(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電ユニットと、該発電ユニットに接続される補助ユニットと、を含む発電システムであって、
前記発電ユニットは、
湯水を貯湯および保温する貯湯槽と、
化学反応を通じて電気エネルギーおよび熱エネルギーを生成する燃料電池と、
前記貯湯槽の湯水との熱交換によって前記生成された熱エネルギーを回収する熱交換器と、
前記貯湯槽の湯水が所定温度未満のときに前記燃料電池を駆動する発電制御部と、を備え、
前記補助ユニットは、
前記貯湯槽の湯水を循環させて放熱する循環流路と、
前記循環流路における放熱効率に影響を及ぼす環境情報を取得する環境取得部と、
前記循環流路への湯水の循環と循環停止とを繰り返す間欠循環を行うとともに、前記取得した環境情報に基づき前記循環および前記循環停止の時間配分である前記間欠循環の周期を設定する補助制御部と、
を備えることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
湯水を貯湯および保温する貯湯槽と、化学反応を通じて電気エネルギーおよび熱エネルギーを生成する燃料電池と、該貯湯槽の湯水との熱交換によって該生成された熱エネルギーを回収する熱交換器と、該貯湯槽の湯水が所定温度未満のときに該燃料電池を駆動する発電制御部と、を含む発電ユニットに接続される補助ユニットであって、
前記貯湯槽の湯水を循環させて放熱する循環流路と、
前記循環流路における放熱効率に影響を及ぼす環境情報を取得する環境取得部と、
前記循環流路への湯水の循環と循環停止とを繰り返す間欠循環を行うとともに、前記取得した環境情報に基づき前記循環および前記循環停止の時間配分である前記間欠循環の周期を設定する補助制御部と、
を備えることを特徴とする発電システムの補助ユニット。
【請求項３】
前記環境情報は、前記循環流路の周囲の外気温情報、日時情報のいずれかまたは両方であることを特徴とする請求項２に記載の発電システムの補助ユニット。
【請求項４】
前記補助制御部は、前記外気温情報による実際の外気温及び／又は前記日時情報に基づく予測外気温が高いほど前記間欠循環における循環時間の比率を高く設定することを特徴とする請求項３に記載の発電システムの補助ユニット。
【請求項５】
前記補助制御部は、前記間欠循環における循環時間と停止時間とのサイクル毎に、取得した環境情報に基づいて前記間欠循環の周期を更新することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の発電システムの補助ユニット。
【請求項６】
前記補助制御部は、循環中に前記循環時間が満了していなくとも、前記貯湯槽の水温が所定水温以下になると前記循環を停止させることを特徴とする請求項５に記載の発電システムの補助ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を通じて電気エネルギーおよび熱エネルギーを発生させる発電システムおよび発電システムの補助ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素と酸素との化学反応を通じて電気エネルギーおよび熱エネルギーを生成する発電装置である。通常、化学エネルギーから電気エネルギーを取り出すためには、その途中で熱エネルギー（水蒸気）および運動エネルギー（タービン）といったエネルギー変換を経由するため、エネルギー損失が大きくなる。これに対し、当該燃料電池では化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するため発電効率を高めることができる。また、二酸化炭素（ＣＯ２）や窒素酸化物（ＮＯx）、硫黄酸化物（ＳＯx）、粒子状物質（ＰＭ）等の大気汚染物質をほとんど排出しないので、温室効果ガスの削減効果が大きいクリーンな電気エネルギー生成装置として既存の発電機との置き換えが期待されている。
【０００３】
また、燃料電池で発生した電気エネルギーを電気機器に供給すると共に、発電時に生じた熱エネルギーとの熱交換により温められた湯水を貯湯槽に蓄えておき、蓄えた湯水をシャワー給湯等に利用するコジェネレーションシステムが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
燃料電池を利用したコジェネレーションシステムでは、発電による環境負荷を低く抑えることができると共に、発電時に生じた熱エネルギーを給湯に活用するといった利用者への経済的な効果も重要視されている。このため、温めた湯水を貯める貯湯槽には保温性の高い容器が用いられ、また、湯水が高温になり熱回収を十分に行えない状況では発電動作を停止するように制御される。発生した熱エネルギーをそのまま放置しておくことは安全面でも問題が生じ得るため、上記の仕組みは、経済性と共に安全性にも配慮したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０５３１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来のコジェネレーションシステムでは、貯湯槽の水温が所定の貯湯上限値まで上昇すると、発電を停止するように構成されている。従って、貯湯槽の水温が貯湯上限値に達した後は、貯湯槽の湯水が給湯に利用され、新たに低温の水道水が加えられたことで水温が低下した時にのみ一時的に発電が実行されていた。
【０００７】
しかし、地震などの災害発生時には、長時間の「停電」が生じるおそれがある。また、災害時においては「断水」と「停電」が同時に起きることも十分に考えられる。従って、停電発生時でも最低限必要な電子機器に対しては燃料電池の発電により電源供給することが望まれる。しかし、上述した技術では、貯湯槽の水温が高くなってしまうと発電が停止されてしまうため、継続した電源供給を行うことができなかった。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、停電等の非常時に継続的に発電を遂行し、ユーザの利便性向上と安全の確保を図ることが可能な発電システムおよび発電システムの補助ユニットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、発電ユニットと、発電ユニットに接続される補助ユニットと、を含む本発明の発電システムは、発電ユニットが、湯水を貯湯および保温する貯湯槽と、化学反応を通じて電気エネルギーおよび熱エネルギーを生成する燃料電池と、貯湯槽の湯水との熱交換によって生成された熱エネルギーを回収する熱交換器と、貯湯槽の湯水が所定温度未満のときに燃料電池を駆動する発電制御部と、を備え、補助ユニットは、貯湯槽の湯水を循環させて放熱する循環流路と、循環流路における放熱効率に影響を及ぼす環境情報を取得する環境取得部と、循環流路への湯水の循環と循環停止とを繰り返す間欠循環を行うとともに、取得した環境情報に基づき循環および前記循環停止の時間配分である間欠循環の周期を設定する補助制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、湯水を貯湯および保温する貯湯槽と、化学反応を通じて電気エネルギーおよび熱エネルギーを生成する燃料電池と、貯湯槽の湯水との熱交換によって生成された熱エネルギーを回収する熱交換器と、貯湯槽の湯水が所定温度未満のときに該燃料電池を駆動する発電制御部と、を含む発電ユニットに接続される本発明の発電システムの補助ユニットは、貯湯槽の湯水を循環させて放熱する循環流路と、循環流路における放熱効率に影響を及ぼす環境情報を取得する環境取得部と、循環流路への湯水の循環と循環停止とを繰り返す間欠循環を行うとともに、取得した環境情報に基づき循環および前記循環停止の時間配分である間欠循環の周期を設定する補助制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
