WO2013145761A1

WO2013145761A1 - 発電システム及びその運転方法

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Publication number: WO2013145761A1
Application number: PCT/JP2013/002142
Authority: WO
Inventors: 楠村　浩一; 宮内　伸二; 英智田窪; 仁大石
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-10-03
Also published as: JP2015111013A

Abstract

　発電システム（１００）は、発電ユニット（１）と、発電ユニット（１）からの排熱を蓄える貯湯タンク（２）を含む排熱回収ユニットと、給水圧を有する給水源より貯湯タンク２に水を供給する給水路（１１）と、寿命停止時に、排熱回収ユニットの水温が低下すると、排熱回収ユニットの凍結予防運転を実行する制御器（２０）とを備える。

Description

発電システム及びその運転方法

　本発明は、発電システム及びその運転方法に関する。

　従来、寿命を迎えると、発電運転中であれば、運転を継続し、運転停止後は起動しない燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－２４４７４９号公報

　上記燃料電池システムを含む発電システムが寿命を迎え停止したとき、その後、発電システムを使用することはないので、その全機能が停止されるのが一般的である。しかしながら、寿命停止時に全機能を停止することで発生する問題については、従来検討されていない。

　本発明は、上記従来の課題を解決するもので、寿命停止時に発生する問題が、従来よりも低減される発電システム及びその運転方法を提供することを目的とする。

　本発明の発電システムの一態様は、発電ユニットと、発電ユニットからの排熱を蓄える貯湯タンクを含む排熱回収ユニットと、給水圧を有する給水源より貯湯タンクに水を供給する給水路と、給水路に設けられ、給水源と貯湯タンクとの連絡を手動操作により遮断する遮断器と、寿命停止時に、排熱回収ユニットの水温が低下すると、排熱回収ユニットの凍結予防運転を実行する制御器とを備える。

　本発明の発電システムの運転方法の一態様は、発電ユニットで発電するステップと、発電ユニットからの排熱を貯湯タンクに蓄えるステップと、給水圧を有する給水源と貯湯タンクとの連絡が給水路に設けられた遮断器を手動操作して遮断されるステップと、寿命停止時に、貯湯タンクを含む排熱回収ユニットの水温が低下すると、排熱回収ユニットの凍結予防運転を実行するステップとを備える。

　本発明の一態様によれば、寿命停止時に発生する問題が、従来よりも低減される。

図１は、実施の形態１の発電システムの概略構成の一例を示す図である。図２は、実施の形態１の発電システムの動作の一例を示すフロー図である。図３は、実施の形態２の発電システムの概略構成の一例を示す図である。図４は、実施の形態２の発電システムの動作の一例を示すフロー図である。図５は、実施例１の発電システムの概略構成の一例を示す図である。図６は、実施例１の発電システムの動作の一例を示すフロー図である。図７は、実施例２の発電システムの概略構成の一例を示す図である。図８は、実施例２の発電システムの動作の一例を示すフロー図である。図９は、実施例３の発電システムの概略構成の一例を示す図である。図１０は、実施例３の発電システムの動作の一例を示すフロー図である。図１１は、実施例４の発電システムの動作の一例を示すフロー図である。図１２は、実施例５の発電システムの概略構成の一例を示す図である。図１３は、実施例５の発電システムの動作の一例を示すフロー図である。

　燃料電池システムを含む発電システムが寿命を迎え停止したとき、その後、発電システムを使用することはないので、その全機能が停止されるのが一般的である。しかしながら、寿命停止時に全機能を停止することで発生する問題については、従来検討されていない。

　以下の各実施形態の発電システムは、上記従来の課題を解決するもので、寿命停止時に発生する問題が、従来よりも低減される発電システム及びその運転方法を提供する。

　（実施の形態１）
　実施の形態１の発電システムは、発電ユニットと、発電ユニットからの排熱を蓄える貯湯タンクを含む排熱回収ユニットと、給水圧を有する給水源より貯湯タンクに水を供給する給水路と、寿命停止時に、排熱回収ユニットの水温が低下すると、排熱回収ユニットの凍結予防運転を実行する制御器とを備える。

　実施の形態１の発電システムの運転方法は、発電ユニットで発電するステップと、発電ユニットからの排熱を貯湯タンクに蓄えるステップと、寿命停止時に、貯湯タンクを含む排熱回収ユニットの水温が低下すると、排熱回収ユニットの凍結予防運転を実行するステップとを備える。

