JP6682911B2 - コジェネレーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、コジェネレーションシステムに関する。

コジェネレーションシステムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１のコジェネレーションシステム（貯湯給湯システム）は、貯湯タンクの湯水の温度を検知する湯水温度検知手段と、貯湯タンクから出湯する湯水の量を検知する出湯量検知手段と、制御部に２４時間毎に貯湯タンク内の湯水の排水処理を行うか否かの排水処理判定手段を備えている。排水処理判定手段は、湯水温度検知手段によって検知される温度が所定温度以下であり、かつ、直近４８時間における湯水使用量が貯湯タンク（貯湯槽）の容量に所定量を加えた量以下である場合、排水処理を行う。これにより、貯湯槽内の湯水（湯）におけるレジオネラ菌等の繁殖が抑制される。

さらに、制御部は、コジェネレーションシステムの電源がオフしている間には、コジェネレーションシステムの電源オフ時間を把握することができない。電源オフ時間が比較的長い場合、貯湯タンク内の湯の温度が低下して、レジオネラ菌等の繁殖が発生していることが考えられる。よって、コジェネレーションシステムの電源オン時点には、強制的に排水処理が行われている。また、レジオネラ菌等の繁殖を抑制するために、貯湯槽内の湯を沸かし上げることにより、レジオネラ菌等を殺菌することが、一般的に行われている。

特開２０１４−２４０７２３号公報

上述した特許文献１のコジェネレーションシステムにおいては、コジェネレーションシステムが起動される毎に排水処理が行われる。しかしながら、コジェネレーションシステムの電源オフ時間が比較的短いために、コジェネレーションシステムの起動時にレジオネラ菌等の繁殖が実際に発生していない場合においては、不要な排水処理を行うこととなるため、省エネ性が低下する。このことは、コジェネレーションシステムが電源オンされる毎に貯湯タンク内の湯を沸かし上げる場合についても同様である。
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、貯湯槽内の菌の繁殖を抑制するとともに、省エネ性を向上させることができるコジェネレーションシステムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係るコジェネレーションシステムは、熱を発生する熱源部と、熱源部の温度と相関を有して温度変化する所定部位の温度を検出する第一温度センサと、を備えた熱源装置と、湯を貯湯する貯湯槽と、貯湯槽に貯湯された湯の給湯装置への供給を行う湯供給装置と、貯湯槽に貯湯された湯が循環する湯循環路と、湯循環路に設けられ、湯を循環させる循環ポンプと、湯循環路に設けられ、熱源装置からの排熱を用いて湯を加熱する加熱装置と、湯循環路に設けられ、加熱装置によって加熱された湯の温度である加熱後温度を検出する第二温度センサと、循環ポンプを少なくとも制御する制御装置と、を備えたコジェネレーションシステムであって、制御装置は、湯が加熱されない電源オフの状態であるコジェネレーションシステムを電源オンした電源オン時点に、第一温度センサによって検出される温度に基づいて、電源オン時点前の加熱後温度が所定温度より低い温度となっている時間である低温時間を推定する低温時間推定部と、低温時間推定部によって推定された低温時間が第一所定時間以上である場合、湯供給装置による湯の供給を規制し、かつ、循環ポンプによって湯を循環させるとともに、第二温度センサによって検出される温度が第二所定時間継続して所定温度以上となるように、加熱装置を用いて湯を加熱する加熱制御を実行する加熱制御部と、低温時間推定部によって推定された低温時間が第一所定時間より短い場合、コジェネレーションシステムの起動運転を実行する起動運転実行部と、を備え、低温時間推定部は、予め設定された、コジェネレーションシステムが電源オフされた時点から電源オンされた時点までの経過時間と第一温度センサによって検出される温度との相関関係、及び経過時間と加熱後温度との相関関係に基づいて、低温時間を推定するコジェネレーションシステム。

コジェネレーションシステムが電源オンされている場合、熱源部が熱を発生する。そして、コジェネレーションシステムが電源オフされたとき、熱源部の温度が低下するとともに、貯湯槽に貯湯された湯の温度が低下する。そして、コジェネレーションシステムの電源オフ時間が比較的長いことにより、熱源部の温度が比較的低い場合、貯湯槽に貯湯された湯が比較的低い温度にて比較的長い時間放置されているため、貯湯槽内にレジオネラ菌等の繁殖が発生していることが考えられる。
この知見に基づいて、本発明の制御装置の低温時間推定部は、コジェネレーションシステムの電源オン時点に、熱源部の温度と相関を有する第一温度センサの検出温度に基づいて、湯の温度が所定温度より低い温度となっている時間である低温時間を推定する。低温時間が第一所定時間以上であると推定された場合、貯湯槽内および湯循環路内の湯が比較的低い温度にて比較的長い時間放置されている。この場合、加熱制御部の加熱制御により、貯湯槽に貯湯された湯が、給湯装置への供給を規制され、かつ、循環ポンプによって循環されるとともに、加熱装置によって第二所定時間継続して所定温度以上に加熱される。よって、貯湯槽内および湯循環路内の湯の全部を、貯湯槽内および湯循環路内のレジオネラ菌の繁殖を抑制するように、加熱することができる。
一方、低温時間が第一所定時間より短いと推定された場合、貯湯槽に貯湯された湯が比較的長い時間放置されていない。この場合、起動運転実行部が、コジェネレーションシステムの起動運転を実行する。すなわち、この場合、加熱制御が実行されない。よって、従来技術のようにコジェネレーションシステムが起動される毎に湯が加熱される場合に比べて、コジェネレーションシステムの省エネ性を向上させることができる。

