JP3836761B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コージェネレーションシステム（電気と熱の併給システム）に関する。特に、発電に伴って発生する熱を利用して温水を得、その温水を利用して生活を快適にするシステムで用いられる給水管等の配管の凍結を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コージェネレーションシステムは、電力と発電熱を発生する発電機と、貯湯槽と、貯湯槽内の水を発電機に送って発電熱で加熱して貯湯槽に戻す水循環路を備えており、発電に伴って発生する発電熱を利用して水を加熱し、加熱された温水を貯湯槽に貯湯する。貯湯槽内の温水を適温に調温して温水使用箇所（例えば、床暖房システムや風呂やシャワーや温水栓）に給湯する。温水使用箇所で必要とされる湯温よりも高温の温水が貯湯槽に貯湯されていれば、貯湯槽内の温水を水道水と混合させることで必要湯温に調整できる。温水使用箇所で必要とされる湯温よりも低温の温水が貯湯槽に貯湯されていれば、温水供給手段でさらに加熱する必要があるが、発電熱で加熱された温水を加熱すればよいことから、加熱に要する熱量を少なくすることができる。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い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
貯湯槽に溜められた温水は温水使用箇所に給湯されて減少するため、貯湯槽には水道水を補給するための給水路が配管されている。また、先に述べたように貯湯槽内の温水を適温に調温するために用いられる水道水の給水路も配管されている。水道水は外気温を反映しやすく、外気温が低下すると水道水の水温も低下し、給水路内で水道水が凍結してしまう場合がある。また、発電運転が長時間停止すると、外気温の低下に伴って、システムに配設されている配管（例えば、暖房用の循環経路や発電熱を回収する水循環路等）内の水温が低下して凍結する場合もある。この配管の凍結問題は、配管を加熱するヒータ等を付加することによって解決できる。しかし、コージェネレーションシステムでは、システムの容積が大きく、凍結の可能性のある配管全てにヒータを付加するとコストが増大化してしまう。凍結防止のために必要な電力量が大きいと、コージェネレーションシステムの利点が失われてしまう。
【０００４】
本発明は、新たな加熱機器等を付加することなく、コージェネレーションシステムが本来的に必要とする加熱機器等を利用することによって、配管内の水が凍結するのを防止する技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
本発明のコージェネレーションシステムは、発電に伴って発生する発電熱を利用するシステムであり、電力と発電熱を発生する発電機と、貯湯槽と、貯湯槽内の水を発電機に送って発電熱で加熱して貯湯槽に戻す水循環路と、貯湯槽に水を補給する第１給水路と、貯湯槽を通過し、第１給水路に併行して伝熱する経路を含み、湯水が循環可能な凍結防止経路と、凍結防止経路の湯水を循環させるポンプと、外気温が第１所定温度以下又は給水温度が第２所定温度以下のときにポンプを駆動するポンプ制御装置を備えている。
ここで「凍結防止経路が貯湯槽を通過する」とは、凍結防止経路内の湯水が貯湯槽内の湯水と混合しながら貯湯槽を通過する場合と、混合しないで貯湯槽を通過する場合の双方を含む。
【０００６】
本発明のコージェネレーションシステムでは、給水路等の配管が凍結する恐れがある場合には凍結防止経路内の湯水が循環する。この凍結防止経路は貯湯槽を通過するように配されている。
貯湯槽には発電に伴って発生した発電熱によって加熱された温水が貯湯されている。発電機の運転が停止した後も発電時に加熱された温水が貯湯槽に貯湯されており、貯湯槽内の水温が外気温と等しくなるまでには時間を要する。即ち、発電機の運転停止後も貯湯槽内には熱量が保持されている。
凍結防止経路内を循環する湯水は、貯湯槽を通過する際に加熱され、あるいは貯湯槽に貯湯されている湯水と混合することによって加熱され、加熱された湯水が凍結防止経路に送り出される。加熱された湯水が給水路等の配管の近傍を循環することによって配管内の水温を上げて凍結することを防止する。
本発明のコージェネレーションシステムは、給水路等の配管を加熱するためにヒータ等の加熱機を付加することなく、貯湯槽に貯湯された湯水を利用して配管の凍結を防止することができる。
なお、凍結防止経路を配管に併行させるように配する場合、凍結防止経路の配管を給水路等の配管をなぞるように密着して配してもよいし、配管の凍結の恐れのある部分を２重管とし、２重管の外管を給水路等として内管を凍結防止経路とする構成にしてもよい。
【０００７】
上記のポンプ制御装置が、凍結防止経路内の水温が第３所定温度以下のときにポンプの回転数を上げることが好ましい。
このようにすると、凍結防止経路を流れる凍結防止用の湯水の温度が低下して凍結防止効果が低下したときには凍結防止経路のポンプ回転数が上がって凍結防止用湯水の循環速度が増す。これによって、凍結防止用の湯水の温度が低下しても配管の凍結を防止することができる。
【０００８】
このコージェネレーションシステムは、貯湯槽内の湯水を設定温度に加熱して温水供給箇所に供給する温水供給手段を備えており、凍結防止経路が温水供給手段を通過するように配されていてもよい。
コージェネレーションシステムでは、通常、貯湯槽に貯湯されている湯水の温度が低い場合に備えて加熱手段を内蔵している温水供給手段（給湯暖房機等）を備えている。凍結防止経路が温水供給手段を通過するようにすると、貯湯槽の湯水の温度が低くて凍結防止効果が低いときに、温水供給手段で加熱することができ、凍結防止効果を維持できる。
【０００９】
このコージェネレーションシステムは、凍結防止経路内の水温が第４所定温度以下のときに温水供給手段に内蔵されている加熱手段を強制駆動する温水供給手段制御手段が付加されていることが好ましい。
発電機の運転が停止すると発電熱が得られなくなるため、貯湯槽内の湯水の水温は徐々に低下する。すると貯湯槽から熱量を得ている凍結防止経路内の湯水の水温も低下してしまう。このコージェネレーションシステムでは、凍結防止経路内の湯水の水温が所定の温度まで低下したときには、温水供給手段に内蔵されている加熱手段が強制的に駆動される。これによって凍結防止経路内の湯水が温水供給手段を通過するときに加熱手段によって加熱されるため、給水路等の配管の凍結を防止することができる。即ち、発電機の運転停止時であっても、既存の加熱手段を流用して強制的に駆動することによって凍結防止経路内の湯水を加熱して配管の凍結防止を行なうことができる。
【００１０】
このコージェネレーションシステムの凍結防止経路は、温水供給手段を通過しない経路と通過する経路とを有し、温水供給手段に内蔵されている加熱手段が駆動されていないときには温水供給手段を通過しない経路が選択され、温水供給手段に内蔵されている加熱手段が駆動されているときには温水供給手段を通過する経路が選択されるようにしてもよい。
温水供給手段が使用されていないときには内蔵されている加熱手段は駆動されておらず、温水供給手段の循環路内の温度は低下している。温度が低下した温水供給手段内を凍結防止経路内の湯水が通過することで、凍結防止経路内の水温を低下させてしまうこととなり、非効率的である。一方、温水供給手段が使用されているときには内蔵されている加熱手段が駆動されている。温水供給手段内を凍結防止経路内の湯水が通過することで、駆動中の加熱手段によって凍結防止経路内の湯水が加熱されるため、効率的である。このコージェネレーションシステムでは、温水供給手段の加熱手段が駆動していないときは凍結防止経路内の湯水を加熱する必要がないときである。従って温水供給手段内を通過させず、循環経路を短くして無駄に水温を低下させない。温水供給手段の加熱手段が駆動しているときには凍結防止経路内の湯水を積極的に通過させて加熱させる。このことによって、さらに効率的に配管の凍結防止を行なうことができる。
【００１１】
本発明のコージェネレーションシステムの凍結防止経路は、発電機を通過するように配されていてもよい。
コージェネレーションシステムに備えられている発電機は、通常、加熱手段を備えている。例えば、発電機が燃料電池である場合には改質器を加熱するためのバーナ等の加熱手段を備えており、発電機がマイクロガスタービンである場合には発電機自体が加熱手段であると考えられる。凍結防止経路が発電機を通過するようにすれば、貯湯槽の湯水の温度が低くて凍結防止効果が低いときに、加熱手段で加熱することができ、凍結防止効果が得られる。
【００１２】
