CN101257124A - 热电并给装置 - Google Patents

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Abstract

一种利用由燃料气体和氧化剂气体进行发电的高分子电介质型燃料电池来发电和供热的热电并给装置。由下述构件构成：燃料电池(1)；使内部热量输送介质向所述燃料电池循环的内部循环回路(8)；使所述介质循环的内部循环装置(9)；使所述介质的热量与外部热量输送介质进行热交换的热交换装置(14)；将所述燃料电池(1)、所述内部循环回路(8)、所述内部循环装置(9)、所述热交换装置(14)予以内藏的燃料电池本体单元(19)；将由所述热交换装置(14)进行热交换的外部热量输送介质通过废热回收配管(17a、17b)进行热利用的热利用装置(18)。

Description

热电并给装置
本发明专利申请是国际申请号为PCT/JP 00/08070、国际申请日为2000年11月16日、进入中国国家阶段的申请号为00817740.6、题为“热电并给装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及使用高分子电介质型燃料电池进行发电和供热的热电并给装置。
背景技术
以下使用图5的构成图对以往使用高分子电介质型燃料电池的发电装置进行说明。图5中，1是燃料电池部，燃料处理装置2是将天然气体等的原料进行水蒸气改质、生成以氢为主要成分的气体而向燃料电池1供给。燃料处理装置2具有生成改质气体的改质器3和用于使改质气体中所含的一氧化碳与水反应作成二氧化碳和氢的一氧化碳变成器4。在燃料侧加湿器5中对向燃料电池1供给的燃料气体进行加湿。6是空气供给装置，将氧化剂的空气向燃料电池1供给。这时，在氧化侧加湿器7中对供给空气进行加湿。还具有将水向燃料电池1输送而进行冷却的冷却配管8、使冷却配管8内的水进行循环的泵9和将在燃料电池1中产生的热量向外部散出的冷却用散热器10。
在使用这样的装置进行发电时，为了保持燃料电池1的温度为恒定，通过冷却配管8用泵9使水循环，用冷却用散热器10将燃料电池1中产生的热量向外部散出。
但是，在上述以往的结构中，为了将燃料电池1中产生的热量用冷却用散热风扇10向外部散出，则不能利用发电时产生的热量，故存在着不构成热电并给装置的问题。
又，还存在着不能利用燃料电池1中进行反应后的废弃空气及废弃燃料的废热的问题。
又，在使用由天然气体等的原料生成燃料气体的热电并给装置进行发电时，在用一氧化碳变成器4变换后的改质气体中残留有少量的一氧化碳。在这样的状况下，为了防止高分子电介质型燃料电池1中的一氧化碳的毒害，必须使运转在规定温度的范围内进行。但是，在上述发电装置中，不具有调节冷却回路中水温的装置，对保持低负荷运转时的燃料电池1的温度等及调整燃料电池1的温度有困难，存在着难以保持燃料电池1性能的问题。
发明内容
本发明将解决上述以往技术所存在的问题作为课题。
为了解决上述问题，技术方案1的本发明的热电并给装置，其特征在于，具有：使用燃料气体和氧化剂气体进行发电的高分子电介质型燃料电池；使内部热量输送介质向所述燃料电池循环的内部循环回路；使所述内部热量输送介质进行循环的内部循环装置；将所述内部热量输送介质的热量与外部热量输送介质进行热交换的第1热交换装置；将所述燃料电池、所述内部循环回路、所述内部循环装置和所述第1热交换装置内藏的燃料电池本体单元；将利用所述第1热交换装置进行热交换的外部热量输送介质通过废热回收配管进行热利用的热利用装置，
在所述第1热交换装置的所述废热回收配管上游侧，设有将所述氧化剂气体和/或燃料气体在所述燃料电池中进行化学反应后的废气的热量与外部热量输送介质进行热交换的第2热交换装置，所述第2热交换装置内藏在燃料电池本体单元中。
