(57)【要約】【課題】発電熱利用システムの熱効率を向上させる。【解決手段】電力と発電熱を発生する発電機２０と、上部出水口４４ｃと下部出水口４４ｄを有する貯湯槽４４と、上部出水口４４ｃと下部出水口４４ｄとに接続されていて貯湯槽４４内の温水を発電機２０に送る加熱前水路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、上部出水口４４ｃと下部出水口４４ｄのいずれかを有効にする切換え手段６２と、発電熱２０で加熱された温水を貯湯槽４４に戻す加熱後水路５ｄ，ｄｆと、暖房用熱媒体を利用する暖房機８０，８２と、暖房機に暖房用熱媒体を循環させる暖房用循環路８６，８４と、加熱前水路と暖房用循環路との間で熱交換する第１熱交換器６８と、加熱後水路と暖房用循環路との間で熱交換する第２熱交換器６９を備えている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電に伴って発生する発電熱を利用するシステムであり、電力と発電熱を発生する発電機と、上部出水口と下部出水口を有する貯湯槽と、上部出水口と下部出水口とに接続されていて貯湯槽内の温水を発電機に送る加熱前水路と、上部出水口と下部出水口のいずれかを有効にする切換え手段と、発電熱で加熱された温水を貯湯槽に戻す加熱後水路と、暖房用熱媒体を利用する暖房機と、暖房機に暖房用熱媒体を循環させる暖房用循環路と、加熱前水路と暖房用循環路との間で熱交換する第１熱交換器と、加熱後水路と暖房用循環路との間で熱交換する第２熱交換器を備えている発電熱利用システム。
【請求項２】
発電機をバイパスする第１バイパス路と、発電機を通過する経路と第１バイパス路との間で温水の通過経路を切換える弁が付加されている請求項１に記載の発電熱利用システム。
【請求項３】
第１熱交換器をバイパスする第２バイパス路と、第１熱交換器を通過する経路と第２バイパス路との間で暖房用熱媒体の通過経路を切換える弁が付加されている請求項１又は２に記載の発電熱利用システム。
【請求項４】
暖房用循環路に風呂追い焚き用熱交換器が付加されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発電熱利用システム。
【請求項５】
暖房機をバイパスする第３バイパス路と、暖房機を通過する経路と第３バイパス路との間で暖房用熱媒体の通過経路を切換える弁が付加されている請求項１から４のいずれかに記載の発電熱利用システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コージェネレーションシステム（電気と熱の供給システム）に関する。特に、発電に伴って発生する熱を利用して温水を得、その温水を給湯設備に供給したり、その温水の熱を利用して暖房したりするシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】電気と熱を同時に供給するコージェネレーションシステムが開発されている。コージェネレーションシステムでは、発電に伴って発生する発電熱を利用するが、発電熱の発生時期と発生量は、給湯設備や暖房機等による熱の消費時期と消費量に必ずしも一致しない。そこで、発電熱を効率的に回収して蓄熱しておき、熱の消費時期に合わせて熱を供給する技術が重要となる。特開２００１−２４８９０５号公報に、発電熱を回収して蓄熱しておいて給湯設備や暖房機に熱を供給する技術が記載されている。
【０００３】
図９に、特開２００１−２４８９０５号公報に記載されている発電熱利用システムの構成例を示す。発電機を経由する水循環路の途中に熱交換器が設けられており、熱交換されて加熱された温水が貯湯槽に貯えられる。暖房運転を行うときには発電熱で加熱された熱媒体を暖房経路側に切換えて暖房を行う。このコージェネレーションシステムでは、発電熱を利用して得た温水を貯湯槽に蓄える他、発電熱を利用して暖房することができるので総合的なエネルギー効率が良い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述のコージェネレーションシステムでは、暖房運転開始時から暖房が効き始めるまでの間に時間がかかるといった問題点があった。暖房が効き始めるまでの時間を短縮するためには、発電機の他に補助熱源を必要とする。
