JP4146387B2 - 給湯熱源システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等の発電装置の排熱を利用して貯湯槽に蓄積した湯を給湯先に給湯するコジェネレーション給湯熱源装置を備えた給湯熱源システムに関するものである。

近年、省エネルギー効果を奏することが可能なシステムとして、例えば固体高分子型燃料電池等の発電装置の排熱を利用して、貯湯槽に蓄積した湯を給湯先に給湯するコジェネレーション給湯熱源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図６には、コジェネレーション給湯熱源装置の一例が示されている。このコジェネレーション給湯熱源装置３は、発電装置１と貯湯槽２とを有し、貯湯槽２は、貯湯槽２内に給水を導入する給水路１１と貯湯槽２の湯を送水する給湯路１２を備えている。給湯路１２には湯水温検出センサ１００が設けられている。

貯湯槽２と発電装置１との間には、冷却水導入通路１３と排熱湯導入通路１４とが配備されており、冷却水導入通路１３は貯湯槽２内の水を発電装置１の冷却水として発電装置１側に導入し、この水を発電装置１の発電時に生じる排熱によって加熱して例えば６０℃といった設定温度の湯とし、排熱湯導入通路１４を介して貯湯槽２に蓄積する。つまり、冷却水導入通路１３と排熱湯導入通路１４は、貯湯槽２内の水を発電装置１の排熱により加熱して湯にする手段を形成している。

貯湯槽２の下方側には、貯湯槽２内の水を排水する排水通路１５が設けられ、該排水通路１５には排水弁（例えば排水電磁弁）５２が設けられている。貯湯槽２の上方側には、圧力逃がし通路１６が設けられており、圧力逃がし通路１６には、過圧逃がし弁５０が設けられている。貯湯槽２内は、通常、湯または水によって満たされており、この図では、図を分かりやすくするために、湯が充填されている領域を斜線で示している。

このコジェネレーション給湯熱源装置３において、発電装置１が作動すると、貯湯槽２の下部側に貯められている水が冷却水導入通路１３を通して発電装置１に導入され、発電装置１の発電時の排熱によって暖められて湯とされ、この湯が排熱湯導入通路１４を通って貯湯槽２の上方側から貯湯槽２内に導入される。この動作が繰り返されると、貯湯槽２の下部側の水が発電装置１の排熱によって湯にされて貯湯槽２の上部側に導入されるので、図６の破線Ａで示す、貯湯槽２内の水と湯との境界線が貯湯槽２の下部側に移動していく。

なお、例えば貯湯槽２内が全て、発電許容温度（前記設定温度より低い例えば４５℃）以上の湯で満たされると、発電装置１への冷却水導入を行うことができないので、発電装置１による発電は行えない。つまり、コジェネレーション給湯熱源装置３は、貯湯槽２内の湯の蓄熱量に対応する値が発電不許可限界閾値（上記例では貯湯槽２内の全ての湯が４５℃以上の値）以上の時には発電装置１による発電が停止する構成と成している。

また、貯湯槽２の湯が給湯路１２を通して適宜の給湯場所に送水されると、この送水によって減少した湯量だけ、給水管１１から貯湯槽２内に給水が行われるので、この場合、図６の破線Ａで示す、貯湯槽２内の水と湯との境界線は貯湯槽２の上部側に移動していく。

上記のようなコジェネレーション給湯熱源装置３は、例えば給湯器を備えた補助給湯熱源装置と併設されて用いられることが多い。補助給湯熱源装置とコジェネレーション給湯熱源装置３とを併設すると、複合給湯熱源システムが形成される。

このような複合給湯熱源システムにおいて、コジェネレーション給湯熱源装置３の貯湯槽２から送水される湯水温（例えば湯水温検出センサ１００の検出温度）が、例えば（給湯設定温度＋１）℃未満になって、蓄熱が無くなったと判断された場合、給湯熱源を補助給湯熱源装置に切り替えて給湯を継続するようにしている。

特開２００３―１２０９９８

ところで、上記のようなコジェネレーション給湯熱源装置３を備えた給湯熱源システムにおいて、貯湯槽２内の湯の蓄熱量に対応する値が発電不許可限界閾値（上記例では貯湯槽２内の全ての湯が４５度以上の値）以上の時には発電装置１による発電が停止するが、貯湯槽２内の湯の蓄熱量に対応する値が発電不許可限界閾値よりわずかに小さい値の場合、発電装置１の稼動が行われるものの、すぐに発電不許可限界閾値に達してしまって発電装置１が停止してしまうことになる。

そして、電力需要が継続している場合に、貯湯槽２内の湯が使用されて、再び、貯湯槽２内の湯の蓄熱量に対応する値が発電不許可限界閾値より小さくなると、再び発電装置１は稼動し、発電装置１の稼動と停止とが繰り返されることになり、発電装置１の効率低下や寿命低下を招く問題があった。

つまり、発電装置１は、貯湯槽２の蓄熱が少なく、かつ、電力需要があるときに稼動することが効率のよい運転となり、また、連続して稼動する方が、稼動と停止とを繰り返し行うよりも効率良く稼動できるので、多くの電力需要がある時に発電装置１を稼動させることが効率を上げる上で望ましく、また、稼動と停止とを繰り返すこと無く稼動することが、発電装置１の寿命を長くする上で好ましい。

