特開 2019-168179 冷温水機複合型燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-168179(P2019-168179A)

(43)【公開日】2019年10月3日

(54)【発明の名称】冷温水機複合型燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   F25B 17/08 20060101AFI20190906BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20190906BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20190906BHJP

   H01M 8/04007 20160101ALI20190906BHJP

   F25B 27/02 20060101ALI20190906BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20190906BHJP

【ＦＩ】

   F25B17/08 E

   H01M8/00 Z

   H01M8/04 Z

   H01M8/04007

   F25B27/02 J

   H01M8/12 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-56948(P2018-56948)

(22)【出願日】2018年3月23日

(71)【出願人】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】大下 悟

(72)【発明者】

【氏名】大内 崇史

【テーマコード（参考）】

3L093

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

3L093AA01

3L093NN04

3L093PP02

3L093PP04

3L093PP15

3L093QQ03

5H126BB06

5H127AA07

5H127AB22

5H127AC05

5H127AC16

5H127BA05

5H127BA12

5H127BA33

5H127BA37

5H127BB02

5H127BB18

5H127BB27

5H127DB98

5H127DC92

5H127GG04

5H127GG10

(57)【要約】

【課題】適切なタイミングで吸着式冷温水機の吸着・脱着プロセスを切替え、オフガスからの熱回収を継続することが可能な冷温水機複合型燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池２と、２つの吸脱着器５１、凝縮器５３、蒸発器５２を有し、蒸発器５２で冷水を製造する冷温水機５と、燃料電池で発生するオフガスを熱源として温水を製造する温水製造手段３と、冷却水を冷却する冷却塔６と、温水製造手段３と吸脱着器５１の間で温水が循環する温水回路と、冷却塔６と吸脱着器５１の間で冷却水が循環する冷却水回路と、吸着・脱着プロセスを切り替える切替手段８と、制御部１０とを備え、制御部１０は、脱着プロセス状態にある吸脱着器５１に対する単位時間当たりの投入熱量を監視し、投入熱量の値が予め設定された所要値を下回った場合に、プロセス状態を切り替えるように切替手段８を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガス及び酸化剤の電気化学反応により発電する燃料電池と、
２つの吸脱着器、凝縮器、及び蒸発器を有し、前記蒸発器で冷水を製造する吸着式の冷温水機と、
前記燃料電池で発生するオフガスを熱源として温水を製造する温水製造手段と、
冷却水を冷却する冷却塔と、
前記温水製造手段及び前記吸脱着器が環状に接続されて温水が循環される温水回路と、
前記冷却塔及び前記吸脱着器が環状に接続されて冷却水が循環される冷却水回路と、
温水と冷却水の切り替えにより、前記２つの吸脱着器の吸着プロセスと脱着プロセスとを切り替える切替手段と、
前記切替手段を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
（ｉ）一方の前記吸脱着器で吸着プロセスを実行させながら、他方の前記吸脱着器で脱着プロセスを実行させるように前記切替手段を制御し、
（ｉｉ）前記吸脱着器に対する単位時間当たりの投入熱量を監視し、
（ｉｉｉ）当該単位時間当たりの投入熱量の値が予め設定された所要値を下回った場合に、一方の前記吸脱着器を脱着プロセスから吸着プロセスに切り替えると共に、他方の前記吸脱着器を吸着プロセスから脱着プロセスに切り替えるように前記切替手段を制御する、冷温水機複合型燃料電池システム。

【請求項2】

温水を前記第１熱交換器から前記吸脱着器に向けて供給する前記温水回路の往路に設けられた第１温度測定手段と、
温水を前記吸脱着器から前記第１熱交換器に向けて返送する前記温水回路の復路に設けられた第２温度測定手段と、
前記温水回路に設けられた流量測定手段と、を備え、
前記制御部は、前記第１温度測定手段、前記第２温度測定手段、及び前記流量測定手段の各測定値に基づいて単位時間当たりの投入熱量を演算し、当該演算値を前記所要値と比較する、請求項１に記載の冷温水機複合型燃料電池システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記２つの吸脱着器の脱着プロセスと吸着プロセスとを切り替えた後、所定時間は前記切替手段の作動を禁止する、請求項１又は２に記載の冷温水機複合型燃料電池システム。

【請求項4】

前記温水製造手段は、オフガスが供給される熱交換器を備え、
前記温水回路は、前記熱交換器及び前記再生器が環状に接続されて温水が循環される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷温水機複合型燃料電池システム。

【請求項5】

前記温水製造手段は、
オフガスを冷却媒体と熱交換させて冷却する熱交換器と、
前記熱交換器で加熱された冷却媒体の温熱を蓄える貯湯タンクと、
前記熱交換器に供給する冷却媒体をオフガスの露点温度以下に冷却する放熱手段と、を備え、
前記温水回路は、前記貯湯タンク及び前記再生器が環状に接続されて温水が循環される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷温水機複合型燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池と、吸着式の冷温水器と、を備えた冷温水機複合型燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、コンビニエンスストアやスーパーマーケット等の店舗用の発電設備として燃料電池システムの利用が検討されている。都市ガスを原燃料とする燃料電池システムでは、オフガスに含まれる水蒸気を凝縮させて回収し、原燃料の水蒸気改質に利用する水自立運転を行うよう構成されている。また、燃料電池システムの総合効率（発電効率と熱回収効率の合計）を最大限に高めるには、オフガスの熱回収は欠かせない。そこで、オフガスの熱回収及び冷却のため、冷温水機と複合させることが提案されている。特許文献１，２に記載の複合型燃料電池システムは、燃料電池と、吸着式冷温水機とを備え、燃料電池のオフガス廃熱を吸着材の再生（冷媒蒸気の脱着）に利用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−２０５３３１号公報

【特許文献2】特開２０１１−１５３７５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的な吸着式冷温水機は、２つの吸脱着器、凝縮器、及び蒸発器を備え、一方の吸脱着器に冷熱を供給して冷媒蒸気の吸着プロセスを行わせ、他方の吸脱着器で温熱を供給して冷媒蒸気の脱着プロセスを行わせる構成である。２つの吸脱着器は、設定時間毎に吸着・脱着プロセスが入れ替わるように切替運転される。蒸発器では冷水が製造され、この冷水は、空気調和機やショーケース用冷凍機等の冷水使用機器に供給される。

【0005】

吸脱着器に使用される吸着材は、冷媒吸着量が多く飽和状態に近いほど脱着プロセスでの温熱消費量が多くなり、冷媒吸着量が少なくなるほど脱着プロセスでの温熱消費量が少なくなるという特性を持っている。つまり、冷水需要が十分にあり、冷媒蒸気で飽和状態になっている吸着材を所定の再生温度で加熱した場合、温熱消費量は時間経過と共に減少していく。そのため、燃料電池のオフガス廃熱を吸着式冷温水機の駆動用熱源に利用するケースでは、吸着・脱着プロセスの切替設定時間が不当に長すぎると、脱着プロセスの途中でオフガスからの熱回収量が少なくなってしまい、燃料電池システムの水自立運転が破綻するおそれがある。また、吸着・脱着プロセスの切替設定時間が不当に短すぎると、短時間でのヒートショックの繰り返しにより、吸着材の早期劣化を招くおそれがある。

