JP2016176657A - コジェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】混合弁の故障により混合湯の温度が混合湯上限温度を越えた場合に給水を行った後の混合湯の温度を適度に調整できるコジェネレーションシステムを提供する。【解決手段】混合湯の温度が設定温度Ｔとなるように駆動装置６２ｂによって駆動されて混合湯を生成する混合弁６２と、一端が、混合弁６２と給湯器Ｗｈとの間に接続され、他端が水供給装置Ｓｗに接続されたバイパス通路６４と、バイパス通路６４に設けられて混合弁６２の駆動中は閉じるとともに混合湯計測温度Ｔｈが混合湯上限温度Ｔｘを越えた場合には開くノーマルオープンの電磁開閉弁６５と、水供給装置Ｓｗが供給する水の温度を計測して水計測温度Ｔｗが得られる水温計測装置６７と、水計測温度Ｔｗに基づいて混合湯上限温度Ｔｘを設定する制御装置１５を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電力を供給する発電システムの排熱を回収して貯湯として蓄熱し、蓄熱された貯湯を給湯に利用するコジェネレーションシステムに関する。

従来の給湯においては、貯湯からの湯と供給された水との湯／水混合比が混合弁の作動にて調整されることにより、混合湯が所定の設定給湯温度に調整されて給湯栓から給湯していた。機器異常の発生等に起因する高温の混合湯の給湯を阻止し回避するために、混合湯へ水道水を給水する回避弁が設けられていた。（例えば、特許文献１参照。）

特開２０１２−７２９２７公報

しかしながら、この様な構成においては、回避弁を開作動して水道水を給水すると、その給水により、混合湯の温度は、水道水の温度に応じて下がり具合が異なり、例えば、水道水の温度が高い場合には、水道水を給水しても、給水された混合湯の温度が下がりにくい事態が生じる。

そこで、本発明は、混合弁の故障により混合湯の温度が混合湯上限温度を越えた場合に、給水を行った後の混合湯の温度を適度に調整できるコ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。

上記課題を解決するために、請求項１に係るコジェネレーションシステムは、電力を供給する発電システムと、前記発電システム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と、前記貯湯槽に水を供給する水供給装置と、前記発電システムから排出される排気ガスと、前記貯湯槽に貯えられた湯とが循環され、前記排熱を前記湯に回収する排気熱交換器と、前記貯湯槽から流入する前記湯と前記水供給装置から流入する前記水との湯／水混合比を調整して前記湯の温度よりも低い設定温度に制御された混合湯を加熱する給湯器と、前記混合湯の温度を計測して混合湯計測温度が得られる湯温計測装置と、前記貯湯槽と前記給湯器と前記水供給装置とに接続され、前記混合湯の温度が前記設定温度となるように弁体が前記設定温度と前記混合湯計測温度との差に応じて駆動装置によって駆動されて前記混合湯を生成し、前記混合湯計測温度が前記設定温度よりも高い混合湯上限温度を超えない所定の湯／水混合比以下となるように前記弁体の移動が制限される混合弁と、一端が前記混合弁と前記給湯器との間に接続され、他端が前記水供給装置に接続されたバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられて前記混合弁の駆動中は閉じるとともに前記混合湯計測温度が前記混合湯上限温度を越えた場合には開くノーマルオープンの電磁開閉弁と、前記水供給装置が供給する前記水の温度を計測して水計測温度が得られる水温計測装置と、前記水計測温度に基づいて前記混合湯上限温度を設定する制御装置を備えたことを要旨とする。

これによれば、電磁開閉弁を開に切り換える混合湯上限温度を水供給装置が供給する水の水計測温度に基づいて設定されているので、混合湯計測温度が混合湯上限温度を越えた場合に電磁開閉弁が開へと切り換えて給水した場合、例えば、給水した水の温度が低い場合には、混合湯上限温度を高く設定することにより、電磁開閉弁の開作用にて給水された混合湯の温度は下げ幅が大きくなる。一方、給水した水の温度が高い場合には、混合湯上限温度を低く設定することにより、電磁開閉弁の開作用にて給水された混合湯の温度は下げ幅が、小さくなる。この結果、給水した水の温度が異なっても、その異なりによる作用の結果、電磁開閉弁の開作用にて給水された混合湯の温度は低下し一様化されるため、混合湯の温度を適度に調整できる。

本発明の一実施形態におけるコジェネレーションシステムの概要図である。 図１に示す混合弁の縦断面図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 電磁開閉弁の開作用にて給水された混合湯の温度変化を示す特性図である。 図１に示す制御装置にて実行される混合弁を駆動する駆動装置の制御プログラムのフローチャートである。 図１に示す混合弁を駆動する駆動装置における駆動制御の一例を示す。 図１に示す混合弁を駆動する駆動装置における駆動制御の他の例を示す。

