JP4944491B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、更に詳しくは、燃料電池システム内の熱（排熱）を回収する第２の熱媒体の温度制御技術に関する。

従来の燃料電池システムの電力制御系統の一例は、燃料電池から出力される直流の発電電力を交流電力に変換するインバータと、インバータにより出力された交流電力を検知する発電電力検知器と、この交流電力から電力負荷において消費された電力（以下、「負荷消費電力」という）を差し引いた逆潮電力（余剰電力）を検知する電力差検知器とを備えて構成されている。

そして、このような余剰電力を有効に利用する観点から、余剰電力を使ってヒータにより、貯湯タンクに向けて流れる熱回収水を適宜追い炊きすることを可能にした、燃料電池システムの熱回収水温度の制御技術が既に開発されており、ここでは、熱回収水の温度制御例として、ヒータを経た後の熱回収水の温度が一定の適温になるように、貯湯ポンプの循環能力が調整されている（特許文献１参照）。
特許第３４０３６６７号明細書

ヒータを経た後の熱回収水温度を逐次監視したうえで、この水温を一定にするといった特許文献１記載のような熱回収水温度制御技術（以下、「従来の熱回収水温度制御技術」という）は、貯湯タンクに最適に温められた水を常時供給可能になることから、電熱供給システムの温度制御として一面、理に適っている。

しかしながら、従来の熱回収水温度制御技術には、以下に述べるように、負荷消費電力の大幅かつ瞬時の変動時においては改善の余地があると、本件発明者等は考えている。

燃料電池の発電電力の変化は、通常は、燃料電池システム全体の安定性に配慮して、１００Ｗ／分程度に制限されるのに対し、負荷消費電力の変化は、瞬時に１ＫＷ以上に達することも多々ある。

つまり、電力差検知器により検知された余剰電力は、燃料電池システムの燃料処理器による原料ガス改質反応に基づく燃料ガス生成の迅速な可変が困難であることから、上記負荷消費電力の変動分相当の１ＫＷ以上に頻繁かつ瞬時に変化することになり、これにより、電力設定器によって設定されるヒータへの供給電力が、この変化に連動するように、大幅かつ瞬時に変動する。

このような状況において、従来の熱回収水温度制御技術をそのまま採用すれば、ヒータへの供給電力の大幅かつ瞬時の変動を契機として、ヒータを経た後の熱回収水の温度を一定の適温に保つように、貯湯ポンプの循環能力の大幅な変化を招きかねない。

そしてこのような貯湯ポンプの循環能力の過度な変化が、燃料電池冷却用の熱交換器の熱交換作用に悪影響を及ぼすものと推定される。

例えば、熱交換器を通過する冷却水の温度が、これと熱交換する熱回収水流量の急激な変化によりシフトすれば、燃料電池の内部温度が不安定化する。そして燃料電池の内部温度が不安定化すれば、燃料電池の適正な発電動作が阻害される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池冷却用の熱伝達器を経た第２の熱媒体を加熱する加熱器に、何等かの過度の外乱（例えば、電力負荷変動に基づく極度の燃料過多）が発生した場合であっても、燃料電池の内部温度を安定に保つことを可能にして、燃料電池の適正な発電動作を図れる燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明による燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記発電に際しシステム内で生成された熱を輸送する第１の熱媒体により、第２の熱媒体に熱を伝える熱伝達器と、前記燃料電池から供給される余剰のエネルギーを利用して前記第２の熱媒体を加熱する加熱器と、前記熱伝達器に向けて前記第２の熱媒体を導く入口から、前記加熱器を経た前記第２の熱媒体を外部に導く出口まで延びる前記第２の熱媒体の流路と、前記流路を流れる第２の熱媒体の流量を調整する流量調整器と、前記加熱器を経た第２の熱媒体の温度を第１の基準温度として検知する第１の温度測定器と、前記加熱器から前記第２の熱媒体への供給熱量に相関する第１の相関量を検知する第１の検知器と、制御器とを備え、前記制御器は、前記第１の基準温度が、前記第１の相関量に応じて定められる目標温度になるよう、前記流量調整器により前記第２の熱媒体の流量を制御することを特徴とする。

このような構成により、燃料電池冷却用の熱伝達器を経た第２の熱媒体を加熱する加熱器に供給されるエネルギーに大きな変動（例えば、電力負荷変動に伴う余剰電力過多による加熱器への過剰な電力供給）が発生した場合であっても、加熱器から第２の熱媒体への供給熱量に相関する第１の相関量に応じて加熱器を経た第２の熱媒体の目標温度を設定し、この目標温度にと一致するよう第２の熱媒体の流量を制御することで、熱伝達器と加熱器との間の流路内の第２の熱媒体の温度が安定し、燃料電池の内部温度を安定に保つことが可能になる。

上記本発明の構成において、前記目標温度は、前記第１の相関量に比例するよう定められることを特徴とする。

上記本発明の構成において、前記目標温度は、前記熱伝達器と前記加熱器との間の前記流路内の第２の熱媒体の温度が所定温度に維持されるよう定められることを特徴とする。

このような構成により、熱伝達器と加熱器との間の流路内の第２の熱媒体の温度が所定温度に維持され、燃料電池の内部温度をより安定に保つことが可能になる。

上記本発明の構成において、前記加熱器が、前記余剰電力を利用して第２の熱媒体を加熱するヒータであるとともに、前記第１の検知器例は、前記燃料電池の発電電力から電力負荷による電力を差し引いた余剰電力を、前記第１の相関量として検知する電力差検知器である。

このような構成により、前記余剰電力ヒータに燃料電池から過剰な余剰電力が供給される場合においても、前記電力差検知器により検知される余剰電力に応じてヒータ後の目標温度を設定し、この目標温度に一致するよう前記第２の熱媒体の流量を制御することで、熱伝達器と加熱器との間の流路内の第２の熱媒体の温度および燃料電池の内部温度を安定に保つことが可能になる。

また、上記本発明の構成において、前記加熱器が、前記可燃性ガスを燃焼可能な燃焼加熱器であるとともに、前記第１の検知器例は、前記燃料電池から排出された可燃性ガスの流量を、前記第１の相関量として検知する可燃性ガス流量検知器である。

このような構成により、前記燃料電池の発電で余った可燃性ガスが、前記燃焼加熱器に過剰に供給されるような場合においても、前記可燃性ガス流量検知器で検知される可燃性ガスの流量に応じて前記燃焼検知器後の第２の熱媒体の目標温度を設定し、この目標温度に一致するよう前記第２の熱媒体の流量を制御することで、熱伝達器と加熱器との間の流路内の第２の熱媒体の温度および燃料電池の内部温度を安定に保つことが可能になる。

また、上記本発明の構成において、前記熱伝達器と前記加熱器との間の前記流路内の前記第２の熱媒体の温度に相関する第２の相関量を検知する第２の検知器を備え、前記目標温度は、前記第１の相関量及び前記第２の相関量に基づき、前記熱伝達器と前記加熱器との間の前記流路内の第２の熱媒体の温度が所定の温度に維持されるよう定められることを特徴とする。

このような構成により、前記熱伝達器からの供給熱量が変動する場合に、その変動も考慮して、熱伝達器と加熱器との間の流路内の第２の熱媒体の温度が所定温度に維持され、燃料電池の内部温度をより安定に保つことが可能になる。

