(57)【要約】      （修正有）【課題】発電機における排熱回収効率と、ヒートポンプにおけるエネルギー効率を高く保ちつつ、加熱後の熱媒の温度を適切に管理し得る技術を提供する。【解決手段】加熱装置は２、発電機４と、発電機で生成された電力で駆動するヒートポンプ６と、第１熱媒を循環させる第１熱媒循環路と、発電機の排熱で第１熱媒循環路を通過する第１熱媒を加熱する第１熱交換器１２と、発電機の排熱で、第１熱交換器よりも下流側の第１熱媒循環路を通過する第１熱媒を加熱する第２熱交換器１４と、第２熱交換器をバイパスし、第１熱交換器を通過した後の第１熱媒循環路内の第１熱媒の少なくとも一部を通過させる第１バイパス路１８と、ヒートポンプの熱で第１バイパス路を通過する第１熱媒を加熱する第３熱交換器２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、
発電機で生成された電力で駆動するヒートポンプと、
第１熱媒を循環させる第１熱媒循環路と、
発電機の排熱で第１熱媒循環路を通過する第１熱媒を加熱する第１熱交換器と、
発電機の排熱で、第１熱交換器よりも下流側の第１熱媒循環路を通過する第１熱媒を加熱する第２熱交換器と、
第１熱媒循環路のうちの第１熱交換器の下流側であって第２熱交換器の上流側である部分と、第１熱媒循環路のうちの第２熱交換器の下流側の部分とを接続し、第１熱交換器を通過した後の第１熱媒循環路内の第１熱媒の少なくとも一部を通過させる第１バイパス路と、
ヒートポンプの放熱で第１バイパス路を通過する第１熱媒を加熱する第３熱交換器と、を備える、
加熱装置。
【請求項２】
発電機は、水槽に貯められた水と燃料ガスとを原料として発電を行う燃料電池であって、排熱が回収される際に生じる結露水が水槽に供給されるように構成されている、
請求項１の加熱装置。
【請求項３】
第１熱媒循環路のうちの第１熱交換器の上流側の部分と、第１バイパス路のうちの第３熱交換器の上流側の部分とを接続し、第１熱媒循環路内の第１熱媒の少なくとも一部を通過させる第２バイパス路と、
第１バイパス路のうちの第２バイパス路の接続箇所よりも上流側を開閉する第１開閉弁と、
第２バイパス路を開閉する第２開閉弁と、
をさらに備えている、
請求項２の加熱装置。
【請求項４】
第１の開閉弁及び第２の開閉弁は、それぞれ、水槽の貯水量に応じて開閉される、
請求項３の加熱装置。
【請求項５】
発電機、第２熱交換器、第１熱交換器の順に第２熱媒を循環させ、発電機の排熱を回収して第２熱交換器及び第１熱交換器に供給する、第２熱媒循環路をさらに備えている、
請求項１から４のいずれか１項の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、加熱装置が開示されている。この加熱装置は、発電機と、発電機で生成された電力で駆動するヒートポンプと、熱媒を循環させる熱媒循環路と、発電機の排熱で熱媒循環路を通過する熱媒を加熱する第１熱交換器と、ヒートポンプの放熱で熱媒循環路を通過する熱媒を加熱する第２熱交換器を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８ー１８５２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、第１熱交換器と第２熱交換器を単に直列に接続する構成としており、熱媒は第２熱交換器で加熱された後、さらに第１熱交換器で加熱される。このような構成とすると、発電機における排熱回収効率やヒートポンプにおけるエネルギー効率を優先して制御すると、加熱後の熱媒の温度が所望の温度となるように制御することが困難となる。また、加熱後の熱媒の温度が所望の温度となるように制御すると、発電機における排熱回収効率やヒートポンプにおけるエネルギー効率を高めることが困難となる。発電機における排熱回収効率と、ヒートポンプにおけるエネルギー効率を高く保ちつつ、加熱後の熱媒の温度を適切に管理することが可能な技術が期待されている。
【０００５】
本明細書では、発電機の排熱とヒートポンプの放熱によって熱媒を加熱する加熱装置において、発電機における排熱回収効率と、ヒートポンプにおけるエネルギー効率を高く保ちつつ、加熱後の熱媒の温度を適切に管理することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する加熱装置は、発電機と、発電機で生成された電力で駆動するヒートポンプと、第１熱媒を循環させる第１熱媒循環路と、発電機の排熱で第１熱媒循環路を通過する第１熱媒を加熱する第１熱交換器と、発電機の排熱で、第１熱交換器よりも下流側の第１熱媒循環路を通過する第１熱媒を加熱する第２熱交換器と、第１熱媒循環路のうちの第１熱交換器の下流側であって第２熱交換器の上流側である部分と、第１熱媒循環路のうちの第２熱交換器の下流側の部分とを接続し、第１熱交換器を通過した後の第１熱媒循環路内の第１熱媒の少なくとも一部を通過させる第１バイパス路と、ヒートポンプの熱で第１バイパス路を通過する第１熱媒を加熱する第３熱交換器と、を備える。
