JP4295699B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents
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Description
風呂の湯張り運転の熱需要量は高い。貯湯槽内の蓄熱量が満杯となる時間帯(一般的に20〜21時頃)に湯張り運転を行なうのであれば、蓄熱量で熱需要量を十分に賄うことができる。しかし、貯湯槽内の蓄熱量が少量で風呂の湯張り運転の熱需要量を賄えない時に湯張り運転を行なうと、不足する熱量を給湯器による加熱によって補う必要がある。蓄熱以外の熱エネルギーを消費することとなって熱効率が悪い。また、貯湯槽の蓄熱量が満杯となるよりかなり早い時に風呂の湯張り運転が行なわれると、不足する熱量を給湯器による加熱によって補う必要があることに加え、風呂の湯張り運転終了後にも蓄熱が進むため、蓄熱された分の蓄熱が使用し切れずに余る可能性がある。余った蓄熱は次の日利用されるが、放熱分を考慮すると非効率的である。
特許文献1のコージェネレーション設備では、蓄熱量で熱需要量を賄い得るか否かを使用者に表示する。蓄熱量で熱需要量を賄い得ないときに、使用者がこの表示に従って熱使用を抑止したり電力使用を促進したりすれば、熱効率の高い運転を実践することができる。
本発明は、使用者の意向を踏まえ、かつエネルギー効率的に有利なタイミングで風呂の湯張り運転を行なうように誘導することができるコージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
本明細書中では、貯湯槽内の蓄熱量が満杯状態となることを、蓄熱量が最大となるという。発電に伴って発生する発電熱を蓄熱して利用するコージェネレーションシステムでは、蓄熱量が最大となると、それ以降に発生する発電熱を回収することができなくなる。その後も発電を継続するためには、発電熱を放熱しながら運転する必要がある。しかし、発電熱の放熱は熱効率の悪化に繋がる。また、システムによっては放熱手段を備えていないものもある。放熱手段を備えていなければ、やむを得ず発電を停止する。電力需要があるにもかかわらず発電を停止すれば、コージェネレーションシステム自体を有効利用できなくなる。
本発明のコージェネレーションシステムでは、使用者が設定した湯張り終了時刻を記憶している場合、その湯張り終了時刻から算出した湯張り開始時刻より前に蓄熱量が最大となった時、湯張り運転の開始時刻を早めて強制的に湯張り運転を開始する。蓄熱量が最大となった時に湯張り運転を行なうことによって、蓄熱を消費し、以降に発生する発電熱の回収を継続することができる。発電熱を放熱したり発電を停止させたりすることなく、蓄熱を有効に利用することができるため、熱効率の向上を図ることができる。
また、風呂の湯張り運転の熱需要量は大きく、蓄熱量が最大になる前に湯張り運転を行なえば、蓄熱だけで湯張り運転の熱需要を賄いきれないことがある。不足する熱量は給湯器での加熱によって補わなければならず、蓄熱以外の熱エネルギーを消費してしまう。本発明のコージェネレーションシステムでは、熱需要量の高い湯張り運転を蓄熱量が最大であるときに行なうため、蓄熱の不足が生じにくく、熱効率がよい。
本発明のコージェネレーションシステムでは、使用者が設定した湯張り終了時刻から算出した湯張り開始時刻より前に蓄熱量が最大となると、蓄熱量が最大となった時刻に湯張りを開始する。湯張り運転を通常のモードで行なえば、使用者が設定した湯張り終了時間より早く湯張り運転が終了する。この場合、使用者が意図しない時刻に湯張り運転が終了してしまい、使用感を悪化させる場合がある。本発明のコージェネレーションシステムのように、蓄熱量が最大となった時に湯張り運転を開始し、使用者が設定した湯張り終了時間に湯張り運転が終了するモードで湯張り運転を行なえば、使用感を損ねることなく、熱効率の向上を図ることができる。
通常の湯張り運転より湯張り終了時刻を遅らせる手法として、浴槽へ湯張りする温水の流量を低下させてもよいし、浴槽への湯張りを断続的にしてもよいし、湯張り運転の最後に行なう追焚きによる温度調整のみを遅らせてもよいし、これらをいくつか組合せて行なってもよい。これらの手法によって湯張りした場合の放熱損失を比較し、状況に合わせて選択することができる。
蓄熱量が最大となる前に熱需要量の高い湯張り運転を行なうと、蓄熱だけでは熱量が不足する場合がある。蓄熱が不足すると給湯器によって加熱する必要があり、熱効率は悪化する。蓄熱量が最大であるときに湯張り運転を行なうことが理想的である。