また、貯湯槽に蓄熱される温水は熱交換器で加熱された温水であるために、発電熱で加熱した温水を貯湯槽で直接に貯湯するのに比して蓄熱効率が悪いという問題もある。
【０００５】
本発明は、上述した従来の問題点を解消するために創作されたものであり、貯湯槽に蓄熱する効率が高く、しかも補助熱源がなくても暖房が効き始めるまでの時間を短くすることができる発電熱利用システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用と効果】上記目的を達成するために創作された請求項１の発電熱利用システムは、電力と発電熱を発生する発電機と、上部出水口と下部出水口とを有する貯湯槽と、上部出水口と下部出水口とに接続されていて貯湯槽内の温水を発電機に送る加熱前水路と、上部出水口と下部出水口のいずれかを有効にする切換え手段と、発電熱で加熱された温水を貯湯槽に戻す加熱後水路と、暖房用熱媒体を利用する暖房機と、暖房機に暖房用熱媒体を循環させる暖房用循環路と、加熱前水路と暖房用循環路との間で熱交換する第１熱交換器と、加熱後水路と暖房用循環路との間で熱交換する第２熱交換器とを備えている。
【０００７】
貯湯槽には、過去の発電運転中に発電熱で加熱された温水が貯湯されている。貯湯槽内の温水温度は一様でなく、上部には高温の温水が貯湯され、下部には低温の温水が貯湯されている。貯湯槽内の温水を発電機に送る加熱前水路は貯湯槽の上部出水口と下部出水口に接続されており、上部出水口が開けられて下部出水口が閉じられると、加熱前水路には高温の温水が供給される。発電熱で加熱される前の温水ではあっても、貯湯槽の上部に貯湯されている高温の温水が利用されることから、加熱前水路には高温の温水が供給される。加熱前水路に高温の温水が供給されるまでに必要な時間は短い。
この加熱前水路と暖房用循環路との間に第１熱交換器が設けられているので、暖房用熱媒体は速やかに加熱されて短時間で暖房が効き始める。貯湯槽の上部に貯湯されている高温の温水の熱を利用して暖房することから、暖房が効き始めるまでの時間を短縮化することができる。発電熱で温水を加熱し、その加熱された温水で暖房用熱媒体を加熱する方式に比して、暖房が効き始めるまでの時間を短縮化することができる。
加熱前水路に供給する温水は、発電機の冷却水ということもでき、高温の温水を供給すると冷却能力に不足して発電機が過熱することがある。本システムでは、加熱前水路に高温の温水を供給するものの、その高温の温水は暖房用熱媒体を加熱することで冷却されるために、冷却能力に不足して発電機が過熱することはない。
暖房用熱媒体を加熱することで冷却されるとはいえ、それでも貯湯槽下部の低温水に比べると高温の温水が発電機に供給されるために、加熱後水路の温度は短時間で昇温する。加熱後水路の温度が暖房運転するのに適当な温度になると、第２熱交換器によって暖房用熱媒体が加熱されるようになる。こうなると発電熱で暖房することが可能となり、貯湯槽の上部に貯湯されている高温の温水の熱を利用して暖房する必要がなくなる。この状態となると、切換え手段が上部出水口を無効化して下部出水口を有効にする。発電機には低温の温水が供給されて効率的に冷却され、発電熱で加熱された温水を利用して暖房し、暖房運転に必要とされなかった熱量は貯湯槽に蓄熱される。
本発明によって、蓄熱効率が高く、暖房が効き始めるまでの時間が短く、余分な補助熱源を必要としない発電熱利用システムが得られる。
【０００８】
請求項２に示されるように、発電機をバイパスする第１バイパス路と、発電機を通過する経路と第１バイパス路との間で温水の通過経路を切換える弁が付加されていることが好ましい。
この場合、発電機が停止している間は第１バイパス路を選択することができ、貯湯槽の上部に貯湯されている高温の温水で無駄に発電機を加熱することを避けながら、貯湯槽の上部に貯湯されている高温の温水の熱で暖房することが可能となる。第１バイパス路は、第１熱交換機をバイパスしてもよいし、バイパスしなくてもよい。第１熱交換機をもバイパスするようにすると、貯湯槽下部の低温の温水を利用するときに、暖房用熱媒体が冷却される事態を避けることができる。
【０００９】
請求項３に示されるように、第１熱交換器をバイパスする第２バイパス路と、第１熱交換器を通過する経路と第２バイパス路との間で暖房用熱媒体の通過経路を切換える弁が付加されていることが好ましい。
