JP6378959B2 - Heat utilization system - Google Patents
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Description
本発明は、複数の蓄熱タンクに熱を蓄えることが可能な熱利用システムの技術に関する。 The present invention relates to a technology of a heat utilization system capable of storing heat in a plurality of heat storage tanks.
従来、複数の蓄熱タンクに熱を蓄えることが可能な熱利用システムの技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。 Conventionally, the technique of the heat utilization system which can store heat in several thermal storage tanks is well-known. For example, as described in Patent Document 1.
特許文献１には、複数の熱源と、前記熱源ごとに設けられ、当該熱源からの熱を蓄える（蓄熱する）ことが可能な複数の蓄熱タンクと、を具備する熱利用システムが記載されている。このような熱利用システムにおいては、給湯需要（給湯機器）から湯（熱の供給）の要求があった場合、低コストで蓄熱する（加熱する）ことが可能な蓄熱タンクを選択し、当該蓄熱タンクから給湯する。これによって、蓄熱するためのコストを抑制することができる。 Patent Document 1 describes a heat utilization system including a plurality of heat sources and a plurality of heat storage tanks provided for each of the heat sources and capable of storing (accumulating heat) from the heat sources. . In such a heat utilization system, when there is a demand for hot water (supply of heat) from a hot water supply demand (hot water supply equipment), a heat storage tank capable of storing (heating) heat is selected at low cost, and the heat storage Hot water is supplied from the tank. Thereby, the cost for storing heat can be suppressed.
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、複数の蓄熱タンクの中から低コストで蓄熱することが可能な蓄熱タンクを選択するものであり、当該蓄熱自体の効率の向上を図るものではない点で、改善の余地があった。 However, the technique described in Patent Document 1 selects a heat storage tank that can store heat at a low cost from a plurality of heat storage tanks, and does not improve the efficiency of the heat storage itself. There was room for improvement.
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、蓄熱の効率の向上を図ることが可能な熱利用システムを提供することである。 The present invention has been made in view of the above situation, and a problem to be solved is to provide a heat utilization system capable of improving the efficiency of heat storage.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項１においては、太陽光を受けて太陽熱を集める集熱器と、内部に貯溜された熱媒体を介して、前記集熱器で集められた太陽熱を蓄える太陽熱蓄熱タンクと、前記集熱器で集められた太陽熱を前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体へと伝達する太陽熱伝達機構と、燃料を用いて発電すると共に排熱を発生させる発電装置と、内部に貯溜された熱媒体を介して、前記発電装置で発生した排熱を蓄える排熱蓄熱タンクと、前記発電装置で発生した排熱を前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体へと伝達する排熱伝達機構と、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体及び前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体のうち、温度の高い方から低い方へと熱を伝達する相互熱伝達機構と、前記太陽熱伝達機構を作動させる場合において、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度よりも前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が低い場合、前記相互熱伝達機構を作動させ、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度を低下させる第一制御を行う制御装置と、を具備し、前記太陽熱伝達機構は、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体から前記集熱器へと熱を伝達することが可能であり、前記制御装置は、前記集熱器の温度よりも前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が高い場合、前記太陽熱伝達機構を作動させ、前記集熱器の温度を上昇させる第二制御を実行可能であり、前記集熱器の温度を前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度以上まで上昇させるために必要な必要熱量を算出し、前記必要熱量を前記集熱器へと供給するのに要する必要時間を算出し、現在時刻から、前記集熱器が太陽光を集熱可能な状態となると予測される集熱開始時刻までの時間が前記必要時間未満である場合にのみ、前記第二制御を行うものである。 That is, in claim 1, a solar collector that receives solar light and collects solar heat, a solar heat storage tank that stores solar heat collected by the heat collector via a heat medium stored inside, and the collector A solar heat transfer mechanism that transmits solar heat collected by a heater to a heat medium stored in the solar heat storage tank, a power generation device that generates power using fuel and generates exhaust heat, and a heat medium stored inside An exhaust heat storage tank that stores exhaust heat generated in the power generation device, and an exhaust heat transmission mechanism that transmits the exhaust heat generated in the power generation device to a heat medium stored in the exhaust heat storage tank, Among the heat medium stored in the solar heat storage tank and the heat medium stored in the exhaust heat storage tank, a mutual heat transfer mechanism that transfers heat from a higher temperature to a lower temperature, and the solar heat transfer mechanism are operated. In the case of letting When the temperature of the heat medium stored in the exhaust heat storage tank is lower than the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank, the mutual heat transfer mechanism is operated and the heat medium stored in the solar heat storage tank A control device that performs a first control to lower the temperature of the solar heat transfer mechanism, and the solar heat transfer mechanism is capable of transferring heat from the heat medium stored in the solar heat storage tank to the heat collector. The control device operates the solar heat transfer mechanism to raise the temperature of the heat collector when the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is higher than the temperature of the heat collector. The amount of heat necessary to raise the temperature of the heat collector to a temperature equal to or higher than the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is calculated, and the necessary amount of heat is supplied to the heat collector. It takes to do The second control is calculated only when the required time is calculated and the time from the current time to the heat collection start time at which the heat collector is predicted to be in a state capable of collecting sunlight is less than the necessary time. Is to do .
請求項２においては、前記制御装置は、前記太陽熱伝達機構を作動させることなく、前記排熱伝達機構を作動させる場合において、前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度よりも前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が低い場合、前記相互熱伝達機構を作動させ、前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度を低下させる第三制御を行うものである。 According to a second aspect of the present invention, in the case of operating the exhaust heat transfer mechanism without operating the solar heat transfer mechanism, the control device stores the solar heat storage above the temperature of the heat medium stored in the exhaust heat storage tank. When the temperature of the heat medium stored in the tank is low, the third control is performed to operate the mutual heat transfer mechanism and lower the temperature of the heat medium stored in the exhaust heat storage tank.
請求項３においては、前記制御装置は、前記集熱器の温度よりも前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が高い場合において、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度未満である場合、前記相互熱伝達機構を作動させ、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度を上昇させる第四制御を行うものである。 In Claim 3, when the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is higher than the temperature of the collector, the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is the control device. When the temperature is lower than the temperature of the heat medium stored in the exhaust heat storage tank, fourth control is performed to operate the mutual heat transfer mechanism and increase the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank .
請求項４においては、太陽光を受けて太陽熱を集める集熱器と、内部に貯溜された熱媒体を介して、前記集熱器で集められた太陽熱を蓄える太陽熱蓄熱タンクと、前記集熱器で集められた太陽熱を前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体へと伝達する太陽熱伝達機構と、燃料を用いて発電すると共に排熱を発生させる発電装置と、内部に貯溜された熱媒体を介して、前記発電装置で発生した排熱を蓄える排熱蓄熱タンクと、前記発電装置で発生した排熱を前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体へと伝達する排熱伝達機構と、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体及び前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体のうち、温度の高い方から低い方へと熱を伝達する相互熱伝達機構と、前記太陽熱伝達機構を作動させる場合において、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度よりも前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が低い場合、前記相互熱伝達機構を作動させ、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度を低下させる制御装置と、を具備し、前記太陽熱伝達機構は、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体から前記集熱器へと熱を伝達することが可能であり、前記制御装置は、前記集熱器の温度よりも前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が高い場合、前記太陽熱伝達機構を作動させ、前記集熱器の温度を上昇させ、前記集熱器の温度よりも前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が高い場合において、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度未満である場合、前記相互熱伝達機構を作動させ、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度を上昇させるものである。 In Claim 4, the solar collector which collects solar heat in response to sunlight, the solar heat storage tank which stores the solar heat collected by the heat collector via the heat medium stored inside, and the heat collector Through a solar heat transfer mechanism that transmits the solar heat collected in the above to a heat medium stored in the solar heat storage tank, a power generation device that generates power using fuel and generates exhaust heat, and a heat medium stored inside An exhaust heat storage tank that stores exhaust heat generated by the power generation device, an exhaust heat transfer mechanism that transmits exhaust heat generated by the power generation device to a heat medium stored in the exhaust heat storage tank, and the solar heat Among the heat medium stored in the heat storage tank and the heat medium stored in the exhaust heat storage tank, a mutual heat transfer mechanism that transfers heat from a higher temperature to a lower temperature, and the solar heat transfer mechanism In the thick When the temperature of the heat medium stored in the exhaust heat storage tank is lower than the temperature of the heat medium stored in the heat storage tank, the mutual heat transfer mechanism is operated, and the heat medium stored in the solar heat storage tank is operated. The solar heat transfer mechanism is capable of transferring heat from the heat medium stored in the solar heat storage tank to the heat collector, the control device, When the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is higher than the temperature of the heat collector, the solar heat transfer mechanism is operated, the temperature of the heat collector is increased, and the temperature of the heat collector is increased. When the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is high, the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is lower than the temperature of the heat medium stored in the exhaust heat storage tank, heat Actuating the reach mechanism, it is intended to raise the temperature of the heating medium which has been accumulated in the solar thermal storage tank.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項１においては、太陽熱の蓄熱効率の向上を図ることができる。特に、排熱の蓄熱効率よりも太陽熱の蓄熱効率の向上を優先することで、当該太陽熱の蓄熱効率の向上と共に過剰な排熱（熱余り）の発生を抑制することができる。また、太陽熱の蓄熱を速やかに開始することができ、ひいては太陽熱の蓄熱量の向上を図ることができる。 In Claim 1, the thermal storage efficiency of solar heat can be improved. In particular, priority is given to improving the thermal storage efficiency of solar heat over the thermal storage efficiency of exhaust heat, so that the generation of excessive exhaust heat (heat surplus) can be suppressed along with the improvement of the thermal storage efficiency of the solar heat. Moreover, the thermal storage of solar heat can be started quickly, and the thermal storage amount of solar heat can be improved.
請求項２においては、太陽熱の蓄熱効率の向上を図る必要がない場合には、排熱の蓄熱効率の向上を図ることができる。 In claim 2, when it is not necessary to improve the heat storage efficiency of solar heat, the heat storage efficiency of exhaust heat can be improved.
請求項３においては、太陽熱蓄熱タンクだけでなく、排熱蓄熱タンクに蓄えられた熱を用いて集熱器の温度を上昇させることができる。これによって、より速やかに太陽熱の蓄熱を開始することができる。
In claim 3, the temperature of the heat collector can be raised using not only the solar heat storage tank but also the heat stored in the exhaust heat storage tank. This makes it possible to start storing solar heat more quickly.
請求項４においては、太陽熱の蓄熱効率の向上を図ることができる。特に、排熱の蓄熱効率よりも太陽熱の蓄熱効率の向上を優先することで、当該太陽熱の蓄熱効率の向上と共に過剰な排熱（熱余り）の発生を抑制することができる。また、太陽熱の蓄熱を速やかに開始することができ、ひいては太陽熱の蓄熱量の向上を図ることができる。また、太陽熱蓄熱タンクだけでなく、排熱蓄熱タンクに蓄えられた熱を用いて集熱器の温度を上昇させることができる。これによって、より速やかに太陽熱の蓄熱を開始することができる。 In Claim 4, the thermal storage efficiency of solar heat can be improved. In particular, priority is given to improving the thermal storage efficiency of solar heat over the thermal storage efficiency of exhaust heat, so that the generation of excessive exhaust heat (heat surplus) can be suppressed along with the improvement of the thermal storage efficiency of the solar heat. Moreover, the thermal storage of solar heat can be started quickly, and the thermal storage amount of solar heat can be improved. Moreover, the temperature of a heat collector can be raised using the heat stored not only in the solar heat storage tank but also in the exhaust heat storage tank. This makes it possible to start storing solar heat more quickly.
