JP5608033B2

JP5608033B2 - 加熱モード切換装置

Info

Publication number: JP5608033B2
Application number: JP2010221696A
Authority: JP
Inventors: 秀樹早川; 秀樹山口; 輝森田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: JP2012077961A

Description

本発明は、ヒートポンプ装置により水を加熱する第１加熱熱交換器を備えている加熱モード切換装置に関する。

従来、給湯利用箇所に供給する水を貯留する給湯タンクと、ヒートポンプ装置により水を加熱する第１加熱熱交換器と、熱と電力とを発生する熱電併給装置（ガスエンジンや燃料電池）にて発生した排熱により水を加熱する排熱加熱式熱交換器とを設けたコージェンレーションシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１に記載のシステムでは、水を通流させる水路が、給湯タンクを通過する循環水を第１加熱熱交換器、排熱加熱式熱交換器の順に直列に経由させて加熱し、その加熱された水を給湯タンクに戻すように構成されている。これにより、まずは、給湯タンクから取り出した水を第１加熱熱交換器にて加熱し、更に、その第１加熱熱交換器にて加熱された水を排熱加熱式熱交換器にて加熱して、ヒートポンプ装置にて取得される熱及び熱電併給装置の排熱の双方を有効に活用して、給湯タンクに温水を貯留させるようにしている。

特開２００８−１８５２４５号公報

熱電併給装置としては、エンジンや燃料電池が適応可能であるので、排熱加熱式熱交換器として、エンジンの排熱により水を加熱するエンジン排熱加熱式熱交換器を採用する場合と、燃料電池の排熱により水を加熱する燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用する場合とがある。エンジン排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、例えば、エンジンとエンジン排熱加熱式熱交換器の間で冷却水を循環させ、エンジンの排熱を回収した冷却水をエンジン排熱加熱式熱交換器に循環供給して、エンジン排熱加熱式熱交換器にて水を加熱するように構成することができる。燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、例えば、燃料電池排熱加熱式熱交換器において燃料電池の排気と直接熱交換して、水を加熱するように構成することができる。

ここで、燃料電池については、燃料電池の損傷を防止する等の理由から、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度について上限温度（例えば、４０℃）が設定されている。したがって、排熱加熱式熱交換器として燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を上限温度（例えば、４０℃）以下にする必要がある。

しかしながら、上記特許文献１に記載のシステムでは、水を通流させる水路が、給湯タンクを通過する循環水を第１加熱熱交換器、燃料電池排熱加熱式熱交換器の順に直列に経由させて加熱しているので、燃料電池排熱加熱式熱交換器には、第１加熱熱交換器にて加熱された水が供給される。したがって、装置の運転条件によっては、第１加熱熱交換器にて上限温度（例えば、４０℃）よりも高い温度まで水を加熱してしまい、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度が上限温度（例えば、４０℃）よりも高くなる場合がある。

具体的に説明すると、装置の運転条件として、例えば、給湯タンクに貯留する水の目標温度を７０℃とし、第１加熱熱交換器に供給される水の温度を、冬期では１０℃、夏期では３０℃とする。そして、各熱交換器での加熱量を、第１加熱熱交換器では１ｋＷｈ、燃料電池排熱加熱式熱交換器では０．６ｋＷｈ、エンジン排熱加熱式熱交換器では２．８ｋＷｈとする。
給湯タンクを通過する循環水を第１加熱熱交換器、燃料電池排熱加熱式熱交換器の順に直列に経由させて加熱する場合には、加熱量の比率が第１加熱熱交換器：燃料電池排熱加熱式熱交換器＝１：０．６程度となる。したがって、冬期では、第１加熱熱交換器に１０℃で供給された水が４８℃まで加熱され、夏期では、第１加熱熱交換器に３０℃で供給された水が５５℃まで加熱される。これにより、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度は、冬期では４８℃となり、夏期では５５℃となり、冬期及び夏期の何れの時期も、上限温度（例えば、４０℃）よりも高くなってしまう。

そこで、排熱加熱式熱交換器として燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、給湯タンクを通過する循環水を第１加熱熱交換器と燃料電池排熱加熱式熱交換器とに並列に経由させて加熱することが考えられる。この場合には、冬期では第１加熱熱交換器及び燃料電池加熱式熱交換器の双方に１０℃の水が供給され、夏期では第１加熱熱交換器及び燃料電池加熱式熱交換器の双方に３０℃の水が供給されることになる。したがって、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度は、冬期でも夏期でも上限温度（例えば、４０℃）以下となる。これにより、排熱加熱式熱交換器として燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、給湯タンクを通過する循環水を第１加熱熱交換器と燃料電池排熱加熱式熱交換器とに並列に経由させることで、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を上限温度（例えば、４０℃）以下としながら、ヒートポンプ装置にて取得される熱及び熱電併給装置の排熱の双方を有効に活用して、給湯タンクに温水を貯留させることができる。

上記特許文献１に記載のシステムでは、水を加熱するための熱交換器として、第１加熱熱交換器と排熱加熱式熱交換器を設けた場合を示しているが、例えば、排熱加熱式熱交換器に代えて、太陽熱にて水を加熱する太陽熱加熱式熱交換器を設けることも可能である。太陽熱加熱式熱交換器にて水を加熱する場合には、太陽熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を極力低くすることで、太陽熱と水との温度差を大きくとることができ、太陽熱にて水を効率よく加熱することができる。しかしながら、上記特許文献１に記載のシステムと同様に、水を通流させる水路を、給湯タンクを通過する循環水を第１加熱熱交換器、太陽熱加熱式熱交換器の順に直列に経由させるように構成した場合には、第１加熱熱交換器にて加熱された水が太陽熱加熱式熱交換器に供給される。これにより、太陽熱加熱式熱交換器に供給される水の温度が高温になるので、太陽熱加熱式熱交換器での加熱を効率よく行うことができず、装置としてエネルギー効率の低下を招くことになる。
そこで、排熱加熱式熱交換器に代えて、太陽熱加熱式熱交換器を採用する場合には、給湯タンクを通過する循環水を第１加熱熱交換器と太陽熱加熱式熱交換器とに並列に経由させて加熱することが考えられる。この場合には、給湯タンクを通過する循環水が、第１加熱熱交換器にて加熱されることなく、太陽熱加熱式熱交換器に供給される。したがって、太陽熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を極力低くすることができ、太陽熱加熱式熱交換器での加熱を効率よく行うことができ、装置としてエネルギー効率の向上を図ることができる。

以上のことから、排熱加熱式熱交換器としてエンジン排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、水を通流させる水路として、給湯タンクを通過する循環水を第１加熱熱交換器、エンジン排熱加熱式熱交換器の順に直列に経由させる直列専用の水路を設ける。一方、排熱加熱式熱交換器として燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用する場合、又は、排熱加熱式熱交換器に代えて、太陽熱加熱式熱交換器を採用する場合には、水を通流させる水路として、給湯タンクを通過する循環水を第１加熱熱交換器と燃料電池排熱加熱式熱交換器又は太陽熱加熱式熱交換器とに並列に経由させる並列専用の水路を設けることが考えられる。しかしながら、各場合について専用の水路を設けると、エンジン排熱加熱式熱交換器を採用するか燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用するか太陽熱加熱式熱交換器を採用するかは使用者によって選択されるので、その使用者の選択に対応するためには、エンジン排熱加熱式熱交換器を採用する場合の直列専用の水路と燃料電池排熱加熱式熱交換器又は太陽熱加熱式熱交換器を採用する場合の並列専用の水路との双方を予め準備しておかなければならない。したがって、エンジン排熱加熱式熱交換器を採用するか燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用するか太陽熱加熱式熱交換器を採用するかの選択に対応し難いものとなっており、コストアップを招くものとなる。
また、例えば、熱電併給装置をエンジンから燃料電池に変更する場合や、水を加熱するための熱交換器をエンジン排熱加熱式熱交換器から太陽熱加熱式熱交換器に変更する場合も考えられる。この場合には、熱電併給装置や熱交換器の交換だけでなく、水を通流させる水路をも直列専用の水路から並列専用の水路に交換しなければならない。したがって、その交換作業が大変手間のかかるものとなって、熱電併給装置や熱交換器の変更にも対応することが難しい。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、第１加熱熱交換器とは別の熱交換器として、エンジン排熱加熱式熱交換器を採用するか燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用するか太陽熱加熱式熱交換器を採用するかの選択に対して、コストアップを招くことなく、柔軟に且つ容易に対応することができ、熱電併給装置や熱交換器の変更にも柔軟に且つ容易に対応することができ、装置としてエネルギー効率の向上を図ることができる加熱モード切換装置を提供する点にある。

