(57)【要約】本開示の燃料電池コージェネレーションシステム（１）は、燃料電池（２）と、燃料電池（２）の生成する熱を回収する冷却水を貯蔵する冷却水タンク（３）と、冷却水を循環させる冷却水ポンプ（４）と、冷却水の熱を排熱回収水に回収する熱交換器（５）と、排熱回収水を送水する貯湯循環ポンプ（７）を備える。そして、熱交換器５から貯湯タンク（６）へ送水する熱回収高温経路（８Ｂ）と、排熱回収水を貯湯タンク（６）から送水する熱回収低温経路（８Ａ）を備える。さらに、貯湯循環ポンプ（７）の出力信号から熱回収高温経路（８Ｂ）と熱回収低温経路（８Ａ）の誤接続を判定する判定部（１０）を備える。これにより、誤接続を迅速に検知する。
2017209031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電時に生成する熱を回収する冷却水を貯蔵する冷却水タンクと、
前記冷却水を前記燃料電池と前記冷却水タンクに循環させる冷却水ポンプと、
前記冷却水の熱を排熱回収水に回収する熱交換器と、
前記排熱回収水を貯湯タンクへ送水する貯湯循環ポンプと、
前記貯湯循環ポンプの吐出側と前記冷却水タンクとの間に設けられた開閉弁と、
前記貯湯循環ポンプにより前記熱交換器から前記貯湯タンクへ送水する熱回収高温経路と、
前記排熱回収水を前記貯湯タンクから送水する熱回収低温経路と、
前記貯湯循環ポンプの出力信号に基づいて、前記熱回収高温経路と前記熱回収低温経路が誤接続されているか否かを判定する判定部と、
を備える燃料電池コージェネレーションシステムであって、
前記判定部は、前記燃料電池コージェネレーションシステムの前記冷却水タンクへの水張り運転時において、予め設定した期間の前記貯湯循環ポンプの出力信号を検出する配管状態確認運転を行い、前記配管状態確認運転時に前記貯湯循環ポンプの出力信号が所定値の範囲から外れた場合、前記熱回収高温経路と前記熱回収低温経路が誤接続されていると判定する、燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項２】
前記貯湯循環ポンプの出力信号は、前記貯湯循環ポンプの回転数である、請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記貯湯循環ポンプの出力信号は、前記貯湯循環ポンプを駆動する電流値である、請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記判定部は、前記配管状態確認運転時において、前記貯湯循環ポンプの出力信号が前記所定値を超えた場合、予め定めた所定回数を上限にして、前記所定値を下回るまで前記配管状態確認運転を繰り返す、請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項５】
前記判定部は、前記熱回収高温経路と前記熱回収低温経路が誤接続されていると判定した場合、誤接続情報を報知する、請求項１に記載の燃料電池コー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】
本開示は、燃料電池コージェネレーションシステムの配管誤接続の判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスエンジン発電機またはガスエンジンコージェネレーションシステムなどのコージェネレーションシステムが知られている。近年、特に、燃料電池を用いて電力と熱を併給する燃料電池コージェネレーションシステムが注目されている。【０００３】
これらのコージェネレーションシステムは、一般的に、ガスエンジンまたは燃料電池などの発電機と、貯湯タンクとを組み合わせて構成される。貯湯タンクは、発電にともなって発生する熱を有効利用する蓄熱装置として機能する。【０００４】
発電機に燃料電池を用いたコージェネレーションシステムにおいて、熱媒体を流すラインの誤接続を察知する燃料電池コージェネレーションシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
以下、特許文献１に記載された従来の燃料電池コージェネレーションシステムについて、図３を用いて、説明する。【０００６】
図３は、従来の燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成を示す模式図である。【０００７】
従来の燃料電池コージェネレーションシステム１０１は、図３に示すように、燃料電池１０２と、冷却水ライン１０３と、冷却水ライン１０３に設けられる電気ヒータ１０５と、冷却水の熱を排熱回収水に伝達する熱交換器１０６と、排熱回収水ライン１０８と、貯湯槽１１０と、導出水温度検知器１１３ａと、導入水温度検知器１１３ｂと、判断装置１１６を備える。【０００８】
排熱回収水ライン１０８は、高温排熱回収ライン１０８ａと、低温排熱回収ライン１０８ｂで構成される。高温排熱回収ライン１０８ａは、排熱回収水を熱交換器１０６から貯湯槽１１０へ導く。低温排熱回収ライン１０８ｂは、排熱回収水を貯湯槽１１０から熱交換器１０６へ導く。【０００９】
さらに、低温排熱回収ライン１０８ｂには、貯湯槽１１０から導出されるべき排熱回収水の温度を検出する導出水温度検知器１１３ａが配設される。高温排熱回収ライン１０８ａには、貯湯槽１１０から導入されるべき排熱回収水の温度を検出する導入水温度検知器１１３ｂが配設される。【００１０】
判断装置１１６は、電気ヒータ１０５の動作時に、高温排熱回収ライン１０８ａおよび低温排熱回収ライン１０８ｂと、熱交換器１０６との誤接続を判断する。具体的には、高温排熱回収ライン１０８ａと低温排熱回収ライン１０８ｂとが誤接続されている場合、加熱された水が熱交換器１０６を介して導出水温度検知器１１３ａ側に流れる。これにより、導出水温度検知器１１３ａが検知する温度は、導入水温度検知器１１３ｂが検知する温度と比べて高くなる。そこで、判断装置１１６は、導出水温度検知器１１３ａが検知する温度が高い場合、誤接続されていると判断する。【００１１】
そのため、従来の燃料電池コージェネレーションシステム１０１は、電気ヒータ１０５を用いて、冷却水ライン１０３、熱交換器１０６ならびに低温の排熱回収水ライン１０８を流れる冷却水などを加温する必要がある。これにより、電気ヒータ１０５による不要な電力消費が発生する。【００１２】
また、判断装置１１６は、各ラインを流れる冷却水の温度が上昇するまで判定できないため、作業性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−２１８０５２号公報
【発明の概要】
【００１４】
本開示は、熱回収高温経路と熱回収低温経路の誤接続を速やかに検知できる燃料電池コージェネレーションシステムを提供する。
【００１５】
本開示の燃料電池コージェネレーションシステムは、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池と、燃料電池の発電時に生成する熱を回収する冷却水を貯蔵する冷却水タンクと、冷却水を燃料電池と冷却水タンクに循環する冷却水ポンプと、冷却水の熱を排熱回収水に回収する熱交換器と、排熱回収水を貯湯タンクへ送水する貯湯循環ポンプを備える。さらに、貯湯循環ポンプの吐出側と冷却水タンクとの間に設けられた開閉弁と、貯湯循環ポンプにより熱交換器から貯湯タンクへ送水する熱回収高温経路と、排熱回収水を貯湯タンクから送水する熱回収低温経路と、貯湯循環ポンプの出力信号に基づいて、熱回収高温経路と熱回収低温経路が誤接続されているか否かを判定する判定部を備える。そして、判定部は、燃料電池コージェネレーションシステムの冷却水タンクへの水張り運転時において、予め設定した期間の貯湯循環ポンプの出力信号を検出する配管状態確認運転を行い、配管状態確認運転時に貯湯循環ポンプの出力信号が所定の範囲を外れた場合、熱回収高温経路と熱回収低温経路が誤接続されていると判定する。
【００１６】
これにより、燃料電池コージェネレーションシステムの設置施工時などにおいて、熱回収高温経路と熱回収低温経路の誤接続を、容易に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本実施の形態に係る燃料電池コージェネレーションシステムの構成図である。
【図２】図２は、同燃料電池コージェネレーションシステムの配管誤接続の判定方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、従来の燃料電池コージェネレーションシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（本開示の基礎となった知見）
