(57)【要約】【課題】燃料電池から排気されたオフガスの熱エネルギーを効率よく有効的に利用することができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】高温型燃料電池２と、高温型燃料電池２から排気されたオフガスＧ１と温水Ｗ２とを熱交換する熱交換器３と、温水Ｗ２を貯留する貯湯タンク４と、共通導出ラインＬ２１と温水導出ラインＬ２２との間又は共通導出ラインＬ２１と蒸気導出ラインＬ２３との間のいずれかを連通させるように切り換え可能な切換弁６１と、循環ラインＬ２４を流通する温水Ｗ２の流量を調整可能な温水流通手段５１と、蒸気導出ラインＬ２３から蒸気ＳＭを導出する場合には循環ラインＬ２４を流通する温水Ｗ２の流量が小さくなるように温水流通手段５１を制御し、温水導出ラインＬ２２から温水Ｗ２を導出する場合には循環ラインＬ２４を流通する温水Ｗ２の流量が大きくなるように温水流通手段５１を制御する流量制御部８１と、を備える。【選択図】図１
2014067489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温型燃料電池と、
前記高温型燃料電池に接続され、前記高温型燃料電池から排気されたオフガスと温水とを熱交換する熱交換器と、
前記熱交換器により熱交換された温水を貯留する貯湯タンクと、
前記熱交換器により熱交換された温水及び温水から生成される蒸気を導出する共通導出ラインと、
前記共通導出ラインの下流側に接続され、前記貯湯タンクに向けて温水を導出する温水導出ラインと、
前記共通導出ラインの下流側に接続され、負荷機器に向けて蒸気を導出する蒸気導出ラインと、
前記貯湯タンクと前記熱交換器とを接続し、前記貯湯タンクに貯留された温水を前記熱交換器に向けて流通させる循環ラインと、
前記共通導出ラインと前記温水導出ラインと前記蒸気導出ラインとを接続する切換弁であって、前記共通導出ラインと前記温水導出ラインとの間又は前記共通導出ラインと前記蒸気導出ラインとの間のいずれかを選択的に連通させるように切り換え可能な切換弁と、
前記循環ラインに設けられ、温水を前記循環ラインに流通させると共に、前記循環ラインを流通する温水の流量を調整可能な温水流通手段と、
前記蒸気導出ラインから蒸気を導出する場合には前記循環ラインを流通する温水の流量が小さくなるように前記温水流通手段を制御し、前記温水導出ラインから温水を導出する場合には前記循環ラインを流通する温水の流量が大きくなるように前記温水流通手段を制御する流量制御部と、を備える
燃料電池システム。
【請求項２】
前記負荷機器からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を下回るか否かを判定する要求負荷判定部と、
前記要求負荷判定部により前記負荷機器からの要求負荷が前記所定の要求負荷閾値を下回ると判定された場合に、前記共通導出ラインと前記温水導出ラインとの間が連通するように前記切換弁を切り換える弁切換制御部と、
を備える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記貯湯タンクに貯留された温水の温度が所定の温度閾値を上回るか否かを検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出された前記貯湯タンクに貯留された温水の温度が前記所定の温度閾値を上回ると判定された場合に、前記共通導出ラインと前記蒸気導出ラインとの間が連通するように前記切換弁を切り換える弁切換制御部と、を備える
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池から排気されたオフガスの熱を有効的に利用する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいて、燃料電池がＳＯＦＣ等の高温型の燃料電池により構成される場合には、燃料電池の動作温度が高温であるため、燃料電池システムの起動及び停止を頻繁に行うと時間を要することから、常時、稼動し続けていることが多い。
また、燃料電池がＳＯＦＣ等の高温型の燃料電池により構成される場合には、２００℃〜１０００℃程度の高温のオフガスが燃料電池から排気される。そのため、高温のオフガスは熱量が大きく、このような高温のオフガスを排気することは、熱エネルギーが無駄になる。
【０００３】
