(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電を行う発電器と、
前記発電器からの排熱と冷却水とが熱交換する第１熱交換器と、
貯湯水が貯留された貯湯タンクと、
前記冷却水と前記貯湯水とが熱交換する第２熱交換器と、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間を前記冷却水が循環する循環経路と、
前記循環経路に前記冷却水を循環させる循環ポンプと、
前記第１熱交換器より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられ、前記冷却水の温度を検知する温度検知器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、
前記発電が継続して行われない時間が第１所定時間に達したとき、または、前記貯湯水の供給が継続して行われない時間が第２所定時間に達したとき、前記貯湯水の供給を許可しない給湯禁止モードを設定し、
前記発電が行われているとき、前記循環ポンプにより前記冷却水の流量を低下させ、
前記温度検知器による検知温度が第１所定温度に達したとき、前記給湯禁止モードを解除する、コージェネレーションシステム。
【請求項２】
前記制御器は、前記発電が行われているとき、前記発電の出力を低下させて、前記循環ポンプにより前記冷却水の流量を低下させる、請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記制御器は、前記発電が行われているとき、定格出力で前記発電を行わせた後、前記発電の出力を低下させて、前記循環ポンプにより前記冷却水の流量を低下させる、請求項１または２に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記第１熱交換器より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられ、前記冷却水を放熱する放熱器をさらに備え、
前記温度検知器は、前記第１熱交換器より上流かつ前記放熱器より下流の前記循環経路に設けられ、
前記制御器は、前記発電が行われているとき、前記放熱器による放熱を開始させ、前記発電の出力を低下させて、前記循環ポンプにより前記冷却水の流量を低下させ、前記放熱器による放熱量の低下または放熱の停止を行わせる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
前記制御器は、前記検知温度が前記第１所定温度に達してからの経過時間が第３所定時間に達した後、前記給湯禁止モードを解除する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項６】
前記第２熱交換器は前記貯湯タンク内に設けられ、
前記冷却水は、前記第２熱交換器において前記貯湯タンクの上部から下部へ流通する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項７】
前記貯湯タンクから前記貯湯水を供給する給湯経路と、
前記貯湯タンクに上水を供給する給水経路と、
前記給湯経路または前記給水経路の少なくとも一方に設けられ、前記給湯経路または前記給水経路を開閉する開閉弁と、をさらに備え、
前記制御器は、前記開閉弁の開放を許可せず、前記給湯禁止モードを設定する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項８】
前記貯湯タンクから前記貯湯水を供給する給湯経路と、
前記貯湯タンクおよび前記給湯経路に接続し、前記貯湯タンクに上水を供給する給水経路と、
前記給湯経路と前記給水経路との接続点に設けられ、前記給湯経路および前記給水経路を開閉する混合弁と、を備え、
前記制御器は、前記混合弁により前記給湯経路の開放を許可せず、前記給湯禁止モードを設定する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項９】
前記発電器は、燃料電池であり、
前記燃料電池から排出された排ガスが流通する排ガス経路をさらに備え、
前記第１熱交換器で前記排ガスと前記冷却水とが熱交換する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記第１熱交換器より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられ、前記冷却水を放熱する放熱器をさらに備え、
前記温度検知器は、前記第１熱交換器より上流かつ前記放熱器より下流の前記循環経路に設けられ、
前記制御器は、前記発電が行われているとき、前記温度検知器による検知温度が前記第１所定温度より低い第２所定温度になるように前記放熱器による放熱を行い、前記発電の出力を低下させて、前記循環ポンプにより前記冷却水の流量を低下させ、前記温度検知器による検知温度が前記第１所定温度になるように前記放熱器による放熱量を低下させる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池は、原料ガスおよび改質水を用いて水素含有ガスを生成する改質器、および、前記水素含有ガスおよび酸化剤ガスを用いて前記発電を行うスタックを有し、
前記循環経路から分岐点で分岐し、前記冷却水を前記改質水として前記改質器へ流通する改質水経路をさらに備える、請求項９または１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記分岐点は、前記第１熱交換器より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられている、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記分岐点より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられ、前記冷却水を脱イオン化するイオン交換樹脂フィルタをさらに備えている、請求項１１または１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記第１熱交換器より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられ、前記冷却水を放熱する放熱器をさらに備え、
前記第２熱交換器、前記放熱器、前記温度検知器、前記イオン交換樹脂フィルタ、前記分岐点、および前記第１熱交換器は、前記冷却水の流れ方向においてこの順に前記循環経路に配置されている、請求項１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池からの排熱と冷却水とが熱交換する第１熱交換器と、
貯湯水が貯留された貯湯タンクと、
前記冷却水と前記貯湯水とが熱交換する第２熱交換器と、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間を前記冷却水が循環する循環経路と、
前記循環経路に前記冷却水を循環させる循環ポンプと、
前記第１熱交換器より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられ、前記冷却水の温度を検知する温度検知器と、を備え、
前記発電が継続して行われない時間が第１所定時間に達したとき、または、前記貯湯水の供給が継続して行われない時間が第２所定時間に達したとき、前記貯湯水の供給を許可しない給湯禁止モードを設定し、
前記発電が行われているとき、前記循環ポンプにより前記冷却水の流量を低下させ、
前記温度検知器による検知温度が第１所定温度に達したとき、前記給湯禁止モードを解除する、燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコージェネレーションシステム、燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコージェネレーションシステムの一例として、燃料電池により電力および熱を生成し、この熱を湯として貯湯タンクに蓄える燃料電池システムが知られている。たとえば、６０℃の湯が貯湯タンクに蓄えられる。ただし、放熱などにより貯湯タンクの湯温が５０℃程度に低下した場合には、貯湯タンク内にレジオネラ菌などの雑菌が繁殖しやすいとされている。
