特開 2019-168180 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2019-168180(P2019-168180A)

(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

   H01M 8/249 20160101ALI20190906BHJP

   F25B 27/02 20060101ALI20190906BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20190906BHJP

【ＦＩ】

   F25B17/08 E

   H01M8/00 Z

   H01M8/04 Z

   H01M8/04007

   H01M8/249

   F25B27/02 J

   H01M8/12 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2018-56949(P2018-56949)

(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

5H127AB11

5H127AB22

5H127AB23

5H127BA05

5H127BA12

5H127BA33

5H127BA37

5H127BB02

5H127BB18

5H127BB27

5H127DB98

5H127DC92

5H127GG04

5H127GG10

(57)【要約】

【課題】複数台の燃料電池の負荷状態に合わせて、冷温水機に安定して温熱を供給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。
【解決手段】複数の燃料電池２ａ，２ｂと、回収器、再生器、凝縮器５３、及び蒸発器５２を有し、蒸発器５２で冷水を製造する冷温水機５と、複数の燃料電池２ａ，２ｂ毎に設けられ、燃料電池２ａ，２ｂで発生するオフガスを熱源として温水を製造する複数の温水製造手段３ａ，３ｂと、複数の温水製造手段３ａ，３ｂで製造された温水の温熱を再生器で利用させる温水回路と、複数の温水製造手段３ａ，３ｂから温水回路に送出される温水の流量を調節可能な流量調節手段９０と、複数の温水製造手段３ａ，３ｂから温水回路に送出される温水が略均等な温度になるように、流量調節手段９０を制御する制御手段１０と、を備える。
【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複数の燃料電池と、
回収器、再生器、凝縮器、及び蒸発器を有し、前記蒸発器で冷水を製造する冷温水機と、
前記複数の燃料電池毎に設けられ、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複数の温水製造手段と、
前記複数の温水製造手段で製造された温水の温熱を前記再生器で利用させる温水回路と、
前記複数の温水製造手段から前記温水回路に送出される温水の流量を調節可能な流量調節手段と、
前記複数の温水製造手段から前記温水回路に送出される温水が略均等な温度になるように、前記流量調節手段を制御する制御手段と、を備える冷温水機複合型燃料電池システム。

【請求項2】

前記温水回路は、前記複数の温水製造手段で生成させた温水がそれぞれ流通する複数の個別往路；前記個別往路を流通する温水を合流させて前記再生器に送給する共通往路；前記再生器で温熱利用後の温水が流通する共通復路；及び、前記共通復路を流通する温水を分流させて前記複数の温水製造手段に返送する複数の個別復路を有し、
前記流量調節手段は、分流後又は合流前の温水の流量比を調整可能な弁機構を備える、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】

前記温水回路は、前記複数の温水製造手段で生成させた温水の温度を個別に検出する複数の温度検出手段を有し、
前記制御手段は、前記複数の温度検出手段による各検出温度値の差分である検出差分値を求め、この検出差分値が予め設定された目標差分値となるように、前記流量調節手段を制御する、請求項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、を備え、
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。

【請求項5】

前記複数の温水製造手段は、それぞれ対応する前記燃料電池からオフガスが供給される熱交換器を有し、
前記温水回路は、温水のバッファタンク；前記熱交換器の一つと前記バッファタンクとが環状に接続されて個別に温水が循環される複数の一次循環路；及び前記バッファタンクと前記再生器とが環状に接続されて温水が循環される二次循環路を有し、
前記流量調節手段は、前記複数の一次循環路毎に設けられた可変速制御可能な循環ポンプ、又は開度制御可能な比例制御弁を備える、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6】

前記複数の一次循環路は、それぞれ前記熱交換器で生成させた温水の温度を個別に検出する温度検出手段を有し、
前記制御手段は、前記一次循環路毎に、前記温度検出手段の検出温度値が予め設定された目標温度値となるように、前記流量調節手段を制御する、請求項５に記載の冷温水機複合型燃料電池システム。

【請求項7】

前記複数の燃料電池は、電池出力又は燃料入力を個別に検出する複数の入出力検出手段を有し、
前記制御手段は、前記入出力検出手段毎に検出された入出力値の比率に応じた温水の流量となるように、前記流量調節手段を制御する、請求項２又は５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、燃料電池で発生するオフガスの廃熱を利用して冷水を製造する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２に記載の複合型燃料電池システムは、燃料電池と、吸収式冷温水機とを備え、燃料電池のオフガス廃熱を再生器の加熱源に利用して冷水を製造している。また、特許文献３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）に利用して冷水を製造している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−７３４１６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】

一般的な冷温水機は、駆動用の熱量を確保すれば、夏季の冷水需要に十分に応えることのできる冷水製造量が得られるように設計されている。一方、業務用の燃料電池として有望な固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、６０％を超える高い発電効率を有するが、その反面、オフガスの廃熱量が小さいという特徴がある。そのため、ＳＯＦＣと冷温水機を複合させた場合、冷温水機の時間当たりの冷水製造量（冷水出力）が相対的に小さく、夏季の冷水需要に応えることができない。

【0005】

夏季の冷水需要に応えるためには、熱源利用するオフガスの廃熱量を増やす必要がある。また、多くの店舗では、夏季の電力需要が高いということもあり、ＳＯＦＣに対しては高い発電出力が求められることになる。そこで、複数台のＳＯＦＣと冷温水機を複合させることで、省エネルギーの効果が高くて設備費用を短期間で償却可能なシステムが構築できると考えられる。

