(57)【要約】【課題】水経路内の水の凍結を適切に防止できる熱回収システムおよびその運転方法を提供する。【解決手段】熱回収システム１００は、発熱器１と、発熱器１から回収された熱を貯える貯湯タンク２と、貯湯タンク２から取り出された水が発熱器１からの熱を回収して、貯湯タンク２の上部に戻るための第１の水経路４と、貯湯タンク２に水を供給する水供給器２７と、第１の水経路４に設けられ、第１の水経路４の通水を遮断させる第１の弁２３と、第１の弁２３に対し水の流れ方向下流側の第１の水経路４を大気に連通させる第２の弁２４と、制御器５とを備え、制御器５が、第２の弁２４を閉じ、かつ水供給器２７を用いて貯湯タンク２に水を供給することにより、貯湯タンク２内のガス空間中のガスを圧縮させ、第１の弁２３を閉じた後、第２の弁２４を開くことにより第１の水経路４を大気開放させ、貯湯タンク２内の圧縮されたガスを第１の水経路４に送出させるよう制御する。【選択図】図１
2008202887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱器と、
前記発熱器から回収された熱を貯える貯湯タンクと、
前記貯湯タンクから取り出された熱回収水が前記発熱器からの熱を回収して、前記貯湯タンクの上部に戻るための第１の水経路と、
前記貯湯タンクに水を供給する水供給器と、
前記第１の水経路に設けられ、前記第１の水経路の通水を遮断させる第１の弁と、
前記第１の弁に対し前記熱回収水の流れ方向下流側の前記第１の水経路を大気に連通させる第２の弁と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記第１の水経路の水抜きモードにおいて、前記第２の弁を閉じ、かつ前記水供給器を用いて前記貯湯タンクに水を供給することにより、前記貯湯タンク内のガス空間中のガスを圧縮させるとともに、前記第１の弁を閉じた後、前記第２の弁を開くことにより前記第１の水経路を大気開放させ、前記貯湯タンク内の圧縮されたガスを前記第１の水経路に送出させる熱回収システム。
【請求項２】
前記貯湯タンク内の熱回収水を外部に排出するための排出弁と、前記貯湯タンク内を大気に連通させる開放弁と、を備え、
前記制御器は、前記水供給器により水を供給する前に、前記排出弁および開放弁を開いて、貯湯タンク内の水を、前記排出弁を介して外部に排出させ、前記貯湯タンク内にガス空間を形成する請求項１記載の熱回収システム。
【請求項３】
大気中の温度に相関する温度を検出する温度検出器を備え、
前記制御器は、前記温度検出器により検出される温度が所定のしきい値以下である場合、前記第１の水経路の水抜きモードを実行する請求項１記載の熱回収システム。
【請求項４】
前記発熱器を冷却する熱媒体を流す熱媒体経路と、
前記熱回収水と前記熱媒体との間の熱交換を行う熱交換器と、を備え、
前記熱交換器は、前記第１の弁と第２の弁との間の第１の水経路に設けられている請求項１記載の熱回収システム。
【請求項５】
前記第２の弁と前記第１の弁との間の前記第１の水経路と、前記貯湯タンク上部との間を接続する第２の水経路と、
前記第２の弁に対し前記熱回収水の流れ方向下流側の前記第１の水経路に設けられ、前記第１の水経路の通水を遮断させる第３の弁と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記第１の水経路の水抜きモードにおいて、前記第２の弁を閉じ、かつ水供給器を用いて前記貯湯タンクに水を給水することにより、前記貯湯タンク内のガス空間中のガスを圧縮させるとともに、前記第１の弁および第３の弁を閉じた後、前記第２の弁を開くことにより前記第１の水経路を大気開放させ、前記貯湯タンク内の圧縮されたガスを前記第２の水経路に送出させる請求項１記載の熱回収システム。
【請求項６】
熱を貯える貯湯タンクと、
前記貯湯タンクから取り出された熱回収水が発熱器からの熱を回収して、前記貯湯タンクの上部に戻るための第１の水経路と、を備える熱回収システムの運転方法であって、
内部が密閉された前記貯湯タンクに水を供給して、前記貯湯タンク内のガス空間中のガスを圧縮するステップと、前記第１の水経路の一部を大気に開放して、前記貯湯タンク内の圧縮されたガスを前記第１の水経路に送出するステップとを有する熱回収システムの運転方法。
【請求項７】
前記貯湯タンク内の水を外部に排出して、前記貯湯タンク内に前記ガス空間を形成するステップを有する請求項６記載の熱回収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、熱回収システムおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コージェネレーションシステムは、ガスエンジン、ガスタービンおよび燃料電池等の発電装置（発熱器）をおいて発生する電気と熱を有効に利用するシステムであり、発熱器からの熱を回収して温水として貯える貯湯タンクを備える。このようにコージェネレーションシステムは、発電装置から電力を得ると共に、発電装置の発電時に生じる熱を利用できることから、エネルギーの総合効率が高く、事業用や家庭用として広く利用されつつある。
【０００３】
上述の発電装置の発電時に生じる熱は、例えば、水経路を流れる水が発電装置を冷却することにより、または、発電装置を冷却する媒体と水とが熱交換することにより、温水として回収される。この温水は、貯湯タンクに貯められ、給湯等に利用される。
【０００４】
ところで、コージェネレーションシステムを低温環境に長期間に放置する場合には、例えば、システムの適所をヒータにより加熱するという水凍結防止運転や、水経路内の水を循環させるという水凍結防止運転を行い、これにより、水経路内の水凍結が防止されている。しかしながら、システムに電源供給がなされていない場合、上述の水凍結防止運転は作動せず、水経路内の水の一部が凍結することもある。水凍結により水流量が低下すれば、発電装置から熱を回収する効率が低下する。その結果、発電装置の冷却能力が低下して、発電装置が高温となりシステムが停止する場合がある。また、水流量を確保するために、水を循環させているポンプの消費電力が増加することも考えられる。また、凍結された水の膨張圧により、水経路上の配管やポンプ等の精密部品が破損する場合もある。更には、次回のシステムへの電源投入の際に、このような破損箇所からシステム内への漏水の誘発も想定される。
【０００５】
つまり、コージェネレーションシステムの水経路内の水が凍結すれば、システムの商品価値を損なう様々な問題が危惧される。
【０００６】
