JP4235012B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ガス、ＬＰガス等を用いてガスエンジン発電機や燃料電池発電機を運転し電気を発生し、副産物として発生した熱を熱交換器により清水に蓄熱し貯湯式の湯水に利用するコージェネレーションシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コージェネレーションシステムにおいて副産物として発生した熱は、熱交換器により清水に蓄熱され、貯湯式の湯水に利用されていた。しかし、湯水は風呂や給湯などに用いられ利用者に触れる機会も多く、衛生的なものが求められている。そのため、都市ガス、ＬＰガス等を用いてガスエンジン発電機や燃料電池発電機を運転し電気を発生し、副産物として発生した熱を貯湯式の湯水の加熱に利用するコージェネレーションシステムとして本件出願人が出願したもの（特許文献１）がある。このコージェネレーションシステムは、熱交換器を介して熱の受給を行う熱の供給側水循環路又は熱の受給側水循環路に配設され供給側水循環路又は受給側水循環路を循環する水又は熱媒が一時的に貯留される水タンクと、水タンクの水位を検出する水位電極と、を備え、熱交換器の隔壁が破損した場合には、一方の循環路を流れる水又は熱媒が他方の循環路に侵入し循環路内の水量が増加し循環路に設けられた水タンクの水位が上昇するため、この水位の上昇を水位電極により検知することで、熱交換器の隔壁の破損を検知することができるものである。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００２−２０７７４０号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術では、熱交換器の隔壁の破損を検知することはできても、一方の循環路を流れる水又は熱媒が他方の循環路に侵入すること自体を防ぐことは難しく、このため、清水側に暖房水やエンジン冷却水等の混合水等が流れ込まず衛生的であり、耐久性及びメンテナンス性に優れたコージェネレーションシステムが要望されていた。
【０００５】
本発明は、上記従来の要望に応えるものであって、清水側に混合水等が流れ込まず衛生的であり、耐久性及びメンテナンス性に優れたコージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のコージェネレーションシステムは、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載のコージェネレーションシステムは、水道水等の清水が循環する清水循環路と、不凍液等の不純物を含有する混合液が循環する暖房循環路と、前記清水循環路及び前記暖房循環路に接続され前記清水と前記混合液との間で熱交換を行う少なくとも１の暖房熱交換器と、前記清水循環路に配設され前記清水循環路を循環する前記清水が上端まで満水の状態で貯留されて加熱される貯湯タンクと、前記清水循環路に配設されたバキュームブレーカと、オーバーフロー部を有し前記暖房循環路の前記暖房熱交換器の下流側に配設され前記暖房循環路を循環する前記混合液が貯留され前記オーバーフロー部により前記暖房循環路を大気に開放する暖房水タンクと、前記暖房循環路の前記暖房水タンクの下流側に配設された暖房ポンプと、を備え、
前記暖房熱交換器の最も低い箇所である暖房循環路側の出口が、前記暖房水タンクの液面より高い位置に配設されており、前記貯湯タンクの上端が、前記暖房熱交換器の上面の前記清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されている構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）暖房水タンクが暖房熱交換器の下流側に低く配設され暖房循環路がオーバーフロー部により大気に開放されており、暖房熱交換器の最も低い箇所である暖房循環路側の出口が暖房水タンクの液面より高い位置に配設されているため、暖房熱交換器内部の暖房循環路側の水圧を、暖房熱交換器と暖房水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低くすることができる。
（２）貯湯タンクの上端が暖房熱交換器の上面の清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設され、清水循環路の水圧が所定の値より低くなるとバキュームブレーカにより清水循環路が大気に開放されるため、清水の供給が停止し断水状態となり清水循環路の水圧が所定の値より低くなっても、暖房熱交換器内部の清水循環路側の水圧を、貯湯タンクの液面と暖房熱交換器の上面の清水循環路側の出口との落差分だけ大気圧より高くすることができる。
（３）暖房熱交換器内部の暖房循環路側の水圧が暖房熱交換器の最も低い箇所である暖房循環路側の出口と暖房水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低く、断水状態での清水循環路側の水圧が貯湯タンクの液面と暖房熱交換器の上面の清水循環路側の出口との落差分だけ大気圧より高いため、清水が断水状態の時の清水循環路側の水圧を貯湯タンクと暖房水タンクとの液面の落差分だけ暖房循環路側の水圧より高くすることができる。
（４）暖房熱交換器の暖房循環路側の出口が、暖房水タンクの液面より高い位置に配設されており、貯湯タンクの出口が、暖房熱交換器の清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されているため、清水が断水状態で暖房熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、暖房熱交換器内部の暖房循環路側の水圧より清水循環路側の水圧が高いため、暖房循環路側から清水側循環路側へ混合液が流入するのを防ぐことができる。
（５）暖房ポンプにより混合液が循環されるため、熱交換を効率よく行うことができる。
（６）暖房水タンクが暖房熱交換器の下流側に配設されており、暖房ポンプが暖房水タンクの下流側に配設されているため、暖房ポンプの水流による急激な圧力が暖房熱交換器に及ぼす影響を小さくすることができる。
【０００７】
ここで、暖房熱交換器において熱交換される清水や混合液としては、清水としては貯湯タンクに貯湯された湯やバーナー等により加熱された湯等であり、混合液としては浴槽水や床暖房等の暖房機の熱媒、ガスエンジン発電機や燃料電池発電機などの排熱を回収する熱媒等である。
暖房熱交換器としては、壁によって分けられた空間に温度の異なる２種類の流体を流し、壁からの伝熱と壁と流体間の対流により２流体間の伝熱を行なわせる表面式熱交換器ならば何でも用いることができる。特に、プレート型の熱交換器は、表面に波状等の加工を施すことで接触面積を広く取ることができ熱交換の効率に優れるため、好適に用いられる。
貯湯タンクは、常時は上端まで水道水圧により満水になっており、余剰熱を蓄熱する働きを有している。
バキュームブレーカは、清水循環路の水圧が所定の値より低くなると清水循環路を大気に開放する。
暖房循環路に配設された暖房水タンクは、外部に開放されたオーバーフロー部を有しており、暖房循環路に余分な圧力をかけないような構造になっている。
暖房熱交換器と暖房水タンクの液面との高さの差は、できるだけ大きい方がよい。高さの差が、小さくなるにつれて圧力差が小さくなり、好ましくない。
各タンクと暖房熱交換器の位置は、高い順に、貯湯タンク上部、暖房熱交換器、暖房水タンクの液面となるようにするのが良い。
【００１０】
請求項２に記載のコージェネレーションシステムは、水道水等の清水が循環する清水循環路と、エンジン発電機等の排熱装置の排熱により加熱された水が循環するエンジン排熱循環路と、前記清水循環路及び前記エンジン排熱循環路に接続され前記清水と前記水との間で熱交換を行う少なくとも１のエンジン熱交換器と、前記清水循環路に配設され前記清水循環路を循環する前記清水が上端まで満水の状態で貯留されて加熱される貯湯タンクと、前記清水循環路に配設されたバキュームブレーカと、液面が大気に開放されており前記エンジン排熱循環路の前記エンジン熱交換器の下流側に配設され前記エンジン排熱循環路を循環する前記水が貯留されるエンジン冷却水タンクと、前記エンジン排熱循環路の前記エンジン冷却水タンクの下流側に配設された排熱ポンプと、を備え、
