JP2020153656A - 熱電併給システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料ガスが供給されない状態において温度成層を形成する状態で貯湯槽に湯水を貯湯でき、しかも、貯湯中においても出湯できる熱電併給システムを提供する。【解決手段】貯湯槽８の底部と上部とを接続する湯水流動用の循環路９を流動する湯水を加熱する凍結防止用ヒータ１３及び循環ポンプ１０が、外部電源４にて駆動される状態で設けられ、運転制御部Ｈが、発電部Ｍの停止状態において貯湯槽８に温度成層を形成する状態で貯湯すべく、凍結防止用ヒータ１３を作動させ、且つ、循環路９を通して貯湯槽８の上部に供給される湯水の温度が目標温度になるように循環路９を通して流動する湯水循環量を調整する形態で、循環ポンプ１０の作動を制御するヒータ熱回収式貯湯処理を実行するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ガスの供給により作動する発電部と、湯水を貯湯する密閉型の貯湯槽と、前記発電部の排熱を回収する排熱回収熱交換部を経由する形態で、前記貯湯槽の底部と上部とを接続する湯水流動用の循環路と、前記貯湯槽の底部から取出した湯水を当該貯湯槽の上部に戻す形態で、前記循環路を通して湯水を循環させる循環ポンプと、運転制御部とが設けられ、
前記運転制御部が、前記発電部の作動状態において前記貯湯槽に温度成層を形成する状態で貯湯すべく、前記循環路を通して前記貯湯槽の上部に供給される湯水の温度が目標温度になるように前記循環路を通して流動する湯水循環量を調整する形態で、前記循環ポンプの作動を制御する排熱回収式貯湯処理を実行するように構成された熱電併給システムに関する。

かかる熱電併給システムは、一般家庭等に設置されて、発電部にて発電した電力を電気負荷に供給し、かつ、発電部の排熱を回収して貯湯槽の湯水を加熱することにより、貯湯槽の湯水を給湯栓等の湯水消費部に供給できるようにしたものである。
ちなみに、発電部としては、燃料電池やエンジンにて駆動される発電機がある。

かかる熱電併給システムの従来例として、循環路を流動する湯水を加熱する凍結防止用ヒータを設け、運転制御部が、発電部の停止状態において、外気温度が設定温度よりも低下する等の凍結防止運転条件が満たされると、凍結防止用ヒータ及び循環ポンプを作動させて、循環路を流動する湯水を加熱する凍結防止運転を実行するように構成したものがある（例えば、特許文献１参照。）。

ちなみに、特許文献１においては、貯湯槽から出湯される湯水を加熱する給湯器を設けて、貯湯槽から出湯される湯水の温度が低い場合等において、当該湯水を給湯器にて加熱することができるように構成されている。
尚、発電部の停止状態において、凍結防止用ヒータ及び循環ポンプを作動させて凍結防止運転を実行するには、商用電源等の外部電源にて凍結防止用ヒータ及び循環ポンプを駆動できるように構成することになる。

特許第４８３８６５４号公報

従来の熱電併給システムにおいては、例えば、燃料ガスとしての都市ガスにて発電部及び給湯器を作動させる場合において、地震の発生等により、都市ガスの供給が停止された状態になって、発電部及び給湯器のいずれもが作動不能状態になる等、燃料ガスが供給されない状態になった場合には、発電部及び給湯器のいずれも作動不能状態になって、加熱された湯水を湯水消費部に供給できない状態になる虞があり、改善が望まれるものであった。

このため、凍結防止用ヒータ及び循環ポンプを商用電源等の外部電源にて駆動させ、且つ、循環ポンプを、排熱回収式貯湯処理を実行するときと同様な駆動状態（駆動出力）で作動させて、凍結防止用ヒータにて加熱された湯水を貯湯槽に貯湯するように構成することが考えられる。
ちなみに、循環ポンプについての、排熱回収式貯湯処理を実行するときと同様な駆動状態（駆動出力）としては、例えば、循環ポンプの駆動効率が高い駆動状態（駆動出力）を設定することが考えられる。
しかしながら、この構成の場合には、使用勝手が悪いものであった。

すなわち、凍結防止用ヒータは熱容量（加熱量）が小さなものであるから、貯湯槽の底部から取出された湯水が凍結防止用ヒータの設置箇所を一回通過するときの上昇温度は、例えば、５℃程度のかなり低い温度であるため、貯湯槽の湯水の全体を目標温度にて温度成層を形成する状態に加熱する（貯湯槽を沸き上げる）時間が、例えば、冬季において２０時間になる等、かなりの時間を要するものとなる。

しかも、貯湯槽に貯湯された湯水の温度は、時間経過に伴う放熱により低下することになるから、適当時間おきに湯水の温度を確認し、湯水の温度が低下している場合には、循環ポンプ及び凍結防止用ヒータを作動させて保温運転としての貯湯運転を行うことになるが、このような保温運転としての貯湯運転を行っているときには、貯湯槽に貯湯されている湯水を出湯できないものとなる。

つまり、保温運転としての貯湯運転を行っているときに出湯すると、その出湯に伴い貯湯槽の底部側に給水されることになり、その給水された湯水が凍結防止用ヒータにより５５℃程度昇温され、そのように５℃程度だけ昇温された湯水（目標温度よりかなり低い温度の湯水）が、貯湯槽の上部に供給されることになる結果、貯槽槽の湯水の温度成層が乱れた状態となるため、保温運転としての貯湯運転を行う際には出湯できないものとなる。

そして、このような問題は、貯湯槽の湯水の全体が目標温度に加熱された状態において、貯湯槽の湯水の一部が消費された場合において、循環ポンプ及び凍結用ヒータを作動させて貯湯運転するときにも、同様に生じることになる。

