(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を内蔵していて電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部を有し、前記発電部で発生させた熱によって湯水を加熱するコージェネレーションシステムにおいて、
湯水を貯留する貯留タンクと、前記貯留タンク及び発電部を含んで環状に結ぶ熱回収回路とを有し、
発電部の熱によって加熱された湯水の貯留タンクへの供給と、発電部と貯留タンクの間での湯水の循環とが熱回収回路を介して実施されるものであって、
所定の位置の温度低下を条件として、前記熱回収回路の湯水の流量を増加可能であるか否かを判断する流量増加可否判断を実施するものであり、
前記流量増加可否判断は、前記熱回収回路を流れる湯水の流量を規定の流量まで増加させたと仮定した場合に、前記貯留タンクに流入する湯水の温度が所定温度以上となるか否かを判断するものであり、前記流量増加可否判断の判断結果に基づいて熱回収回路の湯水の流量を増加させる凍結防止運転を実施す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】
前記流量増加可否判断において流量増加可能と判断された場合、熱回収回路を流れる湯水の目標温度を前記所定温度とす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】
前記熱回収回路は凍結防止ヒータを備えており、
凍結防止運転の実施中に凍結防止ヒータを作動させることを特徴とする請求項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】
発電ユニットと、少なくとも前記貯留タンクを備えた排熱貯湯ユニットとを備え、
前記発電ユニットを制御する発電ユニット制御部と、前記排熱貯湯ユニットを制御する排熱貯湯ユニット制御部とを有し、
発電ユニット制御部は、前記流量増加可否判断を実施すると共に、流量増加可否判断の判断結果に基づく情報を排熱貯湯ユニット制御部に送信するものであり、排熱貯湯ユニット制御部は、発電ユニット制御部から送信された情報に基づいて前記凍結防止ヒータを作動させ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】
前記貯留タンクの下部から排出させた湯水を発電部で発生させた熱によって加熱し、加熱された湯水を上部側から貯留タンクに戻すことによって、貯留タンクに温度成層を形成させるものであることを特徴とする請求項１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】
前記凍結防止運転において、熱回収回路の湯水の流量を増加させるとき、所定の目標温度となるように循環ポンプのモータの回転数を制御することを特徴とする請求項１乃至５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７】
前記凍結防止運転において、熱回収回路の湯水の流量を増加させるとき、所定の流速となるように循環ポンプのモータの回転数を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか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、燃料電池を使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】
従来から、電力を発電すると共に、その際に発生する排熱を給湯や暖房等に利用できるコージェネレーションシステムが知られている。そして、この種のシステムに採用される発電手段としては、燃料電池によるものや、ガスエンジンによるものがある。近年では、固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣとも言う）が実用化されている（例えば、特許文献１）。このＳＯＦＣは、ガスエンジンとは異なり、二酸化炭素を排出せず、ガスエンジンや公知の他の種類の燃料電池（例えば、溶融炭酸塩形燃料電池、リン酸形燃料電池、固体高分子形燃料電池）よりも高い発電効率を有するという利点がある。
【０００３】
このようなコージェネレーションシステムには、一般家庭で使用されるものがある。そして、家庭用のコージェネレーションシステムは、電力と熱とを同時に発生させている。ここで、電力については、発生させる時刻と消費すべき時刻が概ね合致している。また、発電量と消費量についてもある程度のバランスがとれている。
これに対して熱は、発生する時刻と、消費する時刻が甚だしくずれている場合が多い。また単位時間あたりにおける発熱能力と、消費時における単位時間当たりの熱の必要量は大きく相違する。
即ち、家庭において、熱を消費する時刻は限られている。また、家庭において、熱需要が最も高いのは風呂であり、風呂では短時間の間に大きな熱量を消費する。
【０００４】
そこで、家庭用のコージェネレーションシステムでは、貯留タンクを設け、発生した熱によって湯を作り、この湯を貯留タンクに溜置く構成が採用されている。
即ち、家庭用のコージェネレーションシステムでは、発電部と貯留タンクとを備え、両者の間を環状に結ぶ熱回収用回路が設けられている。そして発電部で発生した熱によって熱回収用回路を流れる湯水を昇温し、貯留タンクに溜める（以下、蓄熱運転ともいう）。
【０００５】
加えて、貯留タンクを備えた家庭用のコージェネレーションシステムの一形態として、貯留タンクに温度成層を形成させるものが知られている。
【０００６】
具体的に説明すると、温度成層を形成させる形態のコージェネレーションシステムでは、蓄熱運転の際に貯留タンクの下部から湯水を取り出し、発電部を経由して貯留タンクに湯水を戻す。その結果、高温の湯水が貯留タンクの上部から供給される。
【０００７】
ここで、周知の通り、高温の湯水は、低温の湯水よりも密度が低いので、貯留タンクに高温の湯水を供給すると、高温の湯水は上方に溜まり、低温の湯水は底側にたまる。
【０００８】
即ち、高温の湯水を貯留タンクの上部側から供給すると、貯留タンク内で高温の湯水が溜まった領域と、低温の湯水が溜まった領域とに明確に分かれ、貯留タンクの内部に温度成層が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１５９８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、上記したＳＯＦＣには、発熱温度は高いがその排熱量が少ないという特徴がある。したがって、蓄熱運転で湯水の温度を昇温させるとき、熱回収用回路を流れる湯水の流速を極めて遅くすることにより、循環流量を少なくして運転しなければならない。
【００１１】
ところが、熱回収用回路を流れる湯水の流速を極めて遅くすると、あたかも熱回収用回路に湯水が滞留しているような状態となる。この場合、冬季に外気の温度が極めて低くなる寒冷地でコージェネレーションシステムを運用すると、外気によって冷却されることにより、熱回収用回路の湯水が凍結してしまうおそれがある。
【００１２】
そこで、熱回収用回路の湯水が凍結する可能性のある条件下において、一時的に熱回収用回路を流れる湯水の流速を速くして、凍結を防止するという方策が考えられる。
【００１３】
しかしながら、単純に熱回収用回路を流れる湯水の流速を速くすると、十分に加熱されていない低温の湯水が貯留タンクの上部から流れ込んでしまい、上記した貯留タンクの内部に形成される温度成層が乱れてしまうという問題がある。即ち、低温の湯水が貯留タンクの上部から流れ込んでしまうことにより、貯留タンク内で対流が生じ、内部の湯水の温度が一様になってしまうという問題がある。
【００１４】
そこで本発明は、上記した従来技術の問題に鑑み、貯留タンクの内部に形成した温度成層を乱すことなく、凍結防止運転を実施可能なコージェネレーションシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、燃料電池を内蔵していて電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部を有し、前記発電部で発生させた熱によって湯水を加熱するコージェネレーションシステムにおいて、湯水を貯留する貯留タンクと、前記貯留タンク及び発電部を含んで環状に結ぶ熱回収回路とを有し、発電部の熱によって加熱された湯水の貯留タンクへの供給と、発電部と貯留タンクの間での湯水の循環とが熱回収回路を介して実施されるものであって、所定の位置の温度低下を条件として、前記熱回収回路の湯水の流量を増加可能であるか否かを判断する流量増加可否判断を実施するものであり、前記流量増加可否判断は、前記熱回収回路を流れる湯水の流量を規定の流量まで増加させたと仮定した場合に、前記貯留タンクに流入する湯水の温度が所定温度以上となるか否かを判断するものであり、前記流量増加可否判断の判断結果に基づいて熱回収回路の湯水の流量を増加させる凍結防止運転を実施す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。
