JP6611658B2 - 熱電併給システム - Google Patents

Description

本発明は、熱と電気とを併せて発生させる熱電併給装置と、排熱回収装置と、制御装置とを備え、排熱回収装置は、熱電併給装置の出力電力を消費可能な電気ヒーター装置と、熱電併給装置で発生された熱及び電気ヒーター装置で発生した熱を蓄えることができる蓄熱装置を有し、熱電併給装置で発生された熱及び蓄熱装置に蓄熱されている熱の少なくとも何れか一方を熱負荷装置に供給する熱電併給システムに関する。

特許文献１には、熱と電気とを併せて発生させる熱電併給装置と、蓄熱装置と、熱電併給装置の出力電力を消費可能な電気ヒーター装置とを備える熱電併給システムが記載されている。熱電併給装置で発生した電気は電力消費装置に供給され、熱電併給装置で発生した熱は蓄熱装置に蓄えられる、或いは、熱消費装置に供給される。

熱に関して説明すると、熱電併給装置と蓄熱装置との間で熱媒を循環させて、その熱媒によって熱電併給装置から回収した熱を蓄熱装置で蓄えるという方式が採用される。つまり、その場合の熱媒は、熱電併給装置から熱を回収する役割と、熱電併給装置を冷却する役割とを担っている。従って、蓄熱装置で既に蓄えられている熱量が多くなると、熱電併給装置へと供給される熱媒の温度が高くなる。そして、熱電併給装置へ供給する熱媒の温度が高くなると、熱電併給装置を十分に冷却できないという問題が生じる。そのため、蓄熱装置の蓄熱量が多くなり過ぎると、熱電併給装置の運転を停止しなければならないという問題が生じる。

特開２０１５−０７３３６７号公報（段落００６０、図６など）

熱電併給装置は出力が大きい方が運転メリットは大きくなるため、可能ならば大きな出力で運転させることが好ましい。熱電併給装置で発生する熱量が多くなると、熱媒によって回収されて蓄熱装置に新たに蓄えられる熱量も増える。また、発生する電力が大きくなると、電力消費装置で消費できなかった余剰電力が発生することもある。その場合、電気ヒーター装置で消費して、その熱を蓄熱装置に新たに蓄えることになる。そして、蓄熱装置に蓄えられている熱量が増え過ぎて上限値に達すると（即ち、満蓄状態になると）、熱電併給装置の運転を停止せざるを得なくなるという問題が生じる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄熱装置の満蓄状態の発生を抑制できる熱電併給システムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る熱電併給システムの特徴構成は、熱と電気とを併せて発生させる熱電併給装置と、排熱回収装置と、制御装置とを備え、前記排熱回収装置は、前記熱電併給装置の出力電力を消費可能な電気ヒーター装置と、前記熱電併給装置で発生された熱及び前記電気ヒーター装置で発生した熱を蓄えることができる蓄熱装置を有し、前記熱電併給装置で発生された熱及び前記蓄熱装置に蓄熱されている熱の少なくとも何れか一方を熱負荷装置に供給し、前記制御装置は、前記熱電併給装置を運転しているとき、前記排熱回収装置において、前記熱電併給装置で発生された熱の回収と、前記蓄熱装置への蓄熱とを行わせ、前記熱電併給装置の電力系統への連系運転時には電力消費装置及び前記排熱回収装置に対して前記電力系統及び前記熱電併給装置の少なくとも何れか一方から電力を供給し、前記熱電併給装置の自立運転時には前記電力消費装置及び前記排熱回収装置に対して前記熱電併給装置から電力を供給する熱電併給システムであって、
前記制御装置は、前記熱電併給装置の出力電力が過剰になる電力過剰条件が満たされると判定したとき、前記排熱回収装置が有する複数の機器のうち、停止させておくべき機器を動作させる目的外運転を行わせ、及び、前記目的外運転が行われたときの前記熱電併給装置の出力電力に余剰が発生するとき、余剰電力を前記電気ヒーター装置で消費させ、前記電力過剰条件が満たされないと判定したとき、前記目的外運転を行わせない点にある。

上記特徴構成によれば、制御装置は、熱電併給装置の出力電力が過剰になる電力過剰条件が満たされると判定したとき、排熱回収装置が有する複数の機器のうち、停止させておくべき機器を動作させる目的外運転を行うことにより、熱電併給装置の出力電力の少なくとも一部をその目的外運転によって消費できる。加えて、制御装置は、その目的外運転が行われたときの熱電併給装置の出力電力に余剰が発生するとき、その余剰電力を電気ヒーター装置で消費させて、発生した熱を蓄熱装置に蓄える。これに対して、制御装置は、熱電併給装置の出力電力が過剰になる電力過剰条件が満たされないと判定したとき、上記目的外運転を行わないことにより、熱電併給装置の出力電力がその目的外運転によって消費されないようにできる。ここで、目的外運転が行われることで動作されるのは、排熱回収装置の動作目的に応じた適切な出力で動作中の機器ではなく、停止させておくべき機器である。その結果、この目的外運転が行われても、排熱回収装置の動作は適切な状態で継続されることが確保される。
このように、制御装置は、熱電併給装置の出力電力の少なくとも一部を目的外運転によって消費させることで、熱電併給装置の出力電力の余剰分を消費するため電気ヒーター装置の消費電力、即ち、電気ヒーター装置での発熱量を少なくすることができる。その結果、蓄熱装置に蓄える熱量が増え過ぎることを回避できる。
従って、蓄熱装置の満蓄の発生を抑制できる熱電併給システムを提供できる。