発電ユニットでは、燃料電池が水素等の燃料と酸素等の酸化剤とを化学反応させ電気エネルギーおよび熱エネルギーを生成し、生成された熱エネルギーは湯水に置き換えられて貯湯槽で蓄積および保温される。しかし、貯湯槽の水温が所定の貯湯上限値まで上昇すると発電が停止され、以後、湯水取り出しや経時による水温低下時にのみ一時的に燃料電池による発電が実行される。本発明では、停電等の非常時に、貯湯槽の湯水を強制的に放熱、循環させ、貯湯槽の水温を貯湯上限値に到達させないことで継続的に発電させることを可能にする。このとき循環流路における湯水の放熱効率は循環流路周囲の環境に応じて異なり、環境情報を考慮せず単純に湯水を循環すると、湯水を十分に冷却できなかったり、無駄に冷却してしまうおそれがある。本発明では、環境情報に応じて間欠循環の周期を適切に制御することで、消費電力の低減を図りつつ湯水を十分に冷却することを可能にする。
【００１２】
また、補助ユニットは、停電を検出する停電検出部をさらに備え、補助制御部は、停電検出部が停電を検出しているとき湯水を循環させてもよい。貯湯槽の水温を貯湯上限値に到達させないように貯湯槽の湯水を積極的に放熱、循環させる上記の構成は、電気を必要とする停電時に必要であり、停電検出部を併用することで停電時に継続的に発電させることを可能にする。
【００１３】
環境情報は、循環流路の周囲の外気温情報、日時情報のいずれかまたは両方であってもよい。
【００１４】
循環流路の周囲の外気温は循環流路における放熱効率に影響する。従って、環境情報として実際の外気温を示す外気温情報を取得することで、適切な間欠周期を設定することができる。また、外気温情報を取得できなくとも、季節や時刻といった日時情報によって外気温を予測することが可能であり、それを環境情報として用いることもできる。
【００１５】
補助制御部は、外気温情報による実際の外気温及び／又は日時情報に基づく予測外気温が高いほど間欠循環における循環時間の比率を高く設定してもよい。
【００１６】
外気温情報による実際の外気温または日時情報に基づく予測外気温が高いと、環境情報に基づく放熱効率は低くなる。本発明では、所定の放熱効率を確保すべく、環境情報に基づく放熱効率が低いときに循環流路における循環時間の比率を高く設定し、環境情報に基づく放熱効率が高いときに循環流路における循環時間の比率を低く設定する。
【００１７】
補助制御部は、間欠循環における循環時間と停止時間とのサイクル毎に、取得した環境情報に基づいて間欠循環の周期を更新してもよい。
【００１８】
かかる循環時間と停止時間とのサイクル毎に環境情報を取得し間欠周期を見直す構成により、環境情報の変化にリアルタイムに追従して適切な循環時間と停止時間との比率を設定することができ、より適切な消費電力で湯水を十分に冷却することが可能となる。
【００１９】
補助制御部は、循環中に循環時間が満了していなくとも、貯湯槽の水温が所定水温以下になると循環を停止させてもよい。
【００２０】
補助制御部は、環境情報に応じて湯水の循環時間と停止時間との比率を決定し、循環時間中湯水の循環を実行する。しかし、貯湯槽の水温が十分に低くなった場合においてまで循環を継続させると電力を無駄に消費することとなる。本発明では、水温検出部を用い、貯湯槽の水温が十分に低くなったときには低温の湯水を止め無駄に循環させないようにし、循環時間内かつ高温時にのみ循環させることで、不要な放熱循環を回避し、消費電力の低減を図る。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、周囲の環境に拘わらず停電等の非常時に継続的に発電を遂行し、ユーザの利便性向上と安全の確保を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態における発電システムの概略的な構成を示したブロック図である。
【図２】外気温と湯水の循環時間および停止時間との関係の一例を示したテーブルである。
【図３】間欠循環制御の具体的な処理を示したフローチャートである。
【図４】第２の実施形態における発電システムの概略的な構成を示したブロック図である。
【図５】発電方法における状態遷移を示した状態遷移図である。
【図６】通常状態における各弁およびポンプの動作を示した説明図である。
【図７】通常状態における湯水の流れを説明するための模式図である。
【図８】停電状態における各弁およびポンプの動作を示した説明図である。
【図９】停電状態における湯水の流れを説明するための模式図である。
【図１０】断水状態における各弁およびポンプの動作を示した説明図である。
【図１１】断水状態における湯水の流れを説明するための模式図である。
【図１２】停電・断水状態における各弁およびポンプの動作を示した説明図である。
【図１３】停電・断水状態における湯水の流れを説明するための模式図である。
【図１４】停電時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。
【図１５】復電時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。
【図１６】断水時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。
【図１７】復水時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。
【図１８】停電中の断水時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。
【図１９】停電断水中の復水時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。
【図２０】断水中の停電時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。
【図２１】停電断水中の復電時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２４】
（第１の実施形態：発電システム１００）
図１は、発電システム１００の概略的な構成を示したブロック図である。発電システム１００は、主として発電ユニット１１０と補助ユニット１２０とからなる。発電ユニット１１０では、燃料電池を通じて電気エネルギーと熱エネルギーとが生成され、少なくとも熱エネルギーは湯水として保持される。補助ユニット１２０は、発電システム１００における特に湯水の循環に関する補助的な処理を遂行する。
【００２５】
（発電ユニット１１０）
図１に示したように、発電ユニット１１０は、貯湯槽１５０と、水温検出部１８０と、発電ラジエータ１５２と、燃料電池１５４と、熱交換器１５６と、給湯器１５８と、発電制御部１６０とを含んで構成され、自体で生成した熱エネルギーを湯水の顕熱として貯湯槽１５０に蓄積する。
【００２６】
貯湯槽１５０は、所定容量（例えば１００リットル）の湯水を貯め得る保温性能が高い容器で形成され、発電ユニット１１０動作時は満水状態にある。ただし、後述するように熱交換された高温の湯水は貯湯槽１５０の一端部（例えば鉛直上端側１７０）に還送されるため、貯湯槽１５０内で、上端に向かうほど水温が高くなり貯湯槽１５０の上下で温度差が生じる。