まず、図１及び図２を用いて、本発明に係る熱利用システムの実施の一形態（第一実施形態）に係る給湯システム１について説明する。
なお、以下の説明では、比較的温度の低い水を「水」、比較的温度の高い水を「湯」と記載するが、水と湯は温度の違い以外に実質的な差異はない。
First, the hot water supply system 1 which concerns on one Embodiment (1st embodiment) of the heat utilization system which concerns on this invention is demonstrated using FIG.1 and FIG.2.
In the following description, water having a relatively low temperature is described as “water”, and water having a relatively high temperature is described as “hot water”. However, there is no substantial difference between water and hot water other than the difference in temperature.
給湯システム１は、需要家の元に設けられ、排熱等を利用して湯を沸かすと共に、給湯需要からの要求に応じて湯を供給するためのものである。ここで「需要家」とは、例えば住宅や種々の施設等、給湯需要を有するものを意味する。また「給湯需要」とは、例えば浴室等の、湯が使用される種々の設備を意味する。給湯システム１は、主として太陽熱温水システム１０、燃料電池システム２０、相互循環機構３０、第一上水管路４０、第二上水管路５０、給湯管路６０及び制御装置７０を具備する。
The hot water supply system 1 is provided at the customer's site, and is used to boil hot water using exhaust heat or the like and supply hot water in response to a demand from a hot water supply demand. Here, the “customer” means one having a demand for hot water supply such as a house or various facilities. “Hot water supply demand” means various facilities where hot water is used, such as a bathroom. The hot water supply system 1 mainly includes a solar
太陽熱温水システム１０は、太陽熱を集めて蓄えると共に、必要に応じて当該熱を供給するものである。太陽熱温水システム１０は、主として集熱パネル１１、太陽熱蓄熱タンク１２、第一循環機構１３及び第一熱交換器１６を具備する。
The solar
集熱パネル１１は、太陽光を受けて太陽熱を集める（集熱する）ものである。集熱パネル１１は、広い面で太陽光を受けることができるように、平板状に形成される。集熱パネル１１は、日当たりの良い場所（例えば、住宅の屋根の上等）に設置される。 The heat collecting panel 11 collects (collects) solar heat by receiving sunlight. The heat collection panel 11 is formed in a flat plate shape so that it can receive sunlight on a wide surface. The heat collecting panel 11 is installed in a sunny place (for example, on the roof of a house).
太陽熱蓄熱タンク１２は、集熱パネル１１で集熱された熱を蓄えるものである。太陽熱蓄熱タンク１２は、内部に流体（液体）を貯溜することが可能な空間を有する箱状に形成される。太陽熱蓄熱タンク１２は、集熱パネル１１からの太陽熱によって温められた熱媒体（本実施形態においては、不凍液）を蓄えることによって、当該太陽熱を蓄えることができる。
The solar
第一循環機構１３は、集熱パネル１１と太陽熱蓄熱タンク１２との間で熱媒体（本実施形態においては、不凍液）を循環させるためのものである。第一循環機構１３は、主として第一管路１４及び第一ポンプ１５を具備する。
The
第一管路１４は、集熱パネル１１と太陽熱蓄熱タンク１２との間で熱媒体（本実施形態においては、不凍液）を循環させるための通路（流路）を形成するものである。第一管路１４は、主として第一下部管路１４ａ及び第一上部管路１４ｂを具備する。
The
第一下部管路１４ａは、集熱パネル１１と太陽熱蓄熱タンク１２とを連通するものである。第一下部管路１４ａの一端は、集熱パネル１１（より詳細には、集熱パネル１１の全面に亘るように（集熱パネル１１内を循環するように）配置された配管の一端）に接続される。第一下部管路１４ａの他端は、太陽熱蓄熱タンク１２の下部に接続される。
The first
第一上部管路１４ｂは、集熱パネル１１と太陽熱蓄熱タンク１２とを連通するものである。第一上部管路１４ｂの一端は、集熱パネル１１（より詳細には、集熱パネル１１の全面に亘るように配置された前記配管の他端）に接続される。第一上部管路１４ｂの他端は、太陽熱蓄熱タンク１２の上部に接続される。
The first
第一ポンプ１５は、第一管路１４を介して熱媒体を圧送するためのものである。第一ポンプ１５は、第一管路１４の第一下部管路１４ａの中途部に設けられる。第一ポンプ１５は、正転及び逆転が可能となるように構成される。第一ポンプ１５を駆動させることにより、第一管路１４を介して、太陽熱蓄熱タンク１２又は集熱パネル１１のいずれか一方から他方へと熱媒体を圧送することができる。
The
具体的には、第一ポンプ１５を正転させると、太陽熱蓄熱タンク１２の下部に貯溜された熱媒体（すなわち、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体のうち、比較的低温の熱媒体）を、第一下部管路１４ａを介して集熱パネル１１へと圧送することができる。これに伴って、集熱パネル１１に貯溜された熱媒体は、第一上部管路１４ｂを介して太陽熱蓄熱タンク１２の上部へと圧送される。
Specifically, when the
また、第一ポンプ１５を逆転させると、太陽熱蓄熱タンク１２の上部に貯溜された熱媒体（すなわち、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体のうち、比較的高温の熱媒体）を、第一上部管路１４ｂを介して集熱パネル１１へと圧送することができる。これに伴って、集熱パネル１１に貯溜された熱媒体は、第一下部管路１４ａを介して太陽熱蓄熱タンク１２の下部へと圧送される。
In addition, when the
第一熱交換器１６は、高温の流体（液体）から低温の流体（液体）へと熱を移動させるものである。第一熱交換器１６は、太陽熱蓄熱タンク１２に設けられる。第一熱交換器１６は、太陽熱蓄熱タンク１２内に貯溜された熱媒体と、当該第一熱交換器１６を流通する水（上水）と、の間で熱を移動（熱交換）させる。通常は、太陽熱蓄熱タンク１２内に貯溜された熱媒体よりも、第一熱交換器１６を流通する上水の方が温度が低い。このため、上水が第一熱交換器１６を流通すると、太陽熱蓄熱タンク１２内の熱媒体の熱が当該上水へと移動し、太陽熱蓄熱タンク１２内の熱媒体の温度は低下する。一方、第一熱交換器１６を流通する上水の温度は、太陽熱蓄熱タンク１２内の熱媒体からの熱によって上昇する。
The
燃料電池システム２０は、燃料を用いて発電すると共に、当該発電の際に発生する熱（排熱）を蓄え、必要に応じて当該熱を供給するものである。燃料電池システム２０は、主として発電ユニット２１、排熱蓄熱タンク２２、第二循環機構２３及び第二熱交換器２６を具備する。
The
発電ユニット２１は、水素等の燃料を用いて電力を取り出す（発電する）ものである。発電ユニット２１の方式としては、例えばＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）が用いられる。ＳＯＦＣ方式の発電ユニット２１は、メンテナンスを行う場合を除き、通常は２４時間連続して運転される。発電ユニット２１によって発電された電力は、需要家の元に設けられた種々の電気負荷（電化製品等）に供給される。発電ユニット２１が発電する際には、同時に排熱が発生する。
The
排熱蓄熱タンク２２は、発電ユニット２１の排熱を蓄えるものである。排熱蓄熱タンク２２は、内部に流体（液体）を貯溜することが可能な空間を有する箱状に形成される。排熱蓄熱タンク２２は、発電ユニット２１の排熱によって温められた熱媒体（本実施形態においては、不凍液）を蓄えることによって、当該排熱を蓄えることができる。また、排熱蓄熱タンク２２には図示しない補助熱源が設けられる。前記補助熱源は、燃料を用いて排熱蓄熱タンク２２内の熱媒体の温度を上昇させることができる。
The exhaust
第二循環機構２３は、発電ユニット２１と排熱蓄熱タンク２２との間で熱媒体（本実施形態においては、不凍液）を循環させるためのものである。第二循環機構２３は、主として第二管路２４及び第二ポンプ２５を具備する。
The
第二管路２４は、発電ユニット２１と排熱蓄熱タンク２２との間で熱媒体（本実施形態においては、不凍液）を循環させるための通路（流路）を形成するものである。第二管路２４は、主として第二往管路２４ａ及び第二復管路２４ｂを具備する。
The
第二往管路２４ａは、発電ユニット２１と排熱蓄熱タンク２２とを連通するものである。第二往管路２４ａの一端は、発電ユニット２１（より詳細には、発電ユニット２１の排熱を回収する装置（排熱回収装置））に接続される。第二往管路２４ａの他端は、排熱蓄熱タンク２２の下部に接続される。
The second
第二復管路２４ｂは、発電ユニット２１と排熱蓄熱タンク２２とを連通するものである。第二復管路２４ｂの一端は、発電ユニット２１（より詳細には、発電ユニット２１の排熱回収装置）に接続される。第二復管路２４ｂの他端は、排熱蓄熱タンク２２の上部に接続される。
The