本発明によるコジェネレーションシステムの一実施形態の概要を示す概略図である。 図１に示すコジェネレーションシステムのブロック図である。 図１に示すコジェネレーションシステムの電源オフ時間である場合の経過時間と燃料電池の温度および貯湯槽内および湯循環路内の湯の温度との関係を示す図である。 図２に示す制御装置が実行するフローチャートである。

以下、本発明によるコジェネレーションシステムの一実施形態について説明する。本実施形態のコジェネレーションシステムは、燃料電池システムである。燃料電池システム１は、図１に示すように、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、電力変換装置１３、水タンク１４、および制御装置１５を備えている。

燃料電池モジュール３０（本発明の熱源装置に相当）は、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３および燃料電池３４を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。
燃料電池モジュール３０は、蒸発部３２に、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。供給源Ｇｓは、例えば都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。改質用原料供給管１１ａは、原料ポンプ１１ａ１が設けられている。原料ポンプ１１ａ１は、改質用原料を送るポンプである。また、蒸発部３２には、一端（下端）が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。水供給管１１ｂは、改質水を送る改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。

また、燃料電池モジュール３０は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてケーシング３１内に酸化剤ガスであるカソードエアが供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。カソードエアブロワ１１ｃ１は、カソードエアを送るポンプである。

蒸発部３２は、改質水から水蒸気を生成するものである。蒸発部３２は、具体的には、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。また、蒸発部３２は、供給された改質用原料を予熱する。蒸発部３２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料とを混合して改質部３３に供給する。改質用原料としては天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。

改質部３３は、改質用原料と水蒸気とから改質ガスを生成して燃料電池３４に供給するものである。改質部３３は、具体的には、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部３２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出する。改質部３３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだ改質ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。

燃料電池３４は、燃料と酸化剤ガスにより発電するものである。燃料は、改質ガスである。燃料電池３４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル３４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池３４は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池３４の燃料極には、燃料として改質ガス（水素、一酸化炭素、メタンガスなど）が供給される。セル３４ａの燃料極側には、燃料（改質ガス）が流通する燃料流路３４ｂが形成されている。セル３４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路３４ｃが形成されている。燃料電池３４は、比較的高温の動作温度（およそ７５０℃〜１０００℃）にて発電が行われる。

燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からの改質ガスが改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５の燃料導出口（図示なし）に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ１１ｃ１によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管１１ｃを介して供給され、空気流路３４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。

また、燃料電池３４と蒸発部３２および改質部３３との間には、燃焼部３６が設けられている。燃焼部３６は、燃料電池３４からのアノードオフガス（燃料オフガス）と燃料電池３４からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて燃焼ガス（火炎３７）が発生している。その燃焼ガスが蒸発部３２および改質部３３を加熱する。燃焼部３６には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２が設けられている。また、燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されて、比較的高温の燃焼排ガスが発生している。燃焼排ガスは、熱交換器１２に導出される。すなわち、熱交換器１２は、燃焼排ガスによって燃料電池モジュール３０からの排熱が供給される。また、燃焼部３６は、燃料電池モジュール３０内の温度を燃料電池３４の動作温度にする。このように、燃料電池３４および燃焼部３６は、熱を発生する。燃料電池３４および燃焼部３６は、本発明の熱源部に相当する。

また、燃料電池３４には、燃料電池３４の温度を検出する第一温度センサ３９が設けられている。第一温度センサ３９は、配置された位置の燃料電池３４の温度を検出する。第一温度センサ３９によって検出された温度である第一検出温度は、制御装置１５に送信される。第一温度センサ３９が配置された部位の温度は、燃料電池３４の温度および燃焼部３６の温度と所定の相関を有して温度変化する。具体的には、燃料電池３４の温度および燃焼部３６の温度が高くなるにしたがって、第一温度センサ３９が配置された部位の温度が高くなる関係を有する。燃料電池３４は、本発明の所定部位に相当する。

貯湯槽２１は、湯を貯湯するものである。貯湯槽２１には、貯湯槽２１に貯湯された湯が循環する（図にて矢印の方向に循環する）管である湯循環路２２が設けられている。湯循環路２２上には、貯湯槽２１の下端から上端に向かって順番に、循環ポンプ２２ａ、熱交換器１２（本発明の加熱装置に相当）および第二温度センサ２２ｂが配設されている。貯湯槽２１、湯循環路２２、循環ポンプ２２ａ、熱交換器１２および第二温度センサ２２ｂから、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール３０の排熱を湯に回収して蓄える。

