JP2005257195A - Hybrid hot water supply system - Google Patents
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Abstract
Description
太陽熱と燃料電池を熱源として蓄熱、給湯するハイブリッド給湯システムに関する。 The present invention relates to a hybrid hot water supply system that stores and supplies hot water using solar heat and a fuel cell as heat sources.
従来、太陽熱を利用して温水を作り、貯湯する貯湯槽と瞬間湯沸かし器などの補助熱源を利用した給湯器を併用する給湯装置としては、例えば特許文献1〜6に開示されているものが知られている。また、最近、燃料電池の開発に伴い、燃料電池のオフガスの燃焼熱を利用して温水を作り、貯湯、給湯するシステムが知られている。
Conventionally, as a hot water supply device that uses hot water using solar heat to store hot water and uses a hot water heater using an auxiliary heat source such as an instantaneous water heater, those disclosed in
しかし、太陽熱を利用して温水を作り、貯湯、給湯するシステムで、温水の量あるいは温度が不足した場合に、補助熱源として燃料電池の熱を集熱しておいて太陽熱の集熱の不足を補うものは考えられていなかった。 However, in a system that uses solar heat to create hot water, store hot water, and supply hot water, when the amount or temperature of hot water is insufficient, the fuel cell heat is collected as an auxiliary heat source to compensate for the lack of solar heat collection. The thing was not considered.
上記従来技術では、太陽熱を集熱して熱源とする給湯装置で集熱量が不足した場合に、燃料電池の熱を利用して不足分を補おうとすると、第1に、前記特許文献1に記載のシステムに、補助熱源として燃料電池を用いることが考えられる。しかし、燃料電池の熱を瞬間湯沸かし器の熱源として用いることは困難である。第2に、太陽熱を集熱、蓄熱する貯湯槽Bと別に燃料電池を熱源として蓄熱、給湯する貯湯槽Aを設け、貯湯槽Bの所定温度以上の温度の貯湯量が不足した場合に貯湯槽Aの貯湯を使用する方法が考えられる。しかし、この方法では、貯湯槽Bの低温の貯湯は使用されることがなく、集熱された太陽熱は無駄に放熱されることになる。 In the above prior art, when the amount of heat collection is insufficient in a hot water supply device that collects solar heat and uses it as a heat source, if the shortage is compensated using the heat of the fuel cell, firstly, It is conceivable to use a fuel cell as an auxiliary heat source in the system. However, it is difficult to use the heat of the fuel cell as a heat source for the instantaneous water heater. Second, a hot water storage tank A that stores and supplies hot water using a fuel cell as a heat source is provided separately from the hot water storage tank B that collects and stores solar heat. A method of using A hot water storage is conceivable. However, in this method, the low temperature hot water storage in the hot water storage tank B is not used, and the collected solar heat is dissipated wastefully.
本発明の目的は、燃料電池を太陽熱の集熱で不足した熱量を補う熱源として利用し、集熱した太陽熱を効率よく利用するにある。 An object of the present invention is to use a fuel cell as a heat source that compensates for a shortage of heat by collecting solar heat, and to efficiently use the collected solar heat.
上記課題を解決する本発明は、燃料電池を熱源として給水を加熱し貯湯する貯湯槽Aと、太陽熱を熱源として給水を加熱し貯湯する貯湯槽Bと、前記貯湯槽Aの貯湯と貯湯槽Bの貯湯を混合して給湯する混合手段と、前記貯湯槽Aの水温と貯湯槽Bの水温に基づいて前記混合手段における貯湯槽Aの貯湯と貯湯槽Bの貯湯の混合割合を制御する制御手段と、を有してなるハイブリッド給湯システムである。 The present invention that solves the above problems includes a hot water storage tank A that heats and stores hot water using a fuel cell as a heat source, a hot water tank B that heats and stores hot water using solar heat as a heat source, and a hot water storage and hot water tank B of the hot water tank A. Mixing means for mixing and supplying hot water of the hot water, and control means for controlling the mixing ratio of the hot water storage in the hot water storage tank A and the hot water storage water in the hot water storage tank B in the mixing means based on the water temperature of the hot water storage tank A and the water temperature of the hot water storage tank B And a hybrid hot-water supply system.
この構成によれば、制御手段は貯湯槽Bの水温があらかじめ定められた給湯温度未満の場合でも、貯湯槽Aの水温が前記あらかじめ定められた給湯温度以上であれば、混合手段により貯湯槽Bの貯湯に貯湯槽Aの貯湯を混合して給湯するように、混合手段を制御するから、太陽熱で加熱された貯湯を有効に利用できる。 According to this configuration, even if the water temperature of the hot water storage tank B is lower than the predetermined hot water supply temperature, the control means can mix the hot water storage tank B by the mixing means if the water temperature of the hot water storage tank A is equal to or higher than the predetermined hot water supply temperature. Since the mixing means is controlled so that the hot water stored in the hot water storage tank A is mixed with the hot water stored in the hot water storage, the hot water heated by solar heat can be used effectively.
前記混合手段は、貯湯槽Aの貯湯と貯湯槽Bの貯湯の混合だけでなく、貯湯槽Bの貯湯と給水の混合をも行うよう構成することが望ましい。このように構成すれば、貯湯槽Bの貯湯が前記あらかじめ定められた給湯温度よりも高温のとき、給水を混合して給湯温度にして給湯することができ、太陽熱で加熱された貯湯を有効に利用できる。 It is desirable that the mixing means is configured not only to mix hot water stored in the hot water storage tank A and hot water stored in the hot water storage tank B but also to mix hot water stored in the hot water storage tank B and water supply. If comprised in this way, when the hot water storage of the hot water storage tank B is hotter than the predetermined hot water supply temperature, the hot water can be mixed with the hot water to make the hot water supply temperature, and the hot water heated by solar heat can be effectively used. Available.