この目的を達成するために、本発明に係る加熱モード切換装置の特徴構成は、給湯利用箇所に供給する水を貯留する給湯タンクと暖房負荷で熱を消費する暖房負荷熱交換器と追焚負荷で熱を消費する追焚負荷熱交換器の少なくとも何れかを接続する第１接続部と、ヒートポンプ装置により水を加熱する第１加熱熱交換器と、熱と電力とを発生する熱電併給装置にて発生した排熱により水を加熱する排熱加熱式熱交換器もしくは太陽熱にて水を加熱する太陽熱加熱式熱交換器の何れかの第２加熱熱交換器を接続する第２接続部とが備えられ、前記第１接続部に接続される前記給湯タンクと前記暖房負荷熱交換器と前記追焚負荷熱交換器の少なくとも何れかを通過する循環水を前記第１加熱熱交換器と前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器とに並列に経由させて加熱する並列加熱モードで水を通流させる水路と、前記循環水を前記第１加熱熱交換器、前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器の順に直列に経由させて加熱する直列加熱モードで水を通流させる水路とに切換自在なモード切換手段が備えられ、
前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器として、前記太陽熱加熱式熱交換器を採用する場合には、前記モード切換手段が前記並列加熱モードに切り換え、前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器として、前記排熱加熱式熱交換器の１つであるエンジンの排熱により水を加熱するエンジン排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、前記モード切換手段が前記直列加熱モードに切り換え、前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器として、前記排熱加熱式熱交換器の１つである燃料電池の排熱により水を加熱する燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、前記モード切換手段が前記直列加熱モード及び前記並列加熱モードの何れかに切り換えるように構成されている点にある。

本特徴構成によれば、第１接続部には、給湯タンクと暖房負荷熱交換器と追焚負荷熱交換器の少なくとも何れかを接続することができる。したがって、第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器にて加熱された水の供給対象として、給湯タンクだけでなく、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器を適応することもできる。その結果、第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器にて加熱された水によって、給湯タンクへの貯湯だけでなく、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器への熱供給をも行うことができる。

そして、本特徴構成によれば、第２接続部に接続される第２加熱熱交換器として、エンジン排熱加熱式熱交換器を採用するか燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用するか太陽熱加熱式熱交換器を採用するかの使用者の選択に応じて、モード切換手段が、水を通流させる水路を並列加熱モードと直列加熱モードに切り換えることができる。

例えば、第２接続部に接続される第２加熱熱交換器としてエンジン排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、モード切換手段が直列加熱モードに切り換えることができる。これにより、給湯タンク、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器を通過する循環水を第１加熱熱交換器、エンジン排熱加熱式熱交換器の順に直列に経由させて加熱し、その加熱された水を給湯タンク、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器に戻すことができる。したがって、第１加熱熱交換器の出口での水の出口温度を目標温度よりも低い温度としても、第１加熱熱交換器にて加熱された水が更にエンジン排熱加熱式熱交換器にて加熱されることから、給湯タンク、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器に供給される水の温度を目標温度とすることができる。
ここで、図９に示すように、第１加熱熱交換器の出口温度とヒートポンプ装置の成績係数（ＣＯＰ）とは、出口温度が高くなるほど成績係数（ＣＯＰ）が低下するという傾向がある。そこで、第１加熱熱交換器の出口温度を極力低くすることで、ヒートポンプ装置の成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができ、装置としてエネルギー効率の向上を図ることができる。

また、第２接続部に接続される第２加熱熱交換器として燃料電池排熱加熱式熱交換器又は太陽熱加熱式熱交換器を採用する場合には、例えば、モード切換手段が並列加熱モードに切り換えることができる。これにより、給湯タンク、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器を通過する循環水を第１加熱熱交換器と燃料電池排熱加熱式熱交換器又は太陽熱加熱式熱交換器とに並列に経由させて加熱し、第１加熱熱交換器にて加熱された水と燃料電池排熱加熱式熱交換器又は太陽熱加熱式熱交換器にて加熱された水を合流させて給湯タンク、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器に戻すことができる。したがって、燃料電池排熱加熱式熱交換器には、循環水が加熱されることなく供給されるので、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を上限温度（例えば、４０℃）以下に抑えることができる。その結果、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を上限温度（例えば、４０℃）以下としながら、ヒートポンプ装置にて取得される熱に加えて、熱電併給装置の排熱を有効に活用して、給湯タンクへの貯湯、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器への熱供給を行うことができる。また、第２加熱熱交換器として太陽熱加熱式熱交換器を採用する場合にも、太陽熱加熱式熱交換器には、循環水が加熱されることなく供給されるので、太陽熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を極力低くすることができ、太陽熱と水との温度差を大きくとることができる。その結果、太陽熱加熱式熱交換器での加熱を効率よく行うことができ、装置としてエネルギー効率の向上を図ることができる。

そして、第２加熱熱交換器として、エンジン排熱加熱式熱交換器を採用するか燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用するか太陽熱加熱式熱交換器を採用するかの使用者の選択に応じて、水を通流させる共通の水路をモード切換手段が並列加熱モードと直列加熱モードに切り換えるだけでよい。したがって、第２加熱熱交換器として、エンジン排熱加熱式熱交換器を採用するか燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用するか太陽熱加熱式熱交換器を採用するかの選択に対して、コストアップを招くことなく、柔軟に且つ容易に対応することができる。しかも、第２加熱熱交換器を変更する場合でも、水を通流させる共通の水路をモード切換手段が並列加熱モードと直列加熱モードの間でモード切換を行うだけでよく、第２加熱熱交換器の変更にも柔軟に且つ容易に対応することができる。

さらに、本特徴構成によれば、第２接続部に接続される第２加熱熱交換器として、太陽熱加熱式熱交換器を採用する場合には、モード切換手段が並列加熱モードに切り換えるので、上述の如く、太陽熱加熱式熱交換器での加熱を効率よく行うことができ、装置としてエネルギー効率の向上を図ることができる。
第２接続部に接続される第２加熱熱交換器として、エンジン排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、モード切換手段が直列加熱モードに切り換えるので、上述の如く、ヒートポンプ装置の成績係数（ＣＯＰ）を向上させて、装置としてエネルギー効率の向上を図ることができる。
第２接続部に接続される第２加熱熱交換器として、燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、モード切換手段が直列加熱モード及び並列加熱モードの何れかに切り換えるように構成されているので、装置の運転条件等によって、直列加熱モードと並列加熱モードとの間で適切なモード切換を行うことができる。そして、直列加熱モードに切り換えた場合には、装置としてエネルギー効率の向上を図ることができ、並列加熱モードに切り換えた場合には、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を上限温度（例えば、４０℃）以下としながら、ヒートポンプ装置にて取得される熱に加えて、熱電併給装置の排熱を有効に活用して、給湯タンクへの貯湯、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器への熱供給を行うことができる。

本発明に係る加熱モード切換装置の更なる特徴構成は、前記燃料電池が固体酸化物形燃料電池である場合には、前記モード切換手段が前記並列加熱モードに切り換える点にある。

本特徴構成によれば、燃料電池が固体酸化物形燃料電池である場合には、モード切換手段が並列加熱モードに切り換えるので、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を確実に上限温度（例えば、４０℃）以下とすることができる。したがって、燃料電池の損傷等の問題が生じることがない状態で、ヒートポンプ装置にて取得される熱に加えて、燃料電池の排熱を有効に活用して、給湯タンクへの貯湯、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器への熱供給を行うことができる。

