JP5071419B2

JP5071419B2 - 燃料電池システム、及びそのプログラム

Info

Publication number: JP5071419B2
Application number: JP2009059118A
Authority: JP
Inventors: 仁大石; 寿一岡田; 和弘安達; 英智田窪
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2029-03-12
Also published as: JP2010212175A

Description

本発明は、燃料電池の発電時の排熱を回収した湯水を貯湯タンクに貯めて、その湯水を給湯などに利用する燃料電池システム、及びそのプログラムに関するものである。

従来、燃料電池等の熱電併給装置の排熱を貯湯の形で貯湯タンクに蓄熱し、貯湯タンク内に貯湯された湯水を給湯等に利用するコージェネレーションシステムとして、例えば、特許文献１または特許文献２に開示されたものある。

上記従来のコージェネレーションシステムは、熱電併給装置の排熱を加熱用の熱源として利用する主加熱手段と、排熱回収による加熱（蓄熱）が不能又は不十分な場合に燃料を燃焼させて強制的に加熱するための補助熱源装置による副加熱手段とを備え、通常は主加熱手段に対し貯湯タンクの下部から取り出した湯水を供給し排熱との熱交換により加熱し加熱後の湯水を貯湯タンクの上部に戻すという循環加熱運転により貯湯タンク内に温度成層を形成しつつ貯湯するようにしている。

しかし、ユーザーが長期不在等になると、貯湯タンク内の湯水や給湯用の回路内の湯水がそのまま滞留した状態で放熱により湯水温度が低下することになる。このように放置された状態になると、滞留湯水内にレジオネラ菌や他の雑菌が発生し繁殖する可能性が生じる。

そこで、滅菌対策が必要な場合は、給湯使用禁止状態にした上で、補助熱源装置を起動させて貯湯タンク内の湯水をレジオネラ菌が死滅する温度まで加熱することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２０００−１７１１０２号公報特開２００１−２９６０５５号公報特開２００４−２６３９１２号公報

しかしながら、特許文献３に開示された上記従来の構成では、貯湯タンク内の湯水をレジオネラ菌が確実に死滅する温度（７５℃）まで加熱した後は、貯湯タンク内はもとより、コージェネレーションシステムの場合は熱回収配管内に高温の湯が残っているため、システムの水抜きを実施時に高温状態の配管に触れる場合や、排水バルブの開放時に、手や腕に高温の湯がかかってしまう可能性があり、メンテナンスや修理の際の水抜き時の安全性について十分考慮されていないという課題があった。

また、ユーザーは滅菌対策の機能が搭載されていることさえ把握していない場合が多く、滅菌処理の直後にユーザー操作に基づく水抜きが行われた場合、やけど、または高温の配管や湯水を避けるためにケガを負うような二次災害や、または安全への配慮が考慮されていないといったクレームに直結する可能性がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、熱回収配管内の湯水が高温である状態でも、それを排除した後に、燃料電池システムの水抜きを実行できる燃料電池システム、及びそのプログラムを提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明は、
湯水の温度を検出する湯水温度検出手段を複数個互いに上下方向に離して有する貯湯タンクと、
一端が前記貯湯タンク内下部に連通し他端が前記貯湯タンク内上部または中間部に連通し途中に燃料電池の発電時の排熱を回収する熱回収用熱交換器を有する熱回収配管と、
前記貯湯タンク内の湯水を給湯する給湯管と、
前記貯湯タンク内下部に連通して前記貯湯タンク内に給水する給水管と、
前記熱回収配管内の湯水を抜くための水抜き手段と、
前記貯湯タンク内の湯水を前記貯湯タンク内下部から導入して前記貯湯タンク内上部または中間部に戻す方向に前記熱回収配管内の湯水を循環させる循環手段と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池が発電をしている場合は前記循環手段を動作させて前記燃料電池の排熱を前記熱回収配管内の湯水に回収させて、前記燃料電池の発電が停止した場合は前記循環
手段を停止させ、
前記循環手段の停止中に複数の前記湯水温度検出手段のいずれか少なくとも一つが検出した湯水の温度が前記熱回収配管の水抜きを安全に実行することができる所定温度より低くなれば、前記循環手段を動作させて前記湯水を循環させて、前記熱回収配管内の湯水が入れ替われば前記循環手段を停止させる、
燃料電池システムであることを特徴としたものである。

これによって、貯湯タンク内の湯水の滅菌処理後であっても、余分な動作を防ぎながら、熱回収配管内を高温の湯水から所定温度以下の湯水へ自動的に入れ替えることができ、メンテマンやユーザーは滅菌処理の直後であるか否かを把握していなくとも、メンテナンスや修理の際の水抜きやユーザー操作に基づく水抜き時の安全性を確保することができる。

本発明の燃料電池システム、及びそのプログラムは、貯湯タンク内の湯水の滅菌処理後であっても、余分な動作を防ぎながら、熱回収配管内を高温の湯水から所定温度以下の湯水へ自動的に入れ替えることができ、メンテマンやユーザーは滅菌処理の直後であるか否かを把握していなくとも、メンテナンスや修理の際の水抜きやユーザー操作に基づく水抜き時の安全性を確保することができる。

