(57)【要約】【課題】燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、電力需要と温水需要とにアンバランスがある場合における温水切れ、給湯温度低下を実用上問題のないレベルまでに改善を図る。【解決手段】貯湯槽（１２）内に補助加熱用電気ヒータ（１２Ｈ）を設け、貯湯槽内下部の温度検出器の検出温度（Ｔ３）が給湯温度（Ｔref）以上である場合、及び下部の温度検出器の検出温度（Ｔ３）が給湯温度未満で中間部の温度検出器の検出温度（Ｔ２）が給湯温度以上であり且つ燃料電池発電部の発電電力（Ｐac）が所定の温水生成電力Ｐwmin以上である場合には電気ヒータへの電源供給は停止し、下部の温度検出器の検出温度が給湯温度未満で中間部の温度検出器の検出温度が給湯温度以上であり且つ燃料電池発電部の発電電力が温水生成電力Ｐwmin未満である場合には電気ヒータに単相１００Ｖ電源を供給し、下部の温度検出器の検出温度及び中間部の温度検出器の検出温度が共に給湯温度未満である場合には電気ヒータに単相２００Ｖ電源を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力と温水を生成し、生成した電力を単相３線式商用電力系統（２）を介してコジェネ電力負荷（３）に、生成した温水を温水使用機器（４）に供給する燃料電池コジェネレーションシステム（１）であって、
該燃料電池コジェネレーションシステムは、燃料電池発電部（１１）と貯湯槽（１２）とを備え、該貯湯槽はその下部冷水口（１２２）より取水した水を熱回収循環水として熱回収水循環ポンプ（１３）により前記燃料電池発電部内の熱交換器（１１４）に送り、該熱交換器にて排熱と熱交換させて温水とし前記貯湯槽の上部の温水戻口（１２１）に戻すと共に、上部の出水口（１２３）より前記温水使用機器に給湯し、下部の入水口（１２４）より市水を補充するように構成されており、
前記熱回収循環水の量は、前記貯湯槽に戻る直前の熱回収循環水の温度を温度検出器（１２Ｔ０）にて検出してその検出温度（Ｔ０）が指定された給湯温度（Ｔref）に等しくなるように前記熱回収水循環ポンプの吐出水量を循環ポンプ制御回路（１５）にて比例積分制御することにより行なうように構成されており、
前記貯湯槽内には、下部に下部温度検出器（１Ｔ３）、中間部に中間部温度検出器（１Ｔ２）が取り付けられ、更に補助加熱用の電気ヒータ（１２Ｈ）が取り付けられ、該電気ヒータにはヒータ電源切換制御回路（１７）により制御されるヒータ電源切換リレー（１６）の切り換え動作により前記単相３線式商用電力系統より単相２００Ｖ電源または単相１００Ｖ電源が供給されるように構成されており、
前記ヒータ電源切換制御回路は、前記下部温度検出器の検出温度（Ｔ３）が指定された給湯温度（Ｔref）以上である場合、及び前記下部温度検出器の検出温度が給湯温度未満で前記中間部温度検出器の検出温度（Ｔ２）が給湯温度以上であり且つ前記燃料電池発電部の発電電力（Ｐac）が単位時間当たりに所定量の温水を生成するのに必要な温水生成電力（Ｐwmin）以上である場合には前記電気ヒータへの電源供給を停止し、
前記下部温度検出器の検出温度が前記給湯温度未満で前記中間部温度検出器の検出温度が給湯温度以上であり且つ前記燃料電池発電部の発電電力（Ｐac）が前記温水生成電力（Ｐwmin）未満である場合には前記電気ヒータに前記単相１００Ｖ電源を供給し、
前記下部温度検出器の検出温度及び前記中間部温度検出器の検出温度が共に前記給湯温度未満である場合には前記電気ヒータに前記単相２００Ｖ電源を供給することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、
前記下部温度検出器と中間部温度検出器に代えて、前記貯湯槽内に上部から下部にかけて上から順に第１、第２、第３、第４の温度検出器（２Ｔ１、２Ｔ２、２Ｔ３、２Ｔ４）をほぼ等間隔に取り付け、
前記ヒータ電源切換制御回路は前記第１、第２、第３、第４の温度検出器の検出した第１、第２、第３、第４の検出温度（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）を、個別に所定の第１の基準温度（Ｔ１ref）及びこれより低い第２の基準温度（Ｔ２ref）と比較し、検出温度が第１の基準温度以上の場合にはその重みを２とし、検出温度が第１の基準温度未満で第２の基準温度以上の場合にはその重みを１とし、検出温度が第２の基準温度未満である場合にはその重みを０とする重み付けを行なってそれらの合計値を求め、該合計値の、前記第１〜第４の検出温度が全て第１の基準温度以上であるとした場合の重み付け合計値に対する百分率を求めて温水推定割合（Ａ）とし、
該温水推定割合が所定の第１の温水割合基準値（Ａ１ref）以上である場合、及び該温水推定割合が第１の温水割合基準値未満で第２の温水割合基準値（Ａ２ref）以上であり且つ前記燃料電池発電部の発電電力が前記温水生成電力（Ｐwmin）以上である場合には前記電気ヒータへの電源供給を停止し、
前記温水推定割合が前記第１の温水割合基準値未満で前記第２の温水割合基準値以上であり且つ前記燃料電池発電部の発電電力が前記温水生成電力未満である場合には前記電気ヒータに前記単相１００Ｖ電源を供給し、
前記温水推定割合が前記第２の温水割合基準値未満である場合には前記電気ヒータに前記単相２００Ｖ電源を供給することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、
前記第１、第２、第３、第４の温度検出器に代えて、前記貯湯槽内の温水を上から順にほぼ等しい厚さｄ１〜ｄｎのｎ個の層に分割して各層の中間高さに温度検出器（３Ｔ１〜３Ｔｎ）を取り付け、該温度検出器の検出温度を上から順にＴ１〜Ｔｎ、前記市水の温度をＴｃ、前記給湯温度をＴrefとして次式により温水推定割合（Ｒ）を計算し、
Ｒ＝１００×（ Σ（（Ｔi−Ｔｃ）・ｄi））／ Σ（（Ｔref−Ｔｃ）・ｄi）
ただし、 i＝１〜ｎ
該計算値を請求項２に記載の温水推定割合（Ａ）の代わりに使用することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、
前記温水推定割合の直近の所定時間（Δｔ）内における減少量が所定値（Ｋ１）を超えている状態において、温水推定割合が前記第１の温水割合基準値（Ａ１ref）未満で前記第２の温水割合基準値（Ａ２ref）以上となった場合には、前記電気ヒータへ前記単相２００Ｖ電源を供給するように修正を加えたことを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れかに記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、
前記温水推定割合の値が前記第１の温水割合基準値（Ａ１ref）より大きい所定の基準値（Ａ１ref´）以上である場合には、前記燃料電池発電部の発電電力（Ｐac）を、該燃料電池発電部が発電を継続できる最低の発電電力（Ｐacmin）まで低下させ、その状態を所定時間（Δｔ１）継続してもなお温水推定割合が前記基準値（Ａ１ref´）以上であった場合には、燃料電池発電部の発電を停止させることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項６】
請求項２乃至５の何れかに記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、
前記単相３線式商用電力系統から燃料電池コジェネレーションシステム及び前記コジェネ電力負荷に向けて供給される受電電力（Ｐｒ）が所定の受電電力目標値（Ｐrmin）に一致するように前記燃料電池発電部の発電電力（Ｐac）を比例積分制御すると共に、該受電電力（Ｐｒ）が所定の第１の基準電力（Ｐｒ１）未満の場合には燃料電池発電部の発電を停止させ、
受電電力が第１の基準電力（Ｐｒ１）以上であり所定の第２の基準電力（Ｐｒ２）未満である状態において、前記温水推定割合の値が前記第２の温水割合基準値（Ａ２ref）以上である場合には、前記電気ヒータへ少なくとも前記単相１００Ｖ電源による補助加熱を行なわせるように変更を加えたことを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項７】
請求項１に記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、
前記単相３線式商用電力系統から燃料電池コジェネレーションシステム及び前記コジェネ電力負荷に向けて供給される受電電力（Ｐｒ）が所定の受電電力目標値（Ｐrmin）に一致するように前記燃料電池発電部の発電電力（Ｐac）を比例積分制御すると共に、該受電電力（Ｐｒ）が所定の第１の基準電力（Ｐｒ１）未満の場合には燃料電池発電部の発電を停止させ、
受電電力が第１の基準電力（Ｐｒ１）以上であり所定の第２の基準電力（Ｐｒ２）未満である状態において、前記下部温度検出器の検出温度（Ｔ３）が前記給湯温度（Ｔref）未満で且つ未満で前記中間部温度検出器の検出温度（Ｔ２）が給湯温度以上である場合には、前記電気ヒータへ少なくとも前記単相１００Ｖ電源による補助加熱を行なわせるように変更を加えたことを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、
前記ヒータ電源切換制御回路が前記電気ヒータに前記単相２００Ｖ電源を供給する場合と判定された状態において、貯湯量確保よりも受電電力料低減を優先するように指定されていた場合には、現在の時間帯が受電電力料金単価が通常よりも高いか否かを判定し、高い時間帯であった場合には単相２００Ｖ電源に代えて単相１００Ｖ電源を供給するように変更を加えたことを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、
前記給湯温度として通常よりも高い高温水温度（Ｔhref）を指定して高温水供給要求がされた場合には、前記ヒータ電源切換制御回路は前記貯湯槽内の一番上の温度検出器の検出温度が、指定された高温水温度（Ｔhref）未満であるか否かを判定し、未満である場合には前記単相２００Ｖ電源を供給する場合と判定された状態とみなして、請求項９に記載の判定法に従い単相１００Ｖ電源と単相２００Ｖ電源の何れかの電源を前記電気ヒータに供給するように変更を加えたことを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、
前記給湯温度として通常よりも高い高温水温度（Ｔhref）を指定して高温水供給要求がされた場合には、前記循環ポンプ制御回路は、前記貯湯槽に戻る直前の熱回収循環水の前記検出温度（Ｔ０）が該高温水温度に等しくなるように、比例積分制御により熱回収水循環ポンプの吐出水量を制御することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項１１】
請求項９乃至１０の何れかに記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、
前記貯湯槽の前記上部の温水戻口の下位置に第２の温水戻口を設けると共に、前記熱交換器から戻る熱回収循環水の戻り口を該温水戻口と第２の温水戻口の何れかに切り換える切換弁（１２５）を設け、前記高温水供給要求がされた場合には、該切換弁を熱回収循環水が第２の温水戻口に戻るように切り換えることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れかに記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、
前記貯湯槽内の温水温度を検出する前記各温度検出器の取り付け方を、貯湯槽容器の外側からその外面の温度を検出する取り付け方に変更し、該取り付け状態で検出された各検出温度に対して予め実験で求めておいた補正を行ない、補正した値を貯湯槽内温水の各検出温度として使用することを特徴とする燃料電池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、電力及び熱を発生させる燃料電池コジェネレーションシステムに関するものであり、特に熱を利用した給湯を安定して行なう技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池を用いて発電を行うと共に、その発電過程で発生する熱、あるいは燃料電池に必要な水素リッチな改質ガスを燃料ガスから生成する過程で発生する熱を利用して給湯を行なえるようにした燃料電池コジェネレーションシステムの開発が進められている。
