(57)【要約】【課題】  消費電力を低減しつつより確実に管路内の水の凍結を防止すること。【解決手段】  コジェネレーションシステム１の管路凍結防止方法は、燃料電池発電装置１０と貯湯槽２１との間の循環管路３２の凍結を防止するためのものである。この管路凍結防止方法では、まず、温度取得ステップＳ１において環境温度が取得され、温度判断ステップＳ３において、その環境温度が環境温度閾値以下か否かが判断される。ここで環境温度が環境温度閾値以下であると判断された場合には、ＦＣヒータ制御ステップＳ５においてＦＣヒータ１３の通電が開始されるとともに、貯湯槽ヒータ制御ステップＳ７において貯湯槽ヒータ２３の通電が開始されることで、循環管路３２内の水が加熱される。また、これと同時に、循環制御ステップＳ６においてポンプ１４が駆動され、循環管路３２内の水が循環させられる。【選択図】  図５
2008032321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力及び熱を生成する発電装置と、水を貯える貯湯槽と、前記発電装置から前記貯湯槽までの間で循環路を形成するように設けられ、前記発電装置において生成された熱が吸収された水を前記貯湯槽内に送るための管路とを備えるコジェネレーションシステムにおける管路凍結防止方法であって、
前記発電装置及び前記貯湯槽の少なくとも一方に設けられた温度センサにより環境温度を取得する温度取得ステップと、
前記温度取得ステップにおいて取得された環境温度が所定値以下であるか否かを判断する温度判断ステップと、
前記温度判断ステップにおいて前記環境温度が所定値以下であると判断された場合に、前記管路内の水をヒータにより加熱する加熱制御ステップと、
前記温度判断ステップにおいて前記環境温度が所定値以下であると判断された場合に、前記管路の途中に設けられたポンプにより前記管路内の水を循環させる循環制御ステップとを備えることを特徴とする管路凍結防止方法。
【請求項２】
前記管路の異なる部位に設けられた第１及び第２の温度センサにより前記管路の２つの温度を取得する管路温度取得ステップを更に備え、
前記循環制御ステップにおいては、前記管路温度取得ステップにおいて取得された前記２つの温度の差が所定値以下となるように前記管路内の水の流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の管路凍結防止方法。
【請求項３】
前記加熱制御ステップでは、前記２つの温度が所定値以上となるように前記ヒータによる加熱量を制御することを特徴とする請求項２に記載の管路凍結防止方法。
【請求項４】
前記管路は、前記熱が吸収された水を前記貯湯槽に送る順方向管路と、該水を前記発電装置へ戻す逆方向管路と、前記順方向管路と前記逆方向管路とに接続されて、前記順方向管路に送られた水が前記貯湯槽をバイパスして前記逆方向管路へ流入するように設けられたバイパス管路と、前記順方向管路と前記バイパス管路との間に設けられた切替弁とを有し、
前記温度判断ステップにおいて前記環境温度が所定値以下であると判断された場合に、前記ヒータにより加熱された水が前記順方向管路から前記バイパス管路へ流入するように前記切替弁を制御する流路制御ステップを更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の管路凍結防止方法。
【請求項５】
電力及び熱を生成する発電装置と、水を貯える貯湯槽と、前記発電装置から前記貯湯槽までの間で循環路を形成するように設けられ、前記発電装置において生成された熱が吸収された水を前記貯湯槽内に送るための管路とを備えるコジェネレーションシステムであって、
前記発電装置及び前記貯湯槽の少なくとも一方に設けられた温度センサにより環境温度を取得する温度取得手段と、
前記温度取得手段により取得された環境温度が所定値以下であるか否かを判断する温度判断手段と、
前記温度判断手段により前記環境温度が所定値以下であると判断された場合に、前記管路内の水をヒータにより加熱する加熱制御手段と、
前記温度判断手段により前記環境温度が所定値以下であると判断された場合に、前記管路の途中に設けられたポンプにより前記管路内の水を循環させる循環制御手段とを備えることを特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項６】
前記管路の異なる部位に設けられた第１及び第２の温度センサにより前記管路の２つの温度を取得する管路温度取得手段を更に備え、
前記循環制御手段は、前記管路温度取得手段により取得された前記２つの温度の差が所定値以下となるように前記管路内の水の流量を制御することを特徴とする請求項５に記載のコジェネレーションシステム。
【請求項７】
前記加熱制御手段は、前記２つの温度が所定値以上となるように前記ヒータによる加熱量を制御することを特徴とする請求項６に記載のコジェネレーションシステム。
【請求項８】
前記管路は、前記熱が吸収された水を前記貯湯槽に送る順方向管路と、該水を前記発電装置へ戻す逆方向管路と、前記順方向管路と前記逆方向管路とに接続されて、前記順方向管路に送られた水が前記貯湯槽をバイパスして前記逆方向管路へ流入するように設けられたバイパス管路と、前記順方向管路と前記バイパス管路との間に設けられた切替弁とを有し、
