(57)【要約】  【課題】  従循環回路や従熱交換手段の凍結防止に必要なエネルギー消費量を最小限に抑制可能なコージェネレーションシステムの提供を目的とする。  【解決手段】  コージェネレーションシステム１は、暖房端末８と負荷熱交換器４２との間で湯水を循環可能な負荷循環回路３５を有する。負荷循環回路３５は、負荷往き側流路５５と負荷戻り側流路５６とを有し、両者の間をバイパス流路６３でバイパスした構成とされている。また、バイパス流路６３よりも暖房端末８側には、暖房熱交換器５７が設けられている。暖房熱交換器５７は、負荷熱交換器４２との間で伝熱可能なように設置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体に対して熱エネルギーを供給可能な一又は複数の熱供給手段と、
当該熱供給手段において発生した熱エネルギーにより加熱された液体を貯留する貯留手段と、
前記熱供給手段において発生した熱エネルギーにより加熱された液体が循環する主循環回路と、
当該主循環回路の中途に設けられた主熱交換手段と、
前記熱供給手段において発生した熱エネルギーにより加熱された液体の供給を受けて熱エネルギーを消費する熱負荷手段と、
当該熱負荷手段に対して供給される液体が循環する従循環回路と、
当該従循環回路の中途に設けられた従熱交換手段とを有し、
当該従熱交換手段が、貯留手段及び／又は主熱交換手段と伝熱可能なように設置されてい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】
従循環回路が、熱負荷手段に対して液体を送る負荷往き側流路と、熱負荷手段から送り出される液体が流れる負荷戻り側流路と、負荷往き側流路と負荷戻り側流路とをバイパスするバイパス流路とを有し、前記負荷往き側流路及び負荷戻り側流路が主熱交換手段に接続されたものであり、
従循環回路のうち、前記バイパス流路よりも主熱交換手段側の部位に液体を循環させるための循環手段が設けられており、
従循環回路のうち、前記バイパス流路よりも熱負荷手段側の部位に従熱交換手段が設けられてい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】
従熱交換手段と伝熱可能な貯留手段及び／又は主熱交換手段の熱容量は、従熱交換手段の熱容量以上であ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】
熱供給手段は、単位時間当たりにおける熱エネルギーの発生量の多い大容量熱供給手段と、単位時間当たりにおける熱エネルギーの発生量の少ない小容量熱供給手段とを有し、
大容量熱供給手段は、動作に伴って発生した熱エネルギーにより液体を加熱し、当該液体を介して主熱交換手段に熱エネルギーを供給可能であり、
小容量熱供給手段は、動作に伴って発生した熱エネルギーにより液体を加熱し、当該液体を介して主熱交換手段及び／又は従熱交換手段に熱エネルギーを供給可能なものであることを特徴とする請求項１乃至３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５】
大容量熱供給手段は、燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより液体を加熱可能なものであり、
小容量熱供給手段は、発電に伴って発生した熱エネルギーにより液体を加熱可能なものであることを特徴とする請求項４に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項６】
主熱交換手段及び従熱交換手段が、それぞれ上下方向に液体を流通可能なように設置されてい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】
立設された壁面と、当該壁面に対して装着されることにより壁面に対して平行な狭持面を形成可能な固定具とを有し、前記挟持面と壁面との間に主熱交換手段と従熱交換手段とが面接触された状態で挟持されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
従来より、下記特許文献１に開示されているにガスエンジン等の発電装置と、熱回収装置とを備え、発電装置において発生した熱エネルギーを回収し、湯水や熱媒体等の液体を配管を介して暖房等の熱負荷手段や浴槽に供給可能な構成とされたコージェネレーションシステムがある。かかる構成のコージェネレーションシステムでは、湯水や熱媒体等の液体が凍結するのを防止すべく、配管内に液体を流通させたり、配管を加熱する構成とされている。
【０００３】
下記特許文献１に開示されているような従来技術のコージェネレーションシステムの多くは、熱負荷手段に対する液体の供給を遮断する弁が熱負荷手段等に設けられた構成となっていることがある。かかる構成のコージェネレーションシステムにおいて、熱負荷手段や熱負荷手段に繋がる配管等に設けられた弁が閉止されるなどして熱負荷手段への通液が阻止された状態になると、熱負荷手段に液体を供給するための配管に設けられたポンプを作動させても液体が流通できない部分が発生し、当該部位において液体が凍結を起こす可能性がある。そこで、従来技術のコージェネレーションシステムでは、ポンプを作動させても液体が流通できないと想定される部位にヒータを取り付け、凍結を防止する構成とされている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６３９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、従来技術のコージェネレーションシステムでは、凍結が懸念される配管や熱交換器の近傍に設けられたヒータを作動させれば、液体が凍結するのを防止できる。しかし、その反面、ヒータを設けた構成とすると、その分だけコージェネレーションシステムの構造が複雑になったり、製造コストが高くつくばかりか、ヒータを作動させるために余剰の電力を消費することとなり、その分だけエネルギーロスが発生することとなる。
