(57)【要約】【課題】蓄熱利用状態から補助熱源機利用状態への切換え時の給湯温度が安定し、且つ、経済性が向上したコージェネレーションシステムを提供する。【解決手段】第１出湯サーミスタＴ１が検出する出湯温度や、給水サーミスタＴ２が検出する給水温度や、給湯量センサＦ１が検出する給湯量から、湯切れが発生する可能性がある状態を判別し、湯切れとなる前に補助熱源機のバーナの点火動作を開始させる。給湯設定温度以下の湯水が補助熱源機を通過する前にバーナが点火して加熱が開始されるため、蓄熱利用状態から補助熱源機利用状態への切換え時の給湯温度が安定する。【選択図】  図２
2004340429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電ユニットと、貯湯槽と、貯湯槽から出湯された湯水を加熱する補助熱源機と、温水利用箇所での給湯温度を設定する給湯温度設定手段と、貯湯槽からの出湯温度を検出する出湯温度検出手段とを備えるコージェネレーションシステムであり、
給湯中に、出湯温度検出手段によって検出された出湯温度と給湯温度設定手段によって設定された給湯設定温度との差が第１温度差以下であるとき、補助熱源機を作動させる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】
水道水の給水温度を検出する給水温度検出手段を備え、給湯中に、給湯設定温度と給水温度検出手段によって検出された給水温度との差が第２温度差以上であるとき、補助熱源機を作動させることを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
湯水の給湯量を検出する給湯量検出手段を備え、給湯設定温度と給水温度との差が第２温度差を下回っても給湯量検出手段によって検出された給湯量が所定水量以上であるときには、補助熱源機を作動させることを特徴とする請求項２に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
浴槽への湯張り量を検出する湯張り量検出手段を備え、給湯量検出手段によって検出された給湯量と湯張り量検出手段によって検出された湯張り量との差が所定水量差以下であるときには、出湯温度と給湯設定温度との差が第１温度差以下であっても補助熱源機を作動させず、出湯温度が給湯設定温度以下となるまで補助熱源機の作動を待機させることを特徴とする請求項１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、コージェネレーションシステム（熱伝併給システム）に関する。詳しくは、蓄熱利用状態から補助熱源機利用状態へ切換える時に使用者へ与える不快感を低減させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】コージェネレーションシステムは、電力と発電熱を発生する発電ユニットと、貯湯槽と、貯湯槽内の水を発電ユニットに送って発電熱で加熱して貯湯槽に戻す発電熱回収媒体循環路を備えており、発電に伴って発生する発電熱を利用して水を加熱し、加熱された湯水を貯湯槽に貯湯する。貯湯槽内の湯水を適温に調温して温水利用箇所（例えば、床暖房システムや浴槽やシャワーや温水栓）に給湯する。温水利用箇所で必要とされる湯温よりも高温の湯水が貯湯槽に貯湯されていれば、貯湯槽内の湯水を水道水と混合することで必要湯温に調温できる。温水利用箇所で必要とされる湯温よりも低温の湯水が貯湯されていれば、調温用に配設された補助熱源機でさらに加熱する必要があるが、発電熱で加熱された湯水を加熱すればよいことから、水道水を加熱する場合に比して必要な熱量を少なくすることができる。そのため、コージェネレーションシステムは、総合的な熱効率が高い。
【０００３】
貯湯槽に蓄熱されている湯水の量が少ない状態で、温水利用箇所に給湯し続けると、貯湯槽に蓄熱されていた湯水を使い切ることがある。通常のシステムでは、貯湯槽内の湯水の温度が給湯設定温度よりも低下すると補助熱源機を作動させ、蓄熱しておいた熱量を使い切った後には補助熱源機を利用して給湯を続ける。
【０００４】
補助熱源機の燃焼装置を作動させるときには、燃焼用ファンを所定時間（例えば２〜３秒程度）回転させてバーナ内の残留ガスを追出すプリパージという動作が必要とされる。燃焼運転の開始から実際に燃焼し始めるまでには所定の時間が必要とされる。このため、貯湯槽内の湯水の温度が低下したことが判明してから燃焼運転を開始させる技術では、タイムラグが発生する。燃焼運転を開始させてから実際に燃焼し始めるまでに補助熱源機を通過する湯水の温度はさらに低下していくにもかかわらずに加熱されないため、温度低下した湯水が給湯されて使用者に不快感を与えてしまうことがある。
【０００５】
上記の問題は、補助熱源機を最小の燃焼状態で常時運転させておくことで解消される。貯湯槽内に蓄熱されていた湯水を使い切ったときは、補助熱源機の燃焼状態を最大に切換えて運転させることによって、給湯される湯水の温度変動を抑制することができる。