前記温度判断手段により前記環境温度が所定値以下であると判断された場合に、前記ヒータにより加熱された水が前記順方向管路ではなく前記バイパス管路へ流入するように前記切替弁を制御する流路制御手段を更に備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載のコジェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管路凍結防止方法及びコジェネレーションシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電気及び熱を生成する発電装置と、この発電装置により生成された熱を吸収した温水を貯える貯湯槽と、発電装置と貯湯槽との間で水を循環させるための管路とを備えるコジェネレーションシステムが知られている。このようなコジェネレーションシステムでは、管路内の水の凍結を防ぐための凍結防止機能を備えるものが知られている。例えば、下記特許文献１には、ヒータ等の加熱器を付加することなく、貯湯槽に貯えられた湯水を利用することで管路内の水の凍結を防止することができるコジェネレーションシステムが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−６０９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特に寒冷地などでは、貯湯槽に貯えられた湯水を利用するだけでは完全に管路内の水の凍結を防止することはできない。特に、発電装置の機能が停止された場合には、夜間等の長時間にわたって凍結防止の効果が発揮されにくい。この問題に対処するために、管路をヒータ等の加熱器で直接加熱することが考えられる。しかし、凍結を効果的に防止するためには管路全体にわたってヒータを設置する必要があり、電力消費量が増大する傾向にある。
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、消費電力を低減しつつより確実に管路内の水の凍結を防止することが可能な管路凍結防止方法及び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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の管路凍結防止方法は、電力及び熱を生成する発電装置と、水を貯える貯湯槽と、発電装置から貯湯槽までの間で循環路を形成するように設けられ、発電装置において生成された熱が吸収された水を貯湯槽内に送るための管路とを備えるコジェネレーションシステムにおける管路凍結防止方法であって、発電装置及び貯湯槽の少なくとも一方に設けられた温度センサにより環境温度を取得する温度取得ステップと、温度取得ステップにおいて取得された環境温度が所定値以下であるか否かを判断する温度判断ステップと、温度判断ステップにおいて環境温度が所定値以下であると判断された場合に、管路内の水をヒータにより加熱する加熱制御ステップと、温度判断ステップにおいて環境温度が所定値以下であると判断された場合に、管路の途中に設けられたポンプにより管路内の水を循環させる循環制御ステップとを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明のコジェネレーションシステムは、電力及び熱を生成する発電装置と、水を貯える貯湯槽と、発電装置から貯湯槽までの間で循環路を形成するように設けられ、発電装置において生成された熱が吸収された水を貯湯槽内に送るための管路とを備えるコジェネレーションシステムであって、発電装置及び貯湯槽の少なくとも一方に設けられた温度センサにより環境温度を取得する温度取得手段と、温度取得手段により取得された環境温度が所定値以下であるか否かを判断する温度判断手段と、温度判断手段により環境温度が所定値以下であると判断された場合に、管路内の水をヒータにより加熱する加熱制御手段と、温度判断手段により環境温度が所定値以下であると判断された場合に、管路の途中に設けられたポンプにより管路内の水を循環させる循環制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このような管路凍結防止方法及びコジェネレーションシステムによれば、環境温度が所定値以下である場合に、管路内の水がヒータにより加熱されるとともに、管路の途中に設けられたポンプにより加熱された水が管路全体を循環させられる。これにより、ヒータを広範囲に設けることなく管路内の水が凍結することを効果的に防止できる。併せて、ヒータの設置範囲を広げる必要がなくなり、ヒータの消費電力を低減することができる。
【０００８】
本発明の管路凍結防止方法では、管路の異なる部位に設けられた第１及び第２の温度センサにより管路の２つの温度を取得する管路温度取得ステップを更に備え、循環制御ステップにおいては、管路温度取得ステップにおいて取得された２つの温度の差が所定値以下となるように管路内の水の流量を制御することが好ましい。
【０００９】
また、本発明のコジェネレーションシステムでは、管路の異なる部位に設けられた第１及び第２の温度センサにより管路の２つの温度を取得する管路温度取得手段を更に備え、循環制御手段は、管路温度取得手段により取得された２つの温度の差が所定値以下となるように管路内の水の流量を制御することが好ましい。
【００１０】
この場合、２箇所で計測された管路温度の差が所定値以下となるようにポンプが制御されることにより、管路内の水の流量が制御される。そのため、ヒータにより加熱された水の流量を管路の温度状況に応じて調節することができ、ヒータの熱を偏りなく管路全体に流動させることが可能となる。
【００１１】
本発明の管路凍結防止方法では、加熱制御ステップにおいて、２つの温度が所定値以上となるようにヒータによる加熱量を制御することが好ましい。
【００１２】
また、本発明のコジェネレーションシステムでは、加熱制御手段が２つの温度が所定値以上となるようにヒータによる加熱量を制御することが好ましい。
【００１３】
こうすれば、２箇所で計測される管路温度がすべて所定値以上になるようにヒータによる加熱量が制御される。そのため、管路内の異なる部位の温度を一定温度以上に上げることができ、管路内の水の凍結をより確実に防止することができる。
【００１４】
本発明の管路凍結防止方法では、管路は、熱が吸収された水を貯湯槽に送る順方向管路と、該水を発電装置へ戻す逆方向管路と、順方向管路と逆方向管路とに接続されて、順方向管路に送られた水が貯湯槽をバイパスして逆方向管路へ流入するように設けられたバイパス管路と、順方向管路とバイパス管路との間に設けられた切替弁とを有し、温度判断ステップにおいて環境温度が所定値以下であると判断された場合に、ヒータにより加熱された水が順方向管路からバイパス管路へ流入するように切替弁を制御する流路制御ステップを更に備えることが好ましい。
