JP2001196075A - 燃料電池コージェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池の冷却に用いる冷却水が持つ熱エネ
ルギーを利用し大量の温水を作り出すことのできる燃料
電池コージェネレーションシステムを提供する。 【解決手段】 冷却水配管１０６に全熱交換器１、プレ
ート式熱交換器３、フィンチューブ式熱交換器２を順次
接続し、プレート式熱交換器３において高温の冷却水と
低温の貯湯用循環水の間で熱交換を行い、高温となった
循環水を貯湯タンク１０８に温水を貯えるとともに、低
温となった冷却水はフィンチューブ式熱交換器２におい
て、燃料電池本体１０２に供給され発電反応を終えた高
温高湿の空気と熱交換させ再び高温の冷却水として燃料
電池本体１０２に供給し、燃料電池本体１０２に流入流
出する冷却水の温度はそれぞれ常に一定に保ち、かつ、
冷却水の持つ熱エネルギーを有効に利用することのでき
る燃料電池コージェネレーションシステムを得られる。

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
による発電および発電に伴う廃熱を回収し温水として利
用する燃料電池コージェネレーションシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】以下に従来の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムの構成および動作について説明する。図１
３に示すように、燃料電池システム１０１は燃料電池本
体１０２、改質器１０３、ブロワー１０４、熱交換器１
０５からなり、燃料電池本体１０２は冷却水配管１０
６、送水ポンプ１０７を有し、冷却水配管１０６は貯湯
タンク１０８に接続される。原燃料である都市ガスやＬ
ＰＧ等は改質器１０３において水素リッチガスに改質さ
れ燃料電池本体１０２へ供給される。電池反応に必要と
なる酸素は空気中に含まれており、空気はブロワー１０
４により熱交換器１０５へ供給され、熱交換器１０５に
おいて外部より投入された熱（図示せず）と温度および
湿度を交換することにより高温高湿状態に調温調湿され
たのち燃料電池本体１０２へ供給される。燃料電池本体
１０２へ供給された水素リッチガスおよび空気は燃料電
池本体１０２内部において反応し電気と水を生成する。
反応後の空気および未反応水素ガスを含む水蒸気は燃料
電池本体１０２より排出されることになる。電気はイン
バータ１０９において直流から交流へと変換され負荷１
１０へ供給される。燃料電池本体１０２は発電の過程に
おいて発熱するので、燃料電池本体１０２の温度を一定
に保つために冷却水配管１０６を設け、冷却水を流す方
法をとることが一般に知られている。燃料電池本体１０
２の発電状態を一定に保つためには、燃料電池本体１０
２内部を流れる冷却水の流入流出温度を一定にする必要
がある。燃料電池本体１０２に供給される冷却水の温度
は７５℃前後であり、燃料電池本体１０２内部を通過す
る過程で熱を回収することにより５℃前後水温が上昇し
た状態で流出される。冷却水の循環は送水ポンプ１０７
により行われる。冷却水配管１０６は以上のような閉回
路を形成しており、冷却水配管１０６の一部が貯湯タン
ク１０８内を経由することになる。貯湯タンク１０８に
は６０〜７０℃の温水が貯えられており、燃料電池本体
１０２から流出した８０℃前後の温水は貯湯タンク１０
８に貯められた水と熱交換されることになり、７５℃前
後の温水となって再び燃料電池本体１０２に供給され
る。貯湯タンク１０８内は常に６０〜７０℃の温水状態
に維持するために水温が低いときには加熱装置１１１に
より追い炊き加熱し、この温水を利用して給湯、暖房な
どを行うことが可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の燃料
電池コージェネレーションシステムでは、燃料電池本体
から流出する温水を直接貯湯タンクへ導き熱交換を行っ
た後、再び燃料電池本体へ供給することになる。燃料電
池では冷却水の昇温に投入する熱エネルギー、冷却水循
環のための送水ポンプ動力、空気供給のためのブロワー
入力、空気昇温および加湿のための投入熱エネルギーは
燃料電池の発電により賄われるため、発電効率を向上さ
せるためにはこれらの入力をできるだけ小さくすること
が要求されている。

【０００４】また、貯湯タンクの温水を給湯や暖房に使
用することにより貯湯タンク内の温水が減るまたは低温
となる。減量分の水は水道から補給し、低温となった温
水は燃料電池本体から戻ってくる８０℃前後の冷却水と
熱交換を行い昇温することになるが、燃料電池本体に流
入流出する冷却水温度を一定にするためには、貯湯タン
クを出入する冷却水の温度差を５℃前後に保ち、かつ、
燃料電池本体に供給する冷却水の温度は７５℃前後と高
くする必要があり、大量の水を補給するあるいは大量の
温水が暖房に利用され低温となって戻ってくるような条
件では貯湯タンク内の温水温度が急激に低下する。この
ため燃料電池本体から戻ってくる８０℃前後の冷却水と
貯湯タンク内の温水との温度差が大きくなり、冷却水と
貯湯タンク内の温水の間で熱交換が進み冷却水の温度が
低下し、燃料電池本体に供給する冷却水の温度を７５℃
前後に確保することが困難になるという課題があり、給
湯や暖房に大量の温水を使用した場合、あるいは貯湯タ
ンク出入口における冷却水の温度差を大きくした場合に
おいても燃料電池本体に流入する冷却水の温度を常に７
５℃前後に確保することができることが要求されてい
る。

【０００５】また、燃料電池本体に流出入する冷却水は
時間経過とともに減少し水量不足になるという課題があ
り、減少した冷却水の不足分を補うことが要求されてい
る。

【０００６】また、貯湯タンク内に貯えられた温水はタ
ンク内の上下で温度分布ができるが、この温度分布状態
は温水の利用状況により異なるため、給湯や暖房への温
水利用のための取出し位置や燃料電池本体への冷却水戻
り位置を設ける場所が決めにくいという課題があり、貯
湯タンク内に貯えられた温水の上下方向にできる温度分
布をよりはっきりとさせ、温水利用のための取出し位置
決めや燃料電池本体への冷却水戻り位置決めを容易にで
きることが要求されている。

【０００７】また、貯湯タンクの温水利用先として給
湯、床暖房が考えられているが、電気と温水を併せた利
用先の開拓が望まれており、燃料電池による発電から得
られる電気と廃熱から得られる温水をバランス良く利用
することが可能なシステムが要求されている。

【０００８】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、冷却水の持つ潜熱を利用し燃料電池に供
給する空気の昇温および加湿を行うとともに、燃料電池
より排出される空気および水蒸気を利用して冷却水の昇
温を行い、燃料電池へ供給する空気を昇温加湿するため
に必要となる電力すなわち燃料電池の発電の一部により
賄われている電力を抑え発電効率を向上させることがで
き、また、給湯や暖房に大量の温水を使用した場合、あ
るいは貯湯タンク出入口における冷却水の温度差を大き
くした場合においても燃料電池本体に流入する冷却水の
温度を常に７５℃前後に確保し冷却水の持つ熱エネルギ
ーの利用率を高めることができ、また、燃料電池本体の
温度を一定に保つために利用する冷却水の不足を補うこ
とができ、また、供給空気を加湿するために必要とされ
る消費電力を抑えることができ、また、貯湯タンク内に
貯えられた温水の上下方向にできる温度分布をよりはっ
きりとさせ、温水利用のための取出し位置決めや燃料電
池本体への冷却水戻り位置決めを容易にでき、また、燃
料電池による発電から得られる電気と廃熱から得られる
温水を同時に利用することのできる燃料電池コージェネ
レーションシステム提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池コージ
ェネレーションシステムは上記目的を達成するために、
燃料電池本体と、前記燃料電池本体に水素含有ガスを供
給する燃料供給手段と、前記燃料電池本体に空気を供給
する空気供給手段と、前記燃料電池本体の温度を一定に
保つための冷却水回路と、前記冷却水回路に接続される
第一の送水手段を備えた燃料電池システムにおいて、前
記燃料電池本体の発電に伴い発生する熱を冷却水により
回収し、冷却水として回収した熱の一部を前記燃料電池
本体に供給する空気の温度および湿度を上昇させるため
に用い、さらに冷却水の持つ熱の一部を貯湯タンク内の
温水生成のために用いるとともに、前記燃料電池本体よ
り排出される空気または未反応水素ガスを含む水蒸気の
少なくともいずれか一方と冷却水との間で熱交換させる
ことにより、冷却水の温度を上昇させ所定の温度で前記
燃料電池本体へ供給するようにしたものである。