このコージェネレーションシステムは、凍結防止経路内の水温が第５所定温度以下のときに発電機に内蔵されている加熱手段を強制駆動する発電機制御手段が付加されていることが好ましい。
発電機の運転が停止すると発電熱が得られなくなるため、貯湯槽内の湯水の水温は徐々に低下する。すると貯湯槽から熱量を得ている凍結防止経路内の湯水の水温も低下してしまう。このコージェネレーションシステムでは、凍結防止経路内の湯水の水温が所定の温度まで低下したときには、発電機に内蔵されている加熱手段が強制的に駆動される。これによって凍結防止経路内の湯水が発電機内を通過するときに加熱手段によって加熱されるため、配管の凍結を防止することができる。即ち、発電機の運転停止時であっても、既存の加熱手段を流用して強制的に駆動することによって凍結防止経路内の湯水を加熱して配管の凍結防止を行なうことができる。なお、発電機の加熱手段を強制的に駆動するときに、発電運転を行なってもよいし、発電運転を行なわなくてもよい。
【００１３】
このコージェネレーションシステムの水環経路の湯水を貯湯槽へ戻す経路は、凍結防止経路を兼用する経路と凍結防止経路をバイパスする経路を有しており、外気温が第１所定温度以下又は給水温度が第２所定温度以下のときに凍結防止経路を兼用する経路が選択されるようにしてもよい。
このコージェネレーションシステムでは、給水路等の配管が凍結する恐れがある場合、水循環路内の湯水を発電機から貯湯槽へ戻すときに、配管をなぞるように配された凍結防止経路を通過させる。貯湯槽内の湯水が配管の凍結を防止するのに役立つ温度を持っていれば、この湯水が凍結防止経路内を循環することによって配管内の水が加熱されて凍結を防止することができる。発電機の運転が停止して貯湯槽内の湯水の水温が所定の温度まで低下したときには発電機の加熱手段が強制的に駆動される（請求項７）ため、加熱された湯水が凍結防止経路内を循環することによって配管内の水が加熱されて凍結を防止することができる。一方、配管が凍結する恐れのない場合には凍結防止経路を通過せずに貯湯槽に戻る経路が選択される。循環経路が短い方がより熱量を維持することができる。水循環路内の湯水を凍結防止経路に流すと配管内の湯水に熱を奪われてしまって非効率的であるところ、この問題が解決される。
また、発電機の運転が停止すると、外気温の低下に伴って発電熱を回収する水循環路内の水温も低下する。このコージェネレーションシステムでは水循環路が凍結防止経路の一部を含んでいる。発電機の加熱手段が強制的に駆動されると凍結防止経路内の湯水が加熱されるとともに水循環路内の湯水も加熱されるため、水循環路の凍結をも防止することができる。
【００１４】
本発明のコージェネレーションシステムの凍結防止経路内を循環する湯水は、貯湯槽内の湯水と混合されてもよいし、混合されなくてもよい。混合されない方式を採ると、この場合、凍結防止経路内の湯水と貯湯槽内の湯水との間で熱交換が行われ、凍結防止経路内の湯水は温められる。凍結防止経路内の湯水と貯湯槽内の湯水とは混合されることはない。即ち、貯湯槽内の湯水は上水であるが、凍結防止経路内を循環する湯水が上水である必要はなくなる。例えば、凍結防止経路内に不凍液等を循環させることも可能となる。
【００１５】
このコージェネレーションシステムは、熱媒体を利用する暖房装置と、暖房装置に熱媒体を循環させる暖房用循環路を備え、凍結防止経路と暖房用循環路が共通区間を有していることが好ましい。
コージェネレーションシステムに既存の暖房用循環路の一部を凍結防止経路として利用することによって配管が簡素化し、配管の凍結防止を効率的に行なうことができる。なお、暖房用循環路内は上水ではなく不凍液を循環させる場合があるが、この場合には、凍結防止経路内の湯水と貯湯槽内の湯水とが混合されない（請求項９）方式を採ることができ、特に問題となることはない。
【００１６】
このコージェネレーションシステムは、暖房装置の熱媒体を循環させる暖房用ポンプを備え、その暖房用ポンプが凍結防止経路内の湯水も循環させるようにしてもよい。
暖房用循環路の一部を凍結防止経路として利用している（請求項１０）ため、凍結防止経路内の湯水を循環させるためのポンプを新たに付加することなく、暖房用ポンプを用いて循環させることができる。既存のポンプを利用することによって、コストアップを抑えることができる。
【００１７】
このコージェネレーションシステムは、凍結防止経路内の水温が第６所定温度以下のときに暖房用熱媒体の加熱手段を強制駆動する暖房装置制御手段が付加されていることが好ましい。
発電機の運転が停止すると発電熱が得られなくなるため、貯湯槽内の湯水の水温は徐々に低下する。すると貯湯槽から熱量を得ている凍結防止経路内の湯水の水温も低下してしまう。このコージェネレーションシステムでは、凍結防止経路内の湯水の水温が所定の温度まで低下したときには、暖房用熱媒体の加熱手段が強制的に駆動される。これによって凍結防止経路内の湯水が暖房用循環路内を通過するときに加熱手段によって加熱されるため、加熱された湯水が給水路等の配管を加熱しながら貯湯槽内へ戻り、凍結を防止することができる。即ち、発電機の運転停止時であっても、既存の加熱手段を流用して強制的に駆動することによって凍結防止経路内の湯水を加熱して配管の凍結防止を行なうことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１） 凍結防止経路は貯湯槽と給湯暖房機との間に配されている。給湯暖房機から貯湯槽への戻り経路の一部は貯湯槽への給水経路と兼用されている。凍結防止経路は給湯暖房機をバイパスする経路も有しており、凍結防止経路内の湯水を加熱する必要があるときに給湯暖房機を通る経路が選択され、凍結防止経路内の湯水を加熱する必要がないときに給湯暖房機をバイパスする経路が選択される。
（形態２） 凍結防止経路は貯湯槽と発電機との間に配されている水循環路の戻り経路から分岐した経路であり、二重管である給水配管の内管を通って貯湯槽へ戻る経路である。水循環路の戻り経路は、給水配管を加熱する必要があるときに給水配管の内管を通る経路が選択され、給水配管を加熱する必要がないときに給水配管の内管をバイパスする経路が選択される。
（形態３） 凍結防止経路は貯湯槽と給湯暖房機との間に配されており、暖房経路と共通区間を有している。給湯暖房機から貯湯槽への戻り経路は、二重管である給水配管の内管を通って貯湯槽へ戻る経路である。
（形態４） 凍結防止経路は、貯湯槽と補助熱源を通過する。補助熱源は、貯湯槽内の湯水をさらに加熱して温水使用箇所に温水を供給する給湯機、暖房用熱媒体を加熱する加熱手段、又は、燃料電池式発電機の改質器を加熱する加熱手段のいずれかである。
（形態５） 凍結防止経路は、補助熱源を通過する経路と通過しない経路で切替え可能となっている。
（形態６） 凍結防止経路は、貯湯槽の湯水による凍結防止効果が不充分なときに、補助熱源を通過する経路に切替えて補助熱源を駆動する。
【００１９】
【実施例】
本発明を具現化した第１実施例を図１，２，３を用いて説明する。図１は本実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図であり、図２は制御ユニットとその周辺のブロック図であり、図３は制御ユニットで実施される処理のフローチャートである。
コージェネレーションシステムの構成について説明する。図１に示すように、コージェネレーションシステム１０は、電力と発電熱を発生する発電機２０と、発電機２０の発電熱によって加熱される温水を利用するユニット１５等から構成される。発電機２０は、燃料電池２２と、改質器３０と、放熱機２８等から構成される。改質器３０は、炭化水素系の原燃料ガスから水素ガスを生成する。水素を効率よく生成するためには高温度が必要とされることから、改質器３０にはバーナ３２が内蔵されている。改質器３０には、バーナ３２の燃焼排ガスを回収するガス管３４が接続されており、そのガス管３４は熱交換器７０を通過するように配置されている。この構成により、バーナ３２の燃焼排ガスが熱交換器７０に入力されることになる。なお、改質器３０は、制御ユニット６０によって駆動制御される。なお、図示２５はシスターンである。
燃料電池２２は、複数のセルから構成される。燃料電池２２には改質器３０と連通する図示しない配管が接続されている。その配管を介して改質器３０で生成された水素ガスが燃料電池２２に供給される。燃料電池２２は、空気中の酸素を取込み、取込まれた酸素と改質器３０から供給される水素ガスを反応させて発電を行なう。燃料電池２２は、発電の際に発熱する。燃料電池２２には熱媒循環経路２４が接続されており、その熱媒循環経路２４の熱媒（本実施例では蒸留水である）が発電の際に生じる発電熱を回収するようになっている。熱媒循環経路２４には熱媒循環ポンプ８が配設されている。この熱媒循環ポンプ８は、制御ユニット６０によって駆動制御される。