また、上記本発明の構成において、前記第２の相関量の一例は、前記燃料電池の発電電力から換算される前記熱伝達器の前記第２の熱媒体への供給熱量であり、前記第２の検知器例は、前記発電電力を検知する発電電力検知器である。

また、上記本発明の構成において、前記第２の検知器例が、前記第２の熱媒体の流量を、前記第２の相関量として検知する第２の熱媒体流量検知器である。

このような構成により、前記第２の熱媒体の流量値から、前記熱伝達器と前記加熱器との間の流路内の第２の熱媒体の温度に相関する熱伝達器の第２の熱媒体への熱量が概算される。このため、前記熱伝達器の第２の熱媒体への熱量を直接に検知する検知器を特設する必要がなく、燃料電池システムのコストアップを抑制でき好適である。

また、上記本発明の構成に加えて、前記熱伝達器と前記入口との間の流路内の第２の熱媒体の温度を、第２の基準温度として検知する第２の温度測定器を備え、前記目標温度は、前記第１の相関量、第２の相関量及び前記第２の基準温度に基づいて、前記熱伝達器と前記加熱器との間の流路内の第２の熱媒体の温度が所定温度に維持されるように定められる。

前記貯湯タンクの流出口から送出した第２の熱媒体の基準温度が、時間の経過とともに変動する場合には、この温度も考慮する方が、前記熱伝達器と前記加熱器との間の流路内の第２の熱媒体の温度が所定温度に維持するためにより正確な前記目標温度が得られ好適である。

なお、以上に述べた前記第１の熱媒体は、前記燃料電池の内部を冷却する冷却水である。

また、前記第１の熱媒体として、上記水に加えて、燃料ガスおよび／または酸化剤ガス（発電ガス）を使用しても良い。

前記目標温度は、その上限温度が予め設定されている。

このような上限温度を設けることにより、前記第２の熱媒体への、前記加熱器による過剰加熱を未然に防止できる。

なおここで、前記第２の熱媒体の一例は水であるとともに、前記熱交換器及び前記加熱器で加熱された温水を貯える貯湯タンクを備え、前記流路の入口及び出口は、前記貯湯タンクに連通している。

本発明によれば、燃料電池冷却用の熱伝達器を経た第２の熱媒体を加熱する加熱器に供給されるエネルギーに大きな変動（例えば、電力負荷変動に伴う余剰電力過多による加熱器への過剰な電力供給）が発生した場合であっても、熱伝達器と加熱器との間の流路内の第２の熱媒体の温度を安定させ、燃料電池の内部温度を安定に保つことを可能にする。

以下、本発明の好ましい実施の形態１および実施の形態２について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。

燃料電池システム１００（燃料電池コージェネレーションシステム）は、図１に示す如く、水素リッチな燃料ガス（発電ガス）と空気等の酸化剤ガス（発電ガス）を用いて発電および発熱（排熱放出）する燃料電池１１を有して構成されている。

このような燃料電池システム１００には大まかには、燃料電池１１への発電ガス供給および排気用の発電ガス系統および、燃料電池１１から出力される電力制御用の電力制御系統並びに、燃料電池１１の温度を適温に保つ機能を果たす冷却水循環用の冷却系統並びに、燃料電池システム１００の発電ガスや冷却水との熱交換により燃料電池システム１００の発熱（排熱）による熱を効率的に回収する排熱回収系統並びに、燃料電池システム１００の動作を適切に制御する動作制御系統がある。

燃料電池システム１００の発電ガス系統は、例えば、燃料処理器１２およびブロア１３を備えて構成されている。

燃料処理器１２は、燃料電池１１に併設され、既存インフラから供給される都市ガスや天然ガス等の原料ガスに水を添加して改質して、水素リッチな高温（例えば数百度）の燃料ガスを生成するように構成されている。この燃料処理器１２は、公知技術に基づくものであり、ここではその詳細な構成説明は省略する。

また、燃料処理器１２により、図１の矢印付きの２重線に示す如く、燃料ガス／熱回収水熱交換器４１（熱伝達器；後記）において、後記の熱回収水（第２の熱媒体）との間で、この熱回収水に熱を伝えるように熱交換された燃料ガスが燃料電池１１のアノードに供給される。

また、燃料電池１１に併設されるブロア１３により、図１の矢印付きの２重線に示す如く、空気等の酸化剤ガスが燃料電池１１のカソードに供給される。

なおここで、燃料電池１１のアノードにおいて消費されなかった適温（例えば７０℃）の残余の燃料ガス（オフガス）は、第１の凝縮器４３（熱伝達器；後記）において熱回収水との間で、熱回収水に熱を伝えるように熱交換され、燃料処理器１２の加熱用バーナ１０に向けて燃料処理器１２の圧送力により排出され、バーナ１０の燃料として燃焼される。

また、燃料電池１１のカソードにおいて消費されなかった適温（例えば７０℃）の残余の酸化剤ガスは、第２の凝縮器４４（熱伝達器；後記）において熱回収水との間で、この熱回収水に熱を伝えるように熱交換され、ブロア１３の圧送力により大気中に放出される。

燃料電池システム１００の電力制御系統は、図１に示す如く、燃料電池１１の直流の発電電力を交流電力に変換するインバータ２１と、インバータ２１から出力された交流電力を検知する発電電力検知器２２と、この交流電力から電力負荷において消費された負荷消費電力を差し引いた余剰電力を検知する電力差検知器２３とを備えて構成されている。

なおここで、発電電力検知器２２を通ったインバータ２１の出力側は、インバータ２１の交流電力を供給する電力負荷（例えば、家庭用電力負荷）と既存インフラの電力系統の両方に接続されている。

このため、このインバータ２１の出力電力が負荷消費電力未満の際には、インバータ２１および電力系統の双方から電力負荷に要する電力を給電することが可能になる。

また逆に、インバータ２１の出力電力が負荷消費電力を超える際には、電力差検知器２３により検知された余剰電力（インバータ２１の出力電力のうちの負荷消費電力を超えた分）が、電力設定器３４により後記の熱回収水加熱用のヒータ３３（加熱器）への給電電力として設定されてヒータ３３により消費され、これにより、熱回収水がヒータ３３により加熱かつ昇温される。

また、燃料電池システム１００の冷却系統では、図１の太い一点鎖線矢印で示した冷却水流路を、その途中で燃料電池１１の内部を通るようにして、冷却水（約７０℃程度の第１の熱媒体）が流されている。なお、この冷却水は、燃料電池１１の発熱（反応熱）による熱を燃料電池１１の外部に輸送する役割を担っている。

更に、この冷却系統は、燃料電池１１の内部を適温（例えば７０℃）に保つように、冷却水流路中の冷却水流量を調整しつつこれを循環させる冷却水ポンプ３１を有し、冷却水と熱回収水との間の熱交換により熱回収水に熱を伝えて構成される冷却水／熱回収水熱交換器４２（熱伝達器；後記）が、この冷却水流路の途中に設けられている。

また、燃料電池システム１００の排熱回収系統には、お湯（既存インフラの市水を昇温した貯湯水）を貯蔵する貯湯タンク３２（蓄熱部）が併設されている。そして、貯湯タンク３２の下方部の熱回収水流出口３２Ａから取り出された熱回収水は、本発明の流量調整器である貯湯ポンプ３５により、複合型の熱交換システム（詳細は後程述べる）を通して燃料電池システム１００内の熱（排熱）およびヒータ３３による熱を受け取り、これにより、熱回収水は、適温に昇温された後、貯湯タンク３２の上方部の熱回収水流入口３２Ｂに戻される。