【０００７】
一般に、発電機における排熱回収効率を高めるには、第１熱交換器の入口における第１熱媒の温度と、第２熱交換器の出口における第１熱媒の温度との差を大きくすることが好ましい。また、ヒートポンプにおけるエネルギー効率を高めるためには、第３熱交換器の入口における第１熱媒の温度と出口における第１熱媒の温度の差を小さくする（例えば１０℃程度にする）とともに、第３熱交換器の入口における第１熱媒の温度を比較的低くすることが好ましい。
【０００８】
この点、上記の加熱装置によれば、発電機の排熱が第１熱交換器と第２熱交換器の双方で回収される。特に、第１熱交換器では、第１熱媒循環路を通過する第１熱媒の全量が第１熱交換器に供給されるため、発電機の排熱がより多く回収される。そのため、第１熱交換器の入口における第１熱媒の温度と、第２熱交換器の出口における第１熱媒の温度の差を大きくすることが可能であり、発電機の排熱回収効率を高くすることができる。また、上記の加熱装置では、第１熱交換器で加熱された後の第１熱媒の一部が第３熱交換器で加熱される。第１熱交換器で加熱された後の第１熱媒の温度は、第２熱交換器で加熱された後の第１熱媒の温度に比べて低い。即ち、第３熱交換器の入口における第１熱媒の温度は比較的低い。そのため、第３熱交換器を通過する第１熱媒の温度上昇幅が比較的小さくなるようにヒートポンプを動かせば、ヒートポンプにおけるエネルギー効率を高くすることができる。また、上記の通り、上記の加熱装置では、第１熱交換器で加熱された後の第１熱媒の他の一部が、第２熱交換器でさらに加熱される。第２熱交換器では、発電機から排出された直後の排熱により、第１熱媒を十分に加熱することができる。そのため、第２熱交換器からの第１熱媒と第３熱交換器からの第１熱媒とが混合されたときに、所望の温度の第１熱媒を得ることが可能となる。従って、上記の加熱装置によると、発電機における排熱回収効率と、ヒートポンプにおけるエネルギー効率を高く保ちつつ、加熱後の第１熱媒の温度を適切に管理することができる。
【０００９】
発電機は、水槽に貯められた水と燃料ガスとを原料として発電を行う燃料電池であって、排熱が回収される際に生じる結露水が水槽に供給されるように構成されていることが好ましい。
【００１０】
この種の加熱装置においては、発電機として燃料電池を用いる場合がある。その際、排熱が回収される際に生じる結露水を、燃料電池が原料として利用する場合がある。通常、燃料電池が原料として利用する水は純水である。従って、排熱が回収される際に生じる結露水も純水である。このような加熱装置において、排熱の回収が十分に行われないと、結露水の発生量が少なくなってしまうおそれがある。その結果、燃料電池が原料として利用する純水を、結露水によって十分に賄うことができなくなる（即ち、結露水が不足する）おそれがある。従来、結露水が不足する場合には、水道水をろ過装置でろ過して純水を生成し、生成した純水を燃料電池に供給している。しかしながら、結露水が不足するたびにろ過装置を用いて純水を生成していると、ろ過装置の耐用期間が短くなってしまうおそれがある。
【００１１】
この点、上記の加熱装置では、発電機の排熱が第１熱交換器と第２熱交換器の双方で回収される。特に、第１熱交換器では、第１熱媒循環路を通過する第１熱媒の全量が第１熱交換器に供給されるため、発電機の排熱がより多く回収される。そのため、排熱の回収を十分に行い、より多くの結露水を発生させることができる。従って、結露水が不足するたびに、水道水をろ過して純水を生成し、水槽に補充する事態の発生を抑制し、ろ過装置の耐用期間の短縮を抑制することもできる。
【００１２】
上記の加熱装置は、第１熱媒循環路のうちの第１熱交換器の上流側の部分と、第１バイパス路のうちの第３熱交換器の上流側の部分とを接続し、第１熱媒循環路内の第１熱媒の少なくとも一部を通過させる第２バイパス路と、第１バイパス路のうちの第２バイパス路の接続箇所よりも上流側を開閉する第１開閉弁と、第２バイパス路を開閉する第２開閉弁と、をさらに備えることが好ましい。