また、前記制御手段は、前記混合手段における貯湯槽Bの貯湯と給水の混合割合を給湯管の水温に基づいて制御するよう構成されていることが望ましい。このように構成すれば、混合された給湯の温度があらかじめ定められた給湯温度よりも低くなりすぎたり、高いままだったりすることが避けられ、太陽熱で加熱された水を有効に利用できる。 Further, it is desirable that the control means is configured to control a mixing ratio of hot water and hot water in the hot water storage tank B in the mixing means based on a water temperature of the hot water pipe. If comprised in this way, it will be avoided that the temperature of the mixed hot water supply becomes too low or higher than a predetermined hot water supply temperature, and water heated by solar heat can be used effectively.
本発明によれば、太陽熱を熱源として蓄熱する貯湯槽を備えた給湯システムにおいて、太陽熱を熱源として蓄熱する貯湯槽の湯があらかじめ定めた給湯温度範囲よりも低い場合であっても燃料電池の熱を蓄熱した貯湯槽の温水と混合して前記給湯温度範囲の温水として給湯利用されるので、集熱した太陽熱が有効に利用され、エネルギー効率のよい給湯が可能になる。 According to the present invention, in a hot water supply system including a hot water storage tank that stores solar heat as a heat source, the heat of the fuel cell even when the hot water in the hot water storage tank that stores solar heat as a heat source is lower than a predetermined hot water supply temperature range. Is mixed with the hot water of the hot water storage tank that stores the hot water and used as hot water in the hot water supply temperature range, so that the collected solar heat is effectively used, and hot water with good energy efficiency can be obtained.
本発明の実施例を図1を参照して説明する。図1に示す給湯システム(ハイブリッド給湯システム)は、貯湯ユニット1aと、貯湯ユニット1aに熱媒循環配管である往き配管7a,戻り配管7bで接続された燃料電池3と、貯湯ユニット1bと、貯湯ユニット1bに同じく熱媒循環配管である往き配管7c,戻り配管7dで接続された太陽熱集熱器4と、戻り配管7bに介装された循環ポンプ8aおよびシスターン9aと、戻り配管7dに介装された循環ポンプ8bおよびシスターン9bと、貯湯ユニット1aにセンサ電線23a,23b,23cで接続されるとともに貯湯ユニット1bにセンサ電線23d,23e,23fで接続され燃料電池3に制御ケーブル25で接続されて燃料電池3の運転を制御する制御盤21と、制御盤21に制御ケーブル26で接続された屋内リモコン27と、貯湯ユニット1aに接続された給水管31aと、貯湯ユニット1bに接続された給水管31bと、第1、第2入り側ポートを貯湯ユニット1aと貯湯ユニット1bに温水取出し管30a,30bで接続され、第3の入り側ポートを給水管31aから分岐した給水管31cに接続され、出側ポートを給湯管32に接続された混合手段である温調ユニット5と、給湯管32に装着され給湯管32の流量を制御盤21に出力する図示されていない流量計および給湯管32に装着され給湯管32の給湯温度を検出して制御盤21に出力する図示されていない温度センサと、を含んで構成されている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A hot water supply system (hybrid hot water system) shown in FIG. 1 includes a hot water storage unit 1a, a
貯湯ユニット1aは、往き配管7a,戻り配管7bで燃料電池3に接続された加熱コイル6aを内装した貯湯槽2aと、貯湯槽2aの上下方向3箇所に設置され、水温を検出して出力する温度センサ22a,22b,22cと、を含んで構成されている。温度センサ22a,22b,22cは、前記センサ電線23a,23b,23cで制御盤21に接続されている。
The hot water storage unit 1a is installed in the hot water storage tank 2a having the heating coil 6a connected to the
貯湯ユニット1bは、往き配管7c,戻り配管7dで太陽熱集熱器4に接続された加熱コイル6bを内装した貯湯槽2bと、貯湯槽2bの上下方向3箇所に設置され、水温を検出して出力する温度センサ22d,22e,22fと、を含んで構成されている。温度センサ22d,22e,22fは、前記センサ電線23d,23e,23fで制御盤21に接続されている。
The hot
貯湯槽2aの容積は、最下段の温度センサ22cの位置とその上の温度センサ22bの位置の間の貯湯槽容積が0.1m3、温度センサ22bの位置とその上の温度センサ22aの位置の間の貯湯槽容積が0.1m3、温度センサ22aの位置よりも上の貯湯槽容積が0.05m3としてある。貯湯槽2bの容積は、最下段の温度センサ22fの位置とその上の温度センサ22eの位置の間の貯湯槽容積が0.1m3、温度センサ22eの位置とその上の温度センサ22dの位置の間の貯湯槽容積が0.1m3、温度センサ22dの位置よりも上の貯湯槽容積が0.05m3としてある。
The volume of the hot water tank 2a is such that the hot water tank volume between the position of the lowest temperature sensor 22c and the position of the temperature sensor 22b above it is 0.1 m 3 , the position of the temperature sensor 22b and the position of the temperature sensor 22a above it. hot water tank volume 0.1 m 3 between the hot water storage tank volume above the position of the temperature sensor 22a is a 0.05 m 3. The volume of the
制御盤21と温度センサ22a,22b,22cと給湯管32の流量センサおよび温度センサと屋内リモコン27を含んで制御手段が形成される。
A control means is formed including the control panel 21, the temperature sensors 22a, 22b, 22c, the flow rate sensor of the hot water supply pipe 32, the temperature sensor, and the