なおここで、上記熱回収水流出口３２Ａは、貯湯タンク３２の市水（水道水）入口付近の水を、複合型の熱交換システムに向けて熱回収水流路１０１に導く、熱回収水流路１０１の入口に相当する。また、上記熱回収水流入口３２Ｂは、ヒータ３３を経た熱回収水を貯湯タンク３２へ導く、熱回収水流路１０１の出口に相当する。すなわち、熱回収水流路１０１は、貯湯タンク３２の熱回収水流出口３２Ａ（熱回収水流路１０１の入口）と貯湯タンク３２の熱回収水流入口３２Ｂ（熱回収水流路１０１の出口）とを介して、貯湯タンク３２に連通してなり、その入口から出口に至るように延びて構成されている。また、本発明の流量調整器として貯湯ポンプを例示したが、流量調整可能な弁（ニードル弁；図示せず）であっても構わない。

またここでは、排熱回収系統のヒータ３３は、冷却水／熱回収水熱交換器４２と貯湯タンク３２の熱回収水流入口３２Ｂとの間に位置する熱回収水流路１０１の途中に配置されている。

排熱回収系統の複合型の熱交換システムの一例として、本実施の形態においては、図１の太い実線矢印で示した熱回収水流路１０１の流れ方向に沿って順番に、カソードから排出され水分を含む酸化剤ガスと熱回収水との間の熱交換機能およびこの酸化剤ガス中の水分除去機能の両方を兼ねる第２の凝縮器４４と、アノードから排出され水分を含むオフガスと熱回収水との間の熱交換機能およびこのオフガス中の水分除去機能の両方を兼ねる第１の凝縮器４３と、燃料処理器１２から燃料電池１１に送出される途中の燃料ガスと熱回収水との間の熱交換機能を備える燃料ガス／熱回収水熱交換器４１と、冷却水ポンプ３１により循環される冷却水と熱回収水との間の熱交換機能を備える冷却水／熱回収水熱交換器４２と、が設けられている。

要するに、貯湯タンク３２の熱回収水流出口３２Ａから流出した熱回収水が、貯湯ポンプ３５により圧送され、熱回収水流路１０１の途中の第２の凝縮器４４、第１の凝縮器４３、燃料ガス／熱回収水熱交換器４１および冷却水／熱回収水熱交換器４２をこの順番に経て、ヒータ３３に入り、その後、このヒータ３３を出た熱回収水が、貯湯タンク３２の熱回収水流入口３２Ｂに再び戻される。このように、熱回収水が循環される。

燃料電池システム１００の動作制御系統は、例えば、マイクロプロセッサ等からなる複数の制御装置を有し、ここでの制御装置群の一例は、ヒータ３３を経た後（正確にはヒータ３３と貯湯タンク３２の熱回収水流入口３２Ｂとの間の、ヒータ３３近傍に位置する熱回収水流路１０１）の熱回収水温度（以下、「ヒータ加熱後水温度」という）の目標温度Ｒａを決定する流量／温度演算器５１と、貯湯ポンプ３５による熱回収水の吐出流量を調整可能な貯湯ポンプ調整器５２と、冷却水ポンプ３１による冷却水の吐出量を調整可能な冷却水ポンプ調整器５３と、燃料電池システム１００の全体の動作を制御するコントローラ１０２と、を備えて構成されている。

なお、本実施の形態の燃料電池システムにおいて、本発明の制御器は、上記貯湯ポンプ調整器５２及び上記流量／温度演算器５１を備える。また、これらの機器が分散配置され、互いに協働して燃料電池システムの動作を制御する構成に限定されず、これらの複数の機器を統合した単一の制御装置をも意味している。すなわち、上記流量／温度演算器５１及び上記貯湯ポンプ調整器５２を、統合して単一の制御器として構成しても良い。

流量／温度演算器５１がヒータ加熱後水温度の目標温度Ｒａを決定するに際しての入力データを検知する検知器には、第２の凝縮器４４と貯湯タンク３２の熱回収水流出口３２Ａとの間の熱回収水流路１０１を流れる、熱交換により昇温される前の熱回収水の温度（以下、「熱交換前熱回収水温度」という）を検知する第２の温度検知器５４（例えば、サーミスタや熱電対）と、ヒータ３３への供給電力を検知する電力差検知器２３と、燃料電池１１の発電電力量を検知する発電電力検知器２２と、がある。

そして、流量／温度演算器５１は、後程詳しく述べるように、これらの検知器５４、２３、２２により検知されたデータに基づき、ヒータ３３への何等かの過度の外乱（例えば、電力負荷変動に伴う余剰電力過多による加熱器への過剰な電力供給）に際して、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度を一定（例えば後記の約６２℃）に維持可能な熱回収水の流量を目標流量として推定演算するとともに、このような熱回収水の流量の推定値から上記目標温度Ｒａを演算かつ設定して、貯湯ポンプ調整器５２に目標温度Ｒａを出力するように構成されている。

一方、貯湯ポンプ調整器５２は、流量／温度演算器５１から受け取った目標温度Ｒａと、第１の温度検知器５５（例えば、サーミスタや熱電対）により検知された熱回収水温度と、を比較して、両者が一致するように貯湯ポンプ３５による熱回収水の吐出流量（熱回収水循環能力）を調整するように構成されている。

なお、第１の温度検知器５５は、ヒータ加熱後水温度を実測している。

更に、冷却水ポンプ調整器５３は、冷却水流路を循環する冷却水の温度を、第３の温度検知器５６（例えば、サーミスタや熱電対）により監視しつつ、この温度を一定の適温（例えば７０℃）に制御すべく冷却水ポンプ３１による冷却水の吐出流量（冷却水循環能力）を調整するように構成されている。

次に、本実施の形態による燃料電池システム１００の動作を説明する。

冷却水／熱回収水熱交換器４２の熱回収水流れ方向下流に位置する、熱回収水加熱用のヒータ３３への供給電力が大幅かつ瞬時に変動した際にも、燃料電池システム１００の安定な発電維持には、燃料電池１１の内部温度を可能な限り一定の適温（例えば７０℃近辺）に保つことが重要である。

そこで、冷却水ポンプ調整器５３による冷却水循環能力調整では制御し切れない冷却水／熱回収水熱交換器４２の熱交換能力の大幅な瞬時の変動をなくすことが必須であり、この一方法として、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後（正確には冷却水／熱回収水熱交換器４２とヒータ３３との間の、冷却水／熱回収水熱交換器４２近傍の熱回収水流路１０１中）の熱回収水温度の安定化が最も有効であると、本件発明者等は推定している。

このような設計思想に基づいて、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度を一定温度に維持するように、ヒータ加熱後水温度に対する目標温度Ｒａは設定される。

なお貯湯タンク３２の温水を給湯に利用することから、貯湯タンク３２に戻される熱回収水の温度を６０℃以上に調整することが望まれる。そこで、ヒータ３３への無通電状態を勘案したうえで貯湯タンク３２に向けて流す際の放熱量を見越して、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水の温度は、６０℃より若干高めの６２℃程度にすることが好適であると言える。

