JP2001185167A

JP2001185167A - 燃料電池コジェネレーションシステム

Info

Publication number: JP2001185167A
Application number: JP37082699A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Okamoto; 康令岡本; Shuji Ikegami; 周司池上; Nobuki Matsui; 伸樹松井
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】熱媒体の温度を高く維持することができる燃
料電池コジェネを得る。【解決手段】炭化水素系の原燃料を改質して生成した
Ｈ₂を燃料として発電する燃料電池（１）と、該燃料電
池（１）のオフガスを燃焼するオフガスバーナー（１
０）とを備え、該オフガスバーナー（１０）の排熱を熱
媒体の加熱に利用する燃料電池コジェネレーションシス
テムであって、熱媒体の追焚加熱用の追焚バーナー（８
０）を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
の排熱を利用する燃料電池コジェネレーションシステム
（以後「燃料電池コジェネ」と称する）に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｈ₂を燃料として発電する燃料電池シス
テムの排熱を利用して、給湯用の水を加熱等する燃料電
池コジェネが公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
な燃料電池コジェネでは、燃料電池本体を主として排熱
を回収するため、給湯用の水を６０〜７０℃程度しか昇
温させることができないという問題がある。また、この
場合、貯湯タンクの温度も低くなるので、所定の熱量を
蓄積するためには大型の貯湯タンクが必要となるという
問題もある。

【０００４】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、熱媒体の温度を高く
維持することができる燃料電池コジェネを得ることにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料電池コジ
ェネに追焚バーナー（８０）を設けることとしたもので
ある。

【０００６】具体的には、本出願の発明は、炭化水素系
の原燃料を改質して生成したＨ₂を燃料として発電する
燃料電池（１）と、該燃料電池（１）のオフガスを燃焼
するオフガスバーナー（１０）とを備え、該オフガスバ
ーナー（１０）の排熱を熱媒体の加熱に利用する燃料電
池コジェネであって、熱媒体の追焚加熱用の追焚バーナ
ー（８０）を有していることを特徴とする。

【０００７】上記の構成によれば、熱媒体を追焚加熱す
る追焚バーナー（８０）を有しているので、熱媒体が所
定温度以下となったような場合には、追焚バーナー（８
０）によって熱媒体を加熱することができ、熱媒体の温
度を常時所定温度以上に維持することができる。従っ
て、かかる燃料電池コジェネを給湯器に適用することに
より、常時水温を７５℃以上に維持することも可能であ
る。また、水温を高く維持できるので、所定熱量を蓄積
するために必要となる貯湯タンクの大きさを小型化する
ことができ、システムのコンパクト化を図ることができ
る。なお、この場合、熱媒体としては、水、不凍液等を
挙げることができる。

【０００８】ここで、熱媒体を貯蔵するタンク（６０）
を備え、そのタンク（６０）内の熱媒体をオフガスバー
ナー（１０）の排熱と、追焚バーナー（８０）の燃焼熱
とにより加熱する構成としてもよい。かかる構成によれ
ば、タンク（６０）内の熱媒体の温度が低下しても、追
焚バーナー（８０）により加熱することができるので、
熱媒体を常時高温に維持することができる。従って、熱
需要がある場合でも瞬時に高温の熱媒体を供給すること
ができる。また、タンク（６０）内の熱媒体の温度を高
く維持することができるので、所定熱量を蓄積しておく
ためのタンクを小型化することができる。

【０００９】具体的には、追焚バーナー（８０）を、タ
ンク（６０）内の熱媒体が循環する熱媒体回路（５０，
５２）に介設する構成が挙げられる。かかる構成によれ
ば、追焚バーナー（８０）を経た熱媒体の有する熱を熱
交換して床暖房（９０）や浴槽の追焚に使用することも
できる。また、この場合、熱媒体回路（５０）にオフガ
スバーナー（１０）が介設されている構成としてもよ
い。かかる構成によれば、オフガスバーナー（１０）
と、追焚バーナー（８０）とが同一の熱媒体回路（５
０）に設けられることとなるので、システムの簡略化が
図られることとなる。さらに、この場合、追焚バーナー
（８０）を経た熱媒体を供給できるように熱媒体回路
（５２）から分岐した熱媒体供給管（２８）が設けられ
ている構成としてもよい。かかる構成によれば、追焚バ
ーナー（８０）によって加熱された熱媒体が熱媒体供給
管（２８）に供給されることとなるので、タンク（６
０）の温度が下がった状態となっても新たにタンク（６
０）に供給される熱媒体を順次加熱して高温の熱媒体を
常時供給することができる。従来の貯湯式の電気温水器
では、高温（最高９０℃）の水を貯めることができる
が、一旦タンクの湯を使い切ると、タンク内の温度が下
がるので、電気ヒータで追焚するため、瞬時に給湯する
ことができず、水が昇温されるまで待つ必要があった。
しかしながら、上記の構成を給湯システムに適用すれ
ば、高温の水を常時供給することができる。