屋内リモコン27は、給湯温度範囲の設定、給湯予定量及び給湯開始予定時間が入力される押しボタンを備え、利用者が給湯予定量や給湯開始予定時間を制御盤21に入力して予約できるようになっている。もちろん、給湯開始予定時間や給湯予定量は必ずしも予約する必要はない。また、屋内リモコン27による各循環ポンプ8a,8b、温調ユニット5、燃料電池3の制御も可能である。
The
往き配管7a,戻り配管7bには熱媒が充填され、充填された熱媒は循環ポンプ8aにより、燃料電池3と加熱コイル6aの間を循環して燃料電池3で集熱し貯湯槽2a内の水に放熱する。往き配管7c,戻り配管7dにも熱媒が充填され、充填された熱媒は循環ポンプ8bにより、太陽熱集熱器4と加熱コイル6bの間を循環して太陽熱集熱器4で集熱した熱を貯湯槽2b内の水に放熱する。
The
前記温調ユニット5は制御ケーブル24で前記制御盤21に接続され、循環ポンプ8aおよび循環ポンプ8bも図示されていない電線で制御盤21に接続されている。温調ユニット5は、先に述べたように、第1、第2、第3の3個の入り側ポートと1個の出側ポートを持つ電動四方弁で、第1、第2の入り側ポートと出側ポートを接続する第1の状態、第1、第3の入り側ポートと出側ポートを接続する第2の状態、第2、第3の入り側ポートと出側ポートを接続する第3の状態、第1の入り側ポートと出側ポートを接続する第4の状態、第2の入り側ポートと出側ポートを接続する第5の状態、第3の入り側ポートと出側ポートを接続する第6の状態、の各状態を取り得るように構成されている。
The
そして、第1〜第3の各状態においては、弁軸の回転角を変えることで二つの入り側ポートの流路の開度が調整され、出側ポートから流出する湯の温度を定められた範囲に設定することができるようになっている。本実施例の場合、例えば第1の状態では、第1の入り側ポートが全開、第2の入り側ポートが全閉の弁軸位置から、弁軸を回転するにつれて第1の入り側ポートの開度が低下するとともに第2の入り側ポートの開度が増加し、第1の入り側ポートの開度が1/2のとき、第2の入り側ポートの開度も1/2、第1の入り側ポートが閉じきったとき、第2の入り側ポートが全開となる。第2、第3の各状態においても、同様にポートの開度が弁軸の回転角により変化するようになっている。但し、出側ポートは、弁軸がどの位置にあっても、常に全開されるようになっている。 In each of the first to third states, the opening degree of the flow path of the two inlet ports is adjusted by changing the rotation angle of the valve shaft, and the temperature of the hot water flowing out from the outlet port is determined. The range can be set. In the case of the present embodiment, for example, in the first state, from the valve shaft position where the first inlet port is fully open and the second inlet port is fully closed, as the valve shaft is rotated, When the opening decreases, the opening of the second entry port increases, and when the opening of the first entry port is ½, the opening of the second entry port is also ½, When the first incoming port is fully closed, the second incoming port is fully open. Similarly, in each of the second and third states, the opening degree of the port changes depending on the rotation angle of the valve shaft. However, the outlet port is always fully opened regardless of the position of the valve shaft.
制御盤21は、前記流量センサの出力に基づき日々の時系列的な給湯量の変動、すなわち給湯データ(時刻、給湯量などの給湯パターン)を記録し、格納するとともに、前記温度センサ22a〜22cの出力に基づいてその時点の貯湯槽2a内の給湯可能量(所定温度範囲で給湯可能な水量、以下同じ)及び前記温度センサ22d〜22fの出力に基づいてその時点の貯湯槽2b内の給湯可能量を算出し、過去の給湯データに基づいてその時点以降あらかじめ設定した時間後までの各時刻ごとの累計給湯量を予測し、予測した給湯量と算出された前記給湯可能量とを対照して給湯可能量を増加する必要があるかどうかを判断する演算手段と、前記演算手段の出力に基づいて燃料電池3の運転、循環ポンプ8a、8b及び温調ユニット5を制御する運転制御手段と、を備えている。
The control panel 21 records and stores daily time-series fluctuations in hot water supply amount based on the output of the flow rate sensor, that is, hot water supply data (hot water supply patterns such as time and hot water supply amount), and stores the temperature sensors 22a to 22c. The hot water supply capacity in the hot water storage tank 2a at that time (the amount of water that can be supplied in a predetermined temperature range, the same applies hereinafter) and the hot water supply in the hot
前記演算手段は、温度センサ22a〜22c及び温度センサ22d〜22fの出力に基づいて貯湯槽2a、貯湯槽2bの給湯可能量及び両者を組み合わせた合計給湯可能量を算出する演算式を格納するとともに、貯湯槽2aの給湯可能量を単位量だけ増加させるために必要な燃料電池の運転時間を示す、給湯可能量―時間チャートを格納している。演算手段はまた、前記温度センサ22d〜22fの出力に基づいて所定の時間間隔ごとの貯湯槽2bの給湯可能量を算出し、その時系列変化のデータを1日ごとに格納している。
The calculation means stores an arithmetic expression for calculating the hot water storage capacity of the hot water storage tank 2a and the hot
演算手段の各貯湯槽の給湯可能量算出及び合計給湯可能量算出は、貯湯槽2bの水温が前記所定温度範囲よりも高温であるとき、給水を混合して所定温度範囲にして給湯すること、貯湯槽2bの水温が前記所定温度範囲よりも低温であるとき、貯湯槽2aの所定温度範囲よりも高温の水を混合して所定温度範囲にして給湯すること、貯湯槽2aの所定温度範囲よりも高温の水を貯湯槽2bの水に混合しても、所定温度範囲よりも高温の水が貯湯槽2aに残っている場合、給水を混合して所定温度範囲にして給湯すること、を考慮して行われるようにしてある。