【００１０】また他の手段は、燃料電池本体と、前記燃
料電池本体に水素含有ガスを供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池本体に空気を供給する空気供給手段と、前
記燃料電池本体の温度を一定に保つための冷却水回路
と、前記冷却水回路に接続される第一の送水手段を備え
た燃料電池システムにおいて、前記冷却水回路および前
記空気供給手段に接続され、前記冷却水回路により供給
される高温の冷却水と前記空気供給手段から供給される
常温の空気との間で温度および湿度の交換を行うための
第一の熱交換手段と、前記冷却水回路に接続され前記燃
料電池本体から排出される高温高湿の空気との熱交換を
行うための第二の熱交換手段とを備え、前記第一の熱交
換手段と前記第二の熱交換手段を接続する前記冷却水回
路に水を補給するための補給口および温水を取出すため
の温水取出口を有する貯湯タンクを設けるようにしたも
のである。

【００１１】また他の手段は、燃料電池本体と、前記燃
料電池本体に水素含有ガスを供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池本体に空気を供給する空気供給手段と、前
記燃料電池本体の温度を一定に保つための冷却水回路
と、前記冷却水回路に接続される第一の送水手段を備え
た燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体の発電
に伴い発生する熱を冷却水により回収し、冷却水として
回収した熱の一部を前記燃料電池本体に供給する空気の
温度および湿度を上昇させるために用い、さらに冷却水
の持つ熱の一部を貯湯タンク内の温水生成のために用い
るとともに、前記燃料電池本体より排出される空気また
は未反応水素ガスを含む水蒸気の少なくともいずれか一
方と冷却水との間で熱交換させることにより、冷却水の
温度を上昇させ所定の温度で前記燃料電池本体へ供給す
る冷却水回路および前記空気供給手段に接続され、前記
冷却水回路により供給される高温の冷却水と前記空気供
給手段から供給される常温の空気との間で温度および湿
度の交換を行うための第一の熱交換手段と、水を補給す
るための補給口および温水を取出すための温水取出口を
有する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに接続され第二の
送水手段により前記貯湯タンク内の低温水を循環させる
冷温水循環回路と、前記冷温水循環回路および前記冷却
水回路に接続され、前記冷温水循環回路より送水される
低温水と前記第一の熱交換手段通過後の冷却水との熱交
換を行うための第三の熱交換手段と、前記冷却水回路に
接続され前記第三の熱交換手段通過後の冷却水と前記燃
料電池本体から排出される高温高湿の空気との熱交換を
行うための第二の熱交換手段とを備えるようにしたもの
である。

【００１２】また他の手段は、燃料電池本体と、前記燃
料電池本体に水素含有ガスを供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池本体に空気を供給する空気供給手段と、前
記燃料電池本体の温度を一定に保つための冷却水回路
と、前記冷却水回路に接続される第一の送水手段を備え
た燃料電池システムにおいて、前記冷却水回路および前
記空気供給手段に接続され、前記冷却水回路により供給
される高温の冷却水と前記空気供給手段から供給される
常温の空気との間で温度および湿度の交換を行うための
第一の熱交換手段と、水を補給するための補給口および
温水を取出すための温水取出口を有する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに接続され第二の送水手段により前記貯
湯タンク内の低温水を循環させる冷温水循環回路と、前
記冷温水循環回路および前記冷却水回路に接続され、前
記冷温水循環回路より送水される低温水と前記第一の熱
交換手段により熱交換を終えた高温の冷却水との熱交換
を行うための第三の熱交換手段と、前記燃料電池本体に
接続され前記燃料電池本体において発電反応を終えた未
反応水素ガスを含む水蒸気を流出させるための第一の排
出管と、前記第一の排出管に接続され未反応水素ガスを
含む水蒸気により生成される温水と前記第三の熱交換手
段により熱交換を終えた低温の冷却水との熱交換を行う
ための前記第四の熱交換手段と、前記第四の熱交換手段
に接続され低温となった未反応水素ガスを排出するため
の第二の排出管を備えるようにしたものである。

【００１３】また他の手段は、第二の熱交換手段および
第四の熱交換手段は第三の熱交換手段と燃料電池本体を
接続する冷却水回路に並列に設けるようにしたものであ
る。

【００１４】また他の手段は、第二の熱交換手段におい
て、低温の冷却水と燃料電池本体から排出される高温高
湿の空気との熱交換により凝縮生成された結露水を貯え
るための貯蔵手段と、前記貯蔵手段に貯えられた結露水
を送水するための第三の送水手段と、結露水より不純物
を取り除くための第一の不純物除去手段と、前記貯蔵手
段および前記第三の送水手段および前記第一の不純物除
去手段を連結し結露水を冷却水回路へ送水するための第
一の送水回路を備え、前記第一の送水回路を前記燃料電
池本体と第一の熱交換手段の間に位置する前記冷却水回
路に接続し、冷却水の流れ込みを防止するための第一の
逆流防止手段を前記送水回路に設けるようにしたもので
ある。

【００１５】また他の手段は、第三の熱交換手段により
熱交換を行い高温となった循環水の一部を燃料電池本体
の冷却水として用いるための第一の補給回路と、前記第
一の補給回路内には不純物を取り除くための第二の不純
物除去手段と、高温の循環水を送水するための第四の送
水手段と、送水量を調節するための流量調整手段とが連
結され、前記第一の補給回路は前記第三の熱交換手段お
よび貯湯タンクを接続する冷温水循環回路と、第二の熱
交換手段および前記燃料電池本体の間に位置する冷却水
回路とを連結するよう接続され、冷却水の流れ込みを防
止するための第二の逆流防止手段を前記第一の補給回路
に設けるようにしたものである。

【００１６】また他の手段は、冷却水回路に流れる冷却
水の不足を補うための給水タンクと、前記給水タンクと
前記冷却水回路とを接続する第二の補給回路と、前記第
二の補給回路には前記給水タンクより補助冷却水を送水
するための第五の送水手段が連結され、前記第二の補給
回路は前記給水タンクと、第二の熱交換手段および第三
の熱交換手段の間に位置する前記冷却水回路とを連結す
るように接続され、冷却水の流れ込みを防止するための
第三の逆流防止手段を前記第二の補給回路に設けること
により前記冷却水回路に流れる冷却水の水量不足を補う
ことのできるようにしたものである。

【００１７】また他の手段は、貯蔵手段と空気供給手段
とをつなぐ第二の送水回路と、前記第二の送水回路に接
続された第六の送水手段とを備えるようにしたものであ
る。

【００１８】また他の手段は、前記貯湯タンク内部に少
なくとも一つ以上の仕切手段を地面に対して水平方向に
設け、前記貯湯タンク内部の温水を前記仕切手段により
上下に完全に隔離することがないよう設置したものであ
る。

【００１９】また他の手段は、温水と室内空気との熱交
換を行うための熱交換器と、熱交換により暖められた空
気を前記室内へ供給するための第一の送風機と、前記第
一の送風機を駆動するための第一のモータと、前記室内
の空気を室外へ排出するための第二の送風機と、前記第
二の送風機を駆動するための第二のモータと、前記熱交
換器と、前記第一の送風機と、前記第一のモータと、前
記第二の送風機および前記第二のモータを収納したケー
スからなる浴室暖房乾燥機において、貯湯タンクに設け
られた温水取出口および前記熱交換器に接続する送水管
と、前記熱交換器において前記室内の空気と熱交換を終
えた温水が前記貯湯タンクに戻るための戻り管と、前記
戻り管は前記熱交換器および前記貯湯タンクに設けらた
温水戻り口と接続され、前記送水管および前記戻り管の
少なくとも一方に接続された前記熱交換器に温水を循環
させるための第七の送水手段と、燃料電池本体における
発電による直流の電気を交流に変換するインバータと、
前記インバータと前記第一のモータおよび前記第二のモ
ータを結ぶ電源線を備えたものである。

【００２０】本発明によれば、冷却水の持つ潜熱を利用
し燃料電池に供給する空気の昇温および加湿を行うとと
もに、燃料電池より排出される空気および水蒸気を利用
して冷却水の昇温を行い、燃料電池へ供給する空気を昇
温加湿するために必要となる電力すなわち燃料電池の発
電の一部により賄われている電力を抑え発電効率を向上
させることができ、また、給湯や暖房に大量の温水を使
用した場合、あるいは貯湯タンク出入口における冷却水
の温度差を大きくした場合においても燃料電池本体に流
入する冷却水の温度を常に７５℃前後に確保し冷却水の
持つ熱エネルギーの利用率を高めることができ、また、
燃料電池本体の温度を一定に保つために利用する冷却水
の不足を補うことができ、また、供給空気を加湿するた
めに必要とされる消費電力を抑えることができ、また、
貯湯タンク内に貯えられた温水の上下方向にできる温度
分布をよりはっきりとさせ、温水利用のための取出し位
置決めや燃料電池本体への冷却水戻り位置決めを容易に
でき、また、燃料電池による発電から得られる電気と廃
熱から得られる温水を同時に利用することのできる燃料
電池コージェネレーションシステムが得られる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明は、燃料電池本体と、前記
燃料電池本体に水素含有ガスを供給する燃料供給手段
と、前記燃料電池本体に空気を供給する空気供給手段
と、前記燃料電池本体の温度を一定に保つための冷却水
回路と、前記冷却水回路に接続される第一の送水手段を
備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体の
発電に伴い発生する熱を冷却水により回収し、冷却水と
して回収した熱の一部を前記燃料電池本体に供給する空
気の温度および湿度を上昇させるために用い、さらに冷
却水の持つ熱の一部を貯湯タンク内の温水生成のために
用いるとともに、前記燃料電池本体より排出される空気
または未反応水素ガスを含む水蒸気の少なくともいずれ
か一方と冷却水との間で熱交換させることにより、冷却
水の温度を上昇させ所定の温度で前記燃料電池本体へ供
給するようにしたものである。