【０００６】
かかる問題に鑑み、本発明では、凍結防止のために要するエネルギー消費量の少ないコージェネレーションシステムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、液体に対して熱エネルギーを供給可能な一又は複数の熱供給手段と、当該熱供給手段において発生した熱エネルギーにより加熱された液体を貯留する貯留手段と、前記熱供給手段において発生した熱エネルギーにより加熱された液体が循環する主循環回路と、当該主循環回路の中途に設けられた主熱交換手段と、前記熱供給手段において発生した熱エネルギーにより加熱された液体の供給を受けて熱エネルギーを消費する熱負荷手段と、当該熱負荷手段に対して供給される液体が循環する従循環回路と、当該従循環回路の中途に設けられた従熱交換手段とを有し、当該従熱交換手段が、貯留手段及び／又は主熱交換手段と伝熱可能なように設置されてい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。
【０００８】
本発明のコージェネレーションシステムでは、熱負荷手段への液体の供給が阻止され、従循環回路の中途に設けられた従熱交換手段における通水が停止した状態になっても、貯留手段や主熱交換手段から従熱交換手段に熱エネルギーが伝達される。そのため、本発明のコージェネレーションシステムは、従熱交換手段における通液が停止しても、従熱交換手段やこの近傍における液体の凍結が起こらない。
【０００９】
上記したように、本発明のコージェネレーションシステムでは、主熱交換手段から従熱交換手段への伝熱により、従熱交換手段やこれに接続された従循環回路における液体の凍結を抑制することができる。そのため、上記した構成によれば、従循環回路や従熱交換手段の凍結防止用にヒータ等を設けない構成としたり、凍結防止のために別途消費されるエネルギーを最小限に抑制できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、従循環回路が、熱負荷手段に対して液体を送る負荷往き側流路と、熱負荷手段から送り出される液体が流れる負荷戻り側流路と、負荷往き側流路と負荷戻り側流路とをバイパスするバイパス流路とを有し、前記負荷往き側流路及び負荷戻り側流路が主熱交換手段に接続されたものであり、従循環回路のうち、前記バイパス流路よりも主熱交換手段側の部位に液体を循環させるための循環手段が設けられており、従循環回路のうち、前記バイパス流路よりも熱負荷手段側の部位に従熱交換手段が設けられてい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。
【００１１】
本発明のコージェネレーションシステムでは、従循環回路を構成する負荷往き側流路と負荷戻り側流路とがバイパス流路によってバイパスされている。また、従循環回路は、主熱交換手段に接続されており、バイパス流路よりも主熱交換手段側に循環手段が設けられると共に、熱負荷手段側に従熱交換手段が設けられた構成となっている。そのため、本発明のコージェネレーションシステムでは、バイパス流路よりも主熱交換手段側において主熱交換手段において熱交換された液体を循環させることができ、当該部位における液体の凍結を防止することができる。
【００１２】
また、本発明のコージェネレーションシステムでは、バイパス流路が負荷往き側流路と負荷戻り側流路とをバイパスするように設けられているため、熱負荷手段への液体の供給が阻止された状態になっても、バイパス流路や、これよりも主熱交換手段側の流路において液体を循環させ、当該液体を主熱交換手段における熱交換等により最低限凍結しない程度の温度に維持することができる。
【００１３】
さらに、本発明のコージェネレーションシステムでは、従循環回路を構成する流路のうち、バイパス流路よりも熱負荷手段側の部位に設けられた従熱交換手段が貯留手段や主熱交換手段と伝熱可能な構成とされている。そのため、本発明のコージェネレーションシステムでは、従循環回路に設けられた従熱交換手段においても凍結が起こらない。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、従熱交換手段と伝熱可能な貯留手段及び／又は主熱交換手段の熱容量が、従熱交換手段の熱容量以上であ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。
【００１５】
かかる構成によれば、貯留手段や主熱交換手段から従熱交換手段にスムーズかつ的確に熱エネルギーを伝達でき、従熱交換手段やこの近傍の配管における液体の凍結を確実に防止することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、熱供給手段が、単位時間当たりにおける熱エネルギーの発生量の多い大容量熱供給手段と、単位時間当たりにおける熱エネルギーの発生量の少ない小容量熱供給手段とを有し、大容量熱供給手段が、動作に伴って発生した熱エネルギーにより液体を加熱し、当該液体を介して主熱交換手段に熱エネルギーを供給可能であり、小容量熱供給手段が、動作に伴って発生した熱エネルギーにより液体を加熱し、当該液体を介して主熱交換手段及び／又は従熱交換手段に熱エネルギーを供給可能なものであることを特徴とする請求項１乃至３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。
【００１７】