また、特許文献１に示されている貯湯式給湯システムでは、必要給湯流量の一日の変化を記憶し、このデータに基づいて湯切れの発生を予測するか、あるいは使用者が多量の湯水の使用を予約することによって湯切れに備える。湯切れの発生が予測される時間帯より前の時点、あるいは予約した時間帯より前の時点で補助熱源機を作動させる。補助熱源機で加熱した湯水を貯湯槽内に導入して予め湯量を増量させておいたり、貯湯槽内の湯水を補助熱源機で高温に加熱し、給湯先でこの湯水と水道水とを混合して給湯したりするなどして、湯切れの発生を抑制し、給湯される湯水の温度変動を抑制する。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２２２８０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記の常時補助熱源機を運転させる方法では、貯湯槽内に充分な蓄熱があるときであっても補助熱源機を運転させるため、無駄な燃料を消費することとなり、非経済的である。
また、特許文献１の過去のデータに基づいて湯切れを予測する方法では、データにそぐわない湯切れや予期せぬ湯切れには追随できない。例えば、データ上で湯切れが予測されて補助熱源機を運転させても、実際には湯水が使用されない場合もあり得る。この場合、無駄に燃料を消費することとなる。あるいは、データ上で湯切れの発生が予測されていないときに多量に給湯されることもあり得る。この場合、湯切れが発生して給湯される湯水の温度が不安定となってしまう。
本発明では、蓄熱利用状態から補助熱源機利用状態への切換え時の給湯温度が安定し、且つ、経済性が向上した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。
【０００８】
【課題を解決するための手段と作用と効果】本発明のコージェネレーションシステムは、発電ユニットと、貯湯槽と、貯湯槽から出湯された湯水を加熱する補助熱源機と、温水利用箇所での給湯温度を設定する給湯温度設定手段と、貯湯槽からの出湯温度を検出する出湯温度検出手段とを備えている。このコージェネレーションシステムは、給湯中に、出湯温度検出手段によって検出された出湯温度と給湯温度設定手段によって設定された給湯設定温度との差が第１温度差以下であるとき、補助熱源機を作動させる。
【０００９】
貯湯槽内の湯水を多量に出湯すると、貯湯槽内の湯水の温度は給湯設定温度より低下する。貯湯槽から出湯される湯水は、温度が低下すると補助熱源機によって加熱される。従来のコージェネレーションシステムでは、貯湯槽内から出湯される湯水の温度（出湯温度）が給湯設定温度より低下したことが検出されたときに補助熱源機の作動を開始させる。この方式では、補助熱源機の作動を開始させてから実際に燃焼し始めるまでに所定の時間（例えば２〜３秒程度）がかかる。この間も貯湯槽から出湯される出湯温度は低下し続ける。バーナが実際に点火するまでは、貯湯槽から出湯される湯水は加熱されることなく補助熱源機を通過するため、温水利用箇所には給湯設定温度より低温の湯水が給湯され、湯温変動が生じてしまう。即ち、出湯温度が給湯設定温度まで低下したときに補助熱源機を作動させる技術では、給湯温度の変動を抑制することができない。
【００１０】
本発明のコージェネレーションシステムでは、補助熱源機の作動を開始させてから実際に燃焼し始めるまでに要する時間内に変化する出湯温度の温度差を予め算出し、この温度差をもとに第１温度差を設定する（実施例中では第１温度差を５℃としている）。給湯中に出湯温度が徐々に低下し、出湯温度と給湯設定温度との差が第１温度差に達したとき、強制的に補助熱源機を作動させる。これにより、出湯温度が給湯設定温度以下にまで低下する前に、補助熱源機のバーナが点火して燃焼状態となることから、温度低下した湯水は補助熱源機内を通過するときに加熱される。従って、温水利用箇所において、給湯設定温度以下にまで温度低下することなく常時安定した温度で給湯することができる。
なお貯湯槽からの出湯温度を検出する出湯温度検出手段には、貯湯槽に接続される出湯管に配設されるサーミスタが利用できる他、出湯管が接続される貯湯槽上部に配設されるサーミスタを利用することもできる。
【００１１】
本発明のコージェネレーションシステムでは、水道水の給水温度を検出する給水温度検出手段を備え、給湯中に、給湯設定温度と給水温度検出手段によって検出された給水温度との差が第２温度差以上であるとき、補助熱源機を作動させることが好ましい。
給湯設定温度が高温であるときや、冬期で外気温が低温であるときには、給湯設定温度と給水温度との差は大きい。貯湯槽内の蓄熱量が充分あり、出湯温度と給湯設定温度との差が充分にあっても、給湯設定温度と給水温度との差が大きいと、貯湯槽内の湯水の湯切れが発生しやすい。湯切れによって給湯中に湯温が低下すると、使用者は大きな不快感を覚える。
このコージェネレーションシステムでは、給湯設定温度と給水温度との差であり、湯切れが発生する可能性が高い温度差を第２温度差として設定する（実施例中では３０℃としている）。給湯設定温度と給水温度との差が第２温度差以上となったとき、強制的に補助熱源機を作動させる。これにより、たとえ湯切れが発生しても、給湯設定温度より温度低下した湯水が補助熱源機内を通過するまでにバーナが燃焼状態となることから、温度低下した湯水は補助熱源機内を通過するときに加熱される。従って、温水利用箇所で、給湯設定温度以下まで温度低下することなく、常時安定した温度で給湯することができる。
【００１２】
