JP5130258B2 - 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。

発電運転に伴って発生する発電熱で加熱した温水を貯湯タンクに貯湯しておき、貯湯タンクに貯湯しておいた温水を利用して給湯するコージェネレーションシステムが知られている。この種のコージェネレーションシステムを新たに設置する場合や、メンテナンスや長期不使用に備えて貯湯タンク内の水を抜いた後に再度運転する場合等には、運転開始前に貯湯タンクや配管内に水を張る必要がある。

貯湯タンクや配管類に水を張る際に、配管類の途中に設置されている流量センサや電磁弁等の部品が破損してしまうことがあった。
この問題に対応するために、特許文献１に、水張り運転時の給水流量を、予め定めておいた許容給水流量以下に制限する技術が開示されている。

特開２００４−２６３９３４号公報

しかしながら、水張り運転時の許容給水流量を予め定めておいても、流量センサや電磁弁等の要素部品を破損させてしまうことがあった。
その一つの原因は、コージェネレーションシステム内の配管類の長さや配設形状が、コージェネレーションシステムの設置環境毎に異なることにある。配管類を水が流れる場合には、水の粘性によって流量センサ等の動作速度が許容速度未満に抑制されるのに対し、配管類を空気が流れる場合には、流量センサ等が空回りし、その動作速度が許容速度以上に上昇するといった現象が生じやすい。また、水張り運転時には、通常、配管類から空気を追出して水を張るために、配管類に設けられているバルブを開けてから給水する。バルブを開けておいても、空気が抜けにくい場合には、追い出される空気量以上のペースで給水されることがあり、その場合には配管を流れてバルブから放出される空気が加圧されてしまう。水張り運転時の許容給水流量を予め定めておいても、コージェネレーションシステムの配管類から空気が抜けにくい環境にあると、加圧された空気が流量センサ等を通過する際に流量センサ等を空回りさせ、流量センサ等を故障させてしまうことがある。
それを避けるためには、配管類から最も空気が抜けにくい環境を前提にして水張り運転時の許容給水流量を決める必要があるが、そうすると、今度は水張り運転に不必要に長時間を要する場合が頻発するといった問題が生じる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、コージェネレーションシステムを構成する貯湯タンクや配管に水を張る際に、流量センサや電磁弁といった要素部品の破損を防止でき、しかも水張り運転のために不必要に長時間を要するといった問題が生じない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。

本発明のコージェネレーションシステムは、発電装置と、貯湯タンクと、熱回収用熱交換器と、発電装置と熱回収用熱交換器との間で熱媒体を循環させる熱媒循環経路と、貯湯タンクと熱回収用熱交換器との間で温水を循環させる熱回収循環経路と、貯湯タンクに給水する給水経路と、貯湯タンクに給水する給水流量を調整する給水流量調整弁と、貯湯タンク内の圧力を検出可能な圧力センサと、貯湯タンクと外部を連通する外部経路と、該外部経路を開閉する外部経路開閉弁と、制御装置を備え、前記制御装置は、前記圧力センサが検出する圧力が所定値を上回るときに前記給水流量調整弁の開度を小さくする制御を行い、前記貯湯タンクへの給水開始時に前記外部経路開閉弁を開く制御を行うとともに、前記貯湯タンクへの給水開始時に前記圧力センサが検出する圧力が前記所定値を上回る場合に、前記給水流量調整弁を一時的に開弁しない制御を行うことを特徴とする。
本発明のコージェネレーションシステムの一つの形態は、発電装置と、貯湯タンクと、熱回収用熱交換器と、発電装置と熱回収用熱交換器との間で熱媒体を循環させる熱媒循環経路と、貯湯タンクと熱回収用熱交換器との間で温水を循環させる熱回収循環経路と、貯湯タンクに給水する給水経路と、貯湯タンクに給水する給水流量を調整する給水流量調整弁と、貯湯タンク内の圧力を検出可能な圧力センサと、制御装置を備えている。この制御装置は、前記圧力センサが検出する圧力が所定値を上回るときに前記給水流量調整弁の開度を小さくする制御を行う。ここに言う圧力センサは、圧力を検知可能なセンサを広く含み、例えば、圧力に応じてオンオフする圧力スイッチも含まれる。また、ここに言う所定値とは、貯湯タンク内の圧力の許容最大値を言い、貯湯タンク内の圧力がこの値を超えるとコージェネレーションシステムの各要素部品を破損するおそれが大きくなる値を言う。

上記システムによれば、圧力センサで貯湯タンク内の圧力を検出し、所定値を上回る場合には給水流量を制限する。そのため、貯湯タンクまたは配管内の空気が、要素部品が破損される圧力にまで加圧される前に給水流量を制限することができ、要素部品の破損を確実に防止できるようになる。従って、経路を形成する配管の長さや配管の構造に拘らず、更に配管の曲がりや折れ等の有無にも拘らず、経路内の要素部品の破損を防止できる。
一方、要素部品の破損が起こらない範囲内での最大の給水流量で給水を行うことができるようになるため、貯湯タンクへの水張りの時間が不必要に長時間となることもない。

上記コージェネレーションシステムでは、貯湯タンクと外部を連通する外部経路と、その外部経路を開閉する外部経路開閉弁をさらに備えており、前記制御装置が、前記貯湯タンクへの給水開始時に前記外部経路開閉弁を開く制御を行うことが好ましい。

上記システムによれば、貯湯タンクへの給水開始時に前記外部経路開閉弁を開くことで貯湯タンク内の空気を外部経路開閉弁から外部に逃がしながら給水することができ、要素部品の破損を一層防止しやすくなる。

上記コージェネレーションシステムでは、制御装置が、貯湯タンクへの給水開始時に圧力センサが検出する圧力が所定値を上回る場合に、給水流量調整弁を一時的に開弁しない制御を行うことが好ましい。ここに言う給水流量調整弁を一時的に開弁しない制御とは、給水開始時に所定値を上回った圧力がその所定値を下回るまでの間は開弁せず、圧力がその所定値を下回った場合に開弁するように制御する場合、と、所定時間が経過するまでの間は開弁せず、所定時間経過後に開弁するように制御する場合、のいずれであってもよい。

