コージェネレーションシステム
【課題】マイコンメータの安全遮断機能を無効にすることなく連続して運転できると共に、燃料電池による発電量を安定させつつ、エネルギー効率のよい運用が可能なコージェネレーションシステムを提供することである。
【解決手段】燃料電池を内蔵していて電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部を有し、前記発電部で発生させた熱によって湯水を加熱するコージェネレーションシステムにおいて、湯水を貯留する貯留タンクと、必要に応じて湯水を加熱する補助熱源部と、前記補助熱源部で加熱された湯水を貯留タンクへ供給する貯留系統と、前記発電部及び前記補助熱源部に燃料ガスを供給する燃料供給系統とを設ける。そして、発電部による発電が所定時間以上継続したことを条件として、燃料ガス消費運転を強制的に実施する。そして、燃料ガス消費運転では、補助熱源部の燃焼運転によって加熱した湯水を貯留タンクへ貯留する。
【解決手段】燃料電池を内蔵していて電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部を有し、前記発電部で発生させた熱によって湯水を加熱するコージェネレーションシステムにおいて、湯水を貯留する貯留タンクと、必要に応じて湯水を加熱する補助熱源部と、前記補助熱源部で加熱された湯水を貯留タンクへ供給する貯留系統と、前記発電部及び前記補助熱源部に燃料ガスを供給する燃料供給系統とを設ける。そして、発電部による発電が所定時間以上継続したことを条件として、燃料ガス消費運転を強制的に実施する。そして、燃料ガス消費運転では、補助熱源部の燃焼運転によって加熱した湯水を貯留タンクへ貯留する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を使用した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】
従来から、電力を発電すると共に、その際に発生する排熱を給湯や暖房等に利用できるコージェネレーションシステムが知られている。そして、この種のシステムに採用される発電手段としては、ガスエンジンによるものや、燃料電池によるものがある。燃料電池によるものとしては、固体高分子形の燃料電池（以下、ＰＥＦＣとも称す）や、固体酸化物形の燃料電池（以下、ＳＯＦＣとも称す）が知られている。
【０００３】
コージェネレーションシステムでは、ガスエンジンによるものだけでなく、燃料電池によるものであっても、燃料ガスを導入して発電している。具体的には、燃料電池によるコージェネレーションシステムでは、都市ガス、ＬＰＧ、消化ガス、メタノール、ＧＴＬ（Ｇａｓ ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄ）等の原料となるガスから、改質器によって水素に富むガスを生成し、生成した水素に富むガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学的反応によって発電している。そして、このようなコージェネレーションシステムを一般家庭で使用する場合、入手容易性の観点から、都市ガスやＬＰＧ等の商用ガスが原料となるガスとして採用されている。
【０００４】
ところで、一般家庭で商用ガスの供給を受けるときは、安全性の観点から、ガスの流量が大きく変化することなく一定時間以上流れ続けると、ガスの流れを遮断する機能を持つメータを介してガスの供給を受ける場合がある。このような機能を持つメータは、一般にマイコンメータと呼ばれている。マイコンメータは、例えば、ゴム管が外れたときや、風呂をつけ放しにしてしまったときのように、ガスを供給し続けると危険な場合、安全のためにガスの流れを遮断する機能（安全遮断機能）を持つメータである。したがって、マイコンメータは、上記のような状況が予測されるとき、具体的には、ガスの大きな流量変化がない状態で一定時間以上流れ続けたとき、自動的にガスの供給を遮断する。
【０００５】
上記のことから、燃料電池によるコージェネレーションシステムを一般家庭で使用するとき、通常、マイコンメータを通過したガスの供給を受けている場合が多い。
【０００６】
ここで、燃料電池によるコージェネレーションシステム（特にＳＯＦＣ）は、一般的に、一旦起動させた後、即座に停止させることなく長い時間使用する。詳説すると、燃料電池によるコージェネレーションシステム（特にＳＯＦＣ）では、燃料電池が運転を停止すると、温度が一定値以下まで下がらなければ再起動できないため、短時間に起動、停止、再起動を実施できない。そのため、燃料電池によるコージェネレーションシステムでは、一度起動させると、長い時間停止させずに運転させている。
【０００７】
しかしながら、燃料電池によるコージェネレーションシステムを長い時間停止させずに使用すると、燃料電池に供給される商用ガスが一定時間以上流量が変わることなく流れる場合がある。すると、マイコンメータは、それが正常な運転であってもガス漏れがあったと誤認し、ガスの流れを遮断してしまうおそれがあった。即ち、マイコンメータによって燃料電池へのガスの供給が遮断され、コージェネレーションシステムが停止してしまうおそれがあった。
【０００８】
このような、マイコンメータの誤認に起因する、コージェネレーションシステムの停止を回避するための技術として、例えば、特許文献１に開示されている技術がある。特許文献１の燃料電池システムでは、所定時間内のメータを通過する商用ガスの流量の変動が所定幅内である場合、燃料電池の出力を変化させてメータを通過する商用ガスの流量を所定幅以上変動させている。
即ち、燃料電池へのガスの供給量を強制的に変動させることにより、マイコンメータの誤動作を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４３９９５５３号公報
【００１０】
しかしながら、燃料電池へのガスの供給量を強制的に変動させる方法では、コージェネレーションシステムの発電量を安定させるという観点から好ましくないという問題がある。即ち、ガスの供給量を変動させるために、必要でない量の発電を行ったり、必要な量の発電を行わなかったりすることは、コージェネレーションシステムを運用する上で望ましくないという問題である。
【００１１】
そこで、マイコンメータの誤動作を防止するために供給するガスを、燃料電池へ供給せず、燃焼装置等の他の機器へと供給する構成が考えられる。例えば、マイコンメータの誤動作を防止するために供給するガスによって、燃焼装置で燃焼動作を実施し、暖房機器を加熱して放熱するという方法が考えられる。
【００１２】
しかしながら、このような方法であっても、不必要に暖房機器を加熱するため、エネルギー効率の観点から望ましくないという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで本発明は、上記した問題に鑑み、マイコンメータの安全遮断機能を無効にすることなく連続して運転できると共に、燃料電池による発電量を安定させつつ、エネルギー効率のよい運用が可能なコージェネレーションシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、燃料電池を内蔵していて電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部を有し、前記発電部で発生させた熱によって湯水を加熱するコージェネレーションシステムにおいて、湯水を貯留する貯留タンクと、必要に応じて湯水を加熱する補助熱源部と、前記補助熱源部で加熱された湯水を貯留タンクへ供給する貯留系統と、前記発電部及び前記補助熱源部に燃料ガスを供給する燃料供給系統とを備え、発電部による発電が所定時間以上継続したことを条件として、燃料ガス消費運転を強制的に実施するものであり、当該燃料ガス消費運転は、補助熱源部の燃焼運転によって加熱した湯水を貯留タンクへ貯留するものであ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。
【００１５】
本発明のコージェネレーションシステムでは、発電部による発電が所定時間以上継続したことを条件として、補助熱源部による燃料ガス消費運転を強制的に実施する。即ち、コージェネレーションシステムの運転を継続し続け、燃料ガスが燃料電池に供給され続けたとき、所定時間以上の経過と共にガスの流量を強制的に変化させる。したがって、ガス漏れした場合とは異なり、ガスの流量が一定でなくなるため、コージェネレーションシステムの正常な運転中では、マイコンメータ等の機器による安全遮断機能（安全のために燃料ガスの供給を遮断する機能）が作動しない。このことにより、マイコンメータの安全遮断機能を無効にすることなく連続して運転できる。
また、本発明のコージェネレーションシステムでは、ガスの流量を強制的に変化させたとき、補助熱源部による燃料ガス消費運転を実施している。つまり、ガスの流量を強制的に変化させるためにガスの供給量を増加させたとき、増加させた分のガスを燃料電池でなく補助熱源部に供給している。即ち、燃料電池に供給されるガスの流量は、ガスの流量を強制的に変化させる以前と同じ流量となる。換言すると、本発明では、マイコンメータ等の機器による安全遮断機能の作動を回避するために、燃料電池の発電量を変化させることがない。このことにより、燃料電池の発電量を不必要に可変させなくてもよいので、燃料電池の動作を安定させることができる。
さらにまた、本発明のコージェネレーションシステムでは、ガスの流量を強制的に変化させる燃料ガス消費運転において、補助熱源部の燃焼運転によって加熱した湯水を貯留タンクへ貯留する。換言すると、ガスの流量を強制的に変化させるためにガスの供給量を増加させたとき、増加させたガスによって熱エネルギーを発生させ、発生させた熱エネルギーを蓄積させる構成となっている。そのため、マイコンメータ等の機器による安全遮断機能を回避させるために供給させるガスが無駄にならず、エネルギー効率がよい。
【００１６】
本発明のコージェネレーションシステムは、前記燃料供給系統には、燃料ガスの供給を遮断可能な供給遮断手段が設けられており、前記供給遮断手段は、一定のガス流量を連続して使用し続けると、燃料ガスの供給を遮断するものであることが好ましい（請求項２）。
【００１７】
本発明のコージェネレーションシステムは、家屋等に引き込まれるガス管、及びそれに設けられる安全のためにガスの供給を遮断させる機能を有する機器を含む構成であってもよい。このような構成であっても、安全遮断機能を無効にすることなく連続して運転できると共に、燃料電池による発電量を安定させつつ、エネルギー効率のよい運用が可能である。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、発電部による発電時間を積算し、積算した結果に基づいて、発電部による発電が所定時間継続したか否かを判定するものであり、前記燃料ガス消費運転の実施前に、補助熱源部が燃焼運転を実施された場合、燃焼運転によって一定量以上のガスが消費されたことが演算により予測、又は検知されたことを条件に、発電時間の積算値を初期化す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。
【００１９】
本発明のコージェネレーションシステムでは、発電部による発電時間を積算し、積算した結果に基づいて、発電部による発電が所定時間継続したか否かを判定している。そして、燃料ガス消費運転の実施前に、補助熱源部の燃焼運転によって一定量以上のガスが消費されたことが確認された場合、発電時間の積算値を初期化する。このことにより、燃料ガス消費運転の実施回数を不必要に増加させることがない、効率のよいコージェネレーションシステムの運用が可能となる。このことにつき、以下で具体的に説明する。
【００２０】
上記したように、マイコンメータ等の機器による安全遮断機能では、ガスの流量に大きな変化がない状態で所定時間継続した場合に、ガスの供給を遮断している。つまり、マイコンメータ等の機器は、流量に大きな変化がない状態でガスが流れ続ける時間（以下、ガス供給継続時間とも称す）を計測している。ここで、補助熱源部の燃焼運転によって一定量以上のガスが消費され、コージェネレーションシステムへのガスの供給量が変化すると、マイコンメータ等の機器はガスの流量が変化したことを検知する。そして、マイコンメータ等の機器は、ガスの流量が変化するまで積算していた以前のガス供給継続時間を破棄し、ガスの流量が変化した時点から新たなガス供給継続時間を積算していく。
【００２１】
したがって、コージェネレーションシステムが燃料ガス消費運転を実施する前に、何らかの理由によって補助熱源機による燃焼動作が実施されてガスの流量が変化した場合、マイコンメータ等の機器が計測するガス供給継続時間は、補助熱源機が燃焼動作を実施した時刻から新たに計測されることとなる。
【００２２】
ここで、コージェネレーションシステムの燃料電池は、補助熱源機が燃焼動作を実施する前後で発電し続けている。したがって、コージェネレーションシステムで、単に発電が所定時間以上継続したことを条件として燃料ガス消費運転を実施すると、マイコンメータ等の機器によってガスの供給が遮断されるまで十分時間があるにもかかわらず、燃料ガス消費運転を実施してしまうおそれがある。具体的には、マイコンメータ等の機器が計測するガス供給継続時間は、補助熱源機が燃焼動作を実施した時点から計測されるのに対し、コージェネレーションシステムの発電時間の積算値は、補助熱源機が燃焼動作を実施する以前から計測される。このため、ガス供給継続時間が所定時間を超えるまで十分時間がある状況で、発電時間の積算値が所定時間以上となってしまう場合がある。このような場合、マイコンメータ等の機器によってガスの供給が遮断されるまで十分時間があるにもかかわらず、コージェネレーションシステムが燃料ガス消費運転を実施してしまう。
【００２３】
このように、ガス供給継続時間が所定時間を超えてガスの供給が遮断されるまで、十分に時間がある状況下で、ガスの供給の遮断を回避する燃料ガス消費運転を実施してしまうと、コージェネレーションシステムの運用時に燃料ガス消費運転の実施回数が不必要に増加してしまい、コージェネレーションシステムの運用効率が悪くなる。
【００２４】
ここで本発明では、補助熱源部の燃焼運転によって一定量以上のガスが消費されたことが確認されたときに、発電時間の積算値を初期化する構成としている。このような構成によると、マイコンメータ等の機器による新たなガス供給継続時間の積算の開始と共に、燃料電池による発電の継続時間の積算を開始することができる。このことにより、ガスの供給が遮断されるまで十分時間があるにもかかわらず、燃料ガス消費運転を実施してしまうことがない。即ち、ガス供給継続時間の積算の開始から所定時間が経過するまでの時間において、適切な時間に燃料ガス消費運転を実施できる。このことにより、真に必要な状況でのみ燃料ガス消費運転を実施する、効率のよいコージェネレーションシステムの運用が可能となる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、目標とする貯湯設定温度の湯水を貯留タンクに貯留する運転を実施可能であり、前記燃料ガス消費運転の開始時において、貯留タンク内の所定の部分の湯水の温度が貯湯設定温度以上であり、且つ、貯湯タンク内が湯水で満たされている場合、貯湯設定温度を上方変更す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。
【００２６】