本発明に係る加熱モード切換装置の更なる特徴構成は、前記燃料電池が固体高分子形燃料電池である場合には、前記モード切換手段が、前記循環水を前記第１加熱熱交換器、前記第２接続部に接続される前記燃料電池排熱加熱式熱交換器の順に直列に経由させても良好な運転を確保できる直列条件が満たされると、前記直列加熱モードに切り換え、前記直列条件が満たされなければ、前記並列加熱モードに切り換えるように構成されている

本特徴構成によれば、燃料電池が固体高分子形燃料電池である場合には、直列条件が満たされているか否かによって、直列加熱モードと並列加熱モードとの間でモード切換を適切に行うことができる。したがって、固体高分子形燃料電池に対して最適なモードにて、ヒートポンプ装置にて取得される熱に加えて、燃料電池の排熱を有効に活用して、給湯タンクへの貯湯、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器への熱供給を行うことができる。
ここで、直列条件は、給湯タンクを通過する循環水を第１加熱熱交換器、第２接続部に接続される燃料電池排熱加熱式熱交換器の順に直列に経由させても、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を上限温度（例えば、４０℃）以下としながら、ヒートポンプ装置にて取得される熱及び燃料電池の排熱の双方を有効に活用して、給湯タンクへの貯湯、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器への熱供給を行うことができる良好な運転を確保できる条件として設定されている。そして、直列条件は、例えば、季節が冬期であるという条件や、第１加熱熱交換器に供給される水の入口温度が直列加熱切換設定温度以下であるという条件に設定することができる。

本発明に係る加熱モード切換装置の更なる特徴構成は、前記モード切換手段は、前記直列加熱モード及び前記並列加熱モードに加えて、前記循環水を前記第１加熱熱交換器に経由させて加熱し、前記第１加熱熱交換器にて加熱された水の一部を前記第２加熱熱交換器に経由させて加熱する部分直列加熱モードにも切換自在に構成されている点にある。

本特徴構成によれば、部分直列加熱モードでは、循環水が第１加熱熱交換器にて加熱され、その第１加熱熱交換器にて加熱された水の一部だけが更に第２加熱熱交換器にて加熱される。第１加熱熱交換器にて加熱された水と第２加熱熱交換器にて加熱された水とが合流されるので、ヒートポンプ装置にて取得される熱に加えて、熱電併給装置の排熱又は太陽熱を有効に活用しながら水を加熱することができる。そして、モード切換手段は、直列加熱モード及び並列加熱モードに加えて、部分直列加熱モードにも切り換えることができるので、装置の運転条件等によって、最適なモードにて、ヒートポンプ装置にて取得される熱に加えて、熱電併給装置の排熱又は太陽熱を有効に活用して、給湯タンクへの貯湯、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器への熱供給を行うことができる。

本発明に係る加熱モード切換装置の更なる特徴構成は、前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器として、前記排熱加熱式熱交換器の１つである燃料電池の排熱により水を加熱する前記燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、前記モード切換手段が、前記第１加熱熱交換器にて加熱された水の一部を前記燃料電池排熱加熱式熱交換器に経由させても良好な運転を確保できる部分直列条件が満たされると、前記部分直列加熱モードに切り換える点にある。

本特徴構成によれば、第２接続部に接続される第２加熱熱交換器として、燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、モード切換手段が、部分直列条件が満たされると部分直列加熱モードに切り換えることができるので、部分直列加熱モードへのモード切換を適切に行うことができる。
ここで、部分直列条件は、第１加熱熱交換器にて加熱された水の一部を燃料電池排熱加熱式熱交換器に経由させても、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を上限温度（例えば、４０℃）以下としながら、ヒートポンプ装置にて取得される熱及び燃料電池の排熱の双方を有効に活用して、給湯タンクへの貯湯、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器への熱供給を行うことができる良好な運転を確保できる条件として設定されている。そして、部分直列条件は、例えば、季節が冬期であるという条件や、第１加熱熱交換器に供給される水の入口温度が部分直列加熱切換設定温度以下であるという条件に設定することができる。

本発明に係る加熱モード切換装置の更なる特徴構成は、前記第１接続部の一方と前記第１加熱熱交換器を接続する第１流路部位と、前記第１加熱熱交換器と前記第２接続部の一方を接続する第２流路部位と、前記第２接続部の他方と前記第１接続部の他方を接続する第３流路部位と、前記第２流路部位の途中部位と前記第３流路部位の途中部位とを接続する第４流路部位と、前記第１流路部位の途中部位と前記第２流路部位における前記第４流路部位への接続箇所と前記第２接続部の一方までの間の部位を接続する第５流路部位とが備えられ、前記第１流路部位と前記第２流路部位の一部と前記第４流路部位と前記第３流路部位の一部とから第１加熱熱交換器の単独加熱水路が構成され、前記第１流路部位の一部と前記第５流路部位と前記第２流路部位の一部と前記第３流路部位とから第２加熱熱交換器の単独加熱水路が構成され、前記第１流路部位と前記第２流路部位と前記第３流路部位とから第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器の兼用加熱水路が構成され、前記モード切換手段は、前記第１加熱熱交換器の単独加熱水路と前記第２加熱熱交換器の単独加熱水路にて水を通流させることで前記並列加熱モードに切り換え、前記第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器の兼用加熱水路にて水を通流させることで前記直列加熱モードに切り換えている点にある。

本特徴構成によれば、第１〜第５流路部位が備えられ、それら第１〜第５流路部位を組み合わせることで、第１加熱熱交換器の単独加熱水路、第２加熱熱交換器の単独加熱水路、及び、第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器の兼用加熱水路を適切に構成することができる。そして、モード切換手段は、第１加熱熱交換器の単独加熱水路と第２加熱熱交換器の単独加熱水路にて水を通流させることで並列加熱モードに切り換え、第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器の兼用加熱水路にて水を通流させることで直列加熱モードに切り換えているので、複数の加熱水路のうち、どの加熱水路にて水を通流させるかを制御するだけで、モードの切換を容易に且つ適切に行うことができる。

本発明に係る加熱モード切換装置の更なる特徴構成は、前記第２接続部に前記第２加熱熱交換器を接続しない非接続状態として前記第２接続部の末端を閉止自在に構成され、前記第２接続部の末端を閉止する場合には、前記モード切換手段が、前記循環水を前記第１加熱熱交換器のみに経由させて加熱する第１加熱熱交換器の単独加熱モードに切り換える点にある。