これに対して、燃料電池と、燃料電池から排気されたオフガスを利用して製造された温水を貯留する貯湯タンクと、を備え、貯湯タンクに貯留された温水を燃料電池から排気されたオフガスで加熱して蒸気を排出する燃料電池を利用するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の燃料電池を利用するシステムにおいては、燃料電池からのオフガスの熱エネルギーを有効的に利用することができるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８２０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の燃料電池を利用するシステムにおいては、蒸気使用設備（負荷機器）から燃料電池システムへの要求負荷の変動が生じるため、燃料電池から排気されたオフガスから生成された蒸気を蒸気使用設備が常に必要とするとは限らない。また、特許文献１に記載の燃料電池を利用するシステムにおいては、貯湯タンクに貯留された温水を加熱して蒸気を発生させるように構成されるが、蒸気使用設備へ蒸気を導出する構成や制御についての特別な工夫はない。
そのため、燃料電池システムにおいて、蒸気使用設備に効率よく蒸気を導出して、燃料電池から排気されたオフガスの熱エネルギーを効率よく有効的に利用することが望まれる。
【０００６】
本発明は、燃料電池から排気されたオフガスの熱エネルギーを効率よく有効的に利用することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、高温型燃料電池と、前記高温型燃料電池に接続され、前記高温型燃料電池から排気されたオフガスと温水とを熱交換する熱交換器と、前記熱交換器により熱交換された温水を貯留する貯湯タンクと、前記熱交換器により熱交換された温水及び温水から生成される蒸気を導出する共通導出ラインと、前記共通導出ラインの下流側に接続され、前記貯湯タンクに向けて温水を導出する温水導出ラインと、前記共通導出ラインの下流側に接続され、負荷機器に向けて蒸気を導出する蒸気導出ラインと、前記貯湯タンクと前記熱交換器とを接続し、前記貯湯タンクに貯留された温水を前記熱交換器に向けて流通させる循環ラインと、前記共通導出ラインと前記温水導出ラインと前記蒸気導出ラインとを接続する切換弁であって、前記共通導出ラインと前記温水導出ラインとの間又は前記共通導出ラインと前記蒸気導出ラインとの間のいずれかを選択的に連通させるように切り換え可能な切換弁と、前記循環ラインに設けられ、温水を前記循環ラインに流通させると共に、前記循環ラインを流通する温水の流量を調整可能な温水流通手段と、前記蒸気導出ラインから蒸気を導出する場合には前記循環ラインを流通する温水の流量が小さくなるように前記温水流通手段を制御し、前記温水導出ラインから温水を導出する場合には前記循環ラインを流通する温水の流量が大きくなるように前記温水流通手段を制御する流量制御部と、を備える燃料電池システムに関する。
【０００８】
また、前記負荷機器からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を下回るか否かを判定する要求負荷判定部と、前記要求負荷判定部により前記負荷機器からの要求負荷が前記所定の要求負荷閾値を下回ると判定された場合に、前記共通導出ラインと前記温水導出ラインとの間が連通するように前記切換弁を切り換える弁切換制御部と、を備えることが好ましい。
【０００９】
また、前記貯湯タンクに貯留された温水の温度が所定の温度閾値を上回るか否かを検出する温度検出部と、前記温度検出部により検出された前記貯湯タンクに貯留された温水の温度が前記所定の温度閾値を上回ると判定された場合に、前記共通導出ラインと前記蒸気導出ラインとの間が連通するように前記切換弁を切り換える弁切換制御部と、を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料電池から排気されたオフガスの熱エネルギーを効率よく有効的に利用することができる燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態における燃料電池システム１を示す概略図である。
【図２】第１実施形態の燃料電池システム１の制御に係るフローチャートである。
【図３】第１実施形態の燃料電池システム１の制御に係るタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態における燃料電池システム１Ａを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
図１に示すように、第１実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池２と、熱交換器３と、貯湯タンク４と、温水流通手段としての第１給水ポンプ５１と、制御装置８０と、を備える。
また、燃料電池システム１は、オフガスラインＬ１と、熱交換水ラインＬ２と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００１３】
燃料電池２は、高温型の燃料電池であるＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）である。燃料電池２においては、水素と酸素とが反応することにより発電が行われる。燃料電池２において発電を行う時の温度である運転温度は、７００℃〜１０００℃と高温である。燃料電池２によって発電された電気は、パワーコンディショナ（図示せず）を介してＤＣ／ＡＣコンバータ（図示せず）に送られ、ＡＣ電圧に変換される。