本発明のコージェネレーションシステムでは、従熱交換手段が小容量熱供給手段から熱エネルギーの供給を受ける構成とされており、主熱交換手段が大容量熱供給手段から熱エネルギーの供給を受けることが可能な構成とされている。そのため、本発明のコージェネレーションシステムでは、従熱交換手段に対して熱エネルギーが供給されなかったり、熱エネルギーの供給量が少ない場合であっても、従熱交換手段やこれに接続された配管における凍結の発生を防止することができる。
【００１８】
上記請求項４に記載のコージェネレーションシステムにおいて、大容量熱供給手段は、燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより液体を加熱可能なものであり、小容量熱供給手段は、発電に伴って発生した熱エネルギーにより液体を加熱可能なものとすることができる（請求項５）。
【００１９】
かかる構成とした場合についても、従熱交換手段や、これに接続された従循環回路を構成する流路における液体の凍結を確実に防止することができる。
【００２０】
また、上記請求項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は、主熱交換手段及び従熱交換手段が、それぞれ上下方向に液体を流通可能なように設置されていることを特徴とするものであってもよい（請求項６）。
【００２１】
かかる構成によれば、主熱交換手段及び従熱交換手段における熱交換効率の向上に寄与できると共に、主熱交換手段から従熱交換手段に対して液体の凍結防止に必要な熱エネルギーを伝達することができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、立設された壁面と、当該壁面に対して装着されることにより壁面に対して平行な狭持面を形成可能な固定具とを有し、前記挟持面と壁面との間に主熱交換手段と従熱交換手段とが面接触された状態で挟持されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のコージェネレーションシステムである。
【００２３】
かかる構成によれば、壁面及び固定具の挟持面によって主熱交換手段と従熱交換手段とを挟み込み、しっかりと面接触させることができる。そのため、本発明のコージェネレーションシステムでは、主熱交換手段と従熱交換手段との間でスムーズに伝熱させることができ、従熱交換手段やこれに接続された従循環回路における液体の凍結を防止することができる。また、上記した構成によれば、主熱交換手段及び従熱交換手段の一方から漏出される熱エネルギーを他方の熱交換手段において回収でき、コージェネレーションシステムのエネルギー効率の向上に寄与することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、従循環回路や従熱交換手段の凍結防止に必要なエネルギー消費量を最小限に抑制可能なコージェネレーションシステムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
続いて、本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムの熱回収装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１において、１はコージェネレーションシステムである。コージェネレーションシステム１は、発電装置２（小容量熱供給手段）と熱回収装置３とを組み合わせて構成される。すなわち、コージェネレーションシステム１は、発電装置２において発電を実施すると共に、発電により発生した熱エネルギーを熱回収装置３において回収する構成とされている。
【００２６】
さらに具体的に説明すると、コージェネレーションシステム１は、発電装置２と熱回収装置３とにより構成されている。発電装置２は、ガスエンジン５を備えたものであり、電気機器等に電力を供給すると共に、発電に伴い発生した排熱により湯水を加熱することができる。また、熱回収装置３は、給湯装置６（大容量熱供給手段）を備えたものであり、主として給湯栓７や床暖房やファンコンベクタ等の暖房端末８等に供給される湯水を加熱することができる。
【００２７】
給湯装置６は、ガスや灯油等の燃料を燃焼して湯水や熱媒体を加熱可能なものである。給湯装置６は、作動に伴って単位時間当たりに発生する熱エネルギーの量が、後述する発電装置２における発電動作に伴って発生する熱エネルギーの量に比べて大きい。すなわち、給湯装置６は、発電装置２に比べて、湯水や熱媒体の加熱能力が高い。
【００２８】
発電装置２は、大別してガスエンジン５と、ガスエンジン５によって駆動する発電機１０と、ヒータ１１とを具備している。発電装置２において発生した電力は、外部にある電気機器やヒータ１１に供給される。発電装置２は、ガスエンジン５を冷却するための冷却回路１２を具備している。
【００２９】
冷却回路１２は、発電装置２の外部、さらに詳細には熱回収装置３側にある排熱熱交換器３０及び暖房熱交換器５７（従熱交換手段）を経由して湯水を循環させるものである。冷却回路１２は、ガスエンジン５からバイパス分岐点Ａを経て排熱熱交換器３０に到り、ガスエンジン５から排熱熱交換器３０に向けて湯水を流す往き側冷却水路１３と、その分岐水路である往き側分岐水路６１、並びに、排熱熱交換器３０からガスエンジン５側へと湯水を戻す戻り側冷却水路１５と、暖房熱交換器５７から戻る湯水が前記戻り側冷却水路１５に合流する戻り側合流水路６２とから構成されている。即ち、ガスエンジン５には排熱熱交換器３０と暖房熱交換器５７とが前記各水路６１，６２によって並列に接続されている。冷却回路１２内を流れる湯水は、戻り側冷却水路１５の中途に設けられたポンプ１６によって圧送され、戻り側冷却水路１５側から往き側冷却水路１３側へと流れる。戻り側冷却水路１５内を流れる湯水は、ガスエンジン５の駆動に伴い発生した排熱により加熱され往き側冷却水路１３へと流出する。