【０００３】
これに対し、特許文献１のコージェネレーションシステムでは、所定の期間内に貯湯槽から外部に供給された温水の量が所定の値以下である場合に、温水配管に設けられた弁を閉じ、貯湯槽内の全体が所定の温度以上となるように燃料電池を稼動させてから、弁を開けている。これにより、長期間にわたって貯湯槽内の水がほとんど使用されなかった場合、貯湯槽内からの外部への温水の供給を一時停止する。この停止時に、燃料電池を動作させ、その際に発生する熱により貯湯槽内の水を温めて、貯湯槽および貯湯槽内の水を殺菌している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４８０１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来技術について、コストの観点から未だ改善の余地がある。本発明は、このような問題を解決するもので、コストの上昇の抑制を図りつつ、適切な給湯および殺菌処理が可能なコー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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様に係るコージェネレーションシステムは、発電を行う発電器と、前記発電器からの排熱と冷却水とが熱交換する第１熱交換器と、貯湯水が貯留された貯湯タンクと、前記冷却水と前記貯湯水とが熱交換する第２熱交換器と、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間を前記冷却水が循環する循環経路と、前記循環経路に前記冷却水を循環させる循環ポンプと、前記第１熱交換器より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられ、前記冷却水の温度を検知する温度検知器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記発電が継続して行われない時間が第１所定時間に達したとき、または、前記貯湯水の供給が継続して行われない時間が第２所定時間に達したとき、前記貯湯水の供給を許可しない給湯禁止モードを設定し、前記発電が行われているとき、前記循環ポンプにより前記冷却水の流量を低下させ、前記温度検知器による検知温度が第１所定温度に達したとき、前記給湯禁止モードを解除する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、コージェネレーションシステムにおいて、コストの上昇の抑制を図りつつ、適切な給湯および殺菌処理が可能であるという効果を奏する。
【０００８】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係るコージェネレーションシステムの機能的な構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１のコージェネレーションシステムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】第２実施形態に係るコージェネレーションシステムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】第３実施形態に係るコージェネレーションシステムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】第４実施形態に係るコージェネレーションシステムの機能的な構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】図５のコージェネレーションシステムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】第５実施形態に係るコージェネレーションシステムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８Ａ〜図８Ｃは、第６実施形態に係るコージェネレーションシステムの機能的な構成の一部を概略的に示すブロック図である。
【図９】図９Ａおよび図９Ｂは、第７実施形態に係るコージェネレーションシステムの機能的な構成の一部を概略的に示すブロック図である。
【図１０】第８実施形態に係るコージェネレーションシステムの機能的な構成の一部を概略的に示すブロック図である。
【図１１】第９実施形態に係る燃料電池システムの機能的な構成を概略的に示すブロック図である。
【図１２】図１１の燃料電池システムシステムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の基礎となる知見）
本発明者等はコージェネレーションシステムについて、コストの上昇の抑制を図りつつ、給湯および殺菌処理を適切に行うために鋭意検討をした。この結果、本発明者等は従来技術には下記のような問題があることを見出した。
【００１１】
すなわち、特許文献１のコージェネレーションシステムでは、上水が、給水管によって貯湯槽に供給され、熱回収配管によって貯湯槽と熱交換器との間を循環している。このような上水は、一般的に、水道水であって、カルシウムやマグネシウムなどの金属イオンを含んでいる。このため、上水が熱交換器で加温されると、上水中の金属イオンにより金属酸化物（スケール）が発生し易い。そして、スケールが熱交換器および熱回収配管に堆積すれば、熱交換効率の低下などの問題が生じる。このスケールの問題に対し、たとえば、スケールが付着しにくい配管を用いると、システムのコスト上昇に繋がる。
【００１２】
また、スケールの発生を抑制するために、熱交換器で加温される媒体に、特許文献１のような貯湯槽の水ではなく、これ以外の熱媒体を用いることが考えられる。この場合、熱媒体が熱回収配管を循環し、貯湯槽の水と熱交換する。しかしながら、貯湯槽に流入する熱媒体の熱量が、貯湯槽において単位時間当たりに受け渡し可能な熱量より大きく、貯湯槽の水と熱媒体との熱交換が十分に行われない場合、熱媒体はその温度が貯湯槽の水の温度より高い状態で貯湯槽から排出される。このような場合、貯湯槽の水温は熱媒体の温度より低いため、熱媒体の温度に基づいて貯湯槽の水温を判定すると、貯湯槽全体の水温が殺菌可能なほど高い温度になったことを正確に検知することができず、貯湯槽の水を適切に殺菌することができない。
【００１３】
このため、特許文献１のコージェネレーションシステムでは、貯湯槽内の温度を測定するために、貯湯槽の上部および下部に温度センサを設けている。この温度センサにより貯湯槽内の温度が殺菌可能な温度になっているかを確認することができる。しかしながら、貯湯槽内の温度を測定する専用の温度センサを設けるため、コスト上昇に繋がる。
【００１４】
そこで、本発明者等は、貯湯槽の水と熱交換する熱媒体の流量を調整すると共に、貯湯槽より下流の熱媒体の温度を検知する温度検知器を貯湯槽の水温を検知する温度検知器として兼用することにより、コストの上昇の抑制を図りつつ、適切な給湯および殺菌処理が可能であることを見出した。本発明はこの知見に基づいてなされた。
【００１５】
本発明の実施の第１態様に係るコージェネレーションシステムは、発電を行う発電器と、前記発電器からの排熱と冷却水とが熱交換する第１熱交換器と、貯湯水が貯留された貯湯タンクと、前記冷却水と前記貯湯水とが熱交換する第２熱交換器と、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間を前記冷却水が循環する循環経路と、前記循環経路に前記冷却水を循環させる循環ポンプと、前記第１熱交換器より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられ、前記冷却水の温度を検知する温度検知器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記発電が継続して行われない時間が第１所定時間に達したとき、または、前記貯湯水の供給が継続して行われない時間が第２所定時間に達したとき、前記貯湯水の供給を許可しない給湯禁止モードを設定し、前記発電が行われているとき、前記循環ポンプにより前記冷却水の流量を低下させ、前記温度検知器による検知温度が第１所定温度に達したとき、前記給湯禁止モードを解除する。