本発明に係る熱電併給システムの別の特徴構成は、前記制御装置は、前記目的外運転が行われないときの前記熱電併給装置の出力電力に余剰が発生するとき、前記電力過剰条件が満たされると判定し、前記目的外運転が行われないときの前記熱電併給装置の出力電力に余剰が発生しないとき、前記電力過剰条件が満たされないと判定する点にある。

上記特徴構成によれば、目的外運転が行われないときの前記熱電併給装置の出力電力に余剰が発生するとき、目的外運転が行われて熱電併給装置の出力電力が消費される。その結果、熱電併給装置の出力電力のうちの余剰電力を小さくできる。

本発明に係る熱電併給システムの更に別の特徴構成は、前記排熱回収装置が有する、電力を消費して動作する複数の機器の一つとして、前記熱負荷装置としての暖房機器に暖房用熱媒を循環させるための暖房用熱媒路での前記暖房用熱媒の流動量を調節する暖房用熱媒ポンプを有し、前記制御装置は、前記暖房用熱媒ポンプを停止させるべき時期に前記暖房用熱媒ポンプを動作させることで前記目的外運転を行わせる点にある。

上記特徴構成によれば、暖房用熱媒ポンプを動作させて電力を消費することで、熱電併給装置の出力電力のうちの余剰電力を小さくできる。

本発明に係る熱電併給システムの更に別の特徴構成は、前記排熱回収装置が有する、電力を消費して動作する複数の機器の一つとして、前記熱負荷装置としての風呂追焚部に湯水を循環させるための風呂追焚用熱媒路での前記湯水の流動量を調節する風呂追焚用循環ポンプを有し、前記制御装置は、前記風呂追焚用循環ポンプを停止させて前記風呂追焚部での風呂追焚きを停止させるべき時期に前記風呂追焚用循環ポンプを動作させることで前記目的外運転を行わせる点にある。

上記特徴構成によれば、風呂追焚用循環ポンプを動作させて電力を消費することで、熱電併給装置の出力電力のうちの余剰電力を小さくできる。

本発明に係る熱電併給システムの更に別の特徴構成は、前記排熱回収装置が有する、電力を消費して動作する複数の機器の一つとして、燃料を燃焼して得られる燃焼熱により循環熱媒を加熱する熱源機を経由するように当該循環熱媒を循環させるための熱媒循環路での前記循環熱媒の流動量を調節する熱媒循環ポンプを有し、前記制御装置は、前記熱媒循環ポンプを停止させて前記循環熱媒の循環を停止させるべき時期に前記熱媒循環ポンプを動作させることで前記目的外運転を行わせる点にある。

上記特徴構成によれば、熱媒循環ポンプを動作させて電力を消費することで、熱電併給装置の出力電力のうちの余剰電力を小さくできる。

本発明に係る熱電併給システムの更に別の特徴構成は、前記排熱回収装置が有する、電力を消費して動作する複数の機器の一つとして、前記蓄熱装置に蓄えられている熱の外気への放熱量を調節するラジエータを有し、前記制御装置は、前記ラジエータによる放熱を停止させるべき時期に前記ラジエータを動作させることで前記目的外運転を行わせる点にある。

上記特徴構成によれば、ラジエータを動作させて電力を消費することで、熱電併給装置の出力電力のうちの余剰電力を小さくできる。

本発明に係る熱電併給システムの更に別の特徴構成は、前記排熱回収装置が有する、電力を消費して動作する複数の機器の一つとして、燃料を燃焼して燃焼熱を発生する熱源機において、燃料の燃焼に用いられる空気の供給量を調節する送風ファンを有し、前記制御装置は、前記送風ファンを停止させるべき時期に前記送風ファンを動作させることで前記目的外運転を行わせる点にある。

上記特徴構成によれば、送風ファンを動作させて電力を消費することで、熱電併給装置の出力電力のうちの余剰電力を小さくできる。

本発明に係る熱電併給システムの更に別の特徴構成は、前記排熱回収装置が有する、電力を消費して動作する複数の機器の一つとして、発生するジュール熱により凍結を予防する凍結予防用ヒーターを有し、前記制御装置は、前記凍結予防用ヒーターを停止させるべき時期に前記凍結予防用ヒーターを動作させることで前記目的外運転を行わせる点にある。

