(57)【要約】【課題】貯湯タンク内の熱量が少ない場合でも、貯湯タンクの熱を利用することが可能な手段を提供することを目的とする。【解決手段】貯湯タンクから出湯可能な湯温を取得する。これと、リモコンで設定した給湯設定温度に基づいて、加熱器が動作せず、貯湯タンクのみから供給可能な貯湯温度を算出する。ユーザがリモコンで第２の運転モードを選択した時、前記給湯設定温度と貯湯温度のうち、より低い方を選択して、給湯することによって加熱器の動作頻度を抑える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電し、電力と熱とを供給する燃料電池と、
前記燃料電池の熱を回収した温水である貯湯水を貯める貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに貯められた貯湯水を加熱する加熱器と、
前記加熱器を動作させずに前記貯湯タンクから供給することができる温水の温度である出湯可能温度を算出する給湯制御器と、
を備えている燃料電池システム。
【請求項２】
給湯設定温度を設定するための報知器をさらに備え、
前記給湯制御器は、前記給湯設定温度と前記出湯可能温度とに応じて給湯温度を変更する、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記報知器は、前記給湯設定温度から許容される温度低下の幅の最大値である許容温度差が設定されるように構成されており、
前記給湯制御器は、前記給湯設定温度と前記出湯可能温度と前記許容温度差とに応じて給湯温度を変更する、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記給湯制御器は、前記給湯可能温度が前記給湯設定温度より低く、前記給湯可能温度と前記給湯設定温度との差が前記許容温度差以下である場合、前記給湯可能温度を給湯温度として設定する、
請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記給湯制御器は、前記給湯可能温度が前記給湯設定温度より低く、前記給湯可能温度と前記給湯設定温度との差が前記許容温度差より大きい場合、前記給湯設定温度を給湯温度として設定し、前記加熱器を動作させて前記貯湯水を加熱させる、
請求項３または４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記報知器は、第１の運転モード、もしくは、使用する一次エネルギー量が前記第１の運転モードより少ない第２の運転モード、を設定させ、
前記給湯制御器は、前記第２の運転モードが設定された場合に、前記給湯温度を変更する、
請求項２〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記給湯制御器は、少なくとも、一つ以上のカランの位置情報を取得する手段を具備し、前記カランの位置が所定の場所にある場合には、前記第２の運転モードの機能を無効化する、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記給湯制御器は、前記第２の運転モードで運転を行う場合、貯湯タンク内の熱量が予め定められた熱量以下である場合、前記出湯可能温度でカランから出力する場合、及び、カランから出力中に前記予め定められた熱量以下になった場合、のうちの少なくとも一つの場合に、前記出湯可能温度で出力を継続する、
請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記報知器は、前記第２の運転モードが選択された場合には、前記出湯可能温度を表示する表示部を有しており、
前記給湯制御器は、ユーザの温水の出力要求を検知した場合に、前記給湯の温度と前記出湯可能温度のうちいずれか低い方を前記報知器の表示部へ表示するように指示を出す、
請求項８に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電時に発生した熱を蓄積している貯湯タンク内の水をふろ・給湯で効率的に使用できる燃料電池システムに関するものである。特に固体高分子型燃料電池のように廃熱によって温められる水の温度が、一般的にユーザが日常生活で使用する湯の温度帯に近いケースで有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムに関して、特許文献１に示すものがあった。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載された従来例の構成を示すブロック図、図７はその動作を示すフローチャート図である。
【０００４】
図６において、湯はり制御部６０２は、リモコン６０３と通信線を介して通信し、また、リモコン６０３へ浴槽への注湯を指示するため、注湯指示を注湯制御部６０４へ出力する構成である。さらに、注湯制御部６０２は温度センサ６０１から入力された貯湯タンク（図示せず）の温度情報を元に貯湯タンク内の湯量を算出し、これを元に注湯指示を出す／出さないを決定する。
【０００５】