　例えば、給水路に設けられ、給水源と貯湯タンクとの連絡を自動および手動の少なくともいずれか一方で遮断する遮断器がある場合を考える。このとき、寿命停止時に、自動で遮断する遮断器が故障により動作しなかったり、使用者が遮断器を手動操作して給水源と貯湯タンクとの連絡を遮断するのを忘れたりすることが起こりうる。そうすると、排熱回収ユニットの温度が低下して、例えば配管等に亀裂等が生じたときにも、排熱回収ユニットに給水源からの給水圧が継続的にかかる。その結果、亀裂から水が漏れ続けることになる。排熱回収ユニットが凍結により破損した場合に際限のない水漏れが生じうるという問題は、給水源と貯湯タンクとの連絡を遮断する遮断器が設けられていない場合にも生じうる。

　ここで、上記構成により、寿命停止時に排熱回収ユニットで凍結が発生し、水が漏れ続けるという問題が発生する可能性が低減する。

　なお、寿命停止とは、発電システムが耐用年数を迎えたため、発電システムの停止後、発電システムの継続的な使用ができない発電システムの停止を意味する。
［構成］
　図１は、実施の形態１における発電システム１００の概略構成の一例を示す図である。

　図１に示すように、本実施の形態の発電システム１００は、発電ユニット１と、貯湯タンク２と、第１ポンプ３と、第１循環路５と、熱交換器６と、流体流路７と、給水路１１と、制御器２０とを備える。

　発電ユニット１は、原燃料を用いて発電する発電機を備えるユニットであり、具体的には、燃料電池ユニット、ガスエンジン発電ユニット等が例示される。

　貯湯タンク２は、発電ユニット１からの排熱を蓄える。貯湯タンク２に貯えられた湯は、風呂、シャワー等の給湯負荷に供給される。

　第１ポンプ３は、第１循環路５に設けられている。

　第１循環路５は、貯湯タンク２内から取り出された後、貯湯タンク２に戻る水が流れる。

　熱交換器６は、流体流路７を流れる流体と第１循環路５を流れる水との間で熱交換する。

　流体流路７は、発電ユニット１における排熱を有する流体が流れる流路である。ここで、上記流体としては、例えば、発電ユニット１の発電に利用されなかった排ガス、燃焼排ガス、発電ユニット１を冷却した冷媒等が挙げられる。発電ユニット１が、燃料電池ユニットであるとき、上記流体としては、燃料電池から排出される燃料ガス、酸化剤ガス、燃料ガスを燃焼処理して得られる燃焼排ガス、及び燃料電池を冷却した冷媒が例示される。発電ユニット１が、ガスエンジン発電ユニットであるとき、上記流体としては、ガスエンジンから排出される燃焼排ガス及びガスエンジンを冷却した冷媒が例示される。

　給水路１１は、給水圧を有する給水源より貯湯タンクに水を供給する。

　制御器２０は、寿命停止時に、排熱回収ユニットの水温が低下すると、排熱回収ユニットの凍結予防運転を実行する。制御器２０は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。

　上記例において、排熱回収ユニットは、貯湯タンク２、第１ポンプ３、第１循環路５及び熱交換器６で構成される。排熱回収ユニットは、本例に限定されるものではなく、貯湯タンク２を備え、発電ユニット１における排熱を回収するよう構成されていれば、いずれの形態であっても構わない。
［動作］
　次に、本実施の形態の発電システム１００の動作の一例について説明する。

　図２は、本実施の形態の発電システム１００の動作の一例を示すフロー図である。

　図２に示すように、発電システムの寿命停止時に、外気温が低下すると排熱回収ユニット内の水の温度が低下する（ステップＳ１０１）。排熱回収ユニット内の水の温度の低下により、排熱回収ユニット内の水の凍結の恐れが生じると、凍結予防運転が開始される（ステップＳ１０２）。

　ここで、凍結予防運転として、第１ポンプ３が動作し、貯湯タンク２内の湯が第１循環路５内を介して循環し、排熱回収ユニット内の水の凍結が抑制される。

　なお、排熱回収ユニット内の水の温度は、排熱回収ユニット内の水温を直接または間接的に検知する検知器を用いて検知される。排熱回収ユニット内の水温を間接的に検知する検知器は、排熱回収ユニット内の水温と相関する物理量を検知する検知器で、例えば、排熱回収ユニット外の水経路の水温、外気温等を検知する検知器が挙げられる。

　検知器は、電気式検知器及び機械式検知器のいずれであってもよい。電気式検知器としては、サーミスタ、熱電対等が例示される。機械式検知器としては、バイメタル、形状記憶合金等が例示される。

　検知器が、電気式検知器であるとき、制御器２０が検出器の検出値が排熱回収ユニット内の水の凍結の恐れがある値であると判定すると、制御器２０は、凍結予防運転を実行する。具体的には、検出器で検知された水温が、所定の閾値以下であるとき、制御器２０は、第１ポンプ３を作動させる。ここで、上記所定の閾値は、排熱回収ユニット内の水が凍結の恐れがある値として設定され、具体的には、氷点よりも高い温度（例えば、５℃）が設定される。