【００２７】
水温検出部１８０は、貯湯槽１５０内の任意の位置に配置され、貯湯槽１５０における湯水の温度を検出する。
【００２８】
発電ラジエータ１５２は、貯湯槽１５０の鉛直下端側１７２に滞留している湯水を冷却する。かかる湯水の冷却方式は、熱交換媒体として液体を利用する液冷式と空気を利用する空冷式とがある。
【００２９】
燃料電池１５４は、発電ラジエータ１５２で冷却された湯水を、例えば、水蒸気に変換し、得られた水蒸気と混合した、都市ガス、液化石油ガス（ＬＰＧ）、灯油といった燃料を水素に改質する。そして、改質した水素と、酸素等の酸化剤との化学反応を通じて電気エネルギーおよび熱エネルギーを生成する。かかる燃料電池１５４は、電解質や作動温度が異なる、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）、りん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ：Phosphoric Acid Fuel Cell）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ：Molten Carbonate Fuel Cell）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）、アルカリ電解質形燃料電池（ＡＦＣ：Alkaline Fuel Cell）、直接形燃料電池（ＤＦＣ：Direct Fuel Cell）等に分類される。
【００３０】
熱交換器１５６は、燃料電池１５４と、発電ラジエータ１５２によって冷却された貯湯槽１５０の鉛直下端側１７２の湯水との間で熱交換を行って、発電によって生じた熱エネルギーを回収する。また、熱回収により温められた湯水を貯湯槽１５０の鉛直上端側１７０に還送する。
【００３１】
給湯器（バックアップ給湯器）１５８は、貯湯槽１５０の鉛直上端側１７０および貯湯槽１５０の水道水の受水口１７４に接続され、給湯操作器（図示せず）に設定されたユーザが所望する水温（例えば３２℃〜６０℃内で任意に設定）になるように、貯湯槽１５０の高温の湯水と水道水とを混合して給湯バルブ１７６から給湯する。また、給湯器１５８は、加熱処理部１７８を含み、加熱処理部１７８は、貯湯槽１５０の鉛直上端側１７０の湯水が設定された水温に達していない場合に、所望の水温に達するまで貯湯槽１５０の湯水に対してさらに加熱処理を行う。
【００３２】
発電制御部１６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）や信号処理装置（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）を含む半導体集積回路で構成され、所定のプログラムを用いて発電ユニット１１０全体を管理および制御する。発電制御部１６０は、水温検出部１８０が測定した貯湯槽１５０の湯水の水温が所定温度未満のときに燃料電池１５４による発電を実行する。また、発電制御部１６０は、貯湯槽１５０の湯水の圧を測定する水圧センサ１８６の測定値が所定圧未満になると、断水が発生したと認識し、安全のため断水異常状態に移行し発電を行えないように制限する。
【００３３】
発電ユニット１１０は、発電によって生じた熱エネルギーを活用してユーザが利用する湯水を生成し、貯湯槽１５０にて保温しながら保持することを主たる目的としている。そのため、発電制御部１６０は、貯湯槽１５０の水温が所定の貯湯上限値（例えば６５℃）まで上昇すると、発電によって生じる熱エネルギーを十分に回収できなくなるため、燃料電池１５４による発電が停止するように構成されている。なお、貯湯槽１５０の水温は、貯湯槽１５０の鉛直下端側１７２の水温を水温検出部１８０で直接計測して導出することもできるし、発電ラジエータ１５２の上流または下流において測定した温度を貯湯上限値に相当する温度に換算して間接的に導出することもできる。
【００３４】
ここで、ユーザが給湯を実行し、給湯により放出した湯水の代わりに受水口１７４を介して水道水が受水され水温が全体的に低下した場合、または、経時により水温が低下した場合にのみ、発電ユニット１１０は、貯湯槽１５０の水温を貯湯上限値に達するまで、一時的に燃料電池１５４による発電が再開する。
【００３５】
また、停電時に発電ユニット１１０や後述する補助ユニット１２０を起動または動作維持するための電力は、発電ユニット１１０または商用電源によって予め蓄電されているバックアップ電源により供給される。このバックアップ電源は、発電ユニット１１０あるいは補助ユニット１２０のいずれに設けてもよい。
【００３６】
（補助ユニット１２０）
図１に示したように、補助ユニット１２０は、循環流路２２２と、停電検出部２２４と、送水ポンプ２２６と、循環弁２２８と、環境取得部２１８と、補助制御部２３０とを含んで構成され、発電ユニット１１０における貯湯槽１５０の湯水を循環流路２２２を用いて循環させる。
【００３７】
循環流路２２２は、例えば金属等放熱材料を用いた中空の管で構成され、貯湯槽１５０の湯水を循環させて放熱する。上述したように、発電ユニット１１０では、貯湯槽１５０の水温が所定の貯湯上限値まで上昇すると発電が停止され、以後、給湯器１５８を通じた給湯時または水温低下時にのみ一時的に燃料電池１５４による発電が実行される。これは、発電より貯湯、特に湯水の保温を優先していることに起因している。
【００３８】
しかし、停電等の非常時においては、商用電力の代替手段が必要となるので、発電ユニット１１０による継続的な発電が望まれる。そこで、補助ユニット１２０では、停電等の非常時に、保温されている貯湯槽１５０の湯水を、循環流路２２２を通じて積極的に放熱、循環させ、貯湯槽１５０の水温を貯湯上限値に到達させないことで発電ユニット１１０に継続的に発電させることを可能とする。
【００３９】
停電検出部２２４は、商用電源の電圧をモニタリングし、停電を検出する。以下では、停電が検出されているときを停電時と言い、停電が検出されていないときを通常時と言う。
【００４０】
送水ポンプ２２６は、循環流路２２２を通じて放熱された湯水を、所定の水圧（例えば２．０ｋｇｆ／ｃｍ２）で貯湯槽１５０の鉛直下端側１７２に送水する。つまり、送水ポンプ２２６は、貯湯槽１５０の鉛直上端側１７０で滞留している湯水を循環流路２２２で循環、放熱させた後、貯湯槽１５０の鉛直下端側１７２に還送させる機能を担う。ここで、送水ポンプ２２６は、発電制御部１６０が断水異常の検出に用いる閾値である所定圧以上で湯水を送水する。
【００４１】
送水ポンプ２２６は、後述する送水ポンプ制御部２３４の制御に基づいて、貯湯槽１５０の湯水の冷却循環が必要ない通常時（非停電時）は動作せず、保温していた湯水を冷却してでも発電を実行させたい非常時、例えば、停電検出部２２４が停電を検出している停電時に動作する。送水ポンプ２２６は、非動作時においては単なる管（流路）として機能する。
【００４２】
また、循環流路２２２上には、水道１８２からの水道水を引き込むための流路が接続される。送水ポンプ２２６は、循環流路２２２で放熱された湯水と、水道１８２からの水道水とを合わせて貯湯槽１５０に送水する。貯湯槽１５０には給湯器１５８が給湯した分の湯水を補充するための水道水の受水口１７４が設けられている。ここでは、循環流路２２２で放熱された湯水と、水道水とを合わせることで、発電ユニット１１０の改変を伴うことなく既存の受水口１７４を有効利用し、湯水と水道水とを受水口に送水することができる。