【００１６】
本発明のコージェネレーションシステムでは、所定の位置の温度低下を条件として、前記熱回収回路の湯水の流量を増加可能であるか否かを判断する流量増加可否判断を実施する。そして、流量増加可否判断の判断結果に基づいて熱回収回路の湯水の流量を増加させる凍結防止運転を実施する。このことにより、コージェネレーションシステムの通常運転に悪影響を及ぼさない場合に限って、熱回収回路の湯水の流量を増加させる凍結防止運転を実施することができる。したがって、熱回収回路の流量を増加することに起因する不具合、例えば、温度成層の乱れ等の不具合を防止しつつ、凍結防止運転を実施することができる。
【００１７】
本発明の参考例として、前記流量増加可否判断は、熱回収回路で流量を増加させた場合の熱回収回路を流れる湯水の温度と、所定温度とを比較するコージェネレーションシステムがある。
【００１８】
本発明のコージェネレーションシステムは、熱回収回路で流量を増加させた場合における湯水の温度に基づいて流量増加可否判断を実施する。つまり、流量を増加した状況を模擬的に現出し、想定される流量増加時の温度に基づいて流量増加可否判断を実施するため、精度の高い流量増加可否判断が可能となる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、前記流量増加可否判断において流量増加可能と判断された場合、熱回収回路を流れる湯水の目標温度を前記所定温度とす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】
かかる構成によると、熱回収回路を流れる湯水の流量を増加させても、熱回収回路を流れる湯水の温度が所定温度以下に低下することがない。そのため、温度の低い湯水が熱回収回路から貯留タンクに流入してしまうことがなく、貯留タンク内の温度成層の乱れ等の熱回収回路を流れる湯水の温度低下によって発生し得る不具合を確実に防止できる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、前記熱回収回路は凍結防止ヒータを備えており、凍結防止運転の実施中に凍結防止ヒータを作動させることを特徴とする請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステムである。
【００２２】
本発明のコージェネレーションシステムは、凍結防止ヒータを備えており、凍結防止運転の実施中に凍結防止ヒータを作動させることができる。そのため、例え熱回収回路の湯水の流量を増加させるだけでは湯水の凍結を防止できない場合であっても、凍結防止ヒータで湯水を加熱することで湯水を昇温することで、確実に湯水の温度低下を防止することができる。さらに、熱回収回路の湯水の流量を増加させることができない場合であっても、同様に、凍結防止ヒータによる湯水の昇温により湯水の凍結を確実に防止できる。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、発電ユニットと、少なくとも前記貯留タンクを備えた排熱貯湯ユニットとを備え、前記発電ユニットを制御する発電ユニット制御部と、前記排熱貯湯ユニットを制御する排熱貯湯ユニット制御部とを有し、発電ユニット制御部は、前記流量増加可否判断を実施すると共に、流量増加可否判断の判断結果に基づく情報を排熱貯湯ユニット制御部に送信するものであり、排熱貯湯ユニット制御部は、発電ユニット制御部から送信された情報に基づいて前記凍結防止ヒータを作動させ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】
本発明のコージェネレーションシステムは、発電ユニットと排熱貯湯ユニットとをそれぞれ別の制御部が制御する構成であってもよい。即ち、発電ユニット制御部と排熱貯湯ユニット制御部とがそれぞれ発電ユニットと排熱貯湯ユニットとを制御する構成であってもよい。そして、発電ユニット制御部と排熱貯湯ユニット制御部とが信号を互いに送受信することにより、流量増加可否判断の判断結果に基づいて凍結防止ヒータを作動させてもよい。即ち、発電ユニットと排熱貯湯ユニットとをそれぞれ制御する別の制御部が信号を互いに送受信することによって凍結防止運転を実施する構成であってもよい。
このように、２つのユニットをそれぞれ別の制御部が制御する構成によると、２つのユニットを１つの制御部が制御する構成に比べて、各ユニットの設置位置の自由度が高いという利点がある。具体的に説明すると、例えば、発電ユニットと排熱貯湯ユニットとを離れた位置に配置した場合、２つのユニットを１つの制御部が制御する構成であると、制御部から各ユニットまで配線を伸ばしたりする必要が有る。このことにより、２つのユニットの設置位置に制限ができてしまう。対して、２つのユニットを別の制御部が制御し、情報を互いに送受信する構成によると、そのような制限が発生することがないため、各ユニットの設置位置の自由度が高い。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、前記貯留タンクの下部から排出させた湯水を発電部で発生させた熱によって加熱し、加熱された湯水を上部側から貯留タンクに戻すことによって、貯留タンクに温度成層を形成させるものであることを特徴とする請求項１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】
本発明のコージェネレーションシステムは、前記貯留タンクの下部から排出させた湯水を発電部で発生させた熱によって加熱し、加熱された湯水を上部側から貯留タンクに戻すことによって、貯留タンクに温度成層を形成させる構成であってよい。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、前記凍結防止運転において、熱回収回路の湯水の流量を増加させるとき、所定の目標温度となるように循環ポンプのモータの回転数を制御することを特徴とする請求項１乃至５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。
【００２８】
かかる構成によると、貯湯タンクに流入させる湯水が所定の目標温度となるように循環ポンプの回転数を制御する。そのため、低温の湯水を貯湯タンクに流入させてしまうことがなく、貯湯タンク内の温度成層が乱れることがない。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、前記凍結防止運転において、熱回収回路の湯水の流量を増加させるとき、所定の流速となるように循環ポンプのモータの回転数を制御することを特徴とする請求項１乃至５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】
かかる構成によると、熱回収回路を流れる湯水の流速が所定の流速となるように循環ポンプのモータの回転数を制御する。即ち、確実に凍結を防止できる速さで熱回収回路に湯水を流すことができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によると、貯留タンク内の温度成層の乱れ等のような、熱回収回路の流量を増加することに起因する不具合を確実に防止しつつ、凍結防止運転を実施可能なコージェネレーションシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係るコージェネレーションシステムを示す作動原理図である。
【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、熱回収用回路を黒塗りで示した図である。
【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、給湯経路を黒塗りで示した図である。
【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、熱供給経路を黒塗りで示した図である。
