JP2018076998A - コジェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】コジェネレーションシステムにおいて、貯湯槽に接続された流路の凍結を抑制すること。【解決手段】コジェネレーションシステムの制御装置１５は、貯湯槽２１の湯水を循環させる湯水循環路２２に流れる湯水の温度であって第一温度センサ２２ｃによって検出される第一検出温度、貯湯槽２１に給水路２３を介して供給される水の温度であって第二温度センサ２３ａによって検出される第二検出温度、および、貯湯槽２１からの湯水と給水路２３からの水とを混合する混合弁５０から導出された混合湯の温度であって第三温度センサ２４ｄ１によって検出される第三検出温度のうち少なくとも一つの温度が、第一所定温度以下となった場合、弁体５２を駆動して弁体５２の位置を混合位置に位置させ、かつ、循環ポンプ２２ａを駆動して湯水循環路２２に湯水を循環させる第一凍結防止制御を実行する第一凍結防止制御部（ステップＳ１０６）を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、コジェネレーションシステムに関する。

コジェネレーションシステムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１のコジェネレーションシステム（発電システム）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、給水源より貯湯タンク２に水を供給する給水路１１と、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、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、を備えている。また、排熱回収ユニットは、貯湯タンク２の湯が循環する第一循環路５および第一循環路５に設けられた第一ポンプ３を備えている。

凍結予防運転は、第一ポンプ３の作動によって貯湯タンク２の湯を第一循環路５に循環させる運転である。これにより、排熱回収ユニットの温度が上昇することよって、排熱回収ユニットの凍結が抑制される。

特開２０１５−１１１０１３号公報

しかしながら、排熱回収ユニット内の湯水の凍結は、コジェネレーションシステムの寿命停止時だけでなく、コジェネレーションシステムが発電をしていないとき（例えば、コジェネレーションシステムが待機状態であるとき）にも発生することが考えられる。また、水の凍結は、排熱回収ユニット内だけでなく、貯湯タンク（貯湯槽）に貯められた湯水を利用する給湯装置（例えばシャワー）と、貯湯槽との間の流路にも発生することが考えられる。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、コジェネレーションシステムにおいて、貯湯槽に接続された流路の凍結を抑制することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係るコジェネレーションシステムは、発電装置と、湯水を貯湯する貯湯槽と、貯湯槽に貯湯された湯水が循環する湯水循環路と、湯水循環路に設けられ、湯水を循環させる循環ポンプと、湯水循環路に設けられ、発電装置からの排熱と貯湯槽に貯湯された湯水との熱交換を行う熱交換器と、水源からの水を貯湯槽に供給する給水路と、貯湯槽の湯水が導出される湯水導出路および給水路にそれぞれ接続され、弁体が駆動されることにより、弁体の位置を、湯水導出路からの湯水と給水路からの水とを混合させる混合位置にすることによって、湯水と水とを混合させた混合湯を生成するとともに、混合湯を導出する混合弁と、混合弁から導出された混合湯を給湯装置に導出する混合湯導出路と、湯水循環路に設けられ、湯水の温度を検出する第一温度センサと、給水路に設けられ、水の温度を検出する第二温度センサと、混合湯導出路に設けられ、混合湯の温度を検出する第三温度センサと、発電装置を少なくとも制御する制御装置と、を備えたコジェネレーションシステムであって、制御装置は、第一温度センサによって検出された温度である第一検出温度、第二温度センサによって検出された温度である第二検出温度および第三温度センサによって検出された温度である第三検出温度のうち少なくとも一つの温度が、第一所定温度以下となった場合、弁体を駆動して弁体の位置を混合位置に位置させ、かつ、循環ポンプを駆動して湯水を循環させる第一凍結防止制御を実行する第一凍結防止制御部を備えている。

これによれば、第一凍結防止制御によって、貯湯槽に貯湯された湯水が湯水循環路を循環するとともに、貯湯槽の湯水が湯水導出路に導出されて、混合弁および給水路を通って貯湯槽に戻るように循環する。よって、貯湯槽の湯水が循環する湯水循環路だけでなく、貯湯槽と給湯装置との間の湯水導出路、混合弁および混合湯導出路や、貯湯槽と水源との間の給水路における湯水の温度が上昇する。したがって、貯湯槽に接続された流路の凍結を抑制することができる。

本発明によるコジェネレーションシステムの一実施形態の概要を示す概略図である。 図１に示す混合弁の軸方向断面図である。弁体の位置が混合位置である状態が示されている。 図１に示す制御装置によって実行されるフローチャートである。

以下、本発明によるコジェネレーションシステムの一実施形態について説明する。本実施形態のコジェネレーションシステムは、燃料電池システムである。燃料電池システム１は、図１に示すように、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、電力変換装置１３、水タンク１４および制御装置１５を備えている。

燃料電池モジュール３０（本発明の発電装置に相当）は、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３および燃料電池３４を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。

燃料電池モジュール３０は、蒸発部３２に、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。供給源Ｇｓは、例えば都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。改質用原料供給管１１ａは、原料ポンプ１１ａ１が設けられている。原料ポンプ１１ａ１は、改質用原料を送るポンプである。

また、蒸発部３２には、一端（下端）が水タンク１４に接続されて改質水が供給される改質水供給管１１ｂの他端が接続されている。改質水供給管１１ｂは、改質水を送る改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。

また、燃料電池モジュール３０は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてケーシング３１内に酸化剤ガスであるカソードエア（空気）が供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。カソードエアブロワ１１ｃ１は、カソードエアを送るポンプである。

蒸発部３２は、改質水から水蒸気を生成するものである。蒸発部３２は、具体的には、後述する燃焼ガスにより加熱されて、水タンク１４から供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。また、蒸発部３２は、供給源Ｇｓから供給された改質用原料を予熱する。蒸発部３２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料とを混合して改質部３３に供給する。改質用原料としては天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。

改質部３３は、供給源Ｇｓからの改質用原料と蒸発部３２からの水蒸気とから改質ガスを生成して燃料電池３４に供給するものである。改質部３３は、具体的には、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部３２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出する。

改質部３３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだ改質ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。

燃料電池３４は、燃料と酸化剤ガスにより発電するものである。燃料は、改質ガスである。燃料電池３４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル３４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池３４は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。

燃料電池３４の燃料極には、燃料として改質ガス（水素、一酸化炭素、メタンガスなど）が供給される。セル３４ａの燃料極側には、燃料（改質ガス）が流通する燃料流路３４ｂが形成されている。セル３４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路３４ｃが形成されている。燃料電池３４は、比較的高温の動作温度（およそ７５０℃〜１０００℃）にて発電が行われる。

燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からの改質ガスが改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５の燃料導出口（図示なし）に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。

カソードエアブロワ１１ｃ１によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管１１ｃを介して供給され、空気流路３４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。

