<第1実施形態>
以下、本発明によるコジェネレーションシステムの第1実施形態について説明する。図1に示すように、コジェネレーションシステムは、発電ユニット10(発電システムに相当する)および貯湯槽21を備えている。発電ユニット10は、筐体10a、筐体10aの内部には燃料電池モジュール11、熱交換器12(排気熱交換器に相当する)、インバータ装置13、貯水器14、制御装置15(出湯有り判別部及び出湯無し判別部に相当する)及び貯湯槽21を備えている。
燃料電池モジュール11は、後述するように燃料電池34を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール11は、改質用原料、改質水および酸化剤ガスとして空気であるカソードエアが供給されている。改質用原料としては天然ガス、LPガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料がある。本実施形態においては天然ガスにて説明する。具体的には、燃料電池モジュール11は、一端が供給源Gs例えば都市ガス(天然ガス)のガス供給管に接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管11aの他端が接続されている。改質用原料供給管11aは、原料ポンプ11a1が設けられている。さらに、燃料電池モジュール11は、一端が貯水器14に接続されて改質水が供給される改質水供給管11bの他端が接続されている。改質水供給管11bは、改質水ポンプ11b2が設けられている。さらに、燃料電池モジュール11は、一端がカソードエアブロワ11c1に接続されてカソードエアが供給されるカソードエア供給管11cの他端が接続されている。
熱交換器12は、燃料電池モジュール11から排気される燃焼排ガス(排気ガスに相当する)が供給されるとともに貯湯槽21からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。具体的には、貯湯槽21は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する(図にて矢印の方向に循環する)貯湯水循環ライン22が接続されている。貯湯水循環ライン22上には、貯湯槽21の下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ22a、ラジエータ22bおよび熱交換器12が配設されている。熱交換器12は、燃料電池モジュール11からの排気管11dが接続(貫設)されている。熱交換器12は、貯水器14に接続されている凝縮水供給管12aが接続されている。
熱交換器12において、燃料電池モジュール11からの燃焼排ガスは、排気管11dを通って熱交換器12内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは、排気管11dを通り、そして、後述するように燃焼排ガス用排気口10eから筐体10aの外部へ排出される。また、凝縮された凝縮水は、熱交換器12から凝縮水供給管12aを通って貯水器14に供給される。なお、貯水器14は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。
燃料電池システムは、熱交換器12にて生じた凝縮水が供給された貯水器14から溢れ出た水は、オーバーフローライン14aを介して水受け部材14bにて受け止められ、排水管14cから、筐体10aの外部に排水される。
排気管11dは、熱交換器12の下流側で分岐して水受け部材14bに連通するドレン管路12bが設けられている。
上述した熱交換器12、貯湯槽21および貯湯水循環ライン22から、排熱回収システム20が構成されている。排熱回収システム20は、燃料電池モジュール11の排熱を貯湯水に回収して湯を蓄える。
インバータ装置13は、燃料電池34から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源16aおよび外部電力負荷16c(例えば電化製品)に接続されている電源ライン16bに出力する。また、インバータ装置13は、系統電源16aからの交流電圧を電源ライン16bを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機(各ポンプ、ブロワなど)や制御装置15に出力する。なお、制御装置15は、補機を駆動して燃料電池システムの運転を制御する。
燃料電池モジュール11は、ケーシング31、蒸発部32、改質部33および燃料電池34を備えている。ケーシング31は、断熱性材料で箱状に形成されている。蒸発部32は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部32は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部33に供給するものである。
