温水器と、
給湯源切換指令に応じて前記サージタンク内の湯または前記貯湯タンクの湯を選択的に出力する給湯源切換装置と、
前記サージタンク内の湯の温度Ｔｈ１を測定するサージタンク内湯温測定手段と、
前記サージタンク内の貯水量を測定する貯水量測定手段と、
前記サージタンクから前記熱交換器に供給される湯の温度Ｔｈ３を測定する熱交換器入水温度測定手段と、
前記貯湯タンク内の湯の最高温度Ｔｈ２を測定する最高温度測定手段と、
前記温度Ｔｈ１〜Ｔｈ３及び前記貯水量Ｗを入力として、予め定めた運転制御モードに従って、前記運転指令、前記熱交換切換指令、前記循環ポンプ指令、前記給湯源切換指令及び前記給水指令を出力する貯湯運転制御手段とを具備し、
前記貯湯運転制御手段の前記運転制御モードが、前記貯湯式電気温水器の貯湯タンク内の湯に優先して前記サージタンク内の湯を給湯源として使用するように構成されている給湯コジェネレーション装置。
前記運転制御モードは、前記サージタンク内の前記貯水量及び前記サージタンク内の前記湯の温度の少なくとも一方に基づいて、前記サージタンク内の湯量が予め定めた湯量よりも少なくなったことを判定すると、前記サージタンクの湯を給湯源とすることから前記貯湯タンクの湯を給湯源とする前記給湯源切換指令を出力するように構成されている請求項１に記載の給湯コジェネレーション装置。
前記運転制御モードは、昼間の時間帯で使用される第１の運転制御モードと、前記昼間の時間帯に続く準夜時間帯で使用される第２の運転制御モードと、前記準夜時間帯に続く深夜早朝時間帯で使用される第３の運転制御モードとを含んでおり、
前記第１の運転制御モードでは、前記サージタンク内の貯水量が所定量以上ある場合に、前記サージタンク内の湯の温度が予め定めた基準温度以上あるときには前記サージタンク内の湯を給湯源として使用し、前記サージタンク内の前記湯の温度が前記予め定めた基準温度より低くなると、前記貯湯式温水器の前記貯湯タンク内の湯を給湯源として使用し且つその間に前記サージタンク内の湯の温度を前記予め定めた基準温度以上に上昇させ、前記サージタンク内の前記湯の温度が前記予め定めた基準温度以上に上昇すると再び前記サージタンク内の湯を給湯源とするように、前記熱交換切換指令、前記給湯源切換指令、前記循環ポンプ指令及び前記給水指令を出力するように構成されている請求項１に記載の給湯コジェネレーション装置。
前記第１の運転制御モードは、前記サージタンク内の貯水量が予め定めた貯水量以下になると、前記貯湯式温水器の前記貯湯タンク内の湯を給湯源として使用し且つその間に前記サージタンク内の貯水量を前記予め定めた貯水量まで回復させるように前記サージタンクへの給水を行い、前記サージタンク内の前記貯水量が前記予め定めた貯水量まで回復した後で、前記サージタンク内の前記湯の温度が前記予め定めた基準温度以上あれば、前記サージタンク内の湯を給湯源として使用するように、前記熱交換切換指令、前記給湯源切換指令、前記循環ポンプ指令及び前記給水指令を出力するように構成されている請求項２に記載の給湯コジェネレーション装置。
前記第１の運転制御モードは、前記サージタンク内の前記貯水量が前記予め定めた貯水量以上あるときに、前記サージタンク内の前記湯の温度が前記予め定めた基準温度よりも更に高い上限温度以上あるときには、前記サージタンク内の前記湯の温度が前記予め定めた基準温度以下になるように前記サージタンク内に給水するための前記給水指令を出力するように構成されている請求項４に記載の給湯コジェネレーション装置。
前記第１の運転制御モードは、前記燃焼式発電装置が常時運転されるように運転条件を定めており、
前記第２の運転制御モードは、前記サージタンク内の前記貯水量が予め定めた夜間貯水量以下であるときまたは前記サージタンク内の前記湯の温度が前記予め定めた基準温度以下の場合に、前記サージタンク内の前記湯の温度を前記予め定めた基準温度以上にするように前記燃焼式発電装置を追加運転する運転条件を定めている請求項２に記載の給湯コジェネレーション装置。
前記第１の運転制御モードは、前記サージタンク内の水位が予め定めた最低貯水量以下であれば貯水量を前記所定の貯水量以上に回復させ、前記貯水量が回復するまでは前記排気ガス切換装置を第２の切換状態に維持し、前記貯水量が前記所定の貯水量以上になると前記排気ガス切換装置を第２の切換状態から前記第１の切換状態に切り換えて前記サージタンク内の湯を加熱するべく、前記給水指令、前記循環ポンプ指令及び前記熱交換切換指令を出力するように構成されている請求項２に記載の給湯コジェネレーション装置。
前記運転制御モードは、昼間の時間帯で使用される第１の運転制御モードと、前記昼間の時間帯に続く準夜時間帯で使用される第２の運転制御モードと、前記準夜時間帯に続く深夜早朝時間帯で使用される第３の運転制御モードとを含んでおり、
前記第１乃至第３の運転制御モードは、前記燃焼式発電装置から発生する音が夜間において騒音とならないように、前記燃焼式発電装置の運転条件を定めている請求項１に記載の給湯コジェネレーション装置。
前記第３の運転制御モードでは、前記燃焼式発電装置を運転しないように前記運転条件が定められおり、
前記第３の運転制御モードは、前記サージタンク内の前記湯の温度が前記予め定めた基準温度より小さくなると前記貯湯式温水器の前記貯湯タンク内の湯を給湯源として使用するように前記熱交換切換指令、前記給湯源切換指令、前記循環ポンプ指令及び前記給水指令を出力するように構成されている請求項２に記載の給湯コジェネレーション装置。