また、燃料電池３４と蒸発部３２および改質部３３との間には、燃焼部３６が設けられている。燃焼部３６は、燃料電池３４からのアノードオフガス（燃料オフガス）と燃料電池３４からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて燃焼ガス（火炎３７）が発生している。その燃焼ガスが蒸発部３２および改質部３３を加熱する。燃焼部３６には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２が設けられている。

また、燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されて、比較的高温の燃焼排ガスが発生している。比較的高温の燃焼排ガスは、熱交換器１２に導出される。すなわち、熱交換器１２は、燃焼排ガスによって燃料電池モジュール３０からの排熱が供給される。また、燃焼部３６は、燃料電池モジュール３０内の温度を燃料電池３４の動作温度にする。

このように、燃料電池モジュール３０は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池３４と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部３２と、供給源Ｇｓからの改質用原料と蒸発部３２からの水蒸気とから燃料を生成して燃料電池３４に供給する改質部３３と、を備えている。

貯湯槽２１は、湯水を貯湯するものである。貯湯槽２１には、貯湯槽２１に貯湯された湯水が循環する（図にて矢印の方向に循環する）管である湯水循環路２２が設けられている。湯水循環路２２上には、貯湯槽２１の下端から上端に向かって順番に、循環ポンプ２２ａ、加熱装置２２ｂ、熱交換器１２および第一温度センサ２２ｃが配置されている。貯湯槽２１、湯水循環路２２、循環ポンプ２２ａ、加熱装置２２ｂ、熱交換器１２および第一温度センサ２２ｃから、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール３０の排熱を湯水に回収して蓄える。

循環ポンプ２２ａは、湯水循環路２２に設けられ、湯水を循環させるポンプである。循環ポンプ２２ａは、制御装置１５から送信される制御指令値にしたがって湯水を送出する流量（単位時間当たりの流量）を調整する。循環ポンプ２２ａがＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御されているため、循環ポンプ２２ａに出力される制御指令値は、ＰＷＭ制御のデューティ比にて算出される。

加熱装置２２ｂは、湯水循環路２２に設けられ、電力が供給されることにより湯水を加熱するものである。加熱装置２２ｂは、電力が供給されることにより発熱するヒータである。加熱装置２２ｂの電気抵抗値は、所定電気抵抗値（例えば１２０Ω）に設定されている。

熱交換器１２は、湯水循環路２２に設けられ、燃料電池モジュール３０から排熱と、貯湯槽２１に貯湯された湯水との熱交換を行うものである。熱交換器１２は、燃料電池モジュール３０からの排熱を含む燃焼排ガスを用いて、貯湯槽２１からの湯水を加熱する。

熱交換器１２は、燃料電池モジュール３０からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２には、凝縮水供給管１２ａの一端が接続されている。熱交換器１２において、燃料電池モジュール３０からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、貯湯槽２１から供給される湯水との間で熱交換が行われ冷却されるとともに燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮される。冷却後の燃焼排ガスは排気管１１ｄを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、凝縮水を、イオン交換樹脂によって純水化し、かつ、改質水として貯留する。

第一温度センサ２２ｃは、湯水循環路２２に設けられ、湯水の温度を検出するものである。第一温度センサ２２ｃは、配置された位置の湯水の温度を検出する。第一温度センサ２２ｃによって検出された温度である第一検出温度は、制御装置１５に送信される。

また、貯湯槽２１は、給水路２３および湯水供給装置２４が設けられている。給水路２３は、水源Ｗからの水を貯湯槽２１に供給する管である。給水路２３は、一端が水源Ｗに接続され、他端が貯湯槽２１に接続されている。水源Ｗは、例えば上水道である。給水路２３には、第二温度センサ２３ａが配置されている。

第二温度センサ２３ａは、給水路２３に設けられ、貯湯槽２１に供給される水の温度を検出するものである。第二温度センサ２３ａは、配置された位置の水の温度を検出する。第二温度センサ２３ａによって検出された温度である第二検出温度は、制御装置１５に送信される。

湯水供給装置２４は、貯湯槽２１に貯湯された湯水を、給湯装置４０への供給するものである。給湯装置４０は、貯湯槽２１の湯水を給湯として利用するものである。給湯装置４０は、例えば、浴槽、シャワ、キッチン（キッチンの蛇口）である。給湯装置４０の給湯が開始された場合、給湯が開始された旨の給湯開始信号が制御装置１５に送信される。また、給湯装置４０の給湯が停止した場合、給湯が停止した旨の給湯停止信号が制御装置１５に送信される。湯水供給装置２４は、湯水導出路２４ａ、給水分岐路２４ｂ、混合弁２４ｃ（５０）および混合湯導出路２４ｄを備えている。

湯水導出路２４ａは、貯湯槽２１の湯水が導出される管である。湯水導出路２４ａは、一端を貯湯槽２１に接続され、他端を混合弁２４ｃに接続されている。給水分岐路２４ｂは、給水路２３から分岐して設けられている。給水分岐路２４ｂは、一端を給水路２３に接続され、水源Ｗからの水を他端に接続された混合弁２４ｃに供給する管である。

混合弁５０は、貯湯槽２１の湯水が導出される湯水導出路２４ａおよび給水路２３にそれぞれ接続されている。混合弁５０は、給水路２３に給水分岐路２４ｂを介して接続されている。混合弁５０は、後述する弁体５２が駆動されることにより、弁体５２の位置を、湯水導出路２４ａからの湯水と給水路２３からの水とを混合させる混合位置（後述する）にすることによって、湯水と水とを混合させた混合湯を生成するとともに、混合湯を導出するものである。混合弁５０は、図２に示すように、ハウジング５１、弁体５２およびモータ５３を備えている。

ハウジング５１は、円筒状に形成され、内部に弁体５２を軸線周りに回動可能に収容するものである。ハウジング５１は、湯水導出路２４ａに接続され、貯湯槽２１からの湯水を内部に導入する第一ポート５１ａ、給水分岐路２４ｂに接続され、給水分岐路２４ｂからの水を内部に導入する第二ポート５１ｂ、および、混合湯を導出する第三ポート５１ｃが形成されている。

弁体５２は、円筒状に形成されている。弁体５２は、第一開口部５２ａ、第二開口部５２ｂおよび第三開口部５２ｃが形成されている。第一開口部５２ａは、弁体５２の周側壁に形成され、第一ポート５１ａからの湯水を内側に導入する。第二開口部５２ｂは、弁体５２の周側壁に形成され、第二ポート５１ｂからの水を内側に導入する。第三開口部５２ｃは、弁体５２の底壁に、第三ポート５１ｃと常に接続するように形成されている。

また、弁体５２は、湯水全閉位置と湯水全開位置との間を回動駆動する。湯水全閉位置は、湯水導出路２４ａから弁体５２の内側に導入される湯水の量がゼロとなる位置である。湯水全開位置は、弁体５２の内側において湯水と水との比率が所定の比率となる位置である。弁体５２が湯水全閉位置から湯水全開位置に向けて回動するにしたがって、湯水の量の割合が徐々に大きくなる。