水張り運転は、コージェネレーションシステムの設置直後に実施されるため、不測の事態が起きやすい。給水開始時に貯湯タンク内の圧力が高いといった事態もありえる。
上記システムによれば、給水開始時の貯湯タンク内の圧力が所定値を上回る場合には、給水流量調整弁は一時的に開弁しない。水張り運転のための給水を一時的に止めることができ、その間に貯湯タンク内の空気を外部経路開閉弁から逃がすことができる。要素部品の破損が起き易かった状況下においても、確実に要素部品の破損を防止できるようになる。

上記コージェネレーションシステムでは、報知手段をさらに備え、前記制御装置は、前記圧力センサが検出する圧力が前記所定値を上回るときに、前記報知手段を作動させる制御を行うことが好ましい。

上記システムによれば、貯湯タンク内の圧力が所定値以上になった場合に作動する報知手段により、使用者が貯湯タンク内の圧力が高いことを知ることができる。使用者が、過圧逃がし弁等の外部と連通した開閉弁を手動で開く等して貯湯タンク内の空気を迅速に外部に逃がすことができれば、給水流量を大きくして更に効率よく水張りを行うことができるようになる。

コージェネレーションシステムの系統図。 注水運転中の水の流れを説明するための図。 注水運転における処理を示すフローチャート。

以下に説明する実施例の技術的特徴を列挙する。
（特徴１） 外部経路は貯湯タンクからの溢水をシスターンに供給するシスターン給水経路であり、外部経路開閉弁はシスターン給水経路を開閉するシスターン給水弁である。
（特徴２） 外部経路は貯湯タンクの温水を浴槽に供給するための湯張り経路であり、外部経路開閉弁は湯張り経路を開閉する湯張り弁である。

（第１実施例）
本発明のコージェネレーションシステムの第１実施例について説明する。
図１は、本実施例に係るコージェネレーションシステムの構成を示す図である。図１に示すように、コージェネレーションシステムは、発電ユニット１５０と、給湯ユニット１０と、熱負荷１０８を備えている。発電ユニット１５０は、いわゆる燃料電池である。
コントローラ１４６は、制御プログラムを記憶している。コントローラ１４６には、リモコン１４８の操作信号と、以下で説明する各流量センサの検出信号と、各サーミスタの検出信号等が入力される。コントローラ１４６は、入力された信号と、記憶している制御プログラムに基づいて、以下に説明する各種ポンプ、各種弁、バーナ等の動作を制御する。リモコン１４８は、コントローラ１４６に接続されている。リモコン１４８には、水張りスイッチ、運転スイッチ、給湯温度設定スイッチ、風呂追い焚きスイッチ、風呂湯張りスイッチ等の各種スイッチ１４９ａ〜１４９ｄが設けられている。さらに、本実施例のリモコン１４８には、利用者向けの文字情報等を表示するディスプレイ１９０、報知音声を出力するスピーカー１９１が設けられている。

貯湯タンク１４には、タンク上サーミスタ１５と、第１タンクサーミスタ１６と、第２タンクサーミスタ１８と、第３タンクサーミスタ２０と、第４タンクサーミスタ２２が設けられている。各サーミスタ１５、１６、１８、２０、２２は、縦方向にほぼ均等に配置され、貯湯タンク１４内の温水温度を、それぞれの位置において検出する。各サーミスタ１５、１６、１８、２０、２２の検出信号は、コントローラ１４６に出力される。

貯湯タンク１４の底部には、貯湯タンク１４に水道水を給水する給水経路２４が接続されている。給水経路２４には、減圧弁２６、給水サーミスタ２８、給水流量センサ３０、給水流量サーボ３２、混合サーボ３４、圧力センサ２００、止水弁３５が設けられている。減圧弁２６は、給水経路２４の上流端近傍に配置されている。
減圧弁２６は給水圧力を調整するものである。減圧弁２６により、本来高圧である水道水の給水圧力が、貯湯タンク１４が破損しない程度の給水圧力に減圧される。
給水サーミスタ２８は、給水される水道水の温度を検出する。給水流量センサ３０は、給水される水道水の流量を検出する。給水サーミスタ２８の検出信号と給水流量センサ３０の検出信号はコントローラ１４６に出力される。給水流量サーボ３２と混合サーボ３４は、いずれもステッピングモータを内蔵しており、これが駆動されることによって開度が調整されて流量を変化させる。給水流量サーボ３２は、給水される水道水の流量を調整する。給水流量サーボ３２の開度はコントローラ１４６によって制御される。
混合サーボ３４は、給水経路２４と混合経路３６の接続部に配置されている。混合サーボ３４については後で詳述する。
圧力センサ２００は、貯湯タンク１４内に水張りを行う際の貯湯タンク１４内の圧力を検出する。本実施例では、圧力センサ２００は、給水経路２４中に設けられているが、この位置に設けられていても貯湯タンク１４内の圧力を検出できる。圧力センサ２００は、貯湯タンク１４内の圧力を検出できる位置であれば任意の位置に設けることができる。圧力センサ２００の検出信号はコントローラ１４６に出力される。
止水弁３５は手動で開閉させる弁であり、通常運転中は常時開いておく弁である。この止水弁３５は、メンテナンスの際に、貯湯タンク１４内の水を全て排出させないようにする場合に閉じる弁である。
給水経路２４中、混合サーボ３４と止水弁３５の間に排水経路３８が接続されている。排水経路３８には圧力開放経路４２が接続されている。圧力開放経路４２はコージェネレーションシステムの外部に開放されている。排水経路３８には排水弁４０が介装されている。排水弁４０の開閉は手動で行う。排水弁４０が開かれると、貯湯タンク１４内の温水が排水経路３８を経て排水される。