【００１４】
燃料電池２には、オフガスラインＬ１を介して、熱交換器３が接続されている。オフガスラインＬ１には、燃料電池２から排気されたオフガスＧ１が流通される。オフガスラインＬ１は、上流側オフガスラインＬ１１と、下流側オフガスラインＬ１２と、を有する。
【００１５】
上流側オフガスラインＬ１１の上流側の端部は、燃料電池２に接続されている。上流側オフガスラインＬ１１の下流側の端部は、熱交換器３に接続されている。
下流側オフガスラインＬ１２の上流側の端部は、熱交換器３に接続されている。下流側オフガスラインＬ１２の下流側の端部は、燃料電池２に接続されている。
【００１６】
熱交換器３には、一方側においてオフガスラインＬ１が接続され、他方側において熱交換水ラインＬ２が接続されている。熱交換器３は、高温型の燃料電池２から排気されたオフガスＧ１と水Ｗ１（温水Ｗ２）とを熱交換する。熱交換器３は、オフガスラインＬ１を流通するオフガスＧ１からの熱を、熱交換水ラインＬ２を流通する水Ｗ１に伝達し、水Ｗ１を加熱して熱交換水ラインＬ２を流通する高温の温水Ｗ２とする。即ち、熱交換器３においては、媒体である水Ｗ１にオフガスＧ１からの熱が伝達される。
【００１７】
なお、本実施形態においては、温水Ｗ２は、熱交換器３によりオフガスＧ１からの熱が伝達された後に温水になっていればよい。例えば、熱交換器３により熱交換される前における熱交換器３に導入される水Ｗ１には、熱交換器３により熱交換された後に循環して戻ってきた温水Ｗ２や、後述する第１給水ラインＬ４により貯湯タンク４に供給される供給水Ｗ３であって常温又は高温の水や水道水なども含まれる。
【００１８】
熱交換水ラインＬ２は、熱交換器３により熱交換された温水Ｗ２を後述する貯湯タンク４に導出すると共に、貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２を熱交換器３に供給し、温水Ｗ２を熱交換器３と貯湯タンク４との間において循環させるラインである。
熱交換水ラインＬ２は、共通導出ラインＬ２１と、温水導出ラインＬ２２と、循環ラインＬ２４と、を有する。
【００１９】
共通導出ラインＬ２１は、熱交換器３により熱交換された温水Ｗ２及び温水Ｗ２から生成される蒸気ＳＭを導出するラインである。共通導出ラインＬ２１の上流側の端部は、熱交換器３に接続されている。共通導出ラインＬ２１の下流側の端部は、後述する第１の三方弁６１に接続されている。
【００２０】
温水導出ラインＬ２２は、共通導出ラインＬ２１の下流側に第１の三方弁６１を介して接続され、後述する貯湯タンク４に向けて温水Ｗ２を導出するラインである。温水導出ラインＬ２２の上流側の端部は、後述する第１の三方弁６１に接続されている。温水導出ラインＬ２２の下流側の端部は、貯湯タンク４に接続されている。
【００２１】
切換弁としての第１の三方弁６１は、共通導出ラインＬ２１と温水導出ラインＬ２２と蒸気導出ラインＬ２３とを接続する。第１の三方弁６１は、共通導出ラインＬ２１と温水導出ラインＬ２２との間、又は、共通導出ラインＬ２１と蒸気導出ラインＬ２３との間のいずれかを選択的に連通させるように切り換え可能である。
【００２２】
貯湯タンク４は、熱交換器３により熱交換されて共通導出ラインＬ２１及び温水導出ラインＬ２２を流通された温水Ｗ２を貯留する。本実施形態においては、貯湯タンク４は、熱交換器３により熱交換された温水Ｗ２を９０℃程度の高温の温水Ｗ２の状態で貯留する。これにより、貯湯タンク４には、燃料電池２により排気されたオフガスＧ１との間で熱交換された温水Ｗ２が、高温の温水Ｗ２の状態で貯留される。貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２は、後述する第１給水ポンプ５１により熱交換器３に向けて送り出される。
【００２３】
貯湯タンク４の内部には、温度検出部としての温度検出センサ４１と、水位検出センサ４２と、が配置される。
温度検出センサ４１は、貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の温度が所定の温度閾値Ｔ１を上回るか否かを検出する。
水位検出センサ４２は、貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の水位を検出する。
温度検出センサ４１及び水位検出センサ４２は、制御装置８０と電気的に接続されている。温度検出センサ４１で検出された貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の温度、及び、水位検出センサ４２により検出された貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の水位は、制御装置８０へ検出信号として送信される。