発電運転しながら暖房運転する場合、前記したように、暖房用循環路の暖房用熱媒体が十分に加熱されたときには、貯湯槽の下部出水口を有効化して加熱前水路に低温水を流す。この際には、暖房用循環路が第１熱交換器をバイパスすることによって、暖房用循環路の暖房用熱媒体が冷却されるのを防止することができる。
【００１０】
請求項４に示されるように、暖房用循環路に風呂追い焚き用熱交換器が付加されていることが好ましい。
この場合、風呂の追い焚き要求があるときには、貯湯槽上部の高温の温水の熱を利用して風呂の追い焚きをすることができる。補助熱源を必要としない。
【００１１】
請求項５に示されるように、暖房機をバイパスする第３バイパス路と、暖房機を通過する経路と第３バイパス路との間で暖房用熱媒体の通過経路を切換える弁が付加されていることが好ましい。
この場合、暖房運転の停止中に風呂の追い焚き要求があった場合でも、風呂の追い焚きをすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に説明する実施例の主要な特徴を次に列記する。
（形態１）　発電機と貯湯槽間で循環している発電熱回収用水循環路と、暖房用循環路のそれぞれにポンプが設けられている。
（形態２）　貯湯槽には、上部出水口と下部出水口と、上部入水口がある。発電熱で加熱された温水は上部入水口から貯湯槽に戻る。
（形態３）　貯湯槽の上部出水口に接続された水路と、下部出水口に接続された水路の合流箇所に、三方弁が設けられている。
（形態４）　暖房用循環路を温水が循環し、温水を利用して暖房する。
（形態５）　暖房用循環路に温度検出器が取付けられており、その温度検出器で検出される暖房用熱媒体の温度によって、暖房機を通過する経路と第３バイパス路を切換える。
（形態６）　暖房機または第３バイパス路を経由した暖房用熱媒体は、第２熱交換器を通過してシスターンに戻る。
（形態７）　シスターンを出た暖房用循環路は、高温暖房機に高温暖房用熱媒体を循環させる経路と、低温暖房機に低温暖房用熱媒体を供給する経路に分岐する。
（形態８）　第１熱交換器と第２熱交換器は、低温暖房機に低温暖房用熱媒体を供給する経路に設けられている。
（形態９）　高温暖房用熱媒体の循環路には、補助熱源が設けられている。
（形態１０）　シスターンを出た暖房用循環路は、高温暖房機に高温暖房用熱媒体を循環させる経路と、低温暖房機に低温暖房用熱媒体を供給する経路と、第１熱交換器をバイパスして第２熱交換器を通過する経路に分岐する。
【００１３】
【実施例】本発明の第１実施例に係る発電熱利用システムを図面を参照して詳細に説明する。図１は、発電熱利用システム１０の概略構成図を示したものである。本実施例の発電熱利用システム１０は、電力と発電熱を発生する発電機２０と、貯湯槽４４と、貯湯槽４４内の水を発電機２０に送る加熱前水路５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと、発電機２０で加熱された温水を貯湯槽４４に戻す加熱後水路５ｅ、５ｆと、第１バイパス路５ｇと、高温熱媒体を利用する高温暖房機８０と、低温熱媒体を利用する低温暖房機８２と、高温暖房機８０に高温熱媒体を循環させる高温暖房用循環路８６と、低温暖房機８２に低温熱媒体を循環させる低温暖房用循環路８４と、加熱前水路５ｃ、５ｄと低温暖房用循環路８４との間で熱交換を行う第１熱交換器６８と、加熱後水路５ｅ、５ｆと低温暖房用循環路８４との間で熱交換を行う第２熱交換器６９と、補助熱源５０等から構成される。
【００１４】
貯湯槽４４は温水で満たされており、上部には発電熱回収用の上部出水口４４ｃが設けられ、下部には発電熱回収用の下部出水口４４ｄが設けられている。貯湯槽４４内の温水は、上部が高温で、下部が低温である。貯湯槽４４内の上部には上部サーミスタＴ６が設けられ、下部には下部サーミスタＴ７が設けられている。加熱前水路５ａは上部出水口４４ｃに接続されており、加熱前水路５ｂは下部出水口４４ｄに接続されており、加熱前水路５ａと５ｂの合流点には、三方弁６２が配置されている。三方弁６２は、２個の入水口Ａ，Ｂと、１個の出水口Ｃを持ち、２個の入水口Ａ，Ｂのいずれか一方を出水口Ｃに連通させる。出水口Ｃには加熱前水路５ｃが接続され、加熱前水路５ｃにはポンプ７が配置されている。入水口Ａが選択されると、上部出水口４４ｃが無効化されて下部出水口４４ｄが有効化され、貯湯槽４４の下部に貯湯されている低温の温水が加熱前水路５ｃに送られる。入水口Ｂが選択されると、上部出水口４４ｃが有効化されて下部出水口４４ｄが無効化され、貯湯槽４４の上部に貯湯されている高温の温水が加熱前水路５ｃに送られる。ポンプ７によって、上部出水口４４ｃと加熱前水路５ａ、または、下部出水口４４ｄと加熱前水路５ｂのいずれかから加熱前水路５ｃに吸い込まれた温水は、三方弁６５と第１熱交換器６８と加熱前水路５ｄを経て、発電機２０に送られる。