前記エンジン熱交換器の最も低い箇所である前記エンジン排熱循環路側の出口が、前記エンジン冷却水タンクの前記液面より高い位置に配設されており、前記貯湯タンクの上端が、前記エンジン熱交換器の上面の前記清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されている構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）エンジン冷却水タンクがエンジン熱交換器の下流側に配設されエンジン排熱循環路が大気に開放されており、エンジン熱交換器の最も低い箇所であるエンジン排熱循環路側の出口がエンジン冷却水タンクの液面より高い位置に配設されているため、エンジン熱交換器内部のエンジン排熱循環路側の水圧を、エンジン熱交換器の最も低い箇所であるエンジン排熱循環路側の出口とエンジン冷却水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低くすることができる。
（２）貯湯タンクの上端がエンジン熱交換器の上面の清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設され、清水循環路の水圧が所定の値より低くなるとバキュームブレーカにより清水循環路が大気に開放されるため、清水の供給が停止し断水状態となり清水循環路の水圧が所定の値より低くなっても、エンジン熱交換器内部の清水循環路側の水圧を、貯湯タンクの液面とエンジン熱交換器の上面の清水循環路側の出口との落差分だけ大気圧より高くすることができる。
（３）エンジン熱交換器内部のエンジン排熱循環路側の水圧がエンジン熱交換器の最も低い箇所であるエンジン排熱循環路側の出口とエンジン冷却水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低く、断水状態での清水循環路側の水圧が貯湯タンクの液面とエンジン熱交換器の上面の清水循環路側の出口との落差分だけ大気圧より高いため、清水が断水状態の時の清水循環路側の水圧を貯湯タンクとエンジン冷却水タンクとの液面の落差分だけエンジン排熱循環路側の水圧より高くすることができる。
（４）エンジン熱交換器のエンジン排熱循環路側の出口が、エンジン冷却水タンクの液面より高い位置に配設されており、貯湯タンクの出口がエンジン熱交換器の清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されているため、清水が断水状態でエンジン熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、エンジン熱交換器内部のエンジン排熱循環路側の水圧より清水循環路側の水圧が高いため、エンジン排熱循環路側から清水側循環路側へ混合液が流入するのを防ぐことができる。
（５）排熱ポンプにより混合液が循環されるため、熱交換を効率よく行うことができる。
（６）エンジン冷却水タンクがエンジン熱交換器の下流側に配設されており、排熱ポンプがエンジン冷却水タンクの下流側に配設されているため、排熱ポンプの水流による急激な圧力がエンジン熱交換器に及ぼす影響を小さくすることができる。
【００１１】
ここで、エンジン熱交換器としては、前述の暖房熱交換器と同様のものが用いられる。
エンジン熱交換器とエンジン冷却水タンクの液面との高さの差は、できるだけ大きい方がよい。高さの差が、小さくなるにつれて圧力差が小さくなり、好ましくない。
各タンクとエンジン熱交換器の位置は、高い順に、貯湯タンク上部、エンジン熱交換器、エンジン冷却水タンクの液面となるようにするのが良い。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１におけるコージェネレーションシステムを示す構成図である。
図１において、１は温度成層を形成して貯湯を行う貯湯循環系統、２は図示しないガスエンジン発電機の排熱を利用して（例えばウォータージャケットからの湯を利用して）貯湯循環系統１における湯水の加熱等を行うエンジン排熱系統、３は温水を使用した暖房を行う暖房系統、４は暖房系統３を高温に加熱するための高温暖房循環系統、５は風呂の追い焚きのための熱交換を行う風呂加熱循環系統、６は風呂の追い焚きを行う風呂追い焚き系統、７は全体を制御する制御装置、８は給水給湯系統である。
【００１５】
貯湯循環系統１は、貯湯タンク１０１、循環ポンプ１０２、湯水の温度を計測する貯湯サーミスタ１０３〜１０６、通水水量を連続的に制御する循環比例弁１０７、循環する湯水の温度を計測する循環サーミスタ１０９、温度成層を形成するためのじゃま板１１０，１１１、逃し弁１２３ａ、図示しないガスエンジン発電機の排熱と熱交換する熱の供給側１２４ａと熱の受給側１２４ｂとから成るエンジン熱交換器１２４、循環ポンプ１０２から供給される湯水をバイパスする貯湯弁１２５（開閉弁）、出湯管に配設されたエア抜き弁１２７、貯湯循環系統１の水圧が所定の値より低くなると貯湯循環系統１を大気に開放するバキュームブレーカ１２６、圧力スイッチ１２８を備えて構成されている。
エンジン排熱系統２は、排熱ポンプ２０１、湯が１００℃を越えないようにするため大気に開放されたエンジン冷却水タンク２０２、暖房系統３との間において熱交換する熱の供給側２０４ａと熱の受給側２０４ｂとを有する暖房エンジン熱交換器２０４、排熱サーミスタ２０５、図示しないガスエンジン発電機の発電能力に余剰が生じた場合にその余剰電力を回収して熱源として使用するための余剰電力回収ヒータ２０６、排熱ポンプ２０１からの湯水が供給される往路口２０７、図示しないガスエンジン発電機のウォータージャケットからの湯水が供給される戻り口２０８を備えて構成されている。エンジン冷却水タンク２０２は、排熱警告電極２０２ａ、排熱高水位電極２０２ｂ、排熱低水位電極２０２ｃ、排熱基準電極２０２ｄを有している。これにより、水位が低下した場合等に必要に応じて後述する排熱補給水弁を介して後述の給水口より補給水が供給される。
【００１６】
暖房系統３は、暖房ポンプ３０１、高温暖房循環系統４との間において熱交換する熱の供給側３０２ａと熱の受給側３０２ｂとから成る暖房熱交換器３０２、暖房サーミスタ３０３、バイパス回路３０４、暖房水タンク３０５、往路口３０６、戻り口３０７を備えて構成されている。暖房水タンク３０５は、暖房警告電極３０８、暖房高水位電極３０９、暖房低水位電極３１０、暖房基準電極３１１を有している。これにより、水位が低下した場合等に必要に応じて後述する暖房補給水弁を介して後述の給水口より補給水が供給される。
高温暖房循環系統４は、補助熱源器４０１、補助熱源出サーミスタ４０２ａ、補助熱源入サーミスタ４０２ｂ、高温暖房循環系統４を作動させるためのオン、オフ動作の暖房弁４０３（開閉弁）、流量センサ４０４を備えて構成されている。
風呂加熱循環系統５は、風呂追い焚き系統６との間において熱交換する熱の供給側５０１ａと熱の受給側５０１ｂとから成る風呂熱交換器５０１、風呂熱交換器５０１の下流側に配設されたふろ弁５０２（開閉弁）を備えて構成されている。
風呂追い焚き系統６は、風呂ポンプ６０１、図示しない浴槽へ追焚用の湯を供給する往路口６０２、図示しない浴槽からの湯水が供給される戻り口６０３、図示しない浴槽と風呂熱交換器５０１の間を循環する湯水の温度を計測する風呂サーミスタ６０４、風呂水流スイッチ６０５、水位センサ６０６を有する。
【００１７】
給水給湯系統８は、湯比例弁１１２、水比例弁１１３、給湯口１１７、給水口１１８、給水口１１８から供給される清水の水圧を調整する減圧逆止弁１１９、給水温度を計測する給水サーミスタ１２０、水量を計測する給水水量センサ１２１、逆流防止の逆止弁１２２，１２２ａ、高温出湯防止弁１２９、水停止手動弁１３０、給湯温度を計測する給湯サーミスタ１３１、暖房補給水弁１３２、排熱補給水弁１３３を備えて構成されている。
また、給水給湯系統８は、風呂追い焚き系統６と給水給湯系統８をバイパスして接続する湯張り経路８ａを有する。湯張り経路８ａは、通水のオン、オフ制御を行う湯張り弁１１４、湯張り水量センサ１１４ａ、逆流防止の逆止弁１１５、１１６を有する。
【００１８】
以上のように構成されたコージェネレーションシステムにおいて、暖房系統３からなる暖房循環路と、貯湯循環系統１と高温暖房循環系統４と風呂加熱循環系統５と給水給湯系統８とからなる清水循環路との間での各機器の配置及び清水循環路側への漏水防止効果について、図を用いて以下に説明する。
図２は本実施の形態１における暖房循環路と清水循環路との間での各循環路を示すコージェネレーションシステムの概略構成図であり、図３は暖房循環路と清水循環路との間での熱交換における各機器の配置図、図４は暖房熱交換器の内部概略図である。