【0006】

そこで、本発明は、適切なタイミングで吸着式冷温水機の吸着・脱着プロセスを切替え、オフガスからの熱回収を継続することが可能な冷温水機複合型燃料電池システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１） 本発明に係る冷温水機複合型燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤の電気化学反応により発電する燃料電池と、２つの吸脱着器、凝縮器、及び蒸発器を有し、前記蒸発器で冷水を製造する吸着式の冷温水機と、前記燃料電池で発生するオフガスを熱源として温水を製造する温水製造手段と、冷却水を冷却する冷却塔と、前記温水製造手段及び前記吸脱着器が環状に接続されて温水が循環される温水回路と、前記冷却塔及び前記吸脱着器が環状に接続されて冷却水が循環される冷却水回路と、温水と冷却水の切り替えにより、前記２つの吸脱着器の吸着プロセスと脱着プロセスとを切り替える切替手段と、前記切替手段を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、（ｉ）一方の前記吸脱着器で吸着プロセスを実行させながら、他方の前記吸脱着器で脱着プロセスを実行させるように前記切替手段を制御し、（ｉｉ）前記吸脱着器に対する単位時間当たりの投入熱量を監視し、（ｉｉｉ）当該単位時間当たりの投入熱量の値が予め設定された所要値を下回った場合に、一方の前記吸脱着器を脱着プロセスから吸着プロセスに切り替えると共に、他方の前記吸脱着器を吸着プロセスから脱着プロセスに切り替えるように前記切替手段を制御する、冷温水機複合型燃料電池システム。

【0008】

（２） （１）に記載の冷温水機複合型燃料電池システムにおいて、温水を前記第１熱交換器から前記吸脱着器に向けて供給する前記温水回路の往路に設けられた第１温度測定手段と、温水を前記吸脱着器から前記第１熱交換器に向けて返送する前記温水回路の復路に設けられた第２温度測定手段と、前記温水回路に設けられた流量測定手段と、を備え、前記制御部は、前記第１温度測定手段、前記第２温度測定手段、及び前記流量測定手段の各測定値に基づいて単位時間当たりの投入熱量を演算し、当該演算値を前記所要値と比較することが好ましい。

【0009】

（３） （１）又は（２）に記載の冷温水機複合型燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記２つの吸脱着器の脱着プロセスと吸着プロセスとを切り替えた後、所定時間は前記切替手段の作動を禁止することが好ましい。

【0010】

（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の冷温水機複合型燃料電池システムにおいて、前記温水製造手段は、オフガスが供給される熱交換器を備え、前記温水回路は、前記熱交換器及び前記再生器が環状に接続されて温水が循環されることが好ましい。

【0011】

（５） （１）〜（３）のいずれかに記載の冷温水機複合型燃料電池システムにおいて、前記温水製造手段は、オフガスを冷却媒体と熱交換させて冷却する熱交換器と、前記熱交換器で加熱された冷却媒体の温熱を蓄える貯湯タンクと、前記熱交換器に供給する冷却媒体をオフガスの露点温度以下に冷却する放熱手段と、を備え、前記温水回路は、前記貯湯タンク及び前記再生器が環状に接続されて温水が循環されることが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、適切なタイミングで吸着式冷温水機の吸着・脱着プロセスを切替え、オフガスからの熱回収を継続することが可能な冷温水機複合型燃料電池システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係る冷温水機複合型燃料電池システムの全体構成図である。

【図2】図１に示す冷温水機複合型燃料電池システムにおける冷温水機の吸脱着動作を説明する図である。

【図3】図１に示す冷温水機複合型燃料電池システムにおける冷温水機の吸脱着動作を説明する図である。

【図4】図１に示す冷温水機複合型燃料電池システムにおける冷却塔の具体的構成を示す図である。

【図5】図１に示す冷温水機複合型燃料電池システムにおける冷凍機の具体的構成を示す図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る冷温水機複合型燃料電池システムの制御の一例を示す制御フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。
（冷温水機複合型燃料電池システムの全体構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る冷温水機複合型燃料電池システムの全体構成図である。また、図２及び図３は、それぞれ、図１に示す冷温水機複合型料電池システムにおける冷温水機の吸脱着動作を説明する図である。図１に示すように、本実施形態の冷温水機複合型燃料電池システム１は、主として、燃料電池２と、第１熱交換器３と、第２熱交換器４と、冷温水機５と、冷却塔６と、冷凍機７と、システム全体の制御を行う制御部１０と、を備える。冷温水機複合型燃料電池システム１は、コンビニエンスストアやスーパーマーケット等の店舗に設置され、燃料電池２で発電した電力を店舗内に供給すると共に、冷凍機７によってショーケース内を冷却する。

【0015】

以下の説明では、「冷温水機複合型燃料電池システム」を単に「熱電併給システム」と呼称する。また、本願では、便宜上、動作原理の異なる各種の冷凍機のうち、蒸気圧縮式のものを「冷凍機」と表記し、吸着式のものを「冷温水機」と表記して区別する。

【0016】

本実施形態の熱電併給システム１は、燃料電池２から排出されるオフガスから凝縮水を回収して、燃料電池２の水自立運転を行うと共に、燃料電池２のオフガスから廃熱を回収して、冷温水機５の駆動用熱源として利用するシステムである。なお、制御部１０とシステム内の各制御対象機器との間を電気的に接続する信号線の図示は省略した。

【0017】

（燃料電池）
燃料電池２は、発電モジュール、パワーコンディショナ及び各種の補機（いずれも図示せず）を備える。発電モジュールは、発電に必要な機器を断熱容器に収容した構成であり、当該機器には、蒸発部、混合部および改質部を有する改質器；複数の発電セルよりなるセルスタック；アノードオフガスとカソードオフガスを燃焼させる燃焼器；燃焼オフガスとアノード空気を熱交換させる空気予熱器、等が含まれる。発電セルは、例えば、固体酸化物形の発電セルが使用される。

【0018】

燃料電池２の発電モジュールには、原燃料ガスＧ（都市ガス）、酸化剤ガスＡ（空気）及び改質水Ｗ１（オフガス凝縮水）が供給される。改質器は、原燃料ガスＧと改質水Ｗ１の水蒸気とを反応させて水素含有の燃料ガスを生成する。セルスタックは、この燃料ガスと酸化剤ガスＡとの電気化学反応により発電する。セルスタックから排気されるアノードオフガスとカソードオフガスは、燃焼器で燃焼処理され、燃焼オフガスＧ１として排出される。この燃焼オフガスＧ１は、セルスタックの前段に配置された空気予熱器に送られ、酸化剤ガスＡの予熱に利用される。なお、セルスタックに固体酸化物形の発電セルを使用した発電モジュールは、高温型セルで６５０〜８００℃、中温型セルで４５０〜６５０℃で発電動作する。