本発明のコージェネレーションシステムでは、貯留タンク内に貯湯設定温度以上の湯水が満たされている場合、貯湯設定温度を上方変更する。このため、貯留タンク内が既に貯湯設定温度の湯水で満たされている場合であっても、燃料ガス消費運転を実施できる。
【００２７】
具体的に説明すると、コージェネレーションシステムでは、発電部と貯留タンクとの間で湯水を循環させると共に、発電動作を実施し、発電によって発生する熱エネルギーによって加熱された湯水を貯留タンクに流入する熱回収動作を実施する。このような熱回収動作では、貯留タンク内の湯水が貯湯設定温度となるように、貯留タンク内の湯水を流出させ、加熱したあと、再び貯留タンクへ戻される。このような熱回収動作は、コージェネレーションシステムが運転される間、常時実施されることがある。
【００２８】
ところで、燃料ガス消費運転を実施すると、加熱された湯水を貯留タンクへ流入するので、貯留タンク内の湯水の温度が上昇してしまう。ここで、既に貯留タンク内に貯湯設定温度の湯水が貯留されている状況下では、燃料ガス消費運転を実施すると、燃料ガス消費運転によって、貯留タンク内の湯水が貯湯設定温度を超えてしまうことが考えられる。このように、燃料ガス消費運転によって貯留タンク内の湯水が貯湯設定温度を超えてしまうと、常時実施されている熱回収動作等が正しく実施できなくなるおそれがある。
【００２９】
そこで、本発明では、貯留タンク内に貯湯設定温度以上の湯水が満たされている場合、貯湯設定温度を上方変更する構成としている。このことにより、仮に燃料ガス消費運転によって貯留タンク内の湯水の温度が上昇しても、貯留タンク内の湯水が貯湯設定温度を超えてしまうことがない。即ち、貯留タンク内が貯湯設定温度の湯水で満たされている状況下で燃料ガス消費運転を実施するとき、予め貯湯設定温度を上方変更するので、燃料ガス消費運転によって貯留タンク内の湯水の温度が上昇しても、上方変更された貯湯設定温度を上回ることがない。そのため、コージェネレーションシステムの熱回収動作等の動作を正確に実施できる。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、前記燃料ガス消費運転では、補助熱源部の燃焼運転を所定燃焼量で実施することを特徴とする請求項１乃至４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。
【００３１】
本発明のコージェネレーションシステムでは、燃料ガス消費運転における補助熱源部の燃焼運転を所定燃焼量で実施する。そのため、燃料ガス消費運転で使用する燃料ガス、即ち、マイコンメータ等の機器による安全遮断機能の作動を回避するために使用する燃料ガスの量を抑制できる。そのため、コージェネレーションシステムのエネルギー効率のよい運用が可能となる。
なお、所定燃焼量は、最小燃焼量であってよく、燃焼騒音が最小となる燃焼量であってよく、排気の耐風対策のために最小燃焼量よりも大きな燃焼量としてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によると、発電部による発電が所定時間以上継続したことを条件として、補助熱源部による燃料ガス消費運転を強制的に実施するので、マイコンメータ等の安全遮断機能を無効にすることなく連続して運転できる。また、燃料ガス消費運転時に、燃料電池に燃料ガスを供給しないので、燃料電池の発電量を不必要に可変させなくてもよく、燃料電池の動作を安定させることができる。加えて、燃料ガス消費運転のために供給するガスによって湯水を加熱し、加熱した湯水を貯湯するので、燃料ガス消費運転のために供給するガスが無駄にならずエネルギー効率のよい運用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係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】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、熱回収用経路を黒塗りで示した図である。
【図３】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、給湯経路を黒塗りで示した図である。
【図４】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、熱供給経路を黒塗りで示した図である。
【図５】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、貯留経路を黒塗りで示した図である。
【図６】図１のコージェネレーションシステムが実施する燃料ガス消費運転の動作手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明の実施形態に係るコージェネレーションシステム１について説明する。
【００３５】
本実施形態のコージェネレーションシステム１は、図１で示されるように、発電ユニット２（発電部）と、熱回収装置３とを組み合わせたものであり、これらを往復配管５によって接続して形成されている。
【００３６】
また、コージェネレーションシステム１は、発電ユニット２と熱回収装置３内の機器を結ぶ主要な流路として、熱回収用経路１２と、給湯経路２１と、熱供給経路２２と、貯留経路２３（貯留系統）とを有しており、さらにこれらの流路を相互に連通する複数の短絡路が設けられている。
【００３７】
さらに、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、図示しないガス供給源からガス供給経路１３（燃料供給系統）を介して燃料ガス（例えば都市ガス、ＬＰＧ等のガス）の供給を受けている。
【００３８】
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、発電ユニット２において長時間連続で発電が実施されたことを条件に、コージェネレーションシステム１への燃料ガスの供給量を所定量以上だけ増大させる運転、即ち、燃料ガス消費運転を実施している。換言すると、本実施形態のコージェネレーションシステム１は、ガス供給経路１３を流れる燃料ガスの流量を強制的に変化させることができる。
したがって、コージェネレーションシステム１を長時間稼動した場合であっても、ガス漏れ等が発生したときのように、燃料ガスの流量が大きく変化することなく所定時間以上流れ続けることがない。このことにより、ガス漏れ等が発生したときに燃料ガスの供給を強制的に遮断する安全遮断機能が、不適当に作動してしまうことがない。
【００３９】
本実施形態のコージェネレーションシステム１について、以下でさらに詳細に説明する。
【００４０】
まず、本実施形態のコージェネレーションシステム１の主要な構成について説明する。
【００４１】
発電ユニット２は、主たる構成要素である燃料電池６と、燃料電池６を冷却する冷却手段７とを備えている。
【００４２】
燃料電池６は、高温で作動する燃料電池を使用しており、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池（所謂ＳＯＦＣ）が採用されている。
【００４３】
冷却手段７は、湯水が流れる発電側流路８と、その発電側流路８に配された発電側熱交換器１０及び発電側循環ポンプ１１を有する。
【００４４】
発電側循環ポンプ１１は、往復配管５を構成要素に持つ熱回収用経路１２（図２）に湯水を循環させるための装置である。発電側循環ポンプ１１は、渦巻きポンプであり、図示しないモータを備えている。そして、モータの回転数を可変させることにより、熱回収用経路１２を流れる湯水の流量を増減できる。
【００４５】
即ち、発電ユニット２は、外部に設けられた電力負荷に対して、電力を供給するための発電デバイスとしての機能と、その電力供給に伴って発生する熱によって、発電側熱交換器１０を通過する湯水を加熱する熱エネルギー発生デバイスとしての機能も備えた構成である。
【００４６】
熱回収装置３は、主要な構成要素として、貯留タンク１５と、補助熱源機１６（補助熱源部）と、熱器具用熱交換器１７と、風呂追い焚き用熱交換器１８とを備えている。熱器具用熱交換器１７と、風呂追い焚き用熱交換器１８は、熱量を外部に供給可能な熱供給用熱交換器となっている。
【００４７】
貯留タンク１５は、湯水を貯留するための密閉タンクであり、その内部において湯水の温度成層を形成することができる。そして、貯留タンク１５は、頂部に設けられた頂部接続部２５，２６と、底部に設けられた底部接続部２７，２８に対して、熱回収用経路１２、給湯経路２１及び熱供給経路２２を構成する配管を接続している。なお、頂部接続部２５，２６及び底部接続部２７，２８は、本実施形態の様にそれぞれ２口設けられていることが推奨されるが、それぞれ１口であってもよい。
【００４８】
さらに貯留タンク１５は、内部に貯留される湯水の水位上昇方向（高さ方向）に複数（本実施形態では４つ）のタンク温度センサ３０ａ〜３０ｄを配した構成とされている。タンク温度センサ３０ａ〜３０ｄは、それぞれ貯留タンク１５内の湯水の温度を検知するための温度検知手段として機能すると共に、貯留タンク１５内に所定温度あるいは所定の温度範囲の湯水の残留量を検知するための残量検知手段としての役割も果たす。
【００４９】
ここで、一般的に貯留タンク内に湯水を貯留する場合、その湯水の温度差が所定の閾値（摂氏約１０度程度）以上であると、湯水が温度ごとに層状に分かれる。そのため、熱回収用経路１２を通過する湯水が、貯留タンク１５内の湯水の温度に対して前記閾値温度以上の高温に加熱され、貯留タンク１５内の湯水を掻き乱さない程度にゆっくりと戻されると、貯留タンク１５内に貯留されている湯水が温度ごとに層状に分かれる（温度成層）。即ち、貯留タンク１５内の上部に蓄積した高温層と下部に蓄積した低温層が形成される。
したがって、貯留タンク１５に設置されたタンク温度センサ３０ａ〜３０ｄの検知温度を調べることにより、貯留タンク１５内に所望の温度範囲に加熱された湯水がどれだけ貯留されているかを検知することができる。
【００５０】
補助熱源機１６は、従来公知の給湯器と同様である。補助熱源機１６は、都市ガスやＬＰＧ等の燃料ガスを燃焼するためのバーナ３１と補助熱源側熱交換器３２とを内蔵しており、燃料の燃焼により発生した熱エネルギーを利用して湯水を加熱するものである。
【００５１】
次に、本実施形態のコージェネレーションシステム１における主要な経路（湯水の流路）について説明する。
【００５２】
本実施形態のコージェネレーションシステム１には、前記した様に、主に熱回収用経路１２、給湯経路２１、熱供給経路２２、貯留経路２３が備えられている。以下、各経路についてそれぞれ詳細に説明する。
【００５３】
まず、熱回収用経路１２について説明する。
【００５４】
熱回収用経路１２は、図２の黒塗りに示すように、発電ユニット２内の発電側循環ポンプ１１及び発電側熱交換器１０と、熱回収装置３内の貯留タンク１５を含んだ環状に結ばれた流路であり、発電側熱交換器１０と貯留タンク１５との間で湯水を循環可能な流路である。具体的には、熱回収用経路１２は、貯留タンク１５から発電側熱交換器１０に向かって湯水が流れる熱回収往き流路３７と、発電側熱交換器１０から貯留タンク１５に向かって湯水が流れる熱回収戻り流路３８と、貯留タンク１５を迂回する熱回収バイパス流路４０を有する。
即ち、熱回収往き流路３７の上流側が貯留タンク１５の底部接続部２７に接続され、熱回収戻り流路３８の下流側が貯留タンク１５の頂部接続部２５に接続されている。さらに両者の中間部分を短絡するように熱回収バイパス流路４０が接続されて熱回収用経路１２が形成されている。
【００５５】
また、熱回収往き流路３７には、中途に流路の切り替えを可能とした流路切り替え手段たる三方弁４１と、湯水の温度を検知するラジエター用温度センサ４７と、放熱手段たるラジエター４２と、往き側温度センサ４３と、凍結防止ヒータ４４とが設けられている。
【００５６】
三方弁４１は、３つのポート４１ａ〜４１ｃを有し、２経路に流路を切り換えることができるものである。即ち、この三方弁４１は、ポート４１ａとポート４１ｃが連通すると他のポート４１ｂが閉塞し、熱回収往き流路３７を流通可能状態にすることができる。また、三方弁４１は、ポート４１ｂとポート４１ｃが連通すると他のポート４１ａが閉塞し、熱回収バイパス流路４０を流通可能状態にすることができる。
【００５７】
凍結防止ヒータ４４は、ヒータとして平板状に成形したアルミナやセラミックスに発熱体を内蔵した所謂セラミックヒータである。この凍結防止ヒータ４４は、通電による発熱によって熱回収往き流路３７を形成する配管等を加熱することが可能となっている。より具体的には、熱回収往き流路３７を形成する配管等を加熱することにより、熱回収往き流路３７を流れる湯水を加熱することができる。
【００５８】
ラジエター４２は、ファン４５を備えており、空冷効果で通過する湯水の温度を降下させるものが採用されている。ラジエター４２のファン４５は、ラジエター用温度センサ４７の検知温度に基づいて動力を制御することができる。
【００５９】
往き側温度センサ４３は、熱回収往き流路３７を流れる湯水の温度を検知するものである。
【００６０】
熱回収戻り流路３８には、中途に戻り側温度センサ４６が設けられている。これらはいずれも熱回収戻り流路３８に接続された熱回収バイパス流路４０の接続部よりも上流側（発電側熱交換器１０側）に配されている。
【００６１】
以上で、熱回収用経路１２についての説明を終了する。
【００６２】
続いて、給湯経路２１について説明する。
【００６３】
給湯経路２１は、外部に所望の温度の湯水を出湯するための流路である。即ち、給湯経路２１は、図３の黒塗りに示すように、給水源を基準に、貯留タンク１５よりも上流側に位置する給水流路５０と、貯留タンク１５よりも下流側に位置する出湯流路５１で構成されている。
【００６４】
給水流路５０は、貯留タンク１５の底部接続部２８に接続されている。これにより、コージェネレーションシステム１は、外部から供給される低温の湯水を貯留タンク１５の底部側から導入可能な構成とされている。
【００６５】
給水流路５０の中途には、給水源側から順に、外部から供給された湯水の温度を検知する給水温度センサ５２と、逆止弁５３と、流路切り替え手段たる三方弁５５が設けられている。
【００６６】
三方弁５５は、前記した熱回収用経路１２（図２参照）における三方弁４１の構造とほぼ同様であり、３つのポート５５ａ〜５５ｃを有する。即ち、この三方弁５５は、ポート５５ａとポート５５ｂが連通すると他のポート５５ｃが閉塞し、給水流路５０の上流側（給水源側）に位置する上流側給水流路５０ａと、給水流路５０の下流側（貯留タンク１５側）に位置する下流側給水流路５０ｂとの流通を可能とする。また、ポート５５ａとポート５５ｃが連通すると他のポート５５ｂが閉塞し、上流側給水流路５０ａと給水出湯接続流路５６の流通を可能とする。
【００６７】
出湯流路５１は、貯留タンク１５の頂部接続部２６に接続されて、給湯栓あるいは追い焚き循環流路３５に導く流路である。即ち、出湯流路５１の中途には、追い焚き循環流路３５に連通した風呂側分岐路５７が接続されている。
【００６８】
また、出湯流路５１の中途には、上流側から順に、高温側温度センサ５８と、３つのポートを備えた湯水混合弁６０と、流量センサ６１と、比例弁６２と、出湯温度センサ６３が設けられている。なお、湯水混合弁６０には、給水流路５０から分岐した給水分岐路６５が接続されている。給水分岐路６５は、出湯流路５１を流れる湯水に外部から供給される湯水を合流させるための流路である。
【００６９】
給水分岐路６５の中流には、出湯流路５１側から給水源側に向けて湯水が逆流するのを防止するための逆止弁６６が設けられている。その下流で、湯水混合弁６０に接続している。