弁体５２が回動可能な範囲のうち湯水全閉位置以外の位置は、湯水導出路２４ａからの湯水と給水路２３からの水とを混合させる混合位置に相当する。なお、図２に示す弁体５２の位置は、混合位置に位置している。弁体５２の位置が混合位置である場合、第一開口部５２ａと第二開口部５２ｂとが連通するため、第一ポート５１ａ、第二ポート５１ｂおよび第三ポート５１ｃが互いに連通する。

モータ５３は、弁体５２を回動駆動させるものである。モータ５３は、例えば、ステッピングモータである。

給湯装置４０による給湯が行われていない場合、制御装置１５からの制御指令によって、弁体５２の位置が湯水全閉位置に位置する。給湯装置４０による給湯が行われる場合、制御装置１５からの制御指令によって、弁体５２の位置が混合位置に位置する。これにより、第一開口部５２ａからの湯水と第二開口部５２ｂからの水とが弁体５２の内側にて混合されて混合湯が生成される。

また、弁体５２がハウジング５１に対して軸線回りに回動駆動し、湯水の流路の開口面積および水の流路の開口面積がそれぞれ変化することによって、湯水と水との比率が調整される。生成された混合湯は、第三開口部５２ｃから第三ポート５１ｃに導出される。また、混合湯が導出されている場合、後述する第三温度センサ２４ｄ１によって検出される第三検出温度が給湯温度（例えば４０℃）となるように、弁体５２の位置が制御される。

混合湯導出路２４ｄは、図１に示すように、混合弁５０から導出された混合湯を給湯装置４０に導出（供給）する管である。混合湯導出路２４ｄは、一端が混合弁５０の第三ポート５１ｃに接続され、他端が給湯装置４０に接続されている。給湯装置４０による給湯が行われる場合、混合湯導出路２４ｄは、混合湯を給湯装置４０に導出する。また、混合湯導出路２４ｄには、第三温度センサ２４ｄ１が設けられている。

第三温度センサ２４ｄ１は、混合湯導出路２４ｄに設けられ、混合湯の温度を検出するものである。第三温度センサ２４ｄ１は、具体的には、混合湯導出路２４ｄにおける後述するバイパス路２５との接続部より給湯装置４０側に設けられている。第三温度センサ２４ｄ１は、配置された位置の混合湯の温度を検出する。第三温度センサ２４ｄ１によって検出された温度である第三検出温度は、制御装置１５に送信される。

また、湯水供給装置２４には、バイパス路２５およびバイパス弁２５ａがさらに設けられている。バイパス路２５は、給水路２３と混合湯導出路２４ｄとを接続することにより、混合弁５０を迂回し、かつ、水源Ｗからの水を混合湯導出路２４ｄに供給する管である。

バイパス弁２５ａは、バイパス路２５に設けられ、バイパス路２５の水の流れを許容する開状態およびバイパス路２５の水の流れを規制する閉状態を有する電磁弁である。また、バイパス弁２５ａは、通電状態である場合に閉状態となり、かつ、非通電状態である場合に開状態となるノーマルオープン型の電磁弁である。

給湯装置４０による給湯が行われている場合において、混合湯の温度が比較的高温になったことにより第三温度センサ２４ｄ１によって検出された第三検出温度が判定温度（例えば４５℃）以上となった場合、制御装置１５によってバイパス弁２５ａが非通電状態とされるため、バイパス弁２５ａが開状態となる。これにより、混合湯が流れる混合湯導出路２４ｄにバイパス路２５から水源Ｗからの水が供給されるため、混合湯の温度が低下する。一方、第三温度センサ２４ｄ１の第三検出温度が判定温度より低い場合、バイパス弁２５ａが閉状態となるように制御される。

電力変換装置１３は、燃料電池３４から出力される直流電圧を、第一電源ライン１３ａを介して入力する。また、電力変換装置１３は、燃料電池３４からの直流電圧を、所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび外部電力負荷１６ｂ（例えば電化製品）に接続されている第二電源ライン１３ｂに出力する。

電力変換装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を、第二電源ライン１３ｂを介して入力し所定の直流電圧に変換して各補機および制御装置１５に出力する。各補機は、バイパス弁２５ａ、混合弁５０、原料ポンプ１１ａ１、改質水ポンプ１１ｂ１およびカソードエアブロワ１１ｃ１等である。

また、発電ユニット１０は、外気温センサ６０および電力切替装置７０をさらに備えている。
外気温センサ６０は、外気の温度（以下、外気温とする。）を検出するものである。外気温は、筐体１０ａの外部の温度である。外気温センサ６０は、筐体１０ａ内における、外気温と相対関係を有する位置に配置されている。すなわち、外気温センサ６０は、外気温を間接的に検出する。外気温センサ６０によって検出された外気温である外気検出温度は、制御装置１５に送信される。

電力切替装置７０は、燃料電池モジュール３０、系統電源１６ａおよび加熱装置２２ｂの各々に電気的に接続され、燃料電池モジュール３０によって発電された電力と系統電源１６ａから供給された電力とを切り替えて加熱装置２２ｂに供給するものである。

電力切替装置７０は、第一電源ライン１３ａおよび第一電源ライン１３ａから分岐した第三電源ライン１３ａ１を介して燃料電池モジュール３０ひいては燃料電池３４と電気的に接続されている。電力切替装置７０は、第二電源ライン１３ｂおよび第二電源ライン１３ｂから分岐した第四電源ライン１３ｂ１を介して系統電源１６ａと電気的に接続されている。第二電源ライン１３ｂおよび第四電源ライン１３ｂ１は、単相三線式にて構成されている。すなわち、第二電源ライン１３ｂおよび第四電源ライン１３ｂ１は、第一の電圧線（図示なし）、第二の電圧線（図示なし）および中性線（図示なし）によって構成されている。電力切替装置７０は、第五電源ライン７０ａを介して加熱装置２２ｂに接続されている。

電力切替装置７０は、系統電源１６ａからの電力を加熱装置２２ｂに供給する場合、系統電源１６ａから供給された電力を、後述する自立発電運転において燃料電池３４から出力される第一電圧値より小さい第二電圧値（例えば２００Ｖ）および第二電圧値より小さい第三電圧値（例えば１００Ｖ）の一方に切り替えて出力可能に設けられている。

電力切替装置７０は、系統電源１６ａから供給された電力を第二電圧値にて出力する場合、第四電源ライン１３ｂ１の第一の電圧線、第二の電圧線および中性線のうち、第一の電圧線および第二の電圧線と第五電源ライン７０ａとを接続する。一方、電力切替装置７０は、系統電源１６ａから供給された電力を第三電圧値にて出力する場合、中性線および第一の電圧線と第五電源ライン７０ａとを接続する。