第二ポンプ２５は、第二管路２４を介して熱媒体を圧送するためのものである。第二ポンプ２５は、第二管路２４の第二往管路２４ａの中途部に設けられる。第二ポンプ２５を駆動させることにより、排熱蓄熱タンク２２内の熱媒体を第二往管路２４ａを介して発電ユニット２１へと圧送すると共に、発電ユニット２１内の熱媒体を第二復管路２４ｂを介して排熱蓄熱タンク２２へと圧送することができる。
The
第二熱交換器２６は、高温の流体（液体）から低温の流体（液体）へと熱を移動させるものである。第二熱交換器２６は、排熱蓄熱タンク２２に設けられる。第二熱交換器２６は、排熱蓄熱タンク２２内に貯溜された熱媒体と、当該第二熱交換器２６を流通する水（上水）と、の間で熱を移動（熱交換）させる。通常は、排熱蓄熱タンク２２内に貯溜された熱媒体よりも、第二熱交換器２６を流通する上水の方が温度が低い。このため、上水が第二熱交換器２６を流通すると、排熱蓄熱タンク２２内の熱媒体の熱が当該上水へと移動し、排熱蓄熱タンク２２内の熱媒体の温度は低下する。一方、第二熱交換器２６を流通する上水の温度は、排熱蓄熱タンク２２内の熱媒体からの熱によって上昇する。
The
相互循環機構３０は、太陽熱温水システム１０の太陽熱蓄熱タンク１２と、燃料電池システム２０の排熱蓄熱タンク２２と、の間で熱媒体を循環させるためのものである。相互循環機構３０は、主として相互上部管路３１、相互下部管路３２及び相互ポンプ３３を具備する。
The mutual circulation mechanism 30 is for circulating a heat medium between the solar
相互上部管路３１は、太陽熱蓄熱タンク１２と排熱蓄熱タンク２２とを連通するものである。相互上部管路３１の一端は、太陽熱蓄熱タンク１２の上部に接続される。相互上部管路３１の他端は、排熱蓄熱タンク２２の上部に接続される。
The mutual
相互下部管路３２は、太陽熱蓄熱タンク１２と排熱蓄熱タンク２２とを連通するものである。相互下部管路３２の一端は、太陽熱蓄熱タンク１２の下部に接続される。相互下部管路３２の他端は、排熱蓄熱タンク２２の下部に接続される。このようにして、相互下部管路３２は、相互上部管路３１よりも低い位置において、太陽熱蓄熱タンク１２と排熱蓄熱タンク２２とを連通する。
The mutual
相互ポンプ３３は、相互下部管路３２を介して熱媒体を圧送するためのものである。相互ポンプ３３は、相互下部管路３２の中途部に設けられる。相互ポンプ３３は、正転及び逆転が可能となるように構成される。相互ポンプ３３を駆動させることにより、相互下部管路３２を介して、太陽熱蓄熱タンク１２又は排熱蓄熱タンク２２のいずれか一方から他方へと熱媒体を圧送することができる。
The
具体的には、相互ポンプ３３を正転させると、排熱蓄熱タンク２２の下部に貯溜された熱媒体（すなわち、排熱蓄熱タンク２２に貯溜された熱媒体のうち、比較的低温の熱媒体）を、相互下部管路３２を介して太陽熱蓄熱タンク１２の下部へと圧送することができる。これに伴って、太陽熱蓄熱タンク１２の上部に貯溜された熱媒体（すなわち、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体のうち、比較的高温の熱媒体）は、相互上部管路３１を介して排熱蓄熱タンク２２の上部へと圧送される。
Specifically, when the
また、相互ポンプ３３を逆転させると、太陽熱蓄熱タンク１２の下部に貯溜された熱媒体（すなわち、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体のうち、比較的低温の熱媒体）を、相互下部管路３２を介して排熱蓄熱タンク２２の下部へと圧送することができる。これに伴って、排熱蓄熱タンク２２の上部に貯溜された熱媒体（すなわち、排熱蓄熱タンク２２に貯溜された熱媒体のうち、比較的高温の熱媒体）は、相互上部管路３１を介して太陽熱蓄熱タンク１２の上部へと圧送される。
When the
第一上水管路４０は、第一熱交換器１６へと上水を供給するものである。第一上水管路４０の一端は、太陽熱蓄熱タンク１２に設けられた第一熱交換器１６に接続される。
The first
第二上水管路５０は、第二熱交換器２６へと上水を供給するものである。第二上水管路５０の一端は、排熱蓄熱タンク２２に設けられた第二熱交換器２６に接続される。
The second
給湯管路６０は、第一熱交換器１６又は第二熱交換器２６において温度が上昇した上水（湯）を給湯需要（例えば、浴室等）へと供給するものである。給湯管路６０の一端は分岐され、第一熱交換器１６及び第二熱交換器２６にそれぞれ接続される。給湯管路６０の他端は、給湯需要に接続される。給湯管路６０には図示しない制御弁が設けられ、当該制御弁の動作を制御することにより、第一熱交換器１６又は第二熱交換器２６のいずれか一方からの湯を給湯需要へと供給することができる。
The hot
制御装置７０は、給湯システム１の動作を制御するものである。制御装置７０は、主としてＣＰＵ等の演算処理装置、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置、Ｉ／Ｏ等の入出力装置、並びにモニター等の表示装置等により構成される。制御装置７０には、給湯システム１の動作を制御するための種々の情報やプログラム等が予め記憶される。
The
制御装置７０は、第一ポンプ１５、第二ポンプ２５及び相互ポンプ３３に接続され、当該第一ポンプ１５、第二ポンプ２５及び相互ポンプ３３の動作を制御することができる。
また、制御装置７０は、排熱蓄熱タンク２２に設けられた前記補助熱源に接続され、当該補助熱源の動作を制御することができる。
また、制御装置７０は、給湯管路６０に設けられる前記制御弁に接続され、当該制御弁の動作を制御することができる。
The
The
The
また、制御装置７０には、パネル温度センサ７１、第一上部温度センサ７２、第一下部温度センサ７３、排熱温度センサ７４、第二上部温度センサ７５、第二下部温度センサ７６及び日射センサ７７が接続される。
The
パネル温度センサ７１は、集熱パネル１１の温度を検出するものである。パネル温度センサ７１は集熱パネル１１に設けられ、当該集熱パネル１１の表面（太陽光を受ける面）の温度を検出することができる。
なお、以下では、パネル温度センサ７１によって検出される集熱パネル１１の温度を、「集熱パネル温度Ｔｐ」と称する。
The
Hereinafter, the temperature of the heat collection panel 11 detected by the
第一上部温度センサ７２は、太陽熱蓄熱タンク１２内の温度を検出するものである。第一上部温度センサ７２は、太陽熱蓄熱タンク１２内の上部に設けられる。第一上部温度センサ７２は、太陽熱蓄熱タンク１２内の上部に貯溜された熱媒体の温度を検出することができる。すなわち、第一上部温度センサ７２は、太陽熱蓄熱タンク１２内に貯溜された熱媒体のうち、比較的温度の高い部分の温度を検出することができる。
なお、以下では、第一上部温度センサ７２によって検出される太陽熱蓄熱タンク１２内の温度を、「第一上部温度Ｔｕ１」と称する。
The first
Hereinafter, the temperature in the solar
第一下部温度センサ７３は、太陽熱蓄熱タンク１２内の温度を検出するものである。第一下部温度センサ７３は、太陽熱蓄熱タンク１２内の下部に設けられる。第一下部温度センサ７３は、太陽熱蓄熱タンク１２内の下部に貯溜された熱媒体の温度を検出することができる。すなわち、第一下部温度センサ７３は、太陽熱蓄熱タンク１２内に貯溜された熱媒体のうち、比較的温度の低い部分の温度を検出することができる。
なお、以下では、第一下部温度センサ７３によって検出される太陽熱蓄熱タンク１２内の温度を、「第一下部温度Ｔｄ１」と称する。
The first
Hereinafter, the temperature in the solar
排熱温度センサ７４は、発電ユニット２１から発生する排熱の温度を検出するものである。排熱温度センサ７４は発電ユニット２１に設けられ、当該発電ユニット２１が発電する際に発生する排熱の温度を検出することができる。
なお、以下では、排熱温度センサ７４によって検出される排熱の温度を、「排熱温度Ｔｅ」と称する。
The exhaust
Hereinafter, the temperature of the exhaust heat detected by the exhaust
第二上部温度センサ７５は、排熱蓄熱タンク２２内の温度を検出するものである。第二上部温度センサ７５は、排熱蓄熱タンク２２内の上部に設けられる。第二上部温度センサ７５は、排熱蓄熱タンク２２内の上部に貯溜された熱媒体の温度を検出することができる。すなわち、第二上部温度センサ７５は、排熱蓄熱タンク２２内に貯溜された熱媒体のうち、比較的温度の高い部分の温度を検出することができる。
なお、以下では、第二上部温度センサ７５によって検出される排熱蓄熱タンク２２内の温度を、「第二上部温度Ｔｕ２」と称する。
The second
Hereinafter, the temperature in the exhaust
第二下部温度センサ７６は、排熱蓄熱タンク２２内の温度を検出するものである。第二下部温度センサ７６は、排熱蓄熱タンク２２内の下部に設けられる。第二下部温度センサ７６は、排熱蓄熱タンク２２内の下部に貯溜された熱媒体の温度を検出することができる。すなわち、第二下部温度センサ７６は、排熱蓄熱タンク２２内に貯溜された熱媒体のうち、比較的温度の低い部分の温度を検出することができる。
なお、以下では、第二下部温度センサ７６によって検出される排熱蓄熱タンク２２内の温度を、「第二下部温度Ｔｄ２」と称する。
The second
Hereinafter, the temperature in the exhaust
日射センサ７７は、集熱パネル１１に照射される日射量を検出するものである。日射センサ７７は、集熱パネル１１の近傍（集熱パネル１１と同様に日当たりの良い場所）に設けられ、当該集熱パネル１１に照射される日射量を検出することができる。
なお、以下では、日射センサ７７によって検出される日射量を、「日射量Ｈ」と称する。
The
Hereinafter, the amount of solar radiation detected by the
以下では、図１を用いて、上述の如く構成された給湯システム１の基本的な動作について説明する。 Hereinafter, the basic operation of the hot water supply system 1 configured as described above will be described with reference to FIG.