この燃料電池による発電は、外部から供給される天然ガス、ＬＰＧ、ブタン等の炭化水素系ガスを燃料ガスとし、これを改質器において水蒸気雰囲気下で加熱して水素リッチな改質ガスを最初に生成する。次に生成した改質ガスを、空気等の酸化性ガスと共に燃料電池に供給し、電気化学反応により直流電力を生成するものである。生成された直流電力は通常、インバータにより商用周波数の交流電力に変換された後、商用電力系統に系統連系して外部の電力負荷に供給される。
【０００３】
燃料電池コジェネレーションシステムは、燃料電池で電力を発生させるだけなく、改質ガスを生成する過程で発生する排熱、燃料電池で直流発電する過程で発生する排熱の有効利用をも図らんとするシステムである。具体的には、熱交換器を使用し、排熱から温水を生成して貯湯槽に溜め、キッチンのための給湯や暖房用として外部の熱負荷に供給する。  燃料電池コジェネレーションシステムは、このように発電過程での発電損失である排熱を温水として回収して有効利用を図るために、エネルギー利用効率の非常に高い有効なシステムである。しかしながら、温水として回収される熱量と発電電力との間には一定の相関関係があるのに対して、温水（回収された熱量）の使用量と、発電した電力の使用量との間には相関がない。例えば、一般家庭での通常の生活を考えた場合、テレビや電気冷蔵庫のごとく電力のみを使用する電化製品もあれば、洗面時等、温水のみを使用する場合もある。更に、電気ポットのように電力と温水を同時に使用するものもある。そして、これらの使用は、基本的には各個人の生活に応じているためランダムである。
【０００４】
このため、電力需要に対して温水の需要が大き過ぎる場合には、貯湯槽の温水が不足して温水切れ（お湯切れ状態）を生じたり、給湯される温水の温度が低下し過ぎる事態を生ずる。また、逆に電力需要が温水需要を大きく上回る場合には、貯湯槽が温水で満水となって排熱を回収できなくなる事態を生ずる。このような事態が生じたのでは、エネルギーの有効利用というコジェネレーションシステムのメリットが減殺されてしまう。
【０００５】
このような問題に対処する方法としては、貯湯槽の温水の出側に補助熱源としてガス瞬間沸騰器を直列に追加したり、太陽光からの熱を集積して回収する第２の熱交換器を付加したり（例えば、特許文献１参照）する方法等が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２８９２１２号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４１４３号公報
【特許文献３】特開平１１−２２３３８５号公報
【特許文献４】特開平１１−０９７０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述のような燃料電池コジェネレーションシステムの問題点を解決するためになされたもので、電力需要と温水需要とにアンバランスがある場合に発生する温水切れや給湯温度の低下といった不具合を、実用上問題とならないレベルにまで改善を図ること。併せて、燃料電池コジェネレーションシステムの停止時を含めて、温水生成、追炊きを常時可能とし、更に燃料電池コジェネレーションシステムの熱交換器にて生成可能な温度以上の高温水を給湯できる燃料電池コジェネレーションシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、電力と温水を生成し、生成した電力を単相３線式商用電力系統（２）を介してコジェネ電力負荷（３）に、生成した温水を温水使用機器（４）に供給する燃料電池コジェネレーションシステム（１）であって、
該燃料電池コジェネレーションシステムは、燃料電池発電部（１１）と貯湯槽（１２）とを備え、該貯湯槽はその下部冷水口（１２２）より取水した水を熱回収循環水として熱回収水循環ポンプ（１３）により前記燃料電池発電部内の熱交換器（１１４）に送り、該熱交換器にて排熱と熱交換させて温水とし前記貯湯槽の上部の温水戻口（１２１）に戻すと共に、上部の出水口（１２３）より前記温水使用機器に給湯し、下部の入水口（１２４）より市水を補充するように構成されており、
前記熱回収循環水の量は、前記貯湯槽に戻る直前の熱回収循環水の温度を温度検出器（１２Ｔ０）にて検出してその検出温度（Ｔ０）が指定された給湯温度（Ｔref）に等しくなるように前記熱回収水循環ポンプの吐出水量を循環ポンプ制御回路（１５）にて比例積分制御することにより行なうように構成されており、
前記貯湯槽内には、下部に下部温度検出器（１Ｔ３）、中間部に中間部温度検出器（１Ｔ２）が取り付けられ、更に補助加熱用の電気ヒータ（１２Ｈ）が取り付けられ、該電気ヒータにはヒータ電源切換制御回路（１７）により制御されるヒータ電源切換リレー（１６）の切り換え動作により前記単相３線式商用電力系統より単相２００Ｖ電源または単相１００Ｖ電源が供給されるように構成されており、
前記ヒータ電源切換制御回路は、前記下部温度検出器の検出温度（Ｔ３）が指定された給湯温度（Ｔref）以上である場合、及び前記下部温度検出器の検出温度が給湯温度未満で前記中間部温度検出器の検出温度（Ｔ２）が給湯温度以上であり且つ前記燃料電池発電部の発電電力（Ｐac）が単位時間当たりに所定量の温水を生成するのに必要な温水生成電力（Ｐwmin）以上である場合には前記電気ヒータへの電源供給を停止し、
前記下部温度検出器の検出温度が前記給湯温度未満で前記中間部温度検出器の検出温度が給湯温度以上であり且つ前記燃料電池発電部の発電電力（Ｐac）が前記温水生成電力（Ｐwmin）未満である場合には前記電気ヒータに前記単相１００Ｖ電源を供給し、
前記下部温度検出器の検出温度及び前記中間部温度検出器の検出温度が共に前記給湯温度未満である場合には前記電気ヒータに前記単相２００Ｖ電源を供給することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
【０００８】
このような構成によれば、燃料電池発電部の発電電力と温水需要との間にアンバランスがあり貯湯量が少なくなった場合には、電気ヒータによる補助加熱により温水生成量が増加させられるので、貯湯槽の温水切れ、給水温度の低下といった不具合事態が殆どなくすことができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、前記下部温度検出器と中間部温度検出器に代えて、前記貯湯槽内に上部から下部にかけて上から順に第１、第２、第３、第４の温度検出器（２Ｔ１、２Ｔ２、２Ｔ３、２Ｔ４）をほぼ等間隔に取り付け、
前記ヒータ電源切換制御回路は前記第１、第２、第３、第４の温度検出器の検出した第１、第２、第３、第４の検出温度（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）を、個別に所定の第１の基準温度（Ｔ１ref）及びこれより低い第２の基準温度（Ｔ２ref）と比較し、検出温度が第１の基準温度以上の場合にはその重みを２とし、検出温度が第１の基準温度未満で第２の基準温度以上の場合にはその重みを１とし、検出温度が第２の基準温度未満である場合にはその重みを０とする重み付けを行なってそれらの合計値を求め、該合計値の、前記第１〜第４の検出温度が全て第１の基準温度以上であるとした場合の重み付け合計値に対する百分率を求めて温水推定割合（Ａ）とし、
該温水推定割合が所定の第１の温水割合基準値（Ａ１ref）以上である場合、及び該温水推定割合が第１の温水割合基準値未満で第２の温水割合基準値（Ａ２ref）以上であり且つ前記燃料電池発電部の発電電力が前記温水生成電力（Ｐwmin）以上である場合には前記電気ヒータへの電源供給を停止し、
前記温水推定割合が前記第１の温水割合基準値未満で前記第２の温水割合基準値以上であり且つ前記燃料電池発電部の発電電力が前記温水生成電力未満である場合には前記電気ヒータに前記単相１００Ｖ電源を供給し、
前記温水推定割合が前記第２の温水割合基準値未満である場合には前記電気ヒータに前記単相２００Ｖ電源を供給することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
【００１０】
このような構成によれば、貯湯槽内の温水残量の推定精度が一層向上するので、請求項１に記載の発明と同様の効果をより確実に達成することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、前記第１、第２、第３、第４の温度検出器に代えて、前記貯湯槽内の温水を上から順にほぼ等しい厚さｄ１〜ｄｎのｎ個の層に分割して各層の中間高さに温度検出器（３Ｔ１〜３Ｔｎ）を取り付け、該温度検出器の検出温度を上から順にＴ１〜Ｔｎ、前記市水の温度をＴｃ、前記給湯温度をＴrefとして次式により温水推定割合（Ｒ）を計算し、
Ｒ＝１００×（ Σ（（Ｔi−Ｔｃ）・ｄi））／ Σ（（Ｔref−Ｔｃ）・ｄi）
ただし、 i＝１〜ｎ
該計算値を請求項２に記載の温水推定割合（Ａ）の代わりに使用することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
【００１２】
このような構成によれば、貯湯槽内の温水残量の推定精度が更に向上するので、請求項１に記載の発明と同様の効果をより確実に達成することができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、前記温水推定割合の直近の所定時間（Δｔ）内における減少量が所定値（Ｋ１）を超えている状態において、温水推定割合が前記第１の温水割合基準値（Ａ１ref）未満で前記第２の温水割合基準値（Ａ２ref）以上となった場合には、前記電気ヒータへ前記単相２００Ｖ電源を供給するように修正を加えたことを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
【００１４】
このような構成によれば、貯湯槽内の温水の量が急激に減少した場合には、電気ヒータに単相２００Ｖ電源を供給した補助加熱により、急速に温水量の回復が図られるので、温水切れ、給湯温度の低下といった不具合を回避できる効果がある。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４の何れかに記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、前記温水推定割合の値が前記第１の温水割合基準値（Ａ１ref）より大きい所定の基準値（Ａ１ref´）以上である場合には、前記燃料電池発電部の発電電力（Ｐac）を、該燃料電池発電部が発電を継続できる最低の発電電力（Ｐacmin）まで低下させ、その状態を所定時間（Δｔ１）継続してもなお温水推定割合が前記基準値（Ａ１ref´）以上であった場合には、燃料電池発電部の発電を停止させることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
【００１６】
このような構成によれば、貯湯槽内が温水で満水状態になった場合には、燃料電池発電部の発電電力が最小値又はゼロとされるので、排熱発生量が減少し、貯湯槽内の温水の過熱、燃料電池発電部の温度上昇といった危険な事態が回避される。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項２乃至５の何れかに記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、前記単相３線式商用電力系統から燃料電池コジェネレーションシステム及び前記コジェネ電力負荷に向けて供給される受電電力（Ｐｒ）が所定の受電電力目標値（Ｐrmin）に一致するように前記燃料電池発電部の発電電力（Ｐac）を比例積分制御すると共に、該受電電力（Ｐｒ）が所定の第１の基準電力（Ｐｒ１）未満の場合には燃料電池発電部の発電を停止させ、
受電電力が第１の基準電力（Ｐｒ１）以上であり所定の第２の基準電力（Ｐｒ２）未満である状態において、前記温水推定割合の値が前記第２の温水割合基準値（Ａ２ref）以上である場合には、前記電気ヒータへ少なくとも前記単相１００Ｖ電源による補助加熱を行なわせるように変更を加えたことを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
【００１８】
このような構成によれば、受電電力が低下した場合には、燃料電池発電部の発電電力が減少させられると共に、電気ヒータの消費電力が増加させらもるので、受電電力がマイナスとなる電力逆潮流状態が回避される。
