(57)【要約】  エネルギーの有効な利用を可能とし、省エネルギー性の改善に貢献するインバータの冷却構成を備えるコージェネレーションシステム（１００）を提供するために、発電機（１）と、電力変換器（３）と、前記電力変換器からの排熱をその冷却器（４）で回収するように熱媒体が通流されると共に前記発電機からの排熱を回収するように前記熱媒体が通流される熱媒体経路（２）と、前記熱媒体が前記冷却器をバイパスするように通流されるバイパス経路（８）と、切替器（７）と、制御器（１２）と、を備え、前記制御器は、前記コージェネレーションシステムの起動動作時、停止動作時、又は、前記電力変換器の排熱量が予め定められる排熱閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する。
2009078181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、
前記発電機の出力電力を変換する電力変換器と、
前記電力変換器からの排熱及び前記発電機からの排熱を回収するように前記熱媒体が通流される熱媒体経路と、
前記熱媒体経路より分岐して前記熱媒体が前記電力変換器をバイパスして流れるためのバイパス経路と、
前記バイパス経路と前記熱媒体経路との間で前記熱媒体の流入先を切替える切替器と、
前記電力変換器の排熱量を検知する排熱量検知器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、起動動作時、停止動作時、又は、前記排熱量検知器が検知する前記排熱量が予め定められた閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御するように構成されている、コージェネレーションシステム。
【請求項２】
前記排熱量検知器が前記電力変換器からの排熱を回収した前記熱媒体の温度を検知する第１の温度検知器であって、
前記制御器は、前記第１の温度検知器が検知する前記温度が予め定められた第１の温度閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記排熱量検知器が前記電力変換器からの出力電流値を検知する電流検知器であって、
前記制御器は、前記電流検知器が検知する前記出力電流値が予め定められた電流閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記排熱量検知器が前記電力変換器からの出力電力値を決定する出力決定器であって、
前記制御器は、前記出力決定器が決定する前記出力電力値が予め定められた電力閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
前記排熱量検知器が前記電力変換器の温度を検知する第２の温度検知器であって、
前記制御器は、前記第２の温度検知器が検知する前記温度が予め定められた第２の温度閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項６】
前記制御器は、前記第２の温度検知器の検知温度が許容上限値を超える第１の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記熱媒体経路になるよう前記切替器を制御する、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項７】
前記制御器は、第１の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記熱媒体経路になるよう前記切替器を制御し、
前記第１の異常とは異なる第２の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記バイパス経路になるよう前記切替器を制御する、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項８】
前記熱媒体経路は、前記電力変換器が備える冷却器及び前記発電機を経由する経路である、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項９】
前記発電機を経由して該発電機を冷却する第１の熱媒体が通流される第１の熱媒体経路と、該第１の熱媒体経路上に配設された熱交換器と、を備え、
前記熱媒体経路は、前記電力変換器が備える冷却器及び前記熱交換器を経由して、該電力変換器が備える冷却器及び該熱交換器において受熱する第２の熱媒体が通流される第２の熱媒体経路である、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１０】
前記発電機が、燃料電池である、請求項１乃至９の何れか１つ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、発電と排熱の回収とを行うコージェネレーションシステムに関し、特に、コージェネレーションシステムが備える電力変換器の冷却構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池を備えるコージェネレーションシステムは、電気エネルギーと熱エネルギーとを同時にかつ環境に優しく生成することが可能であると共に、その発電に伴い生成される熱エネルギーの回収機構及びそれを有効に利用するための熱エネルギーの供給機構を比較的簡易に構成することができるため、一般家庭用の電力供給源及び熱供給源として好適に用いられている。【０００３】
コージェネレーションシステムの発電運転時、燃料電池には燃料ガスと酸化剤ガスとが供給される。すると、この燃料電池の陽極側では、所定の反応触媒が用いられる電気化学反応が進行することにより、燃料ガス中の水素が電子とプロトンとに変換される。この陽極側で発生した電子は、コージェネレーションシステムに接続された負荷を経由して、燃料電池の陰極側に到達する。又、陽極側で発生したプロトンは、燃料電池が備える電解質膜を通過して、燃料電池の陰極側に到達する。一方、この燃料電池の陰極側では、所定の反応触媒が用いられる電気化学反応が進行することにより、酸化剤ガス中の酸素と負荷を経由した電子と電解質膜を通過したプロトンとが水に変換される。かかる一連の電気化学反応の進行により、コージェネレーションシステムから負荷に向けて交流電力が供給されると共に、その電気化学反応の進行に伴う排熱が給湯等の用途に利用される。【０００４】
ところで、コージェネレーションシステムの発電運転の際、負荷に電力を供給すると共に、排熱を給湯等の用途に利用するためには、燃料電池が生成した直流電力を交流電力に変換する必要があると共に、燃料電池からの排熱を回収する排熱回収機構及びそれを給湯等の用途に利用するための貯湯機構を配設する必要がある。そのため、従来のコージェネレーションシステムでは、燃料電池が生成した直流電力を交流電力に変換するための直交変換器（以下、「インバータ」という）が配設されている。又、このコージェネレーションシステムでは、燃料電池及びインバータからの排熱を利用するための熱交換器と、この熱交換器により加熱されて得る温水を貯蔵するための貯湯タンクとが配設されている。これらのインバータ、熱交換器及び貯湯タンク等を設けることで、一般家庭用の電力供給源及び熱供給源としてのコージェネレーションシステムを提供することが可能になる。【０００５】
以下、従来の一般的なコージェネレーションシステムの構成について概説する。【０００６】
図８は、従来の一般的なコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図８では、便宜上、従来の一般的なコージェネレーションシステムの構成における一部を抜粋して示している。【０００７】
図８に示すように、従来のコージェネレーションシステム１０１の水系統１０２は、貯湯タンク１０３の底部に接続された冷水管１０４からの貯湯水を、ラジエータ１０５，インバータ１０６ａを冷却する冷却器１０７，凝縮器１０８，熱交換器１０９，温水管１１０を経由させて貯湯タンク１０３の頂部に戻す第１の水系統を備えている。又、この水系統１０２は、冷水管１０４からの水を、水タンク１１１，精製器１１２を経由させて改質器１１３に供給する第２の水系統を備えている。尚、図８に示すように、ラジエータ１０５の上流側と水タンク１１１の下流側とにはポンプ１１４，１１５が設けられていると共に、水タンク１１１の上流側には電磁弁１１６が設けられている。【０００８】
ここで、冷却器１０７は、インバータ１０６ａの排熱を伝熱作用により貯湯タンク１０３の底部から冷水管１０４を介して供給される貯湯水に伝達させて放熱する一般的な冷却器としての構成を備えている。又、ラジエータ１０５には冷却ファン１１７が取り付けられており、この冷却ファン１１７はラジエータ１０５への貯湯水の温度が所定の温度（例えば、３５℃）以上であるか否かによりオンオフするサーモスタット１１８により駆動開始及び駆動停止するように構成されている。【０００９】
又、図８に示すように、従来のコージェネレーションシステム１０１の電力変換回路１０６は、インバータ１０６ａをその中心的な構成要素として備えている。ここで、この電力変換回路１０６は、図８では図示しないが、インバータ１０６ａの他に昇圧回路等の電子回路と電圧センサや電流センサ等のセンサ群とを備えている。この電力変換回路１０６は、燃料電池スタック１１９から出力される直流電力を交流電力に変換して商用電源に接続された負荷に向けて供給可能に構成されている。【００１０】
そして、この従来のコージェネレーションシステム１０１では、燃料電池スタック１１９の動作温度に拘わらず、貯湯タンク１０３の底部から排出される貯湯水によりインバータ１０６ａを随時冷却するように構成されている。又、冷却器１０７に供給される貯湯水は、冷却ファン１１７付きのラジエータ１０５において適宜冷却され、貯湯タンク１０３の底部に貯蔵された貯湯水の温度が高温である場合であってもインバータ１０６ａを十分に冷却することができるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１１１２０９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述したように、従来のコージェネレーションシステム１０１では、貯湯タンク１０３から排出された貯湯水が、インバータ１０６ａの出力電流の大きさに応じて変動する排熱量の多少に拘わらず、インバータ１０６ａを随時冷却するように構成されている。そのため、燃料電池スタック１１９の発電量が低下する低負荷運転時、インバータ１０６ａの電力変換損失が低下して、インバータ１０６ａからの排熱量が減少している場合でも、貯湯水はインバータ１０６ａの排熱を回収しようとする。この場合、冷却器１０７における排熱の回収量よりも、冷却器１０７における放熱量の方が大きくなると、冷却器１０７において貯湯水が冷却されるので、コージェネレーションシステム１０１におけるエネルギーの利用効率が低下する。【００１２】
本発明は、上記従来のコージェネレーションシステムが有する課題を解決するためになされたものであって、エネルギーの有効な利用を可能とし、省エネルギー性の改善に貢献するインバータの冷却構成を備えるコージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係るコージェネレーションシステムは、発電機と、前記発電機の出力電力を変換する電力変換器と、前記電力変換器からの排熱及び前記発電機からの排熱を回収するように前記熱媒体が通流される熱媒体経路と、前記熱媒体経路より分岐して前記熱媒体が前記電力変換器をバイパスして流れるためのバイパス経路と、前記バイパス経路と前記熱媒体経路との間で前記熱媒体の流入先を切替える切替器と、前記電力変換器の排熱量を検知する排熱量検知器と、制御器と、を備え、前記制御器は、起動動作時、停止動作時、又は、前記排熱量検知器が検知する前記排熱量が予め定められた閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御するように構成されている。
かかる構成とすると、コージェネレーションシステムの起動動作時や、停止動作時、又は、電力変換器の動作状態に応じて、熱媒体の流入先を熱媒体経路からバイパス経路に切替えるよう切替器を制御するので、電力変換器が備える冷却器により熱媒体が冷却されることを防止することが可能になる。これにより、コージェネレーションシステムの省エネルギー性を改善することが可能になる。
この場合、前記排熱量検知器が前記電力変換器からの排熱を回収した前記熱媒体の温度を検知する第１の温度検知器であって、前記制御器は、前記第１の温度検知器が検知する前記温度が予め定められた第１の温度閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する。
かかる構成とすると、第１の温度検知器が検知する温度が予め定められた第１の温度閾値未満である場合に熱媒体の流入先を熱媒体経路からバイパス経路に切替えるよう切替器を制御するので、電力変換器が備える冷却器により熱媒体が冷却されることを簡易な構成により防止することが可能になる。
又、上記の場合、前記排熱量検知器が前記電力変換器からの出力電流値を検知する電流検知器であって、前記制御器は、前記電流検知器が検知する前記出力電流値が予め定められた電流閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する。
かかる構成としても、電流検知器が検知する出力電流値が予め定められた電流閾値未満である場合に熱媒体の流入先を熱媒体経路からバイパス経路に切替えるよう切替器を制御するので、電力変換器が備える冷却器により熱媒体が冷却されることを簡易な構成により防止することが可能になる。
又、上記の場合、前記排熱量検知器が前記電力変換器からの出力電力値を決定する出力決定器であって、前記制御器は、前記出力決定器が決定する前記出力電力値が予め定められた電力閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する。
かかる構成としても、出力決定器が決定する出力電力値が予め定められた電力閾値未満である場合に熱媒体の流入先を熱媒体経路からバイパス経路に切替えるよう切替器を制御するので、電力変換器が備える冷却器により熱媒体が冷却されることを簡易な構成により防止することが可能になる。
又、上記の場合、前記排熱量検知器が前記電力変換器の温度を検知する第２の温度検知器であって、前記制御器は、前記第２の温度検知器が検知する前記温度が予め定められた第２の温度閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する。
かかる構成とすると、第２の温度検知器が検知する電力変換器の実際の温度が予め定められた第２の温度閾値未満である場合に熱媒体の流入先を熱媒体経路からバイパス経路に切替えるよう切替器を制御するので、電力変換器が備える冷却器により熱媒体が冷却されることを簡易な構成により確実に防止することが可能になる。【００１４】
又、上記の場合、前記制御器は、前記第２の温度検知器の検知温度が許容上限値を超える第１の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記熱媒体経路になるよう前記切替器を制御する。【００１５】
かかる構成とすると、コージェネレーションシステムにおいて第１の異常が発生した場合に、熱媒体の流入先がバイパス経路から熱媒体経路に切替えられるよう切替器が制御されて、コージェネレーションシステムの停止動作中に高温状態である電力変換器が熱媒体により冷却されるので、電力変換器の損傷を最低限に抑えることが可能になる。
又、上記の場合、前記制御器は、第１の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記熱媒体経路になるよう前記切替器を制御し、前記第１の異常とは異なる第２の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記バイパス経路になるよう前記切替器を制御する。
かかる構成とすると、コージェネレーションシステムにおいて第１の異常が発生した場合に、電力変換器の損傷を最低限に抑えることが可能になる。又、その一方で、コージェネレーションシステムにおいて第２の異常が発生した場合、例えば、発電機の異常発熱によりその冷却水が異常な高温状態となった場合には、熱媒体の流入先が熱媒体経路からバイパス経路に切替えられるよう切替器が制御されて、コージェネレーションシステムの停止動作中に高温状態である発電機が熱媒体により優先的に冷却されるので、発電機の損傷を最低限に抑えることが可能になる。【００１６】
又、上記の場合、前記熱媒体経路は、前記電力変換器が備える冷却器及び前記発電機を経由する経路である。【００１７】
かかる構成とすると、発電機を冷却するための冷却水循環経路内にバイパス経路を設けることができるので、発電機と電力変換器とを最短経路で連結することが可能となる。これにより、冷却水循環経路とバイパス経路とをコンパクト化及び短回路化することができるので、コージェネレーションシステムの省エネルギー性が更に向上する。
又、上記の場合、前記発電機を経由して該発電機を冷却する第１の熱媒体が通流される第１の熱媒体経路と、該第１の熱媒体経路上に配設された熱交換器と、を備え、前記熱媒体経路は、前記電力変換器が備える冷却器及び前記熱交換器を経由して、該電力変換器が備える冷却器及び該熱交換器において受熱する第２の熱媒体が通流される第２の熱媒体経路である。
かかる構成とすると、発電機を冷却する第１の熱媒体が通流される第１の熱媒体経路と電力変換器が備える冷却器及び熱交換器において受熱する第２の熱媒体が通流される第２の熱媒体経路とが分離されるので、第１の熱媒体が第２の熱媒体に混入することを防止しながら省エネルギー性を改善することが可能になる。【００１８】
更に、上記の場合、前記発電機が、燃料電池である。【００１９】
かかる構成とすると、発電機としての燃料電池を備える一般家庭向けのコージェネレーションシステム等において、その省エネルギー性を改善することが可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るコージェネレーションシステムの特徴的な構成によれば、エネルギーの有効な利用を可能とし、省エネルギー性の改善に貢献するインバータの冷却構成を備えるコージェネレーションシステムを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態６に係るコージェネレーションシステムの動作を模式的に示す流れ図である。
【図６】本発明の実施の形態７に係るコージェネレーションシステムの動作を模式的に示す流れ図である。
【図７】第１の異常に係る具体的な事例の一例と第２の異常に係る具体的な事例の一例とを分類して示す分類図である。
【図８】従来の一般的なコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  発電機
２  熱媒体経路
２ａ  貯湯水循環経路
２ｂ  貯湯水ポンプ
３  電力変換装置
３ａ  インバータ
４  冷却器
５  熱交換器
６  貯湯タンク
７  経路切替器
７ａ  第１の接続口
７ｂ  第２の接続口
７ｃ  第３の接続口
８  バイパス経路
９  冷却水循環経路
１０  冷却水ポンプ
１１  配線
１２  制御装置
１２ａ  出力決定器
１３  電流検知器
１４ａ，１４ｂ  温度検知器
１５  負荷電力検知器
１００〜４００  コージェネレーションシステム
１０１  コージェネレーションシステム
１０２  水系統
１０３  貯湯タンク
１０４  冷水管
１０５  ラジエータ
１０６  電力変換回路
１０６ａ  インバータ
１０７  冷却器
１０８  凝縮器
１０９  熱交換器
１１０  温水管
１１１  水タンク
１１２  精製器
１１３  改質器
１１４  ポンプ
１１５  ポンプ
１１６  電磁弁
１１７  冷却ファン
１１８  サーモスタット
１１９  燃料電池スタック
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。【００２４】
（実施の形態１）
先ず、本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの構成について詳細に説明する。【００２５】
図１は、本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図１では、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して示し、その他の構成要素については図示を省略している。又、図１では、発電により直流電力を出力する発電機を備え、電力変換器としてインバータを備えるコージェネレーションシステムの構成を示している。【００２６】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステム１００は、排熱を伴いながら発電により直流電力を出力する発電機１と、この発電機１の排熱を回収するための冷却水が循環される環状の冷却水循環経路９と、この冷却水循環経路９において冷却水を循環させるための冷却水ポンプ１０と、この冷却水ポンプ１０により冷却水循環経路９において循環される冷却水と後述する貯湯水循環経路２ａにおいて循環される貯湯水との間で熱交換させる熱交換器５とを備えている。【００２７】