【００３０】
ガスエンジン５と排熱熱交換器３０とを接続する往き側冷却水路１３の中途には、ヒータ１１が設けられている。ヒータ１１は、発電機１０と外部の電気機器とを接続する配線１７から分岐された分岐配線１８に接続されている。ヒータ１１は、分岐配線１８を介して外部の電気機器で消費しきれない余剰電力が供給されており、これにより発電機１０から外部電源（図示せず）への電力の逆潮流が防止されている。
【００３１】
ガスエンジン５の排熱により加熱され、往き側冷却水路１３内を流れる湯水は、ヒータ１１を通過する際にさらに加熱されて排熱熱交換器３０へと流入する。排熱熱交換器３０において熱交換を行い低温となった湯水は、戻り側冷却水路１５を介してガスエンジン５へと戻る。
【００３２】
戻り側冷却水路１５の中途には、上記したポンプ１６の他に冷却水タンク２２とサーモスタット式の三方弁２５が設けられている。また、サーモスタット式の三方弁２５は、後述する戻り側合流水路６２に設けられている三方弁２３と連通する連通流路２４に接続されている。さらに、戻り側冷却水路１５と往き側冷却水路１３との間には、両者をバイパスするバイパス流路２６が設けられている。冷却水タンク２２には、外部から湯水を供給するための給水管２７が設けられており、その中途に設けられている補給水弁２８によって冷却水タンク２２への給水量が調整される。また、サーモスタット式の三方弁２５は、ガスエンジン５側から排出される湯水の温度に応じて排熱熱交換器３０及び暖房熱交換器５７側への湯水の往来を調整するものである。
【００３３】
さらに具体的には、ガスエンジン５の起動直後等のように、ガスエンジン５側から排出される湯水が所定温度以下である場合には三方弁２５が作用し、排熱熱交換器３０及び暖房熱交換器５７への入水が阻止される。即ち、ガスエンジン５側から排出される湯水が低温である場合、三方弁２５の作用によって排熱熱交換器３０及び暖房熱交換器５７から戻り側冷却水路１５への通水が阻止されると共に、バイパス流路２６を介して往き側冷却水路１３と戻り側冷却水路１５とが連通した閉回路が形成される。そのため、ガス往き側冷却水路１３内を流れる湯水は、バイパス流路２６を介して直接ガスエンジン５側へと流れ込む。
【００３４】
一方、ガスエンジン５側から排出される湯水が所定温度より高温である場合、三方弁２５の作用によって往き側冷却水路１３内を流れる湯水が、排熱熱交換器３０及び暖房熱交換器５７へと流入する。排熱熱交換器３０及び暖房熱交換器５７に流入した高温の湯水は、各熱交換器３０，５７において熱交換を行った後、三方弁２３を介して戻り側冷却水路１５へと流入してガスエンジン５側へと戻る。
【００３５】
熱回収装置３は、燃料ガスを燃焼して湯水を加熱する給湯装置６と、冷却回路１２内を流れるガスエンジン５の排熱により加熱された湯水と熱交換を行う排熱熱交換器３０と、貯留タンク３１（貯留手段）とを具備している。また、熱回収装置３は、ガスエンジン５、並びに、給湯装置６において加熱された湯水が循環する熱源循環回路３２（主循環回路）と、ガスエンジン５及び給湯装置６において発生した熱によって加熱された湯水を給湯栓７を介して外部に供給する給湯流路３３と、暖房端末８（熱負荷手段）等の熱負荷に接続される負荷循環回路３５（従循環回路）と、湯水を浴槽に供給して循環させる浴槽循環回路３６とを有する。
【００３６】
熱源循環回路３２は、給湯装置６の出湯口３７に接続された給湯往路３８と、給湯装置６の入湯口４０に接続された給湯復路４１とが、負荷熱交換器４２（主熱交換手段）及び追焚熱交換器４３を有する熱交換部４５に接続されたものである。給湯往路３８は、中途で分岐されて貯留タンク３１及び、後述する混合弁８０に接続されている。
【００３７】
貯留タンク３１には、内部に貯留されている湯水の高さ方向の温度分布を検知するために、最上部温度センサ３４ａ、上部温度センサ３４ｂ、中部温度センサ３４ｃ及び下部温度センサ３４ｄが設けられている。また、給湯復路４１には、熱交換部４５側から順に、エアセパレータ４６と、湯水を循環させる循環ポンプ４７と、排熱熱交換器３０と、給湯復路４１を流れる水量を検知する循環流量センサ５０と、給湯装置６に流入する水量を調整する循環水比例弁５１とが接続されている。
【００３８】
給湯復路４１の中途にあるエアセパレータ４６は、熱源循環回路３２中に含まれている空気を外部に排出するものであり、貯留タンク３１の下部に設けられた貯留部排出管８９が接続されている。また、排熱熱交換器３０は、上記した発電装置２においてガスエンジン５の駆動に伴って発生した排熱により加熱された湯水と熱交換を行うことにより、給湯復路４１を流れる湯水を加熱するものである。そのため、通常、ガスエンジン５の駆動中は、排熱熱交換器３０において加熱された湯水が給湯復路４１を介して給湯装置６に流入する。
【００３９】
熱交換部４５は、流路４５ａ，４５ｂが並列に配されたものである。流路４５ａは、負荷循環回路３５の中途に設けられた負荷熱交換器４２と負荷熱交出口電磁弁５２とを有するものである。また、流路４５ｂは、浴槽循環回路３６の中途に設けられた追焚熱交換器４３と追焚熱交出口電磁弁５３とを有するものである。そのため、負荷熱交換器４２及び追焚熱交換器４３への湯水の流入は、負荷熱交出口電磁弁５２及び追焚熱交出口電磁弁５３によって調整される。
【００４０】
追焚熱交換器４３に接続されている浴槽循環回路３６は、浴槽側に湯水を送り込む浴槽往き側流路６５と、浴槽側から湯水を戻す浴槽戻り側流路６６とを備えた流路である。浴槽戻り側流路６６の中途には、浴槽内の水位を検知する水位センサ６７と、循環ポンプ６８と、水流スイッチ７０とが設けられている。また、浴槽戻り側流路６６の中途、さらに詳細には循環ポンプ６８と水流スイッチ７０との中間には、後述する給湯流路３３から分岐された給湯分岐流路７１が接続されている。給湯分岐流路７１には、給湯流路３３側から浴槽戻り側流路６６側への通水のみを許す逆止弁７２と、浴槽戻り側流路６６側に流入する水量を調整する注湯弁７３と、給湯分岐流路７１内を流れる湯水の流量を検知する流量センサ７５とが設けられている。
