(57)【要約】【課題】燃料電池を使用するコージェネレーションシステムであって、給湯の他に、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を持ち、かつ従来に比べて部品点数が少ない構造を開発することを課題とする。【解決手段】排熱回収循環流路７、熱利用循環流路８、給湯流路９は、熱回収・熱利用第１短絡路３５と、熱回収・熱利用第２短絡路１７と、給水短絡路１８及び高温湯短絡路１９によって接続されている。高温湯短絡路１９には、開閉弁３４が設けられている。給水短絡路１８の端部には、三方弁２８の開口ｃがある。熱回収・熱利用第２短絡路１７は、三方弁２６の開口ｃに接続されている。熱回収・熱利用第１短絡路３５には開閉弁は存在しないが、圧力バランスによって湯水の流通は無い。そのため湯水を貯留タンク１０に貯留する貯留モードと、タンク内の湯のみによって給湯を行う給湯モードと、暖房追い焚きモードとを同時に実行することができる。【選択図】  図９
2010276306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池及び当該燃料電池が発生する熱を回収する熱回収用熱交換器を有する主熱源機と、前記主熱源機よりも単位時間あたりの発熱量が大きい補助熱源機と、温度成層を形成した状態で内部に湯水を貯留する貯留タンクと、外部の機器に熱を供給する熱供給用熱交換器と、外部から水の供給を受ける入水口と、外部に湯水を排出する出湯口とを有し、これらを接続する配管と、弁及びポンプを有していて、前記弁を開閉することによって、前記熱回収用熱交換器と貯留タンクとを含んで環状に結ぶ排熱回収循環流路と、補助熱源機と熱供給用熱交換器とを含んで環状に結ぶ熱利用循環流路と、入水口から貯留タンクを経由して出湯口に繋がる給湯流路とを構成可能であり、且つ前記３流路は直接的に又は他の流路あるいは部材を介して相互に繋がっているコージェネレーションシステムにおいて、前記排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給湯流路に同時に通水可能であり、かつ前記３流路に同時に通水している状態の時には弁の開閉あるいは流路間の圧力バランスによって排熱回収循環流路と他の流路間の通水が実質的に遮断されることを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項２】
排熱回収循環流路と熱利用循環流路とは複数の短絡路で接続され、排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給湯流路に同時に通水する際に、前記複数の短絡路は一つの短絡路を除いて弁で閉止され、且つ排熱回収循環流路と熱利用循環流路はいずれも外部との通水が遮断された状態となる様に各弁が閉止されることを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
排熱回収循環流路の一部と熱利用循環流路の一部を接続する熱回収・熱利用第１短絡路と、排熱回収循環流路の他の一部と熱利用循環流路の他の一部を接続する熱回収・熱利用第２短絡路とを有し、前記熱回収・熱利用第１短絡路又は熱回収・熱利用第２短絡路への通水を断続する熱回収・熱利用開閉弁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
排熱回収循環流路に水流を発生させる排熱回収ポンプと、熱利用循環流路に水流を発生させる熱循環ポンプとを有し、熱回収・熱利用第１短絡路は排熱回収ポンプの吐出側と熱循環ポンプの吸い込み側の間にあり、熱回収・熱利用第２短絡路は熱循環ポンプの吐出側と排熱回収ポンプの吸い込み側の間にあり、熱回収・熱利用開閉弁は熱回収・熱利用第２短絡路の通水を断続するものであることを特徴とする請求項３に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
熱回収・熱利用第１短絡路と、熱利用循環流路の一部と、熱回収・熱利用第２短絡路を含む流路によって、貯留タンクを経ずに熱回収用熱交換器の入水側と出水側を結ぶタンクバイパス循環流路が形成されることを特徴とする請求項３乃至４のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項６】
熱回収・熱利用開閉弁は３つの開口を有する三方弁であり、三方弁の開口の一つは熱回収・熱利用第２短絡路に接続され、残る二つの開口は排熱回収循環流路の中途に接続され、前記三方弁は、熱回収・熱利用第２短絡路と排熱回収循環流路内の一方との通水を許容して他の通水を遮断する状態と、熱回収・熱利用第２短絡路と排熱回収循環流路内の他の一方との通水を許容して他の通水を遮断する状態と、熱回収・熱利用第２短絡路の通水を遮断して排熱回収循環流路内の通水を許容する状態とを選択可能であることを特徴とする請求項５に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項７】
熱利用循環流路における補助熱源機の下流側と給湯流路とを接続する熱利用・給湯短絡路と、補助熱源機の下流側と給湯流路間の通水を断続する熱利用・給湯路開閉弁を有し、補助熱源機によって加熱された湯水を給湯流路に流すことが可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項８】
入水口と排熱回収循環流路とを結ぶ入水口・熱回収路短絡部と、入水口と排熱回収循環流路の通水を断続する入水口・熱回収路開閉弁を有することを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項９】
入水口・熱回収路開閉弁は三方弁であり、入水口と排熱回収循環流路間の通水を許容して排熱回収循環流路内の通水を遮断する状態と、入水口と排熱回収循環流路間の通水を遮断して排熱回収循環流路内の通水を許容する状態とを選択可能であることを特徴とする請求項８に記載のコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を利用したコージェネレーションシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電に伴う発熱を利用して給湯や暖房を行うコージェネレーションシステムが知られている。
コージェネレーションシステムには、発電所や工場で採用する大規模なものや、家庭で使用する小型のものがある。
わが国においては、家庭用の小型コージェネレーションシステムは、ガス給湯器に代わる装置として普及しつつある。
家庭用の小型コージェネレーションシステムとして実用化されているものに、ガスエンジンを主熱源機とするシステム（特許文献１）と、燃料電池を主熱源機とするシステム（特許文献２）がある。
【０００３】
ガスエンジンを利用するコージェネレーションシステムは、ガスエンジンで発電機を駆動して電気を発生させ、ガスエンジンが発生する熱を利用して湯水を昇温し、当該湯水を給湯に使用するものである。
燃料電池を利用するシステムでは、水蒸気改質の余剰熱、オフガスの燃焼熱、及び燃料電池自身の発熱等を利用して湯水を昇温し、給湯に使用する。
【０００４】
ここで一般家庭においては、電力が要求される時刻と、給湯が必要な時刻にずれがあり、いずれのコージェネレーションシステムにおいても、このずれを補うために、貯留タンクに湯を溜める構造が採用されている。即ち電力需要がある時にガスエンジンや燃料電池で発電し、この時に発生する熱で湯を作り、この湯を貯留タンクに溜置く。そして給湯需要があったときに、貯留タンクから湯を取り出して給湯に供する。
【０００５】
また家庭用のコージェネレーションシステムでは、給湯の要求量が、貯留タンクに備蓄された湯量を越えた場合に備えて、補助熱源機が内蔵されている。
補助熱源機は、一般にガスバーナであり、緊急且つ大量の給湯要求に応えるため、主熱源機たる燃料電池等よりも、単位時間あたりの発生熱量が大きい。
【０００６】
ところで一般家庭における熱の需要は、給湯に限らず、風呂の追い焚きや床暖房等にも熱エネルギーが要求される。そのためガス給湯器には、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を備えたものが多い。
【０００７】
ここで前記した様に、わが国においては、家庭用の小型コージェネレーションシステムは、ガス給湯器に代わる装置として普及しつつあるので、家庭用のコージェネレーションシステムにも同様に、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を付加させたいという市場の要求がある。
【０００８】
この要求に対してガスエンジンを主熱源機として利用するシステムでは、図１７の様に、暖房器具に熱媒体を送る流路に、熱交換器１００を設け、この熱交換器の一次側に、ガスエンジン１０１の冷却水を通過させ、ガスエンジン１０１の冷却水と、暖房器具の熱媒体との間で直接的に熱交換を行う構成を採用して対処している。