【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、通常の蓄熱運転モードにおける湯水の流れを黒塗りで示した図である。
【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、燃料電池が低温時の蓄熱運転モードにおける湯水の流れを黒塗りで示した図である。
【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、貯留タンク内の湯水を用いて給湯運転を行う場合の湯水の流れを黒塗りで示した図である。なお、蓄熱運転における湯水の流れをハッチングで表し、区別している。
【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、貯留タンク内の湯水を用いて追い焚き用熱交換器に湯水を供給する際の湯水の流れを黒塗りで示した図である。なお、蓄熱運転における湯水の流れをハッチングで表し、区別している。
【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、貯留タンク内の湯水を用いて熱器具用熱交換器に湯水を供給する際の湯水の流れを黒塗りで示した図である。なお、蓄熱運転における湯水の流れをハッチングで表し、区別している。
【図１０】図１のコージェネレーションシステムの凍結防止運転において、発電ユニット制御部が実施する動作手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１のコージェネレーションシステムの凍結防止運転において、排熱貯湯ユニット制御部が実施する動作手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、本発明の第１実施形態に係るコージェネレーションシステム１について説明する。
【００３４】
本実施形態のコージェネレーションシステム１は、図１で示されるように、発電ユニット２と、熱回収装置３（排熱貯湯ユニット）とを組み合わせたものであり、これらを往復配管５によって接続して形成されている。
また、コージェネレーションシステム１は、発電ユニット２と熱回収装置３内の機器を結ぶ主要な流路として、熱回収用回路１２と、給湯経路２１と、熱供給経路２２とを有しており、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。
【００３５】
発電ユニット２は、主たる構成要素である燃料電池６と、燃料電池６を冷却する冷却手段７とを備えている。
【００３６】
燃料電池６は、高温で作動する燃料電池を使用しており、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池（所謂ＳＯＦＣ）が採用されている。
【００３７】
冷却手段７は、湯水が流れる発電側流路８と、その発電側流路８に配された発電側熱交換器１０及び発電側循環ポンプ１１を有する。
【００３８】
発電側循環ポンプ１１（循環ポンプ）は、往復配管５を構成要素に持つ熱回収用回路１２（図２）に湯水を循環させるための装置である。発電側循環ポンプ１１は、渦巻きポンプであり、図示しないモータを備えている。そして、モータの回転数を可変させることにより、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量を増減できる。
【００３９】
即ち、発電ユニット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、その電力供給に伴って発生する熱によって、発電側熱交換器１０を通過する湯水を加熱する熱エネルギー発生デバイスとしての機能も備えた構成である。
【００４０】
熱回収装置３は、主要な構成要素として、貯留タンク１５と、補助熱源機１６と、熱量を外部に供給可能な二つの熱供給用熱交換器１７，１８を備えている。この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１７と風呂追い焚き用熱交換器１８となっている。
【００４１】
貯留タンク１５は、湯水を貯留するための密閉タンクであり、その内部において湯水の温度成層を形成することができる。そして、貯留タンク１５は、頂部に設けられた頂部接続部２５，２６と、底部に設けられた底部接続部２７，２８に対して、熱回収用回路１２、給湯経路２１及び熱供給経路２２を構成する配管を接続している。なお、頂部接続部２５，２６及び底部接続部２７，２８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。
【００４２】
さらに貯留タンク１５は、内部に貯留される湯水の水位上昇方向（高さ方向）に複数（本実施形態では４つ）のタンク温度センサ３０ａ〜３０ｄを配した構成とされている。タンク温度センサ３０ａ〜３０ｄは、それぞれ貯留タンク１５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１５内に所定温度あるいは所定の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。
【００４３】
ここで、一般的に貯留タンク内に湯水を貯留する場合、その湯水の温度差が所定の閾値（摂氏約１０度程度）以上であると、湯水が温度ごとに層状に分かれる。そのため、熱回収用回路１２を通過する湯水が、貯留タンク１５内の湯水の温度に対して前記閾値温度以上の高温に加熱され、貯留タンク１５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１５内に貯留されている湯水が温度ごとに層状に分かれる（温度成層）。即ち、貯留タンク１５内の上部に蓄積した高温層と下部に蓄積した低温層が形成される。
従って、貯留タンク１５に設置されたタンク温度センサ３０ａ〜３０ｄの検知温度を調べることにより、貯留タンク１５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】
詳しくは後述するが、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１５の底部から取り出された低温の湯水が熱回収用回路１２に排出され、発電ユニット２の発電側熱交換器１０を通過することによって熱交換・加熱され、貯留タンク１５の頂部側にゆっくりと戻される構成とされている。
【００４５】
補助熱源機１６は、従来公知の給湯器と同様である。補助熱源機１６は、ガスや灯油等の燃料を燃焼するためのバーナ３１と補助熱源側熱交換器３２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。
【００４６】
次に、本実施形態のコージェネレーションシステム１における主要な流路について説明する。
【００４７】
本実施形態のコージェネレーションシステム１には、前記した様に、主に熱回収用回路１２、給湯経路２１及び熱供給経路２２が備えられている。以下、各流路について説明する。
【００４８】
まず、熱回収用回路１２について説明する。
熱回収用回路１２は、図２の黒塗りに示すように、発電ユニット２内の発電側循環ポンプ１１及び発電側熱交換器１０と、熱回収装置３内の貯留タンク１５を含んだ環状に結ばれた流路であり、発電側熱交換器１０と貯留タンク１５との間で湯水を循環可能な流路である。具体的には、熱回収用回路１２は、貯留タンク１５から発電側熱交換器１０に向かって湯水が流れる熱回収往き流路３７と、発電側熱交換器１０から貯留タンク１５に向かって湯水が流れる熱回収戻り流路３８と、貯留タンク１５を迂回する熱回収バイパス流路４０を有する。
即ち、熱回収往き流路３７の上流側が貯留タンク１５の底部接続部２７に接続され、熱回収戻り流路３８の下流側が貯留タンク１５の頂部接続部２５に接続されている。さらに両者の中間部分を短絡するように熱回収バイパス流路４０が接続されて熱回収用回路１２が形成されている。
【００４９】
また、熱回収往き流路３７には、中途に流路の切り替えを可能とした流路切り替え手段たる三方弁４１と、湯水の温度を検知するラジエター用温度センサ４７と、凍結防止ヒータ４４と、放熱手段たるラジエター４２とが設けられている。さらに、熱回収往き流路３７には、発電ユニット２の内部に位置する部分と熱回収装置３の内部に位置する部分とに、それぞれ熱回収側往き流路温度センサ４３と、発電側往き流路温度センサ４９が設けられている。
【００５０】