本発明のコージェネレーションシステムでは、使用者が設定した湯張り終了時刻から算出した湯張り開始時刻より後に蓄熱量が最大となることが予測されると、蓄熱量が最大となる時刻を湯張り開始時刻としたときの湯張り終了時刻を使用者に報知する。報知される湯張り終了時刻は、使用者が設定した湯張り終了時刻より遅いため、使用者が意図しない時刻である場合がある。使用者は、熱効率の向上を重視するのであれば、報知された湯張り終了時刻に変更すればよいし、湯張りの終了時刻を重視するのであれば、湯張り終了時刻を変更しなくてもよい。使用者の意思を反映した湯張り運転を行なうことができる、使い勝手のよいコージェネレーションシステムを提供することができる。
本発明のコージェネレーションシステムでは、使用者が湯張り運転を予約する時、湯張り終了時刻の時間幅を設定する。この湯張り終了時刻の時間幅内に湯張り運転を終了させることができる湯張り開始時刻の時間幅を算出し、この湯張り開始時刻の時間幅内で予測手段が予測する蓄熱量がピークとなる時に湯張り運転を開始させる。この湯張り開始時刻の予測蓄熱量は、あくまでも湯張り開始時刻の時間幅内でのピーク値であるため、湯張り運転の熱需要量を下回る場合もある。しかし、使用者は設定した湯張り終了時刻の時間幅内に湯張り運転が終了することを希望している。従って、算出した湯張り開始時刻に湯張り運転を開始することによって、使用者が設定した湯張り終了時刻の時間幅内に湯張り運転を終了させることができる湯張り開始時刻の時間幅内において、蓄熱量がピークとなる時刻に湯張り運転を開始することができる。使用者の意思を反映した最も好ましいタイミングで湯張り運転を行なうことができる。
(形態1)
風呂の湯張り運転の予約を行なうとき、入浴可能となる時刻である湯張り終了時刻を設定する。
(形態2)
貯湯槽の下部に設けられたサーミスタ等の温度検出手段が検出する温度が所定温度以上であるとき、蓄熱量が最大であるとみなす。
(形態3)
蓄熱量が最大量に達し、風呂の湯張り運転の予約がされていないとき、発電熱の放熱手段を備えていれば発電熱を放熱しながら発電を継続し、発電熱の放熱手段を備えていなければ発電を停止する。
(形態4)
湯張り運転を開始し、追焚き用の経路内で浴槽内に貯湯された温水を循環させることができる最少量以上の積算流量の温水が浴槽内に湯張りされたとき、浴槽内の温水を追焚き用の経路内で循環させることができるか否かを判定する。循環させることができれば、浴槽の排水口が閉じているものとみなして湯張り運転を継続し、循環させることができなければ、浴槽の排水口が開いているものとみなして湯張り運転を中止する。湯張り運転の中止後、発電熱の放熱手段を備えていれば発電熱を放熱しながら発電を継続し、発電熱の放熱手段を備えていなければ発電を停止する。
(形態5)
使用者が湯張り終了時刻や湯張り終了時刻の時間幅を設定したり、システムが選択して実施しようとする湯張り運転の開始時刻や終了時刻を表示したり、システムで算出された湯張り終了時刻を報知したりする手段として、給湯器リモコンを用いる。
本発明のコージェネレーションシステムを具現化した第1実施例を図面を参照しながら説明する。図1は本実施例に係るコージェネレーションシステムの系統図である。
本実施例のコージェネレーションシステムは、図1に示すように、発電ユニット110と給湯システム10等を備えている。
発電ユニット110は、改質器112、燃料電池114、熱交換器116、118、熱媒放熱器120、熱媒三方弁122、それらを接続する経路等を備えている。
改質器112には、バーナ131が設けられている。バーナ131が作動して熱を発生すると、改質器112は炭化水素系のガスから水素ガスを生成する。熱交換器116を燃焼ガス経路126が通過している。燃焼ガス経路126の一端は改質器112に接続され、他端は外部に開放されている。燃焼ガス経路126は、熱交換器116にバーナ131が発生する燃焼ガスを導き、熱交換によって温度が低下した燃焼ガスを外部に排出する。熱交換器116には、循環経路128も通過している。循環経路128は、循環復路128aと、循環往路128bから構成されており、給湯システム10と接続される。循環経路128が給湯システム10にどのように接続されているのかについては、後述にて詳細に説明する。循環経路128は温水を流通させる。循環経路128を流れる温水は、熱交換器116を通過することによって燃焼ガス経路126を流れる燃焼ガスによって加熱され、温度が上昇する。
熱媒循環経路124は、燃料電池114、熱交換器118、リザーブタンク125、熱媒ポンプ127、熱媒三方弁122を通って燃料電池114に戻る循環経路を形成している。熱媒循環経路124の燃料電池114の下流側には、熱媒温度センサ117が装着されている。熱媒温度センサ117は、熱媒循環経路124を流れる熱媒の温度を検出する。熱媒温度センサ117の検出信号は、給湯システム10に装着されているコントローラ21に出力される。
