(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
比較的安定した電力供給を優先しつつ給湯需要が大きく変動する設備への給湯を行うコージェネレ−ションの給湯設備において、熱交換器を内蔵する複数基の貯湯タンクを配管、操作弁、および必要により制御器を用いて
熱媒体の流れ方向に関して直列であり且つ給水および温水取り出し方向に関しては当該熱媒体の流れ方向に関して向流である直列と、
熱媒体の流れ方向に関して直列であり且つ給水および温水取り出し方向に関しては並列との相互間で、
与えられた電力供給レベルの変更に優先的に対応して給水および温水取り出し方向に関して給湯需要に適した配列に随時転換できるように連結し、直列又は並列において運転することを特徴とする給湯方法。
【請求項２】
比較的安定した電力供給を優先しつつ給湯需要が大きく変動する設備への給湯を行うコージェネレ−ションの給湯設備において、熱交換器を内蔵する複数基の貯湯タンクを配管、操作弁、および必要により制御器を用いて
熱媒体の流れ方向に関して直列であり且つ給水および温水取り出し方向に関しては当該熱媒体の流れ方向に関して向流である直列の配列と、
熱媒体の流れ方向に関して直列であり且つ給水および温水取り出し方向に関して並列の配列とに、
随時与えられた電力供給レベルの変更に優先的に対応して給水および温水取り出し方向に関して給湯需要に適した配列に相互転換できるように連結してなることを特徴とする給湯設備。
【請求項３】
コージェネレーションの給湯設備に用いる前記複数基の貯湯タンクは、標準直径及び標準槽高を基本モジュールとする貯湯タンクであることを特徴とする請求項２記載の給湯設備。
【請求項４】
複数基の貯湯タンクを前記相互の配列に随時転換できるように連結してなるコージェネレーションの給湯設備において、連結に用いる前記操作弁は三方弁である請求項２又は３記載の給湯設備。
【請求項５】
比較的安定した電力供給を優先しつつ給湯需要が大きく変動する設備への給湯を行うコージェネレ−ションの給湯設備において、熱交換器を内蔵する複数基の貯湯タンクの連結が請求項２記載の並列であり且つ前記熱交換器の伝熱面積を熱媒体の流れ方向に沿って増加したことを特徴とする請求項２、３又は４記載の給湯設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ガス等を燃料とするガスエンジンを用いる熱併給発電（以下、コージェネレーションと略称する。）において、給湯システムの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスエンジンは、都市ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧ、溶鉱炉ガス等、気体燃料を用いる往復式内燃機関であり、小型化容易であるためコージェネレーション用として普及しつつある。ガスエンジンを発電の動力源として使用するコージェネレーションシステム（図８参照）において、ガスエンジンが排出する高温の排ガスから廃熱を回収すると共に高温のエンジン本体を冷却することで熱回収し、給湯用或は暖房や吸収式冷温水機の熱源用に利用している。燃料ガスから電気に転換されるエネルギーは高々２４％程度であるのに対し、熱交換器により回収し得るエネルギーは５８％を占めるので、回収エネルギーの有効利用が重要である。
【０００３】
前記図８のコージェネレーションシステムの要部を図９に示した。図９は、従来の一般的な給湯システムをコージェネレーションユニットに接続したものである。回収された廃熱は、温水と云う形で蓄熱され、即ち貯湯タンクに一旦貯えられた後、風呂や空調設備などユーザーの需要に応じて給湯される。発電された電力の需要と、ホテル、病院、福祉養護施設、ファミリーレストラン、浴場、スポーツ施設などで様々な温度、開栓頻度、流量で給湯される温水の需要は、通常、時間的に夫々独立に変動するので、エネルギーを有効利用するため、両者の変動を調整できる給湯設備が必要である。
【０００４】