【００１５】
また、本発明のコジェネレーションシステムでは、管路は、熱が吸収された水を貯湯槽に送る順方向管路と、該水を発電装置へ戻す逆方向管路と、順方向管路と逆方向管路とに接続されて、順方向管路に送られた水が貯湯槽をバイパスして逆方向管路へ流入するように設けられたバイパス管路と、順方向管路とバイパス管路との間に設けられた切替弁とを有し、温度判断手段により環境温度が所定値以下であると判断された場合に、ヒータにより加熱された水が順方向管路ではなくバイパス管路へ流入するように切替弁を制御する流路制御手段を更に備えることが好ましい。
【００１６】
この場合、凍結防止のためにポンプにより管路内の水が循環させられる際に、順方向管路内の水がバイパス管路へ流入するように切替弁が制御される。これにより、ヒータにより加熱された水は、順方向管路、バイパス管路及び逆方向管路の中を循環するのみで貯湯槽内は通らない。そのため、貯湯槽内に貯えられた水の成層の崩れ及び水温の低下を防止することができる。また、ヒータにより加熱された水が循環する距離が短くなるので、管路内の水を早期に所定の温度まで加熱することができ、ヒータの消費電力を更に低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
このような管路凍結防止方法及びコジェネレーションシステムによれば、消費電力を低減しつつより確実に管路内の水の凍結を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明において、「水」とは、水温にかかわらず液体状の水すべてを意味する。
【００１９】
まず、図１及び図２を用いて、実施形態に係るコジェネレーションシステム１の構成について説明する。図１は、実施形態に係るコジェネレーションシステム１の概略構成を示す図である。図２は、図１に示す主制御装置１５及び副制御装置２６のハードウェア構成を示す図である。
【００２０】
コジェネレーションシステム１は、燃料電池発電により電力を生成するとともに、発電時の排熱を冷暖房や給湯用に利用するシステムである。このコジェネレーションシステム１は、燃料電池発電装置１０と、貯湯ユニット２０と、貯湯ユニット２０から送られた水を加熱可能な給湯器５３とを備える。更に、コジェネレーションシステム１は、電力線５１を介して商用電力系統５０及び電気機器ＥＩと、上水用管路３０を介して給水系統５２と、出湯用管路３１及び給湯器５３を介して熱機器ＨＩと、それぞれ接続している。また、コジェネレーションシステム１には、水を当該コジェネレーションシステム１内で循環させるための循環管路３２が設けられている。
【００２１】
上水用管路３０は、給水系統５２と出湯用三方弁２５とを連結する上水用管路３０ａと、当該上水用管路３０ａから分岐し貯湯槽２１下部につながる上水用管路３０ｂとを有する。出湯用管路３１は、貯湯槽２１上部から出湯用三方弁２５及び給湯器５３を介して熱機器ＨＩにつながる。
【００２２】
循環管路３２は、貯湯槽２１下部から燃料電池発電装置１０内の熱交換器１２に至る逆方向管路３２ａと、熱交換器１２から循環用三方弁（切替弁）２４を経て貯湯槽２１上部に至る順方向管路３２ｂと、循環用三方弁２４から貯湯槽２１をバイパスして逆方向管路３２ａに接続されるバイパス管路３２ｃとにより構成される。燃料電池発電装置１０と貯湯ユニット２０との間における逆方向管路３２ａの一部分及び順方向管路３２ｂの一部分（露出部）は、燃料電池発電装置１０及び貯湯ユニット２０から外部に露出しており、例えば、地面や家屋の壁面等の外部環境にさらされている。
【００２３】
順方向管路３２ｂの外周部には、管路温度センサ４１（第１の温度センサ）及び管路温度センサ４２（第２の温度センサ）が取り付けられ、ともに順方向管路３２ｂの温度を計測する。管路温度センサ４１は、順方向管路３２ｂの露出部のうち燃料電池発電装置１０の近傍に取り付けられており、管路温度センサ４２は、当該露出部のうち貯湯ユニット２０の近傍に取り付けられている。管路温度センサ４１及び４２には熱電対やサーミスタ等が用いられているが、管路温度センサを構成する素子はこれに限定されない。
【００２４】
燃料電池発電装置１０は、商用電力系統５０を介して供給される電力により運転可能であり、発電機１１、熱交換器１２、ＦＣヒータ（ヒータ）１３、ポンプ１４及び主制御装置１５を有する。
【００２５】
発電機１１は、内蔵する燃料電池により電力を生成（発電）するとともに、発電に伴って熱を生成する装置である。発電機１１は、発電した電力を電力線５１を介して電気機器ＥＩに出力するとともに、発電に伴って発生する熱を熱交換器１２に移動させる。
【００２６】
熱交換器１２は、発電機１１で発生する熱を吸収し、当該熱交換器１２内を循環する水にその熱を伝達する。具体的には、熱交換器１２は、逆方向管路３２ａを介して流入する水に熱を伝達し、その結果熱が吸収された水を順方向管路３２ｂに流出させる。したがって、熱交換器１２及び循環管路３２により、燃料電池発電装置１０で発生した熱を吸収した水が貯湯槽２１に送られることになる。
【００２７】
ＦＣヒータ１３は、帯状の抵抗器等の加熱素子であり、燃料電池発電装置１０内における順方向管路３２ｂの外周部に巻かれるように取り付けられている。商用電力系統５０により図示しない送電線を経由して通電されたＦＣヒータ１３は、その通電により発する熱により循環管路３２内を流れる水を加熱する。
【００２８】
ポンプ１４は、燃料電池発電装置１０内の逆方向管路３２ａの途中に取り付けられている。ポンプ１４は、例えば、その内部に渦巻き型の羽根車を有するような構成であり、この羽根車を回転させることで循環管路３２内の水を熱交換器１２に向けて循環させる。ポンプ１４は、主制御装置１５の制御により、稼働中に羽根車の回転数を変更することが可能である。
【００２９】