循環ポンプ２２ａは、湯循環路２２に設けられ、湯を循環させるポンプである。
熱交換器１２は、湯循環路２２に設けられ、燃料電池モジュール３０からの排熱を用いて湯を加熱するものである。熱交換器１２は、具体的には、燃料電池モジュール３０からの排熱を有する燃焼排ガスと貯湯槽２１からの湯とが熱交換する熱交換器である。

熱交換器１２は、燃料電池モジュール３０からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２には、凝縮水供給管１２ａの一端が接続されている。熱交換器１２において、燃料電池モジュール３０からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、貯湯槽２１から供給される湯との間で熱交換が行われ冷却されるとともに燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮される。冷却後の燃焼排ガスは排気管１１ｄを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、凝縮水を、イオン交換樹脂によって純水化し、かつ、改質水として貯留する。

第二温度センサ２２ｂは、湯循環路２２に設けられ、熱交換器１２によって加熱された湯の温度を検出するものである。第二温度センサ２２ｂは、配置された位置の湯の温度を検出する。第二温度センサ２２ｂによって検出された温度である第二検出温度は、制御装置１５に送信される。

また、湯循環路２２には、排水路２３が設けられている。排水路２３は、湯循環路２２を流れる水を外部に排出するものである。排水路２３には、排水弁２３ａが設けられている。排水弁２３ａは、開状態である場合に湯の流れを許容し、閉状態である場合に湯の流れを規制する電磁弁である。排水弁２３ａが開状態である場合、湯循環路２２ひいては貯湯槽２１内の湯が外部に排出される。

また、貯湯槽２１は、給水路２４および湯供給装置２５が設けられている。給水路２４は、一端が水源Ｗに接続され、水源Ｗからの水を他端に接続された貯湯槽２１に供給する管である。水源Ｗは、例えば上水道である。湯供給装置２５は、貯湯槽２１に貯湯された湯の給湯装置（図示なし）への供給を行うものである。給湯装置は、貯湯槽２１に貯湯された湯を給湯として利用するものである。給湯装置は、例えば、浴槽、シャワ、キッチン（キッチンの蛇口）である。湯供給装置２５は、湯導出路２５ａ、水供給路２５ｂ、混合弁２５ｃ、混合湯導出路２５ｄおよび第三温度センサ２５ｄ１を備えている。

湯導出路２５ａは、一端が貯湯槽２１に接続され、貯湯槽２１に貯湯された湯を他端に接続された混合弁２５ｃに導出する管である。水供給路２５ｂは、一端が給水路２４に接続され、水源Ｗからの水を他端に接続された混合弁２５ｃに供給する管である。

混合弁２５ｃは、湯導出路２５ａからの湯と水供給路２５ｂからの水とを混合した混合湯を生成するとともに、混合湯を混合湯導出路２５ｄに導出するものである。制御装置１５からの制御信号によって混合弁２５ｃの弁体（図示なし）が駆動されることにより、混合湯における湯の量に対する水の量が調整される。また、混合弁２５ｃの弁体の位置は、混合湯の量における湯の量がゼロとなり、かつ、水の量が全部となる位置である湯全閉位置（水全開位置）を有している。

混合湯導出路２５ｄは、一端が混合弁２５ｃに接続され、混合湯からの混合湯を他端に接続された給湯装置に導出するものである。
第三温度センサ２５ｄ１は、混合湯導出路２５ｄに設けられ、混合湯の温度を検出するものである。第三温度センサ２５ｄ１は、配置された位置の混合湯の温度を検出する。第三温度センサ２５ｄ１によって検出された温度である第三検出温度は、制御装置１５に送信される。

また、混合湯導出路２５ｄには、一端が給水路２４に接続され、水源Ｗからの水が混合弁２５ｃを迂回して混合湯導出路２５ｄに導出されるバイパス路２６の他端が接続されている。バイパス路２６には、バイパス弁２６ａが設けられている。バイパス弁２６ａは、開状態である場合に水の流れを許容し、閉状態である場合に水の流れを規制する電磁弁である。また、バイパス弁２６ａは、ノーマルオープン型の電磁弁である。すなわち、バイパス弁２６ａは、通電されている場合に閉状態となり、非通電である場合に開状態となる。

このように、湯供給装置２５は、貯湯槽２１からの湯と水源Ｗからの水とを混合弁２５ｃによって混合させた混合湯を給湯装置へ供給する。また、混合弁２５ｃの弁体が湯全閉位置（水全開位置）に位置することによって、混合湯の全部が水源Ｗからの水となることにより、貯湯槽２１の湯の給湯装置への供給が規制される。

電力変換装置１３は、燃料電池３４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび負荷装置１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、電力変換装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を、電源ライン１６ｂを介して直流電圧に変換し、補機（各ポンプ、ブロワなど）および制御装置１５に出力する。