従来のコージェネレーションにおける一般的な簡易給湯設備を例示する図５に沿って、従来技術の問題点を説明する。コージェネレーションユニット内に搭載されたガスエンジン２へ燃料ガスと燃焼用空気を供給し、発生する動力により発電機１を駆動して発電し、電力供給を行う。ガスエンジン２で発生した排ガス（例えば、温度４５０℃−５００℃）が保有する廃熱は、排ガス熱交換器３１においてクーラント（沸騰し難い液体であり、例えば、濃度約５０ｗｔ％のエチレングリコールあるいはプロピレングリコール水溶液等、以下ユニット内熱媒体と略称）に吸収され、ユニット内熱媒体が例えば７０℃前後に昇温する。更にユニット内熱媒体は、エンジン本体を冷却して熱を受け取ることで例えば８０℃前後に加熱される。このユニット内熱媒体は、熱媒熱交換器４において給湯システムを加熱するための熱媒体（例えばエチレングリコール水溶液、プロピレングリコール水溶液等、または凍結のおそれが無い場合は水でも良い。以下、単に熱媒体と略称）と熱交換する。熱交換を済ませて例えば６５℃程度に温度低下したユニット内熱媒体は、内部循環ポンプ５１（図５には図示せず、前記図９参照）により再び排ガス熱交換器３１へ還流し、廃熱を吸収する。
【０００５】
一方、熱媒熱交換器４において加熱された熱媒は、熱媒循環ポンプ５２により貯湯タンク７内にある熱交換器６へ送られ、貯湯タンク内の水、又は温度低下した温水に熱を与える。通常、貯湯タンク７は水道水の圧力により湯を押し出す形式の密閉型であり、熱媒体を熱源とし、内圧として２０ｍＨ２Ｏ（ゲージ圧力２ｋｇ／ｃｍ２）以下の水頭圧がかかる貯湯湯沸器の一種である。
【０００６】
図５において、貯湯タンク７の湯温が設定値に達すると、熱交換器６において熱交換し難くなり、熱媒体の温度が次第に上昇する。熱媒体温度が上昇し、熱媒熱交換器４において熱を受け取り難くなると、ユニット内熱媒体は熱媒熱交換器４において熱を渡し難くなり、出口での温度が高くなる。或る一定の温度を超えると、前記図９に示すように、ユニット内熱媒体流路の切替機能を持つワックス弁１０が作動する。流路を切り替えられたユニット内熱媒体はラジエター３２へ流れ、高温のユニット内熱媒体が空気冷却により大気中に放熱することで温度が低下し、温度低下したユニット内熱媒体は内部循環ポンプ５１（前記図９参照）により再び排ガス熱交換器３１へ還流する。
【０００７】
図１０にワックス弁の構造と機能を模式的に示した。ワックス弁は方向制御弁の一種であり、弁軸をシリンダーに納め、シリンダー内に或る温度で熱膨張率の大きく変化する固体（ワックスと略称）を充填してある。弁内を流通する流体が或る一定の温度以上に高くなると、ワックスの体積が急激に熱膨張し、弁軸をシリンダーから押出し、図１０の右側に示したように下弁が弁座から離れることにより開弁し、同時に上弁が内部循環ポンプ５１へ直接通じる流路を閉じる。これにより、本発明では高温のユニット内熱媒体がラジエター３２へ流れ、空気冷却された後に内部循環ポンプ５１に到達し、再び循環する。
【０００８】
貯湯タンク７内の温水が熱損失により設定値を下回る温度になると、熱媒体の温度も次第に低下する結果、ユニット内熱媒体の温度が例えば６０℃程度に低下する。温度低下によりワックスの体積が収縮すると、図１０の左側に示したように弁軸がシリンダー内へ引き込まれ、自重とスプリングの作用により下弁を弁座に押し付けることで閉弁し、内部循環ポンプ５１への流路を閉じていた上弁が同時に開く。これにより、本発明では低温のユニット内熱媒体が直接に内部循環ポンプ５１へ吸い込まれ、再び排ガス熱交換器３１へ還流し、廃熱を吸収して例えば８０℃前後に昇温する。
【０００９】
なお、前記図９の給湯システムには、従来技術の給湯システムの別例として、バックアップ用湯沸器を併用した事例を示した。コージェネレーションユニットで発生した廃熱により熱媒熱交換器４で熱媒体を加熱し、この熱媒体により貯湯タンク７の水を加熱し、得られた温水を貯湯タンク７に一旦貯める。温水の温度調節は、給水と貯湯タンク７の温水との混合、又は貯湯タンク７の温水を更にガス瞬間湯沸器等で加熱する等により行う。
【００１０】
コージェネレーションにおいて、自家用電力消費量を超える電力は電力供給会社に売電することになる。売電価格は自家発電コストを下回るため、自家用電力消費量が発電能力下限値より低下した場合は、発電機の運転を停止する。このような電力自給を優先するため、従来、小規模以上の業務用にコージェネレーションを利用した場合、図５に示すように、給湯設備は給湯需要の時間的変動に対処できる大容量の貯湯タンク７を必要とした。しかし、大容量タンクの使用は、設置スペースの制約、製作場所から据付け現場への運搬性、容量がオーダーメイドであることによる設計・製作費の硬直性など、製作面での難点がある。また、熱媒循環ポンプ５２や熱交換器６もオーダーメイドの設計・製作が必要となる。
