JP3836760B2

JP3836760B2 - Power generation heat utilization system

Info

Publication number: JP3836760B2
Application number: JP2002219323A
Authority: JP
Inventors: 寿洋佐藤; 俊洋古橋; 央忠菊沢
Original assignee: Rinnai Corp; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Rinnai Corp; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2022-07-29
Also published as: JP2004060979A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電熱利用システム（電気と熱の併給システム；コージェネレーションシステム）に関する。特に、発電熱の回収効率を上げる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００１−２４８９０５号公報に、発電熱を利用して暖房するコージェネレーションシステムが記載されている。この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機と、熱媒体を発電機に送って発電熱で加熱して循環させる第１熱媒体循環路と、貯湯槽と、貯湯槽内の水を循環させる水循環路と、第１熱媒体循環路と水循環路との間で熱交換する熱交換器と、熱媒体を利用する暖房装置と、貯湯槽を通過するとともに暖房装置に熱媒体を循環させる第２熱媒体循環路とを備えている。
このコージェネレーションシステムでは、発電熱によって第１熱媒体循環路の熱媒体を加熱し、加熱された熱媒体と熱交換することで貯湯槽の水を加熱し、加熱された水と熱交換することで貯湯槽を通過する第２熱媒体循環路の熱媒体を加熱して暖房する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のコージェネレーションシステムは、発電熱を貯湯槽で蓄熱するまでに、第１熱媒体循環路の熱媒体と水循環路の水とを熱交換させる必要がある。このため、熱媒体と水との熱交換の際に熱損失が生じ、発電熱の回収効率が低くなってしまう。
【０００４】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、発電熱の回収効率を上げることができる技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
上記課題を解決するために創作された請求項１に記載の発明は、発電に伴なって発生する発電熱を利用するシステムである。このシステムは、電力と発電熱を発生する発電機と、貯湯槽と、貯湯槽内の水を発電機に送って発電熱で加熱して貯湯槽に戻す水循環路と、熱媒体を利用する暖房装置と、貯湯槽を通過するとともに暖房装置に熱媒体を循環させる熱媒体循環路とを備える。
このシステムでは、熱媒体循環路が貯湯槽を通過しているために、発電機の運転の有無に係わらずに暖房装置に高温の熱媒体を供給することができる。熱媒体が暖房装置で必要とされる温度に達していない場合であっても、補助熱源機によって加熱しなければならない熱量を抑えることができる。
上記した従来のシステムでは、貯湯槽で発電熱を蓄熱するまでに発電熱を回収する熱媒体と貯湯槽の水との間で熱交換される。これに対し本システムでは、貯湯槽内の水が水循環路によって発電機に送られて発電熱で加熱されるようになっている。このため、水循環路の水が効率良く発電熱を回収できる。
また、このシステムは、熱媒体循環路に設けられているポンプと、熱媒体循環路に設けられている循環路温度センサと、貯湯槽の下部に設けられている下部温度センサと、制御ユニットを備える。熱媒体循環路は、貯湯槽の上部を通過する上部通過路と、貯湯槽の下部を通過する下部通過路と、上部通過路と下部通過路との間で熱媒体の通過経路を切換える上下通過路切換弁を有する。制御ユニットは、暖房装置の運転中は、ポンプを駆動するとともに熱媒体が上部通過路を通過するように上下通過路切換弁を制御することが可能である。制御ユニットは、暖房装置が運転停止する場合は、循環路温度センサの測定温度と下部温度センサの測定温度に基づいて、（１）暖房装置の運転停止後もポンプを駆動し続けるとともに熱媒体が下部通過路を通過するように上下通過路切換弁を制御すること、及び、（２）ポンプを停止すること、のいずれかを実行する。このシステムは、熱媒体循環路の熱媒体が持つ熱を貯湯槽で効率よく蓄熱することができる。
【０００６】
また熱媒体循環路に、貯湯槽をバイパスする貯湯槽バイパス路と、貯湯槽を通過する経路と貯湯槽バイパス路との間で熱媒体の通過経路を切換える貯湯槽バイパス弁とが付加されていることが好ましい。
貯湯槽内の水温が高くて熱媒体を効率良く昇温させることができる場合には、貯湯槽を通過する経路を利用できるように貯湯槽バイパス弁を設定する。貯湯槽内の水温が低くて熱媒体を適当に昇温できない場合（もしくは、熱媒体の温度の方が高くて熱媒体の温度が下がってしまう場合）には、貯湯槽バイパス路を利用できるように貯湯槽バイパス弁を設定する。このように、貯湯槽内の水温や熱媒体の温度に基づいて熱媒体の通過経路を切換えるようにすると、システムの熱効率を上げることができる。
なお、貯湯槽の上部に設けられている上部温度センサをさらに備えていてもよい。この場合、制御ユニットは、循環路温度センサの測定温度と上部温度センサの測定温度に基づいて、貯湯槽バイパス弁を制御してもよい。
【０００７】
熱媒体循環路は、貯湯槽の上部を通過している。
貯湯槽の上部には高温水があり、その高温水と熱媒体を熱交換させる。このようにすると熱媒体が効率良く昇温し、暖房装置で必要とされる温度の熱媒体を供給できるようになる。熱媒体が効率良く昇温すると、その分貯湯槽内の水温が下がる。これにより、水循環路の水がより多くの発電熱を回収できるようになる。発電熱の回収効率がより良いシステムが構築される。
なお、熱媒体循環路は、暖房装置を通過する経路と、暖房装置をバイパスする暖房装置バイパス路と、暖房装置を通過する経路と暖房装置バイパス路との間で熱媒体の通過経路を切換える暖房装置バイパス弁とを有していてもよい。この場合、制御ユニットは、暖房装置の運転停止後に熱媒体が下部通過路を通過する場合は、熱媒体が暖房装置バイパス路を通過するように暖房装置バイパス弁を制御してもよい。
【０００８】
上記のシステムでは、熱媒体循環路は、貯湯槽の上部を通過する上部通過路と、貯湯槽の下部を通過する下部通過路と、上部通過路と下部通過路との間で熱媒体の通過経路を切換える上下通過路切換弁とを有している。
貯湯槽の上部と下部（底部）とでは水温が異なる。特に大きい貯湯槽になればなる程、温度差が大きくなる。上記の構成の場合、暖房装置の運転中には熱媒体が上部通過路を通過するように弁を設定し、熱媒体を昇温させる。そして、暖房運転が中止されたときには熱媒体が下部通過路を通過するように弁を設定し、熱媒体から貯湯槽の水に熱を与えるようにする。即ち暖房装置が運転中止されて、その後しばらく利用されないであろう熱媒体の熱を貯湯槽で再蓄熱するのである。システムの熱効率をさらに良くすることができる。
【０００９】
また上記課題を解決するために創作された請求項５に記載の発明は、発電に伴なって発生する発電熱を利用するシステムである。このシステムは、電力と発電熱を発生する発電機と、貯湯槽と、貯湯槽内の水を発電機に送って発電熱で加熱して貯湯槽に戻す貯湯槽水循環路と、貯湯槽を通過するとともに熱媒体を循環させる熱媒体循環路と、浴槽と、浴槽内の水を循環させる浴槽水循環路と、熱媒体循環路と浴槽水循環路との間で熱交換する熱交換器とを備える。
このシステムでは、貯湯槽で蓄えられている熱を用いて浴槽内の水を加熱する（例えば追い焚きする）。このようなシステムは従来に無く、斬新なシステムである。浴槽内の水を加熱することによって貯湯槽内の水温が下がり、これにより貯湯槽水循環路の水が発電機の発電熱を効率良く回収できる。
【００１０】
また上記のシステムにおいて、熱媒体循環路を加熱する加熱器が付加されていても良い。
貯湯槽の水との熱交換だけでは熱媒体が暖房装置や浴槽で必要とされる温度に達しない場合には加熱器で加熱する。
【００１１】
また、請求項５を変形した次のシステムを提供する。このシステムは、電力と発電熱を発生する発電機と、貯湯槽と、貯湯槽内の水を発電機に送って発電熱で加熱して貯湯槽に戻す貯湯槽水循環路と、浴槽と、貯湯槽を通過しているとともに浴槽内の水を循環させる浴槽水循環路とを備える。
このシステムは、浴槽水循環路が貯湯槽を通過する点が請求項５のシステムと異なる。このシステムは、請求項５のシステムのように熱交換器を設ける必要がない。浴槽水循環路の水を貯湯槽内の水と直接熱交換させて加熱できる。このため、熱効率がより良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
上記した各請求項に記載の発明は、以下に示す形態で好適に実施することができる。
（形態１）請求項１から７のいずれかに記載の発電熱利用システムにおいて、発電機が改質器付の燃料電池の場合には、燃料電池の発電熱と改質器で生じる熱の双方を利用して水循環路（貯湯槽水循環路）の水を加熱する。
