(57)【要約】【課題】貯湯槽への給水及び貯湯用循環路への水張りを空気が巻き込まれないように行えながら、運転開始に要する時間を短縮し得るコージェネレーションシステム及びそのコージェネレーションシステムの運転方法を提供する。【解決手段】給水路１を通流する水の流量を検出する給水流量検出手段５１が設けられ、制御手段７が、運転開始指令に基づいて、給水手段４の給水作動を開始し、その開始後、給水流量検出手段５１の検出情報に基づいて、給水路１から空気が抜け、且つ、貯湯槽３内の水位が貯湯槽３における貯湯用循環路５への槽内水の取り出し口５ｇよりも上部に達する循環開始許容条件が満たされたことを検知すると、貯湯用循環手段６の作動を開始する運転開始時制御を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置と、
槽底部側に給水路が接続され且つ槽上部側に給湯路が接続された貯湯槽と、
前記給水路を通して前記貯湯槽に給水する給水手段と、
槽底部側から取り出した槽内水を槽上部側に戻す形態で、前記貯湯槽の槽内水を前記熱電併給装置を通過させて貯湯用循環路を通して循環させる貯湯用循環手段と、
運転を制御する制御手段とが設けられたコージェネレーションシステムであって、
前記給水路を通流する水の流量を検出する給水流量検出手段が設けられ、
前記制御手段が、運転開始指令に基づいて、前記給水手段の給水作動を開始し、その開始後、前記給水流量検出手段の検出情報に基づいて、前記給水路から空気が抜け、且つ、前記貯湯槽内の水位が前記貯湯槽における前記貯湯用循環路への槽内水の取り出し口よりも上部に達する循環開始許容条件が満たされたことを検知すると、前記貯湯用循環手段の作動を開始する運転開始時制御を実行するコージェネレーションシステム。
【請求項２】
予め、前記取り出し口を水没させるのに必要な前記貯湯槽への最少の給水量が、設定下限給水量として設定され、
前記循環開始許容条件が、前記給水流量検出手段の検出値の積算値が前記設定下限給水量以上となる条件に設定されている請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記循環開始許容条件が、前記給水流量検出手段の検出値の変動度合が所定の設定度合よりも小さくなる条件に設定されている請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記熱電併給装置が、供給される炭化水素系の原燃料と水蒸気とを改質バーナの加熱により改質反応させる改質器を備えて、水素ガスを主成分とする水素含有ガスを生成する水素含有ガス生成部と、前記水素含有ガス生成部を加熱する電気ヒータと、前記水素含有ガス生成部から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池発電部と、冷却用流体を前記燃料電池発電部と排熱回収用熱交換器とを巡らせて冷却用循環路を通して循環させる冷却用循環手段とを備えた燃料電池発電装置にて構成され、
前記貯湯用循環路が、前記貯湯槽の槽内水を前記排熱回収用熱交換器を巡らせて通流させるように設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
前記制御手段が、前記運転開始時制御において、前記貯湯用循環手段の作動を開始するのに基づいて、前記電気ヒータの作動、及び、前記改質バーナの燃焼を開始するように構成されている請求項４に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項６】
前記改質バーナにガス燃料を供給するバーナ燃料供給路に、ガス燃料の圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、
前記制御手段が、前記運転開始時制御において、前記貯湯用循環手段の作動の開始と同時又は略同時に、前記電気ヒータの作動を開始し、前記貯湯用循環手段の作動の開始後、前記圧力検出手段の検出値が所定の設定圧力以上になると、前記改質バーナの燃焼を開始するように構成されている請求項５に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項７】
前記燃料電池発電部の温度を検出する温度検出手段と、
前記貯湯用循環手段の作動の開始後、所定の設定時間の間に、前記温度検出手段の検出値が所定の設定温度以上になると、水張り異常を示す情報を出力する水張り異常出力手段とが設けられている請求項４〜６のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項８】
電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置と、
槽底部側に給水路が接続され且つ槽上部側に給湯路が接続された貯湯槽と、
前記給水路を通して前記貯湯槽に給水する給水手段と、
槽底部側から取り出した槽内水を槽上部側に戻す形態で、前記貯湯槽の槽内水を前記熱電併給装置を通過させて貯湯用循環路を通して循環させる貯湯用循環手段と、
運転を制御する制御手段とが設けられたコージェネレーションシステムの運転方法であって、
前記給水路を通流する水の流量を検出する給水流量検出手段を設け、