しかしながら、従来は、発電装置１の効率や寿命を考慮した運転を行っていなかったために、上記のように、発電装置１の効率低下や寿命低下を招くおそれがあった。

本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、コジェネレーション給湯熱源装置の発電装置を効率的に稼動することができ、発電装置の寿命を長くできる給湯熱源システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、発電装置の排熱を利用して貯湯槽に蓄積した湯を給湯先に給湯するコジェネレーション給湯熱源装置を備えた給湯熱源システムにおいて、前記貯湯槽内の湯の蓄熱量に対応する値が予め定められる発電許可限界閾値未満の時には発電装置による発電が可能であり、前記貯湯槽内の湯の蓄熱量に対応する値が発電不許可限界閾値以上の時には発電装置による発電が停止する構成と成しており、前記コジェネレーション給湯熱源装置の稼動状況の蓄熱量検出に関するモニタ情報に基づき貯湯槽内の湯の蓄熱量に対応する値を検出蓄熱値として求める蓄熱量検出部と、前記発電装置の稼動状況を検出する発電装置稼動状況検出部と、該発電装置稼動状況検出部から得られる情報と時計機構から得られる時刻情報とに基づいて、１日の整数倍（１以上の整数倍）を周期とする設定周期ごとの時間軸上の各時刻に対する発電装置を利用した電力使用量のデータを検出する電力使用量データ検出部と、該電力使用量データ検出部により検出した検出データを蓄積して該蓄積データに基づき前記設定周期ごとの時間軸上の時刻と発電装置利用の電力使用量との関係を電力使用量関係データとして学習記憶する電力使用量関係データ学習記憶部と、前記設定周期ごとの時間軸上の各時刻に対する給湯使用量のデータを流量センサから得られる給湯流量の情報と時計機構から得られる時刻情報とに基づいて検出する給湯使用量データ検出部と、該給湯使用量データ検出部により検出した検出データを蓄積して該蓄積データに基づき前記設定周期ごとの時間軸上の時刻と給湯使用量との関係を給湯使用量関係データとして学習記憶する給湯使用量関係データ学習記憶部とを有し、前記検出蓄熱値と前記電力使用量関係データと前記給湯使用量関係データとを参照し予め定めた設定電力量以上の電力需要があると予測される時に前記検出蓄熱量が前記発電許可限界閾値より小さい予め定めた発電一時停止用設定値以上のときには、予め定めた設定時間以内に予め定められた設定給湯量以上の給湯需要があるか否かを判断し、前記設定時間以内に前記設定給湯量以上の給湯需要があると予測されるときにはこの予測される設定給湯量以上の給湯が開始されてから予め定めた設定経過時間が経過するまで発電装置を稼動せずに前記設定給湯量以上の給湯の開始から前記設定経過時間が経過してから発電装置を駆動させる発電装置稼動制御部を有する構成をもって課題を解決する手段としている。

また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記貯湯槽の湯を送水して浴槽を含む一つ以上の給湯先に給湯する給湯路が設けられており、設定給湯量以上の給湯は前記給湯路を介して前記浴槽に予め定めた量の湯を自動的に給湯する自動湯張りの給湯を含む構成をもって課題を解決する手段としている。

さらに、第３の発明は、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記コジェネレーション給湯熱源装置の貯湯槽と発電装置との間には該発電装置の排熱または前記発電装置の排熱吸収流体の熱を利用して貯湯槽内の水を加熱して湯にする手段が配備され、該手段によって形成された湯を貯湯槽に蓄積し、この貯湯槽の湯を前記給湯路を通して給湯先に供給する構成をもって課題を解決する手段としている。

さらに、第４の発明は、上記第１または第２または第３の発明の構成に加え、通水の水を加熱して作成した湯を給湯先に供給する機能を備えた補助給湯熱源装置がコジェネレーション給湯熱源装置と併設されており、該コジェネレーション給湯熱源装置の貯湯槽から送水される給湯の通路は補助給湯熱源装置の給水導入口に連通され、前記貯湯槽の湯のみを熱源として給湯を行うときは、貯湯槽の湯を非加熱駆動状態の補助給湯熱源装置を経由して給湯先へ給湯する構成と成した構成をもって課題を解決する手段としている。

さらに、第５の発明は、上記第１乃至第４のいずれか一つの発明の構成に加え、前記発電装置は水素と酸素を反応させて電気を発生する燃料電池とした構成をもって課題を解決する手段としている。

本発明によれば、予め定めた設定電力量以上の電力需要があると予測される時に貯湯槽内の蓄熱量に対応する値が発電許可限界閾値より小さい予め定めた発電一時停止用設定値以上のときには、予め定めた設定時間以内に予め定められた設定給湯量以上の給湯需要があるか否かを判断し、前記設定時間以内に前記設定給湯量以上の給湯需要があると予測されるときには、この予測される設定給湯量以上の給湯が開始されてから予め定めた設定経過時間が経過するまで発電装置を稼動せずに、前記設定給湯量以上の給湯の開始から前記設定経過時間が経過してから発電装置を駆動させる。

したがって、設定電力量以上の電力需要があるときには、できるだけ設定給湯量以上の給湯が開始されて貯湯槽内の湯が少なくなってから、前記電力需要に対応させて発電装置を稼動させることができ、発電装置を効率良く継続して稼動することができるので、発電装置を効率的に利用でき、かつ、発電装置の寿命を長くすることができる。