【００１６】
この構成によれば、発電が継続して行われない時間が第１所定時間に達したとき、または、貯湯水の供給が継続して行われない時間が第２所定時間に達したとき、殺菌が必要と判定される。このような場合に、給湯禁止モードを設定することにより、貯湯水が供給されない。
【００１７】
この給湯禁止モードでは、循環ポンプにより冷却水の流量を低下させることにより、冷却水の流量を低下させないときと比較して、冷却水の熱量が、第２熱交換器において冷却水から貯湯水に単位時間当たりに受け渡し可能な熱量に近づけることができる。すなわち、第２熱交換器における貯湯水と冷却水との熱交換が十分に行われる。また、より長い時間にわたって第２熱交換器を流出した冷却水の温度を貯湯水の温度に近づけることができるため、冷却水の検知温度から貯湯水の温度を判定できる。すなわち、貯湯水専用の温度検知器を設ける必要がなく、コスト上昇を抑制しつつ、貯湯水全体の温度が殺菌可能なほど高い温度に上がったことをより正確に検知することができ、貯湯水を適切に殺菌することができる。
【００１８】
さらに、温度検知器による検知温度が第１所定温度に達したとき、給湯禁止モードを解除する。これにより殺菌した貯湯水を供給することができ、適切な給湯が実現される。
【００１９】
また、第１熱交換器において排熱と熱交換する冷却水に貯湯水が用いられない。このため、冷却水が第１熱交換により加熱されても、貯湯水に含まれる金属イオンによるスケールの発生が防がれる。よって、スケールによる第１熱交換器における熱交換効率の低下を防止すると共に、スケールの付着を防ぐ高価な部材を用いる必要がなく、コストの上昇を抑えられる。
【００２０】
本発明の実施の第２態様に係るコージェネレーションシステムは、第１の態様において、前記制御器は、前記発電が行われているとき、前記発電の出力を低下させて、前記循環ポンプにより前記冷却水の流量を低下させてもよい。
【００２１】
この構成によれば、発電器の出力の低下により排熱量を低下させることにより、第１熱交換器における熱交換後の冷却水の温度変化が小さくなる。このため、第２熱交換器における熱交換後の貯湯水および冷却水の温度変化を小さくでき、より長い時間にわたって第２熱交換器を通過した冷却水の温度を貯湯水の温度により近づけることができる。
【００２２】
本発明の実施の第３態様に係るコージェネレーションシステムは、第１または第２の態様において、前記制御器は、前記発電が行われているとき、定格出力で前記発電を行わせた後、前記発電の出力を低下させて、前記循環ポンプにより前記冷却水の流量を低下させてもよい。
【００２３】
この構成によれば、定格出力の発電により排熱量が増え、第１熱交換器で排熱により加熱される冷却水の温度が高くなる。このため、第２熱交換器における高温の冷却水と貯湯水との伝熱量が増えるため、短時間に貯湯水を第１所定温度まで加熱することができ、給湯禁止モード解除までの時間の短縮化が図られる。
【００２４】
本発明の実施の第４態様に係るコージェネレーションシステムは、第１〜３のいずれかの態様において、前記第１熱交換器より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられ、前記冷却水を放熱する放熱器をさらに備え、前記温度検知器は、前記第１熱交換器より上流かつ前記放熱器より下流の前記循環経路に設けられ、前記制御器は、前記発電が行われているとき、前記放熱器による放熱を開始させ、前記発電の出力を低下させて、前記循環ポンプにより前記冷却水の流量を低下させ、前記放熱器による放熱量の低下または放熱の停止を行わせてもよい。
【００２５】
この構成によれば、冷却水を放熱することにより、第１熱交換器に流入する冷却水の温度が低下する。このため、第１熱交換器において排熱が冷却水により冷却されるため、高温の排熱がシステム外などに排出されることを防止することができる。
【００２６】
また、放熱量の低下または放熱の停止により放熱器を通過した後の冷却水の温度低下が低減する。このため、この冷却水の検知温度を貯湯水の温度に近づけることができ、検知温度を貯湯水の温度の判定に用いることができる。
【００２７】
本発明の実施の第５態様に係るコージェネレーションシステムは、第１〜４のいずれかの態様において、前記制御器は、前記検知温度が前記第１所定温度に達してからの経過時間が第３所定時間に達した後、前記給湯禁止モードを解除してもよい。この構成によれば、第３所定時間、貯湯水の温度が第１所定温度以上になっている状態が維持されるため、貯湯水をより確実に殺菌することができる。
【００２８】
本発明の実施の第６態様に係るコージェネレーションシステムは、第１〜５のいずれかの態様において、前記第２熱交換器は前記貯湯タンク内に設けられ、前記冷却水は、前記第２熱交換器において前記貯湯タンクの上部から下部へ流通してもよい。
【００２９】
この構成によれば、冷却水は、貯湯タンクの上部から流入し、第２熱交換器で貯湯水と熱交換して、貯湯タンクの下部の貯湯水の温度に近い温度で流出する。このため、冷却水の検知温度に基づいて、貯湯タンクの下部にある低温の貯湯水の温度を判定することができる。この貯湯水の温度は、貯湯タンクの下部ほど低くなっている。よって、検知温度が第１所定温度に達していれば、貯湯水の上部の温度は第１所定温度以上になっており、貯湯水の全体が第１所定温度に達していると判定することができ、より適切に給湯禁止モードを解除することができる。
【００３０】
本発明の実施の第７態様に係るコージェネレーションシステムは、第１〜６のいずれかの態様において、前記貯湯タンクから前記貯湯水を供給する給湯経路と、前記貯湯タンクに上水を供給する給水経路と、前記給湯経路または前記給水経路の少なくとも一方に設けられ、前記給湯経路または前記給水経路を開閉する開閉弁と、をさらに備え、前記制御器は、前記開閉弁の開放を許可せず、前記給湯禁止モードを設定してもよい。この構成によれば、開閉弁の開放を許可しないことにより、給湯経路または給水経路が閉塞され、貯湯タンクからの出湯が禁止される。
【００３１】
本発明の実施の第８態様に係るコージェネレーションシステムは、第１〜６のいずれかの態様において、前記貯湯タンクから前記貯湯水を供給する給湯経路と、前記貯湯タンクおよび前記給湯経路に接続し、前記貯湯タンクに上水を供給する給水経路と、前記給湯経路と前記給水経路との接続点に設けられ、前記給湯経路および前記給水経路を開閉する混合弁と、を備え、前記制御器は、前記混合弁により前記給湯経路の開放を許可せず、前記給湯禁止モードを設定してもよい。この構成によれば、混合弁により給湯経路の開放を許可しないことにより、給湯経路が閉塞され、貯湯タンクからの出湯が禁止される。
【００３２】
本発明の実施の第９態様に係るコージェネレーションシステムは、第１〜８のいずれかの態様において、前記発電器は、燃料電池であり、前記燃料電池から排出された排ガスが流通する排ガス経路をさらに備え、前記第１熱交換器で前記排ガスと前記冷却水とが熱交換してもよい。この構成によれば、燃料電池システムについても、コストの上昇の抑制を図りつつ、給湯および殺菌処理を適切に行うことができる。
【００３３】
本発明の実施の第１０態様に係るコージェネレーションシステムは燃料電池システムであり、第１〜９のいずれかの態様において、前記第１熱交換器より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられ、前記冷却水を放熱する放熱器をさらに備え、前記温度検知器は、前記第１熱交換器より上流かつ前記放熱器より下流の前記循環経路に設けられ、前記制御器は、前記発電が行われているとき、前記温度検知器による検知温度が前記第１所定温度より低い第２所定温度になるように前記放熱器による放熱を行い、前記発電の出力を低下させて、前記循環ポンプにより前記冷却水の流量を低下させ、前記温度検知器による検知温度が前記第１所定温度になるように前記放熱器による放熱量を低下させてもよい。
【００３４】