三方弁４１は、３つのポート４１ａ〜４１ｃを有し、２経路に流路を切り換えることができるものである。即ち、この三方弁４１は、ポート４１ａとポート４１ｃが連通すると他のポート４１ｂが閉塞し、熱回収往き流路３７を流通可能状態にすることができる。また、三方弁４１は、ポート４１ｂとポート４１ｃが連通すると他のポート４１ａが閉塞し、熱回収バイパス流路４０を流通可能状態にすることができる。
【００５１】
凍結防止ヒータ４４は、ヒータとして平板状に成形したアルミナやセラミックスに発熱体を内蔵した所謂セラミックヒータである。この凍結防止ヒータは、通電による発熱によって熱回収往き流路３７を形成する配管等を加熱することが可能となっている。より具体的には、熱回収往き流路３７を形成する配管等を加熱することにより、熱回収往き流路３７を流れる湯水を加熱することができる。
【００５２】
ラジエター４２は、ファン４５を備えており、空冷効果で通過する湯水の温度を降下させるものが採用されている。ラジエター４２のファン４５は、ラジエター用温度センサ４７の検知温度に基づいて動力を制御することができる。
【００５３】
熱回収側往き流路温度センサ４３は、熱回収往き流路３７を流れる湯水の温度を検知するものである。より具体的には、熱回収装置３側から発電ユニット２側へ湯水を導入するとき、熱回収装置３において外部へ送り出される直前の湯水の温度を検知するものである。
【００５４】
発電側往き流路温度センサ４９は、熱回収往き流路３７を流れる湯水の温度を検知するものであり、より具体的には、発電ユニット２へ導入された直後の湯水の温度を検知するものである。
【００５５】
熱回収戻り流路３８には、中途に発電側戻り流路温度センサ４８と、熱回収側戻り流路温度センサ４６とが設けられている。これらはいずれも熱回収戻り流路３８に接続された熱回収バイパス流路４０の接続部よりも上流側（発電側熱交換器１０側）に配されており、上流側から発電側戻り流路温度センサ４８、熱回収側戻り流路温度センサ４６の順に配されている。またこのとき、発電側戻り流路温度センサ４８は発電ユニット２の内部に位置する部分に配されており、熱回収側戻り流路温度センサ４６は熱回収装置３の内部に位置する部分に配されている。
【００５６】
発電側戻り流路温度センサ４８は、熱回収戻り流路３８を流れる湯水の温度を検知するものであり、より具体的には、発電ユニット２で加熱された直後の湯水の温度を検知することができる。換言すると、発電ユニット２側から熱回収装置３側へ湯水を戻すとき、発電ユニット２において外部へ送り出される直前の湯水の温度を検知するものである。
【００５７】
熱回収側戻り流路温度センサ４６は、熱回収戻り流路３８を流れる湯水の温度を検知するものであり、より具体的には、熱回収装置３へ戻された直後の湯水の温度を検知するものである。
【００５８】
続いて、給湯経路２１について説明する。
給湯経路２１は、外部に所望の温度の湯水を出湯するための流路である。即ち、給湯経路２１は、図３の黒塗りに示すように、給水源を基準に、貯留タンク１５よりも上流側に位置する給水流路５０と、貯留タンク１５よりも下流側に位置する出湯流路５１で構成されている。
【００５９】
給水流路５０は、貯留タンク１５の底部接続部２８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１５の底部側から導入可能な構成とされている。
【００６０】
給水流路５０の中途には、給水源側から順に、外部から供給された湯水の温度を検知する給水温度センサ５２と、逆止弁５３と、流路切り替え手段たる三方弁５５が設けられている。
【００６１】
三方弁５５は、前記した熱回収用回路１２（図２参照）における三方弁４１の構造とほぼ同様であり、３つのポート５５ａ〜５５ｃを有する。即ち、この三方弁５５は、ポート５５ａとポート５５ｂが連通すると他のポート５５ｃが閉塞し、給水流路５０の上流側（給水源側）に位置する上流側給水流路５０ａと、給水流路５０の下流側（貯留タンク１５側）に位置する下流側給水流路５０ｂとの流通を可能とする。また、ポート５５ａとポート５５ｃが連通すると他のポート５５ｂが閉塞し、上流側給水流路５０ａとタンク迂回流路５６の流通を可能とする。
【００６２】
出湯流路５１は、貯留タンク１５の頂部接続部２６に接続されて、給湯栓あるいは追い焚き循環流路３５に導く流路である。即ち、出湯流路５１の中途には、追い焚き循環流路３５に連通した風呂側分岐路５７が接続されている。
【００６３】
また、出湯流路５１の中途には、上流側から順に、高温側温度センサ５８と、３つのポートを備えた湯水混合弁６０と、流量センサ６１と、比例弁６２と、出湯温度センサ６３が設けられている。なお、湯水混合弁６０には、給水流路５０から分岐した給水分岐路６５が接続されている。給水分岐路６５は、出湯流路５１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。
【００６４】
給水分岐路６５の中流には、出湯流路５１側から給水源側に向けて湯水が逆流するのを防止するための逆止弁６６が設けられている。その下流で、湯水混合弁６０に接続している。
【００６５】
即ち、出湯流路５１を通過する湯水は、湯水混合弁６０で高温の湯水と低温の湯水が混ざって所望の温度に調整され、比例弁６２で所望の流量に制御される。
【００６６】
続いて、熱供給経路２２について説明する。
熱供給経路２２は、図４の黒塗りに示すように、熱器具用熱交換器１７を設けた熱器具用流路６７と、風呂追い焚き用熱交換器１８を設けた風呂追い焚き用流路６８とを含むように形成された循環流路である。
【００６７】
具体的には、熱供給経路２２は、前記した出湯流路５１（図３参照）から分岐した流路で、出湯分岐流路７０と、熱交往き流路７１と、熱交往き流路７１から分岐した熱器具用流路６７及び風呂追い焚き用流路６８と、熱交戻り流路７２とによって形成された流路である。より分かり易く説明するため、熱供給経路２２を流れる湯水に注目すれば、貯留タンク１５の頂部接続部２６から排出された湯水は、出湯流路５１から分岐部５４を介して、出湯分岐流路７０に導入され、合流部９２を通過して熱交往き流路７１に導入される。そして、熱交往き流路７１から分岐部８２で分岐して、熱器具用流路６７及び風呂追い焚き用流路６８を通過する。その後、合流部８３で合流し、熱交戻り流路７２を介して、再び貯留タンク１５に導入される。
【００６８】
出湯分岐流路７０には、中途に上流側（貯留タンク１５側）から順番に、流路切り替え手段たる三方弁７３と、循環ポンプ７６と、補助熱源入水温度センサ７７と、補助熱源流量センサ７８と、補助熱源用三方弁８０と、補助熱源出湯温度センサ８１が設けられている。
【００６９】
循環ポンプ７６は、熱供給経路２２に湯水を循環させる際に起動されるものであり、補助熱源入水温度センサ７７及び補助熱源流量センサ７８は、補助熱源機１６に入水する湯水の温度及び流量を検知するものであり、補助熱源出湯温度センサ８１は、補助熱源機１６から出湯した湯水の温度を検知するものである。即ち、これらの各センサで検知された情報に基づいて、補助熱源機１６の燃焼量が決定される。
【００７０】
三方弁７３は、３つのポート７３ａ〜７３ｃを有し、貯留タンク１５の湯水を出湯分岐流路７０側に流す流路を開放したり、タンク迂回流路５６の湯水を出湯分岐流路７０内に流す流路を開放したりすることができる。同様に、補助熱源用三方弁８０も、３つのポート８０ａ〜８０ｃを有し、出湯分岐流路７０内の湯水を補助熱源機１６側に流す流路を開放したり、補助熱源機１６を迂回する流路を開放したりすることができる。
【００７１】
熱交往き流路７１は、出湯分岐流路７０の下流側端部に接続された合流部９２から熱器具用流路６７及び風呂追い焚き用流路６８への分岐部８２までの流路である。
【００７２】
熱器具用流路６７は、分岐部８２から熱器具用熱交換器１７を通って、熱交戻り流路７２への合流部８３までの流路である。熱器具用流路６７は、熱器具用熱交換器１７の下流側に電磁弁８５が設けられている。
【００７３】
風呂追い焚き用流路６８は、分岐部８２から風呂追い焚き用熱交換器１８を通って、熱交戻り流路７２への合流部８３までの流路である。風呂追い焚き用流路６８は、風呂追い焚き用熱交換器１８の下流側に電磁弁８６が設けられている。
【００７４】
熱交戻り流路７２は、合流部８３から貯留タンク１５までの流路である。
【００７５】
熱交戻り流路７２は、中途に温度センサ９３と、流量センサ９５と、前記した三方弁５５が設けられている。
【００７６】