上記特徴構成によれば、凍結予防用ヒーターを動作させて電力を消費することで、熱電併給装置の出力電力のうちの余剰電力を小さくできる。

熱電併給システムの構成を示す図である。 排熱回収ユニットの構成を示す図である。

以下に図面を参照して本発明の実施形態に係る熱電併給システムについて説明する。
図１は、熱電併給システムの構成を示す図である。図２は、排熱回収ユニットの構成を示す図である。図示するように、熱電併給システムは、熱と電気とを併せて発生させる発電ユニット１０（本発明の熱電併給装置の一例）と、排熱回収ユニット２０（本発明の排熱回収装置の一例）と、制御装置Ｃとを備える。排熱回収ユニット２０は、発電ユニット１０の出力電力を消費可能な余剰電力消費用ヒーター２２（本発明の電気ヒーター装置の一例）と発電ユニット１０で発生された熱及び余剰電力消費用ヒーター２２で発生した熱を蓄えることができる蓄熱装置２１を有し、発電ユニット１０で発生された熱及び蓄熱装置２１に蓄熱されている熱の少なくとも何れか一方を熱負荷装置２４に供給する。

〔発電ユニット〕
本実施形態において、発電ユニット１０が有する熱電併給部としての燃料電池部１２は、水素などの燃料ガスが供給される燃料極と酸素が供給される空気極とを有するセルが複数個積層されたセルスタックを有して構成される。燃料電池部１２は、固体高分子形のセルや固体酸化物形のセルなど、様々なタイプのセルを用いて構成できる。また、本実施形態の発電ユニット１０は、燃料電池部１２に対して、炭化水素等の水蒸気改質によって生成した燃料ガス（水素等）を供給するための燃料改質部１３を併せて備えている。

燃料電池部１２の発電電力は、インバータを有する、或いは、コンバータ及びインバータ等を有する電力変換部１１を介して連系電力線４及び自立電力線５の何れか一方に出力される。尚、本実施形態では、燃料電池部１２から出力される電力のことを発電電力と記載し、発電ユニット１０から出力される電力のことを出力電力と記載する。電力変換部１１から連系電力線４に出力電力が供給されている状態は、発電ユニット１０が連系運転を行っている状態であると言える。これに対して、電力変換部１１から自立電力線５に出力電力が供給されている状態は、発電ユニット１０が自立運転を行っている状態であると言える。また、連系電力線４は、電力系統１に接続される交流線２に対して接続され、その交流線２は切替スイッチ６に接続されている。自立電力線５は切替スイッチ６に対して上記交流線２とは別に接続されている。切替スイッチ６は、排熱回収ユニット２０にとっての電力供給元を、交流線２を介して供給される電力、及び、自立電力線５を介して供給される電力の何れかに切り替えるように動作する。この切替スイッチ６の動作は、制御装置Ｃによって制御されてもよいし、発電ユニット１０からの電力供給先の変更（即ち、自立電力線５を介した電力供給の有無）に応じて自動的に切替スイッチ６が動作するような構成であってもよい。発電ユニット１０は、電力変換部１１の温度を調節する温度調節部としての冷却ファン１５を有している。

制御装置Ｃは、電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われる正常状態になると交流線２に発電ユニット１０の出力電力を供給する連系運転を行い、電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われない異常状態になると電力系統１から電気的に切り離された自立電力線５に発電ユニット１０の出力電力を供給する自立運転を行うように構成されている。本実施形態では、制御装置Ｃは、電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われる正常状態であるか、或いは、電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われない異常状態であるかを、例えば、計器用変圧器ＶＴで検出される交流線２の電圧を参照して判定する。つまり、制御装置Ｃは、検出された電圧値が設定下限電圧以上であれば電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われている正常状態であると判定し、検出された電圧値が設定下限電圧未満であれば電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われていない異常状態であると判定する。

このようにして、制御装置Ｃは、発電ユニット１０の電力系統１への連系運転時には電力消費装置（一般電力負荷装置３）及び排熱回収ユニット２０対して電力系統１及び発電ユニット１０の少なくとも何れか一方から電力を供給し、発電ユニット１０の自立運転時には電力消費装置（自立負荷装置９）及び排熱回収ユニット２０に対して発電ユニット１０から電力を供給する。

尚、発電ユニット１０の出力電力が自立電力線５に供給されている自立運転時において、自立運転の一形態としての発電ユニット１０のアイドリング運転が行われることもある。具体的には、制御装置Ｃは、発電ユニット１０の出力電力を自立電力線５に供給させている状態において、計器用変流器ＣＴ２で計測される電力消費装置（自立負荷装置９）及び排熱回収ユニット２０の消費電力の和が、発電ユニット１０の出力電力よりも大きくなると、開閉器１６を一時的に開放させて、自立負荷装置９への電力供給を一時的に停止させるようなアイドリング運転を行うこともある。