そこで、このような水凍結を防止する一手法として、水回収タンクの下部に接続された排水用バルブを設け、このバルブを適切に開放操作することにより、水経路内の水を全て外部へ排出させ、これにより、水経路内の水の凍結を未然に防止できる燃料電池システムが提案されている（例えば、従来例としての特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２１４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、コージェネレーションシステムの排熱の回収効率向上を意図して、複雑な配管構成となる熱交換器用の経路を設ける場合や上下に延びる配管経路を設ける場合には、水の表面張力や粘性により、従来例のような自重による排水作用に頼るのみでは、充分な排水が期待できない可能性がある。例えば、複雑な配管構成により、水のトラップ箇所が増え、水の流れが分断されれば、サイホン作用が効かない場合がある。そうなれば、水経路内には排出されずに残った残留水が凍結することになり、上述のシステムの商品価値を損なう様々な問題を招きかなない。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、水経路内の水の凍結を適切に防止できる熱回収システムおよびその運転方法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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の熱回収システムは、発熱器と、前記発熱器から回収された熱を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクから取り出された熱回収水が前記発熱器からの熱を回収して、前記貯湯タンクの上部に戻るための第１の水経路と、前記貯湯タンクに水を供給する水供給器と、前記第１の水経路に設けられ、前記第１の水経路の通水を遮断させる第１の弁と、前記第１の弁に対し前記熱回収水の流れ方向下流側の前記第１の水経路を大気に連通させる第２の弁と、制御器と、を備え、前記制御器が、前記第１の水経路の水抜きモードにおいて、前記第２の弁を閉じ、かつ前記水供給器を用いて前記貯湯タンクに水を供給することにより、前記貯湯タンク内のガス空間中のガスを圧縮させるとともに、前記第１の弁を閉じた後、前記第２の弁を開くことにより前記第１の水経路を大気開放させ、前記貯湯タンク内の圧縮されたガスを前記第１の水経路に送出させるように制御するシステムである。
【００１０】
これにより、熱回収水を運び出せるガス流れの運動エネルギーにより、第１の水経路内の熱回収水を強制的に排水できる。よって、熱回収システムを低温環境中に長期間に放置しても、第１の水経路内の熱回収水の凍結が適切に解消され、第１の水経路内の水凍結による熱回収システムの商品価値を損なう様々な問題（例えば、熱回収効率の低下）が未然に防止できる。
【００１１】
ここで、前記貯湯タンク内の熱回収水を外部に排出するための排出弁と、前記貯湯タンク内を大気に連通させる開放弁と、を備え、前記制御器は、前記水供給器により水を供給する前に、前記排出弁および開放弁を開いて、貯湯タンク内の水を、前記排出弁を介して外部に排出させ、前記貯湯タンク内にガス空間を形成してもよい。
【００１２】
これにより、別途のガス加圧供給器を用いることなく、既存インフラの市水の給水圧に基づいて、簡易かつ適切に貯湯タンク内に圧縮されたガス空間（例えば空気層）を形成することができ、上述の第１の水経路の水抜きモードの動作が容易になされる。
【００１３】
また、大気中の温度に相関する温度を検出する温度検出器を備え、前記制御器は、前記温度検出器により検出される温度が所定のしきい値以下である場合、前記第１の水経路の水抜きモードを実行してもよい。
【００１４】
これにより、熱回収システムが低温環境に曝された場合に限って、第１の水経路の水経路の水抜きモードが実行され、熱回収水の凍結防止動作が効率的になされる。
【００１５】
また、前記発熱器を冷却する熱媒体を流す熱媒体経路と、前記熱回収水と前記熱媒体との間の熱交換を行う熱交換器と、を備え、前記熱交換器を、前記第１の弁と第２の弁との間の第１の水経路に設けてもよい。
【００１６】
これにより、熱回収水を運び出せるガス流れの運動エネルギーにより、例えば、熱交換器内の複雑な配管構成となる第１の水経路の部分や熱交換器同士を接続する目的で上下に延びる配管構造となる第１の水経路の部分に存在する熱回収水を強制的に排水できる。
【００１７】
また、前記第２の弁と前記第１の弁との間の前記第１の水経路と、前記貯湯タンク上部との間を接続する第２の水経路と、前記第２の弁に対し前記熱回収水の流れ方向下流側の前記第１の水経路に設けられ、前記第１の水経路の通水を遮断させる第３の弁と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記第１の水経路の水抜きモードにおいて、前記第２の弁を閉じ、かつ水供給器を用いて前記貯湯タンクに水を給水することにより、前記貯湯タンク内のガス空間中のガスを圧縮させるとともに、前記第１の弁および第３の弁を閉じた後、前記第２の弁を開くことにより前記第１の水経路を大気開放させ、前記貯湯タンク内の圧縮されたガスを前記第２の水経路に送出させように制御してもよい。
【００１８】
第２の水経路内を介してガスが第１の水経路内に流れ、このような熱回収水を運びだせるガス流れの運動エネルギーにより、第１の水経路内の熱回収水を強制的に排水できる。よって、熱回収システムを低温環境中に長期間に放置しても、第１の水経路内の熱回収水の凍結が適切に解消され、第１の水経路内の水凍結による熱回収システムの商品価値を損なう様々な問題（例えば、熱回収効率の低下）が未然に防止できる。
【００１９】
また、本発明の熱回収システムの運転方法は、熱を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクから取り出された熱回収水が発熱器からの熱を回収して、前記貯湯タンクの上部に戻るための第１の水経路と、を備える熱回収システムの運転方法であって、内部が密閉された前記貯湯タンクに水を供給して、前記貯湯タンク内のガス空間中のガスを圧縮するステップと、前記第１の水経路の一部を大気に開放して、前記貯湯タンク内の圧縮されたガスを前記第１の水経路に送出するステップとを有する方法である。
【００２０】
これにより、熱回収水を運び出せるガス流れの運動エネルギーにより第１の水経路内の熱回収水を強制的に排水できる。よって、熱回収システムを低温環境中に長期間に放置しても、第１の水経路内の熱回収水の凍結が適切に解消され、第１の水経路内の水凍結による熱回収システムの商品価値を損なう様々な問題（例えば、熱回収効率の低下）が未然に防止できる。
【００２１】
また、前記貯湯タンク内の水を外部に排出して、前記貯湯タンク内に前記ガス空間を形成するステップを有してもよい。
【００２２】