【００２２】また、燃料電池本体と、前記燃料電池本体
に水素含有ガスを供給する燃料供給手段と、前記燃料電
池本体に空気を供給する空気供給手段と、前記燃料電池
本体の温度を一定に保つための冷却水回路と、前記冷却
水回路に接続される第一の送水手段を備えた燃料電池シ
ステムにおいて、前記冷却水回路および前記空気供給手
段に接続され、前記冷却水回路により供給される高温の
冷却水と前記空気供給手段から供給される常温の空気と
の間で温度および湿度の交換を行うための第一の熱交換
手段と、前記冷却水回路に接続され前記燃料電池本体か
ら排出される高温高湿の空気との熱交換を行うための第
二の熱交換手段とを備え、前記第一の熱交換手段と前記
第二の熱交換手段を接続する前記冷却水回路に水を補給
するための補給口および温水を取出すための温水取出口
を有する貯湯タンクを設けた構成となっており、前記燃
料電池本体より流出した高温の冷却水は第一の熱交換手
段を通過する過程において、前記空気供給手段により供
給される常温の空気と熱交換することにより熱を奪われ
る。一方、前記空気供給手段により供給された常温の空
気は、高温の冷却水より熱を奪い高温高湿状態となって
前記燃料電池本体へ供給される。前記第一の熱交換手段
より流出した冷却水は前記貯湯タンク内の温水と熱交換
したのち、前記冷却水回路を流れ前記第二の熱交換手段
に流入する。冷却水は前記第二の熱交換手段を通過する
過程において、前記燃料電池本体から排出される高温高
湿の空気との熱交換を行い調温され、再び前記燃料電池
本体へと供給されるという作用を有する。

【００２３】また、燃料電池本体と、前記燃料電池本体
に水素含有ガスを供給する燃料供給手段と、前記燃料電
池本体に空気を供給する空気供給手段と、前記燃料電池
本体の温度を一定に保つための冷却水回路と、前記冷却
水回路に接続される第一の送水手段を備えた燃料電池シ
ステムにおいて、前記冷却水回路および前記空気供給手
段に接続され、前記冷却水回路により供給される高温の
冷却水と前記空気供給手段から供給される常温の空気と
の間で温度および湿度の交換を行うための第一の熱交換
手段と、水を補給するための補給口および温水を取出す
ための温水取出口を有する貯湯タンクと、前記貯湯タン
クに接続され第二の送水手段により前記貯湯タンク内の
低温水を循環させる冷温水循環回路と、前記冷温水循環
回路および前記冷却水回路に接続され、前記冷温水循環
回路より送水される低温水と前記第一の熱交換手段通過
後の冷却水との熱交換を行うための第三の熱交換手段
と、前記冷却水回路に接続され前記第三の熱交換手段通
過後の冷却水と前記燃料電池本体から排出される高温高
湿の空気との熱交換を行うための第二の熱交換手段とを
備えたものであり、前記燃料電池本体より流出した高温
の冷却水は第一の熱交換手段を通過する過程において、
前記空気供給手段により供給される常温の空気と熱交換
することにより熱を奪われる。一方、前記空気供給手段
により供給された常温の空気は、高温の冷却水より熱を
奪い高温高湿状態となって前記燃料電池本体へ供給され
る。第一の熱交換手段において若干温度を下げた高温の
冷却水は第三の熱交換手段を通過する過程において、前
記貯湯タンクより流出してきた低温の循環水と熱交換す
ることによりさらに低温の状態となる。前記貯湯タンク
より流出してきた低温の循環水は高温の冷却水より熱を
奪い高温状態となって再び前記貯湯タンクへ戻る。循環
水は前記冷温水循環回路に接続された第二の送水手段に
より循環することになる。前記貯湯タンク内は常に高温
の温水が貯えらた状態となる。前記第三の熱交換手段に
おいて低温となった冷却水は前記第二の熱交換手段を通
過する過程において、前記燃料電池本体より排出される
高温高湿の空気と熱交換することにより高温の冷却水と
なり再び前記燃料電池本体へと供給されるという作用を
有する。

【００２４】また、燃料電池本体と、前記燃料電池本体
に水素含有ガスを供給する燃料供給手段と、前記燃料電
池本体に空気を供給する空気供給手段と、前記燃料電池
本体の温度を一定に保つための冷却水回路と、前記冷却
水回路に接続される第一の送水手段を備えた燃料電池シ
ステムにおいて、前記冷却水回路および前記空気供給手
段に接続され、前記冷却水回路により供給される高温の
冷却水と前記空気供給手段から供給される常温の空気と
の間で温度および湿度の交換を行うための第一の熱交換
手段と、水を補給するための補給口および温水を取出す
ための温水取出口を有する貯湯タンクと、前記貯湯タン
クに接続され第二の送水手段により前記貯湯タンク内の
低温水を循環させる冷温水循環回路と、前記冷温水循環
回路および前記冷却水回路に接続され、前記冷温水循環
回路より送水される低温水と前記第一の熱交換手段によ
り熱交換を終えた高温の冷却水との熱交換を行うための
第三の熱交換手段と、前記冷却水回路に接続され前記第
三の熱交換手段により熱交換を終えた低温の冷却水と前
記燃料電池本体から排出される高温高湿の未反応水素ガ
スを含む水蒸気との熱交換を行うための第四の熱交換手
段とを備えたものであり、前記燃料電池本体に供給され
た水素含有ガスは発電反応により大半を消費され、前記
燃料電池本体の出口からは少量の未反応水素ガスと高温
の水蒸気が排出される。前記第三の熱交換手段において
低温となった冷却水は前記第四の熱交換手段を通過する
過程において、前記燃料電池本体より排出される高温高
湿の未反応水素ガスを含む水蒸気と熱交換することによ
り高温の冷却水となり再び前記燃料電池本体へと供給さ
れるという作用を有する。

【００２５】また、第二の熱交換手段および第四の熱交
換手段は第三の熱交換手段と燃料電池本体を接続する冷
却水回路に並列に設けるようにしたものであり、前記冷
却水回路を流れる低温の冷却水は分流し、前記第二の熱
交換手段と前記第四の熱交換手段にそれぞれ流入する。
冷却水は前記第二の熱交換手段を通過する過程におい
て、前記燃料電池本体より排出される高温高湿の空気と
熱交換し、前記第四の熱交換手段を通過する過程におい
て、前記燃料電池本体より排出される高温高湿の未反応
水素ガスを含む水蒸気と熱交換することにより、それぞ
れ高温の冷却水となり前記冷却水回路を流れ合流し、再
び前記燃料電池本体に供給され、第二の排出管からは少
量の未反応水素ガスが排出されるという作用を有する。

【００２６】また、第二の熱交換手段において、低温の
冷却水と燃料電池本体から排出される高温高湿の空気と
の熱交換により凝縮生成された結露水を貯えるための貯
蔵手段と、前記貯蔵手段に貯えられた結露水を送水する
ための第三の送水手段と、結露水より不純物を取り除く
ための第一の不純物除去手段と、前記貯蔵手段および前
記第三の送水手段および前記第一の不純物除去手段を連
結し結露水を冷却水回路へ送水するための第一の送水回
路を備え、前記第一の送水回路を前記燃料電池本体と第
一の熱交換手段の間に位置する前記冷却水回路に接続
し、冷却水の流れ込みを防止するための第一の逆流防止
手段を前記送水回路に設けたものであり、前記燃料電池
本体から排出される空気は高温高湿であるとともに、前
記燃料電池本体内における発電反応により生成された水
を含んでいるため、低温の冷却水と熱交換を行うことに
より前記第二の熱交換手段において結露し、水となって
前記貯蔵手段に貯まることになる。前記貯蔵手段に貯ま
った水は前記第三の送水手段により前記送水回路を通り
前記冷却水回路を流れる冷却水と混合される。結露水に
含まれる不純物は前記送水回路に接続された前記第一の
不純物除去手段によって取り除かれる。前記第三の送水
手段が停止している場合でも前記送水回路に設けられた
前記第一の逆流防止手段により冷却水が前記送水回路に
流入することはなく、冷却水の水量不足を補うことがで
きる。