The calculation of the hot water supply possible amount and the total hot water supply possible amount calculation of each hot water storage tank of the calculating means is to mix hot water into a predetermined temperature range and supply hot water when the water temperature of the hot
前記運転制御手段は、前記演算手段の出力に基づいて温調ユニット5を制御するとともに、演算手段の出力に基づいて、燃料電池3のバックアップ運転(貯湯槽2aを昇温するための運転)及び循環ポンプ8aの運転を制御する。
The operation control means controls the
次に制御盤21の制御手順、つまり演算手段の制御について説明する。演算手段の制御手順は、次の三つを基本的な手順として含んでいる。
制御a.燃料電池3のバックアップ運転
制御b.温調ユニットの制御
制御c.常にある量の給湯が可能であるようにする制御
以下、制御手段による上記各制御につき説明する。
(制御a.燃料電池のバックアップ運転)
まず、燃料電池3のバックアップ運転について図2を参照して説明する。例えば、太陽熱集熱器4は曇天の日には集熱量が低下するし夜間には集熱しないから、そのような場合に、予測した給湯量に対して貯湯槽2bの給湯可能水量と貯湯槽2 aの給湯可能水量の合計が不足している可能性がある。制御盤21は、常に、予測した給湯量に対して貯湯槽2 a、2b内の給湯可能水量が不足していないかどうかを判断し、不足している場合、燃料電池3を運転するとともに循環ポンプ8aを運転し、燃料電池3の熱で加熱された熱媒を加熱コイル6aに循環させるバックアップ運転を行う。
Next, the control procedure of the control panel 21, that is, the control of the calculation means will be described. The control procedure for the calculation means includes the following three basic procedures.
Control a. Backup operation control of the fuel cell 3 b. Control of temperature control unit c. Control for always allowing a certain amount of hot water supply Each of the above controls by the control means will be described below.
(Control a. Backup operation of fuel cell)
First, the backup operation of the
バックアップ運転により貯湯槽2 a内の水温が上昇し、前記演算手段による給湯可能水量が予測した給湯量を満たしたら、燃料電池3のバックアップ運転は停止される。
When the water temperature in the hot water tank 2a rises due to the backup operation and the amount of hot water that can be supplied by the calculating means satisfies the predicted hot water supply amount, the backup operation of the
ここでは、ある時刻における給湯量(給湯予定量)を、あらかじめ使用者が設定する場合について説明する。各手順は、特別に記載しない限り演算手段により実行される。 Here, a case where the user sets in advance the amount of hot water supply (scheduled hot water supply amount) at a certain time will be described. Each procedure is executed by the computing means unless otherwise specified.
まず、給湯予定量と給湯開始予定時刻(例えば18・00時)が、屋内リモコン27により、制御盤21の前記演算手段に入力される(手順a)。この場合、演算手段は、入力された給湯開始予定時刻に入力された給湯予定量を超える給湯可能量が貯湯槽2bにあるかどうかを判断する。給湯予定量と給湯開始予定時刻が入力されたら、演算手段はその時点での、貯湯槽2bの給湯可能量を、温度センサ22d〜22fの出力に基づいて算出する(手順b)。その時点における貯湯槽2bの給湯可能量が算出されたら、その時点以降給湯開始予定時刻までの給湯可能量の時系列的な変化が把握される(手順c)。つまり、太陽熱の集熱の実際的な効果がある時間帯は、太陽熱集熱器の設置条件にもよるが、9時〜15時と考えてよい。したがって、15時以前に給湯開始予定時刻と給湯予定量A0が入力された場合、その時点で温度センサ22d〜22fの出力に基づいて貯湯槽2bの給湯可能量を算出しても、算出された給湯可能量は、その時点以降、太陽熱の集熱、蓄熱が行われて給湯開始時刻までに増加する可能性があるから、その時点以降給湯開始予定時刻までの給湯可能量の時系列的な変化を推定する必要がある。把握した時系列変化のデータに基づいて、入力された前記給湯開始予定時刻で貯湯槽2bの給湯可能量がどのような値になるかを推定する(手順d)。
First, a scheduled hot water supply amount and a scheduled hot water supply start time (for example, 18:00 hours) are input to the computing means of the control panel 21 by the indoor remote controller 27 (procedure a). In this case, the calculation means determines whether or not the hot
次いで、推定された貯湯槽2bの給湯可能量が設定された給湯予定量を満たしているかどうかが判断される(手順e)。給湯可能量が設定された給湯予定量を満たしている場合は、FCの運転を行わず(手順f)、以後、所定の時間間隔でその各時点での温度センサ情報に基づき手順b〜手順eの演算を繰り返して貯湯槽2bの給湯可能量が給湯予定量を下回ることがないか、監視する。
Next, it is determined whether the estimated hot water supply capacity of the hot
貯湯槽2bの給湯可能量が設定された給湯予定量を満たしていない場合(あるいは時間の経過とともに満たさなくなった場合)、演算手段は手順gに進み、貯湯槽2aの現在時点での給湯可能量を把握する。ついで、前記給湯開始予定時刻における前記推定した貯湯槽2bの給湯可能量と貯湯槽2aの現在時点での給湯可能量を合計して合計給湯可能量を算出し(手順h)、合計給湯可能量が設定された給湯予定量を満たしているかどうかを判断する(手順i)。
When the hot water supply capacity of the
合計給湯可能水量が設定された給湯予定量を満たしている場合、手順fに進み、FCの運転を行わず、以後、所定の時間間隔でその各時点での温度センサ情報に基づき手順b〜手順iの演算を繰り返して貯湯槽2bと貯湯槽2aの合計給湯可能量が給湯予定量を下回ることがないか、監視する。