この構成によれば、検知温度が第２所定温度になるように放熱することにより、第１熱交換器に流入する冷却水の温度が低下する。この低温の冷却水により第１熱交換器で排ガスが冷却されるため、排ガス中の水分が凝縮する。たとえば、凝縮水を改質器の改質水として利用すれば、燃料電池システムは水自立が可能になる。
【００３５】
また、発電の出力および冷却水の流量を低下させた状態で、検知温度が前記第１所定温度になるように放熱量を低下させる。これにより、放熱による冷却水の温度低下が減少するため、冷却水の検知温度が貯湯水の温度に近くなる。このため、冷却水の検知温度を貯湯水の温度の判定に用いることができる。
【００３６】
本発明の実施の第１１態様に係るコージェネレーションシステムは燃料電池システムであり、第９または第１０の態様において、前記燃料電池は、原料ガスおよび改質水を用いて水素含有ガスを生成する改質器、および、前記水素含有ガスおよび酸化剤ガスを用いて前記発電を行うスタックを有し、前記循環経路から分岐点で分岐し、前記冷却水を前記改質水として前記改質器へ流通する改質水経路をさらに備えていてもよい。このように、冷却水を改質水として利用することにより、燃料電池システムは水自立が可能になる。
【００３７】
本発明の実施の第１２態様に係るコージェネレーションシステムは燃料電池システムであり、第１１の態様において、前記分岐点は、前記第１熱交換器より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられていてもよい。この構成によれば、冷却された後、かつ、加熱される前の冷却水を改質水として使用することができる。このため、耐熱性を有する高価な部品などを用いる必要がなく、コスト上昇を抑制できる。
【００３８】
本発明の実施の第１３態様に係るコージェネレーションシステムは燃料電池システムであり、第１１または第１２の態様において、前記分岐点より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられ、前記冷却水を脱イオン化するイオン交換樹脂フィルタをさらに備えていてもよい。この構成によれば、イオン交換された冷却水を改質水として利用するため、冷却水に含有されるイオンによる改質器の性能低下を抑制することができる。
【００３９】
本発明の実施の第１４態様に係るコージェネレーションシステムは燃料電池システムであり、第１３の態様において、前記第１熱交換器より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられ、前記冷却水を放熱する放熱器をさらに備え、前記第２熱交換器、前記放熱器、前記温度検知器、前記イオン交換樹脂フィルタ、前記分岐点、および前記第１熱交換器は、前記冷却水の流れ方向においてこの順に前記循環経路に配置されていてもよい。
【００４０】
この構成によれば、第１熱交換器で加熱された高温の冷却水を第２熱交換器に流通させることで、第２熱交換器において冷却水により貯湯水を効率よく昇温できる。また。第２熱交換器で冷却された低温の冷却水を放熱器に流通させることで、放熱器における放熱量を低減できる。さらに、放熱器で放熱された冷却水の温度を温度検知器で検知することで、この検知温度に基づいて放熱を制御できる。さらに、放熱器で放熱された低温の冷却水をイオン交換樹脂フィルタに流通させることで、イオン交換樹脂フィルタの耐熱劣化を防止できる。さらに、冷却水をイオン交換樹脂フィルタを介して第１熱交換器に流通させていることで、冷却水中のイオンによるスケールの発生を防止できる。さらに、放熱器で放熱された低温の冷却水を第１熱交換器に流通させていることで、第１熱交換器での熱交換効率を高めることができる。
【００４１】
本発明の実施の第１５態様に係る燃料電池システムの運転方法は、発電を行う燃料電池と、前記燃料電池からの排熱と冷却水とが熱交換する第１熱交換器と、貯湯水が貯留された貯湯タンクと、前記冷却水と前記貯湯水とが熱交換する第２熱交換器と、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間を前記冷却水が循環する循環経路と、前記循環経路に前記冷却水を循環させる循環ポンプと、前記第１熱交換器より上流かつ前記第２熱交換器より下流の前記循環経路に設けられ、前記冷却水の温度を検知する温度検知器と、を備え、前記発電が継続して行われない時間が第１所定時間に達したとき、または、前記貯湯水の供給が継続して行われない時間が第２所定時間に達したとき、前記貯湯水の供給を許可しない給湯禁止モードを設定し、前記発電が行われているとき、前記循環ポンプにより前記冷却水の流量を低下させ、前記温度検知器による検知温度が第１所定温度に達したとき、前記給湯禁止モードを解除する。
【００４２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
【００４３】
第１実施形態に係るコージェネレーションシステム１００について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るコージェネレーションシステム１００の機能的な構成の一例を示すブロック図である。コージェネレーションシステム１００は、発電器１０、貯湯タンク１１、循環経路１２、循環ポンプ１３、第１熱交換器１４、第２熱交換器１５、温度検知器１６、および、制御器９を備えている。
【００４４】
発電器１０は、発電を行う装置であって、電力とともに熱を発生する。発電器１０としては、たとえば、燃料電池、ガスエンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービン、蒸気タービンが例示される。発電器１０には熱を排出する排熱経路１０ａが接続されている。排熱経路１０ａは、第１熱交換器１４を介してコージェネレーションシステム１００の排出口（図示せず）などに接続されている。排熱としては、燃料排ガスの熱などが例示される。
【００４５】
第１熱交換器１４は、発電器１０からの排熱と冷却水とが熱交換する熱交換器である。第１熱交換器１４は、排熱経路１０ａおよび循環経路１２に設けられ、周知の熱交換器を用いることができる。
【００４６】
循環経路１２は、第１熱交換器１４と第２熱交換器１５との間を冷却水が循環する経路である。たとえば、循環経路１２には、第１熱交換器１４、循環ポンプ１３、第２熱交換器１５、および、温度検知器１６がこの順（正順）で配置されている。循環ポンプ１３によって、冷却水が、これらの機器を正順に通過するよう循環させられる。
【００４７】
循環ポンプ１３は、循環経路１２に冷却水を循環させるポンプである。循環ポンプ１３は、たとえば、循環経路１２を流れる単位時間当たりの冷却水の流量を調整できる機能（流量調整機能）を有している。循環ポンプ１３は、制御器９からの制御信号に応じて循環経路１２を循環する冷却水の流量を調整する。なお、流量調整機能は循環ポンプ１３に内蔵されていてもよいし、流量調整機能を有する部品として循環ポンプ１３とは別に設けられていてもよい。
【００４８】
貯湯タンク１１は、貯湯水が貯留されるタンクである。貯湯タンク１１は、たとえば、循環ポンプ１３より下流であって温度検知器１６より上流の循環経路１２に設けられ、第１熱交換器１４において回収した熱を貯湯水として貯める。貯湯タンク１１の内部空間は循環経路１２の内部空間と連通せず、貯湯タンク１１は循環経路１２と分離して設けられている。このため、貯湯タンク１１の貯湯水と循環経路１２の冷却水とは、互いに異なる水であって、混ざらない。
【００４９】
貯湯タンク１１は給水経路１１ａにより水道などの給水設備（図示せず）に接続し、たとえば、給水経路１１ａは貯湯タンク１１の下部に接続されている。上水（水道水）は貯湯水として給水経路１１ａを介して給水設備から貯湯タンク１１へ供給される。また、貯湯タンク１１は給湯経路１１ｂにより給湯設備（図示せず）に接続し、たとえば、給湯経路１１ｂは貯湯タンク１１の上部に接続されている。貯湯水は湯として給湯経路１１ｂを介して貯湯タンク１１から給湯設備に供給される。
【００５０】