【００２４】
貯湯タンク４には、温水使用ラインＬ３及び第１給水ラインＬ４が接続されている。
温水使用ラインＬ３は、貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２を、温水使用設備７２に向けて送出するラインである。温水使用ラインＬ３の上流側の端部は、貯湯タンク４に接続されている。温水使用ラインＬ３の下流側の端部は、温水使用設備７２に接続されている。
【００２５】
第１給水ラインＬ４は、供給水Ｗ３を貯湯タンク４に供給するラインである。第１給水ラインＬ４の上流側の端部は、供給水Ｗ３の供給源（不図示）に接続されている。第１給水ラインＬ４の下流側の端部は、貯湯タンク４に接続されている。第１給水ラインＬ４により貯湯タンク４に供給される供給水Ｗ３は、常温又は高温の水でもよいし、水道水でもよい。
【００２６】
蒸気導出ラインＬ２３は、共通導出ラインＬ２１の下流側に第１の三方弁６１を介して接続され、蒸気使用設備７１（負荷機器）に向けて蒸気ＳＭを導出するラインである。蒸気導出ラインＬ２３の上流側の端部は、第１の三方弁６１に接続されている。蒸気導出ラインＬ２３の下流側の端部は、蒸気使用設備７１に接続されている。
【００２７】
循環ラインＬ２４は、貯湯タンク４と熱交換器３とを接続し、貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２を熱交換器３に向けて流通させる。循環ラインＬ２４の上流側の端部は、貯湯タンク４に接続されている。循環ラインＬ２４の下流側の端部は、熱交換器３に接続されている。
【００２８】
循環ラインＬ２４の途中には、第１給水ポンプ５１（温水流通手段）が設けられている。第１給水ポンプ５１は、貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２を、循環ラインＬ２４を介して熱交換器３に向けて送り出すように動作する。第１給水ポンプ５１は、温水Ｗ２を循環ラインＬ２４に流通させると共に、循環ラインＬ２４を流通する温水Ｗ２の流量を調整可能である。第１給水ポンプ５１の動作を制御装置８０によって制御することにより、温水Ｗ２は、循環ラインＬ２４、熱交換器３、共通導出ラインＬ２１、温水導出ラインＬ２２、貯湯タンク４の順に流通され、循環される。
【００２９】
制御装置８０は、本実施形態の燃料電池システム１における各部を制御する。制御装置８０は、流量制御部８１と、要求負荷判定部８２と、弁切換制御部８３と、を有する。
【００３０】
流量制御部８１は、蒸気導出ラインＬ２３から蒸気ＳＭを導出する場合には、循環ラインＬ２４を流通する温水Ｗ２の流量が小さくなるように第１給水ポンプ５１を制御する。これにより、蒸気導出ラインＬ２３から蒸気ＳＭを導出する場合には、熱交換器３に流入される温水Ｗ２の流量が少なくなり、温水Ｗ２は、オフガスＧ１との熱交換により、蒸発しやすく、蒸気になりやすくなる。
【００３１】
また、流量制御部８１は、温水導出ラインＬ２２から温水Ｗ２を導出する場合には、循環ラインＬ２４を流通する温水Ｗ２の流量が大きくなるように第１給水ポンプ５１を制御する。これにより、温水導出ラインＬ２２から温水Ｗ２を導出する場合には、熱交換器３に流入される温水Ｗ２の流量が多くなり、温水Ｗ２は、オフガスＧ１との熱交換により、蒸発しにくく、蒸気になりにくくなる。
【００３２】
要求負荷判定部８２は、蒸気使用設備７１に接続された不図示の蒸気ヘッダの内部の蒸気の圧力値に基づいて、蒸気使用設備７１からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を下回るか否かを判定する。ここで、蒸気使用設備７１からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を下回る場合とは、蒸気使用設備７１が蒸気を必要としていない場合である。
【００３３】
弁切換制御部８３は、要求負荷判定部８２により蒸気使用設備７１からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を下回ると判定された場合に、共通導出ラインＬ２１と温水導出ラインＬ２２との間が連通するように（温水Ｗ２が貯湯タンク４に向かうように）、第１の三方弁６１を切り換える。これにより、蒸気使用設備７１からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を下回ると判定された場合には、蒸気使用設備７１に蒸気ＳＭを導出する必要がないため、温水Ｗ２が貯湯タンク４に向かうように第１の三方弁６１を切り換えて、貯湯タンク４に温水Ｗ２を導出する。
【００３４】