采用上述结构，在热电并给装置运转时，能利用内部热量输送介质通过内部循环装置使由燃料电池的发电产生的热量进行循环，并能将利用热交换装置进行热交换后的废热向外部的热交换装置进行热量输送。这时，由于将热交换装置内藏于燃料电池本体单元中，故与将内部循环回路和热交换装置引导至外部的热利用装置的结构相比，废热回收配管中一方的配管、即从热利用装置向热交换装置输送的配管通常成为低温侧配管，由于内部循环回路的内部热量输送介质在高分子电介质型燃料电池的场合为70-80℃，故与对该内部热量输送介质的内部循环回路进行延长配管的场合相比能减少热损失，提高废热回收效率。又，由于能将内部热量输送介质的内部循环回路本身在燃料电池本体单元内作成短回路化的结构，故能减少在内部热量输送介质的内部循环回路内流动的内部热量输送介质的总量，在将内部热量输送介质使用不冻液等、将连接燃料电池与热利用装置的废热回收配管内的外部热量输送介质用水构成的场合等能作成经济的结构。
并且，由于先利用第2热交换装置对比较低温侧的燃料电池的空气侧的废热进行热交换，接着利用第1热交换装置对高温侧的内部热量输送介质的废热进行热交换，故能进一步提高向热利用装置输送的废热的利用效率。
又，本发明的热电并给装置，其特征在于，所述外部热量输送介质是水，所述热利用装置是热水贮罐，在所述废热回收配管的路径中还具有外部热量输送介质循环装置，具有通过控制所述外部热量输送介质循环装置的流量而向贮水罐上部流入使热水层叠状地贮存的热水贮存控制装置。
采用上述结构，利用控制外部热量输送介质循环装置的流量并从上部层叠状地贮存热水的热水贮存控制装置，能始终从热水贮罐上部层叠状地贮存热水，在将供热水配管口从热水贮罐的上部取出的通常的配管结构中，能以高温(60-80℃)确保贮存热水的温度，并且，即使在使用热水贮罐总量并用完热水的场合也能在短时间内确保必要的最小限度的热水贮量。因此，与使贮罐总量的水一律升温的场合相比，能在短时间内获得可利用温度的热水。
又，本发明的热电并给装置，其特征在于，还具有检测所述内部热量输送介质的温度的温度检测装置，具有通过调节所述外部热量输送循环装置的流来调节来自所述第1热交换装置的热交换量并将内部热量输送介质的温度保持在规定温度的燃料电池冷却水温度控制装置。
采用上述结构，由于利用第1热交换装置将内部循环回路与外部的热利用装置进行隔断，由于作成外部的热利用装置所产生的热负荷的急剧变动及外部热量输送介质的量的变动等所产生的热负荷的急剧变动难以影响内部循环回路的结构，因此，燃料电池能在规定温度的范围内进行运转，难以受到一氧化碳的毒害地保持性能。又，在对燃料电池发电时产生的热量进行散热而使燃料电池冷却的场合，利用具有内部循环回路的热交换装置和燃料电池冷却水控制装置，对废热回收配管内的热水的热交换量，根据外部热量输送介质循环装置的流量来进行调节，能将向燃料电池供给的内部输送介质的温度保持在规定温度，能防止因一氧化碳的毒害而引起燃料电池的性能恶化。
附图说明
图1是本发明一实施形态的热电并给装置的方块构成图。
图2是本发明不同实施形态的热电并给装置的方块构成图。
图3是本发明不同实施形态的热电并给装置的方块构成图。
图4是本发明不同实施形态的热电并给装置的方块构成图。
图5是表示使用以往的高分子电介质型燃料电池的发电装置的构成图。
1是燃料电池
2是燃料处理装置
3是改质器
4是一氧化碳变成器
5是燃料侧加湿器
6是空气供给装置
7是氧化侧加湿器
8是冷却配管
9是泵
10是散热器
14是第1热交换装置
15、16是流量调节阀
17a、17b是废热回收配管
18是热利用装置
19是燃料电池本体单元
21是第2热交换装置
31是外部循环泵
32是水温热控管
33是热水贮存控制装置
39是热利用装置(热水贮罐)
41是内部热量输送介质热控管
42是燃料电池冷却水温度控制装置
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的具体实施例。
<实施形态1>