近年、設置面積が可能な限り小さい燃料電池コージェネレーションシステムが求められている。燃料電池コージェネレーションシステムは、多数の付帯機器を備える。そのため、設置面積を可能な限り小さくすると、多くの配管や配線が密集して配置される。これにより、配管などを誤接続する場合が生じる。
【００１９】
特に、燃料電池で発生した熱を貯湯タンクへ運ぶ水配管である熱回収高温経路と熱回収低温経路を誤接続すると、冷却水として機能する水を、正規の経路で燃料電池に供給できない。そのため、燃料電池を適正な温度に保つことができなくなる。これにより、燃料電池コージェネレーションシステムの運転が不可能になる。
【００２０】
そこで、本開示の第１態様に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池と、燃料電池の発電時に生成する熱を回収する冷却水を貯蔵する冷却水タンクと、冷却水を燃料電池と冷却水タンクに循環する冷却水ポンプと、冷却水の熱を排熱回収水に回収する熱交換器と、排熱回収水を貯湯タンクへ送水する貯湯循環ポンプを備える。さらに、貯湯循環ポンプの吐出側と冷却水タンクとの間に設けられた開閉弁と、貯湯循環ポンプにより熱交換器から貯湯タンクへ送水する熱回収高温経路と、排熱回収水を貯湯タンクから送水する熱回収低温経路と、貯湯循環ポンプの出力信号に基づいて、熱回収高温経路と熱回収低温経路が誤接続されているか否かを判定する判定部を備える。そして、判定部は、燃料電池コージェネレーションシステムの冷却水タンクへの水張り運転時において、予め設定した期間の貯湯循環ポンプの出力信号を検出する配管状態確認運転を行い、配管状態確認運転時に貯湯循環ポンプの出力信号が所定の範囲を外れた場合、熱回収高温経路と熱回収低温経路が誤接続されていると判定する。
【００２１】
第１態様によれば、燃料電池コージェネレーションシステムの設置施工時に行う冷却水タンクへの水張り運転時において、予め設定した期間の貯湯循環ポンプの出力信号を検出する配管状態確認運転を行う。これにより、熱回収高温経路と熱回収低温経路の誤接続を、速やかに検知できる。その結果、燃料電池システムが運転不能な状態に陥ることを防止できる。
【００２２】
また、本開示の第２態様に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、貯湯循環ポンプの出力信号が、貯湯循環ポンプの回転数である。
【００２３】
第２態様によれば、貯湯循環ポンプの回転数から、熱回収高温経路と熱回収低温経路の誤接続を容易に検知できる。
【００２４】
また、本開示の第３態様に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、貯湯循環ポンプの出力信号が、貯湯循環ポンプを駆動する電流値である。
【００２５】
第３態様によれば、貯湯循環ポンプを駆動する電流値から、熱回収高温経路と熱回収低温経路の誤接続を容易に検知できる。
【００２６】
また、本開示の第４態様に係る燃料電池コージェネレーションシステムの判定部は、配管状態確認運転時において、貯湯循環ポンプの出力信号が所定値を超えた場合、予め定めた所定回数を上限にして、所定値を下回るまで配管状態確認運転を繰り返す。
【００２７】
この場合、配管状態確認運転時において、通常、貯湯循環ポンプ内に残留空気が存在すると、貯湯循環ポンプの回転数を示す出力信号が、所定の回転数の出力信号より大きくなる。そのため、判定部は、熱回収高温経路と熱回収低温経路との接続を誤配管として検出する虞がある。そこで、第４態様によれば、貯湯循環ポンプの出力信号が所定値を超えた場合、予め定めた所定回数を上限として、配管状態確認運転を繰り返す。これにより、判定部が、熱回収高温経路と熱回収低温経路との接続を誤配管として検出することを防止できる。さらに、貯湯循環ポンプ内の残留空気を確実に排出できる。
【００２８】
また、本開示の第５態様に係る燃料電池コージェネレーションシステムの判定部は、熱回収高温経路と熱回収低温経路が誤接続されていると判定した場合、誤接続情報を報知する。これにより、燃料電池コージェネレーションシステムを新たに設置する、あるいは移設作業を行う設置施工者やユーザーに、誤接続の発生を速やかに報知できる。その結果、設置施工者やユーザーに、誤接続の迅速な解消を促すことができる。
【００２９】
（実施の形態）
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本開示を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００３０】
［燃料電池コージェネレーションシステムの構成］
まず、燃料電池コージェネレーションシステムの構成について、図１を用いて、説明する。
【００３１】
図１は、本実施の形態に係る燃料電池コージェネレーションシステムの構成図である。
【００３２】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１は、燃料電池２と、冷却水タンク３と、冷却水ポンプ４と、熱交換器５と、貯湯循環ポンプ７と、開閉弁１４と、第２循環経路８を構成する熱回収高温経路８Ｂおよび熱回収低温経路８Ａと、検知部９および判定部１０などを含む制御器１３と、第１循環経路１２を構成する第１復路１２Ａおよび第１往路１２Ｂなどを備える。
【００３３】
冷却水タンク３は、燃料電池２の発電時に生成する熱を回収する第１熱媒体である冷却水を貯蔵する。冷却水ポンプ４は、冷却水を、燃料電池２と冷却水タンク３に循環させる。熱交換器５は、冷却水の熱を排熱回収水に回収する。貯湯循環ポンプ７は、排熱回収水を貯湯タンク６へ送水する。開閉弁１４は、貯湯循環ポンプ７の吐出側と冷却水タンク３との間に設けられ、冷却水の通流を制御する。熱回収高温経路８Ｂは、貯湯循環ポンプ７の駆動により、熱交換器５から貯湯タンク６へ送水する経路を構成する。熱回収低温経路８Ａは、排熱回収水を貯湯タンク６から送水する経路を構成する。検知部９は、貯湯循環ポンプ７の運転状態（例えば、出力信号など）を検知する。判定部１０は、貯湯循環ポンプ７の出力信号（例えば、回転数、電流値など）に基づいて、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されているか否かを判定する。
【００３４】
このとき、図１に示すように、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１は、燃料電池２、冷却水タンク３、冷却水ポンプ４、熱交換器５、貯湯循環ポンプ７、開閉弁１４、検知部９、判定部１０、第１循環経路１２などが、燃料電池システム１１の筐体に配置される。
【００３５】
燃料電池２は、図示しない、アノードとカソードなどを有する。燃料電池２は、アノードに供給される燃料ガスと、カソードに供給される酸化剤ガス（空気）とを、電気化学的に反応させて、電気と熱を発生させる。電力変換装置（図示せず）は、燃料電池２で発電した電力を、直流電力から交流電力に変換および電圧調整を行う。そして、変換および電圧調整された交流電力は、電灯や各種電気機器などの電力負荷に供給される。
【００３６】
燃料電池２としては、例えば固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池、固体酸化物形燃料電池などの各種の燃料電池を用いることができる。なお、燃料電池２の構成は、一般的な燃料電池の構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００３７】
また、燃料電池２は、内部に、冷却水流路２Ａを有する。冷却水流路２Ａは、燃料電池２を冷却するための冷却水を通流させ、燃料電池２で発生した熱を回収する。冷却水流路２Ａの出口は、第１循環経路１２の第１往路１２Ｂの上流端に接続される。第１往路１２Ｂの下流端は、冷却水タンク３に接続される。冷却水タンク３の下流側は、熱交換器５に接続される。そして、熱交換器５の下流側には、冷却水ポンプ４の吸込側が接続される。
【００３８】
また、冷却水流路２Ａの入口は、第１復路１２Ａの下流端に接続される。第１復路１２Ａの上流端は、冷却水ポンプ４の吐出側に接続される。
【００３９】
つまり、熱交換器５の一次側流路を構成する冷却水循環経路は、第１循環経路１２に接続される。
【００４０】