これにより、別途のガス加圧供給器を用いることなく、既存インフラの市水の給水圧に基づいて、簡易かつ適切に貯湯タンク内に圧縮されたガス空間（例えば空気層）を形成することができ、上述の第１の水経路の水抜きモードの動作が容易になされる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、水経路内の水の凍結を適切に防止できる熱回収システムおよびその運転方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の第１、第２および第３実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池コージェネレーションシステム（以下、「燃料電池システム」と略す）の一構成例を示したブロック図である。
【００２５】
燃料電池システム１００は、図１に示す如く、発電および発熱（排熱）するとともに、熱交換により発熱（排熱）による熱を熱回収水に与える燃料電池ユニット１と、発熱による熱を貯湯として貯える貯湯ユニット３と、貯湯タンク２（後述）から取り出された熱回収水が燃料電池ユニット１からの熱を回収して、貯湯タンク２の上部に戻るための第１の水経路４と、燃料電池システム１００の動作を適切に制御する制御器５と、を備える。つまり、この燃料電池システム１００は、燃料電池ユニット１の熱を効率的に回収できる熱回収システムである。
【００２６】
まず、本実施形態の燃料電池システム１００の燃料電池ユニット１の構成について説明する。
【００２７】
燃料電池ユニット１は、発熱器および発電装置として機能し、水素ガス含有の燃料ガス（反応ガス）と空気等の酸化剤ガス（反応ガス）を用いて発電および発熱する燃料電池６を備える。
【００２８】
燃料電池ユニット１には、燃料電池６のアノードに燃料ガスを供給する燃料処理器７と、燃料電池６のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器９と、が内蔵されている。
【００２９】
燃料処理器７の入口が原料ガス供給経路１５に接続され、この燃料処理器７は、既存インフラから原料ガス供給経路１５を介して供給される都市ガス等の原料ガスに水を添加して原料ガスを水蒸気改質させることにより、高温（例えば数百度）の燃料ガスを生成するように構成されている。なお、燃料処理器７は、公知技術に基づくことから、ここでは、その内部構成の詳細な説明は省略する。
【００３０】
燃料処理器７の出口と燃料電池６のアノード入口は燃料ガス供給経路１６を介して接続され、これにより、燃料処理器７で生成された上述の燃料ガスは燃料電池６のアノードに供給される。
【００３１】
また、酸化剤ガス供給器９と燃料電池６のカソード入口は、酸化剤ガス供給経路１７を介して接続され、これにより、酸化剤ガス供給器９から燃料電池６に加湿された酸化剤ガスが燃料電池６のカソードに供給される。酸化剤ガス供給器９の一例は、吸入口が大気開放されているブロワと、ブロアに吸入された空気（酸化剤ガス）を一定量の水蒸気で加湿する加湿装置と、により構成されている。
【００３２】
燃料電池６のアノードにおいて消費されなかった適温（例えば７０℃）の残余の燃料ガス（オフガス）は、燃料電池６のアノード出口と燃料処理器７加熱用のバーナ８との間を連通する燃料ガス排出経路１８に排出される。この燃料ガス排出経路１８を流れるオフガスは、燃料ガス排出経路１８の途中のオフガス熱交換器１１においてオフガス中の熱が、熱回収水（後述）との間の熱交換により回収された後、燃料処理器７によりバーナ８に排出され、バーナ８の燃焼用燃料として利用される。そして、バーナ８の燃焼により生成された高温の排気ガスは、排気ガス経路１９に排出され、この排気ガス経路１９の途中の排気ガス熱交換器１３において、排気ガス中の熱が、熱回収水との間の熱交換により回収された後、システム外（大気中）に排出される。
【００３３】
燃料電池６のカソードにおいて消費されなかった適温（例えば７０℃）の残余の酸化剤ガスは、燃料電池６のカソード出口から酸化剤ガス排出経路２０に排出される。この酸化剤ガス排出経路２０を流れる酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出経路２０の途中の酸化剤ガス熱交換器１２において酸化剤ガス中の熱が、熱回収水との間の熱交換により回収された後、酸化剤ガス供給器９によりシステム外（大気中）に排出される。
【００３４】
また、燃料電池ユニット１には、燃料電池６の内部を通る環状の冷却水経路１０がある。この冷却水経路１０内には冷却水が循環している。つまり、この冷却水は、燃料電池６の発熱（反応熱）による熱を燃料電池６の外部に輸送する役割を担っている。また、冷却水経路１０の途中には、冷却水流量を調整しつつこれを循環させる冷却水ポンプ２１と、燃料電池６の発熱（反応熱）を回収する冷却水熱交換器１４と、が配置されている。これにより、冷却水熱交換器１４において、冷却水中の熱が、熱回収水との間の熱交換により回収され、燃料電池６の内部が適温（例えば７０℃）に保たれるようになっている。
【００３５】
次に、本実施形態の燃料電池システム１００の貯湯ユニット３の構成について説明する。
【００３６】
貯湯ユニット３は、燃料電池ユニット１の熱を回収して温水（既存インフラの市水を昇温した貯湯水）として貯える、積層沸き上げ方式の貯湯タンク２を備える。
【００３７】
貯湯タンク２の下方部（例えば下蓋）には、貯湯タンク２の内部に既存インフラから市水を供給できる水供給器２７が配設されている。この水供給器２７は、貯湯タンクへの給水を遮断する給水遮断弁３０（例えば電磁弁）を備え、給水遮断弁３０を開くことで、市水の給水圧により貯湯タンク２に市水を供給することができる。水供給器２７は、市水の給水圧を減圧する減圧弁を含んでもよい。通常、貯湯タンク２内を常に満水にするよう、水供給器２７を介して貯湯タンク２内の温水は、市水の給水圧がかかった状態に維持されている。また、貯湯タンク２の下方部には、貯湯タンク２内の水を外部に排出する目的で排出弁２８（例えば電磁弁）が配設されている。
【００３８】
一方、貯湯タンク２の上方部（例えば上蓋）には、貯湯タンク２内の温水を家庭用の給湯や暖房等の用途として適宜の機器（図示せず）に導く給湯経路２５が接続され、給湯経路２５には、給湯経路２５を開閉する給湯弁２６が設けられている。貯湯タンク２内の温水は、給湯弁２６を開くことにより、上述の市水の給水圧に基づき給湯経路２５内を流れ、給湯や暖房等に利用される。また、この貯湯タンク２の上方部には、貯湯タンク２の内部を大気に開放できる開放弁２９（例えば電磁弁）が配設されている。
【００３９】