图1是本发明一实施形态的热电并给装置的方块构成图。热电并给装置，作为对于燃料电池1的发电所必需的燃气系统由以下构件构成：使用燃料气体和氧化剂气体进行发电的高分子电介质型燃料电池1；对原料燃料进行水蒸气改质和变成一氧化碳而产生燃料气体的燃料处理装置2；对供给于燃料电池1的燃料气体进行加湿的燃料侧加湿器5；将氧化剂的空气供给于燃料电池1的空气供给装置6；将供给空气进行加湿的氧化侧加湿器7。燃料处理装置2，具有对原料燃料进行水蒸气改质生成以氢为主体的改质气体的改质器3和变成改质气体所含的一氧化碳而作为燃料气体向燃料电池1供给的一氧化碳变成器4。
又，作为将内部热量输送介质向燃料电池1输送并对燃料电池1进行温度调整的内部热量输送系统由以下构件构成：冷却配管8；使冷却配管8内的内部热量输送介质进行循环的泵9；将由燃料电池1产生的热量向外部散出的散热器10；使在冷却配管8中流动的内部热量输送介质的热量与外部热量输送介质进行热交换的第1热交换装置14；对散热器10和第1热交换装置14中流动的内部热量输送介质的流量进行调节的作为流量调节装置的流量调节阀15、16；将利用第1热交换装置14进行热交换的外部热量输送介质通过废热回收配管17a、17b进行热利用的热利用装置18。而且，将燃料电池1、内部循环回路8、作为内部循环装置的泵9和第1热交换装置14内藏于燃料电池本体单元19内。
上述各结构要素，对于与图5所示的以往的发电装置的构件具有相同功能的构件标上相同符号，它们的详细功能，以图5所示的以往的发电装置的构件为准。又，冷却配管8、泵9、散热器10、第1热交换装置14、流量调节阀15、16构成本实施形态的内部循环回路。
在热电并给装置的运转时，使流量调节阀15关闭、使16打开并利用内部热量输送介质通过泵9使由燃料电池的发电产生的热量进行循环，利用第1热交换装置14向外部热量输送介质进行热量输送。热利用装置18利用内部的泵装置(未图示)将与外部热量输送介质进行热量交换的热量通过废热回收配管17a、17b加以利用。作为热利用装置使用了作为制暖设备的温水控制板和作为供热水设备的热水贮罐等。该场合，由于将第1热交换装置14内藏于燃料电池本体单元19中，故可使路径缩短而与外部热量输送介质的量相比可较少内部循环回路中流动的内部热量输送介质的量。其结果，在使用作为热利用装置18的热水贮罐、作为内部热量输送介质的不冻液、作为外部热量输送介质的水的场合，可减少不冻液的总量，作成经济的结构。又，在废热回收配管17a、17b中，从热利用装置(热水贮罐)18向第1热交换装置14输送的废热回收配管17b通常是低温侧(水)配管，另一方面，在燃料电池1的内部循环回路中流动的内部热量输送介质，由于在高分子电介质型燃料电池的场合为70-80℃，故比使内部热量输送介质的冷却配管8延长、将第1热交换装置设于热利用装置18侧的场合还能减少热损失，提高了作为燃料电池的废热回收效率。
又，在不必通过热利用装置18对热电并给装置的废热进行热回收的场合，为了使燃料电池1中产生的热量散热，通过将流量调节阀15打开、将16关闭、使散热器10工作，就能使内部热量输送介质与外气进行热交换，使热量向外部散出。这时，通过控制散热器10的能力，将内部热量输送介质的温度控制在规定温度的范围内。例如，使用热控管100来控制散热器10。
<实施形态2>
图2是本发明的不同实施形态的热电并给装置的方块构成图。热电并给装置作为燃料电池1的发电所需的燃气系统由以下构件构成：使用燃料气体和氧化剂气体进行发电的高分子电介质型燃料电池1；对原料燃料进行水蒸气改质和变成一氧化碳而产生燃料气体的燃料处理装置2；对供给于燃料电池1的燃料气体进行加湿的燃料侧加湿器5；将氧化剂的空气供给于燃料电池1的空气供给装置6；对供给空气进行加湿的氧化侧加湿器7；对作为向燃料电池1供给的氧化剂气体的加湿空气在燃料电池1中进行化学反应后的氧化剂侧废气的热量进行热交换的第2热交换装置21。燃料处理装置2具有对原料燃料进行水蒸气改质生成以氢为主体的改质气体的改质器3和变成改质气体所含的一氧化碳而作为燃料气体向燃料电池1供给的一氧化碳变成器4。