熱媒三方弁122は、1つの入口122aと、2つの出口122b,122cを備えている。熱媒三方弁122は、入口122aと出口122bを連通させるか、入口122aと出口122cを連通させるかを切換える。
熱媒三方弁122の出口122bと、熱媒循環経路124の熱媒三方弁122の出口122cの下流側とを接続する冷却経路129が設けられている。熱媒循環経路124と冷却経路129は熱媒としての純水を流通させる。冷却経路129の途中には熱媒放熱器120が装着されている。熱媒放熱器120に隣接して熱媒冷却ファン119が設けられている。熱媒冷却ファン119を運転すると、空気が熱媒放熱器120に吹付けられ、冷却経路129を流れる熱媒が冷却される。
改質器112、燃料電池114、バーナ131、熱媒三方弁122、熱媒ポンプ127、熱媒冷却ファン119は、コントローラ21によって制御される。
熱媒温度センサ117が検出した熱媒温度が高くなりすぎると、発電熱の回収が不十分となってしまうため、発電熱の放熱を行なう。熱媒三方弁122の入口122aと出口122bが連通され、同時に熱媒冷却ファン119が運転される。熱媒三方弁122の入口122aと出口122bが連通されると、熱媒は冷却経路129に流入し、熱媒放熱器120を通過する。熱媒は、熱媒放熱器120を通過することによって冷却される。熱媒放熱器120は、熱媒冷却ファン119から空気が吹付けられることにより、高い効率で熱を放熱する。熱媒の温度が低下すると、熱媒三方弁122の入口122aと出口122cが再び連通される。このような熱媒三方弁122の切換えが繰返されることにより、熱媒の温度は、所定範囲内に維持される。
貯湯槽20の底部には、貯湯槽20に水道水を給水する給水経路26が接続されている。給水経路26の入口26aの近傍には、減圧弁28が装着されている。給水経路26の減圧弁28の下流側とミキシングユニット24の給水入口24aは、ミキシングユニット給水経路30によって接続されている。減圧弁28は、貯湯槽20とミキシングユニット24への給水圧力を調整する。貯湯槽20内の温水が減少したり、ミキシングユニット24の給水入口24aが開いたりすると、減圧弁28の下流側圧力が低下する。減圧弁28は、下流側圧力が低下すると開き、その圧力を所定の調圧値に維持しようとする。このため、貯湯槽20内の温水が減少したり、ミキシングユニット24の給水入口24aが開いたりすると、それらに水道水が給水される。
貯湯槽20には、調圧値に調圧された水が貯められる。貯湯槽20は、調圧値に耐えられる耐圧容器で形成されている。貯湯槽20の上部には出口部20aが設けられており、さらにその上にリリーフ弁31が装着されている。リリーフ弁31の開弁圧力は、減圧弁28の調圧値よりも僅かに大きく設定されている。減圧弁28の調圧が不能になった場合には、リリーフ弁31が開き、貯湯槽20内の圧力が耐圧々力を超えるのを防止する。リリーフ弁31には、圧力開放経路32の一端32aが接続されている。圧力開放経路32の他端32bは貯湯槽20の外部に開放されている。
貯湯槽20の底部と、圧力開放経路32の他端32b近傍を接続する排水経路33が設けられている。排水経路33の途中には排水弁34が装着されている。排水弁34は手動で開閉することができる。排水弁34を開くと、貯湯槽20内の水が排水経路33と開放経路32を通って外部に排水される。
循環ポンプ40が作動すると、貯湯槽20の底部から温水が吸出される。貯湯槽20から吸出された温水は、循環往路128bを流れてから発電ユニット110の熱交換器118、116を通過することによって加熱されて温度が上昇する。温度が上昇した温水は、循環復路128aを流れて貯湯槽20の上部に戻される。このように、貯湯槽20の底部から吸出された温水が、発電ユニット110の熱交換器118、116によって加熱されてさらに高温になり、貯湯槽20の上部に戻される循環が行われることにより、貯湯槽20に高温の温水が貯えられる。貯湯槽20内の温度が低い状態から、貯湯槽20に発電ユニット110からの高温の温水が戻されると、貯湯槽20の上部に高温の温水が戻されることから、冷水層の上部に高温層が積層した状態(以下、「温度成層」と言う)が形成される。高温層よりも深い部分の水の温度は急激に低下する。発電中に、貯湯槽20の底部から低温の温水が吸出され、上部に高温の温水が戻され続けると、高温層は低温層と交じり合うことなく、低温層の厚さ(深さ)は次第に小さくなり、高温層の厚さ(深さ)は次第に大きくなる。貯湯槽20にフルに蓄熱された状態では、貯湯槽20の全体に高温の温水が貯まった状態になる。温度成層が形成されることにより、貯湯槽20にフルに蓄熱が行われていなくても、貯湯槽20の最上部に設けられている出口部20aからは、高温の温水が送り出される。一方、貯湯槽20の温水が利用されると、貯湯槽20の上部の高温の温水が吸出され、底部から水道水が入水すると、高温層の厚さ(深さ)は次第に小さくなり、低温層の厚さ(深さ)は次第に大きくなる。貯湯槽20内の温水を使い切ると、貯湯槽20内は水道水で満たされた状態となる。