第１の発明は、
湯水の温度を検出する湯水温度検出手段を複数個互いに上下方向に離して有する貯湯タンクと、
一端が前記貯湯タンク内下部に連通し他端が前記貯湯タンク内上部または中間部に連通し途中に燃料電池の発電時の排熱を回収する熱回収用熱交換器を有する熱回収配管と、
前記貯湯タンク内の湯水を給湯する給湯管と、
前記貯湯タンク内下部に連通して前記貯湯タンク内に給水する給水管と、
前記熱回収配管内の湯水を抜くための水抜き手段と、
前記貯湯タンク内の湯水を前記貯湯タンク内下部から導入して前記貯湯タンク内上部または中間部に戻す方向に前記熱回収配管内の湯水を循環させる循環手段と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池が発電をしている場合は前記循環手段を動作させて前記燃料電池の排熱を前記熱回収配管内の湯水に回収させて、前記燃料電池の発電が停止した場合は前記循環手段を停止させ、
前記循環手段の停止中に複数の前記湯水温度検出手段のいずれか少なくとも一つが検出した湯水の温度が前記熱回収配管の水抜きを安全に実行することができる所定温度より低くなれば、前記循環手段を動作させて前記湯水を循環させて、前記熱回収配管内の湯水が入れ替われば前記循環手段を停止させる、
燃料電池システムであることを特徴とし、貯湯タンク内の湯水の滅菌処理後であっても、熱回収配管内を高温の湯水から所定温度以下の湯水へ自動的に入れ替えることができ、メンテマンやユーザーは滅菌処理の直後であるか否かを把握していなくとも、メンテナンスや修理の際の水抜きやユーザー操作に基づく水抜き時の安全性を確保することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記熱回収配管内の湯水の循環が始まれば時間計測を開始する湯水循環時間計測手段を有し、前記湯水循環時間計測手段が計測した時間が所定時間を経過すれば湯水の循環を停止することを特徴とし、循環手段の運転能力値と、前記能力値で湯水を循環させた時に熱回収配管内の湯水を完全に入れ替えられる所定時間とを記憶手段に予め記憶させておけば、制御部は前記能力値で循環を開始し、前記記憶している所定時間と湯水循環時間計測手段が計測する時間とを比較することによって、熱回収配管内の湯水を完全に入れ替わった時点で循環手段の動作を停止させることができることから、必要以上に余分な動作を防ぐことができ、循環手段の寿命の確保や、別の目的のために新たな動作を開始させることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の燃料電池システムにおいて、前記湯水の循環の開始は、前記温度検出が前記貯湯タンク内の湯水の滅菌処理後の最初に複数の前記湯水温度検出手段のいずれか少なくとも一つが検出した湯水の温度が前記所定温度より低くなった場合のみ開始することを特徴とし、滅菌処理後のみ熱回収配管内の湯水を前記所定温度以下に入れ替えることができ、貯湯タンクに蓄積した湯の積層を崩す機会を限定することができることから、通常燃料電池の排熱回収で湯を蓄積した時は湯質を安定させて供給することができる。

第４の発明は、特に、第３の発明の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記滅菌処理後の最初以外に複数の前記湯水温度検出手段のいずれか少なくとも一つが検出した湯水の温度が前記所定温度より低くなった場合は、前記湯水の循環を開始しない制御部は滅菌処理後以外に所定の温度を検出した場合、前記湯水の循環を開始しないことを特徴とし、貯湯タンクに蓄積した湯の積層を崩す機会を限定することができ、通常燃料電池の排熱回収で湯を蓄積した時は湯質を安定させて供給することができる。

第５の発明は、特に、第３または第４の発明の燃料電池システムにおいて、前記滅菌処理は、前記燃料電池の発電時に前記熱回収用熱交換器で回収する排熱温度より高い温度の湯で雑菌を排除することを特徴とし、発電時の排熱回収温度が約６０℃程度であり、一方貯湯タンク内に繁殖の可能性のあるレジオネラ菌は６０℃で１０〜１５分以内で滅菌できると言われているため、設定滅菌温度を排熱回収温度より高く設定することによって、レジオネラ菌の滅菌時間を更に短縮できることから、給湯の安全性を確保することができる。

第６の発明は、特に、第１〜５の発明の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記熱回収配管の湯水の循環を実行中、または前記熱回収配管の湯水の温度が前記所定温度より高い時に報知信号を出力することを特徴とし、熱回収配管内の湯水が滅菌処理した直後の様な高温状態であれば報知することができ、この報知信号を用いて、使用者へ注意を喚起することができることから、メンテナンスや修理の際の水抜きやユーザー操作に基づ
く水抜き時の高次の安全性を確保することができる。

第７の発明は、特に、第６の発明の燃料電池システムにおいて、宅内通信回線を介して通信し、燃料電池と排熱回収装置とを制御する情報端末装置を備え、前記情報端末装置は前記報知信号を検出すれば、表示文字、警告ランプの点灯または点滅、警報音、ブザー、音声のいずれかを発する
宅内通信回線を介して通信し、燃料電池と排熱回収装置とを制御する情報端末装置を備え、前記情報端末装置は前記報知信号を検出すれば、表示（文字、警告ランプの点灯または点滅）、警報（音、ブザー、音声）を発することを特徴とし、使用者に対して熱回収配管内を高温の湯水から所定温度以下の湯水に入れ替わるまで視覚的に高温警告することができることから、メンテナンスや修理の際の水抜きやユーザー操作に基づく水抜きを開始する時期を確認でき、高次の安全性を確保することができる。