本発明のコージェネレーションシステムは、湯水の給湯量を検出する給湯量検出手段を備え、給湯設定温度と給水温度との差が第２温度差を下回っても給湯量検出手段によって検出された給湯検出量が所定水量以上であるときには、補助熱源機を作動させることが好ましい。
給湯設定温度と給水温度との差が小さいときであっても、温水利用箇所において給湯量が多ければ湯切れが発生しやすい。このコージェネレーションシステムでは、湯切れが発生する可能性が高い給湯検出量として所定水量を設定する（実施例中では毎分１０〜２０リットルとしている）。給湯検出量が所定水量以上となったとき、強制的に補助熱源機を作動させる。これにより、たとえ多量に給湯されて湯切れが発生しても、給湯設定温度より温度低下した湯水が補助熱源機内を通過するまでにバーナが燃焼状態となることから、温度低下した湯水は補助熱源機内を通過するときに加熱される。従って、温水利用箇所で、給湯設定温度以下まで温度低下することなく、常時安定した温度で給湯することができる。
【００１３】
本発明のコージェネレーションシステムでは、浴槽への湯張り量を検出する湯張り量検出手段を備え、給湯量検出手段によって検出された給湯量と湯張り量検出手段によって検出された湯張り量との差が所定水量差以下であるときには、出湯温度と給湯設定温度との差が第１温度差以下であっても補助熱源機を作動させず、出湯温度が給湯設定温度以下となるまで補助熱源機の作動を待機させることが好ましい。
このコージェネレーションシステムでは、貯湯槽内の湯水が浴槽ヘの湯張りにのみに利用されている場合、他の温水利用箇所で給湯する場合と異なり、出湯温度が給湯設定温度以下になってから補助熱源機を作動させる。これによれば、補助熱源機が点火動作を開始してから点火されるまでの間に、補助熱源機内を通過する湯水の温度は一時的に給湯設定温度以下に温度低下してしまう。しかし、浴槽内への湯張り時には、出湯温度が給湯設定温度以下に低下し、バーナが点火するまでの間に温度低下した湯水が加熱されることなく湯張りされたとしても、湯切れによる温度変動を直接使用者が体感することはない。浴槽水の湯温は、湯張りが終了した時点で給湯設定温度になっていればよく、湯張り途中で一時的に低下しても何ら問題はない。従って、湯張りの場合には、湯切れに時に給湯温度が変動することを許容する。貯湯槽内の蓄熱をより有効に利用することができるため、熱効率が向上し、より経済的となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１）補助熱源機を作動させ始める給湯検出量は、給湯設定温度と給水温度との温度差により設定されており、この温度差が大きいときは大水量に設定されており、この温度差が小さいときは小水量に設定されている。
給湯設定温度と給水温度との温度差が大きいほど湯切れが発生しやすく、温度低下が大きい。従って、給湯設定温度と給水温度との温度差が大きいときは、たとえ給湯量が少なくても湯切れが発生する可能性があるため、補助熱源機を作動させる必要がある。逆に、この温度差が小さいときは、大きいときに比して湯切れが発生しにくいため、給湯量が多いときにのみ補助熱源機を作動させればよい。湯水の温度や流量に合わせて、補助熱源機の動作を切換えることができるため、給湯される湯温を安定化することができ、さらに熱効率を向上させることができる。
【００１５】
【実施例】本発明を具現化した実施例を図１と図２を用いて説明する。
まず、コージェネレーションシステムの構成について説明する。図１は本実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図である。図１に示すように、コージェネレーションシステム１０は、電力と発電熱を発生する発電ユニット２０と、発電熱で加熱した温水を貯えることによって蓄熱し、その温水を利用する蓄熱ユニット１５等から構成される。蓄熱ユニット１５は、発電熱で加熱した温水を貯える貯湯槽４４と、貯湯槽４４から出湯される湯水と水道水を混合するミキシングユニット７２と、給湯暖房用補助熱源機（以下、補助熱源機と記す）５０等から構成される。補助熱源機５０は、ミキシングユニット７２を経由した湯水を加熱調温して温水利用箇所４０や浴槽９０に供給するともに、浴槽９０の温水を加温し、暖房用媒体を加温して暖房機９２，９６に循環させて暖房する。
【００１６】
発電ユニット２０は、燃料電池２２と、改質器３０等から構成され、発電ユニットハウジング２１に収納されている。改質器３０は炭化水素系の原燃料ガスから水素ガスを生成する。水素ガスを効率よく生成するためには高温度が必要とされることから、改質器３０にはバーナ３２が内蔵されている。また、改質器３０には燃焼ガス排気管３４が接続されており、燃焼ガス排気管３４は熱交換器７０を通過して水を加熱した後に発電ユニットハウジング２１外に放出される（図中矢印）。
燃料電池２２は複数のセルから構成されている。燃料電池２２には改質器３０と連通する図示しない配管が接続されている。この配管を介して改質器３０で生成された水素ガスが燃料電池２２に供給される。燃料電池２２は、空気中の酸素を取り込み、取り込まれた酸素と改質器３０から供給される水素ガスを反応させて発電を行なう。
【００１７】
燃料電池２２は発電の際に発熱する。燃料電池２２には熱媒循環管２４が接続されており、熱媒循環管２４内を流れる熱媒が発電の際に生じる発電熱を回収する。熱媒循環管２４には熱媒循環ポンプ８が配設されている。本実施例では熱媒として純水を用いている。純水は図示しない純水生成装置に水道水を通過させることによって得る。
