特開 2024-88336 コージェネレーションシステム

(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】P2024088336

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】コージェネレーションシステム

(51)【国際特許分類】

   F24D 18/00 20220101AFI20240625BHJP

   F24H 1/18 20220101ALI20240625BHJP

   F24H 15/223 20220101ALI20240625BHJP

   F24H 15/32 20220101ALI20240625BHJP

   F24H 15/128 20220101ALI20240625BHJP

   F24D 101/30 20220101ALN20240625BHJP

   F24D 103/17 20220101ALN20240625BHJP

【ＦＩ】

F24D18/00

F24H1/18 G

F24H15/223

F24H15/32

F24H15/128

F24D101:30

F24D103:17

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022203448

(22)【出願日】2022-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高須 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】本道 正樹

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 裕介

(72)【発明者】

【氏名】伴野 卓也

(72)【発明者】

【氏名】大村 俊哉

【テーマコード（参考）】

3L122

【Ｆターム（参考）】

3L122AA02

3L122AA28

3L122AA62

3L122AB22

3L122BB02

3L122DA15

3L122EA24

(57)【要約】

【課題】停電中に熱媒体の供給断が発生しても発電を継続させる。
【解決手段】コージェネレーションシステム１の制御部４４は、燃料電池モジュール３０が発電を行っている状態において、停電が検出され、停電中に、供給断の発生が検出されず、かつ、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が満蓄に近いことを示す所定温度以上となった場合、貯湯タンク７０内の熱媒体の一部を、排出路７８を通じて排出させるとともに、排出された熱媒体よりも温度が低い熱媒体を、供給路８４を通じて貯湯タンク７０内に供給させ、停電が検出され、停電中に、供給断の発生が検出され、かつ、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が所定温度以上となった場合、排出路７８を通じた熱媒体の排出は行わず、貯湯タンク７０から熱消費機器１８に熱媒体を供給させ、熱媒体の熱を熱消費機器１８で消費させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素と空気とに基づいて発電する燃料電池モジュールと、
熱媒体を貯留する貯湯タンクと、
前記燃料電池モジュールから排出される排気と、前記貯湯タンクから送出されて前記貯湯タンクに戻る前記熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記貯湯タンクから前記熱媒体が供給されることで、前記熱媒体の熱を消費する熱消費機器と、
前記貯湯タンク内の前記熱媒体の温度を検出する温度センサと、
前記貯湯タンク内の前記熱媒体を外部に排出可能な排出路と、
前記貯湯タンク内に外部から前記熱媒体を供給可能な供給路と、
前記供給路を通じて前記貯湯タンクに前記熱媒体を供給不能な状態を示す供給断の発生を検出する供給断検出部と、
電力系統の停電を検出する停電検出部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池モジュールが発電を行っている状態において、
前記停電が検出され、前記停電中に、前記供給断の発生が検出されず、かつ、前記貯湯タンク内の前記熱媒体の温度が満蓄に近いことを示す所定温度以上となった場合、前記貯湯タンク内の前記熱媒体の一部を、前記排出路を通じて排出させるとともに、排出された前記熱媒体よりも温度が低い前記熱媒体を、前記供給路を通じて前記貯湯タンク内に供給させ、
前記停電が検出され、前記停電中に、前記供給断の発生が検出され、かつ、前記貯湯タンク内の前記熱媒体の温度が前記所定温度以上となった場合、前記排出路を通じた前記熱媒体の排出は行わず、前記貯湯タンクから前記熱消費機器に前記熱媒体を供給させ、前記熱媒体の熱を前記熱消費機器で消費させる、コージェネレーションシステム。

【請求項2】

分電盤内に配置されて前記電力系統と電気的に接続されるブレーカと前記燃料電池モジュールとの間に電気的に接続されるスイッチ群をさらに備え、
前記熱消費機器は、前記スイッチ群に電気的に接続されており、
前記制御部は、前記停電が検出された場合、前記燃料電池モジュールの発電により生成された電力を、前記ブレーカを介さずに前記熱消費機器に供給するように前記スイッチ群を制御する、請求項１に記載のコージェネレーションシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コージェネレーションシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、燃料電池モジュールの発電により生じた排熱を利用して湯を生成するコージェネレーションシステムが開示されている。かかるコージェネレーションシステムでは、発電により生じた排熱を第１熱媒体（例えば、水）に移動させ、第１熱媒体と、第１熱媒体とは別の経路を流通する第２熱媒体（例えば、別の水）とを熱交換さ
せることで湯が生成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１９１９４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

コージェネレーションシステムでは、外部から貯湯タンクに熱媒体（例えば、水）を供給することができるようになっており、貯湯タンク内の熱媒体（例えば、水）を補給することができる。ここで、電力系統に停電が発生した場合、熱媒体を外部から貯湯タンクに供給不能な供給断（例えば、断水）が発生することがある。

