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発明の名称 コージェネレーションシステム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−248910(P2001−248910A)
公開日 平成13年9月14日(2001.9.14)
出願番号 特願2000−63752(P2000−63752)
出願日 平成12年3月8日(2000.3.8)
代理人 【識別番号】100093056
【弁理士】
【氏名又は名称】杉谷 勉
【テーマコード(参考)】
3L024
3L025
3L070
【Fターム(参考)】
3L024 CC30 DD03 DD27 DD36 DD42 EE16 GG05 GG12 GG15 GG18 GG22 GG25 HH02 HH14 HH17 HH22 HH60 
3L025 AA02 AA08 AA13 AA38
3L070 BB08 BB09 BC02 CC07 CC08 DD07 DE09 DF01 DF07 DF12 DG02
発明者 栢原 義孝 / 岩田 伸 / 滝本 桂嗣 / 吉田 豊 / 末平 道久 / 藤川 英明
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 下部から取り出して上部から供給する循環配管を付設して温度成層を形成する状態で貯湯を行う貯湯タンクと、前記循環配管に設けられて前記貯湯タンクから取り出した水を加熱する加熱手段と、前記循環配管に設けられて前記貯湯タンクから水を取り出すとともに加熱後の湯を前記貯湯タンクに供給する循環ポンプと、前記貯湯タンクと並列に前記循環配管に接続されて前記加熱手段を経た湯を取り出す循環用分岐配管と、前記循環用分岐配管に設けられて暖房加熱要求信号に応答して暖房装置に供給される湯を前記加熱手段で加熱された湯によって加熱する暖房用熱交換器とを備えたコージェネレーションシステムにおいて、前記加熱手段が、熱電併給装置の排熱を熱源とする排熱加熱手段と、加熱能力が高い専用熱源による補助加熱手段とから成り、前記貯湯タンクに設けられて前記貯湯タンク内の湯の貯湯量を検出する貯湯量検出手段と、前記暖房加熱要求信号に応答して前記貯湯タンクの全容量から前記貯湯量検出手段で算出された湯の貯湯量を減算して前記貯湯タンクへの貯湯可能湯量を算出する貯湯可能湯量算出手段と、前記貯湯可能湯量算出手段で算出された貯湯可能湯量分の加熱量を前記排熱加熱手段で得るに足る排熱加熱時間を算出する排熱加熱時間算出手段と、前記暖房装置の暖房加熱必要能力が前記排熱加熱手段の排熱加熱能力よりも大きくなったことを検出して優先補助加熱信号を出力する加熱能力検出手段と、前記排熱加熱時間算出手段で算出された排熱加熱時間と、前記熱電併給装置の特性を生かすに足る排熱連続運転時間とを比較して排熱加熱時間が排熱連続運転時間よりも長いときに排熱加熱信号を出力するとともに短いときに補助加熱信号を出力する比較手段と、前記加熱能力検出手段から優先補助加熱信号が出力されていない状態での前記比較手段からの排熱加熱信号に応答して前記排熱加熱手段の運転許可信号を出力し、前記暖房加熱要求信号が停止しても貯湯可能湯量分の加熱を行った後に運転許可信号を停止し、かつ、優先補助加熱信号および補助加熱信号に応答して前記補助加熱手段を起動するとともに暖房加熱要求信号の停止に応答して前記補助加熱手段の運転を停止する加熱制御手段とを備えたことを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項2】 下部から取り出して上部から供給する循環配管を付設して温度成層を形成する状態で貯湯を行う貯湯タンクと、前記循環配管に設けられて前記貯湯タンクから取り出した水を加熱する加熱手段と、前記循環配管に設けられて前記貯湯タンクから水を取り出すとともに加熱後の湯を前記貯湯タンクに供給する循環ポンプと、前記貯湯タンクと並列に前記循環配管に接続されて前記加熱手段を経た湯を取り出す循環用分岐配管と、前記循環用分岐配管に設けられて暖房加熱要求信号に応答して暖房装置に供給される湯を前記加熱手段で加熱された湯によって加熱する暖房用熱交換器とを備えたコージェネレーションシステムにおいて、前記加熱手段が、熱電併給装置の排熱を熱源とする排熱加熱手段と、加熱能力が高い専用熱源による補助加熱手段とから成り、前記貯湯タンクに設けられて前記貯湯タンク内の湯の貯湯量を検出する貯湯量検出手段と、前記暖房加熱要求信号に応答して前記貯湯タンクの全容量から前記貯湯量検出手段で算出された湯の貯湯量を減算して前記貯湯タンクへの貯湯可能湯量を算出する貯湯可能湯量算出手段と、前記貯湯可能湯量算出手段で算出された貯湯可能湯量分の加熱量を前記排熱加熱手段で得るに足る排熱加熱時間を算出する排熱加熱時間算出手段と、前記暖房装置の暖房加熱必要能力が前記排熱加熱手段の排熱加熱能力よりも大きくなったことを検出して優先補助加熱信号を出力する加熱能力検出手段と、特定時刻における貯湯タンク内への必要貯湯量が予め特定されているものであり、暖房加熱要求信号に応答して、その時刻とそれ以降の直近の前記特定時刻との時間差を算出する時間差算出手段と、前記時間差算出手段で算出された時間差と、放熱の影響を考慮して設定された先取り時間とを比較して、時間差が先取り時間よりも小さいときに先取り信号を出力する先取り手段と、前記先取り信号に応答して、直近の特定時刻における必要貯湯量を排熱加熱手段で得るに足る必要加熱時間を算出する必要加熱時間算出手段と、前記必要加熱時間算出手段で算出された必要加熱時間を排熱加熱時間算出手段で算出された排熱加熱時間に加算して許容加熱時間を算出する許容加熱時間算出手段と、前記許容加熱時間算出手段で算出された許容加熱時間と排熱連続運転時間とを比較して許容加熱時間が排熱連続運転時間よりも長いときに排熱加熱信号を出力するとともに短いときに補助加熱信号を出力する第2の比較手段と、前記加熱能力検出手段から優先補助加熱信号が出力されていない状態での前記第2の比較手段からの排熱加熱信号に応答して前記排熱加熱手段の運転許可信号を出力し、前記暖房加熱要求信号が停止しても貯湯可能湯量に必要貯湯量を加えた分の加熱を行った後に運転許可信号を停止し、かつ、優先補助加熱信号および補助加熱信号に応答して前記補助加熱手段を起動するとともに暖房加熱要求信号の停止に応答して前記補助加熱手段の運転を停止する第2の加熱制御手段とを備えたことを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項3】 