　検知器が、機械式検知器であるとき、排熱回収ユニット内の水温が、凍結の恐れがある温度になると、機械式スイッチがＯＮされ、凍結予防運転が実行される。具体的には、排熱回収ユニット内の水温が、凍結の恐れがある温度になると、機械式スイッチがＯＮされ、第１ポンプ３が作動する。この時、制御器２０は、発電システム１００内の電源回路（図示せず）より第１ポンプに電力が供給されるようこれを制御している。

　なお、上記動作例においては、凍結予防運転として、第１ポンプ３を動作させているが、凍結予防運転は、これに限定されるものではない。例えば、排熱回収ユニットを加熱する加熱器（図示せず）を設け、凍結予防運転において、第１ポンプ３だけでなく加熱器を作動させてもよい。加熱器は、例えば、電気ヒータ、燃焼器等が用いられる。

　（実施の形態２）
　実施の形態２の発電システムは、発電ユニットと、発電ユニットからの排熱を蓄える貯湯タンクを含む排熱回収ユニットと、給水圧を有する給水源より貯湯タンクに水を供給する給水路と、給水路に設けられ、前記給水源と貯湯タンクとの連絡を手動操作により遮断する遮断器と、寿命停止時に、排熱回収ユニットの水温が低下すると、排熱回収ユニットの凍結予防運転を実行する制御器とを備える。

　実施の形態２の発電システムの運転方法は、発電ユニットで発電するステップと、発電ユニットからの排熱を貯湯タンクに蓄えるステップと、給水圧を有する給水源と貯湯タンクとの連絡が給水路に設けられた遮断器を手動操作して遮断されるステップと、寿命停止時に、貯湯タンクを含む排熱回収ユニットの水温が低下すると、排熱回収ユニットの凍結予防運転を実行するステップとを備える。

　寿命停止時に使用者が遮断器を手動操作して給水源と貯湯タンクとの連絡を遮断しないと、排熱回収ユニットの温度が低下し、配管に亀裂等が生じたときに排熱回収ユニットに給水源からの給水圧が継続的にかかるため、亀裂から水が漏れ続けることになる。

　ここで、上記構成により、寿命停止時に排熱回収ユニットで凍結が発生し、水が漏れ続けるという問題が発生する可能性が低減する。
［構成］
　図３は、実施の形態２における発電システム１００の概略構成の一例を示す図である。

　図３に示すように、本実施の形態の発電システム１００は、発電ユニット１と、貯湯タンク２と、第１ポンプ３と、第１循環路５と、熱交換器６と、流体流路７と、遮断器８と、給水路１１と、制御器２０とを備える。

　第１ポンプ３は、第１循環路５に設けられている。

　遮断器８は、給水路１１に設けられ、給水源と貯湯タンク２との連絡を手動操作により遮断する。遮断器８としては、例えば、開閉弁が用いられるが、給水源と貯湯タンク２との連絡を遮断可能であれば、いずれの構成であってもよい。

　図４は、本実施の形態の発電システム１００の動作の一例を示すフロー図である。

　図４に示すように、発電システムの寿命停止時に、外気温が低下すると排熱回収ユニット内の水の温度が低下する（ステップＳ１０１）。排熱回収ユニット内の水の温度の低下により、排熱回収ユニット内の水の凍結の恐れが生じると、凍結予防運転が開始される（ステップＳ１０２）。

　なお、上記動作例においては、凍結予防運転として、第１ポンプ３を動作させているが、凍結予防運転は、これに限定されるものではない。例えば、排熱回収ユニットを加熱する加熱器（図示せず）を設け、凍結予防運転において、第１ポンプ３だけでなく加熱器を作動させてもよい。加熱器は、例えば、電気ヒータ、燃焼器等が用いられる。
（実施の形態３）
　実施の形態３の発電システムは、実施の形態２の発電システムにおいて、制御器は、寿命停止時に、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる発電システムの保護動作を実行しない。

　実施の形態３の発電システムの運転方法は、実施の形態２の発電システムの運転方法において、寿命停止時に、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる発電システムの保護動作を実行しない。

　かかる構成により、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作を実行する場合に比べ、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作に消費される電力が低減される。

　ここで、凍結予防運転と異なる発電システムの保護動作を実行しないとは、凍結予防運転と異なる発電システムの保護動作のうち少なくとも一つの保護動作を実行しないことを意味する。

　本実施の形態の発電システムは、上記特徴以外は、実施の形態２の発電システムと同様に構成してもよい。
［実施例１］
　実施例１の発電システムは、上記実施の形態３の発電システムにおいて、給水圧を有する給水源と接続されていない独立水経路を備え、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、独立水経路の凍結予防運転である。