【0019】

セルスタックの電池出力は、パワーコンディショナで調整された後に、店舗内に給電される。パワーコンディショナは、セルスタックから出力された直流電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）；ＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧された直流電圧を系統電源と同期の取れた交流電圧に変換する系統連系インバータ（電圧変換回路）；及び、セルスタックの出力電流を制御する出力電流制御部（出力制御回路）を有している。系統連系インバータは、店舗内に設置された商用電力系統の配電盤と接続される。系統連系インバータと配電盤とは、系統連系用のスイッチを介して並列・解列を切換可能である。配電盤には、系統電源および複数の分電盤が接続される。分電盤には、店舗内で使用する照明器具、動力装置、コンセント等の負荷機器が接続される。

【0020】

燃料電池２からは、燃料電池本体の空気予熱器を通過した燃焼オフガスＧ１（以下、単にオフガスＧ１という）がオフガスラインＬ１（Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３）を介して排出される。オフガスラインＬ１上には、オフガスＧ１の流通方向の上流から下流に向けて、第１熱交換器３と第２熱交換器４とが順次配設されている。燃料電池２と第１熱交換器３との間は、第１オフガスラインＬ１１により接続される。第１熱交換器３と第２熱交換器４との間は、第２オフガスラインＬ１２により接続される。第２熱交換器４には、第３オフガスラインＬ１３の上流側の端部が接続されている。

【0021】

第１熱交換器３は、温水ラインＬ４を流通（循環）する温水Ｗ２と、オフガスラインＬ１を流通するオフガスＧ１との間で熱交換を行う温水製造手段である。温水ラインＬ４を流通する温水Ｗ２は、後述する冷温水機５の吸着材Ｋに付与する温熱の熱源として利用される。燃料電池２から排出されるオフガスＧ１の温度は３００℃程度であり、第１熱交換器３で生成される温水Ｗ２の温度は、吸着材Ｋの再生温度帯に応じて、５０℃〜１００℃程度である。

【0022】

第２熱交換器４は、第１熱交換器３で熱交換された後のオフガスＧ１から更に熱回収するため、冷却媒体循環ラインＬ５を循環する冷却媒体Ｗ３との間で熱交換を行う。本実施形態の熱電併給システム１は、蓄熱用の貯湯タンク４２を備えており、貯湯タンク４２内の下部には熱交換コイル（図示せず）が配置されている。冷却媒体循環ラインＬ５は、第２熱交換器４の冷却媒体出口と熱交換コイルの冷却媒体入口とを接続すると共に、熱交換コイルの冷却媒体出口と第２熱交換器４の冷却媒体入口とを接続する。第２熱交換器４でオフガスＧ１と熱交換されることにより加熱された冷却媒体Ｗ３は、貯湯タンク４２に送られ、貯湯タンク４２内の貯留水と熱交換される。これにより、貯湯タンク４２に冷却媒体Ｗ３の温熱が蓄えられる。冷却媒体Ｗ３は、水、その他の液体（例えばエチレングリコール等を主成分とする不凍液）である。なお、間接加熱用の熱交換コイルを使用せず、貯湯タンク４２内の貯留水を冷却媒体Ｗ３として循環させ、貯留水を第２熱交換器４で直接加熱するように構成してもよい。

【0023】

貯湯タンク４２から第２熱交換器４に向かう冷却媒体循環ラインＬ５上には、貯湯タンク４２から第２熱交換器４に向けて、ラジエータ４３及び循環ポンプ４４が順次設けられている。

【0024】

ラジエータ４３は、貯湯タンク４２から第２熱交換器４に向かって冷却媒体循環ラインＬ５を流通する冷却媒体Ｗ３とファン４３１による通風との間で熱交換を行う。所望時にファン４３１を作動させることで、第２熱交換器４へ供給する冷却媒体Ｗ３を外気で冷却して放熱させる。例えば、給湯需要が少なく貯湯タンク４２でオフガス廃熱の熱回収が十分にできない場合に、ラジエータ４３の冷却作用によって第２熱交換器４に供給する冷却媒体Ｗ３をオフガスＧ１の露点温度以下（例えば４０℃以下）に冷却することで、第２熱交換器４においてオフガスＧ１中の水蒸気を凝縮させることができる。このラジエータ４３及びファン４３１は、本発明の放熱手段に対応する。なお、ラジエータ４３とファン４３１との組は、貯湯タンク４２から第２熱交換器４に向かう冷却媒体循環ラインＬ５に複数組設けられてもよい。ファン４３１の駆動台数の増減により、通風量を容易に調節することができる。

【0025】

循環ポンプ４４は、冷却媒体Ｗ３を循環流通させる。循環ポンプ４４は、冷却媒体Ｗ３の循環流量を調整可能に構成されていることが望ましい。冷却媒体Ｗ３の循環流量を調整することで、貯湯タンク４２に供給する冷却媒体Ｗ３の温度を一定にすることができる。本実施形態では、循環ポンプ４４の駆動モータをブラシレスＤＣモータとし、このＤＣモータをパルス幅変調（ＰＷＭ）により可変速制御するように構成している。循環ポンプ４４の作動中、ＤＣモータの駆動電圧パルスのデューティ比を変化させることで、冷却媒体Ｗ３の循環流量を調整することができる。また、循環ポンプ４４の駆動モータをＡＣモータとし、このＡＣモータをインバータ装置により可変電圧可変周波数制御（ＶＶＶＦ制御）するように構成してもよい。循環ポンプ４４の作動中、ＡＣモータの駆動周波数又は駆動電圧を変化させることで、冷却媒体Ｗ３の循環流量を調整することができる。なお、循環ポンプ４４は、第２熱交換器４から貯湯タンク４２に向かう冷却媒体循環ラインＬ５上に設けられてもよい。

【0026】

第２熱交換器４において、オフガスＧ１が冷却媒体Ｗ３との間で熱交換されることにより、第３オフガスラインＬ１３には、第２熱交換器４において熱交換された後のオフガスＧ２と、オフガスＧ１中の水蒸気が凝縮した凝縮水Ｗ１とが排出される。第３オフガスラインＬ１３の途中には、接続部Ｊ１が設けられている。接続部Ｊ１には、凝縮水送出ラインＬ２１の上流側の端部が接続されている。凝縮水送出ラインＬ２１の下流側の端部は、改質水タンク４１に接続されている。第２熱交換器４から排出されるオフガスＧ２及び凝縮水Ｗ１は、接続部Ｊ１で分離され、第３オフガスラインＬ１３には、オフガスＧ２が流通する一方で、凝縮水送出ラインＬ２１には、凝縮水Ｗ１が流通する。第３オフガスラインＬ１３の下流側の端部は、店舗の屋外で大気開放されている。

【0027】

凝縮水送出ラインＬ２を流通する凝縮水Ｗ１は、改質水タンク４１に送られる。改質水タンク４１は、凝縮水Ｗ１を改質水Ｗ１として貯留する。改質水タンク４１には、改質水供給ラインＬ３の上流側の端部が接続されている。改質水供給ラインＬ３の下流側の端部は、燃料電池２の改質器に接続されている。なお、改質水供給ラインＬ３には、改質水タンク４１内に貯留された改質水Ｗ１を送り出すため、図示しない送水ポンプが設けられている。

