JP2020169751A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】潜熱回収式熱交換器を有する熱源機において、簡便な制御により熱源機の腐食を防止して長寿命化を図ることのできる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１と、貯湯タンク２と、熱源機３０と、運転制御部Ｃと、外気温を計測する計測部Ｔ１と、を備え、熱源機３０は、貯湯タンク２から供給された湯水を燃焼排ガスの潜熱により加熱する潜熱回収式熱交換器３１と、潜熱回収式熱交換器３１により加熱された湯水を燃焼排ガスの顕熱により加熱する顕熱回収式熱交換器３２とを有しており、運転制御部Ｃは、外気温に基づいて、貯湯タンク２から潜熱回収式熱交換器３１に供給される湯水の供給目標温度を設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、運転により発生した電力を電力負荷部に供給する燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。

発電効率が高いＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）方式の燃料電池システムにおいては、燃料電池の運転により発生した熱を用いて加温された湯水が貯留される貯湯タンクを備えた燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムは、貯湯タンクから供給された湯水をバーナーから発生した燃焼排ガスにより加熱可能な熱源機（文献では補助熱源装置）を備え、必要に応じて熱源機で加熱された湯水が、給湯用途や暖房用途である熱負荷部に供給される。

このような燃料電池システムでは、貯湯タンクから熱源機に供給される湯水の供給温度が、熱負荷部で要求される湯水の温度（熱源機の出湯目標温度）よりも低いとき、バーナーを駆動して、熱負荷部へ供給される湯水の温度が所望の温度となるように制御している。ここで、貯湯タンクから熱源機に供給される湯水には、必要に応じて上水が混合され、上水温度に応じて熱源機に供給される湯水の供給温度を設定することができる。例えば、上水温度が低い場合には供給温度を低くし、上水温度が高い場合には供給温度を高く設定することができる。

特開２０１６−７６３６７号公報

ところで、燃料電池システムには、貯湯タンクから供給された湯水を燃焼排ガスの潜熱により加熱する潜熱回収式熱交換器と、この加熱された湯水を燃焼排ガスの顕熱により加熱する顕熱回収式熱交換器とを備えた熱源機が用いられることがある。上述のように、上水温度に応じて熱源機に供給される湯水の供給温度が設定されている場合、厳冬期のように外気温に対して上水温度が比較的高く熱源機に供給される湯水の供給温度が高くなると、潜熱回収式熱交換器において燃焼排ガスの潜熱回収が進まない。その結果、熱源機から排出される燃焼排ガスの温度が高めになってしまい結露水が発生し易く、この結露水には原燃料ガス由来の硫酸成分等が含まれるため、熱源機の機器パネルや外壁に結露水が大量に付着すると腐食に繋がるおそれがある。

そこで、潜熱回収式熱交換器を有する熱源機において、簡便な制御により熱源機の腐食を防止して長寿命化を図ることのできる燃料電池システムが望まれている。

本発明に係る燃料電池システムの特徴構成は、運転により発生した電力を電力負荷部に供給する燃料電池と、前記燃料電池の運転により発生した熱を用いて加温された湯水が貯留される貯湯タンクと、前記貯湯タンクから供給された湯水を燃焼器から発生した燃焼排ガスにより加熱可能な熱源機と、システム運転を制御する運転制御部と、外気温を計測する計測部と、を備え、前記熱源機は、前記貯湯タンクから供給された湯水を前記燃焼排ガスの潜熱により加熱する潜熱回収式熱交換器と、当該潜熱回収式熱交換器により加熱された湯水を前記燃焼排ガスの顕熱により加熱する顕熱回収式熱交換器とを有しており、前記運転制御部は、前記外気温に基づいて、前記貯湯タンクから前記潜熱回収式熱交換器に供給される湯水の供給目標温度を設定する点にある。

本構成では、熱源機が潜熱回収式熱交換器を有しているため、燃焼器から発生した燃焼排ガスの潜熱も回収でき、エネルギー効率が高まる。また、本構成の運転制御部は、貯湯タンクから潜熱回収式熱交換器に供給される湯水の供給目標温度を、外気温に基づいて設定している。例えば、厳冬期のように外気温が低い場合には、供給目標温度を低く設定することにより、燃焼器から発生した燃焼排ガスの潜熱回収が進む。その結果、燃焼排ガスの結露を抑制し、熱源機の腐食を防止して長寿命化を図ることができる。