また、本発明において、貯湯槽の湯を送水して浴槽を含む一つ以上の給湯先に給湯する給湯路が設けられており、設定給湯量以上の給湯は前記給湯路を介して前記浴槽に予め定めた量の湯を自動的に給湯する自動湯張りの給湯を含む構成によれば、自動湯張りの給湯によって、使用者の使い勝手を損なうことなく貯湯槽内の湯を適宜使用して、上記効率的な発電装置の利用を行うことができる。

さらに、本発明において、コジェネレーション給湯熱源装置の貯湯槽と発電装置との間に配備された手段によって形成された湯を貯湯槽に蓄積し、この貯湯槽の湯を、貯湯槽に備えられた給湯路を通して給湯先に供給する構成によれば、コジェネレーション給湯熱源装置による湯の蓄積と、貯湯槽からの湯の給湯とを効率的に行うことができる。

さらに、本発明において、通水の水を加熱して作成した湯を給湯先に供給する機能を備えた補助給湯熱源装置がコジェネレーション給湯熱源装置と併設されており、コジェネレーション給湯熱源装置の貯湯槽から送水される給湯の通路は補助給湯熱源装置の給水導入口に連通され、前記貯湯槽の湯のみを熱源として給湯を行うときは、貯湯槽の湯を非加熱駆動状態の補助給湯熱源装置を経由して給湯先へ給湯する構成によれば、コジェネレーション給湯熱源装置の貯湯槽からの給湯の通路と補助給湯熱源装置の給水導入口とを連通させることにより、システム構成が簡単な複合システムを形成でき、効率的に給湯を行うことができる。

さらに、本発明において、発電装置は水素と酸素を反応させて電気を発生する燃料電池とした構成によれば、発電装置を燃料電池とすることによって、環境に悪影響を与える物質を排出することなく、コジェネレーション給湯熱源装置を運転できるので、環境に優しい給湯熱源システムを構築することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図２には、本発明に係る給湯熱源システムの一実施形態例のシステム構成が示されており、図１には、その制御構成が示されている。図２に示すように、本実施形態例は、発電装置１の排熱を利用して貯湯槽２に蓄積した湯を給湯先に給湯するコジェネレーション給湯熱源装置３と、通水の水を加熱して作成した湯を給湯先に供給する補助給湯熱源装置４とを併設した複合的な給湯システムである。給湯先は浴槽を含む複数設けられている。なお、コジェネレーション給湯熱源装置３において、図６と同様の構成についての重複説明は省略または簡略化する。

本実施形態例で適用している発電装置１は、例えば固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等の燃料電池により形成されており、水の電気分解の逆反応で、都市ガス等の燃料から取り出された水素２Ｈ^＋と空気中の酸素（１／２）Ｏ_２とを反応させて発電する装置である。

コジェネレーション給湯熱源装置３を有するシステムは、省エネルギー効果を奏することが可能なシステムとして注目されており、本実施形態例では、特に、発電装置１を燃料電池により形成することによって、環境に悪影響を与える物質を排出することなく、コジェネレーション給湯熱源装置３を運転でき、環境に優しい給湯熱源システムを構築することができる。

本実施形態例において、貯湯槽２の容量は例えば２００Ｌであり、貯湯槽２には、互いに間隔を介して貯湯槽内湯水温検出センサ１０１〜１１１が設けられている。また、貯湯槽２の下方側に設けられた排水弁５２は排水電磁弁５２である。

また、本実施形態例において、貯湯槽２内の湯の蓄熱量に対応する値が予め定められる発電許可限界閾値未満の時には発電装置１による発電が可能であり、貯湯槽２内の湯の蓄熱量に対応する値が発電不許可限界閾値以上の時には発電装置１による発電が停止する構成と成している。

本実施形態例において、前記発電許可限界閾値と前記発電不許可限界閾値は同じであり、貯湯槽２内の全ての湯が４５℃以上の値を、これらの発電許可限界閾値と発電不許可限界閾値としている。なお、発電許可限界閾値と発電不許可限界閾値はこの値に限らず適宜設定されるものであり、互いに異なる値としてもよい。

本実施形態例では、コジェネレーション給湯熱源装置３と補助給湯熱源装置４とは、湯水混合ユニット１０と接続通路４５を介して接続されており、コジェネレーション給湯熱源装置３の給湯路１２の出口側には、給湯路１２から送水される湯の流量を検出する流量センサ７０が設けられている。また、湯水混合ユニット１０には給水路１１の分岐通路１１ｂが接続されている。給水路１１には給水温度検出センサ１１２と減圧逆止弁６４が設けられている。

湯水混合ユニット１０は、前記給湯路１２の開閉を行う湯水開閉弁５４と、給湯路１２から送水される湯の流量を弁開度によって可変制御する湯水比例弁５５と、給水路１１から給水される水の流量を弁開度によって可変制御する湯水比例弁５６と、接続通路４５の入り口側に設けられた流量センサ７１とを有している。湯水開閉弁５４は電磁弁、湯水比例弁５５，５６はギアモータにより形成されている。給湯路１２の出口側には湯水温検出センサ１２０が設けられ、接続通路４５の入口側には、湯水温検出センサ１１８が設けられている。