なお、本実施の形態では、熱交換器５が第１復路１２Ａに配設されている形態（換言すると、冷却水タンク３が熱交換器５の上流側に配設されている形態）を例に説明したが、これに限定されない。熱交換器５を、第１往路１２Ｂに配設する形態を採用してもよい。
【００４１】
また、熱交換器５の二次側流路を構成する排熱回収水経路は、第２循環経路８に接続される。より詳細には、熱交換器５の二次側流路の上流端は、第２循環経路８の第２往路を構成する熱回収低温経路８Ａの下流端に接続される。熱交換器５の二次側流路の下流端は、第２循環経路８の第２復路を構成する熱回収高温経路８Ｂの上流端に接続される。そして、熱回収低温経路８Ａの上流端は貯湯タンク６の下部に接続され、熱回収高温経路８Ｂの下流端は貯湯タンク６の上部に接続される。
【００４２】
貯湯循環ポンプ７は、熱回収低温経路８Ａの途中に配設される。貯湯循環ポンプ７は、駆動により、第２熱媒体（例えば、市水などの排熱回収水）を第２循環経路８内に通流させる。貯湯循環ポンプ７として、例えば遠心ポンプやプランジャーポンプなどの各種ポンプが使用できる。
【００４３】
開閉弁１４は、貯湯循環ポンプ７の吐出側から冷却水タンク３へ市水を供給する経路の間に配設される。
【００４４】
以上のように、熱交換器５の一次側流路および二次側流路が構成される。
【００４５】
そして、冷却水ポンプ４および貯湯循環ポンプ７が作動すると、燃料電池２で加熱された第１熱媒体（冷却水）が、熱交換器５に供給される。第１熱媒体は、熱交換器５の内部で、第２循環経路８を通流する第２熱媒体（排熱回収水）と熱交換される。
【００４６】
つぎに、燃料電池コージェネレーションシステム１の設置施工時に実施する水張り運転について、具体的に説明する。
【００４７】
まず、制御器１３は、開閉弁１４を開く。これにより、市水の圧力で燃料電池コージェネレーションシステム１への水張り運転が開始される。
【００４８】
このとき、第２循環経路８を構成する熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが正規に接続されている場合、水は熱回収低温経路８Ａを通り、貯湯循環ポンプ７へ供給される。そして、貯湯循環ポンプ７に供給された水は、開閉弁１４を経由して、冷却水タンク３へ供給される。
【００４９】
一方、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続、つまり反対に接続されている場合（図１の２点鎖線で示す接続に相当）、水は熱回収低温経路８Ａを通り、熱交換器５に供給される。そして、熱交換器５に供給された水は、開閉弁１４から冷却水タンク３へ供給される。そのため、貯湯循環ポンプ７へは、水が供給されない。この場合、貯湯循環ポンプ７の内部および貯湯循環ポンプ７の上流側配管と下流側配管は、水で満たされず、空気が満たされたままの状態となる。この理由は、誤接続状態で開閉弁１４を開いた場合、熱回収高温経路８Ｂ、熱回収低温経路８Ａ、熱交換器５、貯湯循環ポンプ７および貯湯タンク６の経路が閉塞経路になる。そのため、経路内に空気が残留する。
【００５０】
通常、貯湯循環ポンプ７として、上述した遠心ポンプやプランジャーポンプなどの各種ポンプが使用される。なお、以降では、貯湯循環ポンプ７を、単にポンプと略記する場合がある。
【００５１】
しかし、上記いずれのポンプも、燃料電池コージェネレーションシステム１の設置施工時において、ポンプの内部は水が満たされていないため、空気などが残留している。ポンプの内部に空気が残留している場合、ポンプの回転に対する負荷が軽くなる。そのため、水が満たされている場合と比較して、ポンプの回転数が上昇する。
【００５２】
そこで、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１は、まず、水が満たされている場合のポンプの回転数の基準回転数範囲を設定する。そして、設定した基準回転数範囲と、実際に検知されるポンプの回転数とを比較する。このとき、実際のポンプの回転数が基準回転数範囲より高い場合、ポンプ内に空気層があると判断できる。つまり、ポンプの回転数に基づいて、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されていると判定できる。
【００５３】
なお、ポンプの回転数以外に、ポンプの駆動電流の値に基づいて、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａの誤接続を判定してもよい。一般に、ポンプの駆動に要する電流値は、一義的に決まる。そこで、水が満たされている場合のポンプの駆動電流の基準電流範囲を設定する。そして、設定した基準電流範囲と、実際のポンプの駆動電流とを比較する。このとき、実際のポンプの駆動電流が基準電流範囲より低い場合、ポンプ内に空気層があると判断できる。つまり、上記ポンプの回転数と同様に、ポンプの駆動電流に基づいて、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａの誤接続を判定できる。
【００５４】
また、制御器１３は、燃料電池コージェネレーションシステム１を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。例えば、制御器１３は、上述の検知部９および判定部１０に加えて、図示しない演算処理部、記憶部および時計部などを備える。演算処理部は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵなどで構成される。記憶部は、メモリなどから構成され、各制御動作を実行するためのプログラムを格納する。
【００５５】
そして、制御器１３は、記憶部に格納された所定の制御プログラムを演算処理部で読み出し、制御プログラムを実行する。これにより、燃料電池コージェネレーションシステム１を構成する各種機器の制御を行う。
【００５６】
なお、制御器１３は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して燃料電池コージェネレーションシステム１の制御を実行する制御器群で構成される形態でもよい。また、制御器１３は、マイクロコントロールユニットで構成しても、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、論理回路などで構成してもよい。
【００５７】
また、制御器１３の検知部９は、貯湯循環ポンプ７の出力信号、具体的にはポンプの回転数、ポンプの駆動電流の少なくとも一方を検知する。判定部１０は、検知部９で検知された貯湯循環ポンプ７の出力信号に基づいて、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されているか否かを判定する。
【００５８】
以上のように、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１が構成される。
【００５９】
［燃料電池コージェネレーションシステムの動作］
以下に、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１の設置施工時において、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されているか否かの判定方法について、図１を参照しながら、図２を用いて説明する。
【００６０】
本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１の動作（例えば、発電動作）は、公知の燃料電池コージェネレーションシステムの動作と同様であるため、その説明は省略する。なお、燃料電池コージェネレーションシステム１の熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されているか否かを判定は、燃料電池コージェネレーションシステム１のメンテナンス後の試運転時に実行してもよい。
【００６１】
図２は、同燃料電池コージェネレーションシステム１の熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されているか否かの判定方法の一例を示すフローチャートである。
【００６２】
図２に示すように、まず、試運転として、燃料電池コージェネレーションシステム１への水張り処理を開始するか否かを判断する（ステップＳ１０１）。水張り処理を開始しない場合（ステップＳ１０１のＮ）、待機する。
【００６３】