【００７０】
即ち、出湯流路５１を通過する湯水は、湯水混合弁６０で高温の湯水と低温の湯水が混ざって所望の温度に調整され、比例弁６２で所望の流量に制御される。
【００７１】
以上で、給湯経路２１についての説明を終了する。
【００７２】
続いて、熱供給経路２２について説明する。
【００７３】
熱供給経路２２は、図４の黒塗りに示すように、熱器具用熱交換器１７を設けた熱器具用流路６７と、風呂追い焚き用熱交換器１８を設けた風呂追い焚き用流路６８とを含むように形成された循環流路である。
【００７４】
具体的には、熱供給経路２２は、前記した出湯流路５１（図３参照）から分岐した出湯分岐流路７０と、補助熱源機１６を迂回する補助熱源迂回流路９７と、補助熱源下流側流路９８と、熱交往き流路７１と、熱交往き流路７１から分岐した熱器具用流路６７及び風呂追い焚き用流路６８と、熱交戻り流路７２とによって形成された流路である。
【００７５】
出湯分岐流路７０は、上流側出湯分岐流路７０ａと下流側出湯分岐流路７０ｂから形成されており、これらの間には、流路切り替え手段たる三方弁７３が設けられている。そして、三方弁７３の下流側には、上流側（貯留タンク１５側）から順番に、循環ポンプ７６と、補助熱源入水温度センサ７７と、補助熱源流量センサ７８と、補助熱源用三方弁８０とが設けられている。
【００７６】
補助熱源迂回流路９７は、補助熱源用三方弁８０の下流側に接続され、補助熱源機１６をバイパスする流路である。そして、補助熱源迂回流路９７は、補助熱源機１６の内部を通過する補助熱源側流路９０と合流部９４で合流している。即ち、補助熱源迂回流路９７は、補助熱源用三方弁８０と合流部９４とを繋ぐ流路となっている。
【００７７】
補助熱源側流路９０は、補助熱源用三方弁８０の下流側に接続され、補助熱源機１６の内部を通過する流路であって、補助熱源側熱交換器３２の内部を通過している。
【００７８】
補助熱源下流側流路９８は、補助熱源側流路９０及び補助熱源迂回流路９７の下流に設けられる流路である。また、補助熱源下流側流路９８には、補助熱源下流側温度センサ８１が設けられている。
【００７９】
循環ポンプ７６は、熱供給経路２２に湯水を循環させる際に起動されるポンプである。
【００８０】
補助熱源入水温度センサ７７及び補助熱源流量センサ７８は、補助熱源機１６の上流側を流れる湯水の温度及び流量を検知するものである。補助熱源下流側温度センサ８１は、補助熱源機１６の下流側を流れる湯水の温度を検知するものである。
このことから、補助熱源入水温度センサ７７及び補助熱源流量センサ７８によって、補助熱源機１６に入水する湯水の温度及び流量を検知可能であり、補助熱源下流側温度センサ８１によって補助熱源機１６から出湯した湯水の温度を検知可能となっている。即ち、これらのセンサによって検知された情報に基づいて、補助熱源機１６の燃焼量が決定される。
【００８１】
三方弁７３は、３つのポート７３ａ〜７３ｃを有し、貯留タンク１５の湯水を出湯分岐流路７０側に流す流路を開放したり、給水出湯接続流路５６の湯水を出湯分岐流路７０内に流す流路を開放したりすることができる。同様に、補助熱源用三方弁８０も、３つのポート８０ａ〜８０ｃを有し、出湯分岐流路７０内の湯水を補助熱源機１６側に流す流路を開放したり、補助熱源機１６を迂回する流路を開放したりすることができる。
【００８２】
熱交往き流路７１は、補助熱源下流側流路９８の下流側端部に接続された分岐部９２から熱器具用流路６７及び風呂追い焚き用流路６８への分岐部８２までの流路である。
【００８３】
熱器具用流路６７は、分岐部８２から熱器具用熱交換器１７を通って、熱交戻り流路７２への合流部８３までの流路である。熱器具用流路６７は、熱器具用熱交換器１７の下流側に電磁弁８５が設けられている。
【００８４】
風呂追い焚き用流路６８は、分岐部８２から風呂追い焚き用熱交換器１８を通って、熱交戻り流路７２への合流部８３までの流路である。風呂追い焚き用流路６８は、風呂追い焚き用熱交換器１８の下流側に電磁弁８６が設けられている。
【００８５】
熱交戻り流路７２は、合流部８３から貯留タンク１５までの流路である。
【００８６】
熱交戻り流路７２は、中途に温度センサ９３と、流量センサ９５と、前記した三方弁５５が設けられている。
【００８７】
出湯分岐流路７０の三方弁７３，８０、熱器具用流路６７の電磁弁８５、風呂追い焚き用流路６８の電磁弁８６、並びに熱交戻り流路７２における三方弁５５のそれぞれの開閉状態が制御されると共に、循環ポンプ７６の動作が制御されることで、熱供給経路２２内における水流が制御される。
【００８８】
以上で、熱供給経路２２についての説明を終了する。
【００８９】
続いて、貯留経路２３について説明する。
【００９０】
貯留経路２３は、図５の黒塗りに示すように、貯留タンク１５の底部接続部２８から、頂部接続部２６までの間を、補助熱源機１６の内部を通過する補助熱源側流路９０を含むように形成された循環流路である。
【００９１】
具体的には、貯留経路２３は、上流側（貯留タンク１５の底部）側から、下流側給水流路５０ｂと、給水出湯接続流路５６と、下流側出湯分岐流路７０ｂと、補助熱源側流路９０と、補助熱源下流側流路９８と、分岐路８７と、出湯流路５１の一部とによって形成された流路である。
より分かり易く説明するため、貯留経路２３を流れる湯水に注目すれば、貯留タンク１５の底部接続部２８から排出された湯水は、下流側給水流路５０ｂへと流れ込み、三方弁５５を通過して、給水出湯接続流路５６へ導入される。そしてさらに、三方弁７３、下流側出湯分岐流路７０ｂ、補助熱源用三方弁８０、補助熱源側流路９０、合流部９４を順に通過して補助熱源下流側流路９８へと至る。そして、補助熱源下流側流路９８の下流側端部に位置する分岐部９２から分岐路８７へ流れ込み、分岐路８７から出湯流路５１へと流れ込む。そして、湯水は貯留タンク１５側へ向かって流れ、貯留タンク１５の頂部接続部２６から貯留タンク１５内へ流入する。即ち、出湯流路５１の一部であって、貯留タンク１５の頂部接続部２６と接続された部分から、出湯流路５１と分岐路８７との接続部９９までの間の流路を、湯水が貯留タンク１５側へ向かって流れる。
【００９２】
給水出湯接続流路５６は、給水流路５０から分岐した流路で、三方弁５５のポート５５ｃを通過した湯水が、出湯分岐流路７０に設けられた三方弁７３のポート７３ｃに通じる流路である。したがって、図示しない給水源から供給された湯水を、給水出湯接続流路５６へ流入させることで、湯水を貯留タンク１５に導入することなく出湯分岐流路７０に流入できる。また、貯留タンク１５の底部から出湯した湯水を、給水出湯接続流路５６へ流入させることで、出湯分岐流路７０に流入することができる。
また、給水出湯接続流路５６の中途には、温度センサ１０１が設けられている。
【００９３】
分岐路８７は、補助熱源下流側流路９８の下流側端部の分岐部９２に接続されている。つまり、分岐路８７は、補助熱源下流側流路９８の下流側端部で分岐する２つの流路（熱交往き流路７１、分岐路８７）のうちの一方の流路である。
また、分岐路８７の中途には、分岐部９２側から順に、温度センサ１０２と比例弁９１が設けられている。
【００９４】
以上で、貯留経路２３についての説明を終了する。
【００９５】
次に、ガス供給経路１３について説明する。
【００９６】
ガス供給経路１３は、家屋等に引き込まれるガス管、及びそれに設けられるマイコンメータ４によって構成されている。
本実施形態のガス供給経路１３は、分岐部１００で２経路に分岐している。具体的には、発電ユニット２に燃料ガスを供給する発電側ガス供給経路１０４と、補助熱源機１６に燃料ガスを供給する補助熱源側ガス供給経路１０５とに分岐している。そして、発電ユニット２の改質器（図示せず）と、補助熱源機１６のバーナ３１とにそれぞれ燃料ガスを供給している。
【００９７】
また、ガス供給経路１３の分岐部１００の上流側には、安全のためにガスの供給を遮断させる機能を有するマイコンメータ４（供給遮断手段）が設けられている。
【００９８】
マイコンメータ４は、燃料ガスの流量に大きな変化がない状態で、所定時間ｔａ以上燃料ガスが流れたとき、自動的に燃料ガスの流れを遮断する安全遮断機能を有する。このとき、燃料ガスが流れ始めてから、自動的に燃料ガスの流れを遮断するまでの時間ｔａは、燃料ガスの流量によって異なっている。即ち、燃料ガスの流量が比較的多い場合は、遮断するまでの時間ｔａが比較的短くなり、燃料ガスの流量が比較的少ない場合は、遮断するまでの時間ｔａが比較的長くなる。
【００９９】
また、本実施形態のコージェネレーションシステム１は、図示しない制御装置によって動作が制御されている。この制御装置に具備された部品は、従来公知のコージェネレーションシステムが備えているものと同様であり、例えばＣＰＵや所定の制御プログラムが内蔵されたメモリなどを備えた構成とすることができる。制御装置は、各部に設けられたセンサ類の検知信号や、メモリに記憶されているデータ等に基づいて、コージェネレーションシステム１の各部に設けられた弁や発電ユニット２、補助熱源機１６等の動作を制御し、コージェネレーションシステム１の総合エネルギー効率の最適化を図る構成とされている。
【０１００】
続いて、本実施形態のコージェネレーションシステム１の通常の運転モードにおける動作について説明する。なお、本実施形態のコージェネレーションシステム１の通常の運転動作は、公知技術とほぼ同様であるため、簡単に説明する。
【０１０１】
本実施形態のコージェネレーションシステム１は、蓄熱運転を単独で行う蓄熱運転モードと、給湯運転モード、追い焚き運転モード、暖房運転モードを含む運転モード群から選択される熱消費のための動作運転モードを選択して運転を行うことができる。
以下に各運転モードについて説明する。
【０１０２】
（蓄熱運転モード）
蓄熱運転モードは、発電側循環ポンプ１１を作動させることにより、熱回収用経路１２内に水流を発生させ、発電ユニット２の動作に伴って発生する排熱を回収して湯水を加熱し、この湯水を貯留タンク１５に貯留する蓄熱運転を行う運転モードである。即ち、コージェネレーションシステム１が蓄熱運転モードで動作する場合、図示しない制御装置から発信される制御信号に基づいて、三方弁４１が熱回収バイパス流路４０に対して閉じ、熱回収往き流路３７及び熱回収戻り流路３８に対して開いた状態に制御される。そして貯留タンク１５の底部を始点として、発電ユニット２を介して貯留タンク１５の頂部に向かうように湯水の循環流が発生される。
【０１０３】
ここで、蓄熱運転モードにおいて、熱回収戻り流路３８を流れる湯水の温度が低い場合、熱回収戻り流路３８で湯水を循環させる動作を行う。即ち、熱回収戻り流路３８を流れる湯水の温度が低い場合、三方弁４１の開放するポートを切り換えて、熱回収戻り流路３８から熱回収バイパス流路４０側に湯水が流れるように制御する。
【０１０４】
つまり、蓄熱運転モードでは、予め定められた貯湯設定温度に基づいて、所定温度の湯水が貯留タンク１５へ流入するように、熱回収用経路１２を流れる湯水の流量を制御している。そして、所定温度の湯水が貯留タンク１５へ流入できない場合、熱回収用経路１２の循環経路（熱回収往き流路３７、熱回収戻り流路３８、熱回収バイパス流路４０で形成される循環経路）で湯水を循環させている。
【０１０５】
（給湯運転モード）
給湯運転モードは、上記した給湯経路２１によって、貯留タンク１５に貯留された高温の湯水と、給水分岐路６５を通過した低温の湯水とが合流するように水流を形成し、所定の温度に調整されて給湯栓（浴槽への落とし込みも含む）から出湯する運転モードである。
より具体的には、給湯栓等が操作されると、外部の給水源から供給された低温の湯水の一部が貯留タンク１５に底部接続部２８から流入する。これにより、貯留タンク１５の頂部に滞留する高温の湯水が出湯流路５１へ排出される。また、このとき外部の給水源から供給された低温の湯水は、貯留タンク１５だけでなく、給水分岐路６５にも流れ込む。このことにより、出湯流路５１へ排出された湯水と、給水分岐路６５に流れ込んだ湯水とが湯水混合弁６０を介して合流し、図示しない給湯栓や浴槽へと流れて給湯される。
なお、給湯運転モードを実施している間は、基本的に蓄熱運転が常時行われている。即ち、ＳＯＦＣを用いたコージェネレーションシステム１が給湯運転モードで動作する場合、蓄熱運転と給湯運転の両方の運転が行われる。
【０１０６】
（追い焚き運転モード）
追い焚き運転モードは、上記した熱供給経路２２によって、追い焚き用熱交換器１８に高温の湯水を供給すると共に、浴槽内の湯水を追い焚き循環流路３５で循環させる運転モードである。つまり、熱供給経路２２（風呂追い焚き用流路６８）を循環する高温の湯水と、追い焚き循環流路３５を循環する浴槽内の湯水とが熱交換する。結果、浴槽内の湯水が所望の温度まで加熱される。
なお、追い焚き運転モードの実施中においても、基本的に蓄熱運転が常時行われている。即ち、ＳＯＦＣを用いたコージェネレーションシステム１が追い焚き運転モードで動作する場合、蓄熱運転と、高温の湯水を追い焚き用熱交換器１８に供給する追い焚き運転を共に実施する。
【０１０７】
（暖房運転モード）
暖房運転モードは、上記した熱供給経路２２によって、熱器具用熱交換器１７に高温の湯水を供給すると共に、暖房循環流路３６内に湯水（図示しない暖房機器に熱を供給するための熱媒体）の循環流を発生させる。このことにより、熱供給経路２２（熱器具用流路６７）を循環する高温の湯水と、暖房循環流路３６を循環する熱媒体となる湯水とが熱交換する。結果、図示しない暖房機器に熱が供給される。
【０１０８】
以上が通常の熱消費のための運転モードの動作の説明である。
【０１０９】
なお、上記した給湯モード、追い焚き運転モード、暖房運転モードの各運転モードを実施するときに、貯留タンク１５内に貯留された湯水の温度が低い場合、貯留タンク１５から出湯した湯水を、補助熱源機１６によって加熱して実施する場合がある。
【０１１０】
ここで、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では、発電ユニット２と、補助熱源機１６へ燃料ガスを供給するガス供給経路１３に、マイコンメータ４が設けられている。そして、マイコンメータ４は、ガス漏れ等の異常な事態が発生したとき、ガスの供給を自動的に遮断する安全遮断機能を備えている。即ち、マイコンメータ４は、燃料ガスの流量に大きな変化がない状態で、燃料ガスが一定時間以上流れ続けたとき、安全のためにガスの供給を自動的に遮断している。
【０１１１】
しかしながら、コージェネレーションシステム１を長時間稼動させ、且つ、稼動中に燃料ガスの供給量に大きな変化がない場合、ガス供給経路１３では、結果的にガス漏れ等の異常な事態が発生した場合と類似した状況となってしまう。即ち、ガス供給経路１３において、ガスの流量が大きく変化しない状態で、所定時間以上流れ続けるという状況が発生する。このような状況下では、マイコンメータ４は、それが通常の動作であるのか、ガス漏れ等の異常が発生したのかを判別できないため、それがコージェネレーションシステム１の通常の動作によるものであっても、安全のためにガスの供給を自動的に遮断してしまう。
【０１１２】
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、通常の運転が実施されている状況下では、マイコンメータ４の安全遮断機能が作動しないよう、発電部による発電が所定時間以上継続したことを条件に、燃料ガス消費運転を強制的に実施する。このことにより、ガス供給経路１３を流れるガスの流量が変化するため、マイコンメータ４は、通常の動作が行われていることを確実に判別できる。したがって、マイコンメータ４の安全遮断機能を無効にすることなく、コージェネレーションシステム１を長時間稼動させることができる。