【0005】

このような供給断が発生している状態で燃料電池モジュールの発電を行うと、外部からの熱媒体を取り入れることができず、貯湯タンク内の熱媒体の温度上昇を抑制することができないため、貯湯タンクが満蓄に至ることがある。貯湯タンクが満蓄に至ると、燃料電池モジュールは、安全を考慮して発電を停止する。

【0006】

このように、停電中に熱媒体の供給断が発生すると、燃料電池モジュールの発電を継続させることができなくなることがあり、停電時のバックアップ電源としての機能を十分に発揮させることができない。

【0007】

本発明は、このような課題に鑑み、停電中に熱媒体の供給断が発生しても発電を継続させることが可能なコージェネレーションシステムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明のコージェネレーションシステムは、水素と空気とに基づいて発電する燃料電池モジュールと、熱媒体を貯留する貯湯タンクと、燃料電池モジュールから排出される排気と、貯湯タンクから送出されて貯湯タンクに戻る熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、貯湯タンクから熱媒体が供給されることで、熱媒体の熱を消費する熱消費機器と、貯湯タンク内の熱媒体の温度を検出する温度センサと、貯湯タンク内の熱媒体を外部に排出可能な排出路と、貯湯タンク内に外部から熱媒体を供給可能な供給路と、供給路を通じて貯湯タンクに熱媒体を供給不能な状態を示す供給断の発生を検出する供給断検出部と、電力系統の停電を検出する停電検出部と、制御部と、を備え、制御部は、燃料電池モジュールが発電を行っている状態において、停電が検出され、停電中に、供給断の発生が検出されず、かつ、貯湯タンク内の熱媒体の温度が満蓄に近いことを示す所定温度以上となった場合、貯湯タンク内の熱媒体の一部を、排出路を通じて排出させるとともに、排出された熱媒体よりも温度が低い熱媒体を、供給路を通じて貯湯タンク内に供給させ、停電が検出され、停電中に、供給断の発生が検出され、かつ、貯湯タンク内の熱媒体の温度が所定温度以上となった場合、排出路を通じた熱媒体の排出は行わず、貯湯タンクから熱消費機器に熱媒体を供給させ、熱媒体の熱を熱消費機器で消費させる。

【0009】

コージェネレーションシステムは、分電盤内に配置されて電力系統と電気的に接続されるブレーカと燃料電池モジュールとの間に電気的に接続されるスイッチ群をさらに備え、熱消費機器は、スイッチ群に電気的に接続されており、制御部は、停電が検出された場合、燃料電池モジュールの発電により生成された電力を、ブレーカを介さずに熱消費機器に供給するようにスイッチ群を制御する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、停電中に熱媒体の供給断が発生しても発電を継続させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本実施形態のコージェネレーションシステムの概要図である。

【図2】図２は、電力系統の停電が検知されたときのスイッチ群の状態を説明するための図である。

【図3】図３は、制御部の動作の流れを説明するフローチャートである。

【図4】図４は、制御部の動作の流れを説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0013】

図１は、本実施形態のコージェネレーションシステム１の概略図である。図１では、熱の移動路を太い実線で示し、電気配線を、熱の移動路を示す実線よりも細い実線で示している。また、図１の破線の矢印は、信号の伝達を示している。本実施形態のコージェネレーションシステム１は、分電盤１０、燃料電池ユニット１２、熱交換器１４、貯湯ユニット１６および熱消費機器１８を備える。

【0014】

分電盤１０は、主幹ブレーカ２０および複数の分岐ブレーカ２２を有する。主幹ブレーカ２０の１次側は、電力系統２４に電気的に接続されている。複数の分岐ブレーカ２２の１次側は、主幹ブレーカ２０の２次側に接続されている。図１では、複数の分岐ブレーカ２２として、分岐ブレーカ２２ａ、分岐ブレーカ２２ｂ、分岐ブレーカ２２ｃの３つの分岐ブレーカが示されている。なお、分岐ブレーカ２２の数は、３つに限らず、２つでもよいし、４つ以上であってもよい。

【0015】

分岐ブレーカ２２ａは、ＡＣ２００Ｖ用の分岐ブレーカ２２である。分岐ブレーカ２２ａは、例えば、単相三線式の２つの電圧線の間に接続される。分岐ブレーカ２２ｂおよび分岐ブレーカ２２ｃは、ＡＣ１００Ｖ用の分岐ブレーカ２２である。分岐ブレーカ２２ｂおよび分岐ブレーカ２２ｃは、例えば、単相三線式の一方の電圧線と中性線との間に接続される。分岐ブレーカ２２ｃの２次側には、電気的な負荷機器２６が接続される。

【0016】

燃料電池ユニット１２は、燃料電池モジュール３０、水タンク３２、分離器３４、コンバータ３６、インバータ３８、スイッチ群４０、停電検出部４２および制御部４４を有する。

【0017】

燃料電池モジュール３０は、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）である。なお、燃料電池モジュール３０は、固体高分子形燃料電池に限らず、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）など他の方式の燃料電池であってもよい。

