(57)【要約】【課題】  安定した湯温での給湯が可能であって、エネルギー効率の優れたコージェネレーションシステムを提供する。【解決手段】  貯湯槽と、貯湯槽の湯水を給湯利用箇所へ供給する給湯経路と、熱媒体が循環する循環経路と、熱媒体を加熱する熱源機と、熱媒体の温度を検出する第１温度センサと、給湯経路を流れる湯水と熱媒体との間で熱交換する第１熱交換器と、熱媒体を循環させる第１駆動手段と、発電ユニットと、発電ユニットへ冷却水を供給する冷却水往路と、発電ユニットで加熱された冷却水を貯湯槽へ供給する冷却水復路と、冷却水と熱媒体との間で熱交換する第２熱交換器と、冷却水を流通させる第２駆動手段と、コントローラとを備え、そのコントローラは、発電ユニットが発電を行っている場合に第２駆動手段を駆動し、発電ユニットが発電を行いかつ第１温度センサで検出される温度が所定値に満たない場合に第１駆動手段を駆動する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力需要に応じて発電し、発電に伴って発生した発電熱を蓄熱し、蓄熱した熱エネルギーを必要時に供給するコージェネレーションシステムであり、
湯水を貯える貯湯槽と、
貯湯槽の湯水を給湯利用箇所へ供給する給湯経路と、
熱媒体が循環する循環経路と、
循環経路を流れる熱媒体を加熱する熱源機と、
循環経路を流れる熱媒体の温度を検出する第１温度センサと、
給湯経路を流れる湯水と循環経路を流れる熱媒体との間で熱交換する第１熱交換器と、
熱媒体を循環させる第１駆動手段と、
発電を行う発電ユニットと、
発電ユニットへ冷却水を供給する冷却水往路と、
発電ユニットの発電熱によって加熱された冷却水を貯湯槽へ供給する冷却水復路と、
冷却水復路を流れる冷却水と循環経路を流れる熱媒体との間で熱交換する第２熱交換器と、
冷却水を流通させる第２駆動手段と、
第１駆動手段および第２駆動手段を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
発電ユニットが発電を行っている場合に、第２駆動手段を駆動して冷却水を流通させ、
発電ユニットが発電を行い、かつ第１温度センサで検出される温度が第１所定値に満たない場合に、第１駆動手段を駆動して熱媒体を循環させる
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】
第２熱交換器より下流の冷却水復路を流れる冷却水の温度を検知する第２温度センサと、
第２温度センサより下流で冷却水復路を分岐する三方弁と、
三方弁を介して、冷却水復路からの冷却水を貯湯槽へ供給する第１経路と、
三方弁を介して、冷却水復路からの冷却水を冷却水往路へ供給する第２経路と、
を備え、
前記三方弁は、前記コントローラからの指示によって、
冷却水復路と第１経路を連通して冷却水復路と第２経路を非連通とする状態と、
冷却水復路と第２経路を連通して冷却水復路と第１経路を非連通とする状態と
の間で切替わり、
前記コントローラは、
発電ユニットが発電を行い、かつ第２温度センサで検出される温度が第２所定値を超える場合に、三方弁を制御して冷却水を冷却水復路から貯湯槽へ供給し、
発電ユニットが発電を行い、かつ第２温度センサで検出される温度が第２所定値に満たない場合に、三方弁を制御して冷却水を冷却水復路から冷却水往路へ供給する
ことを特徴とする請求項１のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
第２熱交換器を経由して貯湯槽へ至る部分の冷却水復路が、貯湯槽から第１熱交換器を経由する給湯経路を兼用しており、
前記第２熱交換器が前記第１熱交換器を兼用している
ことを特徴とする請求項１又は２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、電力需要に応じて発電し、発電に伴って発生した発電熱を蓄熱し、蓄熱した熱エネルギーを必要時に供給するコージェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コージェネレーションシステムが普及している。多くのコージェネレーションシステムでは、発電を行う発電ユニットと、温水を貯える貯湯槽と、貯湯槽内の冷水を発電ユニットに送るとともに発電ユニットを通過する間に加熱された温水を貯湯槽に戻す温水循環経路と、貯湯槽内の温水を温水利用箇所に送る給湯経路と、給湯経路を流れる冷水（または温水）を必要に応じて加熱する加熱器を備えている。コージェネレーションシステムが発電運転をすると、貯湯槽から冷水が取出されて発電ユニットに送られる。発電ユニットに送られた冷水は、発電ユニットが発生した発電熱によって加熱され、加熱された温水が貯湯槽に戻される。
【０００３】
貯湯槽に貯湯している温水は、必要時に必要温度に調温して温水利用箇所（給湯栓、浴槽、シャワー等）に給湯される。温水利用箇所で必要とされる温水温度より高温の温水が貯湯槽に貯湯されていれば、貯湯槽から送り出される温水を水道水（冷水）と混合することによって必要温度に冷却して給湯する。温水利用箇所で必要とされる温水温度より低温の温水が貯湯槽に貯湯されていれば、加熱器で加熱して給湯する。加熱器で加熱する場合でも、水道水を加熱する場合に比して、必要な熱量は少なくて済む。コージェネレーションシステムは、総合的なエネルギー効率が高く、給湯のためのランニングコストを低減することができる。
【０００４】
給湯経路を加熱する加熱器として、高温の熱媒体と給湯経路の温水との間で熱交換する熱交換器を利用するものがある。このようなシステムは、熱媒体を加熱する熱源機と、熱媒体が循環する熱媒体循環経路と、熱媒体循環経路と給湯経路の間で熱交換する熱交換器を備えている。熱源機によって熱媒体を加熱し、熱媒体循環経路内で熱媒体を循環させることで、高温の熱媒体を熱交換器へ供給し、熱媒体との熱交換によって給湯経路を通る温水を必要とされる温度まで加熱する。
【０００５】
上記の熱交換器を利用して給湯経路を加熱するコージェネレーションシステムでは、熱源機で加熱された高温の熱媒体を他の用途（暖房や風呂の追焚きなど）にも利用することができる。１台の熱源機のみを加熱源として、給湯、暖房および追焚きを行うことができ、設備の省スペース化をはかることができる。また給湯終了時に熱媒体が有している余剰の熱量を他の用途に流用できるため、総合的なエネルギー効率を高めることができる。
【０００６】
上記のコージェネレーションシステムでは、貯湯槽内の高温の温水を使い切った時に、貯湯槽から汲み出した湯水を水道水と混合して調温した温水を給湯する状態（以下では蓄熱給湯と呼ぶ）から、貯湯槽から汲み出した湯水を加熱器で加熱して給湯する状態（以下では燃焼給湯と呼ぶ）へ切替える。この切替えを行う際に、給湯される湯温が安定しにくいという問題がある。燃焼給湯においては、熱源機の運転を開始してから、熱媒体が高温となるまで加熱して、高温の熱媒体を熱交換器へ供給するまでに、ある程度の時間を必要とする。そのため、上記した切替えの際に、貯湯槽から汲み出された低温の湯水が十分に加熱されないままに給湯利用個所へ提供されてしまい、給湯温度が一時的に低下し、湯温が安定しない場合があった。
【０００７】
そこでコージェネレーションシステムにおいて、湯温を安定させる技術が開発されている。
特許文献１には、給湯、暖房又は追焚きの際の熱源として利用する熱媒体を所定の温度に保温しておくことで、給湯湯温を安定させるコージェネレーションシステムが開示されている。このコージェネレーションシステムでは、熱媒体の温度を常時看視し、熱媒体の温度が所定の温度に満たない場合に、熱媒体を加熱する熱源機を燃焼させ、熱媒体を加熱する。熱媒体の温度が所定の温度を超える場合に、熱源機の燃焼を停止し、熱媒体の加熱を終了する。これによって、熱媒体の温度は常に所定の温度以上に維持され、燃焼給湯に切替えた直後でも、貯湯槽から汲み出された湯水を即座に加熱することが可能となる。放熱による熱媒体の温度低下を抑制し、給湯、暖房又は追焚きへ移行した際の昇温特性を高めることができる。