又，作为将内部热量输送介质向燃料电池1输送并对燃料电池1进行温度调整的内部热量输送系统由以下构件构成：冷却配管8，使冷却配管8内的内部热量输送介质进行循环的泵9；将由燃料电池1产生的热量向外部散出的散热器10；使在冷却配管8中流动的内部热量输送介质的热量与外部热量输送介质进行热交换的第1热交换装置14；对散热器10和第1热交换装置14中流动的内部热量输送介质的流量进行调节的作为流量调节装置的流量调节阀15、16；将利用第1热交换装置14进行热交换的外部热量输送介质通过废热回收配管17a、17b进行热利用的热利用装置18。而且，将高分子电介质型燃料电池1、内部循环回路、作为内部循环装置的泵9、第1热交换装置14和第2热交换装置21内藏于燃料电池本体单元19内。第1热交换装置14被设置于第2热交换装置21的外部热量输送介质的回路的下游侧，成为提高热利用有效化的结构。
上述各结构要素，对于与图5所示的以往的发电装置的构件具有相同功能的构件标上相同符号，它们的详细功能，以图5所示的以往的发电装置的构件为准。又，冷却配管8、泵9、散热器10、第1热交换装置14流量调节阀15、16构成本实施形态的内部循环回路。
在热电并给装置运转时，首先，使流量调节阀15关闭、使16打开并利用内部热量输送介质通过泵9使由燃料电池1发电产生的热量进行循环。又，利用空气供给装置6通过对供给空气进行加湿的氧化侧加湿器7向燃料电池1供给作为氧化剂气体的加湿空气，并将与燃料电池1化学反应后的氧化剂侧废气向第2热交换装置21输送进行热交换。利用热利用装置18内部的泵装置(未图示)从废热回收配管17b送来的外部热量输送介质，首先用第2热交换装置21进行热交换，再利用内部循环回路的泵9，用第1热交换装置14与热输送来的内部热量输送介质进行热交换，通过废热回收配管17a向热利用装置18输送。作为热利用装置18，使用了作为制暖设备的温水控制板及作为供热水设备的热水贮罐等。这时，由于将第2热交换装置21、第1热交换装置14内藏于燃料电池本体单元19中，故与外部热量输送介质的量相比能减少在内部循环回路内流动的内部热量输送介质的量。在使用作为热利用装置18的热水贮罐、作为内部热量输送介质的不冻液、作为外部热量输送介质的水的场合，能使不冻液的总量减少，能作成经济的结构。又，在废热回收配管17a、17b之中，从热利用装置(热水贮罐)18向第2热交换装置21输送的废热回收配管17b通常是低温侧(水)配管，在燃料电池1的内部循环回路中流动的内部热量输送介质的温度，由于在高分子电介质型燃料电池的场合为70-80℃，故与将内部热量输送介质的冷却配管8延长的场合相比还能使热损失减少，提高了作为燃料电池的废热回收效率。
又，在不必通过热利用装置18对燃料电池1的废热进行热回收的场合，为了使燃料电池1中产生的热量进行散热，通过将流量调节阀15打开、将16关闭、使散热器10工作，从而能使内部热量输送介质与外部空气进行热交换，将热量向外部散出。
又，在本实施形态的热电并给装置中，具有在向燃料电池1供给作为氧化剂气体的加湿空气的同时、将与燃料电池1化学反应后的废气向第2热交换装置21输送的氧化侧加湿器7，热电并给装置运转时，获得作为与燃料电池1化学反应后的废气温度为60-65℃的加湿废气空气，在用第2热交换装置21与作为外部热量输送介质的水进行热交换的场合，在将外部热量输送介质的流量作成约0.048-0.060m3/h(约0.8-1.0L/min)时获得约15-20℃的温度上升。用该第2热交换装置21热交换后，再通过用第1热交换装置14进行热交换，能使外部热量输送介质的温度升温至内部热量输送介质的循环温度(约70-80℃)附近。因此，热电并给装置的废热利用效率进一步提高。
又，在本实施形态中，作为第1热交换装置的热源，虽然使用了燃料电池的氧化剂侧废气，但即使设计使用燃料电池的燃料侧废气的结构也具有同样的效果。