ミキシングユニット24は、温水入口24c、混合水出口24b、第1流量センサ67、温水サーミスタ50、給水サーミスタ48、混合水サーミスタ54、ハイカットサーミスタ55、および既に説明した給水入口24aを有している。貯湯槽20の出口部20aとミキシングユニット24の温水入口24cは、温水経路42によって接続されている。第1流量センサ67は、混合水出口24bから流出する混合水の流量を検出する。温水サーミスタ50は、温水入口24cに流入する温水の温度を検出する。給水サーミスタ48は、給水入口24aに流入する水道水の温度を検出する。混合水サーミスタ54とハイカットサーミスタ55は、混合水出口24bから流出する混合水の温度を検出する。第1流量センサ67、温水サーミスタ50、給水サーミスタ48、混合水サーミスタ54、ハイカットサーミスタ55の検出信号は、コントローラ21に出力される。
コントローラ21とミキシングユニット24を組合せて用いることによって、混合水サーミスタ54で計測される混合水の温度は、コントローラ21が指令する温度に調整される。
コントローラ21は、ハイカットサーミスタ55によって温水が前記所定値を大きくオーバーしたことが検出された場合(すなわち、混合水サーミスタ54、あるいはミキシングユニット24が故障した可能性が高い場合)に、温水入口24cを閉じる。温水入口24cが閉じると、前記所定値を大きくオーバーした温度の温水が、給湯器22に供給されてしまうのが防止される。
ミキシングユニット24の混合水出口24bと給湯器22のバーナ熱交換器52(後述する)は、温水経路51によって接続されている。温水経路51には、第2流量センサ47が装着されている。第2流量センサ47の検出信号は、コントローラ21に出力される。
バーナ熱交換器52の下流側と給湯栓64は給湯栓経路63によって接続されている。給湯栓64は、浴室、洗面所、台所等に配置されている(図1では、これら複数の給湯栓64を1つで代表している)。給湯栓経路63には給湯サーミスタ65が装着されている。給湯サーミスタ65はバーナ熱交換器52から流出する温水の温度を検出する。給湯サーミスタ65の検出信号はコントローラ21に出力される。
シスターン61内には水位電極66が装着されている。水位電極66は、棒状のハイレベルスイッチ66aとローレベルスイッチ66bを有している。ハイレベルスイッチ66aの下端はシスターン61のハイレベル水位に位置している。ローレベルスイッチ66bの下端はシスターン61のローレベル水位に位置している。ハイレベルスイッチ66aとローレベルスイッチ66bは、水に触れていると検出信号をコントローラ21に出力する。コントローラ21は、水位電極66からの検出信号によって、シスターン61の水位がハイレベル水位を超えているか、ハイレベル水位とローレベル水位の間にあるか、ローレベル水位よりも低いかを判別する。シスターン61として適正なのは、水位がハイレベルとローレベルの間に位置している状態である。コントローラ21は、水位電極66からの水位検出信号に基づいて補給水弁59を開閉制御し、シスターン61の水位を適正範囲に維持する。
ガス燃焼式のバーナ57はバーナ熱交換器60を加熱する。バーナ熱交換器60の下流とシスターン61は高温水経路73によって接続されている。高温水経路73には、上流側から順に、暖房高温サーミスタ74、暖房端末熱動弁75、暖房端末機76が装着されている。
暖房高温サーミスタ74は、高温水経路73を流れる温水の温度を検出する。暖房高温サーミスタ74の検出信号はコントローラ21に出力される。