【０１１３】
本実施形態の特徴的な動作である燃料ガス消費運転について、図６を参照しつつ、以下で詳細に説明する。
【０１１４】
本実施形態の燃料ガス消費運転では、図示しない制御装置によって積算された燃料電池６の発電継続時間が、所定時間ｔ１を上回った場合（ステップ１でＹｅｓの場合）、ステップ２へと進んで流路切替動作を実施する。
【０１１５】
流路切替動作では、上記した貯留経路２３（図５参照）に湯水が流れるように、各三方弁５５，８０，７３のポートを連通、閉塞させる。このことにより、貯留経路２３で湯水を循環させることができる状態となる。
【０１１６】
そして、貯留タンク１５内の湯水の温度が、所定温度Ｔａ以下であるか否かを判定する（ステップ３）。具体的には、貯留タンク１５に配された４つのタンク温度センサ３０ａ〜３０ｄ（図１等参照）のうち、最も底部側に位置するタンク温度センサ３０ｄによって検知される、貯留タンク１５の底部近傍の湯水の温度が、所定温度Ｔａ（例えば摂氏４０度）以下であるか否かを判定する。
【０１１７】
そして、貯留タンク１５内の湯水の温度が所定温度Ｔａ以下であった場合、補助熱源機１６の燃焼設定温度を所定温度Ｔ１（例えば摂氏７０度）として燃焼運転を実施する（ステップ４）。
具体的に説明すると、循環ポンプ７６を作動させることにより、貯留経路２３に水流を発生させる。このことにより、貯留タンク１５の底部接続部２８から流出した湯水が、貯留経路２３を流れ、貯留タンク１５の頂部接続部２６から再び貯留タンク１５の内部へと流入する。このとき、補助熱源機１６では、バーナ３１の燃焼量を制御して最小燃焼量とする。そして、補助熱源下流側温度センサ８１で検知される湯水の温度がＴ１となるように、貯留経路２３を流れる湯水の流量を制限する。なお、本実施形態では、制御装置（図示せず）によって循環ポンプ７６のモータの回転数が制御され、貯留経路２３を流れる湯水の流量を制御される。
【０１１８】
対して、貯留タンク１５内の湯水の温度が所定温度Ｔａを上回った場合、補助熱源機１６の燃焼設定温度を所定温度Ｔ２（例えば摂氏７５度）として燃焼運転を実施する（ステップ５）。この場合も、循環ポンプ７６を作動させることにより、貯留経路２３に水流を発生させる。そして、補助熱源機１６ではバーナ３１の燃焼量が制御され、バーナ３１の燃焼に必要な最小燃焼量となる。そして、補助熱源下流側温度センサ８１で検知される湯水の温度がＴ２となるように、貯留経路２３を流れる湯水の流量を制限する。
【０１１９】
ここで、湯水の温度が所定温度Ｔａを上回った場合の燃焼設定温度Ｔ２は、湯水の温度が所定温度Ｔａ以下であった場合の燃焼設定温度Ｔ１と比べて、高い温度となっている。
即ち、本実施形態の燃料ガス消費運転では、補助熱源機１６は、貯留タンク１５内の湯水の温度が比較的高い場合、貯留タンク１５に流入される湯水の温度が比較的高くなるように燃焼運転を実施する。対して、貯留タンク１５内の湯水の温度が比較的低い場合、貯留タンク１５に流入される湯水の温度が比較的低くなるように燃焼運転を実施する。このように、貯留タンク１５内に貯留された湯水の温度に合わせて、異なる温度の湯水を流入させる燃料ガス消費運転によると、燃料ガス消費運転によって貯留タンク１５内の湯水の温度が大きく変化することがない。換言すると、貯留タンク１５内に貯留された湯水によって形成される温度成層を、燃料ガス消費運転によってかき乱すことがない。
【０１２０】
そして、補助熱源機１６による燃焼動作が開始されてから所定時間ｔ２が経過するまでの間（ステップ６でＮｏの間）、ステップ３以降の動作を実施する。また、補助熱源機１６による燃焼動作が開始されてから所定時間ｔ２が経過すると（ステップ６でＹｅｓ）、燃焼ガス消費運転を終了する。
【０１２１】
このような燃焼ガス消費運転を実施することにより、コージェネレーションシステム１に供給される燃料ガスの供給量（ガス供給経路１３を流れる燃料ガスの流量）を変化させることができる。したがって、コージェネレーションシステム１を運転するとき、ガス漏れ等の異常な事態が発生した場合のように、ガスの流量が大きく変化しない状態で、所定時間以上流れ続けるということがない。このことにより、マイコンメータ４の安全遮断機能を無効にすることなく、コージェネレーションシステム１を長時間稼動させることができる。
【０１２２】
ところで、上記したように、給湯モード、追い焚き運転モード、暖房運転モードの各運転モードを実施するときに、湯水を補助熱源機１６によって加熱する場合がある。換言すると、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、燃料ガス消費運転を実施するときだけでなく、他の運転を実施するときにも補助熱源機１６の燃焼運転を実施することがある。
【０１２３】
そこで、本発明のコージェネレーションシステム１では、補助熱源機１６が所定燃焼量以上の燃焼運転を所定時間ｔ３以上実施したことを条件に、制御装置によって積算された燃料電池６の発電継続時間を初期化している。即ち、燃料ガス消費運転、又は他の運転において、補助熱源機１６が燃焼運転を実施したときから、発電継続時間を積算していく構成となっている。
【０１２４】
具体的に説明すると、マイコンメータ４は、燃料ガスの流量に大きな変化がない状態で、ガス供給経路１３に燃料ガスが所定時間ｔａ以上流れたとき、自動的に燃料ガスの流れを遮断する。換言すると、マイコンメータ４は流量に所定量以上の変化がない状態で燃料ガスが流れる時間（ガス供給継続時間）を積算するものであり、ガス供給継続時間が所定時間ｔａとなった場合に、安全のために燃料ガスを自動的に遮断している。
【０１２５】
ここで、補助熱源機１６が燃焼運転を実施すると、補助熱源機１６が燃焼運転を実施していない場合と比べて、ガス供給経路１３に流れる燃料ガスの流量が増加する。したがって、マイコンメータ４は、補助熱源機１６が燃焼運転を開始すると、ガス供給経路１３に流れる燃料ガスの流量が増加したことを検知して、以前に積算していたガス供給継続時間を破棄し、新たにガス供給継続時間の積算を開始する。
【０１２６】
このとき、本実施形態のコージェネレーションシステム１の制御装置（図示せず）は、補助熱源機１６が燃焼運転を実施したことを条件に、積算された燃料電池６の発電継続時間を初期化している。このため、制御装置による発電継続時間の積算の開始と、マイコンメータ４によるガス供給継続時間の積算の開始とが略同時刻となっている。このようにすると、制御装置が発電継続時間と比較する所定時間ｔ１を、マイコンメータ４がガス供給継続時間と比較する所定時間ｔａよりも適切な時間だけ短くすることで、安全遮断機能が動作する前に燃料ガス消費運転を確実に実施することができる。さらに、安全遮断機能が動作するまで十分に時間があるにも関わらず安全遮断機能が実施されてしまうことがないので、コージェネレーションシステム１の効率のよい運用が可能となる。
【０１２７】
上記した実施形態では、貯留タンク１５内の湯水の温度を検知し、検知した温度に基づいて、燃料ガス消費運転における補助熱源機１６の燃焼設定温度を可変させる例を説明したが、本発明のコージェネレーションシステムが実施する燃料ガス消費運転はこれに限るものではない。例えば、貯留タンク１５内の湯水の温度を検知し、検知した温度に基づいて、貯湯設定温度を上方変更する構成であってもよい。上記したコージェネレーションシステム１に、このような構成を採用した場合について、以下で詳細に説明する。
【０１２８】
コージェネレーションシステム１では、上記したように、蓄熱運転モードにおいて、予め定められた貯湯設定温度に基づいて、所定温度の湯水が貯留タンク１５へ流入するように、熱回収用経路１２を流れる湯水の流量を制御している。このとき、補助熱源機１６によって加熱した湯水を貯留タンク１５へ流入する場合においても、予め定められた貯湯設定温度に基づいて、所定温度の湯水が貯留タンク１５へ流入するように制御されている。
【０１２９】
ここで、貯留タンク１５内が既に貯湯設定温度の湯水で満たされている場合、貯留タンク１５内の湯水を流出させ、加熱したあと、貯留タンク１５へ戻すと、貯留タンク１５内の湯水が貯湯設定温度を超えてしまうおそれがある。
したがって、本実施形態では、燃料ガス消費運転を実施する前に、貯留タンク１５内の湯水の温度を検知する。そして、貯留タンク１５内が貯湯設定温度の湯水で満たされていれば、貯湯設定温度を上方変更し、燃料ガス消費運転を実施する。このことにより、燃料ガス消費運転によって貯留タンク１５内に加熱された湯水が流入しても、貯留タンク１５内の湯水が貯湯設定温度を上回ることがない。このことにより、貯留タンク１５内が既に貯湯設定温度の湯水で満たされている場合であっても、燃料ガス消費運転を実行できる。
【０１３０】
そしてまた、上記したように、補助熱源機１６は、貯留タンク１５内の湯水が貯湯設定温度となるように、貯留タンク１５へ湯水を流入するよう制御されている。そのため、貯湯設定温度を上方変更すると、補助熱源機１６でのバーナ３１の燃焼量や、補助熱源機１６から出湯される湯水の温度（補助熱源下流側温度センサ８１で検知される湯水の温度）が高くなるように変更される。即ち、上記の場合と同様に、貯留タンク１５内の湯水の温度に応じて、補助熱源機１６から出湯される湯水の温度が制御される。
【０１３１】
以上で、燃料ガス消費運転前に貯留タンク１５内の湯水の温度を検知し、検知した温度に基づいて貯湯設定温度を上方変更する構成についての説明を終了する。
【０１３２】
上記した実施形態では、図示しない制御装置によって、発電ユニット２における発電継続時間を取得、積算する構成としたが、本発明のコージェネーションシステムは、これに限るものではない。例えば、発電ユニット２を制御する発電側制御装置と、熱回収装置３を制御する熱回収側制御装置を別途設けて、これらの間で信号を送受信する構成であってもかまわない。このとき、発電側制御装置で発電継続時間を積算し、発電継続時間が所定時間ｔ１以上であるか否かを判定して、熱回収側制御装置に判定結果を送信してもよい。また、熱回収側制御装置で発電継続時間を積算し、発電継続時間が所定時間ｔ１以上であるか否かを判定してもよい。本発明のコージェネレーションシステムの数、処理の割り当ては適宜変更してよい。
【０１３３】
上記した実施形態では、補助熱源機１６が所定燃焼量以上の燃焼運転を所定時間ｔ３以上実施したことを条件に、制御装置によって積算された燃料電池６の発電継続時間を初期化する構成としたが、本発明のコージェネレーションシステム１はこれに限るものではない。例えば、補助熱源機１６が所定燃焼量以上の燃焼運転を所定時間ｔ３以上実施したことに加え、燃料電池６の発電量が所定量以上変化した状態が、所定時間ｔ４以上継続したことを条件として、制御装置によって積算された燃料電池６の発電継続時間を初期化する構成としてもよい。即ち、燃料電池６による発電量が変化し、燃料電池６の発電動作で消費する燃料ガスの量が変化したことが予測又は検知された場合、発電継続時間を初期化する構成であってもよい。
【０１３４】
さらにまた、燃料電池６の発電動作で消費する燃料ガスの変化量と、補助熱源機１６の燃焼動作で消費する燃料ガスの変化量との合計に基づいて、制御装置によって積算された燃料電池６の発電継続時間を初期化する構成としてもよい。詳説すると、この場合、制御装置は、燃料電池６の発電量が所定量以上変化した状態が、所定時間以上継続したこと等から、燃料電池６に供給される燃料ガスの供給量が所定量Ｘ１だけ変化したことを予測又は検知する。さらに、制御装置は、補助熱源機１６が燃焼運転を所定時間以上実施したこと等から、補助熱源機１６に供給される燃料ガスが所定量Ｘ２だけ変化したことを予測又は検知する。そして、コージェネレーションシステム１全体に供給される燃料ガスが所定量（Ｘ１＋Ｘ２）だけ変化したことが、所定時間以上継続したことを条件として、制御装置によって積算された燃料電池６の発電継続時間を初期化する。このような構成によると、より確実に、制御装置による発電継続時間の積算の開始と、マイコンメータ４によるガス供給継続時間の積算の開始とが略同時刻とできるので、コージェネレーションシステム１の運用をさらに効率化できる。
【０１３５】
上記した実施形態では、燃料ガス消費運転を実施するとき、バーナ３１での燃焼量を最小燃焼量とし、貯留経路２３に流れる湯水の流量を制御することで、補助熱源機１６から出湯される湯水が所定温度Ｔ１（又はＴ２）となるようにした。しかしながら、本発明のコージェネレーションシステム１はこれに限るものではない。例えば、バーナ３１での燃焼量を制御することで、補助熱源機１６から出湯される湯水の温度を可変させる構成であってもかまわない。また、バーナ３１での燃焼量は、最小燃焼量に代えて、燃焼騒音が最小となる燃焼量であってよく、排気の耐風対策のために最小燃焼量よりも大きな燃焼量としてもよい。しかしながら、バーナ３１での燃焼量を最小燃焼量とすると、燃料ガス消費運転で使用する燃料ガスの量を少なくできるため、運用の効率化の観点から望ましい。
【０１３６】
上記した実施形態では、熱回収用経路１２とは別途の流路である貯留経路２３に、補助熱源機１６が設けられた例について説明したが、本発明のコージェネレーションシステムはこれに限るものではない。本発明のコージェネレーションシステムは、熱回収用経路に補助熱源機が設けられている構成であってもよい。このような構成であっても、本発明のコージェネレーションシステムは、燃料ガス消費運転を実施することにより、マイコンメータ４の安全機能を無効にすることなく、長時間連続して運転が可能となる。
【符号の説明】
【０１３７】
１ コージェネレーションシステム
２ 発電ユニット(発電部)
４ マイコンメータ（供給遮断手段）
６ 燃料電池
１３ ガス供給路（燃料供給系統）
１５ 貯留タンク
１６ 補助熱源機（補助熱源部）
２３ 貯留経路（貯留系統）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を使用した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】
従来から、電力を発電すると共に、その際に発生する排熱を給湯や暖房等に利用できるコージェネレーションシステムが知られている。そして、この種のシステムに採用される発電手段としては、ガスエンジンによるものや、燃料電池によるものがある。燃料電池によるものとしては、固体高分子形の燃料電池（以下、ＰＥＦＣとも称す）や、固体酸化物形の燃料電池（以下、ＳＯＦＣとも称す）が知られている。
【０００３】
コージェネレーションシステムでは、ガスエンジンによるものだけでなく、燃料電池によるものであっても、燃料ガスを導入して発電している。具体的には、燃料電池によるコージェネレーションシステムでは、都市ガス、ＬＰＧ、消化ガス、メタノール、ＧＴＬ（Ｇａｓ ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄ）等の原料となるガスから、改質器によって水素に富むガスを生成し、生成した水素に富むガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学的反応によって発電している。そして、このようなコージェネレーションシステムを一般家庭で使用する場合、入手容易性の観点から、都市ガスやＬＰＧ等の商用ガスが原料となるガスとして採用されている。
【０００４】