以下、本発明によるコジェネレーションシステムの一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の下流側から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から排気管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Ｗｓ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から給湯するものである。

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例えば燃焼部を有するガス給湯器が、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、混合湯の給湯したい温度に制御装置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と給水管４２に接続された水流入口６２ａ２と混合湯供給管６３に接続された混合湯送出口６２ａ３が設けられている。混合弁６２ｃ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。

図１に示す如く、一端が混合弁６２と給湯器Ｗｓ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、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。

電磁開閉弁６５を開に切り換える混合湯上限温度Ｔｘは、制御装置１５にて水供給装置Ｓｗが供給する水の水計測温度Ｔｗに基づいて設定されている。図４に示す如く、例えば、水計測温度Ｔｗが低い場合における混合湯上限温度Ｔｘ１を前述の５０℃に設定された場合、水計測温度Ｔｗが高い場合における混合湯上限温度Ｔｘ２は５０℃よりも低い温度に設定される。給水した水の温度が低いのであれば、電磁開閉弁６５の開作用にて給水された混合湯の温度は下げ幅が大きくなる。一方、給水した水の温度が高い場合には電磁開閉６５弁の開作用にて給水された混合湯の温度は下げ幅が小さくなる。これにより、電磁開閉弁６５の開作用にて給水された混合湯の温度は、給水した水の温度である水計測温度Ｔｗが異なっても、その異なりによる作用の結果、図４に示す如く、電磁開閉弁６５の開作用にて給水された混合湯の温度は、低下し、温度Ｔｈｍへと一様化されるため、混合湯の温度を適度に調整できる。

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が非給湯中の場合は、開であり、給湯器Ｗｈが給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、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。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Ｐｎ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。混合湯の湯計測温度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、混合湯の湯計測温度Ｔｈが、設定温度Ｔに調整される。

制御装置１５は、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への調整に関し、給湯器Ｗｈの給湯を検知すると、図５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にて混合湯の温度を計測し、混合湯計測温度Ｔｈを得る。

次いで、ステップＳ１０２において、制御装置１５は、混合湯計測温度Ｔｈと混合湯の設定温度Ｔを比較し、ＴｈがＴ−２℃より高いか否かを判定する。ＴｈがＴ−２℃より高い場合には、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では、制御装置１５は、ＴｈがＴ＋２℃より低いか否かを判定する。ＴｈがＴ＋２℃より低い場合には、ステップＳ１０３において「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１０４に進め、パルスモータ６２ｂは停止される。

ステップＳ１０２において、ＴｈがＴ−２℃よりも高くない場合には、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、制御装置１５は、ＴｈがＴ−２℃とＴ−５℃の範囲内か否かを判定する。ＴｈがＴ−２℃とＴ−５℃の範囲内である場合は、Ｓ１０５において、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１０６に進み、制御装置１５は、パルスモータ６２ｂを回転方向は正転、回転速度Ｖｓを１°／Ｓ、駆動パルス数Ｐｎは演算値（Ｔ−Ｔｈに基づいて演算された値）にて駆動する。

ステップＳ１０５において、ＴｈがＴ−２℃とＴ−５℃の範囲内にない場合には、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、制御装置１５は、ＴｈがＴ−５℃とＴ−１０℃の範囲内か否かを判定する。ＴｈがＴ−５℃とＴ−１０℃の範囲内である場合は、Ｓ１０７において、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１０８に進み、制御装置１５は、パルスモータ６２ｂを回転方向は正転、回転速度Ｖｓを１０°／Ｓ、駆動パルス数Ｐｎは演算値（Ｔ−Ｔｈに基づいて演算された値）にて駆動する。

ステップＳ１０７において、ＴｈがＴ−５℃とＴ−１０℃の範囲内にない場合は、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１０９に進み、制御装置１５は、パルスモータ６２ｂを回転方向は正転、回転速度Ｖｓを３０〜１００°／Ｓ、駆動パルス数Ｐｎは演算値（Ｔ−Ｔｈに基づいて演算された値）にて駆動する。

ステップＳ１０３において、ＴｈがＴ＋２℃よりも低くない場合には、「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、ＴｈがＴ＋２℃とＴ＋５℃の範囲内か否かを判定する。ＴｈがＴ＋５℃とＴ＋１０℃の範囲内である場合は、Ｓ１１０において、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１１１に進み、制御装置１５は、パルスモータ６２ｂを回転方向は逆転、回転速度Ｖｓを１°／Ｓ、駆動パルス数Ｐｎは演算値（Ｔ−Ｔｈに基づいて演算された値）にて駆動する。