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、前記単相３線式商用電力系統から燃料電池コジェネレーションシステム及び前記コジェネ電力負荷に向けて供給される受電電力（Ｐｒ）が所定の受電電力目標値（Ｐrmin）に一致するように前記燃料電池発電部の発電電力（Ｐac）を比例積分制御すると共に、該受電電力（Ｐｒ）が所定の第１の基準電力（Ｐｒ１）未満の場合には燃料電池発電部の発電を停止させ、
受電電力が第１の基準電力（Ｐｒ１）以上であり所定の第２の基準電力（Ｐｒ２）未満である状態において、前記下部温度検出器の検出温度（Ｔ３）が前記給湯温度（Ｔref）未満で且つ未満で前記中間部温度検出器の検出温度（Ｔ２）が給湯温度以上である場合には、前記電気ヒータへ少なくとも前記単相１００Ｖ電源による補助加熱を行なわせるように変更を加えたことを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
【００２０】
このような構成によれば、受電電力が低下した場合には、燃料電池発電部の発電電力が減少させられると共に、電気ヒータの消費電力が増加させらもるので、受電電力がマイナスとなる電力逆潮流状態が回避される。
【００２１】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れかに記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、前記ヒータ電源切換制御回路が前記電気ヒータに前記単相２００Ｖ電源を供給する場合と判定された状態において、貯湯量確保よりも受電電力料金低減を優先するように指定されていた場合には、現在の時間帯が受電電力料金単価が通常よりも高いか否かを判定し、高い時間帯であった場合には単相２００Ｖ電源に代えて単相１００Ｖ電源を供給するように変更を加えたことを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
【００２２】
このような構成によれば、受電電力料金単価の高い時間帯における受電電力量の減少が図られるので、受電電力料金を減らすことができる。
【００２３】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、前記給湯温度として通常よりも高い高温水温度（Ｔhref）を指定して高温水供給要求がされた場合には、前記ヒータ電源切換制御回路は前記貯湯槽内の一番上の温度検出器の検出温度が、指定された高温水温度（Ｔhref）未満であるか否かを判定し、未満である場合には前記単相２００Ｖ電源を供給する場合と判定された状態とみなして、請求項９に記載の判定法に従い単相１００Ｖ電源と単相２００Ｖ電源の何れかの電源を前記電気ヒータに供給するように変更を加えたことを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
【００２４】
このような構成によれば、通常よりも高い温度の高温温水を迅速に生成して給湯することが可能となる。
【００２５】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、前記給湯温度として通常よりも高い高温水温度（Ｔhref）を指定して高温水供給要求がされた場合には、前記循環ポンプ制御回路は、前記貯湯槽に戻る直前の熱回収循環水の前記検出温度（Ｔ０）が該高温水温度に等しくなるように、比例積分制御により熱回収水循環ポンプの吐出水量を制御することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
【００２６】
このような構成によれば、通常よりも高い温度の高温温水を一層迅速に生成して給湯することが可能となる。
【００２７】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項９乃至１０の何れかに記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、前記貯湯槽の前記上部の温水戻口の下位置に第２の温水戻口を設けると共に、前記熱交換器から戻る熱回収循環水の戻り口を該温水戻口と第２の温水戻口の何れかに切り換える切換弁（１２５）を設け、前記高温水供給要求がされた場合には、該切換弁を熱回収循環水が第２の温水戻口に戻るように切り換えることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
【００２８】
このような構成によれば、熱交換器により生成可能な温度より高い高温温水の生成を、迅速、且つ効率良く行なうことができる。
【００２９】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１の何れかに記載の燃料電池コジェネレーションシステムにおいて、
前記貯湯槽内の温水温度を検出する前記各温度検出器の取り付け方を、貯湯槽容器の外側からその外面の温度を検出する取り付け方に変更し、該取り付け状態で検出された各検出温度に対して予め実験で求めておいた補正を行ない、補正した値を貯湯槽内温水の各検出温度として使用することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
【００３０】
このような構成によれば、貯湯槽への温度検出の取り付け加工工数を大幅に減少させることが可能になる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の燃料電池コジェネレーションシステムは、その発電電力及び商用電力系統からの受電が可能な電気ヒータを貯湯槽内に設けて、適宜、補助加熱を行なうので、電力需要と温水需要とにアンバランスがある場合に発生する温水切れや給湯温度の低下といった不具合を、実用上問題とならないレベルにまで改善を図ることができる。併せて、燃料電池コジェネレーションシステムの停止時を含めて、温水生成、追炊きが可能である他、熱交換器にて生成可能な温度以上の高温水も給湯できる利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（第１の実施形態）
本実施形態は、請求項１に記載の発明に対応する実施形態である。図１は、本実施形態の燃料電池コジェネレーションシステム１の全体構成のブロック図と、それに接続される商用電力系統２、コジェネ電力負荷３及び温水使用機器４の接続関係を示したものである。
【００３３】
燃料電池コジェネレーションシステム１は、燃料電池発電部１１、貯湯槽１２、熱回収水循環ポンプ１３、循環ポンプ制御回路１５、ヒータ電源切換リレー１６、ヒータ電源切換制御回路１７を備えて構成される。
燃料電池発電部１１は、改質器１１１、燃料電池１１２、インバータ１１３、熱交換器１１４、発電量制御回路１１５を備えて構成される。改質器１１１には燃料ガスとして天然ガス、ＬＰＧ、ブタン、メタノール、灯油などの炭化水素系ガスが供給され、水蒸気雰囲気下で加熱して水素リッチな改質ガスが生成される。生成された改質ガスは燃料電池１１２に供給される。燃料電池１１２には、酸素原として例えば空気も供給される。
【００３４】
燃料電池１１２では、改質ガス中の水素と酸素とが触媒の助けをかりて電気化学反応を起こし、直流電力Ｐdcが生成される。生成された直流電力Ｐdcは、インバータ１１３により、電圧、周波数が商用電力系統２のそれと等しい交流の発電電力Ｐacに変換され、商用電力系統２に系統連系して供給される。燃料電池発電部１１の発電電力Ｐacの値は、発電量制御回路１１５により制御される。
【００３５】
発電量制御回路１１５は、発電電力Ｐacの値が目標値に一致するように燃料電池発電部１１を制御する。発電電力Ｐacの制御は、改質器１１１への燃料ガス供給量の調整、インバータ１１３の出力電流の調整等によって行なわれる。発電電力Ｐacの目標値は、燃料ガス供給量、燃料電池１１２の発電能力、コジェネ電力負荷３の電力需要等の他、後述するような種々の条件を考慮して随時、決定される。
【００３６】
本燃料電池コジェネレーションシステム１は、発電した電力を供給する商用電力系統として、交流１００Ｖと２００Ｖの２種類の電源を得ることが出来る単相３線式の商用電力系統２を想定している。インバータ１１３は、交流１００Ｖの電圧で商用電力系統２に電力を供給する。
商用電力系統２には、コジェネ電力負荷３が接続されている。ただし、このコジェネ電力負荷３は、燃料電池コジェネレーションシステム１が発電した電力を主として使用して動作する負荷、例えば燃料電池コジェネレーションシステム１が設置された一軒の家屋で使用される家電製品による電力負荷を意味している。商用電力系統２は広域に給電を行なう電力系統であるので、図に示したコジェネ電力負荷３以外にも、図示しない多数の一般の電力負荷が接続されている。
【００３７】
コジェネ電力負荷３が消費する電力が、燃料電池発電部１１が発電する発電電力Ｐacを上回る場合には、その不足分は商用電力系統２から供給される。反対にコジェネ電力負荷３が消費する電力が発電電力Ｐacを下回る場合には、余剰の発電電力は商用電力系統２に供給される。
燃料電池発電部１１内の改質器１１１における反応は吸熱反応であり、反応を促進させるための触媒の温度を７００℃前後に維持する必要からバーナによる加熱が行なわれる。従って、その際に排熱が発生する。また、燃料電池１１２においても、水素ガスと酸素ガスとが電気化学反応を起こす際に熱も発生する。
【００３８】
これらの排熱は、熱交換器１１４に導かれ、貯湯槽１２より熱回収水循環ポンプ１３により送り込まれた低温の熱回収循環水と熱交換しこれを温水に変える。温水となった熱回収循環水は貯湯槽１２に戻される。このようにして排熱の持つ熱エネルギーの回収が行なわれる。
【００３９】
熱回収循環水の循環量は、熱回収水循環ポンプ１３の吐出水量を、循環ポンプ制御回路１５により制御することによって行なわれる。循環ポンプ制御回路１５は、貯湯槽１２への温水戻口１２１に近い配管中に挿入した温度検出器１２Ｔ０により検出された温水温度Ｔ０が、所定の温水設定温度Ｔ０refに等しくなるように比例積分制御により熱回収水循環ポンプ１３の吐出水量を制御する。従って、貯湯槽１２に戻る温水温度は、排熱が十分に発生しており、熱回収水循環ポンプ１３がその最低と最高の吐出水量の範囲内で動作している限りにおいては温水設定温度Ｔ０refに等しくなる。その量は、温水設定温度Ｔ０refが一定の場合においては、燃料電池発電部１１の内部で発生する排熱量にほぼ比例した量となる。なお、温水設定温度Ｔ０refの値は、通常の運転状態においては、図示しない操作盤にて設定される給湯温度に等しい値とされる。
【００４０】
熱交換器１１４にて生成された温水は、貯湯槽１２内に一時的に貯湯される。温水は貯湯槽１２の上部に設けられた温水戻口１２１より注入される。熱交換器１１４に供給される熱回収循環水は、貯湯槽１２の底面または底面に近い下部に設けられた冷水口１２２より取り出される。従って、温水は比重の関係で貯湯槽１２内の上部から蓄積され始め、量が増すに従って温水層の厚さが増していく。温水は、貯湯槽１２の上部に設けられた出水口１２３より出て、温水使用機器４に給湯される。給湯により減少した水量は、貯湯槽１２の底面または底面に近い下部に設けられた入水口１２４より市水を供給することで補充されるようになっており、貯湯槽１２内は常に満水の状態に保たれている。
【００４１】
このような構成と動作により、燃料電池発電部１１で発電された発電電力Ｐacはコジェネ電力負荷３に、排熱は温水として温水使用機器４に供給される。しかし、このままでは温水使用機器４の温水使用量が一時的に大きくなった場合には、貯湯槽１２の温水が足りなくなり温水切れ（お湯切れ状態）となったり、給湯温度が低下する不具合状態が生じ得る。また逆に、温水使用量が減少して貯湯槽１２内が温水で満水状態になった場合には、貯湯槽１２内の温水が過熱したり、熱交換器１１４において十分な排熱回収がなされないために燃料電池発電部１１内の各部温度が上昇して発電を継続できないといった事態が起こり得る。
【００４２】
次に、このような温水切れ（お湯切れ）、給湯温度の低下といった事態を、実用上問題のないレベルにまで改善を図る本実施形態の制御方法について説明する。本実施形態の貯湯槽１２の内部には、上部に温度検出器１Ｔ１、中間部に温度検出器１Ｔ２、下部に温度検出器１Ｔ３の３個の温度検出器が取り付けられている。上部の温度検出器１Ｔ１は、出水口１２３とほぼ同じ高さに取り付けられており、上部の温水温度Ｔ１を検出する。下部の温度検出器１Ｔ３は、入水口１２４より僅かに高い位置に取り付けられており、貯湯槽１２の下部の温水温度Ｔ３を検出する。中間部の温度検出器１Ｔ２は、貯湯槽１２のほぼ中間の高さに取り付けられており、中間部の温水温度Ｔ２を検出する。