【００１０】また、タンク（６０）とそのタンク（６
０）に接続された熱媒体供給管（２８ａ）とを備え、追
焚バーナー（８０）が熱媒体供給管（２８ａ）に介設さ
れている構成としてもよい。かかる構成によれば、上記
同様に、タンク（６０）の温度が下がった状態となって
も新たにタンク（６０）に供給される熱媒体を順次加熱
して高温の熱媒体を常時供給することができる。

【００１１】そして、追焚バーナー（８０）と並列に設
けられたバイパス管（２７）と、追焚バーナー（８０）
の停止時に熱媒体がバイパス管（２７）を流通するよう
に構成された切替弁（１３）とを備えている構成として
もよい。追焚バーナー（８０）を停止している状態で
は、追焚バーナー（８０）の熱交換部（４３）からの放
熱があるが、かかる構成によれば、追焚バーナー（８
０）の停止時に熱媒体はバイパス管（２７）を流通する
こととなるので、かかる放熱が抑止され、熱損失を縮小
することができる。

【００１２】また、オフガスバーナー（１０）が酸化触
媒を備えている構成としてもよい。従来、給湯器用等の
バーナーは、燃料ガスの供給量が変動する場合等、単一
のバーナーでは燃焼を安定させるのが難しいため、容量
の異なる複数のバーナー及び複数の燃料ガス制御弁を組
み合わせた構成となっている。しかしながら、上記の構
成によれば、被燃焼ガスの量に関係なく触媒上で燃焼反
応を起こすことができるので、複数のバーナーや燃料ガ
ス制御弁を設ける必要がなく、オフガスバーナー（１
０）の構成を簡略化することができる。

【００１３】同様に、追焚バーナー（８０）が酸化触媒
を備えている構成としてもよい。かかる構成によれば、
上記と同様に、追焚バーナー（８０）の簡略化を図るこ
とができる。

【００１４】そして、オフガスバーナー（１０）の燃焼
ガスが追焚バーナー（８０）に供給されるように構成さ
れていてもよい。追焚バーナー（８０）は、熱媒体が所
定温度以下となった場合等に使用されるため、停止時に
は追焚バーナー（８０）の熱交換部（４３）から放熱が
あり、熱効率の低下を招くこととなる。しかしながら、
上記の構成によれば、オフガスバーナー（１０）の燃焼
ガスが追焚バーナー（８０）に供給され、追焚バーナー
（８０）が常時加熱された状態となり、上記放熱が抑止
される。加えて、追焚バーナー（８０）が予熱されるこ
ととなるので、その立ち上がりが良好なものとなる。こ
の場合、追焚バーナー（８０）の起動時に、原燃料の供
給量を増加させ、オフガスバーナー（１０）から追焚バ
ーナー（８０）に供給される燃焼ガスを増量するように
構成してもよい。かかる構成によれば、追焚バーナー
（８０）がより高温に予熱された状態で起動することと
なり、その立ち上がりがより良好なものとなる。

【００１５】また、追焚バーナー（８０）における燃焼
と、オフガスバーナー（１０）における燃焼とが独立に
行われるように構成されていてもよい。オフガスバーナ
ー（１０）は、燃焼量が小さく、長時間の運転も可能で
ある。一方、追焚バーナー（８０）は、燃焼量が大き
く、オフガスバーナー（１０）と連動して長時間運転し
たのでは耐久性の面で問題がある。すなわち、追焚バー
ナー（８０）において、シンタリングによって触媒が劣
化することとなる。しかしながら、上記の構成によれ
ば、オフガスバーナー（１０）の燃焼と追焚バーナー
（８０）の燃焼とが独立に行われるので、追焚バーナー
（８０）を熱媒体が所定温度以下となった場合等にのみ
使用することとすれば、追焚バーナー（８０）の長寿命
化を図ることができる。この場合、追焚バーナー（８
０）の起動時に、追焚バーナー（８０）に燃料電池
（１）のオフガスが供給されるように構成してもよい。
かかる構成によれば、オフガスには未反応のＨ₂が残留
しているため、追焚バーナー８０の着火性、昇温性が良
好となり、その立ち上がりが著しく良好なものとなる。

【００１６】そして、本出願の別の発明は、炭化水素系
の原燃料を改質して生成したＨ₂を燃料として発電する
燃料電池（１）と、該燃料電池（１）のオフガスを燃焼
するオフガスバーナー（１０）とを備え、該オフガスバ
ーナー（１０）の排熱を熱媒体の加熱に利用する燃料電
池コジェネレーションシステムであって、上記オフガス
バーナー（１０）は、熱媒体の追焚加熱をすることがで
きるように燃焼用燃料の導入及び燃焼が可能なように構
成されていること特徴とする。

【００１７】従来の燃料電池コジェネは、燃焼バーナ
ー、熱交換器、ポンプ、給湯システム側の補助加熱機
構、ポンプ、熱交換器など多くの部品からなりシステム
が複雑であった。しかしながら、上記の構成によれば、
オフガスバーナー（１０）が追焚バーナー（８０）の機
能を兼ねることとなるので、システムの簡略化及びコン
パクト化を図ることができる。この場合、オフガスバー
ナー（１０）における燃焼用燃料の燃焼開始時に、原燃
料の供給量を増加させ、燃料電池（１）からオフガスバ
ーナー（１０）に供給されるオフガスを増量するように
構成してもよい。かかる構成によれば、オフガスバーナ
ー（１０）が高温に予熱された状態で燃焼用燃料の燃焼
を開始することとなり、その立ち上がりが良好なものと
なる。