【0028】

（冷温水機）
本実施形態の冷温水機５は、詳細には図２及び図３に示すように、冷温水機本体５０と、第１吸脱着器５１ａと、第２吸脱着器５１ｂと、第１蒸発器５２と、第１凝縮器５３と、を備える吸着式の冷温水機である。第１吸脱着器５１ａ、第２吸脱着器５１ｂ、第１蒸発器５２及び第１凝縮器５３は、真空状態に減圧された冷温水機本体５０の内部に収容されている。なお、図１〜３に示された冷温水機本体５０内の機器配置は、単なる例示であって他のレイアウトを採用してもよい。

【0029】

第１吸脱着器５１ａ及び第２吸脱着器５１ｂは、後述するように、吸着プロセス及び脱着プロセスのいずれかの状態に切り替えられ、一方で吸着プロセスを実行させながら、他方で脱着プロセスを実行する。ただし、第１吸脱着器５１ａ及び第２吸脱着器５１ｂは、各プロセスを実行するときの機能は同じである。第１吸脱着器５１ａ及び第２吸脱着器５１ｂを区別する必要がない場合には、単に「吸脱着器５１」と記載する。

【0030】

第１吸脱着器５１ａと第１蒸発器５２とが連通する連通路には、連通路を開閉する蒸発器側開閉弁体５４ａが配置されている。第２吸脱着器５１ｂと第１蒸発器５２とが連通する連通路には、連通路を開閉する蒸発器側開閉弁体５４ｂが配置されている。蒸発器側開閉弁体５４ａ，５４ｂは、それぞれ、第１吸脱着器５１ａ及び第２吸脱着器５１ｂが吸着プロセスを実行する場合には、開状態となるように制御部１０により制御され、第１吸脱着器５１ａ及び第２吸脱着器５１ｂが脱着プロセスを実行する場合には、閉状態となるように制御部１０により制御される。

【0031】

第１吸脱着器５１ａと第１凝縮器５３とが連通する連通路には、連通路を開閉する凝縮器側開閉弁体５５ａが配置されている。第２吸脱着器５１ｂと第１凝縮器５３とが連通する連通路には、連通路を開閉する凝縮器側開閉弁体５５ｂが配置されている。凝縮器側開閉弁体５５ａ，５５ｂは、それぞれ、第１吸脱着器５１ａ及び第２吸脱着器５１ｂが吸着プロセスを実行する場合には、閉状態となるように制御部１０により制御され、第１吸脱着器５１ａ及び第２吸脱着器５１ｂが脱着プロセスを実行する場合には、開状態となるように制御部１０により制御される。

【0032】

吸脱着器５１は、それぞれ内部に吸着材Ｋを有する。吸着材Ｋとしては、例えば、骨格構造にアルミニウム、リン及び鉄を含むゼオライトからなる水蒸気吸着材を挙げることができる。この水蒸気吸着材は、狭い相対蒸気圧の範囲で水蒸気（冷媒蒸気）の吸着量が増大する吸着等温線を描く特性を有するもので、三菱樹脂株式会社より商品名「ＡＱＳＯＡ（アクソア）」として販売されているものを例示することができる。

【0033】

第１吸脱着器５１ａ及び第２吸脱着器５１ｂは、それぞれ、冷熱により吸着材Ｋに冷媒蒸気を吸着させる吸着プロセスと、温熱により吸着材Ｋから冷媒蒸気を脱着させる脱着プロセスと、を切替え可能である。吸着材Ｋは、吸着プロセスにおいて、後述する冷却塔６から供給される冷却水Ｗ４の冷熱により冷媒蒸気を吸着すると共に、脱着プロセスにおいて、温水Ｗ２の温熱により冷媒蒸気を脱着する。

【0034】

第１吸脱着器５１ａ及び第２吸脱着器５１ｂの内部には、それぞれ、吸着材Ｋに冷熱又は温熱を付与するための冷温熱供給ラインＬ７の一部が配置されている。第１吸脱着器５１ａ及び第２吸脱着器５１ｂに接続される冷温熱供給ラインＬ７は、流路切替制御弁８による流路の切替えによって、温水Ｗ２が循環する温水ラインＬ４の一部（図２，図３参照）又は冷却水Ｗ４が循環する冷却水ラインＬ６の一部（図２，図３参照）を構成する。

【0035】

具体的には、流路切替制御弁８は、図２及び図３に示すように、導入側切替弁８１と、導出側切替弁８２と、を有する。導入側切替弁８１の流入側（図２，図３における上側）には、温水ラインＬ４において、第１熱交換器３から冷温水機５に向かう温水送出側ラインＬ４１の下流側の端部が接続されていると共に、冷却水ラインＬ６において、冷却塔６から冷温水機５に向かう冷却水送出側ラインＬ６１の下流側の端部が接続されている。温水送出側ラインＬ４１には、温水Ｗ２を冷温水機５に向けて送出する循環ポンプ５６が設けられている。また、導入側切替弁８１の流出側（図２，図３における下側）には、第２吸脱着器５１ｂ側の冷温熱供給ラインＬ７ｂにおいて、流路切替制御弁８から第２吸脱着器５１ｂに向かう供給側ラインＬ７１ｂの上流側の端部が接続されていると共に、第１吸脱着器５１ａ側の冷温熱供給ラインＬ７ａにおいて、流路切替制御弁８から第１吸脱着器５１ａに向かう供給側ラインＬ７１ａの上流側の端部が接続されている。

【0036】

一方、導出側切替弁８２の流入側（図２，図３における下側）には、第２吸脱着器５１ｂ側の冷温熱供給ラインＬ７ｂにおいて、第２吸脱着器５１ｂから流路切替制御弁８に向かう返送側ラインＬ７２ｂの下流側の端部が接続されていると共に、第１吸脱着器５１ａ側の冷温熱供給ラインＬ７ａにおいて、第１吸脱着器５１ａから流路切替制御弁８に向かう返送側ラインＬ７２ａの下流側の端部が接続されている。また、導出側切替弁８２の流出側（図２，図３における上側）には、温水ラインＬ４において、冷温水機５から第１熱交換器３に向かう温水返送側ラインＬ４２の上流側の端部が接続されていると共に、冷却水ラインＬ６において、冷温水機５から第１凝縮器５３を経由して冷却塔６に向かう冷却水返送側ラインＬ６２の上流側の端部が接続されている。

【0037】

流路切替制御弁８は、導入側切替弁８１及び導出側切替弁８２が制御部１０によって切り替え制御されることにより、吸脱着器５１に導入される流体を温水Ｗ２又は冷却水Ｗ４のいずれかに切り替える。これにより、吸着プロセスの実行時には、吸脱着器５１に冷却水Ｗ４が供給され、吸着材Ｋに冷熱が付与される。一方、脱着プロセスの実行時には、吸脱着器５１に温水Ｗ２が供給され、吸着材Ｋに温熱が付与される。この流路切替制御弁８は、本発明の切替手段に対応する。