出湯分岐流路７０の三方弁７３，８０、熱器具用流路６７の電磁弁８５、風呂追い焚き用流路６８の電磁弁８６、並びに熱交戻り流路７２における三方弁５５のそれぞれの開閉状態が制御されると共に、循環ポンプ７６の動作が制御されることで、熱供給経路２２内における水流が制御される。
【００７７】
また、本実施形態のコージェネレーションシステム１は、上記した流路の他、図１のように貯留タンク１５を迂回するタンク迂回流路５６や、熱供給経路２２から分岐した分岐路８７を有する。
【００７８】
タンク迂回流路５６は、給水流路５０から分岐した流路で、三方弁５５のポート５５ｃを通過した湯水が、出湯分岐流路７０に設けられた三方弁７３のポート７３ｃに通じる流路である。即ち、タンク迂回流路５６を通過した湯水は、貯留タンク１５に導入されることなく出湯分岐流路７０に流入することができる。
【００７９】
タンク迂回流路５６の中途には、温度センサ１０１が設けられている。
【００８０】
分岐路８７は、補助熱源出湯温度センサ８１よりも下流側に接続されており、具体的には出湯分岐流路７０と熱交往き流路７１の接続部分である合流部９２に接続されている。また、分岐路８７の中途には、合流部９２側から順に、温度センサ１０２と比例弁９１が設けられている。
【００８１】
また、本実施形態のコージェネレーションシステム１は、図示しない制御手段によって動作が制御されている。この制御手段に具備された部品は、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ユニット２、補助熱源機１６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。
【００８２】
このコージェネレーションシステム１の制御手段は、主に発電ユニット２を制御する発電ユニット制御部と、主に熱回収装置３を制御する排熱貯湯ユニット制御部とを有している。
【００８３】
発電ユニット制御部は、発電側往き流路温度センサ４９、発電側戻り流路温度センサ４８等の発電ユニット２に設けられた各センサが検知した値を取得可能となっている。また、発電ユニット制御部は、各センサから取得した値や排熱貯湯ユニット制御部から受信した信号に基づいて、発電側循環ポンプ１１等の発電ユニット２に設けられた各種機器の動作を制御することができる。
【００８４】
排熱貯湯ユニット制御部は、熱回収側往き流路温度センサ４３、熱回収側戻り流路温度センサ４６等の熱回収装置３に設けられた各センサが検知した値を取得可能となっている。また、排熱貯湯ユニット制御部は、各センサから取得した値や発電ユニット制御部から受信した信号に基づいて、凍結防止ヒータ４４等の発電ユニット２に設けられた各種機器の動作を制御することができる。
【００８５】
即ち、これら発電ユニット制御部と排熱貯湯ユニット制御部とは、互いに信号を送受信可能となっている。具体的には、それぞれが取得したセンサ類の検知信号に基づいて、発電ユニット２又は熱回収装置３に設けられた機器を操作するための信号を送受信可能となっている。
【００８６】
続いて、本実施形態のコージェネレーションシステム１の通常の運転モードにおける動作について説明する。なお、本実施形態のコージェネレーションシステム１の通常の運転動作は、公知技術とほぼ同様であるため、簡単に説明する。
【００８７】
本実施形態のコージェネレーションシステム１は、蓄熱運転を単独で行う蓄熱運転モードと、給湯運転モードと追い焚き運転モードと暖房運転モードとを含む運転モード群から選択される熱消費のための動作運転モードと、を選択して運転を行うことができる。
以下に各運転モードについて説明する。
【００８８】
（蓄熱運転モード）
蓄熱運転モードは、発電側循環ポンプ１１を作動させることにより、熱回収用回路１２内に水流を発生させ、発電ユニット２の動作に伴って発生する排熱を回収して湯水を加熱し、この湯水を貯留タンク１５に貯留する蓄熱運転を行う運転モードである。即ち、動作運転の要求がない場合に、蓄熱運転を単独で行う運転モードである。言い換えると、待機モードと言える。
【００８９】
即ち、コージェネレーションシステム１が蓄熱運転モードで動作する場合、図示しない制御手段から発信される制御信号に基づいて、三方弁４１が熱回収バイパス流路４０に対して閉じ（ポート４１ｂを閉じる）、熱回収往き流路３７及び熱回収戻り流路３８に対して開いた状態に制御される。そのため、熱回収用回路１２内においては、図５の黒塗りに示すように、貯留タンク１５の底部接続部２７を始点として、発電ユニット２を介して貯留タンク１５の頂部接続部２５に向かうように湯水の循環流が発生する。一方、発電ユニット２では、燃料電池６が発電することで発熱するため、発電側熱交換器１０が昇温する。即ち、発電ユニット２に導入された湯水は、燃料電池６の排熱によって加熱され、その加熱された湯水は熱回収戻り流路３８を通過して、貯留タンク１５の上部側（頂部接続部２５）に戻される。そして、このような動作が連続的に行われることで、貯留タンク１５に加熱された湯水が徐々に貯留される。
このとき、特に限定されるものではないが、熱回収回路１２を流れる湯水の流量は、１００ｃｃ／ｍｉｎ以上３００ｃｃ／ｍｉｎ以下、又は、１００ｃｃ／ｍｉｎよりやや少ない量から、３００ｃｃ／ｍｉｎまでの量となっている。
【００９０】
ここで、本実施形態の蓄熱運転モードでは、熱回収戻り流路３８を流れる湯水の温度が低い場合、熱回収戻り流路３８で湯水を循環させる動作を行う。即ち、熱回収戻り流路３８を流れる湯水の温度が低い場合、貯留タンク１５に湯水を戻してしまうと貯留タンク１５内の温度成層が乱れてしまう。したがって、熱回収戻り流路３８を流れる湯水の温度が低い場合、三方弁４１の開放するポートを切り換えて、熱回収戻り流路３８から熱回収バイパス流路４０側に湯水が流れるように制御する。より具体的には、図６の黒塗りに示すように、熱回収往き流路３７における三方弁４１よりも上流側の水流を停止し、熱回収用回路１２の流路であって貯留タンク１５を迂回した流路に湯水を流して、さらに発電ユニット２で湯水を加熱する。そして、このような動作は、戻り側温度センサ４６が所定の温度以上を検知するまで継続される。
【００９１】
即ち、発電ユニット２の動作に伴って発生する排熱を回収して湯水を加熱し、この湯水を貯留タンク１５に貯留する運転は、熱回収戻り流路３８を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する。対して、熱回収戻り流路３８を流れる湯水の温度が低い場合には、三方弁４１の開放するポートを切り換えて、熱回収戻り流路３８内で湯水を循環させる運転を実施し、熱回収戻り流路３８から貯留タンク１５に湯水が流れないように制御する。
【００９２】
（給湯運転モード）
給湯運転モードを実施している間は、図７のハッチングのように、蓄熱運転が常時行われている。即ち、ＳＯＦＣを用いたコージェネレーションシステム１が給湯運転モードで動作する場合、蓄熱運転と給湯運転の両方の運転が行われる。
【００９３】
このとき、給湯栓等が操作されると、外部の給水源から供給された低温の湯水の一部が貯留タンク１５に底部接続部２８から流入する。これにより、貯留タンク１５の頂部に滞留する高温の湯水が出湯流路５１へ排出される。
【００９４】
また、外部の給水源から供給された低温の湯水は、給水分岐路６５にも流れ込む。このことにより、湯水混合弁６０を介して出湯流路５１に導入される。
【００９５】
即ち、給湯運転モードにおいては、図７の黒塗りに示すように、蓄熱運転に加えて、貯留タンク１５に貯留された高温の湯水と、給水分岐路６５を通過した低温の湯水とが合流するように水流を形成し、所定の温度に調整されて給湯栓（浴槽への落とし込みも含む）から給湯される。
【００９６】
（追い焚き運転モード）
追い焚き運転モードの実施中においても、図８のハッチングのように、蓄熱運転が常時行われている。即ち、ＳＯＦＣを用いたコージェネレーションシステム１が追い焚き運転モードで動作する場合、蓄熱運転と、高温の湯水を追い焚き用熱交換器１８に供給する追い焚き運転を共に実施する。
【００９７】
このとき、追い焚き用熱交換器１８に高温の湯水を供給すると共に、浴槽内の湯水を追い焚き循環流路３５で循環させる（図８の黒塗り参照）。このことにより、熱供給経路２２（風呂追い焚き用流路６８）を循環する高温の湯水と、追い焚き循環流路３５を循環する浴槽内の湯水とが熱交換する。結果、浴槽内の湯水が所望の温度まで加熱される。
【００９８】
（暖房運転モード）