下部から取り出して上部から供給する循環配管を付設して温度成層を形成する状態で貯湯を行う貯湯タンクと、前記循環配管に設けられて前記貯湯タンクから取り出した水を加熱する加熱手段と、前記循環配管に設けられて前記貯湯タンクから水を取り出すとともに加熱後の湯を前記貯湯タンクに供給する循環ポンプと、前記貯湯タンクと並列に前記循環配管に接続されて前記加熱手段を経た湯を取り出す循環用分岐配管と、前記循環用分岐配管に設けられて暖房加熱要求信号に応答して暖房装置に供給される湯を前記加熱手段で加熱された湯によって加熱する暖房用熱交換器とを備えたコージェネレーションシステムにおいて、前記加熱手段が、熱電併給装置の排熱を熱源とする排熱加熱手段と、加熱能力が高い専用熱源による補助加熱手段とから成り、前記貯湯タンクに設けられて前記貯湯タンク内の湯の貯湯量を検出する貯湯量検出手段と、前記暖房加熱要求信号に応答して前記貯湯タンクの全容量から前記貯湯量検出手段で算出された湯の貯湯量を減算して前記貯湯タンクへの貯湯可能湯量を算出する貯湯可能湯量算出手段と、前記貯湯可能湯量算出手段で算出された貯湯可能湯量分の加熱量を前記排熱加熱手段で得るに足る排熱加熱時間を算出する排熱加熱時間算出手段と、前記暖房装置の暖房加熱必要能力が前記排熱加熱手段の排熱加熱能力よりも大きくなったことを検出して優先補助加熱信号を出力する加熱能力検出手段と、循環用分岐配管に設けられて追焚き信号に応答して浴槽内の湯を循環させて加熱する追焚き用熱交換器と、前記浴槽内の湯の温度を測定する浴槽温度センサと、前記浴槽内の湯の量を測定する湯量センサと、前記浴槽内の湯の沸かし上げ温度を設定する沸かし上げ温度設定手段と、前記追焚き信号に応答して、前記浴槽温度センサで測定される前記浴槽内の湯の温度と、前記沸かし上げ温度設定手段で設定された沸かし上げ温度と、前記湯量センサで測定される前記浴槽内の湯量とに基づいて前記排熱加熱手段で加熱した場合に沸かし上げ温度に達するのに必要な追い焚き量を得る沸かし上げ時間を算出する沸かし上げ時間算出手段と、前記沸かし上げ時間算出手段で算出された沸かし上げ時間を排熱加熱時間算出手段で算出された排熱加熱時間に加算して追焚き・貯湯加熱時間を算出する追焚き・貯湯加熱時間算出手段と、前記追焚き・貯湯加熱時間算出手段で算出された追焚き・貯湯加熱時間と排熱連続運転時間とを比較して追焚き・貯湯加熱時間が排熱連続運転時間よりも長いときに排熱加熱信号を出力するとともに短いときに補助加熱信号を出力する第3の比較手段と、前記加熱能力検出手段から優先補助加熱信号が出力されていない状態での前記第3の比較手段からの排熱加熱信号に応答して前記排熱加熱手段の運転許可信号を出力し、前記暖房加熱要求信号が停止しても貯湯可能湯量に追い焚き量を加えた分の加熱を行った後に運転許可信号を停止し、かつ、優先補助加熱信号および補助加熱信号に応答して前記補助加熱手段を起動するとともに暖房加熱要求信号の停止に応答して前記補助加熱手段の運転を停止する第3の加熱制御手段とを備えたことを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項4】 補助加熱信号に応答しての補助加熱手段の運転状態で、暖房加熱要求信号が停止されるまでに補助加熱信号から排熱加熱信号に切り替わったときには、前記補助加熱手段の運転を停止して前記排熱加熱手段を起動するものである請求項1、2、3のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発電機とガスエンジンとを一体化したものとか燃料電池といった熱電併給装置で発生する排熱を利用して、温度成層を形成する状態で貯湯タンク内に湯を貯めるとともに室内暖房や床暖房などの暖房を行えるように構成したコージェネレーションシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、例えば、特開平10−185314号公報に、ガスエンジン発電機からの排熱を排熱回収器で回収し、回収した排熱を貯湯槽や他の外部負荷(例えば、床暖房装置)に投入することが開示されているように、前述したような熱電併給装置で発生する排熱を貯湯や他用途に利用することが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、暖房の場合、一般に、室内温度を測定し、その測定室内温度が設定温度よりも低くなったときに暖房を開始し、設定温度を越えたときに暖房を停止するといったように、暖房加熱要求信号でで暖房運転を制御するように構成される。
【0004】室内温度を設定温度に良好に維持しようとすると、暖房加熱要求信号のON/OFFの時間間隔が比較的短くならざるを得ず、それに合わせて熱電併給装置をON/OFFすると、熱電併給装置の連続運転時間が短く、排熱の利用効率が低くなる欠点があった。