以下本発明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。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムの構成図であり、図２は本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムのブロック図を示すものである。

図１において、燃料電池１００は都市ガス（１３Ａ）の供給を受けて都市ガスを水素に改質し、燃料ガスと空気との供給を受けて電気化学反応により発電する装置である。

燃料電池１００の発電の際に発生した熱は熱回収用熱交換器１０６へ送られ、排熱回収装置１０１の貯湯タンク１１１内下部に連通する熱回収配管１０２を介して引いてきた水と熱交換する。熱回収用熱交換器１０６で排熱を回収した熱回収配管１０２内の湯水は貯湯タンク１１１上部へ導かれ、湯として蓄積される。

排熱温度で貯湯タンク１１１が満畜になれば、熱回収用熱交換器１０６で熱交換が不可であることから、燃料電池１００は発電を停止する。排熱回収装置１０１はその蓄積した湯を使用者に給湯を行う。

貯湯タンク１１１上部から引き出す湯を使用者へ給湯するが、貯湯タンク１１１に蓄積した湯温が低く、使用者が設定している給湯温度を満足しない場合は、加熱手段１１３で加熱し、湯温調節された湯がカラン１１４を介して使用者に給湯を行う。

一方、その際、貯湯タンク１１１から引き出した湯水の量だけ、貯湯タンク１１１内下部に連通する給水管１１５を介して市水が給水される。よって、使用者が排熱を利用した給湯を繰り返せば、貯湯タンク１１１内の湯水は市水に入れ替わってゆき、やがてタンク内の湯水の温度は市水温度まで下がることになる。

貯湯タンク１１１内の湯水の温度が、燃料電池１００の発電時の排熱と熱交換が可能な温度まで下がれば、再び燃料電池１００は発電を開始し、電気エネルギーを発生させると同時に、反応時に発生する熱も回収する。この動作を繰り返し、高いエネルギー効果を実現する。

熱回収用熱交換器１０６から貯湯タンク１１１に戻る方の熱回収配管１０２には暖房熱交換器１０７が配され、暖房熱交換器１０７において加熱手段１１３で加熱された湯と熱交換し、熱回収配管１０２内の湯水を加熱して貯湯タンク１１１に蓄積させることもできる。

暖房熱交換器１０７を用いて貯湯タンク１１１に湯水を蓄積する時は、燃料電池１００の排熱回収動作を行っている時ではなく、使用者が長期不在等に起因して貯湯タンク１１１内の湯水に菌繁殖の可能性が生じた時に、貯湯タンク１１１内の湯水全体を加熱手段１１３と暖房熱交換器１０７により設定滅菌温度まで加熱する場合に用いる。

使用者が更に長期不在などの時、システム内の冷却水や貯湯タンク１１１内の湯水の凍結を回避するためにシステムの水抜きを行うのであるが、燃料電池１００、貯湯タンク１１１の水だけでなく、熱回収配管１０２内の水も抜くために、熱回収配管１０２に水抜き手段Ａ１０５と水抜き手段Ｂ１０９を配する。そして、それぞれの水抜き手段から水を抜くためには水抜きバルブＡ１０４、水抜きバルブＢ１０８を開放すれば良い。

情報端末装置１１７は燃料電池１００と宅内通信回線１１６によって接続され、燃料電池１００の制御を行う機能を有している。宅内通信回線１１６は無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）または特定小電力無線を媒体として利用することも可能で、その場合、情報端末装置１１７、燃料電池１００それぞれは無線通信ユニットを装着する必要がある。

情報端末装置１１７は熱回収配管１０２内が高温である時に報知される報知信号を宅内通信回線１１６を介して受信すれば、報知信号の意味する内容の表示や警報を発する他に、システムの異常コードの表示、発電電力量、商用電源からの受電電力量の表示機能、燃料電池１００の発電の開始や停止の設定機能、または排熱回収装置１０１に回収した排熱を利用する際の給湯温度、風呂の沸かし上げや沸かし上げ予約といった設定機能を備えている。

以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用を説明する。

図２において、燃料電池１００は水素と酸素を化学反応させ、直接電気エネルギーを発生させると同時に、反応時に発生する熱も回収利用することにより高いエネルギー効果が実現できるシステムである。燃料電池１００の発電時、排熱を熱回収配管１０２を介して排熱回収装置１０１の貯湯タンク１１１の上部へ蓄積する。

そして貯湯タンク１１１には湯水検出手段１１２ａ〜１１２ｆが配されており、貯湯タンク１１１に配された前記湯水検出手段１１２ａ〜１１２ｆ全てが、燃料電池１００からの排熱回収温度（約６０℃）を検出すれば、燃料電池１００は湯が満畜となり発電を停止する。