また図１７に示すシステムでは、本体１０２側にガスエンジン１０１の熱を移動させる熱交換器１０５があり、この熱交換器１０５を通過する流路に、補助熱源たるガスバーナ１０６と、暖房器具側に熱を移動させる熱交換器１０７、風呂追い焚き用の熱交換器１０８を設け、これらの熱交換器１０７，１０８によって暖房器具の昇温や、風呂の追い焚きを行っている。
そのためガスエンジン１０１を利用するシステムでは、補助熱源機たるガスバーナ１０６は、単に補助的な給湯機能だけを備えておれば足る。
【０００９】
これに対して燃料電池を主熱源機として使用するシステムに、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を付加させる場合には、補助熱源機たるガスバーナ１０６は、単に補助的な給湯機能だけでは足りず、補助熱源機自身に、風呂の追い焚き機能や、床暖房器具等に熱を供給する機能を持たせる必要がある。
【００１０】
即ち燃料電池の特性上、ガスエンジン１０１を使用するコージェネレーションシステムの回路を燃料電池を使用するコージェネレーションシステムに転用することはできない。
この理由は、次の通りである。
【００１１】
即ち、前記したガスエンジンは、冷却水の温度や流量の適応幅が広い。そのためガスエンジン１０１側を流れる冷却水の量は、多少、多くても、少なくてもガスエンジンに不具合は生じない。またガスエンジン１０１側を流れる冷却水の温度は、多少、高くても、低くてもガスエンジン１０１に不具合は生じない。
【００１２】
これに対して燃料電池は、冷却水の温度や流量の適応幅が狭く、冷却水の量が増減したり、冷却水の温度が変化すると、燃料電池に不具合が起きるおそれがある。この不具合には、冷却水温度が上昇することによる発電装置２内の排熱回収ポンプ２５の故障や、冷却水の流量が増加することによって燃料電池によって冷却水を所望温度まで上昇させることができない、などの不具合が含まれる。
そのため図１７に示す様な、回路構成を採用することができない。即ち燃料電池を主熱源機として採用するコージェネレーションシステムでは、燃料電池から熱を奪う熱交換器１０５に対して直列的に負荷側の熱交換器１０７，１０８を接続することができない。
即ち図１７の回路構成を燃料電池に採用すると、ガスバーナ１０６の点火・消火や、熱交換器１０７，１０８における熱交換の有無によって燃料電池を冷却する冷却水の温度が変化してしまう。
加えて、図１７の回路構成の様に、暖房器具に熱媒体を送る流路に、熱交換器１００を設け、この熱交換器の一次側に、燃料電池の冷却水を通過させる構成とすると、熱交換器１００に熱媒体を流すか否かによって燃料電池を冷却する流路の流路抵抗が変化し、燃料電池を冷却する冷却水の流量が変化してしまう。
【００１３】
そのため、燃料電池を使用するシステムに、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を付加させる場合には、図１８の様に、補助熱源機に、風呂の追い焚きや、床暖房器具等に熱を供給するためのガスバーナ１１０を別途設ける必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−２７５３８６号公報
【特許文献２】特開２００９−９８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記した様に、従来技術の燃料電池を使用するコージェネレーションシステムでは、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を持たせるために、補助熱源機自身に、風呂の追い焚き機能や、床暖房器具等に熱を供給する機能を持たせていた。そのため従来技術の燃料電池を使用するコージェネレーションシステムは、部品点数が多く、製造コストが高いという不満があった。
【００１６】
そこで本発明は、従来技術の問題点に注目し、燃料電池を使用するコージェネレーションシステムであって、給湯の他に、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を持ち、かつ従来に比べて部品点数が少ない構造を開発することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、燃料電池及び当該燃料電池が発生する熱を回収する熱回収用熱交換器を有する主熱源機と、前記主熱源機よりも単位時間あたりの発熱量が大きい補助熱源機と、温度成層を形成した状態で内部に湯水を貯留する貯留タンクと、外部の機器に熱を供給する熱供給用熱交換器と、外部から水の供給を受ける入水口と、外部に湯水を排出する出湯口とを有し、これらを接続する配管と、弁及びポンプを有していて、前記弁を開閉することによって、前記熱回収用熱交換器と貯留タンクとを含んで環状に結ぶ排熱回収循環流路と、補助熱源機と熱供給用熱交換器とを含んで環状に結ぶ熱利用循環流路と、入水口から貯留タンクを経由して出湯口に繋がる給湯流路とを構成可能であり、且つ前記３流路は直接的に又は他の流路あるいは部材を介して相互に繋がっているコージェネレーションシステムにおいて、前記排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給湯流路に同時に通水可能であり、かつ前記３流路に同時に通水している状態の時には弁の開閉あるいは流路間の圧力バランスによって排熱回収循環流路と他の流路間の通水が実質的に遮断されることを特徴とするコージェネレーションシステムである。
【００１８】
ここで、「外部の機器に熱を供給する熱供給用熱交換器」とは、床暖房機やファンコンベクタ等の暖房端末に熱を供給したり、風呂の追い焚きを行ったりするための熱交換器を指す。なお床暖房機は、比較的低温の熱媒体を循環させる暖房端末であり、ファンコンベクタは、比較的高温の熱媒体を循環させる暖房端末である。
補助熱源機は、ガスや石油を燃料とするバーナであることが望ましいが、電気ヒータであってもよい。
本発明のコージェネレーションシステムでは、弁を開閉することによって、前記熱回収用熱交換器と貯留タンクを含んで環状に結ぶ排熱回収循環流路と、補助熱源機と熱供給用熱交換器とを含んで環状に結ぶ熱利用循環流路と、入水口から貯留タンクを経由して出湯口に繋がる給湯流路とを構成可能である。
従って排熱回収循環流路を利用して燃料電池が発生する熱を貯留タンクに貯留することができる。
また熱利用循環流路を利用して暖房端末等に必要な熱を供給することができる。さらに給湯流路を利用して給湯を行うこともできる。
本発明のコージェネレーションシステムは、排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給湯流路に同時に通水可能であるから、燃料電池を起動しながら行う湯の貯留と、暖房端末等の使用と、給湯を同時に使用することができる。
さらに３流路に同時に通水している状態の時には弁の開閉あるいは流路間の圧力バランスによって排熱回収循環流路と他の流路間の通水が実質的に遮断されるから、暖房機器の利用や、給湯の実施があっても、それらが無い場合と比較して排熱回収循環流路を流れる湯水の量や温度は実質的に変化しない。
また本発明で採用する補助熱源機は、単に湯水を加熱する機能を持てば足るから、部品点数が少ない。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、排熱回収循環流路と熱利用循環流路とは複数の短絡路で接続され、排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給湯流路に同時に通水する際に、前記複数の短絡路は一つの短絡路を除いて弁で閉止され、且つ排熱回収循環流路と熱利用循環流路はいずれも外部との通水が遮断された状態となる様に各弁が閉止されることを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステムである。
【００２０】
本発明のコージェネレーションシステムでは、排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給湯流路に同時に通水する際に、排熱回収循環流路と熱利用循環流路はいずれも外部との通水が遮断された状態となる様に各弁が閉止される。本発明のコージェネレーションシステムでは、排熱回収循環流路と熱利用循環流路を結ぶ短絡路の一つが開いているが、前記した様に、排熱回収循環流路と熱利用循環流路はいずれも外部との通水が遮断された状態となるから、圧力バランスによって前記した短絡路に実質的な流れは生じない。そのため暖房端末の利用や、給湯の実施があっても、排熱回収循環流路を流れる湯水の量や温度は実質的に変化しない。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、排熱回収循環流路の一部と熱利用循環流路の一部を接続する熱回収・熱利用第１短絡路と、排熱回収循環流路の他の一部と熱利用循環流路の他の一部を接続する熱回収・熱利用第２短絡路とを有し、前記熱回収・熱利用第１短絡路又は熱回収・熱利用第２短絡路への通水を断続する熱回収・熱利用開閉弁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のコージェネレーションシステムである。