【００４３】
更に、貯湯槽１２の内部には、温水を補助加熱する電気ヒータ１２Ｈが設けられている。電気ヒータ１２Ｈは、貯湯槽１２内部のほぼ中間の高さ以上の位置であって、温水戻口１２１、出水口１２３よりは下の位置に取り付けられている。この電気ヒータ１２Ｈは、商用電力系統２より電源供給を受ける。電気ヒータ１２Ｈと単相３線式の商用電力系統２との間には、２個のリレー１６ａ、１６ｂからなるヒータ電源切換リレー１６が設けられており、リレー１６ａがＯＮした場合には単相１００Ｖが、リレー１６ｂがＯＮした場合には単相２００Ｖが電気ヒータ１２Ｈに供給されるようになっている。
【００４４】
ヒータ電源切換リレー１６のＯＮ／ＯＦＦは、ヒータ電源切換制御回路１７により制御される。ヒータ電源切換制御回路１７には、前述した３個の温度検出器１Ｔ１、１Ｔ２、１Ｔ３が検出した温水温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３が入力されている。また、燃料電池発電部１１の発電電力Ｐacの値が、図示しない電力計により測定され入力されている。
【００４５】
次に、このヒータ電源切換制御回路１７の制御ロジックについて説明する。図２は、ヒータ電源切換制御回路１７の制御ロジックを説明するフロー図である。先ず、ステップＳ１では、貯湯槽１２内の下部に取り付けられた温度検出器１Ｔ３の検出した温水温度Ｔ３が、給湯する温水の給湯温度Ｔrefより高いか否かを判定する。この給湯温度Ｔrefは、燃料電池コジェネレーションシステム１の図示しない操作盤から設定される。
【００４６】
熱交換器１１４により昇温され貯湯槽１２に戻る温水の温度は、前述したように循環ポンプ制御回路１５によって、その温水設定温度Ｔ０refに制御される。従って、温水設定温度Ｔ０refの値として給湯温度Ｔrefの値を設定すれば、貯湯槽１２内には給湯温度Ｔrefの温水が貯湯されることになる。しかし実際には、貯湯槽１２で貯湯している間に放熱による温度低下が考えられるため、温水設定温度Ｔ０refとしては、給湯温度Ｔrefより若干高めの温度を設定しておくことが望ましい。
【００４７】
検出した下部の温水温度Ｔ３が、給湯温度Ｔref以上である場合にはステップＳ２に移る。下部の温水温度Ｔ３が給湯温度Ｔref以上であることは、貯湯槽１２が給湯温度Ｔref以上の温水で満水状態となっており、貯湯量は十分であることを意味する。従って、この場合は温水を補助加熱する必要はないのでヒータ電源切換リレー１６を全てＯＦＦして、電気ヒータ１２Ｈを無通電状態とする。
【００４８】
ステップＳ１で下部の温水温度Ｔ３が給湯温度Ｔrefより低い場合は、貯湯槽１２の下部は冷水状態であることを意味する。この場合はステップＳ３に移る。ステップＳ３では、貯湯槽１２内の中間部に取り付けられた温度検出器１Ｔ２が検出した温水温度Ｔ２が、給湯温度Ｔrefより高いか否かを判定する。
給湯温度Ｔref以上である場合はステップＳ４に移る。この場合は、貯湯槽１２の中間より上部分は温水でありそれより下部分は冷水の状態となっている。この状態では、温水の量を増して貯湯槽１２全体が温水で満たされる状態に近づける必要がある。
【００４９】
温水の量を増やす手段は２つある。一つは、熱交換器１１４で昇温されて戻ってくる温水により貯湯量が増加するのを待つ方法。二つ目は、電気ヒータ１２Ｈで貯湯槽１２内の水を補助加熱して温水量を増やす方法である。ステップＳ４では、この電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱が必要か否かの判定を行なう。
補助加熱が必要か否かの判定は、燃料電池発電部１１の現在の発電電力Ｐacが、単位時間当たりに所定量の温水を生成するのに必要な温水生成電力Ｐwmin以上であるか否かで行なう。温水生成電力Ｐwminは、その排熱により例えば５０℃の温水を毎分２リットル生成できるようにするために必要な燃料電池発電部１１の発電電力である。
【００５０】
現在の発電電力Ｐacがこの温水生成電力Ｐwmin以上であれば、補助加熱なしに給湯温度Ｔrefに等しい温水が単位時間当たり所定量生成されてくる筈である。これがステップＳ４でＹＥＳと判定される場合である。従って、この場合は当面、補助加熱は不必要と判断し、ステップＳ５に移ってヒータ電源切換リレー１６を全てＯＦＦし、電気ヒータ１２Ｈを無通電状態とする。
【００５１】
ステップＳ４にて現在の発電電力Ｐacが上記温水生成電力Ｐwminより少ないと判定された場合には、ステップＳ６に移る。この場合は、現在の発電電力Ｐacでは排熱量が不足しているために、給湯温度Ｔrefの温水を単位時間当たりに所定量だけ生成することができない。従って、このまま放置しておいたのでは、温水量が減少して温水切れや給湯温度の低下の事態を招くことになる。そこで、ステップＳ６では電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱を行なう。この場合はまだ貯湯槽１２内の半分程度は温水で満たされた状態であり、温水を急速に増加させなけれぱならないという緊急事態ではない。そこで、ヒータ電源切換リレー１６のリレー１６ａをＯＮして単相１００Ｖ電源を電気ヒータ１２Ｈに供給し、低い発熱量で補助加熱を行なわせる。
【００５２】
ステップＳ３にて、貯湯槽１２内の中間部の温水温度Ｔ２が給湯温度Ｔrefより低い場合には、ステップＳ７に移る。ステップＳ７では、貯湯槽１２内の上部に取り付けられた温度検出器１Ｔ１が検出した温水温度Ｔ１が、給湯温度Ｔrefより高いか否かを判定する。高い場合はステップＳ８に移る。
ステップＳ８は、貯湯槽１２の上部に少しだけ温水が残っている状態である。この場合は緊急に温水を増加させる必要があるので、現在の発電電力Ｐacの値に無関係に、電気ヒータ１２Ｈに単相２００Ｖ電源を供給して高い発熱量で補助加熱を行なわせる。そのために、ヒータ電源切換リレー１６のリレー１６ｂをＯＮする。単相２００Ｖの電源を供給した場合には、電気ヒータ１２Ｈの発熱量は単相１００Ｖ電源の場合の４倍となるので、短時間で大量の温水が生成される。
【００５３】
ステップＳ７にて貯湯槽１２内の上部の温水温度Ｔ１が給湯温度Ｔrefより低いと判定された場合は、ステップＳ９に移る。ステップＳ９は、貯湯槽１２の上部も冷水であること、すなわち温水切れ（お湯切れ状態）を意味する。従って、この場合も温水の量を急速に回復させる必要があるため、ステップＳ８と同様にリレー１６ｂをＯＮして単相２００Ｖを電気ヒータ１２Ｈに供給し、高い発熱量で補助加熱を行なわせる。
【００５４】
本実施形態では、このような制御ロジックに従って電気ヒータ１２Ｈの補助加熱の発熱量を制御して温水生成量を増加させるので、燃料電池発電部１１の発電電力Ｐacと温水需要との間にアンバランスがある場合においても、貯湯槽１２の温水切れ、給水温度の低下といった不具合事態が殆ど生じなくなる効果がある。
【００５５】
（第２の実施形態）
本実施形態は、請求項２に記載の発明に対応する実施形態である。図３は、本実施形態の燃料電池コジェネレーションシステム１の全体構成のブロック図と、それに接続される商用電力系統２、コジェネ電力負荷３、温水使用機器４の接続関係を示したものである。なお、第１の実施形態の図１と同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を繰り返さない。
【００５６】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、貯湯槽１２内の温度検出器の取り付け方と、ヒータ電源切換制御回路１７の制御ロジックである。本実施形態の貯湯槽１２内には、上から順に第１の温度検出器２Ｔ１、第２の温度検出器２Ｔ２、第３の温度検出器２Ｔ３、第４の温度検出器２Ｔ４の４個の温度検出器がほぼ等間隔に取り付けられている。各温度検出器が検出した温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、ヒータ電源切換制御回路１７に入力されている。
【００５７】
第１の実施形態では、３個の温度検出器が検出した温度が給湯温度Ｔrefより高いか否かを判定することによって、貯湯槽１２内の温水の量を推定した。本実施形態では、この温水の量の推定をもう少し精度を上げて行なう。そのために、第１の実施形態では、判定のための基準温度が給湯温度Ｔrefの１種類であったのに対して、本実施形態では温水量推定のために第１の基準温度Ｔ１refと第２の基準温度Ｔ２refを設けている。
【００５８】
第１の基準温度Ｔ１refの値は、給湯温度Ｔrefに等しい温度または、これより少し低い温度（例えば、６０℃）に設定する。第２の基準温度Ｔ２refは、第１の基準温度Ｔ１refより少し低く、貯湯槽１２の下部から供給される市水の温度Ｔｃよりは高い温度（例えば、５０℃）に設定する。
そして、前記４つの検出温度Ｔ１〜Ｔ４を、この第１、第２の基準温度Ｔ１ref、Ｔ２refと比較することにより、検出温度に対する重み付けを行なう。例えば、検出した温度Ｔｉ（ｉ＝１〜４）の値が、第１の基準温度Ｔ１ref（６０℃）より高い場合にはその重みａ（Ｔｉ）の値を「２」とし、第１の基準温度Ｔ１ref（６０℃）と第２の基準温度Ｔ２ref（５０℃）の中間にある場合にはその重みａ（Ｔｉ）の値を「１」とし、第２の基準温度Ｔ２ref（５０℃）より低い場合はその重みａ（Ｔｉ）の値を「０」とする。
【００５９】
このような重み付けを検出温度Ｔ１〜Ｔ４のそれぞれについて行い、それらの重みの合計Σａ（Ｔｉ）を計算する。
Σａ（Ｔｉ）＝ａ（Ｔ１）＋ａ（Ｔ２）＋a（Ｔ３）＋ａ（Ｔ４）    （１）式
この値は、例えば検出温度Ｔ１〜Ｔ４が全て第１の基準温度Ｔ１ref（６０℃）より高い（例えば６２℃）場合には、
Σａ（Ｔｎ）＝２＋２＋２＋２＝８                               （２）式
となる。これは、貯湯槽１２内が第１の基準温度Ｔ１ref（６０℃）以上の温水で最下部まで満たされている場合に相当する。
【００６０】
反対に、検出温度Ｔ１〜Ｔ４が全て第２の基準温度Ｔ２ref（５０℃）より低い（例えば２０℃）場合には、
Σａ（Ｔｉ）＝０＋０＋０＋０＝０                               （３）式
となる。これは、貯湯槽１２内が第２の基準温度Ｔ２ref（５０℃）以下の冷水で満たされており、温水切れの状態に相当する。
【００６１】
検出温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４が、例えば６２℃、６０℃、５４℃、２５℃の場合には、
Σａ（Ｔｉ）＝２＋２＋１＋０＝５                               （４）式
となる。これは、貯湯槽１２の約２／３程度が温水で、残りの約１／３が冷水の場合に相当する。
【００６２】
このように、検出した温度Ｔ１〜Ｔ４について上記のような重み付けを行なってその合計を求めると、その合計値Σａ（Ｔｉ）は、貯湯槽１２内の温水量にほぼ比例した数値となる。この合計値Σａ（Ｔｉ）から貯湯槽１２内の温水の割合を推定する評価数値を得るために、この合計値Σａ（Ｔｉ）を、貯湯槽１２内が第１の基準温度Ｔ１ref（６０℃）以上の温水で満水状態である場合の合計値で割って百分率（％）（以下、温水推定割合Ａという。）を求める。
【００６３】
温水推定割合Ａ＝１００×（Σａ（Ｔｉ）／（温水で満水時のΣａ（Ｔｉ）））
ただし、ｉ＝１〜４                                    （５）式
上に述べた例をこの式に当てはめて計算すると、（２）式で合計値が計算される貯湯槽１２内が温水で満水状態の場合には、この温水推定割合Ａの値は１００％。（３）式で合計値が計算される温水切れ状態では温水推定割合Ａの値は０％。（４）式で合計値が計算される温水が約２／３の場合には、温水推定割合Ａの値は６３％となる。このように、（５）式で計算される温水推定割合Ａの数値は、貯湯槽１２内に存在する温水の割合を、かなり良い精度で表わすことが分かる。
【００６４】
本実施形態では、このように検出温度Ｔ１〜Ｔ４に対して前述のような重み付けを行ない、（５）式によって温水推定割合Ａという評価数値を計算する。そして、その値に基づいて貯湯槽１２内の電気ヒータ１２Ｈの発熱量をヒータ電源切換制御回路１７によって制御する。
【００６５】