【００２０】
熱媒循環経路２４は、熱交換器７４を通過するように配置されている。この構成により、熱媒によって回収された燃料電池２２の発電熱が熱交換器７４に入力されることになる。
また、熱媒循環経路２４には第１三方弁３６が配設されている。第１三方弁３６は、１つの入力口と２つの出力口を備える。第１三方弁３６によって熱媒循環経路２４が二手に分岐している。第１三方弁３６の一方の出力口と接続されている熱媒循環経路２４は放熱機２８を介するように配置されており、他方の出力口と接続されている熱媒循環経路２４は放熱機２８を介さないように配置されている。この第１三方弁３６は、制御ユニット６０によってどちらの出力口を開口するかが制御される。この制御により熱媒が放熱機２８を経由して循環するか、放熱機２８を経由せずに循環するかが切替えられる。具体的には、図示しない温度センサで測定される熱媒温度が異常に高いときには、熱媒が放熱機２８を経由して循環するように第１三方弁３６の出力口が切替えられる。放熱機２８は、例えば送風を行なうことで熱媒を冷却する。
【００２１】
ユニット１５は、貯湯槽４４と給湯暖房機５０と制御ユニット６０等から構成される。発電機２０と貯湯槽４４の間には、水循環路４が配設されている。水循環路４は、貯湯槽４４の下部から湯水を引出して、貯湯槽４４の上部に湯水を戻す。後述するが、水道水は貯湯槽４４の下部から供給されるため、貯湯槽４４内には上方ほど高温であり下方ほど低温な温度勾配が形成される。水循環路４は、発電機２０内の２つの熱交換器７０，７４を通過するように配設されている。水循環路４には水循環ポンプ６が配設されている。この水循環ポンプ６が駆動することで貯湯槽４４の湯水が水循環路４内を循環する（図中矢印方向に循環する）。水循環路４を循環する湯水は熱交換器７０，７４で加熱されて昇温し、再び貯湯槽４４で貯湯される。なお、水循環ポンプ６は、制御ユニット６０によって駆動制御される。具体的には、水循環ポンプ６は、燃料電池２２の発電運転中に駆動するように制御される。
【００２２】
ユニット１５には水道水を給水するための給水管６４が配されている。給水管６４の給水口近傍には減圧弁４２と温度センサＴ１が配設されている。減圧弁４２は貯湯槽４４を耐圧以下に維持する。給水管６４は第１分岐点６５で二手に分岐している。第１給水管６４ａは貯湯槽４４の下部に接続しており、貯湯槽４４に水道水を供給する。第２給水管６４ｂは後述するミキシングユニット７２の一方の入力口と接続している。第２給水管６４ｂには図示しない温度センサが配設されている。
【００２３】
貯湯槽４４の上部には２つの配管が接続されている。一方は第１出湯管５２であり、他方は圧力逃し弁５８を介した排水管５４である。第１出湯管５２の他端はミキシングユニット７２（後述する）の一方の入力口に接続されている。貯湯槽４４の湯水は第１出湯管５２を介してミキシングユニット７２へ送られる。また、第１出湯管５２には温度センサＴ２が配設されている。
また、貯湯槽４４が耐圧以上になった場合には圧力逃し弁５８が作用し、貯湯槽４４の湯水が圧力逃し弁５８を介して排水管５４へと誘導されて排水される。
【００２４】
ミキシングユニット７２は、２つの入力口７２ａ，７２ｂと１つの出力口７２ｃを有している。このミキシングユニット７２には、一方の入力口７２ａには第１出湯管５２を介して貯湯槽４４の湯水が入力され、他方の入力口７２ｂには第２給水管６４ｂを介して水道水が入力される。ミキシングユニット７２の２つの入力口７２ａ，７２ｂは、それぞれの開口度が可変である。即ち、湯水と水道水の入力比率が可変である。２つの入力口７２ａ，７２ｂの開口度は制御ユニット６０によって制御される。開口度が制御されることで、例えば水道水を遮断して（入力口７２ｂを閉じて）第１出湯管５２からの湯水のみをミキシングユニット７２に入力する（入力口７２ａを開く）ことが可能であり、逆に湯水を遮断して（入力口７２ａを閉じて）第２給水管６４からの水道水のみを入力する（入力口７２ｂを開く）ことも可能である。また、入力比率を例えば湯水７０％、水道水３０％とすることも可能である。ミキシングユニット７２では、入力された湯水と水道水が混合される。ミキシングユニット７２の出力口７２ｃには、第２出湯管７６が接続されている。第２出湯管７６は二手に分岐しており、一方は給湯暖房機５０に接続されており、他方は第２三方弁１４の入力口に接続されている。ミキシングユニット７２で混合された湯水は第２出湯管７６を経て給湯暖房機５０へ供給される他、条件によっては第２三方弁１４にも案内される。第２三方弁１４については後述する。
【００２５】
なお、第１出湯管５２や第２出湯管７６にはポンプが配設されていないが、貯湯槽４４の湯水は次のようにして給湯暖房機５０に誘導される。貯湯槽４４は常に湯水によって満たされている状態にある。水道水の供給圧力は減圧弁４２によって減圧されてはいるものの、貯湯槽４４の湯水には減圧された水道水の供給圧力が常に加えられている。この直圧作用により、給湯暖房機５０に備えられる弁（図示省略）を開放すると、貯湯槽４４の温水が第１出湯管５２、ミキシングユニット７２、第２出湯管７６を介して給湯暖房機５０へと誘導される。
【００２６】
給湯暖房機５０にはバーナ３８が備えられている。給湯暖房機５０のバーナ３８はガスを燃料として燃焼する。ガスは、給湯暖房機５０に接続されているガス管（図示省略）から導入される。このバーナ３８は、加熱能力可変に燃焼することができる。また、給湯暖房機５０には給湯管９４が接続されており、この給湯管９４には温度センサＴ３が配設されている。給湯管９４は途中で二手に分岐しており、給湯管９４の一方の端部は、例えば洗面所や台所の蛇口と接続されている。洗面所や台所での給湯温度は、図示しないリモコン（８５：図２参照）が予め操作されて設定されている。また、給湯管９４の他方の端部は後述する第２三方弁１４の一方の入力口と接続されている。
なお、給湯暖房機５０には、給湯管９４の他、図示はしないが高温水用循環路や低温水用循環路や風呂追焚き用循環路が接続されている。
【００２７】
さらに、ユニット１５は、貯湯槽４４の湯水を循環させるもう１つの循環経路を有している。即ち、給水管６４内や他の配管の凍結を防止するための凍結防止経路１２である。具体的には以下の通りである。貯湯槽４４内の湯水は、貯湯槽４４上部から第１出湯管５２を経てミキシングユニット７２に送られ、ミキシングユニット７２の入力口７２ａから入力される。ミキシングユニット７２で調温された湯水が出力口７２ｃから出力されて第２出湯管７６に案内される。なお、ここまでは、温水栓等から給湯するための湯水を貯湯槽４４から給湯暖房機５０へ出湯する経路と共通の経路である。
この凍結防止経路１２には先述の第２三方弁１４が配されており、この第２三方弁１４は２つの入力口１４ａ，１４ｂと１つの出力口１４ｃを持つ。第２出湯管７６は二手に分岐している。分岐した第２出湯管７６のうち、一方は給湯暖房機５０に接続されており、他方は第２三方弁１４の入力口１４ａに接続されている。また、給湯暖房機５０に接続された給湯管９４も二手に分岐している。分岐した給湯管９４のうち、一方は温水栓等に接続されており、他方は第２三方弁１４の入力口１４ｂに接続されている。第２三方弁１４の入力口１４ａ，１４ｂの何れかの入力口から入力された湯水は、出力口１４ｃから出力される。第２三方弁１４は、制御ユニット６０によって何れの入力口を開口するかが制御される。入力口１４ａ，１４ｂが切替えられることで、凍結防止経路１２は給湯暖房機５０を経由する経路か給湯暖房機５０を経由しない経路かが切替えられている。具体的には、給湯暖房機５０のバーナ３８が燃焼中であるときは給湯暖房機５０を経由させるために入力口１４ａを閉じ、１４ｂを開くように制御される。
【００２８】
凍結防止経路１２の第２三方弁１４の出力口１４ｃ以降の循環配管は、給水管６４の給水口近傍の第２分岐点６６に接続されている。凍結防止経路１２内の湯水はこの第２分岐点６６から第１給水管６４ａ内に合流し、水道水とともに貯湯槽４４へ供給される。なお、凍結防止運転中のミキシングユニット７２は、第１出湯管５２を８０％開度、第２給水管６４ｂを２０％開度として両側の流路を確保する。
この凍結防止経路１２には凍結防止ポンプ１８が配設されている。この凍結防止ポンプ１８が駆動することによって貯湯槽４４内の湯水が凍結防止経路１２内を循環する（図中矢印方向）。この凍結防止ポンプ１８は制御ユニット６０によって制御駆動されている。この制御については図３を用いて後述する。
また、この凍結防止経路１２には逆止弁１９が配設され、給湯時に、水道水が第２分岐点６６から給湯暖房機５０へ逆流するのを防止している。
【００２９】