蒸発部32には、一端(下端)が貯水器14に接続された改質水供給管11bの他端が接続されている。また、蒸発部32には、一端が供給源Gsに接続された改質用原料供給管11aが接続されている。
改質部33は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部32から供給された混合ガス(改質用原料、水蒸気)から改質ガス(アノードガス)を生成して改質ガス送出管38から導出するものである。
燃料電池34は、燃料極、空気極(酸化剤極)、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル34aが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池34は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池34の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は400〜1000℃程度である。なお、400℃以下でも定格以下の発電量の発電は、可能である。また、600℃で発電開始を許可している。水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることが可能である。この場合、改質部33は省略することができる。
セル34aの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路34bが形成されている。セル34aの空気極側には、酸化剤ガスである空気(カソードエア)が流通する空気流路34cが形成されている。
燃料電池34は、マニホールド35上に設けられている。マニホールド35には、改質部33からの改質ガスが改質ガス送出管38を介して供給される。燃料流路34bは、その下端(一端)がマニホールド35の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ11c1によって送出されたカソードエアは、カソードエア供給管11cを介して供給され、空気流路34cの下端から導入され上端から導出されるようになっている。
カソードエアブロワ11c1は、電気モータ11c2により駆動されるもので、電気モータ11c2の駆動デューティは、制御装置15にて演算される。カソードエア供給管11cのカソードエアブロワ11c1の下流側に設けられた流量センサ11c3は、カソードエアブロワ11c1が吐出するカソードエア流量を検出する。流量センサ11c3は、その検出結果を制御装置15に送信するようになっている。
燃焼部36は、燃料電池34と蒸発部32および改質部33との間に設けられている。燃焼部36は、燃料電池34からのアノードオフガス(燃料オフガス)が燃料電池34からのカソードオフエア(酸化剤オフガス)により燃焼されて、燃焼ガス(火炎37)にて蒸発部32及び改質部33を加熱する。
燃焼部36には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ36a1,36a2が設けられている。燃焼部36で生じた燃焼排ガスは、燃料電池モジュール11から排気菅11d通って熱交換器12に至る。
筐体10aには、外気を吸い込むための吸気口10c、筐体10a内の空気を外部に排出するための換気用排気口10d、および熱交換器12からの燃焼排ガスを外部に排出するための燃焼排ガス用排気口10eが形成されている。吸気口10cには、逆止弁54が設けられている。逆止弁54は、外部から筐体10a内への空気の流れは許容するが、逆方向の流れを規制するものである。
換気用排気口10dには、換気ファン55が設けられている。換気ファン55は筐体10a内の空気(換気排気)を外部に送出するものである。
貯湯槽21は、図1に示す如く、筐体10aの内部に収納されて、水供給装置Sw、例えば水道管に減圧弁41を介して接続された給水管42から水道の水が給水される。給水管42に設けられた水温計測装置67例えばサーミスタ等にて、水道の水の温度である水計測温度Twが計測され、制御装置15に出力される。貯湯槽21は、前述の貯湯水循環ライン22による排熱回収にて温められて生成された例えば70℃の湯を貯める。
貯湯槽21の湯は、湯供給管61から混合弁62に流入する。混合弁62は、前述の給水管42とも水供給管42aを介して接続されている。混合弁62は、貯湯槽21から湯供給管61を介して流入する湯と水供給装置Swから給水管42、水供給管42aを介して流入する水との湯/水混合比を調整して、貯湯槽21の温度よりも低い設定温度T、例えば50℃以下好ましくは30℃±5℃に調整された混合湯を生成する。混合湯は、混合湯供給管63を介して給湯器Whの給水側に接続される。給湯器Whは、混合湯供給管63から給水された混合湯を直接又は加熱して、給湯栓69から出湯するものである。