次に、このヒータ電源切換制御回路１７の制御ロジックを図４の制御フローを参照しながら説明する。最初のステップＳ１０では、検出温度Ｔ１〜Ｔ４のそれぞれの値に対して先に説明した重み付けを行い、評価数値である温水推定割合Ａの値を（５）式により計算する。
【００６６】
続くステップＳ１１では、求めた温水推定割合Ａが所定の第１の温水割合基準値Ａ１ref以上であるか否かを判定する。この第１の温水割合基準値Ａ１refは、例えば９５％である。温水推定割合Ａの値が第１の温水割合基準値Ａ１ref（９５％）以上である場合は、貯湯槽１２内の温水の量が十分であると推定してステップＳ１２に移る。この場合、温水の量は十分で補助加熱を必要としないので、ステップＳ１２ではヒータ電源切換リレー１６を全てＯＦＦし、電気ヒータ１２Ｈを無通電状態とする。
【００６７】
ステップＳ１１で温水推定割合Ａの値が、第１の温水割合基準値Ａ１refより小さい場合はステップＳ１３に移る。ステップＳ１３では、温水推定割合Ａの値が所定の第２の温水割合基準値Ａ２refより大きいか否かを判定する。この第２の温水割合基準値Ａ２refは、先の第１の温水割合基準値Ａ１refよりは小さい値で、例えば４０％である。
温水推定割合Ａの値が第２の温水割合基準値Ａ２ref以上の場合は、ステップＳ１４に移る。この場合は、貯湯槽１２内の温水の量は、第１の温水割合基準値Ａ１refと第２の温水割合基準値Ａ２refとの間（４０〜９５％）であると推定される。すなわち、貯湯量は中間状態と推定される。この状態では、温水の量を増して貯湯槽１２全体が温水で満たされる状態に近づける必要がある。
【００６８】
温水の量を増す手段は第１の実施形態の場合と同様に２つある。一つは、熱交換器１１４で昇温されて戻ってくる温水により貯湯量が増加するのを待つ方法。二つ目は、電気ヒータ１２Ｈで貯湯槽１２内の水を補助加熱して温水量を増やす方法である。
そこで、ステップＳ１４では、この電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱が必要か否かの判定を行なう。補助加熱が必要か否かの判定は、第１の実施形態の場合と同様に、燃料電池発電部１１での現在の発電電力Ｐacが、単位時間当たりに所定量の温水を生成するのに必要な温水生成電力Ｐwmin以上であるか否かで行なう。温水生成電力Ｐwminは、その排熱により例えば５０℃の温水を毎分２リットル生成できるようにするために必要な燃料電池発電部１１の発電電力である。
【００６９】
現在の発電電力Ｐacがこの温水生成電力Ｐwmin以上であれば、補助加熱なしに給湯温度Ｔrefに等しい温水が単位時間当たり所定量生成されてくる筈である。これがステップＳ１４でＹＥＳと判定される場合である。従って、この場合は当面、補助加熱は不必要と判断し、ステップＳ１５に移ってヒータ電源切換リレー１６を全てＯＦＦし、電気ヒータ１２Ｈを無通電状態とする。
【００７０】
ステップＳ１４にて現在の発電電力Ｐacが上記温水生成電力Ｐwminより少ないと判定された場合には、ステップＳ１６に移る。この場合は、現在の発電電力Ｐacでは排熱量が不足しているために、給湯温度Ｔrefの温水を単位時間当たりに所定量だけ生成することができない。従って、このまま放置しておいたのでは、温水量が減少して温水切れや給湯温度の低下の事態を招くことになる。
【００７１】
そこで、ステップＳ１６では電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱を行なう。この場合はまだ貯湯槽１２内に相当程度、温水が残っており、温水を急速に増加させなけれぱならない緊急事態ではない。そこで、ヒータ電源切換リレー１６のリレー１６ａをＯＮすることにより単相１００Ｖ電源を電気ヒータ１２Ｈに供給して、低い発熱量で補助加熱を行なわせる。
【００７２】
ステップＳ１３にて、温水推定割合Ａの値が所定の第２の温水割合基準値Ａ２refより小さいと判定された場合は、ステップＳ１７に移る。ステップＳ１７では、温水推定割合Ａの値が所定の第３の温水割合基準値Ａ３ref以上であるか否かを判定する。この所定の第３の温水割合基準値Ａ３refは、先の第２の温水割合基準値Ａ２refより更に小さい値で、例えば１５％である。第３の温水割合基準値Ａ３ref以上である場合は、ステップＳ１８に移る。
【００７３】
ステップＳ１８では、貯湯槽１２内の温水の量が、第３の温水割合基準値Ａ３ref以上で第２の温水割合基準値Ａ２ref以下（１５〜４０％の間）であると推定される。すなわち、温水の残量が少ないと判断される。この場合は、緊急に温水を増加させる必要があるので、現在の発電電力Ｐacの値に無関係に、電気ヒータ１２Ｈに単相２００Ｖを供給し、高い発熱量で補助加熱を行なわせる。そのために、ヒータ電源切換リレー１６のリレー１６ｂをＯＮし、単相２００Ｖの電源を供給して温水の量を急速に回復させる操作を行なう。単相２００Ｖの電源を供給した場合には、電気ヒータ１２Ｈの発熱量は単相１００Ｖ電源の場合の４倍となるので、単位時間当たりの温水生成量が大幅に高まる。
【００７４】
ステップＳ１７にて、温水推定割合Ａの値が所定の第３の温水割合基準値Ａ３refより小さいと判定された場合には、ステップＳ１９に移る。ステップＳ１９では、温水の残量が第３の温水割合基準値Ａ３ref（１５％）以下であり温水切れ状態であると判断される。従って、この場合も温水の量を急速に回復させる必要があるため、ステップＳ１８と同様にヒータ電源切換リレー１６のリレー１６ｂをＯＮして単相２００Ｖを電気ヒータ１２Ｈに供給し、高い発熱量で補助加熱を行なわせる。
【００７５】
このような制御ロジックに従ってヒータ電源切換制御回路１７にヒータ電源切換リレー１６を制御させて補助加熱を行なうことで、貯湯槽１２の温水切れ、給水温度の低下といった事態を、実用上問題のないレベルにまで改善することが可能になる。
なお、本実施形態では、貯湯槽１２内に４個の温度検出器を取り付けたが、この温度検出器の個数を更に増やして実施してもよい。一般に、温度検出器の個数を増やした方が、温水割合推定の精度は向上する。温度検出器をｎ個にした場合、温水推定割合Ａは次式で計算される。
【００７６】
温水推定割合Ａ＝１００×（Σａ（Ｔｉ）／（温水で満水時のΣａ（Ｔｉ）））
ただし、ｉ＝１〜ｎ                                    （６）式
また、温水推定割合Ａに対する第１の温水割合基準値Ａ１ref、第２の温水割合基準値Ａ２ref、第３の温水割合基準値Ａ３refについては、変数化して可変できるようにしておくとよい。そのようにしておけば、温水使用機器４での温水利用状況、季節的要因、あるいは時間的要因により適宜、これらの値を設定変更することで、その時の実状にあった最適な温水生成制御を行なうことが可能になる。
【００７７】
例えば、夏期等、比較的温水需要が少ない時期には、第１の温水割合基準値Ａ１ref、第２の温水割合基準値Ａ２ref、第３の温水割合基準値Ａ３refの値を小さい値に設定変更することで、電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱を少なくする（無通電状態を増やす）ことが可能になる。
【００７８】
（第３の実施形態）
本実施形態は、請求項３に記載の発明に対応する実施形態である。本実施形態は、貯湯槽１２内の温水量の推定を第１、第２の実施形態の場合よりも一層精密に行なう実施形態である。
【００７９】
本実施形態の燃料電池コジェネレーションシステムの構成は、貯湯槽１２内の温度検出器の構成を除いて、第１、第２の実施形態の図１、図３に示した燃料電池コジェネレーションシステム１と同じである。燃料電池コジェネレーションシステム１の外部機器の構成も同じである。従って、それら同じ部分については図１を参照することとし説明を繰り返さない。
【００８０】
図５に本実施形態における貯湯槽１２の構成を示す。本実施形態では、貯湯槽１２内の温水の割合を、温水の持つ総熱量を計算して推定する。ヒータ電源切換制御回路１７が行なうその推定計算方法について説明する。
貯湯槽１２内の温水を水平面で切ってｎ個に分割し、温水がｎ個の層から成り立っていると考える。このｎ分割は等分割が望ましい。各層の厚さを上から順にｄ１、ｄ２、−−、ｄｎとする。温度検出器は、各層の中間高さ位置に上から順に３Ｔ１、３Ｔ２、−−、３Ｔｎのｎ個が取り付けられている。それらの温度検出器が検出した温度Ｔ１、Ｔ２、−−、Ｔｎは、図１に示したヒータ電源切換制御回路１７に入力されている。
【００８１】
貯湯槽１２の下部の入水口１２４より供給される市水（冷水）の温度をＴｃとする。この市水温度Ｔｃは、温度検出器を取り付けて測定することが望ましいが、その温度が一定している場合には定数として扱ってもよい。その値は、ヒータ電源切換制御回路１７に入力される。貯湯槽１２に供給された市水は、熱交換器１１４における熱交換や、電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱によって熱エネルギーを吸収して温水となり、貯湯槽１２内に貯湯されると共に出水口１２３より出て外部の温水使用機器４に供給される。
【００８２】
市水が、このような熱交換器１１４における熱回収と電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱により吸収した熱量の内、温水の形で貯湯槽１２内に残っている熱量（以下、増分熱量ＱＴという。）は、次式で近似計算できる。
ＱＴ＝Σ（（Ｔi−Ｔｃ）・Ｓ・ｄi）  ，    i＝１〜ｎ                （７）式
ここで、Ｓは貯湯槽１２内部の断面積で、その値は一定と仮定している。
【００８３】
貯湯槽１２内が、給湯温度Ｔrefの温水で満水状態の場合の増分熱量ＱＴをＱＴ´とすると、その値は次式で計算される。
ＱＴ´＝Σ（（Ｔref−Ｔｃ）・Ｓ・ｄi）  ，  i＝１〜ｎ              （８）式
また、貯湯槽１２内に温水が全く存在しない場合、即ち、温水切れの状態では、検出温度Ｔiは全て冷水温度Ｔｃに等しくなるため、増分熱量ＱＴはゼロとなる。
【００８４】
これらのことから、給湯温度Ｔrefに等しい温度の温水で満水時の増分熱量ＱＴ´に対する（７）式で計算される増分熱量ＱＴの割合Ｒは、貯湯槽１２内の温水の占める割合を表わしていると考えることができる。すなわち、次式で計算されるＲは、温水割合を表わしていると推定される。
Ｒ＝１００×ＱＴ／ＱＴ´
＝１００×（ Σ（（Ｔi−Ｔｃ）・ｄi））／ Σ（（Ｔref−Ｔｃ）・ｄi）
ただし、i＝１〜ｎ                                             （９）式
例えば、（９）式による温水推定割合Ｒの値は、貯湯槽１２内が給湯温度Ｔrefの温水で満水の場合には１００％、温水切れの場合には０％となる。
【００８５】
因みにｎ層を全て同じ厚さとした場合には、（９）式の温水推定割合Ｒの値は次のように計算される。
Ｒ＝１００×（ Σ（Ｔi−Ｔｃ））／ ｎ／（Ｔref−Ｔｃ）            （１０）式
（Σ（Ｔi−Ｔｃ））／ ｎ は平均の温度上昇、（Ｔref−Ｔｃ）は市水温度Ｔｃから給湯温度Ｔrefまでの温度上昇である。従って、温水推定割合Ｒは、給湯温度Ｔrefまでの温度上昇に対する現在の平均の温度上昇の割合を表わしていると言える。
【００８６】
ヒータ電源切換制御回路１７は、（９）式で計算した温水推定割合Ｒの値に基づいてヒータ電源切換リレー１６を切り換えて電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱の発熱量を制御する。その制御ロジックを図６に示す。その制御ロジックは、第２の実施形態の場合の図４の制御ロジックにおける温水推定割合Ａを、（９）式で計算した温水推定割合Ｒに置き換えただけであるので説明を省略する。
【００８７】
本実施形態における貯湯槽１２内の温水量の推定ロジックは、第１、第２の場合の推定法よりも精密であるので、貯湯槽１２の温水切れ、給水温度の低下といった事態をより効果的に、実用上問題のないレベルにまで改善することができる。
【００８８】
（第４の実施形態）
本実施形態は、請求項４に記載の発明に対応する実施形態である。本実施形態は、前記第２、第３の実施形態において、ヒータ電源切換制御回路１７による電気ヒータ１２Ｈの制御中に、貯湯槽１２内の温水の量が大量給湯によって急減した場合の処置を追加した実施形態である。
【００８９】