図２において、９は貯湯循環系統１と高温暖房循環系統４と風呂加熱循環系統５と給水給湯系統８とからなる清水循環路、１０は暖房系統３からなる暖房循環路である。図３において、３０５ａは暖房水タンク３０５のオーバーフロー部、３０５ｂは暖房水タンク３０５の液面、ｈは貯湯タンク１０１と暖房水タンク３０５との液面の高さの差である。図４において、３０２ｃは熱の供給側３０２ａ及び熱の受給側３０２ｂの間に形成された隔壁部、３０２ｄは金属疲労や腐食等により隔壁部３０２ｃに形成された漏洩箇所であり、Ｐ９は熱の供給側３０２ａ内部での清水循環路９側の水圧、Ｐ１０は熱の受給側３０２ｂ内部での暖房循環路１０側の水圧である。
【００１９】
図３に示すように、暖房熱交換器３０２を暖房水タンク３０５の液面３０５ｂより必ず高い位置にするために、暖房熱交換器３０２の最も低い箇所である暖房循環路１０側の出口は、暖房水タンク３０５の液面３０５ｂより高い位置に配設されている。暖房系統３からなる暖房循環路１０は、暖房水タンク３０５のオーバーフロー部３０５ａにより大気に開放されており、また、暖房水タンク３０５が暖房熱交換器３０２の下流側に配設され、暖房ポンプ３０１が暖房水タンク３０５の下流側に配設されているため、熱の受給側３０２ｂ内部において暖房ポンプ３０１による急激な圧力が暖房熱交換器３０２に及ぼす影響を小さくすることができ、その圧力は無視できて暖房循環路１０の水圧には加算されない。よって、暖房循環路側の水圧Ｐ１０は、漏洩箇所３０２ｄと暖房水タンク３０５の液面３０５ｂとの落差分だけ大気圧より低い値となる。
また、貯湯タンク１０１は常時においては、減圧逆止弁１１９の設定水圧（＞大気圧）により上端まで満水の状態で清水が貯められており、断水時にはバキュームブレーカ１２６により大気に開放される。よって、通常時においては清水循環路側の水圧Ｐ９は減圧逆止弁１１９の設定水圧で維持され、また、断水時には貯湯タンクの上端と漏洩箇所３０２ｄとの落差分だけ大気圧より高い値となる。よって、熱の供給側３０２ａ内部の水圧Ｐ９は、熱の受給側３０２ｂ内部での水圧Ｐ１０よりも大きくなり、その値の差は、給水口１１８からの給水が行われなくなり（断水時）減圧逆止弁１１９の設定水圧がなくなった際であっても、貯湯タンク１０１と暖房水タンク３０５との液面の高さの差ｈによる水圧分だけＰ９はＰ１０よりも大きくなることから、常時Ｐ９＞Ｐ１０が成立することになる。これにより、隔壁部３０２ｃに漏洩箇所３０２ｄが形成されなおかつ断水状態になっても、清水循環路９に暖房循環路１０に混合液が流入することはなく、図４に示すように清水循環路９から暖房循環路１０に清水が流入するだけにとどまり、清水循環路９が不凍液等の混合水に汚染されるのを防ぐことができる。
【００２０】
以上のように本実施の形態１におけるコージェネレーションシステムは構成されているので、以下のような作用を有する。
（１）暖房循環路がオーバーフロー部により大気に開放されており、暖房熱交換器の暖房循環路側の出口が暖房水タンクの液面より高い位置に配設されているため、暖房熱交換器内部の漏洩箇所における暖房循環路側の水圧を、漏洩箇所と暖房水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低くすることができる。
（２）貯湯タンクの出口が暖房熱交換器の清水側循環路側の出口と同じ位置に配設され、断水時にはバキュームブレーカにより清水循環路が大気に開放されるため、清水の供給が停止し断水状態となっても、暖房熱交換器内部の漏洩箇所における清水循環路側の水圧を、貯湯タンクの液面と漏洩箇所との落差分だけ大気圧より高くすることができる。
（３）暖房熱交換器内部の漏洩箇所における暖房循環路側の水圧が漏洩箇所と暖房水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低く、断水状態での漏洩箇所における清水循環路側の水圧が貯湯タンクの液面と漏洩箇所との落差分だけ大気圧より高いため、清水が断水状態の時の漏洩箇所における清水循環路側の水圧を貯湯タンクと暖房水タンクとの液面の落差分だけ暖房循環路側の水圧より高くすることができる。
（４）清水が断水状態で暖房熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、暖房熱交換器内部の暖房循環路側の水圧より清水循環路側の水圧が高いため、清水側循環路側へ混合液が流入するのを確実に防ぐことができる。
（５）貯湯タンクの出口が暖房熱交換器の清水循環路側の出口と同じ位置に配設されていることにより、清水が断水状態で暖房熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、暖房循環路側から清水循環路側への混合水の流入を防ぐことができる。
（６）バキュームブレーカにより、断水時で熱交換器に穴があき貯湯タンクが冷やされても貯湯タンク内の水圧が低くなり混合水を清水循環路側へと吸引してしまうことを防ぐことができる。
（７）暖房水タンクが暖房熱交換器の下流側に配設されており、暖房ポンプが暖房水タンクの下流側に配設されているため、暖房ポンプの水流による急激な圧力が暖房熱交換器に及ぼす影響を小さくすることができる。
【００２１】
（実施の形態２）
図５は本実施の形態２におけるエンジン排熱循環路と清水循環路との間での各循環路を示すコージェネレーションシステムの概略構成図であり、図６はエンジン排熱循環路と清水循環路との間での熱交換における各機器の配置図、図７はエンジン熱交換器の内部概略図である。
図５において、１１はエンジン排熱系統２からなるエンジン排熱循環路である。図６において、２０３はエンジン冷却水タンク２０２の液面、ｈ’は貯湯タンク１０１とエンジン冷却水タンク２０２との液面の高さの差である。図７において、１２４ｃは熱の供給側１２４ａ及び熱の受給側１２４ｂの間に形成された隔壁部、１２４ｄは金属疲労や腐食等により隔壁部１２４ｃに形成された漏洩箇所であり、Ｐ１１は熱の供給側１２４ａ内部でのエンジン排熱循環路１１側の水圧である。
【００２２】
図６に示すように、エンジン熱交換器１２４をエンジン冷却水タンク２０２の液面２０３より必ず高い位置にするために、エンジン熱交換器１２４の最も低い箇所であるエンジン排熱循環路１１側の出口は、エンジン冷却水タンク２０２の液面２０３より高い位置に配設されている。エンジン排熱系統２からなるエンジン排熱循環路１１は、エンジン冷却水タンク２０２により大気に開放されており、また、エンジン冷却水タンク２０２がエンジン熱交換器１２４の下流側に配設され、排熱ポンプ２０１がエンジン冷却水タンク２０２の下流側に配設されているため、熱の供給側１２４ａの内部において排熱ポンプ２０１による急激な圧力がエンジン熱交換器１２４に及ぼす影響を小さくすることができ、その圧力は無視できてエンジン排熱循環路１１の水圧には加算されない。よって、エンジン排熱循環路の水圧Ｐ１１は、漏洩箇所１２４ｄとエンジン冷却水タンク２０２の液面２０３との落差分だけ大気圧より低い値となる。
また、清水循環路側の水圧Ｐ９は、実施の形態１と同じであるため、これにより熱の受給側１２４ｂ内部の水圧Ｐ９は、熱の供給側１２４ａ内部での水圧Ｐ１１よりも大きくなり、その値の差は、給水口１１８からの給水が行われなくなり（断水時）減圧逆止弁１１９の設定水圧がなくなった際であっても、貯湯タンク１０１とエンジン冷却水タンク２０２との液面の高さの差ｈ’による水圧分だけＰ９はＰ１１よりも大きくなることから、常時Ｐ９＞Ｐ１１が成立することになる。これにより、隔壁部１２４ｃに漏洩箇所１２４ｄが形成されなおかつ断水状態になっても、清水循環路９にエンジン排熱循環路１１に混合液が流入することはなく、図７に示すように清水循環路９からエンジン排熱循環路１１に清水が流入するだけにとどまり、清水循環路９が不凍液等の混合水に汚染されるのを防ぐことができる。
【００２３】
以上のように本実施の形態２におけるコージェネレーションシステムは構成されているので、以下のような作用を有する。
（１）エンジン排熱循環路が大気に開放されており、エンジン熱交換器のエンジン排熱循環路側の出口がエンジン冷却水タンクの液面より高い位置に配設されているため、エンジン熱交換器内部の漏洩箇所におけるエンジン排熱循環路側の水圧を、漏洩箇所とエンジン冷却水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低くすることができる。
（２）貯湯タンクの出口がエンジン熱交換器の清水側循環路側の出口と同じ位置に配設され、断水時にはバキュームブレーカにより清水循環路が大気に開放されるため、清水の供給が停止し断水状態となっても、エンジン熱交換器内部の漏洩箇所における清水循環路側の水圧を、貯湯タンクの液面と漏洩箇所との落差分だけ大気圧より高くすることができる。