弁切換制御部８３は、温度検出センサ４１により検出された貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の温度が所定の温度閾値Ｔ１を上回ると判定された場合に、共通導出ラインＬ２１と蒸気導出ラインＬ２３との間が連通するように（蒸気ＳＭが蒸気使用設備７１に向かうように）、第１の三方弁６１を切り換える。これにより、温度検出センサ４１により検出された貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の温度が所定の温度閾値Ｔ１を上回ると判定された場合には、蒸気使用設備７１に蒸気ＳＭを導出するための準備が整っているため、蒸気ＳＭが蒸気使用設備７１に向かうように第１の三方弁６１を切り換えて、蒸気使用設備７１に蒸気ＳＭを導出する。
【００３５】
次に、本実施形態の燃料電池システム１の動作について説明する。図２は、第１実施形態の燃料電池システム１の制御に係るフローチャートである。図３は、第１実施形態の燃料電池システム１の制御に係るタイミングチャートである。
以下の燃料電池システム１の動作においては、貯湯タンク４から温水使用設備７２への温水Ｗ２の送出は行わない。
まず、燃料電池システム１の動作について、図３に示すタイミングｔ１からｔ２までの間（図３における朝から昼までの間）に示される蒸気使用設備７１への蒸気ＳＭの導出が行われた後であって、図３に示すタイミングｔ２以降（図３における昼以降）の動作について説明する。なお、図３に示すタイミングｔ１からｔ２までの間（図３における朝から昼までの間）の燃料電池システム１の動作についても、下記燃料電池システム１の動作の説明の中で説明する。
図３に示すタイミングｔ２においては、蒸気使用設備７１へ蒸気ＳＭの導出が行われた後であるため、貯湯タンク４の水位が低下している。
【００３６】
ステップＳＴ１において、第１の三方弁６１が共通導出ラインＬ２１と温水導出ラインＬ２２との間を連通させるように（温水Ｗ２が貯湯タンク４に向かうように）切り換えられた状態で、貯湯タンク４に第１給水ラインＬ４により供給水Ｗ３の供給を開始する。ステップＳＴ１における燃料電池システム１の動作は、図３におけるタイミングｔ２において実行される。
【００３７】
ステップＳＴ２において、第１給水ポンプ５１の制御を開始する。ここでは、高温の温水Ｗ２を貯湯タンク４に貯留するため、熱交換器３により熱交換された温水Ｗ２を貯湯タンク４に向けて導出する。第１給水ポンプ５１の動作を制御することにより、温水Ｗ２は、循環ラインＬ２４、熱交換器３、共通導出ラインＬ２１、温水導出ラインＬ２２、貯湯タンク４の順に流通され、循環される。
また、温水Ｗ２を貯湯タンク４に向けて導出するため、流量制御部８１は、循環ラインＬ２４を流通する温水Ｗ２の流量が大きくなるように、第１給水ポンプ５１を制御する。
【００３８】
ステップＳＴ２における燃料電池システム１の動作は、図３におけるタイミングｔ２からｔ３の間において実行される。詳細には、図３に示すタイミングｔ２からｔ３の間においては、貯湯タンク４に貯留される温水Ｗ２の水位Ｈは、徐々に上昇している。また、貯湯タンク４に貯留される温水Ｗ２の温度Ｔは、供給水Ｗ３の供給により、一旦急激に低下した後に、熱交換器３によるオフガスＧ１と温水Ｗ２との熱交換により徐々に上昇している。
【００３９】
ステップＳＴ３において、水位検出センサ４２は、貯湯タンク４に貯留される温水Ｗ２の水位が所定の水位閾値Ｈ１を上回るか否かを検出する。
水位検出センサ４２により温水Ｗ２の水位が所定の水位閾値Ｈ１を上回ると検出された場合（ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳＴ４に進む。水位検出センサ４２により温水Ｗ２の水位が所定の水位閾値Ｈ１を下回ると検出された場合（ＮＯ）には、処理は、ステップＳＴ３に戻る。
【００４０】
ステップＳＴ４において、第１給水ラインＬ４は、貯湯タンク４への供給水Ｗ３の供給を停止する。ステップＳＴ４における燃料電池システム１の動作は、図３におけるタイミングｔ３において実行される。つまり、図３におけるタイミングｔ３において、温水Ｗ２の水位が所定の水位閾値Ｈ１に達している。
【００４１】
ステップＳＴ５において、温度検出センサ４１は、貯湯タンク４に貯留される温水Ｗ２の温度が所定の温度閾値Ｔ１を上回るか否かを検出する。本実施形態においては、例えば、９０℃の温水Ｗ２を貯湯タンク４に貯留させるため、所定の温度閾値Ｔ１を９０℃とする。
温度検出センサ４１により温水Ｗ２の温度が所定の温度閾値Ｔ１を上回ると検出された場合（ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳＴ６に進む。温度検出センサ４１により温水Ｗ２の温度が所定の温度閾値Ｔ１を下回ると検出された場合（ＮＯ）には、処理は、ステップＳＴ５に戻る。
ステップＳＴ５における燃料電池システム１の動作においては、図３におけるタイミングｔ４において、温水Ｗ２の温度が所定の温度閾値Ｔ１に達している。
