JP7489626B2 - 発電システム、発電システムの制御方法、および、コージェネレーションシステム - Google Patents

Description

本開示は、発電システム、発電システムの制御方法、および、コージェネレーションシステムに関する。

特許文献１は、パッケージ内を強制換気する燃料電池発電システムを開示する。特許文献１の燃料電池発電システムは、発電装置の主要機器及び発電装置の電気的制御を行うための制御部を、換気ファンにより強制換気されるパッケージ内に収納した燃料電池発電装置であり、制御部の温度を検出するための温度検出手段を備える。

特開２００７－２４２２９９号公報

本開示は、発電装置を収容した筐体への吸気と排気を統合的に制御することにより、筐体内部の温度の適正化を図る発電システムを提供する。

本開示における発電システムは、発電装置と、筐体と、吸気ファンと、排気ファンと、温度検知部と、制御部と、を備える。発電装置は、電力および熱を生成する。筐体は、発電装置を収納する。吸気ファンは、筐体の内部と外部とを連通する吸気口に設けられ、筐体の外部から筐体の内部に向かう方向に送風する。排気ファンは、体の内部と外部とを連通する排気口に設けられ、筐体の内部から筐体の外部に向かう方向に送風する。温度検知部は、筐体の内部の温度を検知する。制御部は、温度検知部が検知した温度が第２温度より低い第１温度以下または前記第２温度以上である場合、吸気口から筐体に流入する風量を、排気口から筐体の外に流出する風量よりも多くする第１の運転制御を実行する。

本開示における発電システムは、吸気口から筐体に流入する風量を、排気口から筐体の外に流出する風量よりも多くすることにより、筐体内部が第１温度以下または第２温度以上である場合に筐体の内部を正圧にする。そのため、吸気口以外の隙間等から筐体内部への外気の流入を抑制することができ、筐体内部における局所的な温度の変動を抑制し、筐体内部の温度の適正化を図ることができる。また、筐体の隙間の大きさが装置の個体毎に異なっていても、隙間の大きさの個体差の影響を回避できる。

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構成図 実施の形態１における発電システムの制御系のブロック図 実施の形態１における発電システムのファン制御を示すフローチャート 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構成図 実施の形態２における発電システムが備える第１開口調整機構の構成図 実施の形態２における発電システムが備える第２開口調整機構の構成図 実施の形態２における発電システムの制御系のブロック図 実施の形態２における発電システムの第１開口調整機構および第２開口調整機構の制御を示すフローチャート

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、発電装置を筐体に収容した発電システムにおいて、筐体内部の温度を発電装置の動作に適した温度に保つため、換気ファンを設けて強制換気を行う技術があった。また、発電装置が発電した電力を変換するインバータなどの発熱部品を、より効率よく放熱させるため、外気を取り込みインバータに供給するファンを、換気ファンに加えて設けた構成があった。

しかしながら、筐体への吸気や排気を単に行うだけの構成や、吸気の制御を行うだけの構成では、吸気と排気のバランスが適切な状態とならず、換気効率の低下や過度の温度低下を招くと言う課題を発明者らは発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。
そこで本開示は、発電装置を収容した筐体への吸気と排気を統合的に制御することにより、筐体内部の温度の適正化を図る適切な換気を行う発電システムを提供する。

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１－図３を用いて、実施の形態１を説明する。

［１－１．構成］
［１－１－１．発電システムの構成］
図１は、実施の形態１におけるコージェネレーションシステム１の構成図である。
図１において、コージェネレーションシステム１は、発電システム２と、貯湯部３とを有する。コージェネレーションシステム１は、発電システム２によって発電した電力を供給するとともに、発電システム２が発する熱を回収して温水を生成し、貯湯部３に貯留する。

発電システム２は、スタック１０および改質器１１を有する燃料電池５と、燃料電池５を収容する筐体４とを有する。スタック１０は、いわゆる燃料電池スタックである。燃料電池５は、発電装置の一例に対応する。燃料電池５は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）が挙げられるが、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）であってもよい。

筐体４は、６面がパネルによって閉鎖された略箱形のケースである。筐体４の６面のうち少なくともいずれかの面には、メンテナンス等のために開閉可能な扉が設けられる。

改質器１１には、燃料ガス配管２１を通じて都市ガスやＬＰガス等の燃料ガスが供給される。改質器１１は、燃料ガス配管２１により供給される燃料ガスから、水素ガスを主たる成分とする改質ガスを生成する。改質器１１は、水素配管２２を通して改質ガスをスタック１０に供給する。

スタック１０は、筐体４の上部に配置される。スタック１０は、改質器１１から供給される改質ガスを空気と反応させて発電する燃料電池スタックである。

スタック１０は、配管２３を通じて改質器１１に排気を送出する。スタック１０の排気は、発電により生成したドレン水や余剰ガスを含む。
改質器１１は、配管２６を通じてドレン水を排出する。改質器１１が排出するドレン水は、スタック１０の排気に含まれる水や改質器１１で発生する凝縮水等である。改質器１１が排出するドレン水は凝縮水タンク１３に回収される。

改質器１１は、改質反応で発生する二酸化炭素等を含む排気を、排気管２４を通じて排気口１４に送り、排気口１４から排気する。排気口１４においては、改質器１１の排気の温度が低下することに伴って凝縮水が発生する。

筐体４の底部にはドレン排出部５１、５２が設けられる。排気口１４において発生する凝縮水は、配管２７を通じてドレン排出部５１から排出される。ドレン排出部５２は凝縮水タンク１３に接続され、ドレン排出部５２が備える開閉弁を開くことによって凝縮水タンク１３内の水が排出される。

貯湯部３は、貯湯タンク１８を有する。貯湯タンク１８には、貯湯タンク１８の下部から発電システム２に水を供給する給水管４６、および、発電システム２から貯湯タンク１８の上部に温水を戻す給湯管４７が接続される。給水管４６は筐体４の底部に配置された接続部５３により、筐体４内の水配管４３に接続される。給湯管４７は、筐体４の底部に配置された接続部５４により、筐体４内の水配管４５に接続される。