主制御装置１５は、燃料電池発電装置１０の運転を制御する。主制御装置１５は、図２（ａ）に示すようにＣＰＵ６１、ＲＯＭ又はＲＡＭで構成される主記憶部６２、後述する副制御装置２６との通信を制御する通信制御部６３及び燃料電池発電装置１０を構成する主制御装置１５以外の構成要素との間で信号の入出力を行うためのインタフェース部６４を有する。
【００３０】
貯湯ユニット２０は、貯湯槽２１、気温センサ（温度センサ）２２、貯湯槽ヒータ（ヒータ）２３、循環用三方弁２４、出湯用三方弁２５及び副制御装置２６を有する。
【００３１】
貯湯槽２１は、熱交換器１２において熱交換された水を貯えるタンクである。貯湯槽２１は、下部において上水用管路３０ｂ及び逆方向管路３２ａと接続され、上部において出湯用管路３１及び順方向管路３２ｂと接続されている。このような接続構成により、給水系統５２から供給されることにより貯湯槽２１に貯められる水が熱交換器１２に送られる。また、熱交換器１２から送られてきた水が貯湯槽２１の中に貯められるとともに、貯湯槽２１の中に貯められていた水が給湯器５３を介して熱機器ＨＩに供給される。熱交換器１２から送られてきた温度の高い水は貯湯槽２１の上部から貯湯槽２１内に流入される一方、給水系統５２から送られてきた温度の低い水は貯湯槽２１の下部から貯湯槽２１内に流入される。そのため、貯湯槽２１内に貯められている水は成層を形成している。
【００３２】
気温センサ２２は、貯湯ユニット２０の筐体の内側に設けられ、貯湯ユニット２０の周辺の環境温度を計測する。貯湯ユニット２０の筐体のうち気温センサ２２が取り付けられている部分には図示しない開口部が形成されており、気温センサ２２はこの開口部を通じて環境温度を計測する。気温センサ２２には熱電対やサーミスタ等が用いられているが、気温センサを構成する素子はこれに限定されない。
【００３３】
貯湯槽ヒータ２３は、帯状の抵抗器等の加熱素子であり、逆方向管路３２ａの外周部に巻かれるように取り付けられている。商用電力系統５０により図示しない送電線を経由して通電された貯湯槽ヒータ２３は、その通電により発する熱により循環管路３２内を流れる水を加熱する。
【００３４】
循環用三方弁２４は、順方向管路３２ｂにおけるバイパス管路３２ｃへの分岐点に設けられている。循環用三方弁２４は、制御されることにより、熱交換器１２側から順方向管路３２ｂ内を流れる水を貯湯槽２１又はバイパス管路３２ｃのいずれかに流すように流路を切り替える。
【００３５】
出湯用三方弁２５は、出湯用管路３１における上水用管路３０ａとの分岐点に設けられている。出湯用三方弁２５は、貯湯槽２１又は給水系統５２から供給された水のいずれかを給湯器５３を介して熱機器ＨＩに送るように流路を切り替える。
【００３６】
副制御装置２６は、商用電力系統５０から送電される電力により動作可能であり、貯湯ユニット２０を制御する。副制御装置２６は、図２（ｂ）に示すようにＣＰＵ７１、ＲＯＭ又はＲＡＭで構成される主記憶部７２、主制御装置１５との通信を制御する通信制御部７３及び貯湯ユニット２０を構成する副制御装置２６以外の構成要素との間で信号の入出力を行うためのインタフェース部７４を有する。
【００３７】
次に、図３及び図４を用いて、主制御装置１５及び副制御装置２６の機能構成について説明する。図３及び図４は、主制御装置１５及び副制御装置２６の機能構成を示す図である。
【００３８】
主制御装置１５は、主側通信部１５１、管路温度取得部（管路温度取得手段）１５２、温度判断部（温度判断手段）１５３、ＦＣヒータ制御部（加熱制御手段）１５４、ポンプ制御部（循環制御手段）１５５、温度差判断部（循環制御手段）１５６及び加熱量判断部（加熱制御手段）１５７を有する。主制御装置１５の各機能は、ＣＰＵ６１及び主記憶部６２に所定のソフトウェアを読み込ませ、ＣＰＵ６１の制御の下で通信制御部６３又はインタフェース部６４を動作させるとともに、主記憶部６２におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
【００３９】
副制御装置２６は、副側通信部２６１、気温取得部（温度取得手段）２６２、貯湯槽ヒータ制御部（加熱制御手段）２６３、循環用三方弁制御部（流路制御手段）２６４及び予備用温度判断部（温度判断手段）２６５を有する。副制御装置２６の各機能は、ＣＰＵ７１及び主記憶部７２に所定のソフトウェアを読み込ませ、ＣＰＵ７１の制御の下で通信制御部７３又はインタフェース部７４を動作させるとともに、主記憶部７２におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
【００４０】
主側通信部１５１は、通信制御部６３を介して副側通信部２６１との間で制御信号を送受信することで主制御装置１５と副制御装置２６との間の通信状態を監視する。具体的には、まず主側通信部１５１が副側通信部２６１に制御信号を送信し、副側通信部２６１がその制御信号に応じて送信する応答信号を主側通信部１５１が受信することができれば、主制御装置１５と副制御装置２６との間の通信が可能であると判断する。この場合、主側通信部１５１は、「通信可能」を示す通信監視信号を温度判断部１５３及び加熱量判断部１５７に出力する。これに対し、主側通信部１５１が所定時間内に応答信号を受信することができなかった場合は、主制御装置１５と副制御装置２６との間の通信が不可能であると判断し、「通信不可」を示す通信監視信号を温度判断部１５３及び加熱量判断部１５７に出力する。なお、主側通信部１５１と副側通信部２６１との間の通信は、例えば無線通信により行われるが、通信方式はこれに限定されない。
【００４１】
副側通信部２６１は、通信制御部７３を介して主側通信部１５１と同様に通信状態を監視する。具体的には、まず副側通信部２６１が主側通信部１５１に制御信号を送信し、主側通信部１５１がその制御信号に応じて送信する応答信号を副側通信部２６１が受信することができれば、副制御装置２６と主制御装置１５との間の通信が可能であると判断する。この場合、副側通信部２６１は、「通信可能」を示す通信監視信号を予備用温度判断部２６５に出力する。これに対し、副側通信部２６１が所定時間内に応答信号を受信することができなかった場合は、副制御装置２６と主制御装置１５との間の通信が不可能であると判断し、「通信不可」を示す通信監視信号を予備用温度判断部２６５に出力する。