【0005】すなわち、熱電併給装置からの排熱を利用する場合、熱電併給装置の筐体が大きいため、その運転開始時から所定の時間までの立ち上がりにおいて、発生した排熱が筐体や排熱を供給する配管などに吸収され、利用できる排熱量が少ない。そのような排熱量の少ない状態での加熱を行うと、排熱利用の目的である本来の省エネルギー性や経済性が損なわれるのである。
【0006】本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項1に係る発明は、暖房の加熱要求があったときに、熱電併給装置の連続運転時間が所定時間以上確保できるときにのみ排熱を利用して暖房を行い、熱電併給装置の排熱が不足しているときにのみ補助加熱手段で暖房を行い、補助加熱手段による余分な貯湯を回避して、省エネルギー性および経済性を向上できるようにすることを目的とし、また、請求項2に係る発明は、学習機能や予約設定などによって特定時刻における貯湯タンク内への必要貯湯量が予め特定される場合に、そのことを考慮して熱電併給装置の連続運転時間が所定時間以上確保できるときにのみ排熱を利用して暖房を行い、省エネルギー性および経済性を向上できるようにすることを目的とし、また、請求項3に係る発明は、風呂の追炊き要求があったときに、追炊きを考慮して熱電併給装置の連続運転時間が所定時間以上確保できるときにのみ排熱を利用して追炊きを行い、省エネルギー性および経済性を向上できるようにすることを目的とし、また、請求項4に係る発明は、暖房の加熱要求があった時点では熱電併給装置の排熱が不足していても、時間経過とともに熱電併給装置の連続運転時間が所定時間以上確保できるようになったときには即座に熱電併給装置の排熱を利用できるようにして、省エネルギー性および経済性をより一層向上できるようにすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、上述のような目的を達成するために、下部から取り出して上部から供給する循環配管を付設して温度成層を形成する状態で貯湯を行う貯湯タンクと、前記循環配管に設けられて前記貯湯タンクから取り出した水を加熱する加熱手段と、前記循環配管に設けられて前記貯湯タンクから水を取り出すとともに加熱後の湯を前記貯湯タンクに供給する循環ポンプと、前記貯湯タンクと並列に前記循環配管に接続されて前記加熱手段を経た湯を取り出す循環用分岐配管と、前記循環用分岐配管に設けられて暖房加熱要求信号に応答して暖房装置に供給される湯を前記加熱手段で加熱された湯によって加熱する暖房用熱交換器とを備えたコージェネレーションシステムにおいて、前記加熱手段が、熱電併給装置の排熱を熱源とする排熱加熱手段と、加熱能力が高い専用熱源による補助加熱手段とから成り、前記貯湯タンクに設けられて前記貯湯タンク内の湯の貯湯量を検出する貯湯量検出手段と、前記暖房加熱要求信号に応答して前記貯湯タンクの全容量から前記貯湯量検出手段で算出された湯の貯湯量を減算して前記貯湯タンクへの貯湯可能湯量を算出する貯湯可能湯量算出手段と、前記貯湯可能湯量算出手段で算出された貯湯可能湯量分の加熱量を前記排熱加熱手段で得るに足る排熱加熱時間を算出する排熱加熱時間算出手段と、前記暖房装置の暖房加熱必要能力が前記排熱加熱手段の排熱加熱能力よりも大きくなったことを検出して優先補助加熱信号を出力する加熱能力検出手段と、前記排熱加熱時間算出手段で算出された排熱加熱時間と、前記熱電併給装置の特性を生かすに足る排熱連続運転時間とを比較して排熱加熱時間が排熱連続運転時間よりも長いときに排熱加熱信号を出力するとともに短いときに補助加熱信号を出力する比較手段と、前記加熱能力検出手段から優先補助加熱信号が出力されていない状態での前記比較手段からの排熱加熱信号に応答して前記排熱加熱手段の運転許可信号を出力し、前記暖房加熱要求信号が停止しても貯湯可能湯量分の加熱を行った後に運転許可信号を停止し、かつ、優先補助加熱信号および補助加熱信号に応答して前記補助加熱手段を起動するとともに暖房加熱要求信号の停止に応答して前記補助加熱手段の運転を停止する加熱制御手段とを備えて構成する。
【0008】ここで、熱電併給装置の特性を生かすに足る排熱連続運転時間とは、用いる熱電併給装置によって設定されるものである。すなわち、その筐体の容積に伴う運転開始からの排熱の温度の立ち上がり状況と、立ち上がり後の連続運転時間とから、排熱回収効率と発電効率とを求め、それらから省エネルギー性および経済性の面から有用となる全体としての連続運転時間が排熱連続運転時間として設定される。
【0009】また、請求項2に係る発明は、前述のような目的を達成するために、下部から取り出して上部から供給する循環配管を付設して温度成層を形成する状態で貯湯を行う貯湯タンクと、前記循環配管に設けられて前記貯湯タンクから取り出した水を加熱する加熱手段と、前記循環配管に設けられて前記貯湯タンクから水を取り出すとともに加熱後の湯を前記貯湯タンクに供給する循環ポンプと、前記貯湯タンクと並列に前記循環配管に接続されて前記加熱手段を経た湯を取り出す循環用分岐配管と、前記循環用分岐配管に設けられて暖房加熱要求信号に応答して暖房装置に供給される湯を前記加熱手段で加熱された湯によって加熱する暖房用熱交換器とを備えたコージェネレーションシステムにおいて、前記加熱手段が、熱電併給装置の排熱を熱源とする排熱加熱手段と、加熱能力が高い専用熱源による補助加熱手段とから成り、前記貯湯タンクに設けられて前記貯湯タンク内の湯の貯湯量を検出する貯湯量検出手段と、前記暖房加熱要求信号に応答して前記貯湯タンクの全容量から前記貯湯量検出手段で算出された湯の貯湯量を減算して前記貯湯タンクへの貯湯可能湯量を算出する貯湯可能湯量算出手段と、前記貯湯可能湯量算出手段で算出された貯湯可能湯量分の加熱量を前記排熱加熱手段で得るに足る排熱加熱時間を算出する排熱加熱時間算出手段と、前記暖房装置の暖房加熱必要能力が前記排熱加熱手段の排熱加熱能力よりも