【００１１】
これに対して、大容量タンクを複数の小容量タンクで置き換える提案、また置き換えた複数の小容量タンクを直列に連結して使用する提案がなされた。例えば特開平３−１２９２４５号公報には、大容量の電気温水器を複数の小容量電気温水器に置き換え、直列に接続して使用する技術が開示されている。然し、加熱は安定した商用電力を用いる電気ヒータを熱源とするものであり、変動する発電需要から発生する廃熱を熱源とするコージェネレーションにあっては、単に電気ヒータを熱交換器に変更するのみでは適用できない。
【００１２】
給湯設備の運転面においても、給湯需要が大きく且つ温水流量として安定である場合は、電力需要の全量をコージェネレーションにより供給するように発電機の能力を選定し、優先的に電力需要に対応する発電を行い、廃熱の全量を回収して大容量タンクに貯えても、温水を使い切ることができる。一事例として、自家発電機の標準仕様が９．８ｋｗの場合、電力需要が発電能力を上回る時間帯において自家発電を主眼とし、発電機をフル運転する。不足分のみが買電となり、且つ廃熱が全て温水として有効利用されるから、最良の経済効果を生じる。
【００１３】
然し、電力需要と均衡する程の給湯需要が無い場合、前記標準仕様の自家発電機を設置し、電力自給を主眼とする運転を行うと、廃熱回収しても使い切れない状況となるのは致し方の無いことである。但し経済的観点から、電力需要が発電能力下限値を上回る時間帯において給湯需要への対処を主眼として給湯需要に見合う発電を行い、不足分は買電することも考えられる。この場合、最大給湯時に合わせた大容量タンクでは、タンク上部に給湯に有効な最小湯量を確保するための沸き上げ時間が必然的に長くなり、また、不要な温水の保温のために廃熱回収を行うことになり、エネルギーが有効利用できない。
【００１４】
更に、給湯需要の変動が大きく、電力需要に相応しない場合においても、電力需要が発電能力下限値を上回る時間帯において給湯需要への対応を主眼とし、給湯需要に見合う発電を行い、不足分を買電すると云う運転が経済的である。この場合、給湯需要の変動に柔軟に対処できる給湯設備が必要となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、コージェネレーションにおいて、発電規模の大小に係らず、また給湯需要と発電需要の何れを優先して運転するかに係らず、給湯需要の大きな変動に柔軟に対応でき、回収した廃熱を有効利用できる包括的給湯システム、及びこのような機能を持つ給湯設備の提供を課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
先ず、標準直径の小容量貯湯タンクを基本モジュールとして用い、所要貯湯容量に対応する複数の貯湯タンクを以てタンク群を構成する。次いで、複数の貯湯タンクが共同で所要給湯モードに適合するように、配管、流れ方向切換のための操作弁、必要により弁操作のための制御器を用いてタンク群を直列、並列、又は随時に相互転換できるように連結し、所望配列で運転することにより、上記課題が達成される。
【００１７】
即ち、第一の本発明は、コージェネレーションの給湯設備において、熱交換器を内蔵する複数基の貯湯タンクを配管、操作弁、及び必要により制御器を用いて温水取り出し方向に関して直列であり且つ熱媒体の流れ方向に関して向流である直列に、又は熱媒体の流れ方向に関して直列であり且つ給水及び温水取り出し方向に関して並列に、又は随時相互の配列に転換できるように連結し、直列又は並列において運転することを特徴とする給湯方法の発明である。また第二の本発明は、コージェネレーションの給湯設備において、熱交換器を内蔵する貯湯タンク群を前記連結手段により前記連結の配列に構成してなることを特徴とする給湯設備の発明である。
【００１８】
前記配列の転換は、複数操作弁の開閉を組合せることでも良いが、三方弁を使用し手動又は自動制御により操作して配列転換を行うと、設備が簡潔となり、操作も簡便になり、好ましい。
【００１９】