ステップＳ１１０において、ＴｈがＴ＋２℃とＴ＋５℃の範囲内にない場合には、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、制御装置１５は、ＴｈがＴ＋５℃とＴ＋１０℃の範囲内か否かを判定する。ＴｈがＴ＋５℃とＴ＋１０℃の範囲内である場合は、Ｓ１１２において、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１１３に進み、制御装置１５は、パルスモータ６２ｂを回転方向は逆転、回転速度Ｖｓを１０°／Ｓ、駆動パルス数Ｐｎは演算値（Ｔ−Ｔｈに基づいて演算された値）にて駆動する。

ステップＳ１１２において、ＴｈがＴ＋５℃とＴ＋１０℃の範囲内にない場合は、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１１４に進み、制御装置１５は、パルスモータ６２ｂを回転方向は逆転、回転速度Ｖｓを３０〜１００°／Ｓ、駆動パルス数Ｐｎは演算値（Ｔ−Ｔｈに基づいて演算された値）にて駆動する。この制御は、混合湯の湯計測温度Ｔｈが設定温度Ｔとの差がなくなる迄繰り返されて、混合湯の湯計測温度Ｔｈが、設定温度Ｔに調整される。

図５に示した混合弁６２を駆動する駆動装置であるパルスモータ６２ｂにおける駆動制御をまとめると、図６に示す如くである。図６に示す如く、パルスモータ６２ｂの回転速度Ｖｓは、混合湯計測温度Ｔｈと混合湯の設定温度Ｔとの差の判定結果に応じて変更即ち混合湯計測温度Ｔｈと混合湯の設定温度Ｔとの差が大きい場合には、回転速度Ｖｓを速くして、素早く設定温度Ｔに到達するように調整し、また、回転速度Ｖｓは、混合湯計測温度Ｔｈと混合湯の設定温度Ｔとの差が小さい場合には、回転速度Ｖｓを遅くして、急速変化による設定温度Ｔからの乖離を防止して設定温度Ｔに到達するように調整して、混合湯を設定温度Ｔに調整に要する時間を短縮している。

図６に示す如く、混合湯計測温度Ｔｈと設定温度Ｔとの差が、僅差の２℃以内である場合は、混合湯が設定温度Ｔに調整されているとして、パルスモータ６２ｂの回転が停止されて混合弁６２は停止し、湯／水混合比を変化させない。なお、混合弁６２は、給湯器Ｗｈの給湯時に作動するものである。

図６に示したパルスモータ６２ｂにおける駆動制御の他の例を、図７に示す。図７に示す例では、回転速度Ｖｓが、停止を含めて３段階と、図６に示した例の停止を含めた５段階に比べて減らして、簡略化したものである。

上述のように、本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、貯湯槽２１から流入する湯と水供給装置Ｓｗから流入する水との湯／水混合比を調整して湯の温度よりも低い設定温度Ｔに制御された混合湯を加熱する給湯器Ｗｈと、混合湯の温度を計測して混合湯計測温度Ｔｈが得られる湯温計測装置６６と、貯湯槽２１と給湯器Ｗｈと水供給装置Ｓｗとに接続され、混合湯の温度が設定温度Ｔとなるように弁体６２ｃが設定温度Ｔと混合湯計測温度Ｔｈとの差に応じて駆動装置６２ｂによって駆動されて混合湯を生成し、混合湯計測温度Ｔｈが設定温度Ｔよりも高い混合湯上限温度Ｔｘを超えない所定の湯／水混合比以下となるように弁体６２ｃの移動が制限される混合弁６２と、一端が混合弁６２と給湯器Ｗｈとの間に接続され、他端が水供給装置Ｓｗに接続されたバイパス通路６４と、バイパス通路６４に設けられて混合弁６２の駆動中は閉じるとともに混合湯計測温度Ｔｈが混合湯上限温度Ｔｘを越えた場合には開くノーマルオープンの電磁開閉弁６５と、水供給装置Ｓｗが供給する水の温度を計測して水計測温度Ｔｗが得られる水温計測装置６７と、水計測温度Ｔｗに基づいて混合湯上限温度Ｔｘを設定する制御装置１５を備える。これにより、電磁開閉弁６５を開に切り換える混合湯上限温度Ｔｘは、制御装置１５にて水供給装置Ｓｗが供給する水の水計測温度Ｔｗに基づいて設定されているので、例えば、水計測温度Ｔｗが低い場合における混合湯上限温度Ｔｘ１を例えば５０℃に設定した場合、水計測温度Ｔｗが高い場合における混合湯上限温度Ｔｘ２は５０℃よりも低い温度に設定される。給水した水の温度が低いのであれば、電磁開閉弁６５の開作用にて給水された混合湯の温度は下げ幅が大きくなる。一方、給水した水の温度が高い場合には電磁開閉６５弁の開作用にて給水された混合湯の温度は下げ幅が小さくなる。これにより、電磁開閉弁６５の開作用にて給水された混合湯の温度は、給水した水の温度である水計測温度Ｔｗが異なっても、その異なりによる作用の結果、図４に示す如く、電磁開閉弁６５の開作用にて給水された混合湯の温度は、低下し、温度Ｔｈｍへと一様化されるため、混合湯の温度を適度に調整できる。ノーマルオープンの電磁開閉弁６５を用いているので、停電時等の通電不可能な際は、電磁開閉弁６５は開であるので、混合湯供給管６３からの高温出湯を防止できる。