暖房端末熱動弁75は、膨張エレメントと、膨張エレメントと機械的に連結された開閉弁を内蔵している。暖房端末機76の操作スイッチ76aがオンにされると、暖房端末熱動弁75の膨張エレメントに通電が行われる。通電された膨張エレメントは高温になって膨張する。膨張した膨張エレメントは開閉弁を駆動し、これによって暖房端末熱動弁75が開かれる。また、操作スイッチ76aがオンにされると、コントローラ21は、暖房ポンプ69を作動させる。このように、操作スイッチ76aがオンにされたことによって、暖房端末熱動弁75が開かれるとともに、暖房ポンプ69が作動すると、シスターン61から温水が吸出される。コントローラ21は、暖房低温サーミスタ72と暖房高温サーミスタ74が検出した温水温度に基づいて、バーナ57を制御し、バーナ熱交換器60から流出する温水の温度を所定範囲に維持する。暖房端末機76の電動ファンは、操作スイッチ76aがオンにされると回転し、熱交換器76bに空気を吹付ける。熱交換器76bに吹付けられた空気は、熱交換器76bを介して温水と熱交換を行って暖められる。暖められた空気は暖房端末機76から吹出し、部屋を暖房する。熱交換器76bで空気と熱交換を行なうことによって、温水の温度は低下する。温度が低下した温水は高温水経路73を流れてシスターン61に戻る。
浴槽79には吸出口79aと供給口79bが設けられている。吸出口79aと供給口79bは風呂循環経路80によって接続されている。風呂循環経路80は追焚き熱交換器58を通過している。上述したように、追焚き経路77も追焚き熱交換器58を通過している。このため、追焚き熱交換器58では、風呂循環経路80と追焚き経路77との間で熱交換が行われる。風呂循環経路80の追焚き熱交換器58の上流側には、風呂水位センサ81、風呂循環ポンプ82、風呂水流スイッチ84が装着されている。風呂循環ポンプ82はコントローラ21によって制御される。風呂水位センサ81、湯張り量センサ83、風呂水流スイッチ84は、コントローラ21に検出信号を出力する。風呂水位センサ81は水圧を検出する。コントローラ21は、風呂水位センサ81が検出した水圧から、浴槽79に張られている湯の水位を推定する。風呂水流スイッチ84は風呂循環経路80を水が流れるとオンになる。
風呂循環経路80の風呂水位センサ81の上流側には、浴槽79から吸出された温水の温度を検出する風呂サーミスタ85が装着されている。風呂サーミスタ85の検出信号はコントローラ21に出力される。
浴槽79に湯を張るときには、注湯弁27が開かれる。注湯弁27が開かれると、温水が給湯栓経路63から湯張り経路25を経て風呂循環経路80に流入する。風呂循環経路80に流入した温水は、吸出口79aと供給口79bから浴槽79に供給され、浴槽79に湯張りされる。このときには、風呂循環ポンプ82は駆動されず、湯張り経路25に加わっている水圧によって浴槽79への湯張り運転が行われる。
シスターン出水経路68と三方弁86のCポート86cは、低温水経路70によって接続されている。低温水経路70の途中には、低温サーミスタ94、床暖房熱動弁90、床暖房機91が設けられている。低温サーミスタ94は、低温水経路70を流れる温水の温度を検出する。低温サーミスタ94の検出信号はコントローラ21に出力される。床暖房熱動弁90はコントローラ21によって制御される。床暖房機91は、低温水経路70を流れる温水によって床を暖める。
高温水経路73の暖房端末熱動弁75の上流側と、低温水経路70の床暖房機91の下流側とは、バイパス経路92によって接続されている。バイパス経路92の途中にはバイパス熱動弁93が装着されている。バイパス熱動弁93はコントローラ21によって開閉制御される。
床暖房を行なう場合には、床暖房熱動弁90が開かれ、温水が床暖房機91に導かれる。導かれた温水は、床暖房機91を暖める。床暖房を行なわない場合には、床暖房熱動弁90が閉じられる。
低温水戻り経路87が設けられており、三方弁86のBポート86bと、高温水経路73の暖房端末機76の下流側とを接続している。低温水戻り経路87には、低温戻りサーミスタ89が装着されている。低温戻りサーミスタ89は、低温水戻り経路87を流れる温水の温度を検出する。低温戻りサーミスタ89の検出信号はコントローラ21に出力される。
三方弁86のAポート86aと、低温水戻り経路87の途中とを接続する貯湯槽経路88が設けられている。貯湯槽経路88には、貯湯槽20の上部を通過する熱交換部88aが形成されている。
本実施例のコージェネレーションシステムでは、貯湯槽20の設けられた3つのサーミスタ(上部サーミスタ35、下部サーミスタ36、中間部サーミスタ39)がそれぞれ検出する温度と、給水サーミスタ48が検出する水道水温度と、貯湯槽20の上部の容積(上部容積とする)と、貯湯槽20の下部の容積(下部容積とする)と、貯湯槽20の中間部の容積(中間部容積とする)とを用い、蓄熱量を次の式から算出する。
蓄熱量={(上部サーミスタ検出温度−給水サーミスタ検出温度)×上部容積
+(下部サーミスタ検出温度−給水サーミスタ検出温度)×下部容積
+(中間部サーミスタ検出温度−給水サーミスタ検出温度)×中間部容積}
×4.19