【００１８】尚、燃料電池（１）本体の熱回収路を閉回
路として、その閉回路と、上記熱媒体供給管（２８ａ）
とが熱交換することにより、燃料電池（１）本体の熱を
回収してもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本出願の発明によ
れば、熱媒体を追焚加熱する追焚バーナー（８０）を有
しているので、熱媒体が所定温度以下となったような場
合には、追焚バーナー（８０）によって熱媒体を加熱す
ることができ、熱媒体の温度を常時所定温度以上に維持
することができる。従って、かかる燃料電池コジェネを
給湯器に適用することにより、常時水温を７５℃以上に
維持することも可能である。そして、水温を高く維持で
きるので、所定熱量を蓄積するために必要となる貯湯タ
ンクの大きさを小型化することができ、システムのコン
パクト化を図ることができる。

【００２０】また、熱媒体を貯蔵するタンク（６０）を
備え、そのタンク（６０）内の熱媒体をオフガスバーナ
ー（１０）の排熱と、追焚バーナー（８０）の燃焼熱と
により加熱する構成とすることにより、タンク（６０）
内の熱媒体の温度が低下しても、追焚バーナー（８０）
により加熱することができるので、熱媒体を常時高温に
維持することができる。従って、熱需要がある場合でも
瞬時に高温の熱媒体を供給することができる。また、タ
ンク（６０）内の熱媒体の温度を高く維持することがで
きるので、所定熱量を蓄積しておくためのタンクを小型
化することができる。

【００２１】また、追焚バーナー（８０）を、タンク
（６０）内の熱媒体が循環する熱媒体回路（５０，５
２）に介設する構成とすることにより、追焚バーナー
（８０）を出た熱媒体の有する熱を熱交換して床暖房
（９０）や浴槽の追焚に使用することもできる。また、
熱媒体回路（５０）にオフガスバーナー（１０）が介設
されている構成とすることにより、オフガスバーナー
（１０）と、追焚バーナー（８０）とが同一の熱媒体回
路（５１）に設けられることとなるので、システムの簡
略化を図ることができる。さらに、追焚バーナー（８
０）を出た熱媒体を供給できるように熱媒体回路（５
２）から分岐した熱媒体供給管（２８）が設けられてい
る構成とすることにより、タンク（６０）の温度が下が
った状態となっても新たにタンク（６０）に供給される
熱媒体を順次加熱して高温の熱媒体を常時供給すること
ができる。

【００２２】また、タンク（６０）とそのタンク（６
０）に接続された熱媒体供給管（２８ａ）とを備え、追
焚バーナー（８０）が熱媒体供給管（２８ａ）に介設さ
れている構成とすることにより、上記同様に、タンク
（６０）の温度が下がった状態となっても新たにタンク
（６０）に供給される熱媒体を順次加熱して高温の熱媒
体を常時供給することができる。

【００２３】また、追焚バーナー（８０）と並列に設け
られたバイパス管（２７）と、追焚バーナー（８０）の
停止時に熱媒体がバイパス管（２７）を流通するように
構成された切替弁（１３）とを備えている構成とするこ
とにより、追焚バーナー（８０）の停止時における熱交
換部（４３）での放熱を抑止し、熱損失を縮小すること
ができる。

【００２４】また、オフガスバーナー（１０）が酸化触
媒を備えている構成とすることにより、被燃焼ガスの量
に関係なく触媒上で燃焼反応を起こすことができるの
で、オフガスバーナー（１０）の構成を簡略化すること
ができる。

【００２５】同様に、追焚バーナー（８０）が酸化触媒
を備えている構成とすることにより、上記と同様に、追
焚バーナー（８０）の簡略化を図ることができる。

【００２６】また、オフガスバーナー（１０）の燃焼ガ
スが追焚バーナー（８０）に供給されるように構成する
ことにより、オフガスバーナー（１０）の燃焼ガスが追
焚バーナー（８０）に供給され、追焚バーナー（８０）
が常時加熱された状態となり、追焚バーナー（８０）の
停止時における熱交換部（４３）での放熱を抑止するこ
とができる。加えて、追焚バーナー（８０）が予熱され
ることとなるので、その立ち上がりを良好なものとする
ことができる。また、追焚バーナー（８０）の起動時
に、原燃料の供給量を増加させ、オフガスバーナー（１
０）から追焚バーナー（８０）に供給される燃焼ガスを
増量するように構成することにより、追焚バーナー（８
０）をより高温に予熱した状態で起動させることがで
き、その立ち上がりをより良好なものとすることができ
る。

【００２７】また、追焚バーナー（８０）における燃焼
と、オフガスバーナー（１０）における燃焼とが独立に
行われるように構成することにより、追焚バーナー（８
０）を熱媒体が所定温度以下となった場合等にのみ使用
することとすれば、追焚バーナー（８０）の長寿命化を
図ることができる。この場合、追焚バーナー（８０）の
起動時に、追焚バーナー（８０）に燃料電池（１）のオ
フガスが供給されるように構成することにより、追焚バ
ーナー（８０）の着火性、昇温性が良好となり、その立
ち上がりを著しく良好なものとすることができる。