前記給水経路２４中、止水弁３５の下流側からは予備循環経路１８０が分岐している。予備循環経路１８０の他端は、三方切替弁１８２に接続されている。
三方切替弁１８２には、二つの入口１８２ａ、１８２ｂと、一つの出口１８２ｃが設けられ、二つの入口１８２ａ、１８２ｂのいずれを出口１８２ｃと連通させるかを切り換えられるようにしてある。入口１８２ａには、予備循環経路１８０が接続されている。入口１８２ｂには、貯湯タンク１４の中程から引き出された引き出し流路１８４が接続されている。出口１８２ｃには、後述するバーナ循環往路７６ａの上流端が接続されている。
前記予備循環経路１８０は、通常運転中は使用しない経路であって、長期間貯湯タンク１４内の水を使用しない場合等に、貯湯タンク１４底部から水を引き出して三方切替弁１８２を介して後述のバーナ循環経路７６に流入させ、水をバーナ部６８で加熱して貯湯タンク１４内に戻し、貯湯タンク１４全体を昇温させて殺菌を行う際に使用される経路である。この場合、前記三方切替弁１８２は、入口１８２ａと出口１８２ｃを連通させるように切替を行う。三方切替弁１８２の切替は、コントローラ１４６によって行われる。

貯湯タンク１４の天井部には、貯湯タンク１４内の温水を給湯栓４４や浴槽１２８に給湯する給湯経路４６が接続されている。給湯栓４４は、浴室、洗面所、台所等にそれぞれ配設されている。給湯経路４６には、貯湯タンク１４側から順に、圧力逃がし弁４８と、温水電磁弁５０と、高温サーミスタ５２と、負圧作動弁５３と、出湯サーミスタ５４が設けられている。
圧力逃がし弁４８は、各流路内及び貯湯タンク１４内の圧力が所定値以上となったときに開弁し、各流路内及び貯湯タンク１４内の高圧の空気を外部に逃がすことができ、各流路内及び貯湯タンク１４内の圧力が過剰に上昇することを防止する。圧力逃がし弁４８の出口側は、圧力開放経路４２に接続されている。圧力逃がし弁４８は、上記の場合に開弁するほか、手動で開弁させることもできる。
温水電磁弁５０は、コントローラ１４６によって開閉可能な弁である。コントローラ１４６は、給湯水量センサ３０の検出流量に基づいて給湯の開始／終了を判断し、給湯が開始されたと判断したときに温水電磁弁５０を開弁し、給湯が終了した判断したときに温水電磁弁５０を閉弁する。温水電磁弁５０は、常時は開弁しておき、停電時等に異常な高温出湯が起こった場合等に緊急閉弁できるようにすることもできる。
高温サーミスタ５２は、混合経路３６の接続位置よりも上流側の位置において、給湯経路４６を流れる温水の温度を検出する。高温サーミスタ５２が検出する温度は、貯湯タンク１４から給湯経路４６に流出した温水の温度に実質的に等しい。
負圧作動弁５３は、断水時に階下給湯が行われた場合のように、給湯経路４６内及び貯湯タンク１４内が負圧になる場合に作動し、給湯経路４６内に空気を入れて貯湯タンク１４の負圧による破壊を防止する。
出湯サーミスタ５４は、混合経路３６の接続位置よりも下流側の位置において、給湯経路４６を流れる温水の温度を検出する。出湯サーミスタ５４は、貯湯タンク１４からの温水と混合経路３６からの水道水との混合水の温度を検出する。高温サーミスタ５２と出湯サーミスタ５４の検出信号は、コントローラ１４６に出力される。

また、給湯経路４６には、先述の混合経路３６が接続されている。混合経路３６は、高温サーミスタ５２と負圧作動弁５３の間に接続されている。
給湯経路４６からの温水と混合経路３６からの水道水との混合比は、混合サーボ３４の開度によって調整される。混合サーボ３４の開度を調整することによって給湯温度を調温することができる。混合サーボ３４の開度は、給水サーミスタ２８の検出温度と給湯サーミスタ５４の検出温度に基づいてコントローラ１４６によって指示される。

さらに、給湯経路４６には、湯張り経路１４０の上流端が接続されている。湯張り経路１４０は、給湯経路４６と後述する風呂循環経路１３０を連通する。湯張り経路１４０の上流端は、給湯サーミスタ５４の下流側に接続されており、湯張り経路１４０の下流端は、風呂循環経路の風呂循環往路１３０ａの風呂循環ポンプ１３４と風呂水流スイッチ１３６の間に接続されている。この湯張り経路１４０によって、給湯経路４６から風呂循環経路１３０に温水が供給される。湯張り経路１４０には、湯張り量センサ１４２、湯張り弁１４４が介装されている。湯張り量センサ１４２は、湯張り経路１４０を通過する温水の流量を検出する。湯張り量センサ１４２の検出信号はコントローラ１４６に出力される。湯張り弁１４４の開閉はコントローラ１４６によって制御されている。本実施例では、湯張り弁１４４は、後述するように、貯湯タンク１４への水張り運転開始時に前記圧力センサ２００が検出する貯湯タンク１４内の圧力が所定値以上になったときに開かれるように、コントローラ１４６によって制御されている。