発電システム２は、第１熱交換器１６、および第２熱交換器１７を有する。
第１熱交換器１６には、水配管４３を通じて水が供給される。第１熱交換器１６は、配管２３、および、排気管２４を流れる排気と、水配管４３により供給される水とを熱交換させる。第１熱交換器１６において熱交換された水は、水配管４４を通じて第２熱交換器１７に送られる。

第２熱交換器１７は、冷却水配管４１、４２によりスタック１０に接続される。冷却水配管４１、４２を通じて、スタック１０と第２熱交換器１７との間で冷却水が循環する。第２熱交換器１７は、水配管４４により供給される水と、冷却水配管４１、４２を流れる冷却水とを熱交換させる。第２熱交換器１７で熱交換された水は水配管４５を通じて貯湯部３に戻る。貯湯部３は、燃料電池５が発する熱により加温された温水を貯留する。

筐体４には、回路収容部３０が設けられる。回路収容部３０は、筐体４の内部において、スタック１０および改質器１１が設置された空間とは仕切られている。

回路収容部３０は、回路基板３１、および、制御部１００を収容する。回路基板３１には、スタック１０が発電した電力を交流電力に変換する電力変換回路３２が実装される。制御部１００は、後述するように発電システム２を制御する装置である。制御部１００は、回路基板３１とは別体の回路基板に、後述するプロセッサ１０１や記憶部１０２を実装した装置である。制御部１００を、回路基板３１に実装する構成とすることも可能である。

筐体４のパネルには吸気口６１、および、排気口６２が開口する。
吸気口６１は、回路収容部３０より下方に位置する。回路収容部３０には、吸気口６１に連通する空間に吸気ファン６３が配置される。吸気ファン６３は、吸気口６１から上に向けて送風するファンである。吸気ファン６３の動作によって、吸気口６１から筐体４の内部への吸気が行われる。ここで、吸気ファン６３により吸気口６１から吸引される気流を符号Ｆｉｎで示す。

本実施の形態においては、排気口６２は、吸気口６１の下方に位置する。筐体４の内部には、排気口６２に連通する空間に排気ファン６４が配置される。排気ファン６４は、筐体４の内部に開口する開口６６から排気口６２に向けて送風するファンである。排気ファン６４の動作により、筐体４の内部の空気が排気口６２から排気される。ここで、排気ファン６４の動作により排気口６２から排気される気流を符号Ｆｏｕｔで示す。

筐体４の内部において、排気口６２の下方には温度センサ６７が設置される。温度センサ６７は、筐体４の内部温度を検知する。温度センサ６７は温度検知部の一例に対応する。

［１－１－２．筐体内部における気流］
筐体４の内部を流れる気流について説明する。
吸気ファン６３は、吸気口６１から吸気し、回路収容部３０の内部に向けて送風する。吸気ファン６３の動作により、回路収容部３０の内部を下から上に気流が流れ、回路収容部３０の上部に設けられた開口６５から、符号Ｗで示すように筐体４の内部に空気が送られる。従って、吸気口６１から吸引された外気は、開口６５を通じて、排気口６２より上の位置で筐体４の内部空間に導入される。開口６５は導入部の一例に対応する。筐体４の内部空間とは、燃料電池５の発電に係る構成部が収容された空間を指す。
筐体４の内部空間では、開口６５から気流Ｗが筐体４の内部空間の上部に流れる。

一方、排気ファン６４は、筐体４の高さ方向において吸気口６１より下方に位置する開口６６から空気を吸い出し、排気口６２に排気する。排気ファン６４の動作により、筐体４の内部空間の下部から開口６６に向かう気流が発生する。

吸気ファン６３および排気ファン６４の動作により、筐体４の内部では、上部から下部に向かう気流が発生する。筐体４の内部空間において、上部にはスタック１０、第１熱交換器１６および第２熱交換器１７が配置されている。筐体４の下部には、凝縮水タンク１３や、ドレン排出部５１、５２につながる配管が配置されている。これらの間には、改質器１１が配置されている。

このように、発電システム２においては、吸気口６１から流入した空気が筐体４の上部から下部に流れ、排気口６２から排気される。この気流は、回路基板３１、スタック１０、改質器１１などの熱を発する構成部の位置を通り、その後にドレン排出部５１、５２につながる配管等の位置へ流れる。この気流により、発熱量の多い構成部を効率よく放熱させる効果が期待できる。また、気流が筐体４の上部から下部に向けて熱を輸送するので、ドレン排出部５１、５２につながる配管等を加温する効果が期待できる。

［１－１－３．発電システムの制御系の構成］
図２は、発電システム２の制御系の構成を示すブロック図である。
制御部１００は、マイコンやＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等で構成されるプロセッサ１０１を有する。プロセッサ１０１は、記憶部１０２、或いは、不図示の記憶部に記憶されるプログラムを読み出して実行することにより、ソフトウェアとハードウェアの協働により発電システム２の各部を制御する。プロセッサ１０１は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、またはその他の回路と統合された半導体デバイスであってもよい。プロセッサ１０１は、プログラムされたハードウェアにより構成されてもよい。

制御部１００は、記憶部１０２を有する。記憶部１０２は、半導体記憶デバイス等により構成され、プロセッサ１０１が実行するプログラム及び／またはプロセッサ１０１が処理するデータを不揮発的に記憶する記憶装置である。記憶部１０２は、吸気ファン制御テーブル１０３、および、排気ファン制御テーブル１０４を記憶する。

制御部１００には、温度センサ６７、吸気ファンモータ６８、および、排気ファンモータ６９が接続される。吸気ファンモータ６８は、吸気ファン６３を回転させるモータであり、吸気ファンモータ６８の回転数を吸気ファン６３の回転数と見なすことができる。排気ファンモータ６９は、排気ファン６４を回転させるモータであり、排気ファンモータ６９の回転数を排気ファン６４の回転数と見なすことができる。