ここで、発電機１としては、具体的には、水素生成装置（図示せず）が生成する燃料ガス中の水素、又は、水素ボンベから供給される水素と、空気等の酸化剤ガス中の酸素とを用いる発電により直流電力を出力する燃料電池が挙げられる。この燃料電池としては、例えば、高分子電解質形燃料電池が挙げられる。尚、発電機１としては、燃料電池に限定されることはなく、燃料電池が出力する直流電力と同様の直流電力を出力する発電機であれば、如何なる発電機であっても、コージェネレーションシステム１００に搭載することが可能である。尚、この発電機１が燃料電池である形態については、実施の形態５において説明する。【００２８】
又、このコージェネレーションシステム１００は、発電機１が出力する直流電力を商用電力と同様の交流電力（例えば、５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）に変換するためのインバータ３ａをその主たる構成要素として備える電力変換装置３と、この電力変換装置３が備えるインバータ３ａの排熱量としての温度を検知する温度検知器１４ａと、この電力変換装置３のインバータ３ａの排熱を回収してそれを冷却するための冷却器４とを備えている。【００２９】
ここで、電力変換装置３のインバータ３ａは、図１では図示しないが、抵抗、トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、トランス、コイル等の各種電気電子部品を備えていると共に、電力変換動作を行なうパワー半導体（例えば、半導体整流器、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子）を備えている。これらの各種電気電子部品及びパワー半導体は、例えば、プリント配線板に実装されている。そして、パワー半導体の伝熱部にはアルミ製の放熱板が装着され、この放熱板が冷却器４に固着されている。
より具体的に説明すると、インバータ３ａのプリント配線板の両端に沿って第１の冷却ユニット及び第２の冷却ユニットが対向して配設され、この第１の冷却ユニット及び第２の冷却ユニットの両端部は、一対の連通管により連結されている。これらの第１の冷却ユニットと第２の冷却ユニットと一対の連通管とにより、冷却器４が構成されている。そして、第１の冷却ユニット及び第２の冷却ユニットに、パワー半導体を備えるアルミ製の放熱板が固着されている。換言すれば、パワー半導体を備えるアルミ製の放熱板は、そのパワー半導体からの放熱が効果的に行われるように、第１の冷却ユニット及び第２の冷却ユニットに対して面接触するように固着されている。このように、本実施の形態では、パワー半導体からの排熱は、アルミ製の放熱板を介して、第１の冷却ユニット及び第２の冷却ユニットに伝達される。そして、第１の冷却ユニット及び第２の冷却ユニットに伝達されたパワー半導体からの排熱は、後述するように、冷却器４に通流される貯湯水により回収される。これにより、インバータ３ａが備えるパワー半導体の温度が適切に制御される。【００３０】
又、温度検知器１４ａは、温度変化を電圧変化として出力するサーミスタ等の温度センサを備え、インバータ３ａの温度を検知可能に配設されている。例えば、温度検知器１４ａは、電力変換装置３におけるインバータ３ａ近傍の所定の位置に配設され、その温度センサがインバータ３ａの温度を直接検知するように配設されている。尚、温度検知器１４ａが備える温度センサとしては、ＮＴＣサーミスタ、ＰＴＣサーミスタ、ＣＴＲサーミスタ等の何れのサーミスタであっても用いることができる。又、温度センサとしてはサーミスタに限定されることはなく、インバータ３ａの温度を検知可能な温度センサであれば、如何なる温度センサを用いてもよい。又、温度検知器１４の温度センサは、電力変換装置３内に配置され、インバータ３ａの温度を間接的に検知してもよい。
尚、このコージェネレーションシステム１００において、発電機１が出力する直流電力は、配線１１を介して電力変換装置３に供給される。この供給される直流電力は、電力変換装置３のインバータ３ａにより交流電力に変換された後、電力変換装置３から負荷に向けて供給される。【００３１】
ここで、本実施の形態では、電力変換装置３がインバータ３ａを備える構成を示しているが、このような構成に限定されることはない。例えば、発電機１の種類（直流電力発電機または交流電力発電機）と負荷が消費する電力の種類（直流負荷または交流負荷）との組合せに応じて、電力変換装置３がコンバータ（ＡＣ−ＡＣ、ＤＣ−ＤＣ）、整流器（ＡＣ−ＤＣ）を備えていてもよい。このように、本明細書では、発電により直流電力又は交流電力を出力する構成要素を「発電機」と記載すると共に、インバータ３ａ、コンバータ、整流器を「電力変換器」と記載する。【００３２】
又、このコージェネレーションシステム１００は、水道等のインフラストラクチャーから供給される水を貯湯水として貯蔵する貯湯タンク６と、この貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水が冷却器４からの排熱を回収しかつ熱交換器５において冷却水循環経路９に循環される冷却水と熱交換するように循環される環状の貯湯水循環経路２ａと、この貯湯水循環経路２ａにおいて貯湯水を循環させるための貯湯水ポンプ２ｂとを備えている。ここで、本実施の形態では、貯湯水循環経路２ａと貯湯水ポンプ２ｂとにより排熱回収手段としての熱媒体経路２が構成されている。【００３３】
このように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００では、発電機１の発電に伴う排熱を回収するための冷却水循環経路９とそこで冷却水を循環させるための冷却水ポンプ１０とからなる排熱回収手段と、貯湯水循環経路２ａと貯湯水ポンプ２ｂとからなる熱媒体経路２とが、熱交換器５を介して伝熱可能な状態で接続されている。かかる構成の下、貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水は、インバータ３ａからの排熱及び発電機１からの排熱を回収する。尚、インバータ３ａからの排熱及び発電機１からの排熱を回収した貯湯水は、貯湯水タンク６に再び貯蔵される。この排熱を回収して温度上昇した貯湯水が、貯湯水タンク６から排出され、給湯等の用途において適宜利用される。【００３４】
又、図１に示すように、このコージェネレーションシステム１００は、制御装置１２を備えている。この制御装置１２は、ＣＰＵ、メモリ等の主たる構成要素とこれを駆動するための各種電気電子部品とを備えている。そして、この制御装置１２は、コージェネレーションシステム１００の動作に係る制御信号を出力することにより、コージェネレーションシステム１００の動作を適宜制御する。ここで、このコージェネレーションシステム１００の動作に係るプログラム（例えば、本発明に係る特徴的な動作を実現させるための制御プログラム）は、制御装置１２のメモリに予め記憶されている。尚、図１では図示しないが、制御装置１２と、電力変換装置３、温度検知器１４ａ、貯湯水ポンプ２ｂ、冷却水ポンプ１０、及び後述する経路切替器７等とは、配線により電気的に接続されている。そして、これらの電力変換装置３、貯湯水ポンプ２ｂ、冷却水ポンプ１０、経路切替器７の動作は、制御装置１２により適宜制御される。【００３５】
そして、図１に示すように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００は、経路切替器７とバイパス経路８とを特徴的に備えている。【００３６】
ここで、経路切替器７は、制御装置１２により遠隔操作が可能な三方弁であって、その第１の接続口７ａには貯湯水ポンプ２ｂから延出する貯湯水循環経路２ａの一部の一端が接続され、その第２の接続口７ｂから延出する貯湯水循環経路２ａの他の一部の一端は冷却器４に接続されている。つまり、このコージェネレーションシステム１００では、貯湯水ポンプ２ｂの動作により貯湯タンク６から排出された貯湯水は、貯湯水循環経路２ａの一部と、経路切替器７と、貯湯水循環経路２ａの他の一部とをこの順序で通過した後、冷却器４に供給される。尚、経路切替器７として、開閉弁を用いてもよい。【００３７】
又、図１に示すように、バイパス経路８の一端は、経路切替器７の第３の接続口７ｃに接続されている。又、バイパス経路８の他端は、冷却器４と熱交換器５とを接続する貯湯水循環経路２ａにおける所定の位置に接続されている。つまり、このコージェネレーションシステム１００において、バイパス経路８は、貯湯タンク６から貯湯水循環経路２ａに導入された貯湯水を、冷却器４に通流させることなく、インバータ３ａ（冷却器４）からの排熱を回収不能に迂回させるためのバイパス経路であって、経路切替器７の第３の接続口７ｃからバイパス経路８に供給された貯湯水をインバータ３ａ（冷却器４）からの排熱を回収させることなく熱交換器５に供給させる。ここで、経路切替器７は、バイパス経路８と貯湯水循環経路２ａとの間で貯湯水の流入先を切替える経路切替器として機能するように配設されている。【００３８】
次に、本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの動作について詳細に説明する。【００３９】
コージェネレーションシステム１００の定格運転時、発電機１からの排熱は、冷却水ポンプ１０が冷却水循環経路９に循環させる冷却水により逐次回収される。この冷却水により回収された発電機１の排熱は、熱交換器５が備える熱交換作用により、熱媒体経路２に伝達される。【００４０】
又、電力変換装置３は、発電機１から配線１１を介して直流電力が供給されると、その供給された直流電力をインバータ３ａにより交流電力に変換する。この直流電力から交流電力への電力変換の際、インバータ３ａが備えるパワー半導体からの排熱は、それに装着された放熱板を介して、冷却器４に伝達される。ここで、この冷却器４からの排熱は、貯湯水ポンプ２ｂが貯湯水循環経路２ａに循環させる貯湯タンク６からの貯湯水により、熱媒体経路２において逐次回収される。そして、冷却器４からの排熱を回収して温度上昇した貯湯水は、熱交換器５において発電機１からの排熱を回収して更に温度上昇した後、貯湯タンク６に供給される。尚、貯湯タンク６に貯蔵された貯湯水（温水）は、必要に応じて、給湯等の用途に向けて随時供給される。又、電力変換装置３は、インバータ３ａの電力変換により生成した交流電力を負荷に向けて供給する。【００４１】
一方、コージェネレーションシステム１００が発電運転を終了して、コージェネレーションシステム１００の停止動作においては、電力変換装置３により直流電力から交流電力への電力変換は、通常停止されるので、インバータ３ａが備えるパワー半導体等の発熱も速やかに停止する。従って、インバータ３ａが備えるパワー半導体から放熱板を介する冷却器４への排熱の伝達も速やかに停止される。【００４２】
又、コージェネレーションシステム１００が発電運転を開始する前、つまり、コージェネレーションシステム１００の起動動作時においては、通常、発電機１の発電運転は実行されないので、電力変換装置３による直流電力から交流電力への電力変換は、通常停止されている。よって、インバータ３ａが備えるパワー半導体は発熱しない。従って、インバータ３ａが備えるパワー半導体から放熱板を介する冷却器４への排熱の伝達は一切行われない。【００４３】
つまり、発電機１の起動動作時又は停止動作時、パワー半導体に装着された放熱板や冷却器４は、単に熱エネルギーを廃棄するための放熱器として機能する。【００４４】
このような場合、貯湯水ポンプ２ｂにより貯湯タンク６から低温状態である冷却器４に貯湯水が供給されるような、貯湯タンク６が満蓄段階においては、その低温状態である冷却器４及びパワー半導体に装着された放熱板の放熱作用により、その冷却器４に供給された貯湯水の温度が低下する。具体的には、コージェネレーションシステム１００の運転終了時、発電機１の発電停止に伴い電力変換装置３のインバータ３ａが備えるパワー半導体等の発熱が停止している際、貯湯タンク６から冷却器４に温度上昇した貯湯水が供給されると、低温状態である冷却器４により貯湯水が冷却される。つまり、高温状態の貯湯水が有する熱エネルギーが、コージェネレーションシステム１００から大気中に向けて廃棄される。かかる熱エネルギーの大気中への廃棄は、コージェネレーションシステム１００におけるエネルギーの利用効率を悪化させる要因となる。【００４５】
そこで、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００では、制御装置１２が、コージェネレーションシステム１００（発電機１）の起動動作時又は停止動作時に、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８（即ち、熱交換器５）に切替えるよう経路切替器７を制御する。ここで、負荷電力検知器１５が、コージェネレーションシステム１００から交流電力が供給される負荷の消費電力を検知して、その検知する負荷の消費電力が予め定められる所定の起動用電力閾値以上である場合に、コージェネレーションシステム１００の起動動作を開始する。一方、その検知する負荷の消費電力が予め定められる所定の停止用電力閾値未満である場合に、コージェネレーションシステム１００の停止動作を開始する。【００４６】
例えば、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００では、制御装置１２が、発電機１の停止動作時において貯湯水ポンプ２ｂを動作させる貯湯水の循環動作を行う場合において、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、貯湯タンク６から排出された貯湯水は、冷却器４に供給されることなく、経路切替器７及びバイパス経路８を通過して、熱交換器５に供給される。ここで、発電機１の停止動作時、発電機１の温度は、瞬時に常温にまで低下することはなく、経時的に緩やかに低下する。従って、熱交換器５に供給された貯湯水は、その熱交換器５において発電機１からの排熱（余熱）を回収した後、貯湯タンク６に戻される。そして、制御装置１２は、貯湯水が発電機１からの排熱を回収可能な期間に渡り、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先をバイパス経路８とする経路切替器７の制御状態を維持する。尚、制御装置１２は、発電機１の温度が常温にまで低下して、貯湯水が発電機１からの排熱を回収不能となったことを検知すると、貯湯水ポンプ２ｂの動作を停止させる。【００４７】
又、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００では、コージェネレーションシステム１００が発電運転中であっても、発電機１の出力電力の低下に伴い電力変換装置３への直流電力の供給量が減少すると、直流電力から交流電力への電力変換量が減少するので、インバータ３ａが備えるパワー半導体等の発熱量も減少する。この場合、インバータ３ａが備えるパワー半導体から放熱板を介する冷却器４への排熱の伝達量も減少する。つまり、負荷の消費電力の低下に伴い、発電機１の出力電力が低下するよう制御装置１２がコージェネレーションシステム１００の動作を制御する場合であっても、パワー半導体に装着された放熱板や冷却器４は、単に熱エネルギーを廃棄するための放熱器として機能する場合がある。【００４８】
そこで、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００では、発電機１の起動動作時又は停止動作時以外の発電運転中であっても、制御装置１２が、排熱量検知器としての温度検知器１４ａが検知するインバータ３ａの温度（排熱量に比例する物理量）が予め定められる所定の温度閾値未満である場合には、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、貯湯タンク６から排出された貯湯水は、冷却器４に供給されることなく、経路切替器７及びバイパス経路８を通過して、熱交換器５に供給される。従って、発電機１の低負荷運転時に冷却器４に貯湯水を通過させる場合と比較して、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。なお、上記温度閾値は、冷却器４において貯湯水が熱回収可能（放熱しない）と推定される温度として規定される。
又、この場合、負荷の消費電力が上昇して、温度検知器１４ａが検知するインバータ３ａの温度が予め定められる所定の温度閾値と同一またはそれよりも大きい温度閾値以上となると、制御装置１２は、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先をバイパス経路８から冷却器４に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、貯湯タンク６から排出された貯湯水は、経路切替器７及び熱媒体経路２の一部を通過して冷却器４に供給された後、熱交換器５に供給される。そして、熱交換器５に供給された貯湯水は、その熱交換器５において発電機１からの排熱を回収した後、貯湯タンク６に戻される。従って、発電機１の高負荷運転により電力変換装置３の排熱が向上し、冷却器４での排熱が回収可能な場合において貯湯水により排熱回収されるため、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。
以上、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００の構成によれば、インバータ３ａの動作状態に応じて貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御するので、冷却器４により貯湯水が冷却されることを防止することが可能になる。これにより、コージェネレーションシステム１００の省エネルギー性を改善することが可能になる。従って、コージェネレーションシステム１００の利便性を更に向上させることが可能になる。【００４９】
又、このコージェネレーションシステム１００の特徴的な構成によれば、発電機１の起動動作時又は停止動作時に電力変換装置３の電力変換損失が低下するため、貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御するので、コージェネレーションシステム１００の省エネルギー性を更に改善することが可能になる。【００５０】
更に、このコージェネレーションシステム１００の特徴的な構成によれば、発電機１を冷却するための冷却水が通流される冷却水循環経路９と、電力変換装置３のインバータ３ａに装着された冷却器４及び熱交換器５において受熱する貯湯水が通流される貯湯水循環経路２ａとが分離されているので、冷却水が貯湯水に混入することを防止しながら、コージェネレーションシステム１００の省エネルギー性を改善することが可能になる。【００５１】
尚、本実施の形態では、インバータ３ａの温度を検知して、その検知する温度が予め定められる所定の温度閾値未満である場合に経路切替器７が制御される形態について説明したが、このような形態に限定されることはない。例えば、所定の制御プログラムに従って適宜動作するコージェネレーションシステムでは、その所定の制御プログラムに応じて経路切替器７が適切に制御される形態としてもよい。かかる形態としても、本実施の形態における効果と同様の効果を得ることが可能である。
又、本実施の形態では、温度検知器１４ａが電力変換装置３の温度を検知する形態について説明したが、このような形態に限定されることはない。例えば、温度検知器１４ａを冷却器４の下流側に設けて、冷却器４を通過した貯湯水の温度を検知する形態としてもよい。かかる形態としても、本実施の形態における効果と同様の効果を得ることが可能である。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。【００５２】
図２に示すように、本発明の実施の形態２に係るコージェネレーションシステム２００は、制御装置１２が出力決定器１２ａを備えている点を除き、図１に示すコージェネレーションシステム１００の構成と同様の構成を備えている。従って、以下の説明では、コージェネレーションシステム１００と同様の構成に関する説明は省略する。【００５３】
制御装置１２が備える出力決定器１２ａは、電力変換装置３からの交流電力の出力値を決定するために、電力変換装置３の動作及び発電機１の発電量を制御するための所定の制御信号（出力指令信号）を出力する。この所定の制御信号と、電力変換装置３からの交流電力の出力値とは、所定の相関関係の下、相互に関連付けられている。この所定の制御信号が出力決定器１２ａから電力変換装置３等に向けて出力されると、例えば電力変換装置３は、その出力された所定の制御信号に応じた出力値の交流電力を出力するように制御される。具体的には、制御装置１２の出力決定器１２ａは、負荷電力検知器１５が負荷の消費電力の低下を検知すると、その消費電力の低下に応じた制御信号を出力することにより、電力変換装置３からの交流電力の出力値を低下させる。又、制御装置１２の出力決定器１２ａは、負荷電力検知器１５が負荷の消費電力の上昇を検知すると、その消費電力の上昇に応じた制御信号を出力することにより、電力変換装置３からの交流電力の出力値を上昇させる。【００５４】
ここで、コージェネレーションシステム１００の発電量が低下する低負荷運転時、その発電量の低下に応じて電力変換装置３における電力変換損失が低下すると、インバータ３ａが備えるパワー半導体の発熱量も減少する。従って、インバータ３ａが備えるパワー半導体から放熱板を介する冷却器４への排熱の伝達量も減少する。この場合、実施の形態１の場合と同様にして、パワー半導体に装着された放熱板や冷却器４は単に放熱器として機能する。【００５５】