燃料電池１００と排熱回収装置１０１の故障対応、またはそれぞれの装置が安定した能力を発揮するために定期メンテナンス等所定の手当を施さなければならない事象があり、例えば燃料電池１００の修理の際、対象部品によっては燃料電池１００内に有する冷却水のみならず、熱回収配管１０２内の湯水までも抜いた後に修理を行わなければならない場合がある。またシステムの長期保管の際は、機内配管内の湯水の凍結を防止するため、燃料電池１００、熱回収配管１０２、貯湯タンク１１１の全ての水を抜く必要がある。

例えば、長期保管を行う場合、まず燃料電池１００の水抜きであるが、燃料電池１００が有する所定の水抜きコックを開け、次に情報端末装置１１７を操作し、所定の設定を選択すれば、宅内通信回線１１６を介して、燃料電池１００の制御部２０１に燃料電池１００の水抜き指示が送信される。

制御部２０１は前記水抜き指示を受信すれば、燃料電池１００内の冷却水を排出するために水抜きに必要ないくつかの補機を動作させ、機内の水を機外へ排出するための補助動作を行い、機内の水を抜いてゆく。一方、貯湯タンク１１１の水抜きも同様、水抜き手段１０９の水抜きバルブＢ１０８を開け、次に情報端末装置１１７の所定の設定を選択すれば、水抜き手段Ｂ１０９を介して貯湯タンク１１１内の湯水が抜けていく。

これら燃料電池１００及び貯湯タンク１１１の水抜き設定は、情報端末装置１１７の操作以外に、燃料電池１００が有する入力手段２０６からの設定も可能である。次に熱回収配管１０２の水抜きであるが、水抜き手段Ａ１０５の水抜きバルブＡ１０４を開ければ、先の情報端末装置１１７で操作した燃料電池１００の水抜き時の補機の動作も加わり、水抜き手段Ａ１０５を介して水が抜けていく。

この時、水抜きバルブＡ１０４と水抜きバルブＢ１０８が手動タイプであれば、バルブ操作の際、手が熱回収配管１０２に触れる場合や、また水抜き手段から抜けてくる湯水が手にかかってしまう可能性がある。

燃料電池１００が発電動作を停止してから数時間経過している場合であれば、熱回収配管１０２や貯湯タンク１１１内の湯水の温度も自然放熱や、また給湯使用により貯湯タンク１１１内に市水が給水され、水抜き手段から排出される湯水や熱回収配管１０２自体の温度は排熱回収温度（約６０℃）より低くなっているため、手に触れても問題ない。また発電直後の水抜き操作であったとしても、燃料電池１００の排熱回収温度の能力が情報端末装置１１７で設定可能な給湯温度範囲以下であれば、水抜きの際にその湯水に手が触れても許容できる範囲の温度であると整理することができる。

しかしながら、燃料電池システムには貯湯タンク１００内の湯水を所定の条件で滅菌処理が必要となる場合があり、また本システムの設定滅菌温度は発電時に回収する排熱温度より高い温度で雑菌を排除することを特徴としているため、滅菌処理直後のシステムの水抜きの際は熱回収配管１０２に手が触れる、または湯水がかかれば、やけどを負ってしまうおそれがある。従って、前記滅菌処理直後に熱回収配管１０２内の水抜きを実施する場合は、熱回収配管１０２とその中の湯水を冷却するか、手に触れてもやけどのおそれがない温度の水に入れ替えるといった配慮が必要である。

ここで、湯水の滅菌処理の必要性について説明する。使用者が長期不在になると、貯湯タンク１１１内の湯水が放熱により温度が低下し、不在期間中それら湯水が滞留水として放置されることになる。そうすれば、貯湯タンク１１１内の湯水や熱回収配管１０２内の湯水にレジオネラ菌やその他雑菌が発生しやすい条件となり、更に繁殖する可能性が生じてくる。

月単位といった不在期間であれば、システムの水抜きを実施し、帰宅時に水張りを実施して再度システムを使用するといった行動も考えられるが、週単位や日単位では全ての使用者がその行為を実施するとは限らない。また、全ての使用者が前述した雑菌の繁殖の可能性を把握しているか否かさえ定かではない。

従って本システムでは長期不在後の、給湯再開時の湯水の安全性を確保する目的を達成するために、所定期間給湯利用が行われない状態と滅菌対策の必要性の有無と使用者の給湯再開の状態とを把握し、加熱手段１１３を作動させて、貯湯タンク１１１内と熱回収配管１０２内の湯水を対象として加熱し、雑菌を排除する機能を備えている。

制御部２０１の滅菌処理要否判定手段２０４は給湯利用が所定期間中に所定量以上の給湯利用があるか否かを判定する。前記条件に達した場合、制御部２０１はシステムの湯水に菌繁殖の可能性がある判定する。更に電源をＯＦＦにされても判定結果が消えない様に記憶手段２０５に前記結果を保存する。

この時、使用者が不在につき、滅菌処理が未完の湯水を使用される事態は考えにくいが、貯湯タンク１１１の湯水の滅菌処理が完了するまでの期間、タンク内湯水の使用を禁止するために貯湯タンク１１１の上部から加熱手段１１３まで連通している配管に、タンクを締め切るためのタンク締め切り弁を設け、菌繁殖の可能性が判断された場合はこの締め切り弁を閉にし、貯湯タンク１１１からの出湯を禁止にしておいても良い。