貯湯タンク１４には、貯湯タンク１４と熱回収用熱交換器１５４との間で温水を循環させる熱回収循環経路５６が設けられている。発電ユニット１５０には、発電ユニット１５０と熱回収用熱交換器１５４との間で熱媒体を循環させる熱媒循環経路１５２が設けられている。熱回収循環経路５６と、熱媒循環経路１５２はともに熱回収用熱交換器１５４を通過するように配設されている。熱回収用熱交換器１５４は、熱媒循環経路１５２を流れる熱媒と、熱回収循環経路５６を流れる温水との間で、熱交換（熱伝達）を行う。
熱回収循環経路５６は、貯湯タンク１４から熱回収用熱交換器１５４へ向かう熱回収循環往路５６ａと、熱回収用熱交換器１５４から貯湯タンク１４へ向かう熱回収循環復路５６ｂを備えている。
熱回収循環往路５６ａは、貯湯タンク１４の下部（詳しくは底部）と、熱回収用熱交換器１５４の上流端とを接続している。熱回収循環往路５６ａには、熱回収循環ポンプ５８と、熱回収流量センサ５９と、循環往路サーミスタ６０が設けられている。
熱回収循環ポンプ５８は、熱回収循環経路５６内の温水を循環させる。熱回収循環ポンプ５８の動作は、コントローラ１４６によって制御される。熱回収流量センサ５９は、熱回収循環経路５６を流れている温水の流量を検出する。循環往路サーミスタ６０は、熱回収循環往路５６ａを流れる温水の温度を検出する。熱回収流量センサ５９の検出信号、及び、循環往路サーミスタ６０の検出信号は、コントローラ１４６に出力される。
熱回収循環復路５６ｂは、熱回収用熱交換器１５４の下流端と、貯湯タンク１４の上部（詳しくは天井部）とを接続している。熱回収循環復路５６ｂには、循環復路サーミスタ６２と三方弁６４が設けられている。
循環復路サーミスタ６２は、三方弁６４の上流側に配置されている。循環復路サーミスタ６２は、熱回収用熱交換器１５４を通過した後の温水の温度を検出する。循環復路サーミスタ６２の検出信号はコントローラ１４６に出力される。
三方弁６４は、１つの入口６４ａと２つの出口６４ｂ，６４ｃを有している。三方弁６４の入口６４ａには、熱回収循環復路５６ｂの上流側部分が接続されている。三方弁６４の一方の出口６４ｃには、熱回収循環復路５６ｂの下流側部分が接続されている。三方弁６４の他方の出口６４ｂには、バイパス経路６６の一端が接続されている。バイパス経路６６の他端は、熱回収循環往路５６ａの途中に接続されている。三方弁６４の入口６４ａと出口６４ｃが連通すると、発電ユニット１５０と貯湯タンク１４を経由する循環経路が形成され、三方弁６４の入口６４ａと出口６４ｂが連通すると、発電ユニット１５０を経由して貯湯タンク１４をバイパスする（通過しない）循環経路が形成される。三方弁６４の切換えはコントローラ１４６によって制御される。

バーナ部６８は、バーナ７０、潜熱熱交換器７２、顕熱熱交換器７４を備えている。バーナ７０は、ガスを燃料として燃焼する。バーナ７０で発生する燃焼排ガスの熱によって潜熱熱交換器７２内の温水が予備加熱される。このときの燃焼排ガスの温度低下によって燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮し、窒素酸化物が溶け込んだ酸性ドレンが生成される。潜熱熱交換器７２で予備加熱された温水は、顕熱熱交換器７４でバーナ７０の燃焼熱によって再加熱される。
潜熱熱交換器７２には、ドレンを排出又は回収するためのドレン経路９２が接続されている。ドレン経路９２は、圧力開放経路４２に接続されている。ドレン経路９２には、中和器９４が介装されている。中和器９４内には炭酸カルシウムが充填されている。酸性のドレンは、中和器９４内を通過する間に、炭酸カルシウムによってｐＨ６から７に中和される。中和されたドレンは、ドレン経路９２から圧力開放経路４２を通じて、外部に排出される。また、ドレン経路９２の中和器９４の下流側には、オーバーフロー経路９８が接続しており、シスターン１００から溢れた水を圧力開放経路４２に流入させて外部に排出するようにしてある。

貯湯タンク１４とバーナ部６８はバーナ循環経路７６によって接続されている。バーナ循環経路７６は、貯湯タンク１４からバーナ部６８へ向かうバーナ循環往路７６ａと、バーナ部６８から貯湯タンク１４へ向かうバーナ循環復路７６ｂを備えている。バーナ循環往路７６ａの上流端は前記三方切替弁１８２の出口１８２ｃに接続されている。三方切替弁１８２の入口１８２ｂには貯湯タンク１４の中間部（第１サーミスタ１６と第２サーミスタ１８の中間部）から引き出された引き出し流路１８４が接続されている。コントローラ１４６によって、入口１８２ｂと出口１８２ｃが連通するように三方切替弁１８２を切り換えると、貯湯タンク１４の中間部から温水が引き出されてバーナ循環往路７６ａに流入する。

バーナ循環往路７６ａは、前記三方切替弁１８２の出口１８２ｃと潜熱熱交換器７２の上流端を接続している。バーナ循環往路７６ａには、バーナ入口サーミスタ８１と、バーナ循環ポンプ８０と、バーナ循環流量センサ８２と、バーナ循環流量サーボ８４が設けられている。バーナ入口サーミスタ８１は、バーナ循環往路７６ａを流れる温水の温度を検出する。バーナ入口サーミスタ８１の検出信号は、コントローラ１４６に出力される。バーナ循環ポンプ８０は、バーナ循環経路７６内の温水を循環させる。バーナ循環ポンプ８０の動作は、コントローラ１４６によって制御される。バーナ循環流量センサ８２は、バーナ循環経路７６を流れている温水の流量を検出する。バーナ循環流量センサ８２が検出する流量は、貯湯タンク１４からバーナ循環往路７６ａに流出している温水の流量およびバーナ循環復路７６ｂから貯湯タンク１４に流入している温水の流量に実質的に等しい。バーナ循環流量センサ８２の検出信号は、コントローラ１４６に出力される。バーナ循環流量サーボ８４は内蔵のステッピングモータを駆動することによってその開度を調整することができる流量調整弁である。バーナ循環流量サーボ８４の開度はコントローラ１４６によって制御される。コントローラ１４６は、バーナ循環流量サーボ８４の開度を調整することによって、バーナ循環経路７６を流れる温水の流量を調整する。なお、バーナ循環経路７６を流れる温水の流量を調整するにあたっては、バーナ循環流量サーボ８４の開度を調整することに代えて、バーナ循環ポンプ８０の回転数を調整する構成としてもよい。

バーナ循環復路７６ｂは顕熱熱交換器７４の下流端と貯湯タンク１４の天井部を接続している。バーナ循環復路７６ｂは暖房用熱交換器１１４を通過するように配設されている。暖房用熱交換器１１４にはバーナ循環復路７６ｂ内の温水の熱が入力される。バーナ循環復路７６ｂにはバーナ出口サーミスタ８８と熱交換器出口サーミスタ９０が設けられている。バーナ出口サーミスタ８８は、バーナ部６８の出口側に配置されて、バーナ部６８を通過した後の温水の温度を検出する。熱交換器出口サーミスタ９０は、暖房用熱交換器１１４の下流側に配置されて、暖房用熱交換器１１４を通過した後の温水の温度を検出する。バーナ出口サーミスタ８８の検出信号と熱交換器出口サーミスタ９０の検出信号はコントローラ１４６に出力される。バーナ循環復路７６ｂの熱交換器出口サーミスタ９０の下流側には、第１制御弁１６０が設けられている。第１制御弁１６０の開閉は、コントローラ１４６によって制御される。

