(57)【要約】【課題】簡単な操作でシステム内に空気を残さずに、貯湯ユニットと排熱回収回路と燃料電池ユニットの水張りを同時に実施することで総水張り時間を短縮させることが可能なコージェネレーションシステムを提供する。【解決手段】コージェネレーションシステムの制御器４は、貯湯ユニット１０２の水張り運転を開始すると燃料電池ユニット１０１内の給水電磁弁９を開放し、燃料電池ユニット内の内部タンク水量検出器８が燃料電池ユニット内に水が流入したことを検知すると燃料電池ユニット内の内部循環回路５に設置された内部循環ポンプ６の作動を開始するよう制御する。【選択図】図１
2016192396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電を行うことで電力と熱とを発生させる燃料電池ユニットと、
前記燃料電池ユニットの熱を蓄熱する貯湯タンクを備える貯湯ユニットと、
前記貯湯タンク内の水を前記燃料電池ユニットに供給して前記燃料電池ユニットの排熱を回収させた後に、前記貯湯タンク内へ戻すための排熱回収回路と、
前記燃料電池ユニットの内部に水を循環させて冷却する内部循環回路と、
前記内部循環回路に配置される内部循環ポンプと、
前記内部循環回路に配置され内部循環する水を貯める内部タンクと、
前記内部タンクの水量を検出できる内部タンク水量検出器と、
前記排熱回収回路の水を前記内部循環回路に供給する通路を通流、遮断するために開放、閉止する給水電磁弁と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記貯湯タンクに給水して水張り運転を開始すると、前記給水電磁弁を開放し、
前記内部タンク水量検出器が前記燃料電池ユニット内に水が流入したことを検知すると、前記内部循環ポンプの作動を開始するよう制御する、コージェネレーションシステム。
【請求項２】
前記貯湯ユニットに給水された水量を検出する給水量検出器と、
前記排熱回収回路に配置される排熱回収ポンプと、を備え、
前記排熱回収ポンプは前記貯湯タンクの下流側で前記給水電磁弁の上流側となるように設置され、
前記制御器は、前記給水量検出器により、前記貯湯ユニットの水張り完了を検知した場合に、前記排熱回収ポンプの作動を開始するよう制御する、
請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記排熱回収回路に配置される排熱回収ポンプを備え、
前記排熱回収ポンプは前記貯湯タンクの下流側で前記給水電磁弁の上流側となるように設置され、
前記制御器は、前記水張り運転を開始してから第１時間経過した場合に、前記排熱回収ポンプの作動を開始するよう制御する、
請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記制御器は、前記給水量検出器により貯湯ユニットの水張り完了を検知し、且つ前記内部タンク水量検出器により前記燃料電池ユニットの水張り完了を検知した場合に、前記燃料電池ユニットの起動を開始するよう制御する請求項２に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
前記制御器は、前記内部循環ポンプを予め設定された第２時間作動させた後に、前記内部タンク水量検出器により前記燃料電池ユニットの水張り完了を検知しない場合は、前記内部循環ポンプを再度作動するよう制御する、請求項１〜４のいずれか１つに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項６】
前記貯湯タンク上部に接続された排水経路に設置された給水量検出器を備え、
前記制御器は、前記排熱回収ポンプを予め設定された第３時間作動させた後に、前記給水量検出器により前記貯湯ユニットの水張り完了を検知しない場合は、前記貯湯ユニットの水張り運転を再度行うよう制御する、請求項３に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項７】
前記貯湯タンク底部に水道の水を給水する給水経路を備え、
前記制御器は、前記貯湯タンクに連通する経路のうちで前記排熱回収回路と前記給水経路
を除く経路を閉止してから、前記給水電磁弁を開放し、前記貯湯タンクにかかる水道の給水圧によって前記内部タンク内に通水する、請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項８】
前記排熱回収回路に配置される排熱回収ポンプを備え、
前記排熱回収ポンプは前記貯湯タンクの下流側で前記給水電磁弁の上流側となるように設置され、
前記制御器は、前記内部タンク水量検出器が前記燃料電池ユニット内に水が流入したことを検知した後に、前記排熱回収ポンプの作動を開始するよう制御する、
請求項７に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項９】
前記燃料電池ユニットの発電動作に使用する水素を原料および改質水から改質反応により製造する燃料処理器と、
前記内部タンクの水を前記改質水として前記燃料処理器へ供給するための改質水経路と、前記改質水経路に配置される改質水ポンプと、を備え、
前記制御器は、前記内部タンク水量検出器が前記燃料電池ユニット内に水が流入したことを検知すると、前記改質水ポンプの作動を開始するよう制御する、請求項１〜８のいずれか１つに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１０】
前記制御器は、前記内部循環回路の水張りが完了したことを検知すると、前記燃料電池ユニットの起動準備動作を開始するよう制御する、請求項１〜９のいずれか１つに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１１】
発電を行うことで電力と熱とを発生させる燃料電池ユニットと、
前記燃料電池ユニットの熱を蓄熱する貯湯タンクを備える貯湯ユニットと、
前記貯湯タンク内の水を前記燃料電池ユニットに供給して前記燃料電池ユニットの排熱を回収させた後に、前記貯湯タンク内へ戻すための排熱回収回路と、