他の特徴構成は、前記運転制御部は、前記外気温が所定温度以下であるときのみ、前記供給目標温度と前記外気温との差が所定値以下となるように、前記供給目標温度を設定する点にある。

本構成のように、外気温が所定温度以下であるときに、貯湯タンクから熱源機に供給される湯水の供給目標温度を低く設定すれば、燃焼器から発生した燃焼排ガスの潜熱回収が進む。また、熱源機の出湯温度が同一の場合、潜熱回収式熱交換器を流れる湯水の温度が低下する分、燃焼器の負荷が高まるが、本構成のように外気温が所定温度以下の場合のみ供給目標温度を低く設定することにより、厳冬期以外のエネルギー効率の低下を防止することができる。

他の特徴構成は、前記運転制御部は、前記外気温が所定温度以下であるとき、前記燃焼器の燃焼が終了した後のアフターパージにおいて、送風機の風量を所定風量から増加させるように制御する点にある。

本構成のように、アフターパージにおいて送風機の風量を増加させれば、潜熱回収式熱交換器に用いられる燃焼排ガスを乾燥させて露点を下げることができる。その結果、燃焼排ガスの結露を抑制することができる。

他の特徴構成は、前記運転制御部は、前記アフターパージが完了したとき、前記熱源機の排気口を閉塞するように制御する点にある。

本構成のように、アフターパージが完了したときに熱源機の排気口を閉塞すれば、冷たい外気による燃焼排ガスの結露を抑制することができる。その結果、熱源機の機器パネルや外壁に結露水が付着することを防止することができる。

燃料電池システムの全体構成図である。 制御フロー図である。 外気温に基づく供給目標温度の制御概念図である。

以下に、本発明に係る燃料電池システムの実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、燃料電池システムの一例として、固体酸化物形燃料電池１（ＳＯＦＣ、燃料電池の一例）を備えた燃料電池システムＸについて説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

図１は、燃料電池システムＸを含む設備の構成を示す図である。図１に示すように、燃料電池システムＸは、運転により発生した電力を電力負荷部３に供給すると共に、運転により発生した熱を熱負荷部４に供給する固体酸化物形燃料電池１と、燃料電池システムＸの運転を制御する運転制御装置Ｃ（運転制御部の一例）と、外気温Ｔａを計測する外気温度センサＴ１（計測部の一例）とを備える。電力負荷部３は、固体酸化物形燃料電池１から供給される電力に加えて、商用電源１５から供給される電力も消費することが可能である。また、熱負荷部４は、固体酸化物形燃料電池１から発生する熱に加えて、燃料を燃焼して熱を発生する熱源機３０から供給される熱を消費することもできる。運転制御装置Ｃは、情報処理機能，情報記憶機能及び情報通信機能等を有するハードウェア及びソフトウェアで構成される。

〔電力負荷部３への電力の供給〕
固体酸化物形燃料電池１の発電電力はインバータ１２に供給される。インバータ１２は、固体酸化物形燃料電池１の発電電力を商用電源１５から受電する受電電力と同じ電圧及び同じ周波数にする。インバータ１２の動作は運転制御装置Ｃが制御する。インバータ１２は、発電電力供給ライン１３を介して受電電力供給ライン１４に電気的に接続される。そして、固体酸化物形燃料電池１からの発電電力がインバータ１２，発電電力供給ライン１３及び受電電力供給ライン１４を介して電力負荷部３に供給される。この受電電力供給ライン１４は商用電源１５と電気的に接続されている。つまり、電力負荷部３には、固体酸化物形燃料電池１及び商用電源１５の少なくとも何れか一方から電力が供給される。

受電電力供給ライン１４には、電力負荷部３の電力負荷を計測する電力負荷計測部１６が設けられ、その計測結果が運転制御装置Ｃに伝達される。そして、運転制御装置Ｃは、インバータ１２により、固体酸化物形燃料電池１から受電電力供給ライン１４に供給される発電電力が、電力負荷計測部１６で検出される電力負荷と等しくなるような制御を行う。ただし、電力負荷計測部１６で計測される電力負荷が、固体酸化物形燃料電池１の最低発電電力（インバータ１２により受電電力供給ライン１４に供給される最低発電電力）よりも小さい場合、余剰電力が発生する。また、固体酸化物形燃料電池１を定格出力で動作させ、インバータ１２からの出力電力が電力負荷よりも大きい場合にも、余剰電力が発生する。商用電源１５への電力の逆潮流が可能な場合には、その余剰電力を商用電源１５へ供給しても良い。商用電源１５への電力の逆潮流が認められていない場合には、その余剰電力を熱に代えて回収する余剰電力消費用の電気ヒータ９で消費してもよい。