暖房運転モードの実施中においても、図９のハッチングのように、蓄熱運転が常時行われている。即ち、ＳＯＦＣを用いたコージェネレーションシステム１が暖房運転モードで動作する場合、蓄熱運転と、高温の湯水を熱器具用熱交換器１７に供給する暖房運転を共に実施する。
【００９９】
このとき、熱器具用熱交換器１７に高温の湯水を供給すると共に、暖房循環流路３６内に湯水（図示しない暖房機器に熱を供給するための熱媒体）の循環流を発生させる。（図９の黒塗り参照）。このことにより、熱供給経路２２（熱器具用流路６７）を循環する高温の湯水と、暖房循環流路３６を循環する熱媒体となる湯水とが熱交換する。結果、図示しない暖房機器に熱が供給される。
【０１００】
以上が通常の熱消費のための運転モードの動作の説明である。
【０１０１】
ここで、上記したように、ＳＯＦＣは発熱温度が高いが排熱量が少ないという特徴を持つ。そのため、本実施形態では、蓄熱運転モードを実施するときに熱回収用回路１２を流れる湯水の流量を少なくする。そして、そのことで湯水をゆっくりと循環させ、湯水を十分に加熱している。また、上記したように、蓄熱運転モードにおいて貯留タンク１５に湯水を戻すとき、貯留タンク１５内の温度成層を維持するため、貯留タンク１５内の湯水を掻き乱さない程度にゆっくりと戻す必要がある。こういった観点からも、蓄熱運転モードにおいて熱回収用回路１２に湯水を流すとき、流量を少なくし、ゆっくりと湯水を流す必要がある。
【０１０２】
しかしながら、コージェネレーションシステム１を寒冷地で使用するとき、熱回収用回路１２でゆっくりと湯水を流すと、外気の温度低下によって、熱回収用回路１２を流れる湯水が凍結してしまうことが懸念される。即ち、熱回収用回路１２を流れる湯水の流速が極めて遅いと、湯水はあたかも熱回収用回路１２に滞留しているような状態となる。このとき、外気温度が低下してしまうと、熱回収用回路１２内の湯水が凍結してしまうことが考えられる。
【０１０３】
そこで、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、外気の温度低下による、熱回収用回路１２を流れる湯水の凍結を防止するため、凍結防止運転を実施する。本実施形態の特徴的な動作である凍結防止運転について、以下で詳細に説明する。
【０１０４】
本実施形態の凍結防止運転は、発電ユニット２又は熱回収装置３において熱回収用回路１２を流れる湯水の温度低下が検知されたことを条件に開始される。そして、第１の凍結防止動作、第２の凍結防止動作、第３の凍結防止動作のいずれかを実施する。
【０１０５】
第１の凍結防止動作とは、凍結防止ヒータ４４を作動させた状態で、熱回収用回路１２に湯水を流す動作である。より具体的には、第１の凍結防止動作は、燃料電池が発電していない場合に実施される動作であって、熱回収往き流路３７、熱回収戻り流路３８、熱回収バイパス流路４０によって形成される循環回路（図６の黒塗り参照）に湯水を流す。このとき、循環回路を流れる湯水の流量は、蓄熱運転モード時の湯水の流量の平均値（例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ未満の流量であり、以下通常時の流量とも称す）より多くなっており、熱回収用回路１２における湯水の凍結を十分に防止可能な流量（例えば１Ｌ／ｍｉｎ）となっている。
【０１０６】
第２の凍結防止動作とは、凍結予防ヒータ４４を停止させた状態で、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量を通常時の流量（例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ未満の流量）より増加させる動作である。より具体的には、燃料電池が発電中であって、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量が比較的に高いときに実施される動作である。即ち、湯水の流量が比較的高く、湯水の流量を通常時の流量（例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ未満の流量）から増加させても、貯留タンク１５に流れ込む湯水が低温とならない場合に実施される。なお、本実施形態では、第２の凍結防止動作の実施時における湯水の流量は、２００ｃｃ／ｍｉｎ以上であり、１Ｌ／ｍｉｎ以下となっていることが好ましい。即ち、第１の凍結防止動作の流量より少なく、通常時の流量より多くしており、且つ湯水の凍結を十分に防止可能な流量としている。
【０１０７】
第３の凍結防止動作とは、凍結予防ヒータ４４を作動させた状態で、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量を通常時の流量（例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ未満の流量）とする動作である。より具体的には、燃料電池が発電中であって、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量が比較的に低いときに実施される動作である。即ち、湯水の流量が比較的低く、湯水の流量を通常時の流量（例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ未満の流量）から増加させてしまうと、貯留タンク１５に流れ込む湯水が低温となってしまう場合に実施される。
【０１０８】
具体的に説明すると、凍結防止運転が開始されたとき、燃料電池６が発電中でなければ、第１の凍結防止動作を実施する。
【０１０９】
これに対して、凍結防止運転が開始されたとき、燃料電池６が発電中であれば、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量の増加が可能か否かを判別する。即ち、仮に流量を増加した場合に、貯留タンク１５に流入する湯水の温度が所定温度Ｔａ（例えば摂氏４０℃）以上となるか否かを判別する。
【０１１０】
そして、判別の結果、流量を増加しても貯留タンク１５に流入する湯水の温度が所定温度Ｔａ以上となることが確認された場合、第２の凍結防止動作を実施する。また、湯水の流量を増加すると、貯留タンク１５に流入する湯水の温度が所定温度Ｔａより低くなってしまう場合、第３の凍結防止動作を実施する。
【０１１１】
本実施形態の凍結防止運転につき、図１０，１１を参照しつつ、以下でさらに詳細に説明する。
【０１１２】
まず、発電ユニット制御部によって制御される発電ユニット２側での凍結防止運転時の動作について説明する。
【０１１３】
発電側往き流路温度センサ４９によって熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｂ（例えば摂氏３℃）以下であることが検知された場合、又は発電側戻り流路温度センサ４８によって熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｂ以下であることが検知された場合、又は排熱貯湯ユニット制御部から送信された凍結対応指示の信号が検知された場合、のいずれかの場合（ステップ１０１でＹｅｓの場合）にステップ１０２へ移行して凍結防止運転を開始する。
【０１１４】
ここで、詳しくは後述するが、熱回収装置３側では、熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｂ以下であることを検知したとき、排熱貯湯ユニット制御部が発電ユニット２側の発電ユニット制御部に凍結対応指示の信号を発信する。即ち、発電ユニット２又は熱回収装置３で熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が低温（所定温度Ｔｂ以下）であることが検知された場合に、凍結防止運転が開始される。
【０１１５】
凍結防止運転が開始されると、発電ユニット制御部によって燃料電池６が発電中か否かが判別される（ステップ１０２）。
【０１１６】
そして、燃料電池６が発電中でない場合（ステップ１０２でＮｏの場合）、第１の凍結防止動作を実施する（ステップ１１０）。即ち、発電側循環ポンプ１１を起動して、熱回収用回路１２に規定の流量Ｑ１（例えば、１Ｌ／ｍｉｎ）で湯水を流す。そしてさらに、発電ユニット制御部が排熱貯湯ユニット制御部に対して凍結防止ヒータ４４の作動を指示する信号を送信する。このとき、詳しくは後述するが、熱回収装置３で凍結防止ヒータ４４が起動する。
なお、本実施形態のコージェネレーションシステム１は、導入後、稼動を開始すると燃料電池６が発電し続けるものであるが、何らかの要因により発電が停止してしまったとき、第１の凍結防止動作（ステップ１１０の処理）を実施する。