　実施例１の発電システムの運転方法は、上記実施の形態３の発電システムの運転方法において、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、給水圧を有する給水源と接続されていない独立水経路の凍結予防運転である。　排熱回収ユニットは、給水圧を有する給水源と接続された貯湯タンクを備えるが、独立水経路は、給水圧を有する給水源と接続されていない。従って、仮に、凍結により独立水経路内の配管に亀裂が生じても、水漏れ量は、独立水経路内の水量に限定され、水漏れ量が制限なく拡大する恐れがない。

　すなわち、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、給水圧を有する給水源と接続されていない独立水経路の凍結予防運転を含む。

　なお、独立水経路は、例えば、配管であってもよいし、タンクであってもよいし、それらの組合せであってもよい。独立水経路は、例えば、燃料電池システムにおける排ガスから凝縮した水を貯える凝縮水タンクが例示される。上記排ガスとしては、燃料電池から排出された燃料ガス、酸化剤ガス、及び燃焼器から排出される燃焼排ガスの少なくともいずれか一つが例示される。

　ここで、上記構成により、凍結に伴う水漏れを制限しながら、独立水経路の凍結予防運転も実行する場合に比べ、凍結予防運転に消費されるエネルギーを低減し得る。
［構成］
　図５は、実施例１における発電システム１００の概略構成の一例を示す図である。

　発電システム１００は、独立水経路１４を備える。

　その他、図１と同様の符号を付した構成は、実施の形態２と同様であるので、その説明を省略する。

　独立水経路１４は、給水圧を有する給水源と接続されていない。独立水経路１４としては、凝縮水タンク等が例示される。
［動作］
　次に、本実施例の発電システム１００の動作の一例について説明する。

　図６は、本実施例の発電システム１００の動作の一例を示すフロー図である。

　図６に示すように、発電システム１００の寿命停止時に、外気温が低下すると独立水経路及び排熱回収ユニット内の水の温度が低下する（ステップＳ１０１）。

　独立水経路内の水の温度の低下により、独立水経路内の水の凍結の恐れが生じても、独立水経路の凍結予防運転は実行されない。一方、排熱回収ユニット内の水の温度の低下により、排熱回収ユニット内の水の凍結の恐れが生じると、排熱回収ユニットの凍結予防運転が開始される。（ステップＳ１０３）。

　ここで、排熱回収ユニットの凍結予防運転として、第１ポンプ３が動作し、貯湯タンク２内の湯が第１循環路５内を介して循環し、排熱回収ユニット内の水の凍結が抑制される。なお、実施の形態２と同様に、排熱回収ユニットに加熱器（図示せず）を設け、凍結予防運転において、第１ポンプ３だけでなく加熱器を作動させてもよい。

　また、排熱回収ユニット内の水の温度を検知する検知器及びこの検知器を用いた凍結予防運転の実行方法については、実施の形態２と同様であるので、その説明を省略する。

　なお、発電システム１００の寿命停止時においては、独立水経路の凍結予防運転は実行されないが、寿命停止前の発電停止時においては、独立水経路の凍結予防運転が実行される。
［実施例２］
　実施例２の発電システムは、上記実施の形態３の発電システムにおいて、発電ユニットの排熱を回収する１次排熱回収ユニットを備え、排熱回収ユニットは、１次排熱回収ユニットより熱を回収する２次排熱回収ユニットであり、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、１次排熱回収ユニットの凍結予防運転である。

　実施例２の発電システムの運転方法は、上記実施の形態３の発電システムの運転方法において、発電ユニットの排熱を１次排熱回収ユニットで回収するステップを備え、排熱回収ユニットは、１次排熱回収ユニットより熱を回収する２次排熱回収ユニットであり、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、１次排熱回収ユニットの凍結予防運転である。

　２次排熱回収ユニットは、給水圧を有する給水源と接続された貯湯タンクを備えるが、１次排熱回収ユニットは、給水圧を有する給水源と接続されていない。つまり、１次排熱回収ユニットは、実施例１の独立水経路の一例である。従って、仮に、凍結により１次排熱回収ユニット内の配管に亀裂が生じても、水漏れ量は、１次排熱回収ユニット内の水量に限定され、水漏れ量が制限なく拡大する恐れがない。

　すなわち、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、給水圧を有する給水源と接続されていない１次排熱回収ユニットの凍結予防運転を含む。

　ここで、上記構成により、凍結に伴う水漏れを制限しながら、１次排熱回収ユニットの凍結予防運転も実行する場合に比べ、凍結予防運転に消費されるエネルギーを低減し得る。
［構成］
　図７は、実施例２における発電システム１００の概略構成の一例を示す図である。