【００２７】また、第三の熱交換手段により熱交換を行
い高温となった循環水の一部を燃料電池本体の冷却水と
して用いるための第一の補給回路と、前記第一の補給回
路内には不純物を取り除くための第二の不純物除去手段
と、高温の循環水を送水するための第四の送水手段と、
送水量を調節するための流量調整手段とが連結され、前
記第一の補給回路は前記第二の熱交換手段および貯湯タ
ンクを接続する冷温水循環回路と、第二の熱交換手段お
よび前記燃料電池本体の間に位置する冷却水回路とを連
結するよう接続され、冷却水の流れ込みを防止するため
の第二の逆流防止手段を前記第一の補給回路に設けたも
のであり、前記冷温水循環回路を流れる高温の循環水の
一部は前記第一の補給回路に流れ込む。循環水に含まれ
る不純物は前記第二の不純物除去手段により取り除か
れ、前記冷却水回路へ流入する。前記第一の補給回路を
流れる循環水の流量は前記流量調整手段により調節され
ることとなる。前記第四の送水手段が停止している場合
でも前記第一の補給回路に設けられた前記第二の逆流防
止手段により冷却水が前記第一の補給回路に流入するこ
とはなく、前記冷却水回路を流れる冷却水の水量不足を
補うことができる。

【００２８】また、冷却水回路に流れる冷却水の不足を
補うための給水タンクと、前記給水タンクと前記冷却水
回路とを接続する第二の補給回路と、前記第二の補給回
路には前記給水タンクより補助冷却水を送水するための
第五の送水手段が連結され、前記第二の補給回路は前記
給水タンクと、第二の熱交換手段および第三の熱交換手
段を接続する前記冷却水回路とを連結するように接続さ
れ、冷却水の流れ込みを防止するための第三の逆流防止
手段を前記第二の補給回路に設けるようにしたものであ
り、前記給水タンクに貯えられた補助冷却水は前記第五
の送水手段により前記第二の補給回路を通り前記冷却水
回路へと送り込まれ、前記冷却水回路を流れる冷却水の
水量不足を補うことができる。

【００２９】また、貯蔵手段と空気供給手段とをつなぐ
第二の送水回路と、前記第二の送水回路に接続された第
六の送水手段とを備えたものであり、前記貯蔵手段に貯
まった凝縮水の一部は前記第二の送水回路を流れ、前記
空気供給手段へと供給され、第一の熱交換手段へ供給さ
れる空気の湿度を高めることができる。

【００３０】また、前記貯湯タンク内部に少なくとも一
つ以上の仕切手段を地面に対して水平方向に設け、前記
貯湯タンク内部の温水を前記仕切手段により上下に完全
に隔離することがないよう設置したものであり、前記第
三の熱交換手段において熱交換を終えた循環水は高温状
態となって前記冷温水循環回路を流れ前記貯湯タンクの
上部より流れ込む。前記貯湯タンク内の温水は水の持つ
性質上、上面ほど水温が高く底面に近づくに従い水温は
低くなる傾向を示す。前記貯湯タンク内の温水は前記仕
切手段を境に上下における温度差がより明確につくこと
となる。前記仕切手段には前記貫通部があるため前記貯
湯タンク内の温水は前記仕切手段の上下を温度に応じて
移動することが可能となる。前記貯湯タンクの底に近い
低温水は前記冷温水循環回路を流れ、前記第三の熱交換
手段において前記冷却水回路を流れる高温の冷却水と熱
交換を行うことができる。

【００３１】また、温水と室内空気との熱交換を行うた
めの熱交換器と、熱交換により暖められた空気を前記室
内へ供給するための第一の送風機と、前記第一の送風機
を駆動するための第一のモータと、前記室内の空気を室
外へ排出するための第二の送風機と、前記第二の送風機
を駆動するための第二のモータと、前記熱交換器と、前
記第一の送風機と、前記第一のモータと、前記第二の送
風機および前記第二のモータを収納したケースからなる
浴室暖房乾燥機において、貯湯タンクに設けられた温水
取出口および前記熱交換器に接続する送水管と、前記熱
交換器において前記室内の空気と熱交換を終えた温水が
前記貯湯タンクに戻るための戻り管と、前記戻り管は前
記熱交換器および前記貯湯タンクに設けらた温水戻り口
と接続され、前記送水管および前記戻り管の少なくとも
一方に接続された前記熱交換器に温水を循環させるため
の第七の送水手段と、燃料電池本体における発電による
直流の電気を交流に変換するインバータと、前記インバ
ータと前記第一のモータおよび前記第二のモータを結ぶ
電源線を備えたものであり、前記温水取出口より流出し
た温水は前記送水管を通り前記熱交換器へ導かれる。温
水は前記熱交換器において前記第一の送風機により供給
された前記室内の空気と熱交換を行い熱を奪われ低温水
となって戻り管を流れ、前記温水戻り口より前記貯湯タ
ンク内へと流れ込む。冷温水の循環は前記送水管および
前記戻り管の少なくとも一方に設けられた前記第七の送
水手段により行われる。前記熱交換器において温水から
熱を奪った前記室内の空気は温風となって再び前記室内
へと供給される。前記第一の送風機には前記第一のモー
タが接続されており、前記第一のモータに接続された前
記電源線に通電されることにより前記第一の送風機より
空気が供給される。前記電源線への電気の供給は前記燃
料電池本体の発電により行われ、前記燃料電池本体にお
いて発電した直流の電気は前記インバータにより交流へ
と変換され前記電源線より前記第一のモータへと供給さ
れることとなる。前記第二の送風機には前記第二のモー
タが接続されており、前記第二のモータに接続された前
記電源線に通電されることにより前記室内の空気は前記
室外へと排出される。前記電源線への電気の供給は前記
燃料電池本体の発電により行われ、前記燃料電池本体に
おいて発電した直流の電気は前記インバータにより交流
へと変換され前記電源線より前記第二のモータへと供給
することができる。

【００３２】以下、本発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００３３】

【実施例】（実施例１）図１、図２および図３に示すよ
うに、原燃料である都市ガスやＬＰＧは燃料供給手段で
ある改質器１０３において水素リッチガスに改質され燃
料電池本体１０２へ供給される。電池反応に必要となる
酸素は空気中に含まれており、空気は空気供給手段とし
て用いるブロワー１０４により燃料電池本体１０２へと
供給される。燃料電池本体１０２へ供給された水素リッ
チガスおよび空気は燃料電池本体１０２内部において反
応し、電気と水を生成する。燃料電池本体１０２は発電
の過程において発熱するので、燃料電池本体１０２の温
度を一定に保つために冷却水回路として冷却水配管１０
６を設け、冷却水の循環は第一の送水手段である送水ポ
ンプ１０７により行われる。冷却水には純水を用いる。
冷却水配管１０６には第一の熱交換手段として温度およ
び湿度を交換する全熱交換器１、第二の熱交換手段とし
てフィンチューブ式熱交換器２、第三の熱交換手段とし
てプレート式熱交換器３が接続されており、プレート式
熱交換器３には冷温水循環回路として循環水配管４が接
続され、出入口はそれぞれ貯湯タンク１０８に接続され
ている。貯湯タンク１０８からプレート式熱交換器３へ
冷温水を供給する循環水配管４には第二の送水手段とし
て冷温水循環ポンプ５が設置され、プレート式熱交換器
３と貯湯タンク１０８間における冷温水の循環を行う。
貯湯タンク１０８には水量の減少に伴い水を補給するた
めの補給口６および給湯や暖房に用いる温水を取出すた
めの温水取出口７が設けられている。図２はフィンチュ
ーブ式熱交換器２の構成を説明したものであり、図３は
プレート式熱交換器３の構成を説明したものである。実
線は冷却水の流れを示し、破線は循環水の流れを示す。