一方、水張り処理を開始する場合（ステップＳ１０１のＹ）、制御器１３は、開閉弁１４を開く。
【００６４】
つぎに、制御器１３は、時計部で、所定の時間Ｔ１（ｓｅｃ）が経過したか否かを判定する。所定の時間Ｔ１（ｓｅｃ）が経過していない場合（ステップＳ１０２のＮ）、経過するまで待機する。このとき、外部から供給される市水の圧力により、水は熱回収低温経路８Ａを通り、貯湯循環ポンプ７に到達する水張り経路を介して、供給される。
【００６５】
なお、所定の時間Ｔ１（ｓｅｃ）は、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが正規に接続されている場合、水が十分に貯湯循環ポンプ７に到達するまでの時間に設定される。通常、時間Ｔ１（ｓｅｃ）は、市水の圧力と、燃料電池コージェネレーションシステム１の水張り経路の圧力損失などにより決まる。そのため、時間Ｔ１（ｓｅｃ）は、市水の圧力が最低の場合でも、水が十分に貯湯循環ポンプ７に到達するまでの時間に設定することが望ましい。そこで、本実施の形態では、上記条件を考慮して、時間Ｔ１（ｓｅｃ）を、例えば６０ｓｅｃ程度に設定している。
【００６６】
そして、所定の時間Ｔ１（ｓｅｃ）が経過すると（ステップＳ１０２のＹ）、制御器１３は、貯湯循環ポンプ７の運転を開始する（ステップＳ１０３）。この場合、貯湯循環ポンプ７の回転数として、水張り経路の圧力損失に対し、市水を十分に冷却水タンク３に供給できる回転数が設定される。
【００６７】
本実施の形態では、貯湯循環ポンプ７の回転数の基準値として、例えば回転数Ｘ＝４５００ｒ／ｍｉｎ程度を設定している。さらに、この基準値に対して、貯湯循環ポンプ７の回転数ばらつき値（例えば、α＝５００ｒ／ｍｉｎ）を考慮し、貯湯循環ポンプ７の基準回転数範囲を設定している。この理由は、貯湯循環ポンプ７の基準回転数範囲を回転数ばらつき値以下の値に設定すると、誤判定する可能性がある。そこで、回転数の基準値に回転数ばらつきを考慮して、基準回転数範囲を設定している。
【００６８】
つぎに、制御器１３は、時計部で、時間Ｔ２（ｓｅｃ）が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。所定の時間Ｔ２（ｓｅｃ）が経過していない場合（ステップＳ１０４のＮ）、経過するまで待つ。なお、所定の時間Ｔ２（ｓｅｃ）は、貯湯循環ポンプ７の回転数が安定し、かつ貯湯循環ポンプ７内の残留空気を排出させるための時間である。そこで、本実施の形態では、時間Ｔ２（ｓｅｃ）を、例えば３０ｓｅｃ程度に設定している。
【００６９】
一方、所定の時間Ｔ２（ｓｅｃ）が経過した場合（ステップＳ１０４のＹ）、制御器１３の判定部１０は、貯湯循環ポンプ７の回転数が基準回転数範囲以上の回転数となるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。貯湯循環ポンプ７の回転数が基準回転数範囲以上の回転数となった場合（ステップＳ１０５のＹ）、貯湯循環ポンプ７の運転回数が所定回数Ａに達したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。なお、ステップＳ１０６は、貯湯循環ポンプ７内の残留空気を、確実に排出する処理である。つまり、ステップＳ１０４で、貯湯循環ポンプ７内の残留空気を一定量排出しているが、空気が残留している虞がある。そこで、ステップＳ１０６で、貯湯循環ポンプ７を複数回（所定回数Ａ）運転させる。これにより、貯湯循環ポンプ７内の残留空気を確実に排出できる。なお、所定回数Ａは、例えば５回から１０回である。
【００７０】
そして、貯湯循環ポンプ７の運転回数が所定回数Ａに達していない場合（ステップＳ１０６のＮ）、制御器１３は、貯湯循環ポンプ７を停止し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０３に戻る。そして、制御器１３は、以降のステップを実行する。
【００７１】
一方、貯湯循環ポンプ７の運転回数が所定回数Ａに達した場合（ステップＳ１０６のＹ）、制御器１３の判定部１０は、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されていると判定し（ステップＳ１０８）、判定処理を終了する。
【００７２】
つまり、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａとが正規の接続された場合でも、貯湯循環ポンプ７内に残留空気が残っていると、貯湯循環ポンプ７の出力信号（回転数）が高く出力される。しかし、上記ステップＳ１０５およびステップＳ１０６の処理により、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａとが誤接続されていると、判定部１０が判定することを回避できる。
【００７３】
そして、誤接続と判定した後、制御器１３は、図示しないリモコンへの表示やランプなどでの表示、もしくはブザーなどを鳴らす処理を実行することが望ましい。これにより、燃料電池コージェネレーションシステム１の設置施工作業を行なう設置施工者やユーザーに、誤接続が発生していることを速やかに伝え、誤接続を解消する対応を促すことができる。
【００７４】
また、貯湯循環ポンプ７の回転数が基準回転数範囲未満である場合（ステップＳ１０５のＮ）、制御器１３の判定部１０は、貯湯循環ポンプ７の運転回数が所定回数Ｂに達したか否かを判定する（ステップＳ１０９）。なお、ステップＳ１０９は、ステップＳ１０６と同様に、貯湯循環ポンプ７内の残留空気を、確実に排出する処理である。つまり、ステップＳ１０４で、貯湯循環ポンプ７内の残留空気を一定量排出しているが、空気が残留している虞がある。そこで、ステップＳ１０９で、貯湯循環ポンプ７を複数回（所定回数Ｂ）運転させる。これにより、貯湯循環ポンプ７内の残留空気を確実に排出できる。なお、所定回数Ｂは、例えば５回から１９回である。
【００７５】
そして、貯湯循環ポンプ７の運転回数が所定回数Ｂに達していない場合（ステップＳ１０９のＮ）、制御器１３は、貯湯循環ポンプ７を停止し（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０３に戻る。そして、制御器１３は、以降のステップを実行する。
【００７６】
一方、貯湯循環ポンプ７の運転回数が所定回数Ｂに達した場合（ステップＳ１０９のＹ）、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが正規に接続されていると判定し（ステップＳ１１１）、判定処理を終了する。
【００７７】
以上で説明したように、本実施の形態によれば、燃料電池コージェネレーションシステムの熱回収高温経路と熱回収低温経路との誤接続を速やかに検知することができる。
【００７８】
また、本実施の形態によれば、燃料電池を冷却するための冷却水循環経路に電気ヒータを設ける必要がない。そのため、配管状態確認運転中において、電気ヒータによる電力消費が生じない。
【００７９】
また、上述したように、従来の技術では、電気ヒータで冷却水温度を上昇させるため、上昇するまでの待機時間が必要である。つまり、配管誤接続の判定に数十分程度の時間が必要であった。しかし、本実施の形態によれば、数分間程度で配管の誤接続判定が可能となる。
【００８０】
そのため、誤接続の防止とともに、作業効率や信頼性に優れた燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本開示は、施工設置時などにおける配管誤接続の防止が要望される燃料電池コージェネレーションシステムなどに有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１，１０１    燃料電池コージェネレーションシステム
２，１０２    燃料電池
２Ａ    冷却水流路
３    冷却水タンク
４    冷却水ポンプ
５，１０６    熱交換器
６    貯湯タンク
７    貯湯循環ポンプ
８    第２循環経路
８Ａ    熱回収低温経路
８Ｂ    熱回収高温経路
９    検知部
１０    判定部
１１    燃料電池システム
１２    第１循環経路
１２Ａ    第１復路
１２Ｂ    第１往路
１３    制御器
１４    開閉弁
１０３    冷却水ライン
１０５    電気ヒータ
１０８    排熱回収水ライン
１０８ａ    高温排熱回収ライン
１０８ｂ    低温排熱回収ライン
１１０    貯湯槽