次に、図２を用いて制御ユニット６０とそれに接続される各種装置の構成を説明する。図２は制御ユニット６０に各種装置が接続される様子を示したブロック図である。なお、図２には本発明を特徴付けるセンサと装置のみを示している。制御ユニット６０は、発電機２０とユニット１５の双方を構成する機器を統括的に制御する。
図２に示すように、制御ユニット６０は、ＣＰＵ１０２とＲＯＭ１０４とＲＡＭ１０６と出力ポート１０８と入力ポート１１０から構成される。これらＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０４およびＲＡＭ１０６はバス１０９によって出力ポート１０８および入力ポート１１０と相互に接続されている。
ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭ１０４に格納された制御プログラムに従ってコージェネレーションシステム１０を構成する各種装置を統括的に制御する。ＲＯＭ１０４に格納されている制御プログラムには、各温度センサが検出する温度に基づいて所定の三方弁の切替えや所定のポンプの駆動を行なう処理等を実現するためのプログラムが含まれている。ＲＡＭ１０６は、ワークメモリとして使用されるメイン記憶素子であって、温度等の各種データや出入力信号等が各種プログラムの実行に応じて格納される。
【００３０】
入力ポート１１０には、外気温センサＴＸと、温度センサＴ１からＴ３が接続されている。また、入力ポート１１０は、給湯暖房機５０を介してリモコン８５から信号を受信することができる。
外気温センサＴＸは、外気温を所定のデータ形式に変換して出力する。温度センサＴ１からＴ３は、水温や熱媒温度を所定のデータ信号に変換して出力する。これらの各温度センサは水温を常時測定し、その測定結果を常時出力している。給湯暖房機５０は、リモコン８５を用いて使用者が設定した給湯設定温度を所定のデータ信号に変換にして出力する。各センサや給湯暖房機５０から出力された信号は入力ポート１１０で受信され、入力ポート１１０で受信された信号はバス１０９を介してＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０４，ＲＡＭ１０６に取込まれる。ＲＡＭ１０６では、各温度センサで測定された温度データが常時更新される（書換えられる）。
【００３１】
出力ポート１０８には、第１三方弁３６、第２三方弁１４、熱媒循環ポンプ８、水循環ポンプ６、凍結防止ポンプ１８、燃料電池２２、改質器３０、ミキシングユニット７２、給湯暖房機５０が接続されている。
第１三方弁３６は制御ユニット６０からの信号に基づいて出力口を切替える。第２三方弁１４は制御ユニット６０からの信号に基づいて入力口を切替える。各ポンプ６，８，１８は制御ユニット６０からの信号に基づいて駆動する。
改質器３０は、制御ユニット６０からの信号に基づいてその起動と停止を行なう。改質器３０が駆動しているときにはバーナ３２で加熱が行われる。燃料電池２２は、制御ユニット６０からの信号に基づいて発電運転を行なう。
給湯暖房機５０は、制御ユニット６０からの信号に基づいて第２出湯管７６から湯水を導入するように弁を開放する。この場合、供給される湯水が設定温度よりも低い場合にはバーナ３８を用いて加熱を行なう。
ミキシングユニット７２は、制御ユニット６０からの信号に基づいて２つの入力口７２ａ，７２ｂの開口比率を変更する。
【００３２】
次に、図３を用いて制御ユニット６０が行なう処理について説明する。なお、以下で説明する処理は、本発明を特徴付ける処理、即ち給水管６４内や他の配管の凍結防止処理についてのみ説明する。従って、ミキシングユニット７２での入力口７２ａ，７２ｂの開口比率の決定処理、決定された開口比率に従ってミキシングユニット７２を駆動する処理、給湯処理等については公知の処理が実施されればよく、本明細書での説明は省略するものとする。
制御ユニット６０が行なう給水管６４等の配管の凍結防止処理を図３を用いて説明する。凍結防止処理では、まず外気温が３℃以下であるか否かを判別する（ステップＳ１０）。外気温が０℃に達すると給水管６４や水循環路４等の配管が凍結してしまう可能性があるので、外気温センサＴＸから受信している外気温データが３℃以下になった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ２０に進み、水道水の給水温が５℃以下であるか否かを判別する。温度センサＴ１から受信している給水温データが５℃以下になった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ３０に進む。なお、ステップＳ１０とステップＳ２０の何れかがＹＥＳと判定された場合（外気温が３℃以下であるか、又は水道水の給水温が５℃以下である場合）にステップＳ３０に進むようにしてもよい。
【００３３】
ステップＳ３０では、給湯暖房機５０のバーナ３８が燃焼中であるか否かが判別される。バーナ３８が燃焼中でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ４０に進み、第２三方弁１４の入力口１４ｂを閉じて入力口１４ａを開く。ステップＳ５０で凍結防止ポンプ１８を駆動させると、凍結防止経路１２内の湯水が循環する。このとき、凍結防止ポンプ１８を最小能力（本実施例では１２００ｒｐｍ）で駆動させて消費電力と騒音を最小限に抑える。ステップＳ６０に進み、凍結防止経路１２内の湯水の水温が３０℃以上であるか否かを判別する。温度センサＴ２から受信している水温データが３０℃以上である場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ７０に進み、給水温が２０℃以上になったか否かを監視する。温度センサＴ１から受信している給水温データが２０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、配管の凍結の可能性はなくなるため、ステップＳ８０に進んで凍結防止ポンプ１８を停止させて凍結防止処理を終了する。
【００３４】
給水管６４等の配管の凍結防止は、凍結防止経路１２内に貯湯槽４４内の湯水を循環させることによって行なわれる。特に水温が低い給水管６４は、凍結防止経路１２内の湯水を混合させることによって水道水の水温を上昇させ、凍結を防止する。発電機２０が運転を停止しても、停止後しばらくは貯湯槽４４内の湯水は凍結を防止するのに充分な熱量を保持している。このため、凍結防止ポンプ１８を駆動させて貯湯槽４４内の湯水を循環させることによって給水管６４や他の配管の凍結防止を行なうことができる。給湯暖房機５０のバーナ３８が燃焼していないときであれば、凍結防止経路１２内の湯水は給湯暖房機５０を経由しない短い経路で循環する方が効率よく凍結防止を行なうことができる。
【００３５】
ステップＳ３０で、バーナ３８が燃焼中である場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ９０に進み、第２三方弁１４の入力口１４ａを閉じて入力口１４ｂを開く。ステップＳ１００で凍結防止ポンプ１８を駆動させると、凍結防止経路１２内の湯水が循環する。このときも、凍結防止ポンプ１８を最小能力（本実施例では１２００ｒｐｍ）で駆動させる。凍結防止運転中は給水温が２０℃以上になったか否かを監視する（ステップＳ１１０）。温度センサＴ１から受信している給水温データが２０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、配管の凍結の可能性はなくなるため、ステップＳ８０に進んで凍結防止ポンプ１８を停止させて凍結防止処理を終了する。
【００３６】
給湯暖房機５０のバーナ３８が燃焼中であるときに、凍結防止経路１２が給湯暖房機５０を経由すれば湯水はバーナ３８で加熱される。加熱された温水は凍結防止経路１２内を循環し、給水管６４や近傍の配管を加熱して凍結を防止する。発電機２０が長時間運転していないと貯湯槽４４内の水温が外気温に近い温度まで低下している場合がある。このような場合、凍結防止経路１２の給湯暖房機５０への送り経路内の湯水の水温も低下している。しかし、バーナ３８が燃焼中であれば、給湯暖房機５０から貯湯槽４４への戻り経路内の湯水はバーナ３８によって加熱されて温水となる。配管を加熱する経路はこの戻り経路であるため、温水によって配管を加熱して凍結を防止することができる。
【００３７】