制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システム１の運転を制御するものである。制御装置１５は、演算処理を実行するＣＰＵ部（図示なし）およびＲＯＭなどの記憶部（図示なし）を備えている。制御装置１５は、図２に示すように、電源スイッチ１０ｂ、第一温度センサ３９、第二温度センサ２２ｂ、混合弁２５ｃ、循環ポンプ２２ａ、原料ポンプ１１ａ１、改質水ポンプ１１ｂ１およびカソードエアブロワ１１ｃ１が接続されている。電源スイッチ１０ｂは、燃料電池システム１の電源をオンさせるためのスイッチである。また、制御装置１５は、低温時間推定部１５ａ、加熱制御部１５ｂ、起動運転実行部１５ｃ、混合弁制御部１５ｄ、循環ポンプ制御部１５ｅ、発電電力制御部１５ｆ、原料ポンプ制御部１５ｇ、改質水ポンプ制御部１５ｈおよびカソードエアブロワ制御部１５ｉを備えている。

低温時間推定部１５ａは、湯が加熱されない電源オフの状態である燃料電池システム１を電源オンした電源オン時点に、第一温度センサ３９によって検出される温度（第一検出温度）に基づいて、電源オン時点前の湯の温度が所定温度Ｔｈｓより低い温度となっている時間である低温時間Ｔｄを推定するものである。所定温度Ｔｈｓは、レジオネラ菌が比較的短時間にて殺菌される温度である。レジオネラ菌は、およそ４０℃の環境にて繁殖し、およそ６０℃の環境においては、比較的短時間にて殺菌される。

以下、第一温度センサ３９の第一検出温度に基づいて、低温時間推定部１５ａが低温時間Ｔｄを推定できる理由について図３を用いて説明する。燃料電池システム１が電源オフの状態である場合、制御装置１５は、時間を測定することができないため、燃料電池システム１の電源オン時点に低温時間推定部１５ａによって低温時間Ｔｄを推定する。

燃料電池システム１が電源オフの状態である場合、燃料電池３４の発電および熱交換器１２による湯の加熱が行われないため、燃料電池システム１が電源オフされた電源オフ時点（時刻ｔ１）から燃料電池３４の温度および湯の温度が徐々に低下する。この場合、燃料電池システム１が電源オフされているときの経過時間と燃料電池３４の温度および湯の温度との相関関係は、予め実験等によりそれぞれ導出されている。よって、この相関関係に基づいて、電源オフ時点（時刻ｔ１）から湯の温度が低下して、所定温度Ｔｈｓとなる時（時刻ｔ２）までの所定温度低下時間Ｔｓを予め推定することができる。

また、燃料電池システム１が電源オンされた電源オン時点に、この相関関係に基づいて、電源オン時点（時刻ｔ３）の燃料電池３４の温度（電源オン温度Ｔｈｏｎ）から、電源オフ時点（時刻ｔ１）から電源オン時点（時刻ｔ３）までの電源オフされていた時間である電源オフ時間Ｔｏｆｆを推定することができる。電源オフ時間Ｔｏｆｆが所定温度低下時間Ｔｓより長い場合、湯の温度が所定温度Ｔｈｓより低い温度となっている。この場合、湯の温度が所定温度Ｔｈｓより低い温度となっている時間である低温時間Ｔｄを、電源オフ時間Ｔｏｆｆと所定温度低下時間Ｔｓとの差から推定することができる。

また、燃料電池３４の温度は、第一温度センサ３９によって第一検出温度として検出されるため、電源オン温度Ｔｈｏｎは、電源オン時点に第一温度センサ３９によって検出可能である。よって、電源オン時点（時刻ｔ３）の第一温度センサ３９の第一検出温度（電源オン温度Ｔｈｏｎ）に基づいて、上述したように、低温時間Ｔｄを推定することができる。低温時間Ｔｄが比較的長い場合、貯湯槽２１内および湯循環路２２内の湯が比較的低い温度にて比較的長い時間放置されているため、レジオネラ菌の繁殖が発生する可能性がある。低温時間推定部１５ａは、推定した低温時間Ｔｄを加熱制御部１５ｂおよび起動運転実行部１５ｃに出力する。

図２に戻って制御装置１５の説明を続ける。
加熱制御部１５ｂは、低温時間推定部１５ａによって推定された低温時間Ｔｄが第一所定時間以上である場合、加熱制御を実行するものである（後述する）。
起動運転実行部１５ｃは、低温時間推定部１５ａによって推定された低温時間Ｔｄが第一所定時間より短い場合、燃料電池システム１の後述する起動運転を実行するものである。

