JP4559307B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents

Description

本発明はコージェネレーションシステムに関するものであり、特に貯留手段に蓄えられた液体が十分に再加熱されることなく排出されるのを防止可能なものに関する。

従来より、下記特許文献１に開示されているように、発電装置等において発生した熱エネルギーを湯水を介して貯留手段（貯留タンク）に蓄えておけるコージェネレーションシステムが提供されている。かかる構成のコージェネレーションシステムの多くは、貯留タンクに貯留された湯水を給湯などの用途に使用する構成とされている。

下記特許文献１に開示されているようなコージェネレーションシステムは、発電等に伴って発生した熱エネルギーによって湯水を加熱して貯留タンクに貯留しておき、後に行われる給湯などのような湯水の使用に備える構成とされている。

下記特許文献１に開示されているように、燃料電池等のような熱エネルギーの発生量が少ない加熱手段により湯水を加熱する構成とされたコージェネレーションシステムでは、貯留タンクに貯留される湯水の加熱に長時間を要する。そのため、かかる構成のコージェネレーションシステムでは、貯留タンク内に存在している湯水の温度が低温である期間が長く、レジオネラ菌等のような菌類が発生しやすい環境にあり、衛生上好ましくない状態になる可能性がある。そこで、かかる知見に基づき、下記特許文献１に示すように、湯水が所定の温度以下である場合に、別途用意されたヒータ等を作動させて貯留タンク内の湯水を再加熱して殺菌する構成とされている。
特開２００３−５６９０９号公報

上記したように、特許文献１に開示されているようなコージェネレーションシステムでは、燃料電池等によって構成されている熱源における発熱量が少ないため、貯留タンク内の湯は、給湯などの用途で貯留タンク内の湯水を使用する際に必ずしも高温であるとは限らない。そのため、燃料電池などのような加熱能力が低い装置類を熱源として採用したコージェネレーションシステムでは、貯留タンクから湯水などを排出する排出流路の中途、すなわち貯留タンクよりも下流側に給湯器のような加熱能力の高い熱源装置を補助的に設けた構成とされている。

上記特許文献１に開示されているようなコージェネレーションシステムでは、加熱能力の高い熱源装置を貯留タンクよりも下流側の排出流路に設けているため、貯留タンク内の湯水の再加熱は、燃料電池等の加熱手段やヒータのような低能力な加熱手段に頼らざるを得ない。そのため、従来技術のコージェネレーションシステムは、貯留タンク内の湯水の再加熱動作に時間を要する。従って、上記特許文献１に開示されているような構成のコージェネレーションシステムでは、再加熱動作中に給湯のような貯留タンク内の湯水などの液体を使用すると、十分加熱されておらず、殺菌が不十分な液体が排出される可能性があるという問題があった。

そこで、本発明では、液体を貯留可能な貯留手段を備え、当該貯留手段内の液体が十分殺菌されない状態で排出されるのを防止可能なコージェネレーションシステムの提供を目的とする。

上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、液体を貯留する貯留手段と、複数の熱供給手段と、前記貯留手段に貯留される液体を加熱する加熱系統と、前記貯留手段に貯留されている液体を排出可能な排出系統と、外部の給液源から液体を供給する給液系統とを有し、前記加熱系統は、貯留手段に対して接続された液体加熱流路を有し、当該液体加熱流路の中途に熱供給手段の一又は一群によって構成された熱供給手段Ａを備えたものであり、前記排出系統は、前記貯留手段内に貯留された液体を排出可能な液体排出流路を有し、当該液体排出流路の中途に熱供給手段の一又は一群によって構成された熱供給手段Ｂを有し、液体排出流路の中途であって、熱供給手段Ｂよりも貯留手段内に貯留された液体の排出時における液体の流れ方向上流側に、少なくとも貯留手段側から熱供給手段Ｂ側に向けて液体が流れるのを阻止する弁が設けられたものであり、前記給液系統は、前記貯留手段に液体を供給する貯留側給液流路と、液体排出流路の中途であって前記弁あるいは前記弁よりも液体の排出時における液体の流れ方向下流側且つ熱供給手段Ｂの上流側に接続され液体排出流路に液体を供給する排出側給液流路とを有し、前記貯留側給液流路および排出側給液流路の中途に、給液源から貯留手段あるいは液体排出流路への液体の流れを許し、その逆を阻止する逆止手段が設けられたものであり、貯留手段内に貯留された液体が所定時間以上に渡って滞留していることを条件として、前記弁を閉じた状態で貯留手段内に貯留されている液体を熱供給手段Ａによって加熱する殺菌動作を行い、殺菌動作中に給湯要求があった場合には殺菌時給湯運転を実行し、殺菌時給湯運転においては、前記弁を閉止して貯留手段側から熱供給手段Ｂ側に向けて液体が流れるのを阻止し、その状態で排出側給液流路を介して熱供給手段Ｂに水を供給し熱供給手段Ｂで加熱された湯水を外部に供給す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。

本発明のコージェネレーションシステムでは、殺菌動作を行う際に排出弁が閉じられ、排出系統と加熱系統とがそれぞれ独立した状態となる。さらに、本発明のコージェネレーションシステムでは、給液系統を構成する貯留側給液流路と排出側給液流路の双方に逆止手段を設けているため、殺菌動作中に殺菌されていない可能性のある液体が貯留手段側から給液系統側に逆流したり、貯留側給液流路や排出側給液流路を介して自然循環するのを防止できる。そのため、本発明のコージェネレーションシステムによれば、殺菌動作中に加熱された液体を排出すべき場合であっても、殺菌されていない可能性のある液体が外部に排出されるといった不具合が起こらない。