混合湯供給管63の下流側に設けられた給湯器Whにて混合湯は加熱可能である。従って、混合湯の設定温度Tは、例えば、冬季の如く、水計測温度Twが低い場合でも、湯供給管61を介して流入する湯と混合して温度調整可能な温度、省エネ性の観点等から30℃±5℃から取扱い容易である50℃以下を設定可能な範囲とする。例えば75℃の湯と35℃の水を混合しても50℃以下になることが望ましく、この温度は、混合弁62による湯/水混合比を4:7以下にて得ることができる。また、例えば60℃の湯と10℃の水を混合しても25℃以上が望ましく、この温度は、混合弁62による湯/水混合比を3:7以上にて得ることができる。
設定温度Tの30℃±5℃は、給湯器Wh例えばガス給湯器が、最小燃焼分を確保する即ち火炎を消さないようするに相当する温度でもある。なお、夏季の如く、水計測温度Twが、設定温度Tの下限よりも高い温度の場合には、設定温度Tは、水計測温度Twとする。設定温度Tはリモコン(図示略)の操作等により、混合湯を給湯器Whに給湯したい温度となる様に制御装置15を用いて設定される。
図2及び図3に示す如く、混合弁62は、弁ハウジング62aの内部には、駆動装置62b例えばパルスモータにて回転駆動される弁体62cが収容される。弁体62cは、駆動装置62bの回転軸62b1に固定されている。弁ハウジング62aには、湯供給管61に接続された湯流入口62a1(湯入口に相当する)と水供給管42aに接続された水流入口62a2(水入口に相当する)と混合湯供給管63に接続された混合湯送出口62a3(出口に相当する)が設けられている。混合弁62は、図3に示す如く、弁体62cの回転に応じて、混合湯送出口62a3と湯流入口62a1及び水流入口62a2との連通度合を変化させる湯バルブ孔62c1及び水バルブ孔62c2が設けられた周知の構造である。
混合弁62は、弁体62cが、正転即ち図3示位置から反時計方向に回転すると、湯流入口62a1と湯バルブ孔62c1との連通度合は増加し、水流入口62a2と水バルブ孔62c2の連通度合は減少することにより、混合湯送出口62a3から送出される混合湯の湯/水混合比は、湯の割合が増加し、水の割合が減少する。その結果、混合湯の温度は、上昇する。また、弁体62cが、逆転即ち図3示位置から時計方向に回転すると、湯流入口62a1と湯バルブ孔62c1との連通度合は減少し、水流入口62a2と水バルブ孔62c2の連通度合は増加することにより、混合湯送出口62a3から送出される混合湯の湯/水混合比は、湯の割合が減少し、水の割合が増加する。その結果、混合湯の温度は、下降する。また、混合弁62は、例えば、原点位置である湯/水混合比が1:0から90°回転して湯/水混合比を1:1に調整可能なものを使用できる。
次に、混合弁62による混合湯を混合湯の設定温度である設定温度Tへの調整について説明する。混合湯供給管63に設けられた湯温計測装置66例えばサーミスタ等にて混合湯計測温度Thが、計測され、制御装置15へ出力される。混合湯供給管63における混合湯の平均的な温度を計測するために、湯温計測装置66は、混合湯供給管63の径方向の中心の温度を検出するように設けられる。制御装置15は、湯温計測装置66にて計測された混合湯計測温度Thと混合湯の設定温度である設定温度Tとの差が無くなるに相当する湯/水混合比を演算する。制御装置15の作用により、混合弁62は、駆動装置62bにより駆動されて演算された湯/水混合比に調整される。
具体的には、駆動装置62bのパルスモータが、制御装置15から印加される駆動パルス数Nに応じて回転位置決めがされることにより、混合弁62の弁体62cの回転位置が制御されて演算された湯/水混合比が調整される。駆動パルス数Nは、混合弁62を作動させて混合湯計測温度Thと設定温度Tとの差を無くすように演算された湯/水混合比とするものである。混合湯計測温度Thが、設定温度Tとの差がなくなる迄、この作動が繰り返されて、混合湯計測温度Thが、設定温度Tに調整される。
図1に示す如く、一端が混合弁62と給湯器Whとの間を接続した混合湯供給管63に接続され、他端が水供給装置Swに接続した給水管42に接続されたバイパス通路64が設けられている。バイパス通路64には、非通電時には開状態であるノーマルオープンの電磁開閉弁65が設けられている。電磁開閉弁65は、混合弁62の駆動中は閉じるとともに、例えば混合弁62又は混合弁62の制御系の故障により、湯と水の制御ができなくなって即ち水を増やすことができない状態となり、混合湯供給管63の混合湯計測温度Thが上昇し予め設定された混合湯上限温度Txを越えた場合に、制御装置15にて開へと切り換えられる。電磁開閉弁65の開にて給水管42から水を混合湯供給管63に導くことにより、混合湯供給管63における混合湯の温度を下げて、高温出湯を防止できる。混合湯計測温度Thは、混合湯供給管63のバイパス通路64との合流部よりも下流側に設けられた湯温計測装置66例えばサーミスタ等にて計測され、制御装置15へ出力される。具体的には、混合湯の設定温度である設定温度Tは、例えば30℃、混合湯上限温度Txは、例えば50℃に設定される。