第２熱交換器１５は、冷却水と貯湯水とが熱交換する熱交換器である。第２熱交換器１５は循環経路１２および貯湯タンク１１により構成されている。この循環経路１２のうち、冷却水と貯湯水と熱交換して第２熱交換器１５を構成する部分を冷却水パイプ１２ａと称する。なお、図１では、冷却水パイプ１２ａは、螺旋状に延び、貯湯タンク１１の中を貫通するように貯湯タンク１１の内部に設けられていている。ただし、冷却水パイプ１２ａおよび貯湯タンク１１は冷却水と貯湯水との熱交換が可能なように設けられていればよい。このため、冷却水パイプ１２ａは、貯湯タンク１１の外周を取り囲むように、貯湯タンク１１の外部に設けられていてもよい。
【００５１】
温度検知器１６は、第１熱交換器１４より上流かつ第２熱交換器１５より下流の循環経路１２に設けられ、冷却水の温度を検知するセンサである。たとえば、温度検知器１６は、発電器１０からの排熱を高温のままコージェネレーションシステム１００から排出しないため、冷却水が排熱を第１熱交換器１４で十分に冷却できるように、第１熱交換器１４に流入する冷却水の温度を検知する目的で主に用いられている。温度検知器１６は、検知した温度（検知温度）を制御器９に出力する。温度検知器１６としては、熱電対およびサーミスタ測温体などが挙げられる。
【００５２】
制御器９は、コージェネレーションシステム１００の各構成を制御する。たとえば、制御器９は、温度検知器１６の検知温度に基づいて循環ポンプ１３の出力（吐出量）を制御する。制御器９は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。制御器９は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【００５３】
次に、第１実施形態に係るコージェネレーションシステム１００の運転方法を、図２のフローチャートを用いて説明する。この運転方法は、制御器９により制御される。
【００５４】
まず、制御器９は、発電が継続して行われない時間（発電停止時間）が第１所定時間に達したとき、または、貯湯水の供給が継続して行われない時間（給湯休止時間）が第２所定時間に達したとき(ステップＳ１１：ＹＥＳ)、貯湯水の供給を許可しない給湯禁止モードを設定する(ステップＳ１２)。なお、第１所定時間および第２所定時間は、貯湯タンク１１の温度および容積などに基づき実験およびシミュレーションなどにより定められる。
【００５５】
このため、制御器９は、前回の発電が停止してからの経過時間（発電停止時間）および前回の給湯が終了してからの経過時間（給湯休止時間）を計測する。そして、発電停止時間が第１所定時間になるまで、または、給湯休止時間が第２所定時間になるまで、発電停止時間および給湯休止時間を計測する(ステップＳ１１：ＮＯ)。
【００５６】
発電停止時間が第１所定時間になった場合(ステップＳ１１：ＹＥＳ)、貯湯タンク１１の殺菌が必要と判定される。つまり、発電器１０が発電していれば、発電器１０の排熱により貯湯タンク１１の貯湯水は常に高温（たとえば、７０℃）に保たれる。しかし、長時間、発電が継続して行われないと、貯湯タンク１１の貯湯水の温度が放熱により低下する。たとえば、貯湯タンク１１の貯湯水の温度が５０℃程度になると、レジオネラ菌などの雑菌が繁殖しやすいとされている。このため、第１所定時間、発電が継続して行われないと、貯湯タンク１１の殺菌が必要と判定される。
【００５７】
また、給湯休止時間が第２所定時間になった場合も(ステップＳ１１：ＹＥＳ)、貯湯タンク１１の殺菌が必要と判定される。つまり、貯湯タンク１１から給湯が行われると、貯湯水が貯湯タンク１１から排出されると共に、上水が貯湯タンク１１に供給されて、貯湯タンク１１の貯湯水は入れ替わる。これに対し、第２所定時間、給湯が継続して行われないと、長期間に亘り貯湯タンク１１に貯湯水が滞留するため、貯湯タンク１１の殺菌が必要と判定される。
【００５８】
このように、貯湯タンク１１の貯湯水を殺菌する必要があると判定された場合、制御器９は給湯禁止モードを設定する(ステップＳ１２)。これにより、貯湯タンク１１からの貯湯水の排出が禁止され、貯湯水が給湯されない。
【００５９】
続いて、制御器９は発電器１０の発電を監視する(ステップＳ１３)。ここで、発電が行われていない場合には(ステップＳ１３：ＮＯ)、制御器９は給湯禁止モードを維持する(ステップＳ１２)。
【００６０】
一方、制御器９は、発電が行われている場合(ステップＳ１３：ＹＥＳ)、循環ポンプ１３により冷却水の流量を低下させる(ステップＳ１４)。たとえば、発電停止時間が第１所定時間に達した後、発電が開始された場合、または、給湯休止時間が第２所定時間に達しているが、発電は行われている場合、制御器９は発電が行われていると判定する(ステップＳ１３：ＹＥＳ)。発電時には第１熱交換器１４において発電器１０からの排熱により冷却水が加熱されて、高温の冷却水が第２熱交換器１５へ流入する。このため、第２熱交換器１５において貯湯水が高温の冷却水により加熱されて、貯湯タンク１１の温度が上昇し、貯湯タンク１１の貯湯水が殺菌される。
【００６１】
ここで、制御器９は循環経路１２を流れる冷却水の流量を低下させるように循環ポンプ１３を制御する(ステップＳ１４)。冷却水の熱量が、第２熱交換器１５において冷却水から貯湯水に単位時間当たりに受け渡し可能な熱量により近づくように設定されることが好ましい。具体的には、冷却水の流量は、発電器１０の排熱量、循環経路１２の配管の断面積、貯湯タンク１１の貯湯水の量および温度、第２熱交換器１５の熱交換効率などに基づいて、実験から求められる。
【００６２】
このように、第２熱交換器１５を流れる冷却水の流量が低下するに伴い、第２熱交換器１５に流入する冷却水の熱量が減少する。第２熱交換器１５に流入する冷却水の熱量が減少することで、冷却水の熱量が、第２熱交換器１５において単位時間当たりに受け渡し可能な熱量に近づく。すなわち、第２熱交換器１５における貯湯水と冷却水との熱交換が十分に行われる。また、より長い時間にわたって第２熱交換器１５を流出した冷却水の温度を貯湯水の温度に近づけることができるため、冷却水の検知温度から貯湯水の温度を判定できる。すなわち、貯湯水専用の温度検知器を設ける必要がなく、コスト上昇を抑制しつつ、貯湯水全体の温度が殺菌可能なほど高い温度に上がったことをより正確に検知することができ、貯湯水を適切に殺菌することができる。
【００６３】
たとえば、第２熱交換器１５において冷却水が貯湯タンク１１の上方から下方へ流れる場合、これに伴い冷却水は貯湯水により冷却されるため、冷却水の温度は貯湯タンク１１の上部より下部で低くなる。よって、冷却水により加熱される貯湯水の温度も貯湯タンク１１の上部より下部で低くなる。そして、冷却水は、このような下部に位置する低温の貯湯水と熱交換してから、第２熱交換器１５から流出する。このため、第２熱交換器１５から流出した冷却水の温度は、貯湯タンク１１で最も低温の貯湯水の温度にほぼ等しくなる。
【００６４】
このように、第２熱交換器１５を通過後の冷却水の温度は貯湯水の温度と近くなる。このとき、冷却水の流量を低下させているため、この第２熱交換器１５より下流の循環経路１２を流れる冷却水の温度を温度検知器１６により検知すると、検知温度は貯湯水の温度とほぼ等しくなる時間がより長くなる。よって、制御器９は、温度検知器１６による検知温度を貯湯水の温度として取得する。
【００６５】
そして、制御器９は、温度検知器１６による検知温度が第１所定温度に達したか否かを監視する(ステップＳ１５)。第１所定温度は、貯湯タンク１１および貯湯水を殺菌できる温度であって、たとえば、６０℃以上７０℃以下である。
【００６６】
制御器９は、温度検知器１６による検知温度が第１所定温度に達したとき(ステップＳ１５：ＹＥＳ)、給湯禁止モードを解除する(ステップＳ１６)。このように、検知温度が第１所定温度になると、貯湯タンク１１の貯湯水の全体の温度が第１所定温度になっていると判定することができる。このため、貯湯水の温度が殺菌可能なほど高い温度に上がっており、貯湯水は殺菌されたとして、給湯禁止モードを解除する。これにより、殺菌された貯湯水が貯湯タンク１１から供給可能になる。
【００６７】