請求項２に記載の発明は、液体を貯留する貯留手段と、複数の熱供給手段と、前記貯留手段に貯留される液体を加熱する加熱系統と、前記貯留手段に貯留されている液体を排出可能な排出系統と、外部の給液源から液体を供給する給液系統とを有し、前記加熱系統は、貯留手段に対して接続された液体加熱流路を有し、当該液体加熱流路の中途に熱供給手段の一又は一群によって構成された熱供給手段Ａを備えたものであり、前記排出系統は、前記貯留手段内に貯留された液体を排出可能な液体排出流路を有し、当該液体排出流路の中途に熱供給手段の一又は一群によって構成された熱供給手段Ｂを有し、液体排出流路の中途であって、熱供給手段Ｂよりも貯留手段内に貯留された液体の排出時における液体の流れ方向上流側に、少なくとも貯留手段側から熱供給手段Ｂ側に向けて液体が流れるのを阻止する排出弁が設けられたものであり、前記給液系統は、前記貯留系統に液体を供給する貯留側給液流路と、排出側給液流路とを有し、当該排出側給液流路は、本流部と、当該本流部から分岐された一又は複数の支流部とを有し、本流部および支流部が液体排出流路の中途であって、液体排出流路の中途に設けられた排出弁あるいは排出弁よりも液体の排出時における液体の流れ方向下流側に接続されており、本流部と支流部のうち少なくともいずれか一方には、液体の流れを制限する支流弁が設けられており、貯留手段内に貯留された液体が所定時間以上に渡って滞留していることを条件として、前記排出弁を貯留手段側から熱供給手段Ｂ側に向けて液体が流れるのを阻止する状態に調整し、前記支流弁を開けた状態として貯留手段内に貯留されている液体を熱供給手段Ａによって加熱する殺菌動作を行い、殺菌動作中に給湯要求があった場合には殺菌時給湯運転を実行し、殺菌時給湯運転においては、前記排出弁を閉止して貯留手段側から熱供給手段Ｂ側に向けて液体が流れるのを阻止し、その状態で排出側給液流路を介し支流弁を経て熱供給手段Ｂに水を供給し熱供給手段Ｂで加熱された湯水を外部に供給す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。

本発明のコージェネレーションシステムでは、殺菌動作を行う際に排出弁が調整され、貯留手段側から熱供給手段Ｂ側に向けて液体が流れない状態とされる。すなわち、本発明のコージェネレーションシステムは、殺菌動作を行う際に、排出弁の調整によって排出系統と加熱系統とがそれぞれ独立した状態となる。さらに、上記したように、排出側給液流路に設けられた支流弁を開くことにより、排出側給液流路を流れる液体に作用する流路抵抗を低減させる構成とされている。そのため、本発明のコージェネレーションシステムでは、万一、排出弁の調整が不十分であったとしても、貯留手段内の液体が液体排出流路に設けられた弁よりも熱供給手段Ｂ側に混入するのを確実に防止できる。従って、本発明のコージェネレーションシステムによれば、殺菌動作中に加熱された液体を排出すべき場合であっても、殺菌されていない可能性のある液体が外部に排出されるといった不具合が起こらない。

請求項３に記載の発明は、貯留側給液流路および排出側給液流路の中途に、給液源から貯留系統あるいは液体排出流路への液体の流れを許し、その逆を阻止する逆止手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のコージェネレーションシステムである。

かかる構成によれば、殺菌動作中に殺菌されていない可能性のある液体が貯留手段側から給液系統側に逆流したり、貯留側給液流路や排出側給液流路を介して自然循環するのを防止できる。従って、上記した構成によれば、殺菌されていない可能性のある液体が殺菌動作中に外部に排出されるといった不具合が起こらないコージェネレーションシステムを提供できる。

請求項４に記載の発明は、貯留手段に滞留している液体の温度が所定の閾温度以下であることを殺菌動作を行うための条件とすることを特徴とする請求項１〜３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。

かかる構成によれば、貯留手段内に残留している液体を確実に殺菌することができ、レジオネラ菌等のような菌類の繁殖を防止できる。

上記請求項１〜４のいずれかに記載のコージェネレーションシステムにおいて、熱供給手段Ｂは、熱供給手段Ａよりも液体の加熱能力が高いものであってもよい（請求項５）。

請求項６に記載の発明は、熱供給手段Ａが、発電可能であり、発電に伴って発生した熱エネルギーによって液体加熱流路を流れる液体を加熱可能なものであり、加熱系統が、前記熱供給手段Ａにおける発電により発生した電力が供給されることにより熱エネルギーを発生し、液体加熱流路を流れる液体を加熱可能な熱供給手段Ｃを有し、殺菌動作を行う場合は、熱供給手段Ａによって発電と、発電に伴って発生した熱エネルギーによる液体の加熱を行うと共に、熱供給手段Ａにおいて発生した電力を使用して熱供給手段Ｃを作動させ、液体の加熱を行うことが可能であることを特徴とする請求項１〜５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。

本発明のコージェネレーションシステムでは、熱供給手段Ａにおいて発生した電力を利用して熱供給手段Ｃを作動させ、液体加熱流路を流れる流体を加熱することができる。また、本発明のコージェネレーションシステムによれば、熱供給手段Ａの作動に伴って発生した電気エネルギーを有効利用することができる。

また、請求項７に記載の発明は、外部から供給されるエネルギーを利用して液体加熱流路を流れる液体を加熱可能な熱供給手段Ｄを備えていることを特徴とする請求項１〜６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。

かかる構成によれば、液体加熱流路を流れる液体を効率よく加熱することができる。

本発明によれば、貯留手段内に貯留されている液体が十分殺菌されない状態で排出されるのを防止可能なコージェネレーションシステムを提供できる。

続いて、本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムについて図面を参照しながら詳細に説明する。図１において、１は本実施形態のコージェネレーションシステムである。コージェネレーションシステム１は、大別して発電部２と給湯部３とにより構成されており、これらによりコージェネレーション系Ｓを構成している。