前記燃料電池ユニットの内部に水を循環させて冷却する内部循環回路と、
前記内部循環回路に配置される内部循環ポンプと、
前記内部循環回路に配置され内部循環する水を貯める内部タンクと、
前記内部タンクの水量を検出できる内部タンク水量検出器と、
前記排熱回収回路の水を前記内部循環回路に供給する通路を通流、遮断するために開放、閉止する給水電磁弁と、
を備えたコージェネレーションシステムの運転方法であって、
前記貯湯タンクに給水して水張り運転を開始すると、前記給水電磁弁を開放するステップと、
前記内部タンク水量検出器が前記燃料電池ユニット内に水が流入したことを検知すると、前記内部循環ポンプの作動を開始するステップと、
を備えた、コージェネレーションシステムの運転方法。
【請求項１２】
発電を行うことで電力と熱とを発生させる燃料電池ユニットと、
前記燃料電池ユニットの熱を蓄熱する貯湯タンクを備える貯湯ユニットと、
前記貯湯タンク内の水を前記燃料電池ユニットに供給して前記燃料電池ユニットの排熱を回収させた後に、前記貯湯タンク内へ戻すための排熱回収回路と、
前記燃料電池ユニットの内部に水を循環させて冷却する内部循環回路と、
前記内部循環回路に配置される内部循環ポンプと、
前記内部循環回路に配置され内部循環する水を貯める内部タンクと、
前記内部タンクの水量を検出できる内部タンク水量検出器と、
前記排熱回収回路の水を前記内部循環回路に供給する通路を通流、遮断するために開放、閉止する給水電磁弁と、
前記貯湯タンク底部に水道の水を給水する給水経路と、
を備えたコージェネレーションシステムの運転方法であって、
前記貯湯タンクに給水して水張り運転を開始するときに、前記貯湯タンクに連通する経路のうちで前記排熱回収回路と前記給水経路を除く経路を閉止してから、前記給水電磁弁を開放し、前記貯湯タンクにかかる水道の給水圧によって前記内部タンク内に通水するステップと、
前記内部タンク水量検出器が前記燃料電池ユニット内に水が流入したことを検知すると、前記内部循環ポンプの作動を開始するステップと、
を備えた、コージェネレーション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、発電を行うことで電力と熱とを発生させる燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットの熱を蓄熱する貯湯タンクを備える貯湯ユニットを備えるコージェネレーションシステム及びその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このようなコージェネレーションシステムは、設置後や修理作業後はシステム内部の水が空の状態であるため、水張り作業が実施される。
【０００３】
水張り作業を実施する際、燃料電池ユニットと貯湯ユニットとの間で貯湯タンクの水を循環させて燃料電池ユニットの排熱を温水として貯湯タンクに回収するための排熱回収回路内に空気が残留していると、経路の圧力損失の増加等により排熱回収不具合が発生し燃料電池の異常な温度上昇が引き起こされるため、水張り作業は空気が残留しないよう実施する必要がある。
【０００４】
従来のコージェネレーションシステムは、排熱回収回路に設けられた空気抜き手段と、その下流に設けられたバルブを備え、貯湯ユニットの水張りを行った後に、バルブを閉止した状態で空気抜き手段を開放し排熱回収回路の水張りを実施することで排熱回収回路の空気を確実に抜く方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
別の従来のコージェネレーションシステムでは、貯湯タンク内の水位が貯湯タンク底部に設けられた排熱回収回路への水取出し口よりも上部に達した場合に、排熱回収回路に設けられた排熱回収ポンプの作動を開始することで、貯湯タンクが満タンになる前に排熱回収回路の水張りが開始されることになるため、空気を巻き込まないよう水張りを行いながら、水張りに要する時間を短縮する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−００４１３２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１３４３５５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、特許文献１の構成では、排熱回収回路の空気が抜けたことを目視で確認でき空気を確実に抜けるものの、作業者はバルブを手動操作しながら目視確認するため、作業が煩雑であり、またコージェネレーションシステムとして水張りを完了するには、貯湯ユニットの水張りを事前に実施、排熱回収回路の水張り後に燃料電池ユニットの水張りを実施する必要があり、総水張り時間が長い、という課題があった。
【０００８】
また、特許文献２の構成では、貯湯タンク内の水位が貯湯タンク底部に設けられた排熱回収回路への水取出し口よりも上部に達した場合に排熱回収回路に設けられた排熱回収ポンプの作動を開始することにより、排熱回収回路の空気を巻き込むことは防止できるものの、水取出し口よりも上部に達するための給水量を事前に設定しておかなければならず、貯湯タンクの形状や構成により設定値が変わるため、貯湯ユニットの選択肢が限定され、また水取出し口の位置が排熱回収ポンプの位置よりも低い場合は排熱回収ポンプに水が通水されているかを検知できないため、排熱回収ポンプに空気を巻き込む場合があり、また燃料電池ユニットは別操作で水張り作業する必要があり、総水張り時間が長い、という課