特許文献２には、貯湯槽に蓄熱量を確保しておくことで、給湯湯温を安定させるコージェネレーションシステムが開示されている。このコージェネレーションシステムでは、燃焼給湯の終了時に、次回の給湯に備えてさらに湯水の加熱を続行し、続行することで得られた温水を貯湯槽へ供給する。予め貯湯槽へ高温の湯水を貯えておくことで、貯湯槽に蓄熱量を常に確保しておく技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１３０４４８号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の技術では、給湯、暖房や風呂の追焚きをしていない期間でも、熱媒体を保温しておくために、定期的に熱源機を駆動しなければならない。
特許文献２に記載の技術では、給湯が終了した後も、貯湯槽に蓄熱量を確保しておくために熱源機による加熱を必要とする。
いずれの技術についても、給湯システムを利用しない期間において、湯温を維持するために熱源機を駆動する必要があり、省エネルギーの観点からは合理的ではない。給湯温度を安定させて利用者の利便性を確保しながら、よりエネルギー効率の高いシステムを実現したい。
本発明では上記課題を解決する。本発明では安定した湯温での給湯が可能であって、エネルギー効率の優れたコージェネレーションシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のシステムは、電力需要に応じて発電し、発電に伴って発生した発電熱を蓄熱し、蓄熱した熱エネルギーを必要時に供給するコージェネレーションシステムである。
そのコージェネレーションシステムは、湯水を貯える貯湯槽と、貯湯槽の湯水を給湯利用箇所へ供給する給湯経路と、熱媒体が循環する循環経路と、循環経路を流れる熱媒体を加熱する熱源機と、循環経路を流れる熱媒体の温度を検出する第１温度センサと、給湯経路を流れる湯水と循環経路を流れる熱媒体との間で熱交換する第１熱交換器と、熱媒体を循環させる第１駆動手段と、発電を行う発電ユニットと、発電ユニットへ冷却水を供給する冷却水往路と、発電ユニットの発電熱によって加熱された冷却水を貯湯槽へ供給する冷却水復路と、冷却水復路を流れる冷却水と循環経路を流れる熱媒体との間で熱交換する第２熱交換器と、冷却水を流通させる第２駆動手段と、第１駆動手段および第２駆動手段を制御するコントローラとを備えている。
そのコントローラは、発電ユニットが発電を行っている場合には、第２駆動手段を駆動して冷却水を流通させ、発電ユニットが発電を行いかつ第１温度センサで検出される温度が第１所定値に満たない場合には、第１駆動手段を駆動して熱媒体を循環させる。
【００１１】
上記のコージェネレーションシステムは、発電ユニットへ冷却水を供給し、発電熱によって加熱された冷却水を貯湯槽へ供給する。加熱された冷却水は貯湯槽に温水として貯えられ、貯えられた温水は給湯時に給湯利用箇所へ提供される。
貯湯槽に貯えられた温水の温度が低く、温水を加熱しないことには必要とされる温度の湯水を給湯利用箇所へ提供できない場合、上記のコージェネレーションシステムは燃焼給湯を実施する。燃焼給湯時には、熱源機による加熱を開始し、循環経路内の熱媒体を第１駆動手段によって循環させ、加熱された熱媒体と貯湯槽から汲み出された温水とを第１熱交換器で熱交換させる。これによって、貯湯槽から汲み出された温水は必要とされる温度まで加熱されて、給湯利用箇所へ提供される。
【００１２】
上記のコージェネレーションシステムは、発電熱によって加熱された冷却水を貯湯槽へ供給する前に、その加熱された冷却水を利用して熱媒体を加熱して、熱媒体を保温しておくことができる。
熱媒体の温度は第１温度センサによって検出されており、熱媒体の温度が低温の場合には、循環経路内で熱媒体を循環させ、第２熱交換器によって発電熱で加熱された冷却水と熱媒体とを熱交換させる。熱媒体の温度が高温の場合には、循環経路内で熱媒体を循環させず、第２熱交換器による熱交換を行うことなく、発電熱で加熱された冷却水を貯湯槽へ供給する。
上記のコージェネレーションシステムでは、熱媒体の温度が所定の温度に保温されている。このため、燃焼給湯を開始した直後においても、貯湯槽から汲み出された湯水を即座に加熱することが可能であり、湯温を安定させることができる。
上記のコージェネレーションシステムによれば、発電熱を利用して熱媒体を保温することができる。熱媒体の保温のために熱源機を駆動する必要がないため、湯切れ時（蓄熱給湯から燃焼給湯への切換え時）の湯温を安定させながら、省エネルギー化を実現することができる。
【００１３】
上記のコージェネレーションシステムは、第２熱交換器より下流の冷却水復路を流れる冷却水の温度を検知する第２温度センサと、第２温度センサより下流で冷却水復路を分岐する三方弁と、三方弁を介して冷却水復路からの冷却水を貯湯槽へ供給する第１経路と、三方弁を介して冷却水復路からの冷却水を冷却水往路へ供給する第２経路とを備え、その三方弁は、前記コントローラからの指示によって、冷却水復路と第１経路を連通して冷却水復路と第２経路を非連通とする状態と、冷却水復路と第２経路を連通して冷却水復路と第１経路を非連通とする状態との間で切替わり、そのコントローラは、発電ユニットが発電を行いかつ第２温度センサで検出される温度が第２所定値を超える場合には、三方弁を制御して冷却水を冷却水復路から貯湯槽へ供給し、発電ユニットが発電を行いかつ第２温度センサで検出される温度が第２所定値に満たない場合には、三方弁を制御して冷却水を冷却水復路から冷却水往路へ供給することが好ましい。
【００１４】
上記のコージェネレーションシステムによれば、冷却水復路を流れる冷却水の温度が高い場合にのみ、その冷却水を貯湯槽へ流入させ、冷却水の温度が低い場合には、その冷却水を貯湯槽へ流入させることなく、冷却水往路へ流入させることができる。
貯湯槽の内部には温度成層が形成されており、給湯時に貯湯槽の上部から温水を汲み出すことによって、内部に貯えられた熱を効率よく給湯に利用することができる。この貯湯槽へ低温の水を流入させると、温度成層が崩れてしまい、貯湯槽に貯えられた熱の利用効率が低下させてしまう。
本発明のコージェネレーションシステムによれば、低温の水が貯湯槽に流入することを防ぐことによって、貯湯槽に貯えられた熱を効率よく利用することができる。
【００１５】
上記のコージェネレーションシステムでは、第２熱交換器を経由して貯湯槽へ至る部分の冷却水復路が、貯湯槽から第１熱交換器を経由する給湯経路を兼用しており、前記第２熱交換器が前記第１熱交換器を兼用していることが望ましい。
【００１６】
上記のコージェネレーションシステムでは、発電ユニットで加熱された冷却水は給湯経路を逆流し、第１熱交換器を通過し、貯湯槽へ流入する。このような構成とすることによって、第１熱交換器と第２熱交換器を兼用することができる。コージェネレーションシステムを小型化することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のコージェネレーションシステムによれば、安定した湯温で給湯を持続することが可能であり、かつエネルギー効率の高いコージェネレーションシステムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１）熱媒体循環経路内の熱媒体は水である。
（形態２）熱媒体循環経路の熱媒体は暖房機を加熱するために利用される。
（形態３）貯湯槽の温水温度が温水利用箇所で必要とされる温水温度より高い場合のために、貯湯槽からの温水と水道水を混合して調温するミキシングユニットが設けられる。ミキシングユニットは給湯経路の途中に設けられる。給湯経路は、貯湯槽の温水をミキシングユニットまで送る第１給湯経路と、ミキシングユニットで混合された混合水（混合されなかった場合は温水）を温水利用箇所まで送る第２給湯経路を備える。
【実施例】
【００１９】
図面を参照しながら、本発明のコージェネレーションシステムを具現化した実施例を説明する。図１は、本実施例のコージェネレーションシステム５００のシステム図である。コージェネレーションシステム５００は、発電ユニット１００と給湯システム１０等を備えている。
【００２０】
発電ユニット１００は、燃料電池１１４と改質器１１２と発電熱媒循環経路１２４を備えている。燃料電池１１４は複数の燃料電池セルを有している。燃料電池１１４は、改質器１１２から供給される水素ガスと、空気中の酸素とを反応させて発電を行う。燃料電池１１４は発電すると発電熱を発生する。発電熱を発生した燃料電池１１４は、発電熱媒循環経路１２４を通る熱媒によって冷却され、発電適温に維持される。
【００２１】