【００４１】
上記したように、浴槽戻り側流路６６には、給湯流路３３側からの湯水の流入を許す給湯分岐流路７１が接続されているため、浴槽往き側流路６５に加えて浴槽戻り側流路６６からも湯水を浴槽側に落とし込むことができる。
【００４２】
負荷熱交換器４２に接続されている負荷循環回路３５は、暖房端末８に湯水を供給する負荷往き側流路５５と、暖房端末８側から湯水を戻す負荷戻り側流路５６とを有する。負荷戻り側流路５６の中途には、暖房熱交換器５７と、負荷戻り側流路５６に湯水を補給する補給水タンク５８と、負荷戻り側流路５６から補給水タンク５８に流入する湯水の温度を検知する湯温センサ５４と、負荷戻り側流路５６内に湯水を循環させるための循環ポンプ６０（循環手段）とが設けられている。
【００４３】
暖房熱交換器５７には、上記した発電装置２の往き側冷却水路１３から分岐された往き側分岐水路６１と、戻り側冷却水路１５から分岐された戻り側合流水路６２とが接続されており、ガスエンジン５の排熱により加熱された高温の湯水が循環する。そのため、暖房端末８において放熱して低温となった湯水は、暖房熱交換器５７において往き側分岐水路６１により供給された高温の湯水と熱交換し、加熱される。暖房熱交換器５７において加熱された湯水は、補給水タンク５８を経て負荷熱交換器４２に流入し、負荷熱交換器４２での熱交換によりさらに加熱されたのち再び暖房端末８側へと送り込まれる。
【００４４】
暖房端末８内や、暖房端末８に接続された負荷循環回路３５の中途あるいは暖房端末８の装置内には、暖房端末８への湯水の流入を阻止可能な弁（以下、必要に応じて暖房弁Ｖと称す）が設けられている。負荷循環回路３５には、暖房弁Ｖが閉止状態である場合に循環ポンプ６０等に過負荷が作用するのを防止すべく、負荷往き側流路５５と負荷戻り側流路５６とをバイパスするバイパス流路６３（バイパス手段）が設けられている。
【００４５】
バイパス流路６３は、上記した暖房熱交換器５７よりも負荷戻り側流路５６内を流れる湯水の流れ方向下流側、すなわち暖房熱交換器５７よりも負荷熱交換器４２側の部位と、負荷往き流路５５とをバイパスするものである。すなわち、負荷循環回路３５は、バイパス流路６３を境に循環流路部Ｃ１と、負荷側流路部Ｃ２とに大別される。
【００４６】
循環流路部Ｃ１は、バイパス流路６３と、負荷往き側流路５５や負荷戻り側流路５６のうちバイパス流路６３よりも負荷熱交換器４２側の部分とによって構成される循環流路である。循環流路部Ｃ１は、負荷熱交換器４２に接続された流路であり、中途に補給水タンク５８と循環ポンプ６０とを有する。また、負荷側流路部Ｃ２は、負荷往き側流路５５や負荷戻り側流路５６のうちバイパス流路６３よりも負荷端末８側に存在する流路である。
【００４７】
暖房熱交換器５７は、発電装置２側から往き側分岐水路６１を介して供給される熱媒体が持つ熱エネルギーを効率よく回収すること、戻り側合流水路６２を介して発電装置２側に戻される熱媒体を十分低温にすること、並びに、暖房端末８の停止時における負荷循環回路３５の凍結防止を目的として負荷側流路部Ｃ２を構成する負荷戻り側流路５６の中途に設けられている。
【００４８】
さらに詳細に説明すると、例えば図２（ａ）に示すように、バイパス流路６３が負荷戻り側流路５６の中途に設けられた暖房熱交換器５７よりも負荷端末８側に存在する場合、暖房熱交換器５７には、図２（ａ）に矢印Ｌで示すように暖房端末８において放熱して低温になった湯水が流れ込む。さらに、図２（ａ）に矢印Ｈで示すように、負荷往き側流路５５を流れる湯水の一部が、暖房端末８に供給されず、バイパス流路６３をバイパスして暖房熱交換器５７に流れ込む。ここで、負荷往き側流路５５を流れる湯水は、負荷熱交換器４２において加熱されている。そのため、バイパス流路６３を暖房熱交換器５７よりも負荷端末８側に配すると、発電装置２側から供給される熱媒体の持つ熱エネルギーを十分回収できないばかりか、発電装置２側に戻される熱媒体の温度を十分低温にすることができない。
【００４９】
また、図２（ａ）に示すような流路構成とした場合は、負荷熱交換器４２において加熱された湯水が、暖房端末８に供給されずに負荷熱交換器４２側に戻るため、暖房端末８に熱エネルギーを十分供給できないばかりか、暖房端末８から戻る湯水が高温であるものと誤検知され、暖房端末８が設定温度に達する前に停止してしまう可能性がある。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、熱エネルギーの回収効率の観点から、暖房熱交換器５７よりも負荷熱交換器４２側において負荷往き側流路５５と負荷戻り側流路５６とをバイパスするようにバイパス流路６３を設けている。
【００５０】
ここで、循環ポンプ６０の保護の観点からすると、バイパス流路６３は、例えば図２（ｂ）に示すように負荷戻り側流路５６において循環ポンプ６０よりも上流側と下流側とをバイパスする流路であってもよい。しかし、かかる構成とした場合は、暖房弁Ｖが閉止されると循環ポンプ６０を作動させても、湯水が循環不可能な部分の凍結を防止できない。すなわち、バイパス流路６３を図２（ｂ）のように配した場合は、矢印Ｒで示すようにバイパス流路６３と負荷戻り側流路５６によって構成される閉ループ内を湯水が循環し、当該部位における湯水の凍結を防止することができる。また、負荷熱交換器４２は、熱源循環回路３２を流れ、熱交換部４５の流路４５ａに流入する湯水の持つ熱エネルギーにより、凍結が防止される。しかし、図２（ｂ）のような流路構成とした場合は、負荷熱交換器４２から離れ、負荷熱交換器４２からの伝熱が期待できない部分において湯水が凍結を起こす可能性がある。
