(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排熱を発生する排熱発生装置と、
循環配管を付設して貯湯を行う貯湯タンクと、
前記循環配管に設けられる排熱回収用熱交換器と、
前記貯湯タンクに前記循環配管と並列に接続されて湯を供給する給湯管と、
前記排熱発生装置と前記排熱回収用熱交換器とにわたって接続されて排熱回収熱媒を循環することにより前記排熱発生装置からの排熱を前記循環配管を流れる水に伝熱回収する排熱回収用循環配管と、
前記循環配管の前記排熱回収用熱交換器よりも下流側箇所に前記貯湯タンクと並列に接続される暖房用熱交換器と、
前記循環配管の前記排熱回収用熱交換器よりも下流側箇所で、かつ、前記暖房用熱交換器よりも上流側箇所に前記暖房用熱交換器と直列に接続される補助熱源と、
前記循環配管の前記排熱回収用熱交換器よりも下流側箇所に付設されて、前記循環配管内を流れる熱交換後の湯の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサによって測定される熱交換後の湯の温度と設定温度とを比較して測定温度が設定温度よりも低くなったときに補助加熱信号を出力する補助加熱用比較手段と、
前記補助加熱用比較手段からの補助加熱信号に応答して起動信号を出力し前記補助熱源を作動する補助加熱制御手段と、
前記暖房用熱交換器とにわたって接続されて、前記排熱発生装置からの排熱によって暖房する暖房装置と、
前記暖房装置による被暖房空間内の温度を測定する暖房温度センサと、
前記暖房装置の運転状態で、前記暖房温度センサで測定される温度と設定温度との差に応じて１周期となる設定時間内での熱媒体の循環流動時間を変更する暖房制御手段と、
前記貯湯タンクの上流側箇所に前記暖房用熱交換器と並列に接続されて、前記暖房制御手段により熱媒体の循環流動が停止されている時間に対応して前記排熱回収用熱交換器を経た湯を前記貯湯タンクに供給する貯湯用開閉弁とを備えた貯湯式暖房システムであって、
前記暖房装置の運転状態で、前記暖房制御手段による熱媒体の循環流動の停止に起因する湯の温度の低下に伴って出力される前記補助加熱信号に応答して設定時間保留信号を出力する遅延手段と、
前記遅延手段からの保留信号に応答して前記補助加熱制御手段からの起動信号の出力を停止するバックアップ制御手段とを備えたことを特徴とする貯湯式暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと発電機とを一体化したものとか燃料電池といったような電力と排熱とを発生する熱電併給装置、圧縮機などを駆動するヒートポンプ式熱発生装置からの熱を回収し、その熱によって得られる湯を、室内暖房機、床暖房機、浴室乾燥機などの暖房装置や浴槽の追い焚きなどの加熱源に用いるとともに、貯湯タンクに貯める貯湯式暖房システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の現状のシステムでは、暖房装置の運転を行うのに、排熱発生装置側の出力を調整することが効率低下の原因になりやすいことから、例えば、２０分間などを１周期として、その１周期となる設定時間内での熱媒体の循環流動時間を変更している。詳述すれば、１５分間開いて熱媒体を循環流動させた後、５分間閉じて熱媒体の循環流動を停止するように運転し、その運転で室内などの被暖房空間内が暖まってくれば、次には１０分間開いて１０分間閉じるように運転するといったように変更している。
【０００３】
上述のように熱媒体の循環流動を停止している間は、貯湯用開閉弁を開き、排熱回収用熱交換器を経た湯を貯湯タンクに供給し、無駄無く排熱を回収するようにしている。
また、循環配管内を流れる熱交換後の湯の温度を測定し、その熱交換後の湯の温度が設定温度よりも低くなったときには補助熱源によって加熱し、暖房負荷が高い場合に対応できるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１周期内で熱媒体の循環流動を停止している間、暖房用熱交換器には、排熱回収用熱交換器を経た湯が供給されず、暖房用熱交換器を接続した配管内に留まったままで放熱され、その配管内の湯の温度が低下する。
また、１周期内で熱媒体の循環流動を停止している間、排熱回収用熱交換器を経た湯が貯湯タンクに供給されるが、それに伴って貯湯タンクから循環配管内に低温の湯が供給される。
【０００５】
上述の低温になった湯や貯湯タンクからの低温の湯が、次の１周期の最初に排熱回収用熱交換器に供給され、排熱回収用熱交換器を経た湯の温度が一時的に低下する。この低下に伴って湯の温度が設定温度よりも低くなると補助熱源が作動する。
【０００６】