【0018】

水タンク３２は、中空の容器であり、水を貯留する。水タンク３２は、燃料電池モジュール３０に接続される。燃料電池モジュール３０には、水タンク３２内の水が不図示のポンプによって供給される。

【0019】

燃料電池モジュール３０は、水素と空気とに基づいて発電する。例えば、燃料電池モジュール３０には、都市ガスなどの燃料が供給される。燃料電池モジュール３０は、供給された燃料と水とから、燃料を改質して水素を生成する。また、燃料電池モジュール３０には、酸素を含む空気が供給される。燃料電池モジュール３０は、生成した水素と供給された空気（より詳細には、酸素）とを化学反応させて、電気を生成（発電）する。

【0020】

燃料電池モジュール３０では、発電に伴って排気が生じる。排気には、燃料電池モジュール３０に供給された空気の一部、および、化学反応によって生成された水（より詳細には、水蒸気）が含まれる。

【0021】

燃料電池モジュール３０の排気口は、熱交換器１４に接続されている。熱交換器１４には、燃料電池モジュール３０から排出される排気が供給される。また、後に詳述するが、熱交換器１４には、貯湯ユニット１６の貯湯タンク７０から送出される熱媒体が供給される。熱媒体は、例えば、水であるが、熱を伝えることが可能な任意の流体であってもよい。熱交換器１４は、燃料電池モジュール３０から排出される排気と、貯湯タンクから送出される熱媒体との間で熱交換を行う。これにより、排気の熱が熱媒体に移動される。

【0022】

分離器３４は、熱交換器１４に接続されている。ここで、燃料電池モジュール３０から排出された排気は、熱交換器１４で熱交換されることで温度が低下する。これにより、排気中の水蒸気は、熱交換器１４において凝縮されて液体の水となる。分離器３４は、凝縮された液体の水を含む排気から、その液体の水を分離する。分離器３４で分離された液体の水は、水タンク３２に送られる。分離器３４で液体の水が除かれた排気は、燃料電池ユニット１２外に排出される。

【0023】

コンバータ３６は、燃料電池モジュール３０に電気的に接続される。コンバータ３６は、燃料電池モジュール３０により生成された直流の電圧を、直流の他の電圧に変換する。インバータ３８は、コンバータ３６に電気的に接続される。インバータ３８は、コンバータ３６により変換された後の直流電圧を交流電圧に変換する。

【0024】

電力系統２４に停電が発生していない通常時には、燃料電池ユニット１２の出力電圧、すなわち、インバータ３８の出力電圧がＡＣ２００Ｖとなるように、コンバータ３６およびインバータ３８が制御される。一方、電力系統２４の停電時には、燃料電池ユニット１２の出力電圧、すなわち、インバータ３８の出力電圧がＡＣ１００Ｖとなるように、コンバータ３６およびインバータ３８が制御される。

【0025】

スイッチ群４０は、インバータ３８と分電盤１０の複数の分岐ブレーカ２２との間に電気的に介挿されている。スイッチ群４０は、第１連系リレー５０、第２連系リレー５２、第１切替スイッチ５４および第２切替スイッチ５６を有する。

【0026】

第１連系リレー５０は、第１接点５０ａおよび第２接点５０ｂを有する。第１連系リレー５０は、第１接点５０ａおよび第２接点５０ｂの間の電気的なオンオフを切り替え可能となっている。第２連系リレー５２は、第１接点５２ａおよび第２接点５２ｂを有する。第２連系リレー５２は、第１接点５２ａおよび第２接点５２ｂの間の電気的なオンオフを切り替え可能となっている。

【0027】

第１切替スイッチ５４は、第１接点５４ａ、第２接点５４ｂおよび第３接点５４ｃを有する。第１切替スイッチ５４は、第１接点５４ａと第２接点５４ｂとが電気的に接続された状態と、第１接点５４ａと第３接点５４ｃとが電気的に接続された状態とを切り替え可能となっている。

【0028】

第２切替スイッチ５６は、第１接点５６ａ、第２接点５６ｂおよび第３接点５６ｃを有する。第２切替スイッチ５６は、第１接点５６ａと第２接点５６ｂとが電気的に接続された状態と、第１接点５６ａと第３接点５６ｃとが電気的に接続された状態とを切り替え可能となっている。

【0029】

第１連系リレー５０の第１接点５０ａは、インバータ３８に接続されている。第１連系リレー５０の第２接点５０ｂは、第１切替スイッチ５４の第１接点５４ａに接続されている。

【0030】

第２連系リレー５２の第１接点５２ａは、第１切替スイッチ５４の第２接点５４ｂに接続されている。第２連系リレー５２の第２接点５２ｂは、ＡＣ２００Ｖ用の分岐ブレーカ２２ａの２次側に接続されている。

【0031】

第１連系リレー５０および第２連系リレー５２は、第１切替スイッチ５４を介して直列接続されており、燃料電池モジュール３０と電力系統２４との間に電気的に介挿されている。