したがって、排熱回収式貯湯処理を実行するときと同様な駆動状態（駆動出力）で循環ポンプを作動させて、凍結防止用ヒータにて加熱された湯水を貯湯槽に貯湯するように構成する場合においては、貯湯槽の湯水の全体を目標温度にて温度成層を形成する状態に加熱した（貯湯槽を沸き上げた）後において、例えば、一旦出湯すると、保温運転としての貯湯運転を行うことなく、貯湯槽の湯水を全て使い切るようにする必要があり、また、保温運転としての貯湯運転を開始したときには、その貯湯運転が終了するまで出湯できなくなる等、使用勝手が悪いものであった。
しかも、貯湯槽の湯水を全て使い切ったときには、貯湯槽の湯水の全体を目標温度にて温度成層を形成する状態に加熱する（貯湯槽を沸き上げる）ことになるが、その時間が、例えば、冬季において２０時間になる等、かなりの時間を要するものであり、使用勝手が悪いものであった。

本発明は、上記実情に鑑みて為されたものであって、その目的は、燃料ガスが供給されない状態において温度成層を形成する状態で貯湯槽に湯水を貯湯でき、しかも、貯湯運転中においても出湯できる熱電併給システムを提供する点にある。

本発明の熱電併給システムは、燃料ガスの供給により作動する発電部と、湯水を貯湯する密閉型の貯湯槽と、前記発電部の排熱を回収する排熱回収熱交換部を経由する形態で、前記貯湯槽の底部と上部とを接続する湯水流動用の循環路と、前記貯湯槽の底部から取出した湯水を当該貯湯槽の上部に戻す形態で、前記循環路を通して湯水を循環させる循環ポンプと、運転制御部とが設けられ、
前記運転制御部が、前記発電部の作動状態において前記貯湯槽に温度成層を形成する状態で貯湯すべく、前記循環路を通して前記貯湯槽の上部に供給される湯水の温度が目標温度になるように前記循環路を通して流動する湯水循環量を調整する形態で、前記循環ポンプの作動を制御する排熱回収式貯湯処理を実行するように構成されたものであって、その特徴構成は、
前記循環路を流動する湯水を加熱する凍結防止用ヒータ及び前記循環ポンプが、外部電源にて駆動される状態で設けられ、
前記運転制御部が、前記発電部の停止状態において前記貯湯槽に温度成層を形成する状態で貯湯すべく、前記凍結防止用ヒータを作動させ、且つ、前記循環路を通して前記貯湯槽の上部に供給される湯水の温度が前記目標温度になるように前記循環路を通して流動する前記湯水循環量を前記排熱回収式貯湯処理における前記湯水循環量よりも少なくなる状態に調整する形態で、前記凍結防止用ヒータ及び前記循環ポンプの作動を制御するヒータ熱回収式貯湯処理を実行するように構成されている点にある。

すなわち、運転制御手段が、ヒータ熱回収式貯湯処理を実行することにより、燃料ガスが供給されないことにより発電部が停止している停止状態においても、貯湯槽の湯水を目標温度にて温度成層を形成する状態に適切に貯湯できることになる。

つまり、凍結防止のために、商用電源等の外部電源にて駆動される状態で設けられている凍結防止用ヒータは、熱容量（加熱量）が小さなものであるが、循環路を通して流動する湯水循環量を排熱回収式貯湯処理における湯水循環量よりも少なくなる状態に調整して、循環路を通して貯湯槽の上部に供給される湯水の温度が目標温度になるようにしながら、温度成層を形成する状態で貯湯槽に湯水を適切に貯湯できることになる。

そして、このヒータ熱回収式貯湯処理においては、循環路を通して貯湯槽の上部に供給される湯水の温度が目標温度になるものであるから、沸き上げや保温のための貯湯運転中において出湯しても、貯湯槽の上部には目標温度の湯水が供給されて、温度成層が乱れることがないため、貯湯運転中においても出湯できることになる。

要するに、本発明の熱電併給システムの特徴構成によれば、燃料ガスが供給されない状態において温度成層を形成する状態で貯湯槽に湯水を貯湯でき、しかも、貯湯運転中においても出湯できる。

本発明の熱電併給システムの更なる特徴構成は、前記貯湯槽の底部から取出した湯水の温度を検出する温度センサが設けられ、
前記運転制御部が、前記温度センサの検出情報、並びに、前記貯湯槽の底部から取出した湯水の温度と前記目標温度との温度差と、前記凍結防止用ヒータの加熱により前記目標温度にするために前記循環路を流動させる湯水の目標流量との関係を示す温度差流量関係情報、及び、前記目標流量と前記循環路を流動させる湯水を前記目標流量にするために前記循環ポンプを駆動する駆動条件との関係を示す流量駆動条件関係情報に基づいて、前記循環ポンプの作動を制御するように構成されている点にある。

すなわち、運転制御部が、温度差流量関係情報、及び、流量駆動条件関係情報に基づいて、貯湯槽の底部から取出した湯水の温度を検出する温度センサの検出情報に応じた循環ポンプの駆動条件（駆動出力や駆動速度）を求めて、求めた駆動条件にて循環ポンプを作動させるものであるから、ヒータ熱回収式貯湯処理を開始した直後から目標温度又はその目標温度に近い温度の湯水を貯湯槽の上部に供給できることになる。

つまり、凍結防止用ヒータにて加熱された湯水の温度を検出しながら、その検出温度と目標温度との差に基づいて循環ポンプの駆動条件を設定する制御を行う場合に較べて、温度差流量関係情報及び流量駆動条件関係情報に基づいて、貯湯槽の底部から取出した湯水の温度を検出する温度センサの検出情報に応じた循環ポンプの駆動条件（駆動出力や駆動速度）を求めるようにすることによって、循環ポンプの駆動条件を、凍結防止用ヒータにて加熱された湯水の温度を目標温度にするための駆動条件に迅速に調整できるため、ヒータ熱回収式貯湯処理を開始した直後から目標温度又はその目標温度に近い温度の湯水を貯湯槽の上部に供給できることになる。