【００５１】
かかる知見に基づき、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、図１に示すように、バイパス流路６３を負荷往き側流路５５と負荷戻り側流路５６とをバイパスするように設けた構成としている。このような流路構成とした場合は、暖房弁Ｖが閉じられ、負荷端末８側への湯水の出入りが禁止された状態であっても、バイパス流路６３よりも負荷熱交換器４２側に形成される循環流路部Ｃ１内に湯水が循環し、循環流路部Ｃ１における湯水の凍結を防止できる。すなわち、暖房弁Ｖが閉止された状態において循環ポンプ６０が作動させることにより、負荷熱交換器４２→負荷往き側流路５５→バイパス流路６３→負荷戻り側流路５６→負荷熱交換器４２の順で湯水を循環させ、湯水の凍結を防止することができる。
【００５２】
さらに、本実施形態のように、負荷往き側流路５５と負荷戻り側流路５６とをバイパス流路６３によってバイパスすると、負荷熱交換器４２における熱交換によって加熱された湯水を循環流路部Ｃ１に循環させることができるため、循環流路部Ｃ１側から負荷側流路部Ｃ２側への伝熱により、負荷側流路部Ｃ２における湯水の凍結を抑制できる。
【００５３】
給湯流路３３は、給湯栓７に繋がる流路であり、中途に流量センサ８１と、比例弁８２と、給湯温度センサ９５とが設けられている。給湯流路３３は、混合弁８０を介して給湯往路３８の中途で分岐された分岐給湯往路８３と、外部から湯水を供給する給水管８５とが接続されている。分岐給湯往路８３には、後述する貯留部給湯管８７との分岐部Ｂよりも上流側に比例弁８４が設けられており、前記分岐部Ｂよりも下流側に湯温センサ９２が設けられている。また、給水管８５には、減圧弁８８と、混合弁８０側に湯水を導く逆止弁９０と、外部から導入される湯水の温度を検知する水温センサ９３が設けられている。給湯流路３３には給水管８５を介して供給される低温の水と、給湯往路３８を流れる高温の湯水とが混合されることにより水温が調整された湯水が流れる。
【００５４】
給水管８５の中途には、外部から導入された湯水を貯留タンク３１側に向けて供給する貯留部給水管９１が接続されている。貯留部給水管９１は、貯留タンク３１の底部側に接続されており、中途に給水管８５側から貯留タンク３１側へ湯水を導く逆止弁８６が設けられている。また、貯留タンク３１の底部には、貯留タンク３１から湯水を排出する貯留部排出管８９が接続されている。貯留部排出管８９は、前記した通り給湯装置６の入水口４０に繋がる給湯復路４１にエアセパレータ４６を介して接続されている。さらに、貯留タンク３１の上部には、分岐給湯往路８３から分岐され、貯留タンク３１への湯水の流出入を行うための貯留部給湯管８７が接続されている。貯留タンク３１には、貯留部給湯管８７を通って貯留タンク３１の外部に流出する湯水と略同量の湯水が貯留部給水管９１を介して給水されるため、貯留タンク３１は常に満水状態に維持される。
【００５５】
給湯流路３３や、これに混合弁８０を介して繋がる分岐給湯往路８３や給水管８５の近傍には、通電により発熱する凍結防止用ヒータ９６，９７，９８が設けられている。
【００５６】
ここで、通常、コージェネレーションシステム１では、発電装置２における発電や、給湯、浴槽内の湯水の追い焚き、暖房端末８の使用が停止すると、ガスエンジン５側に設けられた冷却回路１２や往き側分岐水路６１、戻り側合流水路６２内に存在する熱媒体や、熱源循環回路３２や給湯流路３３、負荷循環回路３５、浴槽循環回路３６内に存在している湯水の流れが停止する。ガスエンジン５側の冷却回路１２や往き側分岐水路６１、戻り側合流水路６２内に存在する熱媒体には、不凍液が用いられるため、コージェネレーションシステム１の設置場所の雰囲気温度が低温である状況下でガスエンジン５が停止しても、熱媒体の凍結は起こりがたい。
【００５７】
一方、熱源循環回路３２や給湯流路３３、負荷循環回路３５、浴槽循環回路３６内には湯水が存在しているため、コージェネレーションシステム１の設置場所の雰囲気温度が低温である状況下で給湯や、追い焚き、暖房端末８の使用が停止すると、給湯流路３３や負荷循環回路３５、浴槽循環回路３６内に残存している湯水が凍結してしまう可能性がある。そこで、コージェネレーションシステム１は、各回路や流路に残存している湯水の凍結が懸念される場合に凍結防止運転を実施する構成とされている。
【００５８】
さらに具体的には、コージェネレーションシステム１は、熱源循環回路３２や負荷循環回路３５、浴槽循環回路３６に設置されている各温度センサの検知温度に基づき、循環ポンプ４７，６０，６８を作動させ、各回路３２，３５，３６において湯水を循環させることにより湯水の凍結を防止する構成とされている。
【００５９】
また、給湯流路３３や、混合弁８０を介してこれに繋がる分岐給湯往路８３や給水管８５は、給湯栓７が閉止されていると湯水を流通させたり循環させることができない。そのため、給湯流路３３や分岐給湯往路８３、給水管８５については、これらの配管あるいはこの近傍に設置された各温度センサの検知温度に基づき、凍結防止用ヒータ９６，９７，９８を作動させて各配管を加熱し、凍結を防止する構成とされている。
【００６０】