以上の貯湯タンク２に接続される弁構成において、貯湯タンク２内に水を貯えるには、給湯弁２６および排出弁２８が閉じられた状態で、開放弁２９および給水遮断弁３０が開かれる。これにより、貯湯タンク２内の空気が開放弁２９を介して外部に押し出される一方で、水供給器２７を介して市水が、貯湯タンク２内に供給される。そして、開放弁２９から水が溢れるまで、市水を供給することにより、貯湯タンク２内は水で完全に満たされる。なお、ここでは、開放弁２９は貯湯タンク２の内部を大気開放するように構成されているが、これに限定されず、貯湯タンク２と接続された経路（例えば後述の第１の水経路４）と貯湯タンク２の内部とを連通するように構成してもよい。
【００４０】
逆に、貯湯タンク２内の水を外部に排出するには、給水遮断弁３０を閉じて貯湯タンク２への市水供給を停止させた状態で、開放弁２９を大気開放した後、排出弁２８を開ける。これにより、開放弁２９から空気が吸入されながら、貯湯タンク２内の水がシステム外部に排出される。
【００４１】
次に、本実施形態の燃料電池システム１００の第１の水経路４の構成について説明する。
【００４２】
第１の水経路４は、貯湯タンク２の下方部と上方部とを、熱回収水ポンプ２２および各熱交換器１１、１２、１３、１４を通るように接続させる循環型の配管経路である。つまり、貯湯タンク２の下方部の熱回収水流出口から取り出された熱回収水は、熱回収水ポンプ２２により、オフガス熱交換器１１、酸化剤ガス熱交換器１２、排気ガス熱交換器１３および冷却水熱交換器１４の順番に、図１の矢印に示す如く、これらの熱交換器１１、１２、１３、１４を通るように流れる際に、燃料電池ユニット１内の熱（具体的には、オフガス中の熱、酸化剤ガス中の熱、排気ガス中の熱および冷却水中の熱）を熱交換により受け取ることができる。なお、熱交換水が通水される各熱交換器１１、１２、１３、１４の配置は、以上に述べた順番に限定されない。
【００４３】
そして、熱回収水は、各熱交換器１１、１２、１３、１４の熱交換作用により適温に昇温された後、熱回収水ポンプ２２により貯湯タンク２の上方部の熱回収水流入口に戻される。熱回収水ポンプ２２は、ここでは、オフガス熱交換器１１と、後述の第１の弁２３との間の第１の水経路４に配置されている。
【００４４】
また、各熱交換器１１、１２、１３、１４の熱回収水の流れ方向上流側の第１の水経路４には、熱交換水の流れ（第１の水経路４の通水）を遮断する第１の弁２３（例えば電磁弁）が配設されている。なお、図１では、第１の弁２３を第１の水経路４上に設ける例を図示しているが、この第１の弁２３を貯湯タンク２の下方部（例えば下蓋）に直接配設してもよい。
【００４５】
また、第１の弁２３よりも熱回収水の流れ方向下流側であって、熱回収水ポンプ２２（各熱交換器１１、１２、１３、１４）よりも熱回収水の流れ方向上流側の第１の水経路４には、第１の水経路４の一部を大気開放できる第２の弁２４（例えば電磁弁）が配設されている。
【００４６】
次に、本実施形態の燃料電池システム１００の制御器５の構成について説明する。
【００４７】
図２は、図１に示した制御器５の内部の一構成例を模式的に示したブロック図である。なお、この図２では、各部間の配線の図示は省略している。
【００４８】
図２に示すように、制御器５は、ＣＰＵ等からなる演算処理部３１と、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリからなる記憶部３２と、モニター用の表示画面等を有する表示部３３と、スイッチ等の入力機能を有する操作入力部３４と、カレンダー機能を有するタイマー部３５とを備える。この演算処理部３１は、第１の水経路４の水抜きモード（後述）の動作を実行するに当たり、記憶部３２に格納された水抜きモード動作用の制御プログラムを読み出す。そして、演算処理部３１は、この制御プログラムの指令に基づいて、燃料電池システム１００の各機器の制御を実行し、記憶部３２に記憶されたデータや操作入力部３４から入力されたデータの処理を実行する。これにより、後述のとおり、貯湯タンク２の上方部から燃料電池ユニット１を経て第２の弁２４に至るまでの、第１の水経路４内の熱回収水の適切な排出がなされる。
【００４９】
制御器５（演算処理部３１）の制御対象としては、図１に示す如く、冷却水ポンプ２１と、熱回収水ポンプ２２と、第１の弁２３と、第２の弁２４と、排出弁２８と、開放弁２９と、給水遮断弁３０と、がある。また、制御器５（演算処理部３１）の入力用のセンサとしては、燃料電池システム１００の適所の温度を検知する温度検出器３６（図４および図５参照）や燃料電池システム１００の適所の圧力を検知する圧力検出器（図示せず）がある。
【００５０】
なお、本明細書において、制御器とは、燃料電池システム１００（燃料電池ユニット１、貯湯ユニット３および第１の水経路４）に含まれる各種の制御対象を操作する単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働して燃料電池システム１００を制御する制御器群をも意味している。つまり、分散配置された複数の制御器の協働により、燃料電池システム１００の全体の制御がなされてもよい。
【００５１】
次に、本実施形態の燃料電池システム１００の動作例について説明する。
【００５２】
まず、燃料電池システム１００の通常の運転動作の一例について述べる。但し、燃料電池システム１００の通常の運転動作は公知であることから、ここでは、この動作を略説する。
【００５３】
操作入力部３４の適宜の操作に基づいて制御器５の演算処理部３１が運転開始信号を受信した場合、この演算処理部３１は燃料電池システム１００の起動を促す制御信号を出力する。これにより、燃料電池システム１００は起動する。
【００５４】
燃料電池システム１００の起動時には、原料ガス供給経路１５を流れる原料ガスおよび改質水が燃料処理器７に供給され、これにより、燃料処理器７内で水素ガス含有の燃料ガスが生成される。燃料処理器７により燃料ガスが燃料電池６のアノードに供給され、酸化剤ガス供給器９により酸化剤ガスが燃料電池６のカソードに供給され、燃料電池６の内部で電気と熱が生成される。
【００５５】
制御器５（演算処理部３１）は、冷却水ポンプ２１に作動指令を出し、冷却水を循環させ、燃料電池６で発生する熱を回収する。また、演算処理部３１は、熱回収水ポンプ２２に作動指令を出し、熱回収水を循環させ、燃料電池ユニット１内の各熱交換器から熱を回収し、温水として貯湯タンク２に送出させる。
【００５６】
また、操作入力部３４の適宜の操作に基づいて制御器５の演算処理部３１が運転停止信号を受信した場合、この演算処理部３１は燃料電池システム１００の停止動作を促す制御信号を出力する。これにより、燃料電池システム１００は停止動作に移行し、停止動作が完了すると、燃料電池システム１００の動作は停止する。
【００５７】
次に、本実施形態の特徴部である燃料電池システム１００による第１の水経路４の水抜きモードの動作例について図面を参照しながら述べる。
【００５８】
図３は、本実施形態の燃料電池システムによる第１の水経路の水抜きモードの動作例を示したフローチャートである。