　発電システム１００は、第２循環路１２と、第２ポンプ１３とを備える。

　第２循環路１２は、発電ユニット１の排熱を回収した冷媒が循環する。上記冷媒としては、冷却水、不凍液等が例示される。

　第２ポンプ１３は、第２循環路１２に設けられ、冷媒を循環させる。

　上記例において、１次排熱回収ユニットは、第２循環路１２及び第２ポンプ１３で構成される。１次排熱回収ユニットは、本例に限定されるものではなく、発電ユニット１の排熱を回収可能であれば、いずれの形態であっても構わない。

　上記例において、２次排熱回収ユニットは、貯湯タンク２、第１ポンプ３、第１循環路５及び熱交換器６で構成される。２次排熱回収ユニットは、本例に限定されるものではなく、貯湯タンク２を備え、１次排熱回収ユニットより熱を回収するよう構成されていれば、いずれの形態であっても構わない。
［動作］
　次に、本実施例の発電システム１００の動作の一例について説明する。

　図８は、本実施例の発電システム１００の動作の一例を示すフロー図である。

　図８に示すように、発電システム１００の寿命停止時に、外気温が低下すると１次排熱回収ユニット及び２次排熱回収ユニット内の水の温度が低下する（ステップＳ１０１）。

　１次排熱回収ユニット内の水の温度の低下により、１次排熱回収ユニット内の水の凍結の恐れが生じても、１次排熱回収ユニットの凍結予防運転は実行されない。一方、２次排熱回収ユニット内の水の温度の低下により、２次排熱回収ユニット内の水の凍結の恐れが生じると、２次排熱回収ユニットの凍結予防運転が開始される。（ステップＳ１０３）。

　ここで、２次排熱回収ユニットの凍結予防運転として、第１ポンプ３が動作し、貯湯タンク２内の湯が第１循環路５内を介して循環し、排熱回収ユニット内の水の凍結が抑制される。なお、実施の形態２と同様に、２次排熱回収ユニットに加熱器（図示せず）を設け、凍結予防運転において、第１ポンプ３だけでなく加熱器を作動させてもよい。

　また、各排熱回収ユニット内の水の温度を検知する検知器及びこの検知器を用いた凍結予防運転の実行方法については、実施の形態２と同様であるので、その説明を省略する。

　なお、発電システム１００の寿命停止時においては、１次排熱回収ユニットの凍結予防運転は実行されないが、寿命停止前の発電停止時においては、１次排熱回収ユニットの凍結予防運転が実行される。
［実施例３］
　実施例３の発電システムは、上記実施の形態３の発電システムにおいて、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、貯湯タンク内の水を加熱殺菌する処理である。

　実施例３の発電システムの運転方法は、上記実施の形態３の発電システムの運転方法において、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、貯湯タンク内の水を加熱殺菌する処理である。

　かかる構成により、加熱殺菌処理を行う場合に比べ、寿命停止時に、消費エネルギーを低減しつつ、排熱回収ユニットより、水が漏れ続けるという問題が発生する可能性が低減される。
［構成］
　図９は、実施例３における発電システム１００の概略構成の一例を示す図である。

　発電システム１００は、加熱器１０を備える。

　加熱器１０は、貯湯タンク２内の水を加熱する。加熱器１０は、貯湯タンク２内の水を加熱できれば、いずれの箇所に設けられていてもよい。本例では、第１循環路５に設けられているが、貯湯タンク２内に設けられていてもよく、第１循環路５上に設けられた熱交換器に加熱流体を供給する流体流路上に設けられていてもよい。

　また、加熱器１０は、貯湯タンク２内の水を加熱可能であれば、その構成も任意である。加熱器１０は、電気ヒータ、燃焼器等が例示される。
［動作］
　次に、本実施例の発電システム１００の動作の一例について説明する。

　図４及び図１０は、本実施例の発電システム１００の動作の一例を示すフロー図である。

　図４に示すように、発電システム１００の寿命停止時に、外気温が低下すると排熱回収ユニット内の水の温度が低下する（ステップＳ１０１）。排熱回収ユニット内の水の温度の低下により、排熱回収ユニット内の水の凍結の恐れが生じると、凍結予防運転が開始される。（ステップＳ１０２）。

　なお、実施の形態２と同様に、排熱回収ユニットに加熱器（図示せず）を設け、凍結予防運転において、第１ポンプ３だけでなく加熱器を作動させてもよい。

　一方、図１０に示すように、発電システム１００の寿命停止時に、貯湯タンク２の湯の不使用が長期に継続すると（ステップＳ２０１）、貯湯タンク２内の水の腐敗の恐れがあっても、貯湯タンク２内の水の加熱殺菌処理を実行しない（ステップＳ２０２）。