【0006】

ＳＯＦＣを複数台設置したシステムでは、商用電源系統への逆潮流を防止する観点から、店舗内の電力需要（負荷電力）に追従した発電出力制御が求められる。そのため、ＳＯＦＣの全台が、同時に１００％出力で運転されることはほとんどない。例えば、２台のＳＯＦＣを設置するケースでは、１号機は１００％出力で全負荷運転され、２号機は４０〜１００％出力で部分負荷運転される。部分負荷運転のＳＯＦＣは、全負荷運転のＳＯＦＣに比べて供給される原燃料（都市ガス）が少ないことから、オフガスの廃熱量は小さくなっている。そのため、冷温水機で冷水を安定して製造させるには、複数台のＳＯＦＣの負荷状態に合わせた温熱供給制御が必要となる。

【0007】

そこで、本発明は、複数台の燃料電池の負荷状態に合わせて、冷温水機に安定して温熱を供給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】

【0008】

（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複数の燃料電池と、回収器、再生器、凝縮器、及び蒸発器を有し、前記蒸発器で冷水を製造する冷温水機と、前記複数の燃料電池毎に設けられ、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複数の温水製造手段と、前記複数の温水製造手段で製造された温水の温熱を前記再生器で利用させる温水回路と、前記複数の温水製造手段から前記温水回路に送出される温水の流量を調節可能な流量調節手段と、前記複数の温水製造手段から前記温水回路に送出される温水が略均等な温度になるように、前記流量調節手段を制御する制御手段と、を備える。

【0009】

（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、前記温水回路は、前記複数の温水製造手段で生成させた温水がそれぞれ流通する複数の個別往路；前記個別往路を流通する温水を合流させて前記再生器に送給する共通往路；前記再生器で温熱利用後の温水が流通する共通復路；及び、前記共通復路を流通する温水を分流させて前記複数の温水製造手段に返送する複数の個別復路を有し、前記流量調節手段は、分流後又は合流前の温水の流量比を調整可能な弁機構を備えることが好ましい。

【0010】

（３） （２）に記載の冷温水機複合型燃料電池システムにおいて、前記温水回路は、前記複数の温水製造手段で生成させた温水の温度を個別に検出する複数の温度検出手段を有し、前記制御手段は、前記複数の温度検出手段による各検出温度値の差分である検出差分値を求め、この検出差分値が予め設定された目標差分値となるように、前記流量調節手段を制御することが好ましい。

【0011】

（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、を備え、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。

【0012】

（５） （１）に記載の冷温水機複合型燃料電池システムにおいて、前記温水回路は、温水のバッファタンク；前記複数の熱交換器の一つと前記バッファタンクとが環状に接続されて個別に温水が循環される複数の一次循環路；及び前記バッファタンクと前記再生器とが環状に接続されて温水が循環される二次循環路を有し、前記流量調節手段は、前記複数の一次循環路毎に設けられた可変速制御可能な循環ポンプ、又は開度制御可能な比例制御弁を備えることが好ましい。

【0013】

（６） （５）に記載の冷温水機複合型燃料電池システムにおいて、前記複数の一次循環路は、それぞれ前記熱交換器で生成させた温水の温度を個別に検出する温度検出手段を有し、前記制御手段は、前記一次循環路毎に、前記温度検出手段の検出温度値が予め設定された目標温度値となるように、前記流量調節手段を制御することが好ましい。

【0014】

（７） （２）又は（５）に記載の冷温水機複合型燃料電池システムにおいて、前記複数の燃料電池は、電池出力又は燃料入力を個別に検出する複数の入出力検出手段を有し、前記制御手段は、前記入出力検出手段毎に検出された入出力値の比率に応じた温水の流量となるように、前記流量調節手段を制御することが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、複数台の燃料電池の負荷状態に合わせて、冷温水機に安定して温熱を供給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】

【0016】

【図1】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の概要を示すブロック図である。

【図2】図１に示す冷温水機複合型燃料電池システムの具体的構成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温水機の吸脱着動作を説明する図である。

【図5】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。

【図6】本発明の第２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の概要を示すブロック図である。

【図7】本発明の第３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の概要を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。
［第１実施形態］
（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の概要を示すブロック図である。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、複数台（本実施形態では２台）の燃料電池２ａ，２ｂと、燃料電池２ａ，２ｂ毎に設けられる複数の第１熱交換器３ａ，３ｂと、冷温水機５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２ａ，２ｂで発電した電力を店舗内に供給すると共に、冷温水機５で製造した冷水をショーケース用冷凍機や空気調和機で利用する。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。

【0018】

本実施形態の熱電併給システム１は、複数台の燃料電池２ａ，２ｂから排出されるオフガスから、第１熱交換器３ａ，３ｂで廃熱を回収し、その回収された温熱を冷温水機５の駆動用熱源として利用することにより、冷温水機５で冷水を製造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。この制御部１０は、本発明の制御手段に対応する。

【0019】

燃料電池２ａ，２ｂで生成さたれオフガスＧ１は、オフガスラインＬ１ａ，Ｌ１ｂを介して第1熱交換器３ａ，３ｂにそれぞれ送られる。第１熱交換器３ａ，３ｂは、温水ラインＬ４を流通（循環）する温水Ｗ２と、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、詳細には後述する冷温水機５の吸脱着器５１に付与する温熱の熱源として利用される。

【0020】

第１熱交換器３ａ，３ｂと冷温水機５の吸脱着器５１とは、温水ラインＬ４によって環状に接続されている。具体的には、第１熱交換器３ａ，３ｂには、オフガスＧ１との熱交換により生成された温水Ｗ２を冷温水機５の吸脱着器５１に向けてそれぞれ送出させる個別往路Ｌ４１ａ，Ｌ４１ｂが接続されている。個別往路Ｌ４１ａ，Ｌ４１ｂの下流側の端部は、吸脱着器５１よりも手前で、共通往路Ｌ４２に集合している。共通往路Ｌ４２は、個別往路Ｌ４１ａ，Ｌ４１ｂの集合点と冷温水機５の吸脱着器５１とを接続する。共通往路Ｌ４２には、温水Ｗ２を冷温水機５に向けて送出する温水ポンプ５６が設けられている。これにより、第１熱交換器３ａ，３ｂから個別往路Ｌ４１ａ，Ｌ４１ｂを通って送られる各温水Ｗ２は、共通往路Ｌ４２で合流し、合流後の温水Ｗ２が吸脱着器５１に供給される。