本特徴構成によれば、第２接続部に第２加熱熱交換器を接続しない非接続状態として接続部の末端を閉止する場合には、モード切換手段が、循環水を第１加熱熱交換器のみに経由させて加熱する第１加熱熱交換器の単独加熱モードに切り換えるので、第２加熱熱交換器を接続せずに、循環水を第１加熱熱交換器のみにて水を加熱して給湯タンクへの貯湯、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器への熱供給を行うことができる。
本発明に係る加熱モード切換装置の別の特徴構成は、給湯利用箇所に供給する水を貯留する給湯タンクと暖房負荷で熱を消費する暖房負荷熱交換器と追焚負荷で熱を消費する追焚負荷熱交換器の少なくとも何れかを接続する第１接続部と、ヒートポンプ装置により水を加熱する第１加熱熱交換器と、熱と電力とを発生する熱電併給装置にて発生した排熱により水を加熱する排熱加熱式熱交換器もしくは太陽熱にて水を加熱する太陽熱加熱式熱交換器の何れかの第２加熱熱交換器を接続する第２接続部とが備えられ、前記第１接続部に接続される前記給湯タンクと前記暖房負荷熱交換器と前記追焚負荷熱交換器の少なくとも何れかを通過する循環水を前記第１加熱熱交換器と前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器とに並列に経由させて加熱する並列加熱モードで水を通流させる水路と、前記循環水を前記第１加熱熱交換器、前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器の順に直列に経由させて加熱する直列加熱モードで水を通流させる水路とに切換自在なモード切換手段が備えられ、
前記モード切換手段は、前記直列加熱モード及び前記並列加熱モードに加えて、前記循環水を前記第１加熱熱交換器に経由させて加熱し、前記第１加熱熱交換器にて加熱された水の一部を前記第２加熱熱交換器に経由させて加熱する部分直列加熱モードにも切換自在に構成されている点にある。
本特徴構成によれば、第１接続部には、給湯タンクと暖房負荷熱交換器と追焚負荷熱交換器の少なくとも何れかを接続することができる。したがって、第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器にて加熱された水の供給対象として、給湯タンクだけでなく、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器を適応することもできる。その結果、第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器にて加熱された水によって、給湯タンクへの貯湯だけでなく、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器への熱供給をも行うことができる。
そして、本特徴構成によれば、第２接続部に接続される第２加熱熱交換器として、エンジン排熱加熱式熱交換器を採用するか燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用するか太陽熱加熱式熱交換器を採用するかの使用者の選択に応じて、モード切換手段が、水を通流させる水路を並列加熱モードと直列加熱モードに切り換えることができる。
例えば、第２接続部に接続される第２加熱熱交換器としてエンジン排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、モード切換手段が直列加熱モードに切り換えることができる。これにより、給湯タンク、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器を通過する循環水を第１加熱熱交換器、エンジン排熱加熱式熱交換器の順に直列に経由させて加熱し、その加熱された水を給湯タンク、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器に戻すことができる。したがって、第１加熱熱交換器の出口での水の出口温度を目標温度よりも低い温度としても、第１加熱熱交換器にて加熱された水が更にエンジン排熱加熱式熱交換器にて加熱されることから、給湯タンク、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器に供給される水の温度を目標温度とすることができる。
ここで、図９に示すように、第１加熱熱交換器の出口温度とヒートポンプ装置の成績係数（ＣＯＰ）とは、出口温度が高くなるほど成績係数（ＣＯＰ）が低下するという傾向がある。そこで、第１加熱熱交換器の出口温度を極力低くすることで、ヒートポンプ装置の成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができ、装置としてエネルギー効率の向上を図ることができる。
また、第２接続部に接続される第２加熱熱交換器として燃料電池排熱加熱式熱交換器又は太陽熱加熱式熱交換器を採用する場合には、例えば、モード切換手段が並列加熱モードに切り換えることができる。これにより、給湯タンク、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器を通過する循環水を第１加熱熱交換器と燃料電池排熱加熱式熱交換器又は太陽熱加熱式熱交換器とに並列に経由させて加熱し、第１加熱熱交換器にて加熱された水と燃料電池排熱加熱式熱交換器又は太陽熱加熱式熱交換器にて加熱された水を合流させて給湯タンク、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器に戻すことができる。したがって、燃料電池排熱加熱式熱交換器には、循環水が加熱されることなく供給されるので、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を上限温度（例えば、４０℃）以下に抑えることができる。その結果、燃料電池排熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を上限温度（例えば、４０℃）以下としながら、ヒートポンプ装置にて取得される熱に加えて、熱電併給装置の排熱を有効に活用して、給湯タンクへの貯湯、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器への熱供給を行うことができる。また、第２加熱熱交換器として太陽熱加熱式熱交換器を採用する場合にも、太陽熱加熱式熱交換器には、循環水が加熱されることなく供給されるので、太陽熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を極力低くすることができ、太陽熱と水との温度差を大きくとることができる。その結果、太陽熱加熱式熱交換器での加熱を効率よく行うことができ、装置としてエネルギー効率の向上を図ることができる。
そして、第２加熱熱交換器として、エンジン排熱加熱式熱交換器を採用するか燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用するか太陽熱加熱式熱交換器を採用するかの使用者の選択に応じて、水を通流させる共通の水路をモード切換手段が並列加熱モードと直列加熱モードに切り換えるだけでよい。したがって、第２加熱熱交換器として、エンジン排熱加熱式熱交換器を採用するか燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用するか太陽熱加熱式熱交換器を採用するかの選択に対して、コストアップを招くことなく、柔軟に且つ容易に対応することができる。しかも、第２加熱熱交換器を変更する場合でも、水を通流させる共通の水路をモード切換手段が並列加熱モードと直列加熱モードの間でモード切換を行うだけでよく、第２加熱熱交換器の変更にも柔軟に且つ容易に対応することができる。
さらに、本特徴構成によれば、部分直列加熱モードでは、循環水が第１加熱熱交換器にて加熱され、その第１加熱熱交換器にて加熱された水の一部だけが更に第２加熱熱交換器にて加熱される。第１加熱熱交換器にて加熱された水と第２加熱熱交換器にて加熱された水とが合流されるので、ヒートポンプ装置にて取得される熱に加えて、熱電併給装置の排熱又は太陽熱を有効に活用しながら水を加熱することができる。そして、モード切換手段は、直列加熱モード及び並列加熱モードに加えて、部分直列加熱モードにも切り換えることができるので、装置の運転条件等によって、最適なモードにて、ヒートポンプ装置にて取得される熱に加えて、熱電併給装置の排熱又は太陽熱を有効に活用して、給湯タンクへの貯湯、暖房負荷熱交換器や追焚負荷熱交換器への熱供給を行うことができる。

第１接続部及び第２接続部の両方を非接続状態とした場合の加熱モード切換装置を示す図第１接続部を接続状態とし且つ第２接続部を非接続状態とした場合の加熱モード切換装置を示す図第１接続部及び第２接続部の両方を接続状態とし、第２加熱熱交換器としてエンジン排熱加熱式熱交換器を採用した場合の加熱モード切換装置を示す図第１接続部及び第２接続部の両方を接続状態とし、第２加熱熱交換器として燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用した場合の加熱モード切換装置を示す図第１接続部及び第２接続部の両方を接続状態とし、第２加熱熱交換器として燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用した場合の加熱モード切換装置を示す図第１接続部及び第２接続部の両方を接続状態とし、第２加熱熱交換器としてエンジン排熱加熱式熱交換器を採用して暖房負荷熱交換器への熱供給を行う場合の加熱モード切換装置を示す図第２実施形態における加熱モード切換装置を示す図第４実施形態における加熱モード切換装置を示す図第１加熱熱交換器の出口での水の出口温度とヒートポンプ装置の成績係数（ＣＯＰ）との関係を示すグラフ

本発明に係る加熱モード切換装置の実施形態について図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
この加熱モード切換装置１００は、図１〜図４に示すように、給湯利用箇所に供給する水を貯留する給湯タンク６及び暖房負荷で熱を消費する暖房負荷熱交換器１４を接続する第１接続部１５と、ヒートポンプ装置１により水を加熱する第１加熱熱交換器２と、熱と電力とを発生する熱電併給装置３にて発生した排熱により水を加熱する排熱加熱式熱交換器４ａ，４ｂである第２加熱熱交換器４を接続する第２接続部１６とが備えられている。

図１は、第１接続部１５に給湯タンク６及び暖房負荷熱交換器１４を接続していない非接続状態とし、且つ、第２接続部１６に第２加熱熱交換器４を接続していない非接続状態とした場合を示している。図２は、第１接続部１５に給湯タンク６及び暖房負荷熱交換器１４を接続している接続状態とし、且つ、第２接続部１６に第２加熱熱交換器４を接続していない非接続状態とした場合を示している。図３及び図４は、第１接続部１５に給湯タンク６及び暖房負荷熱交換器１４を接続している接続状態とし、且つ、第２接続部１６に第２加熱熱交換器４を接続している接続状態とした場合を示している。図１〜図４では、水や媒体が通流する部位を太線にて示している。

ヒートポンプ装置１は、圧縮機７、凝縮器としての第１加熱熱交換器２、膨張弁８、蒸発器９の順に媒体（冷媒）を循環させる媒体回路１０を備えた圧縮式ヒートポンプ装置にて構成されている。これにより、ヒートポンプ装置１の媒体（冷媒）は、蒸発器９において外気等から熱を取得し、第１加熱熱交換器２は、ヒートポンプ装置１の媒体（冷媒）が外気等から取得した熱により水を加熱自在に構成されている。