吸気ファン制御テーブル１０３は、温度センサ６７が検知する温度と吸気ファンモータ６８の回転数とを対応付けるテーブル形式のデータである。排気ファン制御テーブル１０４は、温度センサ６７が検知する温度と排気ファンモータ６９の回転数とを対応付けるテーブル形式のデータである。

プロセッサ１０１は、予め設定されたサンプリング周期で温度センサ６７の検知温度を取得する。プロセッサ１０１は、吸気ファンモータ６８、および、排気ファンモータ６９をそれぞれ個別に駆動し、回転数を調整する。

プロセッサ１０１は、吸気ファン制御テーブル１０３において温度センサ６７の検知温度に対応付けられた吸気ファンモータ６８の回転数を取得する。プロセッサ１０１は、取得した回転数を吸気ファンモータ６８の目標回転数に設定し、設定した目標回転数に合わせて吸気ファンモータ６８を駆動する。

同様に、プロセッサ１０１は、排気ファン制御テーブル１０４において温度センサ６７の検知温度に対応付けられた排気ファンモータ６９の回転数を取得する。プロセッサ１０１は、取得した回転数を排気ファンモータ６９の目標回転数に設定し、設定した目標回転数に合わせて排気ファンモータ６９を駆動する。

発電システム２は、吸気ファンモータ６８の回転数を計測する計測器を備え、吸気ファンモータ６８の回転数を検出して制御部１００に出力する構成であってもよい。この構成では、制御部１００は、吸気ファンモータ６８の回転数の計測値に従ってフィードバック制御を行い、吸気ファンモータ６８を目標回転数で回転させる。同様に、発電システム２は排気ファンモータ６９の回転数を計測する計測器を備え、排気ファンモータ６９の回転数を検出して制御部１００に出力する構成であってもよい。この構成では、制御部１００は、排気ファンモータ６９の回転数の計測値に従ってフィードバック制御を行い、排気ファンモータ６９を目標回転数で回転させる。

図２は、理解の便宜を図るため、吸気ファン６３および排気ファン６４の回転数の制御に関する構成を図示しており、制御部１００の構成は図２に限定されない。例えば、制御部１００は、温度センサ６７、吸気ファンモータ６８、排気ファンモータ６９等と接続される不図示のインターフェイスを備えてもよい。制御部１００は、上述したインターフェイスを介して回路基板３１に搭載された各種の回路に接続されてもよい。制御部１００は、スタック１０、改質器１１、発電システム２が有する不図示のポンプ、各種センサ、弁等を制御する機能を有する構成であってもよい。

［１－２．動作］
吸気ファン６３および排気ファン６４の回転数に関する制御部１００の動作を説明する。
制御部１００は、温度センサ６７の検知温度を取得したタイミングで、吸気ファン制御テーブル１０３を参照し、温度センサ６７の検知温度に対応する吸気ファンモータ６８の回転数を取得する。制御部１００は、取得した回転数を目標回転数として、吸気ファンモータ６８の回転数を調整する。

制御部１００は、温度センサ６７の検知温度を取得したタイミングで、排気ファン制御テーブル１０４を参照し、温度センサ６７の検知温度に対応する排気ファンモータ６９の回転数を取得する。制御部１００は、取得した回転数を目標回転数として、排気ファンモータ６９の回転数を調整する。

制御部１００は、吸気ファンモータ６８の回転数、および、排気ファンモータ６９の回転数を、温度センサ６７の検知温度に対応して個別に調整する。さらに、吸気ファン制御テーブル１０３および排気ファン制御テーブル１０４は、特定の温度域において、吸気ファンモータ６８および排気ファンモータ６９の回転数が所定の状態となるように設定されている。

吸気ファン６３が吸引する気流Ｆｉｎの風量を風量Ｑｉｎとし、排気ファン６４が排気する気流Ｆｏｕｔの風量を風量Ｑｏｕｔとする。
詳細は後述するが、吸気ファン制御テーブル１０３および排気ファン制御テーブル１０４は、特定の温度域において下記式（１）に示す状態、または、下記式（２）に示す状態を実現するように、設定されている。
風量Ｑｏｕｔ＜風量Ｑｉｎ …（１）
風量Ｑｏｕｔ＞風量Ｑｉｎ …（２）

風量Ｑｉｎと吸気ファンモータ６８の回転数との相関は、吸気ファン６３を利用して実験的に求めることが可能であり、吸気ファン６３のサイズや形状等から算出することも可能である。風量Ｑｏｕｔと排気ファンモータ６９の回転数との相関も同様である。これらの相関に基づき、上記式（１）、（２）の状態となる吸気ファンモータ６８および排気ファンモータ６９の回転数を求め、吸気ファン制御テーブル１０３および排気ファン制御テーブル１０４を作成できる。

制御部１００が、上記式（１）の状態を実現させるため、吸気ファンモータ６８の回転数を増加させる制御は、吸気ファン制御の一例に対応し、排気ファンモータ６９の回転数を低下させる制御は、排気ファン制御の一例に対応する。

図３は、発電システム２の吸気ファンモータ６８および排気ファンモータ６９の制御を示すフローチャートである。図３に示す制御は制御部１００により実行される。

発電システム２では、温度センサ６７によって筐体４の内部の温度が検知される（ステップＳ１）。
ステップＳ１で検知された温度が第１温度Ｔ１以下、或いは、第２温度Ｔ２以上の条件を満たすか否かによって制御が分岐する（ステップＳ２）。ここで、第１温度Ｔ１は、第２温度Ｔ２より低い温度である。第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２の値は、予め設定され、記憶部１０２に記憶される。

ステップＳ２の条件を満たす場合（ステップＳ２；ＹＥＳ）、上記式（１）に示す状態となるように、吸気ファンモータ６８および排気ファンモータ６９の回転数が調整される（ステップＳ３）。ステップＳ３の制御は、第１の運転制御の一例に対応する。