If the total amount of hot water that can be supplied is within the set amount of hot water supply, proceed to step f, do not operate the FC, and then perform steps b to b based on the temperature sensor information at each time point at predetermined time intervals. The calculation of i is repeated to monitor whether the total hot water supply capacity of the
合計給湯可能水量が設定された給湯予定量を満たしていない場合、不足量がいくらか、いい換えると合計給湯可能水量を給湯予定量まで増加させるためには貯湯槽2 aの給湯可能量をどれほど増加させればよいかを算出し、算出した増加量に基づいて、必要な燃料電池3の運転時間を前記あらかじめ格納されている給湯可能量―時間チャートから求め、燃料電池3の運転を開始すべき時刻を求める(手順j)。運転制御手段は、前記算出された運転開始時刻に、燃料電池3によるバックアップ運転を開始する(手順k)。演算手段は、バックアップ運転を開始したら貯湯槽2 aの給湯可能量の変化を監視し、水温の時刻変化により目標の増加量になるまでの時間を予測し、設定された給湯時刻までに目標の給湯可能量になるよう、運転制御手段を介して燃料電池3の運転を制御する。
If the total hot water supply amount does not meet the set hot water supply amount, there is some shortage, in other words to increase the total hot water supply amount to the planned hot water supply amount, The required operation time of the
なお、演算手段は、手順jで燃料電池3の運転を開始すべき時刻を求めたら、その時刻になるまで、所定の時間間隔でその各時点での温度センサ情報に基づき手順b〜手順jの演算を繰り返して前記不足量の変化を監視し、不足量の変化に合わせて燃料電池3によるバックアップ運転を開始する時間を確認する。
In addition, when the calculation means obtains the time at which the operation of the
上記手順では、太陽熱を集熱、蓄熱する貯湯槽2bの給湯可能量が給湯予定量を満たすかどうかをまず判断し、不足のとき、燃料電池を運転して貯湯槽2aの給湯可能量を増加させるように制御するが、太陽熱を集熱、蓄熱する貯湯槽2bと燃料電池の熱を集熱、蓄熱する貯湯槽2aの合計の給湯可能量に基づいて制御するようにしてもよい。
In the above procedure, it is first determined whether or not the hot water supply capacity of the hot
上記手順bにおける給湯可能量の算出について、以下に説明する。給湯の温度(所定給湯温度)が45℃に設定されているとする。貯湯槽2bの温度センサ22d、22e、22fがそれぞれ60℃、50℃、40℃であったとする。45℃以上の貯湯は、温度センサ22eと温度センサ22fのちょうど真中の位置よりも上の貯湯と考えてよい。温度センサ間のある位置の温度は、上下の温度センサの値の比例配分で内挿あるいは外挿して算定する。この場合、45℃以上の貯湯は0.2m3、45℃以上の貯湯の平均温度は55℃となる。45℃以上の貯湯に10℃の給水を混合して45℃にして給湯するとすると、給水0.057m3を混合すればよい。すなわち、0.257m3の45℃の給湯が可能となる。この演算は、所定給湯温度以上の貯湯量をQ2とし、給水温度をTSとすると、下記式で示される。貯湯の平均温度は、貯湯槽2bの所定給湯温度T0以上の貯湯の平均温度である。
The calculation of the hot water supply possible amount in the procedure b will be described below. It is assumed that the temperature of the hot water supply (predetermined hot water supply temperature) is set to 45 ° C. It is assumed that the
給湯可能量=(貯湯の平均温度−TS)×Q2/(T0−TS)
また、貯湯槽2aに45℃以上の貯湯がある場合には、貯湯槽2aの45℃以上の貯湯を貯湯槽2bの45℃未満の温度の貯湯に混合して給湯することで給湯可能量を算出する。例えば、貯湯槽2bの温度センサ22d、22e、22fがそれぞれ40℃、30℃、20℃で、貯湯槽2aの温度センサ22a、22b、22cがそれぞれ60℃、50℃、40℃とする。貯湯槽2bの貯湯が、0.3m3で平均温度が30℃、貯湯槽2aの45℃以上の貯湯が、0.2m3で平均温度が55℃の場合、貯湯槽2bの貯湯0.133m3(平均30℃)と貯湯槽2aの貯湯0.2m3(平均55℃)を混合することで、給湯可能量約0.333m3となる。実際には、貯湯槽2bの貯湯は貯湯槽2bの上部の40℃を中心とする部分から供給されるから、給湯可能量はこれよりも大きくなり、貯湯槽2bの貯湯0.173m3を貯湯槽2aの貯湯0.2m3と混合して給湯可能量約0.373m3となる(図4参照)。
Hot water supply capacity = (average temperature of hot water storage-T S ) x Q 2 / (T 0- T S )
In addition, when there is hot water storage at 45 ° C or higher in the hot water storage tank 2a, the hot water storage capacity of 45 ° C or higher in the hot water storage tank 2a is mixed with hot water storage at a temperature lower than 45 ° C in the hot
この演算は、貯湯槽2aの所定給湯温度T0以上の貯湯量をQ1、貯湯槽2aのT0以上の貯湯の平均温度をT1、貯湯槽2bの貯湯の平均温度をT2、給水温度をTSとすると、下記式で示される。貯湯の平均温度は、所定給湯温度以上の貯湯の平均温度である。 This operation, Q 1 a predetermined hot water temperature T 0 or more of the hot water storage amount of hot water tank 2a, T 1 the average temperature of T 0 or more of the hot water in the hot water tank 2a, the mean temperature T 2 of the hot water storage of the hot water tank 2b, water When the temperature is T S , it is expressed by the following formula. The average temperature of the hot water storage is the average temperature of the hot water storage above the predetermined hot water supply temperature.