【００２２】
本発明のコージェネレーションシステムについても、排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給水流路に同時に通水する際に、排熱回収循環流路と熱利用循環流路はいずれも外部との通水が遮断された状態となる様に各弁が閉止される。本発明のコージェネレーションシステムでは、排熱回収循環流路と熱利用循環流路の間に、熱回収・熱利用第１短絡路と、熱回収・熱利用第２短絡路が存在するが、二つの短絡路のいずれかに熱回収・熱利用開閉弁が設けられているから、当該開閉弁を閉じることによって、開通する流路が一つに限定される。
一方、前記した様に、排熱回収循環流路と熱利用循環流路はいずれも外部との通水が遮断された状態となるから、前記した短絡路に実質的な流れは生じない。そのため暖房端末の利用や、給湯の実施があっても、排熱回収循環流路を流れる湯水の量や温度は実質的に変化しない。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、排熱回収循環流路に水流を発生させる排熱回収ポンプと、熱利用循環流路に水流を発生させる熱循環ポンプとを有し、熱回収・熱利用第１短絡路は排熱回収ポンプの吐出側と熱循環ポンプの吸い込み側の間にあり、熱回収・熱利用第２短絡路は熱循環ポンプの吐出側と排熱回収ポンプの吸い込み側の間にあり、熱回収・熱利用開閉弁は熱回収・熱利用第２短絡路の通水を断続するものであることを特徴とする請求項３に記載のコージェネレーションシステムである。
【００２４】
本発明によると、排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給湯流路に同時に通水する際に、短絡路に実質的な流れは生じず、暖房端末の利用や、給湯の実施があっても、排熱回収循環流路を流れる湯水の量や温度は実質的に変化しない。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、熱回収・熱利用第１短絡路と、熱利用循環流路の一部と、熱回収・熱利用第２短絡路を含む流路によって、貯留タンクを経ずに熱回収用熱交換器の入水側と出水側を結ぶタンクバイパス循環流路が形成されることを特徴とする請求項３乃至４のいずれかに記載のコージェネレーションシステムである。
【００２６】
本発明では、熱回収・熱利用第１短絡路と、熱利用循環流路の一部と、熱回収・熱利用第２短絡路によって、タンクバイパス循環流路が形成される。タンクバイパス循環流路は、コージェネレーションシステムの起動初期に湯水を通過させる流路であり、暖機運転を行うために設けられた流路である。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、熱回収・熱利用開閉弁は３つの開口を有する三方弁であり、三方弁の開口の一つは熱回収・熱利用第２短絡路に接続され、残る二つの開口は排熱回収循環流路の中途に接続され、前記三方弁は、熱回収・熱利用第２短絡路と排熱回収循環流路内の一方との通水を許容して他の通水を遮断する状態と、熱回収・熱利用第２短絡路と排熱回収循環流路内の他の一方との通水を許容して他の通水を遮断する状態と、熱回収・熱利用第２短絡路の通水を遮断して排熱回収循環流路内の通水を許容する状態とを選択可能であることを特徴とする請求項５に記載のコージェネレーションシステムである。
【００２８】
本発明では、三方弁を操作することにより、通常運転と暖機運転の流路を切り換えることができる。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、熱利用循環流路における補助熱源機の下流側と給湯流路とを接続する熱利用・給湯短絡路と、補助熱源機の下流側と給湯流路間の通水を断続する熱利用・給湯路開閉弁を有し、補助熱源機によって加熱された湯水を給湯流路に流すことが可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のコージェネレーションシステムである。
【００３０】
本発明のコージェネレーションシステムでは、熱利用循環流路における補助熱源機の下流側と給湯流路とを接続する熱利用・給湯短絡路と、補助熱源機の下流側と給湯流路間の通水を断続する熱利用・給湯路開閉弁を有している。従って熱利用・給湯路開閉弁を開くことによって、補助熱源機によって昇温した湯水を給湯流路側に流すことができる。
また熱利用・給湯路開閉弁を閉じることによって、熱利用循環流路と給湯流路とを分離することができる。
【００３１】
請求項８に記載の発明は、入水口と排熱回収循環流路とを結ぶ入水口・熱回収路短絡部と、入水口と排熱回収循環流路の通水を断続する入水口・熱回収路開閉弁を有することを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載のコージェネレーションシステムである。
【００３２】
本発明では、入水口と排熱回収循環流路とが入水口・熱回収路短絡部で接続されている。また排熱回収循環流路には、補助熱源機が接続されている。そのため入水口・熱回収路開閉弁を操作して入水口と排熱回収循環流路の通水路を開くことによって、補助熱源機に水を供給することができる。
【００３３】
請求項９に記載の発明は、入水口・熱回収路開閉弁は三方弁であり、入水口と排熱回収循環流路間の通水を許容して排熱回収循環流路内の通水を遮断する状態と、入水口と排熱回収循環流路間の通水を遮断して排熱回収循環流路内の通水を許容する状態とを選択可能であることを特徴とする請求項８に記載のコージェネレーションシステムである。
【００３４】
本発明では、三方弁を切り換えることによって、入水口からの入水を補助熱源機で加熱する回路と、暖房機器等に熱を供給する回路を切り換えることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のコージェネレーションシステムは、燃料電池を主熱源とするものでありながら、従来に比べて少ない部品点数で、給湯の他に、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を持たせることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第一実施形態のコージェネレーションシステムの作動原理図である。
【図２】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、排熱回収循環流路を太線で記し、排熱回収運転に於ける湯水の流れを矢印で示したものである。
【図３】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、熱利用循環流路を太線で記したものである。
【図４】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、給湯流路を太線で記し、貯留タンクの湯を利用した給湯運転に於ける湯水の流れを矢印で示したものである。
【図５】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、貯留タンクを迂回するタンクバイパス循環流路を太線で記し、コージェネレーションシステムの運転初期における湯水の流れを矢印で示したものである。
【図６】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、熱利用循環流路と熱媒体の流路を太線で記し、暖房運転に於ける湯水の流れと熱媒体の流れを矢印で示したものである。
【図７】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、熱利用循環流路及び追い焚き循環流路を太線で記し、追い焚き運転に於ける湯水の流れと熱媒体の流れを矢印で示したものである。
【図８】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、熱利用循環流路と暖房循環流路を太線で記し、暖房運転及び追い焚き運転に於ける湯水の流れと熱媒体の流れを矢印で示したものである。
【図９】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、排熱回収運転と、暖房・追い焚き運転と、貯留タンクの湯を利用した給湯運転とを同時に実行した場合に於ける湯水の流れを矢印で示したものである。
【図１０】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、貯湯タンク内の湯水を取り出し、給湯装置で加熱して給湯する際に於ける湯水の流れを太線及び矢印で示したものである。