補助給湯熱源装置４は、通水の水を加熱して作成した湯を給湯先に供給する機能を備えた装置であり、給湯器５（５ａ，５ｂ）を有して形成されている。給湯器５（５ａ，５ｂ）は、それぞれ燃焼室２３，２４を有している。給湯器５ａの燃焼室２３内には、バーナ６と、バーナ６の燃焼の給排気を行なう燃焼ファン８と、バーナ６の燃焼により加熱される給湯熱交換器１９とが設けられている。また、給湯器５ｂの燃焼室２４内には、バーナ７と、バーナ７の燃焼の給排気を行なう燃焼ファン９と、バーナ７の燃焼により加熱される追い焚き熱交換器２５とが設けられている。

バーナ６，７には、それぞれのバーナ６，７に燃料を供給するガス管２１，２２が接続されており、これらのガス管２１，２２は、ガス管２０から分岐形成されている。ガス管２０には、ガス開閉弁８０が介設されており、ガス管２１には、ガス比例弁８６とガス開閉弁８１，８２，８３が、ガス管２２には、ガス比例弁８７とガス開閉弁８４，８５がそれぞれ介設されている。これらの弁８０〜８７はいずれも電磁弁により形成されており、ガス開閉弁８０〜８５は、対応するバーナ６，７への燃料供給・停止を制御し、ガス比例弁８６，８７は、対応するバーナ６，７への供給燃料量を弁開度でもって制御する。

前記給湯熱交換器１９の入口側には給水導入通路１８が設けられており、この給水導入通路１８は前記接続通路４５に接続されている。給水導入通路１８の入り口側には、給水導入通路１８を流れる湯水の量を検出する流量センサ７３が設けられている。

給湯熱交換器１９の出口側には給湯通路２６が設けられており、給湯通路２６の先端側は、分岐通路９０と湯水経路切替弁５８を介して前記給水導入通路１８に接続されている。給湯通路２６には、分岐通路９０の分岐部よりも下流側に出湯湯温検出センサ１１３が設けられ、給湯熱交換器１９側に出湯湯温検出センサ１１４が設けられている。なお、前記給湯熱交換器１９の途中部には過熱防止装置（サーモスタット）１１５が設けられている。

前記追い焚き熱交換器２５の一端側には往管９１の一端側が接続され、往管９１の他端側は循環金具９７を介して浴槽１２６に連通接続されている。また、追い焚き熱交換器２５の他端側には通路９３が接続され、通路９３の他端側は循環ポンプ９４の吐出口に接続されている。循環ポンプ９４の吸入口には戻り管９６の一端側が接続され、戻り管９６の他端側は前記循環金具９７を介して浴槽１２６に連通接続されている。戻り管９６には浴槽湯水温検出センサ１２７が設けられている。

往管９１と追い焚き熱交換器２５と通路９３と循環ポンプ９４と戻り管９６とによって、浴槽１２６の湯水を循環ポンプ９４の駆動により循環させて浴槽内の湯水を追い焚きするための追い焚き循環通路９９が形成されている。

また、前記給湯通路２６には、分岐通路９０の形成部および出湯湯温検出センサ１１３の配設部よりも下流側に、給湯熱源から浴槽１２６への給湯の通路としての風呂用注湯導入通路９５が接続され、風呂用注湯導入通路９５は、前記通路９３に接続されている。風呂用注湯導入通路９５には、湯水開閉弁５９、逆止弁９２、流量センサ７４、水位センサ１２５が設けられている。水位センサ１２５は、水圧により浴槽１２６の水位を検出する。

前記給湯熱交換器１９から給湯通路２６と風呂用注湯導入通路９５、通路９３、追い焚き熱交換器２５、往管９１を順に通って浴槽１２６に至るまでの通路によって湯張り通路が構成されている。

なお、図２においては、給湯先として、台所等の給湯場所と浴槽１２６を示しているが、シャワー等の適宜の給湯先に湯を供給する、様々な態様の給湯システムを構成できる。

本実施形態例のシステム構成は以上のように構成されており、次に、図１に示す制御装置４４の制御構成について説明する。制御装置４４は、蓄熱量検出部３５、選択制御部３６、燃焼制御部４２、時計機構４１、給湯使用量データ検出部３７、給湯使用量関係データ学習記憶部３８、発電装置稼動状況検出部４７、電力使用量データ検出部３９、発電装置稼動制御部４８、電力使用量関係データ学習記憶部４３、自動湯張り制御部４０を有している。

蓄熱量検出部３５は、コジェネレーション給湯熱源装置３の稼動状況の蓄熱量検出に関するモニタ情報に基づき、貯湯槽２内の湯の蓄熱量に対応する値を検出蓄熱値として求めるものである。前記モニタ情報は、例えば貯湯槽内湯水温検出センサ１０１〜１１１による検出温度の情報や、発電装置１の稼動時間の情報等である。発電装置１の稼動時間は、例えば発電装置１のオンオフ情報と時計機構４１から得られる時間情報とにより得ることができる。なお、排熱湯導入通路１４に流量センサを設ければ、この流量センサの情報から発電装置１の稼動時間の情報を得ることもできる。