また、ステップＳ６０で温度センサＴ２から受信している水温データが３０℃以上でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ１２０に進み、第２三方弁１４の入力口１４ａを閉じて入力口１４ｂを開く。ステップＳ１３０で凍結防止ポンプ１８の回転数を上げ（本実施例では１８００ｒｐｍ）、給湯暖房機５０の水流スイッチをオンする。ステップＳ１４０に進み、給湯暖房機５０のバーナ３８を点火し、最小熱量で燃焼させる。即ち、強制的に給湯暖房機５０を運転させ、バーナ３８によって凍結防止経路１２内の湯水を加熱する。バーナ３８の燃焼中は給湯暖房機５０内の水温が４５℃以上であるかを常時判別する（ステップＳ１５０）。温度センサＴ３から受信している水温データが４５℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ１６０に進んで凍結防止ポンプ１８の回転数を下げて（１２００ｒｐｍ）水流スイッチをオフし、バーナ３８を消火させる（ステップＳ１７０）。なお、バーナ３８の燃焼中は、燃焼時間を短縮するために凍結防止ポンプ１８の回転数を上昇させて温水の循環速度を高めている。
【００３８】
バーナ３８の消火後はステップＳ１８０に進み、給水温が２０℃以上になったか否かを監視する。温度センサＴ１から受信している給水温データが２０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、給水管６４等の配管の凍結の可能性はなくなるため、ステップＳ８０に進んで凍結防止ポンプ１８を停止させて凍結防止処理を終了する。給水温データが２０℃以上でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ１９０に進み、給湯暖房機５０内の水温が２５℃以上であるかを判別する。温度センサＴ３から受信している水温データが２５℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ１８０に戻り、再び給水温が２０℃以上になったか否かを監視する。給水温データが２０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、先述のようにステップＳ８０に進んで凍結防止ポンプ１８を停止させて凍結防止処理を終了する。また、ステップＳ１９０で温度センサＴ３から受信している水温データが２５℃以上でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ１３０に戻り、再び強制的にバーナ３８の点火動作を行なって凍結防止経路１２内の水温を上げる処理を行なう。給水温が２０℃以上に上昇して配管の凍結の可能性がなくなるまで、以上の処理が繰返される。
【００３９】
発電機２０が運転を長時間停止していると、貯湯槽４４内の湯水の水温が外気温に近い温度まで低下している場合がある。この状態で凍結防止ポンプ１８を駆動させても凍結防止経路１２内の水温と給水管６４内や他の配管内の水温がほぼ等しいため、これらの配管を加熱することができず、凍結防止の効果は得られない。凍結防止経路１２内の水温を監視し、所定温度以下（本実施例では３０℃以下）となったときには給湯暖房機５０のバーナ３８を強制的に駆動させる。これによって、低温となっていた凍結防止経路１２内の湯水を加熱して凍結防止を行なうことができる。
【００４０】
上記した第１実施例のコージェネレーションシステム１０では、凍結防止経路１２内に貯湯槽４４の湯水を循環させることによって給水管６４等の配管の凍結を防止する。給湯暖房機５０に内蔵されているバーナ３８が燃焼中であれば、給湯暖房機５０を経由する経路を選択し、凍結防止経路１２内の湯水の水温を積極的に上昇させる。バーナ３８が燃焼しておらず、凍結防止経路１２内の湯水の水温（即ち貯湯槽４４内の湯水の水温）が低下しているときにも給湯暖房機５０を経由させ、給湯暖房機５０に内蔵されているバーナ３８を強制的に駆動させて凍結防止経路１２内の湯水を加熱する。したがって、貯湯槽４４内の水温に関わらず、給水管６４等の配管の凍結する可能性がある場合には、凍結防止経路１２内を温水が循環して凍結を防止することができる。
【００４１】
次に、本発明を具現化した第２実施例を図４，５を用いて説明する。図４は本実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図であり、図５は制御ユニットで実施される処理のフローチャートである。
コージェネレーションシステムの構成について説明する。図４に示すコージェネレーションシステム１１０は、第１実施例で述べたコージェネレーションシステム１０とは、給水管１６４等の配管の凍結を防止するために配設された凍結防止経路１１２と、制御ユニット１６０が行なう凍結防止処理が異なっている。したがって、以下では第１実施例と同一の部分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４２】
ユニット１１５内の貯湯槽１４４と発電機１２０の間には水循環路１０４が配設されている。この水循環路１０４の、発電機１２０から貯湯槽１４４への戻り経路は第３分岐点１６７で二手に分岐している。一方の経路は貯湯槽１４４の上部に接続されている。他方の経路は第３分岐点１６７近傍に熱動弁１１４が配設されており、以下の経路で貯湯槽１４４の上部に接続されている。この経路は、給水管１６４等の配管の凍結を防止する凍結防止経路１１２として作用する。給水管１６４と第１出湯管１５２と第２出湯管１７６は二重管となっており、給水管１６４の外管を水道水が通り、第１出湯管１５２の外管を貯水槽１４４の湯水が通り、第２出湯管１７６の外管をミキシングユニット１７２で調温された湯水が通る。これらの給水管１６４と第１出湯管１５２と第２出湯管１７６のそれぞれの内管に凍結防止経路１１２が形成されている。即ち、水循環路１０４の配管は熱動弁１１４以降で給水管１６４の内管と接続されている。凍結防止経路１１２は、給水管１６４の途中に配された分岐点１６５以降は第１給水管１６４ａの内管を経て、貯湯槽１４４の下部近傍で外側の配管１６８と接続されている。この配管１６８は給水管１６４の分岐点１６５近傍で第２給水管１６４ｂの内管と接続されている。さらに凍結防止経路１１２はミキシングユニット１７２を通過して第２出湯管１７６の内管に接続され、給湯暖房機１５０の手前で外側の配管に接続される。この配管は、第１出湯管１５２の内管と、ミキシングユニット１７２の入力口１７２ａ近傍で接続されている。凍結防止経路１１２は第１出湯管１５２の内管を経て貯湯槽１４４の上部から貯湯槽１４４内へ案内されている。凍結防止経路１１２内の湯水は貯湯槽１４４内に混合される。水循環路１０４と凍結防止経路１１２が発電機１２０へ向かう経路は共通の経路である。この送り経路には水循環ポンプ１０６が配設されている。この水循環ポンプ１０６が駆動することで貯湯槽１４４の湯水が水循環路１０４を循環し、この水循環路１０４から分岐した凍結防止経路１１２を循環する（それぞれ図中矢印方向に循環する）。第１出湯管１５２の内管には温度センサＴ２が配設されている。なお、水循環ポンプ１０６と熱動弁１１４は、制御ユニット１６０によって駆動制御される。この制御については図５を用いて後述する。
【００４３】
給湯暖房機１５０の構成は、第１実施例に示したコージェネレーションシステム１０と同様であるが、第１実施例では図示を省略したため、改めて本実施例で説明する。給湯暖房機１５０には給湯管１９４の他、高温水用循環路１８４や低温水用循環路１８６や風呂追焚き用循環路１８８が接続されている。
高温水用循環路１８４には、例えば温水暖房端末機１９２が配されており、約８０℃の高温水が温水暖房端末機１９２に供給される。高温水用循環路１８４内の水温が低下したときには、温水が低温水用循環路１８６へ誘導されて給湯暖房機１５０に戻る。
低温水用循環路１８６には、例えば床暖房機１９６が配されており、約６０℃の低温水（８０℃の温水に対しては低温である）が床暖房機１９６に供給される。低温水用循環路１８６内の水温が低下したときには、温水は給湯暖房機１５０に戻って加熱される。
風呂追焚き用循環路１８８には浴槽１９０が配されており、浴槽１９０にある湯水が循環する。循環する湯水は、高温水用循環路１８４内の湯水との熱交換によって加熱される。
なお、本実施例では、貯湯槽１４４内の湯水（即ち第２出湯管１７６を介して給湯暖房機１５０に入力された湯水）は、上述の給湯用の温水として使用される。高温水用循環路１８４内の湯水や低温水用循環路内１８６の湯水には貯湯槽１４４内の湯水は使用されない。
【００４４】
次に、制御ユニット１６０が行なう処理について説明する。なお、第１実施例のときと同様に、以下で説明する処理は、本発明を特徴付ける処理、即ち給水管１６４等の配管の凍結防止処理についてのみ説明する。