題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、貯湯ユニットの種類に依らず、簡単な操作でシステム内に空気を残さずに、貯湯ユニットと排熱回収回路と燃料電池ユニットの水張りを実施することで総水張り時間を短縮させるコージェネレーションシステム及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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係るコージェネレーションシステムは、発電を行うことで電力と熱とを発生させる燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットの熱を蓄熱する貯湯タンクを備える貯湯ユニットと、前記貯湯タンク内の水を前記燃料電池ユニットに供給して前記燃料電池ユニットの排熱を回収させた後に、前記貯湯タンク内へ戻すための排熱回収回路と、前記燃料電池ユニットの内部に水を循環させて冷却する内部循環回路と、前記内部循環回路に配置される内部循環ポンプと、前記内部循環回路に配置され内部循環する水を貯める内部タンクと、前記内部タンクの水量を検出できる内部タンク水量検出器と、前記排熱回収回路の水を前記内部循環回路に供給する通路を通流、遮断するために開放、閉止する給水電磁弁と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記貯湯タンクに給水して水張り運転を開始すると、前記給水電磁弁を開放し、前記内部タンク水量検出器が前記燃料電池ユニット内に水が流入したことを検知すると、前記内部循環ポンプの作動を開始するよう制御するのである。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るコージェネレーションシステムの運転方法は、コージェネレーションシステムの運転方法発電を行うことで電力と熱とを発生させる燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットの熱を蓄熱する貯湯タンクを備える貯湯ユニットと、前記貯湯タンク内の水を前記燃料電池ユニットに供給して前記燃料電池ユニットの排熱を回収させた後に、前記貯湯タンク内へ戻すための排熱回収回路と、前記燃料電池ユニットの内部に水を循環させて冷却する内部循環回路と、前記内部循環回路に配置される内部循環ポンプと、前記内部循環回路に配置され内部循環する水を貯める内部タンクと、前記内部タンクの水量を検出できる内部タンク水量検出器と、前記排熱回収回路の水を前記内部循環回路に供給する通路を通流、遮断するために開放、閉止する給水電磁弁と、を備えたコージェネレーションシステムの運転方法であって、前記貯湯タンクに給水して水張り運転を開始すると、前記給水電磁弁を開放するステップと、前記内部タンク水量検出器が前記燃料電池ユニット内に水が流入したことを検知すると、前記内部循環ポンプの作動を開始するステップと、を有するのである。
【００１２】
これによって、貯湯ユニットの種類に依らず、簡単な操作でシステム内に空気を残さずに、貯湯ユニットと排熱回収回路と燃料電池ユニットの水張りを実施することで総水張り時間を短縮させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のコージェネレーションシステムによれば、貯湯ユニットの種類に依らず、簡単な操作でシステム内に空気を残さずに、貯湯ユニットと排熱回収回路と燃料電池ユニットの水張りを実施することで総水張り時間を短縮させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１、２、３におけるコージェネレーションシステムの構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるコージェネレーションシステムの水張り運転動作を説明するフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２におけるコージェネレーションシステムの水張り運転動作を説明するフローチャート
【図４】本発明の実施の形態３におけるコージェネレーションシステムの水張り運転動作を説明するフローチャート
【図５】本発明の実施の形態４におけるコージェネレーションシステムの構成図
【図６】本発明の実施の形態４におけるコージェネレーションシステムの水張り運転動作を説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、発電を行うことで電力と熱とを発生させる燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットの熱を蓄熱する貯湯タンクを備える貯湯ユニットと、前記貯湯タンク内の水を前記燃料電池ユニットに供給して前記燃料電池ユニットの排熱を回収させた後に、前記貯湯タンク内へ戻すための排熱回収回路と、前記燃料電池ユニットの内部に水を循環させて冷却する内部循環回路と、前記内部循環回路に配置される内部循環ポンプと、前記内部循環回路に配置され内部循環する水を貯める内部タンクと、前記内部タンクの水量を検出できる内部タンク水量検出器と、前記排熱回収回路の水を前記内部循環回路に供給する通路を通流、遮断するために開放、閉止する給水電磁弁と、制御器と、を備え、前記制御器が、前記貯湯タンクに給水して水張り運転を開始すると、前記給水電磁弁を開放し、前記内部タンク水量検出器が前記燃料電池ユニット内に水が流入したことを検知すると、前記内部循環ポンプの作動を開始するよう制御する、コージェネレーションシステムである。
【００１６】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記貯湯ユニットに給水された水量を検出する給水量検出器と、前記排熱回収回路に配置される排熱回収ポンプと、を備え、前記排熱回収ポンプは前記貯湯タンクの下流側で前記給水電磁弁の上流側となるように設置され、前記制御器が、前記給水量検出器により、前記貯湯ユニットの水張り完了を検知した場合に、前記排熱回収ポンプの作動を開始するよう制御するものである。
【００１７】
第３の発明は、特に第１の発明において、前記排熱回収回路に配置される排熱回収ポンプを備え、前記排熱回収ポンプは前記貯湯タンクの下流側で前記給水電磁弁の上流側となるように設置され、前記制御器が、前記水張り運転を開始してから第１時間経過した場合に、前記排熱回収ポンプの作動を開始するよう制御するものである。