　一方、発電システム１００が寿命停止前である時、貯湯タンク２の湯の不使用が長期に継続した時、貯湯タンク２の水の加熱殺菌処理は実行される。具体的には、加熱器１０及び第１ポンプ３を動作させる。

　貯湯タンク２の湯の不使用とは、貯湯タンク２内の湯の使用量が少なく、実質的に不使用である場合も含む。また、長期とは、貯湯タンク２の水の加熱殺菌が必要となる期間であり、その期間は、貯湯タンク２の容量及び貯湯タンク２内の水の水質等により適宜設定される。
［実施例４］
　実施例４の発電システムは、上記実施の形態３の発電システムにおいて、貯湯タンク内から取り出された後、貯湯タンクに戻る水が流れる循環路と、循環路に設けられたポンプとを備え、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、ポンプの停止期間が長くなるとポンプを動作させる処理である。

　実施例４の発電システムの運転方法は、上記実施の形態３の発電システムの運転方法において、排熱回収ユニットは、貯湯タンク内から取り出された後、貯湯タンクに戻る水が流れる循環路と、循環路に設けられたポンプとを備え、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、ポンプの停止期間が長くなるとポンプを動作させる処理である。

　かかる構成により、ポンプを動作させる処理を実行する場合に比べ、寿命停止時に、消費エネルギーを低減しつつ、排熱回収ユニットより、水が漏れ続けるという問題が発生する可能性が低減される。
［構成］
　図３は、本実施例の発電システム１００の概略構成の一例を示す図である。

　本実施例の発電システム１００の具体的構成は、実施の形態２と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
［動作］
　次に、本実施例の発電システム１００の動作の一例について説明する。

　図４及び図１１は、本実施例の発電システム１００の動作の一例を示すフロー図である。

　図１１に示すように、第１ポンプ３の動作停止が長期に継続すると（ステップＳ３０１）、第１循環路５内の水の腐敗の可能性があっても、第１ポンプ３を動作させる処理を実行しない（ステップＳ３０２）。

　一方、発電システム１００が寿命停止前であるときに、第１ポンプ３の動作停止が長期に継続すると、第１ポンプ３を動作させる処理は実行される。

　第１ポンプ３が長期に停止しても、貯湯タンク２は、給湯利用の度に市水が供給され、第１循環路５内の水に比べ新鮮である。そこで、第１ポンプ３を動作させ、貯湯タンク２内の水で第１循環路５内の水を置換することで、第１循環路５内の水の腐敗が抑制される。

　第１ポンプ３の動作停止は、例えば、発電システム１００の発電停止が、これに相当するとして判断してもよい。また、長期とは、第１循環路５の水が腐敗して第１循環路５に閉塞が生じる前に貯湯タンク２内の水で置換する必要が生じる期間であり、その期間は、第１循環路５の容量及び第１循環路５内の水の水質等により適宜設定される。
［実施例５］
　実施例５の発電システムは、上記実施の形態３の発電システムにおいて、発電ユニットは、原料から水素含有ガスを生成する改質器、及び水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池ユニットであり、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、燃料電池ユニット内のガス流路の内圧低下に伴い原料を補給する動作である。

　実施例５の発電システムの運転方法は、上記実施の形態３の発電システムの運転方法において、発電ユニットは、原料から水素含有ガスを生成する改質器、及び水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池ユニットであり、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、燃料電池ユニット内のガス流路の内圧低下に伴い原料を補給する動作である。

　かかる構成により、燃料電池ユニット内のガス流路の内圧低下に伴い原料を補給する動作を実行する場合に比べ、寿命停止時に、消費エネルギーを低減しつつ、排熱回収ユニットより、水が漏れ続けるという問題が発生する可能性が低減される。
［構成］
　図１２は、本実施例の発電システム１００の概略構成の一例を示す図である。

　図１２に示すように、本実施例の発電システム１００は、改質器１５と、燃料電池１６とを備える。

　改質器１５は、原料から水素含有ガスを生成する。具体的には、改質器１５において、原料が改質反応して、水素含有ガスが生成される。改質反応は、いずれの形態であってもよく、例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応等が挙げられる。図１２には示されていないが、各改質反応において必要となる機器は適宜設けられる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、改質器を加熱する燃焼器、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器が設けられる。改質反応がオートサーマル反応であれば、さらに、改質器に空気を供給する空気供給器（図示せず）が設けられる。なお、原料は、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含むガスである。

　なお、改質器１５の下流に改質器１５で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するためのＣＯ低減器を設けてもよい。ＣＯ低減器は、シフト反応により一酸化炭素を低減させる変成器と、酸化反応及びメタン化反応の少なくともいずれか一方により一酸化炭素を低減させるＣＯ除去器との少なくともいずれか一方を備える。