<实施形态3>
图3是本发明的不同实施形态的热电并给装置的方块构成图。热电并给装置，作为燃料电池1发电所需的燃气系统由以下构件构成：使用燃料气体和氧化剂气体进行发电的高分子电介质型燃料电池1；对原料燃料进行水蒸气改质和变成一氧化碳而产生燃料气体的燃料处理装置2；对供给于燃料电池1的燃料气体进行加湿的燃料侧加湿器5；将氧化剂的空气供给于燃料电池1的空气供给装置6；对供给空气进行加湿的氧化侧加湿器7；对作为向燃料电池1供给的氧化剂气体的加湿空气在燃料电池1中进行化学反应后的氧化剂侧废气的热量进行热交换的第2热交换装置21。燃料处理装置2具有对原料燃料进行水蒸气改质生成以氢为主体的改质气体的改质器3和变成改质气体所含的一氧化碳而作为燃料气体向燃料电池1供给的一氧化碳变成器4。
又，作为将内部热量输送介质向燃料电池1输送并对燃料电池1进行温度调整的内部热量输送系统由以下构件构成：冷却配管8；使冷却配管8内的内部热量输送介质进行循环的泵9；将由燃料电池1产生的热量向外部散出的散热器10；使在冷却配管8中流动的内部热量输送介质的热量与外部热量输送介质进行热交换的第1热交换装置14；对散热器10和第1热交换装置14中流动的内部热量输送介质的流量进行调节的作为流量调节装置的流量调节阀15、16；将利用第1热交换装置14进行热交换的外部热量输送介质通过废热回收配管17a、17b进行热利用的作为热利用装置的贮热水罐39。
该废热回收配管17a与热水贮罐39的上部连接，废热回收配管17b与热水贮罐39的下部连接。
又，并由以下构件构成：安装于废热回收配管17b上、将作为外部热量输送介质的水送向第2热交换装置21的外部循环泵31；安装在废热回收配管17a上、检测由第1热交换装置14热交换后的热水温度的作为温度检测装置的水温热控管32；以用水温热控管32检测出的热水温度为基准对外部循环泵31的流量进行控制的热水贮存控制装置33。
而且，将高分子电介质型燃料电池11、内部循环回路、泵9、第1热交换装置14和第2热交换装置21内藏于燃料电池本体单元19内。第1热交换装置14被设置在第2热交换装置21的外部热量输送介质的回路的下游侧，成为提高热利用有效化的结构。
上述的各构成要素，对于与图5所示的以往的发电装置的构件具有相同功能的构件，标上相同符号，它们的详细功能以图5所示的以往的发电装置的构件为准。又，冷却配管8、泵9、散热器10、第1热交换装置14、流量调节阀15、16构成本实施形态的内部循环回路。
在热电并给装置运转时，首先，使流量调节阀15关闭、使16打开并利用内部热量输送介质通过泵9使由燃料电池1发电产生的热进行循环。又，利用空气供给装置6，通过对供给空气进行加湿的氧化侧加湿器7而向燃料电池1供给作为氧化剂气体的加湿空气，并将与燃料电池1化学反应后的氧化剂侧废气向第2热交换装置21输送进行热交换。通过废热回收配管17b的外部循环泵31而从热利用装置39送来的作为外部热量输送介质的水，首先由第2热交换装置21进行热交换，再利用内部循环回路的泵9，由第1热交换装置14与热输送来的内部热量输送介质进行热交换，通过废热回收配管17a向热利用装置39输送。这时，由于将第2热交换装置21、第1热交换装置14内藏于燃料电池本体单元19中，故与外部热量输送介质的量相比能减少在内部循环回路内流动的内部热量输送介质的量。在使用作为内部热量输送介质的不冻液、作为外部热量输送介质的水的场合，能使不冻液的总量减少，作成经济的结构。又，在废热回收配管17a、17b之中，从热水贮罐39向第2热交换装置21输送的废热回收配管17b通常是低温侧(水)配管，在燃料电池1的内部循环回路中流动的内部热量输送介质的温度，由于在高分子电介质型燃料电池的场合为70-80℃，故与将内部输送介质的冷却配管8延长的场合相比还能使热损失减少，提高了作为燃料电池的废热回收效率。