そこで、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム２００では、制御装置１２が、排熱量検知器としての出力決定器１２ａが決定する出力電力値が予め定められた電力閾値未満である場合に貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、貯湯タンク６から排出された貯湯水は、冷却器４に供給されることなく、経路切替器７及びバイパス経路８を通過して、熱交換器５に供給される。従って、発電機１の低負荷運転時に冷却器４に貯湯水を通過させる場合と比較して、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。なお、上記電力閾値は、冷却器４において貯湯水が熱回収可能（放熱しない）と推定される出力電力値として規定される。【００５６】
又、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム２００では、制御装置１２が、出力決定器１２ａが決定する出力電力値が予め定められた電力閾値と同一またはそれよりも大きい電力閾値以上となった場合、貯湯水の流入先をバイパス経路８から冷却器４側に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、貯湯タンク６から排出された貯湯水は、経路切替器７及び熱媒体経路２の一部を通過して冷却器４に供給された後、熱交換器５に供給される。そして、熱交換器５に供給された貯湯水は、その熱交換器５において発電機１からの排熱を回収した後、貯湯タンク６に戻される。従って、発電機１の高負荷運転により電力変換装置３の排熱が向上し、冷却器４での排熱が回収可能な場合において貯湯水により排熱回収されるため、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。【００５７】
尚、本実施の形態では、出力決定器１２ａが排熱量検知器の一例として機能したが、出力決定器１２ａが出力電力値を決定する際には、上述のように負荷電力検知器１５が検知した負荷の消費電力を利用し、負荷の消費電力と出力決定器１２ａが決定する出力電力値は、通常、比例する。そこで、排熱量検知器として出力決定器１２ａに代えて負荷電力検知器１５を使用し、負荷電力検知器１５が検知する負荷の消費電力が、予め定められた消費電力閾値未満である場合に、貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７が制御し、上記消費電力が、上記消費電力閾値と同一またはそれよりも大きい消費電力閾値以上である場合に、貯湯水の流入先をバイパス経路８から冷却器４側に切替えるよう経路切替器７を制御する形態を採用しても構わない。なお、上記消費電力閾値は、冷却器４において貯湯水が熱回収可能（放熱しない）と推定される消費電力値として規定される。【００５８】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。【００５９】
図３に示すように、本発明の実施の形態３に係るコージェネレーションシステム３００は、電流検知器１３を更に備えている点を除き、図１に示すコージェネレーションシステム１００の構成と同様の構成を備えている。従って、以下の説明でも、コージェネレーションシステム１００と同様の構成に関する説明は省略する。【００６０】
電流検知器１３は、コージェネレーションシステム３００の発電運転の際、電力変換装置３からの出力電流値を検知する。この電流検知器１３は、電力変換装置３と負荷とを電気的に接続する配線の近傍、或いは、その配線を自己に貫通させるようにして、適切に配設される。ここで、この電流検知器１３では、例えば、磁気比例型センサ、磁気平衡型センサ、磁気コイル型センサ、コアレスコイル型センサ等の電流センサが用いられる。この電流検知器１３は、電力変換装置３から負荷に交流電力が供給されている際、電力変換装置３と負荷とを電気的に接続する配線に流れる交流電流を、それに比例する直流電圧に変換して出力する。尚、電流検知器１３の電流センサは、電力変換装置３が出力する交流電力の周波数に応じて、その交流電力の出力電流値を正確に検知できるよう、適切に選定される。又、この電流センサとしては、シャント抵抗を使用した電流計を用いることも可能である。この場合、電流計は、電力変換装置３と負荷との間に直列に接続されたシャント抵抗間の電圧差を測定して、その測定した電圧差を出力する。【００６１】
本実施の形態においても、コージェネレーションシステム３００の発電量が低下する低負荷運転時、その発電量の低下に応じて電力変換装置３における電力変換損失が低下すると、インバータ３ａが備えるパワー半導体等の発熱量も減少する。従って、インバータ３ａが備えるパワー半導体等から放熱板を介する冷却器４への排熱の伝達量も減少する。従って、パワー半導体に装着された放熱板や冷却器４は、単に放熱器として機能する。【００６２】
そこで、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム３００では、制御装置１２が、排熱量検知器としての電流検知器１３が検知する出力電流値が予め定められた電流閾値未満である場合に貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、実施の形態１，２の場合と同様、貯湯タンク６から貯湯水循環経路２ａに導入された貯湯水は、冷却器４に供給されることなく、経路切替器７及びバイパス経路８を通過して、熱交換器５に供給される。従って、発電機１の低負荷運転時に冷却器４に貯湯水を通過させる場合と比較して、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。なお、上記電流閾値は、冷却器４において貯湯水が熱回収可能（放熱しない）と推定される出力電流値として規定される。【００６３】
又、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム３００では、制御装置１２が、電流検知器１３が検知する出力電流値が予め定められた電流閾値と同一またはそれよりも大きい電流閾値以上となった場合は貯湯水の流入先をバイパス経路８から冷却器４に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、貯湯タンク６から排出された貯湯水は、経路切替器７及び熱媒体経路２の一部を通過して冷却器４に供給された後、熱交換器５に供給される。そして、熱交換器５に供給された貯湯水は、その熱交換器５において発電機１からの排熱を回収した後、貯湯タンク６に戻される。従って、発電機１の高負荷運転により電力変換装置３の排熱が向上し、冷却器４での排熱が回収可能な場合において貯湯水により排熱回収されるため、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。【００６４】
尚、本実施の形態では、電流検知器１３が電力変換装置３の出力電流値を検知する形態について説明したが、このような形態に限定されることはない。例えば、電流検知器１３を発電機１と電力変換装置３とを接続する配線１１上に配設して、電流検知器１３が発電機１の出力電流値（つまり、電力変換装置３への入力電流値）を検知する形態としてもよい。かかる形態としても、本実施の形態における効果と同様の効果を得ることが可能である。【００６５】
（実施の形態４）
先ず、本発明の実施の形態４に係るコージェネレーションシステムの構成について詳細に説明する。【００６６】
図４は、本発明の実施の形態４に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図４では、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して示し、その他の構成要素については図示を省略している。【００６７】
図４に示すように、本発明の実施の形態４に係るコージェネレーションシステム４００は、直流電力を出力する発電機１と、この発電機１の排熱を回収するための冷却水が循環される環状の冷却水循環経路９と、この冷却水循環経路９において冷却水を循環させるための冷却水ポンプ１０と、この冷却水ポンプ１０により冷却水循環経路９において循環される冷却水と貯湯水循環経路２ａにおいて循環される貯湯水との間で熱交換させる熱交換器５とを備えている。そして、図４に示すように、このコージェネレーションシステム４００では、冷却水循環経路９が冷却器４を通過するように構成されている。つまり、このコージェネレーションシステム４００では、実施の形態１〜３に示す冷却器４からの排熱が貯湯水により回収される構成に代えて、冷却器４からの排熱が発電機１を冷却するための冷却水により回収されるように構成されている。【００６８】
そして、図４に示すように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００は、経路切替器７及びバイパス経路８に加えて、温度検知器１４ｂを備えている。【００６９】
ここで、経路切替器７は、制御装置１２により遠隔操作が可能な三方弁であって、その第３の接続口７ｃには熱交換器５から延出する冷却水循環経路９の一部の一端が接続されており、その第１の接続口７ａから延出する冷却水循環経路９の他の一部の一端は冷却器４に接続されている。つまり、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００では、冷却水ポンプ１０により発電機１から排出された冷却水は、冷却水循環経路９の一部と、熱交換器５と、経路切替器７と、冷却水循環経路９の他の一部とをこの順序で通過した後、冷却器４に供給される。尚、冷却器４から排出された冷却水は、冷却水循環経路９の更に他の一部を介して、発電機１に供給される。【００７０】
又、図４に示すように、バイパス経路８の一端は、経路切替器７の第２の接続口７ｂに接続されている。又、バイパス経路８の他端は、冷却器４と発電機１とを接続する冷却水循環経路９における所定の位置に接続されている。つまり、このコージェネレーションシステム４００において、バイパス経路８は、冷却水循環経路９に通流される冷却水をインバータ３ａからの排熱を回収不能に迂回させるバイパス経路であって、経路切替器７の第２の接続口７ｂからバイパス経路８に供給された冷却水をインバータ３ａからの排熱を回収させることなく発電機１に供給させる。ここで、経路切替器７は、バイパス経路８と冷却水循環経路９との間で冷却水の流入先を切替える経路切替器として機能するように配設されている。【００７１】
又、温度検知器１４ｂは、温度変化を電圧変化として出力するサーミスタ等の温度センサを備え、冷却器４から排出される冷却水の温度を検知可能に配設されている。例えば、温度検知器１４ｂは、冷却器４と発電機１とを接続する冷却水循環経路９の一部における冷却器４側の所定の位置に着設され、その温度センサが冷却水循環経路９の温度を検知することで冷却水の温度を間接的に検知するように配設されている。尚、温度検知器１４ｂが備える温度センサとしては、実施の形態１の場合と同様、ＮＴＣサーミスタ、ＰＴＣサーミスタ、ＣＴＲサーミスタ等の何れのサーミスタであっても用いることができる。又、温度センサとしてはサーミスタに限定されることはなく、冷却器４から排出される冷却水の温度を検知可能な温度センサであれば、如何なる温度センサを用いてもよい。又、温度検知器１４ｂの温度センサは、冷却水循環経路９内に配置され、冷却器４から排出された冷却水の温度を直接検知してもよい。【００７２】
一方、図４に示すように、このコージェネレーションシステム４００は、水道等のインフラストラクチャーから供給される水を貯湯水として貯蔵する貯湯タンク６と、この貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水が熱交換器５において冷却水循環経路９に循環される冷却水と熱交換するように循環される環状の貯湯水循環経路２ａと、この貯湯水循環経路２ａにおいて貯湯水を循環させるための貯湯水ポンプ２ｂとを備えている。【００７３】
尚、電力変換装置３、冷却器４、制御装置１２等の上記以外の構成は、実施の形態１〜３の場合と同様である。【００７４】
このように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００では、発電機１の発電に伴う排熱及びインバータ３ａからの排熱を回収するための冷却水循環経路９とそこで冷却水を循環させるための冷却水ポンプ１０とからなる熱媒体経路と、貯湯水循環経路２ａと貯湯水ポンプ２ｂとからなる排熱回収手段とが、熱交換器５により伝熱可能な状態で接続されている。かかる構成の下、貯湯水ポンプ２ｂの動作により貯湯タンク６から貯湯水循環経路２ａに導入された貯湯水は、インバータ３ａからの排熱及び発電機１からの排熱を回収する。尚、インバータ３ａからの排熱及び発電機１からの排熱を回収した貯湯水は、貯湯水タンク６に再び貯蔵され、給湯等の用途において適宜利用される。【００７５】
次に、本発明の実施の形態４に係るコージェネレーションシステムの動作について詳細に説明する。【００７６】
コージェネレーションシステム４００の定格発電運転時、電力変換装置３は、発電機１から配線１１を介して直流電力が供給されると、その供給された直流電力をインバータ３ａにより交流電力に変換する。そして、電力変換装置３は、インバータ３ａの電力変換により生成した交流電力を負荷に向けて供給する。ここで、この直流電力から交流電力への電力変換の際、インバータ３ａが備えるパワー半導体からの排熱は、それに装着された放熱板を介して、冷却器４に伝達される。【００７７】
一方、コージェネレーションシステム４００の定格発電運転時、発電機１からの排熱は、冷却水ポンプ１０が冷却水循環経路９に循環させる冷却水により逐次回収される。又、上述したように、インバータ３ａが備えるパワー半導体からの排熱は、それに装着された放熱板を介して、冷却器４に伝達される。そして、この冷却器４からの排熱は、冷却水ポンプ１０が冷却水循環経路９に循環させる冷却水により逐次回収される。この冷却水により回収された発電機１の排熱及び冷却器４からの排熱は、熱交換器５が備える熱交換作用により、貯湯水循環経路２ａにおいて循環される貯湯水に伝達される。【００７８】
熱交換器５において発電機１及び冷却器４からの排熱を回収した貯湯水は、貯湯タンク６に供給される。尚、貯湯タンク６に貯蔵された貯湯水は、必要に応じて、給湯等の用途に向けて随時供給される。【００７９】
本実施の形態においても、コージェネレーションシステム４００の発電量が低下する低負荷運転時、その発電量の低下に応じて電力変換装置３における電力変換損失が低下すると、インバータ３ａが備えるパワー半導体の発熱量も減少する。従って、インバータ３ａが備えるパワー半導体から放熱板を介する冷却器４への排熱の伝達量も減少する。従って、パワー半導体に装着された放熱板や冷却器４は、単に放熱器として機能する。この場合、冷却器４に冷却水が流入すると、冷却器４及びインバータ３ａに設けられた放熱板を介して放熱が行われるので、冷却水の温度が放熱により低下し、熱交換器５を介した貯湯水への熱回収効率が低下する。【００８０】
そこで、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００では、発電運転中において、制御装置１２が、排熱量検知器としての温度検知器１４ｂが検知する冷却器４から排出された冷却水の温度が予め定められた温度閾値未満である場合に、貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、熱交換器５から排出された冷却水は、冷却器４に供給されることなく、経路切替器７及びバイパス経路８を通過した後、発電機１に供給される。従って、発電機１の低負荷運転時に冷却器４に冷却水を通過させる場合と比較して、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。なお、上記温度閾値は、冷却器４において冷却水が熱回収可能（放熱しない）と推定される温度として規定される。【００８１】
又、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００では、発電運転中において、制御装置１２が、温度検知器１４ｂが検知する冷却器４から排出された冷却水の温度が予め定められた温度閾値と同一またはそれよりも大きい温度閾値以上となった場合は、冷却水の流入先をバイパス経路８から冷却器４に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、熱交換器５から排出された冷却水は、経路切替器７及び冷却水循環経路９の一部を通過して冷却器４に供給され、そして、発電機１に供給された後、熱交換器５に戻される。従って、発電機１の高負荷運転により電力変換装置３の排熱が向上し、冷却器４での排熱が回収可能な場合において冷却水により排熱回収されるため、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。【００８２】
尚、本実施の形態において、冷却器４は、発電機１の温度制御性の観点から、冷却水の通流方向に対して発電機１の下流側であり、かつ熱交換器５の上流側に配置されることが好ましい。その理由は、かかる配置構成を採ることにより、発電機１に流入する冷却水の温度を容易に制御することが可能になるからである。しかし、冷却器４を発電機１の下流側に配置すると、冷却器４に流入する冷却水の温度が上昇して、冷却器４における排熱回収効率が低下するだけでなく、電力変換装置３の温度が十分に低減されず、熱暴走する可能性がある。従って、図４に示すように、冷却器４は、冷却水の通流方向に対して熱交換器５の下流側であり、かつ発電機１の上流側に配置されることが好ましい。【００８３】
又、本実施の形態では、温度検知器１４ｂが冷却器４から排出される冷却水の温度（絶対値）に基づき経路切替器７が制御される形態を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、温度検知器１４ｂを冷却器４の前後（つまり、冷却水の通流方向に対して冷却器４の上流側及び下流側の双方）に配置して、冷却器４に流入する冷却水の温度と、冷却器４から排出される冷却水の温度との温度差に基づき、経路切替器７が制御される形態としてもよい。例えば、冷却器４の下流側の温度が上流側の温度よりも高い場合（冷却器４の下流側の温度−冷却器４の上流側の温度＞０の場合）は、冷却器４側に経路切替器７を制御し、冷却器４の下流側の温度が上流側の温度以下の場合（冷却器４の下流側の温度−冷却器４の上流側の温度≦０の場合）は、バイパス経路８側に経路切替器７を制御する構成としても、本実施の形態において得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。【００８４】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係るコージェネレーションシステムは、発電機１として燃料ガス中の水素及び酸化剤ガス中の酸素を用いる発電により直流電力を出力する燃料電池を備えている点を除き、図４に示すコージェネレーションシステム４００の構成と同様の構成を備えている。【００８５】
つまり、本実施の形態では、実施の形態４の場合と同様、発電機１としての燃料電池を冷却するための冷却水循環経路９上に熱交換器５と経路切替器７と冷却器４とが設けられていると共に、バイパス経路８が設けられている。又、実施の形態４の場合と同様、冷却水循環経路９における冷却器４の冷却水の出口側に、サーミスタ等の温度センサを備える温度検知器１４が配設されている。そして、燃料電池からの排熱と、インバータ３ａからの排熱とが、冷却水ポンプ１０により冷却水循環経路９において循環される冷却水によって逐次回収されるように構成されている。又、この冷却水により回収された燃料電池及びインバータ３ａからの排熱が、熱交換器５を介して、貯湯水ポンプ２ｂにより貯湯水循環経路２ａにおいて循環される貯湯水によって逐次回収されるように構成されている。尚、熱交換器５において燃料電池及びインバータ３ａからの排熱を回収した貯湯水は、貯湯タンク６に貯蔵され、給湯等の用途に向けて必要に応じて供給される。【００８６】
ここで、発電機１としての燃料電池は、直流電力を生成するが、この生成した直流電力を一般家庭用の電気機器等に供給することはできない。つまり、燃料電池が生成した直流電力を一般家庭用の電気機器等に使用することができるようにするためには、燃料電池が生成した直流電力を商用周波数の交流電力に変換する必要がある。そこで、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムでは、燃料電池の直流電力を一般家庭用の電気機器等に供給可能な交流電力（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）に変換するための、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路、ＤＣ−ＡＣインバータ回路を内蔵した電力変換装置３を備えている。【００８７】