【００２８】また、本出願の別の発明によれば、オフガ
スバーナー（１０）が追焚バーナー（８０）の機能を兼
ねることとなるので、システムの簡略化及びコンパクト
化を図ることができる。また、オフガスバーナー（１
０）における燃焼用燃料の燃焼開始時に、原燃料の供給
量を増加させ、燃料電池（１）からオフガスバーナー
（１０）に供給されるオフガスを増量するように構成す
ることにより、オフガスバーナー（１０）をより高温に
予熱した状態で燃焼用燃料の燃焼を開始させることがで
き、その立ち上がりをより良好なものとすることができ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面に基づい
て詳細に説明する。（実施形態１） −燃料電池システム− 実施形態１に係る燃料電池システムの概略構成を図１に
示す。この燃料電池１は、触媒電極である酸素極（カソ
ード）２と、同じく触媒電極である水素極（アノード）
３とを有する固体高分子電解質型のものである。

【００３０】そして、酸素極２には空気供給管２０が接
続されている。また、水素極３には改質器６が改質ガス
供給管２４によって接続されており、改質器６には原燃
料源（都市ガス）が原料ガス供給管２５によって接続さ
れている。さらに、改質器６には、原燃料改質用の触媒
が充填されている。

【００３１】そして、図示はしていないが、原料ガス供
給管２５には、原燃料改質用の空気を供給する空気供給
手段と水蒸気供給手段とが接続されている。

【００３２】また、改質器６から燃料電池１にかけて、
水の流通が可能に形成された第１熱交換器４１が設けら
れている。

【００３３】そして、燃料電池１の下流側には燃料電池
１のオフガスを燃焼するオフガスバーナー１０が設けら
れている。燃料電池１の酸素極２のオフガス及び水素極
３のそれぞれのオフガス出口からオフガスバーナー１０
にオフガスを送るオフガス管２３ａ，２３ｂが接続され
ている。また、オフガスバーナー１０には、オフガスを
燃焼させるための酸化触媒が充填されている。さらに、
オフガスバーナー１０には水の流通が可能に形成された
第２熱交換器４２が設けられている。

【００３４】次に、本燃料電池システムの動作について
説明する。

【００３５】原燃料は空気と水蒸気と共に改質器６の触
媒に供給され、改質器６において改質されてＨ₂を含む
改質ガスを生成する。そして、改質器６を出た改質ガス
は燃料電池１の水素極３に供給される。また、空気供給
管２０からは燃料電池１の酸素極２に空気が供給され
る。

【００３６】そして、燃料電池１では、水素極３の電極
表面で２Ｈ₂→４Ｈ⁺＋４ｅ^-、酸素極２の電極表面でＯ₂
＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏの電池反応を起こす。このと
き、酸素極２のオフガスには電池反応に使われなかった
余剰空気と電池反応によって生じた水蒸気とが含まれ
る。一方、水素極３のオフガスには電池反応に使用され
なかった水素、二酸化炭素、窒素、未改質の原燃料及び
水蒸気が含まれる。酸素極２及び水素極３の各オフガス
は、オフガスバーナー１０により燃焼されて排出され
る。 −燃料電池コジェネレーション給湯システム− 次に、上記燃料電池システムと給湯システムとによる実
施形態１に係る燃料電池コジェネレーション給湯システ
ム（以後「燃料電池コジェネ給湯システム」と称する）
の構成について図１に基づいて説明する。

【００３７】実施形態１に係る燃料電池コジェネ給湯シ
ステムでは、給湯システムに設けられた貯湯タンク６０
下部、第１ポンプ７１、第１熱交換部４１（改質器６〜
燃料電池１）、第２熱交換部４２（オフガスバーナー１
０）及び貯湯タンク６０上部の順に管で連結されて形成
されたタンク用第１水回路５１が設けられている。

【００３８】また、給湯システムに設けられた追焚バー
ナー８０には水の流通が可能に形成された第３熱交換部
４３が設けられている。そして、貯湯タンク６０上部，
第２ポンプ７２、第３熱交換部４３（追焚バーナー８
０）及び貯湯タンク６０中部の順に管で連結されて形成
されたタンク用第２水回路５２が設けられている。ま
た、追焚バーナー８０には、燃焼用燃料（都市ガス）を
燃焼するための酸化触媒が充填されている。

【００３９】そして、貯湯タンク６０上部には給湯管２
８ａが接続されており、その接続部近傍には給湯管に供
給される水の温度を検知するセンサが設けられている。
ここで、給湯管２８ａを貯湯タンク６０上部に接続する
のは、貯湯タンク６０内は下部から上部に行くに従って
水の温度が高くなるからである。そして、給湯管２８ａ
には第３ポンプ７３が介設されている。