ここで、貯湯槽２内の湯の蓄熱量に対応する値の求め方の一例を示す。蓄熱量検出部３５は、例えば前記モニタ情報として、貯湯槽内湯水温検出センサ１０１〜１１１による検出温度の情報を取り込み、貯湯槽内湯水温検出センサ１０５による検出温度が約６０℃であり、貯湯槽内湯水温検出センサ１０６による検出温度が約２０℃であるとすると、図６の破線Ａで示したような、貯湯槽２内の水と湯との境界線が貯湯槽内湯水温検出センサ１０５と貯湯槽内湯水温検出センサ１０６との間にあり、貯湯槽２内には、約６０℃の湯が約８０Ｌ蓄積されていると判断する。

なお、このように、貯湯槽内湯水温検出センサ１０１〜１１１による検出温度の情報に基づいて求められる貯湯槽２内の湯の蓄熱量に対応する値は、直接的な計測により得られる値であるので、貯湯槽２内の湯の蓄熱量と呼ぶこともできるが、本出願においては、上記のようにして求められる値も、蓄熱量に対応する値と称している。

また、蓄熱量検出部３５に、発電装置１の稼動による単位時間ごとの湯の蓄積量を予め与えておき、この量が、例えば毎分２Ｌだとすると、時計機構４１から得られる発電装置１の時間情報が３０分経過したときに、蓄熱量検出部３５は、貯湯槽２内には、約６０℃の湯が６０Ｌ蓄積されていると判断する。このように、蓄熱量検出部３５は、時計機構４１から得られる発電装置１の稼動時間情報に基づき、貯湯槽２内の湯量を時々刻々と検出することができ、貯湯槽２の蓄熱量に対応する値を求められる。

さらに、蓄熱量検出部３５は、貯湯槽２内の湯の使用量を、例えば流量センサ７０の検出データから算出し、この値を貯湯槽２内に蓄積されている湯量から差し引くことにより、貯湯槽２内に残っている湯量を時々刻々と検出することができるし、湯の蓄積時からの経過時間によって貯湯槽２内に蓄積されている湯の温度を推定することができ、貯湯槽２の蓄熱量に対応する値を求められる。

選択制御部３６は、給湯熱源の選択制御部であり、例えば前記蓄熱量検出部３５により求められた蓄熱量に対応する値（検出蓄熱値）が、給湯熱源選択用に予め定めた下部閾値以下に低下したときは給湯熱源を前記貯湯槽２から補助給湯熱源装置４へ切替えて給湯を行い、蓄熱量検出部３５により求められた貯湯槽２内の湯の蓄熱量に対応する値が給湯熱源選択用に予め定めた上部閾値以上に上昇したときは給湯熱源を前記補助給湯熱源装置４からコジェネレーション給湯熱源装置３の貯湯槽２へ切替えて給湯を行う。なお、選択制御部３６による給湯熱源の選択制御は、特に限定されるものでなく適宜設定されるものである。

本実施形態例においては、コジェネレーション給湯熱源装置３の貯湯槽２から送水される給湯の通路（給湯路１２）は補助給湯熱源装置４の給水導入口に連通されており、前記貯湯槽２の湯のみを熱源として貯湯槽２内から設定温度以上の湯を送水する時は、貯湯槽２の湯を非加熱駆動状態の補助給湯熱源装置４を経由して給湯先へ給湯する構成と成している。

つまり、貯湯槽２の湯を熱源として給湯を行うときは、選択制御部３６は、湯水開閉弁５４を開き、湯水比例弁５５、５６の開弁量を適宜調節して、貯湯槽２内の湯を、給水通路１１からその分岐通路１１ｂを介して給水される水と混合して設定温度の湯として非加熱駆動状態の補助給湯熱源装置４に送る。そして、例えば補助給湯熱源装置４に導入された設定温度の湯を、湯水経路切替弁５８を切替えて分岐通路９０を通して台所等の適宜の給湯先へ給湯したり、湯水開閉弁５９を開き、風呂用注湯導入通路９５と前記湯張り通路を通して湯張りを行ったりする。

また、選択制御部３６は、給湯熱源を補助給湯熱源装置４に切り替えたときは、例えば湯水開閉弁５４を閉じ、給水路１１から分岐通路１１ｂを介して湯水混合ユニット１０に導入される水を、接続通路４５を介して給湯器５ａに導入すると共に、給湯器５ａの燃焼制御部４２に指令を与え、給湯器５ａを稼動させて補助給湯熱源装置４による給湯を行う。

燃焼制御部４２は、前記選択制御部３６が補助給湯熱源装置４からの給湯動作を選択したときには、流量センサ７３の検出流量を参照しながら、ガス開閉弁８１，８２，８３の少なくとも一つを開き、ガス比例弁８６の開弁量を調節してバーナ６に供給されるガス量を調節すると共に、燃焼ファン８の風量調節を行い、給湯熱交換器１９を通って出湯される湯が設定温度の湯となるようにバーナ６の燃焼制御を行う。

発電装置稼動状況検出部４７は、前記発電装置１の稼動状況を検出し、この検出信号を電力使用量データ検出部３９に加える。なお、前記のように、蓄熱量検出部３５が発電装置１の稼動状況に基づいて貯湯槽２の蓄熱量を検出する場合は、発電装置稼動状況検出部４７の検出情報を蓄熱量検出部３５が取り込んでもよい。

電力使用量データ検出部３９は、発電装置稼動状況検出部４７から得られる情報（発電装置稼動状況検出部４７の検出情報）と時計機構４１から得られる時刻情報とに基づいて、１日の整数倍（１以上の整数倍）を周期とする設定周期ごとの時間軸上の各時刻に対する発電装置１を利用した電力使用量のデータを検出する。そして、この検出データを電力使用量関係データ学習記憶部４３に加える。