発電部２は、燃料電池５（熱供給手段Ａ）と、燃料電池５を冷却し、発電の際に発生した排熱を回収するための熱交換器６とを備えている。すなわち、発電部２は、発電装置としての機能と、湯水（液体）を加熱するための熱供給手段Ａとしての機能とを兼ね備えている。発電部２は、コージェネレーション系Ｓの外部に設けられた電力負荷Ｅや後述する電気ヒーター２７（熱供給手段Ｃ，Ｄ）に対して電力を供給するための電力供給手段として機能すると共に、後述する加熱流路２０（液体加熱流路）と組み合わされて加熱系統Ｈを構成する。

一方、給湯部３は、湯水を貯留するための貯留タンク１０（貯留手段）を中心として構成されており、貯留タンク１０の頂部に設けられた頂部接続部１１、並びに、底部に設けられた底部接続部１２に対して貯留タンク１０に対して加熱系統Ｈ、給湯系統Ｍ（排出系統）および給水系統Ｃ（給液系統）を接続した構成とされている。貯留タンク１０は、高さ方向、すなわち内部に貯留される湯水の水位上昇方向に複数（本実施形態では４つ）の温度センサ１３ａ〜１３ｄを取り付けた構成とされている。温度センサ１３ａ〜１３ｄは、それぞれ貯留タンク１０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１０内に所定温度あるいは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。

さらに具体的には、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、貯留タンク１０の底部から取り出された湯水が加熱系統Ｈを通過する間に加熱され、貯留タンク１０の頂部側にゆっくりと戻される構成とされている。ここで、一般的にタンク内に液体を貯留する場合、その液体の温度差が所定の閾値（湯水では約１０℃程度）以上であると、液体が温度毎に層状に分かれる。そのため、加熱系統Ｈを通過して加熱された湯水が貯留タンク１０内の湯水の温度に対して前記閾温度以上高温に加熱され、貯留タンク１０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１０内に貯留されている湯水が温度毎に層状に分かれる。従って、貯留タンク１０に設置された温度センサ１３ａ〜１３ｄの検知温度を調べることにより、貯留タンク１０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。

加熱系統Ｈは、加熱流路２０により構成される系統であり、貯留タンク１０の底部から取り出された湯水を加熱して貯留タンク１０の頂部側に戻すものである。さらに具体的に説明すると、加熱系統Ｈは、加熱流路２０により主要部が構成される系統である。加熱流路２０は、貯留タンク１０の底部接続部１２と燃料電池５内の熱交換器６とを繋ぐ加熱往き側流路２１と、頂部接続部１１と熱交換器６とを繋ぐ加熱戻り側流路２２とを有する。また、加熱流路２０は、加熱往き側流路２１および加熱戻り側流路２２の中間部分において両流路をバイパスする放熱バイパス流路２３を有する。

加熱往き側流路２１は、貯留タンク１０の底部側から排出される湯水を燃料電池５の熱交換器６に供給する流路であり、中途に湯水を循環させるための循環ポンプ２５と、湯水の温度を検知するための温度センサ２６とを有する。また、加熱戻り側流路２２は、熱交換器６を通過した湯水を貯留タンク１０の頂部側に戻す流路である。加熱戻り側流路２２の中途には、電気ヒーター２７（熱供給手段Ｃ，Ｄ）が設けられており、これよりも下流側（貯留タンク１０側）に加熱側三方弁２８が設けられている。加熱側三方弁２８を構成する３つのポートのうちの２つは加熱戻り側流路２２を構成する配管に接続されており、残りのポートには放熱バイパス流路２３を構成する配管が接続されている。すなわち、放熱バイパス流路２３は、加熱側三方弁２８を介して加熱戻り側流路２２に接続されている。

放熱バイパス流路２３は、加熱往き側流路２１の中途であって、循環ポンプ２５よりも上流側の位置と、加熱戻り側流路２２の中途に設けられた電気ヒーター２７の下流側の位置とをバイパスする流路である。放熱バイパス流路２３の中途には、放熱器２３ａが設けられている。そのため、加熱系統Ｈは、加熱側三方弁２８を切り替えて放熱バイパス流路２３に湯水を流すと共に、放熱器２３ａを作動させることにより、内部を流れる湯水の温度を低下させ、燃料電池５の冷却を促進することができる。

給湯系統Ｍは、貯留タンク１０の頂部接続部１１に接続された給湯流路３０と、この給湯流路３０の中途に設けられた給湯装置３１（熱供給手段Ｂ）とによって主要部が構成される系統である。給湯流路３０は、貯留タンク１０から給湯装置３１を経てカラン３４に至る一連の流路を形成している。給湯流路３０は、貯留タンク１０から給湯装置３１に至る流路の中途に給湯側三方弁３２（排出弁）と、入口側温度センサ３３とを有する。

給湯側三方弁３２は、３つのポートのうちの２つが給湯流路３０を構成する配管に接続されており、残りのポートが後述する給水系統Ｃの給湯用給水流路５１（排出側給液流路）に接続されている。また、給湯側三方弁３２の下流側には、給湯用給水流路５１の本流部５３から分岐された支流部５５が接続されている。

入口側温度センサ３３は、後述する給湯用給水流路５１の支流部５５と給湯流路３０との接続部分よりも下流側であって、給湯装置３１よりも上流側の位置に設置されている。そのため、入口側温度センサ３３は、貯留タンク１０から排出された湯水と、給湯用給水流路５１の本流部５３や支流部５５を介して供給される湯水とが混合された後の湯水の温度を検知できる。給湯流路３０は、給湯装置３１よりも上流側の部位と下流側の部位とをバイパスする給湯バイパス流路３５を有する。給湯バイパス流路３５は、給湯流路３０内を流れる湯水を給湯装置３１を通過させずに下流側に送り込む、すなわち給湯流路３０をショートカットするための流路であり、中途にバイパス弁３６を有する。また、給湯流路３０は、給湯装置３１よりも下流側に比例弁３７、出口側温度センサ３８と流水検知センサ４０とを有する。