貯湯タンク群を直列に連結して設置することの作用は、熱媒体の流れ方向と温水取り出し方向とがマクロ的観点から向流となるように配置することにより、複数基のタンクが順次沸き上がることである。その結果、基本的に何ら温度制御を行わずに、熱媒体の温度に近い高温水の取り出しが常時可能となる。また、温水取り出し口に近いタンクから順次高温水が満杯になるので、かなりの程度の給湯需要急増にも対応できる。
【００２０】
貯湯タンク群を給水及び温水取り出し方向に関して並列に連結して設置することの作用は、次の通りである。即ち、或る運転時間の経過後には、一斉に全タンクに概ね同温度の温水が満杯となるので、各タンクの取り出し口を合流させることにより、短期間に大流量の給湯が必要となるような給湯需要に対応できる。さらに、直列と並列の互換性を備えることの作用は、給湯モードが季節単位、曜日単位、昼夜単位等で或る程度周期的に変動する場合、手動又は制御器の指令による自動切換により、必要性に応じた給湯に対処できることである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る給湯設備を例示した図１に沿い、発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係るコージェネレーションにおける給湯設備の一実施例を示す系統図である。発電機１、ガスエンジン２、排ガス熱交換器３１、ラジエター４、内部循環ポンプ５１（図示せず）を要部として構成された公知のコージェネレーションユニットにおいて、電力需要が自家発電能力下限値を上回る時間帯になるとタイマーの設定によりガスエンジン２が起動し、発電機１が発電を開始する。次いで、給湯システム制御ユニット８がガスエンジン２に付けた回転検知子（図示せず）からの検知信号を受けて、熱媒循環ポンプ５２を起動する。熱媒体は、循環ポンプ５２から各貯湯タンク７１、７２、７３の各熱交換器６１、６２、６３をこの順に直列で通過する際に貯湯タンク内の水と熱交換して温度降下し、次いで熱媒熱交換器４を通過しつつユニット内熱媒体と熱交換して温度上昇し、再び循環ポンプ５２により各タンクの熱交換器へ循環される。
【００２２】
各貯湯タンクは、配管及び三方弁Ｖ２、Ｖ４により水道栓などの給水源に並列に接続され、また配管及び三方弁Ｖ１、Ｖ３により給湯弁９に並列に接続されている。更に、配管及び三方弁Ｖ１、Ｖ３を介して各貯湯タンクが直列に連結されている。三方弁は手動でも良いが、給湯システム制御ユニット８からの指令により夫々角度９０度の自動回転を行う公知の型式の電磁弁が使用できる。これを使用すると、操作ミスを容易に防止できるので好ましい。
【００２３】
図２に、水道栓等から冷水が３基の各貯湯タンクに並列に給水され、温水が給湯弁９を通して各貯湯タンクから並列に取り出される実施例について、各三方弁の通液方向を図示した。この場合、給湯弁９を含む合流部分を充分太く製作しておくことにより、温水にあまり圧力損失を生じることなく、短期間に大流量の給湯を行うことができる。
【００２４】
また図３に、冷水が直列に連結した３基の貯湯タンク列の一端（以下、給水端タンクと略称）７３に給水され、中間に位置する貯湯タンク（以下、中間タンクと略称）７２を通り、温水が直列に連結した３基の貯湯タンク列の他端（以下、給湯端タンクと略称）７１から取り出される実施例について、各三方弁の通液方向を示した。
【００２５】
給湯需要が各貯湯タンクを給水及び温水取り出しの方向に関して図２に示したように並列に常時連結使用するのが好ましい場合、マクロ的観点から見ると、熱媒体の流れ方向と水の流れ方向は十字流である。別の実施例として、このような場合、貯湯タンクの基数或は給水源の水温によっては、給水端タンクに向かって各熱交換器の伝熱面積を順次増加（図示せず）して製作する。数式１において、
（数式１）    Ｑ＝ＵＡｄＴ
Ｑ：伝熱速度（ｋｃａｌ／ｈｒ）
Ｕ：総括熱伝達係数（ｋｃａｌ／ｈｒ／ｍ２／℃）
Ａ：伝熱面積（ｍ２）
ｄＴ：熱交換器入口・出口における熱媒体温度差（℃）
Ｕは各タンクにおいて概ね等しいとみられ、タンク配列は常に熱媒体の流れ方向に関して直列連結であり、ｄＴは並列の場合に給水端タンクに向かって減少するから、Ａを給水端タンクに向かって増加させると、ＡｄＴがあまり減少しないように調整することができる。つまり、各貯湯タンク間の湯温の偏差が減少するので、迅速且つ大量の給湯を行う場合に好ましい。特に、熱交換器の構造が蛇管式等簡易な形式の場合は、製作コスト上容易に実施できる。