電力使用量関係データ学習記憶部４３は、電力使用量データ検出部３９により検出した検出データを蓄積して該蓄積データに基づき前記設定周期ごとの時間軸上の時刻と発電装置利用の電力使用量との関係を電力使用量関係データとして学習記憶する。なお、図３（ａ）に、電力使用量関係データの一例が示されている。

給湯使用量データ検出部３７は、前記設定周期ごとの時間軸上の各時刻に対する給湯使用量のデータを、流量センサ７３，７４からそれぞれ得られる給湯流量の情報と時計機構４１から得られる時刻情報とに基づいて検出する。流量センサ７３から得られる給湯流量の情報はシステム全体で使用される給湯流量の情報であり、流量センサ７４から得られる給湯流量の情報は、浴槽１２６に給湯される給湯流量の情報である。給湯使用量データ検出部３７は、検出データを給湯使用量関係データ学習記憶部３８に加える。

給湯使用量関係データ学習記憶部３８は、給湯使用量データ検出部３７により検出した検出データを蓄積して、該蓄積データに基づき、前記設定周期ごとの時間軸上の時刻と給湯使用量との関係を関係データとして学習記憶する。

本実施形態例では、上記のように、給湯熱源システム全体で使用される給湯流量の情報を流量センサ７３から得られる給湯流量の情報から得て、かつ、浴槽１２６に給湯される給湯流量の情報を流量センサ７４から得られる給湯流量の情報から得ることができる。

したがって、本実施形態例において、給湯使用量関係データ学習記憶部３８は、給湯使用量データ検出部３７により検出した検出データの蓄積データに基づき、前記設定周期ごとの時間軸上の時刻とシステム全体の給湯使用量との関係を関係データとして学習記憶すると共に、前記設定周期ごとの時間軸上の時刻と浴槽１２６への給湯使用量との関係を関係データとして学習記憶する。なお、図３（ｂ）に、システム全体の給湯使用量関係データの一例が示されている。

自動湯張り制御部４０は、例えばリモコン等の操作部（図示せず）によって入浴時刻がタイマーセットされた場合、このタイマーセットされた入浴時刻に対応させて湯張り開始時刻を逆算設定し、この逆算設定した時刻（湯張り開始予定時刻）に浴槽１２６への湯張りを開始させる。この湯張りは、前記選択制御部３６により選択した給湯熱源から行われる。

発電装置稼動制御部４８には、前記発電許可限界閾値より小さい予め定めた発電一時停止用設定値が、予め定められた設定給湯量以上の給湯需要に対応する貯湯槽内２の湯の蓄熱量に対応する値により与えられている。

発電装置稼動制御部４８は、予め定めた設定電力量以上の電力需要があると予測される時に前記検出蓄熱量が前記発電一時停止用設定値以上のときには、予め定めた設定時間以内に予め定められた設定給湯量以上の給湯需要があるか否かを判断する。

そして、発電装置稼動制御部４８は、前記設定時間以内に前記設定給湯量以上の給湯需要があると予測されるときには、この予測される設定給湯量以上の給湯が開始されてから予め定めた設定経過時間が経過するまで発電装置１を稼動せずに前記設定給湯量以上の給湯の開始から前記設定経過時間が経過してから発電装置１を駆動させる。

本実施形態例において、設定給湯量以上の給湯は、浴槽１２６に自動的に湯張りする自動湯張りの給湯を含むものである。発電装置稼動制御部４８は、前記設定電力量以上の電力需要があると予測される時に前記検出蓄熱量が前記発電一時停止用設定値以上のときには、予め定めた設定時間以内に自動湯張りの給湯需要があるか否かを判断し、前記設定時間以内に自動湯張りが行われると予測されるときには、自動湯張り制御部４０から湯張り開始時刻の値を取り込み、自動湯張りが開始されてから予め定めた設定経過時間（例えば１０分）が経過するまで発電装置１を稼動しない。

なお、この間に電力需要がある時には、この電力は買電によりまかない、自動湯張りの開始から１０分後に、発電装置稼動制御部４８の指令に基づいて発電装置１を駆動させ、発電装置１による発電を行う。

本実施形態例は以上のように構成されており、選択制御部３６により選択された給湯熱源からの給湯や湯張りが行われ、また、給湯使用量データ検出部３７により前記設定周期における時間軸上の時刻と給湯使用量との関係が検出され、さらに、給湯使用量データ検出部３７の検出データの蓄積データに基づき、給湯使用量関係データ学習記憶部３８によって、前記設定周期ごとの時間軸上の時刻と給湯使用量との関係が関係データとして学習記憶される。

また、本実施形態例では、発電装置稼動状況検出部４７の検出情報に基づいて、電力使用量データ検出部３９が前記設定周期ごとの時間軸上の各時刻に対する前記発電装置を利用した電力使用量のデータを検出し、この検出データの蓄積データに基づき、電力使用量関係データ学習記憶部４３によって、前記設定周期ごとの時間軸上の時刻と発電装置１を利用した電力使用量との関係が電力使用量関係データとして学習記憶される。