給湯可能量=[1+(T1−TS)/(T0−T2)]×Q1
手順cにおける給湯可能量の時系列変化の把握について以下に説明する。演算手段は毎日の貯湯槽2bの温度センサ22d〜22fの値に基づいて、あらかじめ設定されている所定給湯温度での給湯可能量の時系列変化のデータを一日ごとに格納している。給湯可能量の時系列変化のデータの例を図5〜図7に示す。演算手段は過去の時系列変化データの中から、その時点(演算を行っている時点)における給湯可能量が類似のデータ(差があらかじめ定めた許容範囲内のデータ)を選択する。次いで、選択したデータのなかで、当日のその時点までの給湯可能量の時系列変化が最も似ているデータを選択し、選択したデータのその時点以降の給湯可能量の時系列変化のデータを、当日のその時点以降の、推定された給湯可能量の時系列変化のデータとする。
Hot water supply capacity = [1+ (T 1 −T S ) / (T 0 −T 2 )] × Q 1
The grasp of the time series change of the hot water supply possible amount in the procedure c will be described below. Based on the values of the
なお、毎日の外気温の時系列的変化を記録しておき、その時点における給湯可能量が類似のデータを選択したのち、選択したデータのなかで、当日のその時点までの外気温の時系列変化と外気温の時系列変化が最も似ている日の過去の給湯可能量の時系列変化のデータを選択し、選択したデータのその時点以降の給湯可能量の時系列変化のデータを、当日のその時点以降の、推定された給湯可能量の時系列変化のデータとしてもよい。 In addition, after recording time-series changes in the daily outside air temperature and selecting data with similar hot water supply capacity at that time, the time series of the outside air temperature up to that time of the day is selected. Select the data for the past time series of possible hot water supply on the day with the most similar changes in time series and the outside air temperature. It is good also as the data of the time series change of the estimated hot water supply amount after that time.
さらに具体的な例で説明する。18時に0.3m3を給湯するよう設定されたとする。現在時刻が12時とする。図5の場合、実線が曇天日の給湯可能量の時系列変化を、破線が晴天日の給湯可能量の時系列変化を、それぞれ示している。12時時点における給湯可能量が約0.18m3で晴天日のデータが選択された場合、18時時点では給湯可能量は約0.3m3が予測されるため、燃料電池3を運転する必要はない。一方、12時時点における給湯可能量が約0.09m3で曇天日のデータが選択された場合、18時時点の給湯可能量は0.15m3が予測されるため、不足する0.15m3を燃料電池3を運転して補うこととなる。
A more specific example will be described. It is assumed that 0.3 m 3 is set to supply hot water at 18:00. The current time is 12:00. In the case of FIG. 5, the solid line indicates the time series change of the hot water supply amount on a cloudy day, and the broken line indicates the time series change of the hot water supply amount on a clear day. When the hot water supply amount at 12 o'clock is about 0.18 m 3 and the clear day data is selected, the hot water supply amount is predicted to be about 0.3 m 3 at 18 o'clock, so it is necessary to operate the
次に、18時に0.5m3を給湯予定とする。図6に示すように、晴天日のデータが選択された場合でも曇天日のデータが選択された場合でも、太陽熱だけでは18時に0.5m3を給湯することはできない。この場合は、いずれにしろ、不足する量(図の晴天日のデータが選択された場合は0.2m3、図の曇天日のデータが選択された場合は0.35m3)を燃料電池3を運転して補うこととなる。
Next, it is assumed that 0.5 m 3 is scheduled to supply hot water at 18:00. As shown in FIG. 6, even when the data on a clear day is selected or the data on a cloudy day is selected, 0.5 m 3 cannot be supplied with solar heat alone at 18:00. In this case, in any case, an insufficient amount (0.2 m 3 when the sunny day data in the figure is selected, 0.35 m 3 when the cloudy day data in the figure is selected) is the
先に、18時に0.3m3を給湯予定のとき、12時時点における給湯可能量が約0.18m3で晴天日のデータが選択された場合、燃料電池による加熱昇温は必要ないと述べた。しかし、図7に示すように、予測では破線のように給湯可能量が増加することになっていたが、気象変化のために、実線のように給湯可能量が推移する場合がある。また、予定外の給湯が行われて貯湯タンク内の水温が低下する場合がある。したがって、演算手段は、一旦手順fに進んだ後も、所定の時間間隔で手順b〜手順eを繰り返し、給湯予定時刻における給湯可能量が給湯予定量を下回ることがないかどうかを監視する。 First, when 0.3m 3 is scheduled to supply hot water at 18:00, if the hot water supply capacity at 12 o'clock is about 0.18m 3 and data on a clear day is selected, heating temperature rise by the fuel cell is not necessary. It was. However, as shown in FIG. 7, in the prediction, the amount of hot water supply is supposed to increase as indicated by a broken line, but the amount of hot water supply may change as indicated by a solid line due to a change in weather. In addition, unscheduled hot water supply may occur and the water temperature in the hot water storage tank may decrease. Therefore, the arithmetic means repeats the procedure b to the procedure e at predetermined time intervals even after proceeding to the procedure f, and monitors whether the hot water supply possible amount at the scheduled hot water supply time does not fall below the scheduled hot water supply amount.