【００５９】
演算処理部３１は、操作入力部３４を介して第１の水経路４の水抜きモードの動作開始の指令を受信すると、記憶部３２に格納された水抜きモード動作用の制御プログラムを読み出し、水抜きモード動作用の制御信号を出力し始める。このように制御器５（演算処理部３１）は、以下に述べる水抜きモードの動作を操作入力部３４の適宜の操作に基づき開始するが、この水抜きモードの動作を所定のタイミング毎（例えば、上述の燃料電池システム１００の運転停止毎）に自動的に開始してもよい。
【００６０】
第１の水経路４の水抜きモードの動作は３つの工程に大別され、具体的には、水抜きモードの動作には、貯湯タンク２の空気層生成工程（ステップＳ３０１〜ステップＳ３０８）と、貯湯タンク２内の空気層圧縮工程（ステップＳ３０９〜ステップＳ３１４）と、第１の水経路４への空気排出工程（ステップＳ３１５〜ステップＳ３１６）と、がある。以下、各工程の処理内容を詳しく説明する。
＜空気層生成工程＞
貯湯ユニット３の貯湯タンク２は、通常、貯湯水で満たされていることから、本実施形態の第１の水経路４の水抜きモードの空気層生成工程では、貯湯タンク２内に空気層が、以下の如く生成される。
【００６１】
演算処理部３１は、給水遮断弁３０を閉じ（ステップＳ３０１）、貯湯タンク２への市水供給を停止させる。次に、演算処理部３１は、開放弁２９を開き（ステップＳ３０２）、貯湯タンク２の内部を大気と連通する開放状態にする。次に、演算処理部３１は、記憶部３２に予め記憶された空気層を生成するのに必要な排出弁２８の開放時間を読み出し、これを設定時間Ｔ１として設定する（ステップＳ３０３）。そして、演算処理部３１は、排出弁２８を開き（ステップＳ３０４）、貯湯タンク２内の貯湯水を排出させる。そうすると、この貯湯水排水により、開放弁２９を介して貯湯タンク２内に空気が入り、貯湯タンク２の上部には徐々に空気層が生成される。
【００６２】
ここで、演算処理部３１は、制御器５のタイマー部３５から時間情報を取得するとともに（ステップＳ３０５）、この時間情報に基づいて、排出弁２８の開放時から経過した時間が、上述の設定時間Ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０６）。
【００６３】
この経過時間が、設定時間Ｔ１未満であれば（ステップＳ３０６において「Ｎｏ」）、ステップＳ３０５およびステップＳ３０６の処理が反復される。一方、上述の経過時間が、設定時間Ｔ1以上であれば（ステップＳ３０６において「Ｙｅｓ」）、次のステップに進み、演算処理部３１は、排出弁２８を閉じるとともに（ステップＳ３０７）、開放弁２９を閉じる（Ｓ３０８）。以上の動作により、貯湯タンク２内に空気層が生成される。
【００６４】
なお、設定時間Ｔ１は、排出弁２８を開くことにより排出弁２８を通して貯湯タンク２内の貯湯水を単位時間当たりに排出可能な排水量に依存する時間である。つまり、貯湯タンク２内の空気層は、少なくとも貯湯タンク２の上部から燃料電池ユニット１を介して第１の弁２３に至るまでの第１の水経路４の配管容積以上の容積を必要とし、設定時間Ｔ１の最小値の目安は、その容積を、排出弁２８を通して貯湯タンク２から排出される単位時間当たりの排水量で割った値として算出される。
【００６５】
本実施形態では、上述の第１の水経路４の配管容積が２Ｌ（リットル）であるのに対し、１０Ｌ（リットル）の空気層が生成されている。これは、第１の水経路４内の配管構成（圧損）の影響を考慮して、第１の水経路４内の熱回収水を確実に排出することができる空気層の容積を、第１の水経路４の配管容積よりも充分に多く確保するという趣旨によるものである。
＜空気層圧縮工程＞
本実施形態の第１の水経路４の水抜きモードの空気層圧縮工程では、貯湯タンク２内に生成された空気層が、以下の如く圧縮される。
【００６６】
演算処理部３１は、第２の弁２４を閉じる（ステップＳ３０９）。これにより、貯湯タンク２内の空気層が形成された空間は密閉空間になる。このステップＳ３０９において、第２の弁２４とともに第１の弁２３も閉じてもよい。第１の弁２３を閉じることにより、後述のステップＳ３１１の空気層の圧縮の際に、貯湯タンク２の上部から空気が不用意に第１の水経路４に漏れず、貯湯タンク２上部の空気がより適切に圧縮される。なお、この場合、後述のステップＳ３１５の処理は不要になる。
【００６７】
次に、演算処理部３１は、記憶部３２に予め記憶された空気層を充分に圧縮するのに必要な時間を読み出し、これを設定時間Ｔ２として設定する（ステップＳ３１０）。そして、演算処理部３１は、給水遮断弁３０を開く（ステップＳ３１１）。そうすると、貯湯タンク２内の内部（密閉空間）に市水の給水圧がかかり、貯湯タンク２内に生成された空気層の圧縮が始まる。なお、空気層の圧縮に用いる給水圧は、大気圧を上回る圧力であればよい。
【００６８】
ここで、演算処理部３１は、制御器５のタイマー部３５から時間情報を取得するとともに（ステップＳ３１２）、この時間情報に基づいて、給水遮断弁３０を開いた時から経過した時間が、上述の設定時間Ｔ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ３１３）。
【００６９】
この経過時間が、設定時間Ｔ２未満であれば（ステップＳ３１３において「Ｎｏ」）、ステップＳ３１２およびステップＳ３１３の処理が反復される。一方、上述の経過時間が、設定時間Ｔ２以上であれば（ステップＳ３１３において「Ｙｅｓ」）、次のステップに進み、演算処理部３１は、給水遮断弁３０を閉じる（ステップＳ３１４）。以上の動作により、貯湯タンク２内に生成された空気層が圧縮される。
【００７０】
なお、設定時間Ｔ２は、給水遮断弁３０を開くことにより貯湯タンク２の内部（密閉空間）に市水の給水圧をかけ、貯湯タンク２内の空気層が給水圧と同圧力（圧力平衡状態）まで上昇するのに必要な時間であって、空気層の容積と給水圧とに依存する時間である。
＜空気排出工程＞
本実施形態の第１の水経路４の水抜きモードの空気排出工程では、貯湯タンク２内に圧縮された空気が、以下の如く第１の水経路４に排出される。
【００７１】
演算処理部３１は、第１の弁２３を閉じる（ステップＳ３１５）。これにより、貯湯タンク２内で圧縮された空気が、後述のステップＳ３１６において適切に第１の水経路４側に送出される。
【００７２】