【図１１】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、貯湯タンク内の湯水を使用せずに、給湯装置で入水を加熱して給湯する際に於ける湯水の流れを太線及び矢印で示したものである。
【図１２】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、貯湯タンク内の湯水を利用して暖房運転及び追い焚き運転を行う場合に於ける湯水の流れを太線及び矢印で示したものである。
【図１３】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、貯湯タンク内の湯水を給湯装置で昇温する場合に於ける湯水の流れを太線及び矢印で示したものである。
【図１４】本発明の第二実施形態のコージェネレーションシステムの作動原理図である。
【図１５】本発明の第三実施形態のコージェネレーションシステムの作動原理図である。
【図１６】本発明の第四実施形態のコージェネレーションシステムの作動原理図である。
【図１７】特許文献１に開示されたコージェネレーションシステムの作動原理図である。
【図１８】特許文献２に開示されたコージェネレーションシステムの作動原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。なお各図において、矢印を付した弁はいずれも流量制御機能を備えている。各図において、１は本実施形態のコージェネレーションシステムである。コージェネレーションシステム１は、大別して発電装置（主熱源機）２と熱回収装置３とを組み合わせて構成されている。
【００３８】
発電装置２は、燃料電池によって構成されており、発電に伴って熱を発生する発熱部５と、発熱部５を冷却し、発電の際に発生した排熱を回収するための熱交換器（熱回収用熱交換器）６及び排熱回収ポンプ２５を備えている。即ち、発電装置２は、外部に設けられた電力負荷に対して電力を供給するための発電デバイスとしての機能と、湯水（液体）を加熱するための熱エネルギー発生デバイスとしての機能とを兼ね備えている。
【００３９】
熱回収装置３は、主要な部品として貯留タンク１０、給湯装置（補助熱源機）３１及び二つの熱供給用熱交換器３８，４２を備えている。
二つの熱供給用熱交換器は、具体的には熱器具用熱交換器３８と風呂追い焚き用熱交換器４２である。
またコージェネレーションシステム１は、発電装置２と熱回収装置３内の機器を結ぶ主要な流路として、排熱回収循環流路７（図２）と、熱利用循環流路８（図３）と、給湯流路９（図４）を構成可能であり、さらにこれらの流路を相互に連通する複数の短絡路が設けられている。以下、熱回収装置３を構成する主要機器について説明する。
【００４０】
貯留タンク１０は、湯水を貯留するためのタンクであり、その内部に温度成層を形成することができる。
貯留タンクは、密閉タンクであり、貯留タンク１０の頂部に設けられた頂部接続部１１ａ，１１ｂ、並びに、底部に設けられた底部接続部１２ａ．１２ｂに対して排熱回収循環流路７および給湯流路９を構成する配管を接続した構成とされている。なお、頂部接続部１１ａ，１１ｂ及び底部接続部１２ａ．１２ｂは、本実施形態の様にそれぞれ２口設けられていることが推奨されるが、それぞれ１口であってもよい。
【００４１】
貯留タンク１０は、高さ方向、即ち内部に貯留される湯水の水位上昇方向に複数（本実施形態では４つ）の温度センサ１３ａ〜１３ｄを取り付けた構成とされている。温度センサ１３ａ〜１３ｄは、それぞれ貯留タンク１０内の湯水の温度を検知するための温度検知手段として機能すると共に、貯留タンク１０内に所定温度あるいは温度範囲の湯水の残留量を検知するための残量検知手段としての役割も果たす。
【００４２】
本実施形態のコージェネレーションシステム１では、貯留タンク１０の底部から取り出された低温の湯水が排熱回収循環流路７に排出され、発電装置２の熱回収用熱交換器６を通過することによって熱交換・加熱され、貯留タンク１０の頂部側にゆっくりと戻される構成とされている。
【００４３】
ここで、一般的にタンク内に液体を貯留する場合、その液体の温度差が所定の閾値（湯水では摂氏約１０度程度）以上であると、液体が温度毎に層状に分かれる。そのため、排熱回収循環流路７を通過する湯水が、貯留タンク１０内の湯水の温度に対して前記閾温度以上高温に加熱され、貯留タンク１０内の湯水を掻き乱さない程度にゆっくりと戻されると、貯留タンク１０内に貯留されている湯水が温度毎に層状に分かれる。即ち温度成層を形成する。
従って、貯留タンク１０に設置された温度センサ１３ａ〜１３ｄの検知温度を調べることにより、貯留タンク１０内に所望の温度範囲に加熱された湯水がどれだけ貯留されているかを検知することができる。
【００４４】
給湯装置（補助熱源機）３１は、従来公知の給湯器と同様にガスや灯油等の燃料を燃焼するためのバーナー４１と熱交換器４３とを内蔵しており、燃料の燃焼により発生した熱エネルギーを利用して湯水を加熱するものである。給湯装置３１は、発電装置２の発熱部５よりも湯水の加熱能力が高い。給湯装置３１は、貯留タンク１０から排出される湯水の温度が低い等のような特別な場合に限って燃焼動作を行い、熱利用循環流路８内を流れる湯水を加熱するものであり、補助的な熱源として機能する。給湯装置３１は、流水検知センサ４０により所定流量以上の通水が検知されることを作動条件の一つとしている。
【００４５】
熱供給用熱交換器３８，４２の一つは、熱器具用熱交換器３８である。熱器具用熱交換器３８は、二次側に後記する暖房循環流路７０が接続され、暖房回路を流れる熱媒体を加熱するものである。
【００４６】
風呂追い焚き用熱交換器４２は、二次側に追い焚き循環流路７１が接続され、風呂（浴槽）内の湯水の温度を昇温するものである。
【００４７】
次にコージェネレーションシステム１の主要流路について説明する。
前記した様に、コージェネレーションシステム１は、主要な流路として、排熱回収循環流路７（図２）と、熱利用循環流路８（図３）と、給湯流路９（図４）を構成可能である。
排熱回収循環流路７は、図２に太線で示した流路であり、発電装置２内の排熱回収ポンプ２５及び熱回収用熱交換器６と、熱回収装置３内の貯留タンク１０を含んで環状に結ばれ、貯留タンク１０と発電装置２との間で湯水が循環可能な流路である。
即ち排熱回収循環流路７は、貯留タンク１０の底部接続部１２ａと発電装置２内の排熱回収ポンプ２５及び熱回収用熱交換器６とを繋ぐ加熱往き側流路２１と、熱回収用熱交換器６と貯留タンク１０の頂部接続部１１ａとを繋ぐ加熱戻り側流路２２とを有する。加熱戻り側流路２２の中途には三方弁２８が介在されている。
三方弁２８は、開口ａ，開口ｂ、開口ｃを持ち、２経路に流路切り換え可能なものである。即ち三方弁２８は、開口ａと開口ｂとが連通し、他の開口間が閉塞する状態と、開口ｃと開口ａとが連通し、他の開口間が閉塞する状態とに切り換えることができる。
本実施形態では、三方弁２８の開口ａと開口ｂが、排熱回収循環流路７に接続されている。
他の開口には、後記する給水短絡路１８が接続されている。
【００４８】
熱利用循環流路８は、図３に太線で示した流路であり、熱循環ポンプ１５と、補助熱源機（給湯装置３１）と熱供給用熱交換器（熱器具用熱交換器３８と風呂追い焚き用熱交換器４２）と三方弁２６を含んでこの順に環状に結ぶ流路である。
本実施形態では、二つの熱供給用熱交換器（熱器具用熱交換器３８と風呂追い焚き用熱交換器４２）は並列に接続されている。二つの熱供給用熱交換器の下流側には、それぞれ開閉弁２３，２４が設けられている。開閉弁２３，２４はいずれも電磁弁である。
また熱供給用熱交換器３８，４２の下流側（正確には開閉弁２４，２３の下流側）と、熱循環ポンプ１５の上流側の間には、三方弁（熱回収・熱利用開閉弁）２６が設けられている。
【００４９】
三方弁２６は、開口ａ，開口ｂ、開口ｃを持ち、さらに３経路に流路切り換え可能なものである。即ち三方弁２６は、開口ａと開口ｂとが連通し、他の開口間が閉塞する状態と、開口ｂと開口ｃとが連通し、他の開口間が閉塞する状態と、開口ｃと開口ａとが連通し、他の開口間が閉塞する状態に切り換えることができる。
本実施形態では、三方弁２６の開口ａが熱循環ポンプ１５の吸い込み側に接続され、開口ｂが熱供給用熱交換器３８，４２の下流側に接続されている。
【００５０】
給湯流路９は、図４に太線で示した流路であり、外部の給水源から入水口３３に入り、貯留タンク１０を経由して出湯口４４に繋がる流路である。
給湯流路９は、入水口３３から給水流路５０を経由して貯留タンク１０の下部に入り、貯留タンク１０の頂部接続部１１ｂから湯通路５２を経て出湯口４４に至る流路である。
順次説明すると、給水流路５０は、外部の給水源から湯水を供給するための流路であり、末端部が貯留タンク１０の底部側に設けられた底部接続部１２ｂに接続されている。これにより、コージェネレーションシステム１は、外部から供給される低温の湯水を貯留タンク１０の底部側から導入可能な構成とされている。
【００５１】
給水流路５０は、中途で給湯用給水流路５０ｂが分岐されている。