【００２６】
図６に本発明に係る給湯システム制御ユニット８の機能を説明する制御ブロック図を示した。制御ユニット８は、熱媒循環ポンプ５２の作動を介して湯の沸き上げを制御するためのポンプ制御部８３、給湯温度と給湯需要に応じた給湯モードを制御する給湯制御部８２、各貯湯タンク温度の表示並びに給湯モードや給湯温度等の設定又は変更に係る入力、及びユーザーからの給湯開始停止の遠隔制御指令を給湯制御部８２への伝達を行うための操作部８１を備えている。
【００２７】
操作部８１は、各貯湯タンクの温度センサからの信号により各温水温度を表示する各タンク温度表示部８１４、直列連結の場合の給湯端タンク及び直列連結の場合に予備的に沸き上げしておく中間タンクの温度設定、また、並列連結の場合の給水端タンクの温度設定を入力し設定値を表示する給湯温度設定部８１３、タンク連結を直列又は並列にする指令を入力し設定を表示するタンク列変更入力部８１２、（イ）ユーザーからの給湯開始又は停止の遠隔制御指令を給湯制御部８２に伝達する機能、また、（ロ）給湯指示を直接入力する機能を持つ給湯指示部８１１を備えている。なお、図９の給湯システムに例示したように、給湯弁９の下流にバックアップ的な意味合いで瞬間湯沸器或は貯蔵給湯器を設置する場合がある。この場合には、給湯指示部８１１に（ハ）ユーザーからの遠隔制御指令を伝達するか否かの選択を入力する第三の機能を備える。
【００２８】
給湯制御部８２とポンプ制御部８３は互いに独立の動作を行う。即ちコージェネレーションユニットが稼働中は、給湯中であるか否かに係らず、貯湯タンクの湯を加熱する必要があればポンプ制御部８３が熱媒循環ポンプ５２を作動させて加熱を行う。また、選択された貯湯タンクの湯温が設定温度に到達すれば、給湯中であっても、ポンプ制御部８３が循環ポンプ５２を停止する。同様に、選択された貯湯タンクの湯温が設定温度に到達していれば、循環ポンプ５２が停止していても、給湯弁９が閉止解除され、給湯指示部８１１へ給湯の指示を入力するか又はユーザーからの遠隔指令により給湯が行われる。
【００２９】
給湯制御部８２は、タンク列変更入力部８１２からの指令を受けてタンク列を直列又は並列に連結するように各三方弁に指令する三方弁制御部８２６、給湯弁制御部８２５、及びセンサ選択部８２７を備えている。三方弁制御部８２６は上記タンク列変更入力部８１２からの連結指令により、予め回転方向を設定した各電磁三方弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を９０度回転又は復帰させることで、各貯湯タンクを指令された配列に連結する。
【００３０】
センサ選択部８２７は、タンク列変更入力部８１２からの連結指令により、温度制御の対象とする貯湯タンクに関し、直列連結の場合は給湯端タンク（温度センサＴ１）を選択し、又は並列の場合は給水端タンク（温度センサＴ3）を選択すると共に、給湯温度設定部８１３からの信号による設定温度Ｔｍと選択された上記センサ温度（Ｔa又はＴｂ）とを比較し、比較結果に係る信号を給湯弁制御部８２５に送る。一方、給湯指示部８１１は、前記（ハ）遠隔制御を伝達する選択が入力されている限り、沸き上げ前の低温の温水がユーザーに供給されることを防止するため、給湯弁９の常時閉止を給湯弁制御部８２５に指令している。給湯弁制御部８２５は、センサ選択部８２７からセンサ温度が設定温度以上であるとの信号を受けると、給湯弁閉止を解除するべきと判断し、給湯指示部８１１からの閉止指令を解除する。これによって、ユーザーからの遠隔制御指令により給湯弁９を開くことが可能となる。
【００３１】
給湯弁制御部８２５は、センサ温度が設定温度より低いとの信号を温度センサ選択部８２７から受けた場合は、給湯指示部８１１からの閉止指令を解除せず、選択された貯湯タンクの湯温が設定温度に達するまで、ユーザー側が給湯遠隔指令を発しても、または手動で給湯栓を開いても湯が出ない。なお、図９の給湯システムのようにバックアップの湯沸器が設置されている場合、給湯指示部８１１において前記（ハ）遠隔制御を伝達しない選択を入力すると、給湯指示部８１１は給湯弁９の強制開弁を給湯弁制御部８２５に指令する。この場合、温度センサ選択部８２７からの信号に依らず給湯弁９が常時開弁となり、バックアップ湯沸器を開栓又は閉栓することで直接給湯が開始又は停止される。但し、当然のことながら給湯指示部８１１では（ロ）給湯指示を手動で直接入力する機能が作動することになるから、手動でも給湯開始を入力しておく必要がある。本発明においては、温度センサとして、サーミスタ温度計など通常用いられるものを使用することができる。