【０１１７】
対して、燃料電池６が発電中の場合（ステップ１０２でＹｅｓの場合）、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量を検知する（ステップ１０３）。そして、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量が熱回収用回路１２内で湯水が凍結しない程度に十分な流量であることが確認されると（ステップ１０３でＹｅｓの場合）、ステップ１０１に戻り、ステップ１０１以降の処理を実施する。
これに対して、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量が比較的少ない場合、即ち、熱回収用回路１２内で湯水が凍結してしまうおそれがある場合、コージェネレーションシステム１は、流量増加可否判断を実施する（ステップ１０４）。具体的に説明すると、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量をその時の流量（凍結防止運転実施前の流量であって通常時の流量、例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ）から規定の流量Ｑ２（例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ以上である所定の流量）まで増加させたと仮定した場合に、貯湯タンク１５に流入する湯水の温度が所定温度Ｔａ（例えば摂氏４０℃）以上となるか否かを判断する。そして、仮に湯水の流量を増加しても、貯湯タンク１５に流入する湯水の温度が所定温度Ｔａ以上となることが予測される場合、流量増加可能と判断する（ステップ１０５でＹｅｓ）。対して、仮に湯水の流量を増加すると、貯湯タンク１５に流入する湯水の温度が所定温度Ｔａより低くなることが予測される場合、流量増加不可と判断する（ステップ１０５でＮｏ）。
【０１１８】
このとき、流量増加可否判断は適宜実施してよいが、一例として、流量を増加した場合の温度Ｔｘを算出し、所定温度Ｔａ（例えば摂氏４０℃）以上であるか否かを判別する方法がある。具体的には、まず、凍結防止運転実施時の熱回収用回路１２を流れる湯水の流量と、発電側往き流路温度センサ４９、発電側戻り流路温度センサ４８が取得した温度から、燃料電池６で排出された熱量を演算する。次に、演算した熱量と、増加させた場合の仮の流量から、流量を増加した場合の温度Ｔｘを算出する。そして、算出した温度Ｔｘが所定温度Ｔａ以上であるか比較するという方法である。なお、算出した温度Ｔｘが所定温度Ｔａ以上であれば流量増加可能と判断し、算出した温度Ｔｘが所定温度Ｔａより低ければ流量増加不可と判断する。
【０１１９】
そして、流量増加可否判断で流量増加可能と判断された場合（ステップ１０５でＹｅｓの場合）、第２の凍結防止動作を実施する（ステップ１０６）。第２の凍結防止動作では、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量を通常時の流量（凍結防止運転開始時の流量であって、例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ）から規定の流量Ｑ２まで増加させる。
【０１２０】
ここで、規定の流量Ｑ２とは、通常時の流量（凍結防止運転開始時の流量でもあり、例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ）以上であって、適宜の流量となっている。
【０１２１】
また、第２の凍結防止動作では、排熱貯湯ユニット制御部に対して凍結予防ヒータ４４を停止させる信号を送信する。このとき、詳しくは後述するが、熱回収装置３において凍結防止ヒータ４４が停止した状態であれば、凍結防止ヒータ４４に停止した状態をそのまま維持する。また、熱回収装置３において凍結防止ヒータ４４が作動中であれば停止する。
【０１２２】
ところで、第２の凍結防止動作を実施するとき、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量がすでに凍結防止運転によって変更されていた場合でも、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量を上記規定の流量Ｑ２とする。即ち、この場合も同様に、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量を規定の流量Ｑ２に変更し、排熱貯湯ユニット制御部に対して凍結予防ヒータ４４を停止させる信号を送信する。
【０１２３】
また、流量増加可否判断で流量増加不可と判断された場合（ステップ１０５でＮｏの場合）、第３の凍結防止動作を実施する（ステップ１０９）。即ち、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量を通常の流量（凍結防止運転開始前の流量でもあり、例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ）に維持しつつ、排熱貯湯ユニット制御部に対して凍結予防ヒータ４４を作動させる信号を送信する。このとき、詳しくは後述するが、熱回収装置３において凍結防止ヒータ４４が停止中であれば凍結防止ヒータ４４を作動させる。また、熱回収装置３において凍結防止ヒータ４４が作動中であれば作動した状態を維持する。
【０１２４】
ところで、第３の凍結防止動作を実施するとき、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量がすでに凍結防止運転によって変更されていた場合であっても、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量を通常時の流量（凍結防止運転開始前の流量でもあり、例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ）に戻し、排熱貯湯ユニット制御部に対して凍結予防ヒータ４４を作動させる信号を送信する。
【０１２５】
そして、発電ユニット２且つ熱回収装置３で熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｃ（例えば摂氏７℃）以上であることが検知されるまで（ステップ１０７でＮｏである間）、ステップ１０２以降の処理を実施する。
【０１２６】
対して、発電側往き流路温度センサ４９によって熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｃ以上であることが検知された場合、且つ発電側戻り流路温度センサ４８によって熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｃ以上であることが検知された場合、且つ排熱貯湯ユニット制御部から送信された凍結防止動作の停止を指示する信号が検知された場合（ステップ１０７でＹｅｓの場合）に、ステップ１０８へ移行して凍結防止運転を停止する。
【０１２７】
ここで、凍結防止運転の停止条件となる所定温度Ｔｃ（例えば摂氏７℃）と凍結防止運転の開始条件となる所定温度Ｔｂ（例えば摂氏３℃）の間には差が設けられている。より詳細には、凍結防止運転の停止条件となる所定温度Ｔｃは、凍結防止運転の開始条件となる所定温度Ｔｂを上回っている。
【０１２８】
そして、詳しくは後述するが、熱回収装置３側では、熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｃ以上であることを検知したとき、排熱貯湯ユニット制御部が発電ユニット２側の発電ユニット制御部に凍結防止運転の停止を指示する信号を発信する。即ち、発電ユニット２且つ熱回収装置３で熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が高温（所定温度Ｔｃ以上）であることが検知された場合に、凍結防止運転が停止される。
【０１２９】
具体的には、排熱貯湯ユニット制御部に対して凍結予防ヒータ４４を停止させる信号を送信すると共に、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量を通常時の流量（凍結防止運転開始前の流量でもあり、例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ）に戻す（ステップ１０８）。そして、発電ユニット２又は熱回収装置３で熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が低温（所定温度Ｔｂ以下）であることが検知されるまで（ステップ１０１でＹｅｓとなるまで）待機する。