このような形態によると、発電熱（燃料電池の発電熱と改質器で生じる熱）を効率良く利用することができる。
（形態２）ここで、次のシステムを提供する。このシステムは、電力と発電熱を発生する発電機と、貯湯槽と、貯湯槽内の水を発電機に送って発電熱で加熱して貯湯槽に戻す水循環路と、熱媒体を利用する暖房装置と、貯湯槽の下部を通過するとともに暖房装置に熱媒体を循環させる熱媒体循環路と、熱媒体循環路を加熱する加熱器とを備える。
このシステムでは、熱媒体が加熱器によって加熱される。そして暖房装置の運転中止後には、熱媒体が貯湯槽の下部を通過するようにして、熱媒体から貯湯槽の水に熱を与えるようにする。暖房装置が運転中止されて、その後しばらく利用されないであろう熱媒体の熱を貯湯槽で蓄熱する。熱効率の良いシステムが構築される。
（形態３）請求項１から４のいずれかに記載の発電熱利用システムは、暖房装置で利用された後の熱媒体が貯湯槽を通過するようにされる。
暖房装置で利用された後の熱媒体は低温になっている。この低温の熱媒体は、貯湯槽の水と効率良く熱交換する。
（形態４）請求項１から６のいずれかに記載の熱媒体は、例えば水である。
（形態５）請求項１から４のいずれかに記載の暖房装置は、例えば床暖房機、温水暖房端末機である。
【００１３】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明に係るコージェネレーションシステムの実施例について説明する。まず、図１を参照して本発明に係る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、コージェネレーションシステム１の概略システム図を示したものである。
コージェネレーションシステム１は、発電を行なって電力を発生する発電ユニット２０と、発電ユニット２０の発電熱で加熱された温水を利用する温水ユニット１５等から構成される。
発電ユニット２０は、燃料電池２２と、改質器３０と、放熱機２８等から構成される。改質器３０は、炭化水素系の燃料から水素ガスを生成する。水素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。改質器３０で生成された水素ガスは、水素ガス管３５により燃料電池２２に運ばれる。改質器３０には、バーナ３２の燃焼ガスを回収するガス管３４が接続されており、そのガス管３４は熱交換器７０を通過するように配置されている。この構成により、バーナ３２の燃焼ガスが熱交換器７０に入力されることになる。なお燃料電池２２や改質器３０は、制御ユニット６０によって駆動制御される。
【００１４】
燃料電池２２は、複数のセルから構成される。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から供給された水素ガスを反応させて発電を行なう。燃料電池２２は、発電の際に発熱する。燃料電池２２には熱媒循環路２４が接続されており、その熱媒循環路２４の熱媒（本実施例では蒸留水である）が発電熱を回収するようになっている。熱媒循環路２４には、第１循環ポンプ８が配設されている。この第１循環ポンプ８が駆動すると熱媒循環路２４内を熱媒が循環する。第１循環ポンプ８は、制御ユニット６０によって駆動制御される。具体的には、燃料電池２２の発電運転中に駆動するように制御される。
【００１５】
熱媒循環路２４は、熱交換器７４を通過するように配置されている。この構成により、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に入力されることになる。熱媒循環路２４は、リザーブタンク２６を備えている。
また熱媒循環路２４には、第１三方弁３６が配設されている。第１三方弁３６は、１つの入力口３６ａと２つの出力口３６ｂ，３６ｃを有している。一方の出力口３６ｂと接続されている熱媒循環路２４は、放熱機２８を通過するように配置されている。他方の出力口３６ｃと接続されている熱媒循環路２４は、放熱機２８を通過しないように配置されている。第１三方弁３６は、制御ユニット６０によってどちらの出力口を開口するかが制御される。この制御により熱媒が放熱機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替えられる。具体的には、熱媒の温度が異常に高い場合は、放熱機２８を経由して循環するように出力口３６ｂが開かれる。放熱機２８は、例えば送風を行なうことで熱媒を冷却する。
【００１６】
温水ユニット１５は、貯湯槽４４と給湯暖房機５０と制御ユニット６０等から構成される。発電ユニット２０と貯湯槽４４の間には、温水循環路４が配設されている。温水循環路４は、貯湯槽４４から発電ユニット２０に温水を送る往路４ｂと、発電ユニット２０から貯湯槽４４に温水を送る復路４ａから構成されている。復路４ａは、貯湯槽４４の上部に接続されている。往路４ｂは、貯湯槽４４の底部に接続されている。即ち、貯湯槽４４内の水（温水）は、貯湯槽４４の底部から取出されて発電ユニット２０に送られ、貯湯槽４４の上部に戻される。
温水循環路４は、熱交換器７０と熱交換器７４を通過するように配置されている。温水循環路４には、第２循環ポンプ４９が配設されている。この第２循環ポンプ４９が駆動すると温水循環路４内を温水が循環する。往路４ｂによって貯湯槽４４から取出された温水は、熱交換器７０と熱交換器７４で加熱されて昇温し、復路４ａによって貯湯槽４４に戻される。なお第２循環ポンプ４９は、制御ユニット６０によって駆動制御される。具体的には、第２循環ポンプ４９は、燃料電池２２の発電運転中に駆動するように制御される。
【００１７】
貯湯槽４４の底部には、市水供給路４０が接続されている。貯湯槽４４には、市水供給路４０によって市水が供給される。市水供給路４０には減圧弁４１が備えられている。減圧弁４１は、貯湯槽４４を耐圧以下に維持するために機能する。市水供給路４０は、二手に分岐している。一方の市水供給路４０ａは、貯湯槽４４に接続されている。他方の市水供給路４０ｂは、後述するミキシングユニット５４の入力口５４ｂに接続されている。
【００１８】
貯湯槽４４の最上部には２つの経路が接続されている。その一方は第１温水供給路５３であり、他方は排水路４５である。第１温水供給路５３の他端は、ミキシングユニット５４の入力口５４ａと接続されている。貯湯槽４４内の温水は、第１温水供給路５３に案内されてミキシングユニット５４に導入される。
貯湯槽４４が耐圧以上になった場合には圧力逃し弁４３が作用する。この場合、貯湯槽４４の温水は、排水路４５に案内されて排水される。
また貯湯槽４４内の上部と下部（底部）には、それぞれ貯湯槽上部温度センサ１７と貯湯槽下部温度センサ１９が備えられている。
【００１９】
ミキシングユニット５４には、入力口５４ａから貯湯槽４４の温水が入力され、入力口５４ｂから市水が入力される。ミキシングユニット５４の２つの入力口５４ａ，５４ｂは、それぞれの開口度が可変である。即ち、温水と市水の入力比率が可変である。２つの入力口５４ａ，５４ｂ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、例えば市水を遮断して温水のみをミキシングユニット５４に入力することが可能であり、逆に温水を遮断して市水のみを入力することも可能である。また、入力比率を例えば温水７０％、市水３０％とすることも可能である。ミキシングユニット５４では、入力された温水と市水が混合される。
【００２０】
ミキシングユニット５４の出力口５４ｃには、第２温水供給路５７の一端が接続されている。第２温水供給路５７は、給湯暖房機５０内を通過するように配置されている。第２温水供給路５７は、二手に分かれている。一方の第２温水供給路５７ａは、温水使用箇所４６に接続されている。温水使用箇所４６は、例えば洗面所や台所である。洗面所や台所で温水の供給を受ける者は、予め給湯温度を設定できる。この給湯温度の設定は、給湯暖房機５０に備えられるリモコン（図示省略）で行なわれる。給湯暖房機５０の第１バーナ５５は、第２温水供給路５７ａを加熱する。第１バーナ５５は、制御ユニット６０により駆動制御される。第１バーナ５５で加熱することにより、第２温水供給路５７ａの温水が給湯設定温度になる。
第２温水供給路５７ｂは、シスターン５１に接続されている。シスターン５１は、給湯暖房機５０内で温水を貯めるタンクである。貯水量が少なくなると、第２温水供給路５７ｂからシスターン５１に温水が供給される。
【００２１】
シスターン５１には、温水利用路６１が接続されている。温水利用路６１には、第３循環ポンプ６が備えられている。第３循環ポンプ６は、制御ユニット６０により駆動制御される。温水利用路６１は、高温水利用路８６と低温水利用路８４に分かれている。高温水利用路８６は、温水暖房端末機８０を通過するように配置されている。高温水利用路８６には、第１熱動弁５８が挿入されている。第１熱動弁５８の開閉は温水暖房端末機８０が行なう。第１熱動弁５８が開かれた状態で第３循環ポンプ６が駆動されると、シスターン５１から取出された温水が、温水暖房端末機８０を通過してシスターン５１に戻る（即ち、高温水利用路８６を温水が循環する）。給湯暖房機５０内には、高温水利用路８６を加熱する第２バーナ５６が配置されている。第２バーナ５６は、制御ユニット６０によって駆動制御される。第２バーナ５６は、シスターン５１の温水が温水暖房端末機８０で必要とされる温度（約８０度）に満たない場合に駆動される。
【００２２】