上記の式によって算出された蓄熱量は蓄熱実績として経時的に記憶部に記憶される。
本実施例では、算出湯張り開始時刻が設定湯張り開始時刻より早いとき(ステップS18でYESのとき)、ステップS20に進む。算出湯張り開始時刻となったことが検出されると(ステップS20でYESとなると)、ステップS22に進み、設定湯張り開始時刻より前であっても、強制的に浴槽79内への湯張りを開始する。算出湯張り開始時刻が設定湯張り開始時刻より遅いとき(ステップS18でNOのとき)、処理Aに進む。処理Aについては図3を用いて後述する。
湯張り経路25から浴槽79へ湯張りが開始されると、湯張り量センサ83が検出する流量x(リットル/min)の積算を開始する{積算流量y(リットル)}。積算流量y(リットル)が6(リットル)となった時点で湯張りを一時停止させる。コントローラ21から風呂循環ポンプ82に駆動指令が出力され、風呂循環ポンプ82が駆動する。このとき、浴槽79内に風呂循環経路80を循環するだけの温水が貯湯されていれば、温水が風呂循環経路80を循環し、浴槽79内に風呂循環経路80を循環するだけの温水が貯湯されていなければ、温水が風呂循環経路80を循環することはない。温水が風呂循環経路80を循環すると、風呂水流スイッチ84がオンとなり、この信号がコントローラ21に出力される。即ち、風呂水流スイッチ84がオンとなるか否かを検出することによって、浴槽79内に風呂循環経路80を循環するだけの温水が貯湯されているか否かを判別することができる。積算流量y(リットル)が6(リットル)の時、風呂循環ポンプ82が駆動しても風呂水流スイッチ84がオンとならなければ、浴槽79への湯張りを再開する。積算流量y(リットル)が10(リットル)となった時、風呂循環ポンプ82を再駆動し、風呂水流スイッチ84がオンとなるか否かを検出する。以後、風呂水流スイッチ84がオンとなるまで、積算流量y(リットル)が4(リットル)増すごとに風呂循環ポンプ82を再駆動し、風呂水流スイッチ84がオンとなるか否かを検出する動作を繰返す。風呂水流スイッチ84がオンとなった時の積算流量y(リットル)は、浴槽に湯張りされた温水が風呂循環経路80を循環することができる最少の積算流量である。この時の積算流量y(リットル)を循環判定流量V(リットル)として記憶し、この時の水位を循環判定水位として記憶する。
風呂の湯張り運転を開始し、循環判定流量V(リットル)またはそれ以上の積算流量の温水が浴槽79に湯張りされたとき、風呂水流スイッチ84がオンされれば、風呂循環経路80内を循環するだけの温水が湯張りされ、浴槽79内の温水の水位が循環判定水位に達したと判断することができる。風呂水流スイッチ84がオンされれば、循環判定は成立したこととなる。
ステップS34に進み、設定湯張り終了時刻に湯張り運転が終了するように追焚き開始時刻を調整する。設定湯張り終了時刻は、ステップS12で使用者が設定した湯張り運転の終了時刻であり、ステップS16で算出湯張り開始時刻から算出された算出湯張り終了時刻より遅い時刻である。算出湯張り開始時刻に湯張り運転を開始して設定湯張り終了時刻に湯張り運転を終了するために、湯張り運転の最後に行なう追焚きによる湯温調整のタイミングを遅らせる。風呂サーミスタ85が検出する温度b(℃)が風呂設定温度c(℃)に達したら(ステップS36でYESとなったら)、ステップS38に進み、湯張り運転を終了し、処理を終了する。
本実施例では、図3に示す処理A以下の処理を行なう。ステップS60に進んで、コントローラ21の表示器に算出湯張り終了時刻を表示する。算出湯張り開始時刻に湯張り運転を開始すると熱効率的に有利であるが、算出湯張り終了時刻は設定湯張り終了時刻より遅い時刻であるため、使用者にとって都合が悪い場合もある。そこで、算出湯張り終了時刻を使用者に報知し、使用者に設定湯張り終了時刻と算出湯張り終了時刻のいずれかを選択させる。使用者が熱効率を重視すれば、湯張り運転の終了時刻として算出湯張り終了時刻を選択する。この場合、使用者は、リモコン23のボタン操作を行なわない。所定時間ボタン操作が行われないことによって、算出湯張り終了時刻に湯張り運転が終了するモードで湯張り運転が行なわれる。使用者が湯張り運転の終了時刻(入浴可能となる時刻)を重視すれば、湯張り運転の終了時刻として設定湯張り終了時刻を選択する。この場合、使用者は、再度リモコン23のボタン操作を行なう。ボタン操作が行われることによって、設定湯張り終了時刻に湯張り運転が終了するモードで湯張り運転が行なわれる。決定される湯張り運転の終了時刻には使用者の意思が反映されることとなる。