ところで、一般家庭で商用ガスの供給を受けるときは、安全性の観点から、ガスの流量が大きく変化することなく一定時間以上流れ続けると、ガスの流れを遮断する機能を持つメータを介してガスの供給を受ける場合がある。このような機能を持つメータは、一般にマイコンメータと呼ばれている。マイコンメータは、例えば、ゴム管が外れたときや、風呂をつけ放しにしてしまったときのように、ガスを供給し続けると危険な場合、安全のためにガスの流れを遮断する機能（安全遮断機能）を持つメータである。したがって、マイコンメータは、上記のような状況が予測されるとき、具体的には、ガスの大きな流量変化がない状態で一定時間以上流れ続けたとき、自動的にガスの供給を遮断する。
【０００５】
上記のことから、燃料電池によるコージェネレーションシステムを一般家庭で使用するとき、通常、マイコンメータを通過したガスの供給を受けている場合が多い。
【０００６】
ここで、燃料電池によるコージェネレーションシステム（特にＳＯＦＣ）は、一般的に、一旦起動させた後、即座に停止させることなく長い時間使用する。詳説すると、燃料電池によるコージェネレーションシステム（特にＳＯＦＣ）では、燃料電池が運転を停止すると、温度が一定値以下まで下がらなければ再起動できないため、短時間に起動、停止、再起動を実施できない。そのため、燃料電池によるコージェネレーションシステムでは、一度起動させると、長い時間停止させずに運転させている。
【０００７】
しかしながら、燃料電池によるコージェネレーションシステムを長い時間停止させずに使用すると、燃料電池に供給される商用ガスが一定時間以上流量が変わることなく流れる場合がある。すると、マイコンメータは、それが正常な運転であってもガス漏れがあったと誤認し、ガスの流れを遮断してしまうおそれがあった。即ち、マイコンメータによって燃料電池へのガスの供給が遮断され、コージェネレーションシステムが停止してしまうおそれがあった。
【０００８】
このような、マイコンメータの誤認に起因する、コージェネレーションシステムの停止を回避するための技術として、例えば、特許文献１に開示されている技術がある。特許文献１の燃料電池システムでは、所定時間内のメータを通過する商用ガスの流量の変動が所定幅内である場合、燃料電池の出力を変化させてメータを通過する商用ガスの流量を所定幅以上変動させている。
即ち、燃料電池へのガスの供給量を強制的に変動させることにより、マイコンメータの誤動作を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４３９９５５３号公報
【００１０】
しかしながら、燃料電池へのガスの供給量を強制的に変動させる方法では、コージェネレーションシステムの発電量を安定させるという観点から好ましくないという問題がある。即ち、ガスの供給量を変動させるために、必要でない量の発電を行ったり、必要な量の発電を行わなかったりすることは、コージェネレーションシステムを運用する上で望ましくないという問題である。
【００１１】
そこで、マイコンメータの誤動作を防止するために供給するガスを、燃料電池へ供給せず、燃焼装置等の他の機器へと供給する構成が考えられる。例えば、マイコンメータの誤動作を防止するために供給するガスによって、燃焼装置で燃焼動作を実施し、暖房機器を加熱して放熱するという方法が考えられる。
【００１２】
しかしながら、このような方法であっても、不必要に暖房機器を加熱するため、エネルギー効率の観点から望ましくないという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで本発明は、上記した問題に鑑み、マイコンメータの安全遮断機能を無効にすることなく連続して運転できると共に、燃料電池による発電量を安定させつつ、エネルギー効率のよい運用が可能なコージェネレーションシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、燃料電池を内蔵していて電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部を有し、前記発電部で発生させた熱によって湯水を加熱するコージェネレーションシステムにおいて、湯水を貯留する貯留タンクと、必要に応じて湯水を加熱する補助熱源部と、前記補助熱源部で加熱された湯水を貯留タンクへ供給する貯留系統と、前記発電部及び前記補助熱源部に燃料ガスを供給する燃料供給系統とを備え、発電部による発電が所定時間以上継続したことを条件として、燃料ガス消費運転を強制的に実施するものであり、当該燃料ガス消費運転は、補助熱源部の燃焼運転によって加熱した湯水を貯留タンクへ貯留するものであ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。
【００１５】
本発明のコージェネレーションシステムでは、発電部による発電が所定時間以上継続したことを条件として、補助熱源部による燃料ガス消費運転を強制的に実施する。即ち、コージェネレーションシステムの運転を継続し続け、燃料ガスが燃料電池に供給され続けたとき、所定時間以上の経過と共にガスの流量を強制的に変化させる。したがって、ガス漏れした場合とは異なり、ガスの流量が一定でなくなるため、コージェネレーションシステムの正常な運転中では、マイコンメータ等の機器による安全遮断機能（安全のために燃料ガスの供給を遮断する機能）が作動しない。このことにより、マイコンメータの安全遮断機能を無効にすることなく連続して運転できる。
また、本発明のコージェネレーションシステムでは、ガスの流量を強制的に変化させたとき、補助熱源部による燃料ガス消費運転を実施している。つまり、ガスの流量を強制的に変化させるためにガスの供給量を増加させたとき、増加させた分のガスを燃料電池でなく補助熱源部に供給している。即ち、燃料電池に供給されるガスの流量は、ガスの流量を強制的に変化させる以前と同じ流量となる。換言すると、本発明では、マイコンメータ等の機器による安全遮断機能の作動を回避するために、燃料電池の発電量を変化させることがない。このことにより、燃料電池の発電量を不必要に可変させなくてもよいので、燃料電池の動作を安定させることができる。
さらにまた、本発明のコージェネレーションシステムでは、ガスの流量を強制的に変化させる燃料ガス消費運転において、補助熱源部の燃焼運転によって加熱した湯水を貯留タンクへ貯留する。換言すると、ガスの流量を強制的に変化させるためにガスの供給量を増加させたとき、増加させたガスによって熱エネルギーを発生させ、発生させた熱エネルギーを蓄積させる構成となっている。そのため、マイコンメータ等の機器による安全遮断機能を回避させるために供給させるガスが無駄にならず、エネルギー効率がよい。
【００１６】
本発明のコージェネレーションシステムは、前記燃料供給系統には、燃料ガスの供給を遮断可能な供給遮断手段が設けられており、前記供給遮断手段は、一定のガス流量を連続して使用し続けると、燃料ガスの供給を遮断するものであることが好ましい（請求項２）。
【００１７】
本発明のコージェネレーションシステムは、家屋等に引き込まれるガス管、及びそれに設けられる安全のためにガスの供給を遮断させる機能を有する機器を含む構成であってもよい。このような構成であっても、安全遮断機能を無効にすることなく連続して運転できると共に、燃料電池による発電量を安定させつつ、エネルギー効率のよい運用が可能である。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、発電部による発電時間を積算し、積算した結果に基づいて、発電部による発電が所定時間継続したか否かを判定するものであり、前記燃料ガス消費運転の実施前に、補助熱源部が燃焼運転を実施された場合、燃焼運転によって一定量以上のガスが消費されたことが演算により予測、又は検知されたことを条件に、発電時間の積算値を初期化す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。
【００１９】
本発明のコージェネレーションシステムでは、発電部による発電時間を積算し、積算した結果に基づいて、発電部による発電が所定時間継続したか否かを判定している。そして、燃料ガス消費運転の実施前に、補助熱源部の燃焼運転によって一定量以上のガスが消費されたことが確認された場合、発電時間の積算値を初期化する。このことにより、燃料ガス消費運転の実施回数を不必要に増加させることがない、効率のよいコージェネレーションシステムの運用が可能となる。このことにつき、以下で具体的に説明する。
【００２０】
上記したように、マイコンメータ等の機器による安全遮断機能では、ガスの流量に大きな変化がない状態で所定時間継続した場合に、ガスの供給を遮断している。つまり、マイコンメータ等の機器は、流量に大きな変化がない状態でガスが流れ続ける時間（以下、ガス供給継続時間とも称す）を計測している。ここで、補助熱源部の燃焼運転によって一定量以上のガスが消費され、コージェネレーションシステムへのガスの供給量が変化すると、マイコンメータ等の機器はガスの流量が変化したことを検知する。そして、マイコンメータ等の機器は、ガスの流量が変化するまで積算していた以前のガス供給継続時間を破棄し、ガスの流量が変化した時点から新たなガス供給継続時間を積算していく。
【００２１】
したがって、コージェネレーションシステムが燃料ガス消費運転を実施する前に、何らかの理由によって補助熱源機による燃焼動作が実施されてガスの流量が変化した場合、マイコンメータ等の機器が計測するガス供給継続時間は、補助熱源機が燃焼動作を実施した時刻から新たに計測されることとなる。
【００２２】
ここで、コージェネレーションシステムの燃料電池は、補助熱源機が燃焼動作を実施する前後で発電し続けている。したがって、コージェネレーションシステムで、単に発電が所定時間以上継続したことを条件として燃料ガス消費運転を実施すると、マイコンメータ等の機器によってガスの供給が遮断されるまで十分時間があるにもかかわらず、燃料ガス消費運転を実施してしまうおそれがある。具体的には、マイコンメータ等の機器が計測するガス供給継続時間は、補助熱源機が燃焼動作を実施した時点から計測されるのに対し、コージェネレーションシステムの発電時間の積算値は、補助熱源機が燃焼動作を実施する以前から計測される。このため、ガス供給継続時間が所定時間を超えるまで十分時間がある状況で、発電時間の積算値が所定時間以上となってしまう場合がある。このような場合、マイコンメータ等の機器によってガスの供給が遮断されるまで十分時間があるにもかかわらず、コージェネレーションシステムが燃料ガス消費運転を実施してしまう。
【００２３】
このように、ガス供給継続時間が所定時間を超えてガスの供給が遮断されるまで、十分に時間がある状況下で、ガスの供給の遮断を回避する燃料ガス消費運転を実施してしまうと、コージェネレーションシステムの運用時に燃料ガス消費運転の実施回数が不必要に増加してしまい、コージェネレーションシステムの運用効率が悪くなる。
【００２４】
ここで本発明では、補助熱源部の燃焼運転によって一定量以上のガスが消費されたことが確認されたときに、発電時間の積算値を初期化する構成としている。このような構成によると、マイコンメータ等の機器による新たなガス供給継続時間の積算の開始と共に、燃料電池による発電の継続時間の積算を開始することができる。このことにより、ガスの供給が遮断されるまで十分時間があるにもかかわらず、燃料ガス消費運転を実施してしまうことがない。即ち、ガス供給継続時間の積算の開始から所定時間が経過するまでの時間において、適切な時間に燃料ガス消費運転を実施できる。このことにより、真に必要な状況でのみ燃料ガス消費運転を実施する、効率のよいコージェネレーションシステムの運用が可能となる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、目標とする貯湯設定温度の湯水を貯留タンクに貯留する運転を実施可能であり、前記燃料ガス消費運転の開始時において、貯留タンク内の所定の部分の湯水の温度が貯湯設定温度以上であり、且つ、貯湯タンク内が湯水で満たされている場合、貯湯設定温度を上方変更す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。
【００２６】
本発明のコージェネレーションシステムでは、貯留タンク内に貯湯設定温度以上の湯水が満たされている場合、貯湯設定温度を上方変更する。このため、貯留タンク内が既に貯湯設定温度の湯水で満たされている場合であっても、燃料ガス消費運転を実施できる。
【００２７】
具体的に説明すると、コージェネレーションシステムでは、発電部と貯留タンクとの間で湯水を循環させると共に、発電動作を実施し、発電によって発生する熱エネルギーによって加熱された湯水を貯留タンクに流入する熱回収動作を実施する。このような熱回収動作では、貯留タンク内の湯水が貯湯設定温度となるように、貯留タンク内の湯水を流出させ、加熱したあと、再び貯留タンクへ戻される。このような熱回収動作は、コージェネレーションシステムが運転される間、常時実施されることがある。
【００２８】
ところで、燃料ガス消費運転を実施すると、加熱された湯水を貯留タンクへ流入するので、貯留タンク内の湯水の温度が上昇してしまう。ここで、既に貯留タンク内に貯湯設定温度の湯水が貯留されている状況下では、燃料ガス消費運転を実施すると、燃料ガス消費運転によって、貯留タンク内の湯水が貯湯設定温度を超えてしまうことが考えられる。このように、燃料ガス消費運転によって貯留タンク内の湯水が貯湯設定温度を超えてしまうと、常時実施されている熱回収動作等が正しく実施できなくなるおそれがある。
【００２９】
そこで、本発明では、貯留タンク内に貯湯設定温度以上の湯水が満たされている場合、貯湯設定温度を上方変更する構成としている。このことにより、仮に燃料ガス消費運転によって貯留タンク内の湯水の温度が上昇しても、貯留タンク内の湯水が貯湯設定温度を超えてしまうことがない。即ち、貯留タンク内が貯湯設定温度の湯水で満たされている状況下で燃料ガス消費運転を実施するとき、予め貯湯設定温度を上方変更するので、燃料ガス消費運転によって貯留タンク内の湯水の温度が上昇しても、上方変更された貯湯設定温度を上回ることがない。そのため、コージェネレーションシステムの熱回収動作等の動作を正確に実施できる。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、前記燃料ガス消費運転では、補助熱源部の燃焼運転を所定燃焼量で実施することを特徴とする請求項１乃至４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。
【００３１】
本発明のコージェネレーションシステムでは、燃料ガス消費運転における補助熱源部の燃焼運転を所定燃焼量で実施する。そのため、燃料ガス消費運転で使用する燃料ガス、即ち、マイコンメータ等の機器による安全遮断機能の作動を回避するために使用する燃料ガスの量を抑制できる。そのため、コージェネレーションシステムのエネルギー効率のよい運用が可能となる。
なお、所定燃焼量は、最小燃焼量であってよく、燃焼騒音が最小となる燃焼量であってよく、排気の耐風対策のために最小燃焼量よりも大きな燃焼量としてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によると、発電部による発電が所定時間以上継続したことを条件として、補助熱源部による燃料ガス消費運転を強制的に実施するので、マイコンメータ等の安全遮断機能を無効にすることなく連続して運転できる。また、燃料ガス消費運転時に、燃料電池に燃料ガスを供給しないので、燃料電池の発電量を不必要に可変させなくてもよく、燃料電池の動作を安定させることができる。加えて、燃料ガス消費運転のために供給するガスによって湯水を加熱し、加熱した湯水を貯湯するので、燃料ガス消費運転のために供給するガスが無駄にならずエネルギー効率のよい運用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係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】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、熱回収用経路を黒塗りで示した図である。