太陽熱温水システム１０において、集熱パネル１１に太陽光が照射されると、当該集熱パネル１１は太陽熱を集熱し、内部の熱媒体の温度を上昇させる。第一ポンプ１５が駆動（正転）されると、第一管路１４を介して集熱パネル１１と太陽熱蓄熱タンク１２との間で熱媒体が循環される。このようにして、集熱パネル１１で温められた熱媒体は、太陽熱蓄熱タンク１２へと供給される。太陽熱蓄熱タンク１２に温められた熱媒体を蓄えることで、当該熱媒体を介して太陽熱を蓄えることができる。
In the solar
ここで、太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に蓄える際の効率（以下、単に「太陽熱の蓄熱効率」と記す）は、集熱パネル１１の温度と、太陽熱蓄熱タンク１２から集熱パネル１１へと供給される熱媒体の温度と、の差が大きいほど高くなる。すなわち、太陽熱蓄熱タンク１２の温度を低く保つことで、太陽熱の蓄熱効率の向上を図ることができる。
Here, the efficiency of storing solar heat in the solar heat storage tank 12 (hereinafter simply referred to as “solar heat storage efficiency”) is supplied to the temperature of the heat collection panel 11 and from the solar
燃料電池システム２０において、発電ユニット２１で発生した排熱は、前記排熱回収装置を介して当該発電ユニット２１内の熱媒体に伝達され、当該熱媒体の温度が上昇する。第二ポンプ２５が駆動されると、第二管路２４を介して発電ユニット２１と排熱蓄熱タンク２２との間で熱媒体が循環される。このようにして、発電ユニット２１で温められた熱媒体は、排熱蓄熱タンク２２へと供給される。排熱蓄熱タンク２２に温められた熱媒体を蓄えることで、当該熱媒体を介して排熱を蓄えることができる。
In the
ここで、排熱を排熱蓄熱タンク２２に蓄える際の効率（以下、単に「排熱の蓄熱効率」と記す）は、発電ユニット２１の排熱の温度と、排熱蓄熱タンク２２から発電ユニット２１へと供給される熱媒体の温度と、の差が大きいほど高くなる。すなわち、排熱蓄熱タンク２２の温度を低く保つことで、排熱の蓄熱効率の向上を図ることができる。
Here, the efficiency (hereinafter simply referred to as “exhaust heat storage efficiency”) when exhaust heat is stored in the exhaust
前記給湯需要から湯の要求があった場合、第一熱交換器１６又は第二熱交換器２６のいずれか一方から給湯管路６０を介して前記給湯需要へと湯を供給することができる。例えば、第一熱交換器１６からの湯を前記給湯需要へと供給する場合、第一上水管路４０を介して第一熱交換器１６へと供給される上水が、当該第一熱交換器１６において、太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えられた太陽熱によって温められる。このようにして温められた上水（湯）が、給湯管路６０を介して前記給湯需要へと供給される。また、第二熱交換器２６からの湯を前記給湯需要へと供給する場合には、第二上水管路５０を介して第二熱交換器２６へと供給される上水が、当該第二熱交換器２６において、排熱蓄熱タンク２２に蓄えられた排熱によって温められる。このようにして温められた上水（湯）が、給湯管路６０を介して前記給湯需要へと供給される。
When there is a demand for hot water from the hot water supply demand, hot water can be supplied from either the
このように、給湯システム１では、集熱パネル１１において集熱された太陽熱、及び発電ユニット２１の排熱を利用して湯が沸かされ、当該湯を前記給湯需要へと供給することができる。
Thus, in the hot water supply system 1, hot water is boiled using the solar heat collected in the heat collection panel 11 and the exhaust heat of the
以下では、図３を用いて、太陽熱温水システム１０及び燃料電池システム２０を通常通りに運転した場合に蓄えることができる熱について説明する。
Below, the heat | fever which can be stored when the solar
図３には、太陽熱温水システム１０及び燃料電池システム２０を通常通りに運転した場合に、ある一日の各時刻において当該太陽熱温水システム１０及び燃料電池システム２０にそれぞれ蓄えることができる熱の量（熱量）を例示している。
In FIG. 3, when the solar
図３に示すように、太陽熱温水システム１０では、太陽光が集熱パネル１１に照射される時間帯（図３の例では、７時から１８時まで）にのみ熱（太陽熱）を蓄えることができる。一方、燃料電池システム２０では、前述の如く発電ユニット２１は２４時間連続して運転されているため、一日中熱（排熱）を蓄えることができる。
As shown in FIG. 3, in the solar
従って、燃料電池システム２０においては排熱蓄熱タンク２２の容量を超える過剰な排熱（熱余り）が発生し易い。燃料電池システム２０において熱余りが発生した場合には、当該排熱は空気中に放熱され、利用することができない。
Therefore, in the
そこで、太陽熱温水システム１０に熱を蓄えることができる場合（時間帯）には、燃料電池システム２０における排熱の蓄熱効率が低下したとしても、太陽熱温水システム１０における太陽熱の蓄熱効率の向上を図ることが望ましい。これによって、太陽熱の蓄熱効率を向上させることができる。具体的には、図１に示すように、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体の温度が、排熱蓄熱タンク２２に貯溜された熱媒体の温度よりも高い場合には、相互ポンプ３３を駆動（正転）させ、当該太陽熱蓄熱タンク１２と排熱蓄熱タンク２２との間で熱媒体を循環させる。これによって、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体の温度を低下させることができ、太陽熱の蓄熱効率を向上させることができる。なおこの場合、排熱蓄熱タンク２２に貯溜された熱媒体の温度は上昇するため、排熱の蓄熱効率は低下する。
Therefore, when heat can be stored in the solar hot water system 10 (time zone), even if the heat storage efficiency of the exhaust heat in the
一方、太陽熱温水システム１０に熱を蓄えることができない場合（時間帯）には、燃料電池システム２０における排熱の蓄熱効率の向上を図ることが望ましい。具体的には、排熱蓄熱タンク２２に貯溜された熱媒体の温度が、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体の温度よりも高い場合には、相互ポンプ３３を駆動（逆転）させ、当該排熱蓄熱タンク２２と太陽熱蓄熱タンク１２との間で熱媒体を循環させる。これによって、排熱蓄熱タンク２２に貯溜された熱媒体の温度を低下させることができ、排熱の蓄熱効率を向上させることができる。また、燃料電池システム２０における熱余りの発生を抑制することができる。
On the other hand, when heat cannot be stored in the solar hot water system 10 (time zone), it is desirable to improve the heat storage efficiency of exhaust heat in the
以下では、図４及び図５を用いて、上述の如く太陽熱の蓄熱効率又は排熱の蓄熱効率のいずれか一方を選択し、選択された蓄熱効率の向上を図るための具体的な制御について説明する。当該制御は、太陽熱の蓄熱効率の向上を図る太陽熱優先制御（図４）、及び排熱の蓄熱効率の向上を図る排熱優先制御（図５）に分けることができる。よって以下では、各制御について順に説明する。 Hereinafter, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, specific control for selecting either the solar heat storage efficiency or the exhaust heat storage efficiency as described above and improving the selected heat storage efficiency will be described. To do. The control can be divided into solar heat priority control (FIG. 4) for improving the heat storage efficiency of solar heat and exhaust heat priority control (FIG. 5) for improving the heat storage efficiency of exhaust heat. Therefore, below, each control is demonstrated in order.
まず、図４を用いて、太陽熱優先制御の処理について詳細に説明する。 First, the solar heat priority control process will be described in detail with reference to FIG.
ステップＳ１０１において、制御装置７０は、集熱パネル温度Ｔｐが第一下部温度Ｔｄ１より高いか否かを判定する。集熱パネル温度Ｔｐが第一下部温度Ｔｄ１より高い場合には、第一ポンプ１５を駆動させることで、集熱パネル１１で集められた太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えることができる。
制御装置７０は、集熱パネル温度Ｔｐが第一下部温度Ｔｄ１より高いと判定した場合、ステップＳ１０２に移行する。
制御装置７０は、集熱パネル温度Ｔｐが第一下部温度Ｔｄ１以下であると判定した場合、ステップＳ１０３に移行する。
In step S101, the
When it is determined that the heat collection panel temperature Tp is higher than the first lower temperature Td1, the
When determining that the heat collection panel temperature Tp is equal to or lower than the first lower temperature Td1, the
ステップＳ１０２において、制御装置７０は、第一ポンプ１５を駆動（正転）させる。これによって、集熱パネル１１で集められた太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えることができる。
制御装置７０は、当該ステップＳ１０２の処理を行った後、ステップＳ１０４に移行する。
In step S102, the
After performing the process of step S102, the
ステップＳ１０１から移行したステップＳ１０３において、制御装置７０は、日射量Ｈが０より大きいか否かを判定する。日射量Ｈが０より大きい（すなわち、集熱パネル１１に太陽光が照射されている）場合には、所定時間（例えば１〜２時間程度の短い時間）経過後には集熱パネル温度Ｔｐが第一下部温度Ｔｄ１より高くなると予想される。
制御装置７０は、日射量Ｈが０より大きいと判定した場合、ステップＳ１０４に移行する。
制御装置７０は、日射量Ｈが０である（すなわち、集熱パネル１１に太陽光が照射されていない）と判定した場合、ステップＳ２０１（図５参照）に移行する。
In step S103 transferred from step S101, the
When determining that the solar radiation amount H is greater than 0, the
When it is determined that the solar radiation amount H is 0 (that is, the solar panel 11 is not irradiated with sunlight), the
ステップＳ１０２又はステップＳ１０３から移行したステップＳ１０４において、制御装置７０は、第一上部温度Ｔｕ１が第二上部温度Ｔｕ２より高いか否かを判定する。第一上部温度Ｔｕ１が第二上部温度Ｔｕ２より高い場合には、相互ポンプ３３を駆動させて太陽熱蓄熱タンク１２と排熱蓄熱タンク２２との間で熱媒体を循環させることで、第一上部温度Ｔｕ１を低下させ、太陽熱の蓄熱効率を向上させることができる。
制御装置７０は、第一上部温度Ｔｕ１が第二上部温度Ｔｕ２より高いと判定した場合、ステップＳ１０５に移行する。
制御装置７０は、第一上部温度Ｔｕ１が第二上部温度Ｔｕ２以下であると判定した場合、ステップＳ１０６に移行する。
In step S104 transferred from step S102 or step S103, the
When it is determined that the first upper temperature Tu1 is higher than the second upper temperature Tu2, the
When determining that the first upper temperature Tu1 is equal to or lower than the second upper temperature Tu2, the
ステップＳ１０５において、制御装置７０は、相互ポンプ３３を駆動（正転）させる。相互ポンプ３３が駆動されると、太陽熱蓄熱タンク１２と排熱蓄熱タンク２２との間で熱媒体が循環される。これによって、第一上部温度Ｔｕ１を低下させ、太陽熱の蓄熱効率を向上させることができる。
制御装置７０は、当該ステップＳ１０５の処理を行った後、ステップＳ１０６に移行する。
In step S105, the
After performing the process of step S105, the
ステップＳ１０６において、制御装置７０は、排熱温度Ｔｅが第二下部温度Ｔｄ２より高いか否かを判定する。排熱温度Ｔｅが第二下部温度Ｔｄ２より高い場合には、第二ポンプ２５を駆動させることで、発電ユニット２１からの排熱を排熱蓄熱タンク２２に蓄えることができる。
制御装置７０は、排熱温度Ｔｅが第二下部温度Ｔｄ２より高いと判定した場合、ステップＳ１０７に移行する。
制御装置７０は、排熱温度Ｔｅが第二下部温度Ｔｄ２以下であると判定した場合、ステップＳ１０８に移行する。
In step S106, the
When it is determined that the exhaust heat temperature Te is higher than the second lower temperature Td2, the
When it is determined that the exhaust heat temperature Te is equal to or lower than the second lower temperature Td2, the
ステップＳ１０７において、制御装置７０は、第二ポンプ２５を駆動させる。これによって、発電ユニット２１からの排熱を排熱蓄熱タンク２２に蓄えることができる。
制御装置７０は、当該ステップＳ１０７の処理を行った後、ステップＳ１０８に移行する。
In step S107, the
After performing the processing of step S107, the
ステップＳ１０８において、制御装置７０は、給湯需要からの湯の要求が有るか否かを判定する。なお、給湯需要からの湯の要求の有無は、適宜センサ等を用いて検出することができる。
制御装置７０は、給湯需要からの湯の要求が有ると判定した場合、ステップＳ１０９に移行する。
制御装置７０は、給湯需要からの湯の要求が無いと判定した場合、再度ステップＳ１０１に移行する。
In step S108,
When it is determined that there is a request for hot water from the hot water supply demand, the
When it is determined that there is no request for hot water from the hot water supply demand,