【００１３】
上記の加熱装置では、第１開閉弁と第２開閉弁とを開閉することにより、第１熱媒の流路を変更することができる。状況に応じて、発電機における排熱回収効率と、ヒートポンプにおけるエネルギー効率と、加熱後の第１熱媒の温度と、を最適な範囲に調整することができる。
【００１４】
第１の開閉弁及び第２の開閉弁は、それぞれ、水槽の貯水量に応じて開閉されることが好ましい。
【００１５】
この構成によると、例えば、水槽の貯水量が不足する場合に、発電機でより多くの結露水が生じるように第１熱媒の流路を変更するなど、貯水量を基準として、第１熱媒の流路を適切に変更することができる。
【００１６】
上記の加熱装置は、発電機、第２熱交換器、第１熱交換器の順に第２熱媒を循環させ、発電機の排熱を回収して第２熱交換器及び第１熱交換器に供給する、第２熱媒循環路をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
この構成によると、発電機の排熱を回収した直後の第２熱媒は、まず第２熱交換器に供給される。第２熱交換器では、第２熱媒と、第１熱交換器を通過した後の第１熱媒の一部との熱交換が行われる。第２熱交換器を通過した後の第２熱媒は、さらに、第１熱交換器に供給される。第１熱交換器では、第２熱交換器を通過した後の第２熱媒と、第１熱媒循環路を通過する低温の第１熱媒の全量との熱交換が行われる。そのため、第１熱交換器では、第２熱媒と第１熱媒との熱交換量が特に大きくなる。その結果、第１熱交換器を通過して発電機に戻る第２熱媒の温度を比較的低くすることができる。低温の第２熱媒を発電機に戻すことができるため、発電機の排熱回収効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施例の加熱装置２の構成を模式的に示す図。
【図２】制御装置９０が実行する水位制御処理を説明するフローチャート。
【図３】第２実施例の加熱装置２の構成を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施例）
（加熱装置の構成；図１）
図１は、本実施例の加熱装置２の概略の構成を示している。加熱装置２は、主に、発電機４と、冷却水循環路３４と、ヒートポンプ６と、給湯用水循環路８と、第１熱交換器１２と、第２熱交換器１４と、蓄熱槽１６と、第１バイパス路１８と、第３熱交換器２０と、第２バイパス路３０と、補助熱源機５１と、水槽７０と、純水器８０と、改質器８６と、制御装置９０を備えている。
【００２０】
発電機４は、電力を生成するとともに排熱を生成する。本実施例では、発電機４は、水（純水）と燃料ガスとを原料として発電を行う燃料電池である。通常、燃料電池が発電に利用する水は純水である。発電機４は、ＳＯＦＣやＰＥＦＣなどの燃料電池セル６０を備える。燃料電池セル６０は、図示しない燃料極と空気極を有している。発電機４には、改質器８６から、水と燃料ガスとを改質して生成される改質ガスが供給される。また、発電機４には、外部から空気が供給される。燃料電池セル６０は、改質ガスと空気を用いて発電を行う。発電により、二酸化炭素と水蒸気を含む高温の排ガスが生成される。
【００２１】
冷却水循環路３４は、発電機４、第２熱交換器１４、第１熱交換器１２の順に冷却水を循環させ、発電機４で発生する排ガスの排熱を回収して第２熱交換器１４及び第１熱交換器１２に供給する。冷却水循環路３４には、冷却水を上記のように循環させるためのポンプ３６が設けられている。冷却水循環路３４が排ガスの排熱を回収する際には、冷却水循環路３４内の冷却水によって排ガスが冷却され、冷却水循環路３４の周囲に結露水３５が発生する。発生する結露水３５は純水である。結露水３５は、回収されて水槽７０に貯められる。
【００２２】
水槽７０は、発電機４が発電に利用する原料となる水を蓄える。本実施例では、水槽７０内には純水が貯められている。上記のとおり、水槽７０には、発電機４から回収された結露水３５を蓄える。さらに、水槽７０には、純水器８０と補水弁８２が接続されている。純水器８０は、水道水をろ過して純水を生成するろ過装置である。ろ過装置は、例えば、水道水中のカルシウムや塩素等を除去するイオン交換樹脂フィルタを有している。補水弁８２は、純水器８０と水槽７０を接続する管路に介装されている。補水弁８２が開かれると、純水器８０で生成された純水が水槽７０内に供給される。
【００２３】