【００４３】
循環弁２２８は、後述する循環弁制御部２３６による制御に応じて循環流路２２２を開閉する。
【００４４】
環境取得部２１８は、上述した循環流路２２２における放熱効率に影響を及ぼす環境情報、特に循環流路２２２周囲の環境情報を取得する。ここで、環境情報は、循環流路２２２の放熱効率に関する循環流路２２２の周囲の環境の指標であり、循環流路２２２の周囲の外気温情報や現在の日時情報のいずれかまたは両方であってもよい。環境情報としては実際の外気温を用いるのが有効であるが、実際の外気温を取得できなくとも、季節（春夏秋冬）や時刻（朝昼夜）といった日時情報によって外気温を予測することが可能であり（以下、予測された外気温を予測外気温と言う。）、その予測外気温を環境情報として用いることもできる。また、当該発電システム１００を設置する位置（緯度や高度）毎に異なるテーブルを準備し、その位置に応じたテーブルを用いて外気温を予測することもできる。
【００４５】
補助制御部２３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）や信号処理装置（ＤＳＰ）を含む半導体集積回路で構成され、所定のプログラムを用いて補助ユニット１２０全体を管理し、主として補助ユニット１２０内各部の状況判断と、各弁およびポンプの制御とを行い、貯湯槽１５０と循環流路２２２との間の湯水の循環制御を実行する機能を担う。特に、本実施形態における補助制御部２３０は、停電検出部２２４が停電（停電および断水も含む）を検出すると、循環流路２２２を通じた湯水の循環態様と循環に費やす消費電力を考慮し、送水ポンプ２２６および循環弁２２８を制御して間欠的な循環制御（以下、単に間欠循環制御と言う。）を実行する。
【００４６】
本実施形態において、補助制御部２３０は、弁制御部２３２、送水ポンプ制御部２３４を含む。また、弁制御部２３２は、補助ユニット１２０に含まれる各弁を制御する。さらに弁制御部２３２は、循環弁制御部２３６や後述する排水弁制御部２３８としても機能する。
【００４７】
送水ポンプ制御部２３４および循環弁制御部２３６は、補助制御部２３０による湯水の循環指令に応じ、連携して湯水の循環制御を行う。詳細に、送水ポンプ制御部２３４は、補助制御部２３０が湯水の循環を指令している間、送水ポンプ２２６を駆動（ＯＮ）し、通常時や補助制御部２３０が湯水の停止を指令している間、送水ポンプ２２６を停止（ＯＦＦ）する。循環弁制御部２３６は、補助制御部２３０が湯水の循環を指令している間、循環弁２２８を開口し、通常時や補助制御部２３０が湯水の停止を指令している間、循環弁２２８を閉口する。このように循環弁２２８を開口し、送水ポンプ２２６を駆動する構成により湯水が循環流路２２２を循環する。
【００４８】
また、循環弁制御部２３６が、湯水の循環を停止しているときに循環弁２２８を閉口することで、貯湯槽１５０に貯められた湯水が循環流路２２２へ流入するのを防止することができる。こうして、循環流路２２２中の放熱された湯水が貯湯槽１５０中の湯水と混合してしまうことにより貯湯槽１５０の保温機能を低下させる事態を回避することが可能となる。
【００４９】
補助制御部２３０は、環境取得部２１８が取得した環境情報、ここでは、循環流路２２２の周囲の外気温情報や日時情報のいずれかまたは両方に基づいて循環流路２２２における湯水の循環時間と停止時間との比率（配分）、即ち間欠循環の周期（間欠周期）を設定し、設定した間欠周期に従い、送水ポンプ制御部２３４および循環弁制御部２３６を通じて湯水の間欠循環制御を実行する。
【００５０】
上述した循環流路２２２における湯水の放熱効率は循環流路２２２の周囲の環境、特に外気温に応じて異なり、外気温等の環境情報を考慮せず単純に湯水を循環すると、湯水を十分に冷却できなかったり、無駄に冷却してしまうおそれがある。ここでは、環境情報に応じて間欠循環における循環時間と停止時間との比率を相対的に変化させることで、全時間に対する湯水の循環時間を調整し、消費電力の低減を図りつつ湯水を十分に冷却することを可能にする。
【００５１】
図２は、外気温と湯水の循環時間および停止時間との関係の一例を示したテーブルである。かかる図２のテーブルを参照して理解できるように、補助制御部２３０は、外気温情報による実際の外気温が高ければ高いほど間欠循環における循環時間の比率を高く設定する。例えば、実際の外気温が３０℃以上のときには、循環時間の比率が高くなり、停止時間１０分に対して循環時間が２０分に設定される。これに対して、実際の外気温が１０℃未満のときには、循環時間の比率が低くなり、停止時間２５分に対して循環時間は５分しか設けられない。ここでは、実際の外気温を参照して循環時間および停止時間を設定しているが、日時情報に基づく予測外気温を用いて設定することもできる。
【００５２】
また、図２では、外気温に応じて循環時間と停止時間とを両方変化させているが、いずれか一方を固定し、他方のみを変化させて循環時間と停止時間との比率を相対的に変化させてもよい。
【００５３】
外気温情報による実際の外気温や日時情報に基づく予測外気温が高いと、環境情報に基づく放熱効率は低くなる。ここでは、環境情報に基づく放熱効率が低いとき（外気温が高いとき）に循環時間を長く設定し、環境情報に基づく放熱効率が高いとき（外気温が低いとき）に循環時間を短く設定することで、所定の放熱効率を確保する。
【００５４】
また、上述した例では、外気温（実際の外気温または予測外気温）と湯水の循環時間および停止時間との関係をテーブルで示したが、１または複数の次数の関係式によって算出することもできる。例えば、外気温をｘ（℃）、循環時間をｙ（分）、停止時間をｚ（分）とした場合に、ｙ＝０．５ｘ＋２．５、ｚ＝−０．５ｘ＋２７．５とする。このような関係式を用いると上述したテーブルと比較して処理負荷が多くなるものの、循環時間や停止時間の連続性を担保でき、精度の高い間欠循環制御が可能となる。
【００５５】
図３は、間欠循環制御の具体的な処理を示したフローチャートである。停電検出部２２４が停電を検出して間欠循環制御が開始されると、環境取得部２１８は、外気温を取得し（Ｓ４００）、補助制御部２３０は、図２のテーブルを参照して、取得した外気温に対応する循環時間と停止時間とを設定し（Ｓ４０２）、循環を開始する（Ｓ４０４）。
【００５６】
循環が開始されると、水温検出部１８０は貯湯槽１５０の水温を検出し（Ｓ４０６）、送水ポンプ制御部２３４は、その水温が所定水温以下になると（Ｓ４０８のＹＥＳ）、循環時間が満了していなくとも湯水の循環を停止させる（Ｓ４１０）。
【００５７】
補助制御部２３０は、環境情報に応じて湯水の循環時間と停止時間との比率を決定し、循環時間中湯水の循環を実行する。しかし、貯湯槽１５０の水温が十分に低くなった場合においてまで循環を継続させると電力を無駄に消費することとなる。ここでは、水温検出部１８０を用い、貯湯槽１５０の水温が十分に低くなったときには低温の湯水を止め無駄に循環させないようにし、循環時間内かつ高温時にのみ循環させることで、不要な放熱循環を回避しつつ消費電力の低減を図り、より効果の高い循環制御が可能となる。
【００５８】
湯水の循環動作は、貯湯槽１５０の水温が所定水温以下にならない限り（Ｓ４０８のＮＯ）、循環時間が経過するまで継続し（Ｓ４１２のＮＯ）、循環時間が経過すると（Ｓ４１２のＹＥＳ）、補助制御部２３０は、循環を停止する（Ｓ４１０）。湯水の停止動作は、停止時間が経過するまで継続し（Ｓ４１４のＮＯ）、停止時間が経過すると（Ｓ４１４のＹＥＳ）、間欠循環制御が繰り返される。かかる間欠循環制御中に停電検出部２２４が停電を検出しなくなると、即ち、停電から復旧した場合、間欠循環制御は終了する。
