JP4093521B2 - 貯湯式暖房システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと発電機とを一体化したものとか燃料電池といったような電力と排熱とを発生する熱電併給装置、圧縮機などを駆動するヒートポンプ式熱発生装置からの熱を回収し、その熱によって得られる湯を、室内暖房機、床暖房機、浴室乾燥機などの暖房装置や浴槽の追い焚きなどの加熱源に用いるとともに、貯湯タンクに貯める貯湯式暖房システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の現状のシステムでは、暖房装置の運転を行うのに、排熱発生装置側の出力を調整することが効率低下の原因になりやすいことから、例えば、20分間などを1周期として、その1周期となる設定時間内での熱媒体の循環流動時間を変更している。詳述すれば、15分間開いて熱媒体を循環流動させた後、5分間閉じて熱媒体の循環流動を停止するように運転し、その運転で室内などの被暖房空間内が暖まってくれば、次には10分間開いて10分間閉じるように運転するといったように変更している。
【0003】
上述のように熱媒体の循環流動を停止している間は、貯湯用開閉弁を開き、排熱回収用熱交換器を経た湯を貯湯タンクに供給し、無駄無く排熱を回収するようにしている。
また、循環配管内を流れる熱交換後の湯の温度を測定し、その熱交換後の湯の温度が設定温度よりも低くなったときには補助熱源によって加熱し、暖房負荷が高い場合に対応できるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、1周期内で熱媒体の循環流動を停止している間、暖房用熱交換器には、排熱回収用熱交換器を経た湯が供給されず、暖房用熱交換器を接続した配管内に留まったままで放熱され、その配管内の湯の温度が低下する。
また、1周期内で熱媒体の循環流動を停止している間、排熱回収用熱交換器を経た湯が貯湯タンクに供給されるが、それに伴って貯湯タンクから循環配管内に低温の湯が供給される。
【0005】
上述の低温になった湯や貯湯タンクからの低温の湯が、次の1周期の最初に排熱回収用熱交換器に供給され、排熱回収用熱交換器を経た湯の温度が一時的に低下する。この低下に伴って湯の温度が設定温度よりも低くなると補助熱源が作動する。
【0006】
暖房負荷が高いわけでは無いため、すぐに湯の温度が設定温度以上に復帰して補助熱源の作動が停止される。このような動作が時には1周期ごとに繰り返されて補助熱源の発停が頻繁に繰り返され、補助熱源の耐久性が低下するとともにランニングコストが高くなって不経済になる欠点があった。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、暖房装置の制御に起因する補助熱源の不必要な発停を回避できるようにすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような目的を達成するために、
排熱を発生する排熱発生装置と、
循環配管を付設して貯湯を行う貯湯タンクと、
前記循環配管に設けられる排熱回収用熱交換器と、
前記貯湯タンクに前記循環配管と並列に接続されて湯を供給する給湯管と、
前記排熱発生装置と前記排熱回収用熱交換器とにわたって接続されて排熱回収熱媒を循環することにより前記排熱発生装置からの排熱を前記循環配管を流れる水に伝熱回収する排熱回収用循環配管と、
前記循環配管の前記排熱回収用熱交換器よりも下流側箇所に前記貯湯タンクと並列に接続される暖房用熱交換器と、
前記循環配管の前記排熱回収用熱交換器よりも下流側箇所で、かつ、前記暖房用熱交換器よりも上流側箇所に前記暖房用熱交換器と直列に接続される補助熱源と、
前記循環配管の前記排熱回収用熱交換器よりも下流側箇所に付設されて、前記循環配管内を流れる熱交換後の湯の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサによって測定される熱交換後の湯の温度と設定温度とを比較して測定温度が設定温度よりも低くなったときに補助加熱信号を出力する補助加熱用比較手段と、
前記補助加熱用比較手段からの補助加熱信号に応答して起動信号を出力し前記補助熱源を作動する補助加熱制御手段と、
前記暖房用熱交換器とにわたって接続されて、前記排熱発生装置からの排熱によって暖房する暖房装置と、
前記暖房装置による被暖房空間内の温度を測定する暖房温度センサと、
前記暖房装置の運転状態で、前記暖房温度センサで測定される温度と設定温度との差に応じて1周期となる設定時間内での熱媒体の循環流動時間を変更する暖房制御手段と、