又，对通过废热回收配管17a、17b使热水贮罐39的水进行热交换的外部循环泵31的流量，根据水温热控管32的检测值来进行控制，利用将热水从热水贮罐上部层叠状地贮存热水的热水贮存控制装置33，能始终从热水贮罐39上部将热水层叠成上部温度较热、下部比其较低的2层等。在将供热水配管口作成从热水贮罐的上部取出的通常的配管结构中，能以高温(60-80℃)确保贮热水的水温，且即使在使用热水贮罐的总量而热水供完的场合下也能在短时间内确保必要的最小限定的贮热水量。又，即使不使用水温热控管32，在经验上大体也能对流量进行控制。
又，在不必通过热水贮罐39对热电并给装置的废热进行热回收的场合，为了使燃料电池1中产生的热进行散热，通过将流量调节阀15打开、将16关闭、使散热器10工作，从而能使内部热量输送介质与外气进行热交换，将热量向外部散出。
又，在本实施形态中，作为第1热交换装置的热源，虽然使用了燃料电池的氧化剂侧废气，但即使设计使用燃料电池的燃料侧废气的结构也具有同样的效果。
又，由于热交换装置连接成：对作为向燃料电池1供给的氧化剂气体的加湿空气在燃料电池中进行化学反应后的氧化剂侧废气的热量，首先利用第2热交换装置21进行热交换，在第2热交换装置21的热交换后，将来自燃料电池1的冷却水系统的内部循环回路的热量，由第1热交换装置14进行热交换，并由于在利用低温侧的热交换装置进行热交换后再进行高温侧的热交换，提高热交换效率，向热交换装置输送的废热的利用效率变得非常高效。
<实施形态4>
图4是本发明的不同实施形态的热电并给装置的方块构成图。热电并给装置，作为燃料电池1发电所需的燃气系统由以下构件构成：使用燃料气体和氧化剂气体进行发电的高分子电介质型燃料电池1；对原料燃料进行水蒸气改质和变成一氧化碳而产生燃料气体的燃料处理装置2；对供给于燃料电池1的燃料气体进行加湿的燃料侧加湿器5；将氧化剂的空气供给于燃料电池1的空气供给装置6；对供给空气进行加湿的氧化侧加湿器7；对作为向燃料电池1供给的氧化剂气体的加湿空气在燃料电池1中进行化学反应后的氧化剂侧废气的热量进行热交换的第2热交换装置21。燃料处理装置2具有对原料燃料进行水蒸气改质生成以氢为主体的改质气体的改质器3和变成改质气体所含的一氧化碳而作为燃料气体向燃料电池1供给的一氧化碳变成器4。
又，作为将内部热量输送介质向燃料电池1输送并对燃料电池1进行温度调整的内部热量输送系统由以下构件构成：冷却配管8；使冷却配管8内的内部热量输送介质进行循环的泵9；将由燃料电池1产生的热向外部散出的散热器10；使在冷却配管8中流动的内部热量输送介质的热与外部热量输送介质进行热交换的第1热交换装置14；对散热器10和第1热交换装置14中流动的内部热量输送介质的流量进行调节的作为流量调节装置的流量调节阀15、16；作为安装在第1热交换装置14的内部循环回路的出口侧的温度检测装置的内部热量输送介质热控管41。而且，由以下构件构成废热回收回路：通过废热回收配管17a、17b对由第1热交换装置14进行热交换的外部热量输送介质进行热利用的热利用装置39；将作为安装于废热回收配管17b上的外部热量输送介质的水向第1热交换装置14输送的外部循环泵31；作为检测由第1热交换装置14热交换后的热水温度的安装在废热回收配管17a上的温度检测装置的水温热控管32；设置于回收氧化剂侧排气的热量的第1热交换装置14上游的第2热交换装置21。而且，燃料电池冷却水温度控制装置42，以用内部热量输送介质热控管41检测的热水温度为基础控制外部循环泵31的流量，构成将向燃料电池1供给的内部热量输送介质的温度控制在规定温度(约70-80℃)的结构。又，将高分子电介质型燃料电池1、内部循环回路、作为内部循环装置的泵9、第1热交换装置14和第2热交换装置21内藏于燃料电池本体单元19内。
上述各结构要素，对于与图5所示的以往的发电装置的构件具有相同功能的构件标上相同符号，它们的详细功能，以图5所示的以往的发电装置的构件为准。又，冷却配管8、泵9、散热器10、第1热交换装置14流量调节阀15、16构成本实施形态的内部循环回路。