１１３ａ    導出水温度検知器
１１３ｂ    導入水温度検知器
１１６    判断装置
【図１】
2017209031.tif 000003
【図２】
2017209031.tif 000004
【図３】
2017209031.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月6日(2018.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池コージェネレーションシステムの配管誤接続の判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスエンジン発電機またはガスエンジンコージェネレーションシステムなどのコージェネレーションシステムが知られている。近年、特に、燃料電池を用いて電力と熱を併給する燃料電池コージェネレーションシステムが注目されている。
【０００３】
これらのコージェネレーションシステムは、一般的に、ガスエンジンまたは燃料電池などの発電機と、貯湯タンクとを組み合わせて構成される。貯湯タンクは、発電にともなって発生する熱を有効利用する蓄熱装置として機能する。
【０００４】
発電機に燃料電池を用いたコージェネレーションシステムにおいて、熱媒体を流すラインの誤接続を察知する燃料電池コージェネレーションシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
以下、特許文献１に記載された従来の燃料電池コージェネレーションシステムについて、図３を用いて、説明する。
【０００６】
図３は、従来の燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成を示す模式図である。
【０００７】
従来の燃料電池コージェネレーションシステム１０１は、図３に示すように、燃料電池１０２と、冷却水ライン１０３と、冷却水ライン１０３に設けられる電気ヒータ１０５と、冷却水の熱を排熱回収水に伝達する熱交換器１０６と、排熱回収水ライン１０８と、貯湯槽１１０と、導出水温度検知器１１３ａと、導入水温度検知器１１３ｂと、判断装置１１６を備える。
【０００８】
排熱回収水ライン１０８は、高温排熱回収ライン１０８ａと、低温排熱回収ライン１０８ｂで構成される。高温排熱回収ライン１０８ａは、排熱回収水を熱交換器１０６から貯湯槽１１０へ導く。低温排熱回収ライン１０８ｂは、排熱回収水を貯湯槽１１０から熱交換器１０６へ導く。
【０００９】
さらに、低温排熱回収ライン１０８ｂには、貯湯槽１１０から導出されるべき排熱回収水の温度を検出する導出水温度検知器１１３ａが配設される。高温排熱回収ライン１０８ａには、貯湯槽１１０から導入されるべき排熱回収水の温度を検出する導入水温度検知器１１３ｂが配設される。
【００１０】
判断装置１１６は、電気ヒータ１０５の動作時に、高温排熱回収ライン１０８ａおよび低温排熱回収ライン１０８ｂと、熱交換器１０６との誤接続を判断する。具体的には、高温排熱回収ライン１０８ａと低温排熱回収ライン１０８ｂとが誤接続されている場合、加熱された水が熱交換器１０６を介して導出水温度検知器１１３ａ側に流れる。これにより、導出水温度検知器１１３ａが検知する温度は、導入水温度検知器１１３ｂが検知する温度と比べて高くなる。そこで、判断装置１１６は、導出水温度検知器１１３ａが検知する温度が高い場合、誤接続されていると判断する。
【００１１】
そのため、従来の燃料電池コージェネレーションシステム１０１は、電気ヒータ１０５を用いて、冷却水ライン１０３、熱交換器１０６ならびに低温の排熱回収水ライン１０８を流れる冷却水などを加温する必要がある。これにより、電気ヒータ１０５による不要な電力消費が発生する。
【００１２】
また、判断装置１１６は、各ラインを流れる冷却水の温度が上昇するまで判定できないため、作業性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−２１８０５２号公報
【発明の概要】
【００１４】
本開示は、熱回収高温経路と熱回収低温経路の誤接続を速やかに検知できる燃料電池コージェネレーションシステムを提供する。
【００１５】
本開示の燃料電池コージェネレーションシステムは、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池と、燃料電池の発電時に生成する熱を回収する冷却水を貯蔵する冷却水タンクと、冷却水を燃料電池と冷却水タンクに循環する冷却水ポンプと、冷却水の熱を排熱回収水に回収する熱交換器と、排熱回収水を貯湯タンクへ送水する貯湯循環ポンプを備える。さらに、貯湯循環ポンプの吐出側と冷却水タンクとの間に設けられた開閉弁と、貯湯循環ポンプにより熱交換器から貯湯タンクへ送水する熱回収高温経路と、排熱回収水を貯湯タンクから送水する熱回収低温経路と、貯湯循環ポンプの出力信号に基づいて、熱回収高温経路と熱回収低温経路が誤接続されているか否かを判定する判定部を備える。そして、判定部は、燃料電池コージェネレーションシステムの冷却水タンクへの水張り運転時において、予め設定した期間の貯湯循環ポンプの出力信号を検出する配管状態確認運転を行い、配管状態確認運転時に貯湯循環ポンプの出力信号が所定の範囲を外れた場合、熱回収高温経路と熱回収低温経路が誤接続されていると判定する。
【００１６】
これにより、燃料電池コージェネレーションシステムの設置施工時などにおいて、熱回収高温経路と熱回収低温経路の誤接続を、容易に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本実施の形態に係る燃料電池コージェネレーションシステムの構成図である。
【図２】図２は、同燃料電池コージェネレーションシステムの配管誤接続の判定方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、従来の燃料電池コージェネレーションシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（本開示の基礎となった知見）
近年、設置面積が可能な限り小さい燃料電池コージェネレーションシステムが求められている。燃料電池コージェネレーションシステムは、多数の付帯機器を備える。そのため、設置面積を可能な限り小さくすると、多くの配管や配線が密集して配置される。これにより、配管などを誤接続する場合が生じる。
【００１９】
特に、燃料電池で発生した熱を貯湯タンクへ運ぶ水配管である熱回収高温経路と熱回収低温経路を誤接続すると、冷却水として機能する水を、正規の経路で燃料電池に供給できない。そのため、燃料電池を適正な温度に保つことができなくなる。これにより、燃料電池コージェネレーションシステムの運転が不可能になる。
【００２０】
そこで、本開示の第１態様に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池と、燃料電池の発電時に生成する熱を回収する冷却水を貯蔵する冷却水タンクと、冷却水を燃料電池と冷却水タンクに循環する冷却水ポンプと、冷却水の熱を排熱回収水に回収する熱交換器と、排熱回収水を貯湯タンクへ送水する貯湯循環ポンプを備える。さらに、貯湯循環ポンプの吐出側と冷却水タンクとの間に設けられた開閉弁と、貯湯循環ポンプにより熱交換器から貯湯タンクへ送水する熱回収高温経路と、排熱回収水を貯湯タンクから送水する熱回収低温経路と、貯湯循環ポンプの出力信号に基づいて、熱回収高温経路と熱回収低温経路が誤接続されているか否かを判定する判定部を備える。そして、判定部は、燃料電池コージェネレーションシステムの冷却水タンクへの水張り運転時において、予め設定した期間の貯湯循環ポンプの出力信号を検出する配管状態確認運転を行い、配管状態確認運転時に貯湯循環ポンプの出力信号が所定の範囲を外れた場合、熱回収高温経路と熱回収低温経路が誤接続されていると判定する。
【００２１】
第１態様によれば、燃料電池コージェネレーションシステムの設置施工時に行う冷却水タンクへの水張り運転時において、予め設定した期間の貯湯循環ポンプの出力信号を検出する配管状態確認運転を行う。これにより、熱回収高温経路と熱回収低温経路の誤接続を、速やかに検知できる。その結果、燃料電池システムが運転不能な状態に陥ることを防止できる。
【００２２】
また、本開示の第２態様に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、貯湯循環ポンプの出力信号が、貯湯循環ポンプの回転数である。
【００２３】