バーナ循環復路７６ｂには、バーナ部６８を通過した温水を、暖房用熱交換器１１４を経由させずに貯湯タンク１４に戻すためのバイパス経路７８が設けられている。バイパス経路７８の上流端はバーナ循環復路７６中のバーナ出口サーミスタ８８と暖房用熱交換器１１４の入力側の間に接続されている。バイパス経路７８の下流端は、バーナ循環復路７６中の第１制御弁１６０と貯湯タンク１４０の天井部の間に接続されている。バイパス経路７８には、第２制御弁１６２が設けられている。第２制御弁１６２の開閉は、コントローラ１４６によって制御される。

バーナ循環復路７６ｂの熱交換器出口サーミスタ９０と第１制御弁１６０の間に、第２バーナ循環復路１７０の一端が接続している。第２バーナ循環復路１７０の他端は、バーナ循環往路７６ａに接続している。第２バーナ循環復路１７０には第３制御弁１６４が設けられている。第３制御弁１６４の開閉は、コントローラ１４６によって制御される。

バーナ循環復路７６ｂの熱交換器出口サーミスタ９０と第１制御弁１６０の間に、第３バーナ循環復路１７２の一端が接続している。第３バーナ循環復路１７２の他端は、貯湯タンク１４の下部に接続している。第３バーナ循環復路１７２には第４制御弁１６６が設けられている。第４制御弁１６６の開閉は、コントローラ１４６によって制御される。

第１制御弁１６０、第２制御弁１６２、第３制御弁１６４および第４制御弁１６６のうち、いずれを開いていずれを閉じるかは、コージェネレーションシステムの運転状況に応じてコントローラ１４６によって制御される。第１制御弁１６０が開かれ、他の制御弁が閉じられると、暖房用熱交換器１１４を通過した温水はバーナ循環復路７６ｂを経由して貯湯タンク１４の上部に流入する。第２制御弁１６２が開かれ、他の制御弁が閉じられると、バーナ部６８を通過した温水は暖房用熱交換器１１４を通過せずに貯湯タンク１４の上部に流入する。第３制御弁１６４が開かれ、他の制御弁が閉じられると、暖房用熱交換器１１４を通過した温水はバーナ循環復路７６ｂから第２バーナ循環復路１７０を経由してバーナ循環往路７６ａに流入する。第４制御弁１６６が開かれ、他の制御弁が閉じられると、暖房用熱交換器１１４を通過した温水はバーナ循環復路７６ｂから第３バーナ循環復路１７２を経由して貯湯タンク１４の下部に流入する。前記各制御弁１６０〜１６６は、二つ以上の弁を同時に開くように制御することもできる。

前記バーナ循環往路７６ａのバーナ循環流量サーボ８４とバーナ部６８の間からは、シスターン給水経路１０２が分岐している。シスターン給水経路１０２には、シスターン給水弁１０６が設けられている。シスターン給水弁１０６は、シスターン１００に貯湯タンク１４からの温水を給水するときに開かれる。
シスターン１００内の温水の水位は、棒状のローレベルスイッチ１０１ａとハイレベルスイッチ１０１ｂとによって監視されている。ローレベルスイッチ１０１ａとハイレベルスイッチ１０１ｂは、その下端が水に触れているとオン信号を出力する。ローレベルスイッチ１０１ａとハイレベルスイッチ１０１ｂが出力したオン信号は、コントローラ１４６に送られる。ローレベルスイッチ１０１ａがオン信号を出力すれば、シスターン１００内の温水の水位は少なくともローレベル水位以上であると判断される。ハイレベルスイッチ１０１ｂがオン信号を出力すれば、シスターン１００内の温水の水位がハイレベル水位以上であると判断される。
シスターン給水弁１０６の開閉は、コントローラ１４６によって制御されている。通常の運転時には、シスターン給水弁１０６は、シスターン１００の水位をハイレベル水位とローレベル水位との間に維持するように、コントローラ１４６によって制御されている。
また、本実施例では、シスターン給水弁１０６は、後述するように、貯湯タンク１４への水張り運転開始時、又は、水張り運転中において、前記圧力センサ２００が検出する貯湯タンク１４内の圧力が所定値以上になったときに開かれるように、コントローラ１４６によって制御されている。

本実施例のリモコン１４８には、利用者向けの文字情報等を表示するディスプレイ１９０、報知音声を出力するスピーカー１９１が設けられている。本実施例では、圧力センサ２００が検出する貯湯タンク１４内の圧力が所定値以上になった場合、利用者にその旨をディスプレイ１９０に表示するとともに、警告音や音声をスピーカー１９１から出すようにコントローラ１４６によって制御されている。ディスプレイ１９０及びスピーカー１９１による報知を受けて、過圧逃がし弁４８や給水栓４４を手動で開くよう利用者に促すことが可能となる。

本実施例では、熱負荷１０８として暖房装置、風呂装置、給湯装置を有している。暖房装置の端末機としては、エアコンと床暖房機を有している。図１中では、エアコンと床暖房機を暖房端末機１１０として示している。シスターン１００と暖房端末機１１０は暖房循環経路１１２によって接続されている。暖房循環経路１１２は、シスターン１００から暖房端末機１１０へ向かう暖房循環往路１１２ａと、暖房端末機１１０からシスターン１００へ向かう暖房循環復路１１２ｂとを備える。暖房循環往路１１２ａは暖房用熱交換器１１４を通過するように配設されている。暖房循環往路１１２ａには、暖房循環ポンプ１１６、暖房循環サーミスタ１１８が設けられている。暖房循環ポンプ１１６は、暖房循環経路１１２内の温水を循環させる。暖房循環ポンプ１１６は、暖房端末機１１０のスイッチの操作に伴って駆動される。暖房循環ポンプ１１６の駆動はコントローラ１４６によって制御される。暖房循環サーミスタ１１８は、暖房用熱交換器１１４の下流側に配置されて、暖房用熱交換器１１４を通過した後の温水の温度を検出する。暖房循環サーミスタ１１８の検出信号はコントローラ１４６に出力される。暖房端末機１１０内の暖房循環経路１１２には暖房熱動弁１２０が設けられている。暖房熱動弁１２０は、暖房端末機１１０のスイッチの操作に伴って開閉する。暖房熱動弁１２０の開閉はコントローラ１４６によって制御される。