【００１５】
発電機２０は、燃料電池２２と改質器３０と放熱機２８等から構成される。改質器３０は、炭化水素系の原燃料ガスから水素ガスを生成する。水素を効率よく生成するためには高温度が必要とされることから、改質器３０にはバーナ３２が内蔵されている。改質器３０には、バーナ３２の燃焼排ガスを回収するガス管３４が接続されており、そのガス管３４は熱交換器７０を通過するように配置されている。この構成により、バーナ３２の燃焼排ガスが熱交換器７０に入力されることになる。なお改質器３０は、制御ユニット６０によって駆動制御される。
燃料電池２２は、複数のセルから構成される。燃料電池２２には改質器３０と連通する図示省略の配管が接続されている。その配管を介して改質器３０で生成された水素ガスが燃料電池２２に供給される。燃料電池２２は、空気中の酸素を取り込み、取り込まれた酸素と改質器３０から供給される水素ガスを反応させて発電を行なう。燃料電池２２は、発電の際に発熱する。燃料電池２２には熱媒循環経路２４が接続されており、その熱媒循環経路２４の熱媒（本実施例では蒸留水である）が発電の際に生じる発電熱を回収する。熱媒循環経路２４にはポンプ８が配設されている。このポンプ８が駆動することで熱媒が循環する。ポンプ８は、制御ユニット６０によって駆動制御される。具体的には、燃料電池２２の発電運転中に駆動するように制御される。
熱媒循環経路２４は、熱交換器７４を通過するように配置されている。この構成により、熱媒によって回収された燃料電池２２の発電熱が熱交換器７４に入力されることになる。また熱媒循環経路２４はリザーブタンク２６を備えている。リザーブタンク２６での熱媒の貯留量が少なくなると、リザーブタンク２６に熱媒が供給される。
熱媒循環経路２４には三方弁３６が配設されている。三方弁３６によって熱媒循環経路２４が二手に分岐している。三方弁３６の一方の出口と接続されている熱媒循環経路２４は放熱機２８を介するように配置されており、他方の出口と接続されている熱媒循環経路２４は放熱機２８を介さないように配置されている。この第２三方弁３６は、制御ユニット６０によってどちらの出口を開口するかが制御される。この制御により熱媒が放熱機２８を経由して循環するか、あるいは放熱機２８を経由せずに循環するかが切換えられる。熱媒温度が異常に高いときには、熱媒が放熱機２８を経由して循環するように、第２三方弁３６の出口が切換えられる。放熱機２８は、送風して熱媒を空冷する。
【００１６】
加熱前水路５ｃに吸い込まれて加熱前水路５ｄに送り込まれた温水は、熱交換器７４と熱交換器７０を通過して加熱後水路５ｅに戻される。加熱前の温水は、熱交換器７４を通過することで燃料電池２２が発生する熱で加熱され、熱交換器７０を通過することで改質器３０が発生する熱で加熱される。本明細書では、燃料電池２２が発生する熱と改質器３０が発生する熱を総称して発電熱という。加熱後水路５ｅに戻される温水は、発電熱で加熱されている。加熱後水路５ｅに戻された加熱温水は、第２熱交換器６９と加熱後水路５ｆを介して、上部入水口４４ｂから貯湯槽４４の上部に戻される。
【００１７】
加熱前水路５ｃと５ｄの間には、第１熱交換器６８が配置されている。第１熱交換器６８は、加熱前水路５ｃと５ｄを流れる加熱前温水と、低温暖房用循環路８４を流れる低温暖房用熱媒体との間で熱交換する。加熱後水路５ｅと５ｆの間には、第２熱交換器６９が配置されている。第２熱交換器６９は、加熱後水路５ｅと５ｆを流れる加熱後温水と、低温暖房用循環路８４を流れる低温暖房用熱媒体との間で熱交換する。
加熱前水路５ｃと第１熱交換器６８との間には三方弁６５が配置されている。三方弁６５は、一つの入水口Ｃと二つの出水口Ａ，Ｂを供えている。出水口Ａが入水口Ｃに連通する状態に切換えられると、加熱前水路５ｃを流れる温水は、第１熱交換器６８と加熱前水路５ｄと発電機２０を通過して加熱後水路５ｅに送られる。出水口Ｂが入水口Ｃに連通する状態に切換えられると、加熱前水路５ｃを流れる温水は、第１バイパス路５ｇに流れて加熱後水路５ｅに送られる。第１バイパス路５ｇが有効化されると、第１熱交換器６８と発電機２０がバイパスされる。