給湯装置３１は、従来公知の給湯器と同様にガスや灯油等の燃料を燃焼するためのバーナー４１と熱交換器４３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。給湯装置３１は、燃料電池５や電気ヒーター２７よりも湯水の加熱能力が高い。給湯装置３１は、貯留タンク１０から排出される湯水の温度が低い等のような特別な場合に限って燃焼動作を行い、給湯流路３０内を流れる湯水を加熱するものであり、補助的な熱源として機能する。給湯装置３１は、流水検知センサ４０により通水が検知されることを作動条件の一つとしている。

給水系統Ｃは、コージェネレーション系Ｓの外部から湯水を供給するためのものであり、貯留タンク１０に対して湯水を供給するための貯留用給水流路５０と、給湯用給水流路５１とを備えている。貯留用給水流路５０は、貯留タンク１０の底部側に設けられた底部接続部１２に接続された配管により構成されている。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１０の底部側から導入可能な構成とされている。貯留用給水流路５０の中途には、貯留タンク１０側からの湯水の逆流を阻止すべく、逆止弁５２が設けられている。

給湯用給水流路５１は、図１に示すように、給湯側三方弁３２に接続される本流部５３と、本流部５３から分岐された支流部５５とから構成されている。すなわち、給湯用給水流路５１は、給湯流路３０の中途であって、給湯側三方弁３２を境としてこれよりも給湯流路３０を流れる湯水の流れ方向下流側に接続されている。給湯用給水流路５１の中途には、給湯流路３０に合流する湯水の温度を検知するための入水温度センサ５６と、給湯流路３０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５７とが設けられている。給湯用給水流路５１は、逆止弁５７よりも下流側において本流部５３から支流部５５が分岐された構成とされている。支流部５５は、給湯側三方弁３２よりも給湯流路３０の湯水の流れ方向下流側の位置に接続された流路であり、中途に支流弁５８が設けられた構成とされている。

支流弁５８は、非通電時に開いた状態となる弁である。支流部５５および支流弁５８は、停電状態等になり、給湯側三方弁３２を開くことができなくなった際に、貯留タンク１０内の湯水が低温の湯水と混合されることなく高温のままで排出され、いわゆる高温出湯が起こるのを防止するために設けられたものである。

支流部５５および支流弁５８は、給湯用給水流路５１の流路抵抗を低減させるための流路抵抗低減手段としても機能する。すなわち、給湯用給水流路５１は、支流部５５に設けられた支流弁５８を開くことにより流路抵抗が低下する。そのため、万一、貯留タンク１０側から給湯流路３０側に湯水が混入するのを防止すべく給湯側三方弁３２の貯留タンク１０側のポート（タンク側ポート）を閉じねばならないにもかかわらず、タンク側ポートが完全閉止されないような状態になっても、支流弁５８を開いておくことにより貯留タンク１０側の湯水が給湯流路３０側に混入するのを防止できる。

コージェネレーションシステム１は、制御手段６０によって動作が制御されている。制御手段６０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に例えば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されている。制御手段６０は、コージェネレーション系Ｓの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系Ｓの各部に設けられた弁や燃料電池５、給湯装置３１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。

続いて、本実施形態のコージェネレーションシステム１の動作について、図面を参照しながら詳細に説明する。コージェネレーションシステム１は、貯留モード、通常給湯モード、殺菌モードを含む動作モード群から動作モードを選択して動作することができる。以下、コージェネレーションシステム１の動作について、各動作モード毎に説明する。

（貯留モード）
貯留モードは、燃料電池５の動作に伴って発生する排熱を利用して加熱流路２０内を流れる湯水を加熱し、貯留タンク１０に貯留する動作モードである。コージェネレーションシステム１が貯留モードで動作する場合、制御手段６０は、加熱流路２０の加熱側三方弁２８を放熱バイパス流路２３に対して閉じ、加熱戻り側流路２２の上流側（熱交換器６側）および下流側（貯留タンク１０側）に開いた状態に調整する。これにより、加熱往き側流路２１、加熱戻り側流路２２、熱交換器６および貯留タンク１０により、図２にハッチングで示すような循環系統Ｒが形成される。

循環系統Ｒが形成された状態で循環ポンプ２５を作動させると、図２に矢印で示すように貯留タンク１０内に貯留されている湯水が底部接続部１２から吸い出され、燃料電池５に供給される。これにより、燃料電池５の作動に伴って発生した熱エネルギーが、燃料電池５内に設けれられた熱交換器６において加熱流路２０内を流れる湯水に吸収され、湯水が加熱される。燃料電池５を通過することにより加熱された湯水は、加熱戻り側流路２２を介して頂部接続部１１から貯留タンク１０内に戻される。これにより、貯留タンク１０内の湯水が徐々に加熱される。

（通常給湯モード）
通常給湯モードは、上記した貯留モードによって貯留タンク１０内に貯留された高温の湯水を利用して給湯を行う動作モードである。コージェネレーションシステム１が通常給湯モードで動作する場合、制御手段６０は、給湯流路３０の給湯側三方弁３２を３ポートとも開いた状態とすると共に、加熱流路２０の加熱側三方弁２８を閉止した状態とする。また、この時、制御手段６０は、支流弁５８に通電し、支流弁５８を閉じた状態にする。

この状態で給水系統Ｃを介して外部から低温の湯水を導入すると、図３にハッチングや矢印で示すように、外部の給水源から供給された低温の湯水の一部が貯留用給水流路５０を介して底部接続部１２から貯留タンク１０内に流入する。これにより、貯留タンク１０の頂部側に貯留されている高温の湯水が、頂部接続部１１を介して貯留タンク１０から排出される。ここで、通常給湯モードでは加熱側三方弁２８が閉止されているため、貯留タンク１０から排出された湯水は給湯流路３０に流れ込む。

一方、外部の給水源から供給された低温の湯水の残部は、給湯用給水流路５１の本流部５３を介して給湯流路３０に導入される。給湯用給水流路５１を介して導入された湯水は、給湯流路３０内において貯留タンク１０から排出された湯水と混合される。