大きくなったことを検出して優先補助加熱信号を出力する加熱能力検出手段と、特定時刻における貯湯タンク内への必要貯湯量が予め特定されているものであり、暖房加熱要求信号に応答して、その時刻とそれ以降の直近の前記特定時刻との時間差を算出する時間差算出手段と、前記時間差算出手段で算出された時間差と、放熱の影響を考慮して設定された先取り時間とを比較して、時間差が先取り時間よりも小さいときに先取り信号を出力する先取り手段と、前記先取り信号に応答して、直近の特定時刻における必要貯湯量を排熱加熱手段で得るに足る必要加熱時間を算出する必要加熱時間算出手段と、前記必要加熱時間算出手段で算出された必要加熱時間を排熱加熱時間算出手段で算出された排熱加熱時間に加算して許容加熱時間を算出する許容加熱時間算出手段と、前記許容加熱時間算出手段で算出された許容加熱時間と排熱連続運転時間とを比較して許容加熱時間が排熱連続運転時間よりも長いときに排熱加熱信号を出力するとともに短いときに補助加熱信号を出力する第2の比較手段と、前記加熱能力検出手段から優先補助加熱信号が出力されていない状態での前記第2の比較手段からの排熱加熱信号に応答して前記排熱加熱手段の運転許可信号を出力し、前記暖房加熱要求信号が停止しても貯湯可能湯量に必要貯湯量を加えた分の加熱を行った後に運転許可信号を停止し、かつ、優先補助加熱信号および補助加熱信号に応答して前記補助加熱手段を起動するとともに暖房加熱要求信号の停止に応答して前記補助加熱手段の運転を停止する第2の加熱制御手段とを備えて構成する。
【0010】特定時刻における貯湯タンク内への必要貯湯量が予め特定されるとは、例えば、学習機能によって、前日とか1週間前の同じ曜日の必要貯湯量の変動パターンによって特定するとか、予約機能などスケジュールタイマで設定した必要貯湯量の変動パターンによって特定するといったことである。
【0011】また、放熱の影響を考慮して設定された先取り時間としては、貯湯タンク内に全容量の貯湯を行った場合に、その時点から貯湯タンクの湯の使用予定がある時までの時間で、放熱によるロスを問題にしなくても済む時までの時間が設定される。
【0012】また、請求項3に係る発明は、前述のような目的を達成するために、下部から取り出して上部から供給する循環配管を付設して温度成層を形成する状態で貯湯を行う貯湯タンクと、前記循環配管に設けられて前記貯湯タンクから取り出した水を加熱する加熱手段と、前記循環配管に設けられて前記貯湯タンクから水を取り出すとともに加熱後の湯を前記貯湯タンクに供給する循環ポンプと、前記貯湯タンクと並列に前記循環配管に接続されて前記加熱手段を経た湯を取り出す循環用分岐配管と、前記循環用分岐配管に設けられて暖房加熱要求信号に応答して暖房装置に供給される湯を前記加熱手段で加熱された湯によって加熱する暖房用熱交換器とを備えたコージェネレーションシステムにおいて、前記加熱手段が、熱電併給装置の排熱を熱源とする排熱加熱手段と、加熱能力が高い専用熱源による補助加熱手段とから成り、前記貯湯タンクに設けられて前記貯湯タンク内の湯の貯湯量を検出する貯湯量検出手段と、前記暖房加熱要求信号に応答して前記貯湯タンクの全容量から前記貯湯量検出手段で算出された湯の貯湯量を減算して前記貯湯タンクへの貯湯可能湯量を算出する貯湯可能湯量算出手段と、前記貯湯可能湯量算出手段で算出された貯湯可能湯量分の加熱量を前記排熱加熱手段で得るに足る排熱加熱時間を算出する排熱加熱時間算出手段と、前記暖房装置の暖房加熱必要能力が前記排熱加熱手段の排熱加熱能力よりも大きくなったことを検出して優先補助加熱信号を出力する加熱能力検出手段と、循環用分岐配管に設けられて追焚き信号に応答して浴槽内の湯を循環させて加熱する追焚き用熱交換器と、前記浴槽内の湯の温度を測定する浴槽温度センサと、前記浴槽内の湯の量を測定する湯量センサと、前記浴槽内の湯の沸かし上げ温度を設定する沸かし上げ温度設定手段と、前記追焚き信号に応答して、前記浴槽温度センサで測定される前記浴槽内の湯の温度と、前記沸かし上げ温度設定手段で設定された沸かし上げ温度と、前記湯量センサで測定される前記浴槽内の湯量とに基づいて前記排熱加熱手段で加熱した場合に沸かし上げ温度に達するのに必要な追い焚き量を得る沸かし上げ時間を算出する沸かし上げ時間算出手段と、前記沸かし上げ時間算出手段で算出された沸かし上げ時間を排熱加熱時間算出手段で算出された排熱加熱時間に加算して追焚き・貯湯加熱時間を算出する追焚き・貯湯加熱時間算出手段と、前記追焚き・貯湯加熱時間算出手段で算出された追焚き・貯湯加熱時間と排熱連続運転時間とを比較して追焚き・貯湯加熱時間が排熱連続運転時間よりも長いときに排熱加熱信号を出力するとともに短いときに補助加熱信号を出力する第3の比較手段と、前記加熱能力検出手段から優先補助加熱信号が出力されていない状態での前記第3の比較手段からの排熱加熱信号に応答して前記排熱加熱手段の運転許可信号を出力し、前記暖房加熱要求信号が停止しても貯湯可能湯量に追い焚き量を加えた分の加熱を行った後に運転許可信号を停止し、かつ、優先補助加熱信号および補助加熱信号に応答して前記補助加熱手段を起動するとともに暖房加熱要求信号の停止に応答して前記補助加熱手段の運転を停止する第3の加熱制御手段とを備えて構成する。
【0013】また、請求項4に係る発明は、前述のような目的を達成するために、請求項1、2、3のいずれかに係る発明のコージェネレーションシステムの構成に加え、補助加熱信号に応答しての補助加熱手段の運転状態で、暖房加熱要求信号が停止されるまでに補助加熱信号から排熱加熱信号に切り替わったときには、前記補助加熱手段の運転を停止して前記排熱加熱手段を起動するように構成する。
【0014】