【００３４】上記構成において、燃料電池本体１０２に
は改質器１０３により生成された高温高湿の水素リッチ
ガス、高温高湿の空気および高温水が供給されることに
なる。燃料電池本体１０２では発電状態を一定に保つた
めに、燃料電池本体１０２内部を流れる冷却水の流入流
出温度を一定にする必要がある。燃料電池本体１０２に
供給される冷却水の温度は７５℃前後であり、燃料電池
本体１０２内部を通過する過程で熱を回収し流出時の水
温は上昇する。燃料電池本体１０２の出入口における水
温の上昇は５℃前後になることが望ましい。燃料電池本
体１０２より流出した約８０℃の冷却水は冷却水配管１
０６を通り全熱交換器１へ流入する。また、全熱交換器
１にはブロワー１０４により供給された空気が流入す
る。約８０℃の冷却水および空気はそれぞれ異なる流路
を通りながら熱および湿度の授受を行う。空気は約８０
℃の冷却水から熱を奪うとともに加湿され、高温高湿状
態となって燃料電池本体１０２へ供給されることとな
る。全熱交換器１において熱交換を行った冷却水は約７
５℃となって流出し、プレート式熱交換器３へ流入す
る。プレート式熱交換器３は循環水配管４とも接続され
ており、循環水配管４は貯湯タンク１０８と接続され１
０〜３０℃前後の水がプレート式熱交換器３に流入す
る。プレート式熱交換器３内は複数のプレートが積層さ
れており、約７５℃の高温冷却水と１０〜３０℃前後の
低温循環水が交互に各プレート間を流れ熱交換を行う。
冷却水は１５〜３５℃の低温状態となってプレート式熱
交換器３から流出する。一方、循環水は６０〜７０℃の
高温となって循環水配管４を通り再び貯湯タンク１０８
へ戻ることとなる。貯湯タンク１０８には補給口６およ
び温水取出口７が設けられており、温水取出口７からは
必要に応じて給湯、暖房用に温水が取出されることとな
る。貯湯タンク１０８内の温水が給湯や暖房に利用さ
れ、貯湯タンク１０８内の水量が不足してきた場合は補
給口６より常温の水が補給される。常温の水は温度が低
いため貯湯タンク１０８の底の方に貯まり、循環水配管
４よりプレート式熱交換器３へ供給される。貯湯タンク
１０８には６０〜７０℃の高温となった温水が循環水配
管４より供給されるため常に大量の温水を貯えた状態と
なっている。一方、プレート式熱交換器３において低温
の循環水と熱交換を行い１５〜３５℃の低温状態となっ
た冷却水は冷却水配管１０６を通りフィンチューブ式熱
交換器２へ流入する。また、フィンチューブ式熱交換器
２には燃料電池本体１０２に供給され電池反応を終えた
高温高湿の空気が供給され、フィンチューブ式熱交換器
２のチューブ８内を通る冷却水と熱交換を行うこととな
る。高温高湿の空気はフィンチューブ式熱交換器２を通
過する過程においてフィン９およびチューブ８と接触す
ることにより冷却水に熱を奪われ、低温状態となって排
気される。また、チューブ８内を流れる冷却水は高温高
湿の空気から熱を奪うことにより７５℃前後まで水温が
上昇し、冷却水配管１０６を通り再び燃料電池本体１０
２へ供給されることとなる。電池本体１０２に流入する
冷却水の温度は約７５℃、流出する冷却水の温度は約８
０℃と常に一定に維持しながら冷却水を１５〜３５℃の
低温まで利用することができるため、貯湯タンク内の温
水を大量に利用することが可能であり、低温となった冷
却水の温度を再度上昇させるために燃料電池本体１０２
より排出される空気の廃熱を利用することにより冷却水
の持つ熱エネルギーの利用率を向上することが可能とな
る。

【００３５】なお、実施例では原燃料を都市ガスやＬＰ
Ｇとしたが、水素ボンベや水素吸蔵合金を用いて純水素
を供給してもよく、その作用効果に差異を生じない。ま
た、第一の熱交換手段として全熱交換器を用いたが、温
度および湿度の交換ができればよく、加湿器などを用い
てもその作用効果に差異を生じない。また、第二の熱交
換手段としてフィンチューブ式熱交換器を用いたが、シ
ェル＆チューブ式熱交換器を用いてもよく、その作用効
果に差異を生じない。また、第三の熱交換手段としてプ
レート式熱交換器を用いたが、冷却水と循環水が混ざり
合うことなく熱交換できればよく、プレート式熱交換器
にかえて二重配管やシェル＆チューブ式熱交換器あるい
はスパイラル式熱交換器を用いてもよく、その作用効果
に差異を生じない。また、冷却水として純水を用いた
が、イオン交換水を用いてもよく、その作用効果に差異
を生じない。また、冷温水循環ポンプを貯湯タンクから
プレート式熱交換器へ冷温水を供給する循環水配管に設
けたが、プレート式熱交換器から貯湯タンクへ冷温水を
供給する循環水配管に設けてもよく、その作用効果に差
異を生じない。

【００３６】（実施例２）図４および図５に示すよう
に、第一のステンレスパイプ１０は一方の端面を燃料電
池本体１０２の水素リッチガス排出口に接続され、もう
一方の端面は第四の熱交換手段であるシェル＆チューブ
式熱交換器１１に接続される。シェル＆チューブ式熱交
換器１１は内部に７５〜８０℃程度の温水を貯えたもの
であり、冷却水配管１０６はシェル＆チューブ式熱交換
器１１の内部において温水と接触するように設けてあ
る。さらに、シェル＆チューブ式熱交換器１１には第二
のステンレスパイプ１２がシェル＆チューブ式熱交換器
１１内部の温水に接することのないよう接続されてい
る。図５はシェル＆チューブ式熱交換器１１の構成を説
明したものである。

【００３７】上記構成において、燃料電池本体１０２か
らは発電反応を終えた少量の未反応水素ガスを含む高温
の水蒸気が排出される。少量の未反応水素ガスを含む水
蒸気は第一のステンレスパイプ１０内を通りシェル＆チ
ューブ式熱交換器１１内に供給され、水蒸気は凝縮され
ることによりシェル＆チューブ式熱交換器１１内に温水
となってとどまり、少量の未反応水素ガスは第二のステ
ンレスパイプ１２より外部へと放出される。第二のステ
ンレスパイプ１２の端面は温水より上方にあり、かつ、
温水と接していないため、シェル＆チューブ式熱交換器
１１内の温水が第二のステンレスパイプ１２から吹き出
すことはない。一方、シェル＆チューブ式熱交換器１１
内のチューブ１３には冷却水配管１０６が接続されてお
り、冷却水配管１０６の内部を流れる１５〜３５℃の低
温となった冷却水はチューブ１３内を流れ再び冷却水配
管１０６へと流出する。チューブ１３内を流れる低温の
冷却水はチューブ１３に接する高温の温水と熱交換を行
い、シェル＆チューブ式熱交換器１１の出口において約
７５℃の温水状態となり冷却水配管１０６へ流れ、燃料
電池本体１０２へ供給されることとなる。シェル＆チュ
ーブ式熱交換器１１内の温水は冷却水により熱を奪われ
るが、第一のステンレスパイプ１０から流入する高温の
水蒸気および高温の未反応水素ガスより熱の供給がある
ため、温水温度が低下することなく、シェル＆チューブ
式熱交換器１１内の温水を高温に保つことができ、冷却
水の温度を一定にすることができる。

【００３８】なお、実施例では第一の排出管および第二
の排出管にステンレスパイプを用いたが、耐熱性に優れ
水素ガスを漏洩させることがなければよく、銅パイプ、
チタンパイプ、ＰＦＡチューブを用いてもその作用効果
に差異を生じない。また、第四の熱交換手段としてシェ
ル＆チューブ式熱交換器を用いたが、プレート式熱交換
器を用いてもよく、その作用効果に差異を生じない。

【００３９】（実施例３）図６に示すように、プレート
式熱交換器３の出口に接続された冷却水配管１０６は二
つに分岐し、一方はフィンチューブ式熱交換器２に接続
され、もう一方はシェル＆チューブ式熱交換器１１に接
続される。フィンチューブ式熱交換器２の出口に接続さ
れた冷却水配管１０６とシェル＆チューブ式熱交換器１
１の出口に接続された冷却水配管１０６は合流したの
ち、燃料電池本体１０２へと供給される。

【００４０】上記構成において、プレート式熱交換器３
より流出した１５〜３５℃程度の低温の冷却水は冷却水
配管１０６内を流れ、冷却水配管１０６に並列に接続さ
れたフィンチューブ式熱交換器２およびシェル＆チュー
ブ式熱交換器１１に流入する。フィンチューブ式熱交換
器２には、燃料電池本体１０２に供給され電池反応を終
えた高温高湿の空気が供給され、フィンチューブ式熱交
換器２のチューブ８内を通る低温の冷却水と熱交換を行
うこととなる。高温高湿の空気はフィンチューブ式熱交
換器２を通過する過程においてフィン９およびチューブ
８を通し冷却水に熱を奪われ、低温状態となって排気さ
れる。また、チューブ８内を流れる冷却水は７５℃前後
まで水温が上昇し冷却水配管１０６へ流出する。また、
シェル＆チューブ式熱交換器１１は内部に７５〜８０℃
程度の温水を貯えたものであり、冷却水配管１０６はシ
ェル＆チューブ式熱交換器１１の内部において温水と接
触するように設けてあり、冷却水配管１０６の内部を流
れる１５〜３５℃の低温となった冷却水はチューブ１３
に接する高温の温水と熱交換を行い、シェル＆チューブ
式熱交換器１１の出口において約７５℃の温水状態とな
り冷却水配管１０６へ流出する。フィンチューブ式熱交
換器２およびシェル＆チューブ式熱交換器１１から流出
した高温の冷却水は合流し、燃料電池本体１０２へと供
給されることとなる。冷却水を低温まで利用し、かつ、
低温となった冷却水の温度を再度上昇させるために燃料
電池本体１０２より排出される空気および少量の未反応
水素ガスを含む水蒸気の廃熱を利用することにより熱交
換効率を向上し、燃料電池本体１０２に流入する冷却水
の温度は約７５℃、流出する冷却水の温度は約８０℃と
常に一定に維持することが可能となる。