【０１３０】
以上で、発電ユニット２側での凍結防止運転時の動作について説明を終了する。
【０１３１】
続いて、排熱貯湯ユニット制御部によって制御される熱回収装置３側での凍結防止運転時の動作について説明する。
【０１３２】
熱回収装置３では、熱回収側往き流路温度センサ４３によって熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｂ（例えば摂氏３℃）以下であることが検知された場合、又は熱回収側戻り流路温度センサ４６によって熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｂ以下であることが検知された場合、又はラジエター用温度センサ４７によって熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｂ以下であることが検知された場合（ステップ２０１でＹｅｓの場合）、排熱貯湯ユニット制御部が発電ユニット２側の発電ユニット制御部に凍結対応指示の信号を発信する。即ち、熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が低温（所定温度Ｔｂ以下）であることを検知したとき、排熱貯湯ユニット制御部が発電ユニット２側の発電ユニット制御部に凍結対応指示の信号を発信する。
【０１３３】
また、熱回収装置３では、凍結防止運転が実施されている間、発電ユニット制御部が送信した凍結防止ヒータ４４を作動させる信号を受信すると（ステップ２０３でＹｅｓの場合）、凍結防止ヒータ４４を作動させる（ステップ２０４）。具体的には、凍結防止ヒータ４４に通電し、凍結防止ヒータ４４によって熱回収往き流路３７を形成する配管等を加熱する。そして、熱回収往き流路３７を流れる湯水を昇温する。
【０１３４】
対して、凍結防止運転が実施されている間、発電ユニット制御部が送信した凍結防止ヒータ４４を停止させる信号を受信すると（ステップ２０３でＮｏの場合）、凍結防止ヒータ４４を停止させる（ステップ２０７）。
【０１３５】
なお、発電ユニット制御部が送信した凍結防止ヒータ４４を作動させる信号を受信したとき、凍結防止ヒータ４４が停止中であれば作動させ、凍結防止ヒータ４４が作動中であれば作動した状態を維持させる。同様に、発電ユニット制御部が送信した凍結防止ヒータ４４を停止させる信号を受信したとき、凍結防止ヒータ４４が作動中であれば停止させ、凍結防止ヒータ４４が停止中であれば停止した状態を維持させる。
【０１３６】
そして、熱回収装置３では、熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｃ（例えば摂氏７℃）以上であることが検知されるまで（ステップ２０５でＮｏである間）、ステップ２０２以降の処理を実施する。
【０１３７】
対して、熱回収側往き流路温度センサ４３によって熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｃ以上であることが検知された場合、且つ熱回収側戻り流路温度センサ４６によって熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｃ以上であることが検知された場合、且つラジエター用温度センサ４７によって熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｃ以上であることが検知された場合（ステップ２０５でＹｅｓの場合）、凍結防止ヒータ４４を停止し、発電ユニット制御部に凍結防止動作の停止を指示する信号を送信する。そして、熱回収装置３で熱回収用回路１２を流れる湯水の温度が所定温度Ｔｂ以下であることが検知されるまで（ステップ２０１でＹｅｓとなるまで）待機する。
【０１３８】
以上で、熱回収装置３側での凍結防止運転時の動作について説明を終了する。
【０１３９】
上記したように、本実施形態において熱回収用回路１２を流れる湯水の流量は、通常時の流量（凍結防止運転開始前の流量でもあり、例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ）と第３の凍結防止動作時の流量が同一（略同一）となっている。そして、第２の凍結防止動作時の流量Ｑ２が第３の凍結防止動作時の流量以上となっている。またさらに、第１の凍結防止動作時の流量（１Ｌ／ｍｉｎ）が第２の凍結防止動作時の流量Ｑ２より多くなっている。
即ち、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量は、通常時又は第３の凍結防止動作時、第２の凍結防止動作時、第１の凍結防止動作時の順に多くなっている。
したがって、第１の凍結防止動作において、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量の目標とされる所定の流量Ｑ１が、第２の凍結防止動作において、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量の目標とされる所定の流量Ｑ２より大きくなっている。そしてさらに、当該所定の流量Ｑ２が通常時の流量より大きくなっている。
【０１４０】
また上記したように、本実施形態では、発電ユニット制御部と排熱貯湯ユニット制御部との間で各種信号を送受信することにより、凍結防止運転を実施する。具体的には、発電ユニット２又は熱回収装置３のいずれかで、熱回収用回路１２を流れる湯水の温度低下が確認された場合に凍結防止運転を開始する。そして、第１の凍結防止動作、第２の凍結防止動作、第３の凍結防止動作のいずれかを実施すると共に、これらの動作で必要に応じて凍結防止ヒータ４４を作動、停止する。そして、熱回収用回路１２を流れる湯水の温度上昇が確認された場合に凍結防止運転を停止する。
【０１４１】
上記した実施形態では、蓄熱運転モード時において熱回収用回路１２を流れる湯水の流量を１００ｃｃ／ｍｉｎ弱から３００ｃｃ／ｍｉｎとし、蓄熱運転モード時の動作及び凍結防止運転を湯水の流量に基づいて制御する例、即ち、流量を優先させて温度を成り行きで制御する例を示したが、本発明のコージェネレーションシステムはこれに限るものではない。
例えば、湯水の温度に基づいて蓄熱運転モード時の動作又は凍結防止運転の制御を実施してもよい。即ち、温度を優先させて流量を成り行きとする制御を実施してもよい。具体的には、蓄熱運転モードを実施するとき、所定の目標温度を設定し、設定した目標温度となるように発電側循環ポンプ１１のモータの回転を制御することによって、湯水の流量を可変させてもよい。また、凍結防止運転を実施するとき、第１の凍結防止動作、第２の凍結防止動作、第３の凍結防止動作でそれぞれ異なる目標温度を設定し、その目標温度となるように発電側循環ポンプ１１のモータの回転を制御してもよい。
【０１４２】
さらにまた、湯水の流速に基づいて蓄熱運転モード時の動作又は凍結防止運転の制御を実施してもよい。例えば、熱回収用回路１２を構成する配管の径と、熱回収用回路１２を流れる湯水の流量から、熱回収用回路１２を流れる湯水が所定の流速になるように凍結防止運転を実施してもよい。このとき、第１の凍結防止動作、第２の凍結防止動作、第３の凍結防止動作の順に流速が速くなるように動作させてもよい。
【０１４３】
上記した実施形態では、凍結防止ヒータとして、セラミックヒータを採用した例を示したが、本発明のコージェネレーションシステムで採用する凍結防止ヒータはこれに限るものではない。例えば、凍結防止ヒータは帯状の抵抗器等の加熱素子であってもよく、このような凍結防止ヒータを配管（熱回収往き流路３７を形成する配管）に巻き付けて取付ける構成であってもよい。また、可撓性を備えた板体と、電熱線等の発熱体によって形成されるヒータであってもよい。つまり、熱回収往き流路３７を流れる湯水を加熱できればよい。
【符号の説明】
【０１４４】
１  コージェネレーションシステム
２  発電ユニット（発電部）
３  熱回収装置（排熱貯湯ユニット）
１２  熱回収用回路
１５  貯留タンク
４４  凍結防止ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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