（３）エンジン熱交換器内部の漏洩箇所におけるエンジン排熱循環路側の水圧が漏洩箇所とエンジン冷却水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低く、断水状態での漏洩箇所における清水循環路側の水圧が貯湯タンクの液面と漏洩箇所との落差分だけ大気圧より高いため、清水が断水状態の時の清水循環路側の水圧を貯湯タンクとエンジン冷却水タンクとの液面の落差分だけエンジン排熱循環路側の水圧より高くすることができる。
（４）清水が断水状態でエンジン熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、エンジン熱交換器内部のエンジン排熱循環路側の水圧より清水循環路側の水圧が高いため、清水側循環路側へ混合液が流入するのを防ぐことができる。
（５）貯湯タンクの上端がエンジン熱交換器と同じ位置に配設されていることにより、清水が断水状態でエンジン熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、エンジン排熱循環路側から清水循環路側への混合液の流入速度を防ぐことができる。
（６）バキュームブレーカにより、断水時で熱交換器に穴があき貯湯タンクが冷やされても貯湯タンク内の水圧が低くなり混合水を清水循環路側へと吸引してしまうことを防ぐことができる。
（７）エンジン冷却水タンクがエンジン熱交換器の下流側に配設されており、排熱ポンプがエンジン冷却水タンクの下流側に配設されているため、排熱ポンプの水流による急激な圧力がエンジン熱交換器に及ぼす影響を小さくすることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のコージェネレーションシステムによれば、以下のような有利な効果が得られる。
【００２５】
請求項１に記載の発明によれば、
（１）暖房熱交換器の暖房循環路側の出口が、暖房水タンクの液面より高い位置に配設されており、貯湯タンクの出口が、暖房熱交換器の清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されており、清水が断水状態で暖房熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、暖房熱交換器内部の暖房循環路側の水圧より清水循環路側の水圧が高いため、清水側循環路側へ混合液が流入するのを確実に防ぐことができ衛生的であり、部品交換等の間隔をのばせ耐久性及びメンテナンス性に優れたコージェネレーションシステムを提供することができる。
（２）暖房水タンクが暖房熱交換器の下流側に配設されており、暖房ポンプが暖房水タンクの下流側に配設されているため、暖房ポンプの水流による急激な圧力が暖房熱交換器に及ぼす影響を小さくすることができ、耐久性に優れたコージェネレーションシステムを提供することができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、
（１）エンジン熱交換器のエンジン排熱循環路側の出口が、エンジン冷却水タンクの液面より高い位置に配設されており、貯湯タンクの出口が、エンジン熱交換器の清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されているため、清水が断水状態でエンジン熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、エンジン熱交換器内部のエンジン排熱循環路側の水圧より清水循環路側の水圧が高いため、清水側循環路側へ混合液が流入するのを確実に防ぐことができ衛生的であり、部品交換等の間隔をのばせ耐久性及びメンテナンス性に優れたコージェネレーションシステムを提供することができる。
（２）エンジン冷却水タンクがエンジン熱交換器の下流側に配設されており、排熱ポンプがエンジン冷却水タンクの下流側に配設されているため、排熱ポンプの水流による急激な圧力がエンジン熱交換器に及ぼす影響を小さくすることができ、耐久性に優れたコージェネレーションシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態１におけるコージェネレーションシステムを示す構成図
【図２】本実施の形態１における暖房循環路と清水循環路との間での各循環路を示すコージェネレーションシステムの概略構成図
【図３】暖房循環路と清水循環路との間での熱交換における各機器の配置図
【図４】暖房熱交換器の内部概略図
【図５】本実施の形態２におけるエンジン排熱循環路と清水循環路との間での各循環路を示すコージェネレーションシステムの概略構成図
【図６】エンジン排熱循環路と清水循環路との間での熱交換における各機器の配置図
【図７】エンジン熱交換器の内部概略図
【符号の説明】
１ 貯湯循環系統
２ エンジン排熱系統
３ 暖房系統
４ 高温暖房循環系統
５ 風呂加熱循環系統
６ 風呂追い焚き系統
７ 制御装置
８ 給水給湯系統
８ａ 湯張り経路
９ 清水循環路
１０ 暖房循環路
１１ エンジン排熱循環路
１０１ 貯湯タンク
１０２ 循環ポンプ
１０３，１０４，１０５，１０６ 貯湯サーミスタ
１０７ 循環比例弁
１０９ 循環サーミスタ
１１０，１１１ じゃま板
１１２ 湯比例弁
１１３ 水比例弁
１１４ 湯張り弁
１１４ａ 湯張り水量センサ
１１５，１１６ 逆止弁
１１７ 給湯口
１１８ 給水口
１１９ 減圧逆止弁
１２０ 給水サーミスタ
１２１ 給水水量センサ
１２２，１２２ａ 逆流防止の逆止弁
１２３ａ 逃し弁
１２４ エンジン熱交換器
１２４ａ 熱の供給側
１２４ｂ 熱の受給側
１２４ｃ 隔壁部
１２４ｄ 漏洩箇所
１２５ 貯湯弁（開閉弁）
１２６ バキュームブレーカ
１２７ エア抜き弁
１２８ 圧力スイッチ
１２９ 高温出湯防止弁
１３０ 水停止手動弁
１３１ 給湯サーミスタ
１３２ 暖房補給水弁
１３３ 排熱補給水弁
２０１ 排熱ポンプ
２０２ エンジン冷却水タンク
２０２ａ 排熱警告電極
２０２ｂ 排熱高水位電極
２０２ｃ 排熱低水位電極
２０２ｄ 排熱基準電極
２０３ エンジン冷却水タンクの液面
２０４ 暖房エンジン熱交換器
２０４ａ 熱の供給側
２０４ｂ 熱の受給側
２０５ 排熱サーミスタ
２０６ 余剰電力回収ヒータ
２０７ 往路口
２０８ 戻り口
３０１ 暖房ポンプ
３０２ 暖房熱交換器
３０２ａ 熱の供給側
３０２ｂ 熱の受給側
３０２ｃ 隔壁部
３０２ｄ 漏洩箇所
３０３ 暖房サーミスタ
３０４ バイパス回路
３０５ 暖房水タンク
３０５ａ オーバーフロー部
３０５ｂ 暖房水タンクの液面
３０６ 往路口
３０７ 戻り口
３０８ 暖房警告電極
３０９ 暖房高水位電極
３１０ 暖房低水位電極
３１１ 暖房基準電極
４０１ 補助熱源器
４０２ａ 補助熱源出サーミスタ
４０２ｂ 補助熱源入サーミスタ
４０３ 暖房弁（開閉弁）
４０４ 流量センサ
５０１ 風呂熱交換器
５０１ａ 熱の供給側
５０１ｂ 熱の受給側
５０２ ふろ弁（開閉弁）
６０１ 風呂ポンプ
６０２ 往路口
６０３ 戻り口
６０４ 風呂サーミスタ
６０５ 風呂水流スイッチ
６０６ 水位センサ
Ｐ９ 清水循環路側の水圧
Ｐ１０ 暖房循環路側の水圧
Ｐ１１ エンジン排熱循環路側の水圧
ｈ 貯湯タンクと暖房水タンクとの液面の高さの差
ｈ’ 貯湯タンクとエンジン冷却水タンクとの液面の高さの差
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ガス、ＬＰガス等を用いてガスエンジン発電機や燃料電池発電機を運転し電気を発生し、副産物として発生した熱を熱交換器により清水に蓄熱し貯湯式の湯水に利用するコージェネレーションシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コージェネレーションシステムにおいて副産物として発生した熱は、熱交換器により清水に蓄熱され、貯湯式の湯水に利用されていた。しかし、湯水は風呂や給湯などに用いられ利用者に触れる機会も多く、衛生的なものが求められている。そのため、都市ガス、ＬＰガス等を用いてガスエンジン発電機や燃料電池発電機を運転し電気を発生し、副産物として発生した熱を貯湯式の湯水の加熱に利用するコージェネレーションシステムとして本件出願人が出願したもの（特許文献１）がある。このコージェネレーションシステムは、熱交換器を介して熱の受給を行う熱の供給側水循環路又は熱の受給側水循環路に配設され供給側水循環路又は受給側水循環路を循環する水又は熱媒が一時的に貯留される水タンクと、水タンクの水位を検出する水位電極と、を備え、熱交換器の隔壁が破損した場合には、一方の循環路を流れる水又は熱媒が他方の循環路に侵入し循環路内の水量が増加し循環路に設けられた水タンクの水位が上昇するため、この水位の上昇を水位電極により検知することで、熱交換器の隔壁の破損を検知することができるものである。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００２−２０７７４０号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術では、熱交換器の隔壁の破損を検知することはできても、一方の循環路を流れる水又は熱媒が他方の循環路に侵入すること自体を防ぐことは難しく、このため、清水側に暖房水やエンジン冷却水等の混合水等が流れ込まず衛生的であり、耐久性及びメンテナンス性に優れたコージェネレーションシステムが要望されていた。