【００１８】
貯湯槽４４に対して給水経路４０ａが接続されている。給水経路４０ａには矢印Ｄ３方向に水道水が供給され、減圧弁６７を通過することによって所定の水圧に調整される。給水経路４０ａは二手に分岐している。給水経路４０ａの一方は貯湯槽４４に連通し、貯湯槽４４を満水状態に維持する。減圧弁６７を通過することによって所定の水圧に調整されているために、貯湯槽４４内の水圧は所定の値に維持される。給水経路４０ａの他方は、ミキシングバルブユニット５４の入力口５４ｂに接続されている。
【００１９】
貯湯槽４４の上部には出湯口４４ａが設けられており、それに出湯管４５が接続されている。出湯口４４ａには排水管６４も接続されており、貯湯槽４４内の圧力が耐圧以上になった場合には排水して圧力を逃がす。出湯管４５は、ミキシングバルブユニット５４の入力口５４ａに接続されている。ミキシングバルブユニット５４の入力口５４ａには、貯湯槽４４の上部に貯湯されている高温の温水が導入される。ミキシングバルブユニット５４の入力口５４ｂには低温の水道水が導入される。
ミキシングバルブユニット５４の２つの入力口５４ａ，５４ｂは、独立して開口度を調整することができる。即ち、高温水と低温水の入力比率が可変である。２つの入力口５４ａ，５４ｂのそれぞれの開口度は、制御ユニット６０によって制御される。開口度が制御されることで、例えば低温水を遮断して高温水のみをミキシングバルブユニット５４に入力することが可能であり、逆に高温水を遮断して低温水のみを入力することも可能である。また、入力比率を例えば高温水を７０％とし低温水を３０％とすることも可能である。ミキシングバルブユニット５４では、入力された高温水と低温水が混合される。ミキシングバルブユニット５４の出力口には、給湯経路４０ｂの一端が接続されている。給湯経路４０ｂの他端は、給湯暖房機５０を介して、給湯設備４６や、高温暖房機８０や、低温暖房機８２に接続されている。給湯設備４６は、例えば洗面所、浴槽、台所等の温水を使用する設備である。給湯設備４６で給水栓が開けられると、減圧弁６７で所定の水圧に調整された水圧を利用して、給湯設備４６から出湯する。
【００２０】
給湯設備４６で必要とする湯温が、貯湯槽４４の上部に貯湯されている温水の温度（温度検出器Ｔ６で検出される）よりも低ければ、ミキシングバルブユニット５４によって必要湯温に調整される。給湯設備４６で必要とする湯温が、貯湯槽４４の上部に貯湯されている温水の温度よりも高ければ、ミキシングバルブユニット５４は高温水のみを通過させる。給湯暖房機５０は、バーナ５５を内蔵しており、給湯設備４６で必要とする湯温が貯湯槽４４の上部に貯湯されている温水の温度よりも高ければ、バーナ５５によって必要な湯温にまで加熱して給湯設備４６に給湯する。バーナ５５は制御ユニット６０によって駆動制御される。具体的には、貯湯槽４４の上部に貯湯されている温水の温度が給湯設備４６の給湯設定温度より低い場合にバーナ５５が駆動される。
【００２１】
給水経路４０ｂは二手に分岐している。その一方は上述の給湯設備４６と浴槽９６に続いており、他方はシスターン５１に接続されている。シスターン５１と接続されている給水経路４０ｂには熱動弁４８が挿入されている。熱動弁４８は制御ユニット６０によって開閉制御される。熱動弁４８が開かれると、給水経路４０ｂ内の温水がシスターン５１に導入される。
【００２２】
シスターン５１には共通管２が接続されており、シスターン５１内の温水を第２熱交換器６９に送り出す経路４ａと、高温暖房機８０用の高温暖房用循環路８６と、低温暖房機８２用の低温暖房用循環路８４に分岐している。共通管２に循環ポンプ６が設置されている。経路４ａと低温暖房用循環路８４の共通経路には暖房低温サーミスタＴ１が設置されている。
【００２３】