【００４２】
ステップＳＴ６において、要求負荷判定部８２は、蒸気使用設備７１からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を上回るか否かを判定する。
要求負荷判定部８２により蒸気使用設備７１からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を上回ると判定された場合（ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳＴ７に進む。要求負荷判定部８２により蒸気使用設備７１からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を下回ると判定された場合（ＮＯ）には、処理は、ステップＳＴ６に戻る。
【００４３】
ステップＳＴ７において、弁切換制御部８３は、第１の三方弁６１を共通導出ラインＬ２１と蒸気導出ラインＬ２３との間を連通させるように切り換える。これにより、第１の三方弁６１は、蒸気ＳＭが蒸気使用設備７１に向かうように切り換えられる。
【００４４】
ステップＳＴ８において、第１給水ポンプ５１を制御する。蒸気ＳＭを蒸気使用設備７１に向けて導出するため、第１給水ポンプ５１を、循環ラインＬ２４を流通する温水Ｗ２の流量が小さくなるように制御する。これにより、蒸気ＳＭは、蒸気導出ラインＬ２３を介して、蒸気使用設備７１に向けて導出される。なお、蒸気使用設備７１に蒸気ＳＭを導出する場合には、貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の温度を保持するために、貯湯タンク４への供給水Ｗ３の給水は行わない。
【００４５】
ステップＳＴ８における燃料電池システム１の動作は、図３におけるタイミングｔ１（翌日の朝）に開始され、タイミングｔ１からｔ２（図３における朝から昼までの間）において実行される。図３におけるタイミングｔ１からｔ２においては、貯湯タンク４に貯留される温水Ｗ２の温度は、９０℃に保持されている。蒸気ＳＭが蒸気使用設備７１に導出されているため、貯湯タンク４に貯留される温水Ｗ２の水位は、徐々に低下している。
【００４６】
ステップＳＴ９において、要求負荷判定部８２は、蒸気使用設備７１からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を下回るか否かを判定する。
要求負荷判定部８２により蒸気使用設備７１からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を下回ると判定された場合（ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳＴ１０に進む。要求負荷判定部８２により蒸気使用設備７１からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を上回ると判定された場合（ＮＯ）には、処理は、ステップＳＴ９に戻る。
【００４７】
ステップＳＴ１０において、弁切換制御部８３は、第１の三方弁６１を共通導出ラインＬ２１と温水導出ラインＬ２２との間を連通させるように切り換える。これにより、第１の三方弁６１は、温水Ｗ２が貯湯タンク４に向かうように切り換えられる。
ステップＳＴ１０の後、蒸気使用設備７１に向けて蒸気ＳＭが導出されることにより貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の水位が低下しており、貯湯タンク４に供給水Ｗ３を供給する必要があるため、処理は、ステップＳＴ１へリターンする。
【００４８】
本実施形態の燃料電池システム１によれば、例えば、次の効果が奏される。
本実施形態の燃料電池システム１においては、高温型の燃料電池２と、高温型の燃料電池２から排気されたオフガスＧ１と温水Ｗ２とを熱交換する熱交換器３と、熱交換器３により熱交換された温水Ｗ２を貯留する貯湯タンク４と、共通導出ラインＬ２１と、温水導出ラインＬ２２と、蒸気導出ラインＬ２３と、循環ラインＬ２４と、共通導出ラインＬ２１と温水導出ラインＬ２２との間又は共通導出ラインＬ２１と蒸気導出ラインＬ２３との間のいずれかを選択的に連通させるように切り換え可能な第１の三方弁６１と、循環ラインＬ２４を流通する温水Ｗ２の流量を調整可能な第１給水ポンプ５１と、蒸気導出ラインＬ２３から蒸気ＳＭを導出する場合には循環ラインＬ２４を流通する温水Ｗ２の流量が小さくなるように第１給水ポンプ５１を制御し、温水導出ラインＬ２２から温水Ｗ２を導出する場合には循環ラインＬ２４を流通する温水Ｗ２の流量が大きくなるように第１給水ポンプ５１を制御する流量制御部８１と、を備える。
【００４９】