【００１８】
第４の発明は、特に第２の発明において、前記制御器が、前記給水量検出器により前記貯湯ユニットの水張り完了を検知し、且つ前記内部タンク水量検出器により前記燃料電池ユニットの水張り完了を検知した場合に、前記燃料電池ユニットの起動を開始するよう制御するものである。
【００１９】
第５の発明は、特に第１から第４のいずれかの発明において、前記制御器が、前記内部循環ポンプを予め設定された第２時間作動させた後に、前記内部タンク水量検出器により前記燃料電池ユニットの水張り完了を検知しない場合は、前記内部循環ポンプを再度作動するよう制御するものである。
【００２０】
第６の発明は、特に第３の発明において、前記貯湯タンク上部に接続された排水経路に設置された給水量検出器を備え、前記制御器が、前記排熱回収ポンプを予め設定された第３時間作動させた後に、前記給水量検出器により前記貯湯ユニットの水張り完了を検知しない場合は、前記貯湯ユニットの水張り運転を再度行うよう制御するものである。
【００２１】
第７の発明は、特に第１の発明において、前記貯湯タンク底部に水道の水を給水する給水経路を備え、前記制御器が、前記貯湯タンクに連通する経路のうちで前記排熱回収回路と前記給水経路を除く経路を閉止してから、前記給水電磁弁を開放し、前記貯湯タンクに
かかる水道の給水圧によって前記内部タンク内に通水するものである。
【００２２】
第８の発明は、特に第７の発明において、前記排熱回収回路に配置される排熱回収ポンプを備え、前記排熱回収ポンプが前記貯湯タンクの下流側で前記給水電磁弁の上流側となるように設置され、前記制御器が、前記内部タンク水量検出器が前記燃料電池ユニット内に水が流入したことを検知した後に、前記排熱回収ポンプの作動を開始するよう制御するものである。
【００２３】
第９の発明は、特に第１から第８のいずれかの発明において、前記燃料電池ユニットの発電動作に使用する水素を原料および改質水から改質反応により製造する燃料処理器と、前記内部タンクの水を前記改質水として前記燃料処理器へ供給するための改質水経路と、前記改質水経路に配置される改質水ポンプと、を備え、前記制御器が、前記内部タンク水量検出器が前記燃料電池ユニット内に水が流入したことを検知すると、前記改質水ポンプの作動を開始するよう制御するものである。
【００２４】
第１０の発明は、特に第１から第９のいずれかの発明において、前記制御器が、前記内部循環回路の水張りが完了したことを検知すると、前記燃料電池ユニットの起動準備動作を開始するよう制御するものである。
【００２５】
第１１の発明は、発電を行うことで電力と熱とを発生させる燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットの熱を蓄熱する貯湯タンクを備える貯湯ユニットと、前記貯湯タンク内の水を前記燃料電池ユニットに供給して前記燃料電池ユニットの排熱を回収させた後に、前記貯湯タンク内へ戻すための排熱回収回路と、前記燃料電池ユニットの内部に水を循環させて冷却する内部循環回路と、前記内部循環回路に配置される内部循環ポンプと、前記内部循環回路に配置され内部循環する水を貯める内部タンクと、前記内部タンクの水量を検出できる内部タンク水量検出器と、前記排熱回収回路の水を前記内部循環回路に供給する通路を通流、遮断するために開放、閉止する給水電磁弁と、を備えたコージェネレーションシステムの運転方法であって、前記貯湯タンクに給水して水張り運転を開始すると、前記給水電磁弁を開放するステップと、前記内部タンク水量検出器が前記燃料電池ユニット内に水が流入したことを検知すると、前記内部循環ポンプの作動を開始するステップとを有する、コージェネレーションシステムの運転方法である。
【００２６】
第１２の発明は、発電を行うことで電力と熱とを発生させる燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットの熱を蓄熱する貯湯タンクを備える貯湯ユニットと、前記貯湯タンク内の水を前記燃料電池ユニットに供給して前記燃料電池ユニットの排熱を回収させた後に、前記貯湯タンク内へ戻すための排熱回収回路と、前記燃料電池ユニットの内部に水を循環させて冷却する内部循環回路と、前記内部循環回路に配置される内部循環ポンプと、前記内部循環回路に配置され内部循環する水を貯める内部タンクと、前記内部タンクの水量を検出できる内部タンク水量検出器と、前記排熱回収回路の水を前記内部循環回路に供給する通路を通流、遮断するために開放、閉止する給水電磁弁と、前記貯湯タンク底部に水道の水を給水する給水経路と、を備えたコージェネレーションシステムの運転方法であって、前記貯湯タンクに給水して水張り運転を開始するときに、前記貯湯タンクに連通する経路のうちで前記排熱回収回路と前記給水経路を除く経路を閉止してから、前記給水電磁弁を開放し、前記貯湯タンクにかかる水道の給水圧によって前記内部タンク内に通水するステップと、前記内部タンク水量検出器が前記燃料電池ユニット内に水が流入したことを検知すると、前記内部循環ポンプの作動を開始するステップと、を有する、コージェネレーションシステムの運転方法である。
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。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、本発明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。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの構成図である。
【００２９】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステムは、内部循環回路５、内部循環ポンプ６、内部タンク７、内部タンク水量検出器８、給水電磁弁９を備える燃料電池ユニット１０１と、貯湯タンク１、給水経路１１、排水経路１２、給水量検出器１３を備える貯湯ユニット１０２と、排熱回収回路２、排熱回収ポンプ３、制御器４とで構成される。