高温水利用路８６には、温水暖房端末機８０をバイパスして温水をシスターン５１に戻す高温水バイパス路８８が接続されている。高温水バイパス路８８は、熱交換器９２を通過するように配置されている。高温水バイパス路８８には、第２熱動弁９０が挿入されている。第２熱動弁９０は、制御ユニット６０によって開閉駆動される。第２熱動弁９０が開かれた状態で第３循環ポンプ６が駆動されると、高温水バイパス路８８を介してシスターン５１の温水が循環する。これにより、熱交換器９２にシスターン５１の温水の熱が入力される。
追い焚き路９４が、熱交換器９２を通過している。追い焚き路９４は、浴槽９６と接続されている。追い焚き路９４には、第４循環ポンプ９８が備えられている。第４循環ポンプ９８は、制御ユニット６０によって駆動制御される。第４循環ポンプ９８が駆動されると、追い焚き路９４内を浴槽９６の水（温水）が循環する。これにより、浴槽９６の温水が熱交換器９２で加熱されて昇温する。
【００２３】
低温水利用路８４には、第１温度センサ９３が備えられている。低温水利用路８４は、途中で３つの低温水利用路８４，８４，８４に分かれている。低温水利用路８４，８４，８４は、床暖房機８２を通過するように配置されている。低温水利用路８４，８４，８４には、それぞれ第３熱動弁５２，５２，５２が挿入されている。各第３熱動弁５２は、制御ユニット６０によって開閉制御される。第３熱動弁５２が開かれた状態で第３循環ポンプ６が駆動されると、低温水利用路８４，８４，８４内を温水が循環する。これにより、床暖房機８２に温水（約６０度）の熱が入力される。低温水利用路８４には、床暖房機８２を通過した後の温水温度を測定する第２温度センサ６３が備えられている。また低温水利用路８４には、床暖房機８２をバイパスして温水を送る低温水バイパス路７６が設けられている。低温水バイパス経路７６には、第４熱動弁３９が備えられている。第４熱動弁３９は、制御ユニット６０によって開閉制御される。第４熱動弁３９が開かれた状態で、第３循環ポンプ６が駆動されると低温水バイパス路７６内を温水が流れる。
【００２４】
低温水利用路８４の他端は、第２三方弁６５の入力口６５ａに接続されている。第２三方弁６５は、２つの出力口６５ｂ，６５ｃを有している。第２三方弁６５の出力口６５ｂ，６５ｃは、一方が開かれていると他方は閉じられる。出力口６５ｂ，６５ｃの開閉は、制御ユニット６０によって行われる。出力口６５ｂが開かれると、矢印Ｄ１方向に温水が送られる。矢印Ｄ１方向に送られた温水は、シスターン５１に戻る。出力口６５ｃが開かれると、矢印Ｄ２方向に温水が送られる。
第２三方弁６５の左方には、第３三方弁７８が配置されている。第３三方弁７８の入力口７８ａは、第２三方弁６５の出力口６５ｃと接続されている。第３三方弁７８は、２つの出力口７８ｂ，７８ｃを有している。第３三方弁７８の出力口７８ｂ，７８ｃは、一方が開かれていると他方は閉じられる。出力口７８ｂ，７８ｃの開閉は、制御ユニット６０によって行われる。出力口７８ｂが開かれると、矢印Ｄ３方向に温水が送られる。矢印Ｄ３方向に送られた温水は、貯湯槽上部通過路６６に案内され、その後シスターン５１に戻る。貯湯槽上部通過路６６は、貯湯槽４４の上部を通過して配置されている（符号６６ａ部分）。矢印Ｄ４方向に送られた温水は、貯湯槽下部通過路６７に案内され、その後シスターン５１に戻る。貯湯槽下部通過路６７は、貯湯槽４４の下部を通過して配置されている（符号６７ａ部分）。
【００２５】
次に、図２を参照して、制御ユニット６０とそれに接続される各種装置の構成を説明する。図２は、制御ユニット６０に各種装置が接続される様子を示したブロック図である。なお図２には、本発明を特徴付ける装置のみを示している。
図２に示されるように、制御ユニット６０は、ＣＰＵ１０２とＲＯＭ１０４とＲＡＭ１０６と出力ポート１０８と入力ポート１１０から構成される。ＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０４及びＲＡＭ１０６は、バス１０９によって出力ポート１０８及び入力ポート１１０と相互に接続されている。
ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭ１０４に格納された制御プログラムに従ってコージェネレーションシステム１を構成する各種装置を統括的に制御する。ＲＯＭ１０４に格納される制御プログラムには、温水暖房端末機８０や床暖房機８２が使用されるときに第３循環ポンプ６を駆動する処理や、各温度センサ１７，１９，６３，９３で測定される温度に基づいて第２三方弁６５や第３三方弁７８の切替を行なう処理等を実現するためのプログラムが含まれている。ＲＡＭ１０６は、ワークメモリとして使用されるメイン記憶素子であって、温度等の各種データや出入力信号等が各種プログラムの実行に応じて格納される。
【００２６】
入力ポート１１０には、各温度センサ１７，１９，６３，９３とリモコン６８等が接続されている。温度センサ１７，１９，６３，９３は、測定された水温を所定のデータ信号に変換して出力する。これらの各温度センサ１７，１９，６３，９３は、水温を常時測定し、その測定結果を常時出力している。リモコン６８は、各暖房機５０，８０，８２の使用者によって操作される。リモコン６８は、操作に応じた信号を出力する。リモコン６８は、各暖房機５０，８０，８２毎に備えられている。またリモコン６８は、浴槽９６がある風呂場にも備えられている。この図２では、リモコンを一つしか図示していない。温度センサ１７，１９，６３，９３やリモコン６８から出力された信号は入力ポート１１０で受信され、入力ポート１１０で受信された信号はバス１０９を介してＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０６に取り込まれる。
【００２７】
出力ポート１０８には、第２三方弁６５、第３三方弁７８、第３循環ポンプ６、第４循環ポンプ９８、第２熱動弁９０、第３熱動弁５２、第４熱動弁３９等が接続されている。なお出力ポート１０８には、第１循環ポンプ８や第２循環ポンプ４９やミキシングユニット５４や燃料電池２２や改質器３０や各バーナ５５，５６等も接続されているが、これらは本発明に直接関連しないので図示省略している。
第２三方弁６５や第３三方弁７８は、制御ユニット６０からの信号に基づいて出力口を切替える。第３循環ポンプ６や第４循環ポンプ９８は、制御ユニット６０からの信号に基づいて駆動と停止を行なう。各熱動弁９０，５２，３９は、制御ユニット６０からの信号に基づいて開閉する。
【００２８】
次に、図３から図５を参照して制御ユニット６０が行なう処理について説明する。なお、以下で説明する処理は、本発明を特徴づける処理についてのみ説明する。従って、発電ユニット２０の発電運転処理、ミキシングユニット５４の入力口開口比率の決定処理、決定された開口比率に従ってミキシングユニット５４を駆動する処理、給湯処理等については公知の処理が実施されれば良く、本明細書での説明は省略する。
まず図３と図４を参照して、床暖房機運転処理について説明する。制御ユニット６０は、床暖房機８２の運転開始命令を受信したか否かについて常時監視している（ステップＳ２）。この処理は、床暖房機８２の使用者によるリモコン６８の操作に基づいてリモコン６８から出力された床暖房機運転開始信号を受信した場合にＹＥＳとされる。ステップＳ２でＹＥＳの場合は、第３熱動弁５２を開く（ステップＳ４）。この処理は、第３熱動弁５２に対して信号を出力することにより行なわれる。次に、第３循環ポンプ６を駆動する（ステップＳ６）。この処理は、第３循環ポンプ６に対して駆動信号を出力する。この処理を行なうことにより、低温水利用路８４内を温水が流れる。
【００２９】
ステップＳ６の処理を終了すると、次に貯湯槽上部温度センサ１７の測定温度から第２温度センサ６３の測定温度を減算し、その値が１０度以上であるか否かを判別する（ステップＳ８）。ここでＮＯと判断されると、第２三方弁６５を出力口６５ｂに設定する（ステップＳ１０）。即ち、図１の矢印Ｄ１方向に温水が流れるようにする。なお第２三方弁６５が予め出力口６５ｂに設定されている場合には、ステップＳ１０の処理は行なわない。
一方、ステップＳ８でＹＥＳと判断されると、第２三方弁６５を出力口６５ｃに設定する（ステップＳ１２）。これにより、図１の矢印Ｄ２方向に温水が流れる。第２三方弁６５が予め出力口６５ｃに設定されている場合には、ステップＳ１２の処理は行なわない。次に、第３三方弁７８を出力口７８ｂに設定する（ステップＳ１４）。この処理を行なうことにより、図１の矢印Ｄ３方向に温水が流れる。床暖房機８２で利用された後の温水が、貯湯槽４４の上部の温水と熱交換されて昇温する。
【００３０】
ステップＳ１０又はＳ１４の処理を行なうと、床暖房機８２の運転停止命令を受信したか否かを監視する（ステップＳ１６）。この処理は、リモコン６８から出力された床暖房機運転停止信号を受信した場合にＹＥＳとされる。ステップＳ１６でＹＥＳと判断された場合はステップＳ１８に進み、ＮＯと判断された場合はステップＳ８に戻る。
ステップＳ１８では、第１温度センサ９３の測定温度から貯湯槽下部温度センサ１９の測定温度を減算し、その値が１０度以上であるか否かを判別する。ここでＮＯと判断されると、第３熱動弁５２を閉める（ステップＳ２０）。そして、第３循環ポンプ６を停止する（ステップＳ２２）。これにより、床暖房運転処理が終了される。ステップＳ２０，Ｓ２２の処理は、第３熱動弁５２や第３循環ポンプ６に対して信号を出力することにより行なわれる。