混合弁制御部１５ｄは、混合弁２５ｃの弁体の駆動量を制御するものである。
循環ポンプ制御部１５ｅは、循環ポンプ２２ａの駆動量を制御するものである。
発電電力制御部１５ｆは、燃料電池３４の発電電力を制御するものである。発電電力制御部１５ｆは、燃料電池３４の目標発電電力に応じた改質用原料、改質水およびカソードエアのそれぞれの目標流量を原料ポンプ制御部１５ｇ、改質水ポンプ制御部１５ｈおよびカソードエアブロワ制御部１５ｉに出力する。
原料ポンプ制御部１５ｇは、原料ポンプ１１ａ１の駆動量を制御するものである。改質水ポンプ制御部１５ｈは、改質水ポンプ１１ｂ１の駆動量を制御するものである。カソードエアブロワ制御部１５ｉは、カソードエアブロワ１１ｃ１の駆動量を制御するものである。

次に、上述した燃料電池システム１の基本的動作の一例について説明する。燃料電池システム１の電源がオンされた場合、または、燃料電池システム１が電源オンされている場合において、起動スイッチ（図示なし）が押されて運転が開始されるとき、または計画運転にしたがって運転が開始されるとき、制御装置１５は、後述する加熱制御を実行する場合を除き、起動運転を実行する（起動運転実行部１５ｃ）。

起動運転が開始されるときは、制御装置１５は、補機を作動させる。具体的には、制御装置１５は、ポンプ１１ａ１，１１ｂ１を作動させ、蒸発部３２に改質用原料および改質水（凝縮水）の供給を開始する。そして、燃焼部３６において、燃料電池３４から導出された改質用原料および改質ガスが着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２によって着火される。燃料電池３４がおよそ動作温度となれば、起動運転が終了し、発電運転を開始する。

発電運転中では、制御装置１５は、燃料電池３４の目標発電電力を負荷装置１６ｃの消費電力とし（発電電力制御部１５ｆ）、補機を制御して改質ガスおよびカソードエアを燃料電池３４に供給する（原料ポンプ制御部１５ｇ，改質水ポンプ制御部１５ｈ，カソードエアブロワ制御部１５ｉ）。また、発電運転中においては、制御装置１５は、第二温度センサ２２ｂの第二検出温度が所定温度Ｔｈｓより高い第一温度（例えば６５℃）となるように、循環ポンプ２２ａの駆動量が制御されている。第二温度センサ２２ｂは、上述したように、燃料電池モジュール３０からの排熱を熱交換器１２によって回収させることにより加熱された湯の温度を検出する。よって、第二検出温度が低下したした場合、制御装置１５は、循環ポンプ２２ａの駆動量を抑制するように制御して（循環ポンプ制御部１５ｅ）、湯の温度を上昇させることにより、第二温度センサ２２ｂの第二検出温度を第一温度とする。このように、燃料電池システム１が発電運転中である場合、貯湯槽２１に貯湯され、かつ、湯循環路２２を循環する湯の温度が所定温度Ｔｈｓより高い第一温度に加熱されるため、貯湯槽２１内および湯循環路２２内におけるレジオネラ菌が殺菌される。よって、レジオネラ菌の繁殖の発生が抑制される。

このような発電運転中に、ストップスイッチ（図示なし）が押されて発電運転が停止される場合、または運転計画にしたがって運転が停止される場合には、制御装置１５は、燃料電池システム１の停止運転（停止処理）を実施する。制御装置１５は、改質用原料および改質水の蒸発部３２への供給を停止し、改質ガスおよび空気の燃料電池３４への供給を停止する。残原料による燃料電池３４の発電が終了すれば、停止運転は終了する。

このような停止運転が終了すると、燃料電池システム１は待機状態（待機時）となる。待機時は、燃料電池システム１の発電停止状態（すなわち、起動運転、発電運転、停止運転のいずれの運転中でない状態である。）のことであり、発電指示（起動スイッチのオンなど）を待っている状態のことである。
燃料電池システム１が電源オフされている場合においては、上述したいずれの運転も行われず、待機状態でもない。この場合、電源スイッチ１０ｂがオンされることにより、燃料電池システム１が電源オンされる。

また、燃料電池システム１が電源オンである場合（起動運転、発電運転、停止運転、待機状態）において、給湯装置による給湯が行われるとき（例えば、キッチンの蛇口が開状態となったとき）、混合弁２５ｃによって生成された混合湯が混合湯導出路２５ｄから給湯装置に導出される。このとき、第三温度センサ２５ｄ１の第三検出温度が設定温度（例えば、３０℃）となるように混合弁２５ｃの弁体が駆動される（混合弁制御部１５ｄ）。さらにこのとき、貯湯槽２１からの湯と水源Ｗからの水とが混合弁２５ｃに供給されるとともに、水源Ｗから水が給水路２４を介して貯湯槽２１に補給される。
一方、燃料電池システム１が電源オフである場合、混合弁２５ｃの駆動が行われないとともに、バイパス弁２６ａが開状態となっている。この場合、バイパス路２６から混合湯導出路２５ｄに水が供給されるため、給湯装置へは、比較的低い温度の混合湯が導出される。