電気ヒータ９は、複数の抵抗加熱器から構成され、排熱回収用ポンプ７の作動により排熱回収路６を通流する湯水を加熱する。電気ヒータ９のＯＮ／ＯＦＦは、インバータ１２の出力側に接続された作動スイッチ１０により切り換えられる。また、作動スイッチ１０は、固体酸化物形燃料電池１の余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ９の消費電力が大きくなるように切り換えられる。この作動スイッチ１０の動作は運転制御装置Ｃが制御する。

なお、電力負荷部３にどのような装置を含めるのかは適宜設定可能である。例えば、固体酸化物形燃料電池１を運転するために用いられる補機や、熱負荷部４へ供給する湯水の凍結を防止する凍結防止用ヒータ等を、電力負荷部３から除外するような設定も可能である。また、電力負荷部３の待機電力を、電力負荷計測部１６で計測する電力負荷から減算してもよい。

〔熱負荷部４への熱の供給〕
貯湯タンク２には、固体酸化物形燃料電池１で発生した熱が湯水の形態で蓄えられる。つまり、固体酸化物形燃料電池１の運転により発生した排ガスと貯湯タンク２から循環する湯水とを熱交換器にて熱交換させて湯水を加温する。貯湯タンク２の下部には、給水路１７を介して上水が供給される。この給水路１７には、上水温度を計測する上水温度センサＴ２が設けられている。本実施形態における貯湯タンク２には、温度成層を形成する状態で湯水が貯えられる。つまり、貯湯タンク２の内部では、相対的に低温の湯水がその下部に貯えられ、相対的に高温の湯水がその上部に貯えられるように構成されている。貯湯タンク２に貯えられている湯水は、排熱回収路６を通って固体酸化物形燃料電池１と貯湯タンク２との間で循環する。排熱回収路６における湯水の流動は、排熱回収用ポンプ７によって行われる。排熱回収用ポンプ７の動作は運転制御装置Ｃが制御する。例えば、運転制御装置Ｃは、固体酸化物形燃料電池１の運転を開始して、固体酸化物形燃料電池１から排出される熱の回収を行う必要が生じると、排熱回収用ポンプ７を動作させて、貯湯タンク２の下部に貯えられている相対的に低温の湯水を排熱回収路６に流す。そして、排熱回収路６を流れる相対的に低温の湯水は、固体酸化物形燃料電池１から排出される熱を回収し（固体酸化物形燃料電池１の排熱によって湯水は昇温され）、相対的に高温の湯水となって貯湯タンク２の上部へと流入する。

排熱回収路６の途中には、排熱回収路６を通って貯湯タンク２から固体酸化物形燃料電池１へと流れる湯水からの放熱を行うための放熱器８が設置されている。運転制御装置Ｃは、貯湯タンク２から固体酸化物形燃料電池１へと流れる湯水の温度が設定上限温度未満の場合には、この放熱器８の動作を停止させている。一方、運転制御装置Ｃは、貯湯タンク２から固体酸化物形燃料電池１へと流れる湯水の温度が設定上限温度以上である場合には、この放熱器８を放熱作動させて湯水の温度を低下させる。また、電気ヒータ９に通電することで発生したジュール熱は、排熱回収路６の途中の、固体酸化物形燃料電池１から貯湯タンク２へと流れる湯水によって回収されるように構成されている。

貯湯タンク２の上部に貯留されている相対的に高温の湯水は、貯湯タンク２の上部に接続されている湯水供給路５及び熱源機３０を介して熱負荷部４に供給される。湯水供給路５は給水路１７と接続されており、湯水供給路５と給水路１７との接続部には電磁式の三方弁Ｖｔが配置されている。また、湯水供給路５には、貯湯タンク２から熱源機３０に供給される湯水の供給温度Ｔｓを計測する給水温度センサＴ３が、三方弁Ｖｔよりも下流側に設けられている。三方弁Ｖｔの動作は運転制御装置Ｃが制御しており、三方弁Ｖｔは、湯水供給路５に給水路１７からの上水を給水して貯湯タンク２から熱源機３０に湯水を供給する給水有り供給状態と、湯水供給路５に給水路１７からの上水を給水させずに貯湯タンク２から熱源機３０に湯水を供給する給水無し供給状態と、貯湯タンク２から熱源機３０に湯水を供給しない非供給状態と、に弁体（不図示）の位置を切替えることができる。