改質器１１２は外部から供給される燃料ガスを改質して、水素ガスを生成する。改質器１１２はバーナ１３１を備えており、バーナ１３１の燃焼熱を利用して、燃料ガスを改質する。生成された水素ガスは、水素ガス経路１２１を経由して、燃料電池１１４へ供給される。バーナ１３１の燃焼によって発生する高温の燃焼ガスは、燃焼ガス経路１２６に導かれる。燃焼ガス経路１２６は、熱交換器１１６を経て、外部に開放されている。燃焼ガス経路１２６へ導かれた燃焼ガスは、熱交換器１１６で冷却された後、外部へ排出される。
【００２２】
発電熱媒循環経路１２４は、熱媒としての純水を循環させる。発電熱媒循環経路１２４は、リザーブタンク１２５と、熱媒三方弁１２２と、燃料電池１１４と、熱交換器１１８を経由して、リザーブタンク１２５に戻る循環路を形成する。リザーブタンク１２５から供給される熱媒は、燃料電池１１４で加熱された後、熱交換器１１８で冷却されて、リザーブタンク１２５へ戻る。
【００２３】
熱媒三方弁１２２は、１つの入口１２２ａと２つの出口１２２ｂ，１２２ｃを備えている。熱媒三方弁１２２は、入口１２２ａと出口１２２ｂを連通させるか、入口１２２ａと出口１２２ｃを連通させるかを切替える。熱媒三方弁１２２の出口１２２ｃには、経路１３０の一端が接続されている。経路１３０の他端は燃料電池１１４に接続されている。熱媒三方弁１２２の出口１２２ｂには、経路１２９の一端が接続されている。経路１２９の他端は経路１３０に接続されている。熱媒三方弁１２２の入口１２２ａを通った熱媒（純水）は、出口１２２ｂから出て経路１２９と経路１３０を経由して燃料電池１１４に導かれるか、あるいは、出口１２２ｃから出て経路１３０を経由して燃料電池１１４に導かれる。
【００２４】
経路１２９の途中には熱媒放熱器１２０が設けられている。熱媒放熱器１２０に隣接して熱媒冷却ファン１１９が設けられている。熱媒冷却ファン１１９を運転すると、空気が熱媒放熱器１２０に吹付けられ、経路１２９を流れる熱媒が冷却される。
【００２５】
発電熱媒循環経路１２４の燃料電池１１４より下流側には、熱媒温度センサ１１７が接続されている。熱媒温度センサ１１７は、発電熱媒循環経路１２４を流れる熱媒の温度を検出する。熱媒温度センサ１１７の検出信号は、給湯システム１０に装着されているコントローラ２１に出力される。
【００２６】
燃料電池１１４が作動すると、熱媒三方弁１２２の入口１２２ａと出口１２２ｃが連通されるとともに、熱媒ポンプ１２７が駆動される。熱媒ポンプ１２７が駆動されると、発電熱媒循環経路１２４を熱媒が循環する。発電熱媒循環経路１２４を熱媒が循環することにより、燃料電池１１４から発電熱が回収される。発電熱を回収した熱媒は、熱交換器１１８で冷却され、再び発電熱媒循環経路１２４を循環する。
【００２７】
熱媒温度センサ１１７が検出する熱媒温度が高くなりすぎると、発電熱の回収が不十分となってしまうため、熱媒放熱器１２０による放熱を行う。熱媒三方弁１２２の入口１２２ａと出口１２２ｂが連通され、同時に熱媒冷却ファン１１９が運転される。熱媒三方弁１２２の入口１２２ａと出口１２２ｂが連通されると、熱媒は経路１２９に流入する。経路１２９へ流入した熱媒は熱媒放熱器１２０を通過し、熱媒冷却ファン１１９から吹付けられる空気によって放熱する。熱媒温度センサ１１７で検出される熱媒温度が低下すると、熱媒三方弁１２２の入口１２２ａと出口１２２ｃが再び連通される。このような熱媒三方弁１２２の切替えが繰返されることにより、熱媒の温度は、所定範囲内に維持される。
【００２８】
熱回収経路１２８は、給湯システム１０から熱回収往路１２８ａを経由して供給される水（冷却水）を、熱交換器１１８および熱交換器１１６で加熱した後、熱回収復路１２８ｂを経由して給湯システム１０へ戻す。
【００２９】
熱交換器１１８の内部を、発電熱媒循環経路１２４と熱回収経路１２８が通過している。熱交換器１１８は、互いに対向する方向に流れる発電熱媒循環経路１２４内の熱媒と熱回収経路１２８内の水との間で熱交換させる。熱回収経路１２８を流れる水は、熱交換器１１８を通過することによって発電熱媒循環経路１２４内の熱媒によって加熱され、温度が上昇する。熱回収経路１２８を流れる水は、熱交換器１１８を通過した後、熱交換器１１６へ送られる。
【００３０】
熱交換器１１６の内部を、燃焼ガス経路１２６と熱回収経路１２８が通過している。熱交換器１１６は、互いに対向する方向に流れる燃焼ガス経路１２６内の高温の燃焼ガスと熱回収経路１２８を流れる水との間で熱交換させる。熱回収経路１２８を流れる水は、熱交換器１１６を通過することによって燃焼ガス経路１２６を流れる燃焼ガスによって加熱され、温度が上昇する。熱回収経路１２８を流れる水は、熱交換器１１６を通過した後、熱回収復路１２８ｂへ送られる。
【００３１】
なお、上記した改質器１１２、燃料電池１１４、バーナ１３１、熱媒三方弁１２２、熱媒ポンプ１２７、熱媒冷却ファン１１９は、後述するコントローラ２１によって制御される。
【００３２】
給湯システム１０は、貯湯槽２０とミキシングユニット（混合器）２４とバーナ（熱源器）７４とシスターン６３と熱交換器４６，８２とポンプ４０、７１、９５とコントローラ２１等を備えている。
【００３３】
貯湯槽２０の底部には、貯湯槽２０に水道水を給水する共用経路２６が接続されている。共用経路２６の入口２６ａの近傍には、減圧弁２８と開閉弁２８ａが装着されている。減圧弁２８は給水圧力を調整する。開閉弁２８ａは減圧弁２８の下流に設けられ、給湯システム１０へ給水する場合に開かれ、給水を停止する場合に閉じられる。
【００３４】
共用経路２６の開閉弁２８ａより下流側とミキシングユニット２４の給水入口２４ａは、ミキシングユニット給水経路３０によって接続されている。減圧弁２８は、下流側圧力が低下すると開き、その圧力を所定の調圧値に維持しようとする。貯湯槽２０内の温水が減少したり、ミキシングユニット２４の給水入口２４ａが開いたりすると、減圧弁２８の下流側圧力が低下する。このため、貯湯槽２０内の温水が減少したり、ミキシングユニット２４の給水入口２４ａが開いたりすると、減圧弁２８が開いてそれらに水道水が給水される。開閉弁２８ａと貯湯槽２０の間の共用経路２６に、熱回収往路１２８ａが接続されている。
【００３５】
貯湯槽２０には、減圧弁２８によって調圧値に調圧された水が貯められる。貯湯槽２０は、調圧値に耐えられる耐圧容器で形成されている。貯湯槽２０の上部には出口部２０ａが設けられており、さらにその上にリリーフ弁３１が装着されている。リリーフ弁３１の開弁圧力は、減圧弁２８の調圧値よりも僅かに大きく設定されている。減圧弁２８の調圧が不能になった場合には、リリーフ弁３１が開き、貯湯槽２０内の圧力が耐圧圧力を超えるのを防止する。リリーフ弁３１には、圧力開放経路３２の一端が接続されている。圧力開放経路３２の他端は貯湯槽２０の外部に開放されている。
【００３６】
圧力開放経路３２と貯湯槽２０の底部と連通する共用経路２６との間には、排水経路３４が配置されている。排水経路３４には排水弁３３が挿入されている。排水弁３３は、コントローラ２１によって制御される。開閉弁２８ａを閉じた状態で排水弁３３が開かれると、貯湯槽２０内の水が、共用経路２６と排水経路３４と圧力開放経路３２を介して外部に排水される。
【００３７】
貯湯槽２０の上部の出口部２０ａには、第１温水経路４２の一端が接続されている。第１温水経路４２の他端は、三方弁４８の第１出入口４８ａと接続されている。
三方弁４８は、コントローラ２１によって制御される。三方弁４８は、（１）第１出入口４８ａと第２出入口４８ｂを開けて第３出入口４８ｃを閉める状態、又は（２）第２出入口４８ｂと第３出入口４８ｃを開けて第１出入口４８ａを閉める状態に制御される。それぞれの状態のときにどのように水が流れるのかは後で説明する。
【００３８】
三方弁４８の第２出入口４８ｂには、第２温水経路４３の一端が接続されている。第２温水経路４３の他端は、ミキシングユニット２４の温水入口２４ｃと接続されている。第２温水経路４３は、熱交換器４６を通過するように配置されている。熱交換器４６とミキシングユニット２４の間の第２温水経路４３には熱回収復路１２８ｂが接続されている。また三方弁４８と熱交換器４６の間の第２温水経路４３には、排熱回収温度センサ４５が設けられている。排熱回収温度センサ４５で検出される温度は、コントローラ２１に出力される。
【００３９】
三方弁４８の第３出入口４８ｃには、第３温水経路４４の一端が接続されている。第３温水経路４４の他端は共用経路２６に接続されている。