【００３０】
内部循環回路５は、燃料電池ユニット１０１内に設置された燃料電池（図示せず）を冷やすための冷却水が循環する回路であり、熱交換器（図示せず）を介して内部循環回路５から排熱回収回路２へ排熱回収するように構成されている。なお、燃料電池ユニット１０１が、原料ガスから水素を生成する改質器を備える場合には、改質に用いる水を循環させる回路も、燃料電池ユニット１０１に備える。
【００３１】
内部循環ポンプ６は、内部循環回路５に設置され、内部循環回路５の水を循環させるものであり、上記循環制御において制御器４により、その出力を変化させる。内部タンク７は、燃料電池ユニット１０１内で内部循環回路５に設置され、内部循環回路５の循環に用いる水を一時的に貯めたり、排熱回収により生じた凝縮水を貯めるためのタンクであり、燃料電池ユニット１０１が運転を継続するためには内部タンク７内に水が必要である。
【００３２】
内部タンク水量検出器８は、内部タンク７内に水が残っていることを検知する検知器であり、例えば水位センサや水圧検知器などが該当する。給水電磁弁９は、燃料電池ユニット１０１に給水するための電磁弁であり、給水元から貯湯ユニット１０２、排熱回収回路２を通流した水は、排熱回収ポンプ３、給水電磁弁９の順に通り、燃料電池ユニット１０１の内部循環回路５に供給される。
【００３３】
排熱回収回路２は、内部循環回路５から熱交換器を介して排熱回収された熱を貯湯タンク１に貯湯するための回路である。排熱回収ポンプ３は、貯湯タンク１と給水電磁弁９の間に設置され、貯湯タンク１の下層の水を排熱回収回路２を介して熱交換器に導き、発電に伴う排熱を回収させ貯湯タンク１に貯湯する。
【００３４】
制御器４は、燃料電池ユニット１０１の補機や、貯湯ユニット１０２の補機の運転制御をする。制御器４は、燃料電池ユニット１０１、貯湯ユニット１０２のそれぞれに設置してユニット間の通信手段を用いて運転制御しても良いし、また両ユニットに１つの制御器４を備えていても良い。
【００３５】
また制御器４は、外部の操作部、例えばリモコンと接続されており、外部からの運転指令によりコージェネレーションシステムを運転制御する。
【００３６】
貯湯タンク１は、その底部と上部が排熱回収回路２と接続され、発電に伴う排熱を回収し貯湯する。給水経路１１は、貯湯タンク１の底部に接続され、貯湯ユニット１０２に給水する経路である。排水経路１２は、貯湯タンク１の上部に接続され、貯湯ユニット１０２内の水を排水する経路である。
【００３７】
給水量検出器１３は、貯湯ユニット１０２内の給水経路１１または排水経路１２に設置
され、貯湯ユニット１０２に給水された水量を検出する。例えば流量計を用い、その検出値を積算することで水張り運転時に貯湯ユニット１０２に流入した水量、つまり水張り量を検出することができる。
【００３８】
次に、実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの水張り運転制御における制御器４の制御動作について図２にフローチャートを示す。
【００３９】
制御器４は、操作部により水張り運転指示が出されると、貯湯ユニット１０２に水張り指示をし、貯湯ユニット１０２の水張りが開始される（ＳＴＥＰ１）。ＳＴＥＰ１では、給水経路１１から貯湯ユニット１０２に給水され、貯湯タンク１の底部から順に水が張られる。
【００４０】
貯湯ユニット１０２の水張り運転を開始すると、燃料電池ユニット１０１内の給水電磁弁９を開放する（ＳＴＥＰ２）。このとき、ＳＴＥＰ１で貯湯タンク１に流入した水は、給水電磁弁９が開放されたことによる圧力勾配により、排熱回収回路２、排熱回収ポンプ３、給水電磁弁９の順に流れ、燃料電池ユニット１０１内に流入する。燃料電池ユニット１０１内に流入した水は、内部循環回路５を通り、内部タンク７へ溜まっていく。
【００４１】
内部タンク水量検出器８が水が溜まったことを検知するまで待機する（ＳＴＥＰ３）。内部タンク水量検出器８により、内部タンク７内に水が十分流入したことを検知したら、内部循環ポンプ６を作動させ、燃料電池ユニット１０１の水張りを開始する（ＳＴＥＰ４）。
【００４２】
このとき制御器４は、第２時間をタイマとしてセットする（第２時間の計測を開始する）。第２時間は、燃料電池ユニット１０１の水張りに必要な時間であり、燃料電池ユニット１０１の水経路の容積と内部循環ポンプ６の能力により事前に設定される。内部循環ポンプ６の作動を開始させてから第２時間を経過するまで内部循環ポンプ６は作動し（ＳＴＥＰ１１）、内部循環ポンプ６の作動を開始させてから第２時間を経過後、内部循環ポンプ６は停止する（ＳＴＥＰ１２）。
【００４３】
次に、燃料電池ユニット１０１の水張りが完了しているか否かを検知する（ＳＴＥＰ１３）。ここで燃料電池ユニット１０１の水張り完了は、例えば内部タンク水量検出器８により検知してもよいし、内部循環ポンプ６の回転数が安定したことで検知してもよい。あるいは、別途流量検出器を設置し、内部循環回路５を流れる水の流量が安定したことで検知しても良い。
【００４４】
ＳＴＥＰ１３において、燃料電池ユニット１０１の水張りが完了していない場合は、ＳＴＥＰ４に戻り、再度、内部循環ポンプ６を作動させ、水張り動作をリトライする。
【００４５】
燃料電池ユニット１０１の水張り完了後、貯湯ユニット１０２の水張りが完了したことを、給水経路１１と排水経路１２のいずれかに設置された給水量検出器１３により検知するまで待機する（ＳＴＥＰ１４）。
【００４６】
ＳＴＥＰ１３で燃料電池ユニット１０１の水張り完了を、ＳＴＥＰ１４で貯湯ユニットの水張り完了を検知し、水張り運転が全て完了したら、燃料電池ユニット１０１の起動準備が完了したと判断し、起動動作へ移行する（ＳＴＥＰ９９）。
【００４７】
以上のように、操作部による一度の水張り運転指示により、煩雑な作業無しに燃料電池ユニット１０１、貯湯ユニット１０２の水張りを実施することができ、総水張り時間を短縮することができる。
【００４８】