【0032】

第１切替スイッチ５４の第３接点５４ｃは、第２切替スイッチ５６の第１接点５６ａに接続されている。第２切替スイッチ５６の第２接点５６ｂは、ＡＣ１００Ｖ用の分岐ブレーカ２２ｂの２次側に接続されている。

【0033】

貯湯ユニット１６および熱消費機器１８は、スイッチ群４０に電気的に接続されている。具体的には、貯湯ユニット１６および熱消費機器１８は、第１切替スイッチ５４の第３接点５４ｃおよび第２切替スイッチ５６の第１接点５６ａに接続されている。このような接続により、後述するが、燃料電池モジュール３０の電力が分電盤１０を経由して貯湯ユニット１６および熱消費機器１８に供給される電気経路と、燃料電池モジュール３０の電力が分電盤１０を経由せずに貯湯ユニット１６および熱消費機器１８に供給される電気経路とを切り替え可能となっている。

【0034】

第２切替スイッチ５６の第３接点５６ｃは、コンセント６０に接続されている。コンセント６０は、停電時にのみ使用可能となる停電時専用のコンセントであり、例えば、屋内に設けられる。停電時にコンセント６０に電気的な負荷機器が接続されることで、停電時に当該負荷機器に電力を供給することができる。

【0035】

停電検出部４２は、電力系統２４の停電を検出する。例えば、停電検出部４２は、電力系統２４から主幹ブレーカ２０に供給される電力を逐次モニタリングする。停電検出部４２は、主幹ブレーカ２０の１次側の電力が、予め設定された下限電力以下となった場合、停電が発生した旨を検出する。なお、停電検出部４２は、電力会社などから停電を行う旨の情報を受信することで停電を検知する構成となっていてもよい。

【0036】

制御部４４は、プロセッサ、プログラム等が格納されたＲＯＭ、および、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成される。制御部４４は、プログラムを実行することで、燃料電池ユニット１２の各部を制御する。また、制御部４４は、貯湯ユニット１６および熱消費機器１８と通信することで、貯湯ユニット１６および熱消費機器１８を間接的に制御可能となっている。制御部４４については、後に詳述する。

【0037】

貯湯ユニット１６は、貯湯タンク７０、１次ポンプ７２、２次ポンプ７４、温度センサ７６、排出路７８、排出弁８０、排出ポンプ８２、供給路８４、供給弁８６、供給ポンプ８８および供給断検出部９０を有する。

【0038】

貯湯タンク７０は、中空の容器であり、内部に熱媒体を貯留する。貯湯タンク７０には、側面の鉛直下方に１次側出口７０ａが設けられ、側面の鉛直上方に１次側入口７０ｂが設けられている。１次側出口７０ａは、１次ポンプ７２を通じて熱交換器１４に連通する。熱交換器１４は、１次側入口７０ｂに連通する。１次ポンプ７２は、貯湯タンク７０内の熱媒体を熱交換器１４に送り、熱交換器１４を通じて熱媒体を貯湯タンク７０に戻す。

【0039】

上述のように、熱交換器１４は、燃料電池モジュール３０から排出される排気と、貯湯タンク７０から送出される熱媒体との間で熱交換を行う。熱交換器１４で熱交換されて温度が上昇した熱媒体は、１次側入口７０ｂを通じて貯湯タンク７０に送入される。このように、貯湯タンク７０内の熱媒体は、貯湯タンク７０、１次ポンプ７２および熱交換器１４を循環する。

【0040】

また、貯湯タンク７０には、側面の鉛直上方に２次側出口７０ｃが設けられ、側面の鉛直下方に２次側入口７０ｄが設けられている。２次側出口７０ｃは、熱消費機器１８に連通する。熱消費機器１８は、２次ポンプ７４を通じて貯湯タンク７０の２次側入口７０ｄに連通する。２次ポンプ７４は、貯湯タンク７０内の熱媒体を熱消費機器１８に送り、熱消費機器１８を通じて熱媒体を貯湯タンク７０に戻す。

【0041】

熱消費機器１８は、貯湯タンク７０から供給される熱媒体の熱を消費することが可能な機器である。熱消費機器１８は、例えば、浴室暖房乾燥機である。なお、熱消費機器１８は、浴室暖房乾燥機に限らず、例えば、床暖房機器など、熱媒体の熱を消費可能な任意の機器であってもよい。

【0042】

貯湯タンク７０から熱消費機器１８に送られた熱媒体は、熱消費機器１８において当該熱媒体の熱が消費される。熱消費機器１８において熱が消費された後の熱媒体は、２次ポンプ７４を通じて貯湯タンク７０に戻される。このように、貯湯タンク７０内の熱媒体は、貯湯タンク７０、熱消費機器１８および２次ポンプ７４を循環する。