熱媒循環管２４は、熱交換器７４を通過するように配設されている。熱媒によって回収された燃料電池２２の発電熱が熱交換器７４に伝熱される。
熱媒循環管２４には三方弁３６が配設されている。三方弁３６は１つの入口と２つの出口を備える。三方弁３６によって熱媒循環管２４が二手に分岐している。分岐した熱媒循環管２４のうち、三方弁３６の一方の出口と接続されている管は放熱機２８を介するように配設されており、他方の出口と接続されている管は放熱機２８を介さないように配設されている。三方弁３６は、図示しない発電ユニット制御部によってどちらの出口を開口するかが制御される。これによって熱媒が放熱機２８を経由して循環するか、放熱機２８を経由せずに循環するかが切換えられる。具体的には、図示しないサーミスタで測定される熱媒の温度が異常に高いときに、熱媒が放熱機２８を経由して循環するように三方弁３６の出口が切換えられる。放熱機２８は、例えば送風を行なうことで熱媒を冷却する。なお、図示２５はシスターンである。
【００１８】
蓄熱ユニット１５は、貯湯槽４４と、ミキシングユニット７２と、補助熱源機５０等から構成され、蓄熱ユニットハウジング１６に収納されている。
コージェネレーションシステム１０には、水道水を給水するための給水管６４が配設されている。給水管６４には分岐部６４ｃが形成されており、分岐部６４ｃで第１給水管６４ａと第２給水管６４ｂの二手に分岐している。第１給水管６４ａは、貯湯槽４４の下部と接続している。第２給水管６４ｂは、ミキシングユニット７２の冷水入口７２ｂと接続されている。
貯湯槽４４の上部に第１出湯管５２が接続されており、第１出湯管５２はミキシングユニット７２の湯水入口７２ａに接続されている。貯湯槽４４との接続部近傍の第１出湯管５２には第１出湯サーミスタＴ１が配設されており、貯湯槽４４から出湯される湯水の温度を検出するのに利用される。
【００１９】
給水管６４の分岐部６４ｃより上流側には減圧弁４２が配設されている。減圧弁４２は、貯湯槽４４とミキシングユニット７２へ給水する水道水の圧力を調整する。貯湯槽４４内の湯水が減少したり、ミキシングユニット７２の冷水入口７２ｂが開いたりして減圧弁４２の下流側圧力が調圧値以下になると、減圧弁４２が開いて貯湯槽４４やミキシングユニット７２に給水する。貯湯槽４４内の圧力は、水道水圧力よりも低い圧力に維持される。給水管６４の減圧弁４２の下流側には給水サーミスタＴ２が配設されており、給水される水道水の温度を検出するのに利用される。
【００２０】
貯湯槽４４の上部には、貯湯槽４４内の圧力を開放するリリーフ弁４６が配設されている。貯湯槽４４内の圧力は、リリーフ弁４６と減圧弁４２によって、貯湯槽４４の耐圧圧力である０．１７ＭＰａ以下に維持される。リリーフ弁４６には、開放された水蒸気（または湯水）を排水する配管５５が配設されている。
貯湯槽４４の下部には、排水管５４の一端が接続されている。排水管５４の他端は排水配管５５の途中に接続されている。排水管５４は、貯湯槽４４からの排水を行なう。排水管５４には手動操作の排水弁５３が装着されている。排水弁５３を開くと、貯湯槽４４に貯められている湯水が排水管５４を通って外部に排水される。
貯湯槽４４内の湯水と冷水は、温度成層を成して混じり合わない。貯湯槽４４内の上部には貯湯槽上部サーミスタＴ３が配設されており、貯湯槽４４内の上部に貯湯されている湯水の温度を検出する。貯湯槽４４下部には貯湯槽下部サーミスタＴ４が配設されており、貯湯槽４４内の下部に貯められている冷水の温度を検出する。
【００２１】
ミキシングユニット７２は、湯水の入口７２ａと、冷水の入口７２ｂと、混合水の出口７２ｃを有している。湯水の入口７２ａには、第１出湯管５２を介して貯湯槽４４内の湯水が流入し、冷水の入口７２ｂには、第２給水管６４ｂを介して水道水が流入する。２つの入口７２ａ，７２ｂの開口度は可変である。即ち、湯水と水道水の流入比率が可変である。これらの開口度は、制御ユニット６０によって制御される。開口度が制御されることで、例えば、水道水を遮断して（冷水入口７２ｂを閉じて）湯水のみを出口７２ｃから送り出すことが可能であり、逆に、湯水を遮断して（湯水入口７２ａを閉じて）水道水のみを出口７２ｃから送り出すことも可能である。また、例えば、７０％の湯水と３０％の水道水を混合して出口７２ｃから送り出すことが可能であり、湯水と水道水の混合比率を調整し、必要な温度に調整された混合水を出口７２ｃから送り出すことができる。
【００２２】
ミキシングユニット７２内で混合されて調温された混合水は、出口７２ｃから出湯される。出口７２ｃには第２出湯管７６が接続されている。第２出湯管７６は、補助熱源機５０内の給湯管９４に接続されており、ミキシングユニット７２と補助熱源機５０を接続している。ミキシングユニット７２の２つの入口７２ａ，７２ｂには、減圧弁４２によって減圧された圧力が加わっている。従って、ミキシングユニット７２の出口７２ｃから出湯される混合水の圧力も、減圧弁４２で調圧された圧力に等しい。第２出湯管７６には第２出湯サーミスタＴ５が配設されており、ミキシングユニット７２から出湯される混合水の温度を検出する。
【００２３】
蓄熱ユニット１５と発電ユニット２０との間には、発電熱を回収するための配管４が配設されている。