上記構成によれば、発電停止時間が第１所定時間に達したとき、または、貯湯休止時間が第２所定時間に達したとき、給湯禁止モードを設定している。これにより、殺菌が必要と考えられる貯湯水が供給されることが防止される。また、温度検知器１６による検知温度が第１所定温度に達したとき、給湯禁止モードを解除している。これにより、殺菌された貯湯水が供給されるため、適切な給湯が実現される。
【００６８】
さらに、発電が行われている場合、循環ポンプ１３により冷却水の流量を低下させている。これにより、貯湯水の全体を殺菌可能なほど高い温度に加熱でき、貯湯水を適切に殺菌することができる。また、温度検知器１６による検知温度を貯湯水の温度として取得することができる。このため、第１熱交換器１４に流入する冷却水の温度を検知する温度検知器１６を貯湯水の温度を検知するために兼用でき、コスト上昇の抑制が図られる。
【００６９】
また、第１熱交換器１４に用いられる冷却水には、水道水などの上水から成る貯湯水が用いられない。このため、上水が第１熱交換器１４に供給されず、第１熱交換器１４で上水が加熱されることによりスケールが発生することが防止される。よって、スケール対策の高価な部品を用いることがなく、コスト上昇を抑制することができる。
（第２実施形態）
【００７０】
第２実施形態に係るコージェネレーションシステム１００の運転方法を、図３のフローチャートを用いて説明する。この運転方法は、制御器９により制御される。なお、第２実施形態に係るコージェネレーションシステム１００は、図１の構成を備える。
【００７１】
図３の運転方法では、図２の運転方法のステップＳ１１〜Ｓ１６の処理に加えて、ステップＳ１３とステップＳ１４との間にステップＳ１７の処理をさらに実行する。なお、ステップＳ１１〜Ｓ１６の処理についてはその説明を省略する。
【００７２】
具体的には、制御器９は、発電が行われている場合(ステップＳ１３：ＹＥＳ)、発電の出力を低下させる(ステップＳ１７)。これにより、発電器１０の排熱量が低下するため、第１熱交換器１４で発電器１０からの排熱から冷却水に与えられる熱量が低下する。よって、第２熱交換器１５に流入する冷却水の熱量が減少し、冷却水から貯湯水への伝熱量が減少する。
【００７３】
上記構成によれば、循環ポンプ１３による冷却水の流量の低下に加えて、発電の出力低下を行っている。これにより、第２熱交換器１５に流入する冷却水の熱量を減らして、冷却水から貯湯水への伝熱量を減少させている。第１熱交換器１４における熱交換後の冷却水の温度変化が小さくなる。このため、第２熱交換器１５における熱交換後の貯湯水および冷却水の温度変化を小さくでき、より長い時間にわたって冷却水を貯湯水の温度にほぼ等しい温度で第２熱交換器１５から排出させることができる。
（第３実施形態）
【００７４】
第３実施形態に係るコージェネレーションシステム１００の運転方法を、図４のフローチャートを用いて説明する。この運転方法は、制御器９により制御される。なお、第３実施形態に係るコージェネレーションシステム１００は、図１の構成を備える。
【００７５】
図４の運転方法では、図３の運転方法のステップＳ１１〜Ｓ１７の処理に加えて、ステップＳ１３とステップＳ１７との間にステップＳ１８の処理をさらに実行する。なお、ステップＳ１１〜Ｓ１７の処理についてはその説明を省略する。
【００７６】
具体的には、制御器９は、発電が行われている場合(ステップＳ１３：ＹＥＳ)、定格出力で発電を行わせる(ステップＳ１８)。このように、発電器１０を定格で発電させると、発電器１０からの排熱量が増加する。これにより、第１熱交換器１４で発電器１０からの排熱から冷却水に与えられる熱量が増加するため、第２熱交換器１５に流入する冷却水の熱量も高くなる。よって、第２熱交換器１５において冷却水から貯湯水への伝熱量が増えるため、貯湯水が早く加温される。これにより、給湯禁止モードの解除までの期間を短縮化し、適切な給湯を行うことができる。
（第４実施形態）
【００７７】
第４実施形態に係るコージェネレーションシステム１００について、図５を参照して説明する。図５のコージェネレーションシステム１００は、図１のコージェネレーションシステム１００の構成に加えて、放熱器１７をさらに備えている。
【００７８】
放熱器１７は、第１熱交換器１４より上流かつ第２熱交換器１５より下流の循環経路１２に設けられ、冷却水を放熱する機器である。放熱器１７は、循環経路１２を流れる冷却水と冷却媒体とを熱交換させる熱交換器である。たとえば、放熱器１７としては、冷却媒体が空気であるラジエータが挙げられる。ただし、冷却媒体は空気に限定されず、空気以外の気体、および、液体などが用いられる。
【００７９】
放熱器１７はファンを備えており、ファンはそのスイッチ切換えおよび／またはその出力の可変が可能である。ファンのスイッチを入れる、または、ファンの出力を上げてファンが起動することにより、放熱器１７による放熱が開始される。一方、ファンのスイッチを切る、または、ファンの出力を下げてファンが停止することにより、放熱器１７による放熱が停止される。また、ファンの出力を下げることにより、放熱器１７による放熱量が低下する。
【００８０】
温度検知器１６は、第１熱交換器１４より上流かつ放熱器１７より下流の循環経路１２に設けられる。これにより、温度検知器１６は、第１熱交換器１４に流入する冷却水の温度を検知すると共に、放熱器１７を通過した冷却水の温度を検知する。なお、温度検知器１６による検知温度は、放熱器１７の出力制御に用いることができる。
【００８１】
次に、第４実施形態に係るコージェネレーションシステム１００の運転方法を、図６のフローチャートを用いて説明する。この運転方法は、制御器９により制御される。図６の運転方法では、図３の運転方法のステップＳ１１〜Ｓ１７の処理に加えて、ステップＳ１３とステップＳ１７との間のステップＳ１９の処理、および、ステップＳ１４とステップＳ１５との間のステップＳ２０の処理をさらに実行する。なお、ステップＳ１１〜Ｓ１７の処理についてはその説明を省略する。
【００８２】
具体的には、制御器９は、発電が行われている場合(ステップＳ１３：ＹＥＳ)、放熱器１７による放熱を開始させる(ステップＳ１９)。この放熱により第１熱交換器１４より上流の循環経路１２で冷却水が冷却されて、第１熱交換器１４に流通する冷却水の温度が下がる。したがって、第１熱交換器１４における熱交換効率を向上させることができる。
【００８３】
このとき、放熱によって第２熱交換器１５より下流の循環経路１２で冷却水が冷却されているため、温度検知器１６による検知温度は貯湯水の温度より低くなり、検知温度を貯湯水の温度の判定に用いることは容易ではない。このため、制御器９は、発電の出力を低下させ(ステップＳ１７)、冷却水の流量を低下させてから(ステップＳ１４)、放熱器１７による放熱量の低下または放熱の停止を行わせる(ステップＳ２０)。このように、放熱量の低下または放熱の停止により、冷却水の温度低下が抑制される。したがって、検知温度が貯湯水の温度と近くなり、検知温度を貯湯水の温度の判定に用いることができる。この検知温度は貯湯水全体の温度とほぼ等しいか貯湯水の温度より低いため、検知温度が第１所定温度になっていれば、貯湯水全体の温度は第１所定温度に達していると判定することができる。
（第５実施形態）
【００８４】
第５実施形態に係るコージェネレーションシステム１００の運転方法を、図７のフローチャートを用いて説明する。この運転方法は、制御器９により制御される。なお、第５実施形態に係るコージェネレーションシステム１００は、図１の構成を備える。
【００８５】
図７の運転方法では、図２の運転方法のステップＳ１１〜Ｓ１６の処理に加えて、ステップＳ１５とステップＳ１６との間にステップＳ２１の処理をさらに実行する。なお、ステップＳ１１〜Ｓ１６の処理についてはその説明を省略する。
【００８６】
具体的には、制御器９は、温度検知器１６による検知温度が第１所定温度に達した後(ステップＳ１５：ＹＥＳ)、それからの経過時間を計測し、この経過時間が第３所定時間に達したか否かを判定する(ステップＳ２１)。ここで、経過時間が第３経過時間に達したとき(ステップＳ２１：ＹＥＳ)、給湯禁止モードを解除する(ステップＳ１６)。なお、第３所定時間は、ゼロより大きな任意の時間である。
【００８７】
これにより、第３所定時間、貯湯水が第１所定温度またはそれより高い温度の状態が維持される。このため、第３所定時間、貯湯水を殺菌可能なほど高い温度に加熱し続けられ、貯湯水をより確実に殺菌することができる。