【0043】

貯湯タンク７０には、温度センサ７６が設けられている。温度センサ７６は、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度を検出する。温度センサ７６は、例えば、サーミスタなどである。温度センサ７６は、貯湯タンク７０の深さ方向に複数分散して配置されてもよい。この場合、貯湯タンク７０の深さ方向の複数の温度センサ７６のうち、最下部の温度センサ７６により検出された熱媒体の温度に基づいて、貯湯タンク７０が満蓄であるかが判定されてもよい。

【0044】

排出路７８は、貯湯タンク７０の鉛直上部に連通している。排出路７８は、貯湯タンク７０内の熱媒体を外部に排出可能な流路である。排出路７８には、排出弁８０および排出ポンプ８２が設けられている。排出弁８０は、排出路７８を開閉する。排出ポンプ８２は、排出弁８０が開いた状態で、排出路７８を通じて貯湯タンク７０内の熱媒体を外部に排出する。熱媒体の排出先は、例えば、浴槽など熱媒体を利用する設備であってもよい。また、熱媒体が不要な場合、熱媒体の排出先を下水道としてもよい。

【0045】

貯湯タンク７０内の熱媒体は、相対的に鉛直上方に位置するに従って温度が高くなる。このため、相対的に温度の高い熱媒体が、排出路７８を通じて排出されることになる。

【0046】

また、供給路８４は、貯湯タンク７０の鉛直下部に連通している。供給路８４は、貯湯タンク７０内に外部から熱媒体を供給可能な流路である。供給路８４には、供給弁８６および供給ポンプ８８が設けられている。供給弁８６は、供給路８４を開閉する。供給ポンプ８８は、供給弁８６が開いた状態で、供給路８４を通じて熱媒体を外部から貯湯タンク７０内に供給する。熱媒体の供給元は、例えば、貯水槽などの熱媒体を供給可能な設備であってもよい。また、熱媒体の供給元を上水道としてもよい。

【0047】

供給路８４を通じて貯湯タンク７０に供給される熱媒体の温度は、排出路７８を通じて排出される熱媒体の温度より低くなっている。

【0048】

供給断検出部９０は、熱媒体の貯湯タンク７０への供給断を検出する。供給断は、供給路８４を通じて外部から貯湯タンク７０に熱媒体を供給不能な状態を示す。熱媒体が水の場合、供給断は、断水のことである。供給断検出部９０は、例えば、供給路８４内の熱媒体の圧力を逐次モニタリングし、供給路８４内の熱媒体の圧力が予め設定された所定圧力未満の場合、供給断が発生した旨を検出する。制御部４４は、供給断検出部９０の検出結果を取得する。

【0049】

次に、制御部４４の動作を説明する。電力系統２４の停電が検出されていない通常時、図１に示すように、制御部４４は、第１連系リレー５０および第２連系リレー５２をオン状態に制御する。併せて、制御部４４は、第１切替スイッチ５４を、第１接点５４ａと第２接点５４ｂとが接続された状態に制御し、第２切替スイッチ５６を、第１接点５６ａと第２接点５６ｂとが接続された状態に制御する。

【0050】

これにより、燃料電池モジュール３０で生成された電力は、第１連系リレー５０、第１切替スイッチ５４、第２連系リレー５２、分岐ブレーカ２２ａ、分岐ブレーカ２２ｂ、第２切替スイッチ５６の順に伝達され、第２切替スイッチ５６から貯湯ユニット１６および熱消費機器１８に供給される。なお、貯湯ユニット１６に供給された電力は、例えば、１次ポンプ７２、２次ポンプ７４、排出弁８０、排出ポンプ８２、供給弁８６および供給ポンプ８８の動作などに利用される。

【0051】

また、通常時、直列接続された第１連系リレー５０および第２連系リレー５２が、燃料電池モジュール３０と電力系統２４との間に電気的に介挿された状態となっている。この状態で、例えば、燃料電池モジュール３０を電力系統２４から電気的に切り離す必要がある場合、制御部４４は、第１連系リレー５０および第２連系リレー５２をオフ状態にさせる。このとき、仮に、第１連系リレー５０に異常が生じてオフ状態にできない事態が発生したとしても、第２連系リレー５２をオフ状態にすることで、燃料電池モジュール３０を電力系統２４から確実に切り離すことができる。また、仮に、第２連系リレー５２に異常が生じてオフ状態にできない事態が発生したとしても、第１連系リレー５０をオフ状態にすることで、燃料電池モジュール３０を電力系統２４から確実に切り離すことができる。

【0052】

図２は、電力系統２４の停電が検知されたときのスイッチ群４０の状態を説明するための図である。図２では、図を見易くするために、電気配線以外の構成を省略している。

【0053】

停電検出部４２によって電力系統２４の停電が検知された場合、制御部４４は、燃料電池モジュール３０を電力系統２４から切り離すために、第１連系リレー５０および第２連系リレー５２をオフ状態に制御する。制御部４４は、図２で示すように、第１連系リレー５０がオフ状態となったことを認識した後、第２連系リレー５２をオン状態に制御する。併せて、制御部４４は、第１切替スイッチ５４を第１接点５４ａと第３接点５４ｃとが接続された状態に制御し、第２切替スイッチ５６を第１接点５６ａと第３接点５６ｃとが接続された状態に制御する。