制御ユニット１６０が行なう給水管１６４等の配管の凍結防止処理を図５を用いて説明する。凍結防止処理では、まず外気温が３℃以下であるか否かを判別する（ステップＳ３１０）。外気温が０℃に達すると配管が凍結してしまう可能性があるので、外気温センサＴＸから受信している外気温データが３℃以下になった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ３２０に進み、水道水の給水温が５℃以下であるか否かを判別する。温度センサＴ１から受信している給水温データが５℃以下になった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ３３０に進む。なお、ステップＳ３１０とステップＳ３２０の何れかがＹＥＳと判定された場合（外気温が３℃以下であるか、又は水道水の給水温が５℃以下である場合）にステップＳ３３０に進むようにしてもよい。
【００４５】
ステップＳ３３０で凍結防止経路１１２に配されている熱動弁１１４を開き、ステップＳ３４０に進み、水循環ポンプ１０６を駆動させると、水循環路１０４内の湯水とともに凍結防止経路１１２内の湯水が循環する。このとき、水循環ポンプ１０６を最小能力（本実施例では１２００ｒｐｍ）で駆動させて消費電力と騒音を最小限に抑える。ステップＳ３５０に進み、凍結防止経路１１２内の湯水の水温が３０℃以上であるか否かを判別する。温度センサＴ２から受信している水温データが３０℃以上である場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ３６０に進み、給水温が２０℃以上になったか否かを監視する。温度センサＴ１から受信している給水温データが２０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、給水管１６４等の配管が凍結する可能性はなくなるため、ステップＳ３７０に進んで水循環ポンプ１０６を停止させ、ステップＳ３８０に進んで熱動弁１１４を閉じて凍結防止処理を終了する。
【００４６】
給水管１６４等の配管の凍結防止は、凍結防止経路１１２内に貯湯槽１４４内の湯水を循環させて、湯水の持つ熱量によって配管を加熱することによって行なわれる。発電機１２０が運転を停止しても、停止後しばらくは貯湯槽１４４内の湯水は配管の凍結を防止するのに充分な熱量を保持している。このため、配管が凍結する恐れがある場合には、水循環路１０４を分岐する熱動弁１１４を開いて水循環ポンプ１０６を駆動させる。これによって、貯湯槽１４４内の湯水が凍結防止経路１１２を循環して凍結防止を行なうことができる。
【００４７】
また、ステップＳ３５０で温度センサＴ２から受信している水温データが３０℃以上でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ３９０に進み、発電機１２０のバーナ１３２を点火し、最小熱量で燃焼させる。即ち、強制的に発電機１２０を運転させ、バーナ１３２によって水循環路１０４（凍結防止経路１１２）内の湯水を加熱する。バーナ１３２の燃焼中は凍結防止経路１１２内の水温が６０℃以上であるかを常時判別する（ステップＳ４００）。温度センサＴ２から受信している水温データが６０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ４１０に進んでバーナ１３２を消火させる。なお、バーナ１３２の燃焼中は、燃焼時間を短縮するために水循環ポンプ１０６の回転数を上昇させて（１８００ｒｐｍ）温水の循環速度を高めてもよい。
【００４８】
バーナ１３２の消火後はステップＳ４２０に進み、給水温が２０℃以上になったか否かを監視する。温度センサＴ１から受信している給水温データが２０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、給水管１６４等の配管の凍結の可能性はなくなるため、ステップＳ３７０に進んで水循環ポンプ１０６を停止させ、ステップＳ３８０に進んで熱動弁１１４を閉じて凍結防止処理を終了する。給水温データが２０℃以上でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ４３０に進み、凍結防止経路１１２内の水温が３０℃以上であるかを判別する。温度センサＴ２から受信している水温データが３０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ４２０に戻り、再び給水温が２０℃以上になったか否かを監視する。給水温データが２０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、先述のようにステップＳ３７０に進んで水循環ポンプ１０６を停止させ、ステップＳ３７０に進んで熱動弁１１４を閉じて凍結防止処理を終了する。また、ステップＳ４３０で温度センサＴ２から受信している水温データが３０℃以上でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ３９０に戻り、再び強制的にバーナ１３２の点火動作を行なって凍結防止経路１１２内の水温を上げる処理を行なう。給水温が２０℃以上に上昇して配管の凍結の可能性がなくなるまで、以上の処理が繰返される。
【００４９】
発電機１２０が運転を長時間停止していると、貯湯槽１４４内の湯水の水温が外気温に近い温度まで低下している場合がある。この状態で水循環ポンプ１０６を駆動させても貯湯槽１４４内（凍結防止経路１１２内）の水温と給水管１６４内や他の配管内の水温がほぼ等しいため、これらの配管を加熱することができず、凍結防止の効果は得られない。凍結防止経路１１２内の水温を監視し、所定温度以下（本実施例では３０℃以下）となったときには発電機１２０のバーナ１３２を強制的に駆動させる。これによって、低温となっていた凍結防止経路１１２内の湯水を加熱して凍結防止を行なうことができる。
【００５０】
上記した第２実施例のコージェネレーションシステム１１０でも、第１実施例と同様に、凍結防止経路１１２内に貯湯槽１４４の湯水を循環させることによって給水管１６４等の配管の凍結を防止する。凍結防止経路１１２内の湯水の水温（即ち貯湯槽１４４内の湯水の水温）が低下しているときには、発電機１２０に内蔵されているバーナ１３２を強制的に駆動させて凍結防止経路１１２内の湯水を加熱する。したがって、配管が凍結する可能性がある場合には、貯湯槽１４４内の水温に関わらず、凍結防止経路１１２内を温水が循環して凍結を防止することができる。
なお、本実施例中では発電機に燃料電池を用いたが、発電機にマイクロガスタービン等を用いてもよい。例えば、マイクロガスタービンを用いた場合、凍結防止経路１１２内の湯水の水温（即ち貯湯槽１４４内の湯水の水温）が低下しているときには、発電機であるマイクロガスタービン自体を強制的に駆動させることによって凍結防止経路１１２内の湯水を加熱する。なお、この場合は発電を伴う。
【００５１】
次に、本発明を具現化した第３実施例を図６，７を用いて説明する。図６は本実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図であり、図７は制御ユニットで実施される処理のフローチャートである。
コージェネレーションシステムの構成について説明する。図６に示すコージェネレーションシステム２１０は、第１実施例と第２実施例で述べたコージェネレーションシステム１０，１１０とは、給水管等の配管の凍結を防止するために配設された凍結防止経路と、制御ユニットが行なう凍結防止処理が異なっている。したがって、以下では第１実施例と第２実施例と同一の部分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００５２】
このコージェネレーションシステム２１０は、ユニット２１５内の給水管２６４と第１出湯管２５２と第２出湯管２７６は二重管となっており、給水管２６４の外管を水道水が通り、第１出湯管２５２の外管を貯水槽２４４の湯水が通り、第２出湯管２７６の外管をミキシングユニット２７２で調温された湯水が通る。これらの給水管２６４と第１出湯管２５２と第２出湯管２７６のそれぞれの内管に、給水管２６４等の配管の凍結を防止する凍結防止経路２１２が形成されている。
給湯暖房機２５０には、低温水用循環路２８６が接続されている。低温水用循環路２８６の、床暖房機２９６への送り経路には熱動弁２１４が設けられている。この熱動弁２１４が開かれることによって送り経路が二手に分岐する。一方は、床暖房機２９６を経由して給湯暖房機２５０に戻る床暖房用循環路である。他方は、床暖房機２９６を経由せず、先述の給水管２６４の内管等を経て貯湯槽２４４を通過して給湯暖房機２５０に戻る経路である。この貯湯槽２４４を通過する経路が給水管２６４等の配管の凍結を防止する凍結防止経路２１２として作用する。低温水用循環路２８６の送り経路には暖房用ポンプ２１６が配設されている。この暖房用ポンプ２１６が駆動することで低温水用循環路２８６内の湯水とともに、この低温水用循環路２８６から分岐した凍結防止経路２１２内の湯水が循環する（それぞれ図中矢印方向に循環する）。低温水用循環路２８６には温度センサＴ４が配設されている。