第１接続部１５は、図２〜４に示すように、水を通流させる水路に対して、給湯タンク６及び暖房負荷熱交換器１４を接続自在に構成されている。第１接続部１５に給湯タンク６及び暖房負荷熱交換器１４を接続した場合には、給湯タンク６及び暖房負荷熱交換器１４に水を供給自在で、給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４を通過した循環水を接続する水路に通流自在に構成されている。給湯タンク６は、例えば、密閉型のタンクにて構成されており、温度が高い水（温水）は上方側に且つ温度が低い水は下方側に温度成層を形成する状態で水を貯留自在に構成されている。図示は省略するが、暖房負荷熱交換器１４と暖房負荷（例えば、床暖房装置や浴室暖房乾燥装置）との間で熱媒体を循環させる循環路が備えられており、暖房負荷熱交換器１４は、第１加熱熱交換器２や第２加熱熱交換器４にて加熱されて供給される水と循環路の熱媒体とを熱交換させて水にて熱媒体を加熱するように構成されている。
第２接続部１６は、図３及び図４に示すように、水を通流させる水路に対して、第２加熱熱交換器４を接続自在に構成されている。第２接続部１６に第２加熱熱交換器４を接続した場合には、第２加熱熱交換器４に水を供給自在で、且つ、第２加熱熱交換器４を通過した水を接続する水路に通流自在に構成されている。

この加熱モード切換装置１００では、水を通流させる水路が複数の流路部位から構成されている。加熱モード切換装置１００は、流路部位として、第１接続部１５の一方と第１加熱熱交換器２を接続する第１流路部位Ｒ１と、第１加熱熱交換器２と第２接続部１６の一方を接続する第２流路部位Ｒ２と、第２接続部１６の他方と第１接続部１５の他方を接続する第３流路部位Ｒ３と、第２流路部位Ｒ２の途中部位と第３流路部位Ｒ３の途中部位とを接続する第４流路部位Ｒ４と、第１流路部位Ｒ１の途中部位と第２流路部位Ｒ２における第４流路部位Ｒ４への接続箇所と第２接続部１６の一方までの間の部位を接続する第５流路部位Ｒ５とが備えられている。

第１流路部位Ｒ１と第５流路部位Ｒ５との接続箇所には、第１三方弁Ｓ１が設けられ、第２流路部位Ｒ２と第４流路部位Ｒ４との接続箇所には、第２三方弁Ｓ２が設けられている。図１に示すように、第１接続部１５の一方は、第１流路部位Ｒ１の一方側（第１加熱熱交換器２を接続する側とは反対側）の末端にて構成され、第１接続部１５の他方は、第３流路部位Ｒ３の一方側の末端にて構成されている。第２接続部１６の一方は、第２流路部位Ｒ２の一方側（第１加熱熱交換器２を接続する側とは反対側）の末端にて構成され、第２接続部１６の他方は、第３流路部位Ｒ３の他方側の末端にて構成されている。

図２〜図４では、第１接続部１５に対して、複数の接続流路部位Ｔ１〜Ｔ４を用いて、給湯タンク６及び暖房負荷熱交換器１４が接続されている。このときの接続流路部位として、第１接続部１５の他方（第３流路部位Ｒ３の一方側の末端）と給湯タンク６の上部とを接続する第１接続流路部位Ｔ１と、給湯タンク６の下部と第１接続部１５の一方（第１流路部位Ｒ１の一方側（第１加熱熱交換器２を接続する側とは反対側）の末端）とを接続する第２接続流路部位Ｔ２と、第１接続流路部位Ｔ１の２箇所の途中部位を接続する第３接続流路部位Ｔ３と、第３接続流路部位Ｔ３の途中部位と第２接続流路部位Ｔ２の途中部位とを接続する第４接続流路部位Ｔ４とが備えられている。

第１接続流路部位Ｔ１には、水の通流方向の順に、循環ポンプＰ１、第１開閉弁Ｋ１が備えられている。第３接続流路部位Ｔ３は、第１接続流路部位Ｔ１において循環ポンプＰ１と第１開閉弁Ｋ１の間の部位と第１開閉弁Ｋ１と給湯タンク６への接続箇所との間の部位とを接続するように構成されている。第３接続流路部位Ｔ３の途中部位には暖房負荷熱交換器１４が備えられている。第３接続流路部位Ｔ３と第４接続流路部位Ｔ４との接続箇所には、第１切換弁Ｌ１が備えられており、この第１切換弁Ｌ１が、暖房負荷熱交換器１４を通過した水をそのまま第３接続流路部位Ｔ３に供給する状態と暖房負荷熱交換器１４を通過した水を第４接続流路部位Ｔ４に供給する状態とに切換自在に構成されている。

図３及び図４では、第２接続部１６に対して、複数の接続流路部位Ｔ５、Ｔ６を用いて、第２加熱熱交換器４が接続されている。このときの接続流路部位として、第２接続部１６の一方（第２流路部位Ｒ２の一方側（第１加熱熱交換器２を接続する側とは反対側）の末端）と第２加熱熱交換器４の入口側とを接続する第５接続流路部位Ｔ５と、第２加熱熱交換器４の出口側と第２接続部１６の他方（第３流路部位Ｒ３の他方側の末端）とを接続する第６接続流路部位Ｔ６とが備えられている。そして、図４に示すように、第５接続流路部位Ｔ５の途中部位にはラジエータＭ１が備えられている。これにより、後述するように、第２加熱熱交換器４として燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂを採用した場合に、給湯タンク６における蓄熱量が満杯状態(給湯タンク６に貯留されている水の温度が目標温度（例えば７０℃）以上となっている状態)となっても、ラジエータＭ１を作動させて、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂに供給される水の温度を上限温度（例えば、４０℃）以下とすることができる。

上述の第１〜第５流路部位Ｒ１〜Ｒ５を組み合わせて、給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４を通過する循環水を加熱して給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４に戻す加熱水路が構成されている。加熱水路としては、給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４を通過する循環水を第１加熱熱交換器２のみに経由させて加熱して給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４に戻す第１加熱熱交換器の単独加熱水路Ｗ１（図４参照）と、給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４を通過する循環水を第２接続部１６に接続される第２加熱熱交換器４のみに経由させて加熱して給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４に戻す第２加熱熱交換器の単独加熱水路Ｗ２（図４参照）と、給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４を通過する循環水を第１加熱熱交換器２、第２接続部１６に接続される第２加熱熱交換器４との順に直列に経由させて加熱して給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４に戻す第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器の兼用加熱水路Ｗ３（図３参照）とが備えられている。

第１加熱熱交換器の単独加熱水路Ｗ１は、図４に示すように、第１流路部位Ｒ１と第２流路部位Ｒ２の一部と第４流路部位Ｒ４と第３流路部位Ｒ３の一部とから構成されている。第２加熱熱交換器の単独加熱水路Ｗ２は、図４に示すように、第１流路部位Ｒ１の一部と第５流路部位Ｒ５と第２流路部位Ｒ２の一部と第３流路部位Ｒ３とから構成されている。第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器の兼用加熱水路Ｗ３は、図３に示すように、第１流路部位Ｒ１と第２流路部位Ｒ２と第３流路部位Ｒ３とから構成されている。

熱電併給装置３としては、エンジン（図３にてＧＥと示す）や燃料電池（図４にてＳＯＦＣと示す）が適応可能である。エンジンは、天然ガス等の都市ガスを燃料とするガスエンジンＧＥを適応することができる。燃料電池は、固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣを適応することができる。

図３に示すように、熱電併給装置３としてエンジンＧＥを適応する場合には、第２加熱熱交換器４として、エンジンＧＥの排熱により水を加熱するエンジン排熱加熱式熱交換器４ａを採用することになる。
一方、図４に示すように、熱電併給装置３として固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣを適応する場合には、第２加熱熱交換器４として、固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣの排熱により水を加熱する燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂを採用することになる。

熱電併給装置３としてエンジンＧＥを用いるか固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣを用いるかは使用者により選択される。そこで、本発明に係る加熱モード切換装置１００では、その使用者の選択に対して、コストアップを招くことなく、柔軟に且つ容易に対応するために、水を通流させる水路を複数のモードに切換自在なモード切換手段１２が備えられている。このモード切換手段１２は、加熱モード切換装置１００の運転を制御する制御部１３に備えられており、第１三方弁Ｓ１及び第２三方弁Ｓ２の状態を切り換えることで、モードの切換を行うように構成されている。ここで、本発明に係る加熱モード切換装置１００では、第１接続部１５に給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４等を備えた負荷側装置を接続し、第２接続部１６に第２加熱熱交換器４等を備えた第２加熱熱交換器側装置を接続する。そこで、本発明に係る加熱モード切換装置１００は、負荷側装置や第２加熱熱交換器側装置に内蔵させる、或いは、負荷側装置や第２加熱熱交換器側装置とは別に本発明に係る加熱モード切換装置１００を設けることができる。