ステップＳ３の条件を満たさない場合（ステップＳ２；ＹＥＳ）、さらに、ステップＳ１で検知された温度が第３温度Ｔ３以上の条件を満たすか否かによって制御が分岐する（ステップＳ４）。ここで、第３温度Ｔ３は、第２温度より高い温度である。第３温度Ｔ３の値は、予め設定され、記憶部１０２に記憶される。
ステップＳ１で検知された温度が第３温度Ｔ３以上である場合（ステップＳ４；ＹＥＳ）、上記式（２）に示す状態となるように、吸気ファンモータ６８および排気ファンモータ６９の回転数が調整される（ステップＳ５）。ステップＳ５の制御は、第２の運転制御の一例に対応する。

ステップＳ１で検知された温度が第３温度Ｔ３以上でない場合（ステップＳ４；ＮＯ）、吸気ファンモータ６８および排気ファンモータ６９の回転数が、それぞれ、個別に制御される（ステップＳ６）。ステップＳ６の制御を、吸気ファンモータ６８および排気ファンモータ６９の通常状態の回転数制御と呼ぶことができる。通常状態とは、温度センサ６７の検知温度が第１温度Ｔ１より高く第２温度Ｔ２より低い温度域を指す。

ステップＳ３、Ｓ５、Ｓ６の制御の後、予め設定された時間ごとにステップＳ１の動作が実行される。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、発電システム２は、燃料電池５と、筐体４と、吸気ファン６３と、排気ファン６４と、温度センサ６７と、制御部１００と、を備える。燃料電池５は、電力および熱を生成する。筐体４は、燃料電池５を収納する。吸気ファン６３は、筐体４と、筐体４の内部と外部とを連通する吸気口６１に設けられ、筐体４の外部から筐体４の内部に向かう方向に送風する。排気ファン６４は、筐体４の内部と外部とを連通する排気口６２に設けられ、筐体４の内部から筐体４の外部に向かう方向に送風する。温度センサ６７は、筐体４の内部の温度を検知する。制御部１００は、温度センサ６７が検知した温度が第１温度Ｔ１以下または第２温度Ｔ２以上である場合、吸気口６１から筐体４に流入する風量を、排気口６２から筐体４の外に流出する風量よりも多くする第１の運転制御を実行する。

発電システム２、および、発電システム２の制御方法によれば、吸気口６１から筐体４に流入する風量を、排気口６２から筐体４の外に流出する風量よりも多くすることにより、温度センサ６７の検知温度が第１温度Ｔ１以下または第２温度Ｔ２以上である場合に筐体４の内部を正圧にする。そのため、吸気口６１以外の隙間等からの外気の流入を抑制することができ、筐体４の内部における局所的な温度の変動を抑制し、筐体４の内部温度の適正化を図ることができる。例えば、外気温が低いときに隙間等から低温の外気が流入することにより、ドレン排出部５１、５２等の凍結が発生することを防止できる。

例えば、筐体４の外壁が金属や合成樹脂のパネルを利用して構成される場合、パネルの接合部等に、空気が筐体４の内外に流通する間隙が存在し得る。筐体４の内部を正圧にすることによって、これらの間隙から筐体４の内部への外気の流入を抑制できる。間隙の大きさは発電システム２の個体毎に異なる可能性があるが、筐体４の内部を正圧にすることによって、間隙の個体差の影響を抑制、あるいは回避できる。

本実施の形態において、コージェネレーションシステム１は、上記の発電システム２と、第１熱交換器１６および第２熱交換器１７と、貯湯タンク１８と、を備える。第１熱交換器１６および第２熱交換器１７は、燃料電池５と筐体４の外部から供給される水との間で熱交換を生じさせる。貯湯タンク１８は、第１熱交換器１６および第２熱交換器１７によって温度上昇した水を貯める。
これにより、燃料電池５の電力および熱を利用するコージェネレーションシステム１において、温度センサ６７の検知温度が第１温度Ｔ１以下または第２温度Ｔ２以上である場合に、筐体４の内部を正圧にする。そのため、吸気口６１以外の隙間等からの外気の流入を抑制することができ、筐体４の内部における局所的な温度の変動を抑制し、筐体４の内部温度の適正化を図ることができる。

制御部１００は、第１の運転制御において、吸気ファン６３の回転数を増加させる吸気ファン制御、および、排気ファン６４の回転数を低下させる排気ファン制御の少なくともいずれかを実行する構成であってもよい。
この構成によれば、吸気ファン６３および／または排気ファン６４を制御することによって、筐体４の内部を正圧にすることができる。

発電システム２は、記憶部１０２を備える構成であってもよい。例えば、記憶部１０２は、温度センサ６７の検知温度と吸気ファン６３の回転数とを対応付ける吸気ファン制御テーブル１０３、および、温度センサ６７の検知温度と排気ファン６４の回転数とを対応付ける排気ファン制御テーブル１０４を記憶する。この構成において、制御部１００は、吸気ファン制御を吸気ファン制御テーブル１０３に基づいて行い、排気ファン制御を排気ファン制御テーブル１０４に従って行ってもよい。
この構成によれば、吸気ファン制御テーブル１０３に従って吸気ファン６３の回転を制御し、排気ファン制御テーブル１０４に従って排気ファン６４の回転を制御することにより、筐体４への吸気と排気との統合的な制御を実現できる。

制御部１００は、温度センサ６７が検知した温度が第３温度Ｔ３以上である場合、吸気口６１から筐体４に流入する風量よりも排気口６２から筐体４の外に流出する風量を多くする第２の運転制御を実行する構成であってもよい。
この構成によれば、筐体４の内部の温度が第３温度Ｔ３以上の場合に、第２の運転制御を行うことによって筐体４の内部を負圧にする。そのため、筐体４の内部の温度が高いときに、外気の吸入を促進し、筐体４からの排熱を促進できる。従って、筐体４の内部の温度を速やかに安定させることができ、筐体４の内部温度の適正化を図ることができる。