高温暖房用循環路８６は、バーナ５６と高温暖房機８０を通過してシスターン５１に戻る。高温暖房用循環路８６は、シスターン５１の温水をバーナ５６でさらに加熱し、加熱された高温水を高温暖房機８０に送り、高温暖房機８０で利用された後の温水をシスターン５１に戻す（矢印Ｄ２）。本実施例における高温暖房機８０は温水式の浴室暖房機である。バーナ５６は制御ユニット６０によって駆動制御される。高温暖房用には約８０℃の温水が必要とされる。シスターン５１の温水温度が８０℃に満たない場合には、バーナ５６が駆動される。暖房用循環路８６には熱動弁５８が配設されている。熱動弁５８は制御ユニット６０によって開閉制御される。熱動弁５８は、制御ユニット６０によって、電流のＯＮ−ＯＦＦが切換えられる。電流が流れるとエレメントが加熱されて膨張することで弁５８が開く。
【００２４】
高温暖房用循環路８６からは風呂の追い炊き用経路８８が分岐している。追い炊き用経路８８は、追い炊き用熱交換器９２を通過するように配置されている。追い炊き用経路８８には熱動弁９０が配設されている。熱動弁９０は、制御ユニット６０によって開閉制御される。
追い炊き用熱交換器９２を通過するように風呂水循環経路９４が配置されている。風呂水循環経路９４は、浴槽９６に貯められている温水を追い炊き用熱交換器９２に送って浴槽９６に戻す。風呂水循環経路９４には風呂水循環ポンプ９８が配設されている。風呂水循環ポンプ９８が駆動すると、浴槽９６の温水が追い炊き用熱交換器９２で高温暖房用の温水によって加熱され、風呂水の追い炊きが行なわれる。風呂水循環ポンプ９８は制御ユニット６０によって駆動制御され、風呂水の追い炊きが行なわれるときに風呂水循環ポンプ９８が駆動される。
【００２５】
低温暖房用循環路８４は、低温暖房機８２を通過する。本実施例の低温暖房機８２は床暖房機である。暖房用循環路８４は、シスターン５１の温水を低温暖房機８２に送り、低温暖房機８２で利用された後の温水を、三方弁６６によって、第１熱交換器６８または第２熱交換器６９のいずれかに送る。三方弁６６は、一つの入水口Ｃと二つの出水口Ａ，Ｂを持ち、出水口Ａが選択されると暖房用熱媒体は第１熱交換器６８に送られ、出水口Ｂが選択されると暖房用熱媒体は第１熱交換器６８をバイパスして直接に第２熱交換器６９に送られる。第１熱交換器６８をバイパスするために、第２バイパス路８４ａが設けられている。第１熱交換器６８を通過した暖房用熱媒体は、第２熱交換器６９を通過してシスターン５１に戻される。暖房用循環路８４には、熱動弁５２が配設されている。熱動弁５２は、制御ユニット６０によって開閉制御される。
【００２６】
床暖房機のように比較的低温で利用される低温暖房機８２を流れた温水は、第２熱交換器６９によって発電熱で加熱された水で加熱される。三方弁６６を切換えて出水口Ａを有効化することで、第２熱交換器６９で加熱する他に、第１熱交換器６８で貯湯槽４４に貯湯されている高温水で加熱することもできる。
高温暖房用循環路８６を流れる温水と低温暖房用循環路８４を流れる温水は、シスターン５１で混合されるために、バーナ５６によって低温暖房用循環路８４を流れる暖房用熱媒体（この場合は温水）まで加熱される。
【００２７】
シスターン５１内の温水を第２熱交換器６９に送り出す経路４ａは、低温暖房機８２と第１熱交換器６８をバイパスして、暖房用熱媒体を直接に第２熱交換器６９に送り出す。経路４ａが設けられているために、暖房運転をしないときにも発電熱で暖房用熱媒体を加熱することができ、浴槽９６の風呂水を追い炊きすることができる。
【００２８】
次に、図１に加えて図２のフローチャートと図３〜８の温水の流れを示す模式図を参照して、この発電熱利用システム作動の様子を説明する。なお図２に示す処理手順は制御ユニット６０により統括的に制御される。
【００２９】
発電運転中はステップＳ２がイエスとなり、暖房運転中はステップＳ４もイエスとなる。このときには、三方弁６２をＢ→Ｃ、三方弁６５をＣ→Ａ、三方弁６６をＣ→Ａとする（ステップＳ６）。図３は、ステップＳ６で三方弁が切換えられたときの温水の流れをわかりやすく示した模式図である。すなわち貯湯槽４４の上部から高温水が取り出され、その高温水が加熱前水路５ａに導かれ、第１熱交換器６８で熱交換して低温暖房用循環路８４の暖房用熱媒体を加熱する。第１熱交換器６８で熱交換された温水は冷却され、発電機２０に導入される。発電熱により高温となった温水は第２熱交換器６９で熱交換して低温暖房用循環路８４の暖房用熱媒体を加熱した後に貯湯槽に戻る。一方、低温暖房用循環経路８４を流れる暖房用熱媒体は、第１熱交換器６８で加熱され、さらに第２熱交換器６９でも加熱される。シスターン５１に貯められた高温の暖房用熱媒体が暖房機８２に送られる。