制御手段６０は、給湯流路３０と給湯用給水流路５１との接続部位よりも湯水の流れ方向下流側に設置された入口側温度センサ３３により検知される給湯流路３０内を流れる湯水の温度を確認する。ここで、入口側温度センサ３３によって検知される湯水の温度が、カラン３４から排出すべき湯水の温度（給湯設定温度）と同等である場合、制御手段６０は、給湯装置３１を起動させない。これにより、湯水は給湯装置３１を素通りし、そのままカラン３４から排出される。

一方、入口側温度センサ３３によって検知される湯水の温度がカラン３４から排出すべき温度よりも低い場合、制御手段６０は、給湯装置３１を起動して湯水を加熱する。また、制御手段６０は、必要に応じて給湯バイパス流路３５のバイパス弁３６を開き、給湯装置３１から排出される湯水の温度調整等を行う。

（殺菌モード）
上記した貯留モードや通常給湯モードの完了後、湯水が貯留タンク１０内に長期に渡って滞留していると、貯留タンク１０内の湯水の温度等の条件が、レジオネラ菌等の菌類やその他の微生物等の繁殖や生育に適した環境となるおそれがある。コージェネレーションシステム１を通常の使用状態で使用する場合は、この様な不具合は起こり難いが、湯水の温度条件等の様々な要因が重なった際に上記したような不具合が起こらないとも限らない。本実施形態のコージェネレーションシステム１では、上記したように貯留タンク１０に貯留されている湯水を給湯用に使用する構成とされている。そのため、給湯用水中へのレジオネラ菌等の菌類やその他の微生物等の混入を確実に防止すべく、コージェネレーションシステム１が動作している間、図５に示す制御フローに則り、湯水が貯留タンク１０に貯留されたまま滞留している期間（以下、滞留時間ｔと称す）や、貯留タンク１０内に滞留している湯水の温度（以下、滞留温度ｋ１と称す）を監視する。そして、滞留時間ｔや滞留温度ｋ１が所定の条件を満足することを条件として、コージェネレーションシステム１を殺菌モードで動作させ、貯留タンク１０内の湯水を再加熱する構成としている。

さらに具体的に説明すると、制御手段６０は、コージェネレーションシステム１が起動すると、貯留タンク１０における湯水の滞留時間ｔの計測を開始する。制御手段６０は、図５のステップ１−１に示すように、湯水の滞留時間ｔが所定の基準時間Ｔを超えているか否かを確認する。ここで、基準時間Ｔは、貯留タンク１０の内部環境がレジオネラ菌等の菌類やその他の微生物等の繁殖や生育に適した状態となるおそれがある時間に設定されており、本実施形態では４８時間に設定されている。

ステップ１−１において滞留時間ｔが基準時間Ｔ未満である場合は、貯留タンク１０において湯水の出入りがあり、レジオネラ菌等が発生する蓋然性が低い。一方、ステップ１−１において滞留時間ｔが閾温度Ｔよりも長い場合は、長期にわたって湯水が貯留タンク１０内に滞留したままの状態である。通常の使用状態では、貯留タンク１０内に湯水が滞留した状態が続いても、レジオネラ菌等が発生するといった不具合が発生する可能性が低い。しかし、貯留タンク１０における湯水の滞留時間が長い場合は、前記したような不具合が発生する可能性を完全に否定できない。そのため、制御手段６０は、ステップ１−１で滞留時間ｔが基準時間Ｔ以上であることを条件として、制御フローをステップ１−２に進める。

制御フローがステップ１−２に進むと、制御手段６０は、貯留タンク１０内に滞留している湯水の滞留温度ｋ１を検知し、閾温度Ｋと比較する。ここで、閾温度Ｋは、レジオネラ菌等のような貯留タンク１０内に発生しそうな雑菌類の大半が死滅する温度に設定される。本実施形態では、閾温度Ｋが液中に存在するレジオネラ菌の大半が死滅すると想定される温度である６０℃に設定されている。

さらに具体的に説明すると、本実施形態では、貯留タンク１０の底部側に設けられた底部接続部１２から低温の湯水を取り出して加熱し、加熱された湯水を頂部側の頂部接続部１１から戻す構成を採用しているため、貯留タンク１０内には上下方向に温度成層が形成されることが多い。そのため、本実施形態では、貯留タンク１０の頂部側に設けられた温度センサ１３ｄの検知温度が７０℃以上となり、底部側に設けられた温度センサ１３ａの検知温度が６０℃以上となることを条件として、貯留タンク１０内に６０℃以上の湯水で満たされたものと判定している。従って、本実施形態では、ステップ１−２において温度センサ１３ａの検知温度が閾温度である６０℃を超え、温度センサ１３ｄの検知温度が閾温度である７０℃を超えているか否かを判断する。

ステップ１−２において滞留温度ｋ１が閾温度Ｋよりも低い場合は、貯留タンク１０の内部環境がレジオネラ菌をはじめとする雑菌類の発生や繁殖に適した状態であり、これらの雑菌類が湯水に混入している可能性を否定しきれない。そのため、ステップ１−２において滞留温度ｋ１が閾温度Ｋよりも低い場合、制御手段６０は、制御フローをステップ１−３移行に進め、コージェネレーションシステム１を貯留タンク１０内の湯水を再加熱する殺菌モードで動作させる。

さらに具体的には、制御フローがステップ１−３に進行すると、制御手段６０は、貯留タンク１０に滞留している湯水が給湯系統Ｍに混入するのを防止すべく、給湯側三方弁３２の貯留タンク１０側のポートを閉止する。これにより、加熱系統Ｈと給湯系統Ｍとの間における湯水の流れが遮断される。ステップ１−３で給湯側三方弁３２が調整されると、制御手段６０は、制御フローをステップ１−４に進める。ここで、制御手段６０は、流水検知センサ４０の検知信号に基づいて給湯要求の有無を確認する。すなわち、制御手段６０は、ステップ１−３において流水検知センサ４０によって検知される流水量が前記した最低水量を超えていることを条件としてコージェネレーションシステム１に対する給湯要求があるものと判断し、流水量が最低水量以下である場合に給湯要求がないものと判断する。