図３に示すように、第２接続部１６に接続される第２加熱熱交換器４として、エンジン排熱加熱式熱交換器４ａを採用する場合には、モード切換手段１２が直列加熱モードに切り換えている。図３では、第２接続部１６に接続される第２加熱熱交換器４として、エンジン排熱加熱式熱交換器４ａを採用して、給湯タンク６への貯湯を行う場合を示している。
モード切換手段１２は、第１三方弁Ｓ１を第１流路部位Ｒ１の水をそのまま第１流路部位Ｒ１に供給する状態とし、且つ、第２三方弁Ｓ２を第２流路部位Ｒ２の水をそのまま第２流路部位Ｒ２に供給する状態とし、第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器の兼用加熱水路Ｗ３にて水を通流させることで直列加熱モードに切り換えている。
そして、エンジン排熱加熱式熱交換器４ａを採用する場合には、制御部１３が、エンジンＧＥ、ヒートポンプ装置１、及び、循環ポンプＰ１を作動させて、給湯タンク６を通過する循環水を第１加熱熱交換器２にて加熱し、その加熱された水を更にエンジン排熱加熱式熱交換器４ａにて加熱して給湯タンク６に戻すようにしている。また、制御部１３は、給湯タンク６に戻す水の温度が目標温度（例えば、７０℃）となるように、循環ポンプＰ１の回転速度を制御するようにしている。

図４に示すように、第２接続部１６に接続される第２加熱熱交換器４として、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂを採用する場合には、モード切換手段１２が並列加熱モードに切り換えている。図４では、第２接続部１６に接続される第２加熱熱交換器４として、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂを採用して、給湯タンク６への貯湯を行う場合を示している。
モード切換手段１２は、第１三方弁Ｓ１を第１流路部位Ｒ１の水を第１流路部位Ｒ１と第５流路部位Ｒ５とに分流させる状態とし、且つ、第２三方弁Ｓ２を第２流路部位Ｒ２の水を第４流路部位Ｒ４に供給する状態とし、第１加熱熱交換器の単独加熱水路Ｗ１と第２加熱熱交換器の単独加熱水路Ｗ２にて水を通流させることで並列加熱モードに切り換えている。
そして、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂを採用する場合には、制御部１３が、固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣ、ヒートポンプ装置１、及び、循環ポンプＰ１を作動させて、給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４を通過する循環水の一部を第１加熱熱交換器２にて加熱するとともに、残りの一部を燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂにて加熱し、第１加熱熱交換器２にて加熱された水と燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂにて加熱された水とを合流させて給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４に戻すようにしている。また、制御部１３は、循環ポンプＰ１の回転速度や第１三方弁Ｓ１の開閉状態を制御することで、例えば、第１加熱熱交換器２にて目標温度（例えば、７０℃）よりも設定温度だけ低い温度（例えば、６０℃）まで水を加熱するとともに、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂにて目標温度（例えば、７０℃）まで加熱するようにしている。

また、モード切換手段１２は、上述の直列加熱モード（図３参照）及び並列加熱モード（図４参照）に加えて、給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４を通過する循環水を第１加熱熱交換器２を経由させて加熱し、第１加熱熱交換器２にて加熱された水の一部を第２加熱熱交換器４に経由させて加熱する部分直列加熱モードにも切換自在に構成されている。

図５に示すように、第２接続部１６に接続される第２加熱熱交換器４として、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂを採用する場合には、モード切換手段１２が、部分直列条件が満たされると部分直列加熱モードに切り換えている。部分直列条件は、第１加熱熱交換器２にて加熱された水の一部を燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂに経由させても、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂに供給される水の温度を上限温度（例えば、４０℃）以下としながら、ヒートポンプ装置１にて取得される熱及び固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣの排熱の双方を有効に活用して、給湯タンク６への貯湯や暖房負荷熱交換器１４への熱供給を行うことができる良好な運転を確保できる条件として設定されている。そして、部分直列条件は、例えば、季節が冬期であるという条件や、第１加熱熱交換器２に供給される水の入口温度が部分直列加熱切換設定温度以下であるという条件に設定することができる。
例えば、季節が冬期であると、モード切換手段１２は、部分直列条件が満たされたとして、第１三方弁Ｓ１を第１流路部位Ｒ１の水をそのまま第１流路部位Ｒ１に供給する状態とし、且つ、第２三方弁Ｓ２を第２流路部位Ｒ２の水を第４流路部位Ｒ４と第２流路部位Ｒ２に分流させる状態とし、部分直列加熱水路Ｗ４にて水を通流させることで部分直列加熱モードに切り換えている。部分直列加熱水路Ｗ４は、第１流路部位Ｒ１と第２流路部位Ｒ２と第３流路部位Ｒ３と第４流路部位Ｒ４とから構成されている。

このように、モード切換手段１２が部分直列加熱モードに切り換える場合にも、制御部１３は、固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣ、ヒートポンプ装置１、及び、循環ポンプＰ１を作動させて、給湯タンク６を通過する循環水を第１加熱熱交換器２にて加熱し、第１加熱熱交換器２にて加熱した水の一部を更に燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂにて加熱し、第１加熱熱交換器２にて加熱された水と燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂにて加熱された水とを合流させて給湯タンク６に戻すようにしている。このとき、制御部１３は、循環ポンプＰ１の回転速度や第２三方弁Ｓ２の開閉状態を制御することで、例えば、第１加熱熱交換器２にて４０℃まで加熱し、第１加熱熱交換器２にて加熱された水の６割を更に燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂにて目標温度（例えば、７０℃）まで加熱して、４０℃の４割の水と７０℃の６割の水とを混合して５８℃の水を給湯タンク６に供給するようにしている。

図３及び図４では、第２接続部１６に第２加熱熱交換器４を接続する接続状態として使用する例を示しているが、本発明に係る加熱モード切換装置１００は、図２に示すように、第２接続部１６に第２加熱熱交換器４を接続しない非接続状態としても使用することもできるように構成されている。図２では、第２接続部１６に第２加熱熱交換器４を接続しない非接続状態として、給湯タンク６への貯湯を行う場合を示している。

第２接続部１６に第２加熱熱交換器４を接続しない非接続状態として、第２接続部１６の末端である第２流路部位Ｒ２及び第３流路部位Ｒ３の末端を閉止自在に構成されている。これにより、第２接続部１６には、水を通流させないようにすることができる。このように、第２接続部１６の末端を閉止する場合には、モード切換手段１２が、第１加熱熱交換器の単独加熱水路Ｗ１にて水を通流させることで、給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４を通過する循環水を第１加熱熱交換器２のみに経由させて加熱する第１加熱熱交換器の単独加熱モードに切り換えている。
図２に示すように、第２接続部１６の末端を閉止する場合には、制御部１３は、ヒートポンプ装置１及び循環ポンプＰ１を作動させて、給湯タンク６を通過する循環水を第１加熱熱交換器２にて加熱して給湯タンク６に戻すようにしている。そして、制御部１３は、循環ポンプＰ１の回転速度を制御することで、例えば、第１加熱熱交換器２にて６０℃まで加熱するようにしている。