水槽７０内には、水槽７０内の水位を検出するフロートスイッチ７２が設けられている。フロートスイッチ７２は、フロート７４と、シャフト７６と、電極７８とを備える。フロート７４及びシャフト７６は、水位に応じて上下動する。電極７８は、シャフト７６の上端と対向するように設けられている。水位が所定水位以上になると、シャフト７６が上昇して電極７８に接触し、フロートスイッチ７２がオンされる。一方、水位が所定水位より低くなると、シャフト７６と電極７８とが離れ、フロートスイッチ７２がオフされる。
【００２４】
また、水槽７０には、水槽７０内の水を改質器８６に導出するためのポンプ８４が接続されている。ポンプ８４を駆動させることにより、水槽７０内の水が改質器８６に供給される。
【００２５】
改質器８６は、水と燃料ガスとを改質し、発電機４で発電に利用される改質ガスを生成する。改質器８６には、水槽７０内の水と、燃料ガスとが供給される。改質器８６は、生成した改質ガスを発電機４に供給する。
【００２６】
ヒートポンプ６は、冷媒を循環させることで、外気から吸熱して第３熱交換器２０で放熱する。ヒートポンプ６は、発電機４で生成した電力の供給を受けて動作する。ヒートポンプ６は、第３熱交換器２０を通過する冷媒循環路２１を備えている。
【００２７】
蓄熱槽１６は、内部に給湯用水を蓄えることができる。蓄熱槽１６には、給湯用水を循環させる給湯用水循環路８が接続されている。給湯用水循環路８の一端は、蓄熱槽１６の下部に接続され、他端は、蓄熱槽１６の上部に接続されている。給湯用水循環路８は、第１熱交換器１２と第２熱交換器１４を通過している。また、給湯用水循環路８には、循環ポンプ１０が設けられている。
【００２８】
第１熱交換器１２では、第２熱交換器１４を通過した後の冷却水と、蓄熱槽１６から導出された給湯用水との間で熱交換が行われる。これにより、発電機４の排熱で給湯用循環路８を通過する給湯用水を加熱することができる。
【００２９】
第２熱交換器１４では、発電機４で排熱を回収した後の冷却水と、第１熱交換器１２を通過した後の給湯用水との間で熱交換が行われる。これによっても、発電機４の排熱で給湯用循環路８を通過する給湯用水を加熱することができる。
【００３０】
第１バイパス路１８は、給湯用水循環路８のうちの第１熱交換器１２の下流側であって第２熱交換器１４の上流側である部分と、給湯用水循環路８のうちの第２熱交換器１４の下流側の部分とを接続する。第１バイパス路１８は、第１熱交換器１２を通過した後の給湯用水循環路８を通過する給湯用水の一部が通過可能な内径を有する。第１バイパス路１８のうち、第２バイパス路３０の接続箇所より下流側１８ｂ（以下では、第１バイパス路下流部１８ｂと呼ぶ）は、第３熱交換器２０を通過する。また、第１バイパス路１８のうち、第２バイパス路３０の接続箇所より上流側１８ａ（以下では、第１バイパス路上流部１８ａと呼ぶ）には、第１バイパス路上流部１８ａを開閉する開閉弁２２が介装されている。
【００３１】
第３熱交換器２０では、冷媒循環路２１内の冷媒と第１バイパス路１８を通過する給湯用水との間の熱交換が行われる。これにより、ヒートポンプ６の放熱で第１バイパス路１８を通過する給湯用水を加熱することができる。
【００３２】
第２バイパス路３０は、給湯用水循環路８のうちの第１熱交換器１２の上流側の部分と、第１バイパス路１８のうちの第３熱交換器２０の上流側の部分（即ち、第１バイパス路上流部１８ａの下流端）とを接続する。第２バイパス路３０は、給湯用水循環路８を通過する給湯用水の一部が通過可能な内径を有する。また、第２バイパス路３０には、第２バイパス路３０を開閉する開閉弁３２が介装されている。
【００３３】
加熱装置２には、給水路３９から給湯用水として水道水が供給される。給水路３９は、蓄熱槽給水路４０と蓄熱槽バイパス路４２に分岐している。蓄熱槽給水路４０は蓄熱槽１６の下部に接続している。蓄熱槽１６の上部には、蓄熱槽出水路４４が接続している。蓄熱槽バイパス路４２と蓄熱槽出水路４４は合流して、第１給湯路４６に接続している。蓄熱槽バイパス路４２と蓄熱槽出水路４４の合流箇所には、混合弁３８が設けられている。混合弁３８は、蓄熱槽バイパス路４２から第１給湯路４６に流れる給湯用水の流量と、蓄熱槽出水路４４から第１給湯路４６に流れる給湯用水の流量の比率を調整可能である。
【００３４】
第１給湯路４６は、補助熱源機往路４８と補助熱源機バイパス路５０に分岐している。補助熱源機往路４８は補助熱源機５１に接続している。補助熱源機５１は、ガスの燃焼によって給湯用水を加熱する。補助熱源機５１には補助熱源機復路５２が接続しており、加熱された給湯用水は補助熱源機復路５２へ送られる。補助熱源機バイパス路５０にはバイパス制御弁５６が設けられている。補助熱源機復路５２と補助熱源機バイパス路５０は合流して、第２給湯路５４へ接続している。第２給湯路５４を介して、給湯箇所への給湯が行われる。