【００４０】
熱回収往路１２８ａにはポンプ４０が接続されている。このポンプ４０はコントローラ２１によって制御される。三方弁４８が第１出入口４８ａと第２出入口４８ｂを開けて第３出入口４８ｃを閉める状態に制御され、ポンプ４０が駆動されると次のように水が流れる。
【００４１】
貯湯槽２０の下部から冷水が取出される。取出された冷水は、共用経路２６、熱回収往路１２８ａ、熱回収復路１２８ｂ、第２温水経路４３、及び第１温水経路４２を介して、貯湯槽２０の上部から貯湯槽２０内に戻る。即ち、このシステム５００では、貯湯槽２０から取出された冷水が発電ユニット１００を通過する間に加熱され、加熱された温水が貯湯槽２０に戻る循環経路が構成されている。
【００４２】
熱回収経路１２８（１２８ａと１２８ｂ）は、熱交換器１１８と熱交換器１１６を通過している。従って、改質器１１２と燃料電池１１４が作動していると、熱回収経路１２８内の水は熱交換器１１６，１１８によって加熱される。貯湯槽２０の下部から取出された冷水は、発電ユニット１００の発電熱で加熱されて昇温する。そして、昇温した温水が貯湯槽２０の上部に戻される。
【００４３】
貯湯槽２０内の温水が上記のように発電ユニット１００を通過して循環することによって、貯湯槽２０に高温の温水が貯えられる。貯湯槽２０内に高温の温水が貯えられると、貯湯槽２０の内部には低温層の上部に高温層が積層した状態（温度成層と言う）が形成される。温度成層を形成する高温層と低温層の温度差は大きく、高温層よりも深い部分では水の温度は急激に低下する。発電中に、貯湯槽２０の底部から低温の水が吸出され、上部に高温の温水が戻され続けると、高温層は低温層と交じり合うことなく、低温層の厚さ（深さ）は次第に小さくなり、高温層の厚さ（深さ）は次第に大きくなる。貯湯槽２０に完全に蓄熱された状態では、貯湯槽２０の全体に高温の温水が貯まった状態になる。温度成層が形成されることにより、貯湯槽２０に完全に蓄熱が行われていなくても、貯湯槽２０の最上部に設けられている出口部２０ａからは、高温の温水が送り出される。貯湯槽２０の温水が利用される場合、貯湯槽２０の上部の高温の温水が吸出され、底部から水道水が入水する。この場合、高温層の厚さ（深さ）は次第に小さくなり、低温層の厚さ（深さ）は次第に大きくなる。貯湯槽２０内の温水を使い切ると、貯湯槽２０内は水道水で満たされた状態になる。
【００４４】
貯湯槽２０の上部から５リットルの箇所に貯湯槽温度センサ３５が取り付けられている。貯湯槽温度センサ３５は貯湯槽２０内の上部の温度を検出する。この貯湯槽温度センサ３５は、かなり上位置に取り付けられているために、高温層が極めて小さくない限り、高温層の温度を検出することになる。貯湯槽温度センサ３５の検出信号はコントローラ２１に出力される。貯湯槽温度センサ３５の検出温度は湯温制御に利用される。また貯湯槽２０の蓄熱量の算出に利用される。算出される蓄熱量は、コントローラ２１に用意されている記憶部に経時的に記憶される。
なお、本実施例では、貯湯槽２０の内部に一つしか貯湯槽温度センサ３５を設けていないが、貯湯槽温度センサ３５より下方にさらに温度センサを設けてもよい。この場合、複数の温度センサの検出温度が種々の制御に利用される。
【００４５】
ミキシングユニット２４は、給水入口２４ａと温水入口２４ｃと混合水出口２４ｂと水道水温度センサ５０と温水温度センサ５１と混合水温度センサ５２とハイカットサーミスタ５３と混合水流量センサ５４と流量サーボ５５を有している。
【００４６】
給水入口２４ａには、ミキシングユニット給水経路３０から水道水が流入する。給水入口２４ａは、その開度を変えることによって給水流量を調整できる流量調整弁（以下では給水流量調整弁２４ａと記載することもある）である。温水入口２４ｃには、第２温水経路４３からの温水が流入する。温水入口２４ｃは、その開度を変えることによって温水流量を調整できる流量調整弁（以下では温水流量調整弁２４ｃと記載することもある）である。給水流量調整弁２４ａと温水流量調整弁２４ｃの開度はコントローラ２１によって制御される。給水入口２４ａから流入した水道水と温水入口２４ｃから流入した温水は混合され、その混合水は混合水出口２４ｂから流出する。
【００４７】
水道水温度センサ５０は、給水入口２４ａに流入する水道水の温度を検出する。温水温度センサ５１は、温水入口２４ｃに流入する温水の温度を検出する。混合水温度センサ５２とハイカットサーミスタ５３は、混合水出口２４ｂから流出する混合水の温度を検出する。混合水流量センサ５４は、混合水出口２４ｂから流出する混合水の流量を検出する。流量サーボ５５は、その開度を変えることによって混合水の流量を調整できる流量調整弁である。水道水温度センサ５０、温水温度センサ５１、混合水温度センサ５２、ハイカットサーミスタ５３、及び混合水流量センサ５４の検出信号は、コントローラ２１に出力される。また、流量サーボ５５の開度は、コントローラ２１によって制御される。
【００４８】
コントローラ２１は、各温度センサ３５，５０，５１，５２，７５ａ（このサーミスタについては後に詳述する）の検出信号を用いて、温水入口２４ｃの開度と給水入口２４ａの開度を変化させる。温水入口２４ｃの開度と給水入口２４ａの開度を変化させると、貯湯槽２０からの温水と水道水（冷水）の混合比が調整される。貯湯槽２０からの温水と水道水の混合比が調整されると、混合水出口２４ｂから流出する混合温水の温度が所定値に維持される。
【００４９】
コントローラ２１は、ハイカットサーミスタ５３によって温水が上記の所定値を大きくオーバーしたことが検出された場合（即ち、混合水温度センサ５２等やミキシングユニット２４が故障した可能性が高い場合）に、温水入口２４ｃを閉じる。温水入口２４ｃが閉じると、上記の所定値を大きくオーバーした温度の温水が給湯されてしまうのが防止される。
【００５０】
ミキシングユニット２４の混合水出口２４ｂには、第１混合水経路６０の一端が接続されている。第１混合水経路６０の他端は、第２混合水経路６１と第３混合水経路６２に接続している。
【００５１】
第３混合水経路６２は一端が第１混合水経路６０に接続され、多端が給湯栓６７に接続されている。給湯栓６７は、浴室、洗面所、台所等に配置されている。図１では、これらの複数の給湯栓を１つの給湯栓６７で表現している。給湯栓６７の近傍には、ユーザが操作できるリモコン２３が設けられている。なお、図１では、リモコン２３が給湯栓６７の近くに配置されていない（リモコン２３はコントローラ２１の右側に示されている）。リモコン２３は、コントローラ２１に接続されている。ユーザは、リモコン２３を操作することによって、所望の温水温度を設定することができる。リモコン２３に入力された情報はコントローラ２１に送られる。コントローラ２１は、ユーザが設定した温度の温水が給湯されるように、ミキシングユニット２４や後述するポンプ７１やバーナ７４等を制御する。
【００５２】
第２混合水経路６１は一端が第１混合水経路６０に接続され、他端がシスターン６３に接続されている。第２混合水経路６１のシスターン６３より僅かに上流には、補給水弁６１ａが設けられている。補給水弁６１ａは、コントローラ２１によって制御される。補給水弁６１ａは、内蔵しているソレノイドが駆動されることによって開閉する。補給水弁６１ａが開かれると、ミキシングユニット２４からの温水がシスターン６３に供給される。
【００５３】
シスターン６３は水（温水）を貯めるタンクである。シスターン６３内には水位電極６３ａ，６３ｂが装着されている。水位電極６３ａの下端は、シスターン６３のハイレベル水位に位置している。水位電極６３ｂの下端は、シスターン６３のローレベル水位に位置している。水位電極６３ａと水位電極６３ｂは、水に触れていると検出信号をコントローラ２１に出力する。コントローラ２１は、水位電極６３ａ，６３ｂからの検出信号によって、シスターン６３の水位がハイレベル水位を超えているか、ハイレベル水位とローレベル水位の間にあるか、ローレベル水位よりも低いかを判別する。シスターン６３として適正なのは、水位がハイレベルとローレベルの間に位置している状態である。コントローラ２１は、水位電極６３ａ，６３ｂからの検出信号に基づいて補給水弁６１ａを開閉制御し、シスターン６３の水位を適正範囲に維持する。
【００５４】