この場合、手順b〜手順eを繰り返す代わりに、給湯可能量の増加の勾配を算出し、算出された増加の勾配で給湯予定時刻における給湯可能量が給湯予定量に達するか否かを求め、給湯予定時刻における給湯可能量が給湯予定量に達しない場合、手順gに進むようにしておいてもよい。
(制御b.温調ユニットの制御)
次に、温調ユニット5の制御について説明する。給湯開始が検出(給湯指示)されると、演算手段は前記温度センサ22a、22dの出力に基づいて、貯湯槽2bの水温T2b及び貯湯槽2aの水温T2aがあらかじめ定められた温度範囲にあるか、それよりも高いか、それよりも低いかを判断する。
In this case, instead of repeating step b to step e, the gradient of increase in the hot water supply amount is calculated, and it is determined whether the hot water supply amount at the scheduled hot water supply time reaches the planned hot water supply amount with the calculated increase gradient, When the possible hot water supply amount at the scheduled hot water supply time does not reach the expected hot water supply amount, the procedure may proceed to step g.
(Control b. Control of temperature control unit)
Next, control of the
水温T2bがあらかじめ定められた温度範囲にあるときは、演算手段は運転制御手段に水温T2bがあらかじめ定められた温度範囲にある旨の信号を出力する。この信号を受信した運転制御手段は、温調ユニット5を前記第5の状態に操作し、第2の入り側ポートを全開する。これで、貯湯槽2bの定められた温度範囲にある湯が、給湯管32に供給される。
When the water temperature T2b is within a predetermined temperature range, the calculation means outputs a signal to the operation control means that the water temperature T2b is within the predetermined temperature range. The operation control means that has received this signal operates the
水温T2bがあらかじめ定められた温度範囲以下で水温T2aがあらかじめ定められた温度範囲よりも高い場合、演算手段は運転制御手段に水温T2bがあらかじめ定められた温度範囲以下で水温T2aがあらかじめ定められた温度範囲よりも高い旨の信号を出力する。この信号を受信した運転制御手段は、温調ユニット5を前記第1の状態に操作するとともに、給湯管32の温度センサの出力に基づいて、第1、第2の入り側ポートを例えばそれぞれ1/2開度に開く。これで、貯湯槽2bの低い温度の湯と貯湯槽2aの高い温度の湯が混合され、あらかじめ定められた温度範囲の湯となって給湯管32に供給される。このとき、運転制御手段は、給湯管32の温度センサの出力に基づいて、第1、第2の入り側ポートの開度を調整することで、貯湯槽2bの低い温度の湯と貯湯槽2aの高い温度の湯の混合割合を制御し、給湯温度を所定の温度範囲に維持する。
When the water temperature T2b is equal to or lower than the predetermined temperature range and the water temperature T2a is higher than the predetermined temperature range, the calculation means sets the water temperature T2a to the operation control means so that the water temperature T2a is equal to or lower than the predetermined temperature range. A signal indicating that the temperature is higher than the temperature range is output. The operation control means that has received this signal operates the
水温T2bがあらかじめ定められた温度範囲よりも高い場合、演算手段は運転制御手段に水温T2bがあらかじめ定められた温度範囲よりも高い旨の信号を出力する。この信号を受信した運転制御手段は、温調ユニット5を前記第3の状態に操作するとともに、給湯管32の温度センサの出力に基づいて、第2、第3の入り側ポートを例えばそれぞれ1/2開度に開く。これで、貯湯槽2bの高い温度の湯と給水管31cの低い温度の水が混合され、あらかじめ定められた温度範囲の湯となって給湯管32に供給される。このとき、運転制御手段は、給湯管32の温度センサの出力に基づいて、第2、第3の入り側ポートの開度を調整することで、貯湯槽2bの高い温度の湯と給水の混合割合を制御し、給湯温度を所定の温度範囲に維持する。
When the water temperature T2b is higher than the predetermined temperature range, the calculation means outputs a signal to the operation control means that the water temperature T2b is higher than the predetermined temperature range. The operation control means that has received this signal operates the
図3に上記手順をフローチャートとして示した。図中、TUは給湯の前記温度範囲上限、TBは同じく下限を示す。図3からも明らかなように、可能な限り貯湯槽2bの貯湯を給湯するので、集熱した太陽熱を有効に利用することができる。
FIG. 3 shows the above procedure as a flowchart. In the figure, T U is the temperature range the upper limit of the hot water supply, T B is also shown the lower limit. As apparent from FIG. 3, hot water is supplied from the hot
なお、図3には示していないが、貯湯槽2bが空で給湯できない場合(温度センサの出力がない場合)は、貯湯槽2 aから給湯される。この場合も、貯湯槽2 aの水温T2aがあらかじめ定められた温度範囲よりも高い場合、演算手段は運転制御手段に水温T2aがあらかじめ定められた温度範囲よりも高い旨の信号を出力する。この信号を受信した運転制御手段は、温調ユニット5を前記第2の状態に操作するとともに、給湯管32の温度センサの出力に基づいて、第1、第3の入り側ポートを例えばそれぞれ1/2開度に開き、貯湯槽2 aの温水に給水を混合しながら給湯する。このとき、運転制御手段は、給湯管32の温度センサの出力に基づいて、第1、第3の入り側ポートの開度を調整することで、貯湯槽2aの高い温度の湯と給水の混合割合を制御し、給湯温度を所定の温度範囲に維持する。
Although not shown in FIG. 3, when the hot