電力切替装置７０は、燃料電池３４からの直流電圧を加熱装置２２ｂに出力する直流オン状態、系統電源１６ａからの交流電圧を加熱装置２２ｂに出力する交流オン状態、ならびに、燃料電池３４からの直流電圧および系統電源１６ａからの交流電圧を加熱装置２２ｂに出力しないオフ状態（交流オン状態および直流オン状態でない状態）の何れかに切り替えられる。電力切替装置７０は、燃料電池システム１が後述する自立発電運転中である場合に直流オン状態に切り替えられる。また、電力切替装置７０は、後述する第二凍結防止制御において交流オン状態に切り替えられる。

制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システム１の運転を制御するものである。制御装置１５は、燃料電池モジュール３０を少なくとも制御する。制御装置１５は、演算処理を実行するＣＰＵ部（図示なし）およびＲＯＭなどの記憶部（図示なし）を備えている。また、制御装置１５は、混合湯非導出時間測定部（図示なし）を備えている。混合湯非導出時間測定部は、給湯装置４０からの給湯開始信号および給湯停止信号に基づいて、混合湯が導出されていない時間（以下、混合湯非導出時間とする。）を計測するものである。

次に、上述した燃料電池システム１の系統電源１６ａから送電がある場合の基本的動作の一例について説明する。制御装置１５は、スタートスイッチ（図示なし）が押されて運転が開始される場合、または計画運転にしたがって運転が開始される場合には、起動運転を開始する。

起動運転が開始されるときは、制御装置１５は、補機を作動させる。具体的には、制御装置１５は、ポンプ１１ａ１，１１ｂ１を作動させ、蒸発部３２に改質用原料および改質水の供給を開始する。上述したように、蒸発部３２では混合ガスが生成される。改質部３３では、混合ガスから改質ガスが生成されて、改質ガスが燃料電池３４に供給される。そして、着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２によって燃料電池３４から導出されたアノードオフガスが点火されて、燃焼部３６が着火される。改質部３３が動作温度（例えば４００℃）以上となれば、起動運転が終了し、発電運転を開始する。

発電運転中では、制御装置１５は、燃料電池３４の発電する電力を、外部電力負荷１６ｂの消費電力とするように補機を制御する（負荷追従運転）。燃料電池３４の発電する電力より外部電力負荷１６ｂの消費電力が上回った場合、その不足電力が系統電源１６ａから受電して補われるようになっている。

発電運転中に、ストップスイッチ（図示なし）が押されて発電運転が停止される場合、または運転計画にしたがって発電運転が停止される場合には、制御装置１５は、燃料電池システム１の停止運転（停止処理）を実施する。制御装置１５は、改質用原料および改質水の蒸発部３２への供給を停止し、改質ガスおよび空気の燃料電池３４への供給を停止する。このとき、燃料電池３４が残原料によって発電している場合には、燃料電池３４によって発電された電力は各ヒータ３６ａ１，３６ａ２などへ供給されて消費される。残原料による燃料電池３４の発電が終了すれば、停止運転は終了する。

なお、燃料電池システム１が起動運転中、発電運転中および停止運転中の何れかである場合においては、電力切替装置７０がオフ状態に切り替えられているため、加熱装置２２ｂには、電力が供給されない。

このような停止運転が終了すると、燃料電池システム１は待機状態（待機時）となる。待機時は、燃料電池システム１の発電停止状態（すなわち、起動運転、発電運転、停止運転のいずれの運転中でない状態である。）のことであり、発電指示（スタートスイッチのオンなど）を待っている状態のことである。すなわち、燃料電池モジュール３０が発電していない状態が維持される。

燃料電池システム１が待機状態である場合、燃料電池モジュール３０からの排熱がないため、熱交換器１２における熱交換が行われない。よって、この場合、循環ポンプ２２ａが駆動されない。また、燃料電池システム１が待機状態である場合、後述する第二凍結防止制御が実行される場合を除き、電力切替装置７０がオフ状態に切り替えられる。

次に、燃料電池システム１の自立発電運転について説明する。自立発電運転は、系統電源１６ａからの電力の供給が停止（以下、停電とする）された場合に燃料電池モジュール３０によって発電された電力のみを外部電力負荷１６ｂに供給する運転である。自立発電運転中において、制御装置１５は、燃料電池３４によって発電される電力を所定電力（例えば最大出力電力の半分）に維持するように補機を制御する。また、この場合、燃料電池３４は、自立発電運転中において、発電した電力を第一電圧値（例えば３００Ｖ）にて出力するように設定されている。

また、自立発電運転中において、電力切替装置７０は、直流オン状態に切り替えられる。これにより、加熱装置２２ｂは、自立発電運転中において、燃料電池モジュール３０によって発電された電力のうち、外部電力負荷１６ｂによって消費されない余剰電力を消費する。すなわち、加熱装置２２ｂは、自立発電運転中において余剰電力を消費する余剰電力消費ヒータである。

また、燃料電池システム１が起動運転中、発電運転中、停止運転中および自立発電運転中である場合、排熱回収システム２０によって燃料電池モジュール３０からの排熱が貯湯槽２１の湯水に回収される。すなわち、上述したように、循環ポンプ２２ａの駆動によって湯水が湯水循環路２２を循環し、熱交換器１２にて燃料電池モジュール３０からの排熱によって加熱される。

また、この場合、第一温度センサ２２ｃによって検出される第一検出温度が循環温度（例えば６０℃）となるように、循環ポンプ２２ａによって送出される湯水の流量（単位時間当たりの流量）を調整するように、循環ポンプ２２ａの駆動量がフィードバック制御される。

次に、制御装置１５が行う第一凍結防止制御および第二凍結防止制御について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。第一凍結防止制御および第二凍結防止制御は、湯水循環路２２、給水路２３、湯水導出路２４ａ、給水分岐路２４ｂ、混合湯導出路２４ｄおよびバイパス路２５（以下、各流路とする。）における湯水の凍結を抑制する制御である。

はじめに、燃料電池システム１が発電運転中であって、外気温が比較的低くなっている場合について説明する。制御装置１５は、ステップＳ１０２において、第一検出温度、第二検出温度および第三検出温度のうち少なくとも一つが第一所定温度以下であるか否かを判定する。第一所定温度は、各流路の湯水が凍結しない温度のうち比較的低い温度に設定されている。また、第一所定温度は、循環温度より低い温度に設定されている。第一所定温度は、例えば１０℃である。

燃料電池システム１が発電運転中においては、湯水循環路２２を流れる湯水が循環温度となるように排熱回収システム２０が作動している。よって、第一温度センサ２２ｃによって検出される第一検出温度は、第一所定温度より高い。また、外気温が比較的低い場合において、給湯装置４０による給湯が行われないとき、第二，第三温度センサ２３ａ，２４ｄ１によって検出される第二，第三検出温度が徐々に低下する。これにより、第二，第三検出温度の一方が第一所定温度以下となった場合、制御装置１５は、ステップＳ１０２にて「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１０６にて第一凍結防止制御を実行する（第一凍結防止制御部）。