次に、上述した制御装置１５によって加熱制御が実行される場合について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。燃料電池システム１の電源オン時点に加熱制御が実行される場合について説明する。
燃料電池システム１が電源オンされた場合、制御装置１５は、ステップＳ１０２にて、低温時間Ｔｄを推定する（低温時間推定部１５ａ）。制御装置１５は、ステップＳ１０４にて、低温時間Ｔｄが第一所定時間以上であるか否かを判定する。第一所定時間は、およそ４０℃の環境にあるレジオネラ菌の繁殖が発生する時間に設定されている。第一所定時間は、予め実験等により実測されて導出されている。低温時間Ｔｄが第一所定時間より短い場合、貯湯槽２１内および湯循環路２２内にレジオネラ菌の繁殖が発生していない。この場合、制御装置１５は、ステップＳ１０４にて「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１０６にて起動運転を実行する（起動運転実行部１５ｃ）。続けて、制御装置１５は、ステップＳ１１８にて発電運転を開始する。

一方、低温時間Ｔｄが第一所定時間以上である場合、貯湯槽２１内および湯循環路２２内にレジオネラ菌の繁殖が発生している可能性がある。この場合、制御装置１５は、ステップＳ１０４にて「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１０８〜１１４にて加熱制御を実行する（加熱制御部１５ｂ）。

制御装置１５は、ステップＳ１０８にて、湯の給湯装置への供給を規制する。制御装置１５は、具体的には、加熱制御を実行している間、混合弁２５ｃの弁体の位置を湯全閉位置とする（混合弁制御部１５ｄ）。続けて、制御装置１５は、ステップＳ１１０にて所定発電電力にて発電を行い（発電電力制御部１５ｆ）、ステップＳ１１２にて所定駆動量にて循環ポンプ２２ａを駆動させる（循環ポンプ制御部１５ｅ）。所定発電電力および所定駆動量は、熱交換器１２によって加熱される湯の温度が第一温度より高い第二温度（例えば７５℃）となるように設定されている。これにより、貯湯槽２１内および湯循環路２２内の湯が、貯湯槽２１から導出されずに循環するとともに、熱交換器１２によって加熱された湯の温度が第二温度となるように加熱される。

そして、制御装置１５は、ステップＳ１１４にて第二所定時間継続して第二検出温度が所定温度Ｔｈｓ以上であるか否かを判定する。第二所定時間は、貯湯槽２１内および湯循環路２２内の湯の全部が湯循環路２２を循環して、熱交換器１２によって加熱される時間に設定されている。貯湯槽２１内および湯循環路２２内の湯の全部が、熱交換器１２によって加熱されていない場合、第二所定時間継続して第二検出温度が所定温度Ｔｈｓ以上となっていない。この場合、制御装置１５は、ステップＳ１１４にて「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１１４を繰り返し実行する。一方、貯湯槽２１内および湯循環路２２内の湯の全部が、熱交換器１２によって加熱された場合、第二所定時間継続して第二検出温度が所定温度Ｔｈｓ以上となっている。この場合、制御装置１５は、ステップＳ１１４にて「ＹＥＳ」と判定し、加熱制御を終了する。
続けて、制御装置１５は、ステップＳ１１６にて湯の給湯装置への供給の規制を解除し、ステップＳ１１８にて発電運転を開始する。

このように、加熱制御は、低温時間推定部１５ａによって推定された低温時間Ｔｄが第一所定時間以上である場合、湯供給装置２５による湯の供給を規制し、かつ、循環ポンプ２２ａによって湯を循環させるとともに、第二温度センサ２２ｂによって検出される温度が第二所定時間継続して所定温度Ｔｈｓ以上となるように、熱交換器１２を用いて湯を加熱する制御である。この加熱制御により、第二所定時間継続して第二検出温度が所定温度Ｔｈｓ以上となった場合、貯湯槽２１内および湯循環路２２内の湯の全部が、レジオネラ菌が殺菌される所定温度Ｔｈｓ以上に加熱されている。

また、燃料電池システム１が電源オンされている場合において、上述した待機状態であるときにおいては、燃料電池３４の発電が行われない。よって、貯湯槽２１内および湯循環路２２内の湯が熱交換器１２によって加熱されない。したがって、燃料電池システム１が待機状態であるときにおいては、貯湯槽２１に貯湯された湯が給湯装置に供給されていない時間を積算し、その積算時間が所定積算時時間以上となった場合、上述した加熱制御（ステップＳ１０８〜１１４）を実行する。所定積算時時間は、予め実験等により実測されて導出されている。