前記給水手段の給水作動を開始し、その開始後、前記給水流量検出手段の検出情報に基づいて、前記給水路から空気が抜け、且つ、前記貯湯槽内の水位が前記貯湯槽における前記貯湯用循環路への槽内水の取り出し口よりも上部に達する循環開始許容条件が満たされたことを検知すると、前記貯湯用循環手段の作動を開始する始動運転を行うコージェネレーションシステムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置と、槽底部側に給水路が接続され且つ槽上部側に給湯路が接続された貯湯槽と、前記給水路を通して前記貯湯槽に給水する給水手段と、槽底部側から取り出した槽内水を槽上部側に戻す形態で、前記貯湯槽の槽内水を前記熱電併給装置を通過させて貯湯用循環路を通して循環させる貯湯用循環手段と、運転を制御する制御手段とが設けられたコージェネレーションシステム、及び、そのコージェネレーションシステムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかるコージェネレーションシステムは、熱電併給装置の発電電力を電気機器等にて消費し、熱電併給装置から発生する熱を回収することにより貯湯槽に貯湯して、その貯湯槽の槽内水を台所や風呂等にて消費するものである。
説明を加えると、貯湯用循環手段により、槽底部側から取り出した槽内水を槽上部側に戻す形態で貯湯槽の槽内水が貯湯用循環路を通して循環されながら、その貯湯用循環路を通流する槽内水が熱電併給装置から発生する熱にて加熱されることにより、貯湯槽に槽内水が温度成層を形成する状態で貯留される。ちなみに、熱電併給装置は、燃料電池やエンジン駆動式の発電機等にて構成される。
【０００３】
ところで、このようなコージェネレーションシステムでは、対象箇所に据え付けたとき等、貯湯槽が空であると共に貯湯用循環路に水が満たされていないときには、通常の運転を行う前に、貯湯槽への給水及び貯湯用循環路への水張りを行う始動運転が行われる。そして、始動運転が行われる際に、貯湯槽や貯湯用循環路に空気が巻き込まれてしまうと、例えば、熱電併給装置の作動や、給湯路を通流する湯水を補助的に加熱する燃焼式の補助加熱器の作動等に支障を来たす虞があるので、始動運転は、貯湯槽や貯湯用循環路に空気が巻き込まれないように行われる必要がある。
【０００４】
そこで、従来、このようなコージェネレーションシステムの始動運転では、運転開始指令に基づいて、給水手段の給水作動を開始し、その開始後、貯湯槽内が満タンになったことを検知すると、貯湯用循環手段の作動を開始するように構成されていた（例えば、特許文献１参照。）。
尚、上記の特許文献１には記載されていないが、貯湯槽内が満タンになったことを検知する手法としては、例えば、貯湯槽内の頂部の槽内水の温度が給水路を通して貯湯槽に給水される水の温度と同等になることに基づく手法や、貯湯槽内の頂部の圧力が所定の設定圧力以上になることに基づく手法が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２２５５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、給水手段による給水により貯湯槽内を空の状態から満タンにするには、比較的長時間を要するので、従来のコージェネレーションシステムでは、始動運転に要する時間が長くなり、運転開始に要する時間が長いという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、貯湯槽への給水及び貯湯用循環路への水張りを空気が巻き込まれないように行えながら、運転開始に要する時間を短縮し得るコージェネレーションシステム及びそのコージェネレーションシステムの運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るコージェネレーションシステムは、電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置と、槽底部側に給水路が接続され且つ槽上部側に給湯路が接続された貯湯槽と、前記給水路を通して前記貯湯槽に給水する給水手段と、槽底部側から取り出した槽内水を槽上部側に戻す形態で、前記貯湯槽の槽内水を前記熱電併給装置を通過させて貯湯用循環路を通して循環させる貯湯用循環手段と、運転を制御する制御手段とが設けられたコージェネレーションシステムであって、
その特徴構成は、前記給水路を通流する水の流量を検出する給水流量検出手段が設けられ、
前記制御手段が、運転開始指令に基づいて、前記給水手段の給水作動を開始し、その開始後、前記給水流量検出手段の検出情報に基づいて、前記給水路から空気が抜け、且つ、前記貯湯槽内の水位が前記貯湯槽における前記貯湯用循環路への槽内水の取り出し口よりも上部に達する循環開始許容条件が満たされたことを検知すると、前記貯湯用循環手段の作動を開始する運転開始時制御を実行する点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、運転開始指令が指令されると、制御手段により運転開始時制御が実行され、その運転開始時制御では、運転開始指令に基づいて、給水手段の給水作動が開始され、その開始後、給水流量検出手段の検出情報に基づいて、給水路から空気が抜け、且つ、貯湯槽内の水位が貯湯槽における貯湯用循環路への槽内水の取り出し口よりも上部に達する循環開始許容条件が満たされたことが検知されると、貯湯用循環手段の作動が開始される。
つまり、給水手段の給水作動の開始後、所定の循環開始許容条件が満たされたことが検知されると、貯湯用循環手段の作動が開始されるので、給水手段の給水作動の開始後、貯湯槽が満タンになる前に、貯湯用循環手段の作動が開始されることになり、始動運転に要する時間を短縮して、運転開始に要する時間を短縮することができる。
そして、循環開始許容条件は、給水路から空気が抜け、且つ、貯湯槽内の水位が貯湯槽における貯湯用循環路に対する取り出し口よりも上部に達する条件に定められているので、貯湯槽が満タンになる前に貯湯用循環手段の作動が開始されても、貯湯槽や貯湯用循環路に空気が巻き込まれるのを回避することができる。
従って、貯湯槽への給水及び貯湯用循環路への水張りを空気が巻き込まれないように行えながら、運転開始に要する時間を短縮し得るコージェネレーションシステムを提供することができる。