シスターン６３の底部には、シスターン往路７０の一端が接続されている。シスターン往路７０にはポンプ７１が接続されている。ポンプ７１はコントローラ２１によって制御される。シスターン往路７０の他端は、バーナ経路７２と低温暖房経路７３に分岐している。
【００５５】
バーナ経路７２は、ガス燃焼式のバーナ７４によって加熱可能である。バーナ７４が作動すると、バーナ経路７２内の水が昇温する。バーナ経路７２のバーナ７４より上流側には、低温暖房温度センサ７５ａが接続されている。バーナ経路７２のバーナ７４より下流側には、高温暖房温度センサ７５ｂが接続されている。これらの温度センサ７５ａ，７５ｂは、バーナ経路７２内の水温を検出する。温度センサ７５ａ，７５ｂは、コントローラ２１と接続されている。温度センサ７５ａ，７５ｂによって検出された水温はコントローラ２１に取り込まれる。
【００５６】
バーナ経路７２の他端は、２つの経路８３，８４に分岐している。以下では。経路８３のことを高温暖房経路と呼ぶ。また、経路８４のことを熱交換経路と呼ぶ。
【００５７】
高温暖房経路８３は高温暖房機８５の入口に接続されている。本実施例の高温暖房機８５は浴室暖房機である。高温暖房機８５は熱動弁８５ａを有している。熱動弁８５ａはコントローラ２１によって制御される。高温暖房機８５が使用されるときに熱動弁８５ａが開かれる。高温暖房機８５が使用されない間は熱動弁８５ａが閉じられている。
【００５８】
高温暖房機８５の出口には戻り経路８０が接続されている。高温暖房機８５内を通過した温水は、戻り経路８０に流入する。
【００５９】
戻り経路８０は潜熱熱交換器８９を通過している。潜熱熱交換器８９は、バーナ７４に近接して配置されており、バーナ７４がバーナ経路７２を加熱した後の燃焼ガス中に含まれる水蒸気から潜熱を回収する。潜熱熱交換器８９内の水蒸気が戻り経路８０に接触して結露することによって、戻り経路８０内の水が暖められる。本実施例では、潜熱熱交換器８９を設けることによって、効率的に加熱するようにしている。戻り経路８０の終端は、シスターン復路７７に接続されている。シスターン復路７７は、シスターン６３の底部に接続されている。
【００６０】
バーナ経路７２のバーナ７４より下流には、熱動弁経路７６の一端が接続されている。熱動弁経路７６の他端は、シスターン復路７７に接続されている。熱動弁経路７６には熱動弁７８が挿入されている。熱動弁７８は、コントローラ２１によって制御される。熱動弁経路７６は、熱動弁７８をバイパスするバイパス経路７６ａを有している。バイパス経路７６ａの口径は、熱動弁経路７６の本経路の口径より小さい。従って、熱動弁７８が閉じられると、熱動弁経路７６を流れる水量が少なくなる。
【００６１】
バーナ経路７２のバーナ７４より下流には、追焚き経路７９の一端が接続されている。追焚き経路７９の他端は戻り経路８０に接続されている。追焚き経路７９には、熱動弁８１が挿入されている。熱動弁８１は、コントローラ２１によって制御される。追焚き経路７９は、熱交換器８２を通過している。
【００６２】
熱交換経路８４は、熱交換器４６を通過している。熱交換器４６では、第２温水経路４３内の水と熱交換経路８４内の水の間で熱交換が行われる。熱交換経路８４の終端は戻り経路８０に接続されている。熱交換経路８４には流量制御弁８４ａが挿入されている。流量制御弁８４ａは、その開度を変えることによって流量を調整することができる。流量制御弁８４ａは、コントローラ２１によって制御される。
【００６３】
シスターン往路７０から分岐した低温暖房経路７３は、低温暖房機８６の入口に接続されている。本実施例の低温暖房機８６は床暖房機である。低温暖房経路７３には熱動弁８７が挿入されている。熱動弁８７はコントローラ２１によって制御される。低温暖房機８６が使用されるときに熱動弁８７が開かれる。低温暖房機８６が使用されない間は熱動弁８７が閉じられている。低温暖房機８６の出口には、経路８８の一端が接続されている。経路８８の他端は戻り経路８０に接続されている。
【００６４】
風呂の浴槽９１の吸出口９１ａと供給口９１ｂは、風呂循環経路９０によって接続されている。風呂循環経路９０には、風呂水位センサ９２、風呂水流スイッチ９３、風呂サーミスタ９４、及びポンプ９５が装着されている。風呂水位センサ９２と風呂水流スイッチ９３と風呂サーミスタ９４は、コントローラ２１に検出信号を出力する。風呂水位センサ９２は水圧を検出する。コントローラ２１は、風呂水位センサ９２が検出した水圧から浴槽９１に張られている湯の水位を推定する。風呂水流スイッチ９２は風呂循環経路９０を水が流れるとオンになる。風呂サーミスタ９４は、浴槽９１から吸出された温水の温度を検出する。ポンプ９５はコントローラ２１によって制御される。
風呂循環経路９０は熱交換器８２を通過している。上述したように、追焚き経路７９も熱交換器８２を通過しており、熱交換器８２では、風呂循環経路９０と追焚き経路７９の間で熱交換が行われる。
【００６５】
風呂循環経路９０と第２混合水経路６１は、第４混合水経路６４を介して接続されている。第４混合水経路６４には、ソレノイド駆動タイプの注湯弁６５と、湯張り量センサ６６が装着されている。注湯弁６５は、コントローラ２１によって制御される。浴槽９１に湯を張るときには、注湯弁６５が開かれる。注湯弁６５が開かれると、第２混合水経路６１から第４混合水経路６４へ温水が流入し、第４混合水経路６４へ流入した温水は風呂循環経路９０に流入する。風呂循環経路９０に流入した温水は、吸出口９１ａと供給口９１ｂから浴槽９１に供給される。これにより、浴槽９１に湯張りされる。湯張り量センサ６６は、第４混合水経路６４を流れる水量を検出することにより、浴槽９１への給湯（湯張り運転）の際に、それがどの程度行われたのかを推定する。湯張り量センサ６６はコントローラ２１に検出信号を出力する。
【００６６】
続いて、図２を参照して、コントローラ２１の構成について説明する。コントローラ２１は、ＣＰＵ２１ａとＲＯＭ２１ｂとＲＡＭ２１ｃと入力ポート２１ｄと出力ポート２１ｅを有している。これらの各要素はバス線２１ｆによって通信可能に接続されている。
【００６７】
ＣＰＵ２１ａは、ＲＯＭ２１ｂに格納されている制御プログラムを処理する。ＲＯＭ２１ｂに格納されているプログラムの中には、発電ユニット１００を制御するプログラムと給湯システム１０を制御するプログラムが含まれる。ＲＡＭ２１ｃは、コントローラ２１に入力される各種信号や、ＣＰＵ２１ａが処理を実行する過程で生成される各種データを一時的に記憶する。
【００６８】
入力ポート２１ｄには、各種センサ３５等やリモコン２３が接続されている。センサ３５等やリモコン２３から出力された情報は入力ポート２１ｄに入力される。ＣＰＵ２１ａは、入力ポート２１ｄに入力された情報を取り込む。ＣＰＵ２１ａは、入力された情報に基づいて各種制御を実行する。なお、図２では、入力ポート２１ｄに接続されている全ての要素を図示していない。例えば、センサ６６，９２，９３，９４等が図示されていない。
【００６９】
出力ポート２１ｅには、各種弁７８等、各種ポンプ４０、バーナ７４等が接続されている。ＣＰＵ２１ａが生成して出力した各種信号は、出力ポート２１ｅを介して各種弁７８等、各種ポンプ４０、バーナ７４等に入力される。各種弁７８等は、入力された信号に従って開閉する。また、各種ポンプ４０やバーナ７４は、入力された信号に従って駆動を開始したり駆動を停止したりする。図２では、出力ポート２１ｅに接続されている全ての要素を図示していない。例えば、発電ユニット１００の各要素は図示していない。また、弁６１ａ等を図示していない。
【００７０】
続いて、上記したコントローラ２１によって実行される各種の処理について説明する。ここでは、本発明にあまり関連しない処理については説明を省略する。例えば、貯湯槽２０内の水を排水する処理については詳しく説明しない。
【００７１】
（１）蓄熱処理
コントローラ２１は、電力需要に応じて発電ユニット１００の運転を開始する。発電ユニット１００の運転を開始した時点で、給湯栓６７が設置された給湯利用箇所への給湯や、浴槽９１への湯張りをしていない場合、コントローラ２１は蓄熱処理を実施する。
【００７２】
図３は蓄熱処理の詳細を示すフローチャートである。