本実施形態によれば、燃料電池システム１は、熱を発生する燃料電池３４および燃焼部３６と、燃料電池３４の温度および燃焼部３６の温度と相関を有して温度変化する燃料電池３４の温度を検出する第一温度センサ３９と、を備えた燃料電池モジュール３０と、湯を貯湯する貯湯槽２１と、貯湯槽２１に貯湯された湯の給湯装置への供給を行う湯供給装置２５と、貯湯槽２１に貯湯された湯が循環する湯循環路２２と、湯循環路２２に設けられ、湯を循環させる循環ポンプ２２ａと、湯循環路２２に設けられ、燃料電池モジュール３０からの排熱を用いて湯を加熱する熱交換器１２と、湯循環路２２に設けられ、熱交換器１２によって加熱された湯の温度を検出する第二温度センサ２２ｂと、循環ポンプ２２ａを少なくとも制御する制御装置１５と、を備えている。制御装置１５は、湯が加熱されない電源オフの状態である燃料電池システム１を電源オンした電源オン時点に、第一温度センサ３９によって検出される温度に基づいて、電源オン時点前の湯の温度が所定温度Ｔｈｓより低い温度となっている時間である低温時間Ｔｄを推定する低温時間推定部１５ａと、低温時間推定部１５ａによって推定された低温時間Ｔｄが第一所定時間以上である場合、湯供給装置２５による湯の供給を規制し、かつ、循環ポンプ２２ａによって湯を循環させるとともに、第二温度センサ２２ｂによって検出される温度が第二所定時間継続して所定温度Ｔｈｓ以上となるように、熱交換器１２を用いて湯を加熱する加熱制御を実行する加熱制御部１５ｂと、低温時間推定部１５ａによって推定された低温時間Ｔｄが第一所定時間より短い場合、燃料電池システム１の起動運転を実行する起動運転実行部１５ｃと、を備えている。
燃料電池システム１が電源オンされている場合、燃料電池３４および燃焼部３６が熱を発生する。そして、燃料電池システム１が電源オフされたとき、燃料電池３４の温度が低下するとともに、貯湯槽２１に貯湯された湯の温度が低下する。そして、燃料電池システム１の電源オフ時間Ｔｏｆｆが比較的長いことにより、燃料電池３４の温度が比較的低い場合、貯湯槽２１に貯湯された湯が比較的低い温度にて比較的長い時間放置されているため、貯湯槽２１に貯湯された湯にレジオネラ菌等の繁殖が発生していることが考えられる。
この知見に基づいて、本発明の制御装置１５の低温時間推定部１５ａは、燃料電池システム１の電源オン時点に、燃料電池３４の温度を検出する第一温度センサ３９の第一検出温度に基づいて、湯の温度が所定温度Ｔｈｓより低い温度となっている時間である低温時間Ｔｄを推定する。低温時間Ｔｄが第一所定時間以上であると推定された場合、貯湯槽２１内および湯循環路２２内の湯が比較的低い温度にて比較的長い時間放置されている。この場合、加熱制御部１５ｂの加熱制御により、貯湯槽２１に貯湯された湯が、給湯装置への供給を規制され、かつ、循環ポンプ２２ａによって循環されるとともに、熱交換器１２によって第二所定時間継続して所定温度Ｔｈｓ以上に加熱される。よって、貯湯槽２１内および湯循環路２２内の湯の全部を、貯湯槽２１内および湯循環路２２内のレジオネラ菌の繁殖を抑制するように、加熱することができる。
一方、低温時間Ｔｄが第一所定時間より短いと推定された場合、貯湯槽２１に貯湯された湯が比較的長い時間放置されていない。この場合、起動運転実行部１５ｃが、燃料電池システム１の起動運転を実行する。すなわち、この場合、加熱制御が実行されない。よって、従来技術のように燃料電池システム１が起動される毎に湯が加熱される場合に比べて、燃料電池システム１の省エネ性を向上させることができる。

また、本発明の熱源部は、燃料（改質ガス）と酸化剤ガス（カソードエア）とにより発電する燃料電池３４であり、本発明の熱源装置は、燃料電池３４と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部３２と、供給源Ｇｓからの改質用原料と蒸発部３２からの水蒸気とから燃料（改質ガス）を生成して燃料電池３４に供給する改質部３３と、を備えた燃料電池モジュール３０である。

なお、上述した実施形態において、コジェネレーションシステムの一例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を採用することもできる。例えば、上述したコジェネレーションシステムの発電ユニット１０は、燃料電池３４を用いているが、これに代えて、ガスエンジン等の内燃機関を用いるようにしても良い。この場合、ガスエンジン等の内燃機関が本発明の熱源装置に相当するとともに、ガスエンジン等の内燃機関の燃焼部（燃焼室）が本発明の熱源部に相当する。

また、上述した実施形態において、貯湯槽２１に貯湯された湯は、熱交換器１２によって加熱されているが、これに代えて、ヒータ等を用いた加熱器によって湯を加熱するようにしても良い。
また、上述した実施形態において、第一温度センサ３９は、燃料電池３４の温度を検出しているが、これに代えて、燃料電池３４の温度および燃焼部３６の温度と相関を有する他の部位の温度を検出しても良い。例えば、第一温度センサ３９が、蒸発部３２、改質部３３やケーシング３１の温度を検出するようにしても良い。この場合、蒸発部３２、改質部３３やケーシング３１は本発明の所定部位に相当する。なお、燃料電池３４の温度が高くなるにしたがって、蒸発部３２、改質部３３およびケーシング３１の各温度が高くなる関係を有する。