そして、発電装置稼動制御部４８が、予め定めた設定電力量以上の電力需要があると予測される時に前記検出蓄熱量が前記発電一時停止用設定値以上のときには、予め定めた設定時間以内に予め定められた設定給湯量以上の給湯需要があるか否かを判断し、前記設定時間以内に前記設定給湯量以上の給湯需要があると予測されるときには、この予測される設定給湯量以上の給湯が開始されてから予め定めた設定経過時間が経過するまで発電装置１を稼動せずに前記設定給湯量以上の給湯の開始から前記設定経過時間が経過してから発電装置１を駆動させる。

つまり、発電装置稼動制御部４８は、予め定めた設定電力量以上の電力需要があると予測される時に前記検出蓄熱量が前記発電一時停止用設定値以上のときには、前記設定時間以内に自動湯張りが行われるか否かを判断し、前記設定時間以内に自動湯張りが開始されると予測されるときには、自動湯張り開始から例えば１０分といった設定経過時間経過するまで発電装置１を稼動せず、自動湯張りの開始から前記設定経過時間が経過してから発電装置１を駆動させる。

したがって、設定電力量以上の電力需要があるときには、自動湯張りの給湯によって、使用者の使い勝手を損なうことなく貯湯槽２内の湯を適宜使用して、貯湯槽２内の湯が少なくなってから、前記電力需要に対応させて発電装置１を稼動させることができ、発電装置１を効率良く継続して稼動することができる。そのため、発電装置１を効率的に利用でき、かつ、発電装置１の寿命を長くすることができる。

また、本実施形態例によれば、補助給湯熱源装置４とコジェネレーション給湯熱源装置３とを併設し、コジェネレーション給湯熱源装置３の貯湯槽２から送水される給湯の通路を補助給湯熱源装置４の給水導入口に連通し、貯湯槽２の湯のみを熱源として給湯を行うときは、貯湯槽２の湯を非加熱駆動状態の補助給湯熱源装置４を経由して給湯先へ給湯するので、システム構成が簡単な複合システムを形成でき、効率的に給湯を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な態様を採り得る。例えば、上記実施形態例では、発電装置稼動制御部４８は予め定めた設定電力量以上の電力需要があると予測される時に前記検出蓄熱量が前記発電一時停止用設定値以上のときには、前記設定時間以内に自動湯張りが行われるか否かを判断し、この自動湯張り開始時刻を基準として発電装置１の稼動制御を行うようにしたが、自動湯張り以外の給湯を設定給湯量以上の給湯として、上記判断や制御を行ってもよい。

また、上記実施形態例では、設定周期を１日としたが、設定周期は１日とは限らず１週間としてもよく、１日×１以上の整数に適宜設定されるものである。

さらに、上記実施形態例では、コジェネレーション給湯熱源装置３の発電装置１は燃料電池としたが、発電装置１はエンジンにより形成してもよく、コジェネレーション給湯熱源装置３を有する構成の給湯熱源システムとする場合に適用される発電装置１は、その排熱を利用して貯湯槽２に湯を蓄積できるならばよく、発電装置１の燃料や構成は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。

また、上記実施形態例では、コジェネレーション給湯熱源装置３の貯湯槽２と発電装置１との間には発電装置１の排熱を利用して貯湯槽２内の水を加熱して湯にする手段を配備したが、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、発電装置１の排熱吸収流体の熱を利用して貯湯槽２内の水を加熱して湯にする手段を配備して、該手段によって形成された湯を貯湯槽２に蓄積してもよい。

図４（ａ）に示す構成は、発電装置１の排熱吸収流体を循環させる循環管路６６を貯湯槽２内に通し、排熱吸収流体と貯湯槽２内の水との間で熱交換を行って、貯湯槽２内の水を湯にする。また、このとき、排熱吸収流体は、その熱を貯湯槽２内の水に与えることにより、冷却され、排熱吸収流体は冷却流体となって発電装置１に送られるものである。

また、図４（ｂ）に示す構成は、貯湯槽２と発電装置１との間に、例えば銅板等によって形成した熱交換部材６７を設け、発電装置１の排熱吸収流体を循環させる循環管路６６を熱交換部材６７に通し、また、熱交換部材６７には、貯湯槽２内の水を循環させる循環管路６８を設け、熱交換部材６７を介し、循環管路６６を通る排熱吸収流体と循環管路６８を通る水との間で熱交換させる。つまり、熱交換部材６７を介し、排熱吸収流体の熱を、循環管路６８を通る貯湯槽２内の水に与えて貯湯槽２内の水を湯にし、このとき、排熱吸収流体を冷却して冷却流体とするものである。

また、上記実施形態例では、給水路１１を、湯水混合ユニット１０を介して補助給湯熱源装置４の給水導入通路１８に接続したが、図５（ａ）に示すように、給水路１１を、弁６９を介して給湯通路２６側に接続してもよいし、図５（ｂ）に示すように、給水路１１を、弁６９を介して、給水導入通路１８と給湯通路２６の両方に接続してもよい。

さらに、上記実施形態例では、コジェネレーション給湯熱源装置３の貯湯槽２の給湯路１２を、湯水混合ユニット１０と接続通路４５を介して補助給湯熱源装置４の給水導入口に連通したが、本発明は、コジェネレーション給湯熱源装置３と補助給湯熱源装置４とを別個に設けて併設してもよい。

さらに、上記実施形態例では、コジェネレーション給湯熱源装置３と補助給湯熱源装置４とを有する複合的な給湯システムとしたが、補助給湯熱源装置４を省略した給湯システムとしてもよい。この場合、例えば選択制御部３６等の、複合給湯システムに特有の構成は省略される。