発電システム２は、吸気口６１から吸引した空気を、排気口６２よりも高い位置で筐体４の内部空間に導入する開口６５を有する。
この構成によれば、吸気口６１から吸気された空気が、筐体４の内部において上から下へ移動するので、筐体４の上部から下部に熱を輸送することができる。筐体４の下部は、外気温が低温であるときに凍結等が発生しやすいが、上記構成により、筐体４の下部を適切な温度に維持できる。
例えば、筐体４の底部に配置されるドレン排出部５１、５２につながる各配管では、外気温が低いときに凍結が発生する可能性がある。このような構成において、筐体４の上部から下部に熱が輸送されることにより、凍結を防止できる。
発電システム２において、吸気口６１は、排気口６２よりも高い位置に設けられてもよい。この場合、吸気口６１から直接、筐体４の内部に外気を導入しても上述の効果が得られる。また、吸気口６１と排気口６２とが同じ高さ位置に設けられてもよい。

発電システム２において、燃料電池５は、改質器１１と、改質器１１から改質ガスを供給されて発電するスタック１０と、スタック１０で発電した電力を変換する電力変換回路３２と、を備える構成であってもよく、スタック１０は、筐体４の内部において吸気口６１よりも高い位置に設置されてもよい。
この構成によれば、吸気口６１から吸気された空気が筐体４の内部において上から下へ移動し、筐体４の上部には発熱の大きいスタック１０が配置されている。そのため、吸気口６１から排気ファン６４に向かう気流によって、スタック１０が発する熱を筐体４の下部に輸送することができ、筐体４の下部を適切な温度に維持できる。

発電システム２は、燃料電池５における燃料ガス、改質ガス、排気ガス等のガスの漏洩を検出可能な構成であってもよい。この場合、発電システム２は、ガスの漏洩を検出したときに、上記（２）の状態となるように吸気ファンモータ６８および／または排気ファンモータ６９を制御して、筐体４の内部を負圧にする制御を行ってもよい。この場合、漏洩したガスが筐体４の間隙等から拡散することを抑制できるので、より正確に、ガスの漏洩状態をモニタリングすることが可能となる。さらに、漏洩したガスが意図しない経路で筐体４の外に排出されることを防止できるので、コージェネレーションシステム１の設置環境への影響を軽微に止めることができる。

発電システム２において、吸気口６１から流入した空気は、電力変換回路３２およびスタック１０の設置位置を経由して排気口６２に達し、排気口６２から排気される構成であってもよい。
この構成によれば、吸気口６１から吸気された空気が、電力変換回路３２およびスタック１０の設置位置を経由して筐体４の下部に移動する。これにより、吸気口６１から排気口６２に向かう気流によって、回路基板３１およびスタック１０が発する熱が、筐体４の下部に輸送される。そのため、発熱の大きい回路基板３１およびスタック１０を効率よく放熱させることができ、筐体４の下部に熱を輸送することで筐体４の下部を適切な温度に維持できる。

（実施の形態２）
以下、図４－図８を用いて、実施の形態２を説明する。

［２－１．構成］
［２－１－１．開口調整機構の構成］
図４は、実施の形態２におけるコージェネレーションシステム１Ａの構成図である。
コージェネレーションシステム１Ａは、第１開口調整機構７０および第２開口調整機構８０を備える発電システム２Ａを有する点で、実施の形態１にかかるコージェネレーションシステム１と異なる。第１開口調整機構７０は吸気調整部の一例に対応し、第２開口調整機構８０は排気調整部の一例に対応する。

発電システム２Ａは、吸気口６１に、第１開口調整機構７０を備える。発電システム２Ａは、排気口６２に、第２開口調整機構８０を備える。第１開口調整機構７０および第２開口調整機構８０を備える点を除き、発電システム２Ａは、実施の形態１で説明した発電システム２と共通の構成を有する。

第１開口調整機構７０は、吸気口６１から筐体４の内部に流入する空気の流量を調整する。
図５は、発電システム２Ａが備える第１開口調整機構７０の構成図である。
第１開口調整機構７０は、枠７１と、閉鎖板７３と、第１駆動部７４とを有する。枠７１は開口７２を囲む枠であり、閉鎖板７３は開口７２に対してスライド移動可能に取り付けられている。

第１駆動部７４は、後述する第１開閉モータ７５（図７）を内蔵し、第１開閉モータ７５の動力により閉鎖板７３を符号ＳＬで示す方向に移動させる。第１開閉モータ７５は、回転方向を正方向および逆方向に切り替えることができる。閉鎖板７３は、第１開閉モータ７５の回転方向に対応して、開口７２の開口面積を拡大させる方向、および、開口７２の開口面積を縮小させる方向に移動する。第１開口調整機構７０は、開口７２の開口面積を調整可能であればよく、閉鎖板７３により開口７２を完全に閉鎖できる構成に限定されない。

第１開口調整機構７０は、吸気口６１と、筐体４の内部空間との間に配置され、吸気口６１から吸い込まれた空気が開口７２を通って筐体４の内部に流入する。開口７２は、吸気口６１から吸い込まれた空気の流路を構成する。

図４に示す例では、第１開口調整機構７０は、吸気口６１と吸気ファン６３との間に配置されている。つまり、第１開口調整機構７０は、気流方向において吸気ファン６３の上流に位置している。この構成は一例であり、第１開口調整機構７０が吸気ファン６３の下流に位置していてもよい。

第１開口調整機構７０は、閉鎖板７３を移動させることにより、開口７２の開口面積を拡大および縮小させることができる。開口７２の開口面積が小さいと、吸気ファン６３が吸引する気流Ｆｉｎに対する通風抵抗が大きい。開口７２の開口面積が大きいと、気流Ｆｉｎに対する通風抵抗が小さい。このように、第１開口調整機構７０は、閉鎖板７３を移動させることで気流Ｆｉｎの通風抵抗を調整し、気流Ｆｉｎの風量Ｑｉｎを調整する作用を有する。

第２開口調整機構８０は、排気口６２から筐体４の外に流出する空気の流量を調整する。
図６は、発電システム２Ａが備える第２開口調整機構８０の構成図である。
第２開口調整機構８０は、枠８１、弁体８３、軸８４、および、第２駆動部８５を備える。