ステップ１−４において給湯要求がないと判断された場合、制御手段６０は、制御フローを後述するステップ１−６に進める。一方、ステップ１−４において給湯要求がある場合、制御手段６０は、制御フローをステップ１−５に進め、図６に示すサブルーチンに従って給湯装置３１や給湯側三方弁３２、バイパス弁３６、支流弁５８の動作を制御して殺菌時給湯運転を行う。

さらに具体的には、殺菌時給湯運転が行われる場合は、先ず図６のステップ２−１に示すように給湯側三方弁３２の給湯用給水流路５１が接続されたポートおよび給湯流路３０に接続されたポートのうち給湯装置３１側のポートの開度が調整される。また、制御手段６０は、支流弁５８への通電を停止して支流弁５８を開き、給湯用給水流路５１から給湯流路３０に流れ込む湯水の流れ抵抗を低減させる。これにより、先のステップ１−３において給湯側三方弁３２によって閉止してある貯留タンク１０側の流路から給湯流路３０側に湯水が混入するのをほぼ完全に抑制することができる。制御手段６０は、ステップ２−１において、給湯量や給湯温度に応じてバイパス弁３６の開閉を行う。

ステップ２−１において給湯側三方弁３２、バイパス弁３６および支流弁５８の調整がなされ、給湯流路３０を介して給湯装置３１に湯水が流れ込むと、制御手段６０は、ステップ２−２において給湯装置３１を起動し、湯水の加熱を行う。これにより、図４にハッチングを付したように給湯用給水流路５１→給湯流路３０→給湯装置３１→給湯流路３０→カラン３４の順で湯水が流れ、給湯装置３１において加熱された湯水がカラン３４を介してコージェネレーション系Ｓの外部に供給される。

ステップ２−２において給湯装置３１が起動すると、制御フローはステップ２−３に移行する。制御フローがステップ２−３に移行すると、制御手段６０は、流水検知センサ４０の検知信号に基づき、給湯要求が引き続き出ているか否かを判断する。ここで、給湯要求が出ている場合は、制御フローをステップ２−１に戻し、殺菌時給湯運転を継続する。一方、ステップ２−３において給湯要求がないと判断された場合は、一連の殺菌時給湯運転を終了する。

図５に示すように、ステップ１−５において殺菌時給湯運転が行われること、あるいは、上記したステップ１−４において給湯要求がないことを条件として、制御フローがステップ１−６に進む。制御フローがステップ１−６に進むと、燃料電池５が起動される。ここで、上記したようにステップ１−３において給湯側三方弁３２が調整され、加熱系統Ｈと給湯系統Ｍとの間における湯水の往き来が不可能となっている。そのため、制御フローがステップ１−６に進み、燃料電池５が起動され、循環ポンプ２５が動作を開始すると、図４にハッチングで示すように貯留タンク１０→加熱往き側流路２１→燃料電池５→加熱戻り側流路２２→貯留タンク１０の順で湯水が流れる循環系統Ｒが形成される。

燃料電池５が起動すると、燃料電池５内で発生した熱エネルギーが熱交換器６において加熱流路２０内を流れる湯水に回収される。また、燃料電池５の起動に伴って発生する電力は、コージェネレーション系Ｓの外部にある電力負荷Ｅにおいて消費される。また、燃料電池５において発生した電力のうち、電力負荷Ｅにおいて消費しきれない余剰の電力が発生した場合、この余剰電力が電気ヒーター２７に供給され、加熱流路２０内を流れる湯水の加熱に使用される。一方、燃料電池５の加熱能力が不十分であるにもかかわらず燃料電池５において発生した電力が余らない場合等には、コージェネレーション系Ｓの外部の商用電源から電気ヒーター２７に電力が供給され、これにより発生した熱により加熱流路２０内を流れる湯水が加熱される。

上記したようにしてステップ１−６において燃料電池５が起動されると、制御フローはステップ１−７に進む。制御フローがステップ１−７に進むと、制御手段６０は、貯留タンク１０内の湯水の温度（以下、必要に応じて貯留温度ｋ２と称す）を確認する。ここで、貯留温度ｋ２が上記した閾温度Ｋ未満である場合は、貯留タンク１０内の湯水の温度がレジオネラ菌等の細菌類の発生や繁殖に適した温度範囲であるため、制御フローをステップ１−４に戻し、貯留タンク１０内の湯水の再加熱を継続する。一方、ステップ１−７において貯留温度ｋ２が閾温度Ｋ以上である場合は、例え再加熱前に貯留タンク１０内に滞留していた湯水にレジオネラ菌等の細菌類等が存在していたとしても、これらが十分死滅する温度に達している。そのため、制御手段６０は、制御フローをステップ１−８に進めて燃料電池５による湯水の加熱を終了し、一連の制御フローを完了する。

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は、貯留タンク１０に貯留された湯水が長期にわたって滞留しており、その滞留温度ｋ１がレジオネラ菌等のような細菌の死滅温度に相当する閾温度Ｋ以下であることを条件として殺菌モードで動作し、貯留タンク１０内の湯水を閾温度Ｋを超える温度まで再加熱する構成とされている。そのため、本実施形態のコージェネレーションシステム１は、貯留タンク１０内を常に清浄な状態に維持できる。

上記実施形態では、図５のフローチャート等に示すように、貯留タンク１０における湯水の滞留時間ｔが基準時間Ｔを超え、さらに湯水の滞留温度ｋ１が閾温度Ｋを超えることを条件として殺菌モードで動作する例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的には、コージェネレーションシステム１は、滞留時間ｔあるいは滞留温度ｋ１のいずれか一方だけでも基準時間Ｔや閾温度Ｋを超えることを条件として殺菌モードでの動作を開始する構成としたり、滞留時間ｔあるいは滞留温度ｋ１のいずれか一方のみを監視し、必要に応じて殺菌モードで動作する構成としてもよい。