【0054】

すなわち、電力系統２４の停電が検知された場合、制御部４４は、燃料電池モジュール３０の発電により生成された電力を、分岐ブレーカ２２を介さずに熱消費機器１８に供給するようにスイッチ群４０を制御する。

【0055】

これにより、停電によって第２連系リレー５２がオフ状態にされて燃料電池モジュール３０が電力系統から切り離されても、停電中に、燃料電池モジュール３０の電力を貯湯ユニット１６および熱消費機器１８に適切に供給することができる。

【0056】

ところで、燃料電池モジュール３０が発電を行っているが、熱消費機器１８が停止している状態では、燃料電池モジュール３０の発電に伴って、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が上昇していく。貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が、満蓄を示す上限温度に到達すると、安全を考慮して、燃料電池モジュール３０は、発電を停止するようになっている。

【0057】

例えば、電力系統２４に停電が検出されたときに、貯湯タンク７０が満蓄に至って燃料電池モジュール３０の発電が停止すると、停電時のバックアップ電源としての燃料電池モジュール３０の機能が十分に発揮できない。

【0058】

そこで、制御部４４は、燃料電池モジュール３０が発電を行っている状態において、停電が検出され、停電中に、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が、満蓄に近いことを示す所定温度以上となった場合、貯湯タンク７０内の熱媒体の一部を、排出路７８を通じて排出させるとともに、排出された熱媒体よりも温度が低い熱媒体を、供給路８４を通じて貯湯タンク７０内に供給させる。所定温度は、満蓄を示す上限温度未満であり、当該上限温度に近い温度に設定される。

【0059】

これにより、貯湯タンク７０内の熱媒体が、温度の低い熱媒体に置換されるため、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が低下する。その結果、停電時に、貯湯タンク７０が満蓄に至ることを防止することができ、燃料電池モジュール３０の発電を継続させることが可能となる。

【0060】

しかし、停電時には、熱媒体の供給断も発生することがある。この供給断が発生すると、貯湯タンク７０内の熱媒体の置換を行うことができないため、貯湯タンク７０が満蓄に至ることがある。貯湯タンク７０が満蓄に至ると、燃料電池モジュール３０の発電が停止することとなる。

【0061】

そこで、本実施形態では、停電の検出と、貯湯タンク７０が満蓄に近いこととの条件の他、供給断が発生したか否かの条件を追加して、貯湯ユニット１６および熱消費機器１８を制御する。

【0062】

より詳細には、制御部４４は、燃料電池モジュール３０が発電を行っている状態において、停電が検出され、停電中に、供給断の発生が検出されず、かつ、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が満蓄に近いことを示す所定温度以上となった場合、貯湯タンク７０内の熱媒体の一部を、排出路７８を通じて排出させるとともに、排出された熱媒体よりも温度が低い熱媒体を、供給路８４を通じて貯湯タンク７０内に供給させる。

【0063】

一方、制御部４４は、燃料電池モジュール３０が発電を行っている状態において、停電が検出され、停電中に、供給断の発生が検出され、かつ、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が満蓄に近いことを示す所定温度以上となった場合、排出路７８を通じた熱媒体の排出は行わず、貯湯タンク７０から熱消費機器１８に熱媒体を供給させ、熱媒体の熱を熱消費機器１８で消費させる。

【0064】

以後、説明の便宜のため、燃料電池モジュール３０が発電を行っている状態において、停電が検出され、停電中に、供給断の発生が検出され、かつ、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が満蓄に近いことを示す所定温度以上の条件のことを、強制消費条件という場合がある。

【0065】

例えば、制御部４４は、上記の強制消費条件が成立した場合、熱消費機器１８と通信し、熱消費機器１８を動作が可能なオン状態に強制的にさせる。なお、停電時、図２で示すように、燃料電池モジュール３０から分岐ブレーカ２２を介さずに熱消費機器１８に電力が供給されるため、停電時であっても、熱消費機器１８を確実にオン状態にさせることができる。

【0066】

熱消費機器１８がオン状態にされると、熱消費機器１８における熱媒体の受入口が開かれ、貯湯タンク７０から熱媒体が供給される。例えば、熱消費機器１８が浴室暖房乾燥機である場合、熱消費機器１８は、供給された熱媒体と、浴室から取り込んだ空気との熱交換を行い、熱交換により生成された温風を、内部のファンの回転によって浴室に送風する。

【0067】

このように、熱消費機器１８がオン状態に制御されることで、貯湯タンク７０から熱消費機器１８に供給された熱媒体の熱を、熱消費機器１８において消費することができる。これにより、貯湯タンク７０において熱媒体の温度の上昇が抑制される。その結果、停電時に熱媒体の供給断が発生しても、燃料電池モジュール３０の発電を継続させることができる。