暖房循環往路１１２ａの暖房用熱交換器１１４の下流側であり、かつ暖房循環サーミスタ１１８の下流側からは、追焚き経路１２２が分岐している。追焚き経路１２２の下流端は暖房循環復路１１２ｂのシスターン１００近傍に接続されている。追焚き経路１２２は風呂用熱交換器１２４を通過するように配設されている。暖房循環往路１１２ａ内の温水の熱は、風呂用熱交換器１２４に入力される。追焚き経路１２２には、追焚き熱動弁１２６が介装されている。追焚き熱動弁１２６は、風呂の追焚きスイッチの操作に伴って開閉する。追焚き熱動弁１２６の開閉はコントローラ１４６によって制御される。

風呂の浴槽１２８には風呂循環経路１３０が接続されている。風呂循環経路１３０は、風呂用熱交換器１２４を通過するように配設されている。風呂循環経路１３０は、浴槽１２８から風呂用熱交換器１２４へ向かう風呂循環往路１３０ａと、風呂用熱交換器１２４から浴槽１２８へ向かう経路が風呂循環復路１３０ｂを備える。風呂循環往路１３０ａには、風呂水位センサ１３２、風呂循環ポンプ１３４、風呂水流スイッチ１３６、風呂循環サーミスタ１３８が設けられている。風呂水位センサ１３２は、風呂循環経路１３０内の温水の水圧を検出する。風呂水位センサ１３２の検出信号はコントローラ１４６に出力される。風呂水位センサ１３２によって検出される水圧は、浴槽１２８内の温水の水位を推定するために利用される。風呂循環ポンプ１３４は、風呂循環経路１３０内の温水を循環させる。風呂循環ポンプ１３４は、リモコン１４８のスイッチの操作に伴って駆動される。風呂循環ポンプ１３４の駆動はコントローラ１４６によって制御される。風呂水流スイッチ１３６は、風呂循環経路１３０内を温水が流れるとオンとなる。風呂水流スイッチ１３６のオンオフ信号はコントローラ１４６に出力される。風呂循環サーミスタ１３８は、風呂用熱交換器１２４の上流側に配置されて、風呂用熱交換器１２４に入水する温水の温度を検出する。風呂循環サーミスタ１３８の検出信号はコントローラ１４６に出力される。図に示すように、風呂循環往路１３０ａには、前記湯張り経路１４０が接続されており、湯張り経路１４０を介して給湯経路４６から温水が供給されるようにしてある。

次に、本実施例のコージェネレーションシステムを新たに設置する場合や、メンテナンス等の事情によって貯湯タンク１４の水を抜いた後に再度運転させる場合等において、運転開始前に貯湯タンク１４内に水を張る運転（以下、本明細書中では単に「水張り運転」と呼ぶ。）について説明する。

（水張り運転）
図２、図３を参照して水張り運転について説明する。水張り運転では、図２は、水張り運転中における水の主要な流路を太線で示した図である。図３は、水張り運転のフローチャートである。図３に示すフローに沿って、水張り運転における処理の流れを説明する。

ステップＳ２においてコージェネレーションシステムの電源スイッチが押されて電源がオンとなると、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、コントローラ１４６によって、リモコン１４８の水張り運転スイッチがオンとなったか否かが判別される。コントローラ１４６が、リモコン１４８の水張り運転スイッチが押された、即ち、水張り運転スイッチがオンになったと判断すると（Ｓ４：ＹＥＳ）、ステップＳ６に進む。一方、水張り運転スイッチがオンになったと判断しなければ（Ｓ４：ＮＯ）、コントローラ１４６は、水張り運転スイッチがオンになるまで同じ判別を繰り返す。

ステップＳ６では、コントローラ１４６が、水張り運転スイッチがオンとなった時点において、圧力センサ２００の検出値、即ち、貯湯タンク１４内の圧力が所定値以上となっているか否かを判別する。ここに言う所定値とは、貯湯タンク１４内の圧力が所定の値を超えた場合、貯湯タンク１４内の圧縮された空気が各流路を通過することによって、バーナ循環流量センサ８２等の各種要素部品が破損するおそれのある圧力の値を言う。この時点で圧力センサ２００の検出値が所定値以上であった場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、ステップＳ８に進む。一方、圧力センサ２００の検出値が所定値より小さかった場合（Ｓ６：ＮＯ）、ステップＳ１２に進む。なお、この時点で貯湯タンク１４内の圧力が所定値以上となる場合（Ｓ６：ＹＥＳ）とは、水張り運転スイッチが押される前に、水張り運転用の給水栓（図示しない）が全開にされていた場合のことである。この場合、次のステップＳ８の処理を行わなければ、高圧の水道水が急激に貯湯タンク１４に流入し、貯湯タンク１４内に残存していた空気が急激且つ過度に圧縮されて各種経路内の要素部品を破損させるおそれが大きい。

ステップＳ８では、コントローラ１４６は、給水流量サーボ３２を全閉にする。給水流量サーボ３２を全閉にすることで、貯湯タンク１４への給水はストップされる。また、コントローラ１４６は、シスターン給水弁１０６と湯張り弁１４４を開き、圧縮された貯湯タンク１４内の空気を外部に逃がす経路を設ける。シスターン給水弁１０６と湯張り弁１４４を開くことで、圧縮された空気は外部へと逃がされ、貯湯タンク１４内の圧力は降下する。ステップＳ８の処理が行われると、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、コントローラ１４６は、ディスプレイ１９０に、貯湯タンク１４内の圧力が所定値以上となっている旨を表示する。また、スピーカー１９１を作動させ、その旨を音声や警告音で報知する。ディスプレイ１９０及びスピーカー１９１による報知を受けて、過圧逃がし弁４８や給水栓４４を開くよう利用者に促す。利用者の操作によって過圧逃がし弁４８や給水栓４４が開かれれば、圧縮された空気が逃げる箇所がさらに増えるため、貯湯タンク１４内の圧縮空気をより早く大量に外部に逃がすことができ、水張り運転の効率が向上する。ステップＳ１０の処理が行われると、ステップＳ６に戻り、コントローラ１４６によって再び圧力センサ２００の検出値が所定値以上か否かが判別される。ここで再び圧力センサ２００の検出値が所定値以上となれば（Ｓ６：ＹＥＳ）、上記ステップＳ８、Ｓ１０の処理を継続する。一方、圧力センサ２００の検出値が所定値以下となっていれば（Ｓ６：ＮＯ）、開いた湯張り弁１４４を閉じ、ディスプレイ１９０及びスピーカー１９１による報知を終了させて、ステップＳ１２に進むことができる。