【０００５】
本発明は、上記従来の要望に応えるものであって、清水側に混合水等が流れ込まず衛生的であり、耐久性及びメンテナンス性に優れたコージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のコージェネレーションシステムは、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載のコージェネレーションシステムは、水道水等の清水が循環する清水循環路と、不凍液等の不純物を含有する混合液が循環する暖房循環路と、前記清水循環路及び前記暖房循環路に接続され前記清水と前記混合液との間で熱交換を行う少なくとも１の暖房熱交換器と、前記清水循環路に配設され前記清水循環路を循環する前記清水が上端まで満水の状態で貯留されて加熱される貯湯タンクと、前記清水循環路に配設されたバキュームブレーカと、オーバーフロー部を有し前記暖房循環路の前記暖房熱交換器の下流側に配設され前記暖房循環路を循環する前記混合液が貯留され前記オーバーフロー部により前記暖房循環路を大気に開放する暖房水タンクと、前記暖房循環路の前記暖房水タンクの下流側に配設された暖房ポンプと、を備え、
前記暖房熱交換器の最も低い箇所である暖房循環路側の出口が、前記暖房水タンクの液面より高い位置に配設されており、前記貯湯タンクの上端が、前記暖房熱交換器の上面の前記清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されている構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）暖房水タンクが暖房熱交換器の下流側に低く配設され暖房循環路がオーバーフロー部により大気に開放されており、暖房熱交換器の最も低い箇所である暖房循環路側の出口が暖房水タンクの液面より高い位置に配設されているため、暖房熱交換器内部の暖房循環路側の水圧を、暖房熱交換器と暖房水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低くすることができる。
（２）貯湯タンクの上端が暖房熱交換器の上面の清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設され、清水循環路の水圧が所定の値より低くなるとバキュームブレーカにより清水循環路が大気に開放されるため、清水の供給が停止し断水状態となり清水循環路の水圧が所定の値より低くなっても、暖房熱交換器内部の清水循環路側の水圧を、貯湯タンクの液面と暖房熱交換器の上面の清水循環路側の出口との落差分だけ大気圧より高くすることができる。
（３）暖房熱交換器内部の暖房循環路側の水圧が暖房熱交換器の最も低い箇所である暖房循環路側の出口と暖房水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低く、断水状態での清水循環路側の水圧が貯湯タンクの液面と暖房熱交換器の上面の清水循環路側の出口との落差分だけ大気圧より高いため、清水が断水状態の時の清水循環路側の水圧を貯湯タンクと暖房水タンクとの液面の落差分だけ暖房循環路側の水圧より高くすることができる。
（４）暖房熱交換器の暖房循環路側の出口が、暖房水タンクの液面より高い位置に配設されており、貯湯タンクの出口が、暖房熱交換器の清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されているため、清水が断水状態で暖房熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、暖房熱交換器内部の暖房循環路側の水圧より清水循環路側の水圧が高いため、暖房循環路側から清水側循環路側へ混合液が流入するのを防ぐことができる。
（５）暖房ポンプにより混合液が循環されるため、熱交換を効率よく行うことができる。
（６）暖房水タンクが暖房熱交換器の下流側に配設されており、暖房ポンプが暖房水タンクの下流側に配設されているため、暖房ポンプの水流による急激な圧力が暖房熱交換器に及ぼす影響を小さくすることができる。
【０００７】
ここで、暖房熱交換器において熱交換される清水や混合液としては、清水としては貯湯タンクに貯湯された湯やバーナー等により加熱された湯等であり、混合液としては浴槽水や床暖房等の暖房機の熱媒、ガスエンジン発電機や燃料電池発電機などの排熱を回収する熱媒等である。
暖房熱交換器としては、壁によって分けられた空間に温度の異なる２種類の流体を流し、壁からの伝熱と壁と流体間の対流により２流体間の伝熱を行なわせる表面式熱交換器ならば何でも用いることができる。特に、プレート型の熱交換器は、表面に波状等の加工を施すことで接触面積を広く取ることができ熱交換の効率に優れるため、好適に用いられる。
貯湯タンクは、常時は上端まで水道水圧により満水になっており、余剰熱を蓄熱する働きを有している。
バキュームブレーカは、清水循環路の水圧が所定の値より低くなると清水循環路を大気に開放する。
暖房循環路に配設された暖房水タンクは、外部に開放されたオーバーフロー部を有しており、暖房循環路に余分な圧力をかけないような構造になっている。
暖房熱交換器と暖房水タンクの液面との高さの差は、できるだけ大きい方がよい。高さの差が、小さくなるにつれて圧力差が小さくなり、好ましくない。
各タンクと暖房熱交換器の位置は、高い順に、貯湯タンク上部、暖房熱交換器、暖房水タンクの液面となるようにするのが良い。
【００１０】
請求項２に記載のコージェネレーションシステムは、水道水等の清水が循環する清水循環路と、エンジン発電機等の排熱装置の排熱により加熱された水が循環するエンジン排熱循環路と、前記清水循環路及び前記エンジン排熱循環路に接続され前記清水と前記水との間で熱交換を行う少なくとも１のエンジン熱交換器と、前記清水循環路に配設され前記清水循環路を循環する前記清水が上端まで満水の状態で貯留されて加熱される貯湯タンクと、前記清水循環路に配設されたバキュームブレーカと、液面が大気に開放されており前記エンジン排熱循環路の前記エンジン熱交換器の下流側に配設され前記エンジン排熱循環路を循環する前記水が貯留されるエンジン冷却水タンクと、前記エンジン排熱循環路の前記エンジン冷却水タンクの下流側に配設された排熱ポンプと、を備え、
前記エンジン熱交換器の最も低い箇所である前記エンジン排熱循環路側の出口が、前記エンジン冷却水タンクの前記液面より高い位置に配設されており、前記貯湯タンクの上端が、前記エンジン熱交換器の上面の前記清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されている構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）エンジン冷却水タンクがエンジン熱交換器の下流側に配設されエンジン排熱循環路が大気に開放されており、エンジン熱交換器の最も低い箇所であるエンジン排熱循環路側の出口がエンジン冷却水タンクの液面より高い位置に配設されているため、エンジン熱交換器内部のエンジン排熱循環路側の水圧を、エンジン熱交換器の最も低い箇所であるエンジン排熱循環路側の出口とエンジン冷却水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低くすることができる。