ステップＳ１０９において、制御装置７０は、第一上部温度Ｔｕ１が給湯温度Ｔｓより高いか否かを判定する。ここで、給湯温度Ｔｓとは、太陽熱蓄熱タンク１２及び排熱蓄熱タンク２２に、給湯需要へと湯を供給することができる程度に熱が蓄えられているか否かを判断するための閾値（下限値）である。当該給湯温度Ｔｓは、予め任意に設定することが可能である。
制御装置７０は、第一上部温度Ｔｕ１が給湯温度Ｔｓより高いと判定した場合、ステップＳ１１０に移行する。
制御装置７０は、第一上部温度Ｔｕ１が給湯温度Ｔｓ以下であると判定した場合、ステップＳ１１１に移行する。
In step S109,
When
If
ステップＳ１１０において、制御装置７０は、給湯管路６０に設けられた前記制御弁を制御し、第一熱交換器１６からの湯を給湯需要へと供給（出湯）する。この場合、第一上水管路４０から供給される上水が、太陽熱蓄熱タンク１２内の熱媒体の熱（太陽熱）によって温められて湯になり、当該湯が給湯需要へと供給されることになる。
制御装置７０は、当該ステップＳ１１０の処理を行った後、再度ステップＳ１０１に移行する。
In step S110, the
After performing the process of step S110, the
ステップＳ１０９から移行したステップＳ１１１において、制御装置７０は、第二上部温度Ｔｕ２が給湯温度Ｔｓより高いか否かを判定する。
制御装置７０は、第二上部温度Ｔｕ２が給湯温度Ｔｓより高いと判定した場合、ステップＳ１１２に移行する。
制御装置７０は、第二上部温度Ｔｕ２が給湯温度Ｔｓ以下であると判定した場合、ステップＳ１１３に移行する。
In step S111 transferred from step S109, the
When
If
ステップＳ１１２において、制御装置７０は、給湯管路６０に設けられた前記制御弁を制御し、第二熱交換器２６からの湯を給湯需要へと供給（出湯）する。この場合、第二上水管路５０から供給される上水が、排熱蓄熱タンク２２内の熱媒体の熱（排熱）によって温められて湯になり、当該湯が給湯需要へと供給されることになる。
制御装置７０は、当該ステップＳ１１２の処理を行った後、再度ステップＳ１０１に移行する。
In step S <b> 112, the
After performing the process of step S112, the
ステップＳ１１１から移行したステップＳ１１３において、制御装置７０は、排熱蓄熱タンク２２に設けられた前記補助熱源を作動させると共に、給湯管路６０に設けられた前記制御弁を制御し、第二熱交換器２６からの湯を給湯需要へと供給（出湯）する。この場合、第二上水管路５０から供給される上水が、排熱蓄熱タンク２２の前記補助熱源の熱によって温められて湯になり、当該湯が給湯需要へと供給されることになる。
In step S113 transferred from step S111, the
以上の如く、太陽熱優先制御において、制御装置７０は、太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えることができる場合（ステップＳ１０１）、第一ポンプ１５を駆動させ、太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に蓄える（ステップＳ１０２）。
As described above, in the solar heat priority control, when the solar heat can be stored in the solar heat storage tank 12 (step S101), the
また制御装置７０は、第一ポンプ１５の駆動中（ステップＳ１０２）又は集熱パネル１１に太陽光が照射されている場合（ステップＳ１０３）であって、かつ第一上部温度Ｔｕ１が第二上部温度Ｔｕ２より高い場合（ステップＳ１０４）には、相互ポンプ３３を駆動させて太陽熱の蓄熱効率を向上させる（ステップＳ１０５）。ここで、集熱パネル１１に太陽光が照射されている場合にも太陽熱の蓄熱効率を向上させるのは、まもなく太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えることができるようになる（すなわち、集熱パネル温度Ｔｐが第一下部温度Ｔｄ１より高くなる）と予想されるためである。
Further, the
このように、制御装置７０は、太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えることができる場合には、太陽熱の蓄熱効率を排熱の蓄熱効率よりも優先して向上させる。
As described above, when the solar heat can be stored in the solar
その後、制御装置７０は、排熱を排熱蓄熱タンク２２に蓄えることができる場合（ステップＳ１０６）、第二ポンプ２５を駆動させ、排熱を排熱蓄熱タンク２２に蓄える（ステップＳ１０７）。
Thereafter, when the exhaust heat can be stored in the exhaust heat storage tank 22 (step S106), the
また制御装置７０は、給湯需要からの湯の要求が有る場合（ステップＳ１０８）、まず太陽熱蓄熱タンク１２内の熱（太陽熱）を優先的に用いて当該給湯需要へと湯を供給する（ステップＳ１０９及びステップＳ１１０）。太陽熱蓄熱タンク１２内に十分な熱（太陽熱）が蓄えられていない場合、排熱蓄熱タンク２２内の熱（排熱）を用いて給湯需要へと湯を供給する（ステップＳ１１１及びステップＳ１１２）。さらに、排熱蓄熱タンク２２内にも十分な熱（排熱）が蓄えられていない場合、前記補助熱源からの熱を用いて給湯需要へと湯を供給する（ステップＳ１１３）。
When there is a demand for hot water from the hot water supply demand (step S108), the
このように、太陽熱優先制御において、制御装置７０は、太陽熱蓄熱タンク１２内の熱（太陽熱）を優先的に用いて給湯需要へと湯を供給する。これによって、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体の温度を低下させることができ、太陽熱の蓄熱効率を向上させることができる。
Thus, in the solar heat priority control, the
次に、図５を用いて、排熱優先制御の処理について詳細に説明する。 Next, the exhaust heat priority control process will be described in detail with reference to FIG.
図５に示すように、ステップＳ１０３から移行したステップＳ２０１において、制御装置７０は、排熱温度Ｔｅが第二下部温度Ｔｄ２より高いか否かを判定する。
制御装置７０は、排熱温度Ｔｅが第二下部温度Ｔｄ２より高いと判定した場合、ステップＳ２０２に移行する。
制御装置７０は、排熱温度Ｔｅが第二下部温度Ｔｄ２以下であると判定した場合、ステップＳ２０３に移行する。
As shown in FIG. 5, in step S201 transferred from step S103, the
When it is determined that the exhaust heat temperature Te is higher than the second lower temperature Td2, the
When it is determined that the exhaust heat temperature Te is equal to or lower than the second lower temperature Td2, the
ステップＳ２０２において、制御装置７０は、第二ポンプ２５を駆動させる。
制御装置７０は、当該ステップＳ２０２の処理を行った後、ステップＳ２０３に移行する。
In step S <b> 202, the
After performing the process of step S202, the
ステップＳ２０１又はステップＳ２０２から移行したステップＳ２０３において、制御装置７０は、第二上部温度Ｔｕ２が第一上部温度Ｔｕ１より高いか否かを判定する。第二上部温度Ｔｕ２が第一上部温度Ｔｕ１より高い場合には、相互ポンプ３３を駆動させて排熱蓄熱タンク２２と太陽熱蓄熱タンク１２との間で熱媒体を循環させることで、第二上部温度Ｔｕ２を低下させ、排熱の蓄熱効率を向上させることができる。
制御装置７０は、第二上部温度Ｔｕ２が第一上部温度Ｔｕ１より高いと判定した場合、ステップＳ２０４に移行する。
制御装置７０は、第二上部温度Ｔｕ２が第一上部温度Ｔｕ１以下であると判定した場合、ステップＳ２０５に移行する。
In step S203 transferred from step S201 or step S202, the
When it is determined that the second upper temperature Tu2 is higher than the first upper temperature Tu1, the
When it is determined that the second upper temperature Tu2 is equal to or lower than the first upper temperature Tu1, the
ステップＳ２０４において、制御装置７０は、相互ポンプ３３を駆動（逆転）させる。相互ポンプ３３が駆動されると、排熱蓄熱タンク２２と太陽熱蓄熱タンク１２との間で熱媒体が循環される。これによって、第二上部温度Ｔｕ２を低下させ、排熱の蓄熱効率を向上させることができる。
制御装置７０は、当該ステップＳ２０４の処理を行った後、ステップＳ２０５に移行する。
In step S204, the
After performing the process of step S204, the
ステップＳ２０５において、制御装置７０は、給湯需要からの湯の要求が有るか否かを判定する。
制御装置７０は、給湯需要からの湯の要求が有ると判定した場合、ステップＳ２０６に移行する。
制御装置７０は、給湯需要からの湯の要求が無いと判定した場合、再度ステップＳ１０１に移行する。
In step S205,
When it is determined that there is a request for hot water from the hot water supply demand, the
When it is determined that there is no request for hot water from the hot water supply demand,
ステップＳ２０６において、制御装置７０は、第二上部温度Ｔｕ２が給湯温度Ｔｓより高いか否かを判定する。
制御装置７０は、第二上部温度Ｔｕ２が給湯温度Ｔｓより高いと判定した場合、ステップＳ２０７に移行する。
制御装置７０は、第二上部温度Ｔｕ２が給湯温度Ｔｓ以下であると判定した場合、ステップＳ２０８に移行する。
In step S206,
If
When
ステップＳ２０７において、制御装置７０は、給湯管路６０に設けられた前記制御弁を制御し、第二熱交換器２６からの湯を給湯需要へと供給（出湯）する。この場合、第二上水管路５０から供給される上水が、排熱蓄熱タンク２２内の熱媒体の熱（排熱）によって温められて湯になり、当該湯が給湯需要へと供給されることになる。
制御装置７０は、当該ステップＳ２０７の処理を行った後、再度ステップＳ１０１に移行する。
In step S207, the
After performing the process of step S207, the
ステップＳ２０６から移行したステップＳ２０８において、制御装置７０は、第一上部温度Ｔｕ１が給湯温度Ｔｓより高いか否かを判定する。
制御装置７０は、第一上部温度Ｔｕ１が給湯温度Ｔｓより高いと判定した場合、ステップＳ２０９に移行する。
制御装置７０は、第一上部温度Ｔｕ１が給湯温度Ｔｓ以下であると判定した場合、ステップＳ１１３（図４参照）に移行する。
In step S208 transferred from step S206, the
When
When
ステップＳ２０９において、制御装置７０は、給湯管路６０に設けられた前記制御弁を制御し、第一熱交換器１６からの湯を給湯需要へと供給（出湯）する。この場合、第一上水管路４０から供給される上水が、太陽熱蓄熱タンク１２内の熱媒体の熱（太陽熱）によって温められて湯になり、当該湯が給湯需要へと供給されることになる。
制御装置７０は、当該ステップＳ２０９の処理を行った後、再度ステップＳ１０１に移行する。
In step S209, the
After performing the process of step S209, the
以上の如く、排熱優先制御において、制御装置７０は、排熱を排熱蓄熱タンク２２に蓄えることができる場合（ステップＳ２０１）、第二ポンプ２５を駆動させ、排熱を排熱蓄熱タンク２２に蓄える（ステップＳ２０２）。
As described above, in the exhaust heat priority control, when the exhaust heat can be stored in the exhaust heat storage tank 22 (step S201), the
また制御装置７０は、第二ポンプ２５の駆動中（ステップＳ２０２）であって、かつ第二上部温度Ｔｕ２が第一上部温度Ｔｕ１より高い場合（ステップＳ２０３）には、相互ポンプ３３を駆動させて排熱の蓄熱効率を向上させる（ステップＳ２０４）。
When the
このように、制御装置７０は、太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えることができない（かつ、まもなく太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えることができるようになることも予想されない）場合（ステップＳ１０１及びステップＳ１０３参照）であって、かつ排熱を排熱蓄熱タンク２２に蓄えることができる場合には、排熱の蓄熱効率を向上させる。
Thus, the
その後、制御装置７０は、給湯需要からの湯の要求が有る場合（ステップＳ２０５）、まず排熱蓄熱タンク２２内の熱（排熱）を優先的に用いて当該給湯需要へと湯を供給する（ステップＳ２０６及びステップＳ２０７）。排熱蓄熱タンク２２内に十分な熱（排熱）が蓄えられていない場合、太陽熱蓄熱タンク１２内の熱（太陽熱）を用いて給湯需要へと湯を供給する（ステップＳ２０８及びステップＳ２０９）。さらに、太陽熱蓄熱タンク１２内にも十分な熱（太陽熱）が蓄えられていない場合、前記補助熱源からの熱を用いて給湯需要へと湯を供給する（ステップＳ２１０）。
Thereafter, when there is a request for hot water from the hot water supply demand (step S205), the
このように、排熱優先制御において、制御装置７０は、排熱蓄熱タンク２２内の熱（排熱）を優先的に用いて給湯需要へと湯を供給する。これによって、排熱蓄熱タンク２２に貯溜された熱媒体の温度を低下させることができ、排熱の蓄熱効率を向上させることができる。
As described above, in the exhaust heat priority control, the
以上の如く、本実施形態（第一実施形態）に係る給湯システム１（熱利用システム）は、
太陽光を受けて太陽熱を集める集熱パネル１１（集熱器）と、
内部に貯溜された熱媒体を介して、集熱パネル１１で集められた太陽熱を蓄える太陽熱蓄熱タンク１２と、
集熱パネル１１で集められた太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体へと伝達する第一循環機構１３（太陽熱伝達機構）と、
燃料を用いて発電すると共に排熱を発生させる発電ユニット２１（発電装置）と、
内部に貯溜された熱媒体を介して、発電ユニット２１で発生した排熱を蓄える排熱蓄熱タンク２２と、
発電ユニット２１で発生した排熱を排熱蓄熱タンク２２に貯溜された熱媒体へと伝達する第二循環機構２３（排熱伝達機構）と、
太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体及び排熱蓄熱タンク２２に貯溜された熱媒体のうち、温度の高い方から低い方へと熱を伝達する相互循環機構３０（相互熱伝達機構）と、
第一循環機構１３を作動させる場合において、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体の温度（第一上部温度Ｔｕ１）よりも排熱蓄熱タンク２２に貯溜された熱媒体の温度（第二上部温度Ｔｕ２）が低い場合、相互循環機構３０を作動させ、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体の温度を低下させる制御装置７０と、
を具備するものである。
As described above, the hot water supply system 1 (heat utilization system) according to the present embodiment (first embodiment) is as follows.