以下、図７のフローチャート図を用いて、従来例での動作を説明する。ユーザがリモコン６０３で、湯はり開始スイッチを押下すると、通信線を介して、その旨が注湯制御部６０２へ伝えられる（Ｓ７０１）。注湯制御部６０２は、予め温度センサ６０１からの入力データを元に、貯湯タンク内の熱量を算出しておき、湯はりに十分な熱量を貯湯タンクから供給可能か否かを判断する（Ｓ７０２）。判断結果は、リモコン６０３へ送信され、リモコン６０３では、湯はりに十分な熱量がない場合であっても湯はりを強行するか否かをユーザに尋ねる（Ｓ７０３）ユーザが強行しないを選択した場合は、貯湯タンク内に湯はりに十分な熱量が溜まるまで、待機する（Ｓ７０４）。その後、貯湯タンクに十分な湯量がたまったら、湯はりを行う（Ｓ７０５）。ユーザが「強行する」を選択した場合は、即座に湯はりを開始する（Ｓ７０５）。この際には加熱器を燃焼させて、不足する熱量を補うことになるので、ガスを使うことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２６３９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の構成では、貯湯タンクから出湯可能な温度を取得して、湯はりに十分な温度の温水が有るかどうかを判断している。十分な温度の温水がないと判断した場合には、ユーザが十分な温度の温水が貯まるまで待機するか、強行するかを選択することになる。ユーザが強行を選択した場合には、加熱器が燃焼して不足分の熱量を補うことになるので、ガスの消費量が増加することになるし、待機を選択した場合には、風呂に入りたい時に温水が張られていないことが考えられ、ユーザの利便性を著しく損なうことになる。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、貯湯タンク内の熱量が少ない場合でも、貯湯タンクの熱を利用することが可能な手段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】
上記目的を達成するために、本発明の熱電併給システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電し、電力と熱とを供給する燃料電池と、前記燃料電池の熱を回収した貯湯水を貯める貯湯タンクと、前記貯湯タンクに貯められた貯湯水、又は、市水を加熱する加熱器と、前記加熱器を動作させずに前記貯湯タンクから供給することができる出湯可能温度を算出する給湯制御器とを備えている。さらに、カランから出力する温度である給湯温度を報知する報知器をさらに有し、前記給湯制御器は、少なくとも、第１の運転モードと、使用する一次エネルギー量が前記第１の運転モードより少ない第２の運転モードと、を記憶しており、前記第２の運転モードで運転を行う場合、前記加熱器を動作させずに、前記貯湯温度で貯湯水を供給する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ユーザが指定する設定範囲内で給湯温度、又はふろ湯量を制御する、もしくはユーザが自主的に給湯設定温度を下げる操作を行い、時間と温度の両面でユーザの利便性の高い熱電併給システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１乃至３における熱電併給システムのブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の報知器における許容値出力までのフローチャート図
【図３】本発明の実施の形態１の給湯制御器のフローチャート図
【図４】本発明の実施の形態１の給湯制御器の給湯設定温度を変更するフローチャート図
【図５】本発明の実施の形態２のフローチャート図
【図６】従来例のブロック図
【図７】従来例のフローチャート図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の熱電併給システムの給湯温度制御装置、ならびにその方法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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱電併給システムの給湯温度制御装置のブロック図であり、図２、図３は、同実施の形態の熱電併給システムの給湯温度制御方法のアルゴリズムを説明するためのフロー図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態１における熱電併給システムは、燃料電池１０１、貯湯タンク１０２、給湯制御器１０３、加熱器１０４、報知器１０５を含む構成である。
【００１５】
燃料電池１０１は、発電の際に熱が発生するので、この熱で貯湯タンク１０２下部から入ってきた水を温め、温水を出力する。
【００１６】
貯湯タンク１０２は、燃料電池１０１から出力された温水をその上部から入力し、熱交換することでその熱を蓄積する。そして、給湯制御器１０３の制御によって、蓄積した貯湯水をカラン、ふろアダプタへ出力する。貯湯タンク１０２には、上部から燃料電池１０１で回収した熱によって温められた温水が入るので、貯湯タンク１０２内の水の温度分布は一様にはならず、上部の方が温かく下部の方が冷たい温度分布となる。また、貯湯タンク１０２は１つ以上の温度センサ１０２ａを備えている。