上述のように、本実施形態に係るコジェネレーションシステムによれば、前記所定の湯／水混合比は、湯３に対して水７から湯４に対して水７であるので、例えば７５℃の湯と３５℃の水を混合しても混合湯上限温度Ｔｘである５０℃以下に保つことができ、有用である。

上述のように、本実施形態に係るコジェネレーションシステムによれば、電磁開閉弁６５は、閉状態と比べて開状態では、給湯器Ｗｈへの水量の増加が所定以下となる弁の容量係数Ｃｖであるので、流量増加が給湯器Ｗｈの利用に関し、格別の影響を及ぼさない。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。

上述のように、本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は、弁体６２ｃが回転することにより湯／水混合比が変化する回転弁であり、駆動装置６２ｂがパルスモータであるので、パルスモータ６２ｂは、駆動パルスにて回転位置決め、及び回転速度Ｖｓの変更が、容易にできる。

上述のように、本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。

１０…発電ユニット（発電システム）、筐体…１０ａ、１２…熱交換器（排気熱交換器）、１５…制御装置、２１…貯湯槽、６２…混合弁、６２ｃ…弁体、６２ｂ…駆動装置、６４…バイパス通路、６５…ノーマルオープンの電磁開閉弁、６６…湯温計測装置、６７…水温計測装置、Ｓｗ…水供給装置、Ｗｈ…給湯器

Claims (5)

1. 電力を供給する発電システムと、
   前記発電システム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と、
   前記貯湯槽に水を供給する水供給装置と、
   前記発電システムから排出される排気ガスと、前記貯湯槽に貯えられた湯とが循環され、前記排熱を前記湯に回収する排気熱交換器と、
   前記貯湯槽から流入する前記湯と前記水供給装置から流入する前記水との湯／水混合比を調整して前記湯の温度よりも低い設定温度に制御された混合湯を加熱する給湯器と、
   前記混合湯の温度を計測して混合湯計測温度が得られる湯温計測装置と、
   前記貯湯槽と前記給湯器と前記水供給装置とに接続され、前記混合湯の温度が前記設定温度となるように弁体が前記設定温度と前記混合湯計測温度との差に応じて駆動装置によって駆動されて前記混合湯を生成し、前記混合湯計測温度が前記設定温度よりも高い混合湯上限温度を超えない所定の湯／水混合比以下となるように前記弁体の移動が制限される混合弁と、
   一端が前記混合弁と前記給湯器との間に接続され、他端が前記水供給装置に接続されたバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられて前記混合弁の駆動中は閉じるとともに前記混合湯計測温度が前記混合湯上限温度を越えた場合には開くノーマルオープンの電磁開閉弁と、
   前記水供給装置が供給する前記水の温度を計測して水計測温度が得られる水温計測装置と、
   前記水計測温度に基づいて前記混合湯上限温度を設定する制御装置と、を備えたコジェネレーションシステム。
2. 前記所定の湯／水混合比は、湯３に対して水７から湯４に対して水７である請求項１に記載のコジェネレーションシステム。
3. 前記電磁開閉弁は、閉状態と比べて開状態では、前記給湯器への水量の増加が所定以下となる弁の容量係数である請求項１又は２に記載のコジェネレーションシステム。
4. 前記混合弁は、前記弁体が回転することにより前記湯／水混合比が変化する回転弁であり、前記駆動装置がパルスモータである請求項１〜３の何れか1項に記載のコジェネレーションシステム。
5. 前記発電システムは、固体酸化物形燃料電池システムであり、前記貯湯槽は、前記固体酸化物形燃料電池システムを覆う筐体の内部に収納されている請求項１〜４の何れか１項に記載のコジェネレーションシステム。

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