【００１０】
本発明に係るコージェネレーションシステムの更なる特徴構成は、
予め、前記取り出し口を水没させるのに必要な前記貯湯槽への最少の給水量が、設定下限給水量として設定され、
前記循環開始許容条件が、前記給水流量検出手段の検出値の積算値が前記設定下限給水量以上となる条件に設定されている点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、循環開始許容条件が、給水流量検出手段の検出値の積算値が設定下限給水量以上となる条件に設定されているので、貯湯槽における貯湯用循環路に対する取り出し口が水没した後に、貯湯用循環手段の作動が開始されるようにすることが可能となる。
つまり、貯湯槽における貯湯用循環路に対する取り出し口が水没する程度にまで、給水路を通して貯湯槽に給水されると、給水路の空気は十分に抜けていると考えられ、そして、そのように取り出し口が水没した状態で、貯湯槽内の槽内水がその取り出し口に吸い込まれるので、貯湯用循環路に空気が巻き込まれることがない。
従って、始動運転において、空気の巻き込みを的確に防止しながら、貯湯槽への給水及び貯湯用循環路への水張りを行うことができる。
【００１２】
本発明に係るコージェネレーションシステムの更なる特徴構成は、
前記循環開始許容条件が、前記給水流量検出手段の検出値の変動度合が所定の設定度合よりも小さくなる条件に設定されている点にある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、循環開始許容条件が、給水流量検出手段の検出値の変動度合が設定度合よりも小さくなる条件に設定されているので、給水路の空気が十分に抜けてから、貯湯用循環手段の作動が開始されるようにすることが可能となる。
つまり、給水路に空気が残存していると、給水流量検出手段の検出値の変動が大きいので、給水流量検出手段の検出値の変動度合が小さくなるほど、給水路からの空気の抜けが進行していると考えられ、しかも、給水路から空気が十分に抜ける程度にまで貯湯槽に給水されると、貯湯槽の槽底部側に設けられた取り出し口は水没していると考えられる。そこで、設定度合を所定の値に設定して、給水流量検出手段の検出値の変動度合が設定度合よりも小さくなると、貯湯用循環手段の作動が開始されるようにすることにより、貯湯槽が満タンになる前に貯湯用循環手段の作動が開始されても、貯湯槽や貯湯用循環路に空気が巻き込まれるのを的確に回避することができるのである。
従って、始動運転において、空気の巻き込みを的確に防止しながら、貯湯槽への給水及び貯湯用循環路への水張りを行うことができる。
【００１４】
本発明に係るコージェネレーションシステムの更なる特徴構成は、
前記熱電併給装置が、供給される炭化水素系の原燃料と水蒸気とを改質バーナの加熱により改質反応させる改質器を備えて、水素ガスを主成分とする水素含有ガスを生成する水素含有ガス生成部と、前記水素含有ガス生成部を加熱する電気ヒータと、前記水素含有ガス生成部から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池発電部と、冷却用流体を前記燃料電池発電部と排熱回収用熱交換器とを巡らせて冷却用循環路を通して循環させる冷却用循環手段とを備えた燃料電池発電装置にて構成され、
前記貯湯用循環路が、前記貯湯槽の槽内水を前記排熱回収用熱交換器を巡らせて通流させるように設けられている点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、電気ヒータにより水素含有ガス生成部が加熱されると共に、改質バーナにより改質器が加熱される状態で、水素含有ガス生成部において水素含有ガスが生成され、並びに、燃料電池発電部において、水素含有ガス生成部から供給される水素含有ガスと別途供給される空気との電気化学反応により発電される。
そして、燃料電池発電部において電気化学反応により発生する熱が、冷却用循環路を通して循環される冷却用流体に回収され、並びに、排熱回収用熱交換器での熱交換により、冷却用循環路を通して循環される冷却用流体の保有熱が貯湯用循環路を通して循環される貯湯槽の槽内水に回収されることにより、貯湯槽に貯湯される。
従って、熱電併給装置として燃料電池発電装置を用いたコージェネレーションシステムにおいて、貯湯槽への給水及び貯湯用循環路への水張りを空気が巻き込まれないように行えながら、運転開始に要する時間を短縮することができるようになった。
【００１６】
本発明に係るコージェネレーションシステムの更なる特徴構成は、
前記制御手段が、前記運転開始時制御において、前記貯湯用循環手段の作動を開始するのに基づいて、前記電気ヒータの作動、及び、前記改質バーナの燃焼を開始するように構成されている点にある。
【００１７】
上記特徴構成によれば、運転開始時制御において、貯湯用循環手段の作動が開始されるのに基づいて、電気ヒータの作動及び改質バーナの燃焼が開始される。
従って、電気ヒータの作動及び改質バーナの燃焼の開始が貯湯槽内が満タンになった後に行われる場合に比べて、運転開始に要する時間をより一層短縮することができる。
【００１８】
本発明に係るコージェネレーションシステムの更なる特徴構成は、
前記改質バーナにガス燃料を供給するバーナ燃料供給路に、ガス燃料の圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、
前記制御手段が、前記運転開始時制御において、前記貯湯用循環手段の作動の開始と同時又は略同時に、前記電気ヒータの作動を開始し、前記貯湯用循環手段の作動の開始後、前記圧力検出手段の検出値が所定の設定圧力以上になると、前記改質バーナの燃焼を開始するように構成されている点にある。