【作用】請求項1に係る発明のコージェネレーションシステムの構成によれば、暖房加熱要求信号が出力されると、貯湯タンク内に実際に貯められている湯量、すなわち貯湯量を貯湯タンクの全容量から差し引いて、貯湯タンク内に貯湯可能な湯量を求める。その貯湯可能湯量を排熱加熱手段で得るために必要な排熱加熱時間を求め、その排熱加熱時間と、熱電併給装置の特性を生かすに足る排熱連続運転時間とを比較し、貯湯可能湯量を得るために排熱加熱手段を運転したときに、省エネルギー性および経済性の面から有用かどうかを判断し、有用であると判断したとき、排熱加熱手段の運転許可信号を出力して排熱加熱手段の運転を許容し、省エネルギー性および経済性の面での有用性を確保した状態で排熱を暖房に利用することができる。また、排熱加熱時間が排熱連続運転時間よりも短いときや暖房加熱必要能力が排熱加熱手段の排熱加熱能力よりも大きいときには、補助加熱手段を起動するとともに暖房加熱要求信号の停止に伴って補助加熱手段の運転を停止する。
【0015】また、請求項2に係る発明のコージェネレーションシステムの構成によれば、学習機能や予約機能などによって、浴槽への湯張りや、食器の洗浄や乾燥などのための湯が必要であるなど、特定時刻における貯湯タンク内への必要貯湯量が予め特定されているときに、暖房加熱要求信号に基づき、その時点から、放熱が問題とならない先取り時間内に必要貯湯量を得ることが判っている場合、その必要貯湯量を排熱加熱手段で得るために必要な加熱時間を求め、その必要加熱時間に貯湯可能湯量を排熱加熱手段で得るために必要な排熱加熱時間を加え、得られた許容加熱時間と、熱電併給装置の特性を生かすに足る排熱連続運転時間とを比較し、排熱加熱手段を運転したときに、省エネルギー性および経済性の面から有用かどうかを判断し、有用であると判断したとき、排熱加熱手段の運転許可信号を出力して排熱加熱手段の運転を許容し、省エネルギー性および経済性の面での有用性を確保した状態で排熱を暖房に利用することができる。また、許容加熱時間が排熱連続運転時間よりも短いときや暖房加熱必要能力が排熱加熱手段の排熱加熱能力よりも大きいときには、補助加熱手段を起動するとともに暖房加熱要求信号の停止に伴って補助加熱手段の運転を停止する。
【0016】また、請求項3に係る発明のコージェネレーションシステムの構成によれば、追焚き信号が出力されると、その時点で必要な追焚き量を排熱加熱手段で得るために必要な沸かし上げ時間を求め、その沸かし上げ時間に貯湯可能湯量を排熱加熱手段で得るために必要な排熱加熱時間を加え、得られた追焚き・貯湯加熱時間と、熱電併給装置の特性を生かすに足る排熱連続運転時間とを比較し、排熱加熱手段を運転したときに、省エネルギー性および経済性の面から有用かどうかを判断し、有用であると判断したとき、排熱加熱手段の運転許可信号を出力して排熱加熱手段の運転を許容し、省エネルギー性および経済性の面での有用性を確保した状態で排熱を追焚きに利用することができる。また、追焚き・貯湯加熱時間が排熱連続運転時間よりも短いときや暖房加熱必要能力が排熱加熱手段の排熱加熱能力よりも大きいときには、補助加熱手段を起動するとともに暖房加熱要求信号の停止に伴って補助加熱手段の運転を停止する。
【0017】また、請求項4に係る発明のコージェネレーションシステムの構成によれば、暖房の加熱要求があった時点では熱電併給装置の排熱が不足していて補助加熱信号が出力され、補助加熱手段を運転していても、暖房加熱要求信号が停止されるまでに補助加熱信号から排熱加熱信号に切り替わったときには、補助加熱手段の運転を停止して排熱加熱手段を起動する。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明に係るコージェネレーションシステムの実施例を示す概略構成図であり、ガスエンジンによって発電機を駆動するように構成した熱電併給装置1と貯湯給湯器2とが、ジャケット冷却水の循環配管3と第1の熱交換器4とを介して接続され、貯湯、給湯および暖房に熱電併給装置1からの排熱を利用できるように構成されている。このジャケット冷却水の循環配管3と第1の熱交換器4とによって熱電併給装置1からの排熱を利用する構成をして排熱加熱手段と称する(後述する図2、図3および図4それぞれでは、便宜上排熱加熱手段の図番として熱電併給装置1と同じにして示す)。
【0019】貯湯給湯器2には、貯湯タンク5と、補助熱源機6と、補給水タンク7とが備えられている。貯湯タンク5の下部から上部にわたって、循環ポンプ8を介装した循環配管9が設けられ、この循環配管9に第1の熱交換器4と補助熱源機6とが直列に設けられている。
【0020】以上の構成により、貯湯タンク5の下部から水を取り出し、熱電併給装置1からの排熱によって加熱し、その加熱後の湯を貯湯タンク5の上部から供給し、温度成層を形成する状態で貯湯を行うようになっている。
【0021】循環配管9には流量センサ10と流量制御弁11とが設けられている。補助熱源機6は、加熱能力が高い専用熱源として都市ガスにより燃焼加熱するように構成され、熱電併給装置1からの排熱による加熱を行わないときに、または併用して、補助熱源機6による加熱を行い、貯湯、給湯および暖房用の湯を得るように構成されている。前述排熱加熱手段と補助熱源機6とによって、貯湯タンク5から取り出した水を加熱する加熱手段が構成されている。
【0022】循環配管9には、第1の熱交換器4および補助熱源機6と並列に出力用循環配管13が接続され、その出力用循環配管13に暖房用熱交換器14と追い焚き用熱交換器15が設けられている。
【0023】暖房用熱交換器14には、補給水タンク7に接続される状態で第1のポンプ付き配管16が接続され、第1のポンプ付き配管16に取り出しヘッダー17および戻りヘッダー18を介して図示していない床暖房機や室内暖房機などの暖房装置や浴室乾燥機などが接続されている。