【００５９】
このとき、環境取得部２１８は、図３のフローチャートに示すように、循環時間と停止時間とのサイクル毎、即ち、循環時間と停止時間を繰り返す度に外気温を取得し、補助制御部２３０は、環境取得部２１８が外気温を取得する毎（サイクル毎）に循環時間と停止時間との比率（間欠周期）を更新する。
【００６０】
かかる循環時間と停止時間とのサイクル毎（例えば３０分毎）に環境情報を取得し間欠周期を見直す構成により、環境情報の変化にリアルタイムに追従して、より適切な消費電力で湯水を十分に冷却することが可能となる。
【００６１】
ここでは、循環時間と停止時間とのサイクル毎に環境情報を取得し間欠周期を見直す構成を述べているが、停電時または停電後の任意のタイミングで環境情報を取得し、以後は、周期的に間欠周期を見直すこともできる。
【００６２】
以上説明した補助ユニット１２０を用いることで、通常時は経済性を意識して効率的に発電ユニット１１０を活用できると共に、災害時に停電が生じた場合には発電継続による電源供給を経済性より重視して発電ユニット１１０を活用できるので、照明、携帯電話、テレビジョン、冷蔵庫といった必要な電気機器を引き続き利用可能となる。また、施設や自宅に、常時屋内を監視する機械警備を導入している場合においても、その機械警備に引き続き通電できるので、災害時を狙った窃盗や不法侵入といった二次的被害から身を守ることが可能となる。
【００６３】
（第２の実施形態：発電システム２００）
第１の実施形態では、発電ユニット１１０および補助ユニット１２０を通じて本発明の概念的な実施形態を説明した。第２の実施形態では、第１の実施形態における補助ユニット１２０をさらに具体的に示した補助ユニット２２０を通じて、発電システム２００の詳細な構成と、その動作を説明する。
【００６４】
図４は、発電システム２００の概略的な構成を示したブロック図である。発電システム２００は、発電ユニット１１０と補助ユニット２２０とからなる。発電ユニット１１０は、図１に示したのと同様、貯湯槽１５０と、水温検出部１８０と、発電ラジエータ１５２と、燃料電池１５４と、熱交換器１５６と、給湯器１５８と、発電制御部１６０とを含んで構成される。
【００６５】
また、補助ユニット２２０は、循環流路２２２と、停電検出部２２４と、送水ポンプ２２６と、循環弁２２８と、環境取得部２１８と、補助制御部２３０と、加熱検出器２４０と、給湯弁２４２と、循環ラジエータ２４６と、循環吸気弁２４８と、水抜弁２５０と、水抜逆止弁２５２と、循環逆止弁２５４と、貯水槽２５６と、放水排水弁２５８と、放水バルブ２６０と、温度検出器２６２と、水抜排水弁２６４と、流量センサ２６６と、排水逆止弁２６８と、排貯水吸気弁２７０と、水道受水バルブ２７２と、水道受水減圧弁２７４と、水圧センサ２７６と、断水検出部２７８と、水道水逆止弁２８４と、給水逆止弁２８６と、給水バルブ２８８とを含んで構成される。なお、循環流路２２２は、循環ラジエータ２４６、貯水槽２５６をその構成の一部に含んでなり、環境取得部２１８は循環流路２２２の周囲の外気温を取得すべく、例えば貯水槽２５６に設置される。
【００６６】
ここで、第１の実施形態における構成要素として既に述べた循環流路２２２と、停電検出部２２４と、送水ポンプ２２６と、循環弁２２８と、環境取得部２１８と、補助制御部２３０とは、実質的に機能が同一なので重複説明を省略し、ここでは、構成が相違する補助ユニット２２０の他の構成要素を主に説明する。また、第１の実施形態で説明したように、循環流路２２２は、貯湯槽１５０の鉛直上端側１７０に接続して高温になった湯水を直接循環させるのが望ましいが、本実施形態のように貯湯槽１５０に湯水を取り出すための口が設けられていない場合、給湯器１５８に接続して、給湯器１５８を介して貯湯槽１５０の湯水を循環することもできる。こうして、既存の発電ユニット１１０の改変を伴うことなく、ユーザの利便性向上と安全の確保を図ることが可能となる。
【００６７】
（補助ユニット２２０）
第１の実施形態において述べたように、補助制御部２３０は、環境取得部２１８が取得した環境情報、ここでは、循環流路２２２の周囲の外気温情報や日時情報のいずれかまたは両方に基づいて循環流路２２２における湯水の循環時間と停止時間との比率を制御する（間欠循環制御）。このように全時間に対する湯水の循環時間を調整することで、夏季の日中等の高温時にも十分に貯湯槽１５０の湯水を冷却することができるとともに、冬季や夜間等の低温時には必要以上に循環させることによる電力消費の増加を抑えることができる。
【００６８】
また、上述したように、補助制御部２３０は、水温検出部１８０で検出された水温が所定水温以下になると、循環時間が満了していなくとも湯水の循環を停止させる。このように貯湯槽１５０の水温が十分に低いときには低温の湯水を無駄に循環させないようにし、循環時間内かつ高温時にのみ循環させることで、不要な放熱循環を回避し、消費電力の低減を図る。
【００６９】
さらに、当該補助ユニット２２０における循環制御では、加熱検出器２４０との関係で以下の処理が実施される。
【００７０】
加熱検出器２４０は、サーモスタット等で構成され、発電ユニット１１０の給湯器１５８に設置されて、給湯器１５８の加熱処理部１７８で加熱処理が為されているか否かを判定する。なお、給湯器１５８と電気的に接続し、動作信号を入力することで加熱処理の動作状態を検出するよう構成してもよい。
【００７１】
本実施形態では、循環流路２２２が給湯器１５８に接続され、循環流路２２２は給湯器１５８を介して貯湯槽１５０の湯水を受水している。従って、補助制御部２３０は、水温検出部１８０の代わりに、加熱検出器２４０の加熱処理の有無に応じて循環を停止するか否か決定する。即ち、加熱検出器２４０が加熱処理の有無によって貯湯槽１５０の水温の高低を判定し、補助制御部２３０は、加熱処理が為されていることを検出したことをもって貯湯槽１５０が低温であると判定する。
【００７２】
第１の実施形態における補助ユニット１２０同様、第２の実施形態の補助ユニット２２０は、停電等の非常時に、貯湯槽１５０の湯水を積極的に放熱、循環させ、貯湯槽１５０の水温を貯湯上限値に到達させないことで発電ユニット１１０に継続的に発電させることが可能となる。しかし、貯湯槽１５０の水温が十分に高くなっていないとき、給湯器１５８において貯湯槽１５０の湯水が加熱処理される場合がある。
【００７３】
当該補助ユニット２２０が、このような貯湯槽１５０の水温が低い場合においてまで徹底して放熱を遂行すると、加熱と放熱との相反する処理を並行して実行することとなり放熱効率が悪くなる。また、給湯器１５８の加熱処理による無駄な電力消費が生じてしまう。さらに、貯湯槽１５０の水温が低い場合、湯水の循環を行わなくとも発電ユニット１１０自体によって発電が継続される。ここでは、加熱処理の有無によって貯湯槽１５０の水温の高低を判定することとし、加熱処理が為されているときに低温の湯水を無駄に循環させないようにし高温時にのみ循環させることで、不要な放熱循環を回避し、消費電力の低減を図る。
【００７４】
ただし、補助制御部２３０は、貯湯槽１５０の水温、または、加熱検出器２４０の判定の如何に拘わらず、停電検出部２２４が停電を検出してから所定時間、例えば２０分間循環弁２２８を開口し続け、送水ポンプ２２６を駆動して湯水の循環を遂行する。かかる所定時間は、実際の経過時間を計ってもよいし、例えば循環流路２２２に設けられた流量センサ（図示せず）によって２０リットルの湯水の流量が検出されたとき等、他のパラメータによって計ることもできる。