発電熱回収用配管４の往き管４ａは貯湯槽４４の底部に接続されており、発電熱回収用配管４の戻り管４ｂは貯湯槽４４の上部に接続されている。発電ユニット２０内に配設された、発電熱との熱交換機７４と、改質器３０との熱交換器７０を通過して、発電熱回収用配管４の戻り管４ｂとなる。発電ユニット２０内の２つの熱交換器７０，７４で加熱された温水は、発電熱回収用配管４の戻り管４ｂを経て貯湯槽４４の上部から注入されて貯湯され、貯湯槽４４の底部の温水が発電熱回収用配管４の往き管４ａを経て発電ユニット２０へ送られる。
発電熱回収用配管４の往き管４ａには発電熱回収用ポンプ６が配設されている。発電熱回収用ポンプ６が駆動することで発電熱回収用配管４内の湯水が循環する（図中矢印方向に循環する）。発電熱回収用ポンプ６は制御ユニット６０によって駆動制御される。
【００２４】
次に、給湯運転と暖房運転を行なう補助熱源機５０について説明する。補助熱源機５０には２つのバーナ３８，５６と、暖房用シスターン５１と、湯水を案内する複数の配管等が配設されており、補助熱源機ハウジング４９に収納されている。
まず、給湯運転について説明する。第２出湯管７６と接続している給湯管９４は、分岐部９４ｃで管９４ａと管９４ｂの二手に分岐している。管９４ａの末端は台所の蛇口や風呂の給湯栓等の温水利用箇所に接続されており、管９４ｂの末端は暖房用シスターン５１の上部に入れられている。
温水利用箇所での給湯設定温度は図示しないリモコンが操作されることによって設定される。管９４ａは、管９４ａ内の湯水がバーナ３８によって加熱されるように配設されている。バーナ３８は制御ユニット６０によって駆動制御されている。管９４ａには給湯量センサＦ１と給湯サーミスタＴ６が配設されており、それぞれ管９４ａ内の湯水の流量と給湯される湯水の温度を検出するのに利用される。
【００２５】
管９４ａのバーナ３８より下流に分岐部９４ｄが形成されており、分岐部９４ｄから温水供給路８０が分岐している。温水供給路８０は後述する浴槽水循環路９８に接続されている。温水供給路８０には温水供給弁８２が配設されており、温水供給弁８２が開かれると、温水供給路８０を介して湯水が浴槽水循環路９８に誘導され、浴槽９０内に湯張りされる。温水供給弁８２は制御ユニット６０によって開閉制御されている。浴槽水循環路９８には湯張り量センサＦ２と浴槽水サーミスタＴ７が配設されており、それぞれ浴槽水循環路９８内の湯水の流量と温度を検出するのに利用される。
【００２６】
次に、暖房運転について説明する。給湯管９４から分岐した管９４ｂには暖房用補水弁９５が配設されている。暖房用補水弁９５が開かれると管９４ｂを介して湯水が暖房用シスターン５１に誘導される。暖房用補水弁９５は制御ユニット６０によって以下のように開閉制御されている。
暖房用シスターン５１内には、制御ユニット６０と接続している水位電極５８が配設されている。水位電極５８は棒状のハイレベルスイッチ５８ａとローレベルスイッチ５８ｂとを備えている。ハイレベルスイッチ５８ａの下端は暖房用シスターン５１の水位の上限に位置しており、ローレベルスイッチ５８ｂの下端は暖房用シスターン５１の水位の下限に位置している。これらのハイレベルスイッチ５８ａとローレベルスイッチ５８ｂは、その下端が水に触れているとオン信号を出力する。
制御ユニット６０は、ローレベルスイッチ５８ｂがオン信号を出力していない間は暖房用補水弁９５を開くように制御し、ハイレベルスイッチ５８ａがオン信号を出力したときには暖房用補水弁９５を閉じるように制御する。即ち、暖房用シスターン５１内の水位は、制御ユニット６０によって上限水位と下限水位の間に維持される。
【００２７】
暖房用シスターン５１には暖房用循環路が接続されている。詳しくは、暖房用シスターン５１には共通管２が接続されており、共通管２には暖房用ポンプ３が配設されている。共通管２が二手に分岐し、高温用循環路８４と低温用循環路８６を形成している。以下、共通管２と高温用循環路８４と低温用循環路８６の総称を暖房用循環路とする。
高温用循環路８４は高温用負荷９２（例えば暖房機や浴室乾燥機等）を通過する管８４ａと、高温用負荷９２をバイパスする管８４ｂを有している。管８４ａは、暖房用シスターン５１内の湯水を高温用負荷９２に送り、利用された後の湯水を暖房用シスターン５１に戻す（図中矢印方向）。管８４ａの戻り管は後述する低温用循環路８６の戻り管に形成された合流部８６ｄに合流している。管８４ａには熱動弁８５が配設されている。熱動弁８５は高温用負荷９２の運転スイッチが操作されてオンとなると開き、オフとなると閉じる。
一方、管８４ｂは熱動弁８５より上流に形成された分岐部８４ｃから分岐した管であり、後述する低温用循環路８６の戻り管に形成された合流部８６ｃに合流している。高温用負荷９２をバイパスする管８４ｂには暖房用バイパス弁８３が配設されている。暖房用バイパス弁８３は制御ユニット６０によって開閉制御されている。
【００２８】
高温用循環路８４内の湯水を加熱するため、高温用循環路８４にはバーナ５６が配設されている。バーナ５６は制御ユニット６０によって駆動制御されている。高温用循環路８４内の湯水の温度は通常約８０℃になるように制御されている。高温用循環路８４のバーナ５６より上流には暖房低温サーミスタＴ８が配設されており、低温用循環路８６内の湯水の温度を検出するのに利用される。また、バーナ５６より下流には暖房高温サーミスタＴ９が配設されており、高温水循環路８４内の湯水の温度を検出するのに利用される。高温用循環路８４内の湯水は、暖房用ポンプ３が駆動することによって循環する（図中矢印方向に循環する）。暖房用ポンプ３は制御ユニット６０によって駆動制御されている。