【００４０】従って、タンク用第１水回路５１におい
て、貯湯タンク６０内の水は、第１ポンプ７１の作用に
よって貯湯タンク６０下部から第１熱交換部４１（改質
器６〜燃料電池１）、第２熱交換部４２（オフガスバー
ナー１０）の順に循環して貯湯タンク６０上部に戻るこ
ととなる。このとき、循環する水は、第１熱交換部４１
及び第２熱交換部４２において改質器６等及びオフガス
バーナー１０の排熱を回収することとなる。

【００４１】また、タンク用第２水回路５２において、
貯湯タンク６０内の水は、貯湯タンク６０上部から第２
ポンプ７２の作用によって第３熱交換部４３（追焚バー
ナー８０）を経て貯湯タンク６０中部に戻ることとな
る。このとき、循環する水の温度が所定温度以下の場
合、循環する水は第３熱交換部４３において追焚バーナ
ー８０によって加熱されることとなる。

【００４２】そして、貯湯タンク６０内の水は、給湯管
２８ａを通って供給されることとなる。

【００４３】上記構成の燃料電池コジェネ給湯システム
によれば、貯湯タンク６０内の水をオフガスバーナー１
０の排熱と、追焚バーナー８０の燃焼熱とにより加熱す
ることができるので、貯湯タンク６０内の水の温度が低
下しても、追焚バーナー８０により加熱することがで
き、水を常時高温に維持することができる。従って、高
温の水の需要がある場合でも瞬時に供給することができ
る。また、貯湯タンク６０内の水の温度を高く維持する
ことができるので、所定熱量を蓄積しておくためのタン
クを小型化することができ、システムのコンパクト化が
図られることとなる。

【００４４】また、オフガスバーナー１０及び追焚バー
ナー８０が酸化触媒を有しているので、被燃焼ガスの量
に関係なく触媒上で燃焼反応を起こすことができ、オフ
ガスバーナー１０及び追焚バーナー８０の構成を簡略化
することができる。すなわち、従来の給湯器用等のバー
ナーのように、容量の異なる複数のバーナーや複数の燃
料ガス制御弁を組み合わせた構成とする必要がない。

【００４５】さらに、オフガスバーナー１０及び追焚バ
ーナー８０はそれぞれ燃料供給系を別にしており、運転
も別個になされる、すなわち、オフガスバーナー１０に
おける燃焼と追焚バーナー８０における燃焼とが独立に
行われるので、追焚バーナー８０を貯湯タンク６０内の
水が所定温度以下となった場合等にのみ使用することに
より、追焚バーナー８０の長寿命化が図られることとな
る。（実施形態２）図２は、実施形態２に係る燃料電池コジ
ェネ給湯システムの概略構成を示す。なお、実施形態１
と同一部分は同一符号で示している。また、燃料電池シ
ステムの構成は実施形態１と同一である。

【００４６】実施形態２に係る燃料電池コジェネ給湯シ
ステムでは、実施形態１において、タンク用第２水回路
５２を設けずに、貯湯タンク６０下部、第１ポンプ７
１、第１熱交換部４１（改質器６〜燃料電池１）、第２
熱交換部４２（オフガスバーナー１０）、第３熱交換部
４３（追焚バーナー８０）及び貯湯タンク６０上部の順
に管で連結されて形成されたタンク用水回路５０が設け
られた構成となっている。

【００４７】その他の構成は、実施形態１と同一であ
る。

【００４８】上記構成の燃料電池コジェネ給湯システム
によれば、オフガスバーナー１０と、追焚バーナー８０
とが共にタンク用水回路５０に設けられているので、そ
れぞれに異なる水回路が設けられる場合に比較してシス
テムの簡略化が図られることとなる。

【００４９】その他の作用・効果は実施形態１と同一で
ある。（実施形態３）図３は、実施形態３に係る燃料電池コジ
ェネ給湯システムの概略構成を示す。なお、実施形態１
と同一部分は同一符号で示している。また、燃料電池シ
ステムの構成は実施形態１と同一である。

【００５０】実施形態３に係る燃料電池コジェネ給湯シ
ステムでは、実施形態１において、貯湯タンク６０に給
湯管２８ａを接続せずに、タンク用第２水回路５２の第
３熱交換部４３（追焚バーナー８０）と貯湯タンク６０
との間から分岐して給湯管２８が設けられた構成となっ
ている。その他の構成は実施形態１と同一である。

【００５１】上記構成の燃料電池コジェネ給湯システム
によれば、追焚バーナー８０によって加熱された水が熱
媒体供給管２８から供給されることとなるので、貯湯タ
ンク６０の温度が下がった状態となっても新たに貯湯タ
ンク６０に供給される水を順次加熱して高温の水を常時
供給することができる。従って、従来の貯湯式の電気温
水器のように、水切れ時に追焚により水が昇温されるま
で待たなければならないということがない。

【００５２】その他の作用・効果は実施形態１と同一で
ある。（実施形態４）図４は、実施形態４に係る燃料電池コジ
ェネ給湯システムの概略構成を示す。なお、実施形態３
と同一部分は同一符号で示している。また、燃料電池シ
ステムの構成は実施形態１と同一である。