ステップＳ１８でＹＥＳと判断されると、図４のステップＳ３０に進む。
【００３１】
ステップＳ３０では、第３熱動弁５２を閉める。そして、第４熱動弁３９を開く処理を実行する（ステップＳ３２）。これらの処理が実行されることにより、シスターン５１の温水が床暖房機８２をバイパスして流れることになる（低温水バイパス路７６を温水が流れる）。
次に、第３三方弁７８を出力口７８ｃに設定する（ステップＳ３４）。これにより、図１の矢印Ｄ４方向に温水が流れる。貯湯槽４４の下部の温水が、シスターン５１の温水と熱交換されて昇温する。
ステップＳ３４の処理を行なうと、第１温度センサ９３の測定温度から貯湯槽下部温度センサ１９の測定温度を減算した値が１０度以下になったか否かを監視する（ステップＳ３６）。１０度以下になった場合（ステップＳ３６でＹＥＳの場合）には、第４熱動弁３９を閉じる（ステップＳ３８）。次に、第３循環ポンプ６を停止する（ステップＳ４０）。これらの処理は、第４熱動弁３９や第３循環ポンプ６に対して信号を出力することによって行なわれる。
【００３２】
次に図５を参照して、制御ユニット６０が行なう追い焚き処理について説明する。制御ユニット６０は、追い焚き開始命令を受信したか否かについて常時監視している（ステップＳ５０）。ここでは、リモコン６８から出力された追い焚き開始信号を受信すればＹＥＳとされる。ステップＳ５０でＹＥＳと判断されると、第２熱動弁９０を開き、第３循環ポンプ６を駆動する（ステップＳ５２）。これにより、シスターン５１の温水が熱交換器９２を通過する。熱交換器９２に温水の熱が入力される。ステップＳ５２では、さらに第４循環ポンプ９８を駆動する。これにより浴槽９６の温水が、追い焚き路９４を循環して熱交換器９２で加熱される。なおステップＳ５２の処理は、第２熱動弁９０、第３循環ポンプ６、第４循環ポンプ９８に対して信号を出力することで行なわれる。
ステップＳ５２の処理を行なうと、次に貯湯槽上部温度センサ１７の測定温度から第１温度センサ９３の測定温度を減算し、その値が１０度以上か否かを判別する（ステップＳ５４）。ここでＹＥＳと判断されると、第４熱動弁３９を開く（ステップＳ５６）。このステップＳ５６では、さらに第２三方弁６５を出力口６５ｃに設定し、第３三方弁７８を出力口７８ｂに設定する。この処理は、第４熱動弁３９、第２三方弁６５、第３三方弁７８に対して信号を出力することにより行なわれる。シスターン５１の温水が、貯湯槽４４の上部の温水と熱交換されて昇温する。従って、シスターン５１の温水温度が高くなり、熱交換器９２に多くの熱が入力されることになる。なお、第２三方弁６５が予め出力口６５ｃに設定されている場合や、第３三方弁７８が予め出力口７８ｂに設定されている場合には、出力口６５ｃや出力口７８ｂに設定する処理は行なわない。
【００３３】
ステップＳ５６の処理を行なうと、次に貯湯槽上部温度センサ１７の測定温度から第１温度センサ９３の測定温度を減算した値が１０度以下になったか否かを判別する（ステップＳ５８）。ここでＮＯと判断されると、追い焚き停止命令を受信したか否かを監視する（ステップＳ６２）。この処理は、リモコン６８から出力された追い焚き停止信号を受信した場合にＹＥＳとされる。追い焚き停止命令を受信しなかった場合（ステップＳ６２でＮＯの場合）は、ステップＳ５８に戻って温度を監視する。一方、追い焚き停止命令を受信した場合（ステップＳ６２でＹＥＳの場合）は、第２熱動弁９０を閉じ、第４熱動弁３９を閉じ、第３循環ポンプ６を停止し、第４循環ポンプ９８を停止する（ステップＳ６４）。この処理は、各機器に信号を出力することによって行なわれる。これにより、追い焚き処理が終了される。
【００３４】
ステップＳ５８でＹＥＳと判断されると、第４熱動弁３９を閉じる（ステップＳ６０）。この処理は、第４熱動弁３９に信号を出力することによって行なわれる。そして、ステップＳ６６の処理に進む。このステップＳ６６の処理は、ステップＳ５４でＮＯと判別された場合にも行なわれる。ステップＳ６６では、追い焚き停止命令を受信したか否かを監視する。この処理は、リモコン６８から出力された追い焚き停止信号を受信した場合にＹＥＳとされる。追い焚き停止命令を受信するまで、ステップＳ６６の処理は続けられる。
ステップＳ６６でＹＥＳと判断された場合には、第２熱動弁９０を閉じ、第３循環ポンプ６を停止し、第４循環ポンプ９８を停止する（ステップＳ６８）。この処理は、各機器に信号を出力することによって行なわれる。これにより、追い焚き処理が終了される。
【００３５】
以上、本実施例のコージェネレーション１について詳細に説明した。コージェネレーションシステム１では、シスターン５１の水が循環する経路８４等が貯湯槽４４の上部を通過している（符号６６ａ）。このため、発電ユニット２０が運転中止中であっても床暖房機８２に温水を供給することができる。温水が床暖房機８２で必要とされる温度に達していない場合であっても、第２バーナ５６による加熱量を抑えることができる。貯湯槽４４内の水は、貯湯槽上部通過路６６内の水との熱交換によって冷却され、これにより温水循環路４の水が発電ユニット２０の発電熱を多く回収できるようになる。
従来のシステムでは、貯湯槽で発電熱を蓄熱するまでに熱媒体と貯湯槽の水との間で熱交換されるのに対し、本システム１では、貯湯槽４４内の水が発電ユニット２０に送られて発電熱で加熱されるようになっている。このため、温水循環路４の水が発電熱を効率よく回収できる。本システムは、発電熱の回収効率が高い。
またシステム１では、貯湯槽４４で蓄えらている熱を用いて浴槽９６の水を追い焚きする。このようなシステムは従来に無く、非常に斬新なシステムである。追い焚きすることによって貯湯槽４４内の水温が下がり、これにより温水循環路４の水が発電ユニット２０の発電熱を効率よく回収できる。
【００３６】
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。
例えば実施例のシステム１において、追い焚き路９４が貯湯槽４４を直接通過するような構成にしても良い。このようにすると熱交換器９２が必要なく、システムのコストを低減できる。さらに、熱交換器９２による熱損失がなくなり、熱効率の良いシステムを構築できる。
【００３７】
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】本発明に係るコージェネレーションシステムの概略構成図である。
【図２】制御ユニットとその周辺のブロック図である。
【図３】制御ユニットが行なう床暖房機運転処理のフローチャートである。
【図４】制御ユニットが行なう床暖房機運転処理のフローチャートである。
【図５】制御ユニットが行なう追い焚き処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１・・コージェネレーションシステム
４・・温水循環路
２０・・発電ユニット
４４・・貯湯槽
５０・・給湯暖房機
６０・・制御ユニット
６６・・貯湯槽上部通過路
６７・・貯湯槽下部通過路
７６・・低温水バイパス路
８４・・低温水利用路
８６・・高温水利用路
８８・・高温水バイパス路
９４・・追い焚き路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power generation heat utilization system (electric and heat supply system; cogeneration system). In particular, the present invention relates to a technique for increasing the recovery efficiency of generated heat.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-248905 describes a cogeneration system for heating using generated heat. This cogeneration system includes a generator that generates electric power and generated heat, a first heat medium circulation path that sends a heat medium to the generator and heats the generated heat to circulate, a hot water tank, and water in the hot water tank. A water circulation path for circulating the heat, a heat exchanger for exchanging heat between the first heat medium circulation path and the water circulation path, a heating device using the heat medium, and passing through the hot water tank and circulating the heat medium to the heating device And a second heat medium circulation path.