要するに、本発明の熱電併給システムの更なる特徴構成によれば、ヒータ熱回収式貯湯処理を開始した直後から目標温度の湯水を貯湯槽の上部に供給できる。

本発明の熱電併給システムの更なる特徴構成は、前記運転制御部が、前記発電部の停止状態で且つ前記ヒータ熱回収式貯湯処理の非実行状態において凍結防止運転条件が満たされると、前記凍結防止用ヒータ及び前記循環ポンプを作動させる凍結防止運転処理を実行するように構成されている点にある。

すなわち、運転制御部が、発電部の停止状態で且つヒータ熱回収式貯湯処理の非実行状態において、凍結防止運転条件が満たされると、凍結防止用ヒータ及び前記循環ポンプを作動させる凍結防止運転処理を実行することになる。
尚、凍結防止運転条件としては、外気温度が設定温度よりも低下する又は循環路を形成する管路の温度が設定温度よりも低下する等の条件である。

つまり、凍結防止運転処理においては、凍結防止用ヒータ及び循環ポンプが作動されることにより、循環路を流動する湯水が昇温されることにより、循環路の湯水の凍結が適切に防止される。

要するに、本発明の熱電併給システムの更なる特徴構成によれば、循環路の湯水の凍結を適切に防止できる。

本発明の熱電併給システムの更なる特徴構成は、前記運転制御部に対する操作指令部が、前記ヒータ熱回収式貯湯処理の実行を指令するように構成され、
前記運転制御部が、前記発電部の停止状態において、前記操作指令部にて前記ヒータ熱回収式貯湯処理の実行が指令されると、前記ヒータ熱回収式貯湯処理を実行するように構成されている点にある。

すなわち、発電部の停止状態において、運転制御部に対する操作指令部にて、ヒータ熱回収式貯湯処理の実行を指令すれば、運転制御部がヒータ熱回収式貯湯処理を実行することになる。

このように、発電部の停止状態において、操作指令部にて、ヒータ熱回収式貯湯処理の実行を指令すると、運転制御部がヒータ熱回収式貯湯処理を実行するものであるから、不必要にヒータ熱回収式貯湯処理が実行されることを回避しながら、必要なときにのみ、ヒータ熱回収式貯湯処理を実行させることができる。

要するに、本発明の熱電併給システムの更なる特徴構成によれば、ヒータ熱回収式貯湯処理を、必要なときにのみ適切に実行させることができる。

本発明の熱電併給システムの更なる特徴構成は、前記運転制御部が、前記ヒータ熱回収式貯湯処理にて前記貯湯槽の湯水の全量が前記目標温度になると、当該ヒータ熱回収式貯湯処理に続いて、前記貯湯槽の湯水を前記目標温度よりも高温に加熱すべく、前記凍結防止用ヒータ及び前記循環ポンプを継続して作動させるヒータ熱回収式高温加熱処理を実行するように構成されている点にある。

すなわち、運転制御部が、ヒータ熱回収式貯湯処理にて貯湯槽の湯水の全量が目標温度になると、当該ヒータ熱回収式貯湯処理に続いて、貯湯槽の湯水を目標温度よりも高温に加熱すべく、凍結防止用ヒータ及び循環ポンプを継続して作動させるヒータ熱回収式高温加熱処理を実行するから、貯湯槽には、目標温度よりも高温の湯水が貯湯されることになり、貯湯槽での蓄熱量が増加することになる。

したがって、燃料ガスが供給されないことにより、発電部及び給湯器のいずれもが作動不能状態になる非常時において、貯湯槽にて貯湯された湯水を用いて湯水消費部に供給する出湯量を増加させることができる。

要するに、本発明の熱電併給システムの更なる特徴構成によれば、貯湯槽にて貯湯された湯水を用いて湯水消費部に供給する出湯量を増加させることができる。

本発明の熱電併給システムの更なる特徴構成は、前記運転制御部が、前記貯湯槽の湯水の全量が設定上限温度になると、前記ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止するように構成されている点にある。

すなわち、運転制御部が、貯湯槽の湯水の全量が設定上限温度になると、ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止するものであるから、貯湯槽の湯水の温度が極端な高温になることを回避できる。

要するに、本発明の熱電併給システムの更なる特徴構成によれば、貯湯槽の湯水の温度が極端な高温になることを回避できる。

本発明の熱電併給システムの更なる特徴構成は、前記運転制御部が、前記貯湯槽の湯水の温度の上昇速度が設定速度以下になると、前記ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止するように構成されている点にある。

すなわち、運転制御部が、貯湯槽の湯水の温度の上昇速度が設定速度以下になると、ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止することになるから、凍結防止用ヒータによる加熱効率が低下した状態で当該凍結防止用ヒータを作動させることを回避して、無駄な電力消費を抑制できる。

つまり、凍結防止用ヒータによる湯水の加熱効率は、湯水の温度が高くなるに伴って低下することになるから、貯湯槽の湯水の温度の上昇速度が設定速度以下になると、ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止することにより、凍結防止用ヒータによる加熱効率が低下した状態で当該凍結防止用ヒータを作動させることを回避して、無駄な電力消費を抑制するのである。

要するに、本発明の熱電併給システムの更なる特徴構成によれば、無駄な電力消費を抑制できる。

熱電併給システムの概略構成図である。 温度差流量関係情報を示すグラフである。 流量駆動条件関係情報を示すグラフである。 追加の実施形態の制御作動を示すフローチャートである。

〔実施形態〕
以下、本発明の熱電併給システムについての実施の形態を図面に基づいて説明する。
（熱電併給システムの全体構成）
図１に示すように、複数の電気負荷１に対する給電ライン２が接続された屋内の分電盤３に、商用電力を供給する商用電源４からの商用送電ライン４Ａが接続され、発電部としての燃料電池式発電モジュールＭからの送電ライン５が、屋内の分電盤３に接続されている。

燃料電池式発電モジュールＭからの送電ライン５に、当該燃料電池式発電モジュールＭの発電電力を商用電源４から供給される電力と同じ電圧で、同じ周波数に調整する系統連系用のインバータ等を備える電力変換部６が装備されている。
したがって、商用電源４からの商用電力、及び、燃料電池式発電モジュールＭの発電電力が、複数の電気負荷１に供給されるように構成されている。