前記貯湯タンクの上流側箇所に前記暖房用熱交換器と並列に接続されて、前記暖房制御手段により熱媒体の循環流動が停止されている時間に対応して前記排熱回収用熱交換器を経た湯を前記貯湯タンクに供給する貯湯用開閉弁とを備えた貯湯式暖房システムであって、
前記暖房装置の運転状態で、前記暖房制御手段による熱媒体の循環流動の停止に起因する湯の温度の低下に伴って出力される前記補助加熱信号に応答して設定時間保留信号を出力する遅延手段と、
前記遅延手段からの保留信号に応答して前記補助加熱制御手段からの起動信号の出力を停止するバックアップ制御手段を備えて構成する。
【0009】
【作用】
本発明の貯湯式暖房システムの構成によれば、暖房装置の運転状態で、循環配管内を流れる熱交換後の湯の温度が設定温度よりも低くなって、補助加熱用比較手段から補助加熱信号が出力されると、遅延手段により、設定時間の間保留信号を出し、補助加熱用比較手段からの補助加熱信号の出力にかかわらず、補助加熱制御手段からの起動信号の出力を停止し、補助熱源を作動させない。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明に係る貯湯式暖房システムの実施例を示す概略構成図であり、ガスエンジンによって発電機を駆動するように構成した熱電併給装置1と貯湯給湯器2とが、排熱回収熱媒としてのジャケット冷却水の排熱回収用循環配管3と排熱回収用熱交換器4とを介して接続され、貯湯、給湯および暖房に熱電併給装置1からの排熱を利用できるように構成されている。排熱回収熱媒としては、フロンや二酸化炭素などの冷媒を用いても良い。
【0011】
貯湯給湯器2には、貯湯タンク5と、バックアップ用のガスボイラー6と、補給水タンク7とが備えられている。
貯湯タンク5の下部から上部にわたって、循環ポンプ8を介装した循環配管9が設けられ、この循環配管9に排熱回収用熱交換器4とガスボイラー6とが直列に設けられている。
【0012】
以上の構成により、ジャケット冷却水を循環させ、熱電併給装置1からの排熱を、貯湯タンク5の下部から取り出されて循環配管9を流れる水に伝熱回収し、熱電併給装置1からの排熱によって加熱された湯を貯湯タンク5の上部から供給し、温度成層を形成する状態で貯湯を行うようになっている。
【0013】
ガスボイラー6は、加熱能力が高い専用熱源として都市ガスにより燃焼加熱するように構成され、熱電併給装置1からの排熱による加熱を行わないときに、または併用して、ガスボイラー6による加熱を行い、貯湯、給湯および暖房用の湯を得るように構成されている。
【0014】
循環配管9には、貯湯タンク5と並列に出力用循環配管10が接続され、その出力用循環配管10に、暖房用熱交換器11および追い焚き用熱交換器12が設けられている。
【0015】
暖房用熱交換器11には、補給水タンク7に接続される状態で第1のポンプ付き配管13が接続され、熱媒体としての高温水を循環流動する第1のポンプ付き配管13に、取り出しヘッダー14と戻りヘッダー15とが接続されている。
【0016】
取り出しヘッダー14および戻りヘッダー15には、図2の要部の構成図に示すように、床暖房用開閉弁16を設けた床暖房用循環配管17を介して床暖房機18が接続されている。また、図示しないが、室内暖房機、浴室乾燥機なども接続されている。図中19は、床暖房機18によって暖房される室内などの被暖房空間内の温度を測定する暖房温度センサを示している。
【0017】
追い焚き用熱交換器12には、第2のポンプ付き配管20を介して浴槽21が接続され、追い焚きを行うように構成されている。
【0018】
循環配管9および出力用循環配管10と並列に、貯湯タンク5に給湯管22が接続されるとともに、その給湯管22が第2のポンプ付き配管20に接続されている。これにより、貯湯タンク5から給湯管22および第2のポンプ付き配管20を介して浴槽21内に所望温度の湯を供給できるように構成されている。
【0019】
給湯管22の途中箇所には、分配弁23を介して、シャワーに接続されるシャワー配管24と給水管25が接続され、湯量と給水量との分配比を調節することにより湯張り時の湯の温度を調節できるようになっている。
【0020】
循環配管9の出力用循環配管10との接続箇所と貯湯タンク5の上部とを接続する分岐配管部9aに貯湯用開閉弁26が設けられている。また、出力用循環配管10の暖房用熱交換器11よりも上流側に開閉弁27が設けられている。この開閉弁27は、暖房要求や追い焚き要求に応答して開かれ、それらの要求の無いときには閉じるように構成されている。
【0021】