本実施の形態に係るコージェネレーションシステムの特徴的な動作について、詳細に説明する。まず、コージェネレーションシステム４００の起動動作時、電力変換装置３の動作は停止しており、従って、電力変換装置３からの排熱は発生しない。このような、燃料電池の起動動作時、冷却器４に冷却水が供給されると、冷却器４及びインバータ３ａが備える放熱板を介する放熱作用により、冷却水の温度が低下する。そこで、本実施の形態では、制御装置１２が、起動動作時に冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂを動作させ、熱交換器５を介して貯湯水より冷却水に伝熱し、燃料電池の昇温動作を実行する場合、冷却水ポンプ１０により循環される冷却水が、冷却器４に供給されることなく、バイパス経路８を介して燃料電池に供給されるよう、経路切替器７を制御する。【００８８】
又、発電機１としての燃料電池の発電運転終了等による電力変換装置３の動作の停止時には、電力変換装置３からの電力変換損失による排熱量は急速に減少する。即ち、電力変換装置３では、発電の停止と共にインバータ３ａの構成要素であるパワー半導体及びその駆動回路動作等の動作も停止するため、パワー半導体に装着された放熱板から冷却器４への排熱の移動が停止する。この際、冷却器４に冷却水が供給されると、冷却器４及びインバータ３ａが備える放熱板を介する放熱作用により、冷却水の温度が低下する。そこで、本実施の形態では、制御装置１２が、コージェネレーションシステムの停止動作時において冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂを動作させ、排熱回収動作を実行する場合、冷却水ポンプ１０により循環される冷却水がバイパス経路８を介して燃料電池に供給されるよう、経路切替器７を制御する。この場合、発電器１としての燃料電池の温度は、瞬時に常温にまで低下することはない。従って、発電器１としての燃料電池の余熱等が得られる期間は、その余熱等を回収することができるので、経路切替器７、バイパス経路８に通流される冷却水により、その燃料電池の余熱等を回収され、最終的には、熱交換器５を介して貯湯水により熱回収される。
又、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００では、発電運転中において、制御装置１２が、排熱量検知器としての温度検知器１４ｂが検知する冷却器４から排出された冷却水の温度が予め定められた温度閾値未満である場合に、貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、熱交換器５から排出された冷却水は、冷却器４に供給されることなく、経路切替器７及びバイパス経路８を通過した後、発電機１に供給される。従って、コージェネレーションシステム４００の低負荷運転時に冷却器４に冷却水を通過させる場合と比較して、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。なお、上記温度閾値は、冷却器４において冷却水が熱回収可能（放熱しない）と推定される温度として規定される。
又、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００では、制御装置１２が、温度検知器１４ｂが検知する冷却器４から排出された冷却水の温度が予め定められた温度閾値と同一またはそれよりも大きい温度閾値以上となった場合は、冷却水の流入先をバイパス経路８から冷却器４に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、熱交換器５から排出された冷却水は、経路切替器７及び冷却水循環経路９の一部を通過して冷却器４に供給され、そして、発電機１に供給された後、熱交換器５に戻される。従って、コージェネレーションシステム４００の高負荷運転により電力変換装置３の排熱が向上し、冷却器４での排熱が回収可能な場合において冷却水により排熱回収されるため、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。【００８９】
このように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムの構成によれば、電力変換装置３の動作状態に応じて経路切替器７によりバイパス経路８に冷却水を供給するか否かを適切に切り替えるため、電力変換装置３の動作の停止時に冷却器４からの放熱を防止することが可能になる。その結果、発電機１としての燃料電池を備える一般家庭向けのコージェネレーションシステム等において、その省エネルギー性を改善することが可能になる。【００９０】
尚、実施の形態４，５では、冷却水循環経路９における所定の位置に温度検知器１４を設ける形態を例示したが、このような形態に限定されることはない。例えば、温度検知器１４を冷却器４に着設して、冷却器４の温度に基づき制御装置１２が経路切替器７を制御する構成としてもよい。かかる構成としても、実施の形態４，５において得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。【００９１】
（実施の形態６）
実施の形態１〜５では、コージェネレーションシステム１００〜４００及びその構成要素が正常に動作していることを前提として説明した。つまり、実施の形態１〜５では、コージェネレーションシステム１００が正常に動作している場合の停止動作時において冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂを動作させて冷却水及び貯湯水の循環動作を実行する場合に、貯湯水または冷却水の流入先が冷却器４からバイパス経路８になるよう経路切替器７を制御する構成や、電力変換装置３が正常に動作している場合のインバータ３ａの排熱量に基づき貯湯水または冷却水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する構成について説明した。しかし、このような構成では、コージェネレーションシステム１００において何らかの異常が発生することにより行われる異常停止動作時において上記循環動作を実行する場合、異常が発生してない場合において実行される通常の停止動作時と同様に上記経路切替器７を制御すると、コージェネレーションシステム１００の省エネルギー性が改善されない場合がある。具体的には、インバータ３ａの高温異常が発生した場合であるが、そこで、本実施の形態では、コージェネレーションシステム１００においてインバータ３ａの高温異常が発生した後の異常停止動作時において上記循環動作が実行される場合の実施形態について説明する。
以下、コージェネレーションシステム１００においてインバータ３ａの異常が発生した場合の特徴的な動作について説明する。なお、以下に説明する動作は、上記実施の形態１〜５のいずれの形態にも採用することが可能である。【００９２】
図５は、本発明の実施の形態６に係るコージェネレーションシステムの動作を模式的に示す流れ図である。尚、図５では、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムの特徴的な動作を説明するために必要となるステップのみを抜粋して示している。【００９３】
図５に示すように、インバータ３ａの異常発熱により、例えば温度検知器１４ａが検知するインバータ３ａの温度が、正常と判断される上限温度値（以下、許容上限値）を超えた場合、制御装置１２は、コージェネレーションシステム１００においてインバータ３ａの高温異常が発生したことを検知する（ステップＳ１）。なお、上記許容上限値は、実施の形態１において経路切替器７を冷却器４側に切替える際の判断基準となる温度閾値よりも高い温度として規定される。【００９４】
次いで、制御装置１２は、コージェネレーションシステム１００においてインバータ３ａの高温異常が発生したことを検知すると、コージェネレーションシステム１００の停止動作を実行するための停止指令信号を出力する（ステップＳ２）。【００９５】
そして、制御装置１２は、コージェネレーションシステム１００の異常停止動作を実行するための停止指令信号を出力すると、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先が、冷却器４側（熱媒体経路２側）になるよう経路切替器７を制御する（ステップＳ３）。具体的には、上記許容上限値が、実施の形態１において経路切替器７を冷却器４側に切替える際の判断基準となる温度閾値よりも高い温度であることから、異常停止動作に移行する前の発電運転中において、既に、冷却器４側に切替わっている経路切替器７を冷却器４側に維持するよう制御することになる。【００９６】
次いで、制御装置１２は、冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂを動作させることにより、冷却器４からの排熱が貯湯水により回収されるよう制御する（ステップＳ４）。これにより、異常な高温状態となったインバータ３ａの温度が次第に低下する。【００９７】
そして、ステップＳ４に示す冷却器４からの排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ１以上となったことを検知すると（ステップＳ５でＹＥＳ）、制御装置１２は、冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂの動作を停止させ、冷却器４からの排熱の回収動作を停止させる（ステップＳ６）。ここで、所定の時間閾値Ｔ１は、電力変換装置３が備えるインバータ３ａの温度が故障しない安全な温度にまで低下する時間として、制御装置１２に予め設定されている。尚、冷却器４からの排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ１未満であることを検知すると（ステップＳ５でＮＯ）、制御装置１２は、その排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ１に到達するまで、冷却器４からの排熱の回収動作を継続させる。
なお、電力変換装置３の冷却動作の継続について、動作時間に基づき判断するよう構成されているが、実施の形態１、４、５のように電力変換装置３の温度や電力変換装置３の冷却器４を通過した貯湯水または冷却水の温度に基づき電力変換装置３の冷却動作の継続を判断するよう構成してもよい。
このように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムの構成によれば、電力変換装置３の動作状態等に応じて経路切替器７によりバイパス経路８に貯湯水を供給するか否かが適切に切り替えられると共に、インバータ３ａが以上な高温状態となった場合には貯湯水により冷却器４からの排熱が回収されるので、電力変換装置３が高温下で故障する可能性を低減することが可能になる。又、冷却器４より高い排熱が回収されるため省エネルギー性の向上にも貢献することが可能になる。【００９８】
（実施の形態７）
本実施の形態６においては、インバータ３ａの高温異常の場合において、停止動作時であっても経路切替器７を冷却器４側に制御し、冷却器４を冷却する形態について説明した。しかしながら、他の異常が発生した場合においても同様に制御すると、冷却器４が放熱器として機能し、停止動作時において、冷却水及び貯湯水を循環させる循環動作を実行する場合に、コージェネレーションシステム４００の省エネルギー性が低下してしまう場合がある。そこで、本実施の形態では、コージェネレーションシステム１００において異常が発生後に行われる異常停止動作において上記循環動作が実行される場合、発生した異常内容に応じて適切に経路切替器７の制御が行われる。以下に、その実施形態の詳細について説明する。なお、以下に説明する動作は、上記実施の形態１〜５のいずれの形態にも採用することが可能である。
図７は、コージェネレーションシステムにおいて発生する可能性のある異常に関し、第１の異常に係る事例の一例と、第２の異常に係る事例の一例と、を分類して示す分類図である。【００９９】
図７に示すように、実施の形態１〜５に係るコージェネレーションシステム１００〜４００においては、第１の異常として、電力変換装置３が備えるインバータ３ａのＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体の性能が劣化して、そのパワー半導体が異常に発熱してインバータ３ａが異常な高温状態となるインバータの高温異常が挙げられる。この場合、異常な高温状態となったインバータ３ａをそのまま継続して動作させると、高熱によりパワー半導体が破損して、インバータ３ａが故障する危険性がある。【０１００】
又、図７に示すように、実施の形態１〜５に係るコージェネレーションシステム１００〜４００においては、第２の異常として、例えば、冷却水ポンプ１０の性能が劣化して、冷却水の流速が低下し、冷却水の温度が異常な高温状態となる冷却高温異常や、冷却水循環経路９に通流される冷却水の温度を検知する温度検知器１４ｂの温度センサが断線する冷却水温度センサの断線異常や、電力変換装置３からの出力電力が正常な許容下限未満になる低電圧出力異常や、電力変換装置３からの出力電流が正常な許容下限未満になる低電流出力異常等の異常も挙げられる。【０１０１】
なお、上記に挙げた異常は、それぞれの異常に対応する異常検知器により異常が検知される。この異常検知器は、冷却水温度、電力変換装置からの出力電圧、出力電流等に例示されるコージェネレーションシステムの状態値を検出する検出器（冷却水温度センサ、電圧検知器、電流検知器等）と、この検出器の検出値に基づき異常か否かを判定する異常判定プログラムとで構成される、異常判定プログラムは、制御装置１２に内蔵される記憶器（図示せず）に記憶され、ＣＰＵ等の演算処理器により記憶器より読み出し、実行される。
以下、コージェネレーションシステム１００において第１の異常又は第２の異常が発生した場合の特徴的な動作について説明する。【０１０２】
図６は、本発明の実施の形態７に係るコージェネレーションシステムの動作を模式的に示す流れ図である。尚、図６では、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムの特徴的な動作を説明するために必要となるステップのみを抜粋して示している。【０１０３】
図６に示すように、何らかの原因により、異常が発生すると、異常検知器がその異常を検知する（ステップＳ１でＹＥＳ）。又、制御装置１２は、ステップＳ１において異常を検知しない場合（ステップＳ１でＮＯ）、コージェネレーションシステム１００において異常検知器により異常が発生したか否かを継続して監視する。【０１０４】
次いで、制御装置１２は、コージェネレーションシステム１００において異常検知器により異常が発生したことを検知すると、コージェネレーションシステム１００の異常停止動作を実行するための停止指令信号を出力する（ステップＳ２）。【０１０５】
そして、制御装置１２は、コージェネレーションシステム１００の異常停止動作を実行するための停止指令信号を出力すると、コージェネレーションシステム１００において発生した異常が第１の異常であるか第２の異常であるかを判定する（ステップＳ３）。この際、制御装置１２は、例えば、インバータ３ａの高温異常である場合、第１の異常と判定する。一方、冷却水の高温異常である場合、第２の異常と判定する。【０１０６】
次いで、制御装置１２は、第１の異常により異常停止動作に移行した場合には、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先をバイパス経路８から冷却器４（熱媒体経路２側）に切替えるよう経路切替器７を制御する（ステップＳ４ａ）。
次いで、制御装置１２は、冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂを動作させることにより、冷却器４からの排熱が貯湯水により回収されるよう制御する（ステップＳ５ａ）。これにより、異常な高温状態となったインバータ３ａの温度が次第に低下する。【０１０７】
そして、ステップＳ５ａに示す冷却器４からの排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ１以上となったことを検知すると（ステップＳ６ａでＹＥＳ）、制御装置１２は、冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂの動作を停止させ、冷却器４からの排熱の回収動作を停止させる（ステップＳ７ａ）。ここで、所定の時間閾値Ｔ１は、実施の形態６の場合と同様、電力変換装置３が備えるインバータ３ａが、故障しない安全な温度にまで低下する時間として、制御装置１２に予め設定されている。尚、実施の形態６の場合と同様、冷却器４からの排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ１未満であることを検知すると（ステップＳ６ａでＮＯ）、制御装置１２は、その排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ１に到達するまで、冷却器４からの排熱の回収動作を継続させる。【０１０８】
一方、制御装置１２は、第１の異常とは異なる第２の異常によってコージェネレーションシステム１００の停止動作に移行した場合には、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先を冷却器４（熱媒体経路２側）からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する（ステップＳ４ｂ）。
次いで、制御装置１２は、冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂを動作させることにより、発電機１からの排熱が貯湯水及び冷却水により回収されるよう制御する（ステップＳ５ｂ）。【０１０９】
そして、ステップＳ５ｂに示す発電機１からの排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ２以上となったことを検知すると（ステップＳ６ｂでＹＥＳ）、制御装置１２は、冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂの動作を停止させ、発電機１からの排熱の回収動作を停止させる（ステップＳ７ｂ）。ここで、所定の時間閾値Ｔ２は、発電機１が、貯湯水により排熱回収可能な下限温度にまで低下する時間として、制御装置１２に予め設定されている。尚、発電機１からの排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ２未満であることを検知すると（ステップＳ６ｂでＮＯ）、制御装置１２は、その排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ２に到達するまで、発電機１からの排熱の回収動作を継続させる。
このように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムの構成によれば、異常が発生後に行われる異常停止動作において上記循環動作が実行される場合、発生した異常内容に応じて適切に経路切替器７の制御が行われるため、電力変換装置３が故障することを未然に防止するとともにコージェネレーションシステムの省エネルギー性の改善に貢献することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明に係るコージェネレーションシステムは、エネルギーの有効な利用を可能とし、省エネルギー性の改善に貢献するインバータの冷却構成を備えるコージェネレーションシステムとして、産業上の利用可能性を備えている。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年8月6日(2009.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電と排熱の回収とを行うコージェネレーションシステムに関し、特に、コージェネレーションシステムが備える電力変換器の冷却構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池を備えるコージェネレーションシステムは、電気エネルギーと熱エネルギーとを同時にかつ環境に優しく生成することが可能であると共に、その発電に伴い生成される熱エネルギーの回収機構及びそれを有効に利用するための熱エネルギーの供給機構を比較的簡易に構成することができるため、一般家庭用の電力供給源及び熱供給源として好適に用いられている。
【０００３】
コージェネレーションシステムの発電運転時、燃料電池には燃料ガスと酸化剤ガスとが供給される。すると、この燃料電池の陽極側では、所定の反応触媒が用いられる電気化学反応が進行することにより、燃料ガス中の水素が電子とプロトンとに変換される。この陽極側で発生した電子は、コージェネレーションシステムに接続された負荷を経由して、燃料電池の陰極側に到達する。又、陽極側で発生したプロトンは、燃料電池が備える電解質膜を通過して、燃料電池の陰極側に到達する。一方、この燃料電池の陰極側では、所定の反応触媒が用いられる電気化学反応が進行することにより、酸化剤ガス中の酸素と負荷を経由した電子と電解質膜を通過したプロトンとが水に変換される。かかる一連の電気化学反応の進行により、コージェネレーションシステムから負荷に向けて交流電力が供給されると共に、その電気化学反応の進行に伴う排熱が給湯等の用途に利用される。
【０００４】