貯湯槽2 aの水温があらかじめ定められた温度範囲にある場合、演算手段は運転制御手段に水温T2aがあらかじめ定められた温度範囲にある旨の信号を出力する。この信号を受信した運転制御手段は、温調ユニット5を前記第4の状態に操作し、貯湯槽2 aの湯をそのまま給湯管32に供給する。
When the water temperature of the hot water tank 2a is within a predetermined temperature range, the calculation means outputs a signal to the operation control means that the water temperature T2a is within the predetermined temperature range. The operation control means that has received this signal operates the
また、図3の手順rにおいて、貯湯槽2aの温度センサ22aの検出温度を参照し、温度センサ22aの検出温度がTB未満の場合、貯湯槽2bの貯湯を給水と混合する代わりに貯湯槽2bの貯湯を貯湯槽2aの貯湯と混合するようにしてもよい。
Further, in the procedure r in FIG. 3, the hot water storage tank instead with reference to the temperature detected by the temperature sensor 22a of the hot water tank 2a, the temperature detected by the temperature sensor 22a is of less than T B, mixing the hot water storage of the hot
本実施例では給湯管32の温度センサの出力に基づいて温調ユニット5の各ポートの開度を調整するようにしたが、検出した水温T2a及び水温T2bに基づいて各ポートの開度を調整するようにしても、所定の温度範囲の給湯を行うことが可能である。
In this embodiment, the opening degree of each port of the
(制御c.常にある量の給湯が可能であるようにする制御)
太陽熱を集熱して蓄熱するシステムであっても給湯を目的とするシステムである以上、常にある程度の給湯が可能であることが望ましい。例えばキッチン等で湯を使用する場合を考慮し、演算手段は、常にある一定量(例えば0.05m3)の給湯が可能であるように、貯湯槽2aまたは2bの水温を保持するよう制御する。すなわち演算手段は、定められた時間間隔で最上部の温度センサ22aの検出温度が定められた温度以上であるかどうかを確認し、温度センサ22aの検出温度が定められた温度に達していない場合、定められた温度以上に維持されるよう、運転制御手段を介して燃料電池3を運転して貯湯槽2aの水を昇温する。
(Control c. Control to always allow a certain amount of hot water supply)
Even in a system that collects and stores solar heat, it is desirable that a certain amount of hot water can always be supplied as long as the system is intended for hot water supply. For example, in consideration of the case where hot water is used in a kitchen or the like, the calculation means controls to maintain the water temperature of the
本実施例によれば、太陽熱集熱器4で集熱された熱を熱源とする貯湯槽2bの水温があらかじめ定められた給湯温度よりも低い場合でも、燃料電池3を熱源として蓄熱した貯湯槽2aの水温が前記あらかじめ定められた給湯温度よりも高ければ、貯湯槽2bの水に貯湯槽2aの水が混合されて給湯されるから、集熱された太陽熱が有効に利用される。また、貯湯槽2bの水温があらかじめ定められた給湯温度よりも高い場合でも、給水が混合されて給湯されるから、高すぎる温度の水がそのまま供給されて無駄に冷やされることがなく、集熱された太陽熱が有効に利用される。さらに、給湯可能量が常に算定されるとともに、給湯量が予測されて給湯可能量と比較され、必要に応じて燃料電池3が運転されて貯湯槽2aの水が加熱されるから、給湯量の不足が生じにくいという効果がある。
According to this embodiment, even when the water temperature of the hot
なお、上記実施例では、貯湯槽の蓄熱に必要な場合に燃料電池の運転を行うように説明したが、他の理由で燃料電池が運転される場合には、制御盤21が、運転に伴う燃料電池の発生熱を貯湯槽の蓄熱に利用するよう各機器を制御するのは云うまでもない。 In the above embodiment, the fuel cell is operated when necessary for heat storage in the hot water tank. However, when the fuel cell is operated for other reasons, the control panel 21 is accompanied by the operation. It goes without saying that each device is controlled so that the heat generated by the fuel cell is used for heat storage in the hot water storage tank.
また、上記実施例では、混合手段として四方弁を用いた例を示したが、電動弁を3個用いてもよいし、三方弁を2個組み合わせてもよいことはいうまでもない。 Moreover, in the said Example, although the example which used the four-way valve as a mixing means was shown, it cannot be overemphasized that three motorized valves may be used and two three-way valves may be combined.
1a,1b 貯湯ユニット
2a,2b 貯湯槽
3 燃料電池
4 太陽熱集熱器
5 温調ユニット
6a,6b 加熱コイル
7a,7c 往き配管
7b,7d 戻り配管
8a,8b 循環ポンプ
9a、9b シスターン
21 制御盤
22a,22b,22c,22d,22e,22f 温度センサ
23a,23b,23c,23d,23e,23f センサ電線
24,25,26 制御ケーブル
27 屋内リモコン
30a,30b 温水取出し管
31,31a,31b,31c 給水管
32 給湯管
1a, 1b Hot
6a,
Claims (3)
3. The hybrid hot water supply system according to claim 2, wherein the control means is configured to control a mixing ratio of hot water and hot water in the hot water storage tank B in the mixing means based on a water temperature of the hot water pipe. Hot water system.
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