システムケーシングＫが設けられ、当該システムケーシングＫには、燃料電池式発電モジュールＭ、湯水を貯湯する密閉型の貯湯槽８、燃料電池式発電モジュールＭから排出される排ガスの熱を排熱として回収する排熱回収熱交換部Ｎ、当該排熱回収熱交換部Ｎを経由する形態で、貯湯槽８の底部と上部とを接続する湯水循環用の循環路９、貯湯槽８の底部から取出した湯水を当該貯湯槽８の上部に戻す形態で、循環路９を通して湯水を循環させる循環ポンプ１０、及び、運転制御部Ｈが収納されている。

ちなみに、図示は省略するが、商用電源４からの電力や燃料電池式発電モジュールＭからの電力を蓄電する蓄電池が設けられ、この蓄電池の電力が運転制御部Ｈ等の制御系の各種の機器類に供給されるように構成されている。
また、運転制御部Ｈに各種の情報を指令する操作指令部としてのリモコンＲが設けられている。

運転制御部Ｈが、燃料電池式発電モジュールＭの作動状態において貯湯槽８に温度成層を形成する状態で貯湯すべく、循環路９を通して貯湯槽８の上部に供給される湯水の温度が目標温度（例えば、６５℃）になるように循環路９を通して流動する湯水循環量を調整する形態で、循環ポンプ１０の作動を制御する排熱回収式貯湯処理を実行するように構成されている。
ちなみに、上記目標温度は、夏季、冬季、中間期等の季節に応じて、自動的に異なる温度を設定してもよく、また、リモコンＲにて使用者の好みの温度を設定するように構成してもよい。

したがって、貯湯槽８に貯湯した湯水を、貯湯槽８の上部に接続した出湯路１１を通して、給湯栓等の湯水消費箇所に出湯できるように構成されている。
ちなみに、貯湯槽８に貯湯した湯水が出湯されると、貯湯槽８の下部に接続した給水路１２を通して、上水道等の給水源より給水されることになる。

（循環路の詳細）
循環路９は、貯湯槽８の底部と排熱回収熱交換部Ｎとを接続する往路９ａと、排熱回収熱交換部Ｎと貯湯槽８の上部とを接続する復路９ｂとからなる。
そして、往路９ａには、湯水の流れ方向に沿って、上述した循環ポンプ１０、循環路９を流動する湯水を加熱する凍結防止用ヒータ１３、循環路９を流動する湯水を冷却するラジエータ１４が設けられている。
尚、ラジエータ１４は、貯湯槽８の内部全体に目標温度（例えば、６５℃）の湯水が貯湯された状態（沸き上がった状態）等において、循環路９を循環する湯水を冷却するために設けられている。

ちなみに、図示は省略するが、循環ポンプ１０のポンプ駆動回路１０Ａ及び凍結防止用ヒータ１３のヒータ駆動回路１３Ａには、商用電源４からの商用電力又は電力変換部６からの電力が供給されるように構成されている。
つまり、循環ポンプ１０及び凍結防止用ヒータ１３が、熱電併給システムが停止している場合は、外部電源としての商用電源４の電力にて駆動され、熱電併給システムが発電している場合は、電力変換部６からの電力にて駆動される状態で設けられている。

往路９ａにおける循環ポンプ１０の上流側箇所には、貯湯槽８の底部から取出した湯水の温度を検出する温度センサとしての冷水側センサ１５が設けられている。
また、復路９ｂには、排熱回収熱交換部Ｎにて加熱された湯水の温度を検出する温度センサとしての温水側センサ１６が設けられている。

また、バイパス路９ｃが、往路９ａにおける冷水側センサ１５と循環ポンプ１０との間に相当する流路部分と、復路９ｂとを接続する状態で設けられている。
そして、復路９ｂを流動する湯水を貯湯槽８の上部に流動させる貯湯槽流動状態と復路９ｂを流動する湯水をバイパス路９ｃに流動させるバイパス流動状態とに切換える３方切換え式のバイパス弁１７が設けられている。
そして、凍結防止用ヒータ１３を作動させる場合等においては、バイパス流動状態に切換えることができるように構成されている。

（出湯構成の詳細）
出湯路１１には、給水路１２から分岐した状態で設けられた分岐路１２Ａから供給される湯水（冷水）と当該出湯路１１を通流する湯水（温水）とを混合する混合弁１８が設けられている。
そして、例えば、リモコンＲにて指令された目標給湯温度（例えば、４０℃等）の湯水を出湯すべく、分岐路１２Ａからの湯水（冷水）と出湯路１１を通流する湯水（温水）とを混合弁１８にて混合できるように構成されている。

都市ガス等の燃料ガスにて作動する瞬間湯沸かし式の給湯器Ｄが、出湯路１１からの湯水を処理して出湯する状態で設けられている。
また、分岐路１２Ａからの湯水（冷水）を、出湯路１１における混合弁１８の下流側箇所に供給する冷水路１９が設けられ、この冷水路１９を開閉する開閉弁１９Ａが設けられている。
そして、例えば、貯湯槽８の殺菌対策等により貯湯槽８の湯水を使用できない場合等において、冷水路１９を開いて、冷水路１９からの湯水（冷水）を給湯器Ｄに供給して加熱することにより、目標給湯温度（例えば、４０℃等）の湯水を出湯できるように構成されている。

（燃料電池式モジュールの詳細）
燃料電池式発電モジュールＭは、都市ガス等の燃料ガスが燃料ガス供給路２０を通して供給される改質処理部２１及び固体酸化物形の複数の燃料電池セルを備えるセルスタック２２を、高温容器２３の内部に収納する形態に構成されている。