〔排熱回収ユニット〕
排熱回収ユニット２０は、熱を蓄える貯湯タンク（蓄熱装置）２１を有し、発電ユニット１０で発生された熱及び貯湯タンク２１に蓄熱されている熱の少なくとも何れか一方を後述する熱負荷装置２４に供給する。具体的には、制御装置Ｃは、発電ユニット１０の燃料電池部１２を運転しているとき、排熱回収ユニットにおいて、発電ユニット１０で発生された熱の回収と、貯湯タンク２１への蓄熱とを行わせる。従って、排熱回収ユニット２０では、燃料電池部１２のセルスタックを冷却するために、発電ユニット１０の連系運転が行われている間及び自立運転が行なわれている間の何れにおいても、排熱を回収する運転を行う必要があり、その結果として電力が消費されることになる。排熱回収ユニット２０への電力供給は、切替スイッチ６に接続される内部電力線１７を介して行われる。

図１に示すシステムでは、一般電力負荷装置３及び自立負荷装置９を記載している。一般電力負荷装置３は、電力系統１と接続される交流線２に対して電気的に接続されている。従って、一般電力負荷装置３は、電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われる正常状態においては電力の供給を受けることができるが、電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われていない異常状態においては電力の供給を受けることができない。従って、本実施形態で言う一般電力負荷装置３は、異常状態において電力の供給を受ける必要性が低い装置（例えば、一部の照明装置など）である。

これに対して、自立負荷装置９は、後述するように、電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われない異常状態において発電ユニット１０から電力の供給を受けることができる。自立負荷装置９に電力が供給されるのは、自立電力線５を経由して電気コンセント７に対して電力が供給され、且つ、電気コンセント７に対して電気プラグ８が接続されているときである。自立負荷装置９は、使用者が電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われない異常状態においても利用したいと考える重要度の高い装置（例えば、一部の照明機器、冷蔵庫など）である。

排熱回収ユニット２０は、発電ユニット１０の出力電力を消費可能な電気ヒーター装置としての余剰電力消費用ヒーター２２を有する。余剰電力消費用ヒーター２２の消費電力は、制御装置Ｃによって制御される。具体的には、制御装置Ｃは、発電ユニット１０の出力電力のうちの余剰電力を余剰電力消費用ヒーター２２で消費させて、余剰電力消費用ヒーター２２で発生する熱を排熱回収路Ｌ１を流れる湯水に伝達して貯湯タンク２１に蓄えさせる。例えば、制御装置Ｃは、計器用変流器ＣＴ１の検出結果に基づいて導出できる電力系統１からの受電電力がゼロ以上になるように、余剰電力消費用ヒーター２２の消費電力を調節する。このような制御が行われることで、発電ユニット１０から電力系統１への電力の逆潮流が発生しないようにできる。

次に、図２を参照して、排熱回収ユニット２０の構成の具体例を説明する。

〔排熱回収路Ｌ１〕
貯湯タンク２１と発電ユニット１０との間には、湯水が循環する排熱回収路Ｌ１が設けられている。この排熱回収路Ｌ１では、例えば、貯湯タンク２１に貯えられている比較的低温の湯水が発電ユニット１０に流入し、発電ユニット１０から排出される熱によって加熱され、加熱された比較的高温の湯水が貯湯タンク２１に帰還するという蓄熱サイクルが成立している。また、発電ユニット１０から貯湯タンク２１へ向かう排熱回収路Ｌ１の途中に余剰電力消費用ヒーター２２を設けている。その結果、排熱回収路Ｌ１を循環する湯水は、余剰電力消費用ヒーター２２で発生した熱も、貯湯タンク２１において回収可能に構成されている。以上のように、発電ユニット１０で発生された熱及び余剰電力消費用ヒーター２２で発生された熱は、貯湯タンク２１に蓄えられる。

加えて、貯湯タンク２１から発電ユニット１０へ向かう排熱回収路Ｌ１の途中に、放熱用のラジエータ３８を設けている。ラジエータ３８は、貯湯タンク２１に蓄えられている熱の外気への単位時間当たりの放熱量を調節する。その結果、湯水の温度をラジエータ３８によって低下させた上で、貯湯タンク２１から発電ユニット１０へ湯水を供給させることができる。このラジエータ３８は、排熱回収ユニット２０が有する、電力系統１及び発電ユニット１０の少なくとも一方から供給される電力を消費して動作する複数の機器の一つとして機能する。

〔熱媒循環路Ｌ６〕
熱媒循環路Ｌ６には、貯湯タンク２１の上部から熱媒取出路Ｌ７を介して取り出された高温の湯水を三方弁Ｖ３を介して供給できる。熱媒循環路Ｌ６は、湯水が風呂追焚用熱交換器３１を通って循環する第１熱媒循環路Ｌ６ａ、及び、湯水が暖房用熱交換器３０を通って循環する第２熱媒循環路Ｌ６ｂ、及び、第１熱媒循環路Ｌ６ａと第２熱媒循環路Ｌ６ｂとの共通部分Ｌ６ｃで構成される。熱媒循環路Ｌ６の共通部分Ｌ６ｃから、第１熱媒循環路Ｌ６ａ及び第２熱媒循環路Ｌ６ｂへの分岐箇所には、三方弁Ｖ４が設けられている。熱媒循環路Ｌ６の共通部分Ｌ６ｃには、熱媒循環路Ｌ６において湯水を循環させるための熱媒循環ポンプＰ１と、湯水を加熱するための熱源機４０とが設けられている。熱媒循環ポンプＰ１は、燃料を燃焼して得られる燃焼熱により循環熱媒（湯水）を加熱する熱源機４０を経由するようにその循環熱媒を循環させるための熱媒循環路Ｌ６での循環熱媒の単位時間当たりの流動量を調節する。従って、第１熱媒循環路Ｌ６ａ及び第２熱媒循環路Ｌ６ｂには、熱源機４０で加熱した後の高温の湯水を供給できる。本実施形態において、熱源機４０の燃焼器３４には燃料としてのガスが供給され、送風ファンＦによって供給される空気と混合された上で燃焼される。そして、その燃焼熱によって熱媒循環路Ｌ６を通流する湯水が加熱される。このように、送風ファンＦは、燃料を燃焼して燃焼熱を発生する熱源機４０において、燃料の燃焼に用いられる空気の単位時間当たりの供給量を調節する。