【0024】出力用循環配管13の暖房用熱交換器14より上流側または第1のポンプ付き配管16の暖房用熱交換器14より下流側に、そこを流動する湯の温度を測定する温度センサ(図示せず)が設けられるとともに、温度センサで測定された湯温と設定温度とを比較するコンパレータが設けられ、湯温が設定温度よりも低くなったとき、すなわち、暖房装置の暖房加熱必要能力が排熱加熱手段としての熱電併給装置1からの排熱による排熱加熱能力よりも大きくなったことを検出したときに優先補助加熱信号を出力するように加熱能力検出手段12(図2、図3および図4参照)が構成されている。
【0025】追い焚き用熱交換器15には、第2のポンプ付き配管19を介して浴槽20が接続され、追い焚きを行うように構成されている。第2のポンプ付き配管19には、浴槽20内に貯められている実際の湯の量を測定する湯量センサとしての圧力センサ21aと浴槽20内の湯の温度を測定する浴槽温度センサ21bとが設けられている。
【0026】循環配管9および出力用循環配管13と並列に、貯湯タンク5に給湯管22が接続され、給湯管22に分配弁22a、流量制御弁22b、流量センサ22cおよび開閉弁22dが設けられるとともに、その給湯管22が第2のポンプ付き配管19に接続されている。これにより、貯湯タンク5から給湯管22および第2のポンプ付き配管19を介して浴槽20内に所望温度の湯を供給できるように、すなわち、湯張りを行えるように構成されている。
【0027】給湯管22の途中箇所には、シャワーに接続されるシャワー配管22eが接続されている。分配弁22aには、給水管23が接続され、湯量と給水量との分配比を調節することにより湯張り時の湯温度を調節できるようになっている。
【0028】貯湯タンク5に上下方向に間隔を隔てて5個の温度センサ24a,24b,24c,24d,24eが設けられ、例えば、80℃などの設定温度を感知した温度センサの位置によって貯湯タンク5内の湯の貯湯量を検出する貯湯量検出手段25(図2参照)が構成されている。
【0029】浴室(図示せず)の側壁に取り付けられたタッチパネルに、追焚きを行うときに沸かし上げ温度を設定する沸かし上げ温度設定手段26(図4参照)が設けられている。また、タッチパネルには、追焚きスイッチ部が設けられ、この追焚きスイッチ部に対する操作で追焚き信号を出力するようになっている。
【0030】図2の第1実施例のブロック図に示すように、加熱能力検出手段12と貯湯量検出手段25とがマイクロコンピュータ27に接続され、そのマイクロコンピュータ27に排熱加熱手段としての熱電併給装置1と補助加熱手段としての補助熱源機6とが接続されている。
【0031】マイクロコンピュータ27には、貯湯可能湯量算出手段28、排熱加熱時間算出手段29、比較手段30、加熱制御手段31が備えられている。
【0032】前述した暖房装置では、室内温度を測定する室内サーモスタットが設けられ、設定温度との比較によりON/OFFされ、設定温度よりも低くなったときに暖房加熱要求信号を出力するようになっている。
【0033】貯湯可能湯量算出手段28は、暖房加熱要求信号に応答して貯湯タンク5の全容量から貯湯量検出手段25で算出された湯の貯湯量を減算して貯湯タンク5への貯湯可能湯量を算出するようになっている。
【0034】排熱加熱時間算出手段29は、貯湯可能湯量算出手段28で算出された貯湯可能湯量分の加熱量を排熱加熱手段としての熱電併給装置1で得るに足る排熱加熱時間を算出するようになっている。
【0035】比較手段30は、排熱加熱時間算出手段29で算出された排熱加熱時間と、熱電併給装置1の特性を生かすに足る排熱連続運転時間とを比較して排熱加熱時間が排熱連続運転時間よりも長いときに排熱加熱信号を出力するとともに短いときに補助加熱信号を出力するようになっている。
【0036】上記排熱連続運転時間は、用いる熱電併給装置1に応じてその熱電併給装置1の特性を生かすに足るように設定されるものである。すなわち、熱電併給装置1を構成する筐体の容積に伴う運転開始からの排熱の温度の立ち上がり状況と、立ち上がり後の連続運転時間とから、排熱回収効率と発電効率とを求め、それらから省エネルギー性および経済性の面から有用となる全体としての連続運転時間が排熱連続運転時間として設定される。
【0037】加熱制御手段31は、加熱能力検出手段12から優先補助加熱信号が出力されていない状態での比較手段30からの排熱加熱信号に応答して排熱加熱手段としての熱電併給装置1の運転許可信号を出力し、暖房加熱要求信号が停止しても貯湯可能湯量分の加熱を行った後に運転許可信号を停止するようになっている。また、加熱能力検出手段12から優先補助加熱信号、および、比較手段30からの補助加熱信号に応答して補助熱源機6を起動(燃料ガスを燃焼)するとともに暖房加熱要求信号の停止に応答して補助熱源機6の運転を停止するようになっている。
【0038】また、補助加熱信号に応答して補助熱源機6を運転している状態であっても、暖房加熱要求信号が停止されるまでに比較手段30からの信号が補助加熱信号から排熱加熱信号に切り替わったときには、補助熱源機6の運転を停止して排熱加熱手段としての熱電併給装置1を起動するようになっている。
【0039】これにより、熱電併給装置1の特性を生かすに足る排熱連続運転時間が確保できるときに、その熱電併給装置1からの排熱を暖房に利用し、熱エネルギー性および経済性を向上できる。また、同時に多数の暖房装置が使用されて暖房加熱必要能力が急増し、熱電併給装置1からの排熱では不足する場合には、補助熱源機6を優先的に運転して対処でき、使い勝手の良いシステムに構成されている。後述する実施例においても同様である。
【0040】なお、上述した運転許可信号に応答しての運転動作としては、次の2形態のいずれかが採用される。このことは、以下の実施例でも同じである。