【００４１】（実施例４）図７に示すように、フィンチ
ューブ式熱交換器２には、低温の冷却水と燃料電池本体
１０２から排出される高温高湿の空気との熱交換により
凝縮生成された結露水を貯えるための貯蔵手段としてド
レンパン１４が取付けられており、ドレンパン１４は貯
えた結露水を流出させるための冷却水用排出口１５を有
し、冷却水用排出口１５にはＰＦＡチューブ１６が接続
されている。ＰＦＡチューブ１６のもう一端は燃料電池
本体１０２と全熱交換器１をつないでいる冷却水配管１
０６に接続される。ＰＦＡチューブ１６には第三の送水
手段としての送水ポンプ１７、第一の不純物除去手段と
しての中空糸膜フィルタ１８、第一の逆流防止手段とし
ての逆止弁１９が順次接続される。

【００４２】上記構成において、燃料電池本体１０２か
ら排出される空気は高温高湿であるとともに、燃料電池
本体１０２内における発電反応により生成された水を含
んだ状態となっており、フィンチューブ式熱交換器２に
おいて冷却水配管１０６を流れる１５〜３５℃程度の低
温の冷却水と熱交換を行う。低温の冷却水は空気の持つ
熱を奪うことにより７５℃前後の高温状態となり、フィ
ンチューブ式熱交換器２から排出される空気は低温低湿
状態となる。フィンチューブ式熱交換器２には熱交換に
より生じる凝縮水が付着し自重により滴下する。滴下し
た結露水はドレンパン１４に貯えられ、冷却水用排出口
１５に接続されたＰＦＡチューブ１６へと導かれる。Ｐ
ＦＡチューブ１６内の結露水は冷却水配管１０６へと流
れ込むが、結露水に不純物が混入している場合において
も中空糸膜フィルタ１８により除去されるため、冷却水
配管１０６内に異物が混入することはない。また、ＰＦ
Ａチューブ１６に取付けられた逆止弁１９により、冷却
水配管１０６を流れる７５℃前後の高温冷却水がＰＦＡ
チューブ１６を通りドレンパン１４へ逆流することはな
く、冷却水配管１０６における冷却水の水量不足を補う
ことができる。

【００４３】なお、実施例では送水回路としてＰＦＡチ
ューブを用いたが、ＰＶＣチューブ、バイトンチュー
ブ、シリコンチューブまたはステンレスパイプなどの金
属配管を用いてもよく、その作用効果に差異を生じな
い。また、第一の不純物除去手段として中空糸膜フィル
タを用いたが、プラスチック発泡フィルタや活性炭カー
トリッジフィルタを用いてもよく、その作用効果に差異
を生じない。また、送水ポンプ、中空糸膜フィルタ、逆
止弁の順に接続したが、任意の順に接続してよく、その
作用効果に差異を生じない。また、第一の逆流防止手段
として逆止弁を用いたが、電磁弁を用いてもよく、その
作用効果に差異を生じない。

【００４４】（実施例５）図８に示すように、高温とな
った循環水の一部を燃料電池本体１０２の冷却水として
用いるための第一の補給回路としてステンレスパイプ２
０を備え、ステンレスパイプ２０は一端を高温の循環水
が流れる循環水配管４と接続し、もう一端をフィンチュ
ーブ式熱交換器２と燃料電池本体１０２をつなぐ冷却水
配管１０６と接続する。ステンレスパイプ２０には第二
の不純物除去手段としての活性炭カートリッジフィルタ
２１、第四の送水手段としての温水循環ポンプ２２、流
量調整手段としてのパルス式電動膨張弁２３、第二の逆
流防止手段としての電磁弁２４が順次連結された構成と
なっている。

【００４５】上記構成において、循環水配管４を流れる
７５℃前後の循環水の一部はステンレスパイプ２０に流
れ込む。ステンレスパイプ２０に流れ込んだ循環水は温
水循環ポンプ２２により冷却水配管１０６に送水され
る。循環水の温度および冷却水の温度はともに７５℃前
後であり、この温度を保った状態で冷却水は燃料電池本
体１０２へ再び流入することになる。ステンレスパイプ
２０を流れる循環水にごみ等の不純物が混入した場合、
活性炭カートリッジフィルタ２１により不純物は取り除
かれる。冷却水配管１０６に供給される循環水の水量は
パルス式電動膨張弁２３の開度を変化することにより調
節される。ステンレスパイプ２０には電磁弁２４が接続
されているため、万一冷却水がステンレスパイプ２０を
逆流するようなことがあった場合でも電磁弁２４を閉じ
ることにより逆流を回避することができる。循環水の一
部を利用することにより冷却水の水量不足を補うことが
できる。

【００４６】なお、実施例では第一の補給回路としてス
テンレスパイプを用いたが、ＰＦＡチューブを用いても
よく、その作用効果に差異を生じない。また、第二の不
純物除去手段として活性炭カートリッジフィルタを用い
たが、中空糸膜フィルタ、プラスチック発泡フィルタを
用いてもよく、その作用効果に差異を生じない。また、
流量調整手段としてパルス式電動膨張弁を用いたが、ダ
イヤフラム式電動膨張弁、手動式バルブを用いてもよ
く、その作用効果に差異を生じない。また、温水循環ポ
ンプ、パルス式電動膨張弁、電磁弁の順に接続したが、
任意の順に接続してよく、その作用効果に差異を生じな
い。

【００４７】（実施例６）図９に示すように、冷却水補
給のための給水タンク２５はＰＦＡチューブ２６により
プレート式熱交換器３とフィンチューブ式熱交換器２を
つなぐ冷却水配管１０６と接続されている。ＰＦＡチュ
ーブ２６には第五の送水手段としての送水ポンプ２７お
よび第三の逆流防止手段としての逆止弁２８が順次接続
されている。

【００４８】上記構成において、給水タンク２５内の常
温の純水もしくはイオン交換水はＰＦＡチューブ２６を
通り送水ポンプ２７により冷却水配管１０６へと送り込
まれる。冷却水配管１０６には１５〜３５℃程度の冷却
水が流れており、純水もしくはイオン交換水はこの冷却
水と混合しフィンチューブ式熱交換器２へと流れる。Ｐ
ＦＡチューブ２６には逆止弁２８が設けられているた
め、冷却水配管１０６を流れる冷却水が給水タンク２５
に逆流することはない。給水タンク２５より純水を補給
することにより冷却水の水量不足を補うことができる。

【００４９】なお、実施例では第二の補給回路としてＰ
ＦＡチューブを用いたが、ステンレスパイプ、チタンパ
イプを用いてもよく、その作用効果に差異を生じない。
また、送水ポンプ、逆止弁の順に接続したが、逆止弁、
送水ポンプの順に接続してもよく、その作用効果に差異
を生じない。

【００５０】（実施例７）図１０に示すように、ドレン
パン１４に設けられた空気加湿用排出口２９にはＰＦＡ
チューブ３０が接続され、ＰＦＡチューブ３０はを第六
の送水手段である送水ポンプ３１を経由し、他端をブロ
ワー１０４へ接続する構成となっている。

【００５１】上記構成において、ドレンパン１４に貯え
られた凝縮水の一部は空気加湿用排出口２９より流出
し、送水ポンプ３１によりＰＦＡチューブ３０内を送水
されブロワー１０４へ供給される。ブロワー１０４に供
給された凝縮水は空気と混合され低温の加湿空気となっ
て全熱交換器１に供給されることとなる。低温の加湿空
気は全熱交換器１において高温の冷却水と熱交換を行
い、高温高湿の空気となり燃料電池本体１０２へ供給さ
れる。全熱交換器などの加湿手段を設けることなく、高
温高湿状態の空気をつくりだすことが可能となる。

【００５２】なお、実施例では第二の送水回路としてＰ
ＦＡチューブを用いたが、ステンレスパイプやチタンパ
イプを用いてもよく、その作用効果に差異を生じない。

【００５３】（実施例８）図１１に示すように、貯湯タ
ンク１０８内には仕切手段としてステンレスボード３２
を地面に対して水平方向に３枚設け、各々のステンレス
ボード３２は貯湯タンク１０８内部の温水を上下に完全
に分離することがないよう隙間を設けた構成となってい
る。