【００１９】
上記特徴構成によれば、運転開始時制御において、電気ヒータの作動の開始は、貯湯用循環手段の作動の開始と同時又は略同時に行われ、改質バーナの燃焼の開始は、貯湯用循環手段の作動の開始後、圧力検出手段の検出値が設定圧力以上になると行われる。そして、設定圧力を所定の値に設定することにより、改質バーナの燃焼の開始を、その改質バーナへのガス燃料の供給が安定的に行われるようになってから行われるようにすることが可能となるので、改質バーナを確実に着火して燃焼の開始を適切に行うことができる。
従って、改質バーナの不着火を確実に防止しながら、運転開始に要する時間をより一層短縮することができる。
【００２０】
本発明に係るコージェネレーションシステムの更なる特徴構成は、
前記燃料電池発電部の温度を検出する温度検出手段と、
前記貯湯用循環手段の作動の開始後、所定の設定時間の間に、前記温度検出手段の検出値が所定の設定温度以上になると、水張り異常を示す情報を出力する水張り異常出力手段とが設けられている点にある。
【００２１】
上記特徴構成によれば、貯湯用循環手段の作動の開始後、設定時間の間に、温度検出手段の検出値が所定の設定温度以上になると、水張り異常出力手段により、水張り異常を示す情報が出力される。
つまり、貯湯用循環手段の作動の開始後、燃料電池発電部での発電が開始されるが、貯湯用循環手段の作動の開始後、所定の時間の間に、燃料電池発電部の温度が異常に高くなった場合、その原因は、主として、貯湯用循環路に空気が巻き込まれたことにより、燃料電池発電部を冷却する能力が不足しているためであると考えられる。
そこで、設定時間として、貯湯用循環手段の作動の開始後、燃料電池発電部での発電の開始が可能になるまでに要する時間よりも長くなる条件で設定して、上述のように、温度検出手段の検出値が所定の設定温度以上になると、水張り異常出力手段により水張り異常を示す情報を出力するように構成することにより、貯湯用循環路への水張りが適切に行われなかったことを的確且つ迅速に検知することができ、又、その対策を的確且つ迅速に講じることができる。
【００２２】
本発明に係るコージェネレーションシステムの運転方法は、電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置と、槽底部側に給水路が接続され且つ槽上部側に給湯路が接続された貯湯槽と、前記給水路を通して前記貯湯槽に給水する給水手段と、槽底部側から取り出した槽内水を槽上部側に戻す形態で、前記貯湯槽の槽内水を前記熱電併給装置を通過させて貯湯用循環路を通して循環させる貯湯用循環手段と、運転を制御する制御手段とが設けられたコージェネレーションシステムの運転方法であって、
その特徴構成は、前記給水路を通流する水の流量を検出する給水流量検出手段を設け、
前記給水手段の給水作動を開始し、その開始後、前記給水流量検出手段の検出情報に基づいて、前記給水路から空気が抜け、且つ、前記貯湯槽内の水位が前記貯湯槽における前記貯湯用循環路への槽内水の取り出し口よりも上部に達する循環開始許容条件が満たされたことを検知すると、前記貯湯用循環手段の作動を開始する始動運転を行う点にある。
【００２３】
上記特徴構成によれば、始動運転では、給水手段の給水作動を開始し、その開始後、給水流量検出手段の検出情報に基づいて、給水路から空気が抜け、且つ、貯湯槽内の水位が貯湯槽における貯湯用循環路への槽内水の取り出し口よりも上部に達する循環開始許容条件が満たされたことを検知すると、貯湯用循環手段の作動を開始する。
つまり、給水手段の給水作動の開始後、所定の循環開始許容条件が満たされたことを検知すると、貯湯用循環手段の作動を開始するので、給水手段の給水作動の開始後、貯湯槽が満タンになる前に、貯湯用循環手段の作動を開始することになり、始動運転に要する時間を短縮して、運転開始に要する時間を短縮することができる。
そして、循環開始許容条件は、給水路から空気が抜け、且つ、貯湯槽内の水位が貯湯槽における貯湯用循環路への槽内水の取り出し口よりも上部に達する条件に定められているので、貯湯槽が満タンになる前に貯湯用循環手段の作動を開始しても、貯湯槽や貯湯用循環路に空気が巻き込まれるのを回避することができる。
従って、貯湯槽への給水及び貯湯用循環路への水張りを空気が巻き込まれないように行えながら、運転開始に要する時間を短縮し得るコージェネレーションシステムの運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】コージェネレーションシステムの全体構成を示すブロック図
【図２】燃料電池発電装置の構成を示すブロック図
【図３】制御動作のフローチャートを示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
コージェネレーションシステムは、図１に示すように、電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置Ｃ、槽底部側に給水路１が接続され且つ槽上部側に給湯路２が接続された貯湯槽３、給水路１を通して貯湯槽３に給水する給水手段としての給水用開閉弁４、槽底部側から取り出した槽内水を槽上部側に戻す形態で、貯湯槽３の槽内水を熱電併給装置Ｃを通過させて貯湯用循環路５を通して循環させる貯湯用循環手段としての貯湯用循環ポンプ６、運転を制御する制御手段としての制御部７、及び、その制御部７に運転制御情報を送信する遠隔操作式の操作部８等を備えて構成されている。この操作部８には、各種情報を表示する表示部９も備えられている。
【００２６】