■運転許可信号に応答して熱電併給装置1および循環ポンプ8を運転する。
■運転許可信号に応答して、電力負荷が予め定められた設定値よりも大きいかどうか判断し、電力負荷が設定値よりも大きければ、熱電併給装置1および循環ポンプ8を運転し、電力負荷が設定値よりも小さければ、熱電併給装置1で発電される電力が消費されずに捨てられることとなって無駄になるため、運転許可信号を受けても、熱電併給装置1および循環ポンプ8を運転しないようにして経済性の向上を図る。
【0041】図3は、第2実施例を示すブロック図である。例えば、学習機能によって、前日とか1週間前の同じ曜日の必要貯湯量の変動パターンとか、予約機能などスケジュールタイマで設定した必要貯湯量の変動パターンなどによって特定される、特定時刻における貯湯タンク内への必要貯湯量がメモリ32に記憶されるようになっており、このメモリ32と時計33とがマイクロコンピュータ27に接続され、マイクロコンピュータ27に排熱加熱手段としての熱電併給装置1が接続されている。
【0042】マイクロコンピュータ27には、排熱加熱時間算出手段29、時間差算出手段34、先取り手段35、必要加熱時間算出手段36、許容加熱時間算出手段37、第2の比較手段38、第2の加熱制御手段39が備えられている。
【0043】排熱加熱時間算出手段29は第1実施例と同じであり、貯湯可能湯量算出手段28で算出された貯湯可能湯量分の加熱量を排熱加熱手段としての熱電併給装置1で得るに足る排熱加熱時間を算出するようになっている。
【0044】時間差算出手段34は、暖房加熱要求信号に応答して、時計33から入力されるとの時点の時刻と、メモリ32から入力されるそれ以降の貯湯タンク5内への必要貯湯量が予め特定されている直近の特定時刻との時間差を算出するようになっている。
【0045】先取り手段35は、時間差算出手段34で算出された時間差と、放熱の影響を考慮して設定された先取り時間とを比較して、時間差が先取り時間よりも小さいときに先取り信号を出力するようになっている。
【0046】放熱の影響を考慮して設定された先取り時間としては、貯湯タンク5内に全容量の貯湯を行った場合に、その時点から貯湯タンク5の湯の使用予定がある時までの時間で、放熱によるロスを問題にしなくても済む時までの時間(例えば、10分間など)が設定される。
【0047】必要加熱時間算出手段36は、前記先取り信号に応答して、直近の特定時刻における必要貯湯量を排熱加熱手段としての熱電併給装置1で得るに足る必要加熱時間を算出するようになっている。
【0048】許容加熱時間算出手段37は、必要加熱時間算出手段36で算出された必要加熱時間を排熱加熱時間算出手段29で算出された排熱加熱時間に加算して許容加熱時間を算出するようになっている。
【0049】第2の比較手段38は、許容加熱時間算出手段37で算出された許容加熱時間と排熱連続運転時間とを比較して許容加熱時間が排熱連続運転時間よりも長いときに排熱加熱信号を出力するとともに短いときに補助加熱信号を出力するようになっている。
【0050】第2の加熱制御手段39は、加熱能力検出手段12から優先補助加熱信号が出力されていない状態での第2の比較手段38からの排熱加熱信号に応答して排熱加熱手段としての熱電併給装置1の運転許可信号を出力し、暖房加熱要求信号が停止しても貯湯可能湯量に必要貯湯量を加えた分の加熱を行った後に運転を許可信号停止するようになっている。また、加熱能力検出手段12から優先補助加熱信号、および、第2の比較手段38からの補助加熱信号に応答して補助熱源機6を起動(燃料ガスを燃焼)するとともに暖房加熱要求信号の停止に応答して補助熱源機6の運転を停止するようになっている。
【0051】また、補助加熱信号に応答して補助熱源機6を運転している状態であっても、暖房加熱要求信号が停止されるまでに第2の比較手段38からの信号が補助加熱信号から排熱加熱信号に切り替わったときには、補助熱源機6の運転を停止して排熱加熱手段としての熱電併給装置1を起動するようになっている。
【0052】この第2実施例によれば、暖房加熱要求信号が出力された時点で排熱連続運転時間が確保できないようなときでも、その直後などに貯湯タンク5内の湯が使用されることが判っている場合には、その分を考慮することにより排熱連続運転時間が確保でき、熱電併給装置1からの排熱を暖房に利用し、熱エネルギー性および経済性を向上できる。
【0053】図4は、第3実施例を示すブロック図である。前記湯量センサ(圧力センサ)21aと浴槽温度センサ21bと沸かし上げ温度設定手段25とがマイクロコンピュータ27に接続され、マイクロコンピュータ27に排熱加熱手段としての熱電併給装置1が接続されている。
【0054】マイクロコンピュータ27には、排熱加熱時間算出手段29、沸かし上げ時間算出手段40、追焚き貯湯・加熱時間算出手段41、第3の比較手段42、第3の加熱制御手段43が備えられている。
【0055】排熱加熱時間算出手段29は第1実施例と同じであり、貯湯可能湯量算出手段28で算出された貯湯可能湯量分の加熱量を排熱加熱手段としての熱電併給装置1で得るに足る排熱加熱時間を算出するようになっている。
【0056】沸かし上げ時間算出手段40は、追焚き信号に応答して、浴槽温度センサ21bで測定される浴槽20内の湯の温度と、沸かし上げ温度設定手段26で設定された沸かし上げ温度と、湯量センサ(圧力センサ)21aで測定される浴槽20内の湯量とに基づいて排熱加熱手段としての熱電併給装置1で加熱した場合に沸かし上げ温度に達するのに必要な追い焚き量を得る沸かし上げ時間を算出するようになっている。
【0057】追焚き・貯湯加熱時間算出手段41は、沸かし上げ時間算出手段40で算出された沸かし上げ時間を排熱加熱時間算出手段29で算出された排熱加熱時間に加算して追焚き・貯湯加熱時間を算出するようになっている。