そのため、蒸気導出ラインＬ２３から蒸気ＳＭを導出する場合には、熱交換器３に流入される温水Ｗ２の流量が少なくなり、温水Ｗ２は、オフガスＧ１との熱交換により、蒸発しやすく、蒸気になりやすい。また、温水導出ラインＬ２２から温水Ｗ２を導出する場合には、熱交換器３に流入される温水Ｗ２の流量が多くなり、温水Ｗ２は、オフガスＧ１との熱交換により、蒸発しにくく、蒸気になりにくい。
これにより、貯湯タンク４に温水Ｗ２を効率よく貯留することができると共に、貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２を利用して、蒸気ＳＭを蒸気使用設備７１に効率よく供給することができる。従って、燃料電池２から排気されたオフガスＧ１の熱エネルギーを効率よく有効的に利用することができる。
【００５０】
また、本実施形態の燃料電池システム１においては、蒸気使用設備７１からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を下回るか否かを判定する要求負荷判定部８２と、要求負荷判定部８２により蒸気使用設備７１からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を下回ると判定された場合に、共通導出ラインＬ２１と温水導出ラインＬ２２との間が連通するように第１の三方弁６１を切り換える弁切換制御部８３と、を備える。
そのため、蒸気使用設備７１からの要求負荷が所定の要求負荷閾値を下回ると判定された場合には、蒸気使用設備７１が蒸気を必要としないため、蒸気使用設備７１への蒸気ＳＭの導出を行わずに、貯湯タンク４に温水Ｗ２を貯留することにより、熱エネルギーを貯蔵することができる。これにより、燃料電池２から排気されたオフガスＧ１の熱エネルギーを効率よく有効的に利用することができる。
【００５１】
また、本実施形態の燃料電池システム１においては、貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の温度が所定の温度閾値を上回るか否かを検出する温度検出センサ４１と、温度検出センサ４１により検出された貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の温度が所定の温度閾値を上回ると判定された場合に、共通導出ラインＬ２１と蒸気導出ラインＬ２３との間が連通するように第１の三方弁６１を切り換える弁切換制御部８３と、を備える。
そのため、温度検出センサ４１により検出された貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の温度が所定の温度閾値を上回ると判定された場合には、貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２を利用して、蒸気ＳＭを蒸気使用設備７１に効率よく導出することができる。
【００５２】
＜第２実施形態＞
次に、図４により、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態については、主として、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様な構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第２実施形態において、特に説明しない点は、第１実施形態についての説明が適宜適用される。また、第２実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が奏される。
図４は、本発明の第２実施形態における燃料電池システム１Ａを示す概略図である。
【００５３】
第２実施形態の燃料電池システム１Ａは、図４に示すように、第１実施形態と比べて、供給水Ｗ４が供給される位置が異なる。具体的には、第２実施形態の燃料電池システム１Ａは、第１実施形態が貯湯タンク４に供給水Ｗ３を供給する第１給水ラインＬ４を有することに代えて、循環ラインＬ２４に供給水Ｗ４を供給する第２給水ラインＬ５を有する点について主に異なる。
【００５４】
第２実施形態の燃料電池システム１Ａにおいては、循環ラインＬ２４には、貯湯タンク４から熱交換器３に向けて順に、第１給水ポンプ５１及び第２の三方弁６２が設けられている。
【００５５】
第２の三方弁６２は、循環ラインＬ２４の途中に設けられる。第２の三方弁６２は、第２給水ラインＬ５が接続されている。第２の三方弁６２は、循環ラインＬ２４の上流側と下流側との間、又は、第２給水ラインＬ５と循環ラインＬ２４の下流側との間のいずれかを選択的に連通させるように切り換え可能である。
【００５６】
第２給水ラインＬ５は、供給水Ｗ４を循環ラインＬ２４に供給するラインである。第２給水ラインＬ５の上流側の端部は、供給水Ｗ４の供給源（不図示）に接続されている。第２給水ラインＬ５の下流側の端部は、第２の三方弁６２に接続されている。第２給水ラインＬ５により循環ラインＬ２４に供給される供給水Ｗ４は、常温又は高温の水でもよいし、水道水でもよい。
【００５７】