【００５３】実施形態４に係る燃料電池コジェネ給湯シ
ステムでは、実施形態３において、タンク用第２水回路
５２における給湯管２８の分岐部と貯湯タンク６０との
間に熱交換器３１が設けられ、その熱交換器３１に床暖
房９０が接続された構成となっている。その他の構成は
実施形態３と同一である。

【００５４】上記構成の燃料電池コジェネ給湯システム
によれば、追焚バーナー８０を経た水の有する熱を熱交
換して床暖房９０に使用されている。

【００５５】なお、本実施形態では、貯湯タンク６０内
の水の有する熱を床暖房９０に使用したが、これに限定
されるものではなく、浴槽の追焚等に使用するものであ
ってもよい。

【００５６】その他の作用・効果は実施形態３と同一で
ある。（実施形態５）図５は、実施形態５に係る燃料電池コジ
ェネ給湯システムの概略構成を示す。なお、実施形態１
と同一部分は同一符号で示している。また、燃料電池シ
ステムの構成は実施形態１と同一である。

【００５７】実施形態５に係る燃料電池コジェネ給湯シ
ステムでは、実施形態１において、タンク用第２水回路
５２を設けずに、給湯管２８ａにおける第３ポンプ７３
の下流側に第３熱交換部４３、すなわち、追焚バーナー
８０が設けられた構成となっている。その他の構成は実
施形態１と同一である。

【００５８】上記構成の燃料電池コジェネ給湯システム
によれば、追焚バーナー８０によって加熱された水が熱
媒体供給管２８ａから供給されることとなるので、貯湯
タンク６０の温度が下がった状態となっても新たに貯湯
タンク６０に供給される水を順次加熱して高温の水を常
時供給することができる。従って、従来の貯湯式の電気
温水器のように、水切れ時に追焚により水が昇温される
まで待たなければならないということがない。

【００５９】その他の作用・効果は実施形態１と同一で
ある。（実施形態６）図６は、実施形態６に係る燃料電池コジ
ェネ給湯システムの概略構成を示す。なお、実施形態５
と同一部分は同一符号で示している。また、燃料電池シ
ステムの構成は実施形態１と同一である。

【００６０】実施形態６に係る燃料電池コジェネ給湯シ
ステムでは、実施形態５において、給湯管２８ａおける
第３熱交換器４３の入口側と出口側とが接続されたバイ
パス管２７が設けられ、その入口側の分岐部に切替弁１
３が介設された構成となっている。また、切替弁１３
は、追焚バーナー８０の停止時に水がバイパス管２７を
流通するように制御されている構成となっている。その
他の構成は実施形態５と同一である。

【００６１】上記構成の燃料電池コジェネ給湯システム
によれば、追焚バーナー８０の停止時には、水はバイパ
ス管２７を流通することとなるので、追焚バーナー８０
の停止時における第３熱交換部４３での放熱が防止さ
れ、熱損失が縮小されることとなる。

【００６２】その他の作用・効果は実施形態５と同一で
ある。（実施形態７）図７は、実施形態７に係る燃料電池コジ
ェネ給湯システムの概略構成を示す。なお、実施形態３
と同一部分は同一符号で示している。また、燃料電池シ
ステムの構成は実施形態１と同一である。

【００６３】実施形態７に係る燃料電池コジェネ給湯シ
ステムでは、実施形態３において、給湯管２８おける第
３熱交換器４３の入口側と出口側とが接続されたバイパ
ス管２７が設けられ、その入口側の分岐部に切替弁１３
が介設された構成となっている。また、切替弁１３は、
追焚バーナー８０の停止時に水がバイパス管２７を流通
するように制御されている構成となっている。その他の
構成は実施形態３と同一である。

【００６４】作用・効果は実施形態６と同一である。（実施形態８）図８は、実施形態８に係る燃料電池コジ
ェネ給湯システムの概略構成を示す。なお、実施形態７
と同一部分は同一符号で示している。また、燃料電池シ
ステムの構成は実施形態１と同一である。

【００６５】実施形態８に係る燃料電池コジェネ給湯シ
ステムでは、実施形態７において、オフバスバーナー１
０の燃焼ガスを追焚バーナー８０に供給する燃焼ガス供
給管２９が設けられた構成となっている。また、貯湯タ
ンク６０上部の水の温度を検知する貯めに設けられたセ
ンサが図示しない制御装置に接続されて燃料電池システ
ムへの原燃料の供給量調節及び追焚バーナー８０の起動
の制御がなされる構成となっている。その制御について
図９に基づいて説明する。

【００６６】まず、ステップＳＴ１において、給湯口が
開かれる。次いで、ステップＳＴ２に進み、その時の貯
湯タンク６０上部の水（供給される水）の温度Ｔ₁がセ
ンサによって検知され、その温度の読み込みがなされて
ステップＳＴ３に進む。ステップＳＴ３ではＴ₁が設定
された制限温度Ｔよりも低いか否かが判定され、Ｔ₁が
Ｔより低い場合にはステップＳＴ４に進む。ステップＳ
Ｔ４では、燃料電池システムへの原燃料供給量の増量が
実行される。このとき、オフガスバーナー１０から追焚
バーナー８０に供給される燃焼ガスが増量し、追焚バー
ナー８０がさらに高い温度に予熱されることとなる。続
いて、ステップＳＴ５に進み、追焚バーナー８０の燃料
弁及び空気弁が開かれ、追焚バーナー８０での燃焼が開
始する。そして、その後はステップＳＴ１に戻る。ま
た、ステップＳＴ３においてＴ₁がＴ以上の場合にもス
テップＳＴ１に戻る。