ステップＳ１２では、コントローラ１４６は、給水流量サーボ３２を開いて貯湯タンク１４への給水を開始するとともに、シスターン給水弁１０６を開いて貯湯タンク１４内の空気を外部に逃がす経路を設ける。ここで開かれる給水流量サーボ３２の開度は、全開とすることが水張り運転を迅速に行う上では好ましい。なお、該給水流量サーボ３２が開かれたとき、水は主として図２の太線に示すように給水経路２４を通って貯湯タンク１４へ流入する。ただし、水の圧力が強い場合等には、これ以外の流路で貯湯タンク１４に流入する場合もある。例えば、一部の水が混合サーボ３４を逆流し、混合経路３６、給湯経路４６を介して貯湯タンク１４内に流入する場合もある。また、一部の水が、予備循環経路１８０から三方切替弁の入口１８２ａ、入口１８２ｂを通って貯湯タンク１４内に流入する場合もある。以上のようなステップＳ１２の処理が行われることで貯湯タンク１４への給水が開始される。ステップＳ１２の処理が行われると、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、コントローラ１４６が、貯湯タンク１４への給水中において、圧力センサ２００の検出値、即ち、貯湯タンク１４内の圧力が所定値以上となっているか否かを判別する。このとき圧力センサ２００の検出値が所定値以上であった場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１６に進む。一方、圧力センサ２００の検出値が所定値より小さかった場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ステップＳ２０に進む。なお、貯湯タンク１４への給水中において貯湯タンク１４内の圧力が所定値以上となる場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）とは、単位時間当たりに貯湯タンク１４に供給される水量が、単位時間当たりに貯湯タンク１４から外部へ逃がされる空気量を大きく上回る場合のことである。この場合、次のステップＳ１６の処理を行わなければ、上記と同様の理由によって各種経路内の要素部品が破損されるおそれが大きい。

ステップＳ１６では、コントローラ１４６は、給水流量サーボ３２の開度を小さくするように制御する。給水流量サーボ３２の開度が小さくなれば、給水経路２４を介して貯湯タンク１４に流入する水量が小さくなる。単位時間当たりに貯湯タンク１４に供給される水量が、単位時間当たりに貯湯タンク１４から逃がされる空気量より大幅に多くなる状態を解消できるようになる。ステップＳ１６の処理が行われると、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、上記のステップＳ１０と同様に、コントローラ１４６は、ディスプレイ１９０に、貯湯タンク１４内の圧力が所定値以上となっている旨を表示する。また、スピーカー１９１を作動させ、その旨を音声や警告音で報知する。ステップＳ１８の処理が行われると、ステップＳ１４に戻り、コントローラ１４６によって再び圧力センサ２００の検出値が所定値以上か否かが判別される。ここで再び圧力センサ２００の検出値が所定値以上となれば（Ｓ１４：ＹＥＳ）、上記ステップＳ１６、Ｓ１８の処理を継続する。一方、圧力センサ２００の検出値が所定値以下となっていれば（Ｓ１４：ＮＯ）、ディスプレイ１９０及びスピーカー１９１による報知を終了させて、ステップＳ２０に進むことができる。

ステップＳ２０では、コントローラ１４６は、シスターン１００のハイレベルスイッチ１０１ｂがオンとなったか否かを判別する。コントローラ１４６が、ハイレベルスイッチ１０１ｂがオンとなったと判断すると（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ステップＳ２２へ進む。ハイレベルスイッチ１０１ｂが未だオンとなっていないと判断すると（Ｓ２０：ＮＯ）、ステップＳ１４に戻り、給水を継続する。ここで、ハイレベルスイッチ１０１ｂがオンとなる場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）とは、貯湯タンク１４内が水で満たされて、貯湯タンク１４からあふれ出た水が各流路を満たし、さらにシスターン給水弁１０６からシスターン１００内に流入し、ハイレベルスイッチ１０１ｂがオンになるまで満たされた状態を言う。この状態になると、コントローラ１４６は水張りが完了したと判断する。

ステップＳ２２では、コントローラ１４６は、給水流量サーボ３２を全閉にする。また、シスターン給水弁１０６も閉じる。ステップＳ２２の処理が行われると、水張り運転が終了する。

（その他の運転）
本実施例のコージェネレーションシステムは、上記した水張り運転を行って貯湯タンク１４及び各経路内に水張りを行った後に、蓄熱運転、給湯運転、暖房運転、風呂湯張り運転、風呂追焚き運転を開始できるようになる。図１に示す各矢印は、蓄熱運転、給湯運転、暖房運転、風呂湯張り運転、風呂追焚き運転の各運転に伴う温水（水）の流れを示している。

（その他の実施例）
第１実施例では、シスターン給水弁１０６と湯張り弁１４４の双方を開くのは水張り運転開始時点で圧力センサ２００の検出値が所定値を上回った場合に限られていた。しかし、かかる場合に限られず、水張り運転開始時に、シスターン給水弁１０６と湯張り弁１４４の双方を開き、シスターン給水弁１０６と湯張り弁１４４の双方を開いた状態で水張りを行うようにしてもよい。この場合、高圧の空気を外部に一層逃がしやすくなるため、水張り運転を効率よく行うことができる。

上記各実施例では、圧力センサ２００の検出値が所定値を超えたことを報知する手段として、リモコン１４８に設けられたディスプレイ１９０とスピーカー１９１を使用していた。しかし、報知する手段はこれには限られず、任意とすることができる。従って、リモコン１４８とは別の報知手段を設けることができる。例えば、圧力センサ２００の検出値が所定値を超えた場合に、警告音を発する警告音発生装置や、発光によって利用者に放置する発光装置等を報知手段として使用することもできる。