その後、演算処理部３１は、第２の弁２４を開く（ステップＳ３１６）。そうすると、上述の空気層生成工程により貯湯タンク２内の上部に生成され、かつ、上述の空気層圧縮工程により圧縮された空気は、貯湯タンク２の上部から第１の水経路４を通って第2の弁からシステム外（大気中）に放出される。つまり、第１の弁２３を閉め、かつ、第２の弁２４を開くことにより、貯湯タンク２内で圧縮された空気は、空気の圧縮圧（貯湯タンク２の内圧）と大気圧との差圧に基づき、第１の水経路４に勢い良く送出し、上述の燃料電池システム１００の通常運転時の熱回収水の流れの向きとは逆向きに、冷却水熱交換器１４、排気ガス熱交換器１３、酸化剤ガス熱交換器１２およびオフガス熱交換器１１の順番に第１の水経路内４を流れた後、第２の弁２４を通って大気中に放出される。そして、この空気流れにより、第１の水経路４に存在する熱回収水が、空気とともに大気中に押し出される。特に、各熱効果器１１、１２、１３、１４内の複雑な配管構造となる第１の水経路４の部分や各熱効果器１１、１２、１３、１４同士を接続する目的で上下に延びる配管構造となる第１の水経路４の部分では、従来例の自重作用に基づく熱回収水の排水は、充分な排水性能を期待できなかったが、本実施形態の熱回収水の排水では、上述の部分の熱回収水を運び出せる空気流れの運動エネルギーにより、このような部分に存在する熱回収水も強制的に排水できる。
【００７３】
なお、ステップＳ３１４において、給水遮断弁３０を閉じる例を述べたが、この給水遮断弁３０は開いた状態であってもよい。こうすれば、貯湯タンク２内の空気層が完全になくなるまで、空気は、市水の給水圧により第１の水経路４に送出され、第２の弁２４を通って大気中に放出される。よって、給水遮断弁３０を閉じる場合に比べて、第１の水経路４内の熱回収水をより長期間に亘り空気流れに曝すことができる。つまり、給水遮断弁３０を閉じた場合には、貯湯タンク２内の空気量の減少に伴い、空気の圧縮圧（貯湯タンク２の内圧）は大気圧に近づくことになり、貯湯タンク２から第１の水経路４への空気の送出は、貯湯タンク２内に空気を残存させて止まると考えられるが、給水遮断弁３０を開けておけば、このような不都合は解消される。
【００７４】
しかし、反面、給水遮断弁３０を開けた場合には、貯湯タンク２内の空気がなくなると（つまり、貯湯タンク２内が水で充満すると）、直ちに、貯湯タンク２内の水が第１の水経路４に排水されるという問題がある。よって、この場合、演算処理部３１の制御動作が複雑になる。例えば、演算処理部３１は、貯湯タンク２の空気が完全に送出される時間（言い換えれば、第１の水経路４への排水開始時間）を正確に予測したうえで、少なくとも排水開始時間より早めに、第２の弁２４または給水遮断弁３０を迅速に閉じる必要がある。
【００７５】
以上に説明したように、本実施形態の燃料電池システム１００の第１の水経路４の水抜きモードによれば、燃料電池システム１００の停止中に、市水の給水圧により圧縮された貯湯タンク２内の空気が第１の水経路４に送出される。このため、各熱交換器１１、１２、１３、１４内の複雑な配管構成となる第１の水経路４の部分や、熱交換器１１、１２、１３、１４同士を接続する目的で上下に延びる配管構造となる第１の水経路４の部分であっても、上述の部分の熱回収水を運び出せる空気流れの運動エネルギーにより、第１の水経路４内の熱回収水を強制的に排水できる。よって、燃料電池システム１００を低温環境中に長期間に放置しても、第１の水経路４内の熱回収水の凍結が適切に解消され、第１の水経路４内の水凍結による燃料電池システム１００の商品価値を損なう様々な問題（例えば、熱回収効率の低下）が未然に防止できる。
【００７６】
また、別途のガス加圧供給器を用いることなく、既存インフラの市水の給水圧に基づいて、簡易かつ適切に貯湯タンク２内に圧縮された空気層を形成することができ、これにより、上述の第１の水経路４の水抜きモードの動作が容易になされる。
（比較例）
第１実施形態の第１の水経路４の水抜きモードの効果を検証する目的で、比較例として、第１の弁２３を閉じ、第２の弁２４を開き（実際には、図１において図示しない第１の水経路４への空気取り込み用の弁も開く。）、自重に基づく第１の水経路４内の熱回収水の排水を行った後、燃料電池システム１００に意図的に電源供給せずに、燃料電池システム１００を低温（約−１０℃）環境下に放置するという実験を行った。
【００７７】
その結果、熱回収水ポンプ２２の内部の残留水や熱交換器１１、１２、１３、１４同士を接続する目的で上下に延びる配管構造のトラップ箇所の残留水（熱回収水）が凍結することが確認された。そして、この状態では、熱回収水ポンプ２２を作動させても第１の水経路４内の熱回収水を循環させることが困難であることが判明し、熱回収水ポンプ２２を作動させ続けた場合、燃料電池システム１００の配管系の破損を招く可能性があることが判明した。
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態による燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。
【００７８】
なお、以下の説明では、第１実施形態の燃料電池システム１００（図１）と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７９】
本実施形態の燃料電池システム２００は、図４に示すように、温度検出器３６（例えばサーミスタ）を備える。その他の点は、実施の形態１の構成と同じである。
【００８０】
この温度検出器３６は、大気（外気）温度を検出可能な箇所に配設され、制御器５に大気温度のデータ信号を送信している。制御器５の演算処理部３１は、温度検出器３６により検出された大気温度のデータ信号を受信して、この大気温度と、記憶部３２に予め記憶されたしきい値温度とを比較するように構成されている。これにより、温度検出器３６により検出される温度が上述のしきい値温度以下である場合に、演算処理部３１は、第１実施形態で述べた第１の水経路４の水抜きモードを実行できる。なおここで、上述のしきい値温度とは、燃料電池システム２００内の熱回収水の凍結に至る可能性のある温度である。なお、本実施形態では、しきい値温度は約２℃に設定されている。
【００８１】
以上に説明したように、本実施形態の燃料電池システム２００の第１の水経路４の水抜きモードによれば、温度検出器３６により検出される温度が上述のしきい値温度以下である場合、第１実施形態で述べた第１の水経路４の水抜きモードが実行される。これにより、燃料電池システム２００が低温環境に曝された場合に限って、第１の水経路４の水抜きモードが実行され、熱回収水の凍結防止動作が効率的になされる。
【００８２】
なお、温度検出器３６は、燃料電池システム２００の周辺の大気温度を正確に検知できる箇所に配置させることが好ましいが、大気温度と何等かの間接的な相関関係を有して、この変化と追従するように変化する温度、例えば、貯湯タンク２に入れる市水の温度や燃料電池ユニット１に取り込む空気の温度を検知してもよい。
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態による燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。
【００８３】