熱負荷部４は、給湯用途や暖房用途等である。熱負荷部４が給湯用途の場合、湯水は貯湯タンク２へ帰還しない。熱負荷部４が暖房用途の場合、湯水が保有している熱のみが消費されて、湯水は貯湯タンク２へと帰還することもある。湯水供給路５には、その湯水供給路５を流れる湯水を加熱するための熱源機３０が設けられている。運転制御装置Ｃは、貯湯タンク２の上部から流出した湯水の温度が、熱負荷部４で要求される湯水の温度よりも低いとき、熱源機３０を運転して、熱負荷部４へ供給される湯水の温度が所望の温度となるような制御を行う。運転制御装置Ｃは、熱源機３０の運転を制御する。

熱源機３０は、燃料を燃焼して得られる燃焼熱により、貯湯タンク２から熱負荷部４に供給する湯水を加熱するバーナー等で構成される流体加熱用燃焼器３３（燃焼器の一例）を有する。具体的には、熱源機３０は、都市ガス等の燃料を燃焼する流体加熱用燃焼器３３と、流体加熱用燃焼器３３から発生した燃焼排ガスの顕熱を回収する顕熱回収式熱交換器３２及び潜熱を回収する潜熱回収式熱交換器３１と、潜熱回収式熱交換器３１で生じたドレンを回収するドレン回収部としてのドレンパン４６と、ドレンパン４６で回収されたドレンを外部へ排出するドレン水排出路３９と、潜熱回収式熱交換器３１周辺の燃焼室３４にある燃焼排ガスの雰囲気温度Ｔｈを計測する燃焼排ガス温度センサＴ４とを備えている。流体加熱用燃焼器３３には、ブロア３７（送風機の一例）によって空気が供給され、ガス供給路３８及び弁Ｖを介して燃料が供給される。潜熱回収式熱交換器３１は、流体加熱用燃焼器３３から発生した燃焼排ガスの潜熱により貯湯タンク２から供給された湯水を加熱する。顕熱回収式熱交換器３２は、潜熱回収式熱交換器３１により加熱された湯水を流体加熱用燃焼器３３から発生した燃焼排ガスの顕熱により加熱する。流体加熱用燃焼器３３で燃料の燃焼が行われると、発生する高温の燃焼排ガスは先ず顕熱回収式熱交換器３２に供給され、その後、潜熱回収式熱交換器３１へ供給される。潜熱回収式熱交換器３１で潜熱が回収された後の燃焼排ガスは排気口３５から燃焼室３４の外部に排出される。

出湯路４０は、熱源機３０が加熱した若しくは加熱対象とする湯水が流れ、入口が貯湯タンク２と連通する湯水供給路５に接続されており、出口が熱負荷部４と連通する湯水供給路５に接続されている。出湯路４０の出口には、出湯温度Ｔｏを計測する出湯温度センサＴ５が設けられている。貯湯タンク２から供給される湯水は、湯水供給路５から出湯路４０を通って潜熱回収式熱交換器３１を通過し、その後、顕熱回収式熱交換器３２を通過した後、高温の湯水として熱源機３０の外部に排出され、この高温の湯水が湯水供給路５を介して熱負荷部４に供給される。つまり、流体加熱用燃焼器３３の燃焼により発生した燃焼排ガスの顕熱が、顕熱回収式熱交換器３２において出湯路４０を流れる湯水によって回収され、その後、潜熱回収式熱交換器３１において燃焼排ガスの潜熱が出湯路４０を流れる湯水によって回収される。

潜熱回収式熱交換器３１において流体加熱用燃焼器３３の燃焼排ガスから潜熱を回収するときに、その燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮して凝縮水（即ち、ドレン）が生じる。このドレンは、燃焼室３４内の潜熱回収式熱交換器３１の下方に設けられるドレンパン４６によって集められる。ドレンパン４６によって集められたドレンは、ドレンパン４６に接続されるドレン水排出路３９を通って、燃焼室３４の外部に取り出される。