第２態様によれば、貯湯循環ポンプの回転数から、熱回収高温経路と熱回収低温経路の誤接続を容易に検知できる。
【００２４】
また、本開示の第３態様に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、貯湯循環ポンプの出力信号が、貯湯循環ポンプを駆動する電流値である。
【００２５】
第３態様によれば、貯湯循環ポンプを駆動する電流値から、熱回収高温経路と熱回収低温経路の誤接続を容易に検知できる。
【００２６】
また、本開示の第４態様に係る燃料電池コージェネレーションシステムの判定部は、配管状態確認運転時において、貯湯循環ポンプの出力信号が所定値を超えた場合、予め定めた所定回数を上限にして、所定値を下回るまで配管状態確認運転を繰り返す。
【００２７】
この場合、配管状態確認運転時において、通常、貯湯循環ポンプ内に残留空気が存在すると、貯湯循環ポンプの回転数を示す出力信号が、所定の回転数の出力信号より大きくなる。そのため、判定部は、熱回収高温経路と熱回収低温経路との接続を誤配管として検出する虞がある。そこで、第４態様によれば、貯湯循環ポンプの出力信号が所定値を超えた場合、予め定めた所定回数を上限として、配管状態確認運転を繰り返す。これにより、判定部が、熱回収高温経路と熱回収低温経路との接続を誤配管として検出することを防止できる。さらに、貯湯循環ポンプ内の残留空気を確実に排出できる。
【００２８】
また、本開示の第５態様に係る燃料電池コージェネレーションシステムの判定部は、熱回収高温経路と熱回収低温経路が誤接続されていると判定した場合、誤接続情報を報知する。これにより、燃料電池コージェネレーションシステムを新たに設置する、あるいは移設作業を行う設置施工者やユーザーに、誤接続の発生を速やかに報知できる。その結果、設置施工者やユーザーに、誤接続の迅速な解消を促すことができる。
【００２９】
（実施の形態）
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本開示を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００３０】
［燃料電池コージェネレーションシステムの構成］
まず、燃料電池コージェネレーションシステムの構成について、図１を用いて、説明する。
【００３１】
図１は、本実施の形態に係る燃料電池コージェネレーションシステムの構成図である。
【００３２】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１は、燃料電池２と、冷却水タンク３と、冷却水ポンプ４と、熱交換器５と、貯湯循環ポンプ７と、開閉弁１４と、第２循環経路８を構成する熱回収高温経路８Ｂおよび熱回収低温経路８Ａと、検知部９および判定部１０などを含む制御器１３と、第１循環経路１２を構成する第１復路１２Ａおよび第１往路１２Ｂなどを備える。
【００３３】
冷却水タンク３は、燃料電池２の発電時に生成する熱を回収する第１熱媒体である冷却水を貯蔵する。冷却水ポンプ４は、冷却水を、燃料電池２と冷却水タンク３に循環させる。熱交換器５は、冷却水の熱を排熱回収水に回収する。貯湯循環ポンプ７は、排熱回収水を貯湯タンク６へ送水する。開閉弁１４は、貯湯循環ポンプ７の吐出側と冷却水タンク３との間に設けられ、冷却水の通流を制御する。熱回収高温経路８Ｂは、貯湯循環ポンプ７の駆動により、熱交換器５から貯湯タンク６へ送水する経路を構成する。熱回収低温経路８Ａは、排熱回収水を貯湯タンク６から送水する経路を構成する。検知部９は、貯湯循環ポンプ７の運転状態（例えば、出力信号など）を検知する。判定部１０は、貯湯循環ポンプ７の出力信号（例えば、回転数、電流値など）に基づいて、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されているか否かを判定する。
【００３４】
このとき、図１に示すように、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１は、燃料電池２、冷却水タンク３、冷却水ポンプ４、熱交換器５、貯湯循環ポンプ７、開閉弁１４、検知部９、判定部１０、第１循環経路１２などが、燃料電池システム１１の筐体に配置される。
【００３５】
燃料電池２は、図示しない、アノードとカソードなどを有する。燃料電池２は、アノードに供給される燃料ガスと、カソードに供給される酸化剤ガス（空気）とを、電気化学的に反応させて、電気と熱を発生させる。電力変換装置（図示せず）は、燃料電池２で発電した電力を、直流電力から交流電力に変換および電圧調整を行う。そして、変換および電圧調整された交流電力は、電灯や各種電気機器などの電力負荷に供給される。
【００３６】
燃料電池２としては、例えば固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池、固体酸化物形燃料電池などの各種の燃料電池を用いることができる。なお、燃料電池２の構成は、一般的な燃料電池の構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００３７】
また、燃料電池２は、内部に、冷却水流路２Ａを有する。冷却水流路２Ａは、燃料電池２を冷却するための冷却水を通流させ、燃料電池２で発生した熱を回収する。冷却水流路２Ａの出口は、第１循環経路１２の第１往路１２Ｂの上流端に接続される。第１往路１２Ｂの下流端は、冷却水タンク３に接続される。冷却水タンク３の下流側は、熱交換器５に接続される。そして、熱交換器５の下流側には、冷却水ポンプ４の吸込側が接続される。
【００３８】
また、冷却水流路２Ａの入口は、第１復路１２Ａの下流端に接続される。第１復路１２Ａの上流端は、冷却水ポンプ４の吐出側に接続される。
【００３９】
つまり、熱交換器５の一次側流路を構成する冷却水循環経路は、第１循環経路１２に接続される。
【００４０】
なお、本実施の形態では、熱交換器５が第１復路１２Ａに配設されている形態（換言すると、冷却水タンク３が熱交換器５の上流側に配設されている形態）を例に説明したが、これに限定されない。熱交換器５を、第１往路１２Ｂに配設する形態を採用してもよい。
【００４１】
また、熱交換器５の二次側流路を構成する排熱回収水経路は、第２循環経路８に接続される。より詳細には、熱交換器５の二次側流路の上流端は、第２循環経路８の第２往路を構成する熱回収低温経路８Ａの下流端に接続される。熱交換器５の二次側流路の下流端は、第２循環経路８の第２復路を構成する熱回収高温経路８Ｂの上流端に接続される。そして、熱回収低温経路８Ａの上流端は貯湯タンク６の下部に接続され、熱回収高温経路８Ｂの下流端は貯湯タンク６の上部に接続される。
【００４２】
貯湯循環ポンプ７は、熱回収低温経路８Ａの途中に配設される。貯湯循環ポンプ７は、駆動により、第２熱媒体（例えば、市水などの排熱回収水）を第２循環経路８内に通流させる。貯湯循環ポンプ７として、例えば遠心ポンプやプランジャーポンプなどの各種ポンプが使用できる。
【００４３】
開閉弁１４は、貯湯循環ポンプ７の吐出側から冷却水タンク３へ市水を供給する経路の間に配設される。
【００４４】
以上のように、熱交換器５の一次側流路および二次側流路が構成される。
【００４５】
そして、冷却水ポンプ４および貯湯循環ポンプ７が作動すると、燃料電池２で加熱された第１熱媒体（冷却水）が、熱交換器５に供給される。第１熱媒体は、熱交換器５の内部で、第２循環経路８を通流する第２熱媒体（排熱回収水）と熱交換される。
【００４６】
つぎに、燃料電池コージェネレーションシステム１の設置施工時に実施する水張り運転について、具体的に説明する。
【００４７】
まず、制御器１３は、開閉弁１４を開く。これにより、市水の圧力で燃料電池コージェネレーションシステム１への水張り運転が開始される。
【００４８】
このとき、第２循環経路８を構成する熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが正規に接続されている場合、水は熱回収低温経路８Ａを通り、貯湯循環ポンプ７へ供給される。そして、貯湯循環ポンプ７に供給された水は、開閉弁１４を経由して、冷却水タンク３へ供給される。
【００４９】