【0021】

また、吸脱着器５１には、温熱が利用された後の温水Ｗ２を第１熱交換器３ａ，３ｂに向けて送出させる共通復路Ｌ４３が接続されている。共通復路Ｌ４３の下流側の端部は、第１熱交換器３ａ，３ｂよりも手前で、個別復路Ｌ４４ａ，Ｌ４４ｂに分岐している。個別復路Ｌ４４ａ，Ｌ４４ｂは、共通復路Ｌ４３の分岐点と第１熱交換器３ａ，３ｂとを接続する。これにより、吸脱着器５１から共通復路Ｌ４３を通って送られる温水Ｗ２は、個別復路Ｌ４４ａ，Ｌ４４ｂで分流し、分流後の各温水Ｗ２は、第１熱交換器３ａ，３ｂにそれぞれ返送される。

【0022】

従って、吸脱着器５１には、第１熱交換器３ａ，３ｂでオフガスＧ１との熱交換により製造された温水Ｗ２が、個別往路Ｌ４１ａ，Ｌ４１ｂ及び共通往路Ｌ４２を通って供給され、この温水Ｗ２の温熱が吸脱着器５１で利用される。吸脱着器５１で温熱利用された後の温水Ｗ２は、共通復路Ｌ４３及び個別復路Ｌ４４ａ，Ｌ４４ｂを通って、第１熱交換器３ａ，３ｂに並列に返送される。返送された温水Ｗ２は、第１熱交換器３ａ，３ｂで再びオフガスＧ１と熱交換され、再加熱された温水Ｗ２が生成される。これら個別往路Ｌ４１ａ，Ｌ４１ｂ、共通往路Ｌ４２、共通復路Ｌ４３及び個別復路Ｌ４４ａ，Ｌ４４ｂにより構成される温水ラインＬ４は、本発明の温水回路を構成する。

【0023】

（燃料電池及びその周辺機器）
次に、図２を用いて、燃料電池２ａ，２ｂ及びその周辺機器の具体的構成について説明する。なお、燃料電池２ａ，２ｂの周辺機器は同一構成であるため、図２を用いた説明では、一方の燃料電池２ａ及びその周辺機器について説明し、他方の燃料電池２ｂ及びその周辺機器については、図示を簡略化すると共に説明を省略する。

【0024】

燃料電池２ａ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。本実施形態のセルスタックには固体酸化物形の発電セルが使用されており、燃料電池２はＳＯＦＣとして構成されている。

【0025】

燃料電池２ａ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。

【0026】

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。

【0027】

燃料電池２ａ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３ａ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３ａ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３ａ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。

【0028】

第２熱交換器４は、第１熱交換器３ａ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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

燃料電池２ａ，２ｂは、店舗内の電力需要（負荷電力）に追従した発電出力制御が行われる。例えば、燃料電池２ａは、ベースロード機として１００％出力で全負荷運転され、燃料電池２ｂは、ピークロード機として４０〜１００％出力で部分負荷運転される。そのため、ベースロード機である燃料電池２ａは、オフガスＧ１の廃熱量が安定しているが、ピークロード機である燃料電池２ｂは、原燃料（都市ガス）の入力調整に応じてオフガスＧ１の廃熱量が変動する。なお、燃料電池２ａ，２ｂの積算発電量に偏りが生じないように、ベースロード機とピークロード機は、所要のタイミングで入れ替えるのが望ましい。

【0035】

（冷温水機）
次に、冷温水機５の具体的構成について説明する。本実施形態の冷温水機５は、詳細には図３及び図４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、蒸発器５２と、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、蒸発器５２及び凝縮器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。

【0036】

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。

【0037】

第１吸脱着器５１ａと蒸発器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。

【0038】

第１吸脱着器５１ａと凝縮器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。

【0039】

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。

【0040】

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、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。なお、吸着プロセスを行っている第１吸脱着器５１ａ又は第２吸脱着器５１ｂは、本発明の回収器に対応する。また、脱着プロセスを行っている第１吸脱着器５１ａ又は第２吸脱着器５１ｂは、本発明の再生器に対応する。

【0041】

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３，図４参照）又は冷却水Ｗ４が循環する冷却水ラインＬ６の一部（図３，図４参照）を構成する。

【0042】

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３，図４における上側）には、温水ラインＬ４における共通往路Ｌ４２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。また、導入側切替弁８１の流出側（図３，図４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。

【0043】

一方、導出側切替弁８２の流入側（図３，図４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３，図４における上側）には、温水ラインＬ４の共通復路Ｌ４３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。

【0044】

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。

【0045】

ここで、図３及び図４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３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（回収器）では、吸着プロセスが実行され、第２吸脱着器５１ｂ（再生器）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が循環される冷却水回路を構成する。冷温熱供給ラインＬ７ｂは、温水ラインＬ４の共通往路Ｌ４２及び共通復路Ｌ４３と吸脱着器５１ｂとの間を接続し、本発明の温水回路の一部を構成する。