そして、潜熱が回収された燃焼排ガスは、排気口３５から燃焼室３４の外部に排出される。厳冬期のように外気温Ｔａに対して給水路１７の上水温度が比較的高く熱源機３０に供給される湯水の供給温度Ｔｓが高くなると、潜熱回収式熱交換器３１において燃焼排ガスの潜熱回収が進まず、燃焼排ガスに含まれる水分の凝縮が行われ難くなる。その結果、熱源機３０の排気口３５から排出される燃焼排ガスが結露して結露水が発生し易くなり、熱源機３０の機器パネルや外壁に結露水が付着する。この結露水には、ガス供給路３８から供給された燃料由来の硫酸成分等が含まれるため、熱源機３０の機器パネルや外壁が腐食するおそれがある。

そこで、本実施形態では、運転制御装置Ｃが、外気温度センサＴ１で計測された外気温Ｔａに基づいて、貯湯タンク２から熱源機３０に供給される湯水の供給目標温度Ｔｐを設定することとしている。図３に示すように、外気温Ｔａが所定温度Ｔｄ（例えば１０℃）以下のときには、供給目標温度Ｔｐの上限を所定値（例えば、２０℃）に固定する。厳冬期のように外気温Ｔａが低い場合には、供給目標温度Ｔｐの上限を低く設定（例えば２０℃）することにより、流体加熱用燃焼器３３から発生して潜熱回収式熱交換器３１周辺にある燃焼排ガスの潜熱回収が進む。これにより、排気口３５周辺にある燃焼排ガスから結露水が発生することを抑制することができる。

制御の一例として、運転制御装置Ｃは、外気温Ｔａが所定温度Ｔｄ以下のとき、貯湯タンク２から熱源機３０に供給される湯水の供給温度Ｔｓと外気温Ｔａとの差が所定値（例えば１０℃）以下となるように供給目標温度Ｔｐを設定し、供給温度Ｔｓを調整する（図３参照）。この供給温度Ｔｓの調整の制御例として、給水温度センサＴ３で計測された供給温度Ｔｓが供給目標温度Ｔｐとなるように、上水温度センサＴ２で計測された上水温度に基づいて、運転制御装置Ｃが三方弁Ｖｔを制御して、湯水供給路５に給水路１７からの上水を給水して貯湯タンク２から熱源機３０に湯水を供給する給水有り供給状態とし、必要量の上水を湯水供給路５に供給する。供給温度Ｔｓの調整については、給水温度センサＴ３で計測された供給温度Ｔｓが供給目標温度Ｔｐとなるようにフィードバック制御しても良いし、供給目標温度Ｔｐと上水温度センサＴ２で計測された上水温度との関係に基づいて予め定められたマップにより調整しても良いし、機械学習により調整しても良い。

つまり、貯湯タンク２から熱源機３０に供給される湯水の供給温度Ｔｓを低くすることにより、潜熱回収式熱交換器３１に供給される湯水の温度が低くなり、潜熱回収式熱交換器３１での燃焼排ガスの潜熱回収が進んで燃焼排ガスに含まれる水分の凝縮が円滑に行われ、燃焼排ガスからの結露水の発生を抑制することができる。一方、熱源機３０の出湯温度Ｔｏが同一の場合、熱源機３０に供給される供給温度Ｔｓが低下する分、流体加熱用燃焼器３３の負荷が高まるが、外気温Ｔａが所定温度以下である場合のみ制御することにより、厳冬期以外のエネルギー効率の低下を防止することができる。

制御の他の一例として、運転制御装置Ｃは、外気温Ｔａが所定温度Ｔｄ以下のとき、流体加熱用燃焼器３３の燃焼が終了した後のアフターパージにおいて、ブロア３７の風量を所定風量から増加させるように制御する。運転制御装置Ｃは、燃焼排ガス温度センサＴ４で計測された燃焼排ガスの雰囲気温度Ｔｈに応じて、ブロア３７の風量を設定する。ブロア３７の風量設定については、外気温度センサＴ１で計測された外気温Ｔａと燃焼排ガス温度センサＴ４で計測された燃焼排ガスの雰囲気温度Ｔｈとの関係に基づいて予め定められたマップにより設定しても良いし、機械学習により設定しても良い。ブロア３７の風量を増加させることにより、燃焼室３４にある燃焼排ガスを乾燥させて、燃焼排ガスの露点を低下させることができるため、燃焼排ガスからの結露水の発生を抑制することができる。運転制御装置Ｃは、流体加熱用燃焼器３３の燃焼が終了した後のアフターパージが完了したとき、排気口３５を閉塞するように制御しても良い。これにより、熱源機３０の運転終了後において、冷たい外気が燃焼室３４に流入して燃焼排ガスが結露することを防止することができる。