改質処理部２１は、燃料ガスを水蒸気改質処理して、水素成分が多い改質ガスを生成するものであって、生成した改質ガスが、セルスタック２２に供給されるように構成されている。
ちなみに、改質処理部２１には、燃料ガスに加えて、水蒸気が供給されることになるが、その構成は周知であるので、本実施形態においては詳細な説明を省略する。

図示は省略するが、空気（酸素含有ガス）が高温容器２３の内部に供給されている。
そして、セルスタック２２が、改質ガスを燃料極に通流させ、かつ、高温容器２３の内部に供給された空気（酸素含有ガス）を酸素極に通流させることによって、発電するように構成されている。

また、燃料極を通流した後の改質ガスが、酸素極を通流した後の空気（酸素含有ガス）や高温容器２３の内部に供給された空気（酸素含有ガス）を用いて燃焼し、その燃焼熱にて改質処理部２１を加熱するように構成されている。
さらに、改質ガスを燃焼させた排ガスを高温容器２３から排出する排ガス路２４が、上述した排熱回収熱交換部Ｎを経由する形態で設けられている。つまり、排熱回収熱交換部Ｎが、燃料極を通流した後の改質ガスを燃焼させた排ガスの排熱を回収できるように構成されている。

また、燃料ガス供給路２０には、当該燃料ガス供給路２０を開閉して燃料ガスの供給を断続する燃料ガス供給弁２５、及び、燃料ガスの供給圧を検出する圧力センサ２６が設けられている。

（運転制御部の運転制御の概要）
運転制御部Ｈは、リモコンＲから運転指令が指令されると、燃料ガス供給弁２５を開いて、燃料電池式発電モジュールＭを作動させる運転処理を実行し、リモコンＲから運転停止指令が指令されると、燃料ガス供給弁２５を閉じて、燃料電池式発電モジュールＭを停止させる停止処理を実行することになる。
そして、運転制御部Ｈは、運転処理の実行中においては、上述した排熱回収式貯湯処理を実行するように構成されている。

また、運転制御部Ｈは、圧力センサ２６にて検出される燃料ガスの供給圧が設定圧よりも低い状態になると、リモコンＲから運転指令が指令されていても、燃料電池式発電モジュールＭを停止させる停止処理を実行することになる。
つまり、地震の発生等により、燃料ガス供給路２０を通して設定圧以上の燃料ガスが供給されない状態になると、燃料電池式発電モジュールＭが停止状態に維持されるように構成されている。

そして、運転制御部Ｈは、燃料電池式発電モジュールＭを停止させる停止処理の実行中において、リモコンＲにてヒータ熱回収式貯湯処理の実行が指令されると、凍結防止用ヒータ１３及び循環ポンプ１０を作動させてヒータ熱回収式貯湯処理を実行するように構成されている。

また、運転制御部Ｈは、燃料電池式発電モジュールＭの停止状態で且つヒータ熱回収式貯湯処理の非実行状態において、凍結防止条件が満たされると、凍結防止用ヒータ１３及び循環ポンプ１０を作動させる凍結防止運転処理を実行するように構成されている。

（凍結防止運転処理の詳細）
本実施形態においては、外気温度を検出する外気温センサ（図示省略）を設けて、当該外気温センサにて検出される外気温度が設定温度（例えば、３℃）未満になると、凍結防止条件が満たされたとして、運転制御部Ｈが、凍結防止用ヒータ１３及び循環ポンプ１０を作動させる凍結防止運転処理を実行するように構成されている。

具体的には、凍結防止用ヒータ１３を定格出力にて駆動させるように、ヒータ駆動回路１３Ａを作動させ、循環ポンプ１０を定格出力の６０％程度の駆動出力（ポンプ出力）で駆動させるように、ポンプ駆動回路１０Ａを作動させるように構成されている。

また、凍結防止運転処理においては、バイパス弁１７をバイパス流動状態に切換えて、バイパス路９ｃを通して循環路９を流動する湯水を流動させるように構成されている。

（ヒータ熱回収式貯湯処理の詳細）
燃料電池式発電モジュールＭの停止状態において、リモコンＲにてヒータ熱回収式貯湯処理の実行が指令されると、運転制御部Ｈが、貯湯槽８に温度成層を形成する状態で貯湯すべく、凍結防止用ヒータ１３を作動させ、且つ、循環路９を通して貯湯槽８の上部に供給される湯水の温度が目標温度（例えば、６５℃）になるように循環路９を通して流動する湯水循環量を排熱回収式貯湯処理における湯水循環量よりも少なくなる状態に調整する形態で、循環ポンプ１０の作動を制御するヒータ熱回収式貯湯処理を実行するように構成されている。

具体的には、凍結防止用ヒータ１３を定格出力にて駆動させるように、ヒータ駆動回路１３Ａを作動させ、循環ポンプ１０の駆動出力（ポンプ出力）を、循環路９を通して流動する湯水循環量が貯湯槽８の上部に供給される湯水の温度が目標温度（例えば、６５℃）になる湯水循環量となるように、ポンプ駆動回路１０Ａを作動させるように構成されている。

本実施形態においては、運転制御部Ｈが、循環ポンプ１０の目標駆動出力（目標ポンプ出力）を、冷水側センサ１５の検出情報、並びに、温度差流量関係情報及び流量駆動条件関係情報に基づいて求めて、循環ポンプ１０の駆動出力（ポンプ出力）が目標駆動出力（目標ポンプ出力）となるように、ポンプ駆動回路１０Ａを作動させ、且つ、温水側センサ１６にて検出される湯水の温度が目標温度（例えば、６５℃）になるように、目標駆動出力（目標ポンプ出力）を補正するように構成されている。

説明を加えると、温度差流量関係情報は、図２に示すように、貯湯槽８の底部から取出した湯水の温度と目標温度（例えば、６５℃）との温度差と、凍結防止用ヒータ１３の加熱により目標温度（例えば、６５℃）にするために循環路９を流動させる湯水の目標流量との関係を示す情報である。
例えば、冷水側センサ１５の検出温度が５℃で、且つ、目標温度が６５℃の場合には、温度差が６０℃となり、目標流量が７１．７ｃｃ／ｍｉｎに求められることになる。