【0046】

一方、図４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（再生器）では、脱着プロセスが実行され、第２吸脱着器５１ｂ（回収器）では、吸着プロセスが実行される。このとき、冷温熱供給ラインＬ７ａは、温水ラインＬ４の共通往路Ｌ４２及び共通復路Ｌ４３と吸脱着器５１ｂとの間を接続し、本発明の温水回路の一部を構成する。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が循環される冷却水回路を構成する。

【0047】

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。

【0048】

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。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、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、蒸発器５２と冷水使用設備７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。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、蒸発器５２の底部に再び貯留される。

【0049】

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。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、蒸発器５２の底部に冷媒液Ｗ５１として貯留される。

【0050】

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、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、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、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。

【0051】

（熱電併給システムの温水の流量制御）
次に、熱電併給システム１において、温水ラインＬ４を流通する温水Ｗ２の流量制御について説明する。
熱電併給システム１における温水Ｗ２の流量制御は、複数の第１熱交換器３ａ，３ｂで生成される温水Ｗ２が略均等な温度になるように制御を行うものである。このため、熱電併給システム１は、複数の第１熱交換器３ａ，３ｂ毎に温水Ｗ２の流量を調節可能な流量調節手段を備え、制御部１０が、この流量調節手段を制御する構成を有する。

【0052】

なお、略均等とは、第１熱交換器３ａと第１熱交換器３ｂでそれぞれ生成された温水Ｗ２の温度差が、０℃を中心にしてプラス側及びマイナス側にある程度の幅を有することをいう。この温度差は０℃であることが望ましいが、現実には、温度差が０℃となることを目標として、ある程度の幅を有する温度差の範囲に収束するように温水Ｗ２の流量が制御される。本実施形態では、この温度差は、±２℃の範囲とされる。

【0053】

図１，図２には、流量調節手段の一実施形態として、温水ラインＬ４に三方弁９０が設けられている。三方弁９０は、制御部１０から入力される開度指定信号に対応する開度で作動される弁機構（三方型比例制御弁）である。本実施形態の三方弁９０は、温水ラインＬ４の共通復路Ｌ４３と個別復路Ｌ４４ａ，Ｌ４４ｂとの分岐部において、共通復路Ｌ４３と個別復路Ｌ４４ａとの間を温水Ｗ２が流通可能に接続すると共に、共通復路Ｌ４３と個別復路Ｌ４４ｂとの間を温水Ｗ２が流通可能に接続する。なお、三方弁９０の３つのポートのうち、共通復路Ｌ４３の接続ポートを入口ポート、個別復路Ｌ４４ａの接続ポートを第１出口ポート、個別復路Ｌ４４ｂの接続ポートを第２出口ポートとする。

【0054】

この三方弁９０は、第１出口ポートを出て第１熱交換器３ａに向かう温水Ｗ２の分流と、第２出口ポートを出て第１熱交換器３ｂに向かう温水Ｗ２の分流との流量比を調整可能である。即ち、三方弁９０は、開度を調整するアクチュエータ回路（図示せず）を備え、このアクチュエータ回路に０〜１００％の開度指定信号が入力されることにより、第１出口ポート側の開度と第２出口ポート側の開度とが調節される。但し、第１出口ポート側及び第２出口ポート側の流量比の合計は常に１００％である。これにより、冷温水機５から第１熱交換器３ａ，３ｂに返送される温水Ｗ２の流量比、即ち、第１熱交換器３ａ，３ｂから冷温水機５に供給される温水Ｗ２の流量比が調節される。

【0055】

三方弁９０の開度は、第１出口ポート側の開度を基準とする。即ち、第１出口ポート側の開度が、０％→２５％→５０％→７５％→１００％となる場合、第２出口ポート側の開度は、１００％→７５％→５０％→２５％→０％となる。

【0056】

なお、温水ラインＬ４を流通する温水Ｗは、共通往路Ｌ４２に設けられた温水ポンプ５６により循環される。本実施形態の温水ポンプ５６は、インバータを使用しない商用電源駆動とされ、予め設定された駆動周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの定格駆動周波数）に応じた一定の回転速度で駆動される

【0057】

図１，図２に示すように、温水ラインＬ４には、第１温度センサＳ１と第２温度センサＳ２とが設けられている。第１温度センサＳ１は、個別往路Ｌ４１ａに設けられ、個別往路Ｌ４１ａを流通する温水Ｗ２の温度を検出する。一方、第２温度センサＳ２は、個別往路Ｌ４１ｂに設けられ、個別往路Ｌ４１ｂを流通する温水Ｗ２の温度を検出する。第１温度センサＳ１及び第２温度センサＳ２は、第１熱交換器３ａ，３ｂで生成された温水Ｗ２の温度を個別に検出する。第１温度センサＳ１及び第２温度センサＳ２の各検出温度値は、制御部１０に出力される。第１温度センサＳ１及び第２温度センサＳ２は、それぞれ本発明の温度検出手段に対応する。

【0058】

本実施形態の熱電併給システム１では、制御部１０が、第１温度センサＳ１と第２温度センサＳ２の各検出温度値の差分である検出差分値を求め、この検出差分値が予め設定された目標差分値となるように三方弁９０の開度を制御し、第１熱交換器３ａから冷温水機５に向けて供給される温水Ｗ２の流量と、第１熱交換器３ｂから冷温水機５に向けて供給される温水Ｗ２の流量とを調節するものである。

【0059】

制御部１０は、それぞれ入力された第１温度センサＳ１の検出温度値（第１温度値Ｔ１）と第２温度センサＳ２の検出温度値（第２温度値Ｔ２）との検出差分値（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２：実測値）を求める。制御部１０のメモリ（図示せず）には、この検出差分値の目標値である目標差分値（ΔＴ０）が予め設定されている。目標差分値は、０℃に設定されている。制御部１０は、検出差分値が目標差分値に収束するように、三方弁９０の開度を制御して、第１熱交換器３ａ，３ｂからそれぞれ冷温水機５に向けて供給される温水Ｗ２の流量を調節する。