循環配管9の出力用循環配管10との接続箇所とガスボイラー6との間の箇所に、排熱回収用熱交換器4およびガスボイラー6を経た湯の温度を測定する温度センサ28が設けられている。
【0022】
図3のブロック図に示すように、暖房温度センサ19、温度センサ28および暖房運転スイッチ29がマイクロコンピュータ30に接続され、そのマイクロコンピュータ30にガスボイラー6、床暖房用開閉弁16、貯湯用開閉弁26および開閉弁27が接続されている。
マイクロコンピュータ30には、暖房制御手段31、補助加熱用比較手段32、補助加熱制御手段33、遅延手段34およびバックアップ制御手段35が備えられている。
【0023】
暖房制御手段31は、暖房温度センサ19で測定される温度と設定温度t1との差に応じて1周期Tとなる設定時間(例えば、20分間)内での高温水の循環流動時間を変更するように構成され、温度差算出手段36、流動制御手段37および流動停止制御手段38で構成されている。
温度差算出手段36では、暖房運転スイッチ29がONの状態、すなわち、床暖房機18の運転状態で、暖房温度センサ19で測定される温度と設定温度t1との温度差を算出するようになっている。
【0024】
流動制御手段37では、温度差算出手段36で算出された温度差に基づき、温度差が大きいほど1周期内での高温水の循環流動時間が長くなるように循環流動時間を求め、その循環流動時間だけ床暖房用開閉弁16および開閉弁27それぞれに開き信号を出力して床暖房用開閉弁16および開閉弁27それぞれを開き、出力用循環配管10および床暖房用循環配管17それぞれに高温水を流動するようになっている。
【0025】
流動停止制御手段38では、温度差算出手段36で算出された温度差に基づき、前記流動制御手段37とは逆に温度差が大きいほど1周期内での高温水の循環流動停止時間が短くなるように循環流動停止時間を求め、その循環流動停止時間だけ、すなわち、1周期から循環流動時間を差し引いた残余の時間だけ貯湯用開閉弁26に開き信号を出力して貯湯用開閉弁26を開き、排熱回収用熱交換器4を経た湯を床暖房に用いていないときに、その湯を貯湯タンク5に供給して貯湯するようになっている。
【0026】
詳述すれば、図4のタイムチャートに示すように、運転初期では温度差が大きいために、例えば、20分間内の15分間高温水を流動させた後に5分間流動を停止し、順次、20分間内の12分間、10分間と流動時間を短くして、目標暖房温度を得るようになっている。そして、流動を停止している5分間、8分間、10分間それぞれの間は貯湯するようになっている。
【0027】
補助加熱用比較手段32では、温度センサ28によって測定される排熱回収用熱交換器4を経た熱交換後の湯の温度と設定温度t2とを比較して測定温度が設定温度よりも低くなったときに補助加熱信号を出力するようになっている。
【0028】
補助加熱制御手段33では、補助加熱用比較手段32からの補助加熱信号に応答してガスボイラー6に起動信号を出力し、ガスボイラー6を作動するようになっている。これにより、暖房負荷が高くなって、排熱回収用熱交換器4で回収される排熱では賄えないようなときに、ガスボイラー6により加熱して所定の高温水を暖房用熱交換器11に供給し、安定した暖房を行う。
【0029】
遅延手段34では、暖房運転スイッチ29がONの状態、すなわち、床暖房機18の運転状態で、補助加熱用比較手段32からの補助加熱信号を受け、その補助加熱信号に応答して設定時間(例えば、2分間)保留信号を出力するようになっている。
【0030】
バックアップ制御手段35では、遅延手段34からの保留信号が出力されている間、補助加熱制御手段33からの起動信号の出力を停止し、ガスボイラー6を作動させないようになっている。
保留信号の出力が停止した時点で補助加熱用比較手段32から補助加熱制御手段33に補助加熱信号が出力されているときには、補助加熱信号に応答して補助加熱制御手段33からガスボイラー6に起動信号を出力してガスボイラー6を作動する。
【0031】
以上の構成により、次のように動作する。
すなわち、床暖房機18の運転状態で、前述した循環流動を停止した状態の間、出力用循環配管10内の湯が、そこに留まったままで放熱され、その出力用循環配管10内の湯の温度が低下する。この低温の湯が、次の1周期Tに移行した際に排熱回収用熱交換器4に供給され、排熱回収用熱交換器4を経た湯の温度が一時的に低下する。この低下に伴って湯の温度が設定温度よりも低くなると補助加熱用比較手段から補助加熱信号が出力される。
【0032】
この補助加熱信号に応答して遅延手段34から保留信号を出力し、設定時間はガスボイラー6に起動信号を出力せず、ガスボイラー6を作動させない。設定時間を経過した後にも、暖房負荷が高くて補助加熱信号が出力されているような場合は、起動信号を出力してガスボイラー6を作動し、安定した暖房を行える。