In this cogeneration system, the heat medium in the first heat medium circuit is heated by the generated heat, the water in the hot water tank is heated by exchanging heat with the heated heat medium, and the heat is exchanged with the heated water. The heating medium in the second heating medium circulation path that passes through the hot water tank is heated and heated.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described cogeneration system needs to exchange heat between the heat medium in the first heat medium circuit and the water in the water circuit before storing the generated heat in the hot water storage tank. For this reason, heat loss occurs when heat is exchanged between the heat medium and water, and the recovery efficiency of the generated heat is reduced.
[0004]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a technique capable of increasing the recovery efficiency of generated heat.
[0005]
[Means, actions and effects for solving problems]
  The invention according to claim 1 created to solve the above-described problems is a system that uses generated heat generated with power generation. This system consists of a generator that generates electric power and generated heat, a hot water tank, a water circulation path that sends the water in the hot water tank to the generator, heats it with the generated heat, and returns it to the hot water tank, and heating that uses a heat medium And a heat medium circulation path that passes through the hot water storage tank and circulates the heat medium in the heating device.
  In this system, since the heat medium circulation path passes through the hot water storage tank, a high-temperature heat medium can be supplied to the heating device regardless of whether the generator is operating. Even when the heat medium does not reach the temperature required by the heating device, the amount of heat that must be heated by the auxiliary heat source device can be suppressed.
  In the conventional system described above, heat is exchanged between the heat medium that collects the generated heat and the water in the hot water tank before the generated heat is stored in the hot water tank. On the other hand, in this system, the water in the hot water tank is sent to the generator through the water circulation path and heated by the generated heat. For this reason, the water in the water circulation path can efficiently recover the generated heat.
  The system also includes a pump provided in the heat medium circuit, a circuit temperature sensor provided in the heat medium circuit, a lower temperature sensor provided in the lower part of the hot water tank, and a control unit. Prepare. The heat medium circulation path is an upper passage that passes through the upper part of the hot water tank, a lower passage that passes through the lower part of the hot water tank, and a vertical passage that switches the passage of the heat medium between the upper passage and the lower passage. Has a path switching valve. During operation of the heating device, the control unit can drive the pump and control the vertical passage switching valve so that the heat medium passes through the upper passage. When the heating device stops operating, the control unit (1) continues to drive the pump even after the heating device stops operating and the heat medium is based on the measured temperature of the circulation path temperature sensor and the measured temperature of the lower temperature sensor. One of controlling the up / down passage switching valve so as to pass through the lower passage and (2) stopping the pump is executed. This system can efficiently store the heat of the heat medium in the heat medium circuit in the hot water storage tank.
[0006]
  Also bypass the hot water tank in the heat medium circulation pathHot water tankA bypass and a path through a hot water tankHot water tankSwitching the passage of the heat medium to and from the bypassHot water tank bypassA valve is preferably added.
  If the water temperature in the hot water tank is high and the heating medium can be efficiently heated, the path through the hot water tank can be used.Hot water tank bypassSet the valve. If the water temperature in the hot water storage tank is low and the heating medium cannot be heated appropriately (or if the heating medium temperature is higher and the heating medium temperature drops),Hot water tankTo be able to use the bypassHot water tank bypassSet the valve. Thus, if the passage of the heat medium is switched based on the water temperature in the hot water tank or the temperature of the heat medium, the thermal efficiency of the system can be increased.
  In addition,You may further provide the upper temperature sensor provided in the upper part of the hot water storage tank. In this case, the control unit may control the hot water tank bypass valve based on the measured temperature of the circulation path temperature sensor and the measured temperature of the upper temperature sensor.
[0007]
  The heat transfer circuit passes through the upper part of the hot water tank.The
  There is high-temperature water at the top of the hot water tank, and heat exchange is performed between the high-temperature water and the heat medium. If it does in this way, a heat carrier will raise temperature efficiently, and it will become possible to supply a heat carrier of the temperature required by a heating device. When the temperature of the heat medium increases efficiently, the water temperature in the hot water storage tank decreases accordingly. As a result, the water in the water circulation path can recover more generated heat. A system with better recovery efficiency of generated heat is built.
  Note that the heat medium circulation path includes a path that passes through the heating apparatus, a heating apparatus bypass path that bypasses the heating apparatus, and a heating that switches a passage path of the heat medium between the path that passes through the heating apparatus and the heating apparatus bypass path. You may have a device bypass valve. In this case, the control unit may control the heating device bypass valve so that the heating medium passes through the heating device bypass passage when the heating medium passes through the lower passage after the heating device is stopped.
[0008]
  UpSystemThenThe heat medium circulation path switches the passage of the heat medium between an upper passage that passes through the upper part of the hot water tank, a lower passage that passes through the lower part of the hot water tank, and an upper passage and a lower passage.Vertical passage switchingAnd have a valveThe
  The water temperature is different between the top and bottom (bottom) of the hot water tank. In particular, the larger the hot water storage tank, the greater the temperature difference. In the case of the above configuration, during operation of the heating device, the valve is set so that the heat medium passes through the upper passage, and the temperature of the heat medium is increased. When the heating operation is stopped, the valve is set so that the heat medium passes through the lower passage, and heat is applied from the heat medium to the water in the hot water tank. That is, after the operation of the heating device is stopped, the heat of the heat medium that will not be used for a while is re-stored in the hot water storage tank. The thermal efficiency of the system can be further improved.
[0009]
The invention according to claim 5 created to solve the above problem is a system that uses heat generated by the power generation. This system passes through a hot water tank, a hot water tank, a hot water tank, a hot water tank, a hot water tank, a hot water tank that sends the water in the hot water tank to the generator, heats it with the generated heat, and returns it to the hot water tank. And a heat medium circulation path for circulating the heat medium, a bathtub, a bathtub water circulation path for circulating water in the bathtub, and a heat exchanger for exchanging heat between the heat medium circulation path and the bathtub water circulation path.
In this system, the water stored in the hot water tank is used to heat (for example, replenish) the water in the bathtub. Such a system is unprecedented and a novel system. By heating the water in the bathtub, the water temperature in the hot water tank is lowered, so that the water in the hot water tank water circulation path can efficiently recover the heat generated by the generator.
[0010]
In the above system, a heater for heating the heat medium circulation path may be added.
When the heat medium does not reach the temperature required for the heating device or the bathtub only by exchanging heat with the water in the hot water tank, it is heated with a heater.
[0011]
Moreover, the following system which changed Claim 5 is provided. This system consists of a generator that generates electric power and generated heat, a hot water storage tank, a hot water tank water circulation path that sends water in the hot water tank to the generator, heats it with the generated heat, and returns it to the hot water tank, a bathtub, and hot water storage And a bathtub water circulation path that circulates water in the bathtub while passing through the tank.
This system differs from the system of claim 5 in that the bathtub water circuit passes through the hot water tank. This system does not require a heat exchanger as in the system of claim 5. The water in the bathtub water circulation path can be heated by directly exchanging heat with the water in the hot water tank. For this reason, thermal efficiency is better.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention described in each of the above claims can be suitably implemented in the following forms.
(Embodiment 1) In the power generation heat utilization system according to any one of claims 1 to 7, when the generator is a fuel cell with a reformer, both the heat generated by the fuel cell and the heat generated by the reformer To heat the water in the water circuit (hot water tank water circuit).
According to such a form, the heat generated (the heat generated by the fuel cell and the heat generated by the reformer) can be used efficiently.
(Mode 2) Here, the following system is provided. This system consists of a generator that generates electric power and generated heat, a hot water tank, a water circulation path that sends the water in the hot water tank to the generator, heats it with the generated heat, and returns it to the hot water tank, and heating that uses a heat medium An apparatus, a heat medium circulation path that passes through the lower part of the hot water tank and circulates the heat medium in the heating apparatus, and a heater that heats the heat medium circulation path are provided.
In this system, the heat medium is heated by a heater. Then, after stopping the operation of the heating device, the heat medium passes through the lower part of the hot water tank so that heat is applied from the heat medium to the water in the hot water tank. After the heating device is stopped, the heat of the heat medium that will not be used for a while is stored in the hot water tank. A system with good thermal efficiency is established.