ここで、熱媒循環ポンプＰ１は、排熱回収ユニット２０が有する、電力系統１及び発電ユニット１０の少なくとも一方から供給される電力を消費して動作する複数の機器の一つとして機能する。また、送風ファンＦも、排熱回収ユニット２０が有する、電力系統１及び発電ユニット１０の少なくとも一方から供給される電力を消費して動作する複数の機器の一つとして機能する。

〔給水路Ｌ２、給湯路Ｌ３〕
給水路Ｌ２は、貯湯タンク２１に水を補充するための水路である。給湯路Ｌ３は、熱負荷装置２４の一つである給湯部３７に熱（湯水）を供給するための水路である。この給湯路Ｌ３は、熱媒循環路Ｌ６の途中から分岐している。具体的には、給湯路Ｌ３は、熱源機４０よりも下流側であり、三方弁Ｖ４よりも上流側の、熱媒循環路Ｌ６の途中から分岐している。従って、給湯路Ｌ３には、熱源機４０で加熱した後の高温の湯水を供給できる。また、給湯路Ｌ３の途中には温水用比例弁Ｖ１が設けられ、且つ、温水用比例弁Ｖ１が設けられている箇所よりも下流側の給湯路Ｌ３には、給水路Ｌ２が冷水用比例弁Ｖ２を介して連結されているので、給湯路Ｌ３を流れる温水の流量と、給水路Ｌ２から給湯路Ｌ３へ流入する冷水の流量とを調節した上で混合させることができる。その結果、温水用比例弁Ｖ１及び冷水用比例弁Ｖ２の開度を調節することで、給湯部３７に供給される湯水の温度を調節できる。

〔暖房用熱媒路Ｌ５〕
暖房用熱媒路Ｌ５は、熱負荷装置２４の一つである暖房機器３３に熱を供給するための熱媒路である。具体的には、上記暖房用熱交換器３０と暖房機器３３との間で熱媒が循環可能なように、暖房用熱媒路Ｌ５が設けられている。暖房用熱媒路Ｌ５の途中には、暖房用熱媒路Ｌ５において熱媒を循環させるための暖房用熱媒ポンプＰ２が設けられている。つまり、暖房用熱媒ポンプＰ２は、暖房機器３３に熱媒を循環させるための暖房用熱媒路Ｌ５での熱媒の単位時間当たりの流動量を調節する。このように、暖房用熱媒路Ｌ５を流れる熱媒は、暖房用熱交換器３０において第２熱媒循環路Ｌ６ｂを流れる高温の湯水と熱交換して昇温された上で暖房機器３３に流入することで、暖房機器３３での熱消費が可能となっている。

この例において、発電ユニット１０で発生された熱及び貯湯タンク２１に蓄熱されている熱の少なくとも何れか一方を消費する熱負荷装置２４は、上述した暖房機器３３である。また、暖房用熱媒ポンプＰ２は、排熱回収ユニット２０が有する、電力系統１及び発電ユニット１０の少なくとも一方から供給される電力を消費して動作する複数の機器の一つとして機能する。

〔風呂追焚用熱媒路Ｌ４〕
風呂追焚用熱媒路Ｌ４は、熱負荷装置２４の一つである風呂追焚部３６に熱を供給するための熱媒路である。具体的には、風呂追焚用熱交換器３１と浴槽３５との間で湯水が循環可能なように、風呂追焚用熱媒路Ｌ４が設けられている。風呂追焚用熱媒路Ｌ４の途中には、風呂追焚用熱媒路Ｌ４において湯水を循環させるための風呂追焚用循環ポンプＰ３が設けられている。風呂追焚用循環ポンプＰ３は、風呂追焚部３６に湯水を循環させるための風呂追焚用熱媒路Ｌ４での湯水の単位時間当たりの流動量を調節する。つまり、浴槽３５に貯えられている湯水及び風呂追焚用熱媒路Ｌ４中に存在している湯水は、風呂追焚用熱交換器３１において、第１熱媒循環路Ｌ６ａを流れる高温の湯水と熱交換して昇温された上で浴槽３５へ帰還することで、浴槽３５に貯えられている湯水を昇温できる（即ち、風呂追焚を実施できる）。