【００８８】
なお、第５実施形態に係るコージェネレーションシステム１００の運転方法として、図３、図４および図６の運転方法のステップＳ１５とステップＳ１６との間にステップＳ２１の処理をさらに実行してもよい。このうち、図６の運転方法のコージェネレーションシステム１００は、図５の構成を備える。
（第６実施形態）
【００８９】
第６実施形態に係るコージェネレーションシステム１００について、図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃを用いて説明する。第６実施形態に係るコージェネレーションシステム１００では、第２熱交換器１５は貯湯タンク１１の中に設けられ、第２熱交換器１５において冷却水は貯湯タンク１１の上部から下部へ流通する。なお、図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃの構成は、図１および図５のコージェネレーションシステム１００に用いられる。
【００９０】
図８Ａでは、循環経路１２の冷却水パイプ１２ａの上流端が貯湯タンク１１の上面に設けられ、冷却水パイプ１２ａの下流端が貯湯タンク１１の下面に設けられている。図８Ｂでは、冷却水パイプ１２ａの上流端が貯湯タンク１１の第１側面の上部に設けられ、冷却水パイプ１２ａの下流端が貯湯タンク１１の第１側面の下部に設けられている。図８Ｃでは、冷却水パイプ１２ａの上流端が貯湯タンク１１の第２側面の上部に設けられ、冷却水パイプ１２ａの下流端が貯湯タンク１１の第２側面に対向する第３側面の下部に設けられている。
【００９１】
この図８Ａ〜図８Ｃのいずれにおいても、冷却水パイプ１２ａが貯湯タンク１１の中に配置されている。貯湯タンク１１において冷却水パイプ１２ａの上流端が下流端より上方に配置されている。循環ポンプ１３は、冷却水パイプ１２ａより上流の循環経路１２、冷却水パイプ１２ａ、および冷却水パイプ１２ａより下流の循環経路１２へ冷却水が流れるように冷却水に圧力を与える。これにより、冷却水は、第２熱交換器１５において貯湯タンク１１の上部から下部へ冷却水パイプ１２ａを流通する。冷却水は第２熱交換器１５において貯湯水により冷却されながら流れるため、貯湯タンク１１の上部における貯湯水の温度は貯湯タンク１１の下部と同じまたはそれより高くなる。よって、高い温度の貯湯水を貯湯タンク１１の上部から給湯経路１１ｂを介して供給することができる。
【００９２】
また、冷却水は、貯湯タンク１１の下部に位置する低温の貯湯水と熱交換してから、第２熱交換器１５から流出する。このため、第２熱交換器１５から流出した冷却水の温度は、貯湯タンク１１で最も低温の貯湯水の温度にほぼ等しくなる。よって、この冷却水の温度を検知した温度検知器１６による検知温度を貯湯水の温度の判定に用いることができる。
（第７実施形態）
【００９３】
第７実施形態に係るコージェネレーションシステム１００について、図９Ａおよび図９Ｂを用いて説明する。第７実施形態に係るコージェネレーションシステム１００は、給湯経路１１ｂ、給水経路１１ａおよび開閉弁１８をさらに備える。なお、図９Ａおよび図９Ｂの構成は、図１、図５および図８Ａ〜図８Ｃのコージェネレーションシステム１００に用いられる。
【００９４】
給湯経路１１ｂは、貯湯タンク１１から貯湯水を供給する経路であって、貯湯タンク１１と給湯設備（図示せず）とを接続する。給水経路１１ａは、貯湯タンク１１に上水を供給する経路であって、貯湯タンク１１と給水設備（図示せず）とを接続する。給水経路１１ａは、貯湯タンク１１より上流の分岐点１１ａ１において分岐する。この分岐経路１１ａ２は、貯湯タンク１１より下流の接続点１１ａ３において給湯経路１１ｂと接続する。
【００９５】
開閉弁１８は、給湯経路１１ｂまたは給水経路１１ａの少なくとも一方に設けられ、給湯経路１１ｂまたは給水経路１１ａを開閉する弁である。図９Ａの開閉弁１８は、貯湯タンク１１より下流かつ接続点１１ａ３より上流の給湯経路１１ｂに設けられ、給湯経路１１ｂを開閉する。図９Ｂの開閉弁１８は、貯湯タンク１１より上流かつ分岐点１１ａ１より下流の給水経路１１ａに設けられ、給水経路１１ａを開閉する。なお、開閉弁１８は、貯湯タンク１１より下流かつ接続点１１ａ３より下流の給湯経路１１ｂ、または、貯湯タンク１１より上流かつ分岐点１１ａ１より上流の給水経路１１ａに設けられていてもよい。
【００９６】
第７実施形態に係るコージェネレーションシステム１００の運転方法では、図２〜図４、図６および図７のフローチャートのステップＳ１２の処理において、制御器９は、開閉弁１８の開放を許可せず、給湯禁止モードを設定する。
【００９７】
たとえば、給湯設備の操作により給湯が要求されると、給湯禁止モードが設定されていない場合、制御器９は開閉弁１８の開放を許可する。これにより、開閉弁１８が開き、給水経路１１ａおよび給湯経路１１ｂが解放される。上水は、給水経路１１ａを通り貯湯タンク１１に供給されて加熱され、貯湯水として給湯経路１１ｂを通り給湯設備に供給される。
【００９８】
一方、給湯禁止モードが設定された場合(ステップＳ１２)、給湯設備の操作により給湯が要求されても、制御器９は開閉弁１８の開放を許可しない。これにより、開閉弁１８が閉じ、給水経路１１ａおよび／または給湯経路１１ｂが閉塞される。このため、貯湯水は貯湯タンク１１から給湯設備に供給されず、給湯禁止モードが実現される。ただし、上水は、給水経路１１ａの分岐点１１ａ１から分岐経路１１ａ２を通り、接続点１１ａ３で給湯経路１１ｂに流入し、給湯経路１１ｂを通り給湯設備に供給される。このため、たとえば、上水は、給湯設備で加熱されると、湯として供給され、適切な給湯が実現される。
（第８実施形態）
【００９９】
第８実施形態に係るコージェネレーションシステム１００について、図１０を用いて説明する。第８実施形態に係るコージェネレーションシステム１００は、給湯経路１１ｂ、給水経路１１ａおよび混合弁１９をさらに備える。なお、図１０の構成は、図１、図５および図８Ａ〜図８Ｃのコージェネレーションシステム１００に用いられる。
【０１００】
混合弁１９は、給湯経路１１ｂと給水経路１１ａとの接続点１１ａ３に設けられ、給湯経路１１ｂおよび給水経路１１ａを開閉する弁である。混合弁１９には、たとえば、三方弁などが用いられる。混合弁１９は、たとえば、２つの流入口（第１流入口、第２流入口）および１つの流出口を有し、２つの流入口を開閉する。第１流入口は混合弁１９より上流の給湯経路１１ｂ（上流給湯経路１１ｂ２）に接続され、第２流入口は分岐経路１１ａ２に接続され、流出口は混合弁１９より下流の給湯経路１１ｂ（下流給湯経路１１ｂ１）に接続されている。
【０１０１】
第８実施形態に係るコージェネレーションシステム１００の運転方法では、図２〜図４、図６および図７のフローチャートのステップＳ１２の処理において、制御器９は、混合弁１９により上流給湯経路１１ｂ２の開放を許可せず、給湯禁止モードを設定する。
【０１０２】
たとえば、給湯設備の操作により給湯が要求されると、給湯禁止モードが設定されていない場合、制御器９は混合弁１９により上流給湯経路１１ｂ２の開放を許可する。これにより、混合弁１９が第１流入口を開いて第２流入口を閉じ、上流給湯経路１１ｂ２が解放されて分岐経路１１ａ２が閉塞される。このため、貯湯水が貯湯タンク１１から上流給湯経路１１ｂ２を介して下流給湯経路１１ｂ１へ流れて、給湯設備において給湯される。
【０１０３】
なお、給湯温度および給湯量などに基づいて、混合弁１９は第１流入口を開くと共に第２流入口を開いてもよい。この場合、上流給湯経路１１ｂ２および分岐経路１１ａ２が解放されて、貯湯水と共に上水が混合して下流給湯経路１１ｂ１へ流れ、給湯設備に供給される。ここで、制御器９は第１流入口および第２流入口の開口度を変化させることにより、給湯設備に供給される貯湯水と上水との混合割合および混同水の温度を調整することができる。
【０１０４】