(Mode 3) The power generation heat utilization system according to any one of claims 1 to 4 is configured such that the heat medium used in the heating device passes through the hot water storage tank.
The heat medium after being used in the heating device is at a low temperature. This low-temperature heat medium efficiently exchanges heat with the water in the hot water tank.
(Mode 4) The heat medium according to any one of claims 1 to 6 is, for example, water.
(Mode 5) The heating device according to any one of claims 1 to 4 is, for example, a floor heater or a hot water heating terminal.
[0013]
【Example】
Embodiments of a cogeneration system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the configuration of the cogeneration system according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a schematic system diagram of a cogeneration system 1.
The cogeneration system 1 includes a power generation unit 20 that generates power by generating power, a hot water unit 15 that uses hot water heated by the power generated by the power generation unit 20, and the like.
The power generation unit 20 includes a fuel cell 22, a reformer 30, a radiator 28, and the like. The reformer 30 generates hydrogen gas from hydrocarbon fuel. Since a high temperature is required to efficiently generate hydrogen, the reformer 30 has a burner 32 built therein. The hydrogen gas generated by the reformer 30 is conveyed to the fuel cell 22 through the hydrogen gas pipe 35. The reformer 30 is connected to a gas pipe 34 for collecting the combustion gas of the burner 32, and the gas pipe 34 is disposed so as to pass through the heat exchanger 70. With this configuration, the combustion gas of the burner 32 is input to the heat exchanger 70. The fuel cell 22 and the reformer 30 are driven and controlled by the control unit 60.
[0014]
The fuel cell 22 is composed of a plurality of cells. The fuel cell 22 takes in oxygen in the air and generates electricity by reacting the taken-in oxygen with the hydrogen gas supplied from the reformer 30. The fuel cell 22 generates heat during power generation. A heat medium circulation path 24 is connected to the fuel cell 22, and a heat medium (in this embodiment, distilled water) in the heat medium circulation path 24 recovers the generated heat. A first circulation pump 8 is disposed in the heat medium circulation path 24. When the first circulation pump 8 is driven, the heat medium circulates in the heat medium circulation path 24. The first circulation pump 8 is driven and controlled by the control unit 60. Specifically, the fuel cell 22 is controlled to be driven during the power generation operation.
[0015]
The heat medium circulation path 24 is disposed so as to pass through the heat exchanger 74. With this configuration, the heat generated by the fuel cell 22 recovered by the heat medium is input to the heat exchanger 74. The heat medium circulation path 24 includes a reserve tank 26.
A first three-way valve 36 is disposed in the heat medium circulation path 24. The first three-way valve 36 has one input port 36a and two output ports 36b and 36c. The heat medium circulation path 24 connected to the one output port 36 b is disposed so as to pass through the radiator 28. The heat medium circulation path 24 connected to the other output port 36 c is arranged so as not to pass through the radiator 28. The output port of the first three-way valve 36 is controlled by the control unit 60. This control switches whether the heat medium circulates through the radiator 28 or circulates without going through the radiator 28. Specifically, when the temperature of the heat medium is abnormally high, the output port 36b is opened so as to circulate via the radiator 28. The radiator 28 cools the heat medium by blowing air, for example.
[0016]
The hot water unit 15 includes a hot water tank 44, a hot water heater 50, a control unit 60, and the like. A hot water circulation path 4 is disposed between the power generation unit 20 and the hot water tank 44. The hot water circulation path 4 includes an outward path 4 b for sending hot water from the hot water storage tank 44 to the power generation unit 20, and a return path 4 a for sending hot water from the power generation unit 20 to the hot water storage tank 44. The return path 4 a is connected to the upper part of the hot water tank 44. The outward path 4 b is connected to the bottom of the hot water tank 44. That is, the water (hot water) in the hot water tank 44 is taken out from the bottom of the hot water tank 44, sent to the power generation unit 20, and returned to the upper part of the hot water tank 44.
The hot water circulation path 4 is disposed so as to pass through the heat exchanger 70 and the heat exchanger 74. A second circulation pump 49 is disposed in the hot water circulation path 4. When the second circulation pump 49 is driven, hot water circulates in the hot water circulation path 4. The hot water taken out from the hot water storage tank 44 by the outward path 4b is heated by the heat exchanger 70 and the heat exchanger 74 to be heated, and is returned to the hot water storage tank 44 by the return path 4a. The second circulation pump 49 is driven and controlled by the control unit 60. Specifically, the second circulation pump 49 is controlled to be driven during the power generation operation of the fuel cell 22.
[0017]
A city water supply path 40 is connected to the bottom of the hot water tank 44. City water is supplied to the hot water storage tank 44 through the city water supply path 40. The city water supply path 40 is provided with a pressure reducing valve 41. The pressure reducing valve 41 functions to maintain the hot water storage tank 44 below the pressure resistance. The city water supply path 40 is branched into two hands. One city water supply path 40 a is connected to a hot water tank 44. The other city water supply path 40b is connected to an input port 54b of a mixing unit 54 described later.
[0018]
Two paths are connected to the uppermost portion of the hot water tank 44. One of them is a first hot water supply channel 53 and the other is a drain channel 45. The other end of the first hot water supply path 53 is connected to the input port 54 a of the mixing unit 54. The hot water in the hot water storage tank 44 is guided to the first hot water supply path 53 and introduced into the mixing unit 54.
When the hot water storage tank 44 exceeds the pressure resistance, the pressure relief valve 43 acts. In this case, the hot water in the hot water tank 44 is guided to the drainage channel 45 and drained.
A hot water tank upper temperature sensor 17 and a hot water tank lower temperature sensor 19 are provided at the upper and lower parts (bottom) of the hot water tank 44, respectively.
[0019]
The mixing unit 54 receives hot water from the hot water tank 44 through the input port 54a and city water through the input port 54b. Each of the two input ports 54a and 54b of the mixing unit 54 has a variable opening degree. That is, the input ratio of warm water and city water is variable. The opening degree of the two input ports 54 a and 54 b is controlled by the control unit 60. By controlling the opening degree, for example, it is possible to shut off city water and input only hot water to the mixing unit 54, and conversely, block hot water and input only city water. Also, the input ratio can be set to 70% hot water and 30% city water, for example. In the mixing unit 54, the input hot water and city water are mixed.
[0020]
One end of a second hot water supply path 57 is connected to the output port 54 c of the mixing unit 54. The second hot water supply path 57 is disposed so as to pass through the hot water heater 50. The second hot water supply path 57 is divided into two hands. One second hot water supply path 57 a is connected to the hot water use location 46. The hot water use location 46 is, for example, a washroom or a kitchen. Those who receive hot water supply in the bathroom or kitchen can set the hot water supply temperature in advance. The hot water supply temperature is set by a remote controller (not shown) provided in the hot water heater 50. The first burner 55 of the hot water heater 50 heats the second hot water supply path 57a. The first burner 55 is driven and controlled by the control unit 60. By heating with the 1st burner 55, the warm water of the 2nd warm water supply path 57a turns into hot water supply preset temperature.
The second hot water supply path 57 b is connected to the cistern 51. The systern 51 is a tank that stores hot water in the hot water heater 50. When the amount of stored water decreases, the hot water is supplied to the cistern 51 from the second hot water supply path 57b.
[0021]
A hot water use path 61 is connected to the cistern 51. The hot water use path 61 is provided with a third circulation pump 6. The third circulation pump 6 is driven and controlled by the control unit 60. The hot water usage path 61 is divided into a high temperature water usage path 86 and a low temperature water usage path 84. The high temperature water use path 86 is disposed so as to pass through the hot water heating terminal 80. A first thermal valve 58 is inserted in the high-temperature water use path 86. The hot water heating terminal 80 opens and closes the first thermal valve 58. When the third circulation pump 6 is driven in a state where the first thermal valve 58 is opened, the hot water taken out from the cistern 51 passes through the hot water heating terminal 80 and returns to the cistern 51 (that is, hot water Hot water circulates in the usage path 86). In the hot water heater 50, a second burner 56 for heating the high-temperature water use path 86 is disposed. The second burner 56 is driven and controlled by the control unit 60. The second burner 56 is driven when the hot water of the cistern 51 is less than the temperature required by the hot water heating terminal 80 (about 80 degrees).
[0022]
Connected to the high temperature water use path 86 is a high temperature water bypass path 88 that bypasses the hot water heating terminal 80 and returns the hot water to the systern 51. The high-temperature water bypass path 88 is disposed so as to pass through the heat exchanger 92. A second thermal valve 90 is inserted in the high temperature water bypass 88. The second thermal valve 90 is driven to open and close by the control unit 60. When the third circulation pump 6 is driven in a state where the second thermal valve 90 is opened, the hot water of the cistern 51 is circulated through the high temperature water bypass path 88. Thereby, the heat of the hot water of the cistern 51 is input to the heat exchanger 92.