【0068】

なお、熱消費機器１８が停止しており、停電中に供給断が発生しても、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が所定温度未満の状態では、制御部４４は、熱消費機器１８の停止を維持させてもよい。

【0069】

図３および図４は、制御部４４の動作の流れを説明するフローチャートである。図３の「Ａ」は、図４の「Ａ」に繋がる。制御部４４は、所定時間間隔で訪れる所定の割込みタイミングが到来するごとに、図３の一連の処理を繰り返し行う。所定時間間隔は、例えば、１秒など任意の時間間隔に設定されてもよい。なお、排出弁８０および供給弁８６の初期状態は閉状態であるとし、排出ポンプ８２および供給ポンプ８８の初期状態は停止であるとする。

【0070】

所定の割込みタイミングが到来すると、制御部４４は、燃料電池モジュール３０が現時点で発電中であるかを判定する（Ｓ１０）。燃料電池モジュール３０が発電中ではない場合（Ｓ１０におけるＮＯ）、制御部４４は、一連の処理を終了する。

【0071】

燃料電池モジュール３０が発電中である場合（Ｓ１０におけるＹＥＳ）、制御部４４は、停電検出部４２によって電力系統２４の停電が検出されたかを判定する（Ｓ１１）。

【0072】

停電検出部４２によって電力系統２４の停電が検出された場合（Ｓ１１におけるＹＥＳ）、制御部４４は、供給断検出部９０によって供給断が検出されたかを判定する（Ｓ１１）。供給断が検出されなかった場合（Ｓ１２におけるＮＯ）、制御部４４は、ステップＳ１３の処理に進む。

【0073】

また、停電検出部４２によって電力系統２４の停電が検出されなかった場合も（Ｓ１１におけるＮＯ）、制御部４４は、ステップＳ１３の処理に進む。

【0074】

ステップＳ１３において、制御部４４は、温度センサ７６によって検出された貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が、所定温度以上であるかを判定する（Ｓ１３）。所定温度は、満蓄を示す上限温度未満であり、当該上限温度に近い温度に設定される。

【0075】

貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が所定温度以上である場合（Ｓ１３におけるＹＥＳ）、制御部４４は、排出弁８０を開状態にさせ（Ｓ１４）、排出ポンプ８２を駆動させる（Ｓ１５）。制御部４４は、供給弁８６を開状態にさせ（Ｓ１６）、供給ポンプ８８を駆動させ（Ｓ１７）、一連の処理を終了する。

【0076】

このように、停電が検出されず、かつ、貯湯タンク７０が満蓄に近くなった場合、あるいは、停電が検出されても供給断が検出されておらず、かつ、貯湯タンク７０が満蓄に近くなった場合には、貯湯タンク７０内の熱媒体の置換が行われる。

【0077】

また、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が所定温度未満である場合（Ｓ１３におけるＮＯ）、制御部４４は、温度センサ７６によって検出された貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が、予め設定された復帰温度未満であるかを判定する（Ｓ１８）。復帰温度は、ステップＳ１３の所定温度よりも低い温度に設定される。

【0078】

貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が復帰温度未満である場合（Ｓ１８におけるＹＥＳ）、制御部４４は、排出弁８０を閉状態にさせ（Ｓ１９）、排出ポンプ８２を停止させる（Ｓ２０）。制御部４４は、供給弁８６を閉状態にさせ（Ｓ２１）、供給ポンプ８８を停止させ（Ｓ２２）、一連の処理を終了する。この場合、貯湯タンク７０内の熱媒体の置換が十分に行われたと推定されるため、熱媒体の置換が終了される。

【0079】

貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が復帰温度以上である場合（Ｓ１８におけるＮＯ）、制御部４４は、一連の処理を終了する。この場合、貯湯タンク７０内の置換を行っていない状態であれば、排出弁８０、供給弁８６、排出ポンプ８２および供給ポンプ８８が初期状態で維持され、貯湯タンク７０内の置換を行っている状態であれば、貯湯タンク７０内の置換が継続される。

【0080】

また、ステップＳ１２において、供給断が検出された場合（Ｓ１２におけるＹＥＳ）、図３の「Ａ」から図４の「Ａ」に移り、制御部４４は、図４のステップＳ３０の処理に進む。

【0081】

ステップＳ３０において、制御部４４は、温度センサ７６によって検出された貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が、所定温度以上であるかを判定する（Ｓ３０）。ここでの所定温度は、ステップＳ１３の所定温度と同じである。

【0082】

貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が所定温度以上である場合（Ｓ３０におけるＹＥＳ）、制御部４４は、排出弁８０を閉状態にさせ（Ｓ３１）、排出ポンプ８２を停止させる（Ｓ３２）。制御部４４は、供給弁８６を閉状態にさせ（Ｓ３３）、供給ポンプ８８を停止させる（Ｓ３４）。制御部４４は、熱消費機器１８と通信して熱消費機器１８を強制的にオン状態にさせ、貯湯タンク７０から熱消費機器１８に熱媒体を供給させ（Ｓ３５）、一連の処理を終了する。