なお、リモコン23のボタン操作とそれによって決定される湯張り運転のモードについては、上記と逆であってもよい。即ち、ボタン操作が行われないことによって、設定湯張り終了時刻に湯張り運転が終了するモードで湯張り運転が行なわれ、ボタン操作が行われることによって、算出湯張り終了時刻に湯張り運転が終了するモードで湯張り運転が行なわれるようにしてもよい。
(1)蓄熱予測から算出した算出湯張り開始時刻が、使用者が設定した設定湯張り終了時刻から算出した設定湯張り開始時刻よりも早いときは、算出湯張り開始時刻に湯張り運転を開始し、設定湯張り終了時刻に湯張り運転を終了する。
(2)算出湯張り開始時刻が設定湯張り開始時刻よりも遅いときは、
(2a)算出湯張り開始時刻に湯張り運転を開始し、算出湯張り終了時刻に湯張り運転を終了する。
(2b)設定湯張り開始時刻に湯張り運転を開始し、設定湯張り終了時刻に湯張り運転を終了する。
上記(1)のように、算出湯張り開始時刻が設定湯張り開始時刻より早い場合、湯張り運転の開始時刻を設定湯張り開始時刻とすると、設定湯張り開始時刻になるまでに、蓄熱量が最大量に達してしまう可能性がある。蓄熱量が最大量に達してしまうと、以後の蓄熱が不可能になる。発電を継続するためには発電熱を放熱しなければならないが、放熱によってエネルギーを消費するのは非効率的である。
算出湯張り開始時刻は、予測蓄熱量が湯張り運転の熱需要量を上回る時刻である。算出湯張り開始時刻に湯張り運転を開始すれば、蓄熱で湯張り運転の熱需要を賄うことができる。使用者は、湯張り運転の終了時刻のみを設定するため、使用者が設定した終了時刻に湯張り運転が終了するのであれば、湯張り運転がいつ開始されても使い勝手に何ら影響はない。算出湯張り開始時刻が設定湯張り開始時刻よりも早い場合、算出湯張り終了時刻も設定湯張り終了時刻よりも早い。設定湯張り終了時刻に湯張り運転を終了させたいとき、開始時刻を早め、設定湯張り開始時刻より早い算出湯張り開始時刻に湯張り運転を強制的に開始させても、設定湯張り終了時刻に湯張り運転を終了させることは可能である。従って、本実施例では、算出湯張り開始時刻が設定湯張り開始時刻より早い場合、算出湯張り開始時刻に湯張り運転を開始し、設定湯張り終了時刻に湯張り運転を終了する。このことによって、熱効率に優れ、かつ使用者の意向に添った湯張り運転を行なうことができる。
本実施例では、貯湯槽20内の蓄熱を追焚きに利用することができる。従って、早めに湯張り運転を開始したために浴槽79内の温水の放熱が進んだとしても、効率よく熱エネルギーを利用することができる。
上記(2)のように、算出湯張り開始時刻が設定湯張り開始時刻よりも遅い場合、算出湯張り終了時刻も設定湯張り終了時刻よりも遅い。算出湯張り終了時刻に湯張り運転を開始すると熱効率的に有利であるが、湯張り運転の終了時刻は設定湯張り終了時刻より遅い算出湯張り終了時刻となる。そこで算出湯張り開始時刻が設定湯張り開始時刻よりも遅い場合、算出湯張り終了時刻を使用者に報知し、湯張り運転の終了時刻として、設定湯張り終了時刻か算出湯張り終了時刻のいずれかを選択させる。使用者が熱効率を重視すれば、上記(2a)のように、湯張り運転の開始時刻を算出湯張り開始時刻とし、湯張り運転の終了時刻を算出湯張り終了時刻とする。使用者が湯張り運転の終了時刻(入浴可能となる時刻)を重視すれば、上記(2b)のように、湯張り運転の開始時刻を設定湯張り開始時刻とし、湯張り運転の終了時刻を設定湯張り終了時刻とする。このことによって、算出湯張り開始時刻が設定湯張り開始時刻よりも遅い場合、湯張り運転の終了時刻について、熱効率を優先した時刻か、入浴したい時刻のいずれかを使用者の意志に基いて決定することができる。
なお、上記の3つのパターンのうちのいずれのパターンで湯張り運転が実施されても、実施される湯張り運転の開始時刻と終了時刻は、リモコン23の表示器に表示される。
本発明を具現化した第2実施例を図4を参照しながら説明する。ここでは、本実施例が第1実施例と相違する点についてのみ説明し、重複説明を省略する。
本実施例のコージェネレーションシステムの構成は、第1実施例の構成と同様である。本実施例と第1実施例は、風呂の湯張り運転処理が一部異なっている。本実施例のコージェネレーションシステムにおける風呂の湯張り運転処理について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。なお、以下で用いる符号は図1で用いた符合に準ずる。
第1実施例のコージェネレーションシステムと第2実施例のコージェネレーションシステムは、いずれも、風呂の湯張り運転が予約されているときは、湯張り運転を適切なタイミングで行なうことによって、貯湯槽の蓄熱量が満杯になることを抑制する。従って、蓄熱を放熱したり、発電を停止したりするような非経済的な運転を防止することができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