A follow-up path 94 passes through the heat exchanger 92. The follow-up path 94 is connected to the bathtub 96. A recirculation path 94 is provided with a fourth circulation pump 98. The fourth circulation pump 98 is driven and controlled by the control unit 60. When the fourth circulation pump 98 is driven, the water (hot water) in the bathtub 96 circulates in the reheating channel 94. Thereby, the hot water of the bathtub 96 is heated by the heat exchanger 92, and it heats up.
[0023]
The low temperature water utilization path 84 is provided with a first temperature sensor 93. The low-temperature water use path 84 is divided into three low-temperature water use paths 84, 84, 84 on the way. The low-temperature water use paths 84, 84, 84 are arranged so as to pass through the floor heater 82. Third thermal valves 52, 52, and 52 are inserted into the low-temperature water use paths 84, 84, and 84, respectively. Each third thermal valve 52 is controlled to open and close by the control unit 60. When the third circulation pump 6 is driven in a state where the third thermal valve 52 is opened, the hot water circulates in the low-temperature water use paths 84, 84, 84. Thereby, heat of warm water (about 60 degrees) is input to the floor heater 82. The low temperature water use path 84 is provided with a second temperature sensor 63 that measures the temperature of the hot water after passing through the floor heater 82. The low-temperature water use path 84 is provided with a low-temperature water bypass path 76 that bypasses the floor heater 82 and sends hot water. The low temperature water bypass path 76 is provided with a fourth thermal valve 39. The fourth thermal valve 39 is controlled to open and close by the control unit 60. When the third circulation pump 6 is driven in a state where the fourth thermal valve 39 is opened, hot water flows through the low temperature water bypass 76.
[0024]
The other end of the low temperature water use path 84 is connected to the input port 65 a of the second three-way valve 65. The second three-way valve 65 has two output ports 65b and 65c. When one of the output ports 65b and 65c of the second three-way valve 65 is opened, the other is closed. The output ports 65b and 65c are opened and closed by the control unit 60. When the output port 65b is opened, warm water is sent in the direction of the arrow D1. The hot water sent in the direction of the arrow D1 returns to the cistern 51. When the output port 65c is opened, warm water is sent in the direction of arrow D2.
A third three-way valve 78 is disposed on the left side of the second three-way valve 65. The input port 78 a of the third three-way valve 78 is connected to the output port 65 c of the second three-way valve 65. The third three-way valve 78 has two output ports 78b and 78c. When one of the output ports 78b and 78c of the third three-way valve 78 is opened, the other is closed. The control ports 60 open and close the output ports 78b and 78c. When the output port 78b is opened, warm water is sent in the direction of the arrow D3. The hot water sent in the direction of the arrow D3 is guided to the hot water tank upper passage 66 and then returns to the cistern 51. The hot water tank upper passage 66 is disposed so as to pass through the upper part of the hot water tank 44 (reference numeral 66a portion). The hot water sent in the direction of the arrow D4 is guided to the hot water tank lower passage 67 and then returns to the cistern 51. The hot water storage tank lower passage 67 is disposed passing through the lower part of the hot water storage tank 44 (reference numeral 67a portion).
[0025]
Next, the configuration of the control unit 60 and various devices connected thereto will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing how various devices are connected to the control unit 60. FIG. 2 shows only the apparatus that characterizes the present invention.
As shown in FIG. 2, the control unit 60 includes a CPU 102, a ROM 104, a RAM 106, an output port 108, and an input port 110. The CPU 102, ROM 104, and RAM 106 are mutually connected to the output port 108 and the input port 110 by a bus 109.
The CPU 102 comprehensively controls various devices constituting the cogeneration system 1 according to a control program stored in the ROM 104. The control program stored in the ROM 104 includes a process for driving the third circulation pump 6 when the hot water heating terminal 80 and the floor heater 82 are used, and measurement by each temperature sensor 17, 19, 63, 93. A program for realizing processing for switching the second three-way valve 65 and the third three-way valve 78 based on the temperature is included. The RAM 106 is a main storage element used as a work memory, and stores various data such as temperature and input / output signals according to the execution of various programs.
[0026]
The temperature sensor 17, 19, 63, 93 and the remote control 68 are connected to the input port 110. The temperature sensors 17, 19, 63, 93 convert the measured water temperature into a predetermined data signal and output it. Each of these temperature sensors 17, 19, 63, 93 constantly measures the water temperature and constantly outputs the measurement result. The remote control 68 is operated by the user of each heater 50, 80, 82. The remote control 68 outputs a signal corresponding to the operation. A remote control 68 is provided for each of the heaters 50, 80, 82. The remote control 68 is also provided in a bathroom with a bathtub 96. In FIG. 2, only one remote controller is shown. Signals output from the temperature sensors 17, 19, 63, 93 and the remote controller 68 are received by the input port 110, and the signals received by the input port 110 are taken into the CPU 102, ROM 104, and RAM 106 via the bus 109.
[0027]
The output port 108 includes a second three-way valve 65, a third three-way valve 78, a third circulation pump 6, a fourth circulation pump 98, a second thermal valve 90, a third thermal valve 52, and a fourth thermal valve 39. Etc. are connected. The output port 108 is also connected to the first circulation pump 8, the second circulation pump 49, the mixing unit 54, the fuel cell 22, the reformer 30, the burners 55 and 56, etc. The illustration is omitted because it is not directly related.
The second three-way valve 65 and the third three-way valve 78 switch the output port based on a signal from the control unit 60. The third circulation pump 6 and the fourth circulation pump 98 are driven and stopped based on a signal from the control unit 60. Each thermal valve 90, 52, 39 opens and closes based on a signal from the control unit 60.
[0028]
Next, processing performed by the control unit 60 will be described with reference to FIGS. The processing described below will be described only for processing characterizing the present invention. Therefore, the power generation operation process of the power generation unit 20, the determination process of the input port opening ratio of the mixing unit 54, the process of driving the mixing unit 54 according to the determined opening ratio, the hot water supply process, etc. may be performed. The description in this specification is omitted.
First, floor heater operation processing will be described with reference to FIGS. 3 and 4. The control unit 60 constantly monitors whether or not an operation start command for the floor heater 82 has been received (step S2). This process is set to YES when the floor heater operation start signal output from the remote controller 68 is received based on the operation of the remote controller 68 by the user of the floor heater 82. If YES in step S2, the third thermal valve 52 is opened (step S4). This process is performed by outputting a signal to the third thermal valve 52. Next, the third circulation pump 6 is driven (step S6). This process outputs a drive signal to the third circulation pump 6. By performing this process, the hot water flows in the low temperature water use path 84.
[0029]
When the process of step S6 is completed, the measured temperature of the second temperature sensor 63 is then subtracted from the measured temperature of the hot water tank upper temperature sensor 17, and it is determined whether or not the value is 10 degrees or more (step S8). . If NO is determined here, the second three-way valve 65 is set to the output port 65b (step S10). That is, the hot water flows in the direction of arrow D1 in FIG. When the second three-way valve 65 is set in advance to the output port 65b, the process of step S10 is not performed.
On the other hand, if YES is determined in the step S8, the second three-way valve 65 is set to the output port 65c (step S12). Thereby, warm water flows in the direction of arrow D2 in FIG. When the second three-way valve 65 is set in advance to the output port 65c, the process of step S12 is not performed. Next, the third three-way valve 78 is set to the output port 78b (step S14). By performing this process, hot water flows in the direction of arrow D3 in FIG. The hot water after being used in the floor heater 82 is heat-exchanged with the hot water in the upper part of the hot water storage tank 44 to raise the temperature.
[0030]
If the process of step S10 or S14 is performed, it will be monitored whether the operation stop command of the floor heater 82 was received (step S16). This process is YES when the floor heater operation stop signal output from the remote control 68 is received. If YES is determined in the step S16, the process proceeds to a step S18, and if NO is determined, the process returns to the step S8.
In step S18, the measured temperature of the hot water tank lower temperature sensor 19 is subtracted from the measured temperature of the first temperature sensor 93, and it is determined whether or not the value is 10 degrees or more. If NO is determined here, the third thermal valve 52 is closed (step S20). Then, the third circulation pump 6 is stopped (step S22). Thereby, the floor heating operation process is ended. Steps S20 and S22 are performed by outputting a signal to the third thermal valve 52 and the third circulation pump 6.
If YES is determined in the step S18, the process proceeds to a step S30 in FIG.
[0031]
In step S30, the third thermal valve 52 is closed. And the process which opens the 4th thermal valve 39 is performed (step S32). By executing these processes, the hot water of the cistern 51 flows by bypassing the floor heater 82 (hot water flows through the low temperature water bypass path 76).