【００４２】
以下、主制御装置１５及び副制御装置２６の機能について、主制御装置１５と副制御装置２６との間で通信が可能な場合と不可能な場合とに分けて説明する。まず、図３を用いて、主制御装置１５と副制御装置２６との間で通信が可能な場合の各機能について説明する。なお、以下の説明においては、主側通信部１５１又は副側通信部２６１から入力される通信監視信号により通信可能であることを認識している場合の、温度判断部１５３、加熱量判断部１５７及び予備用温度判断部２６５の機能を示す。
【００４３】
気温取得部２６２は、気温センサ２２から絶えず、又は定期的に入力される環境温度を取得し、主記憶部７２等に保持する。例えば、気温センサ２２が計測した最新の環境温度Ｔ１（℃）をデータとして保持する。なお、環境温度の取得方法はこれに限定されず、例えば気温取得部２６２が気温センサ２２を定期的に起動して自ら取得してもよい。
【００４４】
管路温度取得部１５２は、管路温度センサ４１及び管路温度センサ４２から絶えず、又は定期的に入力される管路温度を取得し、主記憶部６２等に保持する。例えば、同時刻に計測された、管路温度センサ４１が計測した管路温度Ｔ２（℃）及び管路温度センサ４２が計測した管路温度Ｔ３（℃）をデータとして保持する。なお、管路温度の取得方法はこれに限定されず、例えば管路温度取得部１５２が管路温度センサ４１及び管路温度センサ４２を定期的に起動して自ら取得してもよい。
【００４５】
温度判断部１５３は、管路内の水が凍結するおそれが高い環境温度の最大値（以下「環境温度閾値」という）を予め主記憶部６２から読み出し保持しておく。また、温度判断部１５３は、気温取得部２６２が保持する環境温度データを通信制御部６４を介して副制御装置２６から受信することによって定期的に取得し、環境温度データが環境温度閾値（所定値）以下か否かを判断する。そして、環境温度データが環境温度閾値以下であれば、管路凍結防止のための制御を指示するための凍結防止指示信号をＦＣヒータ制御部１５４、貯湯槽ヒータ制御部２６３、ポンプ制御部１５５及び循環用三方弁制御部２６４に出力する。例えば、取得した環境温度データＴ１（℃）と環境温度閾値Ｔｆ（℃）との関係がＴ１≦Ｔｆであれば凍結防止指示信号を出力するが、当該関係がＴ１＞Ｔｆであれば何も出力しない。
【００４６】
ＦＣヒータ制御部１５４は、温度判断部１５３から凍結防止指示信号を受けた場合にＦＣヒータ１３における通電を開始させるように制御し、循環管路３２内の水を加熱させる。また、ＦＣヒータ制御部１５４は、後述する加熱量判断部１５７から停止信号を受けた場合に、ＦＣヒータ１３における通電を停止するように制御する。
【００４７】
貯湯槽ヒータ制御部２６３は、温度判断部１５３から凍結防止指示信号を受けた場合に貯湯槽ヒータ２３における通電を開始させるように制御し、循環管路３２内の水を加熱させる。また、貯湯槽ヒータ制御部２６３は、後述する加熱量判断部１５７から停止信号を受けた場合に貯湯槽ヒータ２３における通電を停止するように制御する。
【００４８】
ポンプ制御部１５５は、温度判断部１５３から凍結防止指示信号を受けた場合にポンプ１４を駆動開始するように制御する。また、ポンプ制御部１５５は、ポンプ１４の回転数に対応する情報を予め主記憶部６２から読み出し保持しておき、後述する流量増大信号を受けた場合に当該信号に対応する回転数でポンプ１４が回転するようにポンプ１４の駆動を制御する。例えば、ポンプ制御部１５５は、流量増大信号に対応する増分ΔＲ（ｒｐｍ）を保持しておく。そして、流量増大信号を受けた場合には、ポンプ１４の回転数をΔＲ（ｒｐｍ）だけ増大させるようにポンプ１４の駆動を制御する。
【００４９】
循環用三方弁制御部２６４は、温度判断部１５３から凍結防止指示信号を受けた場合に、ＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３により加熱された水が逆方向管路３２ａ及び順方向管路３２ｂからなる循環路を循環する際に順方向管路３２ｂからバイパス管路３２ｃへ流入するように循環用三方弁２４を切り替える。
【００５０】
温度差判断部１５６は、管路温度取得部１５２が保持する２つの管路温度データを定期的に取得してこれらの管路温度の差を算出し、その値に基づいてポンプ１４の回転数を変更するための信号をポンプ制御部１５５に出力する。このために、温度差判断部１５６は、循環管路３２の流量を変更するための基準値（所定値）を予め主記憶部６２から読み出し保持しておく。
【００５１】
例えば、温度差判断部１５６は、管路温度取得部１５２から管路温度データＴ２（℃）及びＴ３（℃）を取得して｜Ｔ２−Ｔ３｜（℃）を算出するとともに、基準値Ｔｃ（℃）を読み出しておく。そして、管路温度データＴ２（℃）及びＴ３（℃）が｜Ｔ２−Ｔ３｜＞Ｔｃなる関係を満たすか否かを判定する。このとき、当該関係が満たされれば流量を増大させる指示を示す流量増大信号をポンプ制御部１５５に出力するが、当該関係が満たされない場合は何もしない。すなわち、温度差判断部１５６は、循環管路３２の２つの温度の差が基準値以下となるように循環管路３２内の水の流量を制御する。
【００５２】
加熱量判断部１５７は、循環管路３２内の水が凍結するおそれがない管路温度の最小値（以下「循環保証温度」という）を予め主記憶部６２から読み出し保持しておく。また、加熱量判断部１５７は、管路温度取得部１５２が保持する２つの管路温度データを取得し、各管路温度データと循環保証温度（所定値）とを比較する。そして、少なくとも一つの管路温度データが循環保証温度未満であれば、ＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３の通電を継続させると判断し、すべての管路温度データが循環保証温度以上であればＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３の通電を停止すると判断する。