【００１７】
温度センサ１０２ａは、少なくとも貯湯タンク１０２の貯湯水の温度（貯湯温度）、市
水温度、カランから出力する水の温度（給湯温度）のうち、少なくとも２つを計測し、その値を給湯制御器１０３へ入力する。また、貯湯タンク１０２は流量センサ１０２ｂを備え、カランから出力される水の流量（給湯流量）、市水の流量（市水流量）、貯湯タンク１０２の貯湯水の流量（貯湯流量）のうち、少なくとも２つを計測する。
【００１８】
加熱器１０４は原料ガスを燃焼させて、前記貯湯タンク１０２の貯湯水、または市水を加熱するものである。
【００１９】
報知器１０５は、ユーザに入力を指示するインターフェースを備えている。これにより、ユーザがカランから温水を出すことを指示することだけでなく、給湯設定温度（ユーザが希望する温水の温度）や、許容温度差（利便性を損なわないでユーザが許容できる前記給湯設定温度からの温度低下幅の最大値）を設定することが可能である。また、報知器１０５は、消費する一時エネルギーがユーザの要求通りである運転モード（以下、「通常モード」と呼ぶ）、もしくは、前記運転モードよりも消費する一時エネルギーが少なくなる運転モード（以下、「エコモード」と呼ぶ）を利用者に選択させることも可能である。報知器１０５は、入力された情報を給湯制御器１０３に出力する。
【００２０】
給湯制御器１０３は、カランから温水を出力することが指示された場合に、報知器１０５で設定された給湯設定温度と貯湯タンク１０２の出湯可能温度とを比較し、その比較結果に応じた制御を行う。
【００２１】
以下、図２〜４を用いて、カランから出力される温水の給湯温度を制御するシステムフローについて説明する。
【００２２】
まず、図２で、ユーザが給湯設定温度から下げても良い温度（許容温度差）を設定するフローを説明する。ユーザがエコモードを選択すると（Ｓ２０１）、給湯設定温度から下げても良い下限値を入力するインターフェースを表示する（Ｓ２０２）。ユーザが下限値を入力すると、報知器１０５は給湯設定温度との差分を計算し、それを許容温度差として出力する（Ｓ２０３）。なお、許容温度差を直接入力しても良い。
【００２３】
次に、図３、図４で、給湯制御器１０３における給湯温度の決定フローを説明する。給湯制御器１０３は、報知器１０５から給湯設定温度を受け取る（Ｓ３０１）。さらに、報知器１０５から貯湯温度を受け取る（Ｓ３０２）。
【００２４】
その後、報知器１０５においてエコモードが設定されているかを確認する（Ｓ３０３）。通常モードであれば、給湯設定温度をそのまま給湯温度として設定する。エコモードであれば、給湯設定温度と出頭可能温度とを比較する（Ｓ３０４）。Ｓ３０４の処理フローは図４を使って説明する。
【００２５】
まず、給湯制御器１０３は貯湯温度、市水温度から出湯可能温度を算出する（Ｓ４０１）。出湯可能温度は加熱器を燃焼させないで貯湯水と市水によってカランに出力することができる温度の最大値である。通常、カランから出力する水の温度を安定させる為、貯湯水に市水を混合するが、最小量の市水を混合したとしても、出湯可能温度は貯湯温度よりも低い値となり、また、市水温度によっても変化する。
【００２６】
そして、出湯可能温度を給湯設定温度と比較する（Ｓ４０２）。そして、その比較結果に応じて以下の（１）〜（３）の制御を行う。
【００２７】
（１）貯湯タンク１０２の貯湯水の温度（給湯可能温度）が前記給湯設定温度以上である場合、給湯設定温度を給湯温度（実際にカランから出力される温水の温度）として設定
する。このとき、貯湯タンク１０２への加熱は行わない（Ｓ４０３）。
【００２８】
（２）給湯可能温度が給湯設定温度より低く、その差が前記許容温度差以内である場合、給湯可能温度を給湯温度として設定する。このとき、貯湯タンク１０２への加熱は行わない（Ｓ４０５）。
【００２９】
（３）給湯可能温度が給湯設定温度より低く、その差が前記許容温度差より大きい場合、給湯設定温度を給湯温度として設定する。このとき、貯湯タンク１０２への加熱を行う（Ｓ４０６）。
【００３０】
この（１）〜（３）の制御の後、給湯温度に温度制御された温水をカランから出力することで、ユーザの要求を満たしつつ、省電力な給湯システムを実現することが可能となる。
【００３１】
一般的に台所や洗面所のカランから出力する水は、冷たすぎない温度であれば良くて、ユーザが設定した給湯設定温度よりも低い温度であっても一向に構わないケースが多い。本発明はカランから出力される水の温度設定に対する曖昧性に着目したものであって、本発明によれば、貯湯温度が低い場合であっても、給湯設定温度をユーザの許容範囲で下げるよう制御することによって、貯湯タンク１０２内の貯湯水でカランからの出力を賄えるケースが増える。この結果、燃料電池１０１での廃熱をより有効に利用することが出来るので、加熱器１０４の燃焼による一次エネルギーの消費量を抑え、エコに貢献することができる。
【００３２】