まず、流量／温度演算器５１による目標温度Ｒａの設定に必要となる各種の熱計算式を説明する。

＜第１の熱計算式＞
複合型の熱交換システム（ここでは、第１および第２の凝縮器４３、４４および燃料ガス／熱回収水熱交換器４１並びに冷却水／熱回収水熱交換器４２）により、燃料電池システム１００から熱回収水に供与される総供給熱量Ｑａ（ワット・アワー；Ｗｈ）は、下記の式（１）の如く、発電電力検知器２２により検知された発電の電力量Ｑｆ（Ｗｈ）に、予め実験により得られた所定の定数（ここでは約１．４）を乗じた数値として概算される。

このように総供給熱量Ｑａを発電の電力量Ｑｆから概算することにより、複合型の熱交換システムの総供給熱量Ｑａを直接に検知する検知器を特設する必要がなく、燃料電池システム１００のコストアップを抑制でき好適である。

Ｑａ＝１．４×Ｑｆ ・・・・・（１）
但しこの定数（１．４）は、本実施の形態による燃料電池システム１００に特有の数値であり、燃料電池システムのシステム構成が変われば、当然、この定数も修正する必要がある。

＜第２の熱計算式＞
第２の温度検知器５４により検知される熱交換前熱回収水温度Ｔｉと、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度（ここでは６２℃を代入）とを用いて、熱回収水流路１０１を流れる熱回収水の単位時間当たりの流量Ｇｗａ（リットル／分；Ｌ／ｍｉｎ）は、総供給熱量Ｑａとの関係から下記（２）に示した式により表される。

このように、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度として、所定の定数（６２℃）を代入することにより、流量Ｇｗａの演算（目標温度Ｒａの設定演算）の簡素化が図れるとともに、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度を直接に検知する検知器を特設する必要がなく、燃料電池システム１００のコストアップを抑制でき好適である。

Ｑａ＝１(kcal/kg・℃)×１(kg/L)×１．１６(Wh/kcal)×Ｇｗａ(L/min)×６０(min)
×(６２-Ｔｉ)(℃)＝１．１６×６０×Ｇｗａ×（６２−Ｔｉ）・・・・（２）
＜第３の熱計算式＞
ここで、電力差検知器２３により検知される余剰電力相当のヒータ３３への供給電力量Ｑｈ（Ｗｈ）（以下、「ヒータ供給電力量Ｑｈ」という）は、ヒータ３３により熱回収水に供給される熱量と相関関係を有する物理量（相関量）であり、ヒータ３３による熱回収水加熱の熱量相当と見做し得る。

そこで、ヒータ供給電力量Ｑｈおよび流量Ｇｗａを用いて、流量／温度演算器５１による目標温度Ｒａは、下記（３）に示した式により表される。

なお、この目標温度Ｒａは、下記の式（３）から理解されるとおり、第１の温度検知器５５（例えば、サーミスタや熱電対）により検知される、ヒータ加熱後水温度に対応する温度（目標温度）である。

Ｑｈ＝１．１６×６０×Ｇｗａ×（Ｒａ−６２）・・・・・（３）
次に、上記式（１）、式（２）および式（３）に基づいた、流量／温度演算器５１による目標流量としてのＧｗａおよび設定温度としての目標温度Ｒａの演算法を、図２を参照して説明する。

図２は、本実施の形態による流量／温度演算器の動作例を示したフローチャートである。

なお流量／温度演算器５１は、例えば冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た第２の熱媒体を加熱するヒータ３３への何等かの過度の外乱発生（例えば、電力負荷変動に伴う余剰電力過多による加熱器への過剰な電力供給）に備えて、図２に示した処理を一定期間毎、繰り返して実行する。

すなわち、総供給熱量Ｑａおよびヒータ供給電力量Ｑｈは、時々刻々と変化する可能性が高いことから、流量／温度演算器５１は、逐次、これらの変動を監視しており、この流量／温度演算器５１によるヒータ加熱後水温度の目標温度の確定および貯湯ポンプ調整器５２による熱回収水流量の調整は、総供給熱量Ｑａやヒータ供給電力量Ｑｈの変動に対応して適切に、以上の処理に従って実行される。

なおここでは、上記の式（１）、式（２）および式（３）は何れも、ＲＯＭ等の記憶装置（不図示）に予め記憶され、制御装置（流量／温度演算器５１）は、これらの式を適宜読み出して必要な演算を行えるように構成されている。

流量／温度演算器５１は、先ずは、各検知器２２、２３、５４から電力量Ｑｆおよび熱交換前熱回収水温度Ｔｉ並びにヒータ供給電力量Ｑｈを読み込む（ステップＳ２０１）。

そして流量／温度演算器５１は、上記式（１）および式（２）に、電力量Ｑｆと熱交換前熱回収水温度Ｔｉと代入することにより、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度を約６２℃に維持可能な流量Ｇｗａ（目標）を目標流量として演算し取得する（ステップＳ２０２）。

流量／温度演算器５１は、続いて、演算された流量Ｇｗａ（目標）およびヒータ供給電力量Ｑｈを、上記式（３）に代入することにより、目標温度Ｒａを演算し取得する（ステップＳ２０３）。

ここで、流量／温度演算器５１は、この目標温度Ｒａと、所定の許容範囲の上限温度（後記）とを比較して、目標温度Ｒａが許容範囲の上限温度以下か否かを判定する（ステップＳ２０４）。

流量／温度演算器５１は、演算された目標温度Ｒａが上限温度以下であれば（ステップＳ２０４において「Ｙｅｓ」）、この目標温度Ｒａを目標温度として設定して、この値を貯湯ポンプ調整器５２に出力する（ステップＳ２０５）。

その一方、演算された目標温度Ｒａが上限温度を超えるものであれば（ステップＳ２０４において「Ｎｏ」）、この上限温度を目標温度として設定して、この値を貯湯ポンプ調整器５２に出力する（ステップＳ２０６）。

なお、貯湯ポンプ調整器５２は、流量／温度演算器５１から目標温度Ｒａ（または上限温度）を受け取り、この目標温度Ｒａ（または上限温度）と第１の温度検知器５５によるヒータ加熱後水温度とを比較しつつ両者が一致するように、熱回収水圧送用の貯湯ポンプ３５の吐出流量を変更する。

このように本実施の形態の燃料電池システム１００によれば、冷却水／熱回収水熱交換器４２の熱回収水流れ方向下流に位置する、熱回収水加熱用のヒータ供給電力量Ｑｈが大幅かつ瞬間に変動をきたしても、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度を安定に保つように、熱回収水流量が適正に調整されることから、冷却水／熱回収水熱交換器４２の熱交換能力の安定化が図れ、これにより、燃料電池１１の温度は適温（例えば７０℃近辺）に保たれ、燃料電池システム１００の安定な発電維持が可能になる。

なおこの場合、熱回収水加熱用のヒータ供給電力量Ｑｈが、何等かの要因により極端に増えるようであれば、流量／温度演算器５１による目標温度Ｒａが熱回収水の沸点（１００℃）を超える事態も想定される。このため、ヒータ３３の熱回収水への過剰加熱による熱回収水沸騰を未然に防止する観点から、この目標温度Ｒａの許容範囲としての上限温度を設けることが望ましいと言える。

目標温度Ｒａの上限温度は、ここでは、少なくとも熱回収水の沸点（１００℃）を超えることはなく、貯湯ポンプ調整器５２による貯湯ポンプ３５の熱回収水吐出流量を調整する際の第１の温度検知器５５により検知されるヒータ加熱後水温度のデータ取得の過渡的な遅れを勘案して、この沸点より低めの８５℃程度に設定されている。