在热电并给装置运转时，首先，使流量调节阀15关闭、使16打开并利用内部热量输送介质通过泵9使由燃料电池1的发电产生的热进行循环。又，利用空气供给装置6通过对供给空气进行加湿的氧化侧加湿器7向燃料电池1供给作为氧化剂气体的加湿空气，并将与燃料电池1化学反应后的氧化剂侧废气向第2热交换装置21输送进行热交换。从废热回收配管17b送来的作为外部热量输送介质的水，首先由第2热交换装置与氧化剂侧废气进行热交换，再利用内部循环回路的泵9，由第1热交换装置14与热输送来的内部热量输送介质进行热交换，通过废热回收配管17a向热利用装置39输送。作为热利用装置39使用作为供热水设备的热水贮罐，这时，由于将第2热交换装置21、第1热交换装置14内藏于燃料电池本体单元19中，故与外部热量输送介质(水)的量相比能减小在内部循环回路内流动的内部热量输送介质的量。在使用作为内部热量输送介质的不冻液的场合，能使不冻液的总量减少，作成经济的结构。又，在废热回收配管17a、17b中，从热水贮罐39向第2热交换装置21输送的废热回收配管17b通常是低温侧(水)配管，在燃料电池1的内部循环回路中流动的内部热量输送介质的温度，由于在高分子电介质型燃料电池的场合为70-80℃，故与将内部输送介质的冷却配管8延长的场合相比还能使热损失减少，提高了作为燃料电池的废热回收效率。
又，在不必通过热利用装置39对燃料电池1的废热进行热回收的场合，为了使在燃料电池1中产生的热进行散热，通过将流量调节阀15打开、将16关闭、使SRP 10工作，从而能使内部热量输送介质与外气进行热交换，将热量向外部散出。
又，利用燃料电池冷却水温度控制装置42，将由安装在内部循环回路的第1RL 14的出口侧的内部热量输送介质热控管41检测出的热水温度为基础，将外部循环泵31的流量控制成向燃料电池1供给的内部热量输送介质的温度为规定温度(约70-80℃)。也就是说，通过根据发电量将燃料电池1的废热向热利用装置39进行废热回收，能将燃料电池1的内部热量输送介质的温度维持调节在规定温度，还能保持低负荷运转时的燃料电池的温度等，能防止燃料电池的一氧化碳的毒害，极大地提高作为热电并给装置的可靠性。该场合，对内部热量输送介质的温度控制比对热水贮罐39的温度控制更优先。即，若内部热量输送介质的温度过分降低时，使泵31停止。
又，在来自热利用装置39的废热回收较少的场合，或不需要的场合，通过适当调整流量调节阀15、16的阀开度，用散热器10将剩余的热向外部散出，保持规定温度地调节内部热量输送介质热控管41的温度，从而能将向燃料电池1供给的内部热量输送介质的温度保持在规定温度。
又，在本实施形态中，作为内部热量输送介质使用了水(纯水)或不冻液，由于流向燃料电池的内部来进行废热回收，并使内部循环回路短回路化而能减少发生水质恶化及污浊的机会，对于使用燃料电池的热电并给装置的高可靠性化有效果。
又，在本实施形态中，作为第1热交换装置的热源，虽然使用了燃料电池的氧化剂侧废气，但即使设计使用燃料电池的燃料侧废气的结构也具有同样的效果。
工业上利用的可能性
从以上说明可知，采用本发明的热电并给装置，能获得以下的效果。
由于通过将燃料电池、内部循环回路、热交换装置内藏于燃料电池本体单元内，就能使内部循环回路短回路化，并使废热回收配管中的一方通常成为低温侧配管，故能减少将热交换装置与热利用装置连接的废热回收配管引起的热损失，提高废热回收效率。
又，通过使内部循环回路短回路化，由于能减少在内部循环回路内流动的内部热量输送介质的总量，故对于内部热量输送介质使用不冻液等，对连接燃料电池与热利用装置的废热回收配管内的外部热量输送介质用水构成的场合等能作成经济的结构。并且，由于内部热量输送介质流向燃料电池的内部来进行废热回收，通过使内部循环回路短回路化而能减少发生水质劣化及浊的机会，提高了燃料电池的可靠性。