次に滅菌処理開始の必要性の有無であるが、使用者が不在中に湯水を加熱しても、雑菌排除後の湯水が使用されないため、結果的に加熱手段１１３を作動させた分のエネルギーが無駄になる。従って使用者の在宅状態を判断し、在宅が確認できれば滅菌処理を開始することにした。先行例の様なユーザー操作に基づく解除操作信号の入力を用いて在宅の判定を行っても良いし、家庭の給湯水量を検出した時点で在宅と判定しても良い。

制御部２０１は前述の様な在宅の判定を受けて、加熱手段１１３を作動させ滅菌処理を開始する。加熱手段１１３が作動すれば、制御部２０１は循環手段１０３を作動させ、貯湯タンク１１１の湯水をタンク下部から引き出して暖房熱交換器１０７を介し、タンク上部へ戻す。本システムの滅菌処理では加熱手段１１３は約８０℃の暖房熱を発生させ、暖房熱交換器１０７へ導く。

貯湯タンク１１１下部から導かれた湯水は暖房熱交換器１０７で熱交換され、約７５℃まで加熱されてタンク上部へ戻される。加熱温度は約７５℃とし、本システムは発電時の排熱回収温度よりも高い温度で雑菌を排除するとした。

この作法を繰り返し、タンク上部へ加熱した湯水を戻し、排熱入温度検出手段１１８が約７５℃を検出した時点で滅菌処理を終了とする。

次に、熱回収配管１０２内が高温の場合、使用者への注意換気の報知方法について説明する。

通常の発電時の排熱回収温度ではなく、滅菌処理後の高温の湯が、貯湯タンク１１１内、及び熱回収配管１０２内に存在している場合、制御部２０１の報知信号出力手段２０３は報知信号を出力する。高温の湯を検出している時とは、貯湯タンク１１１の湯水検出手段１１２ａ〜１１２ｆと排熱入温度検出手段１１８のうち複数または少なくともいずれか１つが情報端末装置１１７で設定する給湯温度の最高温度、すなわち６０℃以上を検出している時とする。

発電時の排熱回収は約６０℃としているが、貯湯タンク１１１に蓄積する湯温に多少バラツキは発生する場合もある。しかし、大きく目標値を超えることはなく、本システムでの高温検出は排熱回収温度以外では滅菌処理後の設定滅菌温度（７５℃）以外にないものとする。

情報端末装置１１７は前記報知信号を、宅内通信回線１１６を介して前記報知信号を受信すれば、熱回収配管１０２内に高温の湯水が滞留していることに注意を呼びかける報知を行う。

情報端末装置１１７の使用者への報知方法であるが、表示画面にテキストで表示する方法や、またＬＥＤ等を用いた警告ランプの点灯や点滅による報知を行っても良い。また、音、ブザー、音声などによる警報や、さらに前述した表示と警報との組み合わせで報知を行っても良い。更に、燃料電池１００が有する表示手段２０７にも同様の報知を行う。

これによってメンテサービスマン、または使用者へ注意を喚起することができることから、メンテナンスや修理の際の水抜きやユーザー操作に基づく水抜き時の高次の安全性を確保することができる。

表示や警報を用いて注意を呼びかける報知を行っている期間、情報端末装置１１７、または燃料電池１００が有する入力手段２０７を操作し、所定の設定を選択すればシステムの水抜きを開始するが、この場合使用者の自由意志による水抜きと判断し、前記設定を受け付けても良い。

一方、熱回収配管１０２内の湯水が高温である場合、水抜きはさせないとして、情報端末装置１１７の水抜きのための所定の操作を受け付けないようにしても良い。この時、水抜きバルブＡ１０４と水抜きバルブＢ１０８が電動タイプであれば、制御部２０１は前記水抜きバルブを開放しない機能を備えるものとする。この場合、水抜きの設定を操作した場合、前述した表示と警報の他、水抜き操作が不可である表示も併せて行う。

次に、熱回収配管１０２内の冷却の方法であるが、この目的達成のために貯湯タンク１１１の湯水検出手段１１２ａ〜１１２ｆのいずれか一つが検出した湯水の温度が所定温度より低くなれば、停止していた循環手段１０３を作動させ、熱回収配管１０２内の湯水を循環させ、貯湯タンク１１１内の湯水を熱回収配管１０２内へ導き、所定時間経過すれば停止する機能を搭載した。

本実施の形態では、貯湯タンク１１１に配された湯水検出手段１１２ａ〜１１２ｆのうち、最下部の湯水検出手段１１２ｆが所定温度より低い温度を検出した場合の事例で説明する。

滅菌処理が完了すれば、貯湯タンク１１１内の湯水は使用可能となり、使用者がカラン１１４の開栓や、ふろの湯張りを実行すればタンク内の湯が減少し、給水管１１５を介して貯湯タンク１１１の下部から市水が給水される。