【0038】

ここで、図２及び図３は、脱着プロセスを実行している第１吸脱着器５１ａ又は第２吸脱着器５１ｂを斜線で示している。即ち、図２は、第１吸脱着器５１ａ側の冷温熱供給ラインＬ７ａに、冷却水ラインＬ６を循環する冷却水Ｗ４が供給され、第２吸脱着器５１ｂ側の冷温熱供給ラインＬ７ｂに、温水ラインＬ４を循環する温水Ｗ２が供給されるように、流路切替制御弁８が切替え操作された様子を示している。第１吸脱着器５１ａでは、吸着プロセスが実行され、第２吸脱着器５１ｂでは、脱着プロセスが実行される。このとき、冷却塔６、第１吸脱着器（回収器）５１ａ、及び第１凝縮器５３は、冷却水ラインＬ６及び冷温熱供給ラインＬ７ａによって環状に接続されて、冷却水Ｗ４が循環される本発明の冷却水回路を構成する。第１熱交換器３及び第２吸脱着器（再生器）５１ｂは、温水ラインＬ４及び冷温熱供給ラインＬ７ｂによって環状に接続されて、温水Ｗ２が循環される本発明の温水回路を構成する。

【0039】

一方、図３は、第１吸脱着器５１ａ側の冷温熱供給ラインＬ７ａに、温水ラインＬ４を循環流通する温水Ｗ２が供給され、第２吸脱着器５１ｂ側の冷温熱供給ラインＬ７ｂに、冷却水ラインＬ６を循環流通する冷却水Ｗ４が供給されるように、流路切替制御弁８が切替え操作された様子を示している。第１吸脱着器５１ａでは、脱着プロセスが実行され、第２吸脱着器５１ｂでは、吸着プロセスが実行される。このとき、第１熱交換器３及び第１吸脱着器（再生器）５１ａは、温水ラインＬ４及び冷温熱供給ラインＬ７ａによって環状に接続されて、温水Ｗ２が循環される本発明の温水回路を構成する。冷却塔６、第２吸脱着器（回収器）５１ｂ、及び第１凝縮器５３は、冷却水ラインＬ６及び冷温熱供給ラインＬ７ｂによって環状に接続されて、冷却水Ｗ４が循環される本発明の冷却水回路を構成する。

【0040】

なお、冷却水回路は、上述したように、冷却塔６から供給される冷却水Ｗ４を吸脱着器５１及び第１凝縮器５３の順で直列に流す構成でもよいが、第１凝縮器５３及び吸脱着器５１の順で直列に流す構成でもよい。また、冷却水回路は、第１凝縮器５３及び吸脱着器５１に対して並列に冷却水Ｗ４を流す構成を採用することもできる。

【0041】

第１蒸発器５２は、吸着材Ｋへの冷媒蒸気の吸着に伴って冷媒液を蒸気化させることにより冷水Ｗ６を製造する。第１蒸発器５２は、冷媒液Ｗ５１を散布する冷媒液散布管５２１を有する。冷媒液散布管５２１は、第１蒸発器５２の上方に配置され、冷水循環ラインＬ８に冷媒液Ｗ５１を散布する。冷水循環ラインＬ８は、第１蒸発器５２と後述する冷凍機７の過冷却器７３との間で環状に接続されて冷水Ｗ６が循環されるラインである。この冷水循環ラインＬ８は、本発明の冷水回路を構成する。冷水循環ラインＬ８に接触した冷媒液Ｗ５１は、冷水循環ラインＬ８を循環流通する水から潜熱を吸収して蒸気化する。これにより、冷水循環ラインＬ８を循環流通する水は冷水Ｗ６となり、蒸気化しなかった冷媒液Ｗ５１は、第１蒸発器５２の底部に再び貯留される。

【0042】

第１凝縮器５３は、吸着材Ｋからの冷媒蒸気の脱着に伴って冷媒蒸気を凝縮させる。第１凝縮器５３は、第１吸脱着器５１ａ又は第２吸脱着器５１ｂの吸着材Ｋから脱離した冷媒蒸気と、冷却水返送側ラインＬ６２を流通する冷却水Ｗ４とを熱交換させることによって、冷媒蒸気を凝縮させる。この凝縮冷媒は、冷媒液Ｗ５２として冷媒液回収トレイ５３１に回収される。回収された冷媒液Ｗ５２は、第２散布ラインＬ９を介して冷媒液散布管５２１に向けて流下し、第１蒸発器５２の底部に冷媒液Ｗ５１として貯留される。

【0043】

冷媒液散布管５２１の上流側の端部は、接続部Ｊ２において、第１散布ラインＬ１０を介して、第１蒸発器５２の底部に接続されていると共に、第２散布ラインＬ９を介して、第１凝縮器５３の冷媒液回収トレイ５３１の底部に接続されている。第１散布ラインＬ１０には、第１蒸発器５２の底部に溜まった冷媒液Ｗ５１を冷媒液散布管５２１に向けて送出する冷媒液ポンプ５７が設けられている。

【0044】

第１蒸発器５２の内部には、冷水循環ラインＬ８の一部が配置される。第１蒸発器５２は、第１蒸発器５２内で冷媒液が蒸気化する際の気化熱で冷水Ｗ６を製造する。冷水循環ラインＬ８には、冷水Ｗ６を冷凍機７から第１蒸発器５２に向けて送出する冷水ポンプ９１が設けられている。

【0045】

（冷却塔）
冷却塔６は、いわゆる開放式冷却塔であり、図４に示すように、塔本体６１と、散水管６２と、充填材６３と、貯留部６４と、ファン６５と、を備える。

【0046】

塔本体６１は、冷却塔６のケーシングを形成するものである。塔本体６１の上部は開口部６１１を有する。塔本体６１の内部は、開口部６１１を介して大気と連通している。ファン６５は、開口部６１１に配置される。

【0047】

散水管６２は、塔本体６１内の上部において、ファン６５よりも下方に配置されている。散水管６２は、複数のノズルを備え、各ノズルから塔本体６１の内部に冷却水を散布する。散水管６２には、冷却水ラインＬ６における冷却水返送側ラインＬ６２の下流側の端部が接続されている。

【0048】

充填材６３は、塔本体６１の内部において、散水管６２の下方に配置されている。散水管６２から散布された冷却水は、この充填材６３と接触しながら塔本体６１内を流下する。充填材６３は、散水管６２から散布された冷却水を液滴状及び／又は液膜状にして冷却水と外気との接触面積及び接触時間を長くし、冷却水を効率的に冷却する。

【0049】

貯留部６４は、塔本体６１の下部に設けられる。貯留部６４は、散水管６２から散布されて充填材６３と接触しながら流下した冷却水を貯留する。貯留部６４の底部には、冷却水送出側ラインＬ６１の上流側の端部が接続されている。

【0050】

ファン６５は、塔本体６１の開口部６１１に配置されている。ファン６５は、上方に配置されるファンモータ６５１により予め設定された速度で回転し、塔本体６１内の空気を開口部６１１から外部に排出させるように気流を発生させる。塔本体６１の下方側部には、図示しないルーバが形成されており、このルーバから塔本体６１内に外気を流入させるようになっている。ファン６５の回転によりルーバから塔本体６１内の下部に流入した空気は、塔本体６１内を上昇する過程で、充填材６３と接触しながら流下する冷却水から蒸発潜熱を奪って冷却する。冷却塔６は、ファンモータ６５１の駆動により稼動状態となり、ファンモータ６５１の停止により停止状態となる。ファンモータ６５１の駆動及び停止は、制御部１０により制御される。