給湯用給水流路５０ｂは、湯通路５２を流れる湯水に外部から供給される湯水を合流させるための流路である。給湯用給水流路５０ｂの中途には、湯通路５２側から入水口３３側に向けて湯水が逆流するのを防止するための逆止弁５７が設けられている。
【００５２】
給湯用給水流路５０ｂは、逆止弁５７よりも下流側の分岐部５４において本流部５３と支流部５５とに分岐された構成とされている。本流部５３は、湯水混合弁３２を介して湯通路５２に接続されている。そして湯水混合弁３２の開度調整を行うことにより湯通路５２に合流する湯水の量を調整し、出湯口４４から出湯される湯の温度を調整する。また本実施形態では、湯通路５２に開閉弁３９が設けられている。
【００５３】
支流部５５は、分岐部５４よりも下流側の位置に電磁弁５８を有する。電磁弁５８は、非通電時に開いた状態となる弁であり、停電状態になって湯水混合弁３２を開くことができなくなった際に貯留タンク１０内の湯水がそのまま排出され、いわゆる高温出湯が起こるのを防止するために設けられたものである。
【００５４】
次に、前記した３系統の主要流路（排熱回収循環流路７、熱利用循環流路８、給湯流路９）を結ぶ短絡路について説明する。
排熱回収循環流路７と熱利用循環流路８とは二つの短絡路によって結ばれている。一つは、熱回収・熱利用第１短絡路３５であり、排熱回収循環流路７の加熱戻り側流路２２の一部であって、発電装置２と三方弁２８の間が分岐され、熱利用循環流路８の熱循環ポンプ１５の上流側に接続されている。
熱回収・熱利用第１短絡路３５は排熱回収ポンプ２５の吐出側と熱循環ポンプ１５の吸い込み側の間にあるとも言える。
【００５５】
他の一つの短絡路は熱回収・熱利用第２短絡路１７であり、三方弁２６の開口ｃと、排熱回収循環流路７の加熱往き側流路２１とを繋ぐものである。
詳細に説明すると、熱利用循環流路８は、熱循環ポンプ１５の吐出側、給湯装置３１、熱供給用熱交換器３８，４２、三方弁２６の開口ｂ、三方弁２６の開口ａ、熱循環ポンプ１５の吸い込み側をこの順に結ぶ流路であり、排熱回収循環流路７は、排熱回収ポンプ２５の吐出側、熱回収用熱交換器６、三方弁２８の開口ａ、三方弁２８の開口ｂ、貯留タンク１０の頂部接続部１１ａ、貯留タンク１０の底部接続部１２ａ、排熱回収ポンプ２５の吸い込み側をこの順に結ぶ流路である。そして熱回収・熱利用第２短絡路１７の一方の基端は三方弁２６の開口ｃにあり、他方の基端は、貯留タンク１０の底部接続部１２ａと排熱回収ポンプ２５の吸い込み側の間にある。
熱回収・熱利用第２短絡路１７は、熱循環ポンプ１５の吐出側と排熱回収ポンプ２５の吸い込み側の間にあるとも言える。
【００５６】
なお本実施形態では、熱回収・熱利用第１短絡路３５と、熱利用循環流路８の一部１６と、熱回収・熱利用第２短絡路１７によってタンクバイパス循環流路２０の一部が形成される。
即ち排熱回収循環流路７に設けられた三方弁２６を回動させて開口ａと開口ｃを連通させ、熱回収・熱利用第２短絡路１７を開いて、排熱回収循環流路７の排熱回収ポンプ２５の上流側の領域と加熱戻り側流路２２とを連通させると、タンクバイバス循環流路２０（図５）を構成することができ、発電装置２から出た湯水を貯留タンク１０を迂回して発電装置２に戻すタンクバイバス循環流路２０を形成できる。
【００５７】
排熱回収循環流路７と給湯流路９は、給水短絡路１８によって結ばれている。給水短絡路１８は、給水流路５０の一部と、排熱回収循環流路７の三方弁２８の開口ｃに接続されている。なお給水短絡路１８の中途には逆止弁３７が設けられている。
また前記した様に排熱回収循環流路７は、熱回収・熱利用第１短絡路３５を介して熱利用循環流路８に繋がっているから、給湯流路９は、給水短絡路１８及び排熱回収循環流路７の一部を経由して熱利用循環流路８とも繋がっている。
前記した様に、給水流路５０は、外部の給水源から湯水を供給するための流路であるから、外部から供給された冷水を給水短絡路１８及び排熱回収循環流路７の一部を経由して熱利用循環流路８に流し込むことができ、外部から供給された冷水を熱利用循環流路８に設けられた給湯装置３１で昇温することができる。
【００５８】
また熱利用循環流路８と給湯流路９は、高温湯短絡路１９によって結ばれている。
そのため給湯装置３１で昇温された湯水を給湯流路９に導入することができる。
即ち本実施形態では、熱利用循環流路８の給湯装置３１の下流側に高温湯短絡路１９が設けられ、高温湯短絡路１９の末端が湯通路５２に接続されている。また高温湯短絡路１９には開閉弁３４が設けられている。
【００５９】
次に、熱供給用熱交換器（熱器具用熱交換器３８と風呂追い焚き用熱交換器４２）の二次側に接続された流路について簡単に説明する。
熱器具用熱交換器３８の二次側には、前記した様に暖房器具６３ａ，６３ｂに熱媒体を供給する流路が接続されている。
熱媒体を供給する流路は、ファンコンベクタ等に高温の熱媒体を供給する高温熱媒体往き流路６０と、床暖房器具等に低温の熱媒体を供給する低温熱媒体往き流路６１と、両者から熱媒体が戻される熱媒戻り流路６２を備えている。
【００６０】
熱媒戻り流路６２から戻された熱媒体は、膨張タンク６４を経て暖房用ポンプ６５に入り、暖房用ポンプ６５で加圧されて熱器具用熱交換器３８の入り側に導入され、熱器具用熱交換器３８で昇温されて高温熱媒体往き流路６０に送り出される。
【００６１】
一方、暖房用ポンプ６５の吐出側は分岐されて低温熱媒体往き流路６１に接続されており、熱媒戻り流路６２を流れる熱媒体の一部が、昇温されることなく床暖房器具６３ａ等に供給される。
高温熱媒体往き流路６０と低温熱媒体往き流路６１の間にはバイパス流路７２が設けれ、当該バイパス流路７２には逆止弁７３が介在されている。
低温熱媒体往き流路６１と熱媒戻り流路６２の間にもバイパス流路７４が設けられている。
【００６２】
風呂追い焚き用熱交換器４２の二次側は、追い焚き循環流路７１が接続されている。追い焚き循環流路７１には風呂ポンプ６９が設けられている。
また追い焚き循環流路７１と給湯流路９との間に落とし込み流路６７が設けられている。落とし込み流路６７には開閉弁６８が設けられている。
【００６３】
本実施形態のコージェネレーションシステム１は、制御手段８０によって動作が制御されている。制御手段８０は、従来公知のコージェネレーションシステムが備えているものと同様のものであり、例えばＣＰＵや所定の制御プログラムが内蔵されたメモリなどを備えた構成とすることができる。制御手段８０は、各部に設けられたセンサ類の検知信号や、メモリに記憶されているデータ等に基づいてコージェネレーションシステム１の各部に設けられた弁や発電装置２、給湯装置３１等の動作を制御し、コージェネレーションシステム１の総合エネルギー効率の最適化を図る構成とされている。
【００６４】
続いて、本実施形態のコージェネレーションシステム１の動作について、図面を参照しながら詳細に説明する。コージェネレーションシステム１は、貯留モード、給湯モード、暖房モード、並びに、迂回モードを含む動作モード群から動作モードを選択して動作することができる。コージェネレーションシステム１は、貯留モードと給湯モードと暖房モードをそれそれ単独で実施することも、組み合わせて実施することも可能である。以下、コージェネレーションシステム１の動作について、各動作モード毎に説明する。
【００６５】
（貯留モード）
貯留モードは、排熱回収ポンプ２５を作動させることにより、図２に太線や矢印で示すように排熱回収循環流路７内に水流を発生させ、発電装置２の動作に伴って発生する排熱（熱エネルギー）を回収して湯水を加熱し、この湯水を貯留タンク１０に貯留する動作モードである。貯留モードは、加熱戻り側流路２２を貯留タンク１０側に向けて流れる湯水の温度が所定温度以上であることを条件として実施される動作モードである。
【００６６】
コージェネレーションシステム１が貯留モードで動作する場合、制御手段８０から発信される制御信号に基づき、三方弁２８が給水短絡路１８に対して閉じ、加熱戻り側流路２２を貯留タンク１０の頂部接続部１１ａに対して開いた状態に調整する。
またもう一つの三方弁２６は、開口ａと開口ｂとが連通し、他の開口間が閉塞する状態とする。即ち熱利用循環流路８を開き、熱回収・熱利用第２短絡路１７を閉じる状態に調節されている。
【００６７】
また、貯留モードを単独で動作する場合は、熱利用循環流路８の熱循環ポンプ１５は停止しておく。
高温湯短絡路１９に設けられた開閉弁３４は閉じる。
【００６８】
上記したようにして三方弁２８，２６、開閉弁３４の開度調整をした状態で排熱回収ポンプ２５を作動させると、図２に矢印で示すような湯水の循環流が発生する。さらに具体的には、コージェネレーションシステム１が貯留モードで動作する場合は、排熱回収ポンプ２５の作動に伴って貯留タンク１０の底部側に貯留されている低温の湯水が、底部接続部１２ａから加熱往き側流路２１に吸い出され、発電装置２に供給される。これにより、貯留タンク１０から吸い出された湯水が発電装置２内の熱回収用熱交換器６に供給され、発電装置２が冷却されると共に、発電装置２の作動に伴って発生した熱エネルギーが熱回収用熱交換器６に供給された湯水に吸収される。熱回収用熱交換器６において熱交換加熱された湯水は、加熱戻り側流路２２を介して頂部接続部１１ａから貯留タンク１０内に戻される。これにより、貯留タンク１０内の湯水が徐々に加熱される。