図２〜図５では、第１接続部１５に接続された給湯タンク６と暖房負荷熱交換器１４のうち、給湯タンク６への貯湯を行う場合を示しているが、暖房負荷熱交換器１４への熱供給を行うこともできる。そこで、暖房負荷熱交換器１４への熱供給を行う場合について、図６に基づいて説明する。図６では、第２接続部１６に接続される第２加熱熱交換器４としてエンジン排熱加熱式熱交換器４ａを採用した場合を例示しているが、第２接続部１６に接続される第２加熱熱交換器４として燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂを採用した場合も同様である。
図６に示すように、制御部１３が、第１開閉弁Ｋ１を閉状態に維持することで、第１加熱熱交換器２及び第２加熱熱交換器４にて加熱された水を暖房負荷熱交換器１４に供給し、暖房負荷熱交換器１４において水にて熱媒体を加熱するように構成されている。暖房負荷熱交換器１４にて加熱された熱媒体は、暖房負荷（例えば、床暖房装置や浴室暖房乾燥装置）に供給されて暖房等に熱が消費される。
図６（ａ）に示すように、暖房負荷にて要求されている熱量が小さい場合には、制御部１３が、暖房負荷熱交換器１４を通過した水をそのまま第３接続流路部位Ｔ３に供給する状態に第１切換弁Ｌ１を切り換え、暖房負荷を賄った後の余りの熱を給湯タンク６に蓄熱するように構成されている。
図６（ｂ）に示すように、暖房負荷にて要求されている熱量が大きい場合には、制御部１３が、暖房負荷熱交換器１４を通過した水を第４接続流路部位Ｔ４に供給する状態に第１切換弁Ｌ１を切り換えるように構成されている。このとき、第１加熱熱交換器２及び第２加熱熱交換器４にて加熱された水を暖房負荷熱交換器１４に供給しても、暖房負荷にて要求されている熱量に不足する場合には、暖房負荷熱交換器にて加熱された熱媒体を更に図外の燃焼式加熱熱交換器にて加熱し、その加熱された熱媒体を暖房負荷に供給しており、暖房負荷にて要求されている熱量に不足する不足分を図外の燃焼式加熱熱交換器にて賄うようにしている。

〔第２実施形態〕
上記第１実施形態では、燃料電池として、固体酸化物形燃料電池（図４にてＳＯＦＣと示す）を適応した例を示したが、この第２実施形態では、図７に示すように、燃料電池として、固体高分子形燃料電池（図７にてＰＥＦＣと示す）を適応した場合に、モード切換手段１２がどのようにモード切換を行うかを示すものである。その他の構成については、上記第１実施形態と同様であるので、その他の構成については説明を省略し、固体高分子形燃料電池（図７にてＰＥＦＣと示す）を適応した場合のモード切換手段１２のモード切換について説明する。

燃料電池が固体高分子形燃料電池ＰＥＦＣである場合には、モード切換手段１２が、図７（ａ）に示すように、直列条件が満たされると直列加熱モードに切り換え、図７（ｂ）に示すように、直列条件が満たされなければ並列加熱モードに切り換えるように構成されている。
直列条件は、給湯タンク６を通過する循環水を第１加熱熱交換器２、第２接続部１６に接続される燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂの順に直列に経由させても良好な運転を確保できる条件である。そして、直列条件は、給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４を通過する循環水を第１加熱熱交換器２、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂの順に直列に経由させても、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂに供給される水の温度を上限温度（例えば、４０℃）以下としながら、ヒートポンプ装置１にて取得される熱及び固体高分子形燃料電池ＰＥＦＣの排熱の双方を有効に活用して、給湯タンク６への貯湯や暖房負荷熱交換器１４への熱供給を行うことができる良好な運転を確保できる条件として設定されている。直列条件は、例えば、季節が冬期であるという条件や、第１加熱熱交換器２に供給される水の入口温度が直列加熱切換設定温度以下であるという条件に設定することができる。

上記第１実施形態では、燃料電池として固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣを適応すると、モード切換手段１２は並列加熱モードに切り換えるだけであった。この第２実施形態では、燃料電池として固体高分子形燃料電池ＰＥＦＣを適応しており、モード切換手段１２は、直列条件が満たされるか否かによって、直列加熱モードと並列加熱モードとの間でモード切換を行うように構成されている。これは、固体高分子形燃料電池ＰＥＦＣの方が、固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣに比べて、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂでの加熱量が大きくなる。したがって、給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４を通過する循環水を第１加熱熱交換器２、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂの順に直列に経由させても、固体高分子形燃料電池ＰＥＦＣの方が、固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣに比べて、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂに供給される水の温度を低くすることができる。それにより、例えば、冬期等、装置の運転条件によっては、給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４を通過する循環水を第１加熱熱交換器２、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂの順に直列に経由させても、良好な運転を確保できる。そのために、上述の如く、燃料電池として固体高分子形燃料電池ＰＥＦＣを適応したものでは、モード切換手段１２は、直列条件が満たされるか否かによって、直列加熱モードと並列加熱モードとの間でモード切換を行うことで、最適なモード切換を行うことができる。

〔第３実施形態〕
上記第１及び第２実施形態では、第２加熱熱交換器４として、エンジン排熱加熱式熱交換器４ａを採用する場合及び燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂを採用する場合について例示しているが、第２加熱熱交換器４として、太陽熱にて水を加熱する太陽熱加熱式熱交換器を採用することもできる。この第３実施形態では、第２加熱熱交換器４として、エンジン排熱加熱式熱交換器４ａや燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂの排熱加熱式熱交換器に代えて、太陽熱加熱式熱交換器を採用した場合について説明する。
第２接続部１６に接続される第２加熱熱交換器４として、太陽熱加熱式熱交換器を採用した場合には、上記第１実施形態において燃料電池として固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣを用いた場合と同様に、図４に示すように、モード切換手段１２が並列加熱モードに切り換えている。このようにして、太陽熱加熱式熱交換器には、給湯タンク６や暖房負荷熱交換器１４を通過する循環水が加熱されることなく供給されるので、太陽熱加熱式熱交換器に供給される水の温度を極力低くすることができ、太陽熱と水との温度差を大きくとることができる。その結果、太陽熱加熱式熱交換器での加熱を効率よく行うことができ、装置としてエネルギー効率の向上を図ることができる。したがって、第２加熱熱交換器４として、エンジン排熱加熱式熱交換器を採用するか燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用するかだけでなく、太陽熱加熱式熱交換器を採用するかの選択もできながら、その選択に対して、コストアップを招くことなく、柔軟に且つ容易に対応することができ、第２加熱熱交換器４の変更にも柔軟に且つ容易に対応することができ、装置としてエネルギー効率の向上を図ることができる。

〔第４実施形態〕
この第４実施形態は、上記第１〜第３実施形態において、循環ポンプＰ１の配設位置の別実施形態である。その他の構成については、上記第１〜第３実施形態と同様であるので、その他の構成については説明を省略し、循環ポンプＰ１の配設位置を中心に説明する。

上記第１〜第３実施形態では、図２〜７に示すように、循環ポンプＰ１が第１接続部１５の他方に接続される第１接続流路部位Ｔ１に配置されていたが、図８中実線にて示すように、循環ポンプＰ１を第３流路部位Ｒ３に配置することができる。また、図８中点線にて示すように、循環ポンプＰ１を第２接続流路部位Ｔ２において第４接続流路部位Ｔ４との接続部位よりも水の通流方向で下流側部位に配置することもできる。更に、図８中一点鎖線にて示すように、循環ポンプＰ１を第１流路部位Ｒ１において第１三方弁Ｓ１よりも水の通流方向で上流側部位に配置することもできる。図８では、第２加熱熱交換器４としてエンジン排熱加熱式熱交換器４ａを採用した場合を示しているが、燃料電池排熱加熱式熱交換器４ｂや太陽熱加熱式熱交換器を採用した場合も同様である。

〔別実施形態〕
（１）上記第１〜第４実施形態では、第１三方弁Ｓ１及び第２三方弁Ｓ２を設けているが、この三方弁に代えて、２つの開閉弁や比例弁を設けて実施することもできる。例えば、第１三方弁Ｓ１に代えて、第１流路部位Ｒ１において第５流路部位Ｒ５の接続箇所と第１加熱熱交換器２との間の部位に開閉弁又は比例弁を設けるとともに、第５流路部位Ｒ５に開閉弁又は比例弁を設けることができる。

（２）上記第１〜第４実施形態では、第１接続部１５に給湯タンク６及び暖房負荷熱交換器１４を接続した場合を例示しているが、第１接続部１５には、給湯タンク６、暖房負荷熱交換器、追焚負荷で熱を消費する追焚負荷熱交換器の少なくとも何れかを接続することができる。例えば、給湯タンク６及び追焚負荷熱交換器を第１接続部１５に接続したり、給湯タンク６のみを第１接続部１５に接続することができる。