【００５３】
ＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３の通電を停止すると判断した場合、加熱量判断部１５７は、通電を停止させるための停止信号をＦＣヒータ制御部１５４及び貯湯槽ヒータ制御部２６３にそれぞれ出力する。例えば、取得した管路温度データＴ２（℃）及びＴ３（℃）と循環保証温度Ｔｇ（℃）との関係が「Ｔ２≧Ｔｇ且つＴ３≧Ｔｇ」であれば停止信号を出力するが、当該関係が「Ｔ２＜Ｔｇ又はＴ３＜Ｔｇ」であれば何も出力しない。すなわち、加熱量判断部１５７は、循環管路３２の２つの温度が循環保証温度以上となるようにＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３による加熱量を制御する。
【００５４】
次に、図４を用いて、主制御装置１５と副制御装置２６との間で通信が不可能な場合の各機能について説明する。なお、以下の説明では、主側通信部１５１又は副側通信部２６１から入力される通信監視信号により通信不可であることを認識している場合の、温度判断部１５３、加熱量判断部１５７及び予備用温度判断部２６５の機能を示す。また、上述した主制御装置１５及び副制御装置２６の機能と重複する部分については説明を省略する。
【００５５】
温度判断部１５３は、管路温度取得部１５２が保持する２つの管路温度データを取得し、各管路温度データと環境温度閾値とを比較する。そして、少なくとも１つの管路温度データが環境温度閾値以下であれば、凍結防止指示信号をＦＣヒータ制御部１５４及びポンプ制御部１５５に出力する。例えば、取得した管路温度データＴ２（℃）及びＴ３（℃）と環境温度閾値Ｔｆ（℃）との関係が「Ｔ２≦Ｔｆ又はＴ３≦Ｔｆ」であれば凍結防止指示信号を出力するが、当該関係が「Ｔ２＞Ｔｆ且つＴ３＞Ｔｆ」であれば何も出力しない。
【００５６】
予備用温度判断部２６５は、主制御装置１５と副制御装置２６との間の通信が不能の場合のみ動作する。予備用温度判断部２６５は、環境温度閾値を予め主記憶部７２から読み出し保持しておく。また、予備用温度判断部２６５は、気温取得部２６２が保持する環境温度データを取得し、この環境温度データと環境温度閾値とを比較する。そして、環境温度データが環境温度閾値（所定値）以下であれば、温度判断部１５３が出力するものと同様の凍結防止指示信号を貯湯槽ヒータ制御部２６３及び循環用三方弁制御部２６４に出力する。例えば、取得した環境温度データＴ１（℃）と環境温度閾値Ｔｆ（℃）との関係がＴ１≦Ｔｆであれば凍結防止指示信号を出力するが、当該関係がＴ１＞Ｔｆであれば何も出力しない。
【００５７】
貯湯槽ヒータ制御部２６３は、予備用温度判断部２６５から凍結防止指示信号を受けた場合に貯湯槽ヒータ２３における通電を開始させるように制御し、循環管路３２内の水を加熱させる。
【００５８】
循環用三方弁制御部２６４は、予備用温度判断部２６５から凍結防止指示信号を受けた場合に、少なくとも貯湯槽ヒータ２３により加熱された水が逆方向管路３２ａ及び順方向管路３２ｂからなる循環路を循環する際に順方向管路３２ｂからバイパス管路３２ｃへ流入するように循環用三方弁２４を切り替える。
【００５９】
加熱量判断部１５７は、管路温度取得部１５２が保持する２つの管路温度データを取得して各管路温度データと循環保証温度とを比較する。このとき、少なくとも一つの管路温度データが循環保証温度未満であれば、ＦＣヒータ１３の通電を継続させると判断する。一方、すべての管路温度データが循環保証温度以上であれば、ＦＣヒータ１３の通電を停止すると判断し、停止信号をＦＣヒータ制御部１５４に出力する。例えば、取得した管路温度データＴ２（℃）及びＴ３（℃）と循環保証温度Ｔｇ（℃）との関係が「Ｔ２≧Ｔｇ且つＴ３≧Ｔｇ」であれば停止信号を出力するが、当該関係が「Ｔ２＜Ｔｇ又はＴ３＜Ｔｇ」であれば何も出力しない。
【００６０】
次に、本実施形態に係るコジェネレーションシステム１の動作について、図５を参照しながら説明する。図５は、図１に示すコジェネレーションシステム１の動作を示すシーケンス図である。
【００６１】
まず、副制御装置２６の気温取得部２６２により環境温度が取得され環境温度データとして保持される（ステップＳ１、温度取得ステップ）。この環境温度データは主制御装置１５を構成する温度判断部１５３により読み出される（ステップＳ２）。そして、温度判断部１５３により、取得した環境温度データが環境温度閾値以下か否かが判断される（ステップＳ３、温度判断ステップ）。
【００６２】
ここで、温度判断部１５３により、環境温度データが環境温度閾値以下であると判断された場合（ステップＳ３；ＹＥＳ）、主制御装置１５側ではＦＣヒータ制御部１５４によりＦＣヒータ１３の通電が開始されるとともに（ステップＳ５、加熱制御ステップ）ポンプ制御部１５５によりポンプ１４が駆動される（ステップＳ６、循環制御ステップ）。同時に、貯湯槽ヒータ２３及び循環用三方弁２４の制御を行うために、温度判断部１５３は凍結防止指示信号を副制御装置２６へ送信する（ステップＳ４）。この信号を受信した副制御装置２６では、貯湯槽ヒータ制御部２６３により貯湯槽ヒータ２３の通電が開始される（ステップＳ７、加熱制御ステップ）。また、循環用三方弁制御部２６４により、加熱された水が順方向管路３２ｂからバイパス管路３２ｃへ流入するように循環用三方弁２４が切り替えられる（ステップＳ８、流路制御ステップ）。
【００６３】
その後、主制御装置１５の管路温度取得部１５２により２つの管路温度が取得される（ステップＳ９、管路温度取得ステップ）。これらの管路温度に基づく制御は、次の２種類がある。一方の制御として、まず、温度差判断部１５６が循環管路３２内の水の流量をどのように設定するかを判断する（ステップＳ１０、循環制御ステップ）。ここで、温度差判断部１５６が循環管路３２内の流量を増大させると判断した場合は（ステップＳ１０；ＹＥＳ）、主制御装置１５側ではポンプ制御部１５５によりポンプ１４の回転数が上げられる（ステップＳ１１、循環制御ステップ）。