次に、燃料電池システムＸの運転態様について説明する。図２は、燃料電池システムＸの運転態様の一例を説明するフローチャートである。運転制御装置Ｃは、電力負荷計測部１６で計測された電力負荷部３での１時間毎の電力負荷のデータに基づいて、固体酸化物形燃料電池１の運転を制御している。そして、運転制御装置Ｃは、固体酸化物形燃料電池１の運転を開始して、固体酸化物形燃料電池１から排出される熱の回収を行う必要が生じると、排熱回収用ポンプ７を動作させて、貯湯タンク２の下部に貯えられている相対的に低温の湯水を排熱回収路６に流す。

次いで、不図示のコントローラにより貯湯タンク２から熱負荷部４に出湯の指示があったとき、運転制御装置Ｃは、コントローラにより設定された給湯設定温度と外気温度センサＴ１で計測された外気温Ｔａを取得する（＃２１）。次いで、運転制御装置Ｃは、外気温Ｔａが所定温度Ｔｄ（例えば１０℃）以下か否かを判定する（＃２２）。外気温Ｔａが所定温度Ｔｄより大きい場合（＃２２Ｎｏ）、熱源機３０からの出湯温度Ｔｏを給湯設定温度に応じて演算し、運転制御装置Ｃは、出湯温度センサＴ５で計測された出湯温度Ｔｏに基づいてフィードバック制御をしながら、熱源機３０の流体加熱用燃焼器３３を運転する。運転制御装置Ｃは、外気温Ｔａと出湯温度Ｔｏとに基づいて、貯湯タンク２から熱源機３０に供給される湯水の供給目標温度Ｔｐを設定する。図３に示す例では、出湯温度Ｔｏが高い（γ＞β＞α＞０）ほど供給目標温度Ｔｐが高く設定されており、外気温Ｔａが高くなれば、段階的に供給目標温度Ｔｐが高く設定されている。

一方、外気温Ｔａが所定温度Ｔｄ以下の場合（＃２２Ｙｅｓ）、運転制御装置Ｃは、給水温度センサＴ３で計測された供給温度Ｔｓと燃焼排ガス温度センサＴ４で計測された燃焼排ガスの雰囲気温度Ｔｈとを取得する（＃２３）。次いで、運転制御装置Ｃは、熱源機３０からの出湯温度Ｔｏを給湯設定温度に応じて演算し、貯湯タンク２から熱源機３０に供給される湯水の供給温度Ｔｓと外気温Ｔａとの差が所定値（例えば１０℃）以下となるように、供給目標温度Ｔｐの上限を所定値（例えば、２０℃）に固定（設定）する（＃２４）。そして、運転制御装置Ｃは、給水温度センサＴ３で計測された供給温度Ｔｓが供給目標温度Ｔｐとなるように、上水温度センサＴ２で計測された上水温度に基づいて、必要量の上水を湯水供給路５に供給するように三方弁Ｖｔを制御する。つまり、貯湯タンク２から熱源機３０に供給される湯水の供給温度Ｔｓを低くすることにより、潜熱回収式熱交換器３１に供給される湯水の温度が低くなり、潜熱回収式熱交換器３１での燃焼排ガスの潜熱回収が進み、燃焼排ガスからの結露水の発生を抑制することができる。供給目標温度Ｔｐを設定した後、運転制御装置Ｃは、出湯温度センサＴ５で計測された出湯温度Ｔｏに基づいてフィードバック制御をしながら、熱源機３０の流体加熱用燃焼器３３を運転する。