ここで、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、負荷循環回路３５は、暖房弁Ｖが開いていれば、循環ポンプ６０を作動させることにより回路全体に湯水を循環させ、負荷循環回路３５全体において湯水の凍結を防止できる。一方、暖房弁Ｖが閉じている場合は、バイパス流路６３よりも負荷熱交換器４２側に存在する循環流路部Ｃ１内のみを湯水が循環し、バイパス流路６３よりも暖房端末８側に存在する負荷側流路部Ｃ２において湯水が流れない。しかし、本実施形態では、バイパス流路６３が負荷往き側流路５５と負荷戻り側流路５６とをバイパスする構成とされている。そのため、循環ポンプ４７を作動させるなどして負荷熱交換器４２において循環流路部Ｃ１内を循環する湯水を凍結を防止可能な程度の温度に維持することにより、循環流路部Ｃ１を流れる湯水から負荷側流路部Ｃ２内に滞留している湯水に伝熱がなされ、負荷側流路部Ｃ２内の湯水の凍結を抑制することができる。
【００６１】
ここで、上記したように、負荷側流路部Ｃ２には、暖房熱交換器５７が設けられている。暖房熱交換器５７は、負荷側流路部Ｃ２を構成する負荷往き側流路５５や負荷戻り側流路５６よりも熱容量が大きい。そのため、発電装置２が停止中であって、暖房熱交換器５７に高温の熱媒体が供給されていない場合は、暖房熱交換器５７が低温になり、循環流路部Ｃ１側から負荷側流路部Ｃ２側への伝熱だけでは、暖房熱交換器５７における湯水の凍結を防止できない可能性がある。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、負荷側流路部Ｃ２の中途に設けられた暖房熱交換器５７を、暖房端末８への湯水の供給が停止した場合であっても、ある程度の高温に維持可能な部位に重ね合わせ、両者間の伝熱により暖房熱交換器５７等の凍結を防止する構成とされている。
【００６２】
さらに具体的に説明すると、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、図３に示すように負荷熱交換器４２に対して暖房熱交換器５７を重ね合わせ、両者を固定部材１００を用いて一体的に熱回収装置３の本体を構成する略垂直に立設された壁面１０１に取り付けている。すなわち、負荷熱交換器４２は、図３に示すようにそれぞれ直方体状の箱体１０２の正面１０２ａに、熱交換部４５の流路４５ａや、負荷往き側流路５５、負荷戻り側流路５６を構成する配管を接続するための接続口１０３ａ〜１０３ｄを設けたものである。箱体１０２の内部には、図示しないフィンや、接続口１０３ａ，１０３ｂを繋ぐ配管、接続口１０３ｃ，１０３ｄを繋ぐ配管が内蔵されている。また同様に、暖房熱交換器５７についても、直方体状の箱体１０５の正面１０５ａに、負荷戻り側流路５６や、往き側分岐水路６１、戻り側合流水路６２を接続するための接続口１０６ａ〜１０６ｄを有する。箱体１０５の内部には、図示しないフィンや、接続口１０６ａ，１０６ｂを繋ぐ配管、接続口１０６ｃ，１０６ｄを繋ぐ配管が内蔵されれている。
【００６３】
箱体１０５の幅Ｗ１（接続口１０６ａ側の端部から接続口１０６ｃ側の端部に至る長さ）は、箱体１０２の幅Ｗ２（接続口１０３ａ側の端部から接続口１０３ｃ側の端部に至る長さ）と同一である。一方、箱体１０５の高さＨ１（接続口１０６ａ側から接続口１０６ｂ側に至る長さ）が箱体１０２の高さＨ２（接続口１０３ａ側の端部から接続口１０３ｂ側の端部に至る長さ）よりも低く、接続口１０３ａと接続口１０３ｂとの間隔よりも小さい。そのため、図３に示すように、負荷熱交換器４２の箱体１０２の正面１０２ａに対して暖房熱交換器５７の箱体１０５の背面１０５ｂを重ね合わせることができる。
【００６４】
固定部材１００は、図３に示すように帯状の鋼材を略「コ」字形に折り曲げて形成された部材である。固定部材１００は、負荷熱交換器４２や暖房熱交換器５７の箱体１０２，１０５の幅Ｗ１，Ｗ２と略同一の正面横断部１１０と、側面横断部１１１，１１１とを有する。側面横断部１１１の先端には、鈎状に成形された係合部１０８，１０８が設けられている。側面横断部１１１の長さは、暖房熱交換器５７の厚みＤ１と負荷熱交換器４２の厚みＤ２とを合算した長さとされている。
【００６５】
図３（ａ）に示すように、負荷熱交換器４２および暖房熱交換器５７は、箱体１０２，１０５の内部に配された配管内を湯水が下方から上方に向けて流通可能な姿勢とされ、背面１０５ｂが負荷熱交換器４２の正面１０２ａに対向するようにして、固定部材１００によって壁面１０１に取り付けられている。すなわち、固定部材１００は、暖房熱交換器５７と負荷熱交換器４２とを重ね合わせた状態で、正面横断部１１０が暖房熱交換器５７の正面１０５ａの略中央部を横断し、暖房熱交換器５７及び負荷熱交換器４２の側面を側面横断部１１１，１１１が横断するように装着される。そして、側面横断部１１１，１１１の先端に設けられた係合部１０８，１０８が、壁面１０１に係合部１０８，１０８の位置関係に合わせて設けられた係合溝１１５，１１５に差し込まれ、係合される。側面横断部１１１の長さは、暖房熱交換器５７の厚みＤ１と負荷熱交換器４２の厚みＤ２とを合算した長さと略同一であるため、負荷熱交換器４２及び暖房熱交換器５７は、正面横断部１１０と壁面１０１との間に挟み込まれ、隙間無く密着した状態で固定される。
【００６６】
上記したように、本実施形態のコージェネレーションシステム１は、暖房熱交換器５７が負荷熱交換器４２と面接触するように重ね合わせられており、両者の間で伝熱可能な構成とされている。そのため、コージェネレーションシステム１は、暖房弁Ｖが閉止され、暖房端末８への液体の供給が阻止された状態になっても、暖房熱交換器５７や、これに接続された負荷循環回路３５の負荷側流路部Ｃ２を構成する配管内に存在する湯水を凍結しない程度の温度に維持することができる。
【００６７】
コージェネレーションシステム１は、負荷循環回路３５の循環流路部Ｃ１において湯水を循環させると共に、負荷熱交換器４２と暖房熱交換器５７との間の伝熱により、負荷循環回路３５全体において湯水が凍結するのを防止できる。そのため、上記したような構成とすれば、負荷循環回路３５の負荷側流路部Ｃ２の凍結防止のためにヒータを設ける必要がなく、コージェネレーションシステム１の装置構成を簡略化することができる。また、上記したような構成とすれば、負荷側流路部Ｃ２の凍結防止用のヒータを設ける必要がないため、凍結防止に要するエネルギー量を最小限に抑制することができる。