【００６４】
他方の制御として、加熱量判断部１５７は、ＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３の加熱量を制御する（ステップＳ１２、加熱制御ステップ）。ここで、加熱量判断部１５７がこれらのヒータの通電を停止すると判断した場合は（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、主制御装置１５側ではＦＣヒータ制御部１５４によりＦＣヒータ１３の通電が停止される（ステップＳ１４、加熱制御ステップ）。同時に、貯湯槽ヒータ２３の制御を行うために、加熱量判断部１５７は停止信号を副制御装置２６へ送信する（ステップＳ１３）。この信号を受信した副制御装置２６では、貯湯槽ヒータ制御部２６３により貯湯槽ヒータ２３の通電が停止される（ステップＳ１５、加熱制御ステップ）。
【００６５】
本実施形態によれば、気温センサ２２により計測された環境温度が環境温度閾値以下である場合に、ＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３の通電が開始され、循環管路３２内の水が加熱される。また、これと併せてポンプ１４が駆動され、加熱された水が循環管路３２内を循環する。これにより、循環管路３２内の水が凍結することを防止することができる。
【００６６】
また、加熱された水は循環管路３２内を流れるので、ヒータを循環管路３２全体に設ける必要がない。逆方向管路３２ａの一部及び順方向管路３２ｂの一部は、燃料電池発電装置１０及び貯湯ユニット２０から露出し外気に直接触れているために管内の水が凍結するおそれが高いが、この露出部分にも加熱された水が流れるので当該露出部分をヒータで覆う必要がない。そのため、ＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３の設置範囲を広げる必要がなくなり、コジェネレーションシステム１全体で消費されるヒータの消費電力を低減することができる。
【００６７】
また、本実施形態によれば、管路温度センサ４１及び４２により順方向管路３２ｂの管路温度が計測され、これら管路温度の差の絶対値が基準値を超えているか否かが判定される。そして、当該絶対値が基準値を超えていれば、加熱された水を当該流量よりも大きい流量で流すようにポンプ１４を制御する。そのため、ＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３により加熱された水の流量を循環管路３２の温度状況に応じて調節することができ、加熱された水を偏りなく循環管路３２全体に流動させることが可能となる。
【００６８】
また、循環管路３２の温度状況に応じて加熱された水の流量を調節することができるので、燃料電池発電装置１０と貯湯ユニット２０との距離（逆方向管路３２ａ及び３２ｂの長さ）が不定でも動的に凍結防止の制御を行うことができる。
【００６９】
また、本実施形態によれば、管路温度センサ４１及び４２により計測される管路温度のすべてが循環保証温度以上になるまでＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３が通電される。そして、これら管路温度のすべてが循環保証温度以上になるとＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３の通電が停止される。すなわち、２箇所で計測される管路温度がすべて循環保証温度以上になるようにＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３による加熱量が制御される。そのため、循環管路３２内を流れる水の温度を循環保証温度以上に上げることができ、循環管路３２の凍結をより確実に防止することができる。また、必要以上にＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３を通電させずに済むので、コジェネレーションシステム１全体で消費されるヒータの消費電力を更に低減することができる。更に、循環管路３２の温度状況に応じてＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３の通電を制御することができるので、燃料電池発電装置１０と貯湯ユニット２０との距離が不定でも動的に凍結防止の制御及び加熱装置の制御を行うことができる。
【００７０】
また、本実施形態によれば、ポンプ１４により循環管路３２内の水が循環させられる際に順方向管路３２ｂからバイパス管路３２ｃを通るように循環用三方弁２４が制御される。そのため、ＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３により加熱された水は逆方向管路３２ａ、順方向管路３２ｂ及びバイパス管路３２ｃの中を循環するのみで貯湯槽２１内は通らない。そのため、貯湯槽２１内に貯えられた水の成層の崩れ及び水温の低下を防止することができる。
【００７１】
また、このように流路が切り替えられることで、ＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３により加熱された水が循環する距離が短くなるので、外気に触れる露出部を含む循環管路３２内の水を早期に凍結のおそれがない循環保証温度まで加熱することができる。したがって、コジェネレーションシステム１全体で消費されるヒータの消費電力を更に低減することができる。
【００７２】
また、本実施形態によれば、制御手段として主制御装置１５及び副制御装置２６が設けられ、これらの制御装置が分散してコジェネレーションシステム１を管理している。そのため、どちらか一方の制御装置全体に障害が発生しても、もう一方の制御装置が通信の不能を検知して不完全ながらも燃料電池発電装置１０内又は貯湯ユニット２０内の各装置を制御することができる。また、主制御装置１５と副制御装置２６との間の通信にのみ障害が発生した場合も、双方の制御装置が当該障害を検知し、各々において燃料電池発電装置１０内又は貯湯ユニット２０内の各装置を制御することができる。したがって、コジェネレーションシステム１の管理についての耐障害性を高めることができる。