【0083】

このように、停電が検出され、供給断が検出され、かつ、貯湯タンク７０が満蓄に近くなった場合には、貯湯タンク７０内の熱媒体の置換が行われず、貯湯タンク７０から熱消費機器１８に熱媒体が供給される。これにより、貯湯タンク７０から熱消費機器１８に供給された熱媒体の熱が熱消費機器１８で消費される。

【0084】

また、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が所定温度未満である場合（Ｓ３０におけるＮＯ）、制御部４４は、温度センサ７６によって検出された貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が復帰温度未満であるかを判定する（Ｓ３６）。ここでの復帰温度はステップＳ１８の復帰温度と同じである。

【0085】

貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が復帰温度未満である場合（Ｓ３６におけるＹＥＳ）、制御部４４は、排出弁８０を閉状態にさせ（Ｓ３７）、排出ポンプ８２を停止させる（Ｓ３８）。制御部４４は、供給弁８６を閉状態にさせ（Ｓ３９）、供給ポンプ８８を停止させる（Ｓ４０）。制御部４４は、貯湯タンク７０から熱消費機器１８への熱媒体の供給を停止させる（Ｓ４１）、一連の処理を終了する。なお、ステップＳ４１において、熱消費機器１８の動作を停止してもよい。この場合、貯湯タンク７０内の熱媒体の熱が熱消費機器１８で十分に消費されたと推定されるため、貯湯タンク７０から熱消費機器１８への熱媒体の供給が終了される。

【0086】

貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が復帰温度以上である場合（Ｓ３６におけるＮＯ）、制御部４４は、一連の処理を終了する。この場合、熱消費機器１８への熱媒体の供給が行われていない状態であれば、熱消費機器１８の停止が維持され、熱消費機器１８への熱媒体の供給が行われている状態であれば、熱消費機器１８による熱媒体の熱の消費が継続される

【0087】

以上のように、本実施形態のコージェネレーションシステム１の制御部４４は、燃料電池モジュール３０が発電を行っている状態において、停電が検出され、停電中に、供給断の発生が検出されず、かつ、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が満蓄に近いことを示す所定温度以上となった場合、貯湯タンク７０内の熱媒体の一部を、排出路７８を通じて排出させるとともに、排出された熱媒体よりも温度が低い熱媒体を、供給路８４を通じて貯湯タンク７０内に供給させる。また、本実施形態のコージェネレーションシステム１の制御部４４は、燃料電池モジュール３０が発電を行っている状態において、停電が検出され、停電中に、供給断の発生が検出され、かつ、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が所定温度以上となった場合、排出路７８を通じた熱媒体の排出は行わず、貯湯タンク７０から熱消費機器１８に熱媒体を供給させ、熱媒体の熱を熱消費機器１８で消費させる。

【0088】

これにより、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、電力系統２４の停電中に熱媒体の供給断が発生しても、貯湯タンク７０内の熱媒体の温度が満蓄に至ることを防止することができる。

【0089】

したがって、本実施形態のコージェネレーションシステム１によれば、停電中に熱媒体の供給断が発生しても発電を継続させることが可能となる。

【0090】

また、本実施形態のコージェネレーションシステム１の制御部４４は、停電が検出された場合、燃料電池モジュール３０の発電により生成された電力を、分岐ブレーカ２２を介さずに熱消費機器１８に供給するようにスイッチ群４０を制御する。

【0091】

これにより、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、電力系統２４の停電中に、燃料電池モジュール３０から貯湯ユニット１６および熱消費機器１８に適切に電力を供給することができる。その結果、停電中に供給断が検出されたとしても、貯湯タンク７０内の熱媒体を熱消費機器１８に供給することを確実に行うことができる。

【0092】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0093】

例えば、上記実施形態では、停電および供給断が検出され、かつ、貯湯タンクが満蓄に近い場合に、貯湯タンク内の熱媒体の熱を熱消費機器で消費させていた。しかし、供給断の有無に拘わらずに、停電が検出され、かつ、貯湯タンクが満蓄に近い場合に、貯湯タンク内の熱媒体の熱を熱消費機器で消費させるようにしてもよい。また、停電が検出され、かつ、貯湯タンクが満蓄に近い場合に、貯湯タンク内の熱媒体の熱を熱消費機器で消費させることと、貯湯タンク内の熱媒体を置換することとのどちらを優先するかを選択できるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0094】

１ コージェネレーションシステム
１０ 分電盤
１４ 熱交換器
１８ 熱消費機器
２２ 分岐ブレーカ
２４ 電力系統
３０ 燃料電池モジュール
４０ スイッチ群
４２ 停電検出部
４４ 制御部
７０ 貯湯タンク
７６ 温度センサ
７８ 排出路
８４ 供給路
９０ 供給断検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】