ステップＳ３０２で蓄熱処理を開始すると、ステップＳ３０４でコントローラ２１は排熱回収温度センサ４５で検出される温度（以下では排熱回収温度と呼ぶ）をしきい値と比較する。本実施例のコージェネレーションシステム５００では、しきい値は４５℃である。排熱回収温度が４５℃に満たない場合（ステップＳ３０４でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ３０６へ移行し、三方弁４８の第２出入口４８ｂと第３出入口４８ｃを連通させ、第１出入口４８ａを閉じる。排熱回収温度が４５℃以上の場合（ステップＳ３０４でＮＯの場合）、処理はステップＳ３０８へ移行し、三方弁４８の第１出入口４８ａと第２出入口４８ｂを連通させ、第３出入口４８ｃを閉じる。
【００７３】
その後、ステップＳ３１０でコントローラ２１はポンプ４０を駆動して、発電ユニット１００から給湯システム１０への排熱回収を行う。ポンプ４０の駆動によって、貯湯槽２０の下部から水が取出され、取出された水は共用経路２６、熱回収往路１２８ａを通って発電ユニット１００へ流入する。発電ユニット１００へ流入した水は、発電熱によって加熱された後、熱回収復路１２８ｂ、第２温水経路４３へ流入する。第２温水経路４３内の水温は排熱回収温度として検出されており、水温が４５℃以上の場合には、第２温水経路４３内の温水は三方弁４８から第１温水経路４２を経由して貯湯槽２０の上部へ流入する。水温が４５℃に満たない場合には、第２温水経路４３内の温水は三方弁４８から第３温水経路４４を経由して共用経路２６へ流入する。
【００７４】
ステップＳ３１２で、コントローラ２１は、流量制御弁８４ａを全開に開き、ポンプ７１を駆動する。ポンプ７１の駆動によって、シスターン６３内の水は、シスターン往路７０、バーナ経路７２、熱交換経路８４、戻り経路８０、シスターン復路７７を経由する流路を循環する。以下ではシスターン６３、シスターン往路７０、バーナ経路７２、熱交換経路８４、戻り経路８０、シスターン復路７７によって構成される流路を、単に循環路と呼ぶ。
【００７５】
ステップＳ３１４で、コントローラ２１は、低温暖房温度センサ７５ａで検出される温度（以下では熱媒温度と呼ぶ）をしきい値と比較する。本実施例のコージェネレーションシステム５００では、しきい値はユーザがリモコン２３に設定した給湯温度（以下では設定温度と呼ぶ）に５℃を加えた値である。上記の設定温度は、ユーザがリモコン２３を用いて給湯温度を設定したときにコントローラ２１に入力される。コントローラ２１は以前に入力された給湯温度を読み込むことによって設定温度を得る。熱媒温度がしきい値以上の場合（ステップＳ３１４でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ３１６へ移行し、コントローラ２１は、ポンプ７１を停止し、流量制御弁８４ａを閉じる。ステップＳ３１６の後、処理はステップＳ３２２へ移行する。熱媒温度がしきい値に満たない場合（ステップＳ３１４でＮＯの場合）、処理はステップＳ３１８へ移行し、コントローラ２１は、ポンプ７１の駆動をそのまま継続する。ステップＳ３１８の後、処理はステップＳ３２２へ移行する。
【００７６】
ステップＳ３２２では、コントローラ２１は、発電ユニット１００での発電が終了したか否かを判断する。発電が終了した場合（ステップＳ３２２でＹＥＳの場合）、蓄熱処理を終了するために、処理はステップＳ３２４へ進む。発電が終了していない場合（ステップＳ３２２でＮＯの場合）、蓄熱処理を継続するために、処理はステップＳ３０４へ移行し、上述した処理を繰り返す。
【００７７】
ステップＳ３２４では、コントローラ２１は、ポンプ４０の駆動を停止する。
ステップＳ３２６では、コントローラ２１は、この時点でポンプ７１が駆動していれば、ポンプ７１の駆動を停止する。またステップＳ３２６では、コントローラ２１は、この時点で流量制御弁８４ａが開いていれば、流量制御弁８４ａを閉じる。
ステップＳ３２８では、コントローラ２１は、三方弁４８の第１出入口４８ａと第２出入口４８ｂを連通させ、第３出入口４８ｃを閉じ、蓄熱処理を終了する。
【００７８】
上記の処理によれば、第２温水経路４３を通過する温水と、熱交換経路８４を通過する水の間で、熱交換が行われる。第２温水経路４３を通過する温水は、発電ユニット１００の発電熱によって加熱され、高温となっている。熱交換経路８４を通過する水は、第２温水経路４３を通過する温水との熱交換によって加熱される。また、第２温水経路４３を通過する温水は、熱交換経路８４を通過する水との熱交換によって冷却される。
熱交換経路８４を通過する水は、循環路の内部を循環している。熱交換器４６での熱交換によって、循環路内の水温は上昇する。上記の処理によれば、蓄熱処理を実施する度に、循環路内の水温を検知し、必要であれば発電熱を利用して循環路内の水を加熱することで、循環路内の水を保温しておくことができる。
第２温水経路４３を通過する温水は、冷却後も高温であれば（熱交換器４６より下流で検出される水温が４５℃以上であれば）、貯湯槽２０へ流入する。冷却後に低温であれば（熱交換器４６より下流で検出される水温が４５℃未満であれば）、共用経路２６へ流入する。
【００７９】
上記した循環路内の水温は、熱媒温度として検出されている。熱媒温度がしきい値以上になると、ポンプ７１が停止し、流量制御弁８４ａが閉じられ、循環路内の水の循環が停止する。熱交換経路８４内の水は循環しなくなり、第２温水経路４３を通過する温水との熱交換も行われなくなる。
上記の処理によれば、循環路内の水温は設定温度より５℃程度高い温度に保たれる。循環路内の水温を必要以上に高温とすることなく、循環路内の水を保温することができる。
【００８０】
上記の処理によれば、循環路内の水温は設定温度より５℃程度高い温度に保たれる。これによって、その後の給湯運転において貯湯槽２０から汲み出される温水の温度が低い場合でも、ユーザがリモコンによって設定した給湯温度まで加熱された温水を給湯栓６７へ即座に供給することができる。
なお上記のステップＳ３１４では、熱媒温度のしきい値として、設定温度に５℃を加えた値を用いているが、これは例示に過ぎず、設定温度より高い温度であれば、どのような値を用いてもよい。例えば設定温度に１０℃を加えた値を用いてもよい。
【００８１】
上記の蓄熱処理においては、第２温水経路４３を流れる湯水の温度に応じて、三方弁４８の状態を切替える。第２温水経路４３内の水温が４５℃以上の場合には、第２温水経路４３内の温水を第１温水経路４２を経由して貯湯槽２０の上部へ流入させる。また第２温水経路４３内の水温が４５℃に満たない場合には、第２温水経路４３内の温水を第３温水経路へ流入させ、貯湯槽２０には流入させない。
貯湯槽２０内には温度成層が形成されており、給湯時に貯湯槽２０の上部から温水を汲み出すことによって、内部に貯えられた熱を効率よく給湯に利用することができる。この貯湯槽２０の上部へ低温の水を流入させると、温度成層が崩れてしまい、貯湯槽２０に貯えられた熱の利用効率が低下してしまう。
本実施例のコージェネレーションシステム５００によれば、低温の水が貯湯槽２０の上部から流入することを防ぐことによって、貯湯槽２０に貯えられた熱を効率よく利用することができる。
なお上記のステップＳ３０４では、排熱回収温度のしきい値を４５℃としているが、これは例示に過ぎず、貯湯槽２０内の温度成層を崩さない程度の高温であれば、どのような値を用いてもよい。例えば排熱回収温度のしきい値を５０℃としてもよい。
【００８２】
なお上記の蓄熱処理は、以下で述べる低温暖房機運転処理や高温暖房機運転処理と並行して実施することができる。この場合、ポンプ７１は暖房運転を目的として既に駆動されているため、ステップＳ３１０、Ｓ３１６、Ｓ３２６ではポンプ７１の運転状態を変更することなく、流量制御弁８４ａの開閉状態のみを制御する。
【００８３】
（２）低温暖房機（床暖房機）運転処理
低温暖房機８６の運転を開始すると、コントローラ２１はポンプ７１を駆動する。熱動弁８７を開く。バーナ７４を駆動する。また、低温暖房機運転処理のみが実行される場合は、熱動弁７８を開き、熱動弁８１と熱動弁８５ａと流量制御弁８４ａを閉じる。
シスターン６３の下部から水が取出される。取出された水は、シスターン往路７０、低温暖房経路７３、低温暖房機８６、経路８８、戻り経路８０、及びシスターン復路７７を介してシスターン６３に戻る。
本処理を実行する場合、シスターン６３から取出された水が、シスターン往路７０、バーナ経路７２、熱動弁経路７６、及びシスターン復路７７を介してシスターン６３に戻る流路も存在する。なお、低温暖房機運転処理のみが実行される場合は、熱動弁８５ａと流量制御弁８４ａが閉じられている。このために、高温暖房機８５や熱交換器４６に温水が流入しないために、無駄に熱が使われるのを防止することができる。