【図３】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、給湯経路を黒塗りで示した図である。
【図４】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、熱供給経路を黒塗りで示した図である。
【図５】図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、貯留経路を黒塗りで示した図である。
【図６】図１のコージェネレーションシステムが実施する燃料ガス消費運転の動作手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明の実施形態に係るコージェネレーションシステム１について説明する。
【００３５】
本実施形態のコージェネレーションシステム１は、図１で示されるように、発電ユニット２（発電部）と、熱回収装置３とを組み合わせたものであり、これらを往復配管５によって接続して形成されている。
【００３６】
また、コージェネレーションシステム１は、発電ユニット２と熱回収装置３内の機器を結ぶ主要な流路として、熱回収用経路１２と、給湯経路２１と、熱供給経路２２と、貯留経路２３（貯留系統）とを有しており、さらにこれらの流路を相互に連通する複数の短絡路が設けられている。
【００３７】
さらに、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、図示しないガス供給源からガス供給経路１３（燃料供給系統）を介して燃料ガス（例えば都市ガス、ＬＰＧ等のガス）の供給を受けている。
【００３８】
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、発電ユニット２において長時間連続で発電が実施されたことを条件に、コージェネレーションシステム１への燃料ガスの供給量を所定量以上だけ増大させる運転、即ち、燃料ガス消費運転を実施している。換言すると、本実施形態のコージェネレーションシステム１は、ガス供給経路１３を流れる燃料ガスの流量を強制的に変化させることができる。
したがって、コージェネレーションシステム１を長時間稼動した場合であっても、ガス漏れ等が発生したときのように、燃料ガスの流量が大きく変化することなく所定時間以上流れ続けることがない。このことにより、ガス漏れ等が発生したときに燃料ガスの供給を強制的に遮断する安全遮断機能が、不適当に作動してしまうことがない。
【００３９】
本実施形態のコージェネレーションシステム１について、以下でさらに詳細に説明する。
【００４０】
まず、本実施形態のコージェネレーションシステム１の主要な構成について説明する。
【００４１】
発電ユニット２は、主たる構成要素である燃料電池６と、燃料電池６を冷却する冷却手段７とを備えている。
【００４２】
燃料電池６は、高温で作動する燃料電池を使用しており、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池（所謂ＳＯＦＣ）が採用されている。
【００４３】
冷却手段７は、湯水が流れる発電側流路８と、その発電側流路８に配された発電側熱交換器１０及び発電側循環ポンプ１１を有する。
【００４４】
発電側循環ポンプ１１は、往復配管５を構成要素に持つ熱回収用経路１２（図２）に湯水を循環させるための装置である。発電側循環ポンプ１１は、渦巻きポンプであり、図示しないモータを備えている。そして、モータの回転数を可変させることにより、熱回収用経路１２を流れる湯水の流量を増減できる。
【００４５】
即ち、発電ユニット２は、外部に設けられた電力負荷に対して、電力を供給するための発電デバイスとしての機能と、その電力供給に伴って発生する熱によって、発電側熱交換器１０を通過する湯水を加熱する熱エネルギー発生デバイスとしての機能も備えた構成である。
【００４６】
熱回収装置３は、主要な構成要素として、貯留タンク１５と、補助熱源機１６（補助熱源部）と、熱器具用熱交換器１７と、風呂追い焚き用熱交換器１８とを備えている。熱器具用熱交換器１７と、風呂追い焚き用熱交換器１８は、熱量を外部に供給可能な熱供給用熱交換器となっている。
【００４７】
貯留タンク１５は、湯水を貯留するための密閉タンクであり、その内部において湯水の温度成層を形成することができる。そして、貯留タンク１５は、頂部に設けられた頂部接続部２５，２６と、底部に設けられた底部接続部２７，２８に対して、熱回収用経路１２、給湯経路２１及び熱供給経路２２を構成する配管を接続している。なお、頂部接続部２５，２６及び底部接続部２７，２８は、本実施形態の様にそれぞれ２口設けられていることが推奨されるが、それぞれ１口であってもよい。
【００４８】
さらに貯留タンク１５は、内部に貯留される湯水の水位上昇方向（高さ方向）に複数（本実施形態では４つ）のタンク温度センサ３０ａ〜３０ｄを配した構成とされている。タンク温度センサ３０ａ〜３０ｄは、それぞれ貯留タンク１５内の湯水の温度を検知するための温度検知手段として機能すると共に、貯留タンク１５内に所定温度あるいは所定の温度範囲の湯水の残留量を検知するための残量検知手段としての役割も果たす。
【００４９】
ここで、一般的に貯留タンク内に湯水を貯留する場合、その湯水の温度差が所定の閾値（摂氏約１０度程度）以上であると、湯水が温度ごとに層状に分かれる。そのため、熱回収用経路１２を通過する湯水が、貯留タンク１５内の湯水の温度に対して前記閾値温度以上の高温に加熱され、貯留タンク１５内の湯水を掻き乱さない程度にゆっくりと戻されると、貯留タンク１５内に貯留されている湯水が温度ごとに層状に分かれる（温度成層）。即ち、貯留タンク１５内の上部に蓄積した高温層と下部に蓄積した低温層が形成される。
したがって、貯留タンク１５に設置されたタンク温度センサ３０ａ〜３０ｄの検知温度を調べることにより、貯留タンク１５内に所望の温度範囲に加熱された湯水がどれだけ貯留されているかを検知することができる。
【００５０】
補助熱源機１６は、従来公知の給湯器と同様である。補助熱源機１６は、都市ガスやＬＰＧ等の燃料ガスを燃焼するためのバーナ３１と補助熱源側熱交換器３２とを内蔵しており、燃料の燃焼により発生した熱エネルギーを利用して湯水を加熱するものである。
【００５１】
次に、本実施形態のコージェネレーションシステム１における主要な経路（湯水の流路）について説明する。
【００５２】
本実施形態のコージェネレーションシステム１には、前記した様に、主に熱回収用経路１２、給湯経路２１、熱供給経路２２、貯留経路２３が備えられている。以下、各経路についてそれぞれ詳細に説明する。
【００５３】
まず、熱回収用経路１２について説明する。
【００５４】
熱回収用経路１２は、図２の黒塗りに示すように、発電ユニット２内の発電側循環ポンプ１１及び発電側熱交換器１０と、熱回収装置３内の貯留タンク１５を含んだ環状に結ばれた流路であり、発電側熱交換器１０と貯留タンク１５との間で湯水を循環可能な流路である。具体的には、熱回収用経路１２は、貯留タンク１５から発電側熱交換器１０に向かって湯水が流れる熱回収往き流路３７と、発電側熱交換器１０から貯留タンク１５に向かって湯水が流れる熱回収戻り流路３８と、貯留タンク１５を迂回する熱回収バイパス流路４０を有する。
即ち、熱回収往き流路３７の上流側が貯留タンク１５の底部接続部２７に接続され、熱回収戻り流路３８の下流側が貯留タンク１５の頂部接続部２５に接続されている。さらに両者の中間部分を短絡するように熱回収バイパス流路４０が接続されて熱回収用経路１２が形成されている。
【００５５】
また、熱回収往き流路３７には、中途に流路の切り替えを可能とした流路切り替え手段たる三方弁４１と、湯水の温度を検知するラジエター用温度センサ４７と、放熱手段たるラジエター４２と、往き側温度センサ４３と、凍結防止ヒータ４４とが設けられている。
【００５６】
三方弁４１は、３つのポート４１ａ〜４１ｃを有し、２経路に流路を切り換えることができるものである。即ち、この三方弁４１は、ポート４１ａとポート４１ｃが連通すると他のポート４１ｂが閉塞し、熱回収往き流路３７を流通可能状態にすることができる。また、三方弁４１は、ポート４１ｂとポート４１ｃが連通すると他のポート４１ａが閉塞し、熱回収バイパス流路４０を流通可能状態にすることができる。
【００５７】
凍結防止ヒータ４４は、ヒータとして平板状に成形したアルミナやセラミックスに発熱体を内蔵した所謂セラミックヒータである。この凍結防止ヒータ４４は、通電による発熱によって熱回収往き流路３７を形成する配管等を加熱することが可能となっている。より具体的には、熱回収往き流路３７を形成する配管等を加熱することにより、熱回収往き流路３７を流れる湯水を加熱することができる。
【００５８】
ラジエター４２は、ファン４５を備えており、空冷効果で通過する湯水の温度を降下させるものが採用されている。ラジエター４２のファン４５は、ラジエター用温度センサ４７の検知温度に基づいて動力を制御することができる。
【００５９】
往き側温度センサ４３は、熱回収往き流路３７を流れる湯水の温度を検知するものである。
【００６０】
熱回収戻り流路３８には、中途に戻り側温度センサ４６が設けられている。これらはいずれも熱回収戻り流路３８に接続された熱回収バイパス流路４０の接続部よりも上流側（発電側熱交換器１０側）に配されている。
【００６１】
以上で、熱回収用経路１２についての説明を終了する。
【００６２】
続いて、給湯経路２１について説明する。
【００６３】
給湯経路２１は、外部に所望の温度の湯水を出湯するための流路である。即ち、給湯経路２１は、図３の黒塗りに示すように、給水源を基準に、貯留タンク１５よりも上流側に位置する給水流路５０と、貯留タンク１５よりも下流側に位置する出湯流路５１で構成されている。
【００６４】
給水流路５０は、貯留タンク１５の底部接続部２８に接続されている。これにより、コージェネレーションシステム１は、外部から供給される低温の湯水を貯留タンク１５の底部側から導入可能な構成とされている。
【００６５】
給水流路５０の中途には、給水源側から順に、外部から供給された湯水の温度を検知する給水温度センサ５２と、逆止弁５３と、流路切り替え手段たる三方弁５５が設けられている。
【００６６】
三方弁５５は、前記した熱回収用経路１２（図２参照）における三方弁４１の構造とほぼ同様であり、３つのポート５５ａ〜５５ｃを有する。即ち、この三方弁５５は、ポート５５ａとポート５５ｂが連通すると他のポート５５ｃが閉塞し、給水流路５０の上流側（給水源側）に位置する上流側給水流路５０ａと、給水流路５０の下流側（貯留タンク１５側）に位置する下流側給水流路５０ｂとの流通を可能とする。また、ポート５５ａとポート５５ｃが連通すると他のポート５５ｂが閉塞し、上流側給水流路５０ａと給水出湯接続流路５６の流通を可能とする。
【００６７】
出湯流路５１は、貯留タンク１５の頂部接続部２６に接続されて、給湯栓あるいは追い焚き循環流路３５に導く流路である。即ち、出湯流路５１の中途には、追い焚き循環流路３５に連通した風呂側分岐路５７が接続されている。
【００６８】
また、出湯流路５１の中途には、上流側から順に、高温側温度センサ５８と、３つのポートを備えた湯水混合弁６０と、流量センサ６１と、比例弁６２と、出湯温度センサ６３が設けられている。なお、湯水混合弁６０には、給水流路５０から分岐した給水分岐路６５が接続されている。給水分岐路６５は、出湯流路５１を流れる湯水に外部から供給される湯水を合流させるための流路である。
【００６９】
給水分岐路６５の中流には、出湯流路５１側から給水源側に向けて湯水が逆流するのを防止するための逆止弁６６が設けられている。その下流で、湯水混合弁６０に接続している。
【００７０】
即ち、出湯流路５１を通過する湯水は、湯水混合弁６０で高温の湯水と低温の湯水が混ざって所望の温度に調整され、比例弁６２で所望の流量に制御される。
【００７１】
以上で、給湯経路２１についての説明を終了する。
【００７２】
続いて、熱供給経路２２について説明する。
【００７３】
熱供給経路２２は、図４の黒塗りに示すように、熱器具用熱交換器１７を設けた熱器具用流路６７と、風呂追い焚き用熱交換器１８を設けた風呂追い焚き用流路６８とを含むように形成された循環流路である。
【００７４】
具体的には、熱供給経路２２は、前記した出湯流路５１（図３参照）から分岐した出湯分岐流路７０と、補助熱源機１６を迂回する補助熱源迂回流路９７と、補助熱源下流側流路９８と、熱交往き流路７１と、熱交往き流路７１から分岐した熱器具用流路６７及び風呂追い焚き用流路６８と、熱交戻り流路７２とによって形成された流路である。
【００７５】
出湯分岐流路７０は、上流側出湯分岐流路７０ａと下流側出湯分岐流路７０ｂから形成されており、これらの間には、流路切り替え手段たる三方弁７３が設けられている。そして、三方弁７３の下流側には、上流側（貯留タンク１５側）から順番に、循環ポンプ７６と、補助熱源入水温度センサ７７と、補助熱源流量センサ７８と、補助熱源用三方弁８０とが設けられている。
【００７６】
補助熱源迂回流路９７は、補助熱源用三方弁８０の下流側に接続され、補助熱源機１６をバイパスする流路である。そして、補助熱源迂回流路９７は、補助熱源機１６の内部を通過する補助熱源側流路９０と合流部９４で合流している。即ち、補助熱源迂回流路９７は、補助熱源用三方弁８０と合流部９４とを繋ぐ流路となっている。
【００７７】
補助熱源側流路９０は、補助熱源用三方弁８０の下流側に接続され、補助熱源機１６の内部を通過する流路であって、補助熱源側熱交換器３２の内部を通過している。
【００７８】
補助熱源下流側流路９８は、補助熱源側流路９０及び補助熱源迂回流路９７の下流に設けられる流路である。また、補助熱源下流側流路９８には、補助熱源下流側温度センサ８１が設けられている。
【００７９】
循環ポンプ７６は、熱供給経路２２に湯水を循環させる際に起動されるポンプである。
【００８０】
補助熱源入水温度センサ７７及び補助熱源流量センサ７８は、補助熱源機１６の上流側を流れる湯水の温度及び流量を検知するものである。補助熱源下流側温度センサ８１は、補助熱源機１６の下流側を流れる湯水の温度を検知するものである。
このことから、補助熱源入水温度センサ７７及び補助熱源流量センサ７８によって、補助熱源機１６に入水する湯水の温度及び流量を検知可能であり、補助熱源下流側温度センサ８１によって補助熱源機１６から出湯した湯水の温度を検知可能となっている。即ち、これらのセンサによって検知された情報に基づいて、補助熱源機１６の燃焼量が決定される。
【００８１】
三方弁７３は、３つのポート７３ａ〜７３ｃを有し、貯留タンク１５の湯水を出湯分岐流路７０側に流す流路を開放したり、給水出湯接続流路５６の湯水を出湯分岐流路７０内に流す流路を開放したりすることができる。同様に、補助熱源用三方弁８０も、３つのポート８０ａ〜８０ｃを有し、出湯分岐流路７０内の湯水を補助熱源機１６側に流す流路を開放したり、補助熱源機１６を迂回する流路を開放したりすることができる。
【００８２】
熱交往き流路７１は、補助熱源下流側流路９８の下流側端部に接続された分岐部９２から熱器具用流路６７及び風呂追い焚き用流路６８への分岐部８２までの流路である。
【００８３】