また、流量駆動条件関係情報は、図３に示すように、温度差流量関係情報にて求められる目標流量と循環路９を流動させる湯水を目標流量にするために循環ポンプ１０を駆動する駆動出力（ポンプ出力）との関係を示す情報である。
ちなみに、本実施形態においては、流量駆動条件関係情報にて求められる循環ポンプ１０の駆動条件として、循環ポンプ１０の定格出力を１００％のポンプ出力としたときにおける割合としてのポンプ出力（駆動出力）を求めるようにしているが、流量駆動条件関係情報にて求める循環ポンプ１０の駆動条件として、循環ポンプ１０の駆動速度（駆動回転数）を求めるように構成してもよい。

例えば、温度差流量関係情報にて求められる目標流量が７１．７ｃｃ／ｍｉｎである場合には、本実施形態においては、ポンプ出力が４７．５％として求められることになり、ポンプ出力を４７．５％にすべく、ポンプ駆動回路１０Ａが作動されることになる。

このように、運転制御部Ｈが、循環ポンプ１０の目標駆動出力（目標ポンプ出力）を、冷水側センサ１５の検出情報、並びに、温度差流量関係情報及び流量駆動条件関係情報に基づいて求めて、循環ポンプ１０の駆動出力（ポンプ出力）が目標駆動出力（目標ポンプ出力）となるように、ポンプ駆動回路１０Ａを作動させれば、貯湯槽８の供給される湯水の温度が目標温度（例えば、６５℃）に調整されるものであるが、制御誤差等により、貯湯槽８に供給される湯水の温度が目標温度（例えば、６５℃）からずれている場合には、運転制御部Ｈが、温水側センサ１６にて検出される湯水の温度が目標温度（例えば、６５℃）になるように、目標駆動出力（目標ポンプ出力）を補正することになる。

ちなみに、運転制御部Ｈは、排熱回収式貯湯処理を行う際には、例えば、温水側センサ１６にて検出される湯水の温度が目標温度（例えば、６５℃）になるように、循環ポンプ１０の駆動出力（ポンプ出力）を調整する制御を実行することになる。
尚、ヒータ熱回収式貯湯処理を実行する際に求められる循環ポンプ１０の駆動出力（ポンプ出力）は、排熱回収式貯湯処理を行う際に求められる循環ポンプ１０の駆動出力（ポンプ出力）よりも小さいものとなる。

運転制御部Ｈは、冷水側センサ１５の検出温度が目標温度（例えば、６５℃）になることにより、貯湯槽８の湯水の全体（全量）が目標温度（例えば、６５℃）になったことが検出されると、ヒータ熱回収式貯湯処理を停止することになる。
ちなみに、貯湯槽８の底部側の湯水の温度を検出する温度センサを設けて、この温度センサが目標温度（例えば、６５℃）を検出することにより、貯湯槽８の湯水の全量が目標温度になったことを検出させるようにしてもよい。

また、運転制御部Ｈは、ヒータ熱回収式貯湯処理を停止した後において、出湯路１１に設けた通流センサ（図示せず）にて湯水の通流が検出されること等により、貯湯槽８の湯水が消費されたことを判別すると、ヒータ熱回収式貯湯処理を再開して、貯湯槽８の湯水の全量が目標温度（例えば、６５℃）になる状態を維持することになる。

さらに、運転制御部Ｈは、ヒータ熱回収式貯湯処理を停止した後において、貯湯槽８の湯水が消費されない状態の経過時間が設定時間（例えば、３時間）を経過する毎に、循環ポンプ１０を作動させて、冷水側センサ１５の検出温度が目標温度（例えば、６５℃）よりも設定温度（例えば、５℃）低い状態であることを判別すると、ヒータ熱回収式貯湯処理を再開して、貯湯槽８の湯水の全量が目標温度（例えば、６５℃）になる状態を維持する保温運転を実行することになる。

（追加の実施形態）
上述の実施形態では、運転制御部Ｈが、冷水側センサ１５の検出温度が目標温度（例えば、６５℃）になることにより、貯湯槽８の湯水の全体（全量）が目標温度になったことが検出されると、ヒータ熱回収式貯湯処理を停止する形態を例示したが、次に述べるように構成してもよい。

すなわち、この追加の実施形態では、運転制御部Ｈが、ヒータ熱回収式貯湯処理にて貯湯槽８の湯水の全体（全量）が目標温度になると、当該ヒータ熱回収式貯湯処理に続いて、貯湯槽８の湯水を目標温度よりも高温に加熱すべく、凍結防止用ヒータ１３及び循環ポンプ１０を継続して作動させるヒータ熱回収式高温加熱処理を実行するように構成されている。

この追加の実施形態においては、ヒータ熱回収式高温加熱処理の循環ポンプ１０の目標駆動出力（目標ポンプ出力）を、例えば、循環ポンプ１０の駆動効率が高い設定出力に定めて、貯湯槽８の湯水の温度を徐々に上昇させるように構成されている。
ちなみに、ヒータ熱回収式高温加熱処理にて貯湯槽８の湯水の温度を徐々に上昇させるにあたり、現在の温度から設定温度（例えば、１０℃）上昇させるのに適する循環ポンプ１０の目標駆動出力（目標ポンプ出力）を、冷水側センサ１５の検出情報、並びに、温度差流量関係情報及び流量駆動条件関係情報に基づいて求める形態で実施してもよい。
尚、ヒータ熱回収式高温加熱処理にて加熱する最終目標温度（例えば、９０℃）を定めて、ヒータ熱回収式高温加熱処理の循環ポンプ１０の目標駆動出力（目標ポンプ出力）を、冷水側センサ１５の検出情報、並びに、温度差流量関係情報及び流量駆動条件関係情報に基づいて求める形態で実施することも考えられる。