【００５３】
床暖房用循環路から分岐した凍結防止経路２１２の配管は給水管２６４の給水口近傍で給水管２６４の内管と接続されている。凍結防止経路２１２は、給水管２６４の途中に配された分岐点２６５以降は第１給水管２６４ａの内管を経て、貯湯槽２４４の下部近傍で外側の配管２６８と接続されている。この配管２６８は給水管２６４の分岐点２６５近傍で第２給水管２６４ｂの内管と接続されている。さらに凍結防止経路２１２はミキシングユニット２７２を経て、入力口２７２ａ近傍で第１出湯管２５２の内管と接続されている。凍結防止経路２１２は第１出湯管２５２の内管を経て貯湯槽２４４の上部から貯湯槽２４４内へ案内されている。
貯湯槽２４４内には、貯湯槽２４４内を通過するように凍結防止経路２１２が配管されている。凍結防止経路２１２内の湯水は貯湯槽２４４内には混合されない。貯湯槽２４４内を通過した凍結防止経路２１２の配管は、貯湯槽２４４の上部側面で外側の配管に接続されている。この配管は給湯暖房機２５０の近傍で第２出湯管２７６の内管と接続されている。ミキシングユニット２７２ｃの出力口２７２ｃ近傍で外側の配管と接続され、低温水用循環路２８６の戻り経路に接続されている。凍結防止経路２１２内の湯水は低温水用循環路２８６内に合流して循環する。なお、暖房用ポンプ２１６と熱動弁２１４は、制御ユニット２６０によって駆動制御される。
本実施例では、凍結防止経路２１２は床暖房用循環路と共通の区間を有している。床暖房用循環路内には上水ではなく、不凍液を循環させる場合がある。しかし、凍結防止経路２１２内を循環する湯水は貯湯槽２４４や他の循環経路内の上水と混合されることはない。このため、凍結防止経路２１２内を循環する湯水は上水であってもよいし、上水でなくてもよい。不凍液であっても特に問題となることはない。
【００５４】
制御ユニット２６０が行なう処理について説明する。なお、第１実施例と第２実施例のときと同様に、以下で説明する処理は、本発明を特徴付ける処理、即ち給水管２６４等の配管の凍結防止処理についてのみ説明する。
制御ユニット２６０が行なう配管の凍結防止処理を図７を用いて説明する。凍結防止処理では、まず外気温が３℃以下であるか否かを判別する（ステップＳ５１０）。外気温が０℃に達すると配管が凍結してしまう可能性があるので、外気温センサＴＸから受信している外気温データが３℃以下になった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ５２０に進み、水道水の給水温が５℃以下であるか否かを判別する。温度センサＴ１から受信している給水温データが５℃以下になった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ５３０に進む。なお、ステップＳ５１０とステップＳ５２０の何れかがＹＥＳと判定された場合（外気温が３℃以下であるか、又は水道水の給水温が５℃以下である場合）にステップＳ５３０に進むようにしてもよい。
【００５５】
ステップＳ５３０で低温水用循環路２８６に配されている熱動弁２１４を開き、ステップＳ５４０に進む。ステップＳ５４０では、給湯暖房機２５０の床暖房機２９６が運転中であるか否かが判別される。床暖房機２９６が運転中でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ５５０に進み、暖房用ポンプ２１６を駆動させると、凍結防止経路２１２内の湯水が循環する。このとき、暖房用ポンプ２１６を最小能力（本実施例では１２００ｒｐｍ）で駆動させて消費電力と騒音を最小限に抑える。ステップＳ５６０に進み、低温水用循環路２８６内の湯水の水温が３０℃以上であるか否かを判別する。温度センサＴ４から受信している水温データが３０℃以上である場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ５７０に進み、給水温が２０℃以上になったか否かを監視する。温度センサＴ１から受信している給水温データが２０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、配管の凍結の可能性はなくなるため、ステップＳ５８０に進んで暖房用ポンプ２１６を停止させ、ステップＳ５９０に進んで熱動弁２１４を閉じて凍結防止処理を終了する。
【００５６】
給水管２６４等の配管の凍結防止は、凍結防止経路２１２内の湯水を貯湯槽２４４内の湯水と熱交換させて加熱し、この温水の熱量によって配管を加熱することによって行なわれる。発電機２２０が運転を停止しても、停止後しばらくは貯湯槽２４４内の湯水は配管の凍結を防止するのに充分な熱量を保持している。このため、配管が凍結する恐れがある場合には、低温水用循環路２８６を分岐する熱動弁２１４を開いて暖房用ポンプ２１６を駆動させる。これによって、凍結防止経路２１２内を、貯湯槽２４４内で加熱された湯水が循環して配管の凍結防止を行なうことができる。
【００５７】
ステップＳ５４０で、床暖房機２９６が運転中である場合（ＹＥＳの場合）、暖房用ポンプ２１６が駆動しているため、ステップＳ５３０で熱動弁２１４が開かれた時点で凍結防止経路２１２内の湯水が循環する。凍結防止運転中は給水温が２０℃以上になったか否かを監視する（ステップＳ６００）。温度センサＴ１から受信している給水温データが２０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、配管の凍結の可能性はなくなるため、ステップＳ５９０に進んで熱動弁２１４を閉じ、凍結防止処理を終了する。
【００５８】
給湯暖房機２５０の床暖房機２９６が運転中であるときには、凍結防止経路２１２内の湯水は給湯暖房機２５０の暖房用バーナ２５６で加熱される。加熱された温水は凍結防止経路２１２内を循環し、配管を加熱して凍結を防止する。発電機２２０が長時間運転していないと貯湯槽２４４内の水温が外気温に近い温度まで低下している場合がある。このような場合、凍結防止経路２１２の貯湯槽２４４から給湯暖房機５０への経路内の湯水の水温も低下している。しかし、暖房用バーナ２５６が燃焼中であれば、貯湯槽２４４への経路内の湯水は暖房用バーナ２５６によって加熱されて温水となり、配管を加熱して凍結を防止することができる。
【００５９】
また、ステップＳ５６０で温度センサＴ２から受信している水温データが３０℃以上でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ６１０に進み、暖房用バーナ２５６を点火し、最小熱量で燃焼させる。即ち、強制的に暖房用バーナ２５６を運転させて低温水用循環路２８６（凍結防止経路２１２）内の湯水を加熱する。暖房用バーナ２５６の燃焼中は低温水用循環路２８６内の水温が６０℃以上であるかを常時判別する（ステップＳ６２０）。温度センサＴ４から受信している水温データが６０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ６３０に進んで暖房用バーナ２５６を消火させる。なお、暖房用バーナ２５６の燃焼中は、燃焼時間を短縮するために暖房用ポンプ２１６の回転数を上昇させて（１８００ｒｐｍ）温水の循環速度を高めてもよい。
【００６０】
暖房用バーナ２５６の消火後はステップＳ６４０に進み、給水温が２０℃以上になったか否かを監視する。温度センサＴ１から受信している給水温データが２０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、配管の凍結の可能性はなくなるため、ステップＳ５８０に進んで暖房用ポンプ２１６を停止させ、ステップＳ５９０に進んで熱動弁２１４を閉じて凍結防止処理を終了する。ステップＳ６４０で給水温データが２０℃以上でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ６５０に進み、低温水用循環路２８６内の水温が３０℃以上であるかを判別する。温度センサＴ４から受信している水温データが３０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ６４０に戻り、再び給水温が２０℃以上になったか否かを監視する。給水温データが２０℃以上になった場合（ＹＥＳの場合）、先述のようにステップＳ５８０に進んで暖房用ポンプ２１６を停止させ、ステップＳ５９０に進んで熱動弁２１４を閉じて凍結防止処理を終了する。また、ステップＳ６５０で低温水用循環路２８６内の水温データが３０℃以上でない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ６１０に戻り、再び強制的に暖房用バーナ２５６の点火動作を行なって凍結防止経路２１２内の水温を上げる処理を行なう。給水温が２０℃以上に上昇して配管の凍結の可能性がなくなるまで、以上の処理が繰返される。