前述の如く、混合弁62による湯/水混合比は、湯の流入が4:7を上回らないように混合弁62は制御が行われるので、バイパス通路64に少量の水を流すのみで混合湯の温度を下げることができることから、電磁開閉弁65は、弁の容量係数Cvは0.5〜1.5程度とすることができる。これにより、電磁開閉弁65の開状態では、閉状態に比べて、給湯器Whへの水量の増加は、20パーセント以下に抑制可能であり、その流量変化が給湯器Whの利用に関し、格別の影響を及ぼさない。
ノーマルオープンの電磁開閉弁65は、混合湯計測温度Thが混合湯上限温度Txを越えた場合及び給湯器Whが非出湯中の場合は、開であり、給湯器Whが出湯中の場合は閉となる。従って、停電時等の通電不可能な際は、電磁開閉弁65の開により、混合湯供給管63からの混合湯上限温度Txを越えた高温出湯を防止できる。
次に、給湯器Whから出湯が有るか否かの判別について説明する。給湯器Wh即ち給湯栓69から出湯が有る状態へ変化すると、混合湯供給管63へは、混合弁62から混合湯が流れ始めることによりあるいはバイパス通路64から開状態である電磁開閉弁65を介して水が流れ始める。従って、給湯器Whから出湯が有る状態に変化すると、その出湯による流れが始まることにより混合湯計測温度Thに上昇又は下降する温度変化が生じることから、混合湯計測温度Thに生じる所定の温度変化を検出して、出湯が有ることを判別できる。制御装置15は、混合湯計測温度Thの変化が、第一変動幅Wd1を越えた場合は、給湯器Whから出湯が有ると判別する
第一変動幅Wd1は、第一設定時間t1当たり第一設定値P1の変化にて示され、具体的には、第一設定時間t1は、例えば1秒とし、第一設定値P1は例えば±1℃とするもので、即ち第一変動幅Wd1は、1秒間当たり±1℃の温度変化を指す。
また、給湯器Wh即ち給湯栓69から出湯が無くなると、混合湯供給管63の混合湯計測温度Thは設定温度T付近に安定し、設定温度Tを変化させても、混合湯供給管63には流れが生じていないので、混合湯計測温度Thの変化も生じにくい。これに基づき、制御装置15は、給湯器Whから出湯が無いことを判別できる。従って、混合湯計測温度Thの変化が、第一変動幅Wd1よりも小さい第二変動幅Wd2を越えない状態において、混合湯の設定温度Tを変化させても即ち混合弁62による混合湯の湯/水混合比が変化されても混合湯計測温度Thに変化が生じない場合は、制御装置15が給湯器Whから出湯が無いと判別する。
第二変動幅Wd2は、例えば、第一設定時間t1よりも長い第一所定時間ta当たり第一設定値P1よりも小さい第一所定値Paの変化にて示され、具体的には、第一所定時間taは、例えば5秒とし、第一所定値Paは例えば±0.5℃とするもので、即ち第二変動幅Wd2は、例えば5秒間当たり±0.5℃の温度変化を指す。混合湯計測温度Thの変化が、第二変動幅Wd2以内であることを確定するために、待機時間tb、例えば10秒が設けられている。混合湯計測温度Thの変化が、第二変動幅Wd2以内の状態が待機時間tbを経過した状態において、混合湯の設定温度Tを設定温度Taに変化させて、混合湯計測温度Thに変化が生じない場合は、給湯器Whから出湯が無いと判別する。
具体的には、混合湯の設定温度Taは、例えば、混合湯計測温度Thマイナス1℃であり、第1指定時間tc、例えば12秒間、混合湯の設定温度TをTaに変化させる。この混合湯の設定温度TがTaに変化されても、混合湯計測温度Thに変化が生じない場合とは、混合湯計測温度Thが第2指定時間Td当たり第2指定値Pbへの変化以内である場合を指す。具体的には、第2指定時間Tdは、例えば、10秒とし、第2指定値Pbは、例えば、0.5℃とするもので、即ち、例えば、混合湯の設定温度Tが、混合湯計測温度Thマイナス1℃に12秒間変化されても、混合湯計測温度Thが、10秒間で0.5℃低下以内の変化である場合は、変化なしと、制御装置15は判定する。
制御装置15は、コジェネレーションシステムの混合湯供給管63の混合湯計測温度Thが給水管42の水計測温度Twに達したことを検知すると、給湯器Whの出湯を判別する図4に示すフローチャートに対応するプログラムの実行を開始する。
ステップS101において、制御装置15は、湯温計測装置66により混合湯供給管63における混合湯の温度を計測し、混合湯計測温度Thを読み込む。
次いで、ステップS102において、混合湯計測温度Thの変化は第一変動幅Wd1を越えたか否かを判定する。混合湯計測温度Thの変化は第一変動幅Wd1を越えた場合には、制御装置15は、ステップS102において「Yes」と判定し、ステップS103に進む。ステップS103において、制御装置15は、「給湯器Whから出湯がある」と判別し、ステップS104に進む。ステップS104において、制御装置15は、電磁開閉弁65を閉へ切換るとともに混合湯を設定温度Tに制御する混合弁62の作動開始を指示し、次いでステップS105に進む。混合湯計測温度Thの変化は第一変動幅Wd1を越えていない場合には、制御装置15は、ステップS102において「No」と判定し、ステップS101に戻る。