一方、給湯禁止モードが設定された場合(ステップＳ１２)、給湯設備の操作により給湯が要求されても、制御器９は混合弁１９により上流給湯経路１１ｂ２の開放を許可しない。これにより、混合弁１９が第１流入口を閉じ第２流入口を開き、上流給湯経路１１ｂ２が閉塞されて分岐経路１１ａ２が解放される。このため、貯湯水は貯湯タンク１１から給湯設備に供給されず、給湯禁止モードが実現される。ただし、分岐経路１１ａ２からの上水が下流給湯経路１１ｂ１を通り給湯設備に供給される。このため、たとえば、上水は、給湯設備で加熱されると、給湯が実現される。
（第９実施形態）
【０１０５】
第９実施形態に係る燃料電池システム１０１について、図１１を参照して説明する。図１の燃料電池システム１０１は、図５のコージェネレーションシステム１００の構成に加えて、改質器２１、改質水経路２３およびイオン交換樹脂フィルタ２４をさらに備えている。また、燃料電池システム１０１では、コージェネレーションシステム１００の発電器１０は燃料電池２０であり、排熱経路１０ａは排ガス経路２２である。
【０１０６】
燃料電池２０は、改質器２１およびスタック２０ａを有している。スタック２０ａは、水素含有ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電を行う。この発電により水分も生成されて、水分は排ガスに含まれてスタック２０ａから排出される。酸化剤ガスとは、たとえば、空気が例示できる。燃料電池２０は、たとえば、固体酸化物形燃料電池および固体高分子形燃料電池であるとよい。
【０１０７】
排ガス経路２２は、燃料電池２０から排出された排ガスが流通する経路である。排ガス経路２２は燃料電池２０と燃料電池システム１０１の排出口（図示せず）などとを第１熱交換器１４を介して接続している。たとえば、燃料電池２０の燃焼器（図示せず）から排出されたガス（排ガス）が排ガス経路２２により燃料電池システム１０１の外部へ排出される。排ガス経路２２を流れる排ガスの温度は、燃料電池２０が固体酸化物形燃料電池の場合、たとえば、２００℃である。第１熱交換器１４では、排ガスと冷却水とが熱交換する。また、排ガス経路２２は凝縮水経路２２ａに分岐し、凝縮水経路２２ａは、第１熱交換器１４より下流の循環経路１２に接続されている。
【０１０８】
改質器２１は、原料および水（改質水）を用いて水素含有ガスを生成する反応器である。改質器２１は、触媒の存在下で原料が水蒸気と改質反応して、水素含有ガスを生成する。改質器２１は、その触媒の適温、たとえば、６００〜７００℃に加熱される。また、改質器２１には蒸発器（図示せず）が設けられており、ここで、改質水経路２３を介して供給された改質水から水蒸気を生成する。また、原料は、原料供給器（図示せず）から供給経路（図示せず）を介して改質器２１に供給される。原料は、たとえば、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の少なくとも炭素および水素から構成される有機化合物を含むガスである。原料供給器は、原料ガスの流量を調整する機能を有する機器であり、たとえば、昇圧器および／または流量調整弁、または、定容積型ポンプが例示される。
【０１０９】
改質水経路２３は、改質器２１の反応で使用される改質水が流通する。改質水経路２３は、循環経路１２から分岐点１２ｂにおいて分岐している。分岐点１２ｂは、第１熱交換器１４より上流かつ第２熱交換器１５より下流に位置している。
【０１１０】
イオン交換樹脂フィルタ２４は、冷却水からイオンを除去する（脱イオン化する）機器である。この除去するイオンとしては、主に改質器２１および燃料電池２０の触媒を被毒するイオンが挙げられる。イオン交換樹脂フィルタ２４は、分岐点１２ｂより上流かつ第２熱交換器１５より下流の循環経路１２上に設けられている。さらに、イオン交換樹脂フィルタ２４の位置は、分岐点１２ｂに近いほど好ましい。好ましくは、冷却水は、循環経路１２において第２熱交換器１５、放熱器１７、温度検知器１６、イオン交換樹脂フィルタ２４、分岐点１２ｂおよび第１熱交換器１４をこの順に流通するとよい。
【０１１１】
次に、第９実施形態に係る燃料電池システム１０１の運転方法を、図１２のフローチャートを用いて説明する。この運転方法は、制御器９により制御される。図１２の運転方法では、図３の運転方法のステップＳ１１〜Ｓ１７の処理に加えて、ステップＳ１３とステップＳ１７との間のステップＳ２２の処理、および、ステップＳ１４とステップＳ１５との間のステップＳ２３の処理をさらに実行する。なお、ステップＳ１１〜Ｓ１７の処理についてはその説明を省略する。
【０１１２】
具体的には、制御器９は、発電が行われている場合(ステップＳ１３：ＹＥＳ)、温度検知器１６による検知温度が第２所定温度になるように放熱器１７による放熱を行う(ステップＳ２１)。第２所定温度は、第１所定温度より低い温度であって、たとえば、第１熱交換器１４において排ガスを露点まで冷却することができる冷却水の温度である。この露点は、燃料電池システム１０１の水自立に必要な量の凝縮水を回収できる温度であって、たとえば、４０℃である。
【０１１３】
制御器９は、第１熱交換器１４に流入する温度を検知し、この検知温度が第２所定温度より高い場合、放熱器１７のファンの出力を上げる。これにより、冷却水が放熱器１７で放熱されて、第１熱交換器１４より上流の循環経路１２で冷却水が冷却されて、第１熱交換器１４に流通する冷却水の温度が第２所定温度まで下がる。これにより、第１熱交換器１４では、排ガス経路２２を流れる高温の排ガスが、放熱器１７により放熱された低温の冷却水により冷却される。この排ガスが露点まで冷却されると、排ガスに含まれている水蒸気が凝縮して、水（凝縮水）が生成する。そして、凝縮水は、凝縮水経路２２ａを通り循環経路１２に流入し、冷却水として利用される。
【０１１４】
また、冷却水は、第２熱交換器１５で貯湯水により冷却された後、放熱器１７の放熱により冷却される。このように低温になった冷却水がイオン交換樹脂フィルタ２４に流入し、ここでイオンが除去される。そして、冷却水の一部が改質水経路２３を介して改質器２１に改質水として供給され、燃料電池システム１０１の水自立が実現される。一方、残る冷却水は循環経路１２を介して第１熱交換器１４に流入する。
【０１１５】
このように、温度検知器１６による検知温度が第２所定温度になるように放熱器１７を制御することにより、燃料電池システム１０１の水自立は維持される。しかしながら、温度検知器１６は放熱により冷却された冷却水の温度を検知しているため、検知温度が貯湯水の温度より低くなる。よって、検知温度を貯湯水の温度に近くするため、制御器９は、発電の出力および冷却水の流量を低下させてから(ステップＳ１７、Ｓ１４)、温度検知器１６による検知温度が第１所定温度になるように放熱器１７による放熱量を低下させる(ステップＳ２３)。
【０１１６】
これにより、放熱量の低下により冷却水の温度低下が抑制されるため、冷却水の検知温度は貯湯水の温度に近くなる。これにより、検知温度と貯湯水の温度の判定に用いることができる。この検知温度は貯湯水全体の温度より低いため、検知温度が第１所定温度になっていれば、貯湯水全体の温度は第１所定温度に達していると判定することができる。
【０１１７】
なお、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。また、上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明のコージェネレーションシステムは、コストの上昇の抑制を図りつつ、適切な給湯および殺菌処理が可能なコージェネレーションシステムに利用できる。
【符号の説明】
【０１１９】
１０    ：発電器
１１    ：貯湯タンク
１２    ：循環経路
１３    ：循環ポンプ
１４    ：第１熱交換器
１５    ：第２熱交換器
１６    ：温度検知器
１７    ：放熱器
１８    ：開閉弁
１９    ：混合弁
２０    ：燃料電池
２０ａ  ：スタック
２１    ：改質器
２２    ：排ガス経路
２３    ：改質水経路
２４    ：イオン交換樹脂フィルタ
１００  ：コージェネレーションシステム
１０１  ：燃料電池システム
【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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