【００３５】
制御装置９０は、加熱装置２の各要素と電気的に接続されており、加熱装置２の各要素の動作を制御する。
【００３６】
（加熱装置２の動作）
次いで、本実施例の加熱装置２の動作について説明する。本実施例の加熱装置２は、蓄熱運転と給湯運転を実行可能である。以下、各運転について説明する。
【００３７】
（蓄熱運転）
蓄熱運転は、発電機４及びヒートポンプ６で生成した熱によって蓄熱槽１６内の給湯用水を加熱する運転である。利用者によって蓄熱運転の実行が指示されると、制御装置９０は、まず、ポンプ８４と改質器８６とを動作させ、発電機４において発電を開始させる。さらに、制御装置９０は、ポンプ３６を動作させ、冷却水循環路３４内の冷却水を循環させる。これにより、冷却水循環路３４内を循環する冷却水によって、発電機４の排熱が回収され、第２熱交換器１４と第１熱交換器１２とに供給される。また、制御装置９０は、発電機４で発生した電力を利用して、ヒートポンプ６を作動させる。これにより、ヒートポンプ６の放熱が第３熱交換器２０に供給される。さらに、制御装置９０は、循環ポンプ１０を動作させるとともに、図２に示す水位制御処理を実行する。
【００３８】
（水位制御処理の内容；図２）
図２の水位制御処理が開始されると、まず、Ｓ１０において、制御装置９０は、フロートスイッチ７２がオフされることを監視する。上記の通り、水槽７０内に所定水位以上の水が貯められていると、フロートスイッチ７２はオンされる。この場合、制御装置９０は、Ｓ１０でＮＯと判断し、Ｓ２０に進む。一方、水槽７０内の水位が所定水位より低くなると、フロートスイッチ７２はオフされる。この場合、制御装置９０は、Ｓ１０でＹＥＳと判断し、Ｓ１２に進む。
【００３９】
Ｓ２０では、制御装置９０は、開閉弁２２を閉じ、開閉弁３２を開く。さらに、制御装置９０は、補水弁８２を閉じる。Ｓ２０の時点で既に開閉弁２２が閉じられ、開閉弁３２が開かれ、補水弁８２が閉じられている場合（例えば、２回目以降のＳ２０である場合）、制御装置９０は、その状態を維持する。Ｓ２０を終えると、制御装置９０は、Ｓ１０に戻り、再び、フロートスイッチ７２がオフされることを監視する。
【００４０】
Ｓ２０の処理によって開閉弁３２が開かれると、第２バイパス路３０が開かれる。また、開閉弁２２が閉じられると、第１バイパス路上流部１８ａが閉じられる。これにより、蓄熱槽１６の下部から送り出された低温の給湯用水のうちの一部は、第２バイパス路３０及び第１バイパス路下流部１８ｂを通過し、第３熱交換器２０に送り出されて加熱される。また、蓄熱槽１６の下部から送り出された低温の給湯用水のうちの他の一部は、第１熱交換器１２及び第２熱交換器１４に送り出されて加熱される。第２熱交換器１４で加熱されて高温となった給湯用水は、第３熱交換器２０で加熱されて高温となった給湯用水と合流して、蓄熱槽１６の上部に戻される。以上の給湯用水の流路を以下では「第１の流路」と呼ぶ場合がある。また、第１熱交換器１２及び第２熱交換器１４を通過した後の低温の冷却水は、発電機４に戻され、再び発電機４の排熱を回収する。また、Ｓ２０の処理によって補水弁８２が閉じられることにより、純水器８０で生成された純水は水槽７０内に供給されなくなる。
【００４１】
一方、Ｓ１２では、制御装置９０は、フロートスイッチ７２がオフされてから１分間が経過したか否かを判断する。フロートスイッチ７２がオフされてから１分間が経過していない場合、制御装置９０は、Ｓ１２でＮＯと判断し、Ｓ１０に戻る。フロートスイッチ７２がオフされてから１分間が経過するまでの間に、水槽７０内の水位が上昇してフロートスイッチ７２が再びオンされれば（Ｓ１０でＹＥＳ）、制御装置９０は、再び、Ｓ１０、Ｓ２０の処理に戻る。一方、フロートスイッチ７２がオフされてから、フロートスイッチ７２が再びオンされることなく１分間が経過した場合、制御装置９０は、Ｓ１２でＹＥＳと判断し、Ｓ１４に進む。
【００４２】
Ｓ１４では、制御装置９０は、開閉弁２２を開き、開閉弁３２を閉じる。Ｓ１４の時点で既に開閉弁２２が開かれ、開閉弁３２が閉じられている場合（例えば、２回目以降のＳ１４である場合）、制御装置９０は、その状態を維持する。Ｓ１４を終えると、Ｓ１６に進む。
【００４３】