【0033】
上記実施例では、補助熱源としてガスボイラー6を用いているが、本発明としては、ガスボイラー6に代えて電気ヒータなど各種のものを用いることができる。
【0034】
本発明としては、熱電併給装置1として燃料電池を用いるものにも適用でき、また、熱電併給装置1に限らず、ガスエンジンで空調用冷媒回路を構成する圧縮機を駆動するように構成したものにも適用でき、要するに、排熱を発生する装置を使用するものであれば、各種の装置を適用でき、それらをして排熱発生装置と総称する。
【0035】
また、上記実施例では、暖房装置として床暖房機18を用いている場合について説明したが、室内暖房機や浴室乾燥機などの暖房装置を用いる場合に適用するものでも良い。
【0036】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の貯湯式暖房システムによれば、暖房装置の運転状態で、循環配管内を流れる熱交換後の湯の温度が一時的に設定温度よりも低くなり、補助加熱用比較手段から補助加熱信号が出力されても、設定時間の間は保留信号を出して、補助加熱制御手段から起動信号を出力させないから、暖房装置の制御に起因する熱交換後の湯の温度の一時的な低下によって補助熱源が作動することを回避でき、補助熱源の不必要な発停を回避して補助熱源の耐久性を向上できるとともにランニングコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る本発明に係る貯湯式暖房システムの実施例を示す概略構成図である。
【図2】要部の構成図である。
【図3】ブロック図である。
【図4】タイムチャートである。
【符号の説明】
1…熱電併給装置(排熱発生装置)
3…排熱回収用循環配管
4…排熱回収用熱交換器
5…貯湯タンク
6…ガスボイラー(補助熱源)
9…循環配管
11…暖房用熱交換器
18…床暖房機(暖房装置)
19…暖房温度センサ
22…給湯管
26…貯湯用開閉弁
28…温度センサ
31…暖房制御手段
32…補助加熱用比較手段
33…補助加熱制御手段
34…遅延手段
35…バックアップ制御手段
Claims (1)
- 排熱を発生する排熱発生装置と、
循環配管を付設して貯湯を行う貯湯タンクと、
前記循環配管に設けられる排熱回収用熱交換器と、
前記貯湯タンクに前記循環配管と並列に接続されて湯を供給する給湯管と、
前記排熱発生装置と前記排熱回収用熱交換器とにわたって接続されて排熱回収熱媒を循環することにより前記排熱発生装置からの排熱を前記循環配管を流れる水に伝熱回収する排熱回収用循環配管と、
前記循環配管の前記排熱回収用熱交換器よりも下流側箇所に前記貯湯タンクと並列に接続される暖房用熱交換器と、
前記循環配管の前記排熱回収用熱交換器よりも下流側箇所で、かつ、前記暖房用熱交換器よりも上流側箇所に前記暖房用熱交換器と直列に接続される補助熱源と、
前記循環配管の前記排熱回収用熱交換器よりも下流側箇所に付設されて、前記循環配管内を流れる熱交換後の湯の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサによって測定される熱交換後の湯の温度と設定温度とを比較して測定温度が設定温度よりも低くなったときに補助加熱信号を出力する補助加熱用比較手段と、
前記補助加熱用比較手段からの補助加熱信号に応答して起動信号を出力し前記補助熱源を作動する補助加熱制御手段と、
前記暖房用熱交換器とにわたって接続されて、前記排熱発生装置からの排熱によって暖房する暖房装置と、
前記暖房装置による被暖房空間内の温度を測定する暖房温度センサと、
前記暖房装置の運転状態で、前記暖房温度センサで測定される温度と設定温度との差に応じて1周期となる設定時間内での熱媒体の循環流動時間を変更する暖房制御手段と、
前記貯湯タンクの上流側箇所に前記暖房用熱交換器と並列に接続されて、前記暖房制御手段により熱媒体の循環流動が停止されている時間に対応して前記排熱回収用熱交換器を経た湯を前記貯湯タンクに供給する貯湯用開閉弁とを備えた貯湯式暖房システムであって、
前記暖房装置の運転状態で、前記暖房制御手段による熱媒体の循環流動の停止に起因する湯の温度の低下に伴って出力される前記補助加熱信号に応答して設定時間保留信号を出力する遅延手段と、
前記遅延手段からの保留信号に応答して前記補助加熱制御手段からの起動信号の出力を停止するバックアップ制御手段とを備えたことを特徴とする貯湯式暖房システム。
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