ところで、コージェネレーションシステムの発電運転の際、負荷に電力を供給すると共に、排熱を給湯等の用途に利用するためには、燃料電池が生成した直流電力を交流電力に変換する必要があると共に、燃料電池からの排熱を回収する排熱回収機構及びそれを給湯等の用途に利用するための貯湯機構を配設する必要がある。そのため、従来のコージェネレーションシステムでは、燃料電池が生成した直流電力を交流電力に変換するための直交変換器（以下、「インバータ」という）が配設されている。又、このコージェネレーションシステムでは、燃料電池及びインバータからの排熱を利用するための熱交換器と、この熱交換器により加熱されて得る温水を貯蔵するための貯湯タンクとが配設されている。これらのインバータ、熱交換器及び貯湯タンク等を設けることで、一般家庭用の電力供給源及び熱供給源としてのコージェネレーションシステムを提供することが可能になる。
【０００５】
以下、従来の一般的なコージェネレーションシステムの構成について概説する。
【０００６】
図８は、従来の一般的なコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図８では、便宜上、従来の一般的なコージェネレーションシステムの構成における一部を抜粋して示している。
【０００７】
図８に示すように、従来のコージェネレーションシステム１０１の水系統１０２は、貯湯タンク１０３の底部に接続された冷水管１０４からの貯湯水を、ラジエータ１０５，インバータ１０６ａを冷却する冷却器１０７，凝縮器１０８，熱交換器１０９，温水管１１０を経由させて貯湯タンク１０３の頂部に戻す第１の水系統を備えている。又、この水系統１０２は、冷水管１０４からの水を、水タンク１１１，精製器１１２を経由させて改質器１１３に供給する第２の水系統を備えている。尚、図８に示すように、ラジエータ１０５の上流側と水タンク１１１の下流側とにはポンプ１１４，１１５が設けられていると共に、水タンク１１１の上流側には電磁弁１１６が設けられている。
【０００８】
ここで、冷却器１０７は、インバータ１０６ａの排熱を伝熱作用により貯湯タンク１０３の底部から冷水管１０４を介して供給される貯湯水に伝達させて放熱する一般的な冷却器としての構成を備えている。又、ラジエータ１０５には冷却ファン１１７が取り付けられており、この冷却ファン１１７はラジエータ１０５への貯湯水の温度が所定の温度（例えば、３５℃）以上であるか否かによりオンオフするサーモスタット１１８により駆動開始及び駆動停止するように構成されている。
【０００９】
又、図８に示すように、従来のコージェネレーションシステム１０１の電力変換回路１０６は、インバータ１０６ａをその中心的な構成要素として備えている。ここで、この電力変換回路１０６は、図８では図示しないが、インバータ１０６ａの他に昇圧回路等の電子回路と電圧センサや電流センサ等のセンサ群とを備えている。この電力変換回路１０６は、燃料電池スタック１１９から出力される直流電力を交流電力に変換して商用電源に接続された負荷に向けて供給可能に構成されている。
【００１０】
そして、この従来のコージェネレーションシステム１０１では、燃料電池スタック１１９の動作温度に拘わらず、貯湯タンク１０３の底部から排出される貯湯水によりインバータ１０６ａを随時冷却するように構成されている。又、冷却器１０７に供給される貯湯水は、冷却ファン１１７付きのラジエータ１０５において適宜冷却され、貯湯タンク１０３の底部に貯蔵された貯湯水の温度が高温である場合であってもインバータ１０６ａを十分に冷却することができるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１１１２０９号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述したように、従来のコージェネレーションシステム１０１では、貯湯タンク１０３から排出された貯湯水が、インバータ１０６ａの出力電流の大きさに応じて変動する排熱量の多少に拘わらず、インバータ１０６ａを随時冷却するように構成されている。そのため、燃料電池スタック１１９の発電量が低下する低負荷運転時、インバータ１０６ａの電力変換損失が低下して、インバータ１０６ａからの排熱量が減少している場合でも、貯湯水はインバータ１０６ａの排熱を回収しようとする。この場合、冷却器１０７における排熱の回収量よりも、冷却器１０７における放熱量の方が大きくなると、冷却器１０７において貯湯水が冷却されるので、コージェネレーションシステム１０１におけるエネルギーの利用効率が低下する。
【００１３】
本発明は、上記従来のコージェネレーションシステムが有する課題を解決するためになされたものであって、エネルギーの有効な利用を可能とし、省エネルギー性の改善に貢献するインバータの冷却構成を備えるコージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係るコージェネレーションシステムは、発電機と、前記発電機の出力電力を変換する電力変換器と、前記電力変換器からの排熱及び前記発電機からの排熱を回収するように前記熱媒体が通流される熱媒体経路と、前記熱媒体経路より分岐して前記熱媒体が前記電力変換器をバイパスして流れるためのバイパス経路と、前記バイパス経路と前記熱媒体経路との間で前記熱媒体の流入先を切替える切替器と、前記電力変換器の排熱量を検知する排熱量検知器と、制御器と、を備え、前記制御器は、起動動作時、停止動作時、又は、前記排熱量検知器が検知する前記排熱量が予め定められた閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御するように構成されている。
【００１５】
かかる構成とすると、コージェネレーションシステムの起動動作時や、停止動作時、又は、電力変換器の動作状態に応じて、熱媒体の流入先を熱媒体経路からバイパス経路に切替えるよう切替器を制御するので、電力変換器が備える冷却器により熱媒体が冷却されることを防止することが可能になる。これにより、コージェネレーションシステムの省エネルギー性を改善することが可能になる。
【００１６】
この場合、前記排熱量検知器が前記電力変換器からの排熱を回収した前記熱媒体の温度を検知する第１の温度検知器であって、前記制御器は、前記第１の温度検知器が検知する前記温度が予め定められた第１の温度閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する。
【００１７】
かかる構成とすると、第１の温度検知器が検知する温度が予め定められた第１の温度閾値未満である場合に熱媒体の流入先を熱媒体経路からバイパス経路に切替えるよう切替器を制御するので、電力変換器が備える冷却器により熱媒体が冷却されることを簡易な構成により防止することが可能になる。
【００１８】
又、上記の場合、前記排熱量検知器が前記電力変換器からの出力電流値を検知する電流検知器であって、前記制御器は、前記電流検知器が検知する前記出力電流値が予め定められた電流閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する。
【００１９】
かかる構成としても、電流検知器が検知する出力電流値が予め定められた電流閾値未満である場合に熱媒体の流入先を熱媒体経路からバイパス経路に切替えるよう切替器を制御するので、電力変換器が備える冷却器により熱媒体が冷却されることを簡易な構成により防止することが可能になる。
【００２０】
又、上記の場合、前記排熱量検知器が前記電力変換器からの出力電力値を決定する出力決定器であって、前記制御器は、前記出力決定器が決定する前記出力電力値が予め定められた電力閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する。
【００２１】
かかる構成としても、出力決定器が決定する出力電力値が予め定められた電力閾値未満である場合に熱媒体の流入先を熱媒体経路からバイパス経路に切替えるよう切替器を制御するので、電力変換器が備える冷却器により熱媒体が冷却されることを簡易な構成により防止することが可能になる。
【００２２】
又、上記の場合、前記排熱量検知器が前記電力変換器の温度を検知する第２の温度検知器であって、前記制御器は、前記第２の温度検知器が検知する前記温度が予め定められた第２の温度閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する。
【００２３】
かかる構成とすると、第２の温度検知器が検知する電力変換器の実際の温度が予め定められた第２の温度閾値未満である場合に熱媒体の流入先を熱媒体経路からバイパス経路に切替えるよう切替器を制御するので、電力変換器が備える冷却器により熱媒体が冷却されることを簡易な構成により確実に防止することが可能になる。
【００２４】
又、上記の場合、前記制御器は、前記第２の温度検知器の検知温度が許容上限値を超える第１の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記熱媒体経路になるよう前記切替器を制御する。
【００２５】
かかる構成とすると、コージェネレーションシステムにおいて第１の異常が発生した場合に、熱媒体の流入先がバイパス経路から熱媒体経路に切替えられるよう切替器が制御されて、コージェネレーションシステムの停止動作中に高温状態である電力変換器が熱媒体により冷却されるので、電力変換器の損傷を最低限に抑えることが可能になる。
【００２６】
又、上記の場合、前記制御器は、第１の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記熱媒体経路になるよう前記切替器を制御し、前記第１の異常とは異なる第２の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記バイパス経路になるよう前記切替器を制御する。
【００２７】
かかる構成とすると、コージェネレーションシステムにおいて第１の異常が発生した場合に、電力変換器の損傷を最低限に抑えることが可能になる。又、その一方で、コージェネレーションシステムにおいて第２の異常が発生した場合、例えば、発電機の異常発熱によりその冷却水が異常な高温状態となった場合には、熱媒体の流入先が熱媒体経路からバイパス経路に切替えられるよう切替器が制御されて、コージェネレーションシステムの停止動作中に高温状態である発電機が熱媒体により優先的に冷却されるので、発電機の損傷を最低限に抑えることが可能になる。
【００２８】
又、上記の場合、前記熱媒体経路は、前記電力変換器が備える冷却器及び前記発電機を経由する経路である。
【００２９】
かかる構成とすると、発電機を冷却するための冷却水循環経路内にバイパス経路を設けることができるので、発電機と電力変換器とを最短経路で連結することが可能となる。これにより、冷却水循環経路とバイパス経路とをコンパクト化及び短回路化することができるので、コージェネレーションシステムの省エネルギー性が更に向上する。
【００３０】
又、上記の場合、前記発電機を経由して該発電機を冷却する第１の熱媒体が通流される第１の熱媒体経路と、該第１の熱媒体経路上に配設された熱交換器と、を備え、前記熱媒体経路は、前記電力変換器が備える冷却器及び前記熱交換器を経由して、該電力変換器が備える冷却器及び該熱交換器において受熱する第２の熱媒体が通流される第２の熱媒体経路である。
【００３１】
かかる構成とすると、発電機を冷却する第１の熱媒体が通流される第１の熱媒体経路と電力変換器が備える冷却器及び熱交換器において受熱する第２の熱媒体が通流される第２の熱媒体経路とが分離されるので、第１の熱媒体が第２の熱媒体に混入することを防止しながら省エネルギー性を改善することが可能になる。
【００３２】
更に、上記の場合、前記発電機が、燃料電池である。
【００３３】
かかる構成とすると、発電機としての燃料電池を備える一般家庭向けのコージェネレーションシステム等において、その省エネルギー性を改善することが可能になる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係るコージェネレーションシステムの特徴的な構成によれば、エネルギーの有効な利用を可能とし、省エネルギー性の改善に貢献するインバータの冷却構成を備えるコージェネレーションシステムを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態６に係るコージェネレーションシステムの動作を模式的に示す流れ図である。
【図６】本発明の実施の形態７に係るコージェネレーションシステムの動作を模式的に示す流れ図である。
【図７】第１の異常に係る具体的な事例の一例と第２の異常に係る具体的な事例の一例とを分類して示す分類図である。
【図８】従来の一般的なコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
先ず、本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの構成について詳細に説明する。
【００３８】
図１は、本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図１では、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して示し、その他の構成要素については図示を省略している。又、図１では、発電により直流電力を出力する発電機を備え、電力変換器としてインバータを備えるコージェネレーションシステムの構成を示している。
【００３９】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステム１００は、排熱を伴いながら発電により直流電力を出力する発電機１と、この発電機１の排熱を回収するための冷却水が循環される環状の冷却水循環経路９と、この冷却水循環経路９において冷却水を循環させるための冷却水ポンプ１０と、この冷却水ポンプ１０により冷却水循環経路９において循環される冷却水と後述する貯湯水循環経路２ａにおいて循環される貯湯水との間で熱交換させる熱交換器５とを備えている。
【００４０】
ここで、発電機１としては、具体的には、水素生成装置（図示せず）が生成する燃料ガス中の水素、又は、水素ボンベから供給される水素と、空気等の酸化剤ガス中の酸素とを用いる発電により直流電力を出力する燃料電池が挙げられる。この燃料電池としては、例えば、高分子電解質形燃料電池が挙げられる。尚、発電機１としては、燃料電池に限定されることはなく、燃料電池が出力する直流電力と同様の直流電力を出力する発電機であれば、如何なる発電機であっても、コージェネレーションシステム１００に搭載することが可能である。尚、この発電機１が燃料電池である形態については、実施の形態５において説明する。
【００４１】
又、このコージェネレーションシステム１００は、発電機１が出力する直流電力を商用電力と同様の交流電力（例えば、５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）に変換するためのインバータ３ａをその主たる構成要素として備える電力変換装置３と、この電力変換装置３が備えるインバータ３ａの排熱量としての温度を検知する温度検知器１４ａと、この電力変換装置３のインバータ３ａの排熱を回収してそれを冷却するための冷却器４とを備えている。
【００４２】
ここで、電力変換装置３のインバータ３ａは、図１では図示しないが、抵抗、トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、トランス、コイル等の各種電気電子部品を備えていると共に、電力変換動作を行なうパワー半導体（例えば、半導体整流器、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子）を備えている。これらの各種電気電子部品及びパワー半導体は、例えば、プリント配線板に実装されている。そして、パワー半導体の伝熱部にはアルミ製の放熱板が装着され、この放熱板が冷却器４に固着されている。
【００４３】
より具体的に説明すると、インバータ３ａのプリント配線板の両端に沿って第１の冷却ユニット及び第２の冷却ユニットが対向して配設され、この第１の冷却ユニット及び第２の冷却ユニットの両端部は、一対の連通管により連結されている。これらの第１の冷却ユニットと第２の冷却ユニットと一対の連通管とにより、冷却器４が構成されている。そして、第１の冷却ユニット及び第２の冷却ユニットに、パワー半導体を備えるアルミ製の放熱板が固着されている。換言すれば、パワー半導体を備えるアルミ製の放熱板は、そのパワー半導体からの放熱が効果的に行われるように、第１の冷却ユニット及び第２の冷却ユニットに対して面接触するように固着されている。このように、本実施の形態では、パワー半導体からの排熱は、アルミ製の放熱板を介して、第１の冷却ユニット及び第２の冷却ユニットに伝達される。そして、第１の冷却ユニット及び第２の冷却ユニットに伝達されたパワー半導体からの排熱は、後述するように、冷却器４に通流される貯湯水により回収される。これにより、インバータ３ａが備えるパワー半導体の温度が適切に制御される。
【００４４】
又、温度検知器１４ａは、温度変化を電圧変化として出力するサーミスタ等の温度センサを備え、インバータ３ａの温度を検知可能に配設されている。例えば、温度検知器１４ａは、電力変換装置３におけるインバータ３ａ近傍の所定の位置に配設され、その温度センサがインバータ３ａの温度を直接検知するように配設されている。尚、温度検知器１４ａが備える温度センサとしては、ＮＴＣサーミスタ、ＰＴＣサーミスタ、ＣＴＲサーミスタ等の何れのサーミスタであっても用いることができる。又、温度センサとしてはサーミスタに限定されることはなく、インバータ３ａの温度を検知可能な温度センサであれば、如何なる温度センサを用いてもよい。又、温度検知器１４の温度センサは、電力変換装置３内に配置され、インバータ３ａの温度を間接的に検知してもよい。
【００４５】
尚、このコージェネレーションシステム１００において、発電機１が出力する直流電力は、配線１１を介して電力変換装置３に供給される。この供給される直流電力は、電力変換装置３のインバータ３ａにより交流電力に変換された後、電力変換装置３から負荷に向けて供給される。
【００４６】
ここで、本実施の形態では、電力変換装置３がインバータ３ａを備える構成を示しているが、このような構成に限定されることはない。例えば、発電機１の種類（直流電力発電機または交流電力発電機）と負荷が消費する電力の種類（直流負荷または交流負荷）との組合せに応じて、電力変換装置３がコンバータ（ＡＣ−ＡＣ、ＤＣ−ＤＣ）、整流器（ＡＣ−ＤＣ）を備えていてもよい。このように、本明細書では、発電により直流電力又は交流電力を出力する構成要素を「発電機」と記載すると共に、インバータ３ａ、コンバータ、整流器を「電力変換器」と記載する。
【００４７】
又、このコージェネレーションシステム１００は、水道等のインフラストラクチャーから供給される水を貯湯水として貯蔵する貯湯タンク６と、この貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水が冷却器４からの排熱を回収しかつ熱交換器５において冷却水循環経路９に循環される冷却水と熱交換するように循環される環状の貯湯水循環経路２ａと、この貯湯水循環経路２ａにおいて貯湯水を循環させるための貯湯水ポンプ２ｂとを備えている。ここで、本実施の形態では、貯湯水循環経路２ａと貯湯水ポンプ２ｂとにより排熱回収手段としての熱媒体経路２が構成されている。
【００４８】
このように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００では、発電機１の発電に伴う排熱を回収するための冷却水循環経路９とそこで冷却水を循環させるための冷却水ポンプ１０とからなる排熱回収手段と、貯湯水循環経路２ａと貯湯水ポンプ２ｂとからなる熱媒体経路２とが、熱交換器５を介して伝熱可能な状態で接続されている。かかる構成の下、貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水は、インバータ３ａからの排熱及び発電機１からの排熱を回収する。尚、インバータ３ａからの排熱及び発電機１からの排熱を回収した貯湯水は、貯湯水タンク６に再び貯蔵される。この排熱を回収して温度上昇した貯湯水が、貯湯水タンク６から排出され、給湯等の用途において適宜利用される。
【００４９】
又、図１に示すように、このコージェネレーションシステム１００は、制御装置１２を備えている。この制御装置１２は、ＣＰＵ、メモリ等の主たる構成要素とこれを駆動するための各種電気電子部品とを備えている。そして、この制御装置１２は、コージェネレーションシステム１００の動作に係る制御信号を出力することにより、コージェネレーションシステム１００の動作を適宜制御する。ここで、このコージェネレーションシステム１００の動作に係るプログラム（例えば、本発明に係る特徴的な動作を実現させるための制御プログラム）は、制御装置１２のメモリに予め記憶されている。尚、図１では図示しないが、制御装置１２と、電力変換装置３、温度検知器１４ａ、貯湯水ポンプ２ｂ、冷却水ポンプ１０、及び後述する経路切替器７等とは、配線により電気的に接続されている。そして、これらの電力変換装置３、貯湯水ポンプ２ｂ、冷却水ポンプ１０、経路切替器７の動作は、制御装置１２により適宜制御される。
【００５０】
そして、図１に示すように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００は、経路切替器７とバイパス経路８とを特徴的に備えている。
【００５１】