本発明に係る給湯熱源システムの一実施形態例の制御構成を示す要部構成図である。 本発明に係る給湯熱源システムの一実施形態例のシステム構成を模式的に示す要部構成図である。 上記実施形態例において学習記憶される給湯や電力の使用量データ例を示すグラフである。 本発明に係る給湯熱源システムの他の実施形態例における発電装置と貯湯槽との接続例を示す説明図である。 本発明に係る給湯熱源システムの他の実施形態例に適用される補助給湯熱源装置とコジェネレーション給湯熱源装置の給水路との接続構成を模式的に示す要部説明図である。 コジェネレーション給湯熱源装置の構成例とその動作を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１ 発電装置
２ 貯湯槽
３ コジェネレーション給湯熱源装置
４ 補助給湯熱源装置
５ 給湯器
３５ 蓄熱量検出部
３６ 選択制御部
３７ 給湯使用量データ検出部
３８ 給湯使用量関係データ学習記憶部
３９ 電力使用量データ検出部
４０ 自動湯張り制御部
４１ 時計機構
４２ 燃焼制御部
４３ 電力使用量関係データ学習記憶部
４４ 制御装置
４８ 発電装置稼動制御部
７０，７３，７４ 流量センサ
１０１〜１１１ 貯湯槽内湯水温検出センサ

Claims (5)

1. 発電装置の排熱を利用して貯湯槽に蓄積した湯を給湯先に給湯するコジェネレーション給湯熱源装置を備えた給湯熱源システムにおいて、前記貯湯槽内の湯の蓄熱量に対応する値が予め定められる発電許可限界閾値未満の時には発電装置による発電が可能であり、前記貯湯槽内の湯の蓄熱量に対応する値が発電不許可限界閾値以上の時には発電装置による発電が停止する構成と成しており、前記コジェネレーション給湯熱源装置の稼動状況の蓄熱量検出に関するモニタ情報に基づき貯湯槽内の湯の蓄熱量に対応する値を検出蓄熱値として求める蓄熱量検出部と、前記発電装置の稼動状況を検出する発電装置稼動状況検出部と、該発電装置稼動状況検出部から得られる情報と時計機構から得られる時刻情報とに基づいて、１日の整数倍（１以上の整数倍）を周期とする設定周期ごとの時間軸上の各時刻に対する発電装置を利用した電力使用量のデータを検出する電力使用量データ検出部と、該電力使用量データ検出部により検出した検出データを蓄積して該蓄積データに基づき前記設定周期ごとの時間軸上の時刻と発電装置利用の電力使用量との関係を電力使用量関係データとして学習記憶する電力使用量関係データ学習記憶部と、前記設定周期ごとの時間軸上の各時刻に対する給湯使用量のデータを流量センサから得られる給湯流量の情報と時計機構から得られる時刻情報とに基づいて検出する給湯使用量データ検出部と、該給湯使用量データ検出部により検出した検出データを蓄積して該蓄積データに基づき前記設定周期ごとの時間軸上の時刻と給湯使用量との関係を給湯使用量関係データとして学習記憶する給湯使用量関係データ学習記憶部とを有し、前記検出蓄熱値と前記電力使用量関係データと前記給湯使用量関係データとを参照し予め定めた設定電力量以上の電力需要があると予測される時に前記検出蓄熱量が前記発電許可限界閾値より小さい予め定めた発電一時停止用設定値以上のときには、予め定めた設定時間以内に予め定められた設定給湯量以上の給湯需要があるか否かを判断し、前記設定時間以内に前記設定給湯量以上の給湯需要があると予測されるときにはこの予測される設定給湯量以上の給湯が開始されてから予め定めた設定経過時間が経過するまで発電装置を稼動せずに前記設定給湯量以上の給湯の開始から前記設定経過時間が経過してから発電装置を駆動させる発電装置稼動制御部を有することを特徴とする給湯熱源システム。
2. 貯湯槽の湯を送水して浴槽を含む一つ以上の給湯先に給湯する給湯路が設けられており、設定給湯量以上の給湯は前記給湯路を介して前記浴槽に予め定めた量の湯を自動的に給湯する自動湯張りの給湯を含むことを特徴とする請求項１記載の給湯熱源システム。
3. コジェネレーション給湯熱源装置の貯湯槽と発電装置との間には該発電装置の排熱または前記発電装置の排熱吸収流体の熱を利用して貯湯槽内の水を加熱して湯にする手段が配備され、該手段によって形成された湯を貯湯槽に蓄積し、この貯湯槽の湯を前記給湯路を通して給湯先に供給する構成と成していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の給湯熱源システム。
4. 通水の水を加熱して作成した湯を給湯先に供給する機能を備えた補助給湯熱源装置がコジェネレーション給湯熱源装置と併設されており、該コジェネレーション給湯熱源装置の貯湯槽から送水される給湯の通路は補助給湯熱源装置の給水導入口に連通され、前記貯湯槽の湯のみを熱源として給湯を行うときは、貯湯槽の湯を非加熱駆動状態の補助給湯熱源装置を経由して給湯先へ給湯する構成と成したことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の給湯熱源システム。
5. 発電装置は水素と酸素を反応させて電気を発生する燃料電池とした請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の給湯熱源システム。

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