Ｓ１４の処理によって開閉弁３２が閉じられると、第２バイパス路３０が閉じられる。また、開閉弁２２が開かれると、第１バイパス路上流部１８ａが開かれる。これにより、給湯用水の流路が変わる。即ち、蓄熱槽１６の下部から送り出された低温の給湯用水の全量が、まず第１熱交換器１２に供給され、冷却水との熱交換によって加熱される。第１熱交換器１２で加熱された後の給湯用水の一部は、第１バイパス路１８に流入し、第３熱交換器２０で加熱される。また、第１熱交換器１２で加熱された後の給湯用水の他の一部は、第２熱交換器１４で加熱される。第２熱交換器１４で加熱された後の高温の給湯用水は、第３熱交換器２０で加熱された後の給湯用水と合流して蓄熱槽１６の上部に戻される。以上の給湯用水の流路を以下では「第２の流路」と呼ぶ場合がある。
【００４４】
Ｓ１４の処理を行うと、上記の通り、蓄熱槽１６の下部から送り出された低温の給湯用水の全量が、まず第１熱交換器１２に供給され、冷却水との熱交換によって加熱される。そのため、第１熱交換器１２における冷却水と給湯用水との熱交換量を大きくすることができる。その結果、第１熱交換器１２を通過して発電機４に戻る冷却水の温度を比較的低くすることができ、発電機４における排熱回収効率を高くすることができる。さらに、発電機４に戻る冷却水の温度が低いと、排ガスが冷却されて発生する結露水３５の量も多くなる。即ち、発電機４から水槽７０に供給される水の量が、Ｓ１４の処理を行う前に比べて多くなる。
【００４５】
続くＳ１６では、制御装置９０は、フロートスイッチ７２がオフされてから５分間が経過したか否かを判断する。フロートスイッチ７２がオフされてから５分間が経過していない場合、制御装置９０は、Ｓ１６でＮＯと判断し、Ｓ１０に戻る。フロートスイッチ７２がオフされてから５分間が経過するまでの間に、水槽７０内の水位が上昇してフロートスイッチ７２が再びオンされれば（Ｓ１０でＹＥＳ）、制御装置９０は、再び、Ｓ１０、Ｓ２０の処理に戻る。一方、フロートスイッチ７２がオフされてから、Ｓ１４の処理を実行した後で、フロートスイッチ７２が再びオンされることなく５分間が経過した場合、制御装置９０は、Ｓ１６でＹＥＳと判断し、Ｓ１８に進む。
【００４６】
Ｓ１８では、制御装置９０は、補水弁８２を開く。Ｓ１８の時点で既に補水弁８２が開かれている場合（例えば、２回目以降のＳ１８である場合）、制御装置９０は、その状態を維持する。補水弁８２が開かれると、純水器８０で生成された純水が水槽７０内に供給される。Ｓ１８を終えると、Ｓ１０に戻る。その後、水槽７０内の水位が上昇してフロートスイッチ７２が再びオンされれば（Ｓ１０でＹＥＳ）、制御装置９０は、再び、Ｓ１０、Ｓ２０の処理に戻る。
【００４７】
蓄熱運転が行われている間、制御装置９０は、上記のような水位制御処理を繰り返し実行する。
【００４８】
（給湯処理）
給湯運転は、蓄熱槽１６内の給湯用水を給湯箇所に供給する運転である。給湯運転は、上記の蓄熱運転中にも実行することができる。給湯箇所の給湯栓が開かれると、給水路３９から水道水が供給され、蓄熱槽給水路４０から蓄熱槽１６の下部に流入する。同時に、蓄熱槽１６の上部から給湯用水が蓄熱槽出水路４４に送り出される。蓄熱槽出水路４４に送り出された給湯用水は、第１給湯路４６、補助熱源機バイパス路５０、第２給湯路５４を通過して給湯箇所の給湯栓に供給される。この際、バイパス制御弁５６は開かれている。
【００４９】
制御装置９０は、蓄熱槽１６から蓄熱槽出水路４４に送り出される給湯用水の温度が、給湯設定温度より高い場合、混合弁３８を調整して、蓄熱槽バイパス路４２から水道水を導入する。従って、蓄熱槽１６から供給された給湯用水と、蓄熱槽バイパス路４２から供給された水道水とが、第１給湯路４６内で混合される。制御装置９０は、給湯栓に供給される水の温度が、給湯設定温度と一致するように、混合弁３８の開度比率を調整する。一方、制御装置９０は、蓄熱槽１６から蓄熱槽出水路４４に供給される給湯用水の温度が、給湯設定温度より低い場合には、バイパス制御弁５６を閉じるとともに、補助熱源機５１を作動させる。従って、蓄熱槽１６から送り出された給湯用水は、補助熱源機５１によって加熱され、給湯箇所の給湯栓に供給される。制御装置９０は、給湯栓に供給される水の温度が、給湯設定温度と一致するように、補助熱源機５１の出力を制御する。
【００５０】