A heat collecting panel 11 (heat collector) that receives solar light and collects solar heat;
A solar
A first circulation mechanism 13 (solar heat transfer mechanism) that transmits solar heat collected by the heat collection panel 11 to a heat medium stored in the solar
A power generation unit 21 (power generation device) that generates power using fuel and generates waste heat;
An exhaust
A second circulation mechanism 23 (exhaust heat transfer mechanism) for transmitting the exhaust heat generated in the
Of the heat medium stored in the solar
In the case of operating the
It comprises.
このように構成することにより、太陽熱の蓄熱効率の向上を図ることができる。特に、排熱の蓄熱効率よりも太陽熱の蓄熱効率の向上を優先することで、当該太陽熱の蓄熱効率の向上と共に過剰な排熱（熱余り）の発生を抑制することができる。
また、既存のシステム（太陽熱温水システム１０及び燃料電池システム２０）に若干の変更（相互循環機構３０の追加）を行うことで（すなわち、大幅な変更なしで）、給湯システム１を構築し、蓄熱効率の向上を図ることができる。
By comprising in this way, the thermal storage efficiency of solar heat can be improved. In particular, priority is given to improving the thermal storage efficiency of solar heat over the thermal storage efficiency of exhaust heat, so that the generation of excessive exhaust heat (heat surplus) can be suppressed along with the improvement of the thermal storage efficiency of the solar heat.
Further, by making a slight change (addition of the mutual circulation mechanism 30) to the existing system (the solar
また、制御装置７０は、
第一循環機構１３を作動させることなく、第二循環機構２３を作動させる場合において、排熱蓄熱タンク２２に貯溜された熱媒体の温度（第二上部温度Ｔｕ２）よりも太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体の温度（第一上部温度Ｔｕ１）が低い場合、相互循環機構３０を作動させ、排熱蓄熱タンク２２に貯溜された熱媒体の温度を低下させるものである。
In addition, the
In the case where the
このように構成することにより、太陽熱の蓄熱効率の向上を図る必要がない場合には、排熱の蓄熱効率の向上を図ることができる。 By comprising in this way, when it is not necessary to aim at the heat storage efficiency of solar heat, the heat storage efficiency of exhaust heat can be improved.
以下では、給湯システム１の他の実施形態（第二実施形態）について説明する。第二実施形態に係る給湯システム１は、後述するプレヒート制御を行う点で、第一実施形態に係る給湯システム１と異なる。以下、具体的に説明する。 Below, other embodiment (2nd embodiment) of the hot water supply system 1 is described. The hot water supply system 1 according to the second embodiment is different from the hot water supply system 1 according to the first embodiment in that preheat control described later is performed. This will be specifically described below.
上述の如く集熱パネル１１で集められた太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に蓄える（図４のステップＳ１０２参照）ためには、集熱パネル１１の温度（集熱パネル温度Ｔｐ）が太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えられた熱媒体の温度（具体的には、第一下部温度Ｔｄ１）よりも高くなっている必要がある（図４のステップＳ１０１参照）。これは、集熱パネル温度Ｔｐが第一下部温度Ｔｄ１よりも低い状態で第一ポンプ１５を駆動（正転）させると、太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えられた熱媒体の熱が集熱パネル１１に奪われ、当該太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えられた熱が減少してしまうためである。
In order to store the solar heat collected by the heat collection panel 11 as described above in the solar heat storage tank 12 (see step S102 in FIG. 4), the temperature of the heat collection panel 11 (heat collection panel temperature Tp) is stored in the solar
一方、太陽光が集熱パネル１１に照射されることがない（日射量Ｈ＝０である）時間帯（日の出の時刻以前や、日の入りの時刻以後）においては、集熱パネル温度Ｔｐは大幅に低下する。この時間帯においては、集熱パネル温度Ｔｐが太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えられた熱媒体の温度（第一下部温度Ｔｄ１）よりも低くなる場合がある。 On the other hand, in the time zone (before the sunrise time or after the sunset time) when sunlight is not irradiated on the heat collection panel 11 (the amount of solar radiation H = 0), the heat collection panel temperature Tp is greatly increased. descend. In this time zone, the heat collection panel temperature Tp may be lower than the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank 12 (first lower temperature Td1).
例えば、日の出前に集熱パネル温度Ｔｐが第一下部温度Ｔｄ１よりも低くなっている場合、日の出の時刻になって集熱パネル１１に太陽光が照射され始めたとしても、集熱パネル温度Ｔｐが第一下部温度Ｔｄ１よりも高くなるまでは太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えることはできない。このため、日の出の時刻からしばらくの間は、太陽熱を蓄えることができない。
For example, if the heat collection panel temperature Tp is lower than the first lower temperature Td1 before sunrise, even if the heat collection panel 11 starts to be irradiated with sunlight at the sunrise time, the heat collection panel temperature Solar heat cannot be stored in the solar
そこで、第二実施形態に係る制御装置７０は、日の出の時刻になる前に、太陽熱蓄熱タンク１２又は排熱蓄熱タンク２２に蓄えられた熱を用いて集熱パネル温度Ｔｐを上昇させるプレヒート制御を行う。当該プレヒート制御を行うことで、日の出の時刻までに集熱パネル温度Ｔｐを第一下部温度Ｔｄ１（又は、当該第一下部温度Ｔｄ１に近い温度）まで上昇させ、太陽光が照射され始めた時点から（又は、太陽光が照射され始めてから短時間が経過した時点から）太陽熱を蓄えることができる。これによって、蓄えられる太陽熱の量（蓄熱量）の向上を図ることができる。
Therefore, the
以下では、図６を用いて、プレヒート制御の具体的な内容について説明する。プレヒート制御は、例えば太陽熱優先制御及び排熱優先制御の最後の処理（図４又は図５に示すステップＳ１１０、ステップＳ１１２、ステップＳ１１３、ステップＳ２０７、ステップＳ２０９又はステップＳ２１０）の後（再びステップＳ１０１に移行する前）に行われるものとする。 Below, the specific content of preheat control is demonstrated using FIG. The preheat control is performed, for example, after the last process of the solar heat priority control and the exhaust heat priority control (step S110, step S112, step S113, step S207, step S209, or step S210 shown in FIG. 4 or FIG. 5) again (step S101). Before the transition).
当該プレヒート制御は、集熱パネル１１への熱の供給を開始する時刻を決定する開始時刻決定制御（図６のステップＳ３０１からステップＳ３０５まで）、及び実際に集熱パネル１１へと熱を供給するプレヒート実行制御（図６のステップＳ４０１からステップＳ４０５まで）に分けることができる。よって以下では、各制御について順に説明する。 In the preheat control, start time determination control (from step S301 to step S305 in FIG. 6) for determining a time to start supplying heat to the heat collection panel 11, and actually supply heat to the heat collection panel 11. It can be divided into preheat execution control (from step S401 to step S405 in FIG. 6). Therefore, below, each control is demonstrated in order.
まず、開始時刻決定制御の処理について詳細に説明する。 First, the start time determination control process will be described in detail.
ステップＳ３０１において、制御装置７０は、集熱パネル１１の温度を第一下部温度Ｔｄ１以上まで上昇させるために、当該集熱パネル１１へと供給する必要がある熱量（必要熱量）ＱＮを算出する。
必要熱量ＱＮは、「必要熱量ＱＮ＝（第一下部温度Ｔｄ１−集熱パネル温度Ｔｐ）×熱媒体量Ｖ×比熱Ｃ」の数式を用いて算出することができる。
In step S301, the
The required heat quantity QN can be calculated using a mathematical formula of “necessary heat quantity QN = (first lower temperature Td1−heat collecting panel temperature Tp) × heat medium amount V × specific heat C”.
ここで、熱媒体量Ｖは、集熱パネル１１と太陽熱蓄熱タンク１２との間を循環する熱媒体（不凍液）の総量である。
また、比熱Ｃは、熱媒体（不凍液）の比熱である。
熱媒体量Ｖ及び比熱Ｃの値は給湯システム１の構成から予め分かっており、制御装置７０に記憶されている。
Here, the heat medium amount V is the total amount of heat medium (antifreeze) circulating between the heat collection panel 11 and the solar
Specific heat C is specific heat of the heat medium (antifreeze).
The values of the heat medium amount V and the specific heat C are known in advance from the configuration of the hot water supply system 1 and are stored in the
制御装置７０は、当該ステップＳ３０１の処理を行った後、ステップＳ３０２に移行する。
After performing the process of step S301, the
ステップＳ３０２において、制御装置７０は、第二上部温度Ｔｕ２が第一上部温度Ｔｕ１よりも高いか否かを判定する。
制御装置７０は、第二上部温度Ｔｕ２が第一上部温度Ｔｕ１よりも高いと判定した場合、ステップＳ３０３に移行する。
制御装置７０は、第二上部温度Ｔｕ２が第一上部温度Ｔｕ１以下であると判定した場合、ステップＳ３０４に移行する。
In step S302, the
When it is determined that the second upper temperature Tu2 is higher than the first upper temperature Tu1, the
When it is determined that the second upper temperature Tu2 is equal to or lower than the first upper temperature Tu1, the
ステップＳ３０３において、制御装置７０は、温度差Ｔｇの値に「第二上部温度Ｔｕ２−集熱パネル温度Ｔｐ」の値を代入する。
ここで、温度差Ｔｇとは、第一上部温度Ｔｕ１及び第二上部温度Ｔｕ２のうち高い方から、集熱パネル温度Ｔｐを減算した値である。
制御装置７０は、当該ステップＳ３０３の処理を行った後、ステップＳ３０５に移行する。
In step S303, the
Here, the temperature difference Tg is a value obtained by subtracting the heat collection panel temperature Tp from the higher one of the first upper temperature Tu1 and the second upper temperature Tu2.