【００３２】
ポンプ制御部８３には、ガスエンジン並びに発電機の稼働を検知したガスエンジン回転検知子８３１からの信号によりポンプ５２を作動させる機能を持つポンプ作動制御部８３４と、操作部８１及び給湯制御部８２からの信号を受けて加熱の要不要を判断してポンプ作動を指令する加熱制御部８３８を備えている。加熱制御部８３８は、給湯温度設定部８１３からの設定温度の信号と、温度センサ選択部８２７が制御対象として選択した貯湯タンクの温度センサ（Ｔ１又はＴ３）の温度（Ｔａ又はＴｂ）の信号と前記設定温度との比較結果に係る信号と、貯湯タンクが直列の場合に中間に位置する中間タンクの温度センサＴ２の温度Ｔｃ（もし、中間タンクの基数が複数の場合は、さらにセンサＴ４、Ｔ５、Ｔ６・・、湯温Ｔｃ４、Ｔｃ５、Ｔｃ６・・・）の信号を受け、次の通り判断し、ポンプ作動制御部８３４に指令する。
【００３３】
即ち貯湯タンクの連結が直列の場合は給湯端タンク（温度センサＴ１）のセンサ温度Ｔａが給湯設定温度Ｔｍより低い場合並びに何れかの中間タンクの温度センサ（例えばＴ２）の温度（例えばＴｃ）が設定温度より低い場合、又は連結が並列の場合は給水端タンク（温度センサＴ３）の温度Ｔｂが設定温度より低い場合、加熱必要と判断し、ポンプ作動信号をポンプ作動制御部８３４に送る。上記以外の場合は、加熱制御部８３８が貯湯タンクの加熱不要と判断し、ポンプ停止指令をポンプ作動制御部８３４に送り、熱媒循環ポンプ５２が停止する。
【００３４】
熱媒循環ポンプ５２の作動により熱媒体が循環し、貯湯タンクの湯の加熱が不要になると、熱媒体の温度が上昇して熱媒熱交換器４における熱交換が行われ難くなるため、ユニット内熱媒体の温度も上昇してワックス弁１０が作動し、図１０に示したように高温のユニット内熱媒体はラジエター３２に流れる。この場合にラジエター流動検知子８３２が流れを検知し、検知信号によりポンプ作動制御部８３４が運転停止又は給湯需要によっては低負荷運転を熱媒循環ポンプ５２に指令する。ラジエター４使用中の熱媒循環ポンプ５２停止と云う制御は、必ずしも必要ではないが、これを採用することにより、同ポンプが消費する補機電源電力を節約できる。この時、コージェネレーションユニットは給湯システムと切り離され、電力供給を主眼として自立稼働する。
【００３５】
図７は、本発明に係る給湯システム制御ユニット８の動作を説明するための制御フロー図である。ステップ１において、コージェネレーション全体のメインスイッチをオンにすると制御ユニット８が作動するので、操作部８１の給湯温度設定部８１３に所望の給湯設定温度Ｔｍを、タンク列変更入力部８１２に所望のタンク配列を設定する。ステップ２において、制御ユニット８に内蔵するアナログマルチプレクサ、Ａ−Ｄ変換器、入力回路等の通常用いられる手段により給湯端タンク温度（Ｔａ）、給水端タンク温度（Ｔｂ）、中間タンク温度（Ｔｃ）、給湯設定温度（Ｔｍ）のデータをマイクロプロセッサ（以下、ＣＰＵと記す。）に読み込む。
【００３６】
ステップ３で、ＣＰＵによりタンク配列の設定が直列か並列か比較され、直列でなければステップ４に移り、ＣＰＵにより給水端タンク温度と給湯設定温度とが比較され、Ｔｂ≧Ｔｍでなければ、ステップ５でポンプ作動制御部８３４に指令して循環ポンプ５２を起動し、熱媒体の循環により全貯湯タンクの加熱を開始する。そして、再びステップ２へ戻り上昇した湯温を読み、ステップ４においてＴｂ≧Ｔｍであった場合、並列に連結された全貯湯タンクが沸き上げられたと見做し、ステップ９に移り、ＣＰＵから給湯弁閉止解除指令が出力回路を介して給湯弁制御部８２５に伝達される。ステップ１０でこの指令により、給湯弁制御部８２５に内蔵するトランジスタ、電磁リレー等通常用いられる手段を作動させて給湯指示部８１１からの指令を受ける回路を接続し、指令があれば何時でも給湯弁９を開ける状態になり、沸き上げ完了となる。なお、前記したように給湯指示部８１１においてユーザーからの遠隔制御を伝達しない選択を入力した場合は、ステップ９でＣＰＵからの解除指令なしに給湯弁９は常時開弁となり、沸き上げとは独立にバックアップ湯沸器の湯栓により出湯できる。