【0060】

次に、図５に示す制御フロー図用いて、具体的な流量制御について説明する。以下の制御フローの処理は、制御部１０により所定の制御周期（例えば、１００ｍｓ）で実行される。温水の流量制御の実行時には、冷温水機５及び冷却塔６は稼働された状態であり、温水ポンプ５６が駆動された状態である。流量制御の開始時において、制御部１０は、三方弁９０の初期開度を５０％に設定して温水Ｗ２を流通状態にする。

【0061】

先ず、ステップＳＴ１において、制御部１０は、メモリに記憶された目標差分値ΔＴ０を読み出す。更に、制御部１０は、第１温度センサＳ１の検出温度値である第１温度値Ｔ１と、第２温度センサＳ２の検出温度値である第２温度値Ｔ２と、を取得する。

【0062】

制御部１０は、第１温度値Ｔ１と第２温度値Ｔ２とを取得した後、第１温度値Ｔ１と第２温度値Ｔ２の検出差分値ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）を算出する。また、制御部１０は、目標差分値ΔＴ０と検出差分値ΔＴとの差分値（ΔＴ０−ΔＴ）である偏差Ｅを算出する。この偏差Ｅは、後のステップ（ステップＳＴ３）の演算で使用される。

【0063】

ステップＳＴ２において、制御部１０は、実測値ΔＴを目標差分値ΔＴ０に収束させるため、即ち、偏差Ｅ＝０にするため、速度型デジタルＰＩＤアルゴリズムを用いて、操作量ＭＶ_ｎ（三方弁９０の出力％）を演算する。速度型デジタルＰＩＤアルゴリズムでは、制御周期毎に、ステップＳＴ１で算出した偏差Ｅの比例要素、積分要素及び微分要素の３つを組み合わせて、操作量の変化分ΔＭＶ_ｎを演算する。制御部１０は、演算された操作量の変化分ΔＭＶ_ｎを、前回の制御周期時点の操作量ＭＶ_ｎ−１に加算することで、今回の制御周期時点の操作量ＭＶ_ｎを決定する。

【0064】

ステップＳＴ３において、制御部１０は、ステップＳＴ２で演算された操作量ＭＶ_ｎ（０〜１００％出力）に対応する三方弁９０の開度を演算する。三方弁９０の開度は、例えば偏差Ｅ＝０のときに５０％出力相当となり、且つ偏差Ｅに比例するように決定される。具体的に例示すると次の通りである。
Ｅ≧−１０℃（ΔＴ≧＋１０℃，Ｔ１＞Ｔ２）のとき、操作量ＭＶ_ｎは９５％出力（第１出口ポート側は上限開度９５％）
Ｅ＝０℃（ΔＴ＝０℃，Ｔ１＝Ｔ２）のとき、操作量ＭＶ_ｎは５０％出力（第１出口ポート側は中央開度５０％）
Ｅ≦１０℃（ΔＴ≦−１０℃，Ｔ１＜Ｔ２）のとき、操作量ＭＶ_ｎは５％出力（第１出口ポート側は下限開度５％）

【0065】

ステップＳＴ４において、制御部１０は、開度の演算値を開度指定信号に変換し、三方弁９０のアクチュエータ回路に出力する。これにより、三方弁９０は、開度指定信号で指定された開度に移行する。開度指定信号が、例えば４〜２０ｍＡの電流値信号とされる場合、下限開度５％のときに４ｍＡ出力、上限開度９５％のときに２０ｍＡ出力となるように、指定する開度と出力する電流値とは比例関係とされる。開度指定信号が、例えば１〜５Ｖの電圧値信号とされる場合、下限開度５％のときに１Ｖ出力、上限開度９５％のときに５Ｖ出力となるように、指定する開度と出力する電流値とは比例関係とされる。

【0066】

三方弁９０の開度を調整した後は、処理はリターンし、ステップＳＴ１からの処理が繰り返される。以上の制御により、検出差分値ΔＴが目標差分値ΔＴ０に収束するように三方弁９０の開度が調整される。このため、第１熱交換器３ａ及び第１熱交換器３ｂからそれぞれ冷温水機５に向けて供給される温水Ｗ２の流量が調整される。これにより、複数台の燃料電池２ａ，２ｂの負荷状態に合わせて、冷温水機５に安定して温熱を供給することが可能となる。

【0067】

なお、三方弁９０は、共通復路Ｌ４３と個別復路Ｌ４４ａ，Ｌ４４Ｂとの分岐点に配置されるものに制限されない。三方弁９０は、例えば個別往路Ｌ４１Ａ，Ｌ４１Ｂと共通往路Ｌ４２との集合点に配置されてもよい。

【0068】

［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係る熱電併給システム１Ａの全体構成図である。図１と同一符号の部位は、同一構成の部位であるため、それらの詳細な説明は上記説明を援用し、以下では省略する。
本実施形態の熱電併給システム１Ａは、弁機構として、第１実施形態の三方弁９０に代えて、複数の比例制御弁９１ａ，９１ｂを用いている。

【0069】

本実施形態の比例制御弁９１ａ，９１ｂは、温水ラインＬ４における個別復路Ｌ４４ａ，Ｌ４４ｂに設けられているが、個別往路Ｌ４１ａ，Ｌ４１ｂに設けられてもよい。この比例制御弁９１ａ，９１ｂは、制御部１０から入力される開度指定信号に対応する開度で作動される弁機構である。即ち、比例制御弁９１ａ，９１ｂは、開度を調整するアクチュエータ回路（図示せず）を備え、このアクチュエータ回路に０〜１００％の開度指定信号が入力されることにより、開度指定信号に対応して開度が調節される。但し、比例制御弁９１ａ及び比例制御弁９１ｂは、各弁の流量比の合計が常に１００％になるように制御される。