【００７５】
上述したように、循環弁制御部２３６が循環弁２２８を閉口して湯水の循環を停止したとしても貯湯槽１５０内の湯水が貯湯上限値に達していなければ発電が継続される。しかし、長時間発電が行われていない等、所定の状況下においては、貯湯槽１５０内の温度が均一化し、貯湯槽１５０の鉛直上端側１７０の湯水の温度が、給湯器１５８において加熱処理が行われる程度に下がり、鉛直下端部１７２における湯水の温度が貯湯上限値に近づいている場合がある。この場合、本実施形態による循環を実行することなく発電を行うと、貯湯槽１５０の鉛直下端側１７２の水温が貯湯上限値に達し易くなり、発電が停止するおそれがある。そこで、補助制御部２３０は、停電検出部２２４が停電を検出すると、給湯器１５８の動作に因らず所定時間湯水を強制的に循環させることで、一旦貯湯槽１５０の水温を下げ、継続的に発電可能とする。
【００７６】
また、補助制御部２３０は、所定時間湯水を強制的に循環させた後、すぐに通常の間欠循環制御を開始してもよいし、さらに所定時間循環を強制的に停止させた後、発電ユニット１１０による発電が開始されているのを確認して間欠循環制御を遂行してもよい。
【００７７】
給湯弁２４２は、給湯器１５８の出水側に設けられ、弁制御部２３２の指示に従って給湯バルブ１７６への流路を開閉する。
【００７８】
循環ラジエータ２４６は、貯湯槽１５０から循環流路２２２に送水された湯水を冷却する。循環ラジエータ２４６の冷却能力は、上述した間欠循環制御において参照される循環時間や停止時間に影響する。かかる湯水の冷却方式は、発電ラジエータ１５２同様、熱交換媒体として液体を利用する液冷式と空気を利用する空冷式とがある。また、当該循環ラジエータ２４６は、凍結防止のため、利用しないときには内部の循環流路２２２から水が抜かれている。
【００７９】
上述したように補助ユニット２２０では、貯湯槽１５０の湯水を放熱、循環させ、継続的に発電ユニット１１０を発電させている。しかし、発電による貯湯槽１５０の水温の上昇に対して放熱による水温の下降が間に合わなかった場合、発電ユニット１１０の発電が途切れるおそれがある。ここでは、循環ラジエータ２４６を用い貯湯槽１５０の放熱効果（冷却効果）を高めることによって、発電ユニット１１０による安定した発電が可能となる。
【００８０】
循環吸気弁２４８ａ、２４８ｂは、それぞれ循環ラジエータ２４６の上流と下流に設けられ、循環ラジエータ２４６の排水時に吸気を行う。上述した循環ラジエータ２４６には、水抜き用の吸気口および水抜弁も並設されているので、かかる循環吸気弁２４８ａ、２４８ｂと連動して排水が可能となる。
【００８１】
水抜弁２５０は、循環ラジエータ２４６の水抜きを実行する際、循環ラジエータ２４６からの水の流路を開閉する。
【００８２】
水抜逆止弁２５２は、循環ラジエータ２４６から送出された湯水を通流すると共に、循環ラジエータ２４６への逆流を防ぐ。
【００８３】
循環逆止弁２５４は、停電等の非常時に循環流路２２２に湯水を循環する際、循環ラジエータ２４６から流出された湯水を通流すると共に、循環ラジエータ２４６への逆流を防ぐ。
【００８４】
貯水槽２５６は、所定容量（例えば１００リットル）の湯水を貯め得る金属等放熱機能を有する容器で形成され、循環流路２２２の一部として機能する。
【００８５】
放水排水弁２５８は、排水弁制御部２３８の制御に応じて、循環流路２２２、特に貯水槽２５６の湯水を排水するための流路を開閉する。
【００８６】
排水弁制御部２３８は、後述する温度検出器２６２が検出した温度が所定温度以上になると放水排水弁２５８を開口し貯水槽２５６の湯水を排水する。かかる所定温度は、その貯水槽２５６の湯水が貯湯槽１５０に送水されたとしても貯湯槽１５０の水温が発電を停止せしめる貯湯上限値に達してしまうと判断される温度である。
【００８７】
補助ユニット２２０では、貯湯槽１５０の湯水を放熱、循環させ、継続的に発電ユニット１１０を発電可能としている。しかし、循環流路２２２内の水温が上昇すると貯湯槽１５０内の水温を十分に下げることができなくなり、発電ユニット１１０の発電が途切れるおそれがある。ここでは、所定温度以上となった循環流路２２２の湯水を排水し低温の水道水を受水することで、貯湯槽１５０の放熱効果（冷却効果）を高め、発電ユニット１１０による安定した発電が可能となる。
【００８８】
放水バルブ２６０は、貯水槽２５６に蓄積された湯水または水道水を外部に放水するための流路を開閉する。上述した停電同様、災害時には断水も生じ得る。ここでは、補助ユニット２２０を循環する水を貯水槽２５６に貯水し、放熱媒体としてのみならず断水時の利用水として有効利用することで、給電と給水の両機能を実現することが可能となる。
【００８９】
しかし、上述した循環ラジエータ２４６には、停電等の非常時以外の通常時において、凍結防止のため水が張られていない。そのため、非常事態が生じたときには、まず、循環ラジエータ２４６に水を充填しなければならない。そこで、放水バルブ２６０を通じた放水は、少なくとも循環ラジエータ２４６に充填すべき容量だけは残すようにして実行される。
【００９０】
温度検出器２６２は、サーモスタット等で構成され、循環流路２２２における例えば貯水槽２５６の鉛直下端部１８４付近に設けられ貯水槽２５６内の水温を検出する。
【００９１】
水抜排水弁２６４は、弁制御部２３２の制御に応じて、循環流路２２２、特に貯水槽２５６の湯水を排水するための流路を開閉する。
【００９２】
流量センサ２６６は、水抜排水弁２６４の下流かつ排水逆止弁２６８の上流に配置され、水抜排水弁２６４を通流する水の流量を測定する。
【００９３】
排水逆止弁２６８は、排水弁制御部２３８が循環流路２２２の湯水を排水するとき、水抜排水弁２６４から送出された湯水を通流すると共に、水抜排水弁２６４への逆流を防ぐ。
【００９４】
排貯水吸気弁２７０は、放水バルブ２６０を通じて放水するとき、放水バルブ２６０から放水された水量分の空気を吸気する。
【００９５】
水道受水バルブ２７２は、水道１８２から貯水槽２５６への流路を開閉する。
【００９６】
水道受水減圧弁２７４は、水道受水バルブ２７２に連結され、水道圧を所定値、例えば３．７ｋｇｆ／ｃｍ２に減圧してその変動を均一化する。貯湯槽１５０には給湯器１５８が給湯した分の湯水を補充するための水道水の受水口１７４が設けられている。そこで、本実施形態では、既存の受水口１７４の構成を有効利用し、発電ユニット１１０の改変を伴うことなく、循環流路２２２で放熱された湯水と水道受水減圧弁２７４で減圧した水道水とを合わせてその受水口１７４に送水するのが望ましい。
【００９７】
水圧センサ２７６は、水道受水バルブ２７２の下流に設けられ、水道圧を測定する。
【００９８】
断水検出部２７８は、水圧センサ２７６の測定結果に基づいて、断水状態か否かを検出する。
【００９９】
水道水逆止弁２８４は、水道水を通流すると共に、貯水槽２５６から水道への逆流を防ぐ。
【０１００】
また、送水ポンプ制御部２３４は、断水検出部２７８が断水を検出したとき（以下、単に断水時という。）の水圧も維持するように、送水ポンプ２２６を制御する。発電ユニット１１０では、上述したように電気エネルギーおよび熱エネルギーを生成し、生成された熱エネルギーは湯水に置き換えられて貯湯槽１５０に蓄積される。しかし、断水によって、貯湯槽１５０への水道水の給水が停止してしまうと、発電時に生じる熱を回収するための湯水を確保できなくなることから、発電ユニット１１０の発電制御部１６０は、貯湯槽１５０の水圧センサ１８０の測定値が所定圧（例えば、０．５ｋｇｆ／ｃｍ２）未満になると燃料電池１５４による発電を停止させ、断水が復旧し、所定の復旧操作が行われるまで発電を再開しないよう構成されている。ここでは、水圧を所定圧以上に維持しつつ、送水ポンプ制御部２３４に制御された送水ポンプ２２６を通じて貯水槽２５６の湯水を貯湯槽１５０へ送水することで、停電と断水が併発した場合であっても継続的に発電することが可能となる。