第２給水ラインＬ５の途中には、第２給水ポンプ５２が設けられている。第２給水ポンプ５２は、第２給水ラインＬ５に供給水Ｗ４を流通させて循環ラインＬ２４に送り出す。
【００５８】
次に、第２給水ポンプ５２の動作について説明する。
循環ラインＬ２４に供給水Ｗ４を給水する場合には、第１の三方弁６１が共通導出ラインＬ２１と温水導出ラインＬ２２との間を連通させるように（温水Ｗ２が貯湯タンク４に向かうように）に切り換えられ且つ第２の三方弁６２が第２給水ラインＬ５と循環ラインＬ２４の下流側との間を連通させるように切り換えられた状態で、循環ラインＬ２４に設けられる第１給水ポンプ５１を作動させずに、第２給水ポンプ５２を制御する。第２給水ポンプ５２の動作を制御装置８０によって制御することにより、供給水Ｗ４が循環ラインＬ２４に供給されて、熱交換器３によりオフガスＧ１との間で熱交換されて温水Ｗ２となり、温水Ｗ２は、循環ラインＬ２４の下流側、熱交換器３、共通導出ラインＬ２１、温水導出ラインＬ２２、貯湯タンク４の順に流通され、貯湯タンク４に貯留される。貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の水位が所定の水位閾値Ｈ１を上回れば、第２給水ポンプ５２による供給水Ｗ４の給水を停止する。
【００５９】
その後、第２の三方弁６２が循環ラインＬ２４の上流側と下流側とを連通させるように切り換えられた状態で、第１給水ポンプ５１を制御する。第１給水ポンプ５１の動作を制御装置８０によって制御することにより、貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の温度が所定の温度閾値Ｔ１を上回るまで、温水Ｗ２は、貯湯タンク４、循環ラインＬ２４、熱交換器３、共通導出ラインＬ２１、温水導出ラインＬ２２の順に流通され、循環される。
【００６０】
一方、蒸気使用設備７１に蒸気ＳＭを導出する場合には、第１の三方弁６１が共通導出ラインＬ２１と蒸気導出ラインＬ２３との間を連通させるように（蒸気ＳＭが蒸気使用設備７１に向かうように）切り換えられ且つ第２の三方弁６２が循環ラインＬ２４の上流側と下流側とを連通させるように切り換えられた状態で、第１給水ポンプ５１を制御する。第１給水ポンプ５１の動作を制御することにより、蒸気ＳＭは、蒸気導出ラインＬ２３を介して、蒸気使用設備７１に向けて導出される。なお、蒸気使用設備７１に蒸気ＳＭを導出する場合には、温水Ｗ２の温度を貯湯タンク４に貯留された温水Ｗ２の温度に保持するために、第２給水ポンプ５２による供給水Ｗ４の給水は行わない。
【００６１】
以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
【００６２】
例えば、前記実施形態においては、切換弁を第１の三方弁６１で構成したが、これに制限されない。例えば、切換弁を、２つの二方弁を組み合わせて構成してもよい。
【００６３】
また、前記第２実施形態においては、第２の三方弁６２を循環ラインＬ２４の途中に設けたが、これに制限されず、第２の三方弁６２の代わりに二方弁を第２給水ラインＬ５の途中に設けてもよい。この場合、第１給水ポンプ５１及び第２給水ポンプ５２を作動させ、第２給水ポンプ５２による供給水Ｗ４の給水を行いながら、供給水Ｗ４（温水Ｗ２）を循環ラインＬ２４、熱交換器３、共通導出ラインＬ２１、温水導出ラインＬ２２、貯湯タンク４の順に流通させて、循環させる。
【００６４】
また、前記第１実施形態においては貯湯タンク４に供給水Ｗ３を供給する構成を備えており、一方、前記第２実施形態においては循環ラインＬ２４に供給水Ｗ４を供給する構成を備えている。しかし、燃料電池システムは、貯湯タンク４に供給水Ｗ３を供給する構成と、循環ラインＬ２４に供給水Ｗ４を供給する構成とを併せて備えていてもよい。この場合には、貯湯タンク４に供給水Ｗ３を供給する構成又は循環ラインＬ２４に供給水Ｗ４を供給する構成のうちのいずれかの構成が故障等により使用できなくなった場合に、供給水を正常に供給する構成を使用して、燃料電池システムに供給水を供給することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１、１Ａ  燃料電池システム
２  燃料電池
３  熱交換器
４  貯湯タンク
４１  温度検出センサ（温度検出部）
５１  第１給水ポンプ（温水流通手段）
６１  第１の三方弁（切換弁）
７１  蒸気使用設備（負荷機器）
８１  流量制御部
８２  要求負荷判定部
８３  弁切換制御部
Ｌ２１  共通導出ライン
Ｌ２２  温水導出ライン
Ｌ２３  蒸気導出ライン
Ｌ２４  循環ライン
Ｇ１  オフガス
ＳＭ  蒸気
Ｗ２  温水
【図１】
2014067489.tif 000003
【図２】
2014067489.tif 000004
【図３】
2014067489.tif 000005
【図４】
2014067489.tif 000006