ステップS105では、制御装置15は、湯温計測装置66により混合湯供給管63における混合湯の温度を計測し、混合湯計測温度Thを読み込む。次に、ステップS106において、制御装置15は、混合湯計測温度Thの変化は第二変動幅Wd2を越えていないか否かを判定する。
混合湯計測温度Thの変化は第二変動幅Wd2を越えていない場合即ち混合湯計測温度Thの変化は第二変動幅Wd2以内である場合は、制御装置15は、ステップS106において「Yes」と判定し、ステップS107に進む。混合湯計測温度Thの変化は第二変動幅Wd2を越えている場合は、制御装置15は、ステップS106において「No」と判定し、ステップS105に戻る。
ステップ107では、待機時間tb経過したか否か即ちステップS106の判定結果が待機時間tbの間変更されなかった否かが判定される。待機時間tbが経過した場合は、制御装置15は、ステップS107において「Yes」と判定し、ステップ106の判定結果である「混合湯計測温度Thの変化は第二変動幅Wd2を越えていない」ことを確定させて、ステップS108に進む。待機時間tbが経過していない場合は、制御装置15は、ステップS107において「No」と判定し、ステップS105に戻る。
ステップS108では、制御装置15は、設定温度TをTaに第1指定時間tcの間変化させ、ステップS109に進む。ステップS109では、制御装置15は、混合湯計測温度Thに変化が生じたか否かを判定する。
混合湯計測温度Thに変化が生じた場合は、ステップS109において、制御装置15は、「Yes」と判定し、ステップS105に戻る。混合湯計測温度Thに変化が生じていない場合は、ステップS109において、制御装置15は、「No」と判定し、ステップS110に進む。
ステップS110では、制御装置15は、「給湯器Whから出湯が無い」と判別し、ステップS111へ進む。ステップS111において、制御装置15は混合弁62の作動停止を指示するとともに電磁開閉弁65を開へ切換を指示し、ステップS101に戻る。この様にして、制御装置15は、給湯器Whから出湯が有るか否かの判定を行う。
制御装置15は、給湯器Whから出湯が有ると判別すると、ノーマルオープンの電磁開閉弁65を閉状態に切り換えるとともに混合弁62の作動を開始するので、給湯器Whの出湯が無い場合は、電磁開閉弁65は開であるので、電気エネルギーの消費を節約できる。
<第2実施形態>
次に、本発明のコジェネレーションシステムの第2実施形態を図5及び図6に基づいて説明する。前述の如く、第1実施形態のコジェネレーションスステムでは、混合湯供給管63のバイパス通路64との合流部よりも下流側に設けられて混合湯計測温度Thを検出する湯温計測装置66は、混合湯供給管63における混合湯の平均的な温度を計測するために、混合湯供給管63の径方向の中心の温度を検出すように設けられている。これに対して、第2実施形態のコジェネレーションシステムは、図5に示す如く、混合湯供給管63のバイパス通路64との合流部よりも下流側に設けられて混合湯計測温度Thを検出する湯温計測装置66Aは、循環する貯湯槽21の湯からの熱拡散がある湯側経路63aにおける混合湯の温度を計測するために設けられる。
湯側経路63aは、図5に示す如く、混合弁62の湯バルブ孔62c1からの湯が混合弁62の混合湯送出口62a3を通り混合湯供給管63に至る湯の経路であり、具体的には、混合湯供給管63の内部では、内壁面63bの上方側に沿って形成される。図1に示す如く、貯湯水循環ライン22による排熱回収にて温められて生成される貯湯槽21の湯は、貯湯水循環ポンプ22aにて貯湯水循環ライン22を循環している。給湯器Wh即ち給湯栓69から出湯が無い状態では即ち混合湯供給管63内に流れが無くとも、貯湯槽21の湯からの熱拡散が、貯湯槽21から湯供給管61、混合弁62の湯バルブ孔62c1、混合弁62の混合湯送出口62a3を通り、混合湯供給管63の湯側経路63aに起こる。従って、湯温計測装置66Aによる混合湯計測温度Thは、給湯器Whから出湯が無い状態では貯湯槽21の湯からの熱拡散による温度変化が生じる。
なお、図5に示す如く、湯側経路63aに対して、内壁面63bの下方側は、前述の水供給管42aによる混合弁62の水バルブ孔62c2からの水が、混合湯送出口62a3を通り混合湯供給管63に至る水の経路である水側経路63cが形成される。給湯器Wh即ち給湯栓69から出湯が無い状態では即ち混合湯供給管63内に流れが無くとも、水供給管42aの水からの熱拡散が、水供給管42a、混合弁62の水バルブ孔62c2、混合弁62の混合湯送出口62a3を通り、混合湯供給管63の水側経路63cに起こる。また、図5に示す如く、水側経路63cに、給水管42から水を混合湯供給管63へ導くバイパス通路64が開口している。第2実施形態のコジェネレーションシステムのその余の構成は、第1実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。