【0070】

次に、第２実施形態に係る熱電併給システム１Ａの制御フローについて、図５を用いて説明する。温水の流量制御の実行時には、冷温水機５及び冷却塔６は稼働された状態であり、温水ポンプ５６が駆動された状態である。流量制御の開始時において、制御部１０は、比例制御弁９１ａ，９１ｂの初期開度をそれぞれ５０％に設定して温水Ｗ２を流通状態にする。

【0071】

なお、比例制御弁９１ａ及び比例制御弁９１ｂの開度は、比例制御弁９１ａの開度を基準に決定され、比例制御弁９１ｂの開度は比例制御弁９１ａの開度に追随して決定される。即ち、比例制御弁９１ａの開度が、０％→２５％→５０％→７５％→１００％となる場合、比例制御弁９１ｂの開度は、１００％→７５％→５０％→２５％→０％となる。

【0072】

先ず、ステップＳＴ１において、制御部１０は、メモリに記憶された目標差分値ΔＴ０を読み出すと共に、第１温度センサＳ１の検出温度値である第１温度値Ｔ１と、第２温度センサＳ２の検出温度値である第２温度値Ｔ２と、を取得する。更に、制御部１０は、第１温度値Ｔ１と第２温度値Ｔ２とから検出差分値ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）を算出すると共に、目標差分値ΔＴ０と実測値ΔＴとの差分値（ΔＴ０−ΔＴ）である偏差Ｅを算出する。

【0073】

ステップＳＴ２において、制御部１０は、実測値ΔＴを目標差分値ΔＴ０に収束させるため、即ち、偏差Ｅ＝０にするため、速度型デジタルＰＩＤアルゴリズムを用いて、比例制御弁９１ａの操作量ＭＶ_ｎ（比例制御弁９１ａの出力％）を演算する。速度型デジタルＰＩＤアルゴリズムでは、制御周期毎に、ステップＳＴ１で算出した偏差Ｅの比例要素、積分要素及び微分要素の３つを組み合わせて、操作量の変化分ΔＭＶ_ｎを演算する。制御部１０は、演算された操作量の変化分ΔＭＶ_ｎを、前回の制御周期時点の操作量ＭＶ_ｎ−１に加算することで、今回の制御周期時点の操作量ＭＶ_ｎを決定する。

【0074】

ステップＳＴ３において、制御部１０は、ステップＳＴ２で演算された比例制御弁９１ａの操作量ＭＶ_ｎ（０〜１００％出力）に対応する比例制御弁９１ａの開度を演算する。比例制御弁９１ａの開度は、例えば偏差Ｅ＝０のときに５０％出力相当となり、且つ偏差Ｅに比例するように決定される。具体的に例示すると次の通りである。
ステップＳＴ３において、制御部１０は、ステップＳＴ２で演算された操作量ＭＶ_ｎ（０〜１００％出力）に対応する三方弁９０の開度を演算する。三方弁９０の開度は、例えば偏差Ｅ＝０のときに５０％出力相当となり、且つ偏差Ｅに比例するように決定される。具体的に例示すると次の通りである。
Ｅ≧−１０℃（ΔＴ≧＋１０℃，Ｔ１＞Ｔ２）のとき、操作量ＭＶ_ｎは９５％出力（比例制御弁９１ａは上限開度９５％）
Ｅ＝０℃（ΔＴ＝０℃，Ｔ１＝Ｔ２）のとき、操作量ＭＶ_ｎは５０％出力（比例制御弁９１ａは中央開度５０％）
Ｅ≦１０℃（ΔＴ≦−１０℃，Ｔ１＜Ｔ２）のとき、操作量ＭＶ_ｎは５％出力（比例制御弁９１ａは下限開度５％）

【0075】

比例制御弁９１ｂの開度は、比例制御弁９１ａの開度に追随する。具体的には、比例制御弁９１ｂの開度は、「１００％−比例制御弁９１ａの開度％」で決定される。つまり、比例制御弁９１ａが上限開度９５％のとき、比例制御弁９１ｂは下限開度５％となり、比例制御弁９１ａが中央開度５０％のとき、比例制御弁９１ｂも中央開度５０％となり、比例制御弁９１ａが下限開度５％のとき、比例制御弁９１ｂは上限開度９５％となる。

【0076】

ステップＳＴ４において、制御部１０は、開度の演算値を開度指定信号に変換し、比例制御弁９１ａ，９１ｂのアクチュエータ回路にそれぞれ出力する。これにより、比例制御弁９１ａ，９１ｂは、開度指定信号で指定された開度にそれぞれ移行する。開度指定信号が、例えば４〜２０ｍＡの電流値信号とされる場合、下限開度５％のときに４ｍＡ出力、上限開度９５％のときに２０ｍＡ出力となるように、指定する開度と出力する電流値とは比例関係とされる。開度指定信号が、例えば１〜５Ｖの電圧値信号とされる場合、下限開度５％のときに１Ｖ出力、上限開度９５％のときに５Ｖ出力となるように、指定する開度と出力する電流値とは比例関係とされる。

【0077】

比例制御弁９１ａ、９１ｂの開度を調整した後は、処理はリターンし、ステップＳＴ１からの処理が繰り返される。以上の制御により、検出差分値ΔＴが目標差分値ΔＴ０に収束するように比例制御弁９１ａ，９１ｂの開度が調整される。このため、第１熱交換器３ａ及び第１熱交換器３ｂからそれぞれ冷温水機５に向けて供給される温水Ｗ２の流量が調整される。従って、この熱電併給システム１Ａにおいても、複数台の燃料電池２ａ，２ｂの負荷状態に合わせて、冷温水機５に安定して温熱を供給することが可能となる。