又，对于热交换装置，首先将作为向燃料电池供给的氧化剂气体的加湿空气在燃料电池中进行化学反应后的氧化剂侧废气的热利用第1热交换装置进行热交换，在用第1热交换装置的热交换后，连接成将来自燃料电池的冷却水系统的内部循环回路的热量由第2热交换装置进行热交换的状态。因此，由于在利用低温侧的热交换装置的热交换后再进行高温侧的热交换，故可提高热交换效率，送向热利用装置的废热的利用效率成为非常高的效率。
又，由于作为外部热量输送介质利用水，作为热利用装置使用热水贮罐，具有在废热回收配管的路径中设置的外部热量输送介质循环装置和控制外部热量输送介质循环装置的流量并从热水贮罐上部层叠状地贮存热水的贮热控制装置，故能从热水贮罐上部始终层叠状地贮存热水，在将供热水配管口从热水贮罐的上部取出的通常的配管结构中，能以高温(60-80℃)确保贮热水的水温，并且即使在使用热水贮罐总量且热水用完的场合，在短时间内也能确保必要的最小限度的热水贮量。因此，与一律使水罐总量的水升温的场合相比，在短时间内能获得可利用温度的热水，进一步提高方便性。
又，由于具有调节输送废热回收配管内的热水的外部热量输送介质循环装置的流量、调节由热交换装置的热交换量、并将流入燃料电池的内部热量输送介质的温度保持于规定温度的燃料电池冷却水温度控制装置，故在将燃料电池发电时产生的热量散热而使燃料电池冷却时，利用外部热量输送介质循环装置的流量调节废热回收配管内的热水的热交换量，从而能将进入燃料电池的内部热量输送介质的温度保持于规定温度，能防止因一氧化碳的毒害引起的燃料电池的性能恶化，能构成具有高可靠性的热电并给装置。

Claims (6)

1.一种热电并给装置，包括：
使用燃料气体和氧化剂气体进行发电的高分子电介质型燃料电池；
使内部热量输送介质循环通过所述燃料电池的内部循环回路；
使内部热量输送介质循环的内部循环装置；
使外部热量输送介质循环的废热回收配管；
将所述内部循环回路内的内部热量输送介质的热量与所述废热回收配管内的外部热量输送介质进行热交换的热交换装置；
将由所述热交换装置进行热交换的外部热量输送介质通过所述废热回收配管进行热利用的热利用装置；
使所述废热回收配管内的外部热量输送介质循环的外部热量输送介质循环装置；
检测内部热量输送介质的温度的第1温度检测装置；
检测外部热量输送介质的温度的第2温度检测装置；以及
在由所述第2温度检测装置检测的温度的基础上，控制所述外部热量输送介质循环装置的控制装置，
其中，所述控制装置在控制所述外部热量输送介质循环装置时考虑由所述第1温度检测装置检测的温度。
2.如权利要求1所述的热电并给装置，其特征在于，
通过使用所述外部热量输送介质循环装置来控制外部热量输送介质的流量，使内部热量输送介质的温度控制比外部热量输送介质的温度控制更优先。
3.如权利要求1所述的热电并给装置，其特征在于，所述控制装置控制所述外部热量输送介质循环装置，以使由所述第1温度检测装置检测的温度成为一个预定的温度。
4.如权利要求2所述的热电并给装置，其特征在于，
内部热量输送介质的温度代表内部热量输送介质在所述热交换装置内热交换后的温度，并且
外部热量输送介质的温度代表外部热量输送介质在所述热交换装置内热交换后的温度。
5.如权利要求2或4所述的热电并给装置，其特征在于，
使用由所述第1温度检测装置检测到的温度对内部热量输送介质进行温度控制，
使用由所述第2温度检测装置检测到的温度对外部热量输送介质进行温度控制，
通过控制外部热量输送介质的流量，使内部热量输送介质的温度控制更优先，从而使由所述第1温度检测装置检测到的内部热量输送介质的温度成为一个预定的温度。
6.如权利要求5所述的热电并给装置，其特征在于，
该温度控制防止内部热量输送介质的温度在低负荷运转时回落到该预定的温度之下。
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