Next, the third three-way valve 78 is set to the output port 78c (step S34). Thereby, warm water flows in the direction of arrow D4 in FIG. The hot water in the lower part of the hot water storage tank 44 is heat-exchanged with the hot water of the cistern 51 to raise the temperature.
If the process of step S34 is performed, it will be monitored whether the value which subtracted the measured temperature of the hot water tank lower part temperature sensor 19 from the measured temperature of the 1st temperature sensor 93 became 10 degrees or less (step S36). If it is 10 degrees or less (YES in step S36), the fourth thermal valve 39 is closed (step S38). Next, the third circulation pump 6 is stopped (step S40). These processes are performed by outputting signals to the fourth thermal valve 39 and the third circulation pump 6.
[0032]
Next, with reference to FIG. 5, the follow-up process performed by the control unit 60 will be described. The control unit 60 constantly monitors whether or not a follow-up start command has been received (step S50). Here, it is determined as YES if a revocation start signal output from the remote control 68 is received. If YES is determined in step S50, the second thermal valve 90 is opened and the third circulation pump 6 is driven (step S52). Thereby, the hot water of the cistern 51 passes through the heat exchanger 92. The heat of warm water is input to the heat exchanger 92. In step S52, the fourth circulation pump 98 is further driven. Thereby, the hot water in the bathtub 96 circulates in the reheating path 94 and is heated by the heat exchanger 92. The process of step S52 is performed by outputting a signal to the second thermal valve 90, the third circulation pump 6, and the fourth circulation pump 98.
If the process of step S52 is performed, next, the measured temperature of the 1st temperature sensor 93 will be subtracted from the measured temperature of the hot water tank upper temperature sensor 17, and it will be discriminate | determined whether the value is 10 degree | times or more (step S54). If YES is determined here, the fourth thermal valve 39 is opened (step S56). In step S56, the second three-way valve 65 is further set to the output port 65c, and the third three-way valve 78 is set to the output port 78b. This process is performed by outputting signals to the fourth thermal valve 39, the second three-way valve 65, and the third three-way valve 78. The hot water of the cistern 51 is heat-exchanged with the hot water in the upper part of the hot water storage tank 44 to raise the temperature. Therefore, the hot water temperature of the cistern 51 becomes high, and a lot of heat is input to the heat exchanger 92. When the second three-way valve 65 is set in advance to the output port 65c, or when the third three-way valve 78 is set in advance to the output port 78b, processing for setting the output port 65c and the output port 78b. Does not.
[0033]
If the process of step S56 is performed, it will be discriminate | determined next whether the value which subtracted the measured temperature of the 1st temperature sensor 93 from the measured temperature of the hot water tank upper temperature sensor 17 became 10 degrees or less (step S58). If NO is determined here, it is monitored whether or not a follow-up stop command has been received (step S62). This process is set to YES when the chase stop signal output from the remote control 68 is received. If no renewal stop command is received (NO in step S62), the process returns to step S58 to monitor the temperature. On the other hand, when a renewal stop command is received (YES in step S62), the second thermal valve 90 is closed, the fourth thermal valve 39 is closed, the third circulation pump 6 is stopped, and the fourth circulation is performed. The pump 98 is stopped (step S64). This process is performed by outputting a signal to each device. Thereby, the chasing process is terminated.
[0034]
If YES is determined in the step S58, the fourth thermal valve 39 is closed (step S60). This process is performed by outputting a signal to the fourth thermal valve 39. Then, the process proceeds to step S66. The process of step S66 is also performed when NO is determined in step S54. In step S66, it is monitored whether or not a chasing stop command has been received. This process is set to YES when the chase stop signal output from the remote control 68 is received. The process in step S66 is continued until a revocation stop command is received.
If YES is determined in step S66, the second thermal valve 90 is closed, the third circulation pump 6 is stopped, and the fourth circulation pump 98 is stopped (step S68). This process is performed by outputting a signal to each device. Thereby, the chasing process is terminated.
[0035]
The cogeneration 1 of the present embodiment has been described in detail above. In the cogeneration system 1, the path 84 through which the water of the cistern 51 circulates passes above the hot water tank 44 (reference numeral 66a). For this reason, it is possible to supply hot water to the floor heater 82 even when the power generation unit 20 is stopped. Even when the hot water does not reach the temperature required by the floor heater 82, the heating amount by the second burner 56 can be suppressed. The water in the hot water tank 44 is cooled by heat exchange with the water in the hot water tank upper passage 66, so that the water in the hot water circulation path 4 can recover a large amount of heat generated by the power generation unit 20.
In the conventional system, heat is exchanged between the heat medium and the water in the hot water tank until the generated heat is stored in the hot water tank, whereas in the present system 1, the water in the hot water tank 44 is transferred to the power generation unit 20. It is sent and heated by generated heat. For this reason, the water in the hot water circulation path 4 can efficiently recover the generated heat. This system has high recovery efficiency of generated heat.
In the system 1, the water stored in the hot water tank 44 is used to replenish the water in the bathtub 96. Such a system has never existed before and is a very innovative system. By reheating, the water temperature in the hot water storage tank 44 is lowered, whereby the water in the hot water circulation path 4 can efficiently recover the power generated by the power generation unit 20.
[0036]
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, in the system 1 of the embodiment, the reheating path 94 may directly pass through the hot water tank 44. In this way, the heat exchanger 92 is not necessary, and the cost of the system can be reduced. Furthermore, heat loss due to the heat exchanger 92 is eliminated, and a system with high thermal efficiency can be constructed.
[0037]
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cogeneration system according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a control unit and its surroundings.
FIG. 3 is a flowchart of floor heater operation processing performed by a control unit.
FIG. 4 is a flowchart of floor heater operation processing performed by a control unit.
FIG. 5 is a flowchart of a follow-up process performed by a control unit.
[Explanation of symbols]
1. Cogeneration system
4. Warm water circuit
20. Power generation unit
44 .. Hot water storage tank
50 ・・ Hot water heater
60 .. Control unit
66 .. Hot water tank upper passage
67 .. Passage path below the hot water tank
76 .. Low temperature water bypass
84. Low-temperature water use path
86 ... High temperature water use path
88 ... High temperature water bypass
94.

Claims

It is a system that uses the heat generated by power generation,
A generator that generates electric power and generated heat, a hot water storage tank, a water circulation path that sends water in the hot water storage tank to the generator, heats it with the generated heat and returns it to the hot water storage tank, a heating device that uses a heat medium, and hot water storage A heat medium circuit that passes through the tank and circulates the heat medium in the heating device, a pump provided in the heat medium circuit, a circuit temperature sensor provided in the heat medium circuit, and a lower part of the hot water tank A lower temperature sensor and a control unit ,
The heat medium circulation path is an upper passage that passes through the upper part of the hot water tank, a lower passage that passes through the lower part of the hot water tank, and a vertical passage that switches the passage of the heat medium between the upper passage and the lower passage. Has a path switching valve,
The control unit can control the upper and lower passage switching valve so that the heat medium passes through the upper passage while driving the pump during operation of the heating device.
When the heating device stops operating, the control unit (1) continues to drive the pump even after the heating device stops operating and the heat medium is based on the measured temperature of the circulation path temperature sensor and the measured temperature of the lower temperature sensor. A system for utilizing heat generated by heat , which controls either the upper and lower passage switching valve so as to pass through the lower passage and (2) stops the pump .

A hot water tank bypass path for bypassing the hot water tank and a hot water tank bypass valve for switching the passage of the heat medium between the hot water tank bypass path and the hot water tank bypass path are added to the heat medium circulation path. The power generation heat utilization system according to claim 1.

It further includes an upper temperature sensor provided at the upper part of the hot water tank,
The power generation heat utilization system according to claim 2 , wherein the control unit controls the hot water tank bypass valve based on the measured temperature of the circulation path temperature sensor and the measured temperature of the upper temperature sensor .

The heat medium circulation path includes a path that passes through the heating apparatus, a heating apparatus bypass path that bypasses the heating apparatus, and a heating apparatus bypass that switches a passage path of the heating medium between the path passing through the heating apparatus and the heating apparatus bypass path. And a valve
The control unit controls the heating device bypass valve so that the heating medium passes through the heating device bypass passage when the heating medium passes through the lower passage after the heating device is stopped. 4. The heat generation heat utilization system according to any one of 3 above.

And the bath tank, all the bath water circulation passage for circulating the water in the bathtub, from claim 1, further comprising a heat exchanger for heat exchange between the heat medium circulation path and the bath water circulation passage 4 Power generation heat utilization system according to crab .

6. The system for using heat generated by heat according to claim 1, further comprising a heater for heating the heat medium circulation path.

Generating heat utilization system according to any one of claims 1 to 4, wherein the bath tank, further comprising a bath water circulating passage for circulating the water in the bathtub with passing through the hot water storage tank.