湯温計測装置66Aが、計測する湯側経路63aにおける混合湯供給管63の混合湯計測温度Thは、給湯器Whから出湯が有る状態へ変化すると、第1実施例と同様に混合湯計測温度Thに上昇又は下降する温度変化が生じることから、混合湯計測温度Thに生じる所定の温度変化を検出して、出湯が有ることを判別できる。
給湯器Whから出湯が無しの状態へ変化すると、混合湯供給管63には、混合湯の流れはなくなるが、前述の説明の如く、混合湯供給管63の湯側経路63aには貯湯槽21の湯からの熱拡散が起こるため、混合湯計測温度Thは、単調に上昇する。混合湯計測温度Thにおける単調に上昇とは、温度の変化の方向が変わることなく上昇することを指すもので、温度の下降も生じた場合は、温度の変化の方向が変わるため、混合湯計測温度Thにおける単調に上昇には該当しないものである。以後、単調とは、変化の方向が変わらないことを指すものとする。
また、湯温計測装置66Aが計測する混合湯計測温度Thは、給湯器Whから出湯が無しの状態へ変化すると、混合湯供給管63の周囲の雰囲気温度にて冷却される場合には、単調に下降する。また、湯温計測装置66Aが計測する混合湯計測温度Thは、給湯器Whから出湯が無しの状態へ変化すると、前述の湯バルブ孔62c1の湯の熱伝導と混合湯供給管63の周囲の雰囲気温度による冷却とが均衡する場合には、温度変化が生じない即ち上昇も下降もしない。
従って、給湯器Whから出湯が無しの状態へ変化すると、湯温計測装置66Aが計測する混合湯計測温度Thが、単調に上昇、又は単調に減少、あるいは、変化せず等、その変化の方向が変わらないことに基づき、給湯器Whから出湯が無いことを判別できる。
また、給湯器Wh即ち給湯栓69から出湯が無くなると、混合湯供給管63の混合湯計測温度Thは設定温度T付近に安定し、設定温度Tを変化させても即ち混合弁62による混合湯の湯/水混合比が変化されても、混合湯供給管63には流れが生じていないので、混合湯計測温度Thの変化も生じにくい。これに基づき、給湯器Whから出湯が無いことの判別を確定することができ、その判別の精度を向上できる。
次に、第2実施形態のコジェネレーションシステムにおいて、給湯器Whから出湯が有るか否かの判別について説明する。給湯器Wh即ち給湯栓69から出湯が有る状態へ変化すると、混合湯供給管63へは、混合弁62から混合湯が流れ始めることによりあるいはバイパス通路64から開状態である電磁開閉弁65を介して水が流れ始める。従って、給湯器Whから出湯が有る状態に変化すると、その出湯による混合湯、水が流れるため、これにより、混合湯計測温度Thは、上昇や下降し、その変化の方向が変わる変化を含む温度変化が生じることから、混合湯計測温度Thに生じる所定の温度変化を検出して、出湯が有ることを判別できる。制御装置15は、第1実施形態と同様に、混合湯計測温度Thの変化が、第一変動幅Wd1を越えた場合は、「給湯器Whから出湯が有る」と判別する。
第一変動幅Wd1は、第1実施形態と同様に、第一設定時間t1当たり第一設定値P1の変化にて示され、具体的には、第一設定時間t1は、例えば1秒とし、第一設定値P1は例えば±0.7℃とし、即ち第一変動幅Wd1は、1秒間当たり±で0.7℃の温度変化を指す。なお、第一設定値P1は、±0.7℃に限定されるものではなく、±0.5℃〜±1.5℃が好ましい。
給湯器Wh即ち給湯栓69から出湯が無くなると、前述の説明の如く、湯温計測装置66Aが計測する混合湯計測温度Thが、単調に上昇、又は単調に減少、あるいは、変化せず等、その変化の方向が変わらないことに基づき、給湯器Whから出湯が無いことを判別できる。具体的には、前述の第一設定時間t1よりも長い第二設定時間t2の間、混合湯計測温度Thの変化量ΔThが、ΔTh≧0またはΔTh≦0を満たす場合には、混合湯計測温度Thは、変化の方向が変わらないと判定する。具体的には、第二設定時間t2は、20秒とする。なお、出湯が有る場合には、混合湯計測温度Thは、通常5秒以内には、混合湯計測温度Thの変化の方向が変わることに基づき、第二設定時間t2は、5〜300秒の範囲とすることが望ましい。
また、給湯器Whから出湯が無い状態では、混合湯供給管63の混合湯計測温度Thは設定温度T付近に安定し、設定温度Tを変化させても即ち混合弁62による混合湯の湯/水混合比が変化されても、混合湯供給管63には流れが生じていないので、混合湯計測温度Thの変化も生じにくい。従って、「給湯器Whから出湯が無い」ことを判別する条件として、混合湯計測温度Thの変化の方向は変わらないことに、更に設定温度Tを変化させても混合湯計測温度Thの変化も生じないことを加えて、「給湯器Whから出湯が無い」ことの判別を確定することができ、判別の精度を向上できる。具体的には、湯温計測装置66Aが計測する混合湯計測温度Thが、その変化の方向が変わらない判定された後、混合湯の設定温度Tを設定温度Taに変化させて、混合湯計測温度Thに変化が生じない場合は、「給湯器Whから出湯が無い」との判別を確定する。