また、上述の本実施の形態においては、目標温度Ｒａの設定に際し、流量／温度演算器５１により第１〜第３の熱計算式に基づき目標温度Ｒａをリアルタイムに算出しているが、発電電力検知器２２で検知される電力量Ｑｆ、電力差検知器２３で検出されるヒータ供給電力量Ｑｈ、及び第２の温度検知器５４で検知される熱交換前熱回収水温度Ｔｉの各々を独立変数にして、上記熱算出式で得られる目標温度Ｒａを従属変数として、両者の関係を予めデータベース化しても良い。そうすれば、各Ｑｆ、各Ｑｈ値、及び各Ｔｉに対応付けされた各Ｒａ値を記憶した記憶器（図示せず）を備え、さらに流量／温度演算器５１に代えて適宜の処理装置（図示せず）を備え、この処理装置が、発電電力検知器２２で検知される電力量Ｑｆ、電力差検知器１２で検知されるヒータ供給電力量Ｑｈ、及び第２の温度検知器５４で検知される熱交換前熱回収水温度Ｔｉの組み合わせに対応する目標温度Ｒａを記憶器から読み出すことができ、この目標温度Ｒａとヒータ加熱後水温が一致するよう貯湯ポンプ調整器５２が貯湯ポンプ３５を適切に制御できる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２による燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。

なお、本実施の形態の燃料電池システム１１０の各構成部材のうちの、実施の形態１の燃料電池システム１００の構成部材と同一の部材には、同じ符号を付しており、両者に共通する構成部材の説明は省略するか略説に留める。

この燃料電池システム１１０は、端的には、燃料電池システム１１０の電力制御系統が、既存インフラの電力系統に連係し、負荷消費電力を監視しつつ逆潮流しない範囲の最大電力を出力可能なように燃料電池１１の発電動作を制御する一方、水素供給装置６１から供給され、燃料電池１１で消費し切れなかった燃料ガス（残余の水素ガス）を、貯湯タンク用の熱回収水を加熱に供する燃料として有効に活用するように構成されたシステムである。

よって、本実施の形態の燃料電池システム１１０では、負荷消費電力の経時変化に応じて燃料電池１１による水素ガスの単位時間当たりの消費量が変動をきたし、その結果として、燃料電池１１から熱回収水加熱用の燃焼加熱器６２（加熱器）に供給される残余の水素ガスが時間の経過とともに変動する。

このため、本実施の形態の燃料電池システムについて従来の熱回収水温度制御技術に倣った制御を行えば、実施の形態１と同様に、燃焼加熱器６２を経た後の熱回収水温度検知器の温度を一定の適温に保つように、貯湯ポンプ３５の循環能力の大幅な変化を招きかねない。

燃料電池システム１１０の発電ガス系統は、実施の形態１（図１）で述べた燃料処理器１２および燃料処理器１２のバーナ１０に替えて、図３に示す如く、燃料電池１１のアノードに単位時間当たり一定流量の水素ガス（発電ガス）を供給する水素供給装置６１を備えて構成されている。

なお燃料電池１１のアノードに向かう水素ガスは、適宜の加湿器（不図示）により加湿条件を整えられている。

また、燃料電池１１のアノードにおいて消費されなかった適温（例えば７０℃）の残余の水素ガスは、適宜の凝縮器（不図示）により水分除去されたうえで、実施の形態１（図１）で述べたヒータ３３と同じ機能（冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た熱回収水の加熱）を果たす燃焼加熱器６２に向けて、水素供給装置６１の圧送力により排出される。これにより、この残余の水素ガスが、燃焼加熱器６２の燃焼用燃料ガスとして使用され、熱回収水が燃焼加熱器６２により加熱かつ昇温される。

なおここでは、排熱回収系統の燃焼加熱器６２は、冷却水／熱回収水熱交換器４２と貯湯タンク３２の熱回収水流入口３２Ｂとの間に位置する熱回収水流路１０１の途中に配置されている。

また、燃料電池システム１１０の電力制御系統は、実施の形態１（図１）で述べた電力差検知器２３に相当する検知器をなくして、図３に示す如く、燃料電池１１により出力された直流発電電力を交流電力に変換するインバータ２１と、このインバータ２１から出力された交流電力を検知する発電電力検知器２２とを備えて構成されている。

また、熱交換システムの一例として、本実施の形態においては、実施の形態１（図１）に示した第１および第２の凝縮器４３、４４および燃料ガス／熱回収水熱交換器４１をなくして、冷却水ポンプ３１により循環される冷却水と熱回収水との間の熱交換機能を備える冷却水／熱回収水熱交換器４２のみが設けられている。

要するに、貯湯タンク３２の熱回収水流出口３２Ａから流出した熱回収水が、貯湯ポンプ３５により圧送され、熱回収水流路１０１の途中の冷却水／熱回収水熱交換器４２を経て、燃焼加熱器６２に入り、その後、この燃焼加熱器６２を出た熱回収水が、貯湯タンク３２の熱回収水流入口２Ｂに再び戻される。このようにして熱回収水が循環される。

ここで、流量／温度演算器５１が、燃焼加熱器６２を経た後の熱回収水の温度（以下、「燃焼加熱後水温度」という）の目標温度Ｒｂを決定するに際してのデータを検知する検知器には、冷却水／熱回収水熱交換器４２と貯湯タンク３２の熱回収水流出口３２Ａとの間の熱回収水流路１０１（上流側の熱回収水流路１０１）を流れる、熱交換により昇温される前の熱回収水の温度（以下、「熱交換前熱回収水温度」という）を検知する第２の温度検知器５４と、燃料電池１１のアノードから送出された残余の水素ガス流量を検知する水素ガス流量検知器６３と、燃料電池１１の発電電力を検知する発電電力検知器２２と、がある。

そして、流量／温度演算器５１は、後程詳しく述べるように、これらの検知器５４、６３、２２により検知されたデータに基づき、燃焼加熱器６２への何等かの過度の外乱（例えば、電力負荷変動に基づく極度の燃料過多）に際して、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度を一定（例えば後記の約６２℃）に維持可能な熱回収水の流量を目標流量として推定演算するとともに、このような熱回収水の流量の推定値から上記目標温度Ｒｂを演算かつ設定して、貯湯ポンプ調整器５２に目標温度Ｒｂを出力するように構成されている。

一方、貯湯ポンプ調整器５２は、実施の形態１と同様に、流量／温度演算器５１から受け取った目標温度Ｒｂと、第１の温度検知器５５（例えば、サーミスタや熱電対）により検知された熱回収水温度と、を比較して、両者が一致するように貯湯ポンプ３５による熱回収水の吐出流量（熱回収水循環能力）を調整するように構成されている。

なお、第１の温度検知器５５は、燃焼加熱後水温度を実測している。

更に、冷却水ポンプ調整器５３は、実施の形態１と同様に、冷却水流路を循環する冷却水の温度を、第３の温度検知器５６（例えば、サーミスタや熱電対）により監視しつつ、この温度を一定の適温（例えば７０℃）に制御すべく冷却水ポンプ３１による冷却水の吐出流量（冷却水循環能力）を調整するように構成されている。

次に、本実施の形態による燃料電池システム１１０の動作を説明する。

冷却水／熱回収水熱交換器４２の熱回収水流れ方向下流に位置する、熱回収水加熱用の燃焼加熱器６２への残余の水素ガス量が大幅かつ瞬時に変動した際の、燃料電池システム１１０の安定な発電維持には、燃料電池１１の内部温度を可能な限り一定の適温（例えば７０℃近辺）に保つことが重要である。