ヒータ電源切換制御回路１７に追加される新たな制御フローを図７に示す。最初のステップＳ２０では、温水の急減が生じているか否かを知らせる温水急減フラグＦｄを設け、最初にそのフラグをＯＦＦしておく。続くステップＳ２１では、現在の温水推定割合を計算する。現在の温水推定割合の計算は、本実施形態を第２の実施形態に追加して実施する場合には（５）式によって推定し、第３の実施形態に追加する場合には（９）式によって推定する。推定した値は第２の実施形態に適用する場合にはＡ（ｔ）として、第３の実施形態の場合にはＲ（ｔ）として記憶する。なお、図７では便宜上、第２の実施形態の場合を想定してＡ（ｔ）と記載してある。
【００９０】
続くステップＳ２２では、所定時間Δtだけ待機する。Δt時間経過後、ステップＳ２３に移り、再び温水推定割合Ａを計算し、その値をＡ（ｔ＋Δｔ）（第３の実施形態の場合はＲ（ｔ＋Δｔ））として記憶する。
続くステップＳ２４では、Ａ（ｔ）−Ａ（ｔ＋Δｔ）  の値を計算し、その値が所定の値Ｋ１より大きいか否かを判定する。Ａ（ｔ）−Ａ（ｔ＋Δｔ）がＫ１より大きい場合に急減状態と判定する。所定値Ｋ１は、温水急減か否かを判定する基準の数値であり、燃料電池コジェネレーションシステム１の温水生成能力、貯湯槽１２の容量等を考慮して決定しておく。
【００９１】
温水急減と判定された場合は、ステップＳ２５に移り温水急減フラグＦｄをＯＮする。温水急減でない場合には、ステップＳ２６に移り温水急減フラグＦｄをＯＦＦする。
続くステップＳ２７では、温水推定割合Ａ（ｔ＋Δｔ）の値を温水推定割合Ａ（ｔ）に移し替える。そしてステップＳ２２に戻り、再び温水の急減現象が生じているか否かの判定を繰り返す。
【００９２】
次に、このような温水急減をも考慮に入れたヒータ電源切換制御回路１７の制御ロジックを説明する。図８は、第２の実施形態である図４の制御フローに、温水急減を考慮した修正を加えたものである。図８の制御フローは、図４の制御フローにステップＳ１３ａ、Ｓ１３ｂを新たに追加した点が異なるのみでその他の部分は同じである。図７の制御フローと図８の制御フローとは並行して処理される。
【００９３】
ステップＳ１３において、温水推定割合Ａの値が第２の温水割合基準値Ａ２ref以上である場合にはステップＳ13ａに移り、温水急減フラグＦｄがＯＮであるか否かを判定する。ＯＮになっていない場合には、図４の場合と同じようにステップＳ１４以降の処理を実行する。
温水急減フラグＦｄがＯＮであった場合には、ステップＳ１３ｂに移る。ステップＳ１３ｂでは、温水急減状態に対処して温水を急増させるために電気ヒータ１２Ｈに対して単相２００Ｖの給電を行なう。単相２００Ｖ給電を行なえば大きな発熱量によって単位時間当たりの温水生成量が増加し、温水急減に対処することができる。
【００９４】
図９は、第３の実施形態である図６の制御ロジックに、温水急減を考慮した修正を加えたものである。図９の制御フローも図８の場合と同様に図６の制御フローにステップＳ１３ａ、Ｓ１３ｂを追加した点が異なるのみで、その他の部分は同じであるので説明は省略する。
このように本実施形態では、温水の急激な減少が生じているか否かを検出し、急減が生じている場合には貯湯槽１２内の貯湯量が少なくなるのを待たずに、直ぐさま単相２００Ｖ電源を使用して補助加熱を行なう。従って、貯湯槽１２内の温水が無くなる温水切れ、あるいは給湯温度の低下といった不具合状態を未然に防ぐことができる。
【００９５】
（第５の実施形態）
本実施形態は、請求項５に記載の発明に対応する実施形態である。本実施形態は、前記第２〜第４の実施形態において、貯湯槽１２内が温水で満水と判定された場合に追加の制御を実施する実施形態である。図１０は、第２〜第４の実施形態に追加して実施される制御フローである。この制御フローは、図１あるいは図３中の発電量制御回路１１５にて実施される制御フローである。
【００９６】
最初のステップＡ１では、燃料電池発電部１１の発電電力Ｐacの目標値を通常の値としている。この通常の値は、燃料電池発電部１１が通常の運転状態にある場合の目標値であり、貯湯槽１２内が温水で満水となっていない状態における目標値である。この通常の値は、燃料電池発電部１１の設備能力の他、コジェネ電力負荷３の電力需要量なども考慮に入れて決められる。発電量制御回路１１５は、燃料電池発電部１１の発電電力Ｐacの値がこの目標値に一致するように、改質器１１１への燃料ガス供給量、インバータ１１３の出力電流等を制御する。
【００９７】
続くステップＡ２では、貯湯槽１２内が温水で満水状態であるか否かを判定する。この判定は、第２の実施形態の場合には（５）式で計算した温水推定割合Ａの値が、図４の制御フローにおける所定の第１の温水割合基準値Ａ１refより大きい所定の基準値Ａ１ref´以上であるか否かにより行なう。
第３の実施形態の場合には、（９）式で計算した温水推定割合Ｒの値が、図６の制御フローにおける所定の第１の温水割合基準値Ａ１refより大きい所定の基準値Ａ１ref´以上であるか否かにより行なう。
【００９８】
第４の実施形態は、第２、第３の実施形態の変形実施形態であり、温水で満水状態であるか否の判定基準は、第２、第３の実施形態の場合と同じである。
熱交換器１１４にて熱交換して貯湯槽１２に戻る温水の温度１２Ｔ０は、循環ポンプ制御回路１５により熱回収水循環ポンプ１３の吐出水量を比例積分制御することで、温水設定温度Ｔ０ref（循環ポンプ制御回路１５への入力設定温度）に制御される。この温水設定温度Ｔ０refは、前に述べたように通常運転状態では指定された給湯温度Ｔrefに等しい値、又はそれよりも若干高い温度に設定されている。
【００９９】
貯湯槽１２の下部の冷水口１２２より熱交換器１１４に供給される熱回収循環水の温度が、温水設定温度Ｔ０refに近づいた場合には、熱交換器１１４において吸収しなければならない熱量は少なくて済むため、熱回収循環水が熱交換器１１４内を通過する時間は短くてよい。従ってその場合には、熱回収水循環ポンプ１３の吐出水量は増大し、貯湯槽１２に戻る温水の量は増大する。
【０１００】
ステップＡ２で貯湯槽１２内が温水で満水と判定される状態では、冷水口１２２から熱交換器１１４に供給される熱回収循環水の温度は、殆ど温水設定温度Ｔ０refに等しくなるため、熱回収水循環ポンプ１３の吐出水量は最大となる。この状態においても、なお燃料電池発電部１１で発生した排熱が熱交換器１１４に供給され続けると、貯湯槽１２に戻る温水の温度は、温水設定温度Ｔ０ref以上、即ち、給湯温度Ｔref以上となり過熱状態になってしまう。ここで給湯温度Ｔrefより高い温度の温水が温水使用機器４に供給されることは、事故につながるために絶対に避けなければならない。
【０１０１】
また、熱交換器１１４に供給される熱回収循環水の温度が上昇すると、燃料電池発電部１１で発生した排熱が除去されにくくなるため、燃料電池発電部１１の各部の温度が上昇して正常な運転を継続できなくなる事態に至る危険がある。
こうした危険な事態を避けるために、貯湯槽１２が温水で満水状態と判定された場合には、次のステップＡ３において、発電電力Ｐacの目標値を設備の最低の発電電力Ｐacminに設定変更する。この設備の最低の発電電力Ｐacminとは、燃料電池発電部１１が運転を継続することができる最低の発電電力である。これにより熱交換器１１４において熱回収循環水に与えられる単位時間当たりの熱量が最低の値に減少するため、貯湯槽１２に戻る温水の温度が温水設定温度Ｔ０ref以上になる事態が生じにくくなる。同時に燃料電池発電部１１の各部の温度上昇も少なくなる。
【０１０２】
なお、ステップＡ２において貯湯槽１２内が温水で満水状態と判定される場合は、図４、図６の制御フローにおいて、貯湯量十分と判定される場合でもあるので、電気ヒータ１２Ｈは無通電状態となっている。
ステップＡ４では、この最低の発電電力Ｐacminの状態のまま所定の時間Δｔ１だけ待機する。Δｔ１時間経過後、ステップＡ５にて再びステップＡ２と同じようにして貯湯槽１２内が温水で満水状態か否かの判定を行なう。
【０１０３】
そして、判定の結果、なおも温水で満水状態であった場合には、ステップＡ６に移り発電電力Ｐacの目標値をゼロにして燃料電池発電部１１の発電を停止させる。これにより、熱交換器１１４に供給される熱量が速やかにゼロに減少するため、貯湯槽１２内の温水が過熱状態となることが避けられる。
ステップＡ２及びステップＡ５にて温水で満水状態でないと判定された場合には、ステップＡ１に戻り通常の運転状態を続ける。
【０１０４】
このように本実施形態では、貯湯槽１２内が温水で満水状態と判定された場合には、燃料電池発電部１１の発電電力Ｐacを運転継続可能な最低レベルに下げて暫く様子をみる。そのような状態を暫く維持してもなお温水で満水の状態が継続していた場合には、燃料電池発電部１１の発電を停止させる。このようにして熱交換器１１４に供給される排熱量を減少させるため、貯湯槽１２内の温水が過熱状態となることが防止される。また燃料電池発電部１１内の各部の温度が異常に上昇することが避けられる。
【０１０５】
（第６の実施形態）
本実施形態は、請求項６及び７に記載の発明に対応する実施形態である。本実施形態は、第１〜第５の実施形態に対して電力逆潮流状態にならないような制御を追加した実施形態である。即ち、燃料電池発電部１１の発電電力Ｐacが、コジェネ電力負荷３と電気ヒータ１２Ｈにおいて消費される電力の合計を上回って、余剰の差電力が商用電力系統２に供給されることがないようにする制御を追加した実施形態である。
【０１０６】
この電力逆潮流防止の制御を行なうために、図１、図３の構成図において、商用電力系統２から燃料電池コジェネレーションシステム１およびコジェネ電力負荷３に向けて供給されている電力（以下、受電電力Ｐｒという。）を電力計（図示せず。）にて測定する。電力逆潮流防止の制御は、この受電電力Ｐｒの値がマイナスにならないように、また反対に大き過ぎて買電量が増えることもないように、所定の小さな目標値Ｐrminに近い値に制御することで行なう。
【０１０７】
受電電力Ｐｒの値を所定の小さな目標値Ｐrminに近い一定値に維持するためには、コジェネ電力負荷３の消費電力Ｐｌの変動分を、燃料電池発電部１１の発電電力Ｐacの値を調整して吸収する必要がある。このような制御を実現するために、本実施形態では、発電量制御回路１１５により制御される発電電力Ｐacの目標値Ｐacrefの値を、図１１に示すような回路で調整する。
【０１０８】
図１１の制御回路では、上記受電電力目標値Ｐrminと受電電力Ｐｒとの偏差を減算回路５０で算出し、その偏差を比例積分演算回路５１にて比例積分演算する。そして、その演算結果Ｐac´を、次のリミッタ回路５２を通すことで上限、下限を制限し、その値を発電電力目標値Ｐacrefとする。発電量制御回路１１５は、発電電力Ｐacがその発電電力目標値Ｐacrefに等しくなるように燃料電池発電部１１を制御する。
【０１０９】
ここで、リミッタ回路５２の上限値Ｐacmaxは、燃料電池発電部１１の最大定格発電電力であり、下限値Ｐacminは最小定格発電電力、即ち、燃料電池発電部１１が運転を継続できる最低の発電電力である。
比例積分演算回路５１の比例積分演算の比例定数は符号がマイナスにしてあり、その演算結果Ｐac´は、受電電力Ｐｒが受電電力目標値Ｐrminより大きい時に値が増大する。演算結果Ｐac´が増大すると、発電電力目標値Ｐacrefが増大して発電電力Ｐacが増大する。コジェネ電力負荷３の消費電力Ｐｌがその間一定であると、受電電力Ｐｒは減少して受電電力目標値Ｐrminに近づく。
【０１１０】
逆に、受電電力Ｐｒが受電電力目標値Ｐrminより小さい時には、発電電力目標値Ｐacrefが減少して発電電力Ｐacも減少する。コジェネ電力負荷３の消費電力Ｐｌがその間一定であると、受電電力Ｐｒは増大して受電電力目標値Ｐrminに近づく。このような調整作用により、受電電力Ｐｒは常に受電電力目標値Ｐrminに近づく方向に制御される。
しかし、ここで問題になるのは、コジェネ電力負荷３の消費電力Ｐｌが非常に少なくなった場合である。受電電力Ｐｒ、発電電力Ｐac、コジェネ電力負荷３の消費電力Ｐｌ、電気ヒータ１２Ｈの消費電力Ｐｈの間には次の関係がある。
【０１１１】
Ｐｒ＋Ｐac＝Ｐｌ＋Ｐｈ                                            （１１）式
ここで、電気ヒータ１２Ｈの消費電力Ｐｈがゼロの状態である時に、消費電力Ｐｌが急激に減少した場合を考える。この場合、左辺の供給電力（Ｐｒ＋Ｐac）は急激に減少しなければならない。
ところで、燃料電池発電部１１の発電電力Ｐacは、急激には減少させることができない。なぜなら、発電電力Ｐacを減らす場合には燃料電池１１２での直流発電電力Ｐdcを減少させないと意味がない。直流発電電力Ｐdcを減らすには、改質器１１１への燃料ガスの供給量を減少させ燃料電池１１２への改質ガス供給量を減らし、燃料電池１１２内での電気化学反応を弱める必要があるが、これらの運転状態の変更は急激には行なえないからである。