貯湯タンク１１１内の湯を使用すればその分量、市水がタンク下部から給水され、貯湯タンク１１１内の湯と混合されるため、貯湯タンク１１１の湯温はタンクの下部から設定滅菌温度である７５℃から徐々に下降してゆく。

さらにタンクの湯が断続的、継続的に使用されていけば、やがて手に触れてもやけどを負わない温度、例えば４０℃程度まで下がれば、その湯水を熱回収配管１０２へ導き、熱回収配管１０２内全体に循環が完了すれば、熱回収配管１０２自体の温度も安全な状態となる。すなわち、使用者が水抜きを実行しても良い状態となる。

この動作は滅菌処理完了後、最初に湯水検出手段１１２ｆが４０℃を検出した場合のみ動作させるとする。これは本システムの発電時の排熱回収温度が情報端末装置１１７で設定可能な給湯温度の範囲内であるため、水抜き時に熱回収配管１０２に触れる、また水抜き手段からの排水に手が触れたとしても、許容できる範囲の温度であると整理した。

更に、熱回収配管１０２内の湯水を循環すれば、４０℃の湯水がいくらか貯湯タンク１１１上部に混入することから、貯湯タンク１１１内の湯の積層を崩す原因となり、安定した湯質の供給が給湯の際に困難になるため、本循環の機会を限定することにした。

次に、貯湯タンク１１１に配された湯水検出手段１１２ａ〜１１２ｆのうち、最下部の湯水検出手段１１２ｆが４０℃以下を検出すれば、制御部２０１は循環手段１０３を作動させ、タンク下部から貯湯タンク１１１内の湯水を引き、湯水の循環を開始する。

循環が開始されれば、湯水循環時間計測手段２０１は時間計測を開始する。記憶手段２０５には、循環手段１０３を作動させる操作量、すなわち単位時間あたりの湯水の循環可能な流量と、循環手段１０３を作動させる時間、すなわち先の操作量で作動した時に熱回収配管１０２内の湯水が１巡できる時間が予め設定されており、制御部２０１は循環手段１０３を先の操作量で作動させ、湯水循環時間計測手段２０２は計測時間が先の設定時間に到達したか否かを判定する。

熱回収配管１０２内の湯水の循環中、または滅菌処理後、湯水検出手段１１２ｆがまだ４０℃を検出できていない場合は、前述した様に情報端末装置１１７は表示、警報を発して熱回収配管１０２内に高温の湯水が存在する旨を使用者への注意換気を実行する。

湯水の循環が開始し、湯水循環時間計測手段２０２が計測する時間が予め設定されている循環手段１０３を作動させる時間に到達すれば、制御部２０１は循環手段１０３を停止させる。これによって、必要以上に余分な動作を防ぐことができ、循環手段１０３の寿命の確保や、別の目的のために新たな動作を開始させることができる。

制御部２０１は循環手段１０３を停止させれば、報知信号の出力を停止し、情報端末装置１１７は宅内通信回線１１６からの報知信号の受信がなくなれば、前述した表示、警報の解除、さらに水抜きのための所定の操作の受け付けを不可にしていれば、受け付け可能にする。

図３は、本実施の形態の燃料電池システムの動作を説明するためのフローチャートである。

制御部２０１は、貯湯タンク１１１の湯水検出手段１１２ａ〜１１２ｆと排熱入温度検出手段１１８のうち、複数または少なくともいずれか１つが高温検出（６０℃以上）しているか否かを判定する（ＳＴＥＰ１）。高温判定していれば（ＳＴＥＰ１、Ｙｅｓ）制御部２０１は高温検出していることを意味する報知信号を出力し、宅内通信回線１１６に出力する（ＳＴＥＰ２）。

情報端末装置１１７は宅内通信回線１１６から報知信号を受信すれば、高温の湯水が貯湯タンク１１１、または熱回収配管１０２内に滞留しているため、注意を呼びかける表示を行う（ＳＴＥＰ３）。

例えば表示画面にテキストで表示する方法や、またＬＥＤ等を用いた警告ランプの点灯や点滅による報知を行っても良い。また、音、ブザー、音声などによる警報や、さらに前述した表示と警報との組み合わせで報知を行っても良い。

更に、燃料電池１００が有する表示手段２０７にも同様の報知を行う。制御部２０１は、貯湯タンク１１１の湯水検出手段１１２ａ〜１１２ｆと排熱入温度検出手段１１８のうちいずれも高温検出していない場合（ＳＴＥＰ１、Ｎｏ）何も実行せずに、再び高温検出があるか否かを判定する（ＳＴＥＰ１）。

次に制御部２０１は滅菌処理実施後の高温検出か否かを判定する（ＳＴＥＰ４）。滅菌処理実施後の場合（ＳＴＥＰ４、Ｙｅｓ）貯湯タンク１１１の最下部に配された湯水検出手段１１２ｆが所定温度以下、つまり４０℃以下を検出しているか否かを判定する（ＳＴＥＰ５）。

湯水検出手段１１２ｆが４０℃以下を検出すれば（ＳＴＥＰ５、Ｙｅｓ）制御部２０１は循環手段１０３を記憶手段２０５に予め設定されている操作量で作動させ、熱回収配管１０２内の湯水を循環させる（ＳＴＥＰ６）。つまり貯湯タンク１１１下部で検出した４０℃の湯水を熱回収配管１０２内に導く。