　燃料電池１６は、水素含有ガスを用いて発電する。燃料電池としては、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等が例示される。なお、燃料電池が、固体酸化物形燃料電池の場合は、改質器と燃料電池とが１つの容器（ホットモジュール）内に内蔵されるよう構成される。

　なお、本実施例の発電システム１００において、発電ユニット１は、燃料電池ユニットである。
［動作］
　次に、本実施例の発電システム１００の動作の一例について説明する。

　図４及び図１３は、本実施例の発電システム１００の動作の一例を示すフロー図である。

　図１３に示すように、発電システム１００の寿命停止時には、改質器１５での水素含有ガスの生成が停止され、改質器１５の温度が低下する（ステップＳ５０１）。

　改質器１５での水素含有ガスの生成停止時に、改質器１５の下流のガス流路は、遮断器（図示せず）で遮断され、改質器１５を含む空間は、封止されている。従って、改質器１５の温度低下に伴い改質器１５の内圧が低下する。

　改質器１５の内圧が低下しても原料を補給する動作を実行しない（ステップＳ５０２）。

　一方、発電システム１００が寿命停止前の発電停止時においては、改質器１５の内圧が低下すると原料供給器（図示せず）より改質器１５の原料を補給する。これにより、改質器１５が過度に負圧になり改質器１５が変形することが抑制される。ここで、上記原料供給器は、少なくとも原料供給路（図示せず）を開閉する開閉器を備える。原料供給路は、供給圧を有する原料源に接続されているので、この開閉器により原料供給路を開放することで、改質器１５に原料が補給される。

　改質器１５の内圧は、改質器１５内部の圧力を直接または間接的に検知する検知器により検知される。改質器１５内部の圧力を間接的に検知する検知器は、改質器１５の温度を検知する温度検知器、改質器１５での水素含有ガスの生成を停止してからの時間を計測する計時器等が例示される。

　上記検知器の検出値に対して設定された所定の閾値以下になると、改質器１５に原料が補給されるが、上記所定の閾値は、改質器１５の耐圧性能等を考慮して適宜設定される。
［実施例６］
　実施例６の発電システムは、実施の形態３の発電システムにおいて、発電ユニットは、原料から水素含有ガスを生成する改質器、及び水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池ユニットであり、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、燃料電池ユニット内のガス流路のガス収縮に伴い原料を補給する動作である。

　実施例６の発電システムの運転方法は、実施の形態３の発電システムの運転方法において、発電ユニットは、原料から水素含有ガスを生成する改質器、及び水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池ユニットであり、排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、燃料電池ユニット内のガス流路のガス収縮に伴い原料を補給する動作である。

　かかる構成により、燃料電池ユニット内のガス流路のガス収縮に伴い原料を補給する動作を実行する場合に比べ、寿命停止時に、消費エネルギーを低減しつつ、排熱回収ユニットより、水が漏れ続けるという問題が発生する可能性が低減される。
［構成］
　図１２は、本実施例の発電システム１００の概略構成の一例を示す図である。

　本実施例の発電システム１００の具体的構成は、実施例５と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
［動作］
　次に、本実施例の発電システム１００の動作の一例について説明する。

　実施例５と異なり、本実施例の発電システム１００は、改質器１５での水素含有ガスの生成停止時に、改質器１５の下流のガス流路は、大気へ開放されている。従って、改質器１５の温度低下に伴い改質器１５内のガスが収縮するとともに、改質器１５の下流のガス流路より外気が流入する。

　改質器１５内のガスが収縮しても原料を補給する動作を実行しない（ステップＳ５０２）。

　一方、発電システム１００が寿命停止前の発電停止時においては、改質器１５内のガスが収縮すると原料供給器（図示せず）より改質器１５の原料を補給する。これにより、改質器１５の下流のガス流路より流入した外気により改質触媒、燃料電池の電極触媒等が劣化することが抑制される。改質器１５の下流にＣＯ低減器を備える場合は、ＣＯ低減器内の触媒が外気により劣化することも抑制される。

　上記原料供給器の具体的構成及びこれを用いた改質器１５への原料の補給動作については、実施例５と同様であるので、その説明を省略する。

　改質器１５のガス収縮は、これを間接的に検知する検知器により検知される。具体的には、改質器１５の温度を検知する温度検知器、改質器１５での水素含有ガスの生成を停止してからの時間を計測する計時器等が例示される。

　上記検知器の検出値に対して設定された所定の閾値以下になると、改質器１５に原料が補給されるが、上記所定の閾値は、外気が改質触媒、燃料電池の電極触媒に流入する前に原料が補給されるよう適宜設定される。