更に、このコージェネレーションシステムには、給湯路２を通流する湯水を補助的に加熱可能な燃焼式の補助加熱器１０、床暖房装置や浴室暖房乾燥装置等の熱消費端末１１に熱を供給するための暖房熱源用熱交換器１２と補助加熱器１０とを巡らせて湯水を循環させるための暖房熱源用循環路１３、浴槽１４の湯水を加熱するための風呂熱源用熱交換器１５と補助加熱器１０とを巡らせて湯水を循環させるための風呂熱源用循環路１６、及び、暖房熱源用循環路１３や風呂熱源用循環路１６を通して湯水を循環させる熱源用循環ポンプ１７が設けられている。
【００２７】
給湯路２の先端には、浴室や台所等に設けられる給湯栓１８が接続されている。
又、暖房熱源用熱交換器１２と熱消費端末１１とを巡らせて熱媒を循環させるための暖房用循環路１９、その暖房用循環路１９を通して熱媒を循環させる暖房用循環ポンプ２０、風呂熱源用熱交換器１５を巡らせて浴槽１４の湯水を循環させるための風呂用循環路２１、及び、その風呂用循環路２１を通して浴槽１４の湯水を循環させる風呂用循環ポンプ２２が設けられている。
【００２８】
次に、コージェネレーションシステムの各部について、説明を加える。
給水路１には、上水道が接続され、電磁弁にて構成される給水用開閉弁４が開かれると、貯湯槽３に水道水が水道圧にて供給される。つまり、給水用開閉弁４が開弁されることにより、給水作動が開始されることになる。尚、貯湯槽３には満タン状態で槽内水が貯留される。
貯湯用循環路５は、貯湯槽３の底部と頂部とに接続され、貯湯用循環ポンプ６の通水作用により、貯湯槽３の底部から取り出した槽内水が貯湯槽３の頂部に戻される形態で貯湯槽３の槽内水が貯湯用循環路５を通して循環され、そのように貯湯用循環路５を通して循環される槽内水が熱電併給装置Ｃから発生する熱で加熱されることにより、貯湯槽３に温度成層を形成する状態で槽内水が貯留されるように構成されている。
そして、給湯栓１８が開かれると、給水路１により貯湯槽３の底部にかかる水道圧により、貯湯槽３の頂部から槽内水が給湯路２を通して給湯栓１８に送出され、そのように貯湯槽３から槽内水が送出されるのに伴って、給水路１を通して水が貯湯槽３の底部に供給される。
【００２９】
給湯路２における上流側の箇所に、上流側三方弁２３が２つのポートを用いて介装され、その上流側三方弁２３の残りのポートに、暖房熱源用循環路１３の一端と風呂熱源用循環路１６の一端とが共に接続され、給湯路２における上流側三方弁２３の介装箇所よりも下流側の箇所から分岐路２ｂが分岐され、その分岐路２ｂの先端に、下流側三方弁２４を介して、暖房熱源用循環路１３の他端と風呂熱源用循環路１６の他端とが各別のポートにて接続されている。
つまり、暖房熱源用循環路１３及び風呂熱源用循環路１６夫々は、給湯路２の一部を共用する状態で循環経路を形成するように設けられている。
【００３０】
上流側三方弁２３は、貯湯槽３の槽内水を給湯路２を通して送出可能な給湯用流動状態と、湯水を暖房熱源用循環路１３や風呂熱源用循環路１６を通して循環可能な循環用流動状態とに切り換え可能に構成されている。
又、下流側三方弁２４は、湯水を暖房熱源用循環路１３を通して循環可能な暖房用流動状態と、湯水を風呂熱源用循環路１６を通して循環可能な風呂用循環状態と、湯水を暖房熱源用循環路１３及び風呂熱源用循環路１６を通して循環可能な両用循環状態とに切り換え可能に構成されている。
【００３１】
補助加熱器１０は、給湯路２における暖房熱源用循環路１３及び風呂熱源用循環路１６との共用部分に設けられた補助加熱用熱交換器１０ｈ、その補助加熱用熱交換器１０ｈを加熱する補助バーナ１０ｂ、その補助バーナ１０ｂに燃焼用空気を供給する補助バーナ用送風機１０ｆ等を備えて構成され、補助バーナ燃料供給路２５を通して供給されるガス燃料を補助バーナ１０ｂにて燃焼させて補助加熱用熱交換器１０ｈを加熱することにより、補助加熱用熱交換器１０ｈを通流する湯水を加熱するように構成されている。
【００３２】
つまり、上流側三方弁２３が給湯用流動状態に切り換えられると、貯湯槽３の槽内水が給湯路２を通して給湯栓１８に供給可能となる。一方、上流側三方弁２３が循環用流動状態に切り換えられると共に、熱源用循環ポンプ１７が作動され、並びに、下流側三方弁２４が切り換え操作されることにより、湯水が補助加熱器１０にて加熱されながら暖房熱源用熱交換器１２や風呂熱源用熱交換器１５に循環されることが可能となり、熱消費端末１１による暖房や浴槽１４の湯水の加熱が可能となる。
【００３３】
この実施形態では、熱電併給装置Ｃは燃料電池発電装置Ｇにて構成されている。図２に示すように、燃料電池発電装置Ｇは、水素を主成分とする水素含有ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池発電部２６、その燃料電池発電部２６に供給する水素含有ガスを生成する水素含有ガス生成部Ｎ、燃料電池発電部２６に酸素含有ガスとして空気を供給する発電用送風機２７、水素含有ガス生成部Ｎに設けられた各機器を加熱する電気ヒータ２８、冷却水（冷却用流体の一例）を燃料電池発電部２６と排熱回収用熱交換器２９とを巡らせて冷却用循環路３０を通して循環させる冷却用循環手段としての冷却用循環ポンプ３１等を備えて構成されている。
そして、図１及び図２に示すように、貯湯用循環路５が、貯湯槽３の槽内水を排熱回収用熱交換器２９を巡らせて通流させるように設けられている。
【００３４】
燃料電池発電部２６は、図示を省略するが、例えば、高分子膜を電解質層とするセルを複数積層状態に設けて構成された固体高分子型に構成され、各セルの燃料極に水素含有ガス生成部Ｎから水素含有ガスが供給されると共に、各セルの空気極に発電用送風機２７から空気が供給されて、水素と酸素との電気化学反応により発電を行うように構成されている。
そして、図１及び図２に示すように、燃料電池発電部２６において電気化学反応により発生する熱が、冷却用循環路３０を通して循環される冷却水に回収され、並びに、排熱回収用熱交換器２９での熱交換により、冷却用循環路３０を通して循環される冷却水の保有熱が貯湯用循環路５を通して循環される貯湯槽３の槽内水に回収されることにより、貯湯槽３に貯湯されるように構成されている。