【００２９】
高温用循環路８４には追焚き用循環路８８が接続されている。追焚き用循環路８８には熱交換器９１が配設されており、後述する低温用循環路８６の戻り管に形成された合流部８６ｆに合流している。追焚き用循環路８８には熱動弁８９が配設されており、熱動弁８９が開くと、高温用循環路８４から湯水が誘導され、湯水の熱が熱交換器９１に伝熱される。熱動弁８９は制御ユニット６０によって開閉制御されている。
浴槽水を追焚きするとき、浴槽９０内の湯水は浴槽水循環路９８を循環する。浴槽水循環路９８は上述の熱交換器９１を通過するように配設されている。浴槽水循環路９８内の湯水が循環し、熱交換器９１で加熱されることによって浴槽水が追焚きされる。浴槽水循環路９８には浴槽水用ポンプ９９が配設されている。浴槽水用ポンプ９９が駆動することによって浴槽水循環路９８内の湯水が循環する。浴槽水循環ポンプ９９は制御ユニット６０によって駆動制御される。
【００３０】
低温用循環路８６は低温用負荷（床暖房機等）９６を通過するように配設されている。低温用循環路８６は、暖房用シスターン５１内の湯水を低温用負荷９６に送り、利用後の湯水を後述する２つの管で暖房用シスターン５１に戻す。
低温用循環路８６の往き管には熱動弁８７が配設されている。熱動弁８７は制御ユニット６０によって開閉制御される。低温用循環路８６内の湯水は通常約６０℃になるように制御されている。
【００３１】
低温用循環路８６の戻り管は、直接暖房用シスターン５１へ戻る管８６ａと、貯湯槽４４内を通過してから暖房用シスターン５１へ戻る管８６ｂとを有している。これらの管８６ａ，８６ｂは三方弁１２によって切換えられる。三方弁１２は１つの入口１２ａと２つの出口１２ｂ，１２ｃとを有している。低温用循環路８６の戻り管は三方弁１２の入口１２ａに接続されている。三方弁１２の出口１２ｂには管８６ａが接続されている。管８６ａの他端は暖房用シスターン５１に接続されている。一方、三方弁１２の出口１２ｃには管８６ｂが接続されている。管８６ｂは、貯湯槽４４内の湯水と混合されることなく貯湯槽４４内の上部を通過する管である。管８６ｂは、貯湯槽４４内を通過後に、管８６ａの合流部８６ｅに合流する。三方弁１２の切換えは制御ユニット６０によって制御されている。低温用循環路８６内の湯水も、暖房用ポンプ３が駆動することによって循環する（図中矢印方向に循環する）。低温用循環路８６の戻り管の合流部８６ｃと三方弁１２の間には暖房戻りサーミスタＴ１０が配設されており、低温用循環路８６の戻り管内の湯水の温度を検出するのに利用される。
【００３２】
上述の管８６ｂによって、貯湯槽４４に蓄熱されている熱を暖房運転に利用することができる。貯湯槽４４内の熱を床暖房運転に利用したい場合、三方弁１２の出口を出口１２ｃに切換える。管８６ｂ内の湯水は貯湯槽４４内の上部を通過するときに貯湯槽４４内上部の高温の湯水によって加熱され、加熱された湯水がシスターン５１へ戻る。この循環によって低温用循環路８６内の湯水が加熱され、湯水の熱が低温用負荷９６である床暖房機に伝熱される。このようにすれば、貯湯槽４４内の熱を床暖房運転等の暖房運転に利用することができる。
貯湯槽４４の蓄熱量が放出されてしまうと、暖房用バイパス弁８３を開いて高温用負荷９２（この場合浴室乾燥機）をバイパスする管８４ｂを開通させる。この場合には、バーナ５６で加熱された高温水がシスターン５１に導かれ、その高温の温水を利用して暖房運転することが可能となる。
【００３３】
暖房運転終了後、上述の管８６ｂによって、貯湯槽４４内の蓄熱量が少ないときには暖房用循環路内の余熱を貯湯槽４４に蓄熱させることができる。貯湯槽４４の上部の温度が低温用循環路８６内の湯水の温度よりも低いときには、三方弁１２の出口を出口１２ｃに切換える。これによって低温用循環路８６内の湯水が管８６ｂへ誘導される。管８６ｂ内の湯水は貯湯槽４４内を通過するときに貯湯槽４４内の湯水を加熱する。このようにすれば、低温用循環路８６等の暖房用循環路内の余熱を貯湯槽４４内に蓄熱することができる。
【００３４】
次に、本実施例のコージェネレーションシステム１０の補助熱源機５０のバーナ３８の点火動作について図２を用いて説明する。図２は補助熱源機５０のバーナ３８の制御を示すフローチャートである。なお、符号は図１参照のこととする。
図２に示すステップＳ１０で温水利用箇所４０において給湯要求があるか否かが判別され、給湯要求があったとき（ＹＥＳのとき）にステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、給湯量センサＦ１が検出する全ての温水供給箇所への給湯量の合計（浴槽９０への湯張り量を含む）と、湯張り量センサＦ２が検出する浴槽９０への湯張り量との差の絶対値が毎分１リットル以上であるか否かが判別される。給湯量と湯張り量との差が毎分１リットル以上であれば（ＹＥＳであれば）貯湯槽４４内の湯水は湯張り以外にも利用されているとみなしてステップＳ１４へ進む。
【００３５】