上記したように、コージェネレーションシステム１では、殺菌動作を行う際に給湯側三方弁３２の貯留タンク１０側（加熱系統Ｈ側）のポートが閉止され、給湯系統Ｍと加熱系統Ｈとがそれぞれ独立した状態となる。そのため、コージェネレーションシステム１は、殺菌動作中に給湯動作を行わねばならない状態になっても、再加熱による殺菌処理が不完全である可能性のある湯水がカラン３４を介して排出されるといった不具合が起こらない
。

コージェネレーションシステム１は、給湯装置３１が給湯流路３０の中途であって、貯留タンク１０から排出される湯水の流れ方向下流側に配されており、給湯装置３１を動作させるだけで給湯に必要な湯水を加熱することができる程度の加熱能力を有する。そのため、本実施形態のコージェネレーションシステム１は、殺菌動作中に給湯要求があっても、給湯側三方弁３２を調整して給湯系統Ｍのうち給湯側三方弁３２よりも下流側の部位を加熱系統Ｈから独立させた状態で給湯動作を行っても所望の温度および流量の湯水をカラン３４を介して供給することができる。

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は、貯留側用給水流路５０に逆止弁５２を設けると共に、給湯用給水流路５１にも逆止弁５７を設けた構成とされている。そのため、コージェネレーションシステム１は、殺菌モードでの動作中に殺菌が不完全である湯水が加熱系統Ｈ側から逆流してきたり、貯留側用給水流路５０や給湯用給水流路５１を介して自然循環するなどして給水系統Ｃ側に混入するのを防止できる。従って、上記したコージェネレーションシステム１では、殺菌モードでの動作中に給湯動作を実施しても、未殺菌状態の湯水が給湯用の湯水に混入しない。

コージェネレーションシステム１は、燃料電池５において発生した電力を利用して電気ヒーター２７を作動させ、貯留タンク１０内の湯水を再加熱することができる。そのため、コージェネレーションシステム１によれば、燃料電池５において発生した電力を最大限有効利用することができる。

また、電気ヒーター２７は、外部の商用電源から供給される電力によっても発熱することができ、燃料電池５による湯水の加熱を補助することができる。そのため、コージェネレーションシステム１は、電気ヒーター２７を利用することにより貯留タンク１０内の湯水をより一層スムーズに加熱することができる。

上記実施形態では、電気ヒーター２７が燃料電池５から供給される電力に加えて、外部の商用電源等から供給される電力を利用して発熱可能なものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、コージェネレーションシステム１は、燃料電池５において発生した電力を利用して湯水を加熱する電気ヒーター２７（熱供給手段Ｃ）に加えて、商用電源等を利用して湯水を加熱する電気ヒーター（熱供給手段Ｄ）を別途設けた構成としてもよい。

また、コージェネレーションシステム１は、加熱流路２０の中途に、電気ヒーター２７に加えて、例えば図示しない暖房等に使用される熱源から必要に応じて熱エネルギーの供給を受けて動作する熱交換器等の熱供給手段（熱供給手段Ｄ）を設けた構成としてもよい。

上記したように、コージェネレーションシステム１は、殺菌モードでの動作中に給湯要求があった場合に支流弁５８を開くことにより、給湯用給水流路５１から給湯流路３０に流れ込む湯水の流れ抵抗を低減させ、貯留タンク１０側から給湯流路３０側に湯水が混入するのをほぼ完全に抑制することができる。そのため、コージェネレーションシステム１は、殺菌モードでの動作中に給湯動作を行った際に、貯留タンク１０内の湯水が給湯用給水流路５１側に混入するのを確実に防止できる。

なお、上記実施形態では、支流部５５を単一の流路によって構成した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、支流部５５と同様の機能を果たす流路をさらに別途設け、これに支流弁５８に相当する弁を別途設けた構成としてもよい。かかる構成とすれば、給湯用給水流路５１から給湯流路３０に流れ込む湯水の流れ抵抗をさらに低減したり、湯水の流れ抵抗を適宜調整するなどの方策をとることが可能となり、殺菌モードでの動作中に給湯動作が実施されても、貯留タンク１０内の湯水が給湯用給水流路５１側に混入する不具合をより一層確実に防止することができる。

上記したコージェネレーションシステム１は、加熱された湯水をカラン３４から排出する給湯動作を行うものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば給湯流路３０を介して排出される湯水を風呂への落とし込みに使用する構成としたり、給湯流路３０に加えて別途風呂への落とし込み用の落とし込み流路を設けた構成としてもよい。

コージェネレーションシステム１は、本発明を具体化した一例にすぎず、上記した実施形態に限定されるものではない。さらに具体的には、コージェネレーションシステム１では、発電部２は燃料電池５により発電するものであったが、発電部２にはガスエンジン等を利用した発電装置を採用できる。また、給湯装置３１は、ガスや灯油を燃焼して湯水を加熱するものであったが、電気エネルギーを利用した温水器等、公知の湯水加熱装置を採用することができる。

本発明の一実施形態であ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１に示すコージェネレーションシステムが貯留モードで動作する状態を示す作動原理図である。 図１に示すコージェネレーションシステムが給湯モードで動作する状態を示す作動原理図である。 図１に示すコージェネレーションシステムが殺菌モードで動作する状態を示す作動原理図である。 図１に示すコージェネレーションシステムの動作モードが殺菌モードである場合の動作を示すフローチャートである。 図１に示すコージェネレーションシステムが殺菌給湯運転を行う場合の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