ここで、風呂追焚用循環ポンプＰ３は、排熱回収ユニット２０が有する、電力系統１及び発電ユニット１０の少なくとも一方から供給される電力を消費して動作する複数の機器の一つとして機能する。

更に、本実施形態では、電力系統１及び発電ユニット１０の少なくとも一方から供給される電力を消費して発生する熱を用いるための凍結予防用ヒーター３２を有する。凍結予防用ヒーター３２は、発生するジュール熱により凍結を予防する。図２に示した例では、凍結予防用ヒーター３２は、排熱回収路Ｌ１及び給水路Ｌ２及び給湯路Ｌ３を通流する水（湯水）の凍結を防止するために、排熱回収路Ｌ１及び給水路Ｌ２及び給湯路Ｌ３の一部を加熱可能な状態で設けられている。具体的には、貯湯タンク２１から発電ユニット１０に至る間の排熱回収路Ｌ１並びに冷水用比例弁Ｖ２に至るまでの給水路Ｌ２並びに温水用比例弁Ｖ１よりも下流側の給湯路Ｌ３に凍結予防用ヒーター３２が設けられている。

ここで、凍結予防用ヒーター３２は、排熱回収ユニット２０が有する、電力系統１及び発電ユニット１０の少なくとも一方から供給される電力を消費して動作する複数の機器の一つとして機能する。

〔目的外運転〕
本実施形態で説明する目的外運転は、排熱回収ユニット２０が有する、電力を消費して動作する複数の機器（熱媒循環ポンプＰ１、暖房用熱媒ポンプＰ２、風呂追焚用循環ポンプＰ３、凍結予防用ヒーター３２、ラジエータ３８、送風ファンＦ）のうち、停止させるべき時期にある機器を動作させることである。この目的外運転が行われることで、排熱回収ユニット２０の消費電力を上昇させることができる。尚、制御装置Ｃが、目的外運転によって排熱回収ユニット２０の消費電力をどれだけ上昇させるのかは適宜設定可能である。また、制御装置Ｃは、複数の機器（熱媒循環ポンプＰ１、暖房用熱媒ポンプＰ２、風呂追焚用循環ポンプＰ３、凍結予防用ヒーター３２、ラジエータ３８、送風ファンＦ）のうちの二以上の機器の目的外運転を並行して行ってもよい。加えて、目的外運転が行われたときの発電ユニット１０の出力電力に未だ余剰が発生するとき、制御装置Ｃは、その余剰電力を余剰電力消費用ヒーター２２で消費させればよい。

例えば、制御装置Ｃは、熱媒循環ポンプＰ１であれば、熱媒循環路Ｌ６で湯水を循環させる必要がないとき、熱媒循環ポンプＰ１を停止させるべき時期と判断する。そして、制御装置Ｃは、熱媒循環ポンプＰ１を停止させて湯水の循環を停止させるべき時期に熱媒循環ポンプＰ１を動作させることで、目的外運転を実行できる。

制御装置Ｃは、暖房用熱媒ポンプＰ２であれば、暖房機器３３の運転が停止されており、暖房用熱媒路Ｌ５に熱媒を循環させる必要がないとき、暖房用熱媒ポンプＰ２を停止させるべき時期と判断する。そして、制御装置Ｃは、暖房用熱媒ポンプＰ２を停止させるべき時期に暖房用熱媒ポンプＰ２を動作させることで、目的外運転を実行できる。

制御装置Ｃは、風呂追焚用循環ポンプＰ３であれば、風呂追焚が指令されておらず、風呂追焚用熱媒路Ｌ４において湯水を循環させる必要がないとき、風呂追焚用循環ポンプＰ３を停止させるべき時期と判断する。そして、制御装置Ｃは、風呂追焚用循環ポンプＰ３を停止させて風呂追焚部３６での風呂追焚きを停止させるべき時期に風呂追焚用循環ポンプＰ３を動作させることで、目的外運転を実行できる。

制御装置Ｃは、凍結予防用ヒーター３２であれば、例えば外気温が設定温度以上であり、凍結予防を行う必要がないとき、凍結予防用ヒーター３２を停止させるべき時期と判断する。そして、制御装置Ｃは、凍結予防用ヒーター３２を停止させるべき時期に凍結予防用ヒーター３２を動作させることで、目的外運転を実行できる。

制御装置Ｃは、ラジエータ３８であれば、貯湯タンク２１から発電ユニット１０に供給される湯水の温度が所定温度以下であり、ラジエータ３８による放熱を行う必要がないとき、ラジエータ３８を停止させるべき時期と判断する。そして、制御装置Ｃは、ラジエータ３８による放熱を停止させるべき時期にラジエータ３８を動作させることで、目的外運転を実行できる。

制御装置Ｃは、送風ファンＦであれば、熱源機４０での燃料の燃焼を行う必要がないとき、送風ファンＦを停止させるべき時期と判断する。そして、制御装置Ｃは、送風ファンＦを停止させるべき時期に送風ファンＦを動作させることで、目的外運転を実行できる。