混合湯の設定温度Taは、例えば混合湯計測温度Thマイナス1.5℃であり、第1指定時間tc、例えば5〜30秒間、混合湯の設定温度TをTaに変化させる。この混合湯の設定温度TがTaに変化されても、混合湯計測温度Thに変化が生じない場合とは、混合湯計測温度Thが第2指定時間Td当たり第2指定値Pbへの変化以内である場合を指す。具体的には、第2指定時間Tdは、例えば、20秒とし、第2指定値Pbは、例えば
、0.7℃とするもので、即ち、例えば、混合湯の設定温度Tが、混合湯計測温度Thマイナス1.5℃に5〜30秒間変化されても、混合湯計測温度Thが、20秒間で温度低下が0.7℃低下以内である場合は、変化なしと、制御装置15は判定する。なお、混合湯の設定温度Taは、混合湯計測温度Thマイナス1.5℃に限定されるものではなく、混合湯計測温度Thマイナス(1〜3)℃が望ましい。
第2実施形態におけるコジェネレーションシステムにおいても、第1実施形態と同様に、制御装置15は、コジェネレーションシステムの混合湯供給管63の混合湯計測温度Thが給水管42の水計測温度Twに達したことを検知すると、給湯器Whの出湯を判別する図6に示すフローチャートに対応するプログラムの実行を開始する。
ステップS201において、制御装置15は、湯温計測装置66Aにより混合湯供給管63における混合湯の温度を計測し、混合湯計測温度Thを読み込む。
次いで、ステップS202において、混合湯計測温度Thの変化は第一変動幅Wd1を越えたか否かを判定する。混合湯計測温度Thの変化は第一変動幅Wd1を越えた場合は、制御装置15は、ステップS202において「Yes」と判定し、ステップS203に進む。ステップS203において、制御装置15は、「給湯器Whから出湯がある」と判別し、ステップS204に進む。ステップS204において、制御装置15は、電磁開閉弁65を閉へ切換るとともに混合湯を設定温度Tに制御する混合弁62の作動開始を指示し、次いでステップS205に進む。混合湯計測温度Thの変化は第一変動幅Wd1を越えていない場合には、制御装置15は、ステップS202において「No」と判定し、ステップS201に戻る。
ステップS205では、制御装置15は、湯温計測装置66Aにより混合湯供給管63における混合湯の温度を計測し、混合湯計測温度Thを読み込む。次に、ステップS206において、制御装置15は、混合湯計測温度Thの変化は、第二設定時間t2の間、変化の方向が変わらないか否かを判定する。
混合湯計測温度Thの変化は、第二設定時間t2の間、変化の方向が変わらない場合は、制御装置15は、ステップS206において「Yes」と判定し、ステップS207に進む。混合湯計測温度Thの変化は、第二設定時間t2の間、変化の方向が変わる場合は、制御装置15は、ステップS206において「No」と判定し、ステップS205に戻る。
ステップS207では、制御装置15は、「給湯器Whから出湯が無い」と判別し、ステップS210へ進む。ステップS208において、制御装置15は混合弁62の作動停止を指示するとともに電磁開閉弁65を開へ切換を指示し、ステップS201に戻る。この様にして、制御装置15は、給湯器Whから出湯が有るか否かの判定を行う。
なお、図6に示す如く、前述のステップS206とステップS207の間に、ステップS209及びS219を追加することにより、制御装置15による「給湯器Whから出湯が無い」ことの判別の精度を向上することができる。ステップS209では、制御装置15は、設定温度TをTaに第1指定時間tcの間変化させ、ステップS210に進む。ステップS210では、混合湯計測温度Thに変化が生じたか否かを判定する。
混合湯計測温度Thに変化が生じた場合は、ステップS210において、制御装置15は、「Yes」と判定し、ステップS205に戻る。混合湯計測温度Thに変化が生じていない場合は、ステップS210において、制御装置15は、「No」と判定し、前述の「給湯器Whから出湯が無い」と判別するステップS207に進む。
なお、本発明の第1実施形態及び第2実施形態に係るコジェネレーションシステムにおいては、前述の「給湯器Whから出湯が無し」と判別する条件の他、「給湯器Whから出湯が無し」と判別すべき条件として、以下があり、必要に応じて組み合わせることができる。例えば、給湯器Whから出湯が有ると判別後、30分経過した場合には、「給湯器Whから出湯が無し」と判別する。例えば、混合湯計測温度Thが設定温度Tよりも3℃高い状態が10秒間継続した場合には、「給湯器Whから出湯が無し」と判別する。例えば、混合弁62が、水側全開開度を10秒間継続した場合には、「給湯器Whから出湯が無し」と判別する。例えば、混合弁62が、湯側全開開度を10秒間継続した場合には、「給湯器Whから出湯が無し」と判別する。