また、燃料電池ユニット１０１内に空気が残っていて第２時間の内部循環ポンプ６を作動では燃料電池ユニット１０１の水張りが完了しなかった場合は、再度、内部循環ポンプ６を作動させて、燃料電池ユニット１０１の水張りリトライ動作をするため、コージェネレーションシステム内の空気を確実に抜くことができる。
【００４９】
さらに、燃料電池ユニット１０１、貯湯ユニット１０２の両ユニットの水張り完了により、燃料電池ユニット１０１の起動動作へ移行するため、水張り運転のみならず、起動、発電を含めた総試運転時間を短縮することができる。
【００５０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るコージェネレーションシステムは、図１に示された実施の形態１の構成と同じである。
【００５１】
次に、実施の形態２に係る水張り運転制御における制御器４の制御動作について図３にフローチャートを示す。
【００５２】
ＳＴＥＰ１〜４までは実施の形態１と同じで、貯湯ユニット１０２は水張り実施中、給水電磁弁９は開放、内部循環ポンプ６は作動状態で、貯湯ユニット１０２の水張り運転が完了するまで待機する（ＳＴＥＰ２１）。
【００５３】
貯湯ユニット１０２の水張りが完了したら、排熱回収ポンプ３を作動させ、排熱回収回路２の水張りを開始する（ＳＴＥＰ２２）。
【００５４】
ＳＴＥＰ３で内部タンク水量検出器８により燃料電池ユニット１０１内には確実に水が流入していることを検知しているため、貯湯ユニット１０２と燃料電池ユニット１０１の間に設置された排熱回収ポンプ３にも確実に水が通水できているため、ＳＴＥＰ２２で排熱回収ポンプ３を動作させても、空気を噛みこむことはなく、確実に排熱回収回路２の水張りを実施することができる。
【００５５】
本動作は、水の有無により排熱回収ポンプ３を作動させているため、貯湯タンク１底部と排熱回収回路２の接続形状に依らず、任意の貯湯ユニットと燃料電池ユニットの組み合わせでも実現が可能である。
【００５６】
ＳＴＥＰ２２後に、事前に設定したタイミングで給水電磁弁９を閉止する（ＳＴＥＰ２３）。事前に設定したタイミングとは、排熱回収ポンプ３の空気噛みこみ状態により決まるタイミングであり、例えば排熱回収ポンプ３の回転数が安定したタイミングや、排熱回収ポンプ３の後流に設置した流量検出器等で排熱回収回路２内の流量が安定したタイミングを閾値を以て判定するものである。
【００５７】
排熱回収回路２の水張りが完了したら排熱回収ポンプ３の作動を停止する（ＳＴＥＰ２４）。排熱回収回路２の水張りが完了したことは、排熱回収ポンプ３の運転能力と排熱回収回路２の長さから、タイマを以て検知する。あるいは、排熱回収回路２に設置した流量検出器等で排熱回収回路２内の流量が安定したことで検知する方法もある。
【００５８】
燃料電池ユニット１０１の水張りが完了するまで待機する（ＳＴＥＰ２５）。燃料電池ユニット１０１の水張りが完了したら、内部循環ポンプ６を停止する（ＳＴＥＰ２６）。
【００５９】
ＳＴＥＰ２５で燃料電池ユニット１０１の水張り完了を、ＳＴＥＰ２１で貯湯ユニットの水張り完了を検知し、水張り運転が全て完了したら、燃料電池ユニット１０１の起動準
備が完了したと判断し、起動動作へ移行する（ＳＴＥＰ９９）。
【００６０】
以上のように、操作部による一度の水張り運転指示により、煩雑な作業無しに燃料電池ユニット１０１、貯湯ユニット１０２の水張りを実施することができ、総水張り時間を短縮することができる。
【００６１】
また、水の有無により排熱回収ポンプ３を作動させているため、排熱回収ポンプ３に確実に通水でき、排熱回収ポンプ３を動作させても、空気を噛みこむことはなく、確実に排熱回収回路２の水張りを実施することができる。
【００６２】
また、水の有無により排熱回収ポンプ３を作動させているため、貯湯タンク１底部と排熱回収回路２の接続形状に依らず、任意の貯湯ユニットと燃料電池ユニットの組み合わせでも実現が可能である。
【００６３】
さらに、燃料電池ユニット１０１、貯湯ユニット１０２の両ユニットの水張り完了により、燃料電池ユニット１０１の起動動作へ移行するため、水張り運転のみならず、起動、発電を含めた総試運転時間を短縮することができる。
【００６４】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係るコージェネレーションシステムは、実施の形態２の構成と同じである。
【００６５】
次に、実施の形態３に係る水張り運転制御における制御器４の制御動作について図４にフローチャートを示す。
【００６６】
ＳＴＥＰ１〜４までは実施の形態１と同じで、貯湯ユニット１０２は水張り実施中、給水電磁弁９は開放、内部循環ポンプ６は作動状態で、水張り開始から第１時間が経過するまで待機する（ＳＴＥＰ３１）。本実施の形態では、制御器４は、ＳＴＥＰ１で第１時間をタイマとしてセットする（第１時間の計測を開始する）。
【００６７】
第１時間は、貯湯ユニット１０２の水張り完了までの時間より短く設定され、貯湯タンク１への給水流量と排熱回収ポンプ３の能力により決定され、排熱回収ポンプ３により貯湯タンク１から排出される水量が、貯湯タンク１への給水流量より多い場合、貯湯タンク１内の水がなくならないような時間に設定される。
【００６８】
第１時間が経過したら排熱回収ポンプ３を作動させ、排熱回収回路２の水張りを開始する（ＳＴＥＰ３２）。このとき制御器４は、第３時間をタイマとしてセットする（第３時間の計測を開始する）。第３時間は、排熱回収ポンプ３の運転能力と排熱回収回路２の長さから設定される時間あり、排熱回収回路２内に水が安定して流れるよう事前に設定される。
【００６９】
ＳＴＥＰ３２後に、事前に設定したタイミングで給水電磁弁９を閉止する（ＳＴＥＰ３３）。事前に設定したタイミングとは、排熱回収ポンプ３の空気噛みこみ状態により決まるタイミングであり、例えば排熱回収ポンプ３の回転数が安定したタイミングや、排熱回収ポンプ３の後流に設置した流量検出器等で排熱回収回路２内の流量が安定したタイミングを閾値を以て判定するものである。
【００７０】
排熱回収ポンプ３の作動を開始させてから第３時間を経過するまで排熱回収ポンプ３は作動し（ＳＴＥＰ３４）、排熱回収ポンプ３の作動を開始させてから第３時間を経過後、排熱回収ポンプ３は停止する（ＳＴＥＰ３５）。