ステップＳ１４では、第１出湯サーミスタＴ１が検出する出湯温度が、リモコンで予め設定される給湯設定温度より５℃以上高いか否かが判別される。出湯温度と給湯設定温度との差が５℃以上あれば（ステップＳ１４でＹＥＳであれば）貯湯槽４４内の蓄熱量は充足しているとみなしてステップＳ１６へ進む。出湯温度と給湯設定温度との差が５℃より小さければ（ステップＳ１４でＮＯであれば）貯湯槽４４内の蓄熱量は不足しているとみなしてステップＳ２４へ進み、補助熱源機５０のバーナ３８の点火動作を行なって処理を終了する。
【００３６】
バーナ３８の点火動作を開始すると、実際に点火されるまでに２〜３秒程度の時間を要し、この間も給湯が継続されていれば出湯温度はさらに低下する。本実施例では、出湯温度と給湯設定温度との差が５℃を下回ったときには、まもなく湯切れが発生することを想定して、バーナ３８の点火動作を開始する。このタイミングでバーナ３８の点火動作を開始すると、湯切れが発生して給湯設定温度より低い湯温の湯水が補助熱源機５５内を通過し始めるよりも前にバーナ３８が点火して加熱が開始される。温水利用箇所４０での給湯温度の変動を抑制し、常時安定した湯温で給湯することができる。
なお、バーナ３８を最小燃焼で燃焼させても、バーナ３８では湯温を１〜２℃上昇させるような微妙な加熱を行なうことができない。バーナ３８が点火した直後は、給湯設定温度と出湯温度との差が小さいため、湯水を給湯設定温度以上に過熱してしまう。このため、本実施例ではミキシングユニット７２の混合比率を調整して、最小燃焼で燃焼させたときに給湯設定温度が得られるような湯温に調整する。
【００３７】
ステップＳ１６では、給湯設定温度と、給水サーミスタＴ２が検出する給水温度との差が３０℃以上であるか否かが判別される。３０℃未満であれば（ステップＳ１６でＮＯであれば）ステップＳ１８へ進む。３０℃以上であれば（ステップＳ１６でＹＥＳであれば）湯切れが発生して給湯温度に大きな変動が生じることが予測されるため、ステップＳ２４へ進み、補助熱源機５０のバーナ３８の点火動作を行なって処理を終了する。
【００３８】
給湯設定温度が高温であるときや、冬期で外気温が著しく低温であるとき、給湯設定温度と給水温度との差は大きい。貯湯槽４４内の蓄熱が充分あり、出湯温度と給湯設定温度との差が充分にあっても、給湯設定温度と給水温度との差が大きいほど貯湯槽４４内の湯水の使用量が多くなり、貯湯槽４４内の湯温が低下する速度は増す。本実施例では、給湯設定温度と給水温度との差が３０℃を超えたときには湯切れが発生することを想定して、バーナ３８の点火動作を開始する。このタイミングでバーナ３８の点火動作を開始すると、湯切れが発生して給湯設定温度より低い湯温の湯水が補助熱源機５５内を通過し始めるよりも前にバーナ３８が点火して加熱が開始される。温水利用箇所４０での給湯温度の変動を抑制し、常時安定した湯温で給湯することができる。
【００３９】
ステップＳ１８では、給湯設定温度と給水温度との差が２５℃以上であるか否かが判別される。２５℃未満であれば（ステップＳ１８でＮＯであれば）ステップＳ２０へ進む。２５℃以上あれば（ステップＳ１８でＹＳＥであれば）ステップＳ２８へ進む。ステップＳ２８では給湯量センサＦ１が検出する給湯量が毎分１０リットル以上であるか否かが判別される。毎分１０リットルより少なければ（ステップＳ２８でＮＯであれば）湯切れが発生しないとみなしてステップＳ１０へ戻る。毎分１０リットル以上であれば（ステップＳ２８でＹＥＳであれば）湯切れが発生して給湯温度に変動が生じることが予測されるため、ステップＳ２４へ進み、補助熱源機５０のバーナ３８の点火動作を行なって処理を終了する。
給湯設定温度と給水温度との差が２５℃以上３０℃未満であれば、毎分１０リットル以上給湯するときにバーナ３８を点火する。
【００４０】
給湯設定温度と給水温度との差が比較的大きいとき、毎分１０リットルといった少ない給水量であっても湯切れが発生しやすい。本実施例では、給湯設定温度と給水温度との差が２５〜３０℃であるとき、毎分１０リットル以上給湯する湯切れが発生すると想定して、バーナ３８の点火動作を開始する。このタイミングでバーナ３８の点火動作を開始すると、湯切れが発生して給湯設定温度より低い湯温の湯水が補助熱源機５５内を通過し始めるよりも前にバーナ３８が点火して加熱が開始される。温水利用箇所４０での給湯温度の変動を抑制し、常時安定した湯温で給湯することができる。
【００４１】
ステップＳ２０では、給湯設定温度と給水温度との差が２０℃以上であるか否かが判別される。２０℃未満であれば（ステップＳ２０でＮＯであれば）ステップＳ２２へ進む。２０℃以上であれば（ステップＳ２０でＹＥＳであれば）ステップＳ３０へ進む。ステップＳ３０では給湯量が毎分１５リットル以上であるか否かが判別される。毎分１５リットルより少なければ（ステップＳ３０でＮＯであれば）湯切れが発生しないとみなしてステップＳ１０へ戻る。毎分１５リットル以上であれば（ステップＳ３０でＹＥＳであれば）湯切れが発生して給湯温度に変動が生じることが予測されるため、ステップＳ２４へ進み、補助熱源機５０のバーナ３８の点火動作を行なって処理を終了する。
給湯設定温度と給水温度との差が２０℃以上２５℃未満であれば、毎分１５リットル以上給湯するときにバーナ３８を点火する。
【００４２】