以上、本実施例の加熱装置２の構成及び動作について説明した。以下、本実施例の加熱装置２の作用効果を説明する。加熱装置２において、発電機４における排熱回収効率を高めるには、第１熱交換器１２及び第２熱交換器１４における冷却水と給湯用水との熱交換量を大きくし（即ち、第１熱交換器１２の入口における給湯用水の温度と、第２熱交換器１４の出口における給湯用水の温度との差を大きくし）、第１熱交換器１２を通過して発電機４に戻る冷却水の温度を低くすることが好ましい。また、ヒートポンプ６におけるエネルギー効率を高めるためには、第３熱交換器２０の入口における給湯用水の温度と出口における給湯用水の温度の差を小さくする（例えば１０℃程度にする）とともに、第３熱交換器の入口における給湯用水の温度を比較的低くすることが好ましい。
【００５１】
この点、本実施例の加熱装置２において、給湯用水が第２の流路で流れる場合（即ち、図２のＳ１４の処理が行われる場合）、蓄熱槽１６の下部から送り出された低温の給湯用水の全量がまず第１熱交換器１２に供給され、冷却水との熱交換によって加熱される。そのため、第１熱交換器１２における冷却水と給湯用水との熱交換量を大きくすることができる。即ち、第１熱交換器１２の入口における給湯用水の温度と、第２熱交換器１４の出口における給湯用水の温度との差が大きくなる。その結果、第１熱交換器１２を通過して発電機４に戻る冷却水の温度を比較的低くすることができ、発電機４の排熱回収効率を高くすることができる。また、第１熱交換器１２で加熱された後の給湯用水の一部が第３熱交換器２０で加熱される。第１熱交換器１２で加熱された後の給湯用水の温度は、第２熱交換器１４で加熱された後の給湯用水の温度に比べて低い。即ち、第３熱交換器２０の入口における給湯用水の温度は比較的低い。そのため、第３熱交換器２０を通過する給湯用水の温度上昇幅が比較的小さくなるようにヒートポンプ６を動かせば、ヒートポンプ６におけるエネルギー効率を高くすることができる。また、第１熱交換器１２で加熱された後の給湯用水の他の一部が、第２熱交換器１４で加熱される。第２熱交換器１４では、発電機４の排熱を回収した直後の冷却水との熱交換により、給湯用水を十分に加熱することができる。そのため、第２熱交換器１４からの給湯用水と、第３熱交換器２０からの給湯用水とが混合されたときに、所望の温度の給湯用水を得ることが可能となる。従って、本実施例の加熱装置２によると、発電機４における排熱回収効率と、ヒートポンプ６におけるエネルギー効率とを高く保ちつつ、加熱後の給湯用水の温度を適切に管理することができる。
【００５２】
また、本実施例では、発電機４は、水槽７０に貯められた水（純水）と燃料ガスとを原料として発電を行う燃料電池である。また、冷却水循環路３４内の冷却水が発電機４の排熱を回収する際に生じる結露水３５が水槽７０に供給されるように構成されている。上記の通り、本実施例の加熱装置２では、給湯用水が第２の流路に従って流れる場合（即ち、図２のＳ１４の処理が行われる場合）、第１熱交換器１２を通過した後で発電機４に戻される冷却水の温度が低くなる。発電機４に戻される冷却水の温度が低いほど、排気が冷却されやすくなり、より多くの結露水３５が生成される。即ち、本実施例の加熱装置２では、給湯用水が第２の流路に従って流れる場合、多くの結露水３５を生成させることができる。従って、本実施例の結露水３５が不足するたびに、水道水を純水器８０でろ過して純水を生成し、水槽７０に補充する事態の発生を抑制することができる。純水器８０が備えるろ過装置の耐用期間の短縮も抑制することができる。
【００５３】
本実施例の加熱装置２では、開閉弁２２と開閉弁３２とを開閉することにより、給湯用水の流路を、第１の流路（即ち、図２のＳ２０の処理が行われる場合の流路）と第２の流路との間で切り替えることができる（図２のＳ１０参照）。従って、本実施例の加熱装置２では、状況に応じて給湯用水の流路を切り替えることにより、発電機４における排熱回収効率と、ヒートポンプ６におけるエネルギー効率と、加熱後の給湯用水の温度と、を最適な範囲に調整することができる。
【００５４】
また、本実施例の加熱装置２では、制御装置９０は、フロートスイッチ７２のオン／オフ状態に応じて（即ち、水槽７０内の貯水量に応じて）、開閉弁２２、３２、及び、補水弁８２の開閉を制御している。そのため、本実施例の加熱装置２は、水槽７０の貯水量を基準として、給湯用水の流路を適切に切り替えたり、純水器８０からの水の補充を行うか否かを切り替えたりすることができる。
【００５５】
本実施例の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係を説明しておく。給湯用水が「第１熱媒」の一例である。給湯用水循環路８が「第１熱媒循環路」の一例である。冷却水が「第２熱媒」の一例である。冷却水循環路３４が「第２熱媒循環路」の一例である。開閉弁２２が「第１開閉弁」の一例である。開閉弁３２が「第２開閉弁」の一例である。