ここで、経路切替器７は、制御装置１２により遠隔操作が可能な三方弁であって、その第１の接続口７ａには貯湯水ポンプ２ｂから延出する貯湯水循環経路２ａの一部の一端が接続され、その第２の接続口７ｂから延出する貯湯水循環経路２ａの他の一部の一端は冷却器４に接続されている。つまり、このコージェネレーションシステム１００では、貯湯水ポンプ２ｂの動作により貯湯タンク６から排出された貯湯水は、貯湯水循環経路２ａの一部と、経路切替器７と、貯湯水循環経路２ａの他の一部とをこの順序で通過した後、冷却器４に供給される。尚、経路切替器７として、開閉弁を用いてもよい。
【００５２】
又、図１に示すように、バイパス経路８の一端は、経路切替器７の第３の接続口７ｃに接続されている。又、バイパス経路８の他端は、冷却器４と熱交換器５とを接続する貯湯水循環経路２ａにおける所定の位置に接続されている。つまり、このコージェネレーションシステム１００において、バイパス経路８は、貯湯タンク６から貯湯水循環経路２ａに導入された貯湯水を、冷却器４に通流させることなく、インバータ３ａ（冷却器４）からの排熱を回収不能に迂回させるためのバイパス経路であって、経路切替器７の第３の接続口７ｃからバイパス経路８に供給された貯湯水をインバータ３ａ（冷却器４）からの排熱を回収させることなく熱交換器５に供給させる。ここで、経路切替器７は、バイパス経路８と貯湯水循環経路２ａとの間で貯湯水の流入先を切替える経路切替器として機能するように配設されている。
【００５３】
次に、本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの動作について詳細に説明する。
【００５４】
コージェネレーションシステム１００の定格運転時、発電機１からの排熱は、冷却水ポンプ１０が冷却水循環経路９に循環させる冷却水により逐次回収される。この冷却水により回収された発電機１の排熱は、熱交換器５が備える熱交換作用により、熱媒体経路２に伝達される。
【００５５】
又、電力変換装置３は、発電機１から配線１１を介して直流電力が供給されると、その供給された直流電力をインバータ３ａにより交流電力に変換する。この直流電力から交流電力への電力変換の際、インバータ３ａが備えるパワー半導体からの排熱は、それに装着された放熱板を介して、冷却器４に伝達される。ここで、この冷却器４からの排熱は、貯湯水ポンプ２ｂが貯湯水循環経路２ａに循環させる貯湯タンク６からの貯湯水により、熱媒体経路２において逐次回収される。そして、冷却器４からの排熱を回収して温度上昇した貯湯水は、熱交換器５において発電機１からの排熱を回収して更に温度上昇した後、貯湯タンク６に供給される。尚、貯湯タンク６に貯蔵された貯湯水（温水）は、必要に応じて、給湯等の用途に向けて随時供給される。又、電力変換装置３は、インバータ３ａの電力変換により生成した交流電力を負荷に向けて供給する。
【００５６】
一方、コージェネレーションシステム１００が発電運転を終了して、コージェネレーションシステム１００の停止動作においては、電力変換装置３により直流電力から交流電力への電力変換は、通常停止されるので、インバータ３ａが備えるパワー半導体等の発熱も速やかに停止する。従って、インバータ３ａが備えるパワー半導体から放熱板を介する冷却器４への排熱の伝達も速やかに停止される。
【００５７】
又、コージェネレーションシステム１００が発電運転を開始する前、つまり、コージェネレーションシステム１００の起動動作時においては、通常、発電機１の発電運転は実行されないので、電力変換装置３による直流電力から交流電力への電力変換は、通常停止されている。よって、インバータ３ａが備えるパワー半導体は発熱しない。従って、インバータ３ａが備えるパワー半導体から放熱板を介する冷却器４への排熱の伝達は一切行われない。
【００５８】
つまり、発電機１の起動動作時又は停止動作時、パワー半導体に装着された放熱板や冷却器４は、単に熱エネルギーを廃棄するための放熱器として機能する。
【００５９】
このような場合、貯湯水ポンプ２ｂにより貯湯タンク６から低温状態である冷却器４に貯湯水が供給されるような、貯湯タンク６が満蓄段階においては、その低温状態である冷却器４及びパワー半導体に装着された放熱板の放熱作用により、その冷却器４に供給された貯湯水の温度が低下する。具体的には、コージェネレーションシステム１００の運転終了時、発電機１の発電停止に伴い電力変換装置３のインバータ３ａが備えるパワー半導体等の発熱が停止している際、貯湯タンク６から冷却器４に温度上昇した貯湯水が供給されると、低温状態である冷却器４により貯湯水が冷却される。つまり、高温状態の貯湯水が有する熱エネルギーが、コージェネレーションシステム１００から大気中に向けて廃棄される。かかる熱エネルギーの大気中への廃棄は、コージェネレーションシステム１００におけるエネルギーの利用効率を悪化させる要因となる。
【００６０】
そこで、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００では、制御装置１２が、コージェネレーションシステム１００（発電機１）の起動動作時又は停止動作時に、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８（即ち、熱交換器５）に切替えるよう経路切替器７を制御する。ここで、負荷電力検知器１５が、コージェネレーションシステム１００から交流電力が供給される負荷の消費電力を検知して、その検知する負荷の消費電力が予め定められる所定の起動用電力閾値以上である場合に、コージェネレーションシステム１００の起動動作を開始する。一方、その検知する負荷の消費電力が予め定められる所定の停止用電力閾値未満である場合に、コージェネレーションシステム１００の停止動作を開始する。
【００６１】
例えば、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００では、制御装置１２が、発電機１の停止動作時において貯湯水ポンプ２ｂを動作させる貯湯水の循環動作を行う場合において、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、貯湯タンク６から排出された貯湯水は、冷却器４に供給されることなく、経路切替器７及びバイパス経路８を通過して、熱交換器５に供給される。ここで、発電機１の停止動作時、発電機１の温度は、瞬時に常温にまで低下することはなく、経時的に緩やかに低下する。従って、熱交換器５に供給された貯湯水は、その熱交換器５において発電機１からの排熱（余熱）を回収した後、貯湯タンク６に戻される。そして、制御装置１２は、貯湯水が発電機１からの排熱を回収可能な期間に渡り、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先をバイパス経路８とする経路切替器７の制御状態を維持する。尚、制御装置１２は、発電機１の温度が常温にまで低下して、貯湯水が発電機１からの排熱を回収不能となったことを検知すると、貯湯水ポンプ２ｂの動作を停止させる。
【００６２】
又、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００では、コージェネレーションシステム１００が発電運転中であっても、発電機１の出力電力の低下に伴い電力変換装置３への直流電力の供給量が減少すると、直流電力から交流電力への電力変換量が減少するので、インバータ３ａが備えるパワー半導体等の発熱量も減少する。この場合、インバータ３ａが備えるパワー半導体から放熱板を介する冷却器４への排熱の伝達量も減少する。つまり、負荷の消費電力の低下に伴い、発電機１の出力電力が低下するよう制御装置１２がコージェネレーションシステム１００の動作を制御する場合であっても、パワー半導体に装着された放熱板や冷却器４は、単に熱エネルギーを廃棄するための放熱器として機能する場合がある。
【００６３】
そこで、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００では、発電機１の起動動作時又は停止動作時以外の発電運転中であっても、制御装置１２が、排熱量検知器としての温度検知器１４ａが検知するインバータ３ａの温度（排熱量に比例する物理量）が予め定められる所定の温度閾値未満である場合には、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、貯湯タンク６から排出された貯湯水は、冷却器４に供給されることなく、経路切替器７及びバイパス経路８を通過して、熱交換器５に供給される。従って、発電機１の低負荷運転時に冷却器４に貯湯水を通過させる場合と比較して、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。なお、上記温度閾値は、冷却器４において貯湯水が熱回収可能（放熱しない）と推定される温度として規定される。
【００６４】
又、この場合、負荷の消費電力が上昇して、温度検知器１４ａが検知するインバータ３ａの温度が予め定められる所定の温度閾値と同一またはそれよりも大きい温度閾値以上となると、制御装置１２は、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先をバイパス経路８から冷却器４に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、貯湯タンク６から排出された貯湯水は、経路切替器７及び熱媒体経路２の一部を通過して冷却器４に供給された後、熱交換器５に供給される。そして、熱交換器５に供給された貯湯水は、その熱交換器５において発電機１からの排熱を回収した後、貯湯タンク６に戻される。従って、発電機１の高負荷運転により電力変換装置３の排熱が向上し、冷却器４での排熱が回収可能な場合において貯湯水により排熱回収されるため、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。
【００６５】
以上、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００の構成によれば、インバータ３ａの動作状態に応じて貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御するので、冷却器４により貯湯水が冷却されることを防止することが可能になる。これにより、コージェネレーションシステム１００の省エネルギー性を改善することが可能になる。従って、コージェネレーションシステム１００の利便性を更に向上させることが可能になる。
【００６６】
又、このコージェネレーションシステム１００の特徴的な構成によれば、発電機１の起動動作時又は停止動作時に電力変換装置３の電力変換損失が低下するため、貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御するので、コージェネレーションシステム１００の省エネルギー性を更に改善することが可能になる。
【００６７】
更に、このコージェネレーションシステム１００の特徴的な構成によれば、発電機１を冷却するための冷却水が通流される冷却水循環経路９と、電力変換装置３のインバータ３ａに装着された冷却器４及び熱交換器５において受熱する貯湯水が通流される貯湯水循環経路２ａとが分離されているので、冷却水が貯湯水に混入することを防止しながら、コージェネレーションシステム１００の省エネルギー性を改善することが可能になる。
【００６８】
尚、本実施の形態では、インバータ３ａの温度を検知して、その検知する温度が予め定められる所定の温度閾値未満である場合に経路切替器７が制御される形態について説明したが、このような形態に限定されることはない。例えば、所定の制御プログラムに従って適宜動作するコージェネレーションシステムでは、その所定の制御プログラムに応じて経路切替器７が適切に制御される形態としてもよい。かかる形態としても、本実施の形態における効果と同様の効果を得ることが可能である。
【００６９】
又、本実施の形態では、温度検知器１４ａが電力変換装置３の温度を検知する形態について説明したが、このような形態に限定されることはない。例えば、温度検知器１４ａを冷却器４の下流側に設けて、冷却器４を通過した貯湯水の温度を検知する形態としてもよい。かかる形態としても、本実施の形態における効果と同様の効果を得ることが可能である。
【００７０】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【００７１】
図２に示すように、本発明の実施の形態２に係るコージェネレーションシステム２００は、制御装置１２が出力決定器１２ａを備えている点を除き、図１に示すコージェネレーションシステム１００の構成と同様の構成を備えている。従って、以下の説明では、コージェネレーションシステム１００と同様の構成に関する説明は省略する。
【００７２】
制御装置１２が備える出力決定器１２ａは、電力変換装置３からの交流電力の出力値を決定するために、電力変換装置３の動作及び発電機１の発電量を制御するための所定の制御信号（出力指令信号）を出力する。この所定の制御信号と、電力変換装置３からの交流電力の出力値とは、所定の相関関係の下、相互に関連付けられている。この所定の制御信号が出力決定器１２ａから電力変換装置３等に向けて出力されると、例えば電力変換装置３は、その出力された所定の制御信号に応じた出力値の交流電力を出力するように制御される。具体的には、制御装置１２の出力決定器１２ａは、負荷電力検知器１５が負荷の消費電力の低下を検知すると、その消費電力の低下に応じた制御信号を出力することにより、電力変換装置３からの交流電力の出力値を低下させる。又、制御装置１２の出力決定器１２ａは、負荷電力検知器１５が負荷の消費電力の上昇を検知すると、その消費電力の上昇に応じた制御信号を出力することにより、電力変換装置３からの交流電力の出力値を上昇させる。
【００７３】
ここで、コージェネレーションシステム１００の発電量が低下する低負荷運転時、その発電量の低下に応じて電力変換装置３における電力変換損失が低下すると、インバータ３ａが備えるパワー半導体の発熱量も減少する。従って、インバータ３ａが備えるパワー半導体から放熱板を介する冷却器４への排熱の伝達量も減少する。この場合、実施の形態１の場合と同様にして、パワー半導体に装着された放熱板や冷却器４は単に放熱器として機能する。
【００７４】
そこで、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム２００では、制御装置１２が、排熱量検知器としての出力決定器１２ａが決定する出力電力値が予め定められた電力閾値未満である場合に貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、貯湯タンク６から排出された貯湯水は、冷却器４に供給されることなく、経路切替器７及びバイパス経路８を通過して、熱交換器５に供給される。従って、発電機１の低負荷運転時に冷却器４に貯湯水を通過させる場合と比較して、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。なお、上記電力閾値は、冷却器４において貯湯水が熱回収可能（放熱しない）と推定される出力電力値として規定される。
【００７５】
又、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム２００では、制御装置１２が、出力決定器１２ａが決定する出力電力値が予め定められた電力閾値と同一またはそれよりも大きい電力閾値以上となった場合、貯湯水の流入先をバイパス経路８から冷却器４側に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、貯湯タンク６から排出された貯湯水は、経路切替器７及び熱媒体経路２の一部を通過して冷却器４に供給された後、熱交換器５に供給される。そして、熱交換器５に供給された貯湯水は、その熱交換器５において発電機１からの排熱を回収した後、貯湯タンク６に戻される。従って、発電機１の高負荷運転により電力変換装置３の排熱が向上し、冷却器４での排熱が回収可能な場合において貯湯水により排熱回収されるため、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。
【００７６】
尚、本実施の形態では、出力決定器１２ａが排熱量検知器の一例として機能したが、出力決定器１２ａが出力電力値を決定する際には、上述のように負荷電力検知器１５が検知した負荷の消費電力を利用し、負荷の消費電力と出力決定器１２ａが決定する出力電力値は、通常、比例する。そこで、排熱量検知器として出力決定器１２ａに代えて負荷電力検知器１５を使用し、負荷電力検知器１５が検知する負荷の消費電力が、予め定められた消費電力閾値未満である場合に、貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７が制御し、上記消費電力が、上記消費電力閾値と同一またはそれよりも大きい消費電力閾値以上である場合に、貯湯水の流入先をバイパス経路８から冷却器４側に切替えるよう経路切替器７を制御する形態を採用しても構わない。なお、上記消費電力閾値は、冷却器４において貯湯水が熱回収可能（放熱しない）と推定される消費電力値として規定される。
【００７７】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【００７８】
図３に示すように、本発明の実施の形態３に係るコージェネレーションシステム３００は、電流検知器１３を更に備えている点を除き、図１に示すコージェネレーションシステム１００の構成と同様の構成を備えている。従って、以下の説明でも、コージェネレーションシステム１００と同様の構成に関する説明は省略する。
【００７９】
電流検知器１３は、コージェネレーションシステム３００の発電運転の際、電力変換装置３からの出力電流値を検知する。この電流検知器１３は、電力変換装置３と負荷とを電気的に接続する配線の近傍、或いは、その配線を自己に貫通させるようにして、適切に配設される。ここで、この電流検知器１３では、例えば、磁気比例型センサ、磁気平衡型センサ、磁気コイル型センサ、コアレスコイル型センサ等の電流センサが用いられる。この電流検知器１３は、電力変換装置３から負荷に交流電力が供給されている際、電力変換装置３と負荷とを電気的に接続する配線に流れる交流電流を、それに比例する直流電圧に変換して出力する。尚、電流検知器１３の電流センサは、電力変換装置３が出力する交流電力の周波数に応じて、その交流電力の出力電流値を正確に検知できるよう、適切に選定される。又、この電流センサとしては、シャント抵抗を使用した電流計を用いることも可能である。この場合、電流計は、電力変換装置３と負荷との間に直列に接続されたシャント抵抗間の電圧差を測定して、その測定した電圧差を出力する。
【００８０】
本実施の形態においても、コージェネレーションシステム３００の発電量が低下する低負荷運転時、その発電量の低下に応じて電力変換装置３における電力変換損失が低下すると、インバータ３ａが備えるパワー半導体等の発熱量も減少する。従って、インバータ３ａが備えるパワー半導体等から放熱板を介する冷却器４への排熱の伝達量も減少する。従って、パワー半導体に装着された放熱板や冷却器４は、単に放熱器として機能する。
【００８１】
そこで、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム３００では、制御装置１２が、排熱量検知器としての電流検知器１３が検知する出力電流値が予め定められた電流閾値未満である場合に貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、実施の形態１，２の場合と同様、貯湯タンク６から貯湯水循環経路２ａに導入された貯湯水は、冷却器４に供給されることなく、経路切替器７及びバイパス経路８を通過して、熱交換器５に供給される。従って、発電機１の低負荷運転時に冷却器４に貯湯水を通過させる場合と比較して、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。なお、上記電流閾値は、冷却器４において貯湯水が熱回収可能（放熱しない）と推定される出力電流値として規定される。
【００８２】
又、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム３００では、制御装置１２が、電流検知器１３が検知する出力電流値が予め定められた電流閾値と同一またはそれよりも大きい電流閾値以上となった場合は貯湯水の流入先をバイパス経路８から冷却器４に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、貯湯タンク６から排出された貯湯水は、経路切替器７及び熱媒体経路２の一部を通過して冷却器４に供給された後、熱交換器５に供給される。そして、熱交換器５に供給された貯湯水は、その熱交換器５において発電機１からの排熱を回収した後、貯湯タンク６に戻される。従って、発電機１の高負荷運転により電力変換装置３の排熱が向上し、冷却器４での排熱が回収可能な場合において貯湯水により排熱回収されるため、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。
【００８３】
尚、本実施の形態では、電流検知器１３が電力変換装置３の出力電流値を検知する形態について説明したが、このような形態に限定されることはない。例えば、電流検知器１３を発電機１と電力変換装置３とを接続する配線１１上に配設して、電流検知器１３が発電機１の出力電流値（つまり、電力変換装置３への入力電流値）を検知する形態としてもよい。かかる形態としても、本実施の形態における効果と同様の効果を得ることが可能である。
【００８４】
（実施の形態４）
先ず、本発明の実施の形態４に係るコージェネレーションシステムの構成について詳細に説明する。