バーナ７４が駆動されているために、潜熱熱交換器８９によって戻り経路８０内の水が加熱される。また、バーナ経路７２内の水が加熱される。戻り経路８０やバーナ経路７２が加熱されることによって、シスターン６３内の水が暖められることになる。温水が循環することによって、低温暖房機８６が加熱される。
なお、コントローラ２１は、低温暖房温度センサ７５ａによって検出された温度に基づいて、バーナ７４の能力を調整する。低温暖房温度センサ７５ａによって検出された温度が低温暖房機８６を充分に加熱できる温度である場合には、バーナ７４の能力を最小に設定する（もしくはバーナ７４を駆動しない）。逆に、低温暖房温度センサ７５ａによって検出された温度が低温暖房機８６を充分に加熱できない温度である場合には、バーナ７４の能力を最大に設定する。
【００８４】
（３）高温暖房機（浴室乾燥機）運転処理
コントローラ２１はポンプ７１を駆動する。熱動弁８５ａを開く。熱動弁７８を閉じる。また、高温暖房機運転処理のみが実行される場合は、熱動弁８１と熱動弁８７と流量制御弁８４ａを閉じる。
シスターン６３の下部から水が取出される。取出された水は、シスターン往路７０、バーナ経路７２、高温暖房経路８３、高温暖房機８５、戻り経路８０、及びシスターン復路７７を介してシスターン６３に戻る。
バーナ７４が駆動されているために、潜熱熱交換器８９によって戻り経路８０内の水が加熱される。また、バーナ経路７２内の水が加熱される。戻り経路８０やバーナ経路７２が加熱されることによって、シスターン６３内の水が暖められることになる。温水が循環することによって、高温暖房機８５が加熱される。
本処理を実行する場合、シスターン６３から取出された水が、シスターン往路７０、バーナ経路７２、熱動弁経路７６のバイパス経路７６ａ、及びシスターン復路７７を介してシスターン６３に戻る流路も存在する。バイパス経路７６ａの口径が小さいために、この流路を循環する水量は少ない。この流路を多くの水が循環し、熱動弁経路７６から多くの熱が放熱されることを防止することができる。なお、熱動弁経路７６を完全に閉じずにバイパス経路７６ａを使用するのには次の理由がある。即ち、熱動弁は開くまでにある程度の時間を要する。従って、高温暖房機８５の運転開始を命令してからしばらくの間は熱動弁７８，８５ａが閉じられたままである。バイパス経路７６ａが仮に存在していなくて熱動弁７８，８５ａが閉じられた状態では、水が全く循環しない。従って、もしバイパス経路７６ａが存在しないと、高温暖房機８５の運転要求からしばらくの間はバーナ７４によって加熱された水が循環しないことになり、バーナ経路７２内の水が沸騰してしまう。また、水が循環しないのにポンプ７１が作動すると、ポンプ７１に負荷がかかってしまう。これらの問題を避けるために、バイパス経路７６ａが設けられている。高温暖房機８５の運転要求から熱動弁７８，８５ａが開かれるまでの間もバイパス経路７６ａを介して温水が循環することができる。
なお、コントローラ２１は、高温暖房温度センサ７５ｂによって検出された温度に基づいて、バーナ７４の能力を調整する。高温暖房温度センサ７５ｂによって検出された温度が高温暖房機８５を充分に加熱できる温度である場合には、バーナ７４の能力を最小に設定する（もしくはバーナ７４を駆動しない）。逆に、高温暖房温度センサ７５ｂによって検出された温度が高温暖房機８５を充分に加熱できない温度である場合には、バーナ７４の能力を最大に設定する。
【００８５】
（４）追焚き処理
コントローラ２１はポンプ７１を駆動する。バーナ７４を駆動する。熱動弁８１を開く。ポンプ９５を駆動する。追焚き処理のみが実行される場合は、熱動弁８５ａと熱動弁８７と流量制御弁８４ａを閉じる。
シスターン６３の下部から取出された水は、シスターン往路７０、バーナ経路７２、追焚き経路７９、戻り経路８０、及びシスターン復路７７を介してシスターン６３に戻る。戻り経路８０やバーナ経路７２が加熱されることによって、シスターン６３内の水が暖められることになる。温水が追焚き経路７９に流入して熱交換器８２を通過する。風呂循環ポンプ９５が作動すると、浴槽９１の吸出口９１ａから温水が吸出され、吸出された温水は風呂循環経路９０を流れて供給口９１ｂから浴槽９１に戻る。風呂循環経路９０を流れる温水は、熱交換器８２で追焚き経路７９を流れる温水によって加熱され、浴槽９１の湯が追焚きされる。
【００８６】
（５）給湯栓６７への給湯処理
給湯栓６７への給湯は、ユーザが給湯栓６７を開くことによって行われる。シスターン６３への蓄熱処理が行われていない限り、三方弁４８の第１出入口４８ａと第２出入口４８ｂが開かれており、第３出入口４８ｃが閉じられている。給湯栓６７が開かれると、貯湯槽２０の上部の温水が、第１温水経路４２、第２温水経路４３、ミキシングユニット２４、混合水経路６０、及び第３混合水経路６２を経由して給湯栓６７から給湯される。この給湯の場合、ポンプによって温水が運ばれるのではない。貯湯槽２０内の圧力によって温水が運ばれる。
コントローラ２１は、給湯が開始されたか否かを常時監視している。コントローラ２１は、混合水流量センサ５４の検出値が２．７（Ｌ／ｍ；リットル／分）を超えると、給湯が開始されたと判断する。
【００８７】
給湯が開始されると、コントローラ２１は図４に示す給湯処理を開始する。
ステップＳ４０２で給湯が開始されると、コントローラ２１は、熱媒温度と設定温度を比較する（ステップＳ４０４）。熱媒温度が設定温度以上の場合（ステップＳ４０４でＹＥＳの場合）、温度補正量αを１℃に設定する（ステップＳ４０６）。熱媒温度が設定温度に満たない場合（ステップＳ４０４でＮＯの場合）、温度補正量αを５℃に設定する（ステップＳ４０８）。
【００８８】
温度補正量αが設定されると、処理はステップＳ４１０へ移行し、コントローラ２１は、貯湯槽２０内の水温をしきい値と比較する。貯湯槽２０の水温は、貯湯槽温度センサ３５によって検出される。しきい値は、ユーザによって設定された給湯温度（設定温度）に、温度補正量αを加算した値が用いられる。貯湯槽２０内の水温がしきい値を超えている場合（ステップＳ４１０でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ４１２へ進み、蓄熱給湯を行う。貯湯槽２０内の水温がしきい値以下の場合（ステップＳ４１０でＮＯの場合）、処理はステップＳ４１８へ進み、燃焼給湯を行う。
【００８９】
ステップＳ４１２では、ミキシングユニット２４を制御する。具体的には、設定温度の温水が得られるように給水流量調整弁２４ａの開度と温水流量調整弁２４ｃの開度を制御する。コントローラ２１は、設定温度と水道水温度センサ５０の値と温水温度センサ５１の値とからそれぞれの弁２４ａ，２４ｃの開度をフィードフォワード制御する。さらに、コントローラ２１は、混合水温度センサ５２の値に基づいて弁２４ａ，２４ｃの開度をフィードバック制御する。
【００９０】
ステップＳ４１４では、給湯が終了したか否かを判断する。コントローラ２１は、混合水流量センサ５４の検出値が２．０（Ｌ／ｍ）以下になると、給湯が終了したと判断する。給湯が終了した場合（ステップＳ４１４でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ４１６へ移行する。給湯が終了していない場合（ステップＳ４１４でＮＯの場合）、処理はステップＳ４０４へ移行し、給湯処理を継続する。
【００９１】
ステップＳ４１６では、ミキシングユニット２４を制御し、給水量調整弁２４ａを閉じて、給湯処理を終了する。
【００９２】
ステップＳ４１０でＮＯと判断された場合、ステップＳ４１８へ移行する。
ステップＳ４１８の処理を実行する時点では、貯湯槽２０の蓄熱量が不足しており、貯湯槽２０の水温では設定温度の温水を給湯栓６７に供給することができない。このため、ミキシングユニット２４で水道水が温水に混合されることはない。ステップＳ４１８では、ミキシングユニット２４の給水入口２４ａの開度をゼロとする（完全に閉める）。この時点で給水量調整弁２４ａがすでに閉じられている場合、コントローラ２１は特に処理をすることなく、ステップＳ４２０へ進む。