【００３０】
加熱前水路５ｄには、加熱前水路サーミスタＴ２が設置されている。サーミスタＴ２は、発電熱で加熱される前の温水であって発電機２０を冷却する水の温度を検出する。制御ユニット６０は、サーミスタＴ２の温度を監視し、温度が４５℃以上になれば（図２のステップＳ８がイエスとなれば）、三方弁６６をＣ→Ｂ、三方弁６２をＡ→Ｃに切換える（ステップＳ１０）。
図４に、ステップＳ１０で三方弁６６と６２を切換えた後の温水の流れをわかりやすく示す。加熱前水路サーミスタＴ２が４５℃以上になった場合は、発電機２０を冷却できなくなる恐れがあるため、貯湯槽４４の下部から低温水を導入する。これによって発電機２０が過熱することを防止できる。
一方、暖房用熱媒体は、第１熱交換器６８をバイパスして流れる。この場合、暖房用熱媒体は、第２熱交換器６９で発電熱で加熱された温水によって加熱される。第１熱交換器６８をバイパスするために、暖房用熱媒体は、貯湯槽４４の下部に貯湯されている低温水で冷却されることがない。
暖房運転の開始時には、図３のように温水が流れるために、暖房用熱媒体は貯湯槽４４の上部に貯湯されている高温水で加熱され、暖房が効き始めるまでの時間は短い。
なお発電運転中は発電熱回収ポンプ７が駆動される。
【００３１】
発電停止中（ステップＳ２でノーの場合）に暖房運転が行われるときは、ステップＳ２６がイエスとなり、発電していないのに発電熱回収ポンプ７が駆動される（ステップＳ２８）。ステップＳ２８では、さらに、三方弁６２をＢ→Ｃ、三方弁６５をＣ→Ｂ、三方弁６６をＣ→Ｂに切換える。この場合の温水の流れを図５にわかりやすく示す。すなわち貯湯槽４４の上部からの高温水が５ａを通り、第１熱交換器６８と発電機２０をバイパスして、第２熱交換器６９に導入される。発電機２０が停止中なので、バイパス路５ｇを経由することによって、発電機２０を無駄に加熱して熱量を浪費することを避ける。暖房用熱媒体は、第２熱交換器６９によって、貯湯槽４４の上部に貯湯されている高温水で加熱され、暖房に必要な熱量を得ることができる。この温水巡回状態を実現することで、発電運転の停止中に、発電熱を蓄熱しておいた熱量を利用して暖房することが可能となる。
【００３２】
長時間暖房を続けて室温が上昇してくると、暖房機８２を通過した暖房用熱媒体の温度が上昇してくる。その温度を計る暖房戻りサーミスタＴ３の温度が上昇し、第２熱交換器６９の入口側の温水温度（サーミスタＴ５で検出される）に接近し、その差が１０℃以内となると、図２のステップＳ３０がイエスとなって発電熱回収ポンプ７をオフする（ステップＳ３２）。この場合、暖房用循環路を循環する暖房用熱媒体の温度が高く、貯湯槽４４内の温水で加熱する必要がない。暖房用熱媒体の温度が低く、貯湯槽４４の上部に貯湯されている温水の温度よりも１０℃以上低い場合には、ステップＳ２８の状態を維持して図５の温水循環状態を維持して貯湯槽４４内の温水熱を利用して暖房する。
【００３３】
ステップＳ３４で暖房運転が停止されると、暖房機８２を通過した暖房用熱媒体の温度（停止直後の水温が暖房戻りサーミスタＴ３で検出される）と貯湯槽下部に貯湯されている温水の温度（サーミスタＴ７で検出される）を比較し、前者が後者よりも１０℃以上高ければ、暖房用熱媒体の熱を貯湯槽４４に蓄熱する。このために、図２のステップＳ３８で、熱動弁５２を開にし、暖房用ポンプ６を起動し、発電熱回収用ポンプ７を起動し、三方弁６２をＡ→Ｃに切換え、三方弁６５をＣ→Ｂに切換える。この状態が図６に示され、第２熱交換器６９で高温の暖房用熱媒体によって、貯湯槽下部に貯湯されている冷水が加熱され、貯湯槽４４の平均水温は上昇する。
暖房用熱媒体が、貯湯槽下部に貯湯されている冷水を加熱することで冷却され、暖房戻りサーミスタＴ３で検出される温度と貯湯槽４４の下部サーミスタＴ７で検出される温度との差が１０℃以下となると、図２のステップＳ４２で、熱動弁５２を閉にし、暖房用ポンプ６および発電熱回収用ポンプ７を停止する。
【００３４】
発電運転中で、暖房運転停止中に、風呂の追い焚き要求があれば、ステップＳ１２がイエスとなる。この場合には、暖房用ポンプ６を起動し、バイパス用熱動弁９１と熱動弁９０を開にし、三方弁６２をＢ→Ｃに切換え、三方弁６５をＣ→Ａに切換える（ステップＳ１４）。この状態が図７に示される。