また、上述した実施形態において、第二温度は、第一温度より高くなるように設定されているが、これに代えて、第二温度を第一温度と同じ温度に設定するようにしても良い。
また、上述した実施形態において、加熱制御部１５ｂは、燃料電池システム１の電源オン時点に低温時間Ｔｄが第一所定時間以上である場合、加熱制御を実行しているが、これに代えて、燃料電池システム１の電源オン時点に第一検出温度が判定温度以下である場合、加熱制御を実行するようにしても良い。判定温度は、低温時間Ｔｄが第一所定時間となる燃料電池３４の温度である。

また、湯供給装置２５は、湯の給湯装置への供給の規制を混合弁２５ｃによって行っているが、これに代えて、止水弁（図示なし）によって湯の給湯装置への供給の規制を行うようにしても良い。止水弁は、混合湯導出路２５ｄにおけるバイパス路２６の接続部と混合弁２５ｃとの間、および、湯導出路２５ａの何れか一方に設けられ、開状態である場合に湯（混合湯）の流れを許容し、閉状態である場合に湯（混合湯）の流れを規制する電磁弁である。また、止水弁が閉状態とされることにより、湯の供給の規制が行われる。また、このとき、バイパス弁２６ａを開状態とするようにしても良い。

また、上述した実施形態において、制御装置１５は、低温時間推定部１５ａによって推定された低温時間Ｔｄが第一所定時間以上である場合、加熱制御を実行するが（加熱制御部１５ｂ）、これに代えて、低温時間推定部１５ａによって推定された低温時間Ｔｄが第一所定時間以上である場合、排水弁２３ａを開状態にして、貯湯槽２１内および湯循環路２２内の湯を外部に排水するようにしても良い。

１…燃料電池システム、１０…発電ユニット、１１（３０）…燃料電池モジュール（熱源装置）、１２…熱交換器（加熱装置）、１５…制御装置、１５ａ…低温時間推定部、１５ｂ…加熱制御部、１５ｃ…起動運転実行部、２０…排熱回収システム、２１…貯湯槽、２２…湯循環路、２２ａ…循環ポンプ、２２ｂ…第二温度センサ、２５…湯供給装置、２５ａ…湯導出路、２５ｂ…水供給路、２５ｃ…混合弁、２５ｄ…混合湯導出路、３２…蒸発部、３３…改質部、３４…燃料電池（熱源部，所定部位）、３６…燃焼部（熱源部）、３９…第一温度センサ、Ｇｓ…供給源、Ｔｄ…低温時間、Ｔｈｏｎ…電源オン温度、Ｔｈｓ…所定温度、Ｔｏｆｆ…電源オフ時間、Ｔｓ…所定温度低下時間、Ｗ…水源。

Claims (2)

1. 熱を発生する熱源部と、前記熱源部の温度と相関を有して温度変化する所定部位の温度を検出する第一温度センサと、を備えた熱源装置と、
   湯を貯湯する貯湯槽と、
   前記貯湯槽に貯湯された前記湯の給湯装置への供給を行う湯供給装置と、
   前記貯湯槽に貯湯された前記湯が循環する湯循環路と、
   前記湯循環路に設けられ、前記湯を循環させる循環ポンプと、
   前記湯循環路に設けられ、前記熱源装置からの排熱を用いて前記湯を加熱する加熱装置と、
   前記湯循環路に設けられ、前記加熱装置によって加熱された前記湯の温度である加熱後温度を検出する第二温度センサと、
   前記循環ポンプを少なくとも制御する制御装置と、を備えたコジェネレーションシステムであって、
   前記制御装置は、
   前記湯が加熱されない電源オフの状態である前記コジェネレーションシステムを電源オンした電源オン時点に、前記第一温度センサによって検出される温度に基づいて、前記電源オン時点前の前記加熱後温度が所定温度より低い温度となっている時間である低温時間を推定する低温時間推定部と、
   前記低温時間推定部によって推定された前記低温時間が第一所定時間以上である場合、前記湯供給装置による前記供給を規制し、かつ、前記循環ポンプによって前記湯を循環させるとともに、前記第二温度センサによって検出される温度が第二所定時間継続して前記所定温度以上となるように、前記加熱装置を用いて前記湯を加熱する加熱制御を実行する加熱制御部と、
   前記低温時間推定部によって推定された前記低温時間が前記第一所定時間より短い場合、前記コジェネレーションシステムの起動運転を実行する起動運転実行部と、を備え、
   前記低温時間推定部は、予め設定された、前記コジェネレーションシステムが電源オフされた時点から電源オンされた時点までの経過時間と前記第一温度センサによって検出される温度との相関関係、及び前記経過時間と前記加熱後温度との相関関係に基づいて、前記低温時間を推定するコジェネレーションシステム。
2. 前記熱源部は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池であり、
   前記熱源装置は、前記燃料電池と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、供給源からの改質用原料と前記蒸発部からの前記水蒸気とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する改質部と、を備えた燃料電池モジュールである請求項１記載のコジェネレーションシステム。

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