また、シャワーの場合は給湯設定温度で出力することが望ましいので、カランの位置情報を同時に給湯制御器１０３に入力し、シャワーから出力していることを認識した場合は、エコモードであっても給湯設定温度を下げず、ユーザの設定のままの温度でシャワーから出力するよう制御するようにしても良い。
【００３３】
また、本制御は貯湯温度、給湯設定温度、市水温度、給湯温度によって制御可能であるので、カランからの出力のように消費する熱量が予め予想できないケースであっても、また、リアルタイムに制御可能であるので、ユーザの利便性を損なうことは無い。
【００３４】
また、給湯設定温度が給湯可能温度より低く、その差が前記許容温度差より大きい場合、給湯設定温度を給湯温度として設定したが、給湯設定温度から許容温度差を差し引いた温度を給湯温度として設定しても構わない。
【００３５】
また、上記実施例ではエコモードの設定時に許容温度差の入力を行うようにしたが、許容温度差は必ずしもユーザの入力に委ねる必要は無く、予め決められた一定値であっても構わない。
【００３６】
また、エコモードを「消費する一次エネルギーの量が通常モードよりも少なくなるモード」として定義したが、光熱費を削減するモード、又はＣＯ２排出量を削減するモードとして定義しても同様の効果が得られる。
【００３７】
本実施例では、貯湯タンク１０２内の貯湯水の温度として、貯湯タンク１０２の出口温度である貯湯温度を計測していたが、さらに１つ以上の温度センサを貯湯タンク１０２に備えれば、貯湯タンク内の熱量を算出することが出来る。これによって、例えば、貯湯温度が十分に高い場合であっても、その温度での水の積層が薄い場合は貯湯タンク１０２内の熱量が少ないことがわかるので、カランからの出力を貯湯水で賄える量が少ないことになる。
【００３８】
従って、給湯制御器１０３は、貯湯可能温度が給湯設定温度よりも高い場合であっても、貯湯温度での温水が少ないと判断した場合には、給湯温度を（給湯設定温度―許容温度差）に下げることで、カランからの出力に対してより長時間に渡って貯湯水によってその熱量を賄うことが可能となる。この結果、早めに貯湯温度の温水を使い果たして、加熱器が燃焼してしまうことを避けることができる。
【００３９】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における熱電併給システムの給湯制御器の動作のアルゴリズムを説明する為のフローチャート図である。以下、構成要素については実施の形態１と同様であるので、同一の番号を以ってその説明を行う。
【００４０】
給湯制御器１０３は、貯湯温度、市水温度を取得する（Ｓ５０１）。そして、貯湯水だけを用いた場合にカランから出湯可能な水の温度（出湯可能温度）を算出する（Ｓ５０２）。貯湯温度と、市水温度、出湯可能温度は一定時間ごとに更新しつつ、ユーザがカランから温水を出すのを待つ。
【００４１】
カランから出湯するのを検知したならば給湯設定温度と出湯可能温度を比較する（Ｓ５０３）。出湯可能温度の方が給湯設定温度よりも低い場合には、報知器１０５に出湯可能温度を出力する。例えば、「○度に下げれば貯湯水で賄うことができ、ガスを消費しません。」といったメッセージである。ユーザはこのメッセージを見て、給湯設定温度を操作して、出湯を継続することが可能になる。なお、給湯設定温度よりも出湯可能温度が高い場合は、現在ユーザが設定している給湯設定温度であってもすべての湯を貯湯水で賄うことができるので、報知器１０５に何も表示せず、そのまま出湯を継続する。
【００４２】
ユーザは、温水を出す時、現在の温度設定で出す温水が貯湯水で賄うことが出来るか否か、出来ない場合は何度に設定すれば貯湯水で賄い得るかを知ることが出来るので、利便性に問題がなければ、給湯設定温度を下げて、ガスの消費を抑えることが可能となる。この結果、貯湯水が積極的に使用されることとなるので、貯湯タンク１０２が満蓄になって発電を停止せざるを得ない状態になるのを回避して、より長時間発電を継続することができるようになる。２次的な効果であるが、熱電併給システムの運転時間が延びることによってよりエコに貢献することは明らかである。
【００４３】
なお、上記実施例では明示的に出湯可能温度を報知器１０５に表示する構成としたが、報知器１０５にメッセージを表示するだけでなく、報知器１０５にＬＥＤ等のデバイスを具備し、それを点灯／点滅させても同等の効果を期待することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明にかかる熱電併給システムの給湯温度制御装置、並びにその方法は、貯湯タンクに貯めた温水をふろ・給湯に使用するシステムにおいて、加熱器の燃焼を抑え、より積極的に貯湯タンク内の貯湯水を利用して、家庭の一次エネルギーの消費量を抑えることが可能であり、貯湯タンクに温水を貯める熱電併給システム全般に摘要できる。
【符号の説明】
【００４５】
１０１  燃料電池
１０２  貯湯タンク
１０３  給湯制御器
１０４  加熱器
１０５  報知器
【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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