【０１１２】
このため、消費電力Ｐｌが急減した場合には、受電電力Ｐｒの方が急減する。受電電力Ｐｒが減少すると、前述した図１１の制御により発電電力目標値Ｐacrefが減少し、発電電力Ｐacも減少に向かうが、その減少速度は上述したように遅い速度である。更に、発電電力目標値Ｐacrefの値は、リミッタ回路５２の下限値Ｐacmin以下には低下しない。従って、消費電力Ｐｌが燃料電池発電部１１の最低発電電力Ｐacminを下回った場合や、下回らなくても急激に減少した場合には、受電電力Ｐｒがマイナスになる場合があり得る。即ち、電力逆潮流状態が生じ得る。
【０１１３】
このようにコジェネ電力負荷３の消費電力Ｐｌが大幅に減少した場合、あるいは急減した場合に電力逆潮流状態を生じさせない手段としては、電気ヒータ１２Ｈの消費電力Ｐｈを増加させて受電電力Ｐｒを増加させるか、燃料電池発電部１１の発電を停止させて消費電力Ｐｌの全てを受電電力Ｐｒで賄うことが考えられる。本実施形態では、前述した図１１の制御方式により発電電力目標値Ｐacrefを調整することに加えて、この電気ヒータ１２Ｈの消費電力Ｐｈを増加させることと、燃料電池発電部１１の発電停止という手段を講ずる。
【０１１４】
次に、この電気ヒータ１２Ｈの消費電力Ｐｈを増加させる制御と燃料電池発電部１１の発電停止の制御方法について説明する。図１２は、本実施形態を実施するために発電量制御回路１１５がこれまでの制御ロジックに追加して行なう制御フローである。
最初のステップＢ１では１００Ｖ給電フラグＦ１を設け、これをＯＦＦにする。続くステップＢ２では、商用電力系統２の受電電力Ｐｒと所定の第１の基準電力Ｐｒ１との大小関係を判定する。ここで第１の基準電力Ｐｒ１は、コジェネ電力負荷３の消費電力Ｐｌがもう少し減少したならば受電電力Ｐｒがマイナスとなる、即ち、電力逆潮流状態となってしまうという危険水準の電力値である。
【０１１５】
第１の基準電力Ｐｒ１以下であると判定された場合には、ステップＢ３に移り、燃料電池発電部１１の発電を停止させる。燃料電池発電部１１の発電を停止させれば、コジェネ電力負荷３の消費電力Ｐｌは全て商用電力系統２の受電電力Ｐｒにより賄われるため、受電電力Ｐｒがマイナスとなることはなく電力逆潮流状態の発生は防止される。発電停止後はステップＢ１に戻り、１００Ｖ給電フラグＦ１をＯＦＦして、受電電力Ｐｒのレベルチェックを繰り返す。
【０１１６】
ステップＢ２において、受電電力Ｐｒが所定の第１の基準電力Ｐｒ１以上であると判定された場合はステップＢ４に移る。ステップＢ４では、燃料電池発電部１１が停止中であれば発電を再開し、発電中であれば発電を継続する。
続く、ステップＢ５では、受電電力Ｐｒと所定の第２の基準電力Ｐｒ２との大小関係を判定する。ここで、第２の基準電力Ｐｒ２は、燃料電池発電部１１の発電を直ちに停止しなけれはならない程に差し迫ってはいないが、かなり危険なレベルにまで受電電力Ｐｒが低下していると判断できる電力値である。
【０１１７】
第２の基準電力Ｐｒ２未満である場合にはステップＢ６に移り、前記１００Ｖ給電フラグＦ１をＯＮしてステップＢ２に戻る。そして受電電力Ｐｒのレベルチェックを繰り返す。第２の基準電力Ｐｒ２以上である場合は、電力逆潮流状態となる危険性は低いため、ステップＢ１に戻り１００Ｖ給電フラグＦ１をＯＦＦして、受電電力Ｐｒのレベルチェックを繰り返す。
【０１１８】
次に、ステップＢ６にてＯＮした１００Ｖ給電フラグＦ１の効果について説明する。この１００Ｖ給電フラグＦ１のＯＮ／ＯＦＦ状態は、ヒータ電源切換制御回路１７が電気ヒータ１２Ｈの補助加熱電力を制御するフローの中でチェックされ、それにより制御フローの切り換えが行なわれる。従って、１００Ｖ給電フラグＦ１のＯＮ／ＯＦＦ状態は、ヒータ電源切換制御回路１７に知らされる（図１、図３には図示せず。）。
【０１１９】
図１３は、第４の実施形態におけるヒータ電源切換制御回路１７の制御フロー図（図８）に、本実施形態の制御を追加したものである。なお、図８の制御フローは、第２の実施形態である図４の制御フローに第４の実施形態の制御を追加したものであり、第２の実施形態のみに本実施形態を追加する場合には、図１３の制御フローの中のステップＳ１３ａとＳ１３ｂを除けばよい。
【０１２０】
図１３のフロー図が図８の制御フロー図と異なる点は、ステップＳ１１ａ、Ｓ１１ｂ、Ｓ１３ｃ、Ｓ１３ｄが追加されている点である。ステップＳ１１において、温水推定割合Ａの値が第１の温水割合基準値Ａ１ref以上と判定された場合には、まずステップＳ１１ａにて前記１００Ｖ給電フラグＦ１がＯＮであるか否かを判定する。そして、ＯＦＦであっ場合には、図８の場合と同様のステップＳ１２に移行して電気ヒータ１２Ｈを無通電状態とする。
【０１２１】
一方、１００Ｖ給電フラグＦ１がＯＮであった場合には、ステップＳ１１ｂに移行して電気ヒータ１２Ｈを単相１００Ｖ電源で給電する。１００Ｖ給電フラグＦ１がＯＮにされるのは、図１２の制御フローにおいて、受電電力Ｐｒの値が第１の基準電力Ｐｒ１以上であり第２の基準電力Ｐｒ２よりは小さい場合であった。即ち、燃料電池発電部１１の発電を直ちに停止しなけれはならない程ではないが、電力逆潮流状態が起こるかもしれないかなり危険なレベルにまで受電電力Ｐｒが低下している場合であった。従って、このような場合に、ステップＳ１１ｂにおいて電気ヒータ１２Ｈを単相１００Ｖ電源で給電すれば、受電電力Ｐｒが増加して電力逆潮流状態が生ずる危険性が減少することになる。
【０１２２】
ステップＳ１３ｃ、Ｓ１３ｄを追加した理由も同様で、ステップＳ１３ａにてＮＯの判定がされた場合には、直ちにステップＳ１４に移行するのではなく、その前にステップＳ１３ｃにて前記１００Ｖ給電フラグＦ１がＯＮであるか否かを判定する。そして、ＯＮであっ場合には、ステップ１３ｄに移行して電気ヒータ１２Ｈに単相１００Ｖを給電する。このようにすれば、上記ステップＳ１１ｂの場合と同様に、受電電力Ｐｒの値が増加して電力逆潮流状態が生ずる危険性を減少させることができる。
【０１２３】
図１４は、第４の実施形態のヒータ電源切換制御回路１７の他の制御フロー図（図９）に本実施形態の制御を追加した制御フロー図である。なお、この図９の制御フローは、第３の実施形態である図６の制御フローに第４の実施形態の制御を追加したものである。この図１４の制御フロー図は、図１３の制御フロー中の（５）式で計算した温水推定割合Ａを（９）式で計算した温水推定割合Ｒに置き換えた点が異なるのみであるので、説明は省略する。
【０１２４】
図１５は、第１の実施形態のヒータ電源切換制御回路１７の制御フロー図（図２）に本実施形態の制御を追加した制御フロー図である。図２の制御フローと異なる点は、ステップＳ３ａ、Ｓ３ｂが追加してある点である。ステップＳ３にてＹＥＳの判定がなされた場合には、直ちにステップＳ４に移行するのではなく、その前にステップＳ３ａにて前記１００Ｖ給電フラグＦ１がＯＮであるか否かを判定する。そして、ＯＮであっ場合には、ステップ３ｂに移行して電気ヒータ１２Ｈに単相１００Ｖを給電する。このようにすれば、受電電力Ｐｒの値が増加して電力逆潮流状態が生ずる危険性が減少することになる。
【０１２５】
このように本実施形態では、電力逆潮流状態が生じないように、しかも受電電力Ｐｒが少なくなるように、図１１の制御ロジックによって燃料電池発電部１１の発電電力目標値Ｐacrefを決定して発電電力Ｐacを制御する。その上で、更に受電電力Ｐｒの値を監視し、その値が第１の基準電力Ｐｒ１よりは大きく第２の基準電力Ｐｒ２よりは小さい場合には、電気ヒータ１２Ｈを少なくとも１００Ｖで給電して受電電力Ｐｒを増加させ、電力逆潮流状態が起こる危険性を減少させる。そのようにしてもなお受電電力Ｐｒが減少して電力逆潮流状態が生じかけた場合には、燃料電池発電部１１の発電を停止させて、全ての電力を受電電力Ｐｒで賄うようにする。このように燃料電池発電部１１の発電電力Ｐac及び電気ヒータ１２Ｈでの消費電力を調整するので、受電電力Ｐｒがマイナスになる危険性は殆ど無くなり、電力逆潮流状態の発生が効果的に防止される。
【０１２６】
（第７の実施形態）
本実施形態は、請求項８に記載の発明に対応する実施形態である。本実施形態は、第１〜第６の実施形態において、電気ヒータ１２Ｈに２００Ｖを供給して補助加熱する場合に、季節別、時間帯別の受電電力単価を考慮に入れる点を追加した実施形態である。
一般に受電電力の料金単価は、電力を使用する時間帯、季節帯により異なる。燃料電池コジェネレーションシステム１での発電電力の不足分を補うための受電電力Ｐｒは、電力料金単価が高い時間帯、季節帯においては、その使用量は最小限に抑えることが望ましい。反面、受電電力Ｐｒを余り少なくし過ぎると、電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱が不十分となって温水切れ、給湯温度の低下といった不具合が生ずる他、電力逆潮流状態となることもあり得る。
【０１２７】
そこで、本実施形態においては、補助加熱を優先するか、即ち、温水切れ、給湯温度低下を回避することを優先するか、あるいは電気料金が安くなる運転を優先するかを外部から選択する。そして、補助加熱を優先する選択がなされた場合には、これまでの実施形態と同様の制御を実施するが、電気料金を優先する選択がなされた場合には、これまでの制御フローの中で電気ヒータ１２Ｈに単相２００Ｖ給電していた場合を、単相１００Ｖ給電に変更することで受電電力Ｐｒを減少させ、電気料金を抑える運転を実施する。
【０１２８】
このような考えを、第２の実施形態を発展させた第６の実施形態である図１３の制御フローに追加したフローを図１６に示す。図１３と異なる点は、ステップＳ１３ｂ、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９を無くして、代わりにステップＳ１７ａ、Ｓ１７ｂ、Ｓ１８ａ、Ｓ１８ｂを設けた点である。本実施形態は、上に述べたように、電気料金優先が選択された場合に、従来単相２００給電していたものを単相１００Ｖ給電に変更するものである。従って、図１３の制御フローにおいて単相２００Ｖ給電していたステップＳ１３ｂ、Ｓ１８、Ｓ１９がその対象となる。
【０１２９】
図１６の制御フローでは、従来ならば単相２００Ｖ給電に至ったステップＳ１３ａのＹＥＳ判定、ステップＳ１３のＮＯ判定の後には、新たに設けたステップＳ１７ａの判定を行なう。ステップＳ１７ａでは、貯湯優先（温水切れ、給湯温度低下防止優先）と電気料金優先のどちらが選択されているかを判定する。この選択は、図示しない操作盤から行なわれる。
【０１３０】
貯湯優先が選択されていた場合には、ステップＳ１８ａに移行し、従来と同様に電気ヒータ１２Ｈに単相２００Ｖを給電して補助加熱を行なう。電気料金優先が選択されていた場合にはステップＳ１７ｂに移る。ステップＳ１７ｂでは、現在時刻が電気料金単価が通常よりも高い時間帯であるか否かを判定する。高い料金の時間帯でなければステップＳ１８ａに移行して単相２００Ｖ給電を行なう。高い料金の時間帯であったならばステップＳ１８ｂに移行し、従来ならば単相２００Ｖ給電すべきであったところを単相１００Ｖ給電に変更して補助加熱を実施する。
【０１３１】
このようにすれば、電気料金単価が高い時間帯での受電電力Ｐｒの使用量が減少するので、電気料金の低減を図ることができる。しかし反面、従来と比べれば、温水切れ、給湯温度低下といった不具合が若干、生じ易くなることは否めない。
なお、本実施形態の考えは、第３の実施形態及びそれを発展させた実施形態、例えば第６の実施形態の図１４の制御フローに対しても適用可能である。図１４の制御フローに適用した場合のフローは、図１６の制御フローにおける温水推定割合Ａを（９）式の温水推定割合Ｒに置き換えただけのものであるので、図は省略する。
【０１３２】
同様に本実施形態の考えは、第１の実施形態及びそれを発展させた第７の実施形態の制御フローに対しても適用可能である。何れの場合も、従来なら単相２００Ｖ給電していたステップ部分を、図１６の制御フローにおけるステップＳ１７ａ、Ｓ１７ｂ、Ｓ１８ａ、Ｓ１８ｂに置き換えることで実現することができる。
【０１３３】
（第８の実施形態）
本実施形態は、請求項９に記載の発明に対応する実施形態である。本実施形態は、第１〜第７の実施形態において、一時的に通常よりも高温の温水（高い給湯温度）が要求された場合に対応する制御を追加した実施形態である。本実施形態では、この高温水を生成するために、貯湯槽１２内の温水を一時的に電気ヒータ１２Ｈで補助加熱して温度を上昇させる制御を追加して行なう。