【0078】

［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態に係る熱電併給システム１Ｂの全体構成の概要を示すブロック図である。図１と同一符号の部位は、同一構成の部位であるため、それらの詳細な説明は上記説明を援用し、以下では省略する。なお、図７において、燃料電池２ａ，２ｂの図示は省略した。
本実施形態に係る熱電併給システム１Ｂは、バッファタンク１００を有する。このバッファタンク１００は、第１熱交換器３ａ，３ｂに対して共通に設けられ、内部に温水を貯留している。

【0079】

第１熱交換器３ａ，３ｂとバッファタンク１００とは、それぞれ温水Ｗ２１が循環される一次循環路Ｌ４５ａ，Ｌ４５ｂで接続されている。一次循環路Ｌ４５ａは、第１熱交換器３ａとバッファタンク１００の内部に配置された伝熱コイルとを接続する。一次循環路Ｌ４５ｂは、第１熱交換器３ｂとバッファタンク１００の内部に配置された伝熱コイルとを接続する。伝熱コイルは、一次循環路Ｌ４５ａ，Ｌ４５ｂを流通する温水Ｗ２１と、バッファタンク１００に貯留される温水との間で熱交換を行う。

【0080】

一次循環路Ｌ４５ａ，Ｌ４５ｂには、それぞれ循環ポンプ３３ａ，３３ｂが設けられている。循環ポンプ３３ａ，３３ｂは、バッファタンク１００から第１熱交換器３ａ，３ｂに向けて温水Ｗ２１が返送される復路Ｌ４５２ａ，Ｌ４５２ｂに設けられている。循環ポンプ３３ａ，３３ｂは、温水Ｗ２１の流量を調整可能であり、本発明の流量調節手段に対応する。

【0081】

即ち、循環ポンプ３３ａ，３３ｂは、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することができる。循環ポンプ３３ａ，３３ｂ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、温水Ｗ２１の循環流量を調整することができる。また、循環ポンプ３３ａ，３３ｂは、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３３ａ，３３ｂ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、温水Ｗ２１の循環流量を調整することができる。

【0082】

一方、バッファタンク１００と冷温水機５とは、温水Ｗ２２が循環される二次循環路Ｌ４６で接続されている。二次循環路Ｌ４６は、バッファタンク１００の内部に配置された伝熱コイルと冷温水機５内の吸脱着器５１とを接続する。伝熱コイルは、バッファタンク１００に貯留される温水と、二次循環路Ｌ４６を流通する温水Ｗ２１との間で熱交換を行う。

【0083】

二次循環路Ｌ４６において、バッファタンク１００から冷温水機５の吸脱着器５１に向けて温水Ｗ２２が流通する往路Ｌ４６１は、熱電併給システム１，１Ａにおける共通往路Ｌ４２に対応する。また、二次循環路Ｌ４６において、冷温水機５の吸脱着器５１からバッファタンク１００に向けて温水Ｗ２２が流通する復路Ｌ４６２は、熱電併給システム１，１Ａにおける共通復路Ｌ４３に対応する。往路Ｌ４６１には、温水ポンプ５６が設けられる。

【0084】

第３実施形態の熱電併給システム１Ｂでは、温水製造手段として上述した第１熱交換器３ａ，３ｂを有している。また、温水回路は、上述したバッファタンク１００と、一次循環路Ｌ４５ａ，Ｌ４５ｂと、二次循環路Ｌ４６と、を有している。なお、第３実施形態では、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は、設けなくともよい。代わりに、復路Ｌ４５２ａ，Ｌ４５２ｂのそれぞれにラジエータ及びファンを設けておく。バッファタンク１００内の温水Ｗ２の温度がオフガスＧ１の露点温度超過となった場合に、ラジエータのファンを駆動することにより、第１熱交換器３ａ，３ｂに返送される温水Ｗ２１をオフガスＧ１の露点温度以下に冷却でき、燃料電池２ａ，２ｂの水自立運転を継続することができる。

【0085】

この熱電併給システム１Ｂでは、冷温水機５の吸脱着器５１に供給される温水Ｗ２２の温度は、バッファタンク１００の貯留温水の温度に左右される。従って、この熱電併給システム１Ｂは、バッファタンク１００の貯留温水を所望の温度に維持するため、一次循環路Ｌ４５ａ，Ｌ４５ｂを循環する温水Ｗ２１の流量を調節して、第１熱交換器３ａ，３ｂの出湯温度を制御する。

【0086】

このため、一次循環路Ｌ４５ａ，Ｌ４５ｂに、それぞれ第１温度センサＳ１及び第２温度センサＳ２が設けられる。第１温度センサＳ１は、バッファタンク１００の入口側の流路である往路Ｌ４５１ａに設けられる。第２温度センサＳ２は、バッファタンク１００の入口側の流路である往路Ｌ４５１ｂに設けられる。

【0087】

制御部１０は、第１温度センサＳ１及び第２温度センサＳ２から、一次循環路Ｌ４５ａ，Ｌ４５ｂ毎に検出温度値を取得し、予め設定された目標温度値と比較する。そして、制御部１０は、検出温度値が目標温度値となるように、循環ポンプ３３ａ，３３ｂをそれぞれ個別に制御する。