〔電力過剰条件〕
本実施形態では、電力過剰条件は、上記目的外運転が行われないときの発電ユニット１０の出力電力に余剰が発生することである。つまり、制御装置Ｃは、上記目的外運転が行われないときの発電ユニット１０の出力電力に余剰が発生するとき、電力過剰条件が満たされると判定し、上記目的外運転が行われないときの発電ユニット１０の出力電力に余剰が発生しないとき、電力過剰条件が満たされないと判定する。そして、制御装置Ｃは、電力過剰条件が満たされると判定したとき上記目的外運転を行わせ、及び、目的外運転が行われたときの発電ユニット１０の出力電力に未だ余剰が発生するとき、その余剰電力を余剰電力消費用ヒーター２２で消費させる。これに対して、制御装置Ｃは、電力過剰条件が満たされないと判定したとき上記目的外運転を行わせない。

尚、制御装置Ｃが、目的外運転が行われないときの発電ユニット１０の出力電力に余剰が発生すると判定するときの判定基準は適宜設定可能である。例えば、制御装置Ｃは、目的外運転が行われないときの発電ユニット１０の出力電力が電力消費装置（連系運転時には一般電力負荷装置３、自立運転時には自立負荷装置９）及び排熱回収ユニット２０の消費電力の和よりも大きくなるときに余剰が発生すると判定し、発電ユニット１０の出力電力が上記電力消費装置及び排熱回収ユニット２０の消費電力の和以下のときに余剰が発生しないと判定してもよい。或いは、制御装置Ｃは、目的外運転が行われないときの発電ユニット１０の出力電力が上記電力消費装置及び排熱回収ユニット２０の消費電力の和よりも大きく且つその差が所定値以上であるときに余剰が発生すると判定し、発電ユニット１０の出力電力が上記電力消費装置及び排熱回収ユニット２０の消費電力の和よりも大きいが、その差が所定値未満であるとき、又は、発電ユニット１０の出力電力が上記電力消費装置及び排熱回収ユニット２０の消費電力の和以下のときに余剰が発生しないと判定してもよい。

制御装置Ｃは、発電ユニット１０で発電を行って電力を出力しているとき、電力変換部１１から出力する電流及び電圧に基づいて、発電ユニット１０からの出力電力を知ることができる。また、連系運転時であれば、制御装置Ｃは、交流線２に設置された計器用変流器ＣＴ３の計測結果に基づいて、連系運転時の一般電力負荷装置３及び排熱回収ユニット２０の消費電力の和を知ることができる。或いは、自立運転時であれば、制御装置Ｃは、自立電力線５に設置されている計器用変流器ＣＴ２の計測結果に基づいて、自立運転時の自立負荷装置９及び排熱回収ユニット２０の消費電力の和を知ることができる。

以上のように、制御装置Ｃは、発電ユニット１０の出力電力が過剰になる電力過剰条件が満たされると判定したとき、排熱回収ユニット２０が有する複数の機器のうち、停止させておくべき機器を動作させる目的外運転を行うことにより、発電ユニット１０の出力電力の少なくとも一部をその目的外運転によって消費できる。これに対して、制御装置Ｃは、発電ユニット１０の出力電力が過剰になる電力過剰条件が満たされないと判定したとき、上記目的外運転を行わないことにより、発電ユニット１０の出力電力がその目的外運転によって消費されないようにできる。このように、制御装置Ｃは、発電ユニット１０の出力電力の少なくとも一部を目的外運転によって消費させることで、余剰電力消費用の電気ヒーター装置の役割を小さくできる。また、目的外運転が行われることで動作されるのは、排熱回収ユニット２０の動作目的に応じた適切な出力で動作中の機器ではなく、停止させておくべき機器である。その結果、この目的外運転が行われても、排熱回収ユニット２０の動作は適切な状態で継続されることが確保される。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、本発明の熱電併給システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、熱電併給装置としての発電ユニット１０が燃料電池部１２を備える例を説明したが、発電ユニット１０がエンジンとそのエンジンによって駆動される発電機とを備えて構成され、その発電機から出力される発電電力とエンジンから排出される熱とが利用されるタイプの装置など、他の装置を用いて構成されてもよい。

＜２＞
上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用でき、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変できる。

本発明は、蓄熱装置の満蓄状態の発生を抑制できる熱電併給システムに利用できる。

１ 電力系統
３ 一般電力負荷装置（電力消費装置）
９ 自立負荷装置（電力消費装置）
１０ 発電ユニット（熱電併給装置）
２０ 排熱回収ユニット（排熱回収装置）
２１ 貯湯タンク（蓄熱装置）
２２ 余剰電力消費用ヒーター（電気ヒーター装置）
３２ 凍結予防用ヒーター（機器）
３３ 暖房機器（熱負荷装置）
３６ 風呂追焚部（熱負荷装置）
３８ ラジエータ（機器）
４０ 熱源機
Ｃ 制御装置
Ｆ 送風ファン（機器）
Ｌ４ 風呂追焚用熱媒路
Ｌ５ 暖房用熱媒路
Ｌ６ 熱媒循環路
Ｐ１ 熱媒循環ポンプ（機器）
Ｐ２ 暖房用熱媒ポンプ（機器）
Ｐ３ 風呂追焚用循環ポンプ（機器）