【００６９】
なお本実施形態では、図２の様に排熱回収循環流路７は熱回収・熱利用第１短絡路３５によって熱利用循環流路８と接続されているが、圧力バランスが機能しており、排熱回収循環流路７の湯水が、熱利用循環流路８に流れ込むことはない。言い換えると、熱回収・熱利用第１短絡路３５に水流は起こらない。
即ち前記した様に、コージェネレーションシステム１が貯留モードで動作する場合、制御手段８０から発信される制御信号に基づき、三方弁２８が給水短絡路１８に対して閉じている。また高温湯短絡路１９に設けられた開閉弁３４についても閉じられている。そのため、熱利用循環流路８は、熱回収・熱利用第１短絡路３５を除いて湯水の出入口がなく、排熱回収循環流路７に水流が生じて熱回収・熱利用第１短絡路３５の、排熱回収循環流路７が高圧状態となっても、閉空間たる熱利用循環流路８は排熱回収循環流路７と同一の圧力となって湯水の流入を許さない。
そのため本実施形態では、熱回収・熱利用第１短絡路３５に開閉弁は無いが、熱回収・熱利用第１短絡路３５に通水は発生しない。なお本発明は、熱回収・熱利用第１短絡路３５に開閉弁を設けることを排除するものではない。
【００７０】
前記した様に、貯留モードは、加熱戻り側流路２２を貯留タンク１０側に向けて流れる湯水の温度が所定温度以上であることを条件として実施される動作モードであるが、加熱戻り側流路２２を流れる湯水の温度が低い場合には、貯留タンク１０内の温度成層を壊すことを防ぐために、タンクバイパス循環流路２０に湯水を通す。
【００７１】
即ちコージェネレーションシステム１の運転初期は、発電装置２側から熱回収装置３に送られる湯の温度が低く、貯留するのに適さないから、図５に太線や矢印で示すように水流を発生させ、発電装置２で昇温した湯水をそのまま加熱往き側流路２１を介して発電装置２側に戻す。
より具体的には、熱利用循環流路８に設けられた三方弁２６を、開口ａと開口ｃとが連通し、他の開口間が閉塞する状態とする。即ち熱回収・熱利用第２短絡路１７を開き、熱利用循環流路８間の連通を阻止する。
また三方弁２８は、給水短絡路１８と加熱戻り側流路２２の間が開き、貯留タンク１０の頂部接続部１１ａに対して閉じた状態に調整する。
【００７２】
その結果、発電装置２から加熱戻り側流路２２、熱回収・熱利用第１短絡路３５、熱利用循環流路８の一部１６、三方弁２６、熱回収・熱利用第２短絡路１７、加熱往き側流路２１を経て発電装置２に戻る一連の流路が開く。
また熱利用循環流路８を見ると、三方弁２６が熱利用循環流路８間の連通を阻止しているので、給湯等が行われておらず開閉弁３４が閉じているならば熱利用循環流路８は閉空間であり、熱利用循環流路８の他の部位に湯水が混入することはない。
なお排熱回収循環流路７の加熱戻り側流路２２から、三方弁２８に入り、さらに給水短絡路１８を逆流する流路は、逆止弁３７に阻まれて閉鎖されており、当該流路に水流は発生しない。
【００７３】
（タンク内の湯のみによる給湯モード）
タンク内の湯のみによる給湯モードは、上記した貯留モードによって貯留タンク１０内に貯留された高温の湯水を利用して給湯を行う動作モードである。コージェネレーションシステム１が給湯モードで動作する場合、図４に太線や矢印で示すように給湯流路９内に水流を発生させる。
【００７４】
さらに具体的に説明すると、コージェネレーションシステム１がタンク内の湯のみによる給湯モードで動作する場合、制御手段８０は、高温湯短絡路１９に設けられた開閉弁３４を閉じ、熱利用循環流路８と給水流路５０間の通水を遮断する。また電磁弁５８は閉じた状態にする。
これにより、外部の給水源から供給される低温の湯水が給湯用給水流路５０ｂの本流部５３を介して所定量だけ給湯流路９に合流可能な状態となる。
【００７５】
この状態で図示しないカランを開く等により、入水口３３を介して外部から低温の湯水を導入すると、図４に太線や矢印で示すように、外部の給水源から供給された低温の湯水の一部が給水流路５０を介して底部接続部１２ｂから貯留タンク１０内に流入する。これにより、貯留タンク１０の頂部側に貯留されている高温の湯水が、頂部接続部１１ｂを介して排出され、給湯流路９に流れ込む。即ち、入水口３３から貯留タンク１０の底部に湯水を導入すると、貯留タンク１０の頂部側に溜まっている高温の湯水が頂部側に押し上げられ、湯通路５２に押し出される。
【００７６】
一方、外部の給水源から供給された低温の湯水の残部は、給湯用給水流路５０ｂに流れ込み、本流部５３を介して給湯流路９に導入される。この湯水は、貯留タンク１０の頂部接続部１１ｂから排出され、湯通路５２を流れている湯水と湯水混合弁３２で合流し、所望の温度の湯となる様に混合される。
そして所定の温度となった湯が、出湯口４４から出湯される。
【００７７】
（暖房モード）
暖房モードは、給湯装置３１を燃焼させて熱利用循環流路８内の湯水を昇温し、熱利用循環流路８内の湯水を熱器具用熱交換器３８において熱交換加熱し、これを暖房端末６３ａ，６３ｂに供給する動作モードである。暖房モードが選択されると、図６に太線や矢印で示すように湯水や熱媒体の循環流が発生する。
【００７８】
さらに具体的に説明すると、コージェネレーションシステム１が暖房モードで動作する場合、制御手段８０は、熱利用循環流路８に設けられた三方弁２６を、開口ａと開口ｂとが連通し、他の開口間が閉塞する状態とする。即ち熱利用循環流路８を開き、熱回収・熱利用第２短絡路１７を閉じる状態に調節する。
もう一つの三方弁２８については、いずれの姿勢にあっても構わない。
また暖房モードにおいては、熱器具用熱交換器３８の下流側に設けられた開閉弁２３を開き、風呂追い焚き用熱交換器４２の下流側に設けられた開閉弁２４は閉じ、高温湯短絡路１９の開閉弁３４も閉じる。
このようにして開度調整を行った状態で熱循環ポンプ１５を起動させると、図６に太線や矢印で示すように給湯装置３１及び熱器具用熱交換器３８を通過する熱利用循環流路８に水流が生じる。そして給湯装置３１に点火して、熱利用循環流路８を流れる湯水の温度を上昇させる。
その結果、熱器具用熱交換器３８の一次側に高温の湯が流れ、二次側を流れる熱媒体を昇温する。
【００７９】
なお前記した様に、三方弁２８の姿勢については問わず、三方弁２８がいずれの姿勢であっても、熱利用循環流路８の外に湯水は流れ出すことはない。
即ち熱利用循環流路８から、熱回収・熱利用第１短絡路３５を経て排熱回収循環流路７に至る流れは、排熱回収循環流路７が、閉空間であって湯水の出入りが無い故に生じない。
熱利用循環流路８から、熱回収・熱利用第１短絡路３５を経て三方弁２８に入り、さらに給水短絡路１８を逆流する流路は、逆止弁３７に阻まれて閉鎖される。
【００８０】
一方、制御手段８０は、暖房器具６３ａ，６３ｂに熱媒体を供給する暖房側循環流路７０内に設けられた暖房用ポンプ６５を起動し、暖房側循環流路７０内に熱媒体の循環流を発生させる。これにより、熱器具用熱交換器３８において熱利用循環流路８を循環する湯水が持つ熱エネルギーが放出され、暖房側循環流路７０を循環する湯水や熱媒体が熱交換加熱される。熱器具用熱交換器３８において熱交換加熱された湯水や熱媒体は、暖房端末６３ａ，６３ｂに供給され、暖房用の熱源として使用される。
【００８１】
（追い焚きモード）
追い焚きモードにおける動作は、先に説明した暖房モードと略同一であるが、追い焚きモードにおいては、風呂追い焚き用熱交換器４２の下流側に設けられた開閉弁２４を開き、熱器具用熱交換器３８の下流側に設けられた開閉弁２３を閉じる。このようにして開度調整を行った状態で熱循環ポンプ１５を起動させると、図７に太線や矢印で示すように追い焚き用熱交換器４２を通過する熱利用循環流路８に水流が生じる。
【００８２】
また追い焚き循環流路７１に設けられた風呂ポンプ６９を起動し、追い焚き循環流路７１内に熱媒体の循環流を発生させる。これにより、追い焚き用熱交換器４２において熱利用循環流路８を循環する湯水が持つ熱エネルギーが放出され、追い焚き循環流路７１を循環する湯水や熱媒体が熱交換加熱され、浴槽内の湯が昇温される。
【００８３】
なお前記した暖房モードと追い焚きモードを同時に実行してもよい。暖房モードと追い焚きモードを同時に実行した場合における湯水の流れは、図８の通りである。
【００８４】
（貯留・給湯・暖房追い焚きモード）
本実施形態のコージェネレーションシステム１では、前記した主要モードを同時に行うことができる。即ち発電装置２の動作に伴って発生する排熱（熱エネルギー）を回収して湯水を加熱し、この湯水を貯留タンク１０に貯留する貯留モードと、タンク内の湯のみによって給湯を行う給湯モードと、暖房追い焚きモードとを同時に実行することができる。