第一凍結防止制御は、混合弁５０の弁体５２を駆動して弁体５２の位置を混合位置に位置させ、かつ、循環ポンプ２２ａを駆動して湯水を循環させる制御である。また、本実施形態においては、第一凍結防止制御は、バイパス弁２５ａを開状態とするように制御する。

第一凍結防止制御においては、循環ポンプ２２ａによって送出される流量が所定流量（例えば０．２Ｌ／分）にて一定となるように、循環ポンプ２２ａの駆動量が制御される。これにより、湯水が所定流量にて湯水循環路２２を循環する。また、湯水循環路２２と、給水路２３および湯水導出路２４ａとが貯湯槽２１を介して連通している。

さらに、混合弁５０の弁体５２の位置が混合位置に位置することにより各ポート５１ａ〜５１ｃがそれぞれ互いに連通するため、混合弁５０を介して湯水導出路２４ａ、給水分岐路２４ｂおよび給水路２３が連通する。これにより、循環ポンプ２２ａの駆動によって、貯湯槽２１の湯水が湯水導出路２４ａに導出されて、混合弁５０から給水分岐路２４ｂおよび給水路２３を通って貯湯槽２１に戻るように循環する（図１の破線の矢印参照）。

また、このとき、バイパス弁２５ａが開状態であるため、混合弁５０を介して湯水導出路２４ａ、混合湯導出路２４ｄ、バイパス路２５および給水路２３が連通する。これにより、循環ポンプ２２ａの駆動によって、貯湯槽２１の湯水が湯水導出路２４ａに導出されて、混合弁５０から混合湯導出路２４ｄ、バイパス路２５および給水路２３を通って貯湯槽２１に戻るように循環する（図１の破線の矢印参照）。なお、第一凍結防止制御が実行されている場合、上述した循環ポンプ２２ａのフィードバック制御が停止される。

燃料電池システム１が発電運転中である場合、排熱回収システム２０が作動しているため、湯水に排熱が回収される。これにより、各流路の湯水の温度が上昇する。なお、燃料電池システム１が発電運転中である場合、電力切替装置７０がオフ状態であるため、加熱装置２２ｂによる湯水の加熱は行われない。

続けて、制御装置１５は、ステップＳ１０８にて第一凍結防止制御が開始された時点から第二所定時間が経過したか否かを判定する。第二所定時間は、第一凍結防止制御が開始された時点から、貯湯槽２１に貯留された湯水が各流路を一巡する時間より長い時間に設定されている。第二所定時間は、例えば３分である。

第二所定時間が経過していない場合、制御装置１５は、ステップＳ１０８にて「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１０８を繰り返し実行する。第二所定時間が経過した場合、制御装置１５は、ステップＳ１０８にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１１０に進める。

制御装置１５は、ステップＳ１１０にて、第一温度センサ２２ｃによって検出された第一検出温度が第三所定温度以下であるか否かを判定する。第三所定温度は、第一所定温度より高い温度かつ循環温度より低い温度に設定されている。

燃料電池システム１が発電運転中である場合においては排熱回収システム２０が作動しているため、排熱回収システム２０が作動していない場合に比べて、貯湯水に貯留されている湯水の温度が高い。これにより、第一検出温度が第三所定温度より高いである場合、貯湯槽２１に貯留されている湯水が第一凍結防止制御により各流路を循環することによって、各流路の湯水の凍結が抑制される。よって、この場合、制御装置１５は、ステップＳ１１０にて「ＮＯ」と判定する。

続けて、制御装置１５は、ステップＳ１１２にて、ステップＳ１０２と同様に、第一検出温度、第二検出温度および第三検出温度のうち少なくとも一つが第一所定温度以下であるか否かを判定する。第一凍結防止制御によって各流路の湯水の温度が上昇することにより、第一検出温度、第二検出温度および第三検出温度が第一所定温度より高くなった場合、制御装置１５は、ステップＳ１１２にて「ＮＯ」と判定してプログラムをステップＳ１１４に進める。

制御装置１５は、ステップＳ１１４にて、第一凍結防止制御が開始された時点から第三所定時間が経過したか否を判定する。第三所定時間は、第二所定時間より長い時間に設定されている。第三所定時間は、例えば１５分である。第三所定時間が経過していない場合、制御装置１５は、ステップＳ１１２，Ｓ１１４を繰り返し実行する。

燃料電池システム１が発電運転中である場合、排熱回収システム２０が作動しているため、湯水循環路２２を流れる湯水の温度が循環温度となるように湯水が加熱されている。これにより、第一検出温度、第二検出温度および第三検出温度が第一所定温度以下にならない。よって、制御装置１５は、第三所定時間が経過するまで、ステップＳ１１２，Ｓ１１４にて「ＮＯ」と繰り返し判定する。

そして、第三所定時間が経過した場合、制御装置１５は、ステップＳ１１４にて「ＹＥＳ」と判定する。そして、制御装置１５は、ステップＳ１１６にて第一凍結防止制御を終了して、プログラムをステップＳ１０２に戻す。燃料電池システム１が発電運転中である場合において、第一凍結防止制御が終了したとき、上述した循環ポンプ２２ａのフィードバック制御が実行される。

なお、上述した燃料電池システム１が発電運転中であって、外気温が比較的低くなっている場合においても、第一検出温度、第二検出温度および第三検出温度が第一所定温度より高い場合、制御装置１５は、ステップＳ１０２にて「ＮＯ」と判定する。

そして、制御装置１５は、ステップＳ１０４にて、外気温センサ６０によって検出された外気検出温度が第二所定温度以下、かつ、混合湯非導出時間が第一所定時間以上であるか否かを判定する。第二所定温度は、水が凍結しない温度のうち比較的低い温度に設定されている。第二所定温度は、第一所定温度より低い温度に設定されている。第二所定温度は、例えば５℃である。第一所定時間は、外気温が比較的低い場合に各流路の湯水が凍結する時間のうち比較的短い時間に設定されている。第一所定時間は、例えば６時間である。

外気温が比較的高いことにより外気検出温度が第二所定温度より高い場合、または、給湯装置４０の給湯が行われたことにより混合湯非導出時間が第一所定時間より短い場合、制御装置１５は、ステップＳ１０４にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップＳ１０２に戻す。

一方、外気温が比較的低いことにより外気検出温度が第二所定温度以下であり、かつ、給湯装置４０の給湯が比較的長い時間行われないことにより混合湯非導出時間が第一所定時間以上である場合、制御装置１５は、ステップＳ１０４にて「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１０６にて第一凍結防止制御を開始する。