なお、以下の説明では、第２実施形態の燃料電池システム２００（図４）と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８４】
本実施形態の燃料電池システム３００では、図５に示すように、第１の弁２３と第２の弁２４との間の第１の水経路４に燃料電池ユニット１（各熱交換器１１、１２、１３、１４）が配設されている。つまり、第１の弁２３は、各熱交換器１１、１２、１３、１４よりも熱回収水の流れ方向上流側の第１の水経路４に配置され、第２の弁２４は、各熱交換器１１、１２、１３、１４よりも熱回収水の流れ方向下流側の第１の水経路４に配置されている。なお、図５では、第１の弁２３を第１の水経路４上に設ける例を図示しているが、この第１の弁２３を貯湯タンク２の下方部（例えば下蓋）に直接配設してもよい。
【００８５】
また、燃料電池システム３００は、第２の弁２４と第１の弁２３との間の第１の水経路４の部分と、貯湯タンク２の上方部（ここでは上蓋）との間を接続する第２の水経路３８を備える。なお、本実施形態では、第２の水経路３８と第１の水経路４との間の接続部分は、より正確には、熱回収水ポンプ２２（熱交換器１１、１２、１３、１４）と第１の弁２３との間の第１の水経路４に位置している。
【００８６】
更に、燃料電池システム３００は、第２の弁２４よりも熱回収水の流れ方向下流側の第１の水経路４に設けられ、第１の水経路４の通水を遮断させる第３の弁３７（例えば電磁弁）と、第２の水経路３８の途中に設けられ、第２の水経路４の通水を遮断される第４の弁３９（例えば電磁弁）と、を備える。なお、図５では、第３の弁３７を第１の水経路４上に設け、第４の弁３９を第２の水経路３８上に設ける例を図示しているが、これらの第３および第４の弁３７、３９を貯湯タンク２の上方部（例えば上蓋）に直接配設してもよい。
【００８７】
制御器５（演算処理部３１）の制御対象としては、図５に示す如く、冷却水ポンプ２１と、熱回収水ポンプ２２と、第１の弁２３と、第２の弁２４と、第３の弁３７と、第４の弁３９と、排出弁２８と、開放弁２９と、給水遮断弁３０と、がある。
【００８８】
本実施形態の燃料電池システム３００によれば、第２の水経路３８および第４の弁３９を設けたことにより、通常の貯湯タンク２の貯湯水を用いた燃料電池ユニット１からの熱回収効果の他、以下に述べる如く、貯湯タンク２に蓄えた熱により冷却水を昇温させる効果をも奏する。
【００８９】
制御器５は、第１の弁２３を閉じて、第４の弁３９を開き、熱回収水ポンプ２２の作動させることにより、第２の水経路３８を介して、積層沸き上げ式の貯湯タンク２の上部から温水（貯湯水）を取り出し、この温水を燃料電池ユニット１内の各熱交換器１１、１２、１３、１４に通水させることができる。これにより、貯湯タンク２の上部の熱（温水）を利用して、冷却水熱交換器１４を介して冷却水の温度を適温まで上げることができる。つまり、燃料電池６の運転中、燃料電池６の内部は、その性能向上を図る観点から適切な温度に維持する必要があるが、燃料電池６を長期停止後の再起動の場合（例えば、前日の晩に運転停止した後、翌朝の再起動の場合）、燃料電池６の温度は低下していることから、燃料電池６を速やかに適切な温度に上昇させる必要がある。このような状況において、燃料電池６の再起動時には、第２の水経路３８を介して、貯湯タンク２の上部から温水を取り出し、冷却水熱交換器１４を介して、冷却水温度を昇温でき、ひいては、燃料電池６の内部の温度を速やかに上げることができる。
【００９０】
なお、本実施形態では、貯湯タンク２の上部から温水を取り出す経路を確立する手段として、第１の弁２３と第４の弁３９とを用いた構成例が示されているが、このような構成例に代えて、第１の水経路４と第２の水経路３８との接続部分に３方弁を配設してもよい。
【００９１】
次に、本実施形態の燃料電池システム３００による第１の水経路４の水抜きモードの動作例について説明する。
【００９２】
図６は、本実施形態の燃料電池システムによる第１の水経路の水抜きモードの動作例を示したフローチャートである。
【００９３】
演算処理部３１は、操作入力部３４を介して第１の水経路４の水抜きモードの動作開始の指令を受信すると、記憶部３２に格納された水抜きモード動作用の制御プログラムを読み出し、水抜きモード動作用の制御信号を出力し始める。このように制御器５（演算処理部３１）は、以下に述べる水抜きモードの動作を操作入力部３４の操作に基づき開始するが、この水抜きモードの動作を所定のタイミング毎（例えば、燃料電池システム３００の運転停止毎）に自動的に開始してもよい。
【００９４】
第１の水経路４の水抜きモードの動作は３つの工程に大別され、具体的には、水抜きモードの動作には、貯湯タンク２の空気層生成工程（ステップＳ６０１〜ステップＳ６０８）と、貯湯タンク２内の空気層圧縮工程（ステップＳ６０９〜ステップ６１４）と、第１の水経路４への空気排出工程（ステップＳ６１５〜ステップＳ６１８）と、がある。但し、貯湯タンク２の空気層生成工程および貯湯タンク２内の空気層圧縮工程は、第１実施形態で述べた水抜きモードの処理内容と同じであるため、ここでは省略する。
＜空気排出工程＞
本実施形態の第１の水経路４の水抜きモードの空気排出工程では、貯湯タンク２内に圧縮された空気が、以下の如く第１の水経路４に排出される。
【００９５】
演算処理部３１は、第１の弁２３を閉じるとともに（ステップＳ６１５）、第３の弁３７を閉じる（ステップＳ６１６）。これにより、貯湯タンク２内で圧縮された空気が、後述のステップＳ６１８において適切に第１および第２の水経路４、３８側から送出される。
【００９６】
次に、演算処理部３１は、第４の弁３９を開く（ステップＳ６１７）。これにより、上述の空気層生成工程により貯湯タンク２内の上部に生成され、かつ、上述の空気層圧縮工程により圧縮された空気は、第２の水経路３８から第１の水経路４に送出できる状態になる。そして、演算処理部３１は、第２の弁２４を開く（ステップＳ６１８）。そうすると、上述の圧縮された空気が、第１の水経路４を通って第２の弁２４からシステム外（大気中）に放出される。つまり、第１および第３の弁２３、３７を閉め、かつ、第２および第４の弁２４、３９を開くことにより、貯湯タンク２内で圧縮された空気は、空気の圧縮圧（貯湯タンク２の内圧）と大気圧との差圧に基づき、第１および第２の水経路４、３８に勢い良く送出し、上述の燃料電池システム３００の通常運転時の熱回収水の流れの向きと同じ向きに、オフガス熱交換器１１、酸化剤ガス熱交換器１２、排気ガス熱交換器１３、冷却水熱交換器１４およびの順番に第１の水経路内４を流れた後、第２の弁２４を通って大気中に放出される。そして、空気流れにより、第１の水経路４に存在する熱回収水が、空気とともに大気中に押し出される。特に、各熱効果器１１、１２、１３、１４内の複雑な配管構造となる第１の水経路４の部分や各熱効果器１１、１２、１３、１４同士を接続する目的で上下に延びる配管構造となる第１の水経路４の部分では、従来例の自重作用に基づく熱回収水の排水は、充分な排水性能を期待できなかったが、本実施形態の熱回収水の排水では、上述の部分の熱回収水を運び出せる空気流れの運動エネルギーにより、このような部分に存在する熱回収水も強制的に排水できる。