本発明の第2実施形態に係るコジェネレーションシステムの如く、混合湯計測温度Thを検出する湯温計測装置66Aを、循環する貯湯槽21の湯からの熱拡散がある湯側経路63aに設けた場合は、以下に示す効果がある。湯温計測装置66Aは、貯湯槽21の湯からの熱拡散の検出が容易となって、混合湯計測温度Thに基づいて、給湯器Whから出湯が無しの判別が行い易くなる。湯温計測装置66Aが計測する混合湯計測温度Thは、混合湯供給管63内における混合湯の平均温度よりも高い湯側経路63aの温度であり、設定温度Tとこの混合湯計測温度Thとの差がなくなるように、混合弁62が制御されるので、給湯器Whからの高温出湯の防止ができる。
上述のように、本発明の第1実施形態及び第2実施形態に係るコジェネレーションシステムによれば、電力を供給する発電システム10と、発電システム10から排出される排気ガスに含まれる排熱を回収して生成した湯を貯える貯湯槽21と、貯湯槽21に水を供給する水供給装置Swと、発電システム10から排出される排気ガスと、貯湯槽21に貯えられた湯とが循環され、排熱を湯に回収する排気熱交換器12と、湯流入口62a1に貯湯槽21から湯が流入し、水入口62a2に水供給装置Swから水が流入し、設定された設定温度Tの混合湯を生成し、混合湯が出口62a3から流出する混合弁62と、混合弁62の出口62a3に接続され、混合湯を加熱し、出湯が可能である給湯器Whと、混合弁62と給湯器Whとの間に配置され、混合湯の温度を計測して混合湯計測温度Thを出力する湯温計測装置66,66Aと、混合湯計測温度Thが、第一設定時間t1当たり第一設定値P1へと変化する第一変動幅Wd1を越える場合は、給湯器Whから出湯が有ると判別する出湯有り判別部S102,S103,S202,S203と、を備える。これにより、混合湯の温度の計測に用いる湯温計測装置66,66Aにて、その計測値である混合湯計測温度Thが第一設定時間t1当たり第一設定値P1へと変化する第一変動幅Wd1を越える場合は、給湯器Whから出湯が有ると判別することができるので、部品点数を増やすことなく、給湯器Whからの出湯があることを判別できる。
上述のように、本発明の第1実施形態に係るコジェネレーションシステムによれば、混合湯計測温度Thが、第一変動幅Wd1より小さい第二変動幅Wd2を越えない状態において設定温度Tを変化させて、混合湯計測温度Thに変化が生じない場合には、給湯器Whから出湯が無いと判別する出湯無し判別部S106,S108,S109,S110を備える。これにより、部品点数を増やすことなく、給湯器Whからの出湯が無いことを判別できる。
上述のように、本発明の第2実施形態に係るコジェネレーションシステムによれば、湯温計測装置66Aは、循環する貯湯槽21の湯からの熱拡散がある湯側経路63aに設けられ、混合湯計測温度Thが、第一設定時間t1よりも長い第二設定時間t2の間、その変化の方向が変わらない場合は、給湯器Whからの出湯が無いと判別する出湯無し判別部S206,S207を備える。これにより、部品点数を増やすことなく、給湯器Whからの出湯が無いことを判別できる。
上述のように、本発明の第2実施形態に係るコジェネレーションシステムによれば、出湯無し判別部S206,S207は、さらに、設定温度Tを変化させて、混合湯計測温度Thに変化が生じない場合には、給湯器Whからの出湯が無い」判別する(ステップS209,S210)。これにより、給湯器Whからの出湯がないとする判別の精度を向上できる。
上述のように、本発明の第2実施形態に係るコジェネレーションシステムによれば、混合弁62の出口62a3の水の熱放散がある水側経路63cに、水供給装置Swと接続されて開へと切換可能であるバイパス通路64が連結される。これにより、バイパス通路64の開への切換えにて、給湯器Whからの高温出湯の防止ができる。湯の熱放散がある湯側経路63aとは分けられて、水の熱放散がある水側経路63cに水供給装置Swと接続されたバイパス通路64が連結されるので、湯側経路63aは、水側経路63c及びバイパス通路64からの水の熱放散の影響を受けにくくなるため、湯温計測装置66Aは、湯側経路63aにおける湯による熱放散による温度変化を正確に検出できることから、給湯器からの出湯の判別の精度をより向上できる。
上述のように、本発明の第1実施形態及び第2実施形態に係るコジェネレーションシステムによれば、発電システム10は、固体酸化物形燃料電池システムであり、貯湯槽21は、固体酸化物形燃料電池システムを覆う筐体10aの内部に収納されているので、貯湯槽21は、排熱回収に有利であり、熱損失も少ない。
なお、複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合せることが可能であることは、明らかである。