【0058】第3の比較手段42は、追焚き・貯湯加熱時間算出手段41で算出された追焚き・貯湯加熱時間と排熱連続運転時間とを比較して追焚き・貯湯加熱時間が排熱連続運転時間よりも長いときに排熱加熱信号を出力するとともに短いときに補助加熱信号を出力するようになっている。
【0059】第3の加熱制御手段43は、加熱能力検出手段12から優先補助加熱信号が出力されていない状態での第3の比較手段42からの排熱加熱信号に応答して排熱加熱手段としての熱電併給装置1の運転許可信号を出力し、暖房加熱要求信号が停止しても貯湯可能湯量に追い焚き量を加えた分の加熱を行った後に運転許可信号を停止するようになっている。また、加熱能力検出手段12から優先補助加熱信号、および、第3の比較手段42からの補助加熱信号に応答して補助熱源機6を起動(燃料ガスを燃焼)するとともに暖房加熱要求信号の停止に応答して補助熱源機6の運転を停止するようになっている。
【0060】また、補助加熱信号に応答して補助熱源機6を運転している状態であっても、暖房加熱要求信号が停止されるまでに第3の比較手段42からの信号が補助加熱信号から排熱加熱信号に切り替わったときには、補助熱源機6の運転を停止して排熱加熱手段としての熱電併給装置1を起動するようになっている。
【0061】この第3実施例によれば、熱電併給装置1の特性を生かすに足る排熱連続運転時間が確保できるときに、その熱電併給装置1からの排熱を追焚きに利用し、熱エネルギー性および経済性を向上できる。
【0062】本発明としては、前述第1実施例、第2実施例および第3実施例のすべてを備えてコージェネレーションシステムを構成するものでも良い。
【0063】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項1に係る発明のコージェネレーションシステムによれば、暖房の加熱要求があったときに、そのことだけで排熱加熱手段を運転すると室内サーモスタットがOFFになって短時間で排熱加熱手段の運転が停止され、熱電併給装置の特性を生かすに足る排熱連続運転時間を確保できないが、そのときに、排熱連続運転時間以上の加熱時間を必要とするだけの貯湯可能湯量が貯湯タンク内にある場合に、排熱加熱手段を起動し、排熱を利用して暖房を行うから、省エネルギー性および経済性を向上できる。しかも、排熱加熱時間が排熱連続運転時間よりも短かくて、補助加熱手段を起動する場合でも、暖房加熱要求信号の停止に伴って補助加熱手段の運転を停止するから、熱電併給装置の排熱が不足しているとき、および、暖房加熱必要能力が排熱加熱手段の排熱加熱能力よりも大きいときにのみ補助加熱手段で暖房を行い、補助加熱手段による余分な貯湯を回避し、省エネルギー性および経済性を更に向上できる。
【0064】また、請求項2に係る発明のコージェネレーションシステムによれば、学習機能や予約機能などによって、浴槽への湯張りや、食器の洗浄や乾燥などのための湯が必要であるなど、特定時刻における貯湯タンク内への必要貯湯量が予め特定されているときに、その特定時刻が直近で放熱ロスの問題を生じず、かつ、必要貯湯量を排熱加熱手段で得るために必要な加熱時間に貯湯可能湯量を排熱加熱手段で得るために必要な排熱加熱時間を加算した許容加熱時間が排熱連続運転時間以上である場合に、排熱加熱手段を起動し、排熱を利用して暖房を行うから、貯湯タンク内の貯湯可能湯量だけでは排熱連続運転時間以上の加熱時間を確保できない場合でも、暖房に排熱を利用でき、省エネルギー性および経済性を一層向上できる。しかも、許容加熱時間が排熱連続運転時間よりも短かくて、補助加熱手段を起動する場合でも、暖房加熱要求信号の停止に伴って補助加熱手段の運転を停止するから、熱電併給装置の排熱が不足しているとき、および、暖房加熱必要能力が排熱加熱手段の排熱加熱能力よりも大きいときにのみ補助加熱手段で暖房を行い、補助加熱手段による余分な貯湯を回避し、省エネルギー性および経済性を更に向上できる。
【0065】また、請求項3に係る発明のコージェネレーションシステムによれば、追焚き信号が出力されて風呂の追炊き要求があったときに、その時点で必要な追焚き量を排熱加熱手段で得るために必要な沸かし上げ時間を求め、その沸かし上げ時間に貯湯可能湯量を排熱加熱手段で得るために必要な排熱加熱時間を加えた追焚き・貯湯加熱時間が、熱電併給装置の特性を生かすに足る排熱連続運転時間以上である場合に、排熱加熱手段を起動し、排熱を利用して追炊きを行うから、貯湯タンク内の貯湯可能湯量だけでは排熱連続運転時間以上の加熱時間を確保できない場合でも、追焚きに排熱を利用でき、省エネルギー性および経済性を一層向上できる。しかも、追焚き・貯湯加熱時間が排熱連続運転時間よりも短かくて、補助加熱手段を起動する場合でも、暖房加熱要求信号の停止に伴って補助加熱手段の運転を停止するから、熱電併給装置の排熱が不足しているとき、および、暖房加熱必要能力が排熱加熱手段の排熱加熱能力よりも大きいときにのみ補助加熱手段で暖房を行い、補助加熱手段による余分な貯湯を回避し、省エネルギー性および経済性を更に向上できる。
【0066】請求項4に係る発明のコージェネレーションシステムによれば、暖房の加熱要求があった時点では熱電併給装置の排熱が不足していて、補助加熱手段により暖房を行っている間に補助加熱信号から排熱加熱信号に切り替わると、それに伴い、補助加熱手段の運転を停止して排熱加熱手段を起動し、排熱を暖房に利用するから、時間経過とともに熱電併給装置の連続運転時間が所定時間以上確保できるようになったときにも、即座に熱電併給装置の排熱を利用でき、省エネルギー性および経済性をより一層向上できる。




 

 


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