また、運転制御部Ｈが、貯湯槽８の湯水の全量が設定上限温度（例えば、９０℃）になると、ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止するように構成されている。
つまり、冷水側センサ１５の検出温度が設定上限温度（例えば、９０℃）になることにより、貯湯槽８の湯水の全量が設定上限温度（例えば、９０℃）になったことが検出されると、ヒータ熱回収式高温加熱処理が停止される。
ちなみに、貯湯槽８の底部側の湯水の温度を検出する温度センサを設けて、この温度センサが設定上限温度（例えば、９０℃）を検出することにより、貯湯槽８の湯水の全量が設定上限温度（例えば、９０℃）になったことを検出させるようにしてもよい。

尚、ヒータ熱回収式高温加熱処理の実行中において、冷水側センサ１５が設定上限温度（例えば、９０℃）よりも高い高温エラー温度（例えば、９５℃）以上の高温を検出した場合には、安全性を担保するために、運転制御部Ｈが、ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止するように構成されている。

また、運転制御部Ｈが、貯湯槽８の湯水の温度の上昇速度が設定速度以下になると、ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止するように構成されている。
つまり、凍結防止用ヒータ１３による湯水の加熱効率は、湯水の温度が高くなるに伴って低下することになるから、貯湯槽８の湯水の温度の上昇速度が設定速度以下になると、ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止することにより、凍結防止用ヒータ１３による加熱効率が低下した状態で当該凍結防止用ヒータ１３を作動させることを回避して、無駄な電力消費を抑制するように構成されている。

貯湯槽８の湯水の温度の上昇速度は、冷水側センサ１５の検出温度の変化と経過時間とから検出することができる。
例えば、ヒータ熱回収式貯湯処理に続いてヒータ熱回収式高温加熱処理を実行した直後においては、貯湯槽８の湯水の全体（全量）が昇温（加熱）されるまで、冷水側センサ１５の検出温度は、目標温度（例えば、６５℃）を維持することになる。

その後、ヒータ熱回収式高温加熱処理にて昇温（加熱）された湯水が貯湯槽８の底部から流動すると、冷水側センサ１５にて、目標温度（例えば、６５℃）よりも高温のヒータ熱回収式高温加熱処理にて加熱された湯水の温度（以下、加熱温度と呼称）が検出されることになる。
従って、加熱温度と目標温度（例えば、６５℃）との温度差を、目標温度（例えば、６５℃）から加熱温度になるまでの経過時間にて除算することにより、貯湯槽８の湯水の温度の上昇速度（単位温度を上昇させるに必要とする時間）を求めることができる。

尚、加熱温度は、貯湯槽８の湯水の全量が加熱される毎に、段階的に上昇することになるから、上昇後の加熱温度と上昇前の加熱温度との温度を、上昇前の加熱温度から上昇後の加熱温度になるまでの経過時間にて除算することにより、貯湯槽８の湯水の温度の上昇速度（単位温度を上昇させるに必要とする時間）を求めることができる。

このように、ヒータ熱回収式貯湯処理に続いてヒータ熱回収式高温加熱処理を実行することにより、貯湯槽８には、目標温度よりも高温の湯水が貯湯されることになり、貯湯槽８での蓄熱量が増加することになり、貯湯槽８にて貯湯された湯水を用いて湯水消費部に供給する出湯量を増加させることができる。

次に、この追加の実施形態における運転制御部Ｈの制御作動を図４のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、リモコンＲにてヒータ熱回収式貯湯処理の実行が指令されたか否かを判別し（＃１）、指令されていない場合には、指令されるまで待機する。
＃１の処理にて、指令されていると判別した場合には、次に、燃料電池式発電モジュールＭの停止状態であるか否か、つまり、燃料ガスの供給が停止している状態であるか否かを判別し（＃２）、燃料ガスの供給が停止していない場合には、＃１の処理に移行する。

＃２の処理にて、燃料ガスの供給が停止している状態であると判別した場合には、ヒータ熱回収式貯湯処理を実行する（＃３）。
その後、貯湯槽８の湯水の全体（全量）が目標温度（例えば、６５℃）であるか否かを判別し（＃４）、湯水の全体（全量）が目標温度（例えば、６５℃）でない場合には、ヒータ熱回収式貯湯処理を継続する。

＃４の処理にて、貯湯槽８の湯水の全体（全量）が目標温度（例えば、６５℃）であると判別した場合には、続いて、ヒータ熱回収式高温加熱処理を実行する（＃５）。
その後、貯湯槽８の湯水の全体（全量）が設定上限温度以上（例えば、９０℃以上）であるか否かを判別し（＃６）、湯水の全体（全量）が設定上限温度以上（例えば、９０℃以上）である場合には、ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止するために凍結防止用ヒータ１３及び循環ポンプ１０の作動を停止させる（＃８）。

＃６の処理にて、湯水の全量が設定上限温度以上（例えば、９０℃以上）でないと判別した場合には、次に、貯湯槽８の湯水の温度の上昇速度が設定速度以下であるか否かを判別し（＃７）、湯水の温度の上昇速度が設定速度以下である場合には、＃８の処理に移行して、凍結防止用ヒータ１３及び循環ポンプ１０の作動を停止させる。

＃７の処理にて、貯湯槽８の湯水の温度の上昇速度が設定速度以下でないと判別した場合には、＃５のヒータ熱回収式高温加熱処理を継続することになる。

ちなみに、上記フローチャートでは記載を省略するが、この追加の実施形態において、ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止した後において、出湯路１１に設けた通流センサ（図示せず）にて湯水の通流が検出されること等により、貯湯槽８の湯水が消費されたことを判別すると、ヒータ熱回収式高温処理を再開させてもよい。

また、ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止した後において、貯湯槽８の湯水が消費されない状態の経過時間が設定時間（例えば、３時間）を経過する毎に、循環ポンプ１０を作動させて、冷水側センサ１５の検出温度が目標温度（例えば、６５℃）よりも高く且つ設定上限温度（例えば、９０℃）よりも低い設定開始温度（例えば、８０℃）以下であることを判別すると、ヒータ熱回収式高温加熱処理を再開させてもよい。