【００６７】その他の構成は実施形態７と同一である。

【００６８】上記構成の燃料電池コジェネ給湯システム
によれば、オフガスバーナー１０の燃焼ガスが追焚バー
ナー８０に供給され、追焚バーナー８０が常時加熱され
た状態となり、追焚バーナー８０の停止時における第３
熱交換部４３での放熱が抑止される。

【００６９】また、上記の制御により、追焚バーナー８
０の起動時に、原燃料供給量が増量され、オフガスバー
ナー１０から追焚バーナー８０に供給される燃焼ガスも
増量されることとなるので、追焚バーナー８０がより高
温に予熱された状態で起動することとなり、その立ち上
がりが極めて良好なものとなる。

【００７０】その他の作用・効果は実施形態７と同一で
ある。（実施形態９）図１０は、実施形態９に係る燃料電池コ
ジェネ給湯システムの概略構成を示す。なお、実施形態
３と同一部分は同一符号で示している。また、燃料電池
システムの構成は実施形態１と同一である。

【００７１】実施形態９に係る燃料電池コジェネ給湯シ
ステムでは、実施形態３において、オフガスバーナー１
０に炭化水素系の燃料が供給可能に形成されており、す
なわち、オフガスバーナー１０が追焚バーナー８０を兼
ねた構成となっている。そして、第２熱交換部４２及び
第３熱交換部４３が共にオフガスバーナー１０に設けら
れた構成となっている。また、貯湯タンク６０上部の水
の温度を検知するために設けられたセンサが図示しない
制御装置に接続されて燃料電池システムへの原燃料の供
給量調節及びオフガスバーナー１０の追焚バーナー的機
能の起動について実施形態８と同様の制御がなされる構
成となっている。その他の構成は実施形態３と同一であ
る。

【００７２】上記構成の燃料電池コジェネ給湯システム
によれば、オフガスバーナー１０が追焚バーナー８０の
機能を兼ねることとなるので、システムの簡略化及びコ
ンパクト化が図られることとなる。

【００７３】また、オフガスバーナー１０における燃焼
用燃料の燃焼開始時に、原燃料供給量が増量され、燃料
電池１からオフガスバーナー１０に供給されるオフガス
も増量されることとなるので、オフガスバーナー１０が
高温に予熱された状態で燃焼用燃料の燃焼を開始するこ
ととなり、その立ち上がりが極めて良好なものとなる。（実施形態１０）図１１は、実施形態１０に係る燃料電
池コジェネ給湯システムの概略構成を示す。なお、実施
形態３と同一部分は同一符号で示している。また、燃料
電池システムの構成は実施形態１と同一である。

【００７４】実施形態１０に係る燃料電池コジェネ給湯
システムでは、実施形態３において、燃料電池１の酸素
極２のオフガス管２３ａから分岐した第１オフガス供給
管２１と水素極３のオフガス管２３ｂから分岐した第２
オフガス供給管２２とが追焚バーナー８０に接続されて
いる。また、第１オフガス供給管２１及び第２オフガス
供給管２２には、それぞれ第１開閉弁１１及び第２開閉
弁１２が介設されている。その他の構成は実施形態３と
同一である。

【００７５】上記構成の燃料電池コジェネ給湯システム
によれば、追焚バーナー８０の起動時に第１開閉弁１１
及び第２開閉弁１２を開き、追焚バーナー８０に燃料電
池１のオフガスを供給することができる。そして、オフ
ガスには未反応のＨ₂が残留しているため、追焚バーナ
ー８０の着火性、昇温性が良好となり、立ち上がりが著
しく良好なものとなる。

【００７６】その他の作用・効果は実施形態３と同一で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る燃料電池コジェネ給湯システ
ムの概略構成を示す図である。

【図２】実施形態２に係る燃料電池コジェネ給湯システ
ムの概略構成を示す図である。

【図３】実施形態３に係る燃料電池コジェネ給湯システ
ムの概略構成を示す図である。

【図４】実施形態４に係る燃料電池コジェネ給湯システ
ムの概略構成を示す図である。

【図５】実施形態５に係る燃料電池コジェネ給湯システ
ムの概略構成を示す図である。

【図６】実施形態６に係る燃料電池コジェネ給湯システ
ムの概略構成を示す図である。

【図７】実施形態７に係る燃料電池コジェネ給湯システ
ムの概略構成を示す図である。

【図８】実施形態８に係る燃料電池コジェネ給湯システ
ムの概略構成を示す図である。

【図９】実施形態８に係る燃料電池コジェネにおける追
焚バーナーの制御フロー図である。

【図１０】実施形態９に係る燃料電池コジェネ給湯シス
テムの概略構成を示す図である。

【図１１】実施形態１０に係る燃料電池コジェネ給湯シ
ステムの概略構成を示す図である。

【符号の説明】１燃料電池２酸素極３水素極６改質器１０オフガスバーナー１１第１開閉弁１２第２開閉弁１３切替弁２０空気供給管２１第１オフガス供給管２２第２オフガス供給管２３ａ，ｂオフガス管２４改質ガス供給管２５原料ガス供給管２７バイパス管２８，２８ａ給湯管（熱媒体供給管）２９燃焼ガス供給管３１熱交換器４１第１熱交換部４２第２熱交換部４３第３熱交換部５０タンク用水回路５１タンク用第１水回路５２タンク用第２水回路６０貯湯タンク７１第１ポンプ７２第２ポンプ７３第３ポンプ８０追焚バーナー９０床暖房