（２）貯湯タンクの上端がエンジン熱交換器の上面の清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設され、清水循環路の水圧が所定の値より低くなるとバキュームブレーカにより清水循環路が大気に開放されるため、清水の供給が停止し断水状態となり清水循環路の水圧が所定の値より低くなっても、エンジン熱交換器内部の清水循環路側の水圧を、貯湯タンクの液面とエンジン熱交換器の上面の清水循環路側の出口との落差分だけ大気圧より高くすることができる。
（３）エンジン熱交換器内部のエンジン排熱循環路側の水圧がエンジン熱交換器の最も低い箇所であるエンジン排熱循環路側の出口とエンジン冷却水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低く、断水状態での清水循環路側の水圧が貯湯タンクの液面とエンジン熱交換器の上面の清水循環路側の出口との落差分だけ大気圧より高いため、清水が断水状態の時の清水循環路側の水圧を貯湯タンクとエンジン冷却水タンクとの液面の落差分だけエンジン排熱循環路側の水圧より高くすることができる。
（４）エンジン熱交換器のエンジン排熱循環路側の出口が、エンジン冷却水タンクの液面より高い位置に配設されており、貯湯タンクの出口がエンジン熱交換器の清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されているため、清水が断水状態でエンジン熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、エンジン熱交換器内部のエンジン排熱循環路側の水圧より清水循環路側の水圧が高いため、エンジン排熱循環路側から清水側循環路側へ混合液が流入するのを防ぐことができる。
（５）排熱ポンプにより混合液が循環されるため、熱交換を効率よく行うことができる。
（６）エンジン冷却水タンクがエンジン熱交換器の下流側に配設されており、排熱ポンプがエンジン冷却水タンクの下流側に配設されているため、排熱ポンプの水流による急激な圧力がエンジン熱交換器に及ぼす影響を小さくすることができる。
【００１１】
ここで、エンジン熱交換器としては、前述の暖房熱交換器と同様のものが用いられる。
エンジン熱交換器とエンジン冷却水タンクの液面との高さの差は、できるだけ大きい方がよい。高さの差が、小さくなるにつれて圧力差が小さくなり、好ましくない。
各タンクとエンジン熱交換器の位置は、高い順に、貯湯タンク上部、エンジン熱交換器、エンジン冷却水タンクの液面となるようにするのが良い。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１におけるコージェネレーションシステムを示す構成図である。
図１において、１は温度成層を形成して貯湯を行う貯湯循環系統、２は図示しないガスエンジン発電機の排熱を利用して（例えばウォータージャケットからの湯を利用して）貯湯循環系統１における湯水の加熱等を行うエンジン排熱系統、３は温水を使用した暖房を行う暖房系統、４は暖房系統３を高温に加熱するための高温暖房循環系統、５は風呂の追い焚きのための熱交換を行う風呂加熱循環系統、６は風呂の追い焚きを行う風呂追い焚き系統、７は全体を制御する制御装置、８は給水給湯系統である。
【００１５】
貯湯循環系統１は、貯湯タンク１０１、循環ポンプ１０２、湯水の温度を計測する貯湯サーミスタ１０３〜１０６、通水水量を連続的に制御する循環比例弁１０７、循環する湯水の温度を計測する循環サーミスタ１０９、温度成層を形成するためのじゃま板１１０，１１１、逃し弁１２３ａ、図示しないガスエンジン発電機の排熱と熱交換する熱の供給側１２４ａと熱の受給側１２４ｂとから成るエンジン熱交換器１２４、循環ポンプ１０２から供給される湯水をバイパスする貯湯弁１２５（開閉弁）、出湯管に配設されたエア抜き弁１２７、貯湯循環系統１の水圧が所定の値より低くなると貯湯循環系統１を大気に開放するバキュームブレーカ１２６、圧力スイッチ１２８を備えて構成されている。
エンジン排熱系統２は、排熱ポンプ２０１、湯が１００℃を越えないようにするため大気に開放されたエンジン冷却水タンク２０２、暖房系統３との間において熱交換する熱の供給側２０４ａと熱の受給側２０４ｂとを有する暖房エンジン熱交換器２０４、排熱サーミスタ２０５、図示しないガスエンジン発電機の発電能力に余剰が生じた場合にその余剰電力を回収して熱源として使用するための余剰電力回収ヒータ２０６、排熱ポンプ２０１からの湯水が供給される往路口２０７、図示しないガスエンジン発電機のウォータージャケットからの湯水が供給される戻り口２０８を備えて構成されている。エンジン冷却水タンク２０２は、排熱警告電極２０２ａ、排熱高水位電極２０２ｂ、排熱低水位電極２０２ｃ、排熱基準電極２０２ｄを有している。これにより、水位が低下した場合等に必要に応じて後述する排熱補給水弁を介して後述の給水口より補給水が供給される。
【００１６】
暖房系統３は、暖房ポンプ３０１、高温暖房循環系統４との間において熱交換する熱の供給側３０２ａと熱の受給側３０２ｂとから成る暖房熱交換器３０２、暖房サーミスタ３０３、バイパス回路３０４、暖房水タンク３０５、往路口３０６、戻り口３０７を備えて構成されている。暖房水タンク３０５は、暖房警告電極３０８、暖房高水位電極３０９、暖房低水位電極３１０、暖房基準電極３１１を有している。これにより、水位が低下した場合等に必要に応じて後述する暖房補給水弁を介して後述の給水口より補給水が供給される。
高温暖房循環系統４は、補助熱源器４０１、補助熱源出サーミスタ４０２ａ、補助熱源入サーミスタ４０２ｂ、高温暖房循環系統４を作動させるためのオン、オフ動作の暖房弁４０３（開閉弁）、流量センサ４０４を備えて構成されている。
風呂加熱循環系統５は、風呂追い焚き系統６との間において熱交換する熱の供給側５０１ａと熱の受給側５０１ｂとから成る風呂熱交換器５０１、風呂熱交換器５０１の下流側に配設されたふろ弁５０２（開閉弁）を備えて構成されている。
風呂追い焚き系統６は、風呂ポンプ６０１、図示しない浴槽へ追焚用の湯を供給する往路口６０２、図示しない浴槽からの湯水が供給される戻り口６０３、図示しない浴槽と風呂熱交換器５０１の間を循環する湯水の温度を計測する風呂サーミスタ６０４、風呂水流スイッチ６０５、水位センサ６０６を有する。
【００１７】
給水給湯系統８は、湯比例弁１１２、水比例弁１１３、給湯口１１７、給水口１１８、給水口１１８から供給される清水の水圧を調整する減圧逆止弁１１９、給水温度を計測する給水サーミスタ１２０、水量を計測する給水水量センサ１２１、逆流防止の逆止弁１２２，１２２ａ、高温出湯防止弁１２９、水停止手動弁１３０、給湯温度を計測する給湯サーミスタ１３１、暖房補給水弁１３２、排熱補給水弁１３３を備えて構成されている。
また、給水給湯系統８は、風呂追い焚き系統６と給水給湯系統８をバイパスして接続する湯張り経路８ａを有する。湯張り経路８ａは、通水のオン、オフ制御を行う湯張り弁１１４、湯張り水量センサ１１４ａ、逆流防止の逆止弁１１５、１１６を有する。
【００１８】
以上のように構成されたコージェネレーションシステムにおいて、暖房系統３からなる暖房循環路と、貯湯循環系統１と高温暖房循環系統４と風呂加熱循環系統５と給水給湯系統８とからなる清水循環路との間での各機器の配置及び清水循環路側への漏水防止効果について、図を用いて以下に説明する。
図２は本実施の形態１における暖房循環路と清水循環路との間での各循環路を示すコージェネレーションシステムの概略構成図であり、図３は暖房循環路と清水循環路との間での熱交換における各機器の配置図、図４は暖房熱交換器の内部概略図である。
図２において、９は貯湯循環系統１と高温暖房循環系統４と風呂加熱循環系統５と給水給湯系統８とからなる清水循環路、１０は暖房系統３からなる暖房循環路である。図３において、３０５ａは暖房水タンク３０５のオーバーフロー部、３０５ｂは暖房水タンク３０５の液面、ｈは貯湯タンク１０１と暖房水タンク３０５との液面の高さの差である。図４において、３０２ｃは熱の供給側３０２ａ及び熱の受給側３０２ｂの間に形成された隔壁部、３０２ｄは金属疲労や腐食等により隔壁部３０２ｃに形成された漏洩箇所であり、Ｐ９は熱の供給側３０２ａ内部での清水循環路９側の水圧、Ｐ１０は熱の受給側３０２ｂ内部での暖房循環路１０側の水圧である。
【００１９】
図３に示すように、暖房熱交換器３０２を暖房水タンク３０５の液面３０５ｂより必ず高い位置にするために、暖房熱交換器３０２の最も低い箇所である暖房循環路１０側の出口は、暖房水タンク３０５の液面３０５ｂより高い位置に配設されている。暖房系統３からなる暖房循環路１０は、暖房水タンク３０５のオーバーフロー部３０５ａにより大気に開放されており、また、暖房水タンク３０５が暖房熱交換器３０２の下流側に配設され、暖房ポンプ３０１が暖房水タンク３０５の下流側に配設されているため、熱の受給側３０２ｂ内部において暖房ポンプ３０１による急激な圧力が暖房熱交換器３０２に及ぼす影響を小さくすることができ、その圧力は無視できて暖房循環路１０の水圧には加算されない。よって、暖房循環路側の水圧Ｐ１０は、漏洩箇所３０２ｄと暖房水タンク３０５の液面３０５ｂとの落差分だけ大気圧より低い値となる。