After performing the process of step S303, the
ステップＳ３０４において、制御装置７０は、温度差Ｔｇの値に「第一上部温度Ｔｕ１−集熱パネル温度Ｔｐ」の値を代入する。
制御装置７０は、当該ステップＳ３０４の処理を行った後、ステップＳ３０５に移行する。
In step S304, the
After performing the process of step S304, the
ステップＳ３０３又はステップＳ３０４から移行したステップＳ３０５において、制御装置７０は、集熱パネル１１への熱の供給を開始する時刻（供給開始時刻）ＨＰを算出する。
供給開始時刻ＨＰは、「供給開始時刻ＨＰ＝集熱開始時刻ＨＣ−必要時間ＷＮ」の数式を用いて算出することができる。
In step S305 transferred from step S303 or step S304, the
The supply start time HP can be calculated using a formula of “supply start time HP = heat collection start time HC−required time WN”.
ここで、集熱開始時刻ＨＣは、集熱パネル１１が太陽熱を集熱可能な状態となると予測される時刻である。ここで、集熱パネル１１が太陽熱を集熱可能な状態とは、当該集熱パネル１１に太陽光が照射されている状態を意味する。集熱開始時刻ＨＣは、本実施形態においては日の出の時刻（日照予定時刻）であり、集熱パネル１１に太陽光が照射され始める時刻である。日照予定時刻（例えば、予め予測された日の出の時刻等）は、予め制御装置７０に記憶されている。
Here, the heat collection start time HC is a time at which the heat collection panel 11 is predicted to be in a state capable of collecting solar heat. Here, the state where the heat collection panel 11 can collect solar heat means a state where the heat collection panel 11 is irradiated with sunlight. The heat collection start time HC is the sunrise time (scheduled sunshine time) in the present embodiment, and is the time when the heat collection panel 11 starts to be irradiated with sunlight. The estimated sunshine time (for example, a predicted sunrise time) is stored in the
また、必要時間ＷＮは、必要熱量ＱＮを集熱パネル１１へと供給するのに要する時間である。必要時間ＷＮは、「必要時間ＷＮ＝必要熱量ＱＮ／温度差Ｔｇ／流量Ｒ／比熱Ｃ」の数式を用いて算出することができる。 The required time WN is the time required to supply the required heat quantity QN to the heat collecting panel 11. The required time WN can be calculated using a mathematical formula of “required time WN = necessary heat quantity QN / temperature difference Tg / flow rate R / specific heat C”.
ここで、流量Ｒは、集熱パネル１１と太陽熱蓄熱タンク１２との間を循環する熱媒体の流量である。
Here, the flow rate R is a flow rate of the heat medium circulating between the heat collection panel 11 and the solar
制御装置７０は、当該ステップＳ３０５の処理を行った後、ステップＳ４０１（プレヒート実行制御）に移行する。
After performing the process of step S305, the
以上の如く、開始時刻決定制御において、制御装置７０は、集熱パネル１１へと供給する必要熱量ＱＮを算出し（ステップＳ３０１）、当該必要熱量ＱＮに基づいて供給開始時刻ＨＰを算出する（ステップＳ３０５）。なお、集熱パネル１１へと供給される熱は、太陽熱（太陽熱蓄熱タンク１２からの熱）又は排熱（排熱蓄熱タンク２２からの熱）である。よって、供給開始時刻ＨＰを算出する際に用いる温度差Ｔｇとしては、第一上部温度Ｔｕ１又は第二上部温度Ｔｕ２のうち高い方と、集熱パネル温度Ｔｐとの差が用いられる（ステップＳ３０２からステップＳ３０４）。
As described above, in the start time determination control, the
次に、プレヒート実行制御の処理について詳細に説明する。 Next, the preheat execution control process will be described in detail.
ステップＳ４０１において、制御装置７０は、現在時刻が集熱パネル１１へと熱を供給すべき時間帯（供給時間帯）に含まれるか否かを判定する。
ここで、前記供給時間帯とは、具体的には供給開始時刻ＨＰから集熱開始時刻ＨＣまでの時間帯である。すなわち制御装置７０は、現在時刻から集熱開始時刻ＨＣまでの時間が必要時間ＷＮ（ステップＳ３０５参照）未満であるか否かを判定することになる。
制御装置７０は、現在時刻が前記供給時間帯に含まれると判定した場合、ステップＳ４０２に移行する。
制御装置７０は、現在時刻が前記供給時間帯に含まれないと判定した場合、ステップＳ１０１（図４）に移行する。
In step S401, the
Here, the supply time zone is specifically a time zone from the supply start time HP to the heat collection start time HC. That is, the
When determining that the current time is included in the supply time zone, the
When it is determined that the current time is not included in the supply time zone, the
ステップＳ４０２において、制御装置７０は、第一下部温度Ｔｄ１が集熱パネル温度Ｔｐより高いか否かを判定する。
制御装置７０は、第一下部温度Ｔｄ１が集熱パネル温度Ｔｐより高いと判定した場合、ステップＳ４０３に移行する。
制御装置７０は、第一下部温度Ｔｄ１が集熱パネル温度Ｔｐ以下であると判定した場合、ステップＳ１０１（図４）に移行する。
In step S402, the
When it is determined that the first lower temperature Td1 is higher than the heat collection panel temperature Tp, the
When it is determined that the first lower temperature Td1 is equal to or lower than the heat collection panel temperature Tp, the
ステップＳ４０３において、制御装置７０は、第一上部温度Ｔｕ１が第二上部温度Ｔｕ２以上であるか否かを判定する。
制御装置７０は、第一上部温度Ｔｕ１が第二上部温度Ｔｕ２以上であると判定した場合、ステップＳ４０４に移行する。
制御装置７０は、第一上部温度Ｔｕ１が第二上部温度Ｔｕ２未満であると判定した場合、ステップＳ４０５に移行する。
In step S403, the
When determining that the first upper temperature Tu1 is equal to or higher than the second upper temperature Tu2, the
When determining that the first upper temperature Tu1 is lower than the second upper temperature Tu2, the
ステップＳ４０４において、制御装置７０は、第一ポンプ１５を駆動（逆転）させる。これによって、太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えられた熱を集熱パネル１１へと供給し、当該集熱パネル１１の温度を上昇させることができる。
制御装置７０は、当該ステップＳ４０４の処理を行った後、再びステップＳ１０１（図４）に移行する。
In step S404, the
After performing the process of step S404, the
ステップＳ４０３から移行したステップＳ４０５において、制御装置７０は、相互ポンプ３３を駆動（逆転）させる。これによって、排熱蓄熱タンク２２に蓄えられた熱を太陽熱蓄熱タンク１２へと供給し、第一上部温度Ｔｕ１を上昇させることができる。
制御装置７０は、当該ステップＳ４０５の処理を行った後、再度ステップＳ４０３に移行する。
In step S405 transferred from step S403, the
After performing the process of step S405, the
以上の如く、プレヒート実行制御において、制御装置７０は、現在時刻が前記供給時間帯に含まれており（ステップＳ４０１）、かつ第一下部温度Ｔｄ１が集熱パネル温度Ｔｐより高い場合には（ステップＳ４０２）、第一ポンプ１５を駆動させることで（ステップＳ４０４）、太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えられた熱を集熱パネル１１へと供給し、当該集熱パネル１１の温度を上昇させる。これによって、集熱開始時刻ＨＣから速やかに太陽熱を蓄えることができる。
As described above, in the preheat execution control, the
この際、制御装置７０は、第一上部温度Ｔｕ１が第二上部温度Ｔｕ２未満である場合には（ステップＳ４０３）、相互ポンプ３３を駆動させ（ステップＳ４０５）、排熱蓄熱タンク２２に蓄えられた熱を太陽熱蓄熱タンク１２へと供給する。これによって、太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えられた熱（太陽熱）だけでなく、排熱蓄熱タンク２２に蓄えられた熱（排熱）も利用して、集熱パネル１１の温度を上昇させることができる。
At this time, when the first upper temperature Tu1 is lower than the second upper temperature Tu2 (step S403), the
以上の如く、本実施形態（第二実施形態）に係る第一循環機構１３は、
太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体から集熱パネル１１へと熱を伝達することが可能であり、
制御装置７０は、
集熱パネル１１の温度（集熱パネル温度Ｔｐ）よりも太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体の温度（第一下部温度Ｔｄ１）が高い場合、第一循環機構１３を作動させ、集熱パネル１１の温度を上昇させるものである。
As described above, the
It is possible to transfer heat from the heat medium stored in the solar
The
When the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank 12 (first lower temperature Td1) is higher than the temperature of the heat collection panel 11 (heat collection panel temperature Tp), the
このように構成することにより、太陽熱の蓄熱を速やかに開始することができ、ひいては太陽熱の蓄熱量の向上を図ることができる。 By comprising in this way, the thermal storage of a solar heat can be started rapidly and by extension, the improvement of the amount of thermal storage of a solar heat can be aimed at.
また、制御装置７０は、
集熱パネル１１の温度よりも太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体の温度が高い場合において、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体の温度（第一上部温度Ｔｕ１）が排熱蓄熱タンク２２に貯溜された熱媒体の温度（第二上部温度Ｔｕ２）未満である場合、相互循環機構３０を作動させ、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜された熱媒体の温度を上昇させるものである。
In addition, the
When the temperature of the heat medium stored in the solar
このように構成することにより、太陽熱蓄熱タンク１２だけでなく、排熱蓄熱タンク２２に蓄えられた熱を用いて集熱パネル１１の温度を上昇させることができる。これによって、より速やかに太陽熱の蓄熱を開始することができる。
By comprising in this way, the temperature of the heat collecting panel 11 can be raised using the heat stored not only in the solar
なお、上記実施形態（第一実施形態及び第二実施形態）に係る給湯システム１は、本発明に係る熱利用システムの実施の一形態である。
また、集熱パネル１１は、本発明にかかる集熱器の実施の一形態である。
また、第一循環機構１３は、本発明に係る太陽熱伝達機構の実施の一形態である。
また、発電ユニット２１は、本発明に係る発電装置の実施の一形態である。
また、第二循環機構２３は、本発明に係る排熱伝達機構の実施の一形態である。
また、相互循環機構３０は、本発明に係る相互熱伝達機構の実施の一形態である。
In addition, the hot water supply system 1 which concerns on the said embodiment (1st embodiment and 2nd embodiment) is one Embodiment of the heat utilization system which concerns on this invention.
The heat collection panel 11 is an embodiment of the heat collector according to the present invention.
Moreover, the
The
The
The mutual circulation mechanism 30 is an embodiment of the mutual heat transfer mechanism according to the present invention.