【００８５】
図４は、本発明の実施の形態４に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図４では、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して示し、その他の構成要素については図示を省略している。
【００８６】
図４に示すように、本発明の実施の形態４に係るコージェネレーションシステム４００は、直流電力を出力する発電機１と、この発電機１の排熱を回収するための冷却水が循環される環状の冷却水循環経路９と、この冷却水循環経路９において冷却水を循環させるための冷却水ポンプ１０と、この冷却水ポンプ１０により冷却水循環経路９において循環される冷却水と貯湯水循環経路２ａにおいて循環される貯湯水との間で熱交換させる熱交換器５とを備えている。そして、図４に示すように、このコージェネレーションシステム４００では、冷却水循環経路９が冷却器４を通過するように構成されている。つまり、このコージェネレーションシステム４００では、実施の形態１〜３に示す冷却器４からの排熱が貯湯水により回収される構成に代えて、冷却器４からの排熱が発電機１を冷却するための冷却水により回収されるように構成されている。
【００８７】
そして、図４に示すように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００は、経路切替器７及びバイパス経路８に加えて、温度検知器１４ｂを備えている。
【００８８】
ここで、経路切替器７は、制御装置１２により遠隔操作が可能な三方弁であって、その第３の接続口７ｃには熱交換器５から延出する冷却水循環経路９の一部の一端が接続されており、その第１の接続口７ａから延出する冷却水循環経路９の他の一部の一端は冷却器４に接続されている。つまり、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００では、冷却水ポンプ１０により発電機１から排出された冷却水は、冷却水循環経路９の一部と、熱交換器５と、経路切替器７と、冷却水循環経路９の他の一部とをこの順序で通過した後、冷却器４に供給される。尚、冷却器４から排出された冷却水は、冷却水循環経路９の更に他の一部を介して、発電機１に供給される。
【００８９】
又、図４に示すように、バイパス経路８の一端は、経路切替器７の第２の接続口７ｂに接続されている。又、バイパス経路８の他端は、冷却器４と発電機１とを接続する冷却水循環経路９における所定の位置に接続されている。つまり、このコージェネレーションシステム４００において、バイパス経路８は、冷却水循環経路９に通流される冷却水をインバータ３ａからの排熱を回収不能に迂回させるバイパス経路であって、経路切替器７の第２の接続口７ｂからバイパス経路８に供給された冷却水をインバータ３ａからの排熱を回収させることなく発電機１に供給させる。ここで、経路切替器７は、バイパス経路８と冷却水循環経路９との間で冷却水の流入先を切替える経路切替器として機能するように配設されている。
【００９０】
又、温度検知器１４ｂは、温度変化を電圧変化として出力するサーミスタ等の温度センサを備え、冷却器４から排出される冷却水の温度を検知可能に配設されている。例えば、温度検知器１４ｂは、冷却器４と発電機１とを接続する冷却水循環経路９の一部における冷却器４側の所定の位置に着設され、その温度センサが冷却水循環経路９の温度を検知することで冷却水の温度を間接的に検知するように配設されている。尚、温度検知器１４ｂが備える温度センサとしては、実施の形態１の場合と同様、ＮＴＣサーミスタ、ＰＴＣサーミスタ、ＣＴＲサーミスタ等の何れのサーミスタであっても用いることができる。又、温度センサとしてはサーミスタに限定されることはなく、冷却器４から排出される冷却水の温度を検知可能な温度センサであれば、如何なる温度センサを用いてもよい。又、温度検知器１４ｂの温度センサは、冷却水循環経路９内に配置され、冷却器４から排出された冷却水の温度を直接検知してもよい。
【００９１】
一方、図４に示すように、このコージェネレーションシステム４００は、水道等のインフラストラクチャーから供給される水を貯湯水として貯蔵する貯湯タンク６と、この貯湯タンク６が貯蔵する貯湯水が熱交換器５において冷却水循環経路９に循環される冷却水と熱交換するように循環される環状の貯湯水循環経路２ａと、この貯湯水循環経路２ａにおいて貯湯水を循環させるための貯湯水ポンプ２ｂとを備えている。
【００９２】
尚、電力変換装置３、冷却器４、制御装置１２等の上記以外の構成は、実施の形態１〜３の場合と同様である。
【００９３】
このように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００では、発電機１の発電に伴う排熱及びインバータ３ａからの排熱を回収するための冷却水循環経路９とそこで冷却水を循環させるための冷却水ポンプ１０とからなる熱媒体経路と、貯湯水循環経路２ａと貯湯水ポンプ２ｂとからなる排熱回収手段とが、熱交換器５により伝熱可能な状態で接続されている。かかる構成の下、貯湯水ポンプ２ｂの動作により貯湯タンク６から貯湯水循環経路２ａに導入された貯湯水は、インバータ３ａからの排熱及び発電機１からの排熱を回収する。尚、インバータ３ａからの排熱及び発電機１からの排熱を回収した貯湯水は、貯湯水タンク６に再び貯蔵され、給湯等の用途において適宜利用される。
【００９４】
次に、本発明の実施の形態４に係るコージェネレーションシステムの動作について詳細に説明する。
【００９５】
コージェネレーションシステム４００の定格発電運転時、電力変換装置３は、発電機１から配線１１を介して直流電力が供給されると、その供給された直流電力をインバータ３ａにより交流電力に変換する。そして、電力変換装置３は、インバータ３ａの電力変換により生成した交流電力を負荷に向けて供給する。ここで、この直流電力から交流電力への電力変換の際、インバータ３ａが備えるパワー半導体からの排熱は、それに装着された放熱板を介して、冷却器４に伝達される。
【００９６】
一方、コージェネレーションシステム４００の定格発電運転時、発電機１からの排熱は、冷却水ポンプ１０が冷却水循環経路９に循環させる冷却水により逐次回収される。又、上述したように、インバータ３ａが備えるパワー半導体からの排熱は、それに装着された放熱板を介して、冷却器４に伝達される。そして、この冷却器４からの排熱は、冷却水ポンプ１０が冷却水循環経路９に循環させる冷却水により逐次回収される。この冷却水により回収された発電機１の排熱及び冷却器４からの排熱は、熱交換器５が備える熱交換作用により、貯湯水循環経路２ａにおいて循環される貯湯水に伝達される。
【００９７】
熱交換器５において発電機１及び冷却器４からの排熱を回収した貯湯水は、貯湯タンク６に供給される。尚、貯湯タンク６に貯蔵された貯湯水は、必要に応じて、給湯等の用途に向けて随時供給される。
【００９８】
本実施の形態においても、コージェネレーションシステム４００の発電量が低下する低負荷運転時、その発電量の低下に応じて電力変換装置３における電力変換損失が低下すると、インバータ３ａが備えるパワー半導体の発熱量も減少する。従って、インバータ３ａが備えるパワー半導体から放熱板を介する冷却器４への排熱の伝達量も減少する。従って、パワー半導体に装着された放熱板や冷却器４は、単に放熱器として機能する。この場合、冷却器４に冷却水が流入すると、冷却器４及びインバータ３ａに設けられた放熱板を介して放熱が行われるので、冷却水の温度が放熱により低下し、熱交換器５を介した貯湯水への熱回収効率が低下する。
【００９９】
そこで、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００では、発電運転中において、制御装置１２が、排熱量検知器としての温度検知器１４ｂが検知する冷却器４から排出された冷却水の温度が予め定められた温度閾値未満である場合に、貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、熱交換器５から排出された冷却水は、冷却器４に供給されることなく、経路切替器７及びバイパス経路８を通過した後、発電機１に供給される。従って、発電機１の低負荷運転時に冷却器４に冷却水を通過させる場合と比較して、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。なお、上記温度閾値は、冷却器４において冷却水が熱回収可能（放熱しない）と推定される温度として規定される。
【０１００】
又、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００では、発電運転中において、制御装置１２が、温度検知器１４ｂが検知する冷却器４から排出された冷却水の温度が予め定められた温度閾値と同一またはそれよりも大きい温度閾値以上となった場合は、冷却水の流入先をバイパス経路８から冷却器４に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、熱交換器５から排出された冷却水は、経路切替器７及び冷却水循環経路９の一部を通過して冷却器４に供給され、そして、発電機１に供給された後、熱交換器５に戻される。従って、発電機１の高負荷運転により電力変換装置３の排熱が向上し、冷却器４での排熱が回収可能な場合において冷却水により排熱回収されるため、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。
【０１０１】
尚、本実施の形態において、冷却器４は、発電機１の温度制御性の観点から、冷却水の通流方向に対して発電機１の下流側であり、かつ熱交換器５の上流側に配置されることが好ましい。その理由は、かかる配置構成を採ることにより、発電機１に流入する冷却水の温度を容易に制御することが可能になるからである。しかし、冷却器４を発電機１の下流側に配置すると、冷却器４に流入する冷却水の温度が上昇して、冷却器４における排熱回収効率が低下するだけでなく、電力変換装置３の温度が十分に低減されず、熱暴走する可能性がある。従って、図４に示すように、冷却器４は、冷却水の通流方向に対して熱交換器５の下流側であり、かつ発電機１の上流側に配置されることが好ましい。
【０１０２】
又、本実施の形態では、温度検知器１４ｂが冷却器４から排出される冷却水の温度（絶対値）に基づき経路切替器７が制御される形態を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、温度検知器１４ｂを冷却器４の前後（つまり、冷却水の通流方向に対して冷却器４の上流側及び下流側の双方）に配置して、冷却器４に流入する冷却水の温度と、冷却器４から排出される冷却水の温度との温度差に基づき、経路切替器７が制御される形態としてもよい。例えば、冷却器４の下流側の温度が上流側の温度よりも高い場合（冷却器４の下流側の温度−冷却器４の上流側の温度＞０の場合）は、冷却器４側に経路切替器７を制御し、冷却器４の下流側の温度が上流側の温度以下の場合（冷却器４の下流側の温度−冷却器４の上流側の温度≦０の場合）は、バイパス経路８側に経路切替器７を制御する構成としても、本実施の形態において得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。
【０１０３】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係るコージェネレーションシステムは、発電機１として燃料ガス中の水素及び酸化剤ガス中の酸素を用いる発電により直流電力を出力する燃料電池を備えている点を除き、図４に示すコージェネレーションシステム４００の構成と同様の構成を備えている。
【０１０４】
つまり、本実施の形態では、実施の形態４の場合と同様、発電機１としての燃料電池を冷却するための冷却水循環経路９上に熱交換器５と経路切替器７と冷却器４とが設けられていると共に、バイパス経路８が設けられている。又、実施の形態４の場合と同様、冷却水循環経路９における冷却器４の冷却水の出口側に、サーミスタ等の温度センサを備える温度検知器１４が配設されている。そして、燃料電池からの排熱と、インバータ３ａからの排熱とが、冷却水ポンプ１０により冷却水循環経路９において循環される冷却水によって逐次回収されるように構成されている。又、この冷却水により回収された燃料電池及びインバータ３ａからの排熱が、熱交換器５を介して、貯湯水ポンプ２ｂにより貯湯水循環経路２ａにおいて循環される貯湯水によって逐次回収されるように構成されている。尚、熱交換器５において燃料電池及びインバータ３ａからの排熱を回収した貯湯水は、貯湯タンク６に貯蔵され、給湯等の用途に向けて必要に応じて供給される。
【０１０５】
ここで、発電機１としての燃料電池は、直流電力を生成するが、この生成した直流電力を一般家庭用の電気機器等に供給することはできない。つまり、燃料電池が生成した直流電力を一般家庭用の電気機器等に使用することができるようにするためには、燃料電池が生成した直流電力を商用周波数の交流電力に変換する必要がある。そこで、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムでは、燃料電池の直流電力を一般家庭用の電気機器等に供給可能な交流電力（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）に変換するための、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路、ＤＣ−ＡＣインバータ回路を内蔵した電力変換装置３を備えている。
【０１０６】
本実施の形態に係るコージェネレーションシステムの特徴的な動作について、詳細に説明する。まず、コージェネレーションシステム４００の起動動作時、電力変換装置３の動作は停止しており、従って、電力変換装置３からの排熱は発生しない。このような、燃料電池の起動動作時、冷却器４に冷却水が供給されると、冷却器４及びインバータ３ａが備える放熱板を介する放熱作用により、冷却水の温度が低下する。そこで、本実施の形態では、制御装置１２が、起動動作時に冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂを動作させ、熱交換器５を介して貯湯水より冷却水に伝熱し、燃料電池の昇温動作を実行する場合、冷却水ポンプ１０により循環される冷却水が、冷却器４に供給されることなく、バイパス経路８を介して燃料電池に供給されるよう、経路切替器７を制御する。
【０１０７】
又、発電機１としての燃料電池の発電運転終了等による電力変換装置３の動作の停止時には、電力変換装置３からの電力変換損失による排熱量は急速に減少する。即ち、電力変換装置３では、発電の停止と共にインバータ３ａの構成要素であるパワー半導体及びその駆動回路動作等の動作も停止するため、パワー半導体に装着された放熱板から冷却器４への排熱の移動が停止する。この際、冷却器４に冷却水が供給されると、冷却器４及びインバータ３ａが備える放熱板を介する放熱作用により、冷却水の温度が低下する。そこで、本実施の形態では、制御装置１２が、コージェネレーションシステムの停止動作時において冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂを動作させ、排熱回収動作を実行する場合、冷却水ポンプ１０により循環される冷却水がバイパス経路８を介して燃料電池に供給されるよう、経路切替器７を制御する。この場合、発電器１としての燃料電池の温度は、瞬時に常温にまで低下することはない。従って、発電器１としての燃料電池の余熱等が得られる期間は、その余熱等を回収することができるので、経路切替器７、バイパス経路８に通流される冷却水により、その燃料電池の余熱等を回収され、最終的には、熱交換器５を介して貯湯水により熱回収される。
【０１０８】
又、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００では、発電運転中において、制御装置１２が、排熱量検知器としての温度検知器１４ｂが検知する冷却器４から排出された冷却水の温度が予め定められた温度閾値未満である場合に、貯湯水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、熱交換器５から排出された冷却水は、冷却器４に供給されることなく、経路切替器７及びバイパス経路８を通過した後、発電機１に供給される。従って、コージェネレーションシステム４００の低負荷運転時に冷却器４に冷却水を通過させる場合と比較して、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。なお、上記温度閾値は、冷却器４において冷却水が熱回収可能（放熱しない）と推定される温度として規定される。
【０１０９】
又、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム４００では、制御装置１２が、温度検知器１４ｂが検知する冷却器４から排出された冷却水の温度が予め定められた温度閾値と同一またはそれよりも大きい温度閾値以上となった場合は、冷却水の流入先をバイパス経路８から冷却器４に切替えるよう経路切替器７を制御する。これにより、熱交換器５から排出された冷却水は、経路切替器７及び冷却水循環経路９の一部を通過して冷却器４に供給され、そして、発電機１に供給された後、熱交換器５に戻される。従って、コージェネレーションシステム４００の高負荷運転により電力変換装置３の排熱が向上し、冷却器４での排熱が回収可能な場合において冷却水により排熱回収されるため、貯湯水の熱回収効率が向上し、コージェネレーションシステムとしての省エネルギー性が向上する。
【０１１０】
このように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムの構成によれば、電力変換装置３の動作状態に応じて経路切替器７によりバイパス経路８に冷却水を供給するか否かを適切に切り替えるため、電力変換装置３の動作の停止時に冷却器４からの放熱を防止することが可能になる。その結果、発電機１としての燃料電池を備える一般家庭向けのコージェネレーションシステム等において、その省エネルギー性を改善することが可能になる。
【０１１１】
尚、実施の形態４，５では、冷却水循環経路９における所定の位置に温度検知器１４を設ける形態を例示したが、このような形態に限定されることはない。例えば、温度検知器１４を冷却器４に着設して、冷却器４の温度に基づき制御装置１２が経路切替器７を制御する構成としてもよい。かかる構成としても、実施の形態４，５において得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。
【０１１２】
（実施の形態６）
実施の形態１〜５では、コージェネレーションシステム１００〜４００及びその構成要素が正常に動作していることを前提として説明した。つまり、実施の形態１〜５では、コージェネレーションシステム１００が正常に動作している場合の停止動作時において冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂを動作させて冷却水及び貯湯水の循環動作を実行する場合に、貯湯水または冷却水の流入先が冷却器４からバイパス経路８になるよう経路切替器７を制御する構成や、電力変換装置３が正常に動作している場合のインバータ３ａの排熱量に基づき貯湯水または冷却水の流入先を冷却器４からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する構成について説明した。しかし、このような構成では、コージェネレーションシステム１００において何らかの異常が発生することにより行われる異常停止動作時において上記循環動作を実行する場合、異常が発生してない場合において実行される通常の停止動作時と同様に上記経路切替器７を制御すると、コージェネレーションシステム１００の省エネルギー性が改善されない場合がある。具体的には、インバータ３ａの高温異常が発生した場合であるが、そこで、本実施の形態では、コージェネレーションシステム１００においてインバータ３ａの高温異常が発生した後の異常停止動作時において上記循環動作が実行される場合の実施形態について説明する。
【０１１３】
以下、コージェネレーションシステム１００においてインバータ３ａの異常が発生した場合の特徴的な動作について説明する。なお、以下に説明する動作は、上記実施の形態１〜５のいずれの形態にも採用することが可能である。
【０１１４】
図５は、本発明の実施の形態６に係るコージェネレーションシステムの動作を模式的に示す流れ図である。尚、図５では、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムの特徴的な動作を説明するために必要となるステップのみを抜粋して示している。
【０１１５】
図５に示すように、インバータ３ａの異常発熱により、例えば温度検知器１４ａが検知するインバータ３ａの温度が、正常と判断される上限温度値（以下、許容上限値）を超えた場合、制御装置１２は、コージェネレーションシステム１００においてインバータ３ａの高温異常が発生したことを検知する（ステップＳ１）。なお、上記許容上限値は、実施の形態１において経路切替器７を冷却器４側に切替える際の判断基準となる温度閾値よりも高い温度として規定される。
【０１１６】
次いで、制御装置１２は、コージェネレーションシステム１００においてインバータ３ａの高温異常が発生したことを検知すると、コージェネレーションシステム１００の停止動作を実行するための停止指令信号を出力する（ステップＳ２）。