滅菌処理実施済み（ＳＴＥＰ４、Ｙｅｓ）であるが、湯水検出手段１１２ｆが４０℃以下を未検出であれば（ＳＴＥＰ５、Ｎｏ）、制御部２０１は湯水検出手段１１２ｆが４０℃以下を検出しているか否かを再度判定する（ＳＴＥＰ５）。

次に、制御部２０１が循環手段１０３を作動させている期間、システムの水抜きを不可とした場合の説明をする。

制御部２０１が循環手段１０３を作動させている期間に情報端末装置１１７または燃料電池１００が有する入力手段２０６の所定の操作が行われ、システムの水抜き設定が入力された場合、制御部２０１は水抜き不可である信号を出力し、情報端末装置１１７または表示手段２０６に水抜きが不可である表示を行い、水抜き設定を受け付けない（ＳＴＥＰ８）。

これによって、高温の湯水が熱回収配管１０２内に滞留している時に、水抜きをさせないことからメンテナンスや修理の際の水抜きやユーザー操作に基づく水抜き時の高次の安全性を確保することができる。

熱回収配管１０２内の湯水を循環させれば（ＳＴＥＰ６）、湯水循環時間計測手段２０２は時間計測を開始し、記憶手段２０５に予め設定されている循環手段１０３を作動させる時間に到達したか否かを判定する（ＳＴＥＰ９）。到達していない場合（ＳＴＥＰ９、Ｎｏ）湯水の循環を継続させる（ＳＴＥＰ６）。このように制御部２０１は熱回収配管１０２内の湯水を４０℃以下の湯水に入れ替える。

貯湯タンク１１１、熱回収配管１０２が高温状態であるが（ＳＴＥＰ１、Ｙｅｓ）滅菌処理の実施後でない場合（ＳＴＥＰ４、Ｎｏ）、制御部２０１は湯水検出手段１１２ｆが４０℃以下であるか否かを判定する（ＳＴＥＰ１２）。

４０℃以下でない場合（ＳＴＥＰ１２、Ｎｏ）制御部２０１は高温検出（６０℃以上）しているか否かを再度判定する（ＳＴＥＰ１）。滅菌処理の実施後でない（ＳＴＥＰ４、Ｎｏ）かつ湯水検出手段１１２ｆが４０℃以下である場合（ＳＴＥＰ１２、Ｙｅｓ）、制御部２０１は高温検出していることを意味する報知信号の出力を停止し、情報端末装置１１７と表示手段２０７は貯湯タンク１１１、または熱回収配管１０２内に高温の湯水が滞留しているため、使用者に注意を呼びかけていた表示を停止する（ＳＴＥＰ１３）。そして制御部２０１は高温検出（６０℃以上）しているか否かを再度判定する（ＳＴＥＰ１）。

湯水循環時間計測手段２０２は、湯水の循環の開始（ＳＴＥＰ６）から計測している時間が記憶手段２０５に予め設定されている循環手段１０３を作動させる時間に到達したか否かを判定し（ＳＴＥＰ９）、到達すれば（ＳＴＥＰ９、Ｙｅｓ）、制御部２０１は循環手段１０３を停止させる（ＳＴＥＰ１０）。

これによって、熱回収配管１０２内の湯水を４０℃以下の湯水に入れ替わったことから、メンテナンスや修理の際の水抜きやユーザー操作に基づく水抜き時の高次の安全性を確保することができる。

循環手段１０３を停止させれば、制御部２０１は高温検出していることを意味する報知信号の出力を停止し、水抜きが不可である表示をしていればこれを停止する（ＳＴＥＰ１１）。更に、情報端末装置１１７と表示手段２０７は貯湯タンク１１１、または熱回収配管１０２内に高温の湯水が滞留しているため、使用者に注意を呼びかけていた表示を停止する（ＳＴＥＰ１１）。そして制御部２０１は高温検出（６０℃以上）しているか否かを再度判定する（ＳＴＥＰ１）。

以上のように、本実施の形態においては、システムの水抜き実施時、貯湯タンク１１１内の湯水の滅菌処理直後であっても、熱回収配管１０２内が高温の湯水から所定温度以下の湯水に入れ替えることができ、メンテマンやユーザーは滅菌処理の直後であるか否かを把握していなくとも、メンテナンスや修理の際の水抜きやユーザー操作に基づく水抜き時の安全性を確保することができる。

また、循環手段１０３の運転能力値と、前記能力値で湯水を循環させた時に熱回収配管１０２内の湯水を完全に入れ替えられる所定時間とを記憶手段２０５に予め記憶させておけば、制御部は前記能力値で循環を開始し、前記記憶している所定時間と湯水循環時間計測手段２０２が計測する時間とを比較することによって、熱回収配管内１０２の湯水を完全に入れ替わった時点で循環手段の動作を停止させることができることから、必要以上に余分な動作を防ぐことができ、循環手段１０３の寿命の確保や、別の目的のために新たな動作を開始させることができる。