即ち貯留モードにおける湯水の流れを示す図２と、給湯モードにおける湯水の流れを示す図４と、暖房追い焚きモードにおける湯水の流れを示す図３を重ね合わせて比較すると、３者の湯水の流れるルートに重なる部分がない。そのため排熱回収循環流路７と熱利用循環流路８及び給湯流路９に同時に通水可能であり、かつ前記３流路に同時に通水している状態の時には弁の開閉あるいは流路間の圧力バランスによって３流路間の通水が実質的に遮断される。
【００８５】
より具体的に説明すると、主要モードを同時に行う場合には、制御手段８０から発信される制御信号に基づき、三方弁２８が給水短絡路１８に対して閉じ、加熱戻り側流路２２が貯留タンク１０の頂部接続部１１ａに対して開いた状態に調整する。
またもう一つの三方弁２６は、開口ａと開口ｂとが連通し、他の開口間が閉塞する状態とする。即ち熱利用循環流路８を開き、給水短絡路１８を閉じる状態に調節されている。
高温湯短絡路１９に設けられた開閉弁３４は閉じる。
【００８６】
上記したようにして三方弁２８，２６、開閉弁３４の開度調整をした状態で排熱回収ポンプ２５と熱循環ポンプ１５を作動させる、さらにこの状態で図示しないカランを開く等により、入水口３３を介して外部から低温の湯水を導入すると、図９に矢印で示す様に、排熱回収循環流路７と、熱利用循環流路８と、給湯流路９のそれぞれに湯水の流路が発生する。
そして各流路を流れる湯水は混ざることがない。
即ち前記した様に、排熱回収循環流路７と、熱利用循環流路８、給湯流路９は、熱回収・熱利用第１短絡路３５と、熱回収・熱利用第２短絡路１７と、給水短絡路１８及び高温湯短絡路１９によって接続されている。
より具体的には、排熱回収循環流路７、熱利用循環流路８との間が、熱回収・熱利用第１短絡路３５と、熱回収・熱利用第２短絡路１７によって接続されている。
排熱回収循環流路７と給湯流路９の間は、給水短絡路１８によって接続されている。
熱利用循環流路８と給湯流路９の間は、高温湯短絡路１９によって接続されている。
【００８７】
そして高温湯短絡路１９には、開閉弁３４が設けられている。主要モードを同時に行う場合、前記した開閉弁３４は閉じられており、高温湯短絡路１９が閉鎖されて熱利用循環流路８と給湯流路９の間は閉じられている。
また給水短絡路１８の端部には、三方弁２８の開口ｃがあるが、主要モードを同時に行う場合、前記した三方弁２８の開口ｃは閉じられており、給水短絡路１８が閉鎖されて排熱回収循環流路７と給湯流路９の間も閉じられている。
【００８８】
排熱回収循環流路７と熱利用循環流路８との間に設けられた熱回収・熱利用第２短絡路１７は、三方弁２６の開口ｃに接続されているが、主要モードを同時に行う場合、前記した三方弁２６の開口ｃは閉じられており、熱回収・熱利用第２短絡路１７が閉鎖されて排熱回収循環流路７と熱利用循環流路８の一方の短絡路が閉じられている。
【００８９】
熱回収・熱利用第１短絡路３５には開閉弁は存在しないが、熱回収・熱利用第１短絡路３５は、主要モードを同時に行う場合において、熱回収・熱利用第２短絡路１７が閉鎖されているので、排熱回収循環流路７と熱利用循環流路８とを接続する唯一の開通連通路であり、且つ排熱回収循環流路７についても、熱利用循環流路８についても、閉じられた空間であって、流路外への湯水に出口が無いから、熱回収・熱利用第１短絡路３５についても圧力バランスによって湯水の流通は無い。そのため前記した様に、各流路を流れる湯水は混ざることがなく、他の流路の流れの有無によって、他の流路の流量変化や湯水の温度変化が起きない。
そのため貯留モードの実行中に他の運転モードを実行した場合と、しなかった場合とで、排熱回収循環流路７を流れる湯水の量や温度は変化せず、燃料電池を円滑に運転することができる範囲を外れることがない。
【００９０】
本実施形態のコージェネレーションシステム１は、前記した運転モードの他に、６０通り以上の運転モードで運転を行うことができる。
その中で、比較的重要な運転モードについて説明する。
【００９１】
（給湯装置・貯湯タンク併用給湯モード）
給湯装置・貯湯タンク併用給湯モードは、貯留タンク１０の上部から高温の湯を押し出し、さらに当該湯を給湯装置で昇温して給湯に供する運転モードである。
給湯装置・貯湯タンク併用給湯モードは、貯留タンク１０の湯の温度が低い場合に実行される運転モードである。
【００９２】
コージェネレーションシステム１が給湯装置・貯湯タンク併用給湯モードで動作する場合、図１０に太線や矢印で示すように熱利用循環流路８の一部と給湯流路９の一部内に水流を発生させる。
即ちコージェネレーションシステム１が給湯装置・貯湯タンク併用給湯モードで動作する場合、制御手段８０から発信される制御信号に基づき、三方弁２８が給水短絡路１８に対して閉じ、加熱戻り側流路２２を貯留タンク１０の頂部接続部１１ａに対して開いた状態に調整する。
またもう一つの三方弁２６については、いずれの姿勢にあっても構わない。
高温湯短絡路１９に設けられた開閉弁３４は開き、熱利用循環流路８と給水流路５０間の通水を許容させる。電磁弁５８は閉じる。
また熱器具用熱交換器３８の下流側に設けられた開閉弁２３及び風呂追い焚き用熱交換器４２の下流側に設けられた開閉弁２４は共に閉じる。
【００９３】
給湯装置・貯湯タンク併用給湯モードで動作する場合、発電装置２内の排熱回収ポンプ２５は停止する。熱利用循環流路８の熱循環ポンプ１５は運転する。
この状態で図示しないカランを開く等により、入水口３３を介して外部から低温の湯水を導入すると、図１０に太線や矢印で示すように、外部の給水源から供給された低温の湯水の一部が給水流路５０を介して底部接続部１２ｂから貯留タンク１０内に流入する。これにより、貯留タンク１０の頂部側に貯留されている高温の湯水が、頂部接続部１１ａから押し出される。ここで本実施形態では、熱利用循環流路８の熱循環ポンプ１５が運転しているから、貯留タンク１０からの湯は、頂部接続部１１ａ側から押し出され、三方弁２８の開口ｂ、開口ａを経由して加熱戻り側流路２２の一部を逆流し、さらに熱回収・熱利用第１短絡路３５を経て、熱利用循環流路８に入る。
そして熱利用循環流路８内で湯水が給湯装置３１で加熱され、高温湯短絡路１９を経て給湯流路９の下流側に流れ込む。即ち、入水口３３から貯留タンク１０の底部に湯水を導入すると、貯留タンク１０の頂部側に溜まっている高温の湯水が頂部側に押し上げられ、熱利用循環流路８に流れ込み、湯水は、給湯装置３１で加熱される。そして高温湯短絡路１９に設けられた開閉弁３４が開いているから、熱利用循環流路８で加熱された湯水は、湯水混合弁３２の上流側に流れ込み、給湯流路９の下流側に入る。
【００９４】
一方、外部の給水源から供給された低温の湯水の残部は、給湯用給水流路５０ｂに流れ込み、本流部５３を介して給湯流路９に導入される。この湯水は、熱利用循環流路８で加熱された湯水と湯水混合弁３２で合流し、所望の温度の湯となる様に混合され、出湯口４４から出湯される。
【００９５】
（給湯装置単独給湯モード）
給湯装置単独給湯モードは、貯留タンク１０の湯水を全く使用せず、入水された水を給湯装置で昇温して給湯に供する運転モードである。
【００９６】
コージェネレーションシステム１が給湯装置単独給湯モードで動作する場合、図１１に太線や矢印で示すように熱利用循環流路８の一部と給湯流路９の一部内に水流を発生させる。
即ちコージェネレーションシステム１が給湯装置単独給湯モードで動作する場合、三方弁２８が開口ａと開口ｃを連通する様に調節する。即ち給水短絡路１８と加熱戻り側流路２２を連通させ、貯留タンク１０の頂部接続部１１ａに至る流路を閉じる。
またもう一つの三方弁２６については、熱利用循環流路８を閉じる姿勢に調節する。
高温湯短絡路１９に設けられた開閉弁３４は開き、熱利用循環流路８と給水流路５０間の通水を許容させる。電磁弁５８は閉じる。
熱器具用熱交換器３８の下流側に設けられた開閉弁２３及び風呂追い焚き用熱交換器４２の下流側に設けられた開閉弁２４は共に閉じる。
【００９７】
給湯装置単独給湯モードで動作する場合、発電装置２内の排熱回収ポンプ２５は停止する。熱利用循環流路８の熱循環ポンプ１５も運転を停止する。
この状態で図示しないカランを開く等により、入水口３３を介して外部から低温の湯水を導入すると、図１１に太線や矢印で示すように、外部の給水源から供給された低温の湯水の一部が給水流路５０から、給水短絡路１８に入り、三方弁２８の開口ｃ、開口ａを経由して加熱戻り側流路２２の一部を逆流し、さらに熱回収・熱利用第１短絡路３５を経て、熱利用循環流路８に入る。
そして熱循環ポンプ１５を経由して給湯流路９に流れ込む。即ち、入水口３３から冷水を導入すると、冷水が貯留タンク１０を通過することなく熱利用循環流路８に流れ込み、当該冷水は、給湯装置３１で加熱される。そして高温湯短絡路１９に設けられた開閉弁３４が開いているから、熱利用循環流路８で加熱された湯水は、給湯流路９に流れ込む。
【００９８】
一方、外部の給水源から供給された低温の湯水の残部は、給湯用給水流路５０ｂに流れ込み、本流部５３を介して給湯流路９に導入される。この湯水は、熱利用循環流路８で加熱された湯水と湯水混合弁３２で合流し、所望の温度の湯となる様に混合され、出湯口４４から出湯される。
【００９９】
（貯湯タンク熱利用の暖房・追い焚きモード）