５ 燃料電池（熱供給手段Ａ）
１０ 貯留タンク（貯留手段）
２０ 加熱流路（液体加熱流路）
２７ 電気ヒーター（熱供給手段Ｃ，Ｄ）
３０ 給湯流路
３１ 給湯装置（熱供給手段Ｂ）
３２ 給湯側三方弁（排出弁）
５０ 貯留用給水流路
５１ 給湯用給水流路（排出側給液流路）
５３ 本流部
５５ 支流部
Ｓ コージェネレーション系
Ｈ 加熱系統
Ｃ 給水系統（給液系統）
Ｍ 給湯系統（排出系統）

Claims (7)

1. 液体を貯留する貯留手段と、
   複数の熱供給手段と、
   前記貯留手段に貯留される液体を加熱する加熱系統と、
   前記貯留手段に貯留されている液体を排出可能な排出系統と、
   外部の給液源から液体を供給する給液系統とを有し、
   前記加熱系統は、貯留手段に対して接続された液体加熱流路を有し、当該液体加熱流路の中途に熱供給手段の一又は一群によって構成された熱供給手段Ａを備えたものであり、
   前記排出系統は、前記貯留手段内に貯留された液体を排出可能な液体排出流路を有し、当該液体排出流路の中途に熱供給手段の一又は一群によって構成された熱供給手段Ｂを有し、液体排出流路の中途であって、熱供給手段Ｂよりも貯留手段内に貯留された液体の排出時における液体の流れ方向上流側に、少なくとも貯留手段側から熱供給手段Ｂ側に向けて液体が流れるのを阻止する弁が設けられたものであり、
   前記給液系統は、前記貯留手段に液体を供給する貯留側給液流路と、液体排出流路の中途であって前記弁あるいは前記弁よりも液体の排出時における液体の流れ方向下流側且つ熱供給手段Ｂの上流側に接続され液体排出流路に液体を供給する排出側給液流路とを有し、前記貯留側給液流路および排出側給液流路の中途に、給液源から貯留手段あるいは液体排出流路への液体の流れを許し、その逆を阻止する逆止手段が設けられたものであり、
   貯留手段内に貯留された液体が所定時間以上に渡って滞留していることを条件として、前記弁を閉じた状態で貯留手段内に貯留されている液体を熱供給手段Ａによって加熱する殺菌動作を行い、
   殺菌動作中に給湯要求があった場合には殺菌時給湯運転を実行し、殺菌時給湯運転においては、前記弁を閉止して貯留手段側から熱供給手段Ｂ側に向けて液体が流れるのを阻止し、その状態で排出側給液流路を介して熱供給手段Ｂに水を供給し熱供給手段Ｂで加熱された湯水を外部に供給することを特徴とするコージェネレーションシステム。
2. 液体を貯留する貯留手段と、
   複数の熱供給手段と、
   前記貯留手段に貯留される液体を加熱する加熱系統と、
   前記貯留手段に貯留されている液体を排出可能な排出系統と、
   外部の給液源から液体を供給する給液系統とを有し、
   前記加熱系統は、貯留手段に対して接続された液体加熱流路を有し、当該液体加熱流路の中途に熱供給手段の一又は一群によって構成された熱供給手段Ａを備えたものであり、
   前記排出系統は、前記貯留手段内に貯留された液体を排出可能な液体排出流路を有し、当該液体排出流路の中途に熱供給手段の一又は一群によって構成された熱供給手段Ｂを有し、液体排出流路の中途であって、熱供給手段Ｂよりも貯留手段内に貯留された液体の排出時における液体の流れ方向上流側に、少なくとも貯留手段側から熱供給手段Ｂ側に向けて液体が流れるのを阻止する排出弁が設けられたものであり、
   前記給液系統は、前記貯留系統に液体を供給する貯留側給液流路と、排出側給液流路とを有し、
   当該排出側給液流路は、本流部と、当該本流部から分岐された一又は複数の支流部とを有し、本流部および支流部が液体排出流路の中途であって、液体排出流路の中途に設けられた排出弁あるいは排出弁よりも液体の排出時における液体の流れ方向下流側に接続されており、
   本流部と支流部のうち少なくともいずれか一方には、液体の流れを制限する支流弁が設けられており、
   貯留手段内に貯留された液体が所定時間以上に渡って滞留していることを条件として、前記排出弁を貯留手段側から熱供給手段Ｂ側に向けて液体が流れるのを阻止する状態に調整し、前記支流弁を開けた状態として貯留手段内に貯留されている液体を熱供給手段Ａによって加熱する殺菌動作を行い、
   殺菌動作中に給湯要求があった場合には殺菌時給湯運転を実行し、殺菌時給湯運転においては、前記排出弁を閉止して貯留手段側から熱供給手段Ｂ側に向けて液体が流れるのを阻止し、その状態で排出側給液流路を介し支流弁を経て熱供給手段Ｂに水を供給し熱供給手段Ｂで加熱された湯水を外部に供給することを特徴とするコージェネレーションシステム。
3. 貯留側給液流路および排出側給液流路の中途に、給液源から貯留手段あるいは液体排出流路への液体の流れを許し、その逆を阻止する逆止手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のコージェネレーションシステム。
4. 貯留手段に滞留している液体の温度が所定の閾温度以下であることを殺菌動作を行うための条件とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
5. 熱供給手段Ｂは、熱供給手段Ａよりも液体の加熱能力が高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
6. 熱供給手段Ａは、発電可能であり、発電に伴って発生した熱エネルギーによって液体加熱流路を流れる液体を加熱可能なものであり、
   加熱系統は、前記熱供給手段Ａにおける発電により発生した電力が供給されることにより熱エネルギーを発生し、液体加熱流路を流れる液体を加熱可能な熱供給手段Ｃを有し、
   殺菌動作を行う場合は、熱供給手段Ａによって発電と、発電に伴って発生した熱エネルギーによる液体の加熱を行うと共に、熱供給手段Ａにおいて発生した電力を使用して熱供給手段Ｃを作動させ、液体の加熱を行うことが可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
7. 外部から供給されるエネルギーを利用して液体加熱流路を流れる液体を加熱可能な熱供給手段Ｄを備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。

Images