【００３５】
図２に示すように、水素含有ガス生成部Ｎは、供給される都市ガス（例えば、天然ガスベースの都市ガス）等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫器３２、その脱硫器３２から供給される脱硫原燃料ガスと水蒸気生成部３３から供給される水蒸気とを改質バーナ３４の加熱により改質反応させて水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器３５、その改質器３５から供給される改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気にて二酸化炭素に変成処理する変成器３６、及び、その変成器３６から供給される改質ガス中の一酸化炭素を別途供給される選択酸化用空気にて選択酸化する一酸化炭素除去器３７等を備えて構成され、一酸化炭素を変成処理及び選択酸化処理により低減した改質ガスを水素含有ガスとして燃料電池発電部２６に供給するように構成されている。
【００３６】
改質バーナ３４にガス燃料を供給する改質バーナ燃料供給路３８（バーナ燃料供給路に相当する）には、ガス燃料の供給を断続するガス燃料断続弁３９、及び、ガス燃料の供給量を調節するガス燃料供給量調節弁４０が設けられている。又、燃焼用空気供給路４１を通して改質バーナ３４に燃焼用空気を供給する改質バーナ用送風機４２も設けられている。更に、改質バーナ３４には、点火プラグ４３が設けられている。
そして、点火プラグ４３を作動させ、改質バーナ用送風機４２を作動させると共に、燃料断続弁３９及び燃料供給量調節弁４０を開弁することにより、改質バーナ３４の燃焼が開始される。
【００３７】
水素含有ガス生成部Ｎ（具体的には、脱硫器３２）に原燃料ガスを供給する原燃料供給路４４には、原燃料ガスの供給を断続する原燃料断続弁４５、及び、原燃料ガスの供給量を調節する原燃料供給量調節弁４６が設けられている。又、水素含有ガス生成部Ｎ（具体的には、水蒸気生成部３３）に原料水を供給する原料水供給路４７には、原料水の供給を断続する原料水断続弁４８、及び、原料水の供給量を調節する原料水供給量調節弁４９が設けられている。
【００３８】
水蒸気生成部３３は、供給される原料水を改質バーナ３４から排出される燃焼排ガスを熱源として加熱して、水蒸気を生成するように構成されている。
電気ヒータ２８は、脱流器３２、水蒸気生成部３３、変成器３６夫々を各別に加熱可能に、脱流器３２、水蒸気生成部３３、変成器３６夫々に対して設けられている。
【００３９】
改質バーナ３４による加熱により、改質器３５における原燃料ガスと水蒸気とを改質反応させる部分の温度が、改質反応が可能な温度に設定された設定温度に達すると、水素含有ガス生成部Ｎは、水素含有ガスの生成が可能な状態となる。尚、改質器３５が改質反応が可能な温度に達した時点では、脱流器３２、水蒸気生成部３３及び変成器３６夫々は、夫々に設けられた電気ヒータ２８の加熱により、脱流器３２、水蒸気生成部３３及び変成器３６夫々の反応が可能なように夫々に応じて設定された設定温度に達している。
そして、水素含有ガス生成部Ｎが、水素含有ガスの生成が可能な状態になると、原燃料断続弁４５及び原燃料供給量調節弁４６が開弁されて、原燃料供給路４４を通して原料ガスの供給が開始され、原料水断続弁４８及び原料水供給量調節弁４９が開弁されて、原料水供給路４７を通して原料水の供給が開始され、並びに、発電機用送風機２７が作動されることにより、燃料電池発電部２６への水素含有ガス及び空気の供給が開始されて、燃料電池発電部２６での発電が開始される。
【００４０】
燃料電池発電部２６の電力の出力側には、系統連系用のインバータ５０が設けられ、そのインバータ５０は、燃料電池発電部２６の出力電力を商用電源（図示省略）から受電する受電電力と同じ電圧及び同じ周波数にするように構成されている。
商用電源には、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷（図示省略）が接続されている。
【００４１】
図１に示すように、給水路１には、その給水路１を通流する水の流量を検出する給水流量センサ５１（給水流量検出手段の一例）が設けられている。又、図２に示すように、改質バーナ燃料供給路３８に、ガス燃料の圧力を検出する圧力センサ５２（圧力検出手段の一例）が設けられ、燃料電池発電部２６には、その燃料電池発電部２６の温度を検出する発電部温度センサ５３（温度検出手段の一例）が設けられている。更に、改質器３５には、原燃料ガスと水蒸気とを改質反応させる部分の温度を検出する改質器温度センサ５４が設けられている。
【００４２】
図１に示すように、操作部８には、このコージェネレーションシステムの要水張り運転の開始を指令する要水張り運転開始スイッチ８ｓが設けられ、又、図示を省略するが、要水張り運転開始スイッチ８ｓの他に、このコージェネレーションシステムの通常運転の開始、停止を指令する通常運転スイッチ、給湯温度や浴槽１４に湯張りする湯張り温度等を設定する温度設定スイッチ等の各種スイッチが設けられている。尚、要水張り運転開始スイッチ８ｓは、コージェネレーションシステムを据え付けた時等に操作するものであり、通常時は操作しないので、通常時には操作できないように、例えば、操作部８のケーシング（図示省略）の内部等に設けられている。
【００４３】
次に、制御部７の制御動作について説明する。