本実施例では、給湯設定温度と給水温度との差が２０〜２５℃であるとき、給水量が１５リットル以上であれば、湯切れが発生すると想定して、バーナ３８の点火動作を開始する。このタイミングでバーナ３８の点火動作を開始すると、湯切れが発生して給湯設定温度より低い湯温の湯水が補助熱源機５５内を通過し始めるよりも前にバーナ３８が点火して加熱が開始される。温水利用箇所４０での給湯温度の変動を抑制し、常時安定した湯温で給湯することができる。
【００４３】
ステップＳ２２では給湯量が毎分２０リットル以上であるか否かが判別される。毎分２０リットルより少なければ（ステップＳ２２でＮＯであれば）湯切れが発生しないとみなしてステップＳ１０へ戻る。毎分２０リットル以上であれば（ステップＳ２２でＹＥＳであれば）湯切れが発生して給湯温度に変動が生じることが予測されるため、ステップＳ２４へ進み、補助熱源機５０のバーナ３８の点火動作を行なって処理を終了する。
【００４４】
給湯設定温度と給水温度との差が比較的小さいときであっても、毎分２０リットルといった多い給水量であれば湯切れが発生しやすい。本実施例では、給湯設定温度と給水温度との差が２０℃を下回るとき、多量に給湯されて湯切れが発生すると想定して、バーナ３８の点火動作を開始する。このタイミングでバーナ３８の点火動作を開始すると、湯切れが発生して給湯設定温度より低い湯温の湯水が補助熱源機５５内を通過し始めるよりも前にバーナ３８が点火して加熱が開始される。温水利用箇所４０での給湯温度の変動を抑制し、常時安定した湯温で給湯することができる。
【００４５】
ステップＳ１２で給湯量センサＦ１が検出する給湯量と湯張り量センサＦ２が検出する湯張り量との差が毎分１リットル以下の水量であれば（ステップＳ１２でＮＯであれば）、貯湯槽４４内の湯水は湯張りのみに利用されているとみなしてステップＳ２６へ進む。ステップＳ２６では給湯設定温度が出湯温度より高いか否かが判別される。給湯設定温度が出湯温度より低ければ（ステップＳ２６でＮＯであれば）、湯張りに対して貯湯槽４４内の蓄熱量が充足状態であり、湯切れが発生しないとみなしてステップＳ１０へ戻る。給湯設定温度が出湯温度以上であれば（ステップＳ２６でＹＥＳであれば）、湯張りに対して貯湯槽４４内の蓄熱量が不足しているとみなしてステップＳ２４へ進み、補助熱源機５０のバーナ３８の点火動作を行なって処理を終了する。
【００４６】
浴槽９０内への湯張りによって湯切れが発生し、バーナ３８が点火するまでの間、温度低下した湯水が加熱されることなく湯張りされたとしても、湯切れによる温度変動を直接使用者が体感することはない。本実施例では、貯湯槽４４内の湯水が湯張りのみに利用されている場合、出湯温度が給湯設定温度以下になったときに補助熱源機５０を作動させる。給湯量センサＦ１が検出する給湯量と湯張り量センサＦ２が検出する湯張り量との差が毎分１リットル以下の水量であれば、出湯温度と給湯設定温度との差が５℃以下であっても補助熱源機５０を作動させず、出湯温度が給湯設定温度以下となるまで補助熱源機５０の作動を待機させ、出湯温度が給湯設定温度以下になったときに始めて補助熱源機５０を作動させる。
このタイミングでバーナ３８の点火動作を開始すると、補助熱源機５０が点火動作を開始してから実際に点火されるまでの間、給湯設定温度以下に温度低下した湯水が加熱されることなく補助熱源機５０内を通過する。しかし、浴槽水の湯温は湯張りが終了した時点で給湯設定温度になっていればよく、湯張り途中で一時的に低下しても何ら問題はない。貯湯槽４４内の蓄熱をより有効に利用することができるため、熱効率が向上し、より経済的となる。
【００４７】
本発明のコージェネレーションシステムでは、蓄熱利用から補助熱源機利用への切換え時に、給湯設定温度以下となった貯湯槽内の湯水が補助熱源機を通過する前に、補助熱源機のバーナが点火されて燃焼状態となるようなタイミングで点火動作を開始するため、給湯温度が安定し、使用者に不快感を与えることがない。また、貯湯槽内の湯水を浴槽への湯張りのみに利用する場合、蓄熱利用から補助熱源機利用への切換え時の一時的な温度変動を許容し、蓄熱を最大限に利用するため、経済性が向上する。
【００４８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図。
【図２】本実施例の補助熱源機の制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
４：発電熱回収用配管、４ａ：往き管、４ｂ：戻り管
６：発電熱回収用ポンプ
１０：コージェネレーションシステム
１２：三方弁、１２ａ：入口、１２ｂ：出口、１２ｃ：出口
１５：蓄熱ユニット
２０：発電ユニット
２２：燃料電池
３０：改質器
４０：温水利用箇所
４４：貯湯槽
５０：給湯暖房用補助熱源機
５２：第１出湯管
５６：バーナ
６０：制御ユニット
６４：給水管、６４ａ：第１給水管、６４ｂ：第２給水管、６４ｃ：分岐部
７２：ミキシングユニット、７２ａ：湯水入口、７２ｂ：冷水入口、７２ｃ：出口
７６：第２出湯管
９０：浴槽
９４：給湯管、９４ａ：管、９４ｂ：管、９４ｃ：分岐部、９４ｄ：分岐部
９８：浴槽水循環路
９９：浴槽水用ポンプ
Ｔ１：第１出湯サーミスタ
Ｔ２：給水サーミスタ
Ｔ３：貯湯槽上部サーミスタ
Ｆ１：給湯量センサ
Ｆ２：湯張り量センサ
【図１】
2004340429.tif 000003
【図２】
2004340429.tif 000004