枠８１は開口８２を囲む枠であり、弁体８３は、一対の軸８４により回転可能に枠８１に取り付けられている。一方の軸８４は第２駆動部８５に連結され、他方の軸８４は回動自在に枠８１に支持される。第２駆動部８５は、後述する第２開閉モータ８６（図７）を内蔵し、第２開閉モータ８６の動力によって弁体８３を符号Ｒで示す方向に回動させる。第２開閉モータ８６は、回転方向を正方向および逆方向に切り替えることができる。

第２開口調整機構８０は、いわゆるバタフライ弁である。弁体８３は、第２開閉モータ８６の回転方向に対応して、開口８２の開口面積を拡大させる方向、および、開口８２の開口面積を縮小させる方向に移動する。第２開口調整機構８０は、弁体８３により開口８２の開口面積を拡大および縮小させる構成であればよく、弁体８３が開口８２を完全に閉鎖可能な構成に限定されない。

第２開口調整機構８０は、排気口６２と、筐体４の内部空間との間に配置され、筐体４から排気口６２に向かう空気が開口８２を通過する。開口８２は、排気口６２から排気される空気の流路を構成する。

図４に示す例では、第２開口調整機構８０は、排気ファン６４と排気口６２との間に配置されている。つまり、第２開口調整機構８０は、気流方向において排気ファン６４の下流に位置している。この構成は一例であり、第２開口調整機構８０が排気ファン６４の上流に位置していてもよい。

第２開口調整機構８０は、弁体８３を回動させることにより、開口８２の開口面積を拡大および縮小させることができる。開口８２の開口面積が小さいと、排気ファン６４が排気する気流Ｆｏｕｔに対する通風抵抗が大きい。開口８２の開口面積が大きいと、気流Ｆｏｕｔに対する通風抵抗が小さい。このように、第２開口調整機構８０は、弁体８３を回動させることで気流Ｆｏｕｔの通風抵抗を調整し、気流Ｆｏｕｔの風量Ｑｏｕｔを調整する作用を有する。

［２－１－２．制御系の構成］
図７は、発電システム２Ａの制御系の構成を示すブロック図である。
図７は、理解の便宜を図るため、吸気ファン６３、排気ファン６４、第１開閉モータ７５および第２開閉モータ８６の制御に関する構成を図示しており、制御部１００の構成は図７に限定されない。

発電システム２Ａは、発電システム２と同様に、制御部１００を備える。制御部１００の構成および機能のうち、実施の形態１と共通する構成および機能については説明を省略する。

発電システム２Ａにおいて、制御部１００には、第１開閉モータ７５および第２開閉モータ８６が接続される。制御部１００には、温度センサ６７、吸気ファンモータ６８、および排気ファンモータ６９が接続される。

制御部１００は、プロセッサ１０１の機能により、第１開閉モータ７５および第２開閉モータ８６を制御する。
記憶部１０２は、吸気ファン制御値１１１、排気ファン制御値１１２、第１開度制御テーブル１１３、および、第２開度制御テーブル１１４を記憶する。

吸気ファン制御値１１１は、吸気ファンモータ６８の回転数を定めるデータである。吸気ファン制御値１１１は固定的な値であってもよいし、温度センサ６７の検知温度に対応する吸気ファンモータ６８の回転数を定めるテーブル形式のデータであってもよい。

排気ファン制御値１１２は、排気ファンモータ６９の回転数を定めるデータである。排気ファン制御値１１２は固定的な値であってもよいし、温度センサ６７の検知温度に対応する排気ファンモータ６９の回転数を定めるテーブル形式のデータであってもよい。

第１開度制御テーブル１１３は、温度センサ６７が検知する温度と第１開口調整機構７０の開度とを対応付けるテーブル形式のデータである。第１開口調整機構７０の開度は、開口７２の開口面積を、開口面積の最大値に対する割合で示した値である。

プロセッサ１０１は、温度センサ６７の検知温度を取得したタイミングで、第１開度制御テーブル１１３を参照する。プロセッサ１０１は、温度センサ６７の検知温度に対応付けられた開口７２の開度を取得する。プロセッサ１０１は、第１開閉モータ７５を動作させることにより、閉鎖板７３を、第１開度制御テーブル１１３から取得した開度に対応する位置に移動させる。

第２開度制御テーブル１１４は、温度センサ６７が検知する温度と第２開口調整機構８０の開度とを対応付けるテーブル形式のデータである。第２開口調整機構８０の開度は、開口８２の開口面積を、開口面積の最大値に対する割合で示した値である。
プロセッサ１０１は、温度センサ６７の検知温度を取得したタイミングで、第２開度制御テーブル１１４を参照する。プロセッサ１０１は、第２開度制御テーブル１１４において温度センサ６７の検知温度に対応付けられた開口７２の開度を取得する。プロセッサ１０１は、第２開閉モータ８６を動作させることにより、弁体８３を、第２開度制御テーブル１１４から取得した開度に対応する位置に回動させる。

［１－２．動作］
制御部１００は、第１開口調整機構７０の開度、および、第２開口調整機構８０の開度を、温度センサ６７の検知温度に対応して個別に調整する。さらに、第１開度制御テーブル１１３および第２開度制御テーブル１１４は、特定の温度域において、第１開口調整機構７０および第２開口調整機構８０の開度が所定の状態となるように設定されている。

第１開度制御テーブル１１３および第２開度制御テーブル１１４は、特定の温度域において上記式（１）に示す状態、または、上記式（２）に示す状態を実現するように、設定されている。

図８は、発電システム２Ａの第１開口調整機構および第２開口調整機構の制御を示すフローチャートである。図８に示す制御は制御部１００により実行される。

発電システム２では、温度センサ６７によって筐体４の内部の温度が検知される（ステップＳ１１）。
ステップＳ１１で検知された温度が第１温度Ｔ１以下、或いは、第２温度Ｔ２以上の条件を満たすか否かによって制御が分岐する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２の条件を満たす場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ１）、上記式（１）に示す状態となるように、第１開口調整機構７０および第２開口調整機構８０の開度が調整される（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の制御は、第１の運転制御の一例に対応する。