制御部７は、マイクロコンピュータを用いて構成され、図１及び図２に示すように、その制御部７には、給水流量センサ５１、圧力センサ５２、発電部温度センサ５３、改質器温度センサ５４等の各種センサの検出情報、並びに、操作部８から運転制御情報が入力されるように構成されている。又、制御部７は、それらの入力情報に基づいて、給水用開閉弁４、貯湯用循環ポンプ６、表示部９、補助加熱器１０、熱源用循環ポンプ１７、暖房用循環ポンプ２０、風呂用循環ポンプ２２、上流側三方弁２３、下流側三方弁２４、発電用送風機２７、電気ヒータ２８、冷却用循環ポンプ３１、ガス燃料断続弁３９、ガス燃料供給量調節弁４０、改質バーナ用送風機４２、点火プラグ４３、原燃料断続弁４５、原燃料供給量調節弁４６、原料水断続弁４８、原料水供給量調節弁４９及びインバータ５０等の各種機器の作動を制御するように構成されている。
【００４４】
以下、制御部７の制御動作のうち、コージェネレーションシステムを対象箇所に据え付けた後、通常運転を開始する前に、あるいは、長期の運転停止のため貯湯槽３から槽内水を完全に排出した後に再度通常運転を開始する前に行う始動運転に係る制御動作について、説明する。この始動運転では、貯湯槽３への給水及び貯湯用循環路５への水張りが必須となる。
尚、燃料電池発電装置Ｇから発生する熱により貯湯槽３に貯湯する貯湯運転、暖房熱源用熱交換器１２に加熱した湯水を循環させて熱消費端末１１にて暖房する暖房運転、並びに、風呂熱源用熱交換器１５に加熱した湯水を循環させて浴槽１４の湯水を加熱する風呂加熱運転等の通常運転は、周知であるので、それらの運転に係る制御部７の制御動作については、説明を省略する。
【００４５】
本発明では、始動運転においては、操作部８の要水張り運転開始スイッチ８ｓからの要水張り運転開始指令（即ち、運転開始指令）に基づいて、給水用開閉弁４を開くことにより給水作動を開始し、その開始後、給水流量センサ５１の検出情報に基づいて、給水路１から空気が抜け、且つ、貯湯槽３内の水位が貯湯槽３における貯湯用循環路５への槽内水の取り出し口５ｇよりも上部に達する循環開始許容条件が満たされたことを検知すると、貯湯用循環ポンプ６の作動を開始する運転開始時制御を実行するように構成されている。
【００４６】
この実施形態では、取り出し口５ｇを水没させるのに必要な貯湯槽３への最少の給水量が、設定下限給水量として設定され、循環開始許容条件が、給水流量センサ５１の検出値の積算値が設定下限給水量以上となり、且つ、給水流量センサ５１の検出値の変動度合が所定の設定度合よりも小さくなる条件に設定されている。
【００４７】
ちなみに、設定下限給水量Ｋは、貯湯用循環路５の取り出し口５ｇよりも僅かに高い水位での貯湯槽３の貯留量、例えば、５リットルに設定されている。
又、給水路１に空気が巻き込まれていない状態で給水路１を通して貯湯槽３に給水している定常状態において、予め、給水流量センサ５１の検出値の最大バラツキが求められる。そして、設定度合αが、その求められた最大バラツキよりも多少大きい値に設定される。
制御部７は、所定の設定周期（例えば１秒）毎に、給水流量センサ５１の検出値（単位時間（例えば１秒）当たりの流量）を読み込み、並びに、設定周期毎に、今回を含む過去ｎ回（例えば５回）の検出値の最大値と最小値との差である最大流量差ΔＱを変動度合として求めて、求めた最大流量差ΔＱと設定度合αとを比較するように構成されている。
【００４８】
又、制御部７が、運転開始時制御において、貯湯用循環ポンプ６の作動の開始と略同時に、電気ヒータ２８の作動を開始し、貯湯用循環ポンプ６の作動の開始後、圧力センサ５２の検出値が所定の設定圧力以上になると、改質バーナ３４の燃焼を開始するように構成されている。ちなみに、設定圧力Ｐｓは、例えば、改質バーナ燃料供給路３８に供給される都市ガスの供給圧力よりもやや低い圧力に設定される。
つまり、制御部７が、運転開始時制御において、貯湯用循環ポンプ６の作動を開始するのに基づいて、電気ヒータ２８の作動、及び、改質バーナ３４の燃焼を開始するように構成されていることになる。
【００４９】
更に、制御部７が、貯湯用循環ポンプ６の作動の開始後、所定の設定時間の間に、温度センサ４７の検出値が所定の設定温度以上になると、水張り異常を示す情報を表示部９に表示出力するように構成されている。つまり、制御部７と表示部９とにより、水張り異常を示す情報を出力する水張り異常出力手段Ｄが構成されている。
ちなみに、設定時間Ｈｓは、例えば、水素含有ガス生成部Ｎが水素含有ガスの生成が可能な状態になった後、燃料電池発電部２６に水素含有ガスと空気とが供給されて、燃料電池発電部２６での発電が開始されるまでに要する時間よりも長い所定の時間に設定される。
又、設定温度Ｔｓは、例えば、適正に発電反応が行われている状態での燃料電池発電部２６の温度よりも多少高い所定の温度に設定される。
【００５０】
次に、図３に示すフローチャート基づいて、運転開始時制御における制御部７の制御動作について説明を加える。
制御部７は、操作部８の要水張り運転開始スイッチ８ｓにより要水張り運転開始指令が指令されると、給水用開閉弁４を開弁し、設定周期毎に、給水流量センサ５１の検出値を読み込むと共に、その検出値の積算値ΣＱを求めて、その積算値ΣＱと設定下限給水量Ｋとを比較する（ステップ＃１〜３）。
制御部７は、ステップ＃３において、給水流量センサ５１の検出値の積算値ΣＱが設定下限給水量Ｋ以上になったと判定すると、ステップ＃４にて、設定周期毎に、最大流量差ΔＱを求めると共に、求めた最大流量差ΔＱと設定度合αとを比較して、最大流量差ΔＱが設定度合αよりも小さくなったと判定すると、即ち、循環開始許容条件が満たされると、貯湯用循環ポンプ６の作動を開始し、更に、脱流器３２、水蒸気生成部３３及び変成器３６夫々に設けられた電気ヒータ２８の作動を開始する（ステップ＃５，６）。
前記電気ヒータ２８の作動は、前記貯湯用循環ポンプ６の作動の開始と同時に開始しても良いし、前記貯湯用循環ポンプ６の作動の開始と略同時とみなせる範囲で、例えば、わずかに遅れた時点で開始しても良い。