そこで、冷却水ポンプ調整器５３による冷却水循環能力調整では制御し切れない冷却水／熱回収水熱交換器４２の熱交換能力の大幅な瞬時の変動を無くすことが必須であり、この一方法として、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後（正確には冷却水／熱回収水熱交換器４２と燃焼加熱器６２との間の、冷却水／熱回収水熱交換器４２近傍の熱回収水流路１０１中）の熱回収水温度の安定化が最も有効であると、本件発明者等は推定している。

このような設計思想に基づいて、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度を一定温度に維持するように、燃焼加熱後水温度に対応する目標温度Ｒｂは設定される。

なお貯湯タンク３２の温水を給湯に利用することから、貯湯タンク３２に戻される熱回収水の温度を６０℃以上に調整することが望まれる。そこで、燃焼加熱器６２の無燃状態を勘案したうえで貯湯タンク３２に向けて流す際の放熱量を見越して、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水の温度は、６０℃より若干高めの６２℃程度にすることが好適であると言える。

まず、流量／温度演算器５１による目標温度Ｒｂの設定に必要となる各種の熱計算式を説明する。

＜第１の熱計算式＞
熱交換システム（ここでは冷却水／熱回収水熱交換器４２）により、燃料電池システム１１０から熱回収水に供与される総供給熱量Ｑｂ（ワット・アワー；Ｗｈ）は、下記の式（１）の如く、発電電力検知器２２により検知された発電の電力量Ｑｆ（Ｗｈ）に、予め実験により得られた所定の定数（ここでは約１．２）を乗じた数値として概算される。

このように総供給熱量Ｑｂを発電の電力量Ｑｆから概算することにより、熱交換システムの総供給熱量Ｑｂを直接に検知する検知器を特設する必要がなく、燃料電池システム１１０のコストアップを抑制でき好適である。

Ｑｂ＝１．２×Ｑｆ ・・・・・（１）
但しこの定数（１．２）は、本実施の形態による燃料電池システム１１０に特有の数値であり、燃料電池システムのシステム構成が変われば、当然、この定数も修正する必要がある。

＜第２の熱計算式＞
第２の温度検知器５４により検知される熱交換前熱回収水温度Ｔｉと、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度（ここでは６２℃を代入）とを用いて、熱回収水流路１０１を流れる熱回収水の単位時間当たりの流量Ｇｗｂ（リットル／分；Ｌ／ｍｉｎ）は、総供給熱量Ｑｂとの関係から下記（２）に示した式により表される。

このように、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度として、所定の定数（６２℃）を代入することにより、流量Ｇｗｂの演算（目標温度Ｒｂの設定演算）の簡素化が図れるとともに、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度を直接に検知する検知器を特設する必要がなく、燃料電池システム１１０のコストアップを抑制でき好適である。

Ｑｂ＝１．１６×６０×Ｇｗｂ×（６２−Ｔｉ）・・・・・（２）
＜第３の熱計算式＞
ここで、水素ガス流量検知器６３により検知された燃料電池１１のカソードから排出された残余の水素ガス流量は、燃焼加熱器６２により熱回収水に供給される熱量と相関関係を有する物理量（相関量）であり、燃焼加熱器６２の燃焼熱量Ｑｖ（Ｗｈ）（以下、「燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖ」という）は、この水素ガス流量から容易に換算され得る。

そこで、水素ガス流量から換算された燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖおよび流量Ｇｗｂを用いて、流量／温度演算器５１による目標温度Ｒｂは、下記（３）に示した式により表される。

この目標温度Ｒｂは、下記の式（３）から理解されるとおり、第１の温度検知器５５（例えば、サーミスタや熱電対）により検知される、燃焼加熱後水温度に対応する温度（目標温度）である。

勿論、水素ガス流量検知器６３による残余の水素ガス流量検知に替えて、燃焼加熱器６２の温度を適宜の温度検知器（不図示）により検知することにより、燃焼加熱器６２による燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖを換算しても良い。

Ｑｖ＝１．１６×６０×Ｇｗｂ×（Ｒｂ−６２）・・・・・（３）
次に、上記式（１）、式（２）および式（３）に基づいた、流量／温度演算器５１による目標流量としてのＧｗｂおよび設定温度としての目標温度Ｒｂの演算法を、図４を参照して述べる。

図４は、本実施の形態による流量／温度演算器の動作例を示したフローチャートである。

なお流量／温度演算器５１は、例えば冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た第２の熱媒体を加熱する燃焼加熱器６２への何等かの過度の外乱発生（例えば電力負荷変動に基づく極度の燃料過多）に備えて、図４に示した処理を一定期間毎、繰り返して実行している。

すなわち、総供給熱量Ｑｂや燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖは、時々刻々と変化する可能性が高いことから、流量／温度演算器５１は、逐次、これらの変動を監視しており、流量／温度演算器５１による燃焼加熱後水温度の目標温度の設定および貯湯ポンプ調整器５２による熱回収水流量の調整は、総供給熱量Ｑｂや燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖの変動に対応して適切に、以上の処理に従って実行される。

なおここでは、上記の式（１）、式（２）および式（３）は何れも、ＲＯＭ等の記憶装置（不図示）に予め記憶され、制御装置（流量／温度演算器５１）は、これらの式を読み出して必要な演算を行えるように構成されている。

流量／温度演算器５１は、先ずは、各検知器２２、５４、６３から電力量Ｑｆおよび熱交換前熱回収水温度Ｔｉ並びに燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖを読み込む（ステップＳ４０１）。

そして流量／温度演算器５１は、上記式（１）および式（２）に、電力量Ｑｆと熱交換前熱回収水温度Ｔｉと代入することにより、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度を約６２℃に維持可能な流量Ｇｗｂ（目標）を目標流量として演算し取得する（ステップＳ４０２）。

流量／温度演算器５１は、続いて、演算された流量Ｇｗｂ（目標）および燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖを、上記式（３）に代入することにより、目標温度Ｒｂを演算し取得する（ステップＳ４０３）。

ここで、流量／温度演算器５１は、この目標温度Ｒｂと、所定の許容範囲の上限温度（後記）とを比較して、目標温度Ｒｂが許容範囲の上限温度以下か否かを判定する（ステップＳ４０４）。

流量／温度演算器５１は、演算された目標温度Ｒｂが上限温度以下であれば（ステップＳ４０４において「Ｙｅｓ」）、この目標温度Ｒｂを目標温度として設定して、この値を貯湯ポンプ調整器５２に出力する（ステップＳ４０５）。

その一方、演算された目標温度Ｒｂが上限温度を超えるものであれば（ステップＳ４０４において「Ｎｏ」）、この上限温度を目標温度として設定して、この値を貯湯ポンプ調整器５２に出力する（ステップＳ４０６）。

なお、貯湯ポンプ調整器５２は、流量／温度演算器５１から目標温度Ｒｂ（または上限温度）を受け取り、この目標温度Ｒｂ（または上限温度）と第１の温度検知器５５による燃焼加熱後水温度とを比較しつつ両者が一致するように、熱回収水圧送用の貯湯ポンプ３５の吐出流量を変更する。

このように本実施の形態の燃料電池システム１１０によれば、冷却水／熱回収水熱交換器４２の熱回収水流れ方向下流に位置する、熱回収水加熱用の燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖが大幅かつ瞬時に変動をきたしても、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度を安定に保つように、熱回収水流量が適正に調整されることから、冷却水／熱回収水熱交換器４２の熱交換能力の安定化が図れ、これにより、燃料電池１１の温度は適温（例えば７０℃近辺）に保たれ、燃料電池システム１１０の安定な発電維持が可能になる。