Claims (8)

1. 熱と電気とを併せて発生させる熱電併給装置と、排熱回収装置と、制御装置とを備え、
   前記排熱回収装置は、前記熱電併給装置の出力電力を消費可能な電気ヒーター装置と、前記熱電併給装置で発生された熱及び前記電気ヒーター装置で発生した熱を蓄えることができる蓄熱装置を有し、前記熱電併給装置で発生された熱及び前記蓄熱装置に蓄熱されている熱の少なくとも何れか一方を熱負荷装置に供給し、
   前記制御装置は、
   前記熱電併給装置を運転しているとき、前記排熱回収装置において、前記熱電併給装置で発生された熱の回収と、前記蓄熱装置への蓄熱とを行わせ、
   前記熱電併給装置の電力系統への連系運転時には電力消費装置及び前記排熱回収装置に対して前記電力系統及び前記熱電併給装置の少なくとも何れか一方から電力を供給し、前記熱電併給装置の自立運転時には前記電力消費装置及び前記排熱回収装置に対して前記熱電併給装置から電力を供給する熱電併給システムであって、
   前記制御装置は、
   前記熱電併給装置の出力電力が過剰になる電力過剰条件が満たされると判定したとき、前記排熱回収装置が有する複数の機器のうち、停止させておくべき機器を動作させる目的外運転を行わせ、及び、前記目的外運転が行われたときの前記熱電併給装置の出力電力に余剰が発生するとき、余剰電力を前記電気ヒーター装置で消費させ、
   前記電力過剰条件が満たされないと判定したとき、前記目的外運転を行わせない熱電併給システム。
2. 前記制御装置は、
   前記目的外運転が行われないときの前記熱電併給装置の出力電力に余剰が発生するとき、前記電力過剰条件が満たされると判定し、
   前記目的外運転が行われないときの前記熱電併給装置の出力電力に余剰が発生しないとき、前記電力過剰条件が満たされないと判定する請求項１に記載の熱電併給システム。
3. 前記排熱回収装置が有する、電力を消費して動作する複数の機器の一つとして、前記熱負荷装置としての暖房機器に暖房用熱媒を循環させるための暖房用熱媒路での前記暖房用熱媒の流動量を調節する暖房用熱媒ポンプを有し、
   前記制御装置は、前記暖房用熱媒ポンプを停止させるべき時期に前記暖房用熱媒ポンプを動作させることで前記目的外運転を行わせる請求項１又は２に記載の熱電併給システム。
4. 前記排熱回収装置が有する、電力を消費して動作する複数の機器の一つとして、前記熱負荷装置としての風呂追焚部に湯水を循環させるための風呂追焚用熱媒路での前記湯水の流動量を調節する風呂追焚用循環ポンプを有し、
   前記制御装置は、前記風呂追焚用循環ポンプを停止させて前記風呂追焚部での風呂追焚きを停止させるべき時期に前記風呂追焚用循環ポンプを動作させることで前記目的外運転を行わせる請求項１〜３の何れか一項に記載の熱電併給システム。
5. 前記排熱回収装置が有する、電力を消費して動作する複数の機器の一つとして、燃料を燃焼して得られる燃焼熱により循環熱媒を加熱する熱源機を経由するように当該循環熱媒を循環させるための熱媒循環路での前記循環熱媒の流動量を調節する熱媒循環ポンプを有し、
   前記制御装置は、前記熱媒循環ポンプを停止させて前記循環熱媒の循環を停止させるべき時期に前記熱媒循環ポンプを動作させることで前記目的外運転を行わせる請求項１〜４の何れか一項に記載の熱電併給システム。
6. 前記排熱回収装置が有する、電力を消費して動作する複数の機器の一つとして、前記蓄熱装置に蓄えられている熱の外気への放熱量を調節するラジエータを有し、
   前記制御装置は、前記ラジエータによる放熱を停止させるべき時期に前記ラジエータを動作させることで前記目的外運転を行わせる請求項１〜５の何れか一項に記載の熱電併給システム。
7. 前記排熱回収装置が有する、電力を消費して動作する複数の機器の一つとして、燃料を燃焼して燃焼熱を発生する熱源機において、燃料の燃焼に用いられる空気の供給量を調節する送風ファンを有し、
   前記制御装置は、前記送風ファンを停止させるべき時期に前記送風ファンを動作させることで前記目的外運転を行わせる請求項１〜６の何れか一項に記載の熱電併給システム。
8. 前記排熱回収装置が有する、電力を消費して動作する複数の機器の一つとして、発生するジュール熱により凍結を予防する凍結予防用ヒーターを有し、
   前記制御装置は、前記凍結予防用ヒーターを停止させるべき時期に前記凍結予防用ヒーターを動作させることで前記目的外運転を行わせる請求項１〜７の何れか一項に記載の熱電併給システム。

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