この場合、貯湯槽４４の上部に貯湯されている高温の温水と第２熱交換器６９によって暖房用熱媒体が加熱され、シスターン５１内の暖房用熱媒体が加熱される。この加熱された暖房用熱媒体と追い焚き用熱交換器９２によって浴槽９６の湯が加熱されて追い焚きされる。
追い焚き運転によって温水の温度が低下するために、発電機２０には冷却された温水が供給されて発電機の過熱が防止される。追い焚き運転の進行に伴って発電機２０に供給される温水の温度は上昇する。発電機２０に供給される温水の温度（加熱前水路サーミスタＴ２で検出される）が４５℃を超えると（図２のステップＳ１６がイエスとなると）、発電機２０が過熱する恐れがあるために、三方弁６２を切換えて貯湯槽４４の下部出水口４４ｄに切換える。これによって発電機２０の過熱が防止される。発電熱２０で加熱された温水の温度（加熱後水路サーミスタＴ４で検出される）と、暖房用熱媒体の温度（サーミスタＴ１で検出される）の差が１０℃以下になると（図２のステップＳ２０がイエスとなると）、バイパス用熱動弁９１を閉じる（ステップＳ２２）。それ以後は、必要に応じて補助熱源５６が利用されて風呂の追い焚き運転が続行される。
風呂の追い焚き要求がなくなれば、ステップＳ２４が実行され、三方弁６２の入水口Ａが有効化されて貯湯槽４４の下部に貯湯されている低温の温水が利用され、三方弁６５の出水口Ａが有効化されて発電機２０に冷却水が供給される。三方弁６６の出水口Ｂが有効化されるために、暖房用熱媒体は第１熱交換器６８をバイパスし、暖房用熱媒体が貯湯槽４４の下部に貯湯されている低温の温水で冷却されることを防止する。
【００３５】
発電と暖房の停止中に、風呂の追い焚き要求があると、ステップＳ４４がイエスとなってステップＳ４６を実行する。ここでは、暖房用ポンプ６を起動し、バイパス用熱動弁９１と熱動弁９０を開にし、三方弁６２をＢ→Ｃに切換え、三方弁６５をＣ→Ｂに切換える。この状態が図８に示される。
この場合、第２熱交換器６９で貯湯槽４４の上部に貯湯されている高温の温水によって暖房用熱媒体が加熱され、シスターン５１内の暖房用熱媒体が加熱される。この加熱された暖房用熱媒体と追い焚き用熱交換器９２によって浴槽９６の湯が加熱されて追い焚きされる。
暖房用熱媒体の温度が上昇し、第２熱交換器６９に入る温水の温度（サーミスタＴ５で検出される）と、暖房用熱媒体の温度（サーミスタＴ１で検出される）の差が１０℃以下になると（図２のステップＳ４８がイエスとなると）、バイパス用熱動弁９１を閉じる（ステップＳ２２）。それ以後は、必要に応じて補助熱源５６が利用されて風呂の追い焚き運転が続行される。
【００３６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。
また、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み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る発電熱利用システムの概略構成図である。
【図２】実施例に係る発電熱利用システムの温水循環路の切り替え処理手順を示す図である。
【図３】発電熱利用システムの温水の流れの一態様を示す図である。
【図４】発電熱利用システムの温水の流れの一態様を示す図である。
【図５】発電熱利用システムの温水の流れの一態様を示す図である。
【図６】発電熱利用システムの温水の流れの一態様を示す図である。
【図７】発電熱利用システムの温水の流れの一態様を示す図である。
【図８】発電熱利用システムの温水の流れの一態様を示す図である。
【図９】従来の発電熱利用システムの構成の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
２・・共通管
６，７，８，９８・・ポンプ
１０・・発電熱利用システム
２０・・発電機
４４・・貯湯槽
５０・・給湯暖房機
５１・・シスターン
６０・・制御ユニット
６２，６５，６６・・・三方弁
６８，６９・・・熱交換器
８０・・高温暖房機
８２・・低温暖房機
８４・・低温暖房用循環路
８６・・高温暖房用循環路
９６・・風呂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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