【００９７】
また、本実施形態では、熱回収水の流れと同じ向きに、第１の水経路４内の空気が流れることから、例えば、燃料電池ユニット１内の各熱交換器１１、１２、１３、１４や熱回収水ポンプ２２中の構成部品に対し逆圧を加えるという不都合がない。よって、このような空気の逆圧による熱回収水ポンプ２２などを構成する精密部品の不用意な破損が防止でき有益である。
【００９８】
なお、第１実施形態と同様に、ステップＳ６１４において、給水遮断弁３０を閉じる例を述べたが、この給水遮断弁３０は開いた状態であってもよい。こうすれば、貯湯タンク２内の空気層が完全になくなるまで、空気は、市水の給水圧により第１の水経路４に送出され、第２の弁２４を通って大気中に放出される。よって、給水遮断弁３０を閉じる場合に比べて、第１の水経路４内の熱回収水をより長期間に亘り空気流れに曝すことができる。つまり、給水遮断弁３０を閉じた場合には、貯湯タンク２内の空気量の減少に伴い、空気の圧縮圧（貯湯タンク２の内圧）は大気圧に近づくことになり、貯湯タンク２から第１の水経路４への空気の送出は、貯湯タンク２内に空気を残存させて止まると考えられるが、給水遮断弁３０を開けておけば、このような不都合は解消される。
【００９９】
しかし、反面、給水遮断弁３０を開けた場合には、貯湯タンク２内の空気がなくなると（つまり、貯湯タンク２内が水で充満すると）、直ちに、貯湯タンク２内の水が第２の水経路３８に排水されるという問題がある。よって、この場合、演算処理部３１の制御動作が複雑になる。例えば、演算処理部３１は、貯湯タンク２の空気が完全に送出される時間（言い換えれば、第２の水経路３８への排水開始時間）を正確に予測したうえで、少なくとも排水開始時間より早めに、第２の弁２４または給水遮断弁３０を迅速に閉じる必要がある。
【０１００】
また、本実施形態の燃料電池システム３００は、図５に示すように、大気温度を検出する温度検出器３６（例えばサーミスタ）を備えてもよい。そうすれば、第２実施形態で述べた内容と同様に、制御器５の演算処理部３１は、温度検出器３６により検出される温度が上述のしきい値温度以下である場合に、演算処理部３１は、本実施形態で述べた第１の水経路４の水抜きモードを実行できる。なおここで、上述のしきい値温度とは、燃料電池システム３００内の熱回収水の凍結に至る可能性のある温度である。なお、本実施形態では、しきい値温度は約２℃に設定されている。
【０１０１】
以上に説明したように、本実施形態の燃料電池システム３００の第１の水経路４の水抜きモードによれば、燃料電池システム３００の停止中に、市水の給水圧により圧縮された貯湯タンク２内の空気が第１の水経路４に送出される。このため、各熱交換器１１、１２、１３、１４内の複雑な配管構成となる第１の水経路４の部分や、熱交換器１１、１２、１３、１４同士を接続する目的で上下に延びる配管構造となる第１の水経路４の部分であっても、上述の部分の熱回収水を運び出せる空気流れの運動エネルギーにより、第１の水経路４内の熱回収水を強制的に排水できる。よって、燃料電池システム３００を低温環境中に長期間に放置しても、第１の水経路４内の熱回収水の凍結が適切に解消され、第１の水経路４内の水凍結による燃料電池システム３００の商品価値を損なう様々な問題（例えば、熱回収効率の低下）が未然に防止できる。
【０１０２】
また、別途のガス加圧供給器を用いることなく、既存インフラの市水の給水圧に基づいて、簡易かつ適切に貯湯タンク２内に圧縮された空気層を形成することができ、これにより、上述の第１の水経路４の水抜きモードの動作が容易になされる。
【０１０３】
また、温度検出器３６により検出される温度が上述のしきい値温度以下である場合、本実施形態で述べた第１の水経路４の水抜きモードが実行され、これにより、燃料電池システム３００が低温環境に曝された場合に限って、第１の水経路４の水抜きモードが実行され、熱回収水の凍結防止動作が効率的になされる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の熱回収システムは、水経路内の水の凍結を適切に防止でき、例えば、燃料電池コージェネレーションシステムの排熱回収のシステムとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。
【図２】図１に示した制御器５の内部の一構成例を模式的に示したブロック図である。
【図３】第１実施形態の燃料電池システムによる第１の水経路の水抜きモードの動作例を示したフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態による燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。
【図５】本発明の第３実施形態による燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。
【図６】第３実施形態の燃料電池システムによる第１の水経路の水抜きモードの動作例を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０６】
１  燃料電池ユニット
２  貯湯タンク
３  貯湯ユニット
４  第１の水経路
５  制御器
６  燃料電池
７  燃料処理器
８  バーナ
９  酸化剤ガス供給器
１０  冷却水経路
１１  オフガス熱交換器
１２  酸化剤ガス熱交換器
１３  排気ガス熱交換器
１４  冷却水熱交換器
１５  原料ガス供給経路
１６  燃料ガス供給経路
１７  酸化剤ガス供給経路
１８  燃料ガス排出経路
１９  排気ガス経路
２０  酸化剤ガス排出経路
２１  冷却水ポンプ
２２  熱回収水ポンプ
２３  第１の弁
２４  第２の弁
２５  給湯経路
２６  給湯弁
２７  水供給器
２８  排出弁
２９  開放弁
３０  給水遮断弁
３１  演算処理部
３２  記憶部
３３  表示部
３４  操作入力部
３５  タイマー部
３６  温度検出器
３７  第３の弁
３８  第２の水経路
３９  第４の弁
１００、２００、３００  燃料電池システム
【図１】
2008202887.tif 000003
【図２】
2008202887.tif 000004
【図３】
2008202887.tif 000005
【図４】
2008202887.tif 000006
【図５】
2008202887.tif 000007
【図６】
2008202887.tif 000008