このように、制御装置１５は、第一検出温度、第二検出温度および第三検出温度のうち少なくとも一つの温度が、第一所定温度以下となった場合、または、外気温センサ６０によって検出された温度（外気検出温度）が第二所定温度以下かつ混合弁５０から混合湯が導出されていない時間（混合湯非導出時間）が第一所定時間以上である場合、第一凍結防止制御を実行する。燃料電池システム１が発電運転中である場合においては、制御装置１５は、上述したようにステップＳ１０６〜Ｓ１１４を実行する。

なお、燃料電池システム１が起動運転中および停止運転中である場合においても、上述した燃料電池システム１が発電運転中である場合と同様に、制御装置１５は、ステップＳ１０２〜Ｓ１１４を実行する。このように、燃料電池システム１が発電運転中、起動運転中および停止運転中である場合、第一凍結防止制御のみによって、各流路の湯水の温度が上昇するため、各流路の凍結が抑制される。

次に、燃料電池システム１が待機状態であって、外気温が比較的低くなっている場合について説明する。燃料電池システム１が待機状態である場合、燃料電池モジュール３０による発電が行われず、排熱回収システム２０が作動していないため、各流路の湯水の温度が外気によって低下する。

これにより、第一検出温度、第二検出温度および第三検出温度のうち少なくとも一つが第一所定温度以下となった場合、または、外気検出温度が第二所定温度以下かつ混合湯非導出時間が第一所定時間以上となった場合、制御装置１５は、ステップＳ１０２またはステップＳ１０４にて「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１０６にて第一凍結防止制御を開始する。さらに、制御装置１５は、上述したようにステップＳ１０８を実行する。

貯湯槽２１に貯留されている湯水の温度が比較的高いことにより、第一検出温度が第三所定温度より高く、さらに、第一検出温度、第二検出温度および第三検出温度の全てが第一所定温度より高い場合、制御装置１５は、ステップＳ１１０，Ｓ１１２にて「ＮＯ」と判定する。そして、この場合、制御装置１５は、第三所定時間が経過するまで、ステップＳ１１２，Ｓ１１４を繰り返し実行する。

さらに、この場合において、第三所定時間が経過した場合、制御装置１５は、ステップＳ１０２に戻す。したがって、貯湯槽２１に貯留されている湯水の温度が比較的高いことにより、第一検出温度が第三所定温度より高く、さらに、第一検出温度、第二検出温度および第三検出温度の全てが第一所定温度より高い場合、制御装置１５は、ステップＳ１０２〜Ｓ１１６を繰り返し実行する。

燃料電池システム１が待機状態であって、排熱回収システム２０が作動していない場合、外気温によって貯湯槽２１および各流路の湯水の温度が徐々に低下する。これにより、第一凍結防止制御が実行されている場合において、第一検出温度が第三所定温度以下となった場合、または、第一検出温度、第二検出温度および第三検出温度のうち少なくとも何れか一つが第一所定温度以下となった場合、制御装置１５は、ステップＳ１１０またはステップＳ１１２にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１１８に進める。

制御装置１５は、ステップＳ１１８にて、第二凍結防止制御を実行する（第二凍結防止制御部）。第二凍結防止制御は、加熱装置２２ｂによって湯水を加熱する制御である。このように、制御装置１５は、第一凍結防止制御が開始された時点から第二所定時間経過した時に、第一検出温度が第一所定温度より高い第三所定温度以下である場合、または、第一検出温度、第二検出温度および第三検出温度のうち少なくとも一つの温度が第一所定温度以下である場合、第二凍結防止制御を実行する。また、このとき、制御装置１５は、第一凍結防止制御と第二凍結防止制御とを同時に実行する。

制御装置１５は、第二凍結防止制御が開始された場合、電力切替装置７０をオフ状態から交流オン状態に切り替える。制御装置１５は、具体的には、第二凍結防止制御が開始された時点から第四所定時間（例えば５分）だけ、電力切替装置７０によって第二電圧値にて交流電圧を加熱装置２２ｂに出力する。第四所定時間は、加熱装置２２ｂによって加熱された湯水が各流路を一巡する時間より長い時間に設定されている。制御装置１５は、第四所定時間が経過した時点に、電力切替装置７０によって第二電圧値から第三電圧値に切り替えて交流電圧を加熱装置２２ｂに出力する。これにより、湯水循環路２２を循環する湯水が加熱装置２２ｂによって加熱されるため、各流路の湯水の温度が上昇する。

続けて、制御装置１５は、ステップＳ１２０にて、第二凍結防止制御が開始されてから、第五所定時間が経過したか否かを判定する。第五所定時間は、第四所定時間より長い時間に設定されている。第五所定時間は、例えば１５分である。第五所定時間が経過していない場合、制御装置１５は、ステップＳ１２０にて「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１２０を繰り返し実行する。

一方、第五所定時間が経過した場合、制御装置１５は、ステップＳ１２０にて「ＹＥＳ」と判定する。そして、制御装置１５は、ステップＳ１２２にて第一凍結防止制御および第二凍結防止制御を終了して、プログラムをステップＳ１０２に戻す。そして、外気温によって各流路の湯水の温度が再度低下した場合、上述したように、ステップＳ１０２〜Ｓ１２２が再度実行される。

次に、燃料電池システム１が自立発電運転中である場合について説明する。この場合、燃料電池システム１が発電運転中である場合と同様に、排熱回収システム２０が作動しているため、湯水に排熱が回収される。よって、第一凍結防止制御が行われた場合、各流路の湯水の温度が上昇するため、各流路の湯水の凍結が抑制される。すなわち、この場合、第二凍結防止制御が実行されない。なお、燃料電池システム１が自立発電運転中である場合、電力切替装置７０が直流オン状態であるため、加熱装置２２ｂによる湯水の加熱が行われる。

本実施形態によれば、燃料電池システム１（コジェネレーションシステム）は、燃料電池モジュール３０と、湯水を貯湯する貯湯槽２１と、貯湯槽２１に貯湯された湯水が循環する湯水循環路２２と、湯水循環路２２に設けられ、湯水を循環させる循環ポンプ２２ａと、湯水循環路２２に設けられ、燃料電池モジュール３０からの排熱と貯湯槽２１に貯湯された湯水との熱交換を行う熱交換器１２と、水源Ｗからの水を貯湯槽２１に供給する給水路２３と、貯湯槽２１の湯水が導出される湯水導出路２４ａおよび給水路２３にそれぞれ接続され、弁体５２が駆動されることにより、弁体５２の位置を、湯水導出路２４ａからの湯水と給水路２３からの水とを混合させる混合位置にすることによって、湯水と水とを混合させた混合湯を生成するとともに、混合湯を導出する混合弁５０と、混合弁５０から導出された混合湯を給湯装置４０に導出する混合湯導出路２４ｄと、湯水循環路２２に設けられ、湯水の温度を検出する第一温度センサ２２ｃと、給水路２３に設けられ、水の温度を検出する第二温度センサ２３ａと、混合湯導出路２４ｄに設けられ、混合湯の温度を検出する第三温度センサ２４ｄ１と、燃料電池モジュール３０を少なくとも制御する制御装置１５と、を備えている。制御装置１５は、第一温度センサ２２ｃによって検出された温度である第一検出温度、第二温度センサ２３ａによって検出された温度である第二検出温度および第三温度センサ２４ｄ１によって検出された温度である第三検出温度のうち少なくとも一つの温度が、第一所定温度以下となった場合、弁体５２を駆動して弁体５２の位置を混合位置に位置させ、かつ、循環ポンプ２２ａを駆動して湯水を循環させる第一凍結防止制御を実行する第一凍結防止制御部（ステップＳ１０６）を備えている。