ステップＳ１３の条件を満たさない場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ１）、さらに、ステップＳ１１で検知された温度が第３温度Ｔ３以上の条件を満たすか否かによって制御が分岐する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１１で検知された温度が第３温度Ｔ３以上である場合（ステップＳ１４；ＹＥＳ１）、上記式（２）に示す状態となるように、第１開口調整機構７０および第２開口調整機構８０の開度が調整される（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の制御は、第２の運転制御の一例に対応する。

ステップＳ１１で検知された温度が第３温度Ｔ３以上でない場合（ステップＳ１４；ＮＯ）、第１開口調整機構７０および第２開口調整機構８０の開度が、それぞれ、通常状態の開度に調整される（ステップＳ１６）。通常状態とは、温度センサ６７の検知温度が第１温度Ｔ１より高く第２温度Ｔ２より低い温度域における制御部１００の制御を指す。第１開口調整機構７０と第２開口調整機構８０の通常状態の開度は、予め設定され、記憶部１０２に記憶される。例えば、通常状態において、第１開口調整機構７０および第２開口調整機構８０は全開とされる。

ステップＳ１３、Ｓ１５、Ｓ１６の制御の後、予め設定された時間ごとにステップＳ１１の動作が実行される。

ステップＳ１３において、制御部１００が、上記式（１）の状態を実現させるため、第１開口調整機構７０により風量Ｑｉｎを増加させる制御は、吸気調整の一例に対応し、第２開口調整機構８０により風量Ｑｏｕｔを減少させる制御は、排気調整の一例に対応する。

［２－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、発電システム２Ａは、吸気口６１を通過する空気の流量を増減させる第１開口調整機構７０、および、排気口６２を通過する空気の流量を増減させる第２開口調整機構８０備える。制御部１００は、温度センサ６７が検知した温度が第１温度Ｔ１以下または第２温度Ｔ２以上である場合、吸気口６１から筐体４に流入する風量を、排気ファン６４から筐体４の外に流出する風量よりも多くする第１の運転制御を実行する。第１の運転制御において、発電システム２Ａは、第１開口調整機構７０により吸気口６１を通過する風量Ｑｉｎを増加させる吸気調整、および、第２開口調整機構８０により排気口６２を通過する風量Ｑｏｕｔを減少させる排気調整の少なくともいずれかを実行する。
この構成によれば、温度センサ６７の検知温度が第１温度Ｔ１以下または第２温度Ｔ２以上である場合に、第１開口調整機構７０および第２開口調整機構８０を制御することによって、筐体４の内部を正圧にする。そのため、吸気口６１以外の隙間等からの外気の流入を抑制することができ、筐体４の内部における局所的な温度の変動を抑制し、筐体４の内部温度の適正化を図ることができる。

制御部１００は、温度センサ６７が検知した温度が第３温度Ｔ３以上である場合、第１開口調整機構７０および第２開口調整機構８０を制御することにより、風量Ｑｉｎよりも風量Ｑｏｕｔを多くする第２の運転制御を実行する構成であってもよい。
この構成によれば、第１開口調整機構７０および第２開口調整機構８０を利用して、第２の運転制御を行うことによって、筐体４の内部を負圧にする。そのため、筐体４の内部の温度が高いときに、外気の吸入を促進し、筐体４からの排熱を促進できる。従って、筐体４の内部の温度を速やかに安定させることができ、筐体４の内部温度の適正化を図ることができる。

図８に示した制御において、実施の形態１と同様に、吸気ファンモータ６８および排気ファンモータ６９の回転数の制御を組み合わせて実行してもよい。この場合、記憶部１０２に吸気ファン制御テーブル１０３および排気ファン制御テーブル１０４を記憶させ、ステップＳ１２－Ｓ１６の制御と並行して、図３のステップＳ２－Ｓ６の制御を実行してもよい。この構成によれば、風量Ｑｉｎおよび風量Ｑｏｕｔの調整範囲を拡大できる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１および２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１および２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

実施の形態１では、吸気ファンモータ６８の回転数を設定する吸気ファン制御テーブル１０３、および、排気ファンモータ６９の回転数を設定する排気ファン制御テーブル１０４を利用する構成を説明した。制御部１００が吸気ファンモータ６８および排気ファンモータ６９を制御するためのデータは、テーブル形式でなくてもよい。例えば、プロセッサ１０１が、吸気ファンモータ６８の回転数に基づき風量Ｑｉｎを算出し、排気ファンモータ６９の回転数に基づき風量Ｑｏｕｔを算出することにより、上記式（１）または（２）の状態を実現してもよい。この場合、記憶部１０２は、風量Ｑｉｎおよび風量Ｑｏｕｔを算出するためのデータを記憶していればよい。

実施の形態２では、吸気口６１に対応する位置に吸気調整部として第１開口調整機構７０を配置し、第１開口調整機構７０によって風量Ｑｉｎを調整し、排気口６２に対応する位置に排気調整部として第２開口調整機構８０を配置し、第２開口調整機構８０によって風量Ｑｏｕｔを調整する構成を説明した。これは一例であり、吸気調整部は風量Ｑｉｎを調整可能であればよく、排気調整部は風量Ｑｏｕｔを調整可能であればよい。例えば、吸気調整部として、吸気口６１に対応する位置に第２開口調整機構８０を配置してもよく、排気調整部として、排気口６２に対応する位置に第１開口調整機構７０を配置してもよい。吸気調整部および排気調整部の構造は、第１開口調整機構７０および第２開口調整機構８０の例に限定されない。また、第１開口調整機構７０は、閉鎖板７３をスライドさせる構成としたが、これは一例である。例えば、閉鎖板７３を回転軸により回転可能に支持し、閉鎖板７３を回動させることによって開口７２の開口面積の調整および閉鎖が可能な構成としてもよい。