【０１０１】
給水逆止弁２８６は、送水ポンプ２２６から送出された水を通流すると共に、送水ポンプ２２６への逆流を防ぐ。
【０１０２】
給水バルブ２８８は、給水逆止弁２８６から貯湯槽１５０および給湯器１５８への流路を開閉する。
【０１０３】
（発電方法）
続いて、上述した発電システム２００における発電方法の詳細な処理の流れを説明する。図５は、発電方法における状態遷移を示した状態遷移図である。当該発電方法は、図５に示したように、通常状態、停電状態、断水状態、および停電・断水状態の４つの状態を遷移する。ここでは、まず、４つの状態における発電システム２００の各弁やポンプの動作を説明する。
【０１０４】
（通常状態）
図６は、通常状態における各弁およびポンプの動作を示した説明図であり、図７は、通常状態における湯水の流れを説明するための模式図である。発電システム２００における各弁は、非通電で開口している弁と、閉口している弁の２つの弁が準備されている。かかる通電／非通電の状態は図中括弧内のＯＮ／ＯＦＦで表される。
【０１０５】
図６に示すように、通常状態では、水道１８２の圧は正常であり、すべての弁および送水ポンプ２２６を非通電にしたままで、図７に太線で示したような湯水の流れが形成される。従って、給湯器１５８で給湯が可能となるように給湯器１５８の給湯弁２４２も開口されている。また、水抜排水弁２６４、放水排水弁２５８、循環弁２２８、水抜弁２５０は、閉口されている（Ｓ１）。通常状態では、まだ湯水の循環は開始されないため、送水ポンプ２２６はＯＦＦしているが、その流路は開放されているので、送水ポンプ２２６を通流する水道圧のみで水道水が貯湯槽１５０に送水される。このとき給湯器１５８で湯水を利用すると、その利用された分の水が水道１８２から補充され、給湯を通じた湯水の送水と水の受水等により貯湯槽１５０内の水温が低下すると一時的に燃料電池１５４による発電が再開される。
【０１０６】
（停電状態）
図８は、停電状態における各弁およびポンプの動作を示した説明図であり、図９は、停電状態における湯水の流れを説明するための模式図である。停電時、補助制御部２３０は、環境取得部２１８が取得した循環流路２２２の周囲の外気温情報や日時情報のいずれかまたは両方に基づいて循環流路２２２における湯水の循環時間と停止時間との比率を設定する。そして、補助制御部２３０は、設定された循環時間において、貯湯槽１５０の湯水を循環するため、循環弁２２８を開口し貯湯槽１５０と循環流路２２２との流路を確保すると共に、送水ポンプ２２６を駆動する（Ｓ１）。
【０１０７】
また、設定された停止時間中、補助制御部２３０は、循環を停止すべく、循環弁２２８を閉口すると共に送水ポンプ制御部２３４を通じて送水ポンプ２２６をＯＦＦする（Ｓ２）。そして停止時間が経過すると再度、送水ポンプ２２６をＯＮし、循環弁２２８を開口して循環を再開させる（Ｓ１）。ここでは、循環停止時に循環弁２２８を閉口する構成を述べているが、送水ポンプ２２６が停止すると湯水の流動はほとんどなくなるので、循環弁２２８を開口したままにすることもできる。また、循環時間中であっても、水温検出部１８０または加熱検出器２４０により貯湯槽１５０の水温が所定水温以下になったことを検出すると、補助制御部２３０は湯水の循環を停止させる。
【０１０８】
また、基本状態（Ｓ１）に戻っているとき、温度検出器２６２が、貯水槽２５６の鉛直下端部１８４の水温が所定温度以上であると判断すると、排水弁制御部２３８は、湯水の循環中か否かに拘わらず、断水検出部２７８が断水を検出していないことを確認して放水排水弁２５８を開口し、貯水槽２５６の湯水を排水する（Ｓ３）。排水した分の湯水は水道１８２から補充される。そして所定の時間が経過すると放水排水弁２５８を閉口して排水を停止する（Ｓ１）。ここでは、所定温度以上となった貯水槽２５６の湯水を排水し低温の水道水を受水することで、貯湯槽１５０の放熱効果（冷却効果）を高め、発電ユニット１１０による発電を継続可能としている。
【０１０９】
（断水状態）
図１０は、断水状態における各弁およびポンプの動作を示した説明図であり、図１１は、断水状態における湯水の流れを説明するための模式図である。断水状態では、水道１８２の圧が低下し、停電検出部２２４が停電を検出していないので送水ポンプ２２６の圧もかからない。従って、給湯器１５８による湯水の給湯を可能とすると、貯湯槽１５０における湯水の圧が減少し発電ユニット１１０が断水異常となってしまい、後に停電が併発した際に発電を再開できなくなる。ここでは、図１０に示すように給湯弁２４２を閉口して（Ｓ１）、図１１に示すように湯水の給湯を制限することで湯水の圧の低下を防止し、発電が停止される事態を回避することが可能となる。
【０１１０】
（停電・断水状態）
図１２は、停電・断水状態における各弁およびポンプの動作を示した説明図であり、図１３は、停電・断水状態における湯水の流れを説明するための模式図である。停電かつ断水時、停電状態同様、補助制御部２３０は、環境取得部２１８が取得した循環流路２２２の周囲の外気温情報や日時情報のいずれかまたは両方に基づいて循環流路２２２における湯水の循環時間と停止時間との比率を設定する。そして、補助制御部２３０は、設定された循環時間において、貯水槽２５６の湯水を循環するため、循環弁２２８を開口し貯湯槽１５０と循環流路２２２との流路を確保すると共に、送水ポンプ２２６を駆動する（Ｓ１）。
【０１１１】
また、設定された停止時間中、停電状態同様、補助制御部２３０は、循環を停止すべく、循環弁２２８を閉口すると共に、送水ポンプ制御部２３４を通じて送水ポンプ２２６をＯＦＦする（Ｓ２）。そして停止時間が経過すると再度、送水ポンプ２２６をＯＮし、循環弁２２８を開口して循環を再開させる（Ｓ１）。また、循環時間中であっても、水温検出部１８０または加熱検出器２４０により貯湯槽１５０の水温が所定水温以下になったことを検出すると補助制御部２３０は湯水の循環を停止させる。
【０１１２】
また、断水状態と異なり、送水ポンプ２２６が駆動し、水道圧の低下に拘わらず貯湯槽１５０への圧が保たれるので、貯水槽２５６で許容される水量だけ、給湯器１５８から給湯することも可能である。図１２においては給湯弁２４２が閉口されているが、給湯を実行する場合、貯水槽２５６の水量が所定の水量以下になるまで給湯弁２４２を一時的に開放させる。
【０１１３】
続いて、図５における状態遷移を、１．停電時、２．復電時、３．断水時、４．復水時、５．停電中の断水時、６．停電断水中の復水時、７．断水中の停電時、８．停電断水中の復電時の８の事象に分けて説明する。また、以下の説明で用いられる各所定時間は、それぞれの動作が完了するまでの猶予を踏まえて任意に設定される時間を言う。
【０１１４】
（１．停電時）
図１４は、停電時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。通常状態では、弁やポンプはすべてＯＦＦになっているが（Ｓ１）、停電検出部２２４が停電を検出すると、送水ポンプ２２６が駆動すると共に、循環弁２２８を開口して、図８のように停電状態の運転（間欠循環制御）を開始する（Ｓ２）。
【０１１５】