【０１３４】
第７の実施形態の図１６の制御フローに、高温水を得るための制御フローを追加したフローを図１７に示す。図１７の制御フローが図１６の制御フローと異なる点は、ステップＳ１０ｐ、Ｓ１０ｑを新たに追加した点である。
ステップＳ１０ｐでは、高温水の要求があるか否かを判定する。この高温水の要求の有無の指定は、図示しない操作盤から行なわれる。高温水の要求がない場合は、直ちにステップＳ１０に移り従来通りの制御を行なう。
【０１３５】
高温水の要求がある場合は、ステップＳ１０ｑに移る。ステップＳ１０ｑでは、貯湯槽１２内の一番上の温度検出器の検出温度を、高温水の指定温度Ｔhrefと比較する。高温水の指定温度Ｔhrefも、図示しない操作盤から指定される。一番上の温度検出器の検出温度が指定温度Ｔhref以上であれば、ステップＳ１０に移り従来通りの制御を行なう。
【０１３６】
貯湯槽１２内の一番上の温度検出器の検出温度が指定温度Ｔhref未満である場合には、電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱を行なって温水の温度を上昇させる。図１７の制御フローの場合は、電気料金を優先するか否かの制御も取り入れているため、ステップＳ１０ｑにおいて指定された高温水の指定温度Ｔhrefより低かった場合には、ステップＳ１７ａに移る。そして、選択に従って単相１００Ｖ給電すべきか単相２００Ｖ給電すべきかを判定して補助加熱を行なう。
【０１３７】
なお、このように電気料金を優先するか否かの選択を取り入れていない実施形態の場合には、単相２００Ｖ給電を行なって高温水を生成する。
【０１３８】
このように本実施形態では、一時的な高温水の要求があった場合には、貯湯槽１２内の一番上の温度検出器の検出温度が指定温度Ｔhref以上になるように、電気ヒータ１２Ｈにより補助加熱を行なう。従って、熱交換器１１４での熱交換だけでは達成できないような高温度の温水の給湯要求にも応えることができる。
【０１３９】
なお、上記制御では、高温水を得るための温度検出として貯湯槽１２内の一番上の温度検出器の検出温度を使用して制御したが、代わりに一番上ではなくそれより下の位置に取り付けられている温度検出器の検出温度を使用して制御してもよい。そのようにすれば、貯湯槽１２内に貯湯される高温水の貯湯量を増加させることができる利点がある。
また、このような高温水要求が、定期的に短時間だけ自動要求されるようにしておいてもよい。そのようにすれば、貯湯槽１２内の雑菌等の繁殖を防止する効果を期待できる。
【０１４０】
（第９の実施形態）
本実施形態は、請求項１０に記載の発明に対応する実施形態である。本実施形態も一時的に通常よりも高温の温水（高い給湯温度）が要求された場合に対応する実施形態であって、前記第８の実施形態に追加して実施される実施形態である。
第８の実施形態おいては、貯湯槽１２内の温水を電気ヒータ１２Ｈで補助加熱して高温水を生成させた。これに対して本実施形態においては、これに追加して、熱交換器１１４にて熱交換して貯湯槽１２内に戻る温水の温度を、通常よりも上昇させることで高温水の生成を加速する制御を行なう。
【０１４１】
貯湯槽１２内に戻る温水の温度は、図１、図３中の循環ポンプ制御回路１５によって熱回収循環水の循環量を制御することで行なわれている。即ち、実施形態１の説明の中で述べたように、循環ポンプ制御回路１５は、熱回収循環水の配管中に挿入した温度検出器１２Ｔ０によって生成された温水温度を測定し、その温度Ｔ０が所定の温水設定温度Ｔ０refに等しくなるように、比例積分演算により熱回収水循環ポンプ１３の吐出水量を制御している。従って、その温水設定温度Ｔ０refの値を変更することで、貯湯槽１２内に戻る温水の温度を変更することができる。
【０１４２】
この温水設定温度Ｔ０refは、通常は、図示しない操作盤から設定された給湯温度と等しい温度またはそれよりも若干高い温度に設定されている。従って、高温水給湯の要求が出され、その温度が操作盤から指定された場合には、その要求が出されている間のみ温水設定温度Ｔ０refの値をその指定された高温水温度に設定変更することで、貯湯槽１２に戻る温水の温度を上昇させることができる。このようにすれば、第８の実施形態で説明した電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱と相まって、指定された温度の高温温水の生成を一層容易に達成することができる。
【０１４３】
（第１０の実施形態）
本実施形態は、請求項１１に記載の発明に対応する実施形態である。本実施形態も一時的に通常よりも高温の温水（高い給湯温度）が要求された場合に対応する実施形態であって、第８及び第９の実施形態に更に追加して実施する実施形態である。本実施形態では、貯湯槽１２への温水戻口を２個に増やし、通常よりも高温の温水が要求された場合に、２個の温水戻口の切り換えを行なう。
【０１４４】
図１８に、貯湯槽１２への温水戻口の取り付けの様子を示す。貯湯槽１２には、従来からの温水戻口１２１の少し下方に、第２の温水戻口１２１ａを追加して設ける。熱交換器１１４より戻った温水は、新たに設けた切換弁１２５に入り、その切り換え動作により温水戻口１２１又は温水戻口１２１ａの何れかを通って貯湯槽１２に戻る。
切換弁１２５は、図示しない操作盤からの高温水要求の有無を選択する信号を受けて、２つの温水戻口を選択切り換えする。その切り換えは、高温水要求がある場合には、熱交換器１１４からの温水が下側の第２の温水戻口１２１ａを通って貯湯槽１２に戻るように切り換える。なお、図１８においては貯湯槽１２内の温度検出器は省略してある。
【０１４５】
本実施形態は、前記第８及び第９の実施形態に追加して行なう制御である。第９の実施形態の場合には、電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱と、循環ポンプ制御回路１５の温水設定温度Ｔ０refを上げて熱交換器１１４から戻る温水温度を上昇させる２つの手段で高温温水が生成された。
ところで、循環ポンプ制御回路１５の温水設定温度Ｔ０refを上げて熱交換器１１４から戻る温水温度を上昇させる方法には、生成される温水温度に限界（上限）がある。その限度以上の高温水が要求された場合には、その不足分の温度上昇は電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱で昇温する必要がある。つまり、そのような場合には、熱交換器１１４から戻る温水温度は、要求された高温水の温度より低い温度となっている。
【０１４６】
ここで、これまでの実施形態では、温水戻口１２１と出水口１２３とは、ほぼ同じ高さ位置に設けられていた。このような状態で、要求された温度より低い温度の温水が従来の温水戻口１２１から戻されると、折角、電気ヒータ１２Ｈによる補助加熱により要求された高温度になっている最上層部の高温水と混ざり合って、その温度を下げてしまうという不具合を生ずる。
【０１４７】
こうした不具合を改善するために本実施形態では、高温水の要求が出されている間は、切換弁１２５の切り換えにより、熱交換器１１４から戻る温水を、従来の出水口１２３よりも下方に設けた第２の温水戻口１２１ａを通して貯湯槽１２に戻す。
このようにすれば、熱交換器１１４から戻る要求温度より低い温水が、貯湯槽１２の最上部に溜まっている高温水と混じり合う不具合が軽減される。貯湯槽１２の最上層部には電気ヒータ１２Ｈにより昇温された高温水が溜まり、それが温度を下げられることなく出水口１２３から給湯されるので、効率良く高温水の給湯を行なうことができるようになる。
【０１４８】
（第１１の実施形態）
本実施形態は、請求項１２に記載の発明に対応する実施形態である。本実施形態は、第１〜１０の実施形態における貯湯槽１２内の温水温度の測定方法に関するものである。これまでの実施形態では、貯湯槽１２の側壁に孔を開け、そこに温度検出器を挿入、固定して検出してきた。
【０１４９】
しかし、貯湯槽１２は一般に金属で形成されているために、数多くの孔を開けて温度検出器を取り付けるには多くの加工工数を必要とする。本実施形態では、こうした加工工数を減少させるために、温度検出器を貯湯槽１２の容器外表面に取り付けて温度を検出する。
貯湯槽１２の容器材料は、銅、ステンレス等の熱伝導性の良い金属である場合が多く、、また、容器外側は放熱防止のために断熱材で覆われている。従って、容器外表面に接触して温度検出器を取り付ければ、容器内側の温水温度に近い温度を検出することができる。
【０１５０】
こうして検出した温度の精度を高めにために、予め実験により容器外表面で測定した温度とその内部の温水温度との温度差を求めておく。そして、温度検出時にその実験結果を利用して温度補正を施すことにより温水温度を推定する。
このように貯湯槽１２の容器外表面に温度検出器を取り付けて内部温水温度を推定することとすれば、容器に孔を開ける必要がなくなるため、温度検出の取り付け加工工数を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池コジェネレーションシステムの構成及びその周辺装置との接続関係を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るヒータ電源切換制御回路の制御フロー図である。
【図３】第２の実施形態に係る燃料電池コジェネレーションシステムの構成及びその周辺装置との接続関係を示すブロック図である。
【図４】第２の実施形態に係るヒータ電源切換制御回路の制御フロー図である。
【図５】第３の実施形態に係る貯湯槽内温度検出器の配置を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係るヒータ電源切換制御回路の制御フロー図である。
【図７】第４の実施形態に係る温水急減を検出する制御フロー図である。
【図８】第４の実施形態に係るヒータ電源切換制御回路の制御フロー図である。
【図９】第４の実施形態に係るヒータ電源切換制御回路の他の制御フロー図である。
【図１０】第５の実施形態に係る発電量制御回路の追加の制御フロー図である。
【図１１】第６の実施形態に係る発電電力目標値調整ロジックの説明図である。
【図１２】第６の実施形態に係る受電電力の大きさを判定する発電量制御回路の追加の制御フロー図である。
【図１３】第６の実施形態に係るヒータ電源切換制御回路の制御フロー図である。
【図１４】第６の実施形態に係るヒータ電源切換制御回路の他の制御フロー図である。
【図１５】第６の実施形態に係るヒータ電源切換制御回路の他の制御フロー図である。
【図１６】第７の実施形態に係るヒータ電源切換制御回路の制御フロー図である。
【図１７】第８の実施形態に係るヒータ電源切換制御回路の制御フロー図である。
【図１８】第１０の実施形態に係る貯湯槽の温水戻口の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１５２】
図中、１は燃料電池コジェネレーションシステム、２は単相３線式商用電力系統、３はコジェネ電力負荷、４は温水使用機器、１１は燃料電池発電部、１２は貯湯槽、１３は熱回収水循環ポンプ、１５は循環ポンプ制御回路、１６はヒータ電源切換リレー、１７はヒータ電源切換制御回路、１１４は熱交換器、１２１は温水戻口、１２１ａは第２の温水戻口、１２２は下部冷水口、１２３は上部出水口、１２４は下部入水口、１２５は切換弁、１Ｔ１〜１Ｔ３は温度検出器、２Ｔ１は第１の温度検出器、２Ｔ２は第２の温度検出器、２Ｔ３は第３の温度検出器、２Ｔ４は第４の温度検出器、１２Ｔ０は温度検出器、１２Ｈは電気ヒータ、Ａ１refは第１の温水割合基準値、Ａ２refは第２の温水割合基準値、Ｐacは燃料電池発電部の発電電力、Ｐwminは温水生成電力、Ｐacminは燃料電池発電部の最低の発電電力、Ｐｒは受電電力、Ｐrminは受電電力目標値、Ｐｒ１は第１の基準電力、Ｐｒ２は第２の基準電力、Ｔ０は温度検出器１２Ｔ０の検出温度、Ｔ１は第１の検出温度、Ｔ２は第２の検出温度、Ｔ３は第３の検出温度、Ｔ４は第４の検出温度、Ｔ１refは第１の基準温度、Ｔ２refは第２の基準温度、Ｔｃは市水の温度、Ｔrefは給湯温度、Ｔhrefは高温水温度を示す。
【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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