【００７１】
ここでＳＴＥＰ３２〜３５において、排熱回収回路２の空気が貯湯タンク１の上部に流れる可能性がある。空気の残存を防ぐために、貯湯ユニット１０２に貯湯タンク１上部の空気を排出する動作を行い、空気排出が完了していたら貯湯ユニット１０２の水張りが完了したと判断する（ＳＴＥＰ３６）。貯湯ユニット１０２は空気を排水経路１２から排出する。
【００７２】
排水経路１２に設置された給水量検出器１３により、空気が混ざりながら排水する時は流量が不安定になることから、安定した流量が流れていることを検知したらＳＴＥＰ３８へ進む。流量変動が大きい場合、あるいは一定時間安定しなかった場合は、貯湯タンク上部空気排出は失敗したとしてＳＴＥＰ３７へ進む。
【００７３】
貯湯タンク１上部に空気が残存した場合、貯湯タンク１内の水で給湯する場合に空気混じりの給湯となる、あるいは空気混じりとなることで流量が不安定になり給湯温度が安定しない、等の異常が発生しうるため、貯湯ユニット１０２の水張り完了状態を未完了と見なし、水張り運転制御をリトライする（ＳＴＥＰ３７）。そのため、再度水張り運転を動作することでコージェネレーションシステム内には確実に空気が残存しない。
【００７４】
燃料電池ユニット１０１の水張りが完了するまで内部循環ポンプ６は作動し（ＳＴＥＰ３８）、完了したら内部循環ポンプ６は停止する（ＳＴＥＰ３９）。
【００７５】
ＳＴＥＰ３８で燃料電池ユニット１０１の水張り完了を、ＳＴＥＰ３６で貯湯ユニットの水張り完了を検知し、水張り運転が全て完了したら、燃料電池ユニット１０１の起動準備が完了したと判断し、起動動作へ移行する（ＳＴＥＰ９９）。
【００７６】
以上のように、操作部による一度の水張り運転指示により、煩雑な作業無しに燃料電池ユニット１０１、貯湯ユニット１０２の水張りを実施することができ、総水張り時間を短縮することができる。
【００７７】
また、水の有無により排熱回収ポンプ３を作動させているため、排熱回収ポンプ３に確実に通水でき、排熱回収ポンプ３を動作させても、空気を噛みこむことはなく、確実に排熱回収回路２の水張りを実施することができる。
【００７８】
また、水の有無により排熱回収ポンプ３を作動させているため、貯湯タンク１底部と排熱回収回路２の接続形状に依らず、任意の貯湯ユニットと燃料電池ユニットの組み合わせでも実現が可能である。
【００７９】
また、排熱回収回路２の水張りにより貯湯ユニット１０２に流れ込んだ空気を排出するまで水張り運転制御は完了しないため、コージェネレーションシステム内から確実に空気を抜いた状態で水張りを完了することができる。
【００８０】
さらに、燃料電池ユニット１０１、貯湯ユニット１０２の両ユニットの水張り完了により、燃料電池ユニット１０１の起動動作へ移行するため、水張り運転のみならず、起動、発電を含めた総試運転時間を短縮することができる。
【００８１】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４に係るコージェネレーションシステムの構成図である。
【００８２】
図５に示すように、本発明の実施の形態４のコージェネレーションシステムは、実施の形態２の構成に燃料処理器２１、改質水経路２２、改質水ポンプ２３が加えられる。
【００８３】
燃料処理器２１は、燃料電池ユニット１０１の発電動作に使用する水素を原料および改質水から改質反応により製造する。
【００８４】
改質水経路２２は、水蒸気改質に用いる改質水を、内部タンク７から燃料処理器２１へ供給するための回路である。
【００８５】
改質水ポンプ２３は、内部タンク７から燃料処理器２１へ供給するポンプであり、改質水経路２２に設置され、上記改質制御において制御器４により、その出力を変化させる。
【００８６】
次に、実施の形態４に係るコージェネレーションシステムの水張り運転制御における制御器４の制御動作について図６にフローチャートを示す。
【００８７】
制御器４は、操作部により水張り運転指示が出されると、貯湯ユニット１０２に弁閉止指示をし、貯湯タンク１に連通する経路のうちで排熱回収回路２と給水経路１１を除く経路は閉止される（ＳＴＥＰ４１）。ＳＴＥＰ４１では、給水経路１１から貯湯ユニット１０２に水道の水が給水され、貯湯タンク１の底部から順に水が流入する。
【００８８】
貯湯タンク１が弁閉止指示を受けると、燃料電池ユニット１０１内の給水電磁弁９を開放する（ＳＴＥＰ４２）。このとき、ＳＴＥＰ１で貯湯タンク１に流入した水は、給水電磁弁９が開放されたことと貯湯タンク１に連通する経路のうちで排熱回収回路２と給水経路１１を除く経路が閉止されたことによる圧力勾配により、排熱回収回路２、排熱回収ポンプ３、給水電磁弁９の順に流れ、燃料電池ユニット１０１内に流入する。燃料電池ユニット１０１内に流入した水は、内部タンク７に溜まっていく。
【００８９】
本実施の形態では、貯湯タンク１に連通する経路のうちで排熱回収回路２と給水経路１１を除く経路が閉止されているため、より大きな圧力勾配（貯湯タンク１にかかる水道の給水圧）により燃料電池ユニット１０１内に水が流入し、内部タンク７へ水が溜まる時間が短縮される。
【００９０】
ＳＴＥＰ４２で給水電磁弁９を開放した後、内部タンク水量検出器８により内部タンク７に水が溜まったことを検知するまで待機する（ＳＴＥＰ５０）。内部タンク水量検出器８により、内部タンク７内に水が十分流入したことを検知したら、内部循環ポンプ６を作動させ、内部循環回路５の水張りを開始し（ＳＴＥＰ５１）、改質水ポンプ２３を作動させ、改質水経路２２の水張りを開始し（ＳＴＥＰ６１）、貯湯ユニット１０２に水張り指示をし、貯湯ユニット１０２の水張りが開始される（ＳＴＥＰ７１）。
【００９１】
ＳＴＥＰ５１で内部循環ポンプ６を作動させた後に、内部循環回路５の水張りが完了しているか否かを検知する（ＳＴＥＰ５２）。ここで内部循環回路５の水張り完了は、例えば内部循環ポンプ６の回転数が安定したことを回転数で検知してもよいし、予め設定した時間を作動させることで検知してもよい。あるいは、別途流量検出器を設置し、内部循環回路５を流れる水の流量が安定したことで検知しても良い。