また、滅菌処理後のみ熱回収配管１０２内の湯水を所定温度以下に入れ替えることができ、貯湯タンクに蓄積した湯の積層を崩す機会を限定することができることから、通常燃料電池１００の排熱回収で湯を蓄積した時は湯質を安定させて供給することができる。

また、発電時の排熱回収温度が約６０℃程度であり、一方貯湯タンク内に繁殖の可能性のあるレジオネラ菌は６０℃で１０〜１５分以内で滅菌できると言われているため、設定滅菌温度を排熱回収温度より高く設定することによって、レジオネラ菌の滅菌時間を更に短縮できることから、給湯の安全性を確保することができる。

また、熱回収配管１０２内の湯水が滅菌処理した直後の様な高温状態であれば報知することができ、この報知信号を用いて、使用者へ注意を喚起することができることから、メンテナンスや修理の際の水抜きやユーザー操作に基づく水抜き時の高次の安全性を確保することができる。

なお、本実施の形態で説明した手段は、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。プログラムであれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回線を用いて配信したりすることでプログラムの配布・更新やインストール作業が簡単にできる。

なお、本発明の燃料電池は、家庭用に限らず、オフィスや工場などの業務用であっても良い。

本発明によれば。貯湯タンク内の湯水の滅菌処理後であっても、熱回収配管内が高温の湯水から所定温度以下の湯水に自動的に入れ替えることができ、メンテマンやユーザーは滅菌処理の直後であるか否かを把握していなくとも、メンテナンスや修理の際の水抜きやユーザー操作に基づく水抜き時の安全性を確保することができるので、貯湯タンク内の湯水をレジオネラ菌が死滅する温度まで加熱する滅菌処理を行い、その後、システムの水抜きを実施する燃料電池システムに適している。

本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図本発明の実施の形態１における燃料電池システムのブロック図本発明の実施の形態１における燃料電池システムの動作を説明するためのフローチャート

１００燃料電池
１０１排熱回収装置
１０２熱回収配管
１０３循環手段
１０５水抜き手段Ａ
１０６熱回収用熱交換器
１０９水抜き手段Ｂ
１１１貯湯タンク
１１５給水管
１１６宅内通信回線
１１７情報端末装置
２０１制御部
２０２湯水循環時間計測手段

Claims

湯水の温度を検出する湯水温度検出手段を複数個互いに上下方向に離して有する貯湯タンクと、
一端が前記貯湯タンク内下部に連通し他端が前記貯湯タンク内上部または中間部に連通し途中に燃料電池の発電時の排熱を回収する熱回収用熱交換器を有する熱回収配管と、
前記貯湯タンク内の湯水を給湯する給湯管と、
前記貯湯タンク内下部に連通して前記貯湯タンク内に給水する給水管と、
前記熱回収配管内の湯水を抜くための水抜き手段と、
前記貯湯タンク内の湯水を前記貯湯タンク内下部から導入して前記貯湯タンク内上部または中間部に戻す方向に前記熱回収配管内の湯水を循環させる循環手段と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池が発電をしている場合は前記循環手段を動作させて前記燃料電池の排熱を前記熱回収配管内の湯水に回収させて、前記燃料電池の発電が停止した場合は前記循環手段を停止させ、
前記循環手段の停止中に複数の前記湯水温度検出手段のいずれか少なくとも一つが検出した湯水の温度が前記熱回収配管の水抜きを安全に実行することができる所定温度より低くなれば、前記循環手段を動作させて前記湯水を循環させて、前記熱回収配管内の湯水が入れ替われば前記循環手段を停止させる、
燃料電池システム。
前記制御部は、前記熱回収配管内の湯水の循環が始まれば時間計測を開始する湯水循環時間計測手段を有し、前記湯水循環時間計測手段が計測した時間が所定時間を経過すれば湯水の循環を停止することを特徴とした請求項１に記載の燃料電池システム。
前記湯水の循環の開始は、前記温度検出が前記貯湯タンク内の湯水の滅菌処理後の最初に複数の前記湯水温度検出手段のいずれか少なくとも一つが検出した湯水の温度が前記所定温度より低くなった場合のみ開始することを特徴とした請求項１または２に記載の燃料電池システム。
前記制御部は、前記滅菌処理後の最初以外に複数の前記湯水温度検出手段のいずれか少なくとも一つが検出した湯水の温度が前記所定温度より低くなった場合は、前記湯水の循環を開始しないことを特徴とした請求項３に記載の燃料電池システム。
前記滅菌処理は、前記燃料電池の発電時に前記熱回収用熱交換器で回収する排熱温度より高い温度の湯で雑菌を排除することを特徴とした請求項３または４に記載の燃料電池システム。
前記制御部は、前記熱回収配管の湯水の循環を実行中、または前記熱回収配管の湯水の温度が前記所定温度より高い時に報知信号を出力することを特徴とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
宅内通信回線を介して通信し、燃料電池と排熱回収装置とを制御する情報端末装置を備え、
前記情報端末装置は前記報知信号を検出すれば、表示文字、警告ランプの点灯または点滅、警報音、ブザー、音声のいずれかを発することを特徴とした請求項６に記載の燃料電池システム。