【0051】

冷却水送出側ラインＬ６１には、冷却水ポンプ６６が設けられている。冷却水ポンプ６６の吸入側の冷却水送出側ラインＬ６１は、吸入側ラインＬ６１１とされ、冷却塔６の貯留部６４と接続される。また、冷却水ポンプ６６の吐出側の冷却水送出側ラインＬ６１は、吐出側ラインＬ６１２とされ、流路切替制御弁８と接続される。

【0052】

なお、冷温水機５の位置が冷却塔６よりも高い場合、冷却水ポンプ６６の停止時に冷却水返送側ラインＬ６２内の冷却水Ｗ４が冷却塔６内に抜け落ち、冷却塔６内からのオーバーフローで消費されるおそれがある。従って、このような場合には、冷却水返送側ラインＬ６２に、制御部１０により開閉制御される電磁弁（図示せず）を設けておき、冷却水ポンプ６６の停止時に電磁弁を閉弁するように構成されることが望ましい。

【0053】

また、冷却塔６は、開放式に制限されず、密閉式でもよい。密閉式の冷却塔とする場合、冷却水ポンプ６６は、冷却水返送側ラインＬ６２に設けられてもよい。

【0054】

（冷凍機）
本実施形態の冷凍機７は、図４に示すように、圧縮機７１と、第２凝縮器７２と、過冷却器７３と、膨張弁７４と、第２蒸発器７５と、を備える蒸気圧縮式の冷凍機である。これら圧縮機７１、第２凝縮器７２、過冷却器７３、膨張弁７４及び第２蒸発器７５は、内部を冷媒が流通可能な冷媒循環ラインＬ１０１〜Ｌ１０５により環状に接続されている。なお、以下の冷媒温度に関する記述は相対的なものであって、高温＞準高温＞準低温＞低温の関係である。

【0055】

圧縮機７１は、低圧・低温の冷媒蒸気を加圧圧縮し、高圧・高温の冷媒蒸気を得る。圧縮機７１で生成した高圧・高温の冷媒蒸気は、冷媒循環ラインＬ１０１を介して第２凝縮器７２に送られる。

【0056】

第２凝縮器７２は、冷媒循環ラインＬ１０１を介して送られる高圧・高温の冷媒蒸気から放熱させ、高圧・準常温の冷媒液に相変化させる。第２凝縮器７２で生成した高圧・準高温の冷媒液は、冷媒循環ラインＬ１０２を介して、過冷却器７３に送られる。なお、第２凝縮器７２は、空冷式及び水冷式のいずれでもよいが、本実施形態の第２凝縮器７２は、冷媒液を空冷するためのファン７６が設けられた空冷式の凝縮器を例示している。ファン７６は、ファンモータ７６１により回転する。ファンモータ７６１の駆動は制御部１０により制御される。

【0057】

過冷却器７３は、冷媒循環ラインＬ１０２を介して第２凝縮器７２から送られる高圧・準常温の冷媒液を相変化させずに更に冷却し、高圧・準低温の冷媒液を得る。過冷却器７３の冷媒冷却には、冷水循環ラインＬ８を循環する冷水Ｗ６を用いる。過冷却器７３で生成した高圧・準で低温の冷媒液は、冷媒循環ラインＬ１０３を介して、膨張弁７４に送られる。

【0058】

膨張弁７４は、冷媒循環ラインＬ１０３を介して送られる高圧・準低温の冷媒液を減圧膨張させ、低圧・低温の冷媒液（及び冷媒蒸気）を得る。膨張弁７４で生成した低圧・低温の冷媒液は、冷媒循環ラインＬ１０４を介して、第２蒸発器７５に送られる。

【0059】

第２蒸発器７５は、冷媒循環ラインＬ１０４を介して送られる低圧・低温の冷媒液に吸熱させ、低圧・低温の冷媒蒸気に相変化させる。このとき、周囲の熱が奪われることにより冷熱が取り出される。第２蒸発器７５で生成した低圧・低温の冷媒蒸気は、冷媒循環ラインＬ１０５を介して、圧縮機７１に送られる。

【0060】

圧縮機７１の駆動により、冷凍機７の各機器において上記の動作が繰り返される。これにより、第２蒸発器７５において冷熱の取り出しが継続的に行われる。なお、第２蒸発器７５には、ショーケース内に冷熱を送風するためのファン７７が設けられている。ファン７７は、ファンモータ７７１により回転する。ファンモータ７７１の駆動は制御部１０により制御される。

【0061】

冷水循環ラインＬ８は、第１蒸発器５２と過冷却器７３が環状に接続されて冷水Ｗ６が循環される本発明の冷水回路を構成する。冷水循環ラインＬ８は、第１蒸発器５２の冷水出口と過冷却器７３の冷水入口とを接続する冷水送出側ラインＬ８１と、過冷却器７３の冷水出口と第１蒸発器５２の冷水入口とを接続する冷水返送側ラインＬ８２と、を備える。冷水返送側ラインＬ８２には、冷水Ｗ６を循環させるための冷水ポンプ７８が設けられている。この冷水ポンプ７８は、予め設定された駆動周波数に応じた一定の回転速度で駆動される。

【0062】

（冷温水機５の吸着・脱着プロセス切替制御）
次に、熱電併給システム１を構成する冷温水機５の吸着・脱着プロセスの切替制御について説明する。
冷温水機５の吸着・脱着プロセスの切替えは、制御部１０によって流路切替制御弁８が切替えられることによって行われる。従来では、この吸着・脱着プロセスの切替えは、予め設定された設定時間毎に行われていたが、本発明における熱電併給システム１では、制御部１０により次の手順で行われる。

【0063】

（ｉ）一方の吸脱着器５１で吸着プロセスを実行させながら、他方の前記吸脱着器で脱着プロセスを実行させるように流路切替制御弁８を制御する。即ち、第１吸脱着器５１ａ及び第２吸脱着器５１ｂのプロセス状態が重複しないように、温水Ｗ２と冷却水Ｗ４の供給を切り替える。
（ｉｉ）吸脱着器５１に対する単位時間当たりの投入熱量（＝オフガスから回収できた熱量）を監視する。
（ｉｉｉ）単位時間当たりの投入熱量の値が予め設定された所要値を下回った場合に、一方の吸脱着器５１を脱着プロセスから吸着プロセスに切り替えると共に、他方の吸脱着器５１を吸着プロセスから脱着プロセスに切り替えるように、流路切替制御弁８を制御する。
これにより、適切なタイミングで冷温水機５の吸着・脱着プロセスを切替え、オフガスＧ１からの熱回収を継続することが可能である。

【0064】

具体的には、熱電併給システム１は、図１に示すように、第１熱交換器３と吸脱着器５１との間で温水Ｗ２を循環させる温水回路に、第１温度センサＳ１と、第２温度センサＳ２と、流量センサＳ３と、を備える。

【0065】

第１温度センサＳ１は、温水Ｗ２を第１熱交換器３から吸脱着器５１に向けて供給する温水回路の往路に設けられる。第１温度センサＳ１の測定値は、制御部１０に出力される。本実施形態の第１温度センサＳ１は、温水送出側ラインＬ４１に設けられているが、脱着プロセス状態にある吸脱着器５１に流入する温水Ｗ２の温度を測定可能であれば、位置は特に制限されない。第１温度センサＳ１は、例えば流路切替制御弁８に組み込むこともできる。この第１温度センサＳ１は、本発明の第１温度測定手段に対応する。