　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

　本発明の一態様によれば、寿命停止時に発生する問題が、従来よりも低減され、ガスエンジン発電システム、燃料電池システム等の発電システム及びその運転方法として有用である。

　１　発電ユニット
　２　貯湯タンク
　３　第１ポンプ
　５　第１循環路
　６　熱交換器
　７　流体流路
　８　遮断器
　１０　加熱器
　１１　給水路
　１２　第２循環路
　１３　第２ポンプ
　１４　独立水経路
　１５　改質器
　１６　燃料電池
　２０　制御器
　１００　発電システム

Claims

　発電ユニットと、前記発電ユニットからの排熱を蓄える貯湯タンクを含む排熱回収ユニットと、給水圧を有する給水源より前記貯湯タンクに水を供給する給水路と、寿命停止時に、排熱回収ユニットの水温が低下すると、前記排熱回収ユニットの凍結予防運転を実行する制御器とを備える発電システム。
　さらに、給水路に設けられ、前記給水源と貯湯タンクとの連絡を手動操作により遮断する遮断器を備える、請求項１記載の発電システム。
　前記制御器は、寿命停止時に、前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる前記発電システムの保護動作を実行しない、請求項１または２記載の発電システム。
　給水圧を有する給水源と接続されていない独立水経路を備え、前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、前記独立水経路の凍結予防運転である、請求項３記載の発電システム。
　前記発電ユニットの排熱を回収する１次排熱回収ユニットを備え、前記排熱回収ユニットは、前記１次排熱回収ユニットより熱を回収する２次排熱回収ユニットであり、前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、前記１次排熱回収ユニットの凍結予防運転である、請求項３記載の発電システム。
　前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、前記貯湯タンク内の水を加熱殺菌する処理である、請求項３記載の発電システム。
　前記排熱回収ユニットは、前記貯湯タンク内から取り出された後、前記貯湯タンクに戻る水が流れる循環路と、前記循環路に設けられたポンプとを備え、前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、前記ポンプの停止期間が長くなると前記ポンプを動作させる処理である、請求項３記載の発電システム。
　前記発電ユニットは、原料から水素含有ガスを生成する改質器、及び前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池ユニットであり、前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、前記燃料電池ユニット内のガス流路の内圧低下に伴い原料を補給する動作である、請求項３記載の発電システム。
　前記発電ユニットは、原料から水素含有ガスを生成する改質器、及び前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池ユニットであり、前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、前記燃料電池ユニット内のガス流路のガス収縮に伴い原料を補給する動作である、請求項３記載の発電システム。
　発電ユニットで発電するステップと、前記発電ユニットからの排熱を貯湯タンクに蓄えるステップと、寿命停止時に、前記貯湯タンクを含む排熱回収ユニットの水温が低下すると、前記排熱回収ユニットの凍結予防運転を実行するステップとを備える発電システムの運転方法。
　さらに、給水圧を有する給水源と貯湯タンクとの連絡が給水路に設けられた遮断器を手動操作して遮断されるステップを備える、請求項１０記載の発電システムの運転方法。
　寿命停止時に、前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる前記発電システムの保護動作を実行しない、請求項１０または１１記載の発電システムの運転方法。
　前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、給水圧を有する給水源と接続されていない独立水経路の凍結予防運転である、請求項１２記載の燃料電池システムの運転方法。
　前記発電ユニットの排熱を前記１次排熱回収ユニットで回収するステップを備え、前記排熱回収ユニットは、前記１次排熱回収ユニットより熱を回収する２次排熱回収ユニットであり、前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、前記１次排熱回収ユニットの凍結予防運転である、請求項１２記載の発電システムの運転方法。
　前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、前記貯湯タンク内の水を加熱殺菌する処理である、請求項１２記載の発電システムの運転方法。
　前記排熱回収ユニットは、前記貯湯タンク内から取り出された後、前記貯湯タンクに戻る水が流れる循環路と、前記循環路に設けられたポンプとを備え、前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、前記ポンプの停止期間が長くなると前記ポンプを動作させる処理である、請求項１２記載の発電システムの運転方法。
　前記発電ユニットは、原料から水素含有ガスを生成する改質器、及び前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池ユニットであり、前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、前記燃料電池ユニット内のガス流路の内圧低下に伴い原料を補給する動作である、請求項１２記載の発電システムの運転方法。
　前記発電ユニットは、原料から水素含有ガスを生成する改質器、及び前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池ユニットであり、前記排熱回収ユニットの凍結予防運転と異なる保護動作は、前記燃料電池ユニット内のガス流路のガス収縮に伴い原料を補給する動作である、請求項１２記載の発電システムの運転方法。