これによれば、第一凍結防止制御によって、貯湯槽２１に貯湯された湯水が湯水循環路２２を循環するとともに、貯湯槽２１の湯水が湯水導出路２４ａに導出されて、混合弁５０および給水路２３を通って貯湯槽２１に戻るように循環する。よって、貯湯槽２１の湯水が循環する湯水循環路２２だけでなく、貯湯槽２１と給湯装置４０との間の湯水導出路２４ａ、混合弁５０および混合湯導出路２４ｄや、貯湯槽２１と水源Ｗとの間の給水路２３における湯水の温度が上昇する。したがって、貯湯槽２１に接続された流路の凍結を抑制することができる。

また、第一凍結防止制御によって、各流路の湯水の温度が上昇するため、各流路の湯水の凍結を抑制するための、各流路を加熱するヒータ等を不要とすることができる。よって、燃料電池システム１の部品点数の増加ひいては燃料電池システム１の高コスト化を抑制することができる。

また、燃料電池システム１は、外気の温度を検出する外気温センサ６０をさらに備えている。制御装置１５の第一凍結防止制御部（ステップＳ１０６）は、第一検出温度、第二検出温度および第三検出温度のうち少なくとも一つの温度が、第一所定温度以下となった場合、または、外気温センサ６０によって検出された温度（外気検出温度）が第二所定温度以下かつ混合弁５０から混合湯が導出されていない時間（混合湯非導出時間）が第一所定時間以上である場合、第一凍結防止制御を実行する。

これによれば、第一凍結防止制御部（ステップＳ１０６）は、湯水循環路２２、湯水導出路２４ａ、給水路２３に設けられた各温度センサ２２ｃ，２３ａ，２４ｄ１によって検出された温度によらずに、第一凍結防止制御を実行する。よって、各温度センサ２２ｃ，２３ａ，２４ｄ１の一つに異常が発生した場合においても、貯湯槽２１に接続された流路の湯水の凍結を抑制することができる。

また、燃料電池システム１は、湯水循環路２２に設けられ、電力が供給されることにより湯水を加熱する加熱装置２２ｂをさらに備えている。制御装置１５は、第一凍結防止制御部（ステップＳ１０６）によって第一凍結防止制御が開始された時点から第二所定時間経過した時に、第一検出温度が第一所定温度より高い第三所定温度以下である場合、または、第一検出温度、第二検出温度および第三検出温度のうち少なくとも一つの温度が第一所定温度以下である場合、加熱装置２２ｂによって湯水を加熱する第二凍結防止制御を行う第二凍結防止制御部（ステップＳ１１８）をさらに備えている。

これによれば、第一凍結防止制御が行われているときに貯湯槽２１の湯水の温度が低下した場合においても、第二凍結防止制御によって、加熱装置２２ｂが湯水を加熱することにより、湯水の温度が上昇する。よって、貯湯槽２１に接続された流路の湯水の凍結を確実に抑制することができる。

また、加熱装置２２ｂは、系統電源１６ａからの電力の供給が停止された場合に燃料電池モジュール３０によって発電された電力のみを外部電力負荷１６ｂに供給する自立発電運転中において、燃料電池モジュール３０によって発電された電力のうち、外部電力負荷１６ｂによって消費されない余剰電力を消費する余剰電力消費ヒータである。

これによれば、燃料電池システム１は、自立発電運転中に使用される余剰電力消費ヒータを加熱装置２２ｂとして利用する。よって、燃料電池システム１の部品点数の増加ひいては燃料電池システム１の高コスト化を招くことなく、第二凍結防止制御を行うことができる。

また、燃料電池システム１は、燃料電池モジュール３０、系統電源１６ａおよび加熱装置２２ｂの各々に電気的に接続され、燃料電池モジュール３０によって発電された電力と系統電源１６ａから供給された電力とを切り替えて加熱装置２２ｂに供給する電力切替装置７０、をさらに備えている。

これによれば、系統電源１６ａからの電力を加熱装置２２ｂに供給することができる。よって、燃料電池モジュール３０が発電していない場合においても、第二凍結防止制御を行うことができる。例えば、供給源Ｇｓの異常によって供給源Ｇｓから改質用原料が供給されないような場合においても、系統電源１６ａからの電力によって、第一凍結防止制御および第二凍結防止制御を行うことができる。

また、燃料電池モジュール３０は、自立発電運転中において、発電した電力を第一電圧値にて出力する。電力切替装置７０は、系統電源１６ａからの電力を加熱装置２２ｂに供給する場合、系統電源１６ａから供給された電力を、第一電圧値より小さい第二電圧値および第二電圧値より小さい第三電圧値の一方に切り替えて出力可能に設けられている。

これによれば、系統電源１６ａからの電力が加熱装置２２ｂに供給される場合、燃料電池モジュール３０からの電力が加熱装置２２ｂに供給される場合に比べて、電圧値が小さくなる。第二凍結防止制御の安全性を向上させることができる。

また、本実施形態におけるコジェネレーションシステム（燃料電池システム１）の発電装置は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池３４と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部３２と、供給源Ｇｓからの改質用原料と蒸発部３２からの水蒸気とから燃料を生成して燃料電池３４に供給する改質部３３と、を備えた燃料電池モジュール３０である。

なお、上述した実施形態において、コジェネレーションシステムの一例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を採用することもできる。例えば、上述したコジェネレーションシステムの発電ユニット１０は、燃料電池モジュール３０を用いているが、これに代えて、ガスエンジン等の内燃機関（図示なし）および発電機（図示なし）を用いて発電ユニット１０を構成するようにしても良い。この場合、本発明の発電装置は、内燃機関および発電機を用いて構成される。

また、上述した実施形態において、制御装置１５は、第一凍結防止制御にて、バイパス弁２５ａを開状態にしているが、これに代えて、バイパス弁２５ａを閉状態のままとするようにしても良い。さらに、制御装置１５は、ステップＳ１０４を省略するようにしても良い。また、制御装置１５は、ステップＳ１１４，Ｓ１１６を省略するようにしても良い。