【００５４】上記構成において、プレート式熱交換器３
で熱交換を終え６０〜７０℃の高温となった循環水は循
環水配管４を通り貯湯タンク１０８内に戻る。水は温度
が高くなるほど比重が小さくなるため、温度が高い水は
貯湯タンク１０８の上の方に温度の低くなった水は貯湯
タンクの底の方に移動し貯湯タンク１０８内に温度分布
ができる。貯湯タンク１０８内に設けた３枚のステンレ
スボード３２により貯湯タンク１０８内の温水は上下方
向への移動が制約されるが、各々のステンレスボード３
２は温水を上下に完全に分離するわけではないため、温
度の低くなった温水は各ステンレスボード３２の隙間を
通り徐々に底の方へ移動することになる。プレート式熱
交換器３へ供給する循環水を貯湯タンク１０８の下部よ
り取出すことにより、確実に低温の循環水を供給するこ
とが可能となる。貯湯タンク１０８内において上下方向
にできる温度分布をよりはっきりとつけることにより、
確実に低温の循環水をプレート式熱交換器３へ供給する
とともに給湯や暖房など目的に応じて必要となる温度の
温水を取出すことができる。

【００５５】なお、実施例では仕切手段としてステンレ
スボードを用いたが、温水温度に耐えることができ変
形、劣化することがなければ他の材質を用いてもよく、
その作用効果に差異を生じない。また、仕切手段の枚数
を３枚としたが、１枚、２枚あるいは４枚以上でもよ
く、その作用効果に差異を生じない。また、ステンレス
ボードを段違いに挿入したが、温水が上下方向への移動
することを制約できればよく、ステンレスボードに穴を
設ける等の方法を用いてもよく、その作用効果に差異を
生じない。

【００５６】（実施例９）図１２に示すように、浴室暖
房乾燥機１１２はケース１１３内に熱交換器としてのフ
ィンチューブ式熱交換器１１４と、熱交換により暖めら
れた空気を室内へ供給するための第一の送風機としての
給気用シロッコファン１１５と、給気用シロッコファン
１１５を駆動するための第一のモータとしての給気ファ
ン用モータ１１６と、室内の空気を室外へ排出するため
の第二の送風機としての排気用シロッコファン１１７
と、排気用シロッコファン１１７を駆動するための第二
のモータとしての排気ファン用モータ１１８に収納して
おり、貯湯タンク１０８に設けられた温水取出口７およ
びフィンチューブ式熱交換器１１４には送水管３３が接
続されている。また、フィンチューブ式熱交換器１１４
には室内の空気と熱交換を終えた温水が貯湯タンク１０
８に戻るための戻り管３４も接続されており、戻り管３
４の他端は貯湯タンク１０８に設けられた温水戻り口３
５に接続される。送水管３３には第七の送水手段として
の送水ポンプ３６が設置されている。燃料電池本体１０
２における発電反応によりつくられた電気はインバータ
１０９により直流から交流へ変換され、インバータ１０
９と給気ファン用モータ１１６、排気ファン用モータ１
１８は電源線３７により結線される構成となる。

【００５７】上記構成において、貯湯タンク１０８に貯
えられた温水は温水取出し口１３から送水管３３を通り
フィンチューブ式熱交換器１１４へと供給される。温水
はフィンチューブ式熱交換器１１４において給気用シロ
ッコファン１１５により送風される室内空気と熱交換を
行い、低温となって戻り管３４を流れ温水戻り口３５よ
り再び貯湯タンク１０８に流入する。フィンチューブ式
熱交換器１１４において温水より熱を奪った空気は温風
となって再び室内へ供給される。室内空気を換気する場
合は、排気用シロッコファン１１７により室内空気を吸
引し室外へと排出する。給気用シロッコファン１１５お
よび排気用シロッコファン１１７を駆動するために用い
る給気ファン用モータ１１６と排気ファン用モータ１１
８へは、燃料電池本体１０２における発電反応からつく
りだされた直流の電気をインバータ１０９により交流へ
と変換したものを電源線３７より送電され、給気用シロ
ッコファン１１５および排気用シロッコファン１１７は
送風可能となり、燃料電池本体１０２による発電から得
られる電気と廃熱から得られる温水を同時に利用するこ
とができるものである。

【００５８】なお、実施例では送水ポンプを送水管へ設
けたが、戻り管へ取付けてもよく、その作用効果に差異
を生じない。

【００５９】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によれば燃料電池本体に供給する空気の昇温および加
湿を冷却水の持つ潜熱により賄うため、昇温加湿のため
に必要とされる消費電力を抑制し燃料電池の発電効率を
向上する効果のある燃料電池コージェネレーションシス
テムを提供できる。

【００６０】また、６０〜７０℃の温水を貯湯タンクに
供給し１０〜３０℃の低温となった水を貯湯タンクから
取出すことにより、給湯や暖房に大量の温水を使用する
ことができ、かつ、燃料電池本体に流入する冷却水の温
度を常に７５℃前後に確保することができ、低温となっ
た冷却水は空気や水蒸気の熱により昇温することにより
冷却水の持つ熱エネルギーの利用率を高めることができ
るという効果のある燃料電池コージェネレーションシス
テムを提供できる。

【００６１】また、燃料電池本体の温度を一定に保つた
めに利用する冷却水の不足を補うことができる効果のあ
る燃料電池コージェネレーションシステムを提供でき
る。

【００６２】また、貯湯タンク内に貯えられた温水の上
下方向にできる温度分布をよりはっきりとさせ、温水利
用のための取出し位置決めや燃料電池本体への冷却水戻
り位置決めを容易にできる効果のある燃料電池コージェ
ネレーションシステムを提供できる。

【００６３】また、燃料電池による発電から得られる電
気と廃熱から得られる温水を同時に利用することのでき
る効果のある燃料電池コージェネレーションシステムを
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムの構成図

【図２】同フィンチューブ式熱交換器の説明図

【図３】同プレート式熱交換器の説明図

【図４】本発明の実施例２の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムの構成図

【図５】同シェル＆チューブ式熱交換器の説明図

【図６】本発明の実施例３の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムの構成図

【図７】本発明の実施例４の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムの構成図

【図８】本発明の実施例５の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムの構成図

【図９】本発明の実施例６の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムの構成図

【図１０】本発明の実施例７の燃料電池コージェネレー
ションシステムの構成図

【図１１】本発明の実施例８の燃料電池コージェネレー
ションシステムの構成図

【図１２】本発明の実施例９の燃料電池コージェネレー
ションシステムの構成図

【図１３】従来の燃料電池コージェネレーションシステ
ムの構成図

【符号の説明】

１ 全熱交換器 ２ フィンチューブ式熱交換器 ３ プレート式熱交換器 ４ 循環水配管 ５ 冷温水循環ポンプ ６ 補給口 ７ 温水取出口 １０ 第一のステンレスパイプ １１ シェル＆チューブ式熱交換器 １２ 第二のステンレスパイプ １４ ドレンパン １６ ＰＦＡチューブ １７ 送水ポンプ １８ 中空糸膜フィルタ １９ 逆止弁 ２０ ステンレスパイプ ２１ 活性炭カートリッジフィルタ ２２ 温水循環ポンプ ２３ パルス式電動膨張弁 ２４ 電磁弁 ２５ 給水タンク ２６ ＰＦＡチューブ ２７ 送水ポンプ ２８ 逆止弁 ３０ ＰＦＡチューブ ３１ 送水ポンプ ３２ ステンレスボード ３３ 送水管 ３４ 戻り管 ３５ 温水戻り口 ３６ 送水ポンプ ３７ 電源線 １０２ 燃料電池本体 １０３ 改質器 １０４ ブロワー １０６ 冷却水配管 １０７ 送水ポンプ １０８ 貯湯タンク １０９ インバータ １１２ 浴室暖房乾燥機 １１３ ケース １１４ フィンチューブ式熱交換器 １１５ 給気用シロッコファン １１６ 給気ファン用モータ １１７ 排気用シロッコファン １１８ 排気ファン用モータ

フロントページの続き (72)発明者 高橋 康文 大阪府大阪市城東区今福西６丁目２番61号 松下精工株式会社内 Ｆターム(参考） 5H027 BA01 CC06 DD06 MM16