熱器具用流路６７は、分岐部８２から熱器具用熱交換器１７を通って、熱交戻り流路７２への合流部８３までの流路である。熱器具用流路６７は、熱器具用熱交換器１７の下流側に電磁弁８５が設けられている。
【００８４】
風呂追い焚き用流路６８は、分岐部８２から風呂追い焚き用熱交換器１８を通って、熱交戻り流路７２への合流部８３までの流路である。風呂追い焚き用流路６８は、風呂追い焚き用熱交換器１８の下流側に電磁弁８６が設けられている。
【００８５】
熱交戻り流路７２は、合流部８３から貯留タンク１５までの流路である。
【００８６】
熱交戻り流路７２は、中途に温度センサ９３と、流量センサ９５と、前記した三方弁５５が設けられている。
【００８７】
出湯分岐流路７０の三方弁７３，８０、熱器具用流路６７の電磁弁８５、風呂追い焚き用流路６８の電磁弁８６、並びに熱交戻り流路７２における三方弁５５のそれぞれの開閉状態が制御されると共に、循環ポンプ７６の動作が制御されることで、熱供給経路２２内における水流が制御される。
【００８８】
以上で、熱供給経路２２についての説明を終了する。
【００８９】
続いて、貯留経路２３について説明する。
【００９０】
貯留経路２３は、図５の黒塗りに示すように、貯留タンク１５の底部接続部２８から、頂部接続部２６までの間を、補助熱源機１６の内部を通過する補助熱源側流路９０を含むように形成された循環流路である。
【００９１】
具体的には、貯留経路２３は、上流側（貯留タンク１５の底部）側から、下流側給水流路５０ｂと、給水出湯接続流路５６と、下流側出湯分岐流路７０ｂと、補助熱源側流路９０と、補助熱源下流側流路９８と、分岐路８７と、出湯流路５１の一部とによって形成された流路である。
より分かり易く説明するため、貯留経路２３を流れる湯水に注目すれば、貯留タンク１５の底部接続部２８から排出された湯水は、下流側給水流路５０ｂへと流れ込み、三方弁５５を通過して、給水出湯接続流路５６へ導入される。そしてさらに、三方弁７３、下流側出湯分岐流路７０ｂ、補助熱源用三方弁８０、補助熱源側流路９０、合流部９４を順に通過して補助熱源下流側流路９８へと至る。そして、補助熱源下流側流路９８の下流側端部に位置する分岐部９２から分岐路８７へ流れ込み、分岐路８７から出湯流路５１へと流れ込む。そして、湯水は貯留タンク１５側へ向かって流れ、貯留タンク１５の頂部接続部２６から貯留タンク１５内へ流入する。即ち、出湯流路５１の一部であって、貯留タンク１５の頂部接続部２６と接続された部分から、出湯流路５１と分岐路８７との接続部９９までの間の流路を、湯水が貯留タンク１５側へ向かって流れる。
【００９２】
給水出湯接続流路５６は、給水流路５０から分岐した流路で、三方弁５５のポート５５ｃを通過した湯水が、出湯分岐流路７０に設けられた三方弁７３のポート７３ｃに通じる流路である。したがって、図示しない給水源から供給された湯水を、給水出湯接続流路５６へ流入させることで、湯水を貯留タンク１５に導入することなく出湯分岐流路７０に流入できる。また、貯留タンク１５の底部から出湯した湯水を、給水出湯接続流路５６へ流入させることで、出湯分岐流路７０に流入することができる。
また、給水出湯接続流路５６の中途には、温度センサ１０１が設けられている。
【００９３】
分岐路８７は、補助熱源下流側流路９８の下流側端部の分岐部９２に接続されている。つまり、分岐路８７は、補助熱源下流側流路９８の下流側端部で分岐する２つの流路（熱交往き流路７１、分岐路８７）のうちの一方の流路である。
また、分岐路８７の中途には、分岐部９２側から順に、温度センサ１０２と比例弁９１が設けられている。
【００９４】
以上で、貯留経路２３についての説明を終了する。
【００９５】
次に、ガス供給経路１３について説明する。
【００９６】
ガス供給経路１３は、家屋等に引き込まれるガス管、及びそれに設けられるマイコンメータ４によって構成されている。
本実施形態のガス供給経路１３は、分岐部１００で２経路に分岐している。具体的には、発電ユニット２に燃料ガスを供給する発電側ガス供給経路１０４と、補助熱源機１６に燃料ガスを供給する補助熱源側ガス供給経路１０５とに分岐している。そして、発電ユニット２の改質器（図示せず）と、補助熱源機１６のバーナ３１とにそれぞれ燃料ガスを供給している。
【００９７】
また、ガス供給経路１３の分岐部１００の上流側には、安全のためにガスの供給を遮断させる機能を有するマイコンメータ４（供給遮断手段）が設けられている。
【００９８】
マイコンメータ４は、燃料ガスの流量に大きな変化がない状態で、所定時間ｔａ以上燃料ガスが流れたとき、自動的に燃料ガスの流れを遮断する安全遮断機能を有する。このとき、燃料ガスが流れ始めてから、自動的に燃料ガスの流れを遮断するまでの時間ｔａは、燃料ガスの流量によって異なっている。即ち、燃料ガスの流量が比較的多い場合は、遮断するまでの時間ｔａが比較的短くなり、燃料ガスの流量が比較的少ない場合は、遮断するまでの時間ｔａが比較的長くなる。
【００９９】
また、本実施形態のコージェネレーションシステム１は、図示しない制御装置によって動作が制御されている。この制御装置に具備された部品は、従来公知のコージェネレーションシステムが備えているものと同様であり、例えばＣＰＵや所定の制御プログラムが内蔵されたメモリなどを備えた構成とすることができる。制御装置は、各部に設けられたセンサ類の検知信号や、メモリに記憶されているデータ等に基づいて、コージェネレーションシステム１の各部に設けられた弁や発電ユニット２、補助熱源機１６等の動作を制御し、コージェネレーションシステム１の総合エネルギー効率の最適化を図る構成とされている。
【０１００】
続いて、本実施形態のコージェネレーションシステム１の通常の運転モードにおける動作について説明する。なお、本実施形態のコージェネレーションシステム１の通常の運転動作は、公知技術とほぼ同様であるため、簡単に説明する。
【０１０１】
本実施形態のコージェネレーションシステム１は、蓄熱運転を単独で行う蓄熱運転モードと、給湯運転モード、追い焚き運転モード、暖房運転モードを含む運転モード群から選択される熱消費のための動作運転モードを選択して運転を行うことができる。
以下に各運転モードについて説明する。
【０１０２】
（蓄熱運転モード）
蓄熱運転モードは、発電側循環ポンプ１１を作動させることにより、熱回収用経路１２内に水流を発生させ、発電ユニット２の動作に伴って発生する排熱を回収して湯水を加熱し、この湯水を貯留タンク１５に貯留する蓄熱運転を行う運転モードである。即ち、コージェネレーションシステム１が蓄熱運転モードで動作する場合、図示しない制御装置から発信される制御信号に基づいて、三方弁４１が熱回収バイパス流路４０に対して閉じ、熱回収往き流路３７及び熱回収戻り流路３８に対して開いた状態に制御される。そして貯留タンク１５の底部を始点として、発電ユニット２を介して貯留タンク１５の頂部に向かうように湯水の循環流が発生される。
【０１０３】
ここで、蓄熱運転モードにおいて、熱回収戻り流路３８を流れる湯水の温度が低い場合、熱回収戻り流路３８で湯水を循環させる動作を行う。即ち、熱回収戻り流路３８を流れる湯水の温度が低い場合、三方弁４１の開放するポートを切り換えて、熱回収戻り流路３８から熱回収バイパス流路４０側に湯水が流れるように制御する。
【０１０４】
つまり、蓄熱運転モードでは、予め定められた貯湯設定温度に基づいて、所定温度の湯水が貯留タンク１５へ流入するように、熱回収用経路１２を流れる湯水の流量を制御している。そして、所定温度の湯水が貯留タンク１５へ流入できない場合、熱回収用経路１２の循環経路（熱回収往き流路３７、熱回収戻り流路３８、熱回収バイパス流路４０で形成される循環経路）で湯水を循環させている。
【０１０５】
（給湯運転モード）
給湯運転モードは、上記した給湯経路２１によって、貯留タンク１５に貯留された高温の湯水と、給水分岐路６５を通過した低温の湯水とが合流するように水流を形成し、所定の温度に調整されて給湯栓（浴槽への落とし込みも含む）から出湯する運転モードである。
より具体的には、給湯栓等が操作されると、外部の給水源から供給された低温の湯水の一部が貯留タンク１５に底部接続部２８から流入する。これにより、貯留タンク１５の頂部に滞留する高温の湯水が出湯流路５１へ排出される。また、このとき外部の給水源から供給された低温の湯水は、貯留タンク１５だけでなく、給水分岐路６５にも流れ込む。このことにより、出湯流路５１へ排出された湯水と、給水分岐路６５に流れ込んだ湯水とが湯水混合弁６０を介して合流し、図示しない給湯栓や浴槽へと流れて給湯される。
なお、給湯運転モードを実施している間は、基本的に蓄熱運転が常時行われている。即ち、ＳＯＦＣを用いたコージェネレーションシステム１が給湯運転モードで動作する場合、蓄熱運転と給湯運転の両方の運転が行われる。
【０１０６】
（追い焚き運転モード）
追い焚き運転モードは、上記した熱供給経路２２によって、追い焚き用熱交換器１８に高温の湯水を供給すると共に、浴槽内の湯水を追い焚き循環流路３５で循環させる運転モードである。つまり、熱供給経路２２（風呂追い焚き用流路６８）を循環する高温の湯水と、追い焚き循環流路３５を循環する浴槽内の湯水とが熱交換する。結果、浴槽内の湯水が所望の温度まで加熱される。
なお、追い焚き運転モードの実施中においても、基本的に蓄熱運転が常時行われている。即ち、ＳＯＦＣを用いたコージェネレーションシステム１が追い焚き運転モードで動作する場合、蓄熱運転と、高温の湯水を追い焚き用熱交換器１８に供給する追い焚き運転を共に実施する。
【０１０７】
（暖房運転モード）
暖房運転モードは、上記した熱供給経路２２によって、熱器具用熱交換器１７に高温の湯水を供給すると共に、暖房循環流路３６内に湯水（図示しない暖房機器に熱を供給するための熱媒体）の循環流を発生させる。このことにより、熱供給経路２２（熱器具用流路６７）を循環する高温の湯水と、暖房循環流路３６を循環する熱媒体となる湯水とが熱交換する。結果、図示しない暖房機器に熱が供給される。
【０１０８】
以上が通常の熱消費のための運転モードの動作の説明である。
【０１０９】
なお、上記した給湯モード、追い焚き運転モード、暖房運転モードの各運転モードを実施するときに、貯留タンク１５内に貯留された湯水の温度が低い場合、貯留タンク１５から出湯した湯水を、補助熱源機１６によって加熱して実施する場合がある。
【０１１０】
ここで、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では、発電ユニット２と、補助熱源機１６へ燃料ガスを供給するガス供給経路１３に、マイコンメータ４が設けられている。そして、マイコンメータ４は、ガス漏れ等の異常な事態が発生したとき、ガスの供給を自動的に遮断する安全遮断機能を備えている。即ち、マイコンメータ４は、燃料ガスの流量に大きな変化がない状態で、燃料ガスが一定時間以上流れ続けたとき、安全のためにガスの供給を自動的に遮断している。
【０１１１】
しかしながら、コージェネレーションシステム１を長時間稼動させ、且つ、稼動中に燃料ガスの供給量に大きな変化がない場合、ガス供給経路１３では、結果的にガス漏れ等の異常な事態が発生した場合と類似した状況となってしまう。即ち、ガス供給経路１３において、ガスの流量が大きく変化しない状態で、所定時間以上流れ続けるという状況が発生する。このような状況下では、マイコンメータ４は、それが通常の動作であるのか、ガス漏れ等の異常が発生したのかを判別できないため、それがコージェネレーションシステム１の通常の動作によるものであっても、安全のためにガスの供給を自動的に遮断してしまう。
【０１１２】
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、通常の運転が実施されている状況下では、マイコンメータ４の安全遮断機能が作動しないよう、発電部による発電が所定時間以上継続したことを条件に、燃料ガス消費運転を強制的に実施する。このことにより、ガス供給経路１３を流れるガスの流量が変化するため、マイコンメータ４は、通常の動作が行われていることを確実に判別できる。したがって、マイコンメータ４の安全遮断機能を無効にすることなく、コージェネレーションシステム１を長時間稼動させることができる。
【０１１３】
本実施形態の特徴的な動作である燃料ガス消費運転について、図６を参照しつつ、以下で詳細に説明する。
【０１１４】
本実施形態の燃料ガス消費運転では、図示しない制御装置によって積算された燃料電池６の発電継続時間が、所定時間ｔ１を上回った場合（ステップ１でＹｅｓの場合）、ステップ２へと進んで流路切替動作を実施する。
【０１１５】
流路切替動作では、上記した貯留経路２３（図５参照）に湯水が流れるように、各三方弁５５，８０，７３のポートを連通、閉塞させる。このことにより、貯留経路２３で湯水を循環させることができる状態となる。
【０１１６】
そして、貯留タンク１５内の湯水の温度が、所定温度Ｔａ以下であるか否かを判定する（ステップ３）。具体的には、貯留タンク１５に配された４つのタンク温度センサ３０ａ〜３０ｄ（図１等参照）のうち、最も底部側に位置するタンク温度センサ３０ｄによって検知される、貯留タンク１５の底部近傍の湯水の温度が、所定温度Ｔａ（例えば摂氏４０度）以下であるか否かを判定する。
【０１１７】
そして、貯留タンク１５内の湯水の温度が所定温度Ｔａ以下であった場合、補助熱源機１６の燃焼設定温度を所定温度Ｔ１（例えば摂氏７０度）として燃焼運転を実施する（ステップ４）。
具体的に説明すると、循環ポンプ７６を作動させることにより、貯留経路２３に水流を発生させる。このことにより、貯留タンク１５の底部接続部２８から流出した湯水が、貯留経路２３を流れ、貯留タンク１５の頂部接続部２６から再び貯留タンク１５の内部へと流入する。このとき、補助熱源機１６では、バーナ３１の燃焼量を制御して最小燃焼量とする。そして、補助熱源下流側温度センサ８１で検知される湯水の温度がＴ１となるように、貯留経路２３を流れる湯水の流量を制限する。なお、本実施形態では、制御装置（図示せず）によって循環ポンプ７６のモータの回転数が制御され、貯留経路２３を流れる湯水の流量を制御される。
【０１１８】
対して、貯留タンク１５内の湯水の温度が所定温度Ｔａを上回った場合、補助熱源機１６の燃焼設定温度を所定温度Ｔ２（例えば摂氏７５度）として燃焼運転を実施する（ステップ５）。この場合も、循環ポンプ７６を作動させることにより、貯留経路２３に水流を発生させる。そして、補助熱源機１６ではバーナ３１の燃焼量が制御され、バーナ３１の燃焼に必要な最小燃焼量となる。そして、補助熱源下流側温度センサ８１で検知される湯水の温度がＴ２となるように、貯留経路２３を流れる湯水の流量を制限する。
【０１１９】
ここで、湯水の温度が所定温度Ｔａを上回った場合の燃焼設定温度Ｔ２は、湯水の温度が所定温度Ｔａ以下であった場合の燃焼設定温度Ｔ１と比べて、高い温度となっている。
即ち、本実施形態の燃料ガス消費運転では、補助熱源機１６は、貯留タンク１５内の湯水の温度が比較的高い場合、貯留タンク１５に流入される湯水の温度が比較的高くなるように燃焼運転を実施する。対して、貯留タンク１５内の湯水の温度が比較的低い場合、貯留タンク１５に流入される湯水の温度が比較的低くなるように燃焼運転を実施する。このように、貯留タンク１５内に貯留された湯水の温度に合わせて、異なる温度の湯水を流入させる燃料ガス消費運転によると、燃料ガス消費運転によって貯留タンク１５内の湯水の温度が大きく変化することがない。換言すると、貯留タンク１５内に貯留された湯水によって形成される温度成層を、燃料ガス消費運転によってかき乱すことがない。
【０１２０】