（２．復電時）
図１５は、復電時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。停電状態では間欠循環制御の状態（循環時間中か停止時間中か）に応じて循環弁２２８の開閉や送水ポンプ２２６のＯＮ／ＯＦＦが変化している（Ｓ１）。このとき復電、即ち、停電検出部２２４が停電を検出しなくなると、放水排水弁２５８と循環弁２２８とを閉口する（Ｓ２）。そして、水抜弁２５０を開口して循環ラジエータ２４６に充填されている水を排水する（Ｓ３）。所定の時間経過後、水抜弁２５０を閉口して循環ラジエータ２４６の水抜きを終了し、続いて、送水ポンプ２２６を停止する（Ｓ４）。こうして図６に示したように、通常状態の運転が開始される。
【０１１６】
（３．断水時）
図１６は、断水時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。通常状態では、弁やポンプはすべてＯＦＦになっているが（Ｓ１）、断水検出部２７８が断水を検出すると給湯弁２４２を閉口する（Ｓ２）。
【０１１７】
また、断水は検出されているが停電が検出されていない場合、発電を継続して行えるようにする必要はないため、循環弁２２８は閉口したまま、送水ポンプ２２６もＯＦＦのまま維持する。これにより、貯湯槽１５０へ加えられている水圧を通常状態に保持し、続いて停電が発生した場合にスムーズに発電を開始させることができる。
【０１１８】
このとき、ユーザは、必要に応じて放水バルブ２６０を手動で開口することで貯水槽２５６から水を受水することができる。ただし、上述したように、非循環時には循環ラジエータ２４６には水が張られていないので、停電時において循環ラジエータ２４６に充填すべき水分（例えば２０リットル）だけは貯水槽２５６に残るように、貯水槽２５６に対する放水バルブ２６０の取り出し位置が調整される。なお、放水バルブ２６０は、断水時にのみ手動で開口操作可能とし、非断水時は取水できないよう構成するのが好ましい。こうして、図１０に示したように断水状態の運転が開始される。
【０１１９】
（４．復水時）
図１７は、復水時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。断水状態では給湯弁２４２が閉口されている（Ｓ１）。ここで、断水検出部２７８が断水を検出しなくなって水道圧が戻ると、まず水抜排水弁２６４を開口し、水道１８２から水を受水すると共に貯水槽２５６内の空気を水抜排水弁２６４を通じて排出する（Ｓ２）。そして、流量センサ２６６によって所定の流量を検出すると、水抜排水弁２６４を閉口し、給湯弁２４２を開口する（Ｓ３）。こうして、図６に示したような通常状態に戻り、ユーザは給湯が可能となる。
【０１２０】
（５．停電中の断水時）
図１８は、停電中の断水時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。停電状態では間欠循環制御の状態（循環時間中か停止時間中か）に応じて循環弁２２８の開閉や送水ポンプ２２６のＯＮ／ＯＦＦが変化している（Ｓ１）。このとき断水検出部２７８が断水を検出すると、水の排水を回避すべく、排水弁制御部２３８を無効化して、放水排水弁２５８および給湯弁２４２を閉口する（Ｓ２）。このとき、排貯水吸気弁２７０が開口されているので、ユーザは、必要時に放水バルブ２６０を手動で開口して貯水槽２５６から湯水を受水することができる。こうして、図１２に示したように、停電断水状態の運転が開始される。
【０１２１】
ここでは、湯水の排出を防ぎつつ発電を継続しており、温度検出器２６２が所定温度の超過を検出した場合であっても、排水に頼らず、自然放熱（例えば発電の一時停止）によって循環を維持する。ここで、排水弁制御部２３８を無効化したが、停電断水時であっても発電を最優先する場合、水を排水してでも発電を継続することができる。
【０１２２】
（６．停電断水中の復水時）
図１９は、停電断水中の復水時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。放水排水弁２５８が閉口されている状態で（Ｓ１）で、断水検出部２７８が断水を検出しなくなると、水抜排水弁２６４を開口し、水道水を貯水槽２５６に受水させると共に水抜排水弁２６４から、貯水槽２５６内の空気を排気する（Ｓ２）。そして、流量センサ２６６によって所定の流量を検出すると、水抜排水弁２６４を閉口し、排水弁制御部２３８の無効化を解除すると共に、給湯弁２４２を開放して給湯を可能とする（Ｓ３）。こうして、図８に示した停電状態の運転が開始される。
【０１２３】
（７．断水中の停電時）
図２０は、断水中の停電時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。断水状態では給湯弁２４２が閉口されている（Ｓ１）。断水中に停電検出部２２４が停電を検出すると、補助制御部２３０は、間欠循環制御を開始し、循環弁２２８を開閉、送水ポンプ２２６をＯＮ／ＯＦＦする。このとき、放水排水弁２５８は閉口を維持する（Ｓ２）。こうして、図１２に示したような停電・断水状態の運転が開始される。
【０１２４】
（８．停電断水中の復電時）
図２１は、停電断水中の復電時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。停電状態では基本的に循環弁２２８が開口して、送水ポンプ２２６がＯＮしているが、加熱処理部１７８によっては、開閉やＯＮ／ＯＦＦが変化している場合もあり得る（Ｓ１）。停電断水中に停電検出部２２４が停電を検出しなくなると、循環弁２２８を閉口して循環を停止させる（Ｓ２）。そして、水抜弁２５０を開口して循環ラジエータ２４６に充填されている水を排水する（Ｓ３）。所定時間経過後、水抜弁２５０を閉口して循環ラジエータ２４６の水抜きを終了し、給湯弁２４２を閉口すると共に送水ポンプ２２６を停止する（Ｓ４）。こうして図１０に示すような断水状態の運転が開始される。
【０１２５】
かかる発電方法においても、停電等の非常時に継続的に発電を遂行し、ユーザの利便性向上と安全の確保を図ることが可能となる。
【０１２６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１２７】
なお、本明細書の発電方法をはじめとする上述した処理動作における各工程は、必ずしも説明図として記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、燃料電池を通じて電気エネルギーおよび熱エネルギーを発生させる発電システムおよび発電システムの補助ユニットに利用することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１００、２００  …発電システム
１１０  …発電ユニット
１２０、２２０  …補助ユニット
１５０  …貯湯槽
１５４  …燃料電池
１５６  …熱交換器
１５８  …給湯器
１６０  …発電制御部
１７８  …加熱処理部
１８０  …水温検出部
２１８  …環境取得部
２２２  …循環流路
２２４  …停電検出部
２２６  …送水ポンプ
２２８  …循環弁
２３６  …循環弁制御部
２３８  …排水弁制御部
２４０  …加熱検出器
２５６  …貯水槽
２６２  …温度検出器
２７８  …断水検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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