【００９２】
ＳＴＥＰ５２で内部循環回路５の水張りが完了したことを検知すると、内部循環ポンプ６を停止する（ＳＴＥＰ５３）。
【００９３】
ＳＴＥＰ６１で改質水ポンプ２３を作動させた後に、改質水経路２２の水張りが完了しているか否かを検知する（ＳＴＥＰ６２）。ここで改質水経路２２の水張り完了は、例えば改質水ポンプ２３の回転数が安定したことを回転数で検知してもよいし、予め設定した時間を作動させることで検知してもよい。あるいは、別途流量検出器を設置し、改質水経
路２２を流れる水の流量が安定したことで検知しても良い。
【００９４】
ＳＴＥＰ６２で改質水経路２２の水張りが完了したことを検知すると、改質水ポンプ２３を停止する（ＳＴＥＰ６３）。
【００９５】
ＳＴＥＰ７１で貯湯ユニット１０２の水張りを開始した後、排熱回収ポンプ３を作動させ排熱回収回路２の水張りを開始する（ＳＴＥＰ７２）。
【００９６】
ＳＴＥＰ５０で内部タンク水量検出器８により燃料電池ユニット１０１内には確実に水が流入していることを検知しているため、貯湯ユニット１０２と燃料電池ユニット１０１の間に設置された排熱回収ポンプ３にも確実に水が通水できているため、ＳＴＥＰ７２で排熱回収ポンプ３を動作させても、空気を噛みこむことはなく、確実に排熱回収回路２の水張りを実施することができる。
【００９７】
本動作は、水の有無により排熱回収ポンプ３を作動させているため、貯湯タンク１底部と排熱回収回路２の接続形状に依らず、任意の貯湯ユニットと燃料電池ユニットの組み合わせでも実現が可能である。
【００９８】
ＳＴＥＰ７２後に、事前に設定したタイミングで給水電磁弁９を閉止する（ＳＴＥＰ７３）。事前に設定したタイミングとは、排熱回収ポンプ３の空気噛みこみ状態により決まるタイミングであり、例えば排熱回収ポンプ３の回転数が安定したタイミングや、排熱回収ポンプ３の後流に設置した流量検出器等で排熱回収回路２内の流量が安定したタイミングを閾値を以て判定するものである。
【００９９】
ＳＴＥＰ７３で給水電磁弁９を閉止した後に、排熱回収回路２の水張りが完了しているか否かを検知する（ＳＴＥＰ７４）。ここで排熱回収回路２の水張り完了は、例えば排熱回収ポンプ３の回転数が安定したことを回転数で検知してもよいし、排熱回収ポンプ３の運転能力と排熱回収回路２の長さから、タイマを以て検知してもよい。あるいは、別途流量検出器を設置し、排熱回収回路２を流れる水の流量が安定したことで検知しても良い。
【０１００】
ＳＴＥＰ７４で排熱回収回路２の水張りが完了してことを検知すると、排熱回収ポンプ３を停止する（ＳＴＥＰ７５）。
【０１０１】
排熱回収回路２の水張り完了後、貯湯ユニット１０２の水張りが完了したことを、給水経路１１と排水経路１２のいずれかに設置された給水量検出器１３により検知するまで待機する（ＳＴＥＰ７６）。
【０１０２】
ＳＴＥＰ４２で給水電磁弁９を開放した後、ＳＴＥＰ４３で内部循環回路５の水張りが完了したか否かを検知し、内部循環回路５の水張り運転が完了したことを検知したら、燃料電池ユニット１０１は起動準備動作へ移行する（ＳＴＥＰ４４）。起動準備動作とは、燃料電池ユニット１０１が起動動作に移行する前の準備動作であり、内部タンク７の水漏れチェックや、燃料電池ユニット１０１内の電磁弁の動作チェックや、燃料電池ユニット１０１に接続されるＣＴの動作チェックなど、排熱回収回路２、改質水経路２２、貯湯ユニット１０２の水張り状態に関わらない準備動作を指す。
【０１０３】
起動準備動作が完了し、ＳＴＥＰ４５で改質水経路２２と排熱回収回路２の水張り完了を検知したら、燃料電池ユニット１０１は起動動作へ移行する（ＳＴＥＰ４６）。起動動作とは、燃料電池ユニット１０１が発電するための、燃料処理器２１の昇温動作、および燃料処理器２１での水素生成反応などである。昇温動作が燃焼を伴う場合、排ガスを冷却するために、排熱回収回路２の水張りが、水素生成反応のために、改質水経路２２の水張
りが完了している必要がある。
【０１０４】
起動動作が完了し、ＳＴＥＰ４７で貯湯ユニット１０２の水張り完了を検知したら、燃料電池ユニット１０１は発電動作へ移行する（ＳＴＥＰ９９）。
【０１０５】
以上のように、操作部による一度の水張り運転指示により、煩雑な作業無しに燃料電池ユニット１０１、貯湯ユニット１０２の水張りを実施することができ、総水張り時間を短縮することができる。
【０１０６】
また、燃料電池ユニット１０１の起動準備動作、起動動作、発電動作に対し、最小限の水張り完了状態のみで移行するため、燃料電池ユニット１０１、貯湯ユニット１０２両方の水張りが完了している必要がなくなり、水張り運転のみならず、起動、発電を含めた総試運転時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
以上のように、本発明のコージェネレーションシステムは、貯湯ユニットの種類に依らず、簡単な操作でシステム内に空気を残さずに、貯湯ユニットと排熱回収回路と燃料電池ユニットの水張りを同時に実施することで総水張り時間を短縮させることが可能であり、家庭用の燃料電池コージェネレーションシステムに最適である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  貯湯タンク
２  排熱回収回路
３  排熱回収ポンプ
４  制御器
５  内部循環回路
６  内部循環ポンプ
７  内部タンク
８  内部タンク水量検出器
９  給水電磁弁
１１  給水経路
１２  排水経路
１３  給水量検出器
２１  燃料処理器
２２  改質水経路
２３  改質水ポンプ
１０１  燃料電池ユニット
１０２  貯湯ユニット
【図１】
2016192396.tif 000003
【図２】
2016192396.tif 000004
【図３】
2016192396.tif 000005
【図４】
2016192396.tif 000006
【図５】
2016192396.tif 000007
【図６】
2016192396.tif 000008