【００６８】
なお、上記したコージェネレーションシステム１では、負荷側流路部Ｃ２やこの近傍に凍結防止用のヒータを設けない構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、負荷循環回路３５を構成する負荷側流路部Ｃ２の近傍にヒータを設ける構成としてもよい。かかる構成とした場合であっても、上記したような構成とすることにより、負荷側流路部Ｃ２近傍に配されたヒータを殆ど作動させる必要がなく、凍結防止に要する余剰のエネルギー消費を最小限に抑制することができる。
【００６９】
上記したコージェネレーションシステム１は、負荷熱交換器４２に対して暖房熱交換器５７を重ね合わせたものであるため、負荷側流路部Ｃ２の凍結防止を行う必要がない場合であっても、負荷熱交換器４２から漏出する熱エネルギーを負荷循環回路３５内を循環する湯水を加熱するために有効利用することができる。
【００７０】
循環流路部Ｃ１に設けられた負荷熱交換器４２は、負荷側流路部Ｃ２に設けられた暖房熱交換器５７よりも一回り大きく、熱容量が大きい。そのため、上記したコージェネレーションシステム１では、負荷熱交換器４２側から暖房熱交換器５７側に熱エネルギーをスムーズに伝達でき、暖房熱交換器５７をはじめとする負荷側流路部Ｃ２における凍結の発生を未然に防止することができる。
【００７１】
また、上記したように、負荷熱交換器４２は、熱源循環回路３２の中途にある熱交換部４５の流路４５ａに設けられている。ここで、熱源循環回路３２を流れる湯水は、排熱熱交換器３０において発電装置２で発生した熱エネルギーとの熱交換によって加熱可能であると共に、給湯装置６を作動させることによっても加熱することができる。すなわち、コージェネレーションシステム１は、発電装置２で発生した熱エネルギーに加えて、給湯装置６を作動させることによって発生した熱エネルギーを負荷熱交換器４２に対して供給可能な構成とされている。一方、上記したコージェネレーションシステム１では、発電装置２で発生した熱エネルギーを供給可能な構成とされている。そのため、コージェネレーションシステム１は、発電装置２から熱エネルギーの供給がなかったり、発電装置２から供給される熱エネルギー量が少なく、負荷側流路部Ｃ２において凍結が懸念される場合であっても、給湯装置６を適宜作動させることにより暖房熱交換器５７をはじめとする負荷側流路部Ｃ２における凍結の発生を防止することができる。
【００７２】
上記したように、負荷熱交換器４２および暖房熱交換器５７は、共に下方の接続口１０３ｂ、１０３ｄや接続口１０６ｂ、１０６ｄ側から上方の接続口１０３ａ，１０３ｃや接続口１０６ａ，１０６ｃに向けて湯水を流通させるものであるため、負荷熱交換器４２や暖房熱交換器５７における熱交換効率が高い。さらに、かかる構成とした場合は、負荷熱交換器４２や暖房熱交換器５７における湯水の滞留時間が長いため、両者間における熱エネルギーの授受が効率よく行われる。そのため、上記した構成によれば、暖房熱交換器５７等における湯水の凍結を確実に防止することができると共に、負荷熱交換器４２や暖房熱交換器５７の一方から漏出される熱エネルギーを他方において回収できる。
【００７３】
上記実施形態では、暖房熱交換器５７を負荷熱交換器４２に伝熱可能なように重ね合わせた構成を例示したが、本発明はこれに限定される訳ではなく、例えば熱源循環回路３２に設けられた排熱熱交換器３０や、貯留タンク３１、追焚熱交換器４３等に重ね合わせた構成とされてもよい。かかる構成とされた場合であっても、暖房熱交換器５７や、これに接続された負荷側流路部Ｃ２を構成する負荷往き側流路５５や負荷戻り側流路５６における湯水の凍結を防止することができる。
【００７４】
また、上記実施形態では、負荷熱交換器４２の正面１０２ａと暖房熱交換器５７の背面１０５ｂとを面接触させて一体化した構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば負荷熱交換器４２の背面１０２ｂと暖房熱交換器５７の背面１０５ｂとを面接触させた構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態であ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】（ａ），（ｂ）は、それぞれ負荷循環回路に設けるバイパスの例を例示した作動原理図である。
【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図１に示すコージェネレーションシステムにおける負荷熱交換器と暖房熱交換器との組み立て構造を示す分解斜視図、斜視図、並びに、側面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  コージェネレーションシステム
２  発電装置（小容量熱供給手段）
３  熱回収装置
６  給湯装置（大容量熱供給手段）
８  暖房端末（熱負荷手段）
３２  熱源循環回路（主循環回路）
３５  負荷循環回路（従循環回路）
４２  負荷熱交換器（主熱交換手段）
４５  熱交換部
５５  負荷往き側流路
５６  負荷戻り側流路
５７  暖房熱交換器（従熱交換手段）
６０  循環ポンプ（循環手段）
６３  バイパス流路（バイパス手段）
１００  固定部材
１０１  壁面
Ｃ１  循環流路部
Ｃ２  負荷側流路部
【図１】
2006275386.tif 000003
【図２】
2006275386.tif 000004
【図３】
2006275386.tif 000005