なお、この場合、熱回収水加熱用の燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖが何等かの要因により極端に増えるようであれば、流量／温度演算器５１による目標温度Ｒｂが熱回収水の沸点（１００℃）を超える事態も想定される。このため、燃焼加熱器６２の熱回収水への予期せぬ過剰加熱による熱回収水沸騰を未然に防止する観点から、この目標温度Ｒｂの許容範囲としての上限温度を設けることが望ましいと言える。

目標温度Ｒｂの上限温度は、ここでは、少なくとも熱回収水の沸点（１００℃）を超えることはなく、貯湯ポンプ調整器５２による貯湯ポンプ３５の熱回収水吐出流量を調整する際の第１の温度検知器５５により検知される燃焼加熱後水温度のデータ取得の過渡的な遅れを勘案して、この沸点より低めの８５℃程度に設定されている。

また、上述の本実施の形態においては、目標温度Ｒｂの設定に際し、流量／温度演算器５１により第１〜第３の熱計算式に基づき目標温度Ｒｂをリアルタイムに算出しているが、発電電力検知器で検知される電力量Ｑｆ、水素ガス流量検知器６３の検出値から換算される燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖ、及び第２の温度検知器５４で検知される熱交換前熱回収水温度Ｔｉの各々を独立変数にして、上記熱計算式で得られる目標温度Ｒｂを従属変数として、両者の関係を予めデータベース化しても良い。そうすれば、各Ｑｆ、各Ｑｖ、及び各Ｔｉに対応付けされた各Ｒｂ値として記憶させた記憶器（図示せず）を備え、さらに流量／温度演算器５１に代えて適宜の処理装置（図示せず）を備え、この処理装置が、発電電力検知器２２で検知される電力量Ｑｆ、水素ガス流量検知器６３の検出値から換算される燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖ、及び第２の温度検知器５４で検知される熱交換前熱回収水温度Ｔｉの組み合わせに対応する目標温度Ｒｂを記憶器から読み出すことができ、この目標温度Ｒｂとヒータ加熱後水温が一致するよう貯湯ポンプ調整器５２が貯湯ポンプ３５を適切に制御できる。
〔変形例１〕
実施の形態１および実施の形態２においては、第２の温度検知器５４により検知される熱交換前熱回収水温度Ｔｉを考慮するように、この値が流量／温度演算器５１に入力されている。

しかし、積層沸き上げ方式の貯湯タンク３２の熱回収水流出口３２Ａと、既存インフラから供給される市水の供給口とが、貯湯タンク３２の構成上、貯湯タンク３２の下方部に近接して設ける際には、この熱交換前熱回収水温度Ｔｉの温度は、市水の温度に略一致する可能性が高い。

このため、例えば集合住宅のように市水の温度変化が数℃程度の範囲内と予想されれば、貯湯タンク３２の熱回収水流出口３２Ａと水道水の供給口とを、積層沸き上げ方式の貯湯タンク３２の下方部に近接配置することにより、この熱交換前熱回収水温度Ｔｉを定数（例えば２０℃）と見做し得る。

このような構成によれば、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度を約６２℃に維持可能な流量Ｇｗａ、Ｇｗｂ（目標）の演算の簡素化が図れるとともに、熱交換前熱回収水温度Ｔｉについては直接に検知する検知器を特設する必要がなく、燃料電池システムのコストアップを抑制でき好適である。

また、本変形例においても、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、発電電力検知器２２で検知される電力量Ｑｆ及び電力差検知器２３のヒータ供給電力量Ｑｈあるいは水素ガス流量検知器６３の検出値から換算される燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖに対して、上記熱計算式から得られる目標温度Ｒａ、Ｒｂを、各Ｑｆ、および各Ｑｈ、あるいは各Ｑｖに対応付けされたＲａ値またはＲｂ値として記憶させた記憶器と、各流量／温度演算器５１に代えて適宜の処理装置とを備え、Ｑｆ値、及びＱｈ値、あるいはＱｖ値に基づき上記処理装置が記憶器から読み出した目標温度Ｒａ、Ｒｂと一致するよう、貯湯ポンプ調整器５２が貯湯ポンプ３５を制御するよう構成してもかまわない。
［変形例２］
上述の変形例１においては、第２の温度検知器５４で検知される熱交換前熱回収水温度Ｔｉを定数と見做し得ることについて例示したが、上記Ｔｉに加えてさらに、発電電力検知器２２で検知される電力量Ｑｆから算出されるＱａ、Ｑｂについても同様に、燃料電池システム１００の定常運転中において燃料電池１１の発電電力が一定電力を維持するような運転モードの場合あるいはそのような仕様でシステム設計されている場合は、発電電力検知器２２で検出されるＱｆを随時用いてＱａ、Ｑｂを算出する必要はなく、定数と見做し得る。

なお、上述では流量／温度演算器５１が第２の計算式に基づいて流量Ｇｗａ、Ｇｗｂ（目標）を演算した後、これらの流量値に基づき目標温度Ｒａ、Ｒｂを算出することを前提としていたが、第１〜第３の熱計算式を合算した下記式（４）、（５）に示すように流量を演算せずに、電力差検知器２３のヒータ供給電力量Ｑｈあるいは水素ガス流量検知器６３の検出値から換算される燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖのみに基づき目標値を算出することが可能になる。

Ｒａ＝Ｑｈ／Ｑａ×（６２−Ｔｉ）＋６２・・・・・（４）
Ｒｂ＝Ｑｖ／Ｑｂ×（６２−Ｔｉ）＋６２・・・・・（５）
また、本変形例においても、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、電力差検知器２３のヒータ供給電力量Ｑｈあるいは水素ガス流量検知器６３の検出値から換算される燃焼加熱器燃焼熱量Ｑｖに対して、これらの熱計算式から得られる目標温度Ｒａ、Ｒｂを、各Ｑｈ、あるいは各Ｑｖに対応付けされたＲａ値またはＲｂ値として記憶させた記憶器と、各流量／温度演算器５１に代えて適宜の処理装置とを備え、Ｑｈ値、あるいはＱｖ値に基づき上記処理装置が記憶器から読み出した目標温度Ｒａ、Ｒｂと一致するよう、貯湯ポンプ調整器５２が貯湯ポンプ３５を制御するよう構成してもかまわない。
〔変形例３〕
実施の形態１および実施の形態２においては、上記式（１）において、熱交換器による熱回収水への総供給熱量Ｑａ、Ｑｂを発電の電力量Ｑｆから概算している。

本変形例においては、熱回収水流路１０１の途中に適宜の熱回収水流量検知器（不図示）を設け、以下のようにして、熱交換器による熱回収水への総供給熱量Ｑａ、Ｑｂの、発電の電力量Ｑｆに基づく概算を省いている。