一方、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続、つまり反対に接続されている場合（図１の２点鎖線で示す接続に相当）、水は熱回収低温経路８Ａを通り、熱交換器５に供給される。そして、熱交換器５に供給された水は、開閉弁１４から冷却水タンク３へ供給される。そのため、貯湯循環ポンプ７へは、水が供給されない。この場合、貯湯循環ポンプ７の内部および貯湯循環ポンプ７の上流側配管と下流側配管は、水で満たされず、空気が満たされたままの状態となる。この理由は、誤接続状態で開閉弁１４を開いた場合、熱回収高温経路８Ｂ、熱回収低温経路８Ａ、熱交換器５、貯湯循環ポンプ７および貯湯タンク６の経路が閉塞経路になる。そのため、経路内に空気が残留する。
【００５０】
通常、貯湯循環ポンプ７として、上述した遠心ポンプやプランジャーポンプなどの各種ポンプが使用される。なお、以降では、貯湯循環ポンプ７を、単にポンプと略記する場合がある。
【００５１】
しかし、上記いずれのポンプも、燃料電池コージェネレーションシステム１の設置施工時において、ポンプの内部は水が満たされていないため、空気などが残留している。ポンプの内部に空気が残留している場合、ポンプの回転に対する負荷が軽くなる。そのため、水が満たされている場合と比較して、ポンプの回転数が上昇する。
【００５２】
そこで、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１は、まず、水が満たされている場合のポンプの回転数の基準回転数範囲を設定する。そして、設定した基準回転数範囲と、実際に検知されるポンプの回転数とを比較する。このとき、実際のポンプの回転数が基準回転数範囲より高い場合、ポンプ内に空気層があると判断できる。つまり、ポンプの回転数に基づいて、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されていると判定できる。
【００５３】
なお、ポンプの回転数以外に、ポンプの駆動電流の値に基づいて、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａの誤接続を判定してもよい。一般に、ポンプの駆動に要する電流値は、一義的に決まる。そこで、水が満たされている場合のポンプの駆動電流の基準電流範囲を設定する。そして、設定した基準電流範囲と、実際のポンプの駆動電流とを比較する。このとき、実際のポンプの駆動電流が基準電流範囲より低い場合、ポンプ内に空気層があると判断できる。つまり、上記ポンプの回転数と同様に、ポンプの駆動電流に基づいて、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａの誤接続を判定できる。
【００５４】
また、制御器１３は、燃料電池コージェネレーションシステム１を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。例えば、制御器１３は、上述の検知部９および判定部１０に加えて、図示しない演算処理部、記憶部および時計部などを備える。演算処理部は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵなどで構成される。記憶部は、メモリなどから構成され、各制御動作を実行するためのプログラムを格納する。
【００５５】
そして、制御器１３は、記憶部に格納された所定の制御プログラムを演算処理部で読み出し、制御プログラムを実行する。これにより、燃料電池コージェネレーションシステム１を構成する各種機器の制御を行う。
【００５６】
なお、制御器１３は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して燃料電池コージェネレーションシステム１の制御を実行する制御器群で構成される形態でもよい。また、制御器１３は、マイクロコントロールユニットで構成しても、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、論理回路などで構成してもよい。
【００５７】
また、制御器１３の検知部９は、貯湯循環ポンプ７の出力信号、具体的にはポンプの回転数、ポンプの駆動電流の少なくとも一方を検知する。判定部１０は、検知部９で検知された貯湯循環ポンプ７の出力信号に基づいて、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されているか否かを判定する。
【００５８】
以上のように、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１が構成される。
【００５９】
［燃料電池コージェネレーションシステムの動作］
以下に、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１の設置施工時において、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されているか否かの判定方法について、図１を参照しながら、図２を用いて説明する。
【００６０】
本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１の動作（例えば、発電動作）は、公知の燃料電池コージェネレーションシステムの動作と同様であるため、その説明は省略する。なお、燃料電池コージェネレーションシステム１の熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されているか否かを判定は、燃料電池コージェネレーションシステム１のメンテナンス後の試運転時に実行してもよい。
【００６１】
図２は、同燃料電池コージェネレーションシステム１の熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されているか否かの判定方法の一例を示すフローチャートである。
【００６２】
図２に示すように、まず、試運転として、燃料電池コージェネレーションシステム１への水張り処理を開始するか否かを判断する（ステップＳ１０１）。水張り処理を開始しない場合（ステップＳ１０１のＮ）、待機する。
【００６３】
一方、水張り処理を開始する場合（ステップＳ１０１のＹ）、制御器１３は、開閉弁１４を開く。
【００６４】
つぎに、制御器１３は、時計部で、所定の時間Ｔ１（ｓｅｃ）が経過したか否かを判定する。所定の時間Ｔ１（ｓｅｃ）が経過していない場合（ステップＳ１０２のＮ）、経過するまで待機する。このとき、外部から供給される市水の圧力により、水は熱回収低温経路８Ａを通り、貯湯循環ポンプ７に到達する水張り経路を介して、供給される。
【００６５】
なお、所定の時間Ｔ１（ｓｅｃ）は、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが正規に接続されている場合、水が十分に貯湯循環ポンプ７に到達するまでの時間に設定される。通常、時間Ｔ１（ｓｅｃ）は、市水の圧力と、燃料電池コージェネレーションシステム１の水張り経路の圧力損失などにより決まる。そのため、時間Ｔ１（ｓｅｃ）は、市水の圧力が最低の場合でも、水が十分に貯湯循環ポンプ７に到達するまでの時間に設定することが望ましい。そこで、本実施の形態では、上記条件を考慮して、時間Ｔ１（ｓｅｃ）を、例えば６０ｓｅｃ程度に設定している。
【００６６】
そして、所定の時間Ｔ１（ｓｅｃ）が経過すると（ステップＳ１０２のＹ）、制御器１３は、貯湯循環ポンプ７の運転を開始する（ステップＳ１０３）。この場合、貯湯循環ポンプ７の回転数として、水張り経路の圧力損失に対し、市水を十分に冷却水タンク３に供給できる回転数が設定される。
【００６７】
本実施の形態では、貯湯循環ポンプ７の回転数の基準値として、例えば回転数Ｘ＝４５００ｒ／ｍｉｎ程度を設定している。さらに、この基準値に対して、貯湯循環ポンプ７の回転数ばらつき値（例えば、α＝５００ｒ／ｍｉｎ）を考慮し、貯湯循環ポンプ７の基準回転数範囲を設定している。この理由は、貯湯循環ポンプ７の基準回転数範囲を回転数ばらつき値以下の値に設定すると、誤判定する可能性がある。そこで、回転数の基準値に回転数ばらつきを考慮して、基準回転数範囲を設定している。
【００６８】
つぎに、制御器１３は、時計部で、時間Ｔ２（ｓｅｃ）が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。所定の時間Ｔ２（ｓｅｃ）が経過していない場合（ステップＳ１０４のＮ）、経過するまで待つ。なお、所定の時間Ｔ２（ｓｅｃ）は、貯湯循環ポンプ７の回転数が安定し、かつ貯湯循環ポンプ７内の残留空気を排出させるための時間である。そこで、本実施の形態では、時間Ｔ２（ｓｅｃ）を、例えば３０ｓｅｃ程度に設定している。
【００６９】