上記各実施例では、圧力センサ２００の検出値が所定値を超えた場合に、コントローラ１４６の制御によって開かれるのはシスターン給水弁１０６と湯張り弁１４４とに限られていた。しかし、圧力センサ２００の検出値が所定値を超えた場合に開かれる弁は、これには限られず、コントローラ１４６で開閉を制御でき、且つ、貯湯タンクと外部を連通する経路を開閉することができる弁であれば、任意の弁とすることができる。

上記各実施例では、圧力センサ２００によって常時貯湯タンク１４内の圧力を検知し、検知結果の信号をコントローラ１４６に出力するようにしていたが、圧力センサ２００に変えて、所定圧以上の圧力を検知した時点でコントローラ１４６にオン信号を出力する圧力スイッチを用いることもできる。その場合、コントローラ１４６は、圧力スイッチからのオン信号を受信した時点で、シスターン給水弁１０６や湯張り弁１４４を開く制御（図３：ステップＳ８参照。）や、給水流量を制限する制御（図３：ステップＳ１６参照。）を行うこととなる。また、圧力スイッチがオンからオフに切り替わった時点で、処理を終了する制御を行うこととなる。

上記各実施例では、水張り運転開始時点において圧力センサ２００の検出値が所定値を超えていた場合、圧力センサ２００の検出値が所定値以下になるまで給水流量サーボ３２を全閉にするようにしていた。しかし、この場合に、給水流量サーボ３２を所定時間だけ全閉にし、所定時間経過後に開弁するようにすることもできる。

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。
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合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合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。

１０：給湯ユニット
１４：貯湯タンク
１５：タンク上サーミスタ
１６：第１タンクサーミスタ
１８：第２タンクサーミスタ
２０：第３タンクサーミスタ
２２：第４タンクサーミスタ
２４：給水経路
２６：減圧弁
２８：給水サーミスタ
３０：給水流量センサ
３２：給水流量サーボ
３４：混合サーボ
３５：止水弁
３６：混合経路
３８：排水経路
４０：排水弁
４２：圧力開放経路
４４：給湯栓
４６：給湯経路
４８：圧力逃し弁
５０：温水電磁弁
５２：高温サーミスタ
５４：給湯サーミスタ
５６：熱回収循環経路、５６ａ：循環往路、５６ｂ：循環復路
５８：熱回収循環ポンプ
５９：熱回収流量センサ
６０：循環往路サーミスタ
６２：循環復路サーミスタ
６４：三方弁、６４ａ：入口、６４ｂ：入口、６４ｃ：出口
６６：バイパス経路
６８：バーナ部
７０：バーナ
７２：潜熱熱交換器
７４：顕熱熱交換器
７６：バーナ循環経路、７６ａ：循環往路、７６ｂ：循環復路
７８：バイパス経路
８０：バーナ循環ポンプ
８１：バーナ入口サーミスタ
８２：バーナ循環流量センサ
８４：バーナ循環流量サーボ
８６：バーナバイパスサーボ
８８：バーナ出口サーミスタ
９０：熱交換器出口サーミスタ
９２：ドレン経路
９４：中和器
９８：オーバーフロー経路
１００：シスターン
１０２：シスターン給水経路
１０４：負圧弁
１０６：シスターン給水弁
１０８：熱負荷
１１０：暖房端末機
１１２：暖房循環経路、１１２ａ：循環往路、１１２ｂ：循環復路
１１４：暖房用熱交換器
１１６：暖房循環ポンプ
１１８：暖房循環サーミスタ
１２０：暖房熱動弁
１２２：追焚き経路
１２４：風呂用熱交換器
１２６：追焚き熱動弁
１２８：浴槽
１３０：風呂循環経路、１３０ａ：循環往路、１３０ｂ：循環復路
１３２：風呂水位センサ
１３４：風呂循環ポンプ
１３６：風呂水流スイッチ
１３８：風呂循環サーミスタ
１４０：湯張り経路
１４２：湯張り量センサ
１４４：注湯電磁弁
１４６：コントローラ
１４８：リモコン
１４９ａ、１４９ｂ、１４９ｃ、１４９ｄ：スイッチ
１５０：発電ユニット
１５２：熱媒循環経路
１５４：熱回収用熱交換器
１６０：第１制御弁
１６２：第２制御弁
１６４：第３制御弁
１６８：第４制御弁
１７０：第２バーナ循環経路
１７２：第３バーナ循環経路
１８０：予備循環経路
１８２：三方切替弁、１８２ａ：入口、１８２ｂ：入口、１８２ｃ：出口
１８４：引き出し流路
１９０：ディスプレイ
１９１：スピーカー
２００：圧力センサ

Claims (2)

1. 発電装置と、
   貯湯タンクと、
   熱回収用熱交換器と、
   発電装置と熱回収用熱交換器との間で熱媒体を循環させる熱媒循環経路と、
   貯湯タンクと熱回収用熱交換器との間で温水を循環させる熱回収循環経路と、
   貯湯タンクに給水する給水経路と、
   貯湯タンクに給水する給水流量を調整する給水流量調整弁と、
   貯湯タンク内の圧力を検出可能な圧力センサと、
   貯湯タンクと外部を連通する外部経路と、
   該外部経路を開閉する外部経路開閉弁と、
   制御装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記圧力センサが検出する圧力が所定値を上回るときに前記給水流量調整弁の開度を小さくする制御を行い、
   前記貯湯タンクへの給水開始時に前記外部経路開閉弁を開く制御を行うとともに、
   前記貯湯タンクへの給水開始時に前記圧力センサが検出する圧力が前記所定値を上回る場合に、前記給水流量調整弁を一時的に開弁しない制御を行う、
   ことを特徴とするコージェネレーションシステム。
2. 報知手段をさらに備え、
   前記制御装置は、前記圧力センサが検出する圧力が前記所定値を上回るときに、前記報知手段を作動させる制御を行うことを特徴とする請求項１のコージェネレーションシステム。

Images