【0066】

第２温度センサＳ２は、温水Ｗ２を吸脱着器５１から第１熱交換器３に向けて返送する温水回路の復路に設けられる。第２温度センサＳ２の測定値は、制御部１０に出力される。本実施形態の第２温度センサＳ２は、温水ラインＬ４の温水返送側ラインＬ４２に設けられているが、脱着プロセス状態にある吸脱着器５１から流出する温水Ｗ２の温度を測定可能であれば、位置は特に制限されない。第２温度センサＳ２は、例えば流路切替制御弁８に組み込むこともできる。この第２温度センサＳ２は、本発明の第２温度測定手段に対応する。

【0067】

流量センサＳ３は、第１熱交換器３と吸脱着器５１が環状に接続された温水回路に設けられる。流量センサＳ３の測定値は、制御部１０に出力される。本実施形態の流量センサＳ３は、温水送出側ラインＬ４１に設けられているが、脱着プロセス状態にある吸脱着器５１を流通する温水Ｗ２の流量を測定可能であれば、位置は特に制限されない。流量センサＳ３は、例えば流路切替制御弁８に組み込むこともできる。この流量センサＳ３は、本発明の流量測定手段に対応する。

【0068】

制御部１０は、第１温度センサＳ１の測定値（第１温度値Ｔ１）と、第２温度センサＳ２の測定値（第２温度値Ｔ２）と、流量センサＳ３の測定値（流量値Ｆ）とから、脱着プロセス状態にある吸脱着器５１に対する単位時間当たりの投入熱量、即ち、第１熱交換器３によりオフガスＧ１から回収できた熱量を監視する。そして、その投入熱量の値が、予め設定された所要値を下回った場合に、制御部１０は、流路切替制御弁８を制御して、吸脱着器５１における吸着・脱着プロセスを切替えるように制御する。この所要値は、制御部１０のメモリに予め記憶されている。

【0069】

吸脱着器５１の切替判断の基準値となる所要値は、オフガスＧ１を露点温度以下まで冷却するのに必要な単位時間当たりの熱回収量を１００％としたとき、第１熱交換器３での熱回収量が８０〜１００％となり、第２熱交換器４での熱回収量が２０〜０％となるように設定される。つまり、所要値は、オフガス廃熱の８０％以上を冷温水機５の駆動用熱源として連続利用することで、小規模の貯湯タンク４２及びラジエータ４３の併設で燃料電池２の水自立運転を維持可能にしている。

【0070】

制御部１０は、内部タイマを有している。内部タイマは、インターロックの作動と解除を切り替えるためのものであり、吸着・脱着プロセスの切替え完了直後にゼロリセットされると共に計時を開始する。インターロックの作動中は、流路切替制御弁８の切替制御が禁止される。冷凍機７で冷水需要が非常に小さいときには、吸着材Ｋの冷媒吸着量が少ないので、流路切替制御弁８の切替えからごく短時間で単位時間当たりの投入熱量の値が所要値を下回ってしまうことが考えられる。すると、切替え動作の切替頻度が増し、吸着材Ｋの早期劣化や流路切替制御弁８の故障を招くおそれがある。そこで、インターロック機能により切替インターバルの最短時間を確保し、吸着材Ｋや流路切替制御弁８の不具合を防止する。本実施形態では、インターロックの作動時間は、吸着・脱着プロセスの切替え完了直後から６０秒間に設定されている。この数値は例示であり、変更可能である。

【0071】

制御部１０はまた、内部カウンタを有している。内部カウンタは、インターロックの作動中に切替条件を充足し、インターロックの解除直後に切替え動作が行われた連続回数（即時切替動作連続回数Ｎ）を計数するためのものである。内部カウンタは、インターロックの作動中に切替条件を充足したことを示す切替フラグがＯＮの状態で切替え動作が行われたときにカウントアップされ、切替フラグがＯＦＦの状態で切替え動作が行われたときにゼロリセットされる。冷凍機７で冷水需要が非常に小さいときには、インターロックの解除直後の切替え動作が連続する可能性がある。そこで、即時切替動作連続回数Ｎが予め設定された上限値（即時切替動作上限回数Ｎ´）以上になる場合には、オフガスＧ１からの熱回収が十分に行えない状態が継続しているとして、制御部１０から警報を出すように構成している。本実施形態では、即時切替動作上限回数Ｎ´は、１０回に設定されている。なお、警報を受けたシステム管理者は、例えば、冷温水機５を停止させ、貯湯タンク４２での蓄熱及び／又はラジエータ４３での放熱により燃料電池２の水自立運転を維持する処置を取る。

【0072】

図６は、本発明の第１実施形態に係る熱電併給システム１の制御の一例を示す制御フロー図である。図６を用いて具体的な切替制御について説明する。
先ず、ステップＳＴ１において、制御部１０は、内部タイマの計時ｔが６０秒を超えているか否かを判断する。ステップＳＴ１において、計時ｔが６０秒を超えていないと判定された場合（ステップ１：ＮＯ）には、処理はステップＳＴ２に移行し、インターロックをＯＮ（作動）にする。一方、ステップＳＴ１において、計時ｔが６０秒を超えていると判定された場合（ステップ１：ＹＥＳ）には、処理はステップＳＴ３に移行し、インターロックをＯＦＦ（解除）にする。ステップＳＴ２，ＳＴ３の後、処理はステップＳＴ４に移行する。

【0073】

ステップＳＴ４において、制御部１０は、メモリに記憶された設定値である所要値Ｑ´及び即時切替動作上限連続回数Ｎ´を読み出す。更に、制御部１０は、第１温度センサＳ１の測定値である第１温度値Ｔ１と、第２温度センサＳ２の測定値である第２温度値Ｔ２と、流量センサＳ３の測定値である流量値Ｆと、を取得する。そして、制御部１０は、第１温度値Ｔ１、第２温度値Ｔ２、及び流量値Ｆを用いて単位時間τ当たりの投入熱量Ｑを次式により演算する。次式において、ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２である。また、ｃは水の比熱、ρは水の密度である。
Ｑ［Ｊ］＝ｃ［Ｊ／ｋｇ・℃］×ρ［ｋｇ／ｍ^３］×Ｆ［ｍ^３／ｓ］×τ［ｓ］×ΔＴ［℃］
本実施形態では、制御部１０は、１０秒間（τ＝１０）当たりの投入熱量Ｑを求めるようにしている。なお、温度差ΔＴは、例えば、１０秒区間の始点温度差及び終点温度差の算術平均値とする。