次いで、運転制御装置Ｃは、流体加熱用燃焼器３３の運転が停止されたか否かを判定する（＃２６）。運転制御装置Ｃは、流体加熱用燃焼器３３の運転が停止されたとき（＃２６Ｙｅｓ）、ブロア３７を駆動して熱源機３０の内部を冷却する（＃２７）。このとき、運転制御装置Ｃは、ブロア３７の風量を所定風量（通常の送風量）から増加させるように制御する。運転制御装置Ｃは、外気温度センサＴ１で計測された外気温Ｔａと燃焼排ガス温度センサＴ４で計測された燃焼排ガスの雰囲気温度Ｔｈとの関係に基づいて、ブロア３７の風量設定を行う。その結果、燃焼排ガスの露点を下げることができるので、結露水の発生をより抑制することができる。

次いで、運転制御装置Ｃは、ブロア３７の運転が停止（アフターパージが完了）されたか否かを判定する（＃２８）。運転制御装置Ｃは、ブロア３７の運転が停止されたとき（＃２８Ｙｅｓ）、排気口３５を閉塞する（＃２９）。これにより、冷たい外気が燃焼室３４に流入して燃焼排ガスが結露することを防止することができる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、本発明の燃料電池システムＸについて具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。例えば、アフターパージ中におけるブロア３７の風量増加を省略しても良いし、アフターパージが完了したときに排気口３５を閉塞する制御を省略しても良い。

＜２＞
上記実施形態では、供給目標温度Ｔｐが、外気温Ｔａ及び出湯温度Ｔｏに基づいて決定される例（図３）を示したが、外気温Ｔａのみに基づいて決定しても良い。また、供給目標温度Ｔｐを、外気温Ｔａ及び出湯温度Ｔｏに加えて上水温度センサＴ２で計測された上水温度に基づいて決定しても良い。この場合、上水温度が外気温Ｔａと比例していない場合でも、供給目標温度Ｔｐを正確に設定することができる。

＜３＞
固体酸化物形燃料電池１は経年劣化などにより効率が低下する。そのため、供給目標温度Ｔｐを設定するとき、固体酸化物形燃料電池１の経年劣化を考慮してもよい。また、燃料電池は固体酸化物形燃料電池１に限定されず、固体高分子形燃料電池であっても良い。

＜４＞
上記実施形態では、具体的な数値を挙げて燃料電池システムＸで行われる制御例について説明したが、それらの数値は例示目的で記載したものであり適宜変更可能である。

なお、上述した実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能である。また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、運転により発生した電力を電力負荷部に供給する燃料電池を備えた燃料電池システムに利用可能である。

１ ：固体酸化物形燃料電池（燃料電池）
２ ：貯湯タンク
３ ：電力負荷部
３０ ：熱源機
３１ ：潜熱回収式熱交換器
３２ ：顕熱回収式熱交換器
３３ ：流体加熱用燃焼器（燃焼器）
３５ ：排気口
３７ ：ブロア（送風機）
Ｃ ：運転制御装置（運転制御部）
Ｔ１ ：外気温度センサ（計測部）
Ｔａ ：外気温
Ｔｐ ：供給目標温度
Ｔｓ ：供給温度
Ｘ ：燃料電池システム

Claims (4)

1. 運転により発生した電力を電力負荷部に供給する燃料電池と、
   前記燃料電池の運転により発生した熱を用いて加温された湯水が貯留される貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクから供給された湯水を燃焼器から発生した燃焼排ガスにより加熱可能な熱源機と、
   システム運転を制御する運転制御部と、
   外気温を計測する計測部と、を備え、
   前記熱源機は、前記貯湯タンクから供給された湯水を前記燃焼排ガスの潜熱により加熱する潜熱回収式熱交換器と、当該潜熱回収式熱交換器により加熱された湯水を前記燃焼排ガスの顕熱により加熱する顕熱回収式熱交換器とを有しており、
   前記運転制御部は、前記外気温に基づいて、前記貯湯タンクから前記潜熱回収式熱交換器に供給される湯水の供給目標温度を設定する燃料電池システム。
2. 前記運転制御部は、前記外気温が所定温度以下であるときのみ、前記供給目標温度と前記外気温との差が所定値以下となるように、前記供給目標温度を設定する請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記運転制御部は、前記外気温が所定温度以下であるとき、前記燃焼器の燃焼が終了した後のアフターパージにおいて、送風機の風量を所定風量から増加させるように制御する請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 前記運転制御部は、前記アフターパージが完了したとき、前記熱源機の排気口を閉塞するように制御する請求項３に記載の燃料電池システム。
   

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