また、ヒータ熱回収式高温加熱処理の実行中において、出湯路１１に設けた通流センサ（図示せず）にて湯水の通流が検出されること等により、貯湯槽８の湯水の消費が開始されたことを判別すると、ヒータ熱回収式高温加熱処理の実行を一旦停止し、貯湯槽８の湯水の消費が終了したときに、ヒータ熱回収式高温加熱処理を再開させてもよいが、貯湯槽８の湯水の消費中においても、ヒータ熱回収式高温加熱処理を継続させるようにしてもよい。

〔別実施形態〕
次に、別実施形態を列記する。
（１）上記実施形態においては、発電部として、燃料電池式発電モジュールＭを例示したが、発電部として、発電機を駆動するガスエンジンを設ける形態で実施してもよい。

（２）上記実施形態においては、燃料電池式の発電部として、固体酸化物形の燃料電池セルを備える燃料電池式発電モジュールＭを例示したが、燃料電池式の発電部として、固体高分子形の燃料電池セルを備える燃料電池式の発電部を設ける形態で実施してもよい。

（３）上記実施形態においては、ヒータ熱回収式貯湯処理を実行する際に、凍結防止用ヒータ１３を、定格出力にて駆動させる場合を例示したが、凍結防止用ヒータ１３の出力を増減させてもよく、又、凍結防止用ヒータ１３の出力を定格出力よりも増大させることができる場合には、凍結防止用ヒータ１３を最大出力にて駆動させるようにしてもよい。

（４）上記実施形態においては、外気温度が設定温度未満になると、凍結防止運転処理を実行する凍結防止運転条件が満たされたと判別する場合を例示したが、循環路９を形成する管路の温度が設定温度未満になると、凍結防止運転処理を実行する凍結防止運転条件が満たされたと判別する形態で実施してもよい。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜変更することが可能である。

４ 外部電源
８ 貯湯槽
９ 循環路
１０ 循環ポンプ
１３ 凍結防止用ヒータ
１５ 温度センサ
Ｈ 運転制御部
Ｍ 発電部
Ｎ 排熱回収熱交換部
Ｒ 操作指令部

Claims (7)

1. 燃料ガスの供給により作動する発電部と、湯水を貯湯する密閉型の貯湯槽と、前記発電部の排熱を回収する排熱回収熱交換部を経由する形態で、前記貯湯槽の底部と上部とを接続する湯水流動用の循環路と、前記貯湯槽の底部から取出した湯水を当該貯湯槽の上部に戻す形態で、前記循環路を通して湯水を循環させる循環ポンプと、運転制御部とが設けられ、
   前記運転制御部が、前記発電部の作動状態において前記貯湯槽に温度成層を形成する状態で貯湯すべく、前記循環路を通して前記貯湯槽の上部に供給される湯水の温度が目標温度になるように前記循環路を通して流動する湯水循環量を調整する形態で、前記循環ポンプの作動を制御する排熱回収式貯湯処理を実行するように構成された熱電併給システムであって、
   前記循環路を流動する湯水を加熱する凍結防止用ヒータ及び前記循環ポンプが、外部電源にて駆動される状態で設けられ、
   前記運転制御部が、前記発電部の停止状態において前記貯湯槽に温度成層を形成する状態で貯湯すべく、前記凍結防止用ヒータを作動させ、且つ、前記循環路を通して前記貯湯槽の上部に供給される湯水の温度が前記目標温度になるように前記循環路を通して流動する前記湯水循環量を前記排熱回収式貯湯処理における前記湯水循環量よりも少なくなる状態に調整する形態で、前記循環ポンプの作動を制御するヒータ熱回収式貯湯処理を実行するように構成されている熱電併給システム。
2. 前記貯湯槽の底部から取出した湯水の温度を検出する温度センサが設けられ、
   前記運転制御部が、前記温度センサの検出情報、並びに、前記貯湯槽の底部から取出した湯水の温度と前記目標温度との温度差と、前記凍結防止用ヒータの加熱により前記目標温度にするために前記循環路を流動させる湯水の目標流量との関係を示す温度差流量関係情報、及び、前記目標流量と前記循環路を流動させる湯水を前記目標流量にするために前記循環ポンプを駆動する駆動条件との関係を示す流量駆動条件関係情報に基づいて、前記循環ポンプの作動を制御するように構成されている請求項１に記載の熱電併給システム。
3. 前記運転制御部が、前記発電部の停止状態で且つ前記ヒータ熱回収式貯湯処理の非実行状態において凍結防止運転条件が満たされると、前記凍結防止用ヒータ及び前記循環ポンプを作動させる凍結防止運転処理を実行するように構成されている請求項１又は２に記載の熱電併給システム。
4. 前記運転制御部に対する操作指令部が、前記ヒータ熱回収式貯湯処理の実行を指令するように構成され、
   前記運転制御部が、前記発電部の停止状態において、前記操作指令部にて前記ヒータ熱回収式貯湯処理の実行が指令されると、前記ヒータ熱回収式貯湯処理を実行するように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱電併給システム。
5. 前記運転制御部が、前記ヒータ熱回収式貯湯処理にて前記貯湯槽の湯水の全量が前記目標温度になると、当該ヒータ熱回収式貯湯処理に続いて、前記貯湯槽の湯水を前記目標温度よりも高温に加熱すべく、前記凍結防止用ヒータ及び前記循環ポンプを継続して作動させるヒータ熱回収式高温加熱処理を実行するように構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱電併給システム。
6. 前記運転制御部が、前記貯湯槽の湯水の全量が設定上限温度になると、前記ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止するように構成されている請求項５に記載の熱電併給システム。
7. 前記運転制御部が、前記貯湯槽の湯水の温度の上昇速度が設定速度以下になると、前記ヒータ熱回収式高温加熱処理を停止するように構成されている請求項５又は６に記載の熱電併給システム。

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