暖房負荷が高いわけでは無いため、すぐに湯の温度が設定温度以上に復帰して補助熱源の作動が停止される。このような動作が時には１周期ごとに繰り返されて補助熱源の発停が頻繁に繰り返され、補助熱源の耐久性が低下するとともにランニングコストが高くなって不経済になる欠点があった。
【０００７】
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、暖房装置の制御に起因する補助熱源の不必要な発停を回避できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような目的を達成するために、
排熱を発生する排熱発生装置と、
循環配管を付設して貯湯を行う貯湯タンクと、
前記循環配管に設けられる排熱回収用熱交換器と、
前記貯湯タンクに前記循環配管と並列に接続されて湯を供給する給湯管と、
前記排熱発生装置と前記排熱回収用熱交換器とにわたって接続されて排熱回収熱媒を循環することにより前記排熱発生装置からの排熱を前記循環配管を流れる水に伝熱回収する排熱回収用循環配管と、
前記循環配管の前記排熱回収用熱交換器よりも下流側箇所に前記貯湯タンクと並列に接続される暖房用熱交換器と、
前記循環配管の前記排熱回収用熱交換器よりも下流側箇所で、かつ、前記暖房用熱交換器よりも上流側箇所に前記暖房用熱交換器と直列に接続される補助熱源と、
前記循環配管の前記排熱回収用熱交換器よりも下流側箇所に付設されて、前記循環配管内を流れる熱交換後の湯の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサによって測定される熱交換後の湯の温度と設定温度とを比較して測定温度が設定温度よりも低くなったときに補助加熱信号を出力する補助加熱用比較手段と、
前記補助加熱用比較手段からの補助加熱信号に応答して起動信号を出力し前記補助熱源を作動する補助加熱制御手段と、
前記暖房用熱交換器とにわたって接続されて、前記排熱発生装置からの排熱によって暖房する暖房装置と、
前記暖房装置による被暖房空間内の温度を測定する暖房温度センサと、
前記暖房装置の運転状態で、前記暖房温度センサで測定される温度と設定温度との差に応じて１周期となる設定時間内での熱媒体の循環流動時間を変更する暖房制御手段と、
前記貯湯タンクの上流側箇所に前記暖房用熱交換器と並列に接続されて、前記暖房制御手段により熱媒体の循環流動が停止されている時間に対応して前記排熱回収用熱交換器を経た湯を前記貯湯タンクに供給する貯湯用開閉弁とを備えた貯湯式暖房システムであって、
前記暖房装置の運転状態で、前記暖房制御手段による熱媒体の循環流動の停止に起因する湯の温度の低下に伴って出力される前記補助加熱信号に応答して設定時間保留信号を出力する遅延手段と、
前記遅延手段からの保留信号に応答して前記補助加熱制御手段からの起動信号の出力を停止するバックアップ制御手段を備えて構成する。
【０００９】
【作用】
本発明の貯湯式暖房システムの構成によれば、暖房装置の運転状態で、循環配管内を流れる熱交換後の湯の温度が設定温度よりも低くなって、補助加熱用比較手段から補助加熱信号が出力されると、遅延手段により、設定時間の間保留信号を出し、補助加熱用比較手段からの補助加熱信号の出力にかかわらず、補助加熱制御手段からの起動信号の出力を停止し、補助熱源を作動させない。
【００１０】
【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、本発明に係る貯湯式暖房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、排熱回収熱媒としてのジャケット冷却水の排熱回収用循環配管３と排熱回収用熱交換器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。排熱回収熱媒としては、フロンや二酸化炭素などの冷媒を用いても良い。
【００１１】
貯湯給湯器２には、貯湯タンク５と、バックアップ用のガスボイラー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に排熱回収用熱交換器４とガスボイラー６とが直列に設けられている。
【００１２】
以上の構成により、ジャケット冷却水を循環させ、熱電併給装置１からの排熱を、貯湯タンク５の下部から取り出されて循環配管９を流れる水に伝熱回収し、熱電併給装置１からの排熱によって加熱された湯を貯湯タンク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。
【００１３】
ガスボイラー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、ガスボイラー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。