【００３７】
また、ステップ３でタンク配列が直列であった場合、ステップ６に移り、前記給湯温度設定部８１３からの信号を読み込んだＣＰＵにより、給湯端タンク温度が制御対象として選択されているか判断され、選択されている場合はステップ７に移り、給湯端タンク温度と給湯設定温度とが比較され、Ｔａ≧Ｔｍでなければステップ５に移り、ＣＰＵからポンプ作動制御部８３４に指令して循環ポンプ５２を起動し、熱媒体の循環により全貯湯タンクの加熱を開始する。そして、再びステップ２へ戻り上昇した湯温を読み、ステップ７においてＴａ≧Ｔｍであった場合、直列に連結された貯湯タンクのうち少なくとも給湯端タンクが沸き上げられたと判断でき、ステップ９に移りＣＰＵにより給湯弁閉止解除指令が給湯弁制御部８２５に伝達される。ステップ１０でこの指令により、給湯弁制御部８２５に内蔵する電磁リレー等を作動させて給湯指示部８１１からの指令を受ける回路を接続し、指令があれば何時でも給湯弁９を開け得る状態になり、沸き上げ完了となる。なお、上記同様、給湯指示部８１１においてユーザーからの遠隔制御を伝達しない選択を入力した場合は、ステップ９でＣＰＵからの解除指令なしに給湯弁９は常時開弁となり、沸き上げとは独立にバックアップ湯沸器の湯栓により出湯できる。
【００３８】
また、ステップ６でＣＰＵにより給湯端タンク温度が制御対象として選択されていないと判断された場合、ステップ８に移り、前記給湯温度設定部８１３からの信号を読み込んだＣＰＵにより中間タンク温度と給湯設定温度とが比較され、Ｔｃ≧Ｔｍでなければステップ５に移り、ＣＰＵからポンプ作動制御部８３４に指令して循環ポンプ５２を起動し、熱媒体の循環により全貯湯タンクの加熱を開始する。そして、再びステップ２へ戻り上昇した湯温を読み、ステップ８においてＴｃ≧Ｔｍであった場合、直列に連結された貯湯タンクのうち給湯端タンクから中間タンクまでが沸き上げられたとＣＰＵが判断し、ステップ９に移りＣＰＵにより給湯弁閉止解除指令が給湯弁制御部８２５に伝達される。ステップ１０でこの指令により、給湯弁制御部８２５に内蔵する電磁リレー等を作動させて給湯指示部８１１からの指令を受ける回路を接続し、指令があれば何時でも給湯弁９を開け得る状態になり、沸き上げ完了となる。なお、前記同様、給湯指示部８１１においてユーザーからの遠隔制御を伝達しない選択を入力した場合は、ステップ９でＣＰＵからの解除指令なしに給湯弁９は常時開弁となり、沸き上げとは独立にバックアップ湯沸器の湯栓により出湯できる。
【００３９】
本発明を適用するに当り、給湯需要が一時に大量の温水は必要としないが比較的長時間に亙り給湯を必要とする場合がある。このような場合、図４に例示したように、冷水が直列に連結した複数基の貯湯タンク列の給水端タンク７３に給水され、温水が直列に連結した複数基の貯湯タンク列の給湯端タンク７１から取り出されるように、三方弁を使用せずに通常の操作弁のみでタンクを恒常的に連結しても良い。各タンクの温度は温度表示部８１４に表示するのみに止どめ、温度制御器は設けず、ガスエンジン回転検知子８３１からの信号でポンプ作動制御部８３４を作動させる。このような簡易化給湯設備であっても、コージェネレーションユニットに内蔵する前記ワックス弁１０の作用により給湯温度が概ね一定に維持できる。然も、給湯端タンクから順次沸き上げられるので、極めて短い待ち時間で給湯が開始できる。
【００４０】
なお、上記直列連結の場合において、給湯需要の季節変動などによる不需要期間での運転方法として、給湯端タンクのサーミスタＴ１のみが給湯設定温度に到達したとき、加熱制御部８３８が指令して循環ポンプ５２を停止するように制御することができる。この間、ユニット内熱媒体は内部循環ポンプ５１とワックス弁１０の作動によりラジエター３２から放熱し、コージェネレーションユニットは自立している。このような制御により、給湯端タンクのみに所定温度の温水を貯えておくことができ、且つ熱媒循環ポンプ５２の消費電力を節約できる。
【００４１】