そして、補助熱源機１６による燃焼動作が開始されてから所定時間ｔ２が経過するまでの間（ステップ６でＮｏの間）、ステップ３以降の動作を実施する。また、補助熱源機１６による燃焼動作が開始されてから所定時間ｔ２が経過すると（ステップ６でＹｅｓ）、燃焼ガス消費運転を終了する。
【０１２１】
このような燃焼ガス消費運転を実施することにより、コージェネレーションシステム１に供給される燃料ガスの供給量（ガス供給経路１３を流れる燃料ガスの流量）を変化させることができる。したがって、コージェネレーションシステム１を運転するとき、ガス漏れ等の異常な事態が発生した場合のように、ガスの流量が大きく変化しない状態で、所定時間以上流れ続けるということがない。このことにより、マイコンメータ４の安全遮断機能を無効にすることなく、コージェネレーションシステム１を長時間稼動させることができる。
【０１２２】
ところで、上記したように、給湯モード、追い焚き運転モード、暖房運転モードの各運転モードを実施するときに、湯水を補助熱源機１６によって加熱する場合がある。換言すると、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、燃料ガス消費運転を実施するときだけでなく、他の運転を実施するときにも補助熱源機１６の燃焼運転を実施することがある。
【０１２３】
そこで、本発明のコージェネレーションシステム１では、補助熱源機１６が所定燃焼量以上の燃焼運転を所定時間ｔ３以上実施したことを条件に、制御装置によって積算された燃料電池６の発電継続時間を初期化している。即ち、燃料ガス消費運転、又は他の運転において、補助熱源機１６が燃焼運転を実施したときから、発電継続時間を積算していく構成となっている。
【０１２４】
具体的に説明すると、マイコンメータ４は、燃料ガスの流量に大きな変化がない状態で、ガス供給経路１３に燃料ガスが所定時間ｔａ以上流れたとき、自動的に燃料ガスの流れを遮断する。換言すると、マイコンメータ４は流量に所定量以上の変化がない状態で燃料ガスが流れる時間（ガス供給継続時間）を積算するものであり、ガス供給継続時間が所定時間ｔａとなった場合に、安全のために燃料ガスを自動的に遮断している。
【０１２５】
ここで、補助熱源機１６が燃焼運転を実施すると、補助熱源機１６が燃焼運転を実施していない場合と比べて、ガス供給経路１３に流れる燃料ガスの流量が増加する。したがって、マイコンメータ４は、補助熱源機１６が燃焼運転を開始すると、ガス供給経路１３に流れる燃料ガスの流量が増加したことを検知して、以前に積算していたガス供給継続時間を破棄し、新たにガス供給継続時間の積算を開始する。
【０１２６】
このとき、本実施形態のコージェネレーションシステム１の制御装置（図示せず）は、補助熱源機１６が燃焼運転を実施したことを条件に、積算された燃料電池６の発電継続時間を初期化している。このため、制御装置による発電継続時間の積算の開始と、マイコンメータ４によるガス供給継続時間の積算の開始とが略同時刻となっている。このようにすると、制御装置が発電継続時間と比較する所定時間ｔ１を、マイコンメータ４がガス供給継続時間と比較する所定時間ｔａよりも適切な時間だけ短くすることで、安全遮断機能が動作する前に燃料ガス消費運転を確実に実施することができる。さらに、安全遮断機能が動作するまで十分に時間があるにも関わらず安全遮断機能が実施されてしまうことがないので、コージェネレーションシステム１の効率のよい運用が可能となる。
【０１２７】
上記した実施形態では、貯留タンク１５内の湯水の温度を検知し、検知した温度に基づいて、燃料ガス消費運転における補助熱源機１６の燃焼設定温度を可変させる例を説明したが、本発明のコージェネレーションシステムが実施する燃料ガス消費運転はこれに限るものではない。例えば、貯留タンク１５内の湯水の温度を検知し、検知した温度に基づいて、貯湯設定温度を上方変更する構成であってもよい。上記したコージェネレーションシステム１に、このような構成を採用した場合について、以下で詳細に説明する。
【０１２８】
コージェネレーションシステム１では、上記したように、蓄熱運転モードにおいて、予め定められた貯湯設定温度に基づいて、所定温度の湯水が貯留タンク１５へ流入するように、熱回収用経路１２を流れる湯水の流量を制御している。このとき、補助熱源機１６によって加熱した湯水を貯留タンク１５へ流入する場合においても、予め定められた貯湯設定温度に基づいて、所定温度の湯水が貯留タンク１５へ流入するように制御されている。
【０１２９】
ここで、貯留タンク１５内が既に貯湯設定温度の湯水で満たされている場合、貯留タンク１５内の湯水を流出させ、加熱したあと、貯留タンク１５へ戻すと、貯留タンク１５内の湯水が貯湯設定温度を超えてしまうおそれがある。
したがって、本実施形態では、燃料ガス消費運転を実施する前に、貯留タンク１５内の湯水の温度を検知する。そして、貯留タンク１５内が貯湯設定温度の湯水で満たされていれば、貯湯設定温度を上方変更し、燃料ガス消費運転を実施する。このことにより、燃料ガス消費運転によって貯留タンク１５内に加熱された湯水が流入しても、貯留タンク１５内の湯水が貯湯設定温度を上回ることがない。このことにより、貯留タンク１５内が既に貯湯設定温度の湯水で満たされている場合であっても、燃料ガス消費運転を実行できる。
【０１３０】
そしてまた、上記したように、補助熱源機１６は、貯留タンク１５内の湯水が貯湯設定温度となるように、貯留タンク１５へ湯水を流入するよう制御されている。そのため、貯湯設定温度を上方変更すると、補助熱源機１６でのバーナ３１の燃焼量や、補助熱源機１６から出湯される湯水の温度（補助熱源下流側温度センサ８１で検知される湯水の温度）が高くなるように変更される。即ち、上記の場合と同様に、貯留タンク１５内の湯水の温度に応じて、補助熱源機１６から出湯される湯水の温度が制御される。
【０１３１】
以上で、燃料ガス消費運転前に貯留タンク１５内の湯水の温度を検知し、検知した温度に基づいて貯湯設定温度を上方変更する構成についての説明を終了する。
【０１３２】
上記した実施形態では、図示しない制御装置によって、発電ユニット２における発電継続時間を取得、積算する構成としたが、本発明のコージェネーションシステムは、これに限るものではない。例えば、発電ユニット２を制御する発電側制御装置と、熱回収装置３を制御する熱回収側制御装置を別途設けて、これらの間で信号を送受信する構成であってもかまわない。このとき、発電側制御装置で発電継続時間を積算し、発電継続時間が所定時間ｔ１以上であるか否かを判定して、熱回収側制御装置に判定結果を送信してもよい。また、熱回収側制御装置で発電継続時間を積算し、発電継続時間が所定時間ｔ１以上であるか否かを判定してもよい。本発明のコージェネレーションシステムの数、処理の割り当ては適宜変更してよい。
【０１３３】
上記した実施形態では、補助熱源機１６が所定燃焼量以上の燃焼運転を所定時間ｔ３以上実施したことを条件に、制御装置によって積算された燃料電池６の発電継続時間を初期化する構成としたが、本発明のコージェネレーションシステム１はこれに限るものではない。例えば、補助熱源機１６が所定燃焼量以上の燃焼運転を所定時間ｔ３以上実施したことに加え、燃料電池６の発電量が所定量以上変化した状態が、所定時間ｔ４以上継続したことを条件として、制御装置によって積算された燃料電池６の発電継続時間を初期化する構成としてもよい。即ち、燃料電池６による発電量が変化し、燃料電池６の発電動作で消費する燃料ガスの量が変化したことが予測又は検知された場合、発電継続時間を初期化する構成であってもよい。
【０１３４】
さらにまた、燃料電池６の発電動作で消費する燃料ガスの変化量と、補助熱源機１６の燃焼動作で消費する燃料ガスの変化量との合計に基づいて、制御装置によって積算された燃料電池６の発電継続時間を初期化する構成としてもよい。詳説すると、この場合、制御装置は、燃料電池６の発電量が所定量以上変化した状態が、所定時間以上継続したこと等から、燃料電池６に供給される燃料ガスの供給量が所定量Ｘ１だけ変化したことを予測又は検知する。さらに、制御装置は、補助熱源機１６が燃焼運転を所定時間以上実施したこと等から、補助熱源機１６に供給される燃料ガスが所定量Ｘ２だけ変化したことを予測又は検知する。そして、コージェネレーションシステム１全体に供給される燃料ガスが所定量（Ｘ１＋Ｘ２）だけ変化したことが、所定時間以上継続したことを条件として、制御装置によって積算された燃料電池６の発電継続時間を初期化する。このような構成によると、より確実に、制御装置による発電継続時間の積算の開始と、マイコンメータ４によるガス供給継続時間の積算の開始とが略同時刻とできるので、コージェネレーションシステム１の運用をさらに効率化できる。
【０１３５】
上記した実施形態では、燃料ガス消費運転を実施するとき、バーナ３１での燃焼量を最小燃焼量とし、貯留経路２３に流れる湯水の流量を制御することで、補助熱源機１６から出湯される湯水が所定温度Ｔ１（又はＴ２）となるようにした。しかしながら、本発明のコージェネレーションシステム１はこれに限るものではない。例えば、バーナ３１での燃焼量を制御することで、補助熱源機１６から出湯される湯水の温度を可変させる構成であってもかまわない。また、バーナ３１での燃焼量は、最小燃焼量に代えて、燃焼騒音が最小となる燃焼量であってよく、排気の耐風対策のために最小燃焼量よりも大きな燃焼量としてもよい。しかしながら、バーナ３１での燃焼量を最小燃焼量とすると、燃料ガス消費運転で使用する燃料ガスの量を少なくできるため、運用の効率化の観点から望ましい。
【０１３６】
上記した実施形態では、熱回収用経路１２とは別途の流路である貯留経路２３に、補助熱源機１６が設けられた例について説明したが、本発明のコージェネレーションシステムはこれに限るものではない。本発明のコージェネレーションシステムは、熱回収用経路に補助熱源機が設けられている構成であってもよい。このような構成であっても、本発明のコージェネレーションシステムは、燃料ガス消費運転を実施することにより、マイコンメータ４の安全機能を無効にすることなく、長時間連続して運転が可能となる。
【符号の説明】
【０１３７】
１ コージェネレーションシステム
２ 発電ユニット(発電部)
４ マイコンメータ（供給遮断手段）
６ 燃料電池
１３ ガス供給路（燃料供給系統）
１５ 貯留タンク
１６ 補助熱源機（補助熱源部）
２３ 貯留経路（貯留系統）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を内蔵していて電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部を有し、前記発電部で発生させた熱によって湯水を加熱するコージェネレーションシステムにおいて、
湯水を貯留する貯留タンクと、必要に応じて湯水を加熱する補助熱源部と、前記補助熱源部で加熱された湯水を貯留タンクへ供給する貯留系統と、前記発電部及び前記補助熱源部に燃料ガスを供給する燃料供給系統とを備え、
発電部による発電が所定時間以上継続したことを条件として、燃料ガス消費運転を強制的に実施するものであり、当該燃料ガス消費運転は、補助熱源部の燃焼運転によって加熱した湯水を貯留タンクへ貯留するものであ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】
前記燃料供給系統には、燃料ガスの供給を遮断可能な供給遮断手段が設けられており、
前記供給遮断手段は、一定のガス流量を連続して使用し続けると、燃料ガスの供給を遮断するものであ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】
発電部による発電時間を積算し、積算した結果に基づいて、発電部による発電が所定時間継続したか否かを判定するものであり、
前記燃料ガス消費運転の実施前に、補助熱源部が燃焼運転を実施された場合、燃焼運転によって一定量以上のガスが消費されたことが演算により予測、又は検知されたことを条件に、発電時間の積算値を初期化す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】
目標とする貯湯設定温度の湯水を貯留タンクに貯留する運転を実施可能であり、
前記燃料ガス消費運転の開始時において、貯留タンク内の所定の部分の湯水の温度が貯湯設定温度以上であり、且つ、貯湯タンク内が湯水で満たされている場合、貯湯設定温度を上方変更す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】
前記燃料ガス消費運転では、補助熱源部の燃焼運転を所定燃焼量で実施することを特徴とする請求項１乃至４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１】
燃料電池を内蔵していて電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部を有し、前記発電部で発生させた熱によって湯水を加熱するコージェネレーションシステムにおいて、
湯水を貯留する貯留タンクと、必要に応じて湯水を加熱する補助熱源部と、前記補助熱源部で加熱された湯水を貯留タンクへ供給する貯留系統と、前記発電部及び前記補助熱源部に燃料ガスを供給する燃料供給系統とを備え、
発電部による発電が所定時間以上継続したことを条件として、燃料ガス消費運転を強制的に実施するものであり、当該燃料ガス消費運転は、補助熱源部の燃焼運転によって加熱した湯水を貯留タンクへ貯留するものであ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】
前記燃料供給系統には、燃料ガスの供給を遮断可能な供給遮断手段が設けられており、
前記供給遮断手段は、一定のガス流量を連続して使用し続けると、燃料ガスの供給を遮断するものであ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】
発電部による発電時間を積算し、積算した結果に基づいて、発電部による発電が所定時間継続したか否かを判定するものであり、
前記燃料ガス消費運転の実施前に、補助熱源部が燃焼運転を実施された場合、燃焼運転によって一定量以上のガスが消費されたことが演算により予測、又は検知されたことを条件に、発電時間の積算値を初期化す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】
目標とする貯湯設定温度の湯水を貯留タンクに貯留する運転を実施可能であり、
前記燃料ガス消費運転の開始時において、貯留タンク内の所定の部分の湯水の温度が貯湯設定温度以上であり、且つ、貯湯タンク内が湯水で満たされている場合、貯湯設定温度を上方変更す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】
前記燃料ガス消費運転では、補助熱源部の燃焼運転を所定燃焼量で実施することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６９５９８（Ｐ２０１３−６９５９８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８４６１（Ｐ２０１１−２０８４６１）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００４７０９）株式会社ノーリツ (1,293)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００４７０９）株式会社ノーリツ (1,293)
【Ｆターム（参考）】
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