【００１４】
循環配管９には、貯湯タンク５と並列に出力用循環配管１０が接続され、その出力用循環配管１０に、暖房用熱交換器１１および追い焚き用熱交換器１２が設けられている。
【００１５】
暖房用熱交換器１１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１３が接続され、熱媒体としての高温水を循環流動する第１のポンプ付き配管１３に、取り出しヘッダー１４と戻りヘッダー１５とが接続されている。
【００１６】
取り出しヘッダー１４および戻りヘッダー１５には、図２の要部の構成図に示すように、床暖房用開閉弁１６を設けた床暖房用循環配管１７を介して床暖房機１８が接続されている。また、図示しないが、室内暖房機、浴室乾燥機なども接続されている。図中１９は、床暖房機１８によって暖房される室内などの被暖房空間内の温度を測定する暖房温度センサを示している。
【００１７】
追い焚き用熱交換器１２には、第２のポンプ付き配管２０を介して浴槽２１が接続され、追い焚きを行うように構成されている。
【００１８】
循環配管９および出力用循環配管１０と並列に、貯湯タンク５に給湯管２２が接続されるとともに、その給湯管２２が第２のポンプ付き配管２０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２０を介して浴槽２１内に所望温度の湯を供給できるように構成されている。
【００１９】
給湯管２２の途中箇所には、分配弁２３を介して、シャワーに接続されるシャワー配管２４と給水管２５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の温度を調節できるようになっている。
【００２０】
循環配管９の出力用循環配管１０との接続箇所と貯湯タンク５の上部とを接続する分岐配管部９ａに貯湯用開閉弁２６が設けられている。また、出力用循環配管１０の暖房用熱交換器１１よりも上流側に開閉弁２７が設けられている。この開閉弁２７は、暖房要求や追い焚き要求に応答して開かれ、それらの要求の無いときには閉じるように構成されている。
【００２１】
循環配管９の出力用循環配管１０との接続箇所とガスボイラー６との間の箇所に、排熱回収用熱交換器４およびガスボイラー６を経た湯の温度を測定する温度センサ２８が設けられている。
【００２２】
図３のブロック図に示すように、暖房温度センサ１９、温度センサ２８および暖房運転スイッチ２９がマイクロコンピュータ３０に接続され、そのマイクロコンピュータ３０にガスボイラー６、床暖房用開閉弁１６、貯湯用開閉弁２６および開閉弁２７が接続されている。
マイクロコンピュータ３０には、暖房制御手段３１、補助加熱用比較手段３２、補助加熱制御手段３３、遅延手段３４およびバックアップ制御手段３５が備えられている。
【００２３】
暖房制御手段３１は、暖房温度センサ１９で測定される温度と設定温度ｔ１との差に応じて１周期Ｔとなる設定時間（例えば、２０分間）内での高温水の循環流動時間を変更するように構成され、温度差算出手段３６、流動制御手段３７および流動停止制御手段３８で構成されている。
温度差算出手段３６では、暖房運転スイッチ２９がＯＮの状態、すなわち、床暖房機１８の運転状態で、暖房温度センサ１９で測定される温度と設定温度ｔ１との温度差を算出するようになっている。
【００２４】
流動制御手段３７では、温度差算出手段３６で算出された温度差に基づき、温度差が大きいほど１周期内での高温水の循環流動時間が長くなるように循環流動時間を求め、その循環流動時間だけ床暖房用開閉弁１６および開閉弁２７それぞれに開き信号を出力して床暖房用開閉弁１６および開閉弁２７それぞれを開き、出力用循環配管１０および床暖房用循環配管１７それぞれに高温水を流動するようになっている。
【００２５】
流動停止制御手段３８では、温度差算出手段３６で算出された温度差に基づき、前記流動制御手段３７とは逆に温度差が大きいほど１周期内での高温水の循環流動停止時間が短くなるように循環流動停止時間を求め、その循環流動停止時間だけ、すなわち、１周期から循環流動時間を差し引いた残余の時間だけ貯湯用開閉弁２６に開き信号を出力して貯湯用開閉弁２６を開き、排熱回収用熱交換器４を経た湯を床暖房に用いていないときに、その湯を貯湯タンク５に供給して貯湯するようになっている。
【００２６】
詳述すれば、図４のタイムチャートに示すように、運転初期では温度差が大きいために、例えば、２０分間内の１５分間高温水を流動させた後に５分間流動を停止し、順次、２０分間内の１２分間、１０分間と流動時間を短くして、目標暖房温度を得るようになっている。そして、流動を停止している５分間、８分間、１０分間それぞれの間は貯湯するようになっている。