【0088】

即ち、制御部１０は、循環ポンプ３３ａ，３３ｂの作動中に、所定の制御周期毎に第１温度センサＳ１及び第２温度センサＳ２の検出温度値を監視し、それぞれの検出温度値が目標温度値に維持されるように、循環ポンプ３３ａ，３３ｂの駆動モータ出力をそれぞれ調整する。これにより、一次循環路Ｌ４５ａ，Ｌ４５ｂを循環する温水Ｗ２１の流量が調節される。この駆動モータ出力の調整には、例えば、上述したように速度型デジタルＰＩＤアルゴリズムによるフィードバック制御を用いることができる。これにより、第１熱交換器３ａ，３ｂの出湯温度をそれぞれ所定の目標温度値に維持することができるため、バッファタンク１００の貯留温水の温度を所望の温度に維持することができる。その結果、燃料電池２ａ，２ｂの負荷状態に影響されることなく、冷温水機５に安定的に温熱供給することが可能となる。

【0089】

なお、一次循環路Ｌ４５ａ，Ｌ４５ｂを循環する温水Ｗ２１の流量は、可変速制御可能な循環ポンプ３３ａ，３３ｂに代えて、図６に示した比例制御弁９１ａ，９１ｂと同様の開度制御可能な比例制御弁を用いてもよい。この場合、循環ポンプ３３ａ，３３ｂは、予め設定された一定の回転速度で駆動される。

【0090】

更に、一次循環路Ｌ４５ａ，Ｌ４５ｂは、伝熱コイルを使用せずに、バッファタンク１００内の貯留温水を直接循環させるようにしてもよい。

【0091】

［第４実施形態］
以上の実施形態では、第１熱交換器３ａ，３ｂからの温水Ｗ２，Ｗ２１の温度を検出することにより、流量調節手段（三方弁９０；比例制御弁９１ａ，９１ｂ；循環ポンプ３３ａ，３３ｂ）を制御するものとしたが、燃料電池２ａ，２ｂの電池出力（発電量）又は燃料入力（燃料供給量）を個別に検出することにより、流量調節手段を制御することもできる。燃料電池２ａ，２ｂの発電量は、燃料供給量によって変わり、燃料供給量が多い状態ほど、発電量と廃熱量が増加するためである。

【0092】

この場合、燃料電池２ａ，２ｂは、電池出力又は燃料入力をそれぞれ個別に検出する複数の入出力検出手段を有する。具体的には、電池出力は、パワーコンディショナで交流・周波数変換される前の出力電流値を測定することにより検出することができる。また、燃料入力は、燃料電池２ａ，２ｂに供給される原燃料ガス（都市ガス）の流量を測定することにより検出することができる。そして、制御部１０は、このようにして入出力検出手段毎に検出された入出力値の比率に応じた温水Ｗ２，Ｗ２１の流量となるように、流量調節手段（三方弁９０；比例制御弁９１ａ，９１ｂ；循環ポンプ３３ａ，３３ｂ）を制御するように構成される。その結果、燃料電池２ａ，２ｂの負荷状態に影響されることなく、冷温水機５に安定的に温熱供給することが可能となる。

【0093】

例えば、図１及び図６に示す熱電併給システム１，１Ａの場合では、入出力検出手段毎に検出された入出力値の比率に応じて、三方弁９０の開度や比例制御弁９１ａ，９１ｂの開度がそれぞれ調整され、個別復路Ｌ４４ａ，Ｌ４４ｂを流通する温水Ｗ２の流量比が調整される。また、図７に示す熱電併給システム１Ｂの場合では、入出力検出手段毎に検出された入出力値の絶対値に応じて、循環ポンプ３３ａ，３３ｂの回転速度や比例制御弁の開度がそれぞれ調整され、一次循環路Ｌ４５ａ，Ｌ４５ｂを循環する温水Ｗ２１の流量が調整される。

【0094】

［その他の実施形態］
第１実施形態及び第２実施形態では、燃料電池２ａに付設される温水製造手段として第１熱交換器３ａを備え、第１熱交換器３ａ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３ａ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。なお、燃料電池２ｂに付設される温水製造手段についても同様である。

【0095】

冷温水機５は、第１吸脱着器５１ａと第２吸脱着器５１ｂの２つの吸脱着器を用い、吸着プロセス及び脱着プロセスを交互に切り替えるように構成したが、これに制限されない。図示しないが、空調用のデシカントロータのように、１つのディスク状の吸脱着器で構成し、回転するディスクの吸着ゾーンと脱着ゾーンで冷媒蒸気の回収・再生を並行して行うようにしてもよい。
また、冷温水機は吸着式に制限されず、吸収式を用いることもできる。吸収式の冷温水機では、回収器は吸収器とも呼ばれる。
更に、流量調節手段の制御は、ＰＩＤアルゴリズムを用いてフィードバック制御を行うように構成されているが、これに制限されず、ＰＩアルゴリズム又はＰアルゴリズムを用いるように構成されてもよい。

【符号の説明】

【0096】

１，１Ａ，１Ｂ 冷温水機複合型燃料電池システム（熱電併給システム）
２ａ，２ｂ 燃料電池
５１ 吸脱着器（回収器、再生器）
５２ 蒸発器
５３ 凝縮器
５ 冷温水機
３ａ，３ｂ 第１熱交換器
９０ 三方弁（流量調節手段、弁機構）
９１ａ，９１ｂ 比例制御弁（流量調節手段、弁機構）
３３ａ，３３ｂ 循環ポンプ（流量調節手段）
１０ 制御部（制御手段）
Ｌ４１ａ，Ｌ４１ｂ 個別往路
Ｌ４２ 共通往路
Ｌ４３ 共通復路
Ｌ４４ａ，Ｌ４４ｂ 個別復路
Ｓ１ 第１温度センサ（温度検出手段）
Ｓ２ 第２温度センサ（温度検出手段）
１００ バッファタンク
Ｌ４５ａ，Ｌ４５ｂ 一次循環路
Ｌ４６ 二次循環路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】