貯湯タンク熱利用の暖房・追い焚きモードは、貯留タンク１０の上部から高温の湯を押し出し、この湯を利用して暖房や追い焚きを行う運転モードである。
【０１００】
コージェネレーションシステム１が貯湯タンク熱利用の暖房・追い焚きモードで動作する場合、図１２に太線や矢印で示すように熱利用循環流路８内に水流を発生させる。
即ちコージェネレーションシステム１が貯湯タンク熱利用の暖房・追い焚きモードで動作する場合、三方弁２８が開口ｂと開口ａが連通する状態とする。即ち給水短絡路１８に対して閉じ、加熱往き上流側流路２１ａを貯留タンク１０の頂部接続部１１ａに対して開いた状態に三方弁２８を調整する。
またもう一つの三方弁２６は、開口ｃと開口ｂが連通する状態とする。
即ち熱器具用熱交換器３８の下流側及び風呂追い焚き用熱交換器４２の下流側と、熱回収・熱利用第２短絡路１７とが連通する状態とする。
【０１０１】
また熱器具用熱交換器３８の下流側に設けられた開閉弁２３及び風呂追い焚き用熱交換器４２の下流側に設けられた開閉弁２４は共に開く。
高温湯短絡路１９に設けられた開閉弁３４は閉じる。
【０１０２】
また、貯湯タンク熱利用の暖房・追い焚きモードで動作する場合、発電装置２内の排熱回収ポンプ２５は停止する。熱利用循環流路８の熱循環ポンプ１５は運転する。給湯装置３１は、燃焼させない。
その結果、熱循環ポンプ１５、給湯装置３１、熱器具用熱交換器３８及び風呂追い焚き用熱交換器４２、同開閉弁２３，２４、三方弁２６の開口ｂ，開口ｃ、熱回収・熱利用第２短絡路１７、貯留タンク１０の底部接続部１２ａ、貯留タンク１０の頂部接続部１１ａ，三方弁２８の開口ｂ，開口ａ、加熱戻り側流路２２、熱回収・熱利用第１短絡路３５、熱循環ポンプ１５に至る一連の環状流路が開き、当該環状流路に水流が発生する。
【０１０３】
そのため、貯留タンク１０の頂部側に貯留されている高温の湯水が、頂部接続部１１ａから押し出され、熱器具用熱交換器３８及び風呂追い焚き用熱交換器４２を通過し、熱利用循環流路８を循環する湯水が持つ熱エネルギーが放出され、暖房側循環流路７０等を循環する湯水や熱媒体が熱交換加熱される。熱器具用熱交換器３８及び風呂追い焚き用熱交換器４２において熱交換加熱された湯水や熱媒体は、暖房端末６３ａ，６３ｂや浴槽に供給され、熱源として使用される。
【０１０４】
（貯湯タンク再加熱モード）
貯湯タンク再加熱モードは、給湯装置３１を利用して貯湯タンク１０内の湯水の温度を昇温する運転モードである。
即ち貯湯タンク１０内の湯水は、殺菌のために一定期間ごとに高温状態にすることが望ましい。貯湯タンク再加熱モードは、給湯装置３１を利用して貯湯タンク１０内の湯水の温度を相当の高温にし、内部を殺菌するものである。
【０１０５】
コージェネレーションシステム１が貯湯タンク再加熱モードで動作する場合、図１３に太線や矢印で示すように水流を発生させる。
即ちコージェネレーションシステム１が貯湯タンク再加熱モードで動作する場合、三方弁２６は、開口ａと開口ｃが連通する状態とする。
即ち熱循環ポンプ１５の吸い込み側と、熱回収・熱利用第２短絡路１７とが連通する状態とする。
もう一つの三方弁２８については、いずれの姿勢にあっても構わない。
また熱器具用熱交換器３８の下流側に設けられた開閉弁２３及び風呂追い焚き用熱交換器４２の下流側に設けられた開閉弁２４は開閉いずれであっても構わない。
高温湯短絡路１９に設けられた開閉弁３４は開く。
【０１０６】
また、貯湯タンク再加熱モードで動作する場合、発電装置２内の排熱回収ポンプ２５は停止する。熱利用循環流路８の熱循環ポンプ１５は運転する。給湯装置３１は、燃焼させる。
その結果、熱循環ポンプ１５、給湯装置３１、高温湯短絡路１９、開閉弁３４、湯通路５２、貯留タンク１０の頂部接続部１１ｂ、貯留タンク１０の底部接続部１２ａ、加熱往き側流路２１、熱回収・熱利用第２短絡路１７、三方弁２６の開口ｃ，開口ａ、熱循環ポンプ１５に至る一連の環状流路が開き、当該環状流路に水流が発生する。
【０１０７】
そのため、貯留タンク１０の底側から、冷水が抜き出され、給湯装置３１で加熱昇温されて、貯留タンク１０に上方側から戻される。
その結果、貯留タンク１０内が沸き上げられ、殺菌される。
【０１０８】
以上説明した実施形態では、給水短絡路１８と熱回収・熱利用第２短絡路１７にそれぞれ三方弁２８，２６を取り付けたが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、それぞれの位置に二つづつ二方弁を設け、流路の切り換えを行ってもよい。
また、図１４の様に給水短絡路１８に設けた三方弁２８を二方弁８１に代え、さらに給水短絡路１８を廃した構成にしても、貯留・給湯・暖房追い焚きモードによる運転は可能であり、且つ各流路を流れる湯水は混ざることがなく、他の流路の流れの有無によって、他の流路の流量変化や湯水の温度変化が起きない。
そのため貯留モードの実行中に他の運転モードを実行した場合と実行しなかった場合とで、排熱回収循環流路７を流れる湯水の量や温度は変化せず、燃料電池を円滑に運転することができる範囲を外れることがない。
【０１０９】
ただし、図１４の様に二方弁８１を採用すると、前記した給湯装置単独給湯モードによる運転ができなくなる弊害がある。
【０１１０】
同様に、図１５の様に熱回収・熱利用第２短絡路１７に設けた三方弁２６を二方弁８２に代えても、貯留・給湯・暖房追い焚きモードによる運転は可能であり、且つ各流路を流れる湯水は混ざることがなく、他の流路の流れの有無によって、他の流路の流量変化や湯水の温度変化が起きない。
そのため貯留モードの実行中に他の運転モードを実行した場合と実行しなかった場合とで、排熱回収循環流路７を流れる湯水の量や温度は変化せず、燃料電池を円滑に運転することができる範囲を外れることがない。
【０１１１】
ただし、図１５の様に二方弁８２を採用すると、前記した貯湯タンク熱利用の暖房・追い焚きモードによる運転ができなくなる弊害がある。
【０１１２】
前記した実施形態では、熱利用循環流路８に暖房機器用熱交換器と、風呂追い焚き用熱交換器を設けたが、いずれか一方だけを持つものであってもよい。また暖房機器に熱媒体を送る機能や、追い焚きをする機能を給湯装置に持たせることも考えられる。
図１６は、追い焚き機能を給湯装置に持たせた例を示す作動原理図である。図１６に示すコージェネレーションシステム１では、給湯装置３１に追い焚き用の熱交換器４５が搭載されており、当該熱交換器４５に追い焚き循環流路７１が接続されている。
【０１１３】
上記した各コージェネレーションシステム１は、燃料電池を使用するコージェネレーションシステムであって、給湯の他に、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を持ち、かつ従来に比べて部品点数が少ない。
【符号の説明】
【０１１４】
１    コージェネレーションシステム
２    発電装置（主熱源機）
３    熱回収装置
５    発熱部
６    熱交換器（熱回収用熱交換器）
７    排熱回収循環流路
８    熱利用循環流路
９    給湯流路
１０    貯留タンク
１１ａ，１１ｂ  頂部接続部
１２ａ．１２ｂ  底部接続部
１５    熱循環ポンプ
１７    熱回収・熱利用第２短絡路
１８    給水短絡路
１９    高温湯短絡路
２０    タンクバイパス循環流路
２１    加熱往き側流路
２２    加熱戻り側流路
２３    開閉弁
２４    開閉弁
２５    排熱回収ポンプ
２６    三方弁
２８    三方弁
３１    給湯装置（補助熱源機）
３３    入水口
３４    開閉弁
３５    熱回収・熱利用第１短絡路
３８    熱器具用熱交換器（熱供給用熱交換器）
４１    バーナー
４２    風呂追い焚き用熱交換器（熱供給用熱交換器）
４４    出湯口
５０    給水流路
５２    湯通路
７０    暖房循環流路
７１    追い焚き循環流路
【図１】
2010276306.tif 000003
【図２】
2010276306.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010276306.tif 000007
【図６】
2010276306.tif 000008
【図７】
2010276306.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010276306.tif 000011
【図１０】
2010276306.tif 000012
【図１１】
2010276306.tif 000013
【図１２】
2010276306.tif 000014
【図１３】
2010276306.tif 000015
【図１４】
2010276306.tif 000016
【図１５】
2010276306.tif 000017
【図１６】
2010276306.tif 000018
【図１７】
2010276306.tif 000019
【図１８】
2010276306.tif 000020