【００２７】
補助加熱用比較手段３２では、温度センサ２８によって測定される排熱回収用熱交換器４を経た熱交換後の湯の温度と設定温度ｔ２とを比較して測定温度が設定温度よりも低くなったときに補助加熱信号を出力するようになっている。
【００２８】
補助加熱制御手段３３では、補助加熱用比較手段３２からの補助加熱信号に応答してガスボイラー６に起動信号を出力し、ガスボイラー６を作動するようになっている。これにより、暖房負荷が高くなって、排熱回収用熱交換器４で回収される排熱では賄えないようなときに、ガスボイラー６により加熱して所定の高温水を暖房用熱交換器１１に供給し、安定した暖房を行う。
【００２９】
遅延手段３４では、暖房運転スイッチ２９がＯＮの状態、すなわち、床暖房機１８の運転状態で、補助加熱用比較手段３２からの補助加熱信号を受け、その補助加熱信号に応答して設定時間（例えば、２分間）保留信号を出力するようになっている。
【００３０】
バックアップ制御手段３５では、遅延手段３４からの保留信号が出力されている間、補助加熱制御手段３３からの起動信号の出力を停止し、ガスボイラー６を作動させないようになっている。
保留信号の出力が停止した時点で補助加熱用比較手段３２から補助加熱制御手段３３に補助加熱信号が出力されているときには、補助加熱信号に応答して補助加熱制御手段３３からガスボイラー６に起動信号を出力してガスボイラー６を作動する。
【００３１】
以上の構成により、次のように動作する。
すなわち、床暖房機１８の運転状態で、前述した循環流動を停止した状態の間、出力用循環配管１０内の湯が、そこに留まったままで放熱され、その出力用循環配管１０内の湯の温度が低下する。この低温の湯が、次の１周期Ｔに移行した際に排熱回収用熱交換器４に供給され、排熱回収用熱交換器４を経た湯の温度が一時的に低下する。この低下に伴って湯の温度が設定温度よりも低くなると補助加熱用比較手段から補助加熱信号が出力される。
【００３２】
この補助加熱信号に応答して遅延手段３４から保留信号を出力し、設定時間はガスボイラー６に起動信号を出力せず、ガスボイラー６を作動させない。設定時間を経過した後にも、暖房負荷が高くて補助加熱信号が出力されているような場合は、起動信号を出力してガスボイラー６を作動し、安定した暖房を行える。
【００３３】
上記実施例では、補助熱源としてガスボイラー６を用いているが、本発明としては、ガスボイラー６に代えて電気ヒータなど各種のものを用いることができる。
【００３４】
本発明としては、熱電併給装置１として燃料電池を用いるものにも適用でき、また、熱電併給装置１に限らず、ガスエンジンで空調用冷媒回路を構成する圧縮機を駆動するように構成したものにも適用でき、要するに、排熱を発生する装置を使用するものであれば、各種の装置を適用でき、それらをして排熱発生装置と総称する。
【００３５】
また、上記実施例では、暖房装置として床暖房機１８を用いている場合について説明したが、室内暖房機や浴室乾燥機などの暖房装置を用いる場合に適用するものでも良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の貯湯式暖房システムによれば、暖房装置の運転状態で、循環配管内を流れる熱交換後の湯の温度が一時的に設定温度よりも低くなり、補助加熱用比較手段から補助加熱信号が出力されても、設定時間の間は保留信号を出して、補助加熱制御手段から起動信号を出力させないから、暖房装置の制御に起因する熱交換後の湯の温度の一時的な低下によって補助熱源が作動することを回避でき、補助熱源の不必要な発停を回避して補助熱源の耐久性を向上できるとともにランニングコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る本発明に係る貯湯式暖房システムの実施例を示す概略構成図である。
【図２】要部の構成図である。
【図３】ブロック図である。
【図４】タイムチャートである。
【符号の説明】
１…熱電併給装置（排熱発生装置）
３…排熱回収用循環配管
４…排熱回収用熱交換器
５…貯湯タンク
６…ガスボイラー（補助熱源）
９…循環配管
１１…暖房用熱交換器
１８…床暖房機（暖房装置）
１９…暖房温度センサ
２２…給湯管
２６…貯湯用開閉弁
２８…温度センサ
３１…暖房制御手段
３２…補助加熱用比較手段
３３…補助加熱制御手段
３４…遅延手段
３５…バックアップ制御手段
【図１】
0004093521.tif 000002
【図２】
0004093521.tif 000003
【図３】
0004093521.tif 000004
【図４】
0004093521.tif 000005