20:貯湯槽、20a:出口部
21:コントローラ
22:給湯器
23:リモコン
24:ミキシングユニット、24a:給水入口、24b:混合水出口24c:温水入口
25:湯張り経路
26:給水経路、26a:入口
27:注湯弁
28:減圧弁
30:ミキシングユニット給水経路
31:リリーフ弁
32:圧力開放経路、32a:一端、32b:他端
33:排水経路
34:排水弁
35:上部サーミスタ
36:下部サーミスタ
39:中間部サーミスタ
40:循環ポンプ
42:温水経路
44:往路サーミスタ
45:復路サーミスタ
47:第2流量センサ
48:給水サーミスタ
50:温水サーミスタ
51:温水経路
52:バーナ熱交換器
54:混合水サーミスタ
55:ハイカットサーミスタ
56、57:バーナ
58:追焚き熱交換器
59:補給水弁
60:バーナ熱交換器
61:シスターン
62:シスターン入水経路
63:給湯栓経路
64:給湯栓
65:給湯サーミスタ
66:水位電極、66a:ハイレベルスイッチ、66b:ローレベルスイッチ
67:第1流量センサ
68:シスターン出水経路
69:暖房ポンプ
70:低温水経路
71:バーナ上流経路
72:暖房低温サーミスタ
73:高温水経路
74:暖房高温サーミスタ
75:暖房端末熱動弁
76:暖房端末機、76a:操作スイッチ、76b:熱交換器
77:追焚き経路
78:追焚き熱動弁
79:浴槽、79a:吸出口、79b:供給口
80:風呂循環経路
81:風呂水位センサ
82:風呂循環ポンプ
83:湯張り量センサ
84:風呂水流スイッチ
85:風呂サーミスタ
86:三方弁、86a:Aポート、86b:Bポート、86c:Cポート
87:低温水戻り経路
88:貯湯槽経路、88a:熱交換部
89:低温戻りサーミスタ
90:床暖房熱動弁
91:床暖房機
92:バイパス経路
93:バイパス熱動弁
94:低温サーミスタ
110:発電ユニット
112:改質器
114:燃料電池
116:熱交換器
117:熱媒温度センサ
118:熱交換器
119:熱媒冷却ファン
120:熱媒放熱器
121:水素ガス供給経路
122:熱媒三方弁、122a:入口、122b:出口、122c:出口
124:熱媒循環経路
125:リザーブタンク
126:燃焼ガス経路
127:熱媒ポンプ
128:循環経路、128a:循環復路、128b:循環往路
129:冷却経路
131:バーナ
Claims (4)
- 電力需要に応じて発電し、発電に伴って発生する発電熱を蓄熱し、蓄熱した熱エネルギーを必要時に供給するコージェネレーションシステムであり、
湯張り終了時刻を記憶している手段と、
記憶している湯張り終了時刻から湯張り開始時刻を算出する手段と、
算出した湯張り開始時刻に湯張り運転を開始する湯張り手段と、
算出した湯張り開始時刻よりも前に蓄熱量が最大となった時に、前記湯張り手段の運転を強制的に開始させる手段と、
を備えていることを特徴とするコージェネレーションシステム。 - 前記強制湯張り開始手段は、蓄熱量が最大となった時に湯張り運転を開始し、記憶している湯張り終了時刻に湯張り運転が完了するモードで、湯張り手段を作動させることを特徴とする請求項1のコージェネレーションシステム。
- 蓄熱実績の経時的変化を記憶している記憶手段と、
記憶手段が記憶している蓄熱実績から将来の蓄熱量の経時的変化を予測する予測手段と、
記憶している湯張り終了時刻から算出した湯張り開始時刻より後に蓄熱量が最大となることが予測手段によって予測されたとき、蓄熱量が最大となる時刻を湯張り開始時刻としたときの湯張り終了時刻を報知する報知手段を備えていることを特徴とする請求項1または2のコージェネレーションシステム。 - 電力需要に応じて発電し、発電に伴って発生する発電熱を蓄熱し、蓄熱した熱エネルギーを必要時に供給するコージェネレーションシステムであり、
湯張り終了時刻の時間幅を記憶している手段と、
記憶している湯張り終了時刻の時間幅から湯張り開始時刻の時間幅を算出する手段と、
蓄熱実績の経時的変化を記憶している記憶手段と、
記憶手段が記憶している蓄熱実績から将来の蓄熱量の経時的変化を予測する予測手段と、
算出した湯張り開始時刻の時間幅内で予測手段が予測する蓄熱量が最大となる時間を湯張り開始時刻として算出する手段と、
算出した湯張り開始時刻に湯張り運転を開始する湯張り手段と、
を備えていることを特徴とするコージェネレーションシステム。
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