【００６１】
発電機２２０が運転を長時間停止していると、貯湯槽２４４内の湯水の水温が外気温に近い温度まで低下している場合がある。この状態で暖房用ポンプ２１６を駆動させても貯湯槽２４４内（凍結防止経路２１２内）の水温と給水管２６４内や他の配管内の水温がほぼ等しいため、配管を加熱することができず、凍結防止の効果は得られない。凍結防止経路２１２内の水温を監視し、所定温度以下（本実施例では３０℃以下）となったときには暖房用バーナ２５６を強制的に駆動させる。これによって、低温となっていた凍結防止経路２１２内の湯水を加熱して凍結防止を行なうことができる。
【００６２】
上記した第３実施例のコージェネレーションシステム２１０では、凍結防止経路２１２内の湯水を貯湯槽２４４内の湯水と混合させることなく貯湯槽２４４内を通過させる。これにより、凍結防止経路２１２内の湯水と貯湯槽２４４内の湯水を熱交換させ、凍結防止経路２１２内の湯水を加熱する。この加熱した温水を循環させることによって給水管２６４等の配管の凍結を防止する。凍結防止経路２１２内の湯水の水温（即ち貯湯槽２４４内の湯水の水温）が低下しているときには、給湯暖房機２５０に内蔵されている暖房用バーナ２５６を強制的に駆動させて凍結防止経路２１２内の湯水を加熱する。したがって、配管が凍結する可能性のある場合には、貯湯槽２４４内の水温が低下していても、凍結防止経路２１２内を温水が循環して凍結を防止することができる。
なお、本実施例では低温用循環経路２８６に熱動弁２１４が配設されて凍結防止経路２１２が形成されていたが、高温用循環経路２８４から分岐させた経路に熱動弁を配設して凍結防止経路を形成してもよい。また、経路を分岐するために熱動弁に替えて三方弁を用いてもよい。
【００６３】
本発明のコージェネレーションシステムでは、給水管や水循環路、あるいは暖房用循環経路等の配管の凍結を防止するために凍結防止経路が配設されている。貯湯槽内には発電に伴って発生した発電熱によって加熱された温水が貯湯されている。発電機が運転を停止すれば、貯湯槽内の水温は徐々に低下する。配管の凍結防止が必要であるときに、貯湯槽内の湯水の水温が低下していなければ、この凍結防止経路内の湯水が貯湯槽内を通過することによって加熱され、加熱された湯水が循環することによって配管を加熱して凍結を防止することができる。発電機が長時間運転を停止しており、貯湯槽内の湯水の水温が低下していれば、従来のコージェネレーションシステムが本来的に必要とする加熱機器（給湯暖房機のバーナ、燃料電池式発電機の改質器を加熱するバーナ、暖房用熱媒体を加熱するバーナ等）によって凍結防止経路内の湯水が加熱される。即ち、凍結防止経路内の湯水は、加熱の必要がある場合にのみ加熱機器によってされ、貯湯槽内の熱量が利用できる場合にはこれを利用するため、非常にエネルギー効率が高い。新たな加熱機器を付加することなく、配管内の水が凍結するのを防止することができる。
【００６４】
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。例えば、上記した実施例中では発電機に燃料電池を用いたが、発電機にマイクロガスタービン等を用いることができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図。
【図２】 制御ユニットとその周辺のブロック図。
【図３】 制御ユニットで実施される処理のフローチャート。
【図４】 第２実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図。
【図５】 制御ユニットで実施される処理のフローチャート。
【図６】 第３実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図。
【図７】 制御ユニットで実施される処理のフローチャート。
【符号の説明】
４：水循環路
６：水循環ポンプ
１０：コージェネレーションシステム
１２：凍結防止経路
１４：第２三方弁
１５：ユニット
１８：凍結防止ポンプ
２０：発電機
４４：貯湯槽
５０：給湯暖房機
５２：第１出湯管
６０：制御ユニット
６４：給水管、６４ａ：第１給水管、６４ｂ：第２給水管
７２：ミキシングユニット
７６：第２出湯管
９４：給湯管
１０４：水循環路
１０６：水循環ポンプ
１１０：コージェネレーションシステム
１１２：凍結防止経路
１１４：熱動弁
１１５：ユニット
１２０：発電機
１３２：バーナ
１４４：貯湯槽
１５０：給湯暖房機
１５２：第１出湯管
１６０：制御ユニット
１６４：給水管、１６４ａ：第１給水管、１６４ｂ：第２給水管
１６５：第１分岐点
１６７：第３分岐点
１７２：ミキシングユニット
１７６：第２出湯管
１９４：給湯管
２１０：コージェネレーションシステム
２１２：凍結防止経路
２１４：熱動弁
２１５：ユニット
２１６：暖房用ポンプ
２４４：貯湯槽
２５０：給湯暖房機
２５２：第１出湯管
２５６：暖房用バーナ
２６０：制御ユニット
２６４：給水管、２６４ａ：第１給水管、２６４ｂ：第２給水管
２６５：第１分岐点
２７２：ミキシングユニット
２７６：第２出湯管
２８６：低温水用循環路
２９６：床暖房機
ＴＸ：外気温センサ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４：温度センサ

Claims (12)

1. 発電に伴って発生する発電熱を利用するシステムであり、電力と発電熱を発生する発電機と、貯湯槽と、貯湯槽内の水を発電機に送って発電熱で加熱して貯湯槽に戻す水循環路と、貯湯槽に水を補給する第１給水路と、貯湯槽を通過し、第１給水路に併行して伝熱する経路を含み、湯水が循環可能な凍結防止経路と、凍結防止経路の湯水を循環させるポンプと、外気温が第１所定温度以下又は給水温度が第２所定温度以下のときにポンプを駆動するポンプ制御装置とを有するコージェネレーションシステム。
2. ポンプ制御装置は、凍結防止経路内の水温が第３所定温度以下のときにポンプの回転数を上げ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。
3. 貯湯槽内の湯水を設定温度に加熱して温水供給箇所に供給する温水供給手段を備え、
   凍結防止経路は、温水供給手段を通過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。
4. 凍結防止経路内の水温が第４所定温度以下のときに温水供給手段に内蔵されている加熱手段を強制駆動する温水供給手段制御手段が付加されていることを特徴とする請求項３に記載のコージェネレーションシステム。
5. 凍結防止経路は、温水供給手段を通過しない経路と通過する経路とを有し、温水供給手段に内蔵されている加熱手段が駆動されていないときには温水供給手段を通過しない経路が選択され、温水供給手段に内蔵されている加熱手段が駆動されているときには温水供給手段を通過する経路が選択されることを特徴とする請求項３又は４に記載のコージェネレーションシステム。
6. 凍結防止経路は、発電機を通過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。
7. 凍結防止経路内の水温が第５所定温度以下のときに発電機に内蔵されている加熱手段を強制駆動する発電機制御手段が付加されていることを特徴とする請求項６に記載のコージェネレーションシステム。
8. 水循環路の湯水を貯湯槽へ戻す経路は、凍結防止経路を兼用する経路と凍結防止経路をバイパスする経路を有しており、
   外気温が第１所定温度以下又は給水温度が第２所定温度以下のときに凍結防止経路を兼用する経路が選択されることを特徴とする請求項６又は７に記載のコージェネレーションシステム。
9. 凍結防止経路内を循環する湯水は貯湯槽内の湯水と混合されない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。
10. 熱媒体を利用する暖房装置と、暖房装置に熱媒体を循環させる暖房用循環路を備え、
    凍結防止経路は暖房用循環路と共通区間を有していることを特徴とする請求項１又は９に記載のコージェネレーションシステム。
11. 暖房装置の熱媒体を循環させる暖房用ポンプを備え、その暖房用ポンプが凍結防止経路内の湯水も循環させることを特徴とする請求項１０に記載のコージェネレーションシステム。
12. 凍結防止経路内の水温が第６所定温度以下のときに暖房用熱媒体の加熱手段を強制駆動する暖房装置制御手段が付加されていることを特徴とする請求項１１に記載のコージェネレーションシステム。

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