実施の形態１および２では、発電システム２、２Ａの一例として、燃料電池５を備える構成を説明した。発電システム２、２Ａは、電力および熱を発する構成であればよい。従って、発電システム２、２Ａが備える発電装置は、燃料電池５に限定されず、例えば、燃料により駆動されるエンジンの動力によって発電機を駆動し、発電を行う構成であってもよい。この場合、エンジンの排熱を回収するコージェネレーションシステムとしてもよい。エンジンの燃料は、燃料油であってもよいし、都市ガスやＬＰガス等の燃料ガスであってもよい。

実施の形態１および２では、コージェネレーションシステム１、１Ａにおいて発電システム２、２Ａが発する熱を利用する構成の一例として、貯湯タンク１８により給湯を行う構成を説明した。コージェネレーションシステム１、１Ａは、発電システム２、２Ａが発する熱を利用する構成であればよく、熱利用の形態は制限されない。例えば、発電システム２、２Ａが発する熱を暖房に利用する構成であってもよい。
なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、電力および熱を生成する発電装置を有する発電システム、および、この種の発電システムを有するコージェネレーションシステムに適用可能である。具体的には、燃料電池を利用する発電システム、エンジンを駆動して発電を行う発電システムなどに、本開示は適用可能である。

１、１Ａ コージェネレーションシステム
２、２Ａ 発電システム
３ 貯湯部
４ 筐体
５ 燃料電池（発電装置）
１０ スタック（燃料電池スタック）
１１ 改質器
１４ 排気口
１６ 第１熱交換器
１７ 第２熱交換器
１８ 貯湯タンク
３０ 回路収容部
３１ 回路基板
３２ 電力変換回路
５１、５２ ドレン排出部
５３、５４ 接続部
６１ 吸気口
６２ 排気口
６３ 吸気ファン
６４ 排気ファン
６５ 開口（導入部）
６６ 開口
６７ 温度センサ（温度検知部）
６８ 吸気ファンモータ
６９ 排気ファンモータ
７０ 第１開口調整機構（吸気調整部）
７５ 第１開閉モータ
８０ 第２開口調整機構（排気調整部）
８６ 第２開閉モータ
１００ 制御部
１０１ プロセッサ
１０２ 記憶部
１０３ 吸気ファン制御テーブル
１０４ 排気ファン制御テーブル
１１３ 第１開度制御テーブル
１１４ 第２開度制御テーブル

Claims (10)

1. 電力および熱を生成する発電装置と、
   前記発電装置を収納する筐体と、
   前記筐体の内部と外部とを連通する吸気口に設けられ、前記筐体の外部から前記筐体の内部に向かう方向に送風する吸気ファンと、
   前記筐体の内部と外部とを連通する排気口に設けられ、前記筐体の内部から前記筐体の外部に向かう方向に送風する排気ファンと、
   前記筐体の内部の温度を検知する温度検知部と、
   前記温度検知部が検知した温度が第２温度より低い第１温度以下または前記第２温度以上である場合、前記吸気口から前記筐体に流入する風量を、前記排気口から前記筐体の外に流出する風量よりも多くする第１の運転制御を実行する制御部と、を備える、発電システム。
2. 前記制御部は、前記第１の運転制御において、前記吸気ファンの回転数を増加させる吸気ファン制御、および、前記排気ファンの回転数を低下させる排気ファン制御の少なくともいずれかを実行する、請求項１記載の発電システム。
3. 前記温度検知部の検知温度と前記吸気ファンの回転数とを対応付ける吸気ファン制御テーブル、および、前記温度検知部の検知温度と前記排気ファンの回転数とを対応付ける排気ファン制御テーブルを記憶する記憶部を備え、
   前記制御部は、前記吸気ファン制御を前記吸気ファン制御テーブルに基づいて行い、前記排気ファン制御を前記排気ファン制御テーブルに従って行う、請求項２記載の発電システム。
4. 前記吸気口を通過する空気の流量を増減させる吸気調整部、および、前記排気口を通過する空気の流量を増減させる排気調整部を備え、
   前記制御部は、前記第１の運転制御において、前記吸気調整部により前記吸気口を通過する空気の流量を増加させる吸気調整、および、前記排気調整部により前記排気口を通過する空気の流量を減少させる排気調整の少なくともいずれかを実行する、請求項１記載の発電システム。
5. 前記制御部は、前記温度検知部が検知した温度が、前記第２温度より高い第３温度以上である場合、前記吸気口から前記筐体に流入する風量よりも前記排気口から前記筐体の外に流出する風量を多くする第２の運転制御を実行する、請求項１から４のいずれか一項に記載の発電システム。
6. 前記吸気口から吸引した空気を、前記排気口よりも高い位置で前記筐体の内部空間に導入する導入部を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の発電システム。
7. 前記発電装置は、改質器と、前記改質器から改質ガスを供給されて発電する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックで発電した電力を変換する電力変換回路と、を備え、
   前記燃料電池スタックは、前記筐体の内部において前記吸気口よりも高い位置に設置される、請求項１から６のいずれか１項に記載の発電システム。
8. 前記吸気口から流入した空気は、前記電力変換回路および前記燃料電池スタックの設置位置を経由して前記排気口に達し、前記排気口から排気される、請求項７記載の発電システム。
9. 電力および熱を生成する発電装置と、
   前記発電装置を収納する筐体と、
   前記筐体の内部と外部とを連通する吸気口に設けられ、前記筐体の外部から前記筐体の内部に向かう方向に送風する吸気ファンと、
   前記筐体の内部と外部とを連通する排気口に設けられ、前記筐体の内部から前記筐体の外部に向かう方向に送風する排気ファンと、
   前記筐体の内部の温度を検知する温度検知部と、を備え、
   前記温度検知部が検知した温度が第２温度より低い第１温度以下または前記第２温度以上である場合、前記吸気口から前記筐体に流入する風量を、前記排気口から前記筐体の外に流出する風量よりも多くする第１の運転制御を実行する、発電システムの制御方法。
10. 請求項１から８のいずれか１項に記載の発電システムと、
    前記発電システムが有する前記発電装置と、前記筐体の外部から供給される水との間で熱交換を生じさせる熱交換器と、
    前記熱交換器によって温度上昇した水を貯める貯湯タンクと、を備える、コージェネレーションシステム。