更に、本発明を適用するに当り、給湯需要が一時に大量の温水を必要とするが長時間に亙る需要はない場合がある。このような場合、図２に例示したように、冷水を並列に連結した複数基の各貯湯タンクに給水し、同時に温水を各貯湯タンクから並列に取り出して給湯弁９に集合するように、三方弁を使用せずに通常の操作弁のみで各タンクを恒常的に並列に連結しても良い。各タンクの温度は温度表示部８１４に表示するのみに止どめ、温度制御器は設けず、ガスエンジン回転検知子８３１からの信号でポンプ作動制御部８３４を作動させる。このような簡易化給湯設備であっても、前記内部循環ポンプ５１及びワックス弁１０の作動により給湯温度を概ね一定に維持できる。特に、前記したように蛇管式熱交換器等簡易な構造の熱交換器を使用し、給水端タンクに向かって各熱交換器の伝熱面積を順次増加して製作すると、各貯湯タンク間の湯温の偏差が減少し、迅速且つ大量の給湯を容易に行うことができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係る給湯システムは、自家発電を行う場合において給湯需要が有る限り、電力需要と給湯需要がどのように独立に変動しても、タンク配列の選択とその後の変動に応じた相互転換、及び給湯システム制御ユニットの機能により、柔軟に給湯需要に対応することができる。
【００４３】
本発明に係る給湯設備は、例えば家庭用等に利用されている小容量貯湯タンクを基本モジュールとして採用し、個別の給湯需要に合わせた基数の貯湯タンクを設置して制御することにより、市場規模の小さい従来のオーダーメイド型大容量タンクを使用する場合に比較し、数十％のコストダウンが可能である。また、運搬性、設置レイアウトの自由度が著しく向上するため、立地条件の良くない場所においても設置工事が容易になり、工事費が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコージェネレーションにおける給湯設備の一実施例を示す系統図である。
【図２】本発明に係る給湯設備の別の実施例を示す系統図である。
【図３】本発明に係る給湯設備の更に別の実施例を示す系統図である。
【図４】本発明に係る簡易給湯設備の実施例を示す系統図である。
【図５】従来のコージェネレーションにおける給湯システムを例示する系統図である。
【図６】本発明に係る給湯システム制御ユニットの機能を説明する制御ブロック図である。
【図７】本発明に係る給湯システム制御ユニットの動作を説明する制御フロー図である。
【図８】コージェネレーションの概念を示す説明図である。
【図９】従来のコージェネレーションにおける給湯システムの一例、及びコージェネレーションユニットの構成を例示する系統図である。
【図１０】ワックス弁の機能を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  発電機、              ２  ガスエンジン
３１  排ガス熱交換器、    ３２  ラジエター
４  熱媒熱交換器
５１  内部循環ポンプ、    ５２  熱媒循環ポンプ
６、６１、６２、６３    熱交換器
７、７１、７２、７３    貯湯タンク
８  給湯システム制御ユニット
８１  操作部
８１１  給湯指示部、      ８１２  タンク列変更入力部
８１３  給湯温度設定部、  ８１４  各タンク温度表示部
８２  給湯制御部
８２５  給湯弁制御部、    ８２６  三方弁制御部、    ８２７  センサ選択部
８３  ポンプ制御部
８３４  ポンプ作動制御部、        ８３８  加熱制御部
８３１  ガスエンジン回転検知子、  ８３２  ラジエター流動検知子
９    給湯弁、                    １０  ワックス弁
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３  温度センサ
Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ  タンク内温水の温度
Ｔｍ  給湯設定温度
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４  電磁三方弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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