また、貯湯タンク１０１は常時においては、減圧逆止弁１１９の設定水圧（＞大気圧）により上端まで満水の状態で清水が貯められており、断水時にはバキュームブレーカ１２６により大気に開放される。よって、通常時においては清水循環路側の水圧Ｐ９は減圧逆止弁１１９の設定水圧で維持され、また、断水時には貯湯タンクの上端と漏洩箇所３０２ｄとの落差分だけ大気圧より高い値となる。よって、熱の供給側３０２ａ内部の水圧Ｐ９は、熱の受給側３０２ｂ内部での水圧Ｐ１０よりも大きくなり、その値の差は、給水口１１８からの給水が行われなくなり（断水時）減圧逆止弁１１９の設定水圧がなくなった際であっても、貯湯タンク１０１と暖房水タンク３０５との液面の高さの差ｈによる水圧分だけＰ９はＰ１０よりも大きくなることから、常時Ｐ９＞Ｐ１０が成立することになる。これにより、隔壁部３０２ｃに漏洩箇所３０２ｄが形成されなおかつ断水状態になっても、清水循環路９に暖房循環路１０に混合液が流入することはなく、図４に示すように清水循環路９から暖房循環路１０に清水が流入するだけにとどまり、清水循環路９が不凍液等の混合水に汚染されるのを防ぐことができる。
【００２０】
以上のように本実施の形態１におけるコージェネレーションシステムは構成されているので、以下のような作用を有する。
（１）暖房循環路がオーバーフロー部により大気に開放されており、暖房熱交換器の暖房循環路側の出口が暖房水タンクの液面より高い位置に配設されているため、暖房熱交換器内部の漏洩箇所における暖房循環路側の水圧を、漏洩箇所と暖房水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低くすることができる。
（２）貯湯タンクの出口が暖房熱交換器の清水側循環路側の出口と同じ位置に配設され、断水時にはバキュームブレーカにより清水循環路が大気に開放されるため、清水の供給が停止し断水状態となっても、暖房熱交換器内部の漏洩箇所における清水循環路側の水圧を、貯湯タンクの液面と漏洩箇所との落差分だけ大気圧より高くすることができる。
（３）暖房熱交換器内部の漏洩箇所における暖房循環路側の水圧が漏洩箇所と暖房水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低く、断水状態での漏洩箇所における清水循環路側の水圧が貯湯タンクの液面と漏洩箇所との落差分だけ大気圧より高いため、清水が断水状態の時の漏洩箇所における清水循環路側の水圧を貯湯タンクと暖房水タンクとの液面の落差分だけ暖房循環路側の水圧より高くすることができる。
（４）清水が断水状態で暖房熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、暖房熱交換器内部の暖房循環路側の水圧より清水循環路側の水圧が高いため、清水側循環路側へ混合液が流入するのを確実に防ぐことができる。
（５）貯湯タンクの出口が暖房熱交換器の清水循環路側の出口と同じ位置に配設されていることにより、清水が断水状態で暖房熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、暖房循環路側から清水循環路側への混合水の流入を防ぐことができる。
（６）バキュームブレーカにより、断水時で熱交換器に穴があき貯湯タンクが冷やされても貯湯タンク内の水圧が低くなり混合水を清水循環路側へと吸引してしまうことを防ぐことができる。
（７）暖房水タンクが暖房熱交換器の下流側に配設されており、暖房ポンプが暖房水タンクの下流側に配設されているため、暖房ポンプの水流による急激な圧力が暖房熱交換器に及ぼす影響を小さくすることができる。
【００２１】
（実施の形態２）
図５は本実施の形態２におけるエンジン排熱循環路と清水循環路との間での各循環路を示すコージェネレーションシステムの概略構成図であり、図６はエンジン排熱循環路と清水循環路との間での熱交換における各機器の配置図、図７はエンジン熱交換器の内部概略図である。
図５において、１１はエンジン排熱系統２からなるエンジン排熱循環路である。図６において、２０３はエンジン冷却水タンク２０２の液面、ｈ’は貯湯タンク１０１とエンジン冷却水タンク２０２との液面の高さの差である。図７において、１２４ｃは熱の供給側１２４ａ及び熱の受給側１２４ｂの間に形成された隔壁部、１２４ｄは金属疲労や腐食等により隔壁部１２４ｃに形成された漏洩箇所であり、Ｐ１１は熱の供給側１２４ａ内部でのエンジン排熱循環路１１側の水圧である。
【００２２】
図６に示すように、エンジン熱交換器１２４をエンジン冷却水タンク２０２の液面２０３より必ず高い位置にするために、エンジン熱交換器１２４の最も低い箇所であるエンジン排熱循環路１１側の出口は、エンジン冷却水タンク２０２の液面２０３より高い位置に配設されている。エンジン排熱系統２からなるエンジン排熱循環路１１は、エンジン冷却水タンク２０２により大気に開放されており、また、エンジン冷却水タンク２０２がエンジン熱交換器１２４の下流側に配設され、排熱ポンプ２０１がエンジン冷却水タンク２０２の下流側に配設されているため、熱の供給側１２４ａの内部において排熱ポンプ２０１による急激な圧力がエンジン熱交換器１２４に及ぼす影響を小さくすることができ、その圧力は無視できてエンジン排熱循環路１１の水圧には加算されない。よって、エンジン排熱循環路の水圧Ｐ１１は、漏洩箇所１２４ｄとエンジン冷却水タンク２０２の液面２０３との落差分だけ大気圧より低い値となる。
また、清水循環路側の水圧Ｐ９は、実施の形態１と同じであるため、これにより熱の受給側１２４ｂ内部の水圧Ｐ９は、熱の供給側１２４ａ内部での水圧Ｐ１１よりも大きくなり、その値の差は、給水口１１８からの給水が行われなくなり（断水時）減圧逆止弁１１９の設定水圧がなくなった際であっても、貯湯タンク１０１とエンジン冷却水タンク２０２との液面の高さの差ｈ’による水圧分だけＰ９はＰ１１よりも大きくなることから、常時Ｐ９＞Ｐ１１が成立することになる。これにより、隔壁部１２４ｃに漏洩箇所１２４ｄが形成されなおかつ断水状態になっても、清水循環路９にエンジン排熱循環路１１に混合液が流入することはなく、図７に示すように清水循環路９からエンジン排熱循環路１１に清水が流入するだけにとどまり、清水循環路９が不凍液等の混合水に汚染されるのを防ぐことができる。
【００２３】
以上のように本実施の形態２におけるコージェネレーションシステムは構成されているので、以下のような作用を有する。
（１）エンジン排熱循環路が大気に開放されており、エンジン熱交換器のエンジン排熱循環路側の出口がエンジン冷却水タンクの液面より高い位置に配設されているため、エンジン熱交換器内部の漏洩箇所におけるエンジン排熱循環路側の水圧を、漏洩箇所とエンジン冷却水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低くすることができる。
（２）貯湯タンクの出口がエンジン熱交換器の清水側循環路側の出口と同じ位置に配設され、断水時にはバキュームブレーカにより清水循環路が大気に開放されるため、清水の供給が停止し断水状態となっても、エンジン熱交換器内部の漏洩箇所における清水循環路側の水圧を、貯湯タンクの液面と漏洩箇所との落差分だけ大気圧より高くすることができる。
（３）エンジン熱交換器内部の漏洩箇所におけるエンジン排熱循環路側の水圧が漏洩箇所とエンジン冷却水タンクの液面との落差分だけ大気圧より低く、断水状態での漏洩箇所における清水循環路側の水圧が貯湯タンクの液面と漏洩箇所との落差分だけ大気圧より高いため、清水が断水状態の時の清水循環路側の水圧を貯湯タンクとエンジン冷却水タンクとの液面の落差分だけエンジン排熱循環路側の水圧より高くすることができる。
（４）清水が断水状態でエンジン熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、エンジン熱交換器内部のエンジン排熱循環路側の水圧より清水循環路側の水圧が高いため、清水側循環路側へ混合液が流入するのを防ぐことができる。
（５）貯湯タンクの上端がエンジン熱交換器と同じ位置に配設されていることにより、清水が断水状態でエンジン熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、エンジン排熱循環路側から清水循環路側への混合液の流入速度を防ぐことができる。