ステップＳ４２０では、ポンプ７１の駆動を開始し、流量制御弁８４ａを開く。流量制御弁８４ａの開度は、貯湯槽温度センサ３５によって検出される貯湯槽２０の水温と、暖房低温サーミスタ７５ａで検出される熱媒温度と、設定温度に基づいて設定される。この時点でポンプ７１の駆動が既に開始されている場合、コントローラ２１は流量制御弁８４ａの開度の調整のみを行って、ステップＳ４２２へ進む。
ステップＳ４２２では、バーナ７４の燃焼を開始する。この時点でバーナ７４の燃焼が既に開始されている場合、コントローラ２１は特に処理をすることなく、ステップＳ４２４へ進む。
ステップＳ４２４では、給湯が終了したか否かを判断する。コントローラ２１は、混合水流量センサ５４の検出値が２．０（Ｌ／ｍ）以下になると、給湯が終了したと判断する。給湯が終了した場合（ステップＳ４２４でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ４２６へ移行する。給湯が終了していない場合（ステップＳ４２４でＮＯの場合）、処理はステップＳ４１８へ移行し、バーナ７４の燃焼熱を利用した給湯を継続する。
【００９３】
ステップＳ４２６では、バーナ７４の燃焼を停止する。
ステップＳ４２８では、ポンプ７１の駆動を停止し、流量制御弁８４ａを閉じて、給湯処理を終了する。
【００９４】
本実施例のコージェネレーションシステム５００では、給湯が開始されると、貯湯槽２０に蓄積された熱を利用して温水を供給する。
貯湯槽２０の蓄熱量が少なく、設定温度の温水を供給できない場合には、バーナ７４の燃焼熱を利用して、温水を供給する。
バーナ７４の燃焼を開始してから、循環路内の水温が高温となって、貯湯槽２０から汲み出した温水を設定温度まで加熱可能となるまでは、ある程度の時間を要する。循環路内の水温がもともと高温であれば、即座に温水を加熱することができるが、循環路内の水温が低温であれば、温水を加熱するまでに時間がかかってしまう。
本実施例のコージェネレーションシステム５００によれば、循環路内の水は発電ユニット１００の発電熱を利用して保温されている。従って、貯湯槽２０の蓄熱量が少ない場合であっても、すみやかに設定温度まで加熱された温水を供給することができる。
【００９５】
本実施例のコージェネレーションシステム５００では、検出される熱媒温度によって蓄熱給湯から燃焼給湯へ切替えるタイミングを変化させている。熱媒温度が高い場合には、貯湯槽２０の水温が設定温度＋１℃以下になったときに燃焼給湯を開始し、熱媒温度が低い場合には、貯湯槽２０の水温が設定温度＋５℃以下になったときに燃焼給湯を開始する。
循環路内の水温が高温の場合、バーナ７４の燃焼を開始してから、熱交換器４６によって貯湯槽２０から汲み出される温水を設定温度まで加熱するまでに要する時間は短いものですむ。従って、本実施例のコージェネレーションシステム５００では、検出される熱媒温度が高温の場合には、蓄熱給湯から燃焼給湯へ切替えるタイミングを遅くする。
循環路内の水温が低温の場合、バーナ７４の燃焼を開始してから、熱交換器４６によって貯湯槽２０から汲み出される温水を設定温度まで加熱するまでに長時間を要する。従って、検出される熱媒温度が低温の場合には、蓄熱給湯から燃焼給湯へ切替えるタイミングを早くする。
上記のように、熱媒温度によって蓄熱給湯から燃焼給湯へ切替えるタイミングを変更することで、安定した湯温での給湯を実現することができる。
【００９６】
（６）浴槽９１への湯張り処理
浴槽９１への湯張り処理は、上記した（５）の給湯栓６７への給湯処理とほぼ同様の内容が実施される。ここでは、（５）の給湯栓６７への給湯処理と異なる点のみ説明する。
浴室にはリモコン２３が備えられている。ユーザはリモコン２３を用いて湯温を設定することができる。また、リモコン２３には湯張りを開始するスイッチが設けられている。このスイッチが操作されると、コントローラ２１は注湯弁６５を開く。そうすると、貯湯槽２０の温水が、第１温水経路４２、第２温水経路４３、第１混合水経路６０、第２混合水経路６１、第４混合水経路６４、及び風呂循環経路９０に流れる。風呂循環経路９０に流れ込んだ温水は、吸出口９１ａと供給口９２ｂの両方から浴槽９１に流入する。
浴槽９１への湯張りが開始されると、図４の給湯処理のフローチャートに従ってコントローラ２１は各種制御を実行する。コントローラ２１は、浴槽９１への湯張り量が所定値（リモコン２３によってユーザが予め設定している）になると、注湯弁６５を閉じる。浴槽９１への湯張り量は、風呂水位センサ９２の値を読取ることによって得ることができる。注湯弁６５が閉じられると、湯張り終了処理を実行する。
本実施例によると、貯湯槽２０の水温が設定温度より低い場合に、設定温度の温水を浴槽９１に供給できるまでの時間を短縮化させることができる。
【００９７】
本実施例のコージェネレーションシステム５００について詳細に説明した。本実施例によると、貯湯槽２０の水温が設定温度より低い場合に、設定温度の温水を給湯栓６７や浴槽９１に供給できるまでの時間を短縮化させることができる。ユーザフレンドリーなシステム５００が実現されている。
【００９８】
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、本明細書又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、本明細書又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】
【００９９】
【図１】図１はコージェネレーションシステム５００の系統図である。
【図２】図２はコントローラ２１の構成を簡単に示した図である。
【図３】図３は蓄熱処理のフローチャートである。
【図４】図４は給湯処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１００】
１０：給湯システム
２０：貯湯槽
２０ａ：出口部
２１：コントローラ
２１ａ：ＣＰＵ
２１ｂ：ＲＯＭ
２１ｃ：ＲＡＭ
２１ｄ：入力ポート
２１ｅ：出力ポート
２１ｆ：バス線
２３：リモコン
２４：ミキシングユニット
２４ａ：給水入口（給水流量調整弁）
２４ｂ：混合水出口
２４ｃ：温水入口（温水流量調整弁）
２６：共用経路
２６ａ：共用経路入口
２８：減圧弁
２８ａ：開閉弁
３０：ミキシングユニット給水経路
３１：リリーフ弁
３２：圧力開放経路
３３：排水弁
３４：排水経路
３５：貯湯槽温度センサ
４０：ポンプ
４２：第１温水経路
４３：第２温水経路
４４：第３温水経路
４５：排熱回収温度センサ
４６：熱交換器
４８：三方弁
４８ａ：第１出入口
４８ｂ：第２出入口
４８ｃ：第３出入口
５０：水道水温度センサ
５１：温水温度センサ
５２：混合水温度センサ
５３：ハイカットサーミスタ
５４：混合水流量センサ
５５：流量サーボ
６０：第１混合水経路
６１：第２混合水経路
６１ａ：補給水弁
６２：第３混合水経路
６３：シスターン
６３ａ，６３ｂ：水位電極
６４：第４混合水経路
６５：注湯弁
６６：湯張り量センサ
６７：給湯栓
７０：シスターン往路
７１：ポンプ
７２：バーナ経路
７３：低温暖房経路
７４：バーナ
７５ａ：低温暖房温度センサ
７５ｂ：高温暖房温度センサ
７６：熱動弁経路
７６ａ：バイパス経路
７７：シスターン復路
７８：熱動弁
７９：追焚き経路
８０：戻り経路
８１：熱動弁
８２：熱交換器
８３：高温暖房経路
８４：熱交換経路
８４ａ：流量制御弁
８５：高温暖房機
８５ａ：熱動弁
８６：低温暖房機
８７：熱動弁
８８：経路
８９：潜熱熱交換器
９０：風呂循環経路
９１：浴槽
９１ａ：吸出口
９１ｂ：供給口
９２：風呂水位センサ
９３：風呂水流スイッチ
９４：風呂サーミスタ
９５：ポンプ
１００：発電ユニット
１１２：改質器
１１４：燃料電池
１１６：熱交換器
１１７：熱媒温度センサ
１１８：熱交換器
１１９：熱媒冷却ファン
１２０：熱媒放熱器
１２１：水素ガス経路
１２２：熱媒三方弁
１２２ａ：熱媒三方弁入口
１２２ｂ，１２２ｃ：熱媒三方弁出口
１２４：発電熱媒循環経路
１２５：リザーブタンク
１２６：燃焼ガス経路
１２７：熱媒ポンプ
１２８：熱回収経路
１２８ａ：熱回収往路
１２８ｂ：熱回収復路
１２９，１３０：経路
１３１：バーナ
５００：コージェネレーションシステム
【図１】
2007057173.tif 000003
【図２】
2007057173.tif 000004
【図３】
2007057173.tif 000005
【図４】
2007057173.tif 000006