【００７３】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で以下のような様々な変形が可能である。
【００７４】
上記実施形態では、管路温度センサ４１及び４２で計測された管路温度の差に基づいてポンプ１４を駆動制御することで、循環管路３２内の水の流量を制御したが、この制御を行わなくてもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、気温センサ２２を貯湯ユニット２０の筐体の内側に設け、当該筐体のうち気温センサ２２が取り付けられている部分に図示しない開口部を形成したが、温度センサの設置形態はこれに限定されない。例えば、当該開口部を設けずに貯湯ユニット２０内の環境温度を計測してもよいし、貯湯ユニット２０の外部に気温センサを設けてもよいし、燃料電池発電装置１０側に設けてもよい。
【００７６】
また、ヒータの設置場所及び設置個数も上記実施形態に限定されない。例えば、燃料電池発電装置１０内又は貯湯ユニット２０内のどちらか一方にのみ設けてもよいし、ヒータを管路ではなく貯湯槽２１や熱交換器１２等に設けてもよい。要するに、コジェネレーションシステム１内にある水の流通経路上にヒータが設けられていればよい。
【００７７】
管路温度を計測する温度センサの設置場所も上記実施形態に限定されず、例えば燃料電池発電装置１０内又は貯湯ユニット２０内に設けてもよい。また、温度センサの検出端を管路内に露出させるように設け、この温度センサが管路の温度ではなく管路内の水の温度を計測するようにしてもよい。管路内の水の温度を計測するように温度センサを設けた場合、上述した循環管路３２内の水の流量制御、及び、上述のヒータ通電継続・停止制御は、計測された管路内の水の温度に基づいて同様に行われる。更に、管路に設けられる温度センサの設置個数も限定されない。
【００７８】
また、上記実施形態では、制御手段として主制御装置１５及び副制御装置２６を設けたが、制御手段の実装形態はこれに限定されず、例えば、制御手段を複数の制御装置に分散させずに一つの制御装置に上記機能のすべてを実装させてもよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、２つの管路温度の差の絶対値が基準値を超えている場合に、ポンプ１４の回転数をΔＲ（ｒｐｍ）だけ増やすことで循環管路３２内の水の流量を増大させたが、管路内の水の流量の制御はこれに限定されない。例えば、ポンプ１４の回転数の増分を多段階設け、２つの管路温度の差の大小に応じて増分を変更してもよい。一例として、ポンプ１４の回転数の増分としてΔＲａ（ｒｐｍ）、ΔＲｂ（ｒｐｍ）を設け（ここで、ΔＲａ＜ΔＲｂとする）、２つの管路温度の差が非常に大きい場合にはポンプ１４の回転数をΔＲｂだけ増やし、２つの管路温度の差がそれほど大きくない場合には当該回転数をΔＲａだけ増やすようにしてもよい。また、上記実施形態では、２つの管路温度の差の絶対値が基準値以内の場合には何も行わなかったが、例えば、ポンプ１４の回転数をΔＲｃ（ｒｐｍ）だけ減らすことで循環管路３２内の水の流量を減少させてもよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、加熱量判断部１５７において、すべての管路温度データが循環保証温度以上であればＦＣヒータ１３及び貯湯槽ヒータ２３の通電を停止すると判断したが、すべての管路温度が所定値以上の場合の制御はこれに限定されない。例えば、すべての管路温度が所定値以上の場合にはヒータの通電電力を減少させたり間欠運転させたりしてもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、電力及び熱を生成するために燃料電池発電装置１０を用いたが、発電装置の構成はこれに限定されない。例えば、内燃機関（例えばガスエンジン）と当該内燃機関により駆動される発電装置との組合せ、又は外燃機関と発電装置との組合せなどにより電力及び熱を生成させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】実施形態に係るコジェネレーションシステムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す制御手段のハードウェア構成を示す図であり、（ａ）は主制御装置に関するもの、（ｂ）は副制御装置に関するものである。
【図３】図１に示す主制御装置及び副制御装置の機能構成を示す図である。
【図４】図１に示す主制御装置及び副制御装置の機能構成を示す図である。
【図５】図１に示すコジェネレーションシステムの動作を示すシーケンス図である。
【符号の説明】
【００８３】
１…コジェネレーションシステム、１０…燃料電池発電装置、１３…ＦＣヒータ（ヒータ）、１４…ポンプ、２１…貯湯槽、２２…気温センサ（温度センサ）、２３…貯湯槽ヒータ（ヒータ）、２４…循環用三方弁（切替弁）、３２…循環管路（管路）、３２ａ…逆方向管路、３２ｂ…順方向管路、３２ｃ…バイパス管路、４１…管路温度センサ（第１の温度センサ）、４２…管路温度センサ（第２の温度センサ）、１５２…管路温度取得部（管路温度取得手段）、１５３…温度判断部（温度判断手段）、１５４…ＦＣヒータ制御部（加熱制御手段）、１５５…ポンプ制御部（循環制御手段）、１５６…温度差判断部（循環制御手段）、１５７…加熱量判断部（加熱制御手段）、２６２…気温取得部（温度取得手段）、２６３…貯湯槽ヒータ制御部（加熱制御手段）、２６４…循環用三方弁制御部（流路制御手段）。
【図１】
2008032321.tif 000003
【図２】
2008032321.tif 000004
【図３】
2008032321.tif 000005
【図４】
2008032321.tif 000006
【図５】
2008032321.tif 000007