また、上述した実施形態において、制御装置１５は、第一凍結防止制御にて、電力切替装置７０をオフ状態または直流オン状態に切り替えているが、これに代えて、電力切替装置７０を交流オン状態に切り替えるようにしても良い。

また、上述した実施形態において、制御装置１５は、第二凍結防止制御にて、加熱装置２２ｂに対して電力切替装置７０からの電力を、第二電圧値にて出力して、第四所定時間経過した時に第三電圧値に切り替えて出力している。これに対して、制御装置１５は、第二凍結防止制御にて、加熱装置２２ｂに対して電力切替装置７０からの電力を、第二電圧値一定にて、または第三電圧値一定にて出力するようにしても良い。また、制御装置１５は、第二凍結防止制御にて、加熱装置２２ｂに対して電力切替装置７０からの電力を、第二電圧値にて出力した後、第一検出温度が第四所定温度（例えば２０℃）となった時に第三電圧値に切り替えて出力するようにしても良い。

また、上述した実施形態において、加熱装置２２ｂは、余剰電力消費ヒータであるが、これに代えて、加熱装置２２ｂを、余剰電力消費ヒータとは別に設けるようにしても良い。

また、上述した実施形態において、加熱装置２２ｂは、所定電気抵抗値一定にて設定されているが、これに代えて、加熱装置２２ｂを、電気抵抗値を可変可能に設けるようにしても良い。この場合、第二凍結防止制御において、第一検出温度が第五所定温度（例えば２０℃）となるように、制御装置１５が加熱装置２２ｂの電気抵抗値を制御するようにしても良い。

また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各温度センサ２２ｃ，２３ａ，２４ｄ１の個数や配置位置、各所定温度や各所定時間、第二凍結防止制御における第二電圧値と第三電圧値との切替タイミング、循環ポンプ２２ａの駆動方法を変更するようにしても良い。

１…燃料電池システム（コジェネレーションシステム）、１０…発電ユニット、１１（３０）…燃料電池モジュール、１２…熱交換器、１５…制御装置、１６ａ…系統電源、１６ｂ…外部電力負荷、２０…排熱回収システム、２１…貯湯槽、２２…湯水循環路、２２ａ…循環ポンプ、２２ｂ…加熱装置、２２ｃ…第一温度センサ、２３…給水路、２３ａ…第二温度センサ、２４ａ…湯水導出路、２４ｂ…給水分岐路、２４ｃ（５０）…混合弁、２４ｄ…混合湯導出路、２４ｄ１…第三温度センサ、３２…蒸発部、３３…改質部、３４…燃料電池、４０…給湯装置、５２…弁体、６０…外気温センサ、７０…電力切替装置、Ｇｓ…供給源、Ｓ１０６…第一凍結防止制御部、Ｓ１１８…第二凍結防止制御部、Ｗ…水源。

Claims (7)

1. 発電装置と、
   湯水を貯湯する貯湯槽と、
   前記貯湯槽に貯湯された前記湯水が循環する湯水循環路と、
   前記湯水循環路に設けられ、前記湯水を循環させる循環ポンプと、
   前記湯水循環路に設けられ、前記発電装置からの排熱と前記貯湯槽に貯湯された前記湯水との熱交換を行う熱交換器と、
   水源からの水を前記貯湯槽に供給する給水路と、
   前記貯湯槽の前記湯水が導出される湯水導出路および前記給水路にそれぞれ接続され、弁体が駆動されることにより、前記弁体の位置を、前記湯水導出路からの前記湯水と前記給水路からの前記水とを混合させる混合位置にすることによって、前記湯水と前記水とを混合させた混合湯を生成するとともに、前記混合湯を導出する混合弁と、
   前記混合弁から導出された前記混合湯を給湯装置に導出する混合湯導出路と、
   前記湯水循環路に設けられ、前記湯水の温度を検出する第一温度センサと、
   前記給水路に設けられ、前記水の温度を検出する第二温度センサと、
   前記混合湯導出路に設けられ、前記混合湯の温度を検出する第三温度センサと、
   前記発電装置を少なくとも制御する制御装置と、を備えたコジェネレーションシステムであって、
   前記制御装置は、
   前記第一温度センサによって検出された温度である第一検出温度、前記第二温度センサによって検出された温度である第二検出温度および前記第三温度センサによって検出された温度である第三検出温度のうち少なくとも一つの温度が、第一所定温度以下となった場合、
   前記弁体を駆動して前記弁体の位置を前記混合位置に位置させ、かつ、前記循環ポンプを駆動して前記湯水を循環させる第一凍結防止制御を実行する第一凍結防止制御部を備えているコジェネレーションシステム。
2. 外気の温度を検出する外気温センサをさらに備え、
   前記第一凍結防止制御部は、
   前記第一検出温度、前記第二検出温度および前記第三検出温度のうち少なくとも一つの温度が、前記第一所定温度以下となった場合、または、前記外気温センサによって検出された温度が第二所定温度以下かつ前記混合弁から前記混合湯が導出されていない時間が第一所定時間以上である場合、前記第一凍結防止制御を実行する請求項１に記載のコジェネレーションシステム。
3. 前記湯水循環路に設けられ、電力が供給されることにより前記湯水を加熱する加熱装置をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記第一凍結防止制御部によって前記第一凍結防止制御が開始された時点から第二所定時間経過した時に、前記第一検出温度が前記第一所定温度より高い第三所定温度以下である場合、または、前記第一検出温度、前記第二検出温度および前記第三検出温度のうち少なくとも一つの温度が前記第一所定温度以下である場合、
   前記加熱装置によって前記湯水を加熱する第二凍結防止制御を行う第二凍結防止制御部をさらに備えている請求項１または請求項２に記載のコジェネレーションシステム。
4. 前記加熱装置は、系統電源からの電力の供給が停止された場合に前記発電装置によって発電された電力のみを外部電力負荷に供給する自立発電運転中において、前記発電装置によって発電された電力のうち、前記外部電力負荷によって消費されない余剰電力を消費する余剰電力消費ヒータである請求項３に記載のコジェネレーションシステム。
5. 前記発電装置、前記系統電源および前記加熱装置の各々に電気的に接続され、前記発電装置によって発電された電力と前記系統電源から供給された電力とを切り替えて前記加熱装置に供給する電力切替装置、をさらに備えている請求項４に記載のコジェネレーションシステム。
6. 前記発電装置は、前記自立発電運転中において、発電した電力を第一電圧値にて出力し、
   前記電力切替装置は、前記系統電源からの電力を前記加熱装置に供給する場合、前記系統電源から供給された電力を、前記第一電圧値より小さい第二電圧値および前記第二電圧値より小さい第三電圧値の一方に切り替えて出力可能に設けられている請求項５に記載のコジェネレーションシステム。
7. 前記発電装置は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、供給源からの改質用原料と前記蒸発部からの前記水蒸気とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する改質部と、を備えた燃料電池モジュールである請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のコジェネレーションシステム。

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