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松井伸樹大阪府堺市金岡町1304番地ダイキン工業株式会社堺製作所金岡工場内Ｆターム(参考） 5H027 AA06 BA01 DD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化水素系の原燃料を改質して生成した
Ｈ₂を燃料として発電する燃料電池（１）と、該燃料電
池（１）のオフガスを燃焼するオフガスバーナー（１
０）とを備え、該オフガスバーナー（１０）の排熱を熱
媒体の加熱に利用する燃料電池コジェネレーションシス
テムであって、熱媒体の追焚加熱用の追焚バーナー（８０）を有してい
ることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステ
ム。
【請求項２】熱媒体を貯蔵するタンク（６０）を備
え、該タンク（６０）内の熱媒体を上記オフガスバーナ
ー（１０）の排熱と、上記追焚バーナー（８０）の燃焼
熱とにより加熱するように構成されていることを特徴と
する請求項１に記載の燃料電池コジェネレーションシス
テム。
【請求項３】上記追焚バーナー（８０）は上記タンク
（６０）内の熱媒体が循環する熱媒体回路（５０，５
２）に介設されていることを特徴とする請求項２に記載
の燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項４】上記熱媒体回路（５０）に上記オフガス
バーナー（１０）が介設されていることを特徴とする請
求項３に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項５】上記追焚バーナー（８０）を経た熱媒体
を供給できるように上記熱媒体回路（５２）から分岐し
た熱媒体供給管（２８）が設けられていることを特徴と
する請求項３又は請求項４に記載の燃料電池コジェネレ
ーションシステム。
【請求項６】熱媒体を貯蔵するタンク（６０）と該タ
ンク（６０）に接続された熱媒体供給管（２８ａ）とを
備え、上記追焚バーナー（８０）が該熱媒体供給管（２
８ａ）に介設されていることを特徴とする請求項１に記
載の燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項７】上記追焚バーナー（８０）と並列に設け
られたバイパス管（２７）と、該追焚バーナー（８０）
の停止時に熱媒体が該バイパス管（２７）を流通するよ
うに構成された切替弁（１３）とを備えていることを特
徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の燃
料電池コジェネレーションシステム。
【請求項８】上記オフガスバーナー（１０）が酸化触
媒を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項７
のいずれか一に記載の燃料電池コジェネレーションシス
テム。
【請求項９】上記追焚バーナー（８０）が酸化触媒を
備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のい
ずれか一に記載の燃料電池コジェネレーションシステ
ム。
【請求項１０】上記オフガスバーナー（１０）の燃焼
ガスが上記追焚バーナー（８０）に供給されるように構
成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９の
いずれか一に記載の燃料電池コジェネレーションシステ
ム。
【請求項１１】上記追焚バーナー（８０）の起動時
に、原燃料の供給量を増加させ、上記オフガスバーナー
（１０）から該追焚バーナー（８０）に供給される燃焼
ガスを増量するように構成されていることを特徴とする
請求項１０に記載の燃料電池コジェネレーションシステ
ム。
【請求項１２】上記追焚バーナー（８０）における燃
焼と、上記オフガスバーナー（１０）における燃焼とが
独立に行われるように構成されていることを特徴とする
請求項１乃至請求項１１のいずれか一に記載の燃料電池
コジェネレーションシステム。
【請求項１３】上記追焚バーナー（８０）の起動時
に、該追焚バーナー（８０）に上記燃料電池（１）のオ
フガスが供給されるように構成されていることを特徴と
する請求項１２に記載の燃料電池コジェネレーションシ
ステム。
【請求項１４】炭化水素系の原燃料を改質して生成し
たＨ₂を燃料として発電する燃料電池（１）と、該燃料
電池（１）のオフガスを燃焼するオフガスバーナー（１
０）とを備え、該オフガスバーナー（１０）の排熱を熱
媒体の加熱に利用する燃料電池コジェネレーションシス
テムであって、上記オフガスバーナー（１０）は、熱媒体の追焚加熱を
することができるように燃焼用燃料の導入及び燃焼が可
能なように構成されていること特徴とする燃料電池コジ
ェネレーションシステム。
【請求項１５】上記オフガスバーナー（１０）におけ
る燃焼用燃料の燃焼開始時に、原燃料の供給量を増加さ
せ、燃料電池（１）から該オフガスバーナー（１０）に
供給されるオフガスを増量するように構成されているこ
とを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池コジェネレ
ーションシステム。