なお、上記実施形態においては、給湯システム１は、熱を蓄える蓄熱タンクを２つ（太陽熱蓄熱タンク１２及び排熱蓄熱タンク２２）具備するものとしたが、本発明は当該蓄熱タンクの個数を限定するものではない。また、太陽熱を蓄える太陽熱蓄熱タンク１２及び排熱を蓄える排熱蓄熱タンク２２だけでなく、その他の熱源からの熱を蓄える蓄熱タンクも組み合わせて給湯システム１を構築することも可能である。
In the above embodiment, the hot water supply system 1 includes two heat storage tanks (solar
また、上記実施形態に係る集熱パネル１１は、太陽光を受けて太陽熱を集めるものとしたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、集熱パネル１１は、太陽熱を集めると同時に、太陽光を受けて発電するもの（いわゆる、ハイブリッドソーラーパネル）であっても良い。 Moreover, although the heat collecting panel 11 which concerns on the said embodiment shall receive sunlight and collect solar heat, this invention is not limited to this. For example, the heat collection panel 11 may be one that collects solar heat and generates power by receiving sunlight (so-called hybrid solar panel).
また、上記実施形態においては、太陽熱蓄熱タンク１２には熱媒体として不凍液が貯溜され、当該不凍液を集熱パネル１１との間で循環させる構成としたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜される熱媒体は不凍液に限定するものではなく、例えば水（湯）を用いることも可能である。排熱蓄熱タンク２２についても同様である。
Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure which antifreeze liquid is stored in the solar
また、太陽熱蓄熱タンク１２に貯溜される熱媒体と、集熱パネル１１を循環する熱媒体は、異なる熱媒体を用いることも可能である。例えば、太陽熱蓄熱タンク１２には水（湯）を貯溜し、熱交換器を介して集熱パネル１１を循環する不凍液と熱交換する構成とすることも可能である。排熱蓄熱タンク２２及び発電ユニット２１についても同様である。
Moreover, it is also possible to use a different heat medium for the heat medium stored in the solar
また、本発明に係る発電装置は、本実施形態に係る発電ユニット２１（ＳＯＦＣ）に限るものではない。例えば、ＰＥＦＣ（固体高分子形燃料電池）等、種々の方式の発電装置を用いることが可能である。 Further, the power generation device according to the present invention is not limited to the power generation unit 21 (SOFC) according to the present embodiment. For example, various types of power generation devices such as PEFC (solid polymer fuel cell) can be used.
また、太陽熱優先制御（図４）のステップＳ１０３において、制御装置７０は、日射量Ｈを判定することによって、まもなく太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えることができるようになる（すなわち、集熱パネル温度Ｔｐが第一下部温度Ｔｄ１より高くなる）ことを予想するものとしたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、現在時刻や天気予報に基づいて、まもなく太陽熱を太陽熱蓄熱タンク１２に蓄えることができるようになることを予想することも可能である。また、制御装置７０は、ステップＳ１０３を省略する（当該ステップＳ１０３を行わずに、ステップＳ１０１からステップＳ２０１に移行する）構成とすることも可能である。
Moreover, in step S103 of solar heat priority control (FIG. 4), the
また、プレヒート実行制御（図６）のステップＳ４０５において、制御装置７０は、相互ポンプ３３を駆動させた後、ステップＳ４０３に再度移行するものとしたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、制御装置７０は、ステップＳ４０５からステップＳ４０４に移行する、すなわち相互ポンプ３３を駆動させながら第一ポンプ１５を駆動させる構成とすることも可能である。
In step S405 of the preheat execution control (FIG. 6), the
また、プレヒート制御は、太陽熱優先制御及び排熱優先制御の最後の処理の後（再びステップＳ１０１に移行する前）に行われるものとしたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、プレヒート制御は、一日のうち特定の時刻（例えば０時）にのみ行われる構成とすることも可能である。 Moreover, although preheat control shall be performed after the last process of solar heat priority control and exhaust heat priority control (before transfering to step S101 again), this invention is not limited to this. For example, the preheat control can be performed only at a specific time (for example, 0:00) of the day.
１ 給湯システム（熱利用システム）
１０ 太陽熱温水システム
１１ 集熱パネル（集熱器）
１２ 太陽熱蓄熱タンク
１３ 第一循環機構（太陽熱伝達機構）
２０ 燃料電池システム
２１ 発電ユニット（発電装置）
２２ 排熱蓄熱タンク
２３ 第二循環機構（排熱伝達機構）
３０ 相互循環機構（相互熱伝達機構）
７０ 制御装置
1 Hot water supply system (heat utilization system)
10 Solar water heating system 11 Heat collector panel (heat collector)
12 Solar
20
22 Waste
30 Mutual circulation mechanism (mutual heat transfer mechanism)
70 Controller
Claims (4)
内部に貯溜された熱媒体を介して、前記集熱器で集められた太陽熱を蓄える太陽熱蓄熱タンクと、
前記集熱器で集められた太陽熱を前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体へと伝達する太陽熱伝達機構と、
燃料を用いて発電すると共に排熱を発生させる発電装置と、
内部に貯溜された熱媒体を介して、前記発電装置で発生した排熱を蓄える排熱蓄熱タンクと、
前記発電装置で発生した排熱を前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体へと伝達する排熱伝達機構と、
前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体及び前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体のうち、温度の高い方から低い方へと熱を伝達する相互熱伝達機構と、
前記太陽熱伝達機構を作動させる場合において、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度よりも前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が低い場合、前記相互熱伝達機構を作動させ、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度を低下させる第一制御を行う制御装置と、
を具備し、
前記太陽熱伝達機構は、
前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体から前記集熱器へと熱を伝達することが可能であり、
前記制御装置は、
前記集熱器の温度よりも前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が高い場合、前記太陽熱伝達機構を作動させ、前記集熱器の温度を上昇させる第二制御を実行可能であり、
前記集熱器の温度を前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度以上まで上昇させるために必要な必要熱量を算出し、
前記必要熱量を前記集熱器へと供給するのに要する必要時間を算出し、
現在時刻から、前記集熱器が太陽光を集熱可能な状態となると予測される集熱開始時刻までの時間が前記必要時間未満である場合にのみ、前記第二制御を行う、
熱利用システム。 A collector that receives sunlight and collects solar heat,
A solar heat storage tank for storing solar heat collected by the heat collector via a heat medium stored inside;
A solar heat transfer mechanism for transmitting solar heat collected by the heat collector to a heat medium stored in the solar heat storage tank;
A power generator that generates power using fuel and generates waste heat;
An exhaust heat storage tank for storing the exhaust heat generated in the power generation device via a heat medium stored inside;
An exhaust heat transfer mechanism for transmitting exhaust heat generated in the power generation device to a heat medium stored in the exhaust heat storage tank;
Of the heat medium stored in the solar heat storage tank and the heat medium stored in the exhaust heat storage tank, a mutual heat transfer mechanism that transfers heat from a higher temperature to a lower one,
When operating the solar heat transfer mechanism, if the temperature of the heat medium stored in the exhaust heat storage tank is lower than the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank, the mutual heat transfer mechanism is operated, A control device that performs first control to reduce the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank;
Equipped with,
The solar heat transfer mechanism is
It is possible to transfer heat from the heat medium stored in the solar heat storage tank to the heat collector,
The controller is
When the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is higher than the temperature of the heat collector, the solar heat transfer mechanism is activated and the second control for increasing the temperature of the heat collector can be executed.
Calculating the amount of heat necessary to raise the temperature of the heat collector to a temperature equal to or higher than the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank;
Calculating the time required to supply the required amount of heat to the collector;
The second control is performed only when the time from the current time to the heat collection start time at which the heat collector is predicted to be able to collect sunlight is less than the necessary time.
Heat utilization system.
前記太陽熱伝達機構を作動させることなく、前記排熱伝達機構を作動させる場合において、前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度よりも前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が低い場合、前記相互熱伝達機構を作動させ、前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度を低下させる第三制御を行う、
請求項１に記載の熱利用システム。 The controller is
When operating the exhaust heat transfer mechanism without operating the solar heat transfer mechanism, the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is lower than the temperature of the heat medium stored in the exhaust heat storage tank In this case, the mutual heat transfer mechanism is operated, and the third control is performed to lower the temperature of the heat medium stored in the exhaust heat storage tank.
The heat utilization system according to claim 1.
前記集熱器の温度よりも前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が高い場合において、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度未満である場合、前記相互熱伝達機構を作動させ、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度を上昇させる第四制御を行う、
請求項１又は請求項２に記載の熱利用システム。 The controller is
When the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is higher than the temperature of the heat collector, the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is the temperature of the heat medium stored in the exhaust heat storage tank. When the temperature is lower than the temperature, the mutual heat transfer mechanism is operated, and a fourth control for increasing the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is performed.
The heat utilization system according to claim 1 or claim 2.
内部に貯溜された熱媒体を介して、前記集熱器で集められた太陽熱を蓄える太陽熱蓄熱タンクと、
前記集熱器で集められた太陽熱を前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体へと伝達する太陽熱伝達機構と、
燃料を用いて発電すると共に排熱を発生させる発電装置と、
内部に貯溜された熱媒体を介して、前記発電装置で発生した排熱を蓄える排熱蓄熱タンクと、
前記発電装置で発生した排熱を前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体へと伝達する排熱伝達機構と、
前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体及び前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体のうち、温度の高い方から低い方へと熱を伝達する相互熱伝達機構と、
前記太陽熱伝達機構を作動させる場合において、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度よりも前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が低い場合、前記相互熱伝達機構を作動させ、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度を低下させる制御装置と、
を具備し、
前記太陽熱伝達機構は、
前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体から前記集熱器へと熱を伝達することが可能であり、
前記制御装置は、
前記集熱器の温度よりも前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が高い場合、前記太陽熱伝達機構を作動させ、前記集熱器の温度を上昇させ、
前記集熱器の温度よりも前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が高い場合において、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度が前記排熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度未満である場合、前記相互熱伝達機構を作動させ、前記太陽熱蓄熱タンクに貯溜された熱媒体の温度を上昇させる、
熱利用システム。 A collector that receives sunlight and collects solar heat,
A solar heat storage tank for storing solar heat collected by the heat collector via a heat medium stored inside;
A solar heat transfer mechanism for transmitting solar heat collected by the heat collector to a heat medium stored in the solar heat storage tank;
A power generator that generates power using fuel and generates waste heat;
An exhaust heat storage tank for storing the exhaust heat generated in the power generation device via a heat medium stored inside;
An exhaust heat transfer mechanism for transmitting exhaust heat generated in the power generation device to a heat medium stored in the exhaust heat storage tank;
Of the heat medium stored in the solar heat storage tank and the heat medium stored in the exhaust heat storage tank, a mutual heat transfer mechanism that transfers heat from a higher temperature to a lower one,
When operating the solar heat transfer mechanism, if the temperature of the heat medium stored in the exhaust heat storage tank is lower than the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank, the mutual heat transfer mechanism is operated, A control device for lowering the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank;
Comprising
The solar heat transfer mechanism is
It is possible to transfer heat from the heat medium stored in the solar heat storage tank to the heat collector,
The controller is
When the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is higher than the temperature of the heat collector, the solar heat transfer mechanism is activated, and the temperature of the heat collector is increased.
When the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is higher than the temperature of the heat collector, the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank is the temperature of the heat medium stored in the exhaust heat storage tank. When the temperature is lower than the temperature, the mutual heat transfer mechanism is operated to increase the temperature of the heat medium stored in the solar heat storage tank.
Heat utilization system.
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