【０１１７】
そして、制御装置１２は、コージェネレーションシステム１００の異常停止動作を実行するための停止指令信号を出力すると、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先が、冷却器４側（熱媒体経路２側）になるよう経路切替器７を制御する（ステップＳ３）。具体的には、上記許容上限値が、実施の形態１において経路切替器７を冷却器４側に切替える際の判断基準となる温度閾値よりも高い温度であることから、異常停止動作に移行する前の発電運転中において、既に、冷却器４側に切替わっている経路切替器７を冷却器４側に維持するよう制御することになる。
【０１１８】
次いで、制御装置１２は、冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂを動作させることにより、冷却器４からの排熱が貯湯水により回収されるよう制御する（ステップＳ４）。これにより、異常な高温状態となったインバータ３ａの温度が次第に低下する。
【０１１９】
そして、ステップＳ４に示す冷却器４からの排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ１以上となったことを検知すると（ステップＳ５でＹＥＳ）、制御装置１２は、冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂの動作を停止させ、冷却器４からの排熱の回収動作を停止させる（ステップＳ６）。ここで、所定の時間閾値Ｔ１は、電力変換装置３が備えるインバータ３ａの温度が故障しない安全な温度にまで低下する時間として、制御装置１２に予め設定されている。尚、冷却器４からの排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ１未満であることを検知すると（ステップＳ５でＮＯ）、制御装置１２は、その排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ１に到達するまで、冷却器４からの排熱の回収動作を継続させる。
【０１２０】
なお、電力変換装置３の冷却動作の継続について、動作時間に基づき判断するよう構成されているが、実施の形態１、４、５のように電力変換装置３の温度や電力変換装置３の冷却器４を通過した貯湯水または冷却水の温度に基づき電力変換装置３の冷却動作の継続を判断するよう構成してもよい。
【０１２１】
このように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムの構成によれば、電力変換装置３の動作状態等に応じて経路切替器７によりバイパス経路８に貯湯水を供給するか否かが適切に切り替えられると共に、インバータ３ａが以上な高温状態となった場合には貯湯水により冷却器４からの排熱が回収されるので、電力変換装置３が高温下で故障する可能性を低減することが可能になる。又、冷却器４より高い排熱が回収されるため省エネルギー性の向上にも貢献することが可能になる。
【０１２２】
（実施の形態７）
本実施の形態６においては、インバータ３ａの高温異常の場合において、停止動作時であっても経路切替器７を冷却器４側に制御し、冷却器４を冷却する形態について説明した。しかしながら、他の異常が発生した場合においても同様に制御すると、冷却器４が放熱器として機能し、停止動作時において、冷却水及び貯湯水を循環させる循環動作を実行する場合に、コージェネレーションシステム４００の省エネルギー性が低下してしまう場合がある。そこで、本実施の形態では、コージェネレーションシステム１００において異常が発生後に行われる異常停止動作において上記循環動作が実行される場合、発生した異常内容に応じて適切に経路切替器７の制御が行われる。以下に、その実施形態の詳細について説明する。なお、以下に説明する動作は、上記実施の形態１〜５のいずれの形態にも採用することが可能である。
【０１２３】
図７は、コージェネレーションシステムにおいて発生する可能性のある異常に関し、第１の異常に係る事例の一例と、第２の異常に係る事例の一例と、を分類して示す分類図である。
【０１２４】
図７に示すように、実施の形態１〜５に係るコージェネレーションシステム１００〜４００においては、第１の異常として、電力変換装置３が備えるインバータ３ａのＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体の性能が劣化して、そのパワー半導体が異常に発熱してインバータ３ａが異常な高温状態となるインバータの高温異常が挙げられる。この場合、異常な高温状態となったインバータ３ａをそのまま継続して動作させると、高熱によりパワー半導体が破損して、インバータ３ａが故障する危険性がある。
【０１２５】
又、図７に示すように、実施の形態１〜５に係るコージェネレーションシステム１００〜４００においては、第２の異常として、例えば、冷却水ポンプ１０の性能が劣化して、冷却水の流速が低下し、冷却水の温度が異常な高温状態となる冷却高温異常や、冷却水循環経路９に通流される冷却水の温度を検知する温度検知器１４ｂの温度センサが断線する冷却水温度センサの断線異常や、電力変換装置３からの出力電力が正常な許容下限未満になる低電圧出力異常や、電力変換装置３からの出力電流が正常な許容下限未満になる低電流出力異常等の異常も挙げられる。
【０１２６】
なお、上記に挙げた異常は、それぞれの異常に対応する異常検知器により異常が検知される。この異常検知器は、冷却水温度、電力変換装置からの出力電圧、出力電流等に例示されるコージェネレーションシステムの状態値を検出する検出器（冷却水温度センサ、電圧検知器、電流検知器等）と、この検出器の検出値に基づき異常か否かを判定する異常判定プログラムとで構成される、異常判定プログラムは、制御装置１２に内蔵される記憶器（図示せず）に記憶され、ＣＰＵ等の演算処理器により記憶器より読み出し、実行される。
【０１２７】
以下、コージェネレーションシステム１００において第１の異常又は第２の異常が発生した場合の特徴的な動作について説明する。
【０１２８】
図６は、本発明の実施の形態７に係るコージェネレーションシステムの動作を模式的に示す流れ図である。尚、図６では、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムの特徴的な動作を説明するために必要となるステップのみを抜粋して示している。
【０１２９】
図６に示すように、何らかの原因により、異常が発生すると、異常検知器がその異常を検知する（ステップＳ１でＹＥＳ）。又、制御装置１２は、ステップＳ１において異常を検知しない場合（ステップＳ１でＮＯ）、コージェネレーションシステム１００において異常検知器により異常が発生したか否かを継続して監視する。
【０１３０】
次いで、制御装置１２は、コージェネレーションシステム１００において異常検知器により異常が発生したことを検知すると、コージェネレーションシステム１００の異常停止動作を実行するための停止指令信号を出力する（ステップＳ２）。
【０１３１】
そして、制御装置１２は、コージェネレーションシステム１００の異常停止動作を実行するための停止指令信号を出力すると、コージェネレーションシステム１００において発生した異常が第１の異常であるか第２の異常であるかを判定する（ステップＳ３）。この際、制御装置１２は、例えば、インバータ３ａの高温異常である場合、第１の異常と判定する。一方、冷却水の高温異常である場合、第２の異常と判定する。
【０１３２】
次いで、制御装置１２は、第１の異常により異常停止動作に移行した場合には、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先をバイパス経路８から冷却器４（熱媒体経路２側）に切替えるよう経路切替器７を制御する（ステップＳ４ａ）。
【０１３３】
次いで、制御装置１２は、冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂを動作させることにより、冷却器４からの排熱が貯湯水により回収されるよう制御する（ステップＳ５ａ）。これにより、異常な高温状態となったインバータ３ａの温度が次第に低下する。
【０１３４】
そして、ステップＳ５ａに示す冷却器４からの排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ１以上となったことを検知すると（ステップＳ６ａでＹＥＳ）、制御装置１２は、冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂの動作を停止させ、冷却器４からの排熱の回収動作を停止させる（ステップＳ７ａ）。ここで、所定の時間閾値Ｔ１は、実施の形態６の場合と同様、電力変換装置３が備えるインバータ３ａが、故障しない安全な温度にまで低下する時間として、制御装置１２に予め設定されている。尚、実施の形態６の場合と同様、冷却器４からの排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ１未満であることを検知すると（ステップＳ６ａでＮＯ）、制御装置１２は、その排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ１に到達するまで、冷却器４からの排熱の回収動作を継続させる。
【０１３５】
一方、制御装置１２は、第１の異常とは異なる第２の異常によってコージェネレーションシステム１００の停止動作に移行した場合には、貯湯タンク６から排出された貯湯水の流入先を冷却器４（熱媒体経路２側）からバイパス経路８に切替えるよう経路切替器７を制御する（ステップＳ４ｂ）。
【０１３６】
次いで、制御装置１２は、冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂを動作させることにより、発電機１からの排熱が貯湯水及び冷却水により回収されるよう制御する（ステップＳ５ｂ）。
【０１３７】
そして、ステップＳ５ｂに示す発電機１からの排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ２以上となったことを検知すると（ステップＳ６ｂでＹＥＳ）、制御装置１２は、冷却水ポンプ１０及び貯湯水ポンプ２ｂの動作を停止させ、発電機１からの排熱の回収動作を停止させる（ステップＳ７ｂ）。ここで、所定の時間閾値Ｔ２は、発電機１が、貯湯水により排熱回収可能な下限温度にまで低下する時間として、制御装置１２に予め設定されている。尚、発電機１からの排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ２未満であることを検知すると（ステップＳ６ｂでＮＯ）、制御装置１２は、その排熱の回収動作時間が所定の時間閾値Ｔ２に到達するまで、発電機１からの排熱の回収動作を継続させる。
【０１３８】
このように、本実施の形態に係るコージェネレーションシステムの構成によれば、異常が発生後に行われる異常停止動作において上記循環動作が実行される場合、発生した異常内容に応じて適切に経路切替器７の制御が行われるため、電力変換装置３が故障することを未然に防止するとともにコージェネレーションシステムの省エネルギー性の改善に貢献することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明に係るコージェネレーションシステムは、エネルギーの有効な利用を可能とし、省エネルギー性の改善に貢献するインバータの冷却構成を備えるコージェネレーションシステムとして、産業上の利用可能性を備えている。
【符号の説明】
【０１４０】
１  発電機
２  熱媒体経路
２ａ  貯湯水循環経路
２ｂ  貯湯水ポンプ
３  電力変換装置
３ａ  インバータ
４  冷却器
５  熱交換器
６  貯湯タンク
７  経路切替器
７ａ  第１の接続口
７ｂ  第２の接続口
７ｃ  第３の接続口
８  バイパス経路
９  冷却水循環経路
１０  冷却水ポンプ
１１  配線
１２  制御装置
１２ａ  出力決定器
１３  電流検知器
１４ａ，１４ｂ  温度検知器
１５  負荷電力検知器
１００〜４００  コージェネレーションシステム
１０１  コージェネレーションシステム
１０２  水系統
１０３  貯湯タンク
１０４  冷水管
１０５  ラジエータ
１０６  電力変換回路
１０６ａ  インバータ
１０７  冷却器
１０８  凝縮器
１０９  熱交換器
１１０  温水管
１１１  水タンク
１１２  精製器
１１３  改質器
１１４  ポンプ
１１５  ポンプ
１１６  電磁弁
１１７  冷却ファン
１１８  サーモスタット
１１９  燃料電池スタック
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、
前記発電機の出力電力を変換する電力変換器と、
前記電力変換器からの排熱及び前記発電機からの排熱を回収するように前記熱媒体が通流される熱媒体経路と、
前記熱媒体経路より分岐して前記熱媒体が前記電力変換器をバイパスして流れるためのバイパス経路と、
前記バイパス経路と前記熱媒体経路との間で前記熱媒体の流入先を切替える切替器と、
前記電力変換器の排熱量を検知する排熱量検知器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、起動動作時、停止動作時、又は、前記排熱量検知器が検知する前記排熱量が予め定められた閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御するように構成されている、コージェネレーションシステム。
【請求項２】
前記排熱量検知器が前記電力変換器からの排熱を回収した前記熱媒体の温度を検知する第１の温度検知器であって、
前記制御器は、前記第１の温度検知器が検知する前記温度が予め定められた第１の温度閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記排熱量検知器が前記電力変換器からの出力電流値を検知する電流検知器であって、
前記制御器は、前記電流検知器が検知する前記出力電流値が予め定められた電流閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記排熱量検知器が前記電力変換器からの出力電力値を決定する出力決定器であって、
前記制御器は、前記出力決定器が決定する前記出力電力値が予め定められた電力閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
前記排熱量検知器が前記電力変換器の温度を検知する第２の温度検知器であって、
前記制御器は、前記第２の温度検知器が検知する前記温度が予め定められた第２の温度閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御する、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項６】
前記制御器は、前記第２の温度検知器の検知温度が許容上限値を超える第１の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記熱媒体経路になるよう前記切替器を制御する、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項７】
前記制御器は、第１の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記熱媒体経路になるよう前記切替器を制御し、
前記第１の異常とは異なる第２の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記バイパス経路になるよう前記切替器を制御する、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項８】
前記熱媒体経路は、前記電力変換器が備える冷却器及び前記発電機を経由する経路である、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項９】
前記発電機を経由して該発電機を冷却する第１の熱媒体が通流される第１の熱媒体経路と、該第１の熱媒体経路上に配設された熱交換器と、を備え、
前記熱媒体経路は、前記電力変換器が備える冷却器及び前記熱交換器を経由して、該電力変換器が備える冷却器及び該熱交換器において受熱する第２の熱媒体が通流される第２の熱媒体経路である、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１０】
前記発電機が、燃料電池である、請求項１乃至９の何れか１つに記載のコージェネレーションシステム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009078181.tif 000011
【図２】
2009078181.tif 000012
【図３】
2009078181.tif 000013
【図４】
2009078181.tif 000014
【図５】
2009078181.tif 000015
【図６】
2009078181.tif 000016
【図７】
2009078181.tif 000017
【図８】
2009078181.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月14日(2009.8.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係るコージェネレーションシステムは、発電機と、前記発電機の出力電力を変換する電力変換器と、前記電力変換器からの排熱及び前記発電機からの排熱を回収するように熱媒体が通流される熱媒体経路と、前記熱媒体経路より分岐して前記熱媒体が前記電力変換器をバイパスして流れるためのバイパス経路と、前記バイパス経路と前記熱媒体経路との間で前記熱媒体の流入先を切替える切替器と、前記電力変換器の排熱量を検知する排熱量検知器と、制御器と、を備え、前記制御器は、起動動作時、停止動作時、又は、前記排熱量検知器が検知する前記排熱量が予め定められた閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御するように構成されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
又、上記の場合、前記制御器は、前記第１の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記熱媒体経路になるよう前記切替器を制御し、前記第１の異常とは異なる第２の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記バイパス経路になるよう前記切替器を制御する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
又、上記の場合、前記発電機を経由して該発電機を冷却する第１の熱媒体が通流される第１の熱媒体経路と、該第１の熱媒体経路上に配設された熱交換器と、を備え、前記電力変換器が備える冷却器及び前記熱交換器を経由して、該電力変換器が備える冷却器及び該熱交換器において受熱する第２の熱媒体が通流される第２の熱媒体経路が、前記熱媒体経路である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
発電機と、
前記発電機の出力電力を変換する電力変換器と、
前記電力変換器からの排熱及び前記発電機からの排熱を回収するように熱媒体が通流される熱媒体経路と、
前記熱媒体経路より分岐して前記熱媒体が前記電力変換器をバイパスして流れるためのバイパス経路と、
前記バイパス経路と前記熱媒体経路との間で前記熱媒体の流入先を切替える切替器と、
前記電力変換器の排熱量を検知する排熱量検知器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、起動動作時、停止動作時、又は、前記排熱量検知器が検知する前記排熱量が予め定められた閾値未満である場合に、前記熱媒体の流入先を前記熱媒体経路から前記バイパス経路に切替えるよう前記切替器を制御するように構成されている、コージェネレーションシステム。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
前記制御器は、前記第１の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記熱媒体経路になるよう前記切替器を制御し、
前記第１の異常とは異なる第２の異常によって実行される停止動作においては、前記熱媒体の流入先が前記バイパス経路になるよう前記切替器を制御する、請求項６記載のコージェネレーションシステム。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
前記発電機を経由して該発電機を冷却する第１の熱媒体が通流される第１の熱媒体経路と、該第１の熱媒体経路上に配設された熱交換器と、を備え、
前記電力変換器が備える冷却器及び前記熱交換器を経由して、該電力変換器が備える冷却器及び該熱交換器において受熱する第２の熱媒体が通流される第２の熱媒体経路が、前記熱媒体経路である、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【国際調査報告】
2009078181.tif 000019
2009078181.tif 000020
2009078181.tif 000021