【0074】

単位時間当たりの投入熱量Ｑが求められたら、処理はステップＳＴ５に移行する。ステップＳＴ５では、制御部１０は、投入熱量の演算値Ｑと所要値Ｑ´とを比較し、演算値Ｑが所要値Ｑ´を下回っているか否かを判断する。本実施形態では、１０秒間当たりの熱回収量の基準値を所要値Ｑ´に設定している。冷凍機７で冷水需要が十分にある条件のとき、脱着プロセス開始時点は、吸着材Ｋの冷媒吸着量は飽和に近い状態にある。このため、冷媒蒸気の脱離に多くの温熱を消費することができ、単位時間当たりの投入熱量Ｑが大きくなる。投入熱量Ｑが大きいということは、オフガスＧ１から熱回収が十分に行われている状態であることを示している。一方、冷媒蒸気の脱離が進んで吸着材Ｋの冷媒吸着量が減少すると温熱の消費は少なくなり、単位時間当たりの投入熱量Ｑは小さくなっていく。この投入熱量Ｑが所要値Ｑ´を下回った場合には、オフガスＧ１から熱回収が十分に行われていない状態であることを示している。このため、２つの吸脱着器５１の吸着・脱着プロセスを入れ替え、オフガスＧ１からの熱回収量を増やすようにする。

【0075】

ステップＳＴ５において、演算値Ｑが所要値Ｑ´を下回っていない（Ｑ≧Ｑ´）と判定された場合（ステップＳＴ５：ＮＯ）には、処理はリターンする。即ち、制御部１０は、切替条件（Ｑ＜Ｑ´）を充足するまで、単位時間当たりの投入熱量を演算し、その演算値Ｑと所要値Ｑ´の比較を繰り返す。一方、ステップＳＴ５において、演算値Ｑが所要値Ｑ´を下回っている（Ｑ＜Ｑ´）と判定された場合（ステップＳＴ４：ＹＥＳ）は、処理はステップＳＴ６に移行する。

【0076】

ステップＳＴ６において、制御部１０は、インターロックがＯＦＦであるか否かを判断する。ステップＳＴ６において、インターロックがＯＦＦでないと判定された場合（ステップＳＴ６：ＮＯ）には、流路切替制御弁８の切替制御が禁止された状態であるため、処理はステップＳＴ７に進んで切替フラグをＯＮにする。その後、処理はリターンする。一方、ステップＳＴ６において、インターロックがＯＦＦであると判定された場合（ステップＳＴ６：ＹＥＳ）には、処理はステップＳＴ８に移行する。

【0077】

ステップＳＴ８において、制御部１０は、切替フラグがＯＮであるか否かを判断する。ステップＳＴ８において、切替フラグがＯＮでないと判定された場合（ステップＳＴ８：ＮＯ）には、インターロックの作動中に切替条件を充足していないため、処理はステップＳＴ９に移行する。一方、ステップＳＴ８において、切替フラグがＯＮであると判定された場合（ステップＳＴ８：ＹＥＳ）には、インターロックの作動中に切替条件を充足しているため、処理はステップＳＴ１０に移行する。

【0078】

ステップＳＴ９において、制御部１０は、流路切替制御弁８の切替制御を実行し、２つの吸脱着器５１の吸着・脱着プロセスを入れ替える。また、制御部１０は、内部タイマをゼロリセット（ｔ＝０）して新たな計時を開始させると共に、内部カウンタをゼロリセット（Ｎ＝０）する。その後、処理はリターンする。

【0079】

ステップＳＴ１０において、制御部１０は、流路切替制御弁８の切替制御を実行し、２つの吸脱着器５１の吸着・脱着プロセスを入れ替える。また、制御部１０は、内部タイマをゼロリセット（ｔ＝０）して新たな計時を開始させると共に、内部カウンタをインクリメント（Ｎを＋１）する。更に、制御部１０は、切替フラグをＯＦＦにする。その後、処理はステップＳＴ１１に進む。

【0080】

ステップＳＴ１１において、制御部１０は、内部カウンタにより計数された即時切替動作連続回数Ｎが即時切替動作上限連続回数Ｎ´以上であるかを判断する。ステップＳＴ１１において、即時切替動作連続回数Ｎが即時切替動作上限回数Ｎ´以上である（Ｎ≧Ｎ´）と判定された場合（ステップＳＴ１１：ＹＥＳ）には、処理はステップＳＴ１２に進んで警報を出力する。警報の出力は、警報ランプの点滅、モニタ画面等への警報表示、警報音の鳴動等によって行うことができる。警報出力後、処理はリターンする。一方、ステップＳＴ１１において、即時切替動作連続回数Ｎが即時切替動作上限連続回数Ｎ´以上でない（Ｎ＜Ｎ´）と判定された場合（ステップＳＴ１１：ＮＯ）には、処理はそのままリターンする。

【0081】

この熱電併給システム１は、以上のように、吸脱着器５１に対する単位時間当たりの投入熱量を監視し、この投入熱量が燃料電池２の水自立運転の継続に必要な所要値を下回った場合に、２つの吸脱着器５１の吸着・脱着プロセスを入れ替えるように流路切替制御弁８を切替制御している。これにより、適切なタイミングで冷温水機５の吸着・脱着プロセスを切替え、オフガスからの熱回収を継続することが可能になっている。その結果、燃料電池２の水自立運転が破綻するおそれがないうえ、吸着材Ｋを長期に亘って使用することができる。

【0082】

［その他の実施形態］
前述の実施形態では、温水製造手段として第１熱交換器３を備え、第１熱交換器３及び吸脱着器５１（再生器）を温水ラインＬ４及び冷温熱供給ラインＬ７で環状に接続することにより温水回路を形成したが、これに制限されない。温水製造手段の他の態様としては、第１熱交換器３をなくして、第２熱交換器４、貯湯タンク４２、冷却媒体循環ラインＬ５、ラジエータ４３及びファン４３１、並びに循環ポンプ４４により温水製造手段を構成してもよい。この場合、貯湯タンク４２及び吸脱着器５１（再生器）を温水ラインＬ４及び冷温熱供給ラインＬ７で環状に接続することにより温水回路を形成する。貯湯タンク４２内の貯留水の加熱は、熱交換コイルを使用した間接加熱、或いは熱交換コイルを使用しない直接加熱を適宜選択すればよい。これにより、第１熱交換器３が不用になるので、設備コストを抑制することができる。

【0083】

前述の実施形態では、吸脱着器５１に対する単位時間当たりの投入熱量Ｑは、吸脱着器５１の入口温水温度と出口温水温度の温度差ΔＴ、及び温水Ｗ２の流量値Ｆを用いて演算した。これに限らず、オフガスＧ１の比熱及び密度が判明しているならば、第１熱交換器３の入口オフガスガス温度と出口オフガス温度の温度差ΔＴ´、及びオフガスＧ１の流量値Ｆ´を用いて投入熱量Ｑを演算してもよい。

【符号の説明】

【0084】

１ 冷温水機複合型燃料電池システム（熱電併給システム）
２ 燃料電池
３ 第１熱交換器
４ 第２熱交換器
４２ 貯湯タンク、
４３ ラジエータ（放熱手段）
４３１ ファン（放熱手段）
５ 冷温水機
５１ 吸脱着器
５１ａ 第１吸脱着器
５１ｂ 第２吸脱着器
５２ 第１蒸発器（蒸発器）
５３ 第１凝縮器（凝縮器）
６ 冷却塔
８ 流路切替制御弁（切替手段）
１０ 制御部
Ｓ１ 第１温度センサ（第１温度測定手段）
Ｓ２ 第２温度センサ（第２温度測定手段）
Ｓ３ 流量センサ（流量測定手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】