先ず、「熱量＝流量×ΔＴ（第１の温度検知器５５により検知される熱回収水温度−熱交換前熱回収水温度Ｔｉ）」という関係式から、既知の流量およびΔＴを基にして、熱交換器および加熱器（例えば実施の形態１の場合はヒータ３３）の両者から熱回収水にもたらされる合算総供給熱量が求まる。ここで、加熱器による熱回収水への供給熱量が既知であれば、この合算総供給熱量から加熱器による熱回収水供給熱量を差し引くことにより、熱交換器による熱回収水への総供給熱量を推定演算できる。そして、このような総供給熱量の推定値を使って、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度を約６２℃に維持可能な目標流量を演算し、この目標流量、上記推定演算された熱交換器からの総供給熱量値、及び加熱器による熱回収水への供給熱量に基づき第３の熱計算式を用いて目標温度Ｒａ、Ｒｂを算出し、本目標温度Ｒａ、Ｒｂに一致するよう貯湯ポンプ調整器５２が貯湯ポンプ３５を制御するよう構成しても良い。

このように、実施の形態１、２およびこの変形例から理解されるとおり、流量／温度演算器５１は、冷却水／熱回収水熱交換器４２を経た後の熱回収水温度と所定の相関関係を持つ物理量（相関量）（例えば熱回収水流路１０１の熱回収水流量）に基づいて目標流量や目標設定温度を演算可能である。
〔変形例４〕
実施の形態１および実施の形態２においては、ヒータ３３または燃焼加熱器６２を通る熱回収流路１０１を循環する第２の熱媒体として、貯湯タンク３２に溜める熱回収水（市水）を例にして述べた。

しかし、このような第２の熱媒体は市水に限らず、他の用途の第２の熱媒体、例えば、蓄熱式床暖房用の不凍液であっても良く、このような不凍液を用いた電熱供給システムにも本技術を流用することは可能である。

但しこの場合は、斯かる不凍液の温度の許容範囲は、その用途に応じて適正に見直されることになる。
〔変形例５〕
実施の形態２においては、熱交換システムの一例として、冷却水ポンプ３１により循環される冷却水と熱回収水との間の熱交換機能を備える冷却水／熱回収水熱交換器４２のみが設けられているが、実施の形態１（図１）に示した燃料ガスと熱交換を行う第１の凝縮器４３、および燃料ガス／熱回収水熱交換器４１や酸化剤ガスと熱交換を行う第２の凝縮器４４のいずれかのみ、または複数を用いることも可能である。

本発明の燃料電池システムにおいては、燃料電池冷却用の熱交換器を経た第２の熱媒体を加熱する加熱器に供給されるエネルギーに大きな変動（例えば、電力負荷変動に伴う余剰電力過多による加熱器への過剰な電力供給が発生した場合であっても、燃料電池の内部温度を安定に保つことを可能にして、燃料電池の適正な発電動作を図れるように利便性が向上され、例えば、家庭用の燃料電池コージェネレーションシステムとして有用である。

本発明の実施の形態１による燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。 実施の形態１による流量／温度演算器の動作例を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態２による燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。 実施の形態２による流量／温度演算器の動作例を示したフローチャートである。

符号の説明

１０ バーナ
１１ 燃料電池
１２ 燃料処理器
１３ ブロア
２１ インバータ
２２ 発電電力検知器
２３ 電力差検知器
３１ 冷却水ポンプ
３２ 貯湯タンク
３２Ａ 貯湯タンクの流出口
３２Ｂ 貯湯タンクの流入口
３３ ヒータ
３４ 電力設定器
３５ 貯湯ポンプ
４１ 燃料ガス／熱回収水熱交換器
４２ 冷却水／熱回収水熱交換器
４３ 第１の凝縮器
４４ 第２の凝縮器
５１ 流量／温度演算器
５２ 貯湯ポンプ調整器
５３ 冷却水ポンプ調整器
５４ 第２の温度検知器
５５ 第１の温度検知器
５６ 第３の温度検知器
６１ 水素供給装置
６２ 燃焼加熱器
６３ 水素ガス流量検知器
１００、１１０ 燃料電池システム
Ｇｗｂ、Ｇｗａ 目標流量
Ｑａ、Ｑｂ 総供給熱量
Ｑｆ 電力量
Ｑｈ ヒータ供給電力量
Ｑｖ 燃焼加熱器燃焼熱量
Ｒａ、Ｒｂ 目標温度

Claims (11)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、
   前記発電に際しシステム内で生成された熱を輸送する第１の熱媒体により、第２の熱媒体に熱を伝える熱伝達器と、
   前記燃料電池から供給される余剰のエネルギーを利用して前記第２の熱媒体を加熱する加熱器と、
   前記熱伝達器に向けて前記第２の熱媒体を導く入口から、前記加熱器を経た前記第２の熱媒体を外部に導く出口まで延びる前記第２の熱媒体の流路と、
   前記流路を流れる第２の熱媒体の流量を調整する流量調整器と、
   前記加熱器を経た第２の熱媒体の温度を第１の基準温度として検知する第１の温度測定器と、
   前記加熱器から前記第２の熱媒体への供給熱量に相関する第１の相関量を検知する第１の検知器と、
   制御器と、を備え、
   前記制御器は、前記第１の基準温度が、前記第１の相関量に応じて定められる目標温度になるよう、前記流量調整器により前記第２の熱媒体の流量を制御することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記目標温度は、前記第１の相関量に比例するよう定められる請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記目標温度は、前記熱伝達器と前記加熱器との間の前記流路内の第２の熱媒体の温度が所定温度に維持されるよう定められる請求項1記載の燃料電池システム。
4. 前記加熱器が、前記余剰電力を利用して第２の熱媒体を加熱するヒータであるとともに、前記第１の検知器は、前記燃料電池の発電電力から前記電力負荷による電力を差し引いた余剰電力を、前記第１の相関量として検知する電力差検知器である請求項１記載の燃料電池システム。
5. 前記加熱器が、前記可燃性ガスを燃焼可能な燃焼加熱器であるとともに、前記第１の検知器は、前記燃料電池から排出された可燃性ガスの流量を、前記第１の相関量として検知する可燃性ガス流量検知器である請求項１記載の燃料電池システム。
6. 前記熱伝達器と前記加熱器との間の前記流路内の前記第２の熱媒体の温度に相関する第２の相関量を検知する第２の検知器を備え、
   前記目標温度は、前記第１の相関量及び前記第２の相関量に基づき、前記熱伝達器と前記加熱器との間の前記流路内の第２の熱媒体の温度が所定の温度に維持されるよう定められる請求項３の燃料電池システム。
7. 前記第２の相関量は、前記燃料電池の発電電力から換算される前記熱伝達器の前記第２の熱媒体への供給熱量であり、前記第２の検知器は、前記発電電力を検知する発電電力検知器である請求項１記載の燃料電池システム。
8. 前記熱伝達器と前記入口との間の前記流路内の第２の熱媒体の温度を、第２の基準温度として検知する第２の温度測定器を備え、
   前記目標温度は、前記第１の相関量、第２の相関量及び前記第２の基準温度に基づいて、前記熱伝達器と前記加熱器との間の前記流路内の第２の熱媒体の温度が所定温度に維持されるよう定められる目標温度請求項１乃至７の何れかに記載の燃料電池システム。
9. 前記第１の熱媒体は、前記燃料電池を冷却するための冷却水である請求項１乃至８の何れかに記載の燃料電池システム。
10. 前記目標温度は、その上限温度が予め設定されている請求項１乃至９の何れかに記載の燃料電池システム。
11. 前記第２の熱媒体は水であるとともに、前記熱交換器及び前記加熱器で加熱された温水を貯える貯湯タンクを備え、前記流路の入口及び出口は、前記貯湯タンクに連通している請求項１乃至１０の何れかに記載の燃料電池システム。
    
    
    

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