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池本体と、前記燃料電池本体に水
   素含有ガスを供給する燃料供給手段と、前記燃料電池本
   体に空気を供給する空気供給手段と、前記燃料電池本体
   の温度を一定に保つための冷却水回路と、前記冷却水回
   路に接続される第一の送水手段を備えた燃料電池システ
   ムにおいて、前記燃料電池本体の発電に伴い発生する熱
   を冷却水により回収し、冷却水として回収した熱の一部
   を前記燃料電池本体に供給する空気の温度および湿度を
   上昇させるために用い、さらに冷却水の持つ熱の一部を
   貯湯タンク内の温水生成のために用いるとともに、前記
   燃料電池本体より排出される空気または未反応水素ガス
   を含む水蒸気の少なくともいずれか一方と冷却水との間
   で熱交換させることにより、冷却水の温度を上昇させ所
   定の温度で前記燃料電池本体へ供給することを特徴とす
   る燃料電池コージェネレーションシステム。
2. 【請求項２】 燃料電池本体と、前記燃料電池本体に水
   素含有ガスを供給する燃料供給手段と、前記燃料電池本
   体に空気を供給する空気供給手段と、前記燃料電池本体
   の温度を一定に保つための冷却水回路と、前記冷却水回
   路に接続される第一の送水手段を備えた燃料電池システ
   ムにおいて、前記冷却水回路および前記空気供給手段に
   接続され、前記冷却水回路により供給される高温の冷却
   水と前記空気供給手段から供給される常温の空気との間
   で温度および湿度の交換を行うための第一の熱交換手段
   と、前記冷却水回路に接続され前記燃料電池本体から排
   出される高温高湿の空気との熱交換を行うための第二の
   熱交換手段とを備え、前記第一の熱交換手段と前記第二
   の熱交換手段を接続する前記冷却水回路に水を補給する
   ための補給口および温水を取出すための温水取出口を有
   する貯湯タンクを設けたことを特徴とする請求項１記載
   の燃料電池コージェネレーションシステム。
3. 【請求項３】 燃料電池本体と、前記燃料電池本体に水
   素含有ガスを供給する燃料供給手段と、前記燃料電池本
   体に空気を供給する空気供給手段と、前記燃料電池本体
   の温度を一定に保つための冷却水回路と、前記冷却水回
   路に接続される第一の送水手段を備えた燃料電池システ
   ムにおいて、前記冷却水回路および前記空気供給手段に
   接続され、前記冷却水回路により供給される高温の冷却
   水と前記空気供給手段から供給される常温の空気との間
   で温度および湿度の交換を行うための第一の熱交換手段
   と、水を補給するための補給口および温水を取出すため
   の温水取出口を有する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに
   接続され第二の送水手段により前記貯湯タンク内の低温
   水を循環させる冷温水循環回路と、前記冷温水循環回路
   および前記冷却水回路に接続され、前記冷温水循環回路
   より送水される低温水と前記第一の熱交換手段通過後の
   冷却水との熱交換を行うための第三の熱交換手段と、前
   記冷却水回路に接続され前記第三の熱交換手段通過後の
   冷却水と前記燃料電池本体から排出される高温高湿の空
   気との熱交換を行うための第二の熱交換手段とを備えた
   記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
4. 【請求項４】 燃料電池本体と、前記燃料電池本体に水
   素含有ガスを供給する燃料供給手段と、前記燃料電池本
   体に空気を供給する空気供給手段と、前記燃料電池本体
   の温度を一定に保つための冷却水回路と、前記冷却水回
   路に接続される第一の送水手段を備えた燃料電池システ
   ムにおいて、前記冷却水回路および前記空気供給手段に
   接続され、前記冷却水回路により供給される高温の冷却
   水と前記空気供給手段から供給される常温の空気との間
   で温度および湿度の交換を行うための第一の熱交換手段
   と、水を補給するための補給口および温水を取出すため
   の温水取出口を有する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに
   接続され第二の送水手段により前記貯湯タンク内の低温
   水を循環させる冷温水循環回路と、前記冷温水循環回路
   および前記冷却水回路に接続され、前記冷温水循環回路
   より送水される低温水と前記第一の熱交換手段により熱
   交換を終えた高温の冷却水との熱交換を行うための第三
   の熱交換手段と、前記燃料電池本体に接続され前記燃料
   電池本体において発電反応を終えた未反応水素ガスを含
   む水蒸気を流出させるための第一の排出管と、前記第一
   の排出管に接続され未反応水素ガスを含む水蒸気により
   生成される温水と前記第三の熱交換手段により熱交換を
   終えた低温の冷却水との熱交換を行うための前記第四の
   熱交換手段と、前記第四の熱交換手段に接続され低温と
   なった未反応水素ガスを排出するための第二の排出管を
   備えた燃料電池コージェネレーションシステム。
5. 【請求項５】 第二の熱交換手段および第四の熱交換手
   段は第三の熱交換手段と燃料電池本体を接続する冷却水
   回路に並列に設けたことを特徴とする請求項３または４
   記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
6. 【請求項６】 第二の熱交換手段において、低温の冷却
   水と燃料電池本体から排出される高温高湿の空気との熱
   交換により凝縮生成された結露水を貯えるための貯蔵手
   段と、前記貯蔵手段に貯えられた結露水を送水するため
   の第三の送水手段と、結露水より不純物を取り除くため
   の第一の不純物除去手段と、前記貯蔵手段および前記第
   三の送水手段および前記第一の不純物除去手段を連結し
   結露水を冷却水回路へ送水するための第一の送水回路を
   備え、前記第一の送水回路を前記燃料電池本体と第一の
   熱交換手段の間に位置する前記冷却水回路に接続し、冷
   却水の流れ込みを防止するための第一の逆流防止手段を
   前記第一の送水回路に設けたことを特徴とする請求項３
   または５記載の燃料電池コージェネレーションシステ
   ム。
7. 【請求項７】 第三の熱交換手段により熱交換を行い高
   温となった循環水の一部を燃料電池本体の冷却水として
   用いるための第一の補給回路と、前記第一の補給回路内
   には不純物を取り除くための第二の不純物除去手段と、
   高温の循環水を送水するための第四の送水手段と、送水
   量を調節するための流量調整手段とが連結され、前記第
   一の補給回路は前記第三の熱交換手段および貯湯タンク
   を接続する冷温水循環回路と、第二の熱交換手段および
   前記燃料電池本体の間に位置する冷却水回路とを連結す
   るよう接続され、冷却水の流れ込みを防止するための第
   二の逆流防止手段を前記第一の補給回路に設けたことを
   特徴とする請求項３、４、５または６記載の燃料電池コ
   ージェネレーションシステム。
8. 【請求項８】 冷却水回路に流れる冷却水の不足を補う
   ための給水タンクと、前記給水タンクと前記冷却水回路
   とを接続する第二の補給回路と、前記第二の補給回路に
   は前記給水タンクより補助冷却水を送水するための第五
   の送水手段が連結され、前記第二の補給回路は前記給水
   タンクと、第二の熱交換手段および第三の熱交換手段の
   間に位置する前記冷却水回路とを連結するように接続さ
   れ、冷却水の流れ込みを防止するための第三の逆流防止
   手段を前記第二の補給回路に設けたことを特徴とする請
   求項３、４、５、６または７記載の燃料電池コージェネ
   レーションシステム。
9. 【請求項９】 貯蔵手段と空気供給手段とをつなぐ第二
   の送水回路と、前記第二の送水回路に接続された第六の
   送水手段とを備えたことを特徴とする請求項５、６、７
   または８記載の燃料電池コージェネレーションシステ
   ム。
10. 【請求項１０】 貯湯タンク内部に少なくとも一つ以上
    の仕切手段を地面に対して水平方向に設け、前記貯湯タ
    ンク内部の温水を前記仕切手段により上下に完全に隔離
    することがないよう設置したことを特徴とする請求項
    ３、４、５、６、７、８または９記載の燃料電池コージ
    ェネレーションシステム。
11. 【請求項１１】 温水と室内空気との熱交換を行うため
    の熱交換器と、熱交換により暖められた空気を前記室内
    へ供給するための第一の送風機と、前記第一の送風機を
    駆動するための第一のモータと、前記室内の空気を室外
    へ排出するための第二の送風機と、前記第二の送風機を
    駆動するための第二のモータと、前記熱交換器と、前記
    第一の送風機と、前記第一のモータと、前記第二の送風
    機および前記第二のモータを収納したケースからなる浴
    室暖房乾燥機において、貯湯タンクに設けられた温水取
    出口および前記熱交換器に接続する送水管と、前記熱交
    換器において前記室内の空気と熱交換を終えた温水が前
    記貯湯タンクに戻るための戻り管と、前記戻り管は前記
    熱交換器および前記貯湯タンクに設けらた温水戻り口と
    接続され、前記送水管および前記戻り管の少なくとも一
    方に接続された前記熱交換器に温水を循環させるための
    第七の送水手段と、燃料電池本体における発電による直
    流の電気を交流に変換するインバータと、前記インバー
    タと前記第一のモータおよび前記第二のモータを結ぶ電
    源線を備えたことを特徴とする請求項１、２、３、４、
    ５、６、７、８、９または１０記載の燃料電池コージェ
    ネレーションシステム。