【００５６】
（第２実施例）
続いて、図３を参照し、第２実施例の加熱装置２について、第１実施例と異なる点を中心に説明する。図３に示すように、本実施例では、冷却水循環路３４（図１参照）に代えて、排気通路１００を有する点が第１実施例とは異なる。排気通路１００は、発電機４で発生する排ガスを、直接第２熱交換器１４、第１熱交換器１２の順に通過させて、外部に排気するための通路である。第２熱交換器１４では、発電機４で発生した直後の排ガスの熱によって、第１熱交換器を通過した後の給湯用水が加熱される。また、第１熱交換器１２では、第２熱交換器１４を通過した後の排ガスの熱によって、蓄熱槽１６から導出された後の低温の給湯用水が加熱される。また、第２熱交換器１４では、排ガスが蓄熱槽１６から導出された低温の給湯用水によって冷却されるため、給湯用水循環路８の周囲に結露水３５が発生する。発生する結露水３５は純水である。本実施例でも、結露水３５は、回収されて水槽７０に貯められる。
【００５７】
本実施例の加熱装置２も、第１実施例と同様の蓄熱運転と給湯運転を実行可能である。従って、本実施例の加熱装置２も、第１実施例の加熱装置２と同様の作用効果を発揮することができる。
【００５８】
以上、実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００５９】
（変形例１）  上記の各実施例では、加熱装置２が、蓄熱運転と給湯運転だけを行う給湯システムである場合の例を説明した。しかし、加熱装置２は、暖房運転をさらに行う給湯暖房システムであってもよい。その場合、暖房に用いられる暖房用熱媒を循環させるための暖房用熱媒循環路が、第１熱交換器１２、第２熱交換器１４、及び、第３熱交換器２０をさらに通過していてもよい。即ち、各熱交換器１２、１４、２０が三液熱交換器であってもよい。また、その場合、暖房用熱媒循環路も、給湯用水の流路と同様に、第１の流路と第２の流路との間で切り替え可能に構成されていてもよい。
【００６０】
（変形例２）  上記の各実施例では、発電機４は、水槽７０に貯められた水（純水）と燃料ガスとを原料として発電を行う燃料電池である。発電機は、燃料電池には限られず、ガスエンジン発電機等、排熱を発生させる発電機であれば任意のものを用いてもよい。
【００６１】
（変形例３）  上記の各実施例において、開閉弁２２、第２バイパス路３０、及び、開閉弁３２を省略してもよい。即ち、給湯用水が、常時第２の流路に沿って流れるように構成されていてもよい。
【００６２】
（変形例４）  上記の各実施例では、第１バイパス路１８及び第２バイパス路３０は、蓄熱槽１６から給湯用水循環路８に供給された給湯用水のうちの一部を通過させることができる内径に形成されている。これに限られず、第１バイパス路１８及び第２バイパス路３０が、蓄熱槽１６から給湯用水循環路８に供給された給湯用水の全量を通過させることができる内径に形成されていてもよい。
【００６３】
（変形例５）  上記の各実施例では、制御装置９０は、開閉弁２２、３２のうちの一方を開いている場合、他方を閉じるように制御する。これに限られず、制御装置９０は、開閉弁２２、３２の双方を同時に閉じるように制御してもよい。
【００６４】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００６５】
２：加熱装置
４：発電機
６：ヒートポンプ
８：給湯用水循環路
１０：循環ポンプ
１２：第１熱交換器
１４：第２熱交換器
１６：蓄熱槽
１８：第１バイパス路
１８ａ：第１バイパス路上流部
１８ｂ：第１バイパス路下流部
２０：第３熱交換器
２１：冷媒循環路
２２：開閉弁
３０：第２バイパス路
３２：開閉弁
３４：冷却水循環路
３５：結露水
３６：ポンプ
３８：混合弁
３９：給水路
４０：蓄熱槽給水路
４２：蓄熱槽バイパス路
４４：蓄熱槽出水路
４６：第１給湯路
４８：補助熱源機往路
５０：補助熱源機バイパス路
５１：補助熱源機
５２：補助熱源機復路
５４：第２給湯路
５６：バイパス制御弁
６０：燃料電池セル
７０：水槽
７２：フロートスイッチ
７４：フロート
７６：シャフト
７８：電極
８０：純水器
８２：補水弁
８４：ポンプ
８６：改質器
９０：制御装置
【図１】
2015165176.tif 000003
【図２】
2015165176.tif 000004
【図３】
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