【００５１】
続いて、制御部７は、圧力センサ５２の検出値Ｐと設定圧力Ｐｓとを比較して、圧力センサ５２の検出値Ｐが設定圧力Ｐｓ以上になると、改質バーナ３４の燃焼を開始する（ステップ＃７，８）。
続いて、制御部７は、水素含有ガス生成部Ｎが水素含有ガスの生成が可能な状態になったと判定すると、原燃料断続弁４５、原燃料供給量調節弁４６、原料水断続弁４８及び原料水供給量調節弁４９を開弁すると共に、発電機用送風機２７の作動を開始する発電開始処理をして、燃料電池発電部２６での発電を開始する（ステップ＃９，１０）。
【００５２】
続いて、制御部７は、給水用開閉弁４を開いた時点からの経過時間Ｈが設定時間Ｈｓに達するまでの間、発電部温度センサ５３の検出温度Ｔと設定温度Ｔｓとを比較する（ステップ＃１１，１２）。
そして、給水用開閉弁４を開いた時点からの経過時間Ｈが設定時間Ｈｓに達するまでの間に、発電部温度センサ５３の検出温度Ｔが設定温度Ｔｓ以上になると、表示部９に水張り異常を示す情報を表示し、続いて、原燃料断続弁４５、原燃料供給量調節弁４６、原料水断続弁４８及び原料水供給量調節弁４９を閉弁すると共に、発電機用送風機２７を停止させる発電停止処理を行った後、リターンし、一方、給水用開閉弁４を開いた時点からの経過時間Ｈが設定時間Ｈｓに達するまでの間、発電部温度センサ５３の検出温度Ｔが設定温度Ｔｓよりも低い状態が維持されると、正常に始動運転が実行されたことになるので、そのままリターンする（ステップ＃１１〜１４）。
【００５３】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）  循環開始許容条件の具体的な条件は、上記の実施形態において例示した条件に限定されるものではない。
上記の実施形態のように、循環開始許容条件を、給水流量センサ５１の検出値の積算値が設定下限給水量以上となり、且つ、給水流量センサ５１の検出値の変動度合が所定の設定度合よりも小さくなる条件に設定する場合、上記の実施形態では、給水流量センサ５１の検出値の積算値が設定下限給水量以上になるのを判定した後に、給水流量センサ５１の検出値の変動度合が所定の設定度合よりも小さくなるのを判定したが、給水流量センサ５１の検出値の積算値が設定下限給水量以上になることの判定と、給水流量センサ５１の検出値の変動度合が所定の設定度合よりも小さくなることの判定とを並行して行うように構成しても良い。
又、循環開始許容条件を、給水流量センサ５１の検出値の積算値が設定下限給水量以上となる条件、及び、給水流量センサ５１の検出値の変動度合が所定の設定度合よりも小さくなる条件のいずれか一方に設定しても良い。
【００５４】
（ロ）  給水流量センサ５１の検出値の変動度合の具体例は、上記の実施形態において例示した最大流量差ΔＱに限定されるものではない。
例えば、設定周期毎に、今回を含む過去ｎ回（例えば５回）の給水流量センサ５１の検出値の平均値を求めると共に、その平均値と今回の給水流量センサ５１の検出値との偏差を、変動度合いとしても良い。
【００５５】
（ハ）  上記の実施形態では、運転開始時制御において、貯湯用循環ポンプ６の作動の開始と同時又は略同時に、電気ヒータ２８の作動を開始し、貯湯用循環ポンプ６の作動の開始後、圧力センサ５２の検出値が所定の設定圧力以上になると、改質バーナ３４の燃焼を開始したが、電気ヒータ２８の作動の開始及び改質バーナ３４の燃焼の開始を、貯湯用循環ポンプ６の作動の開始と同時又は略同時を行うように構成しても良い。
【００５６】
（ニ）  上記の実施形態では、始動運転に係る操作を制御部７により自動的に行うように構成したが、始動運転に係る操作を人為操作により行うように構成しても良い。つまり、給水用開閉弁４を開弁することにより給水作動を開始し、その開始後、給水流量センサ５１の検出情報に基づいて、給水路１から空気が抜け、且つ、貯湯槽３内の水位が貯湯槽３における貯湯用循環路５への槽内水の取り出し口５ｇよりも上部に達する循環開始許容条件が満たされたことを検知すると、貯湯用循環ポンプ６の作動を開始する始動運転を行うことになる。
【００５７】
（ホ）  熱電併給装置Ｃとして、上記の実施形態では燃料電池発電装置Ｇを適用したが、これ以外に、例えば、ガスエンジンにより発電機を駆動するように構成したもの等、種々のものを適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上説明したように、貯湯槽への給水及び貯湯用循環路への水張りを空気が巻き込まれないように行えながら、運転開始に要する時間を短縮し得るコージェネレーションシステム及びそのコージェネレーションシステムの運転方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１    給水路
２    給湯路
３    貯湯槽
４    給水用開閉弁（給水手段）
５    貯湯用循環路
５ｇ  取り出し口
６    貯湯用循環ポンプ（貯湯用循環手段）
７    制御部（制御手段）
２６  燃料電池発電部
２８  電気ヒータ
２９  排熱回収用熱交換器
３０  冷却用循環路
３１  冷却用循環ポンプ（冷却用循環手段）
３４  改質バーナ
３５  改質器
３８  改質バーナ燃料供給路（バーナ燃料供給路）
５１  給水流量センサ（給水流量検出手段）
５２  圧力センサ（圧力検出手段）
５３  発電部温度センサ（温度検出手段）
Ｃ    熱電併給装置
Ｄ    水張り異常出力手段
Ｇ    燃料電池発電装置
Ｎ    水素含有ガス生成部
【図１】
2014134355.tif 000003
【図２】
2014134355.tif 000004
【図３】
2014134355.tif 000005