（６）バキュームブレーカにより、断水時で熱交換器に穴があき貯湯タンクが冷やされても貯湯タンク内の水圧が低くなり混合水を清水循環路側へと吸引してしまうことを防ぐことができる。
（７）エンジン冷却水タンクがエンジン熱交換器の下流側に配設されており、排熱ポンプがエンジン冷却水タンクの下流側に配設されているため、排熱ポンプの水流による急激な圧力がエンジン熱交換器に及ぼす影響を小さくすることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のコージェネレーションシステムによれば、以下のような有利な効果が得られる。
【００２５】
請求項１に記載の発明によれば、
（１）暖房熱交換器の暖房循環路側の出口が、暖房水タンクの液面より高い位置に配設されており、貯湯タンクの出口が、暖房熱交換器の清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されており、清水が断水状態で暖房熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、暖房熱交換器内部の暖房循環路側の水圧より清水循環路側の水圧が高いため、清水側循環路側へ混合液が流入するのを確実に防ぐことができ衛生的であり、部品交換等の間隔をのばせ耐久性及びメンテナンス性に優れたコージェネレーションシステムを提供することができる。
（２）暖房水タンクが暖房熱交換器の下流側に配設されており、暖房ポンプが暖房水タンクの下流側に配設されているため、暖房ポンプの水流による急激な圧力が暖房熱交換器に及ぼす影響を小さくすることができ、耐久性に優れたコージェネレーションシステムを提供することができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、
（１）エンジン熱交換器のエンジン排熱循環路側の出口が、エンジン冷却水タンクの液面より高い位置に配設されており、貯湯タンクの出口が、エンジン熱交換器の清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されているため、清水が断水状態でエンジン熱交換器の各循環路の境界に漏洩箇所が発生しても、エンジン熱交換器内部のエンジン排熱循環路側の水圧より清水循環路側の水圧が高いため、清水側循環路側へ混合液が流入するのを確実に防ぐことができ衛生的であり、部品交換等の間隔をのばせ耐久性及びメンテナンス性に優れたコージェネレーションシステムを提供することができる。
（２）エンジン冷却水タンクがエンジン熱交換器の下流側に配設されており、排熱ポンプがエンジン冷却水タンクの下流側に配設されているため、排熱ポンプの水流による急激な圧力がエンジン熱交換器に及ぼす影響を小さくすることができ、耐久性に優れたコージェネレーションシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態１におけるコージェネレーションシステムを示す構成図
【図２】本実施の形態１における暖房循環路と清水循環路との間での各循環路を示すコージェネレーションシステムの概略構成図
【図３】暖房循環路と清水循環路との間での熱交換における各機器の配置図
【図４】暖房熱交換器の内部概略図
【図５】本実施の形態２におけるエンジン排熱循環路と清水循環路との間での各循環路を示すコージェネレーションシステムの概略構成図
【図６】エンジン排熱循環路と清水循環路との間での熱交換における各機器の配置図
【図７】エンジン熱交換器の内部概略図
【符号の説明】
１ 貯湯循環系統
２ エンジン排熱系統
３ 暖房系統
４ 高温暖房循環系統
５ 風呂加熱循環系統
６ 風呂追い焚き系統
７ 制御装置
８ 給水給湯系統
８ａ 湯張り経路
９ 清水循環路
１０ 暖房循環路
１１ エンジン排熱循環路
１０１ 貯湯タンク
１０２ 循環ポンプ
１０３，１０４，１０５，１０６ 貯湯サーミスタ
１０７ 循環比例弁
１０９ 循環サーミスタ
１１０，１１１ じゃま板
１１２ 湯比例弁
１１３ 水比例弁
１１４ 湯張り弁
１１４ａ 湯張り水量センサ
１１５，１１６ 逆止弁
１１７ 給湯口
１１８ 給水口
１１９ 減圧逆止弁
１２０ 給水サーミスタ
１２１ 給水水量センサ
１２２，１２２ａ 逆流防止の逆止弁
１２３ａ 逃し弁
１２４ エンジン熱交換器
１２４ａ 熱の供給側
１２４ｂ 熱の受給側
１２４ｃ 隔壁部
１２４ｄ 漏洩箇所
１２５ 貯湯弁（開閉弁）
１２６ バキュームブレーカ
１２７ エア抜き弁
１２８ 圧力スイッチ
１２９ 高温出湯防止弁
１３０ 水停止手動弁
１３１ 給湯サーミスタ
１３２ 暖房補給水弁
１３３ 排熱補給水弁
２０１ 排熱ポンプ
２０２ エンジン冷却水タンク
２０２ａ 排熱警告電極
２０２ｂ 排熱高水位電極
２０２ｃ 排熱低水位電極
２０２ｄ 排熱基準電極
２０３ エンジン冷却水タンクの液面
２０４ 暖房エンジン熱交換器
２０４ａ 熱の供給側
２０４ｂ 熱の受給側
２０５ 排熱サーミスタ
２０６ 余剰電力回収ヒータ
２０７ 往路口
２０８ 戻り口
３０１ 暖房ポンプ
３０２ 暖房熱交換器
３０２ａ 熱の供給側
３０２ｂ 熱の受給側
３０２ｃ 隔壁部
３０２ｄ 漏洩箇所
３０３ 暖房サーミスタ
３０４ バイパス回路
３０５ 暖房水タンク
３０５ａ オーバーフロー部
３０５ｂ 暖房水タンクの液面
３０６ 往路口
３０７ 戻り口
３０８ 暖房警告電極
３０９ 暖房高水位電極
３１０ 暖房低水位電極
３１１ 暖房基準電極
４０１ 補助熱源器
４０２ａ 補助熱源出サーミスタ
４０２ｂ 補助熱源入サーミスタ
４０３ 暖房弁（開閉弁）
４０４ 流量センサ
５０１ 風呂熱交換器
５０１ａ 熱の供給側
５０１ｂ 熱の受給側
５０２ ふろ弁（開閉弁）
６０１ 風呂ポンプ
６０２ 往路口
６０３ 戻り口
６０４ 風呂サーミスタ
６０５ 風呂水流スイッチ
６０６ 水位センサ
Ｐ９ 清水循環路側の水圧
Ｐ１０ 暖房循環路側の水圧
Ｐ１１ エンジン排熱循環路側の水圧
ｈ 貯湯タンクと暖房水タンクとの液面の高さの差
ｈ’ 貯湯タンクとエンジン冷却水タンクとの液面の高さの差
Claims (2)
- 水道水等の清水が循環する清水循環路と、不凍液等の不純物を含有する混合液が循環する暖房循環路と、前記清水循環路及び前記暖房循環路に接続され前記清水と前記混合液との間で熱交換を行う少なくとも１の暖房熱交換器と、前記清水循環路に配設され前記清水循環路を循環する前記清水が上端まで満水の状態で貯留されて加熱される貯湯タンクと、前記清水循環路に配設されたバキュームブレーカと、オーバーフロー部を有し前記暖房循環路の前記暖房熱交換器の下流側に配設され前記暖房循環路を循環する前記混合液が貯留され前記オーバーフロー部により前記暖房循環路を大気に開放する暖房水タンクと、前記暖房循環路の前記暖房水タンクの下流側に配設された暖房ポンプと、を備え、
前記暖房熱交換器の最も低い箇所である暖房循環路側の出口が、前記暖房水タンクの液面より高い位置に配設されており、前記貯湯タンクの上端が、前記暖房熱交換器の上面の前記清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されていることを特徴とするコージェネレーションシステム。 - 水道水等の清水が循環する清水循環路と、エンジン発電機等の排熱装置の排熱により加熱された水が循環するエンジン排熱循環路と、前記清水循環路及び前記エンジン排熱循環路に接続され前記清水と前記水との間で熱交換を行う少なくとも１のエンジン熱交換器と、前記清水循環路に配設され前記清水循環路を循環する前記清水が上端まで満水の状態で貯留されて加熱される貯湯タンクと、前記清水循環路に配設されたバキュームブレーカと、液面が大気に開放されており前記エンジン排熱循環路の前記エンジン熱交換器の下流側に配設され前記エンジン排熱循環路を循環する前記水が貯留されるエンジン冷却水タンクと、前記エンジン排熱循環路の前記エンジン冷却水タンクの下流側に配設された排熱ポンプと、を備え、
前記エンジン熱交換器の最も低い箇所である前記エンジン排熱循環路側の出口が、前記エンジン冷却水タンクの前記液面より高い位置に配設されており、前記貯湯タンクの上端が、前記エンジン熱交換器の上面の前記清水循環路側の出口と同じ位置又は高い位置に配設されていることを特徴とするコージェネレーションシステム。
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