（３）上記第１〜第４実施形態では、ヒートポンプ装置１として、圧縮機７、凝縮器としての第１加熱熱交換器２、膨張弁８、蒸発器９を備えた圧縮式ヒートポンプ装置を例示しているが、例えば、吸収器、再生器、凝縮器としての第１加熱熱交換器、蒸発器を備えた吸収式ヒートポンプ装置をヒートポンプ装置として適応することもできる。

本発明は、給湯利用箇所に供給する水を貯留する給湯タンクと暖房負荷で熱を消費する暖房負荷熱交換器と追焚負荷で熱を消費する追焚負荷熱交換器の少なくとも何れかを接続する第１接続部と、ヒートポンプ装置により水を加熱する第１加熱熱交換器と、熱と電力とを発生する熱電併給装置にて発生した排熱により水を加熱する排熱加熱式熱交換器もしくは太陽熱にて水を加熱する太陽熱加熱式熱交換器の何れかの第２加熱熱交換器を接続する第２接続部とが備えられ、第２加熱熱交換器として、エンジン排熱加熱式熱交換器を採用するか燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用するか太陽熱加熱式熱交換器を採用するかの選択に対して、コストアップを招くことなく、柔軟に且つ容易に対応することができ、熱電併給装置や熱交換器の変更にも柔軟に且つ容易に対応することができ、装置としてエネルギー効率の向上を図ることができる各種の加熱モード切換装置に適応可能である。

１ヒートポンプ装置
２第１加熱熱交換器
３熱電併給装置
４第２加熱熱交換器
６給湯タンク
１２モード切換手段
１４暖房負荷熱交換器
１５第１接続部
１６第２接続部
１００加熱モード切換装置
Ｐ１循環ポンプ
Ｒ１第１流路部位
Ｒ２第２流路部位
Ｒ３第３流路部位
Ｒ４第４流路部位
Ｒ５第５流路部位
Ｗ１第１加熱熱交換器の単独加熱水路
Ｗ２第２加熱熱交換器の単独加熱水路
Ｗ３第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器の兼用加熱水路

Claims

給湯利用箇所に供給する水を貯留する給湯タンクと暖房負荷で熱を消費する暖房負荷熱交換器と追焚負荷で熱を消費する追焚負荷熱交換器の少なくとも何れかを接続する第１接続部と、ヒートポンプ装置により水を加熱する第１加熱熱交換器と、熱と電力とを発生する熱電併給装置にて発生した排熱により水を加熱する排熱加熱式熱交換器もしくは太陽熱にて水を加熱する太陽熱加熱式熱交換器の何れかの第２加熱熱交換器を接続する第２接続部とが備えられ、前記第１接続部に接続される前記給湯タンクと前記暖房負荷熱交換器と前記追焚負荷熱交換器の少なくとも何れかを通過する循環水を前記第１加熱熱交換器と前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器とに並列に経由させて加熱する並列加熱モードで水を通流させる水路と、前記循環水を前記第１加熱熱交換器、前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器の順に直列に経由させて加熱する直列加熱モードで水を通流させる水路とに切換自在なモード切換手段が備えられ、
前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器として、前記太陽熱加熱式熱交換器を採用する場合には、前記モード切換手段が前記並列加熱モードに切り換え、前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器として、前記排熱加熱式熱交換器の１つであるエンジンの排熱により水を加熱するエンジン排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、前記モード切換手段が前記直列加熱モードに切り換え、前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器として、前記排熱加熱式熱交換器の１つである燃料電池の排熱により水を加熱する燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、前記モード切換手段が前記直列加熱モード及び前記並列加熱モードの何れかに切り換えるように構成されている加熱モード切換装置。
前記燃料電池が固体酸化物形燃料電池である場合には、前記モード切換手段が前記並列加熱モードに切り換える請求項１に記載の加熱モード切換装置。
前記燃料電池が固体高分子形燃料電池である場合には、前記モード切換手段が、前記循環水を前記第１加熱熱交換器、前記第２接続部に接続される前記燃料電池排熱加熱式熱交換器の順に直列に経由させても良好な運転を確保できる直列条件が満たされると、前記直列加熱モードに切り換え、前記直列条件が満たされなければ、前記並列加熱モードに切り換えるように構成されている請求項１に記載の加熱モード切換装置。
前記モード切換手段は、前記直列加熱モード及び前記並列加熱モードに加えて、前記循環水を前記第１加熱熱交換器に経由させて加熱し、前記第１加熱熱交換器にて加熱された水の一部を前記第２加熱熱交換器に経由させて加熱する部分直列加熱モードにも切換自在に構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載の加熱モード切換装置。
前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器として、前記排熱加熱式熱交換器の１つである燃料電池の排熱により水を加熱する前記燃料電池排熱加熱式熱交換器を採用する場合には、前記モード切換手段が、前記第１加熱熱交換器にて加熱された水の一部を前記燃料電池排熱加熱式熱交換器に経由させても良好な運転を確保できる部分直列条件が満たされると、前記部分直列加熱モードに切り換える請求項４に記載の加熱モード切換装置。
前記第１接続部の一方と前記第１加熱熱交換器を接続する第１流路部位と、前記第１加熱熱交換器と前記第２接続部の一方を接続する第２流路部位と、前記第２接続部の他方と前記第１接続部の他方を接続する第３流路部位と、前記第２流路部位の途中部位と前記第３流路部位の途中部位とを接続する第４流路部位と、前記第１流路部位の途中部位と前記第２流路部位における前記第４流路部位への接続箇所と前記第２接続部の一方までの間の部位を接続する第５流路部位とが備えられ、前記第１流路部位と前記第２流路部位の一部と前記第４流路部位と前記第３流路部位の一部とから第１加熱熱交換器の単独加熱水路が構成され、前記第１流路部位の一部と前記第５流路部位と前記第２流路部位の一部と前記第３流路部位とから第２加熱熱交換器の単独加熱水路が構成され、前記第１流路部位と前記第２流路部位と前記第３流路部位とから第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器の兼用加熱水路が構成され、前記モード切換手段は、前記第１加熱熱交換器の単独加熱水路と前記第２加熱熱交換器の単独加熱水路にて水を通流させることで前記並列加熱モードに切り換え、前記第１加熱熱交換器及び第２加熱熱交換器の兼用加熱水路にて水を通流させることで前記直列加熱モードに切り換えている請求項１〜５の何れか１項に記載の加熱モード切換装置。
前記第２接続部に前記第２加熱熱交換器を接続しない非接続状態として前記第２接続部の末端を閉止自在に構成され、前記第２接続部の末端を閉止する場合には、前記モード切換手段が、前記循環水を前記第１加熱熱交換器のみに経由させて加熱する第１加熱熱交換器の単独加熱モードに切り換える請求項１〜６の何れか１項に記載の加熱モード切換装置。
給湯利用箇所に供給する水を貯留する給湯タンクと暖房負荷で熱を消費する暖房負荷熱交換器と追焚負荷で熱を消費する追焚負荷熱交換器の少なくとも何れかを接続する第１接続部と、ヒートポンプ装置により水を加熱する第１加熱熱交換器と、熱と電力とを発生する熱電併給装置にて発生した排熱により水を加熱する排熱加熱式熱交換器もしくは太陽熱にて水を加熱する太陽熱加熱式熱交換器の何れかの第２加熱熱交換器を接続する第２接続部とが備えられ、前記第１接続部に接続される前記給湯タンクと前記暖房負荷熱交換器と前記追焚負荷熱交換器の少なくとも何れかを通過する循環水を前記第１加熱熱交換器と前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器とに並列に経由させて加熱する並列加熱モードで水を通流させる水路と、前記循環水を前記第１加熱熱交換器、前記第２接続部に接続される前記第２加熱熱交換器の順に直列に経由させて加熱する直列加熱モードで水を通流させる水路とに切換自在なモード切換手段が備えられ、
前記モード切換手段は、前記直列加熱モード及び前記並列加熱モードに加えて、前記循環水を前記第１加熱熱交換器に経由させて加熱し、前記第１加熱熱交換器にて加熱された水の一部を前記第２加熱熱交換器に経由させて加熱する部分直列加熱モードにも切換自在に構成されている加熱モード切換装置。