一方、所定の時間Ｔ２（ｓｅｃ）が経過した場合（ステップＳ１０４のＹ）、制御器１３の判定部１０は、貯湯循環ポンプ７の回転数が基準回転数範囲以上の回転数となるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。貯湯循環ポンプ７の回転数が基準回転数範囲以上の回転数となった場合（ステップＳ１０５のＹ）、貯湯循環ポンプ７の運転回数が所定回数Ａに達したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。なお、ステップＳ１０６は、貯湯循環ポンプ７内の残留空気を、確実に排出する処理である。つまり、ステップＳ１０４で、貯湯循環ポンプ７内の残留空気を一定量排出しているが、空気が残留している虞がある。そこで、ステップＳ１０６で、貯湯循環ポンプ７を複数回（所定回数Ａ）運転させる。これにより、貯湯循環ポンプ７内の残留空気を確実に排出できる。なお、所定回数Ａは、例えば５回から１０回である。
【００７０】
そして、貯湯循環ポンプ７の運転回数が所定回数Ａに達していない場合（ステップＳ１０６のＮ）、制御器１３は、貯湯循環ポンプ７を停止し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０３に戻る。そして、制御器１３は、以降のステップを実行する。
【００７１】
一方、貯湯循環ポンプ７の運転回数が所定回数Ａに達した場合（ステップＳ１０６のＹ）、制御器１３の判定部１０は、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが誤接続されていると判定し（ステップＳ１０８）、判定処理を終了する。
【００７２】
つまり、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａとが正規の接続された場合でも、貯湯循環ポンプ７内に残留空気が残っていると、貯湯循環ポンプ７の出力信号（回転数）が高く出力される。しかし、上記ステップＳ１０５およびステップＳ１０６の処理により、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａとが誤接続されていると、判定部１０が判定することを回避できる。
【００７３】
そして、誤接続と判定した後、制御器１３は、図示しないリモコンへの表示やランプなどでの表示、もしくはブザーなどを鳴らす処理を実行することが望ましい。これにより、燃料電池コージェネレーションシステム１の設置施工作業を行なう設置施工者やユーザーに、誤接続が発生していることを速やかに伝え、誤接続を解消する対応を促すことができる。
【００７４】
また、貯湯循環ポンプ７の回転数が基準回転数範囲未満である場合（ステップＳ１０５のＮ）、制御器１３の判定部１０は、貯湯循環ポンプ７の運転回数が所定回数Ｂに達したか否かを判定する（ステップＳ１０９）。なお、ステップＳ１０９は、ステップＳ１０６と同様に、貯湯循環ポンプ７内の残留空気を、確実に排出する処理である。つまり、ステップＳ１０４で、貯湯循環ポンプ７内の残留空気を一定量排出しているが、空気が残留している虞がある。そこで、ステップＳ１０９で、貯湯循環ポンプ７を複数回（所定回数Ｂ）運転させる。これにより、貯湯循環ポンプ７内の残留空気を確実に排出できる。なお、所定回数Ｂは、例えば５回から１９回である。
【００７５】
そして、貯湯循環ポンプ７の運転回数が所定回数Ｂに達していない場合（ステップＳ１０９のＮ）、制御器１３は、貯湯循環ポンプ７を停止し（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０３に戻る。そして、制御器１３は、以降のステップを実行する。
【００７６】
一方、貯湯循環ポンプ７の運転回数が所定回数Ｂに達した場合（ステップＳ１０９のＹ）、熱回収高温経路８Ｂと熱回収低温経路８Ａが正規に接続されていると判定し（ステップＳ１１１）、判定処理を終了する。
【００７７】
以上で説明したように、本実施の形態によれば、燃料電池コージェネレーションシステムの熱回収高温経路と熱回収低温経路との誤接続を速やかに検知することができる。
【００７８】
また、本実施の形態によれば、燃料電池を冷却するための冷却水循環経路に電気ヒータを設ける必要がない。そのため、配管状態確認運転中において、電気ヒータによる電力消費が生じない。
【００７９】
また、上述したように、従来の技術では、電気ヒータで冷却水温度を上昇させるため、上昇するまでの待機時間が必要である。つまり、配管誤接続の判定に数十分程度の時間が必要であった。しかし、本実施の形態によれば、数分間程度で配管の誤接続判定が可能となる。
【００８０】
そのため、誤接続の防止とともに、作業効率や信頼性に優れた燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本開示は、施工設置時などにおける配管誤接続の防止が要望される燃料電池コージェネレーションシステムなどに有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１，１０１    燃料電池コージェネレーションシステム
２，１０２    燃料電池
２Ａ    冷却水流路
３    冷却水タンク
４    冷却水ポンプ
５，１０６    熱交換器
６    貯湯タンク
７    貯湯循環ポンプ
８    第２循環経路
８Ａ    熱回収低温経路
８Ｂ    熱回収高温経路
９    検知部
１０    判定部
１１    燃料電池システム
１２    第１循環経路
１２Ａ    第１復路
１２Ｂ    第１往路
１３    制御器
１４    開閉弁
１０３    冷却水ライン
１０５    電気ヒータ
１０８    排熱回収水ライン
１０８ａ    高温排熱回収ライン
１０８ｂ    低温排熱回収ライン
１１０    貯湯槽
１１３ａ    導出水温度検知器
１１３ｂ    導入水温度検知器
１１６    判断装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電時に生成する熱を回収する冷却水を貯蔵する冷却水タンクと、
前記冷却水を前記燃料電池と前記冷却水タンクに循環させる冷却水ポンプと、
前記冷却水の熱を排熱回収水に回収する熱交換器と、
前記排熱回収水を貯湯タンクへ送水する貯湯循環ポンプと、
前記貯湯循環ポンプの吐出側と前記冷却水タンクとの間に設けられた開閉弁と、
前記貯湯循環ポンプにより前記熱交換器から前記貯湯タンクへ送水する熱回収高温経路と、
前記排熱回収水を前記貯湯タンクから送水する熱回収低温経路と、
前記貯湯循環ポンプの出力信号に基づいて、前記熱回収高温経路と前記熱回収低温経路が誤接続されているか否かを判定する判定部と、
を備える燃料電池コージェネレーションシステムであって、
前記判定部は、前記燃料電池コージェネレーションシステムの前記冷却水タンクへの水張り運転時において、予め設定した期間の前記貯湯循環ポンプの出力信号を検出する配管状態確認運転を行い、前記配管状態確認運転時に前記貯湯循環ポンプの出力信号が所定値の範囲から外れた場合、前記熱回収高温経路と前記熱回収低温経路が誤接続されていると判定する、燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項２】
前記貯湯循環ポンプの出力信号は、前記貯湯循環ポンプの回転数である、請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記貯湯循環ポンプの出力信号は、前記貯湯循環ポンプを駆動する電流値である、請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記判定部は、前記配管状態確認運転時において、前記貯湯循環ポンプの出力信号が前記所定値を超えた場合、予め定めた所定回数を上限にして、前記所定値を下回るまで前記配管状態確認運転を繰り返す、請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
【請求項５】
前記判定部は、前記熱回収高温経路と前記熱回収低温経路が誤接続されていると判定した場合、誤接続情報を報知する、請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2017209031.tif 000010
2017209031.tif 000011
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