JP2001255010A - コージェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排熱回収率を向上し得るとともに、貯湯タン
クの貯湯温度を高くし得るコージェネレーションシステ
ムを提供する。 【解決手段】 貯湯タンク２１の下部と上部とを貯湯タ
ンク外部にて連通する連通路２２に、発電装置ＥＧを冷
却した冷却水にて連通路２２を通流する湯水を加熱する
冷却水用熱交換部２３と、発電装置ＥＧから排出された
水蒸気含有排ガスにて連通路２２を通流する湯水を加熱
する排ガス用熱交換部２４とが、冷却水用熱交換部２３
を排ガス用熱交換部２４よりも上流側に位置させて設け
られたコージェネレーションシステムにおいて、連通路
２２において冷却水用熱交換部２３よりも上流側に、排
ガス用熱交換部２４から排出された水蒸気含有排ガスが
供給されて、その水蒸気含有排ガス中の水蒸気の凝縮潜
熱にて連通路２２を通流する湯水を加熱する潜熱回収熱
交換部２６が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貯湯タンクの下部
と上部とを貯湯タンク外部にて連通する連通路に、発電
装置を冷却した冷却水が供給されて、その冷却水にて前
記連通路を通流する湯水を加熱する冷却水用熱交換部
と、前記発電装置から排出された水蒸気含有排ガスが供
給されて、その水蒸気含有排ガスにて前記連通路を通流
する湯水を加熱する排ガス用熱交換部とが、前記冷却水
用熱交換部を前記排ガス用熱交換部よりも上流側に位置
させて設けられ、前記冷却水用熱交換部及び前記排ガス
用熱交換部で加熱しながら、前記連通路をタンク下部側
から上部側に向かう方向に前記貯湯タンクの湯水を通流
させて、前記貯湯タンクの湯水を循環させることによ
り、前記貯湯タンクに湯水を温度成層を形成して貯湯す
るように構成されたコージェネレーションシステムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】かかるコージェネレーションシステム
は、発電装置を冷却した冷却水、及び、発電装置から排
出される燃焼ガス等の水蒸気含有排ガスから排熱を回収
して、湯を生成し、生成した湯を貯湯タンクに貯湯する
ものであり、通常は、発電装置から排出される水蒸気含
有排ガスは冷却水よりも高温であることから、連通路に
は、冷却水用熱交換部と排ガス用熱交換部とを、冷却水
用熱交換部を排ガス用熱交換部よりも上流側に位置させ
て設ける。

【０００３】従来は、図６に示すように、貯湯タンク２
１の下部と上部とを貯湯タンク外部にて連通する連通路
２２に、冷却水用熱交換部２３と排ガス用熱交換部２４
とを、冷却水用熱交換部２３を排ガス用熱交換部２４よ
りも上流側に位置させて設けると共に、連通路２２をタ
ンク下部側から上部側に向かう方向に通水作用させて、
貯湯タンク２１の湯水を連通路２２を通じて循環させる
べく、連通路２２にタンク水循環ポンプ３６を設けてい
た。尚、図６中の９は、発電装置ＥＧと冷却水用熱交換
部２３とにわたって冷却水を循環させる冷却水循環路で
あり、８は、その冷却水循環路９に設けた冷却水循環ポ
ンプであり、１６は、発電装置ＥＧから排出された水蒸
気含有排ガスを排熱用熱交換部２４に導く排ガス路であ
る。又、図６中の２８は、貯湯タンク２１の上部に接続
した給湯路であり、２９は、貯湯タンク２１の底部に接
続した給水路である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、冷却水用熱交換部において冷却水にて加熱されて昇
温した湯水が、排ガス用熱交換部に供給されるので、排
ガス用熱交換部においては、水蒸気含有排ガスと湯水と
を、水蒸気含有排ガスの温度がそれに含有されている水
蒸気の露点以下になるまで熱交換させることができない
ため、水蒸気含有排ガスには水蒸気が含有されているに
もかかわらず、排ガス用熱交換部においては、水蒸気の
凝縮潜熱をほとんど回収することができず、水蒸気含有
排ガスの顕熱を回収しているに過ぎなかった。従って、
従来のコージェネレーションシステムでは、排熱回収率
を向上し得るとともに、貯湯タンクの貯湯温度を高くす
る上で改善の余地があった。

【０００５】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、排熱回収率を向上し得るととも
に、貯湯タンクの貯湯温度を高くし得るコージェネレー
ションシステムを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成は、前記連通路において前記
冷却水用熱交換部よりも上流側に、前記排ガス用熱交換
部から排出された水蒸気含有排ガスが供給されて、その
水蒸気含有排ガス中の水蒸気の凝縮潜熱にて前記連通路
を通流する湯水を加熱する潜熱回収熱交換部が設けられ
ていることにある。請求項１に記載の特徴構成によれ
ば、潜熱回収熱交換部においては、排ガス用熱交換部を
通過して温度が低下した水蒸気含有排ガスと、貯湯タン
ク下部から取り出された状態のままで連通路を通流する
低温の水とが、水蒸気含有排ガス中の水蒸気が凝縮する
まで熱交換して、連通路を通流する水が、水蒸気含有排
ガスの顕熱及び水蒸気の凝縮潜熱にて加熱されて昇温す
る。潜熱回収熱交換部から連通路に流出した湯水は、冷
却水用熱交換部に流入し、流入した湯水は、その冷却水
用熱交換部において、発電装置から排出された冷却水に
て更に加熱されて昇温する。冷却水用熱交換部から連通
路に流出した湯水は、排ガス用熱交換部に流入し、流入
した湯水は、その排ガス用熱交換部において、発電装置
から排出された高温の水蒸気含有排ガスにて更に加熱さ
れて昇温する。そして、排ガス用熱交換部から連通路に
流出した湯は、連通路を通じて貯湯タンクの上部に供給
されるので、貯湯タンクには、湯水が温度成層を形成す
る状態で貯湯される。つまり、潜熱回収熱交換部におい
て、排ガス用熱交換部を通過して温度が低下した水蒸気
含有排ガスと貯湯タンクから取り出された低温の湯水と
を効率良く熱交換させて、水蒸気含有排ガス中の水蒸気
を効率良く凝縮させ、その凝縮熱により貯湯タンクから
取り出された湯水が効率良く加熱されるようにしてあ
る。従って、排熱回収率を向上し得るとともに、貯湯タ
ンクの貯湯温度を高くし得るコージェネレーションシス
テムを提供することができるようになった。

【０００７】〔請求項２記載の発明〕請求項２に記載の
特徴構成は、前記発電装置として、水素含有ガスと酸素
含有ガスが供給されて水素含有ガス中の水素と酸素含有
ガス中の酸素とにより発電する燃料電池発電部と、その
燃料電池発電部から排出された水素含有ガスを燃焼させ
る燃焼反応部と、その燃焼反応部から発生する燃焼熱に
より、供給される炭化水素系の原燃料と水蒸気とを改質
反応させて、前記燃料電池発電部に供給する水素含有ガ
スを生成する改質部を備えた燃料電池発電装置が設けら
れ、前記燃料電池発電部から排出された冷却水が前記冷
却水用熱交換部に供給され、前記燃焼反応部から排出さ
れた水蒸気含有排ガスが前記排ガス用熱交換部に供給さ
れるように構成されていることにある。請求項２に記載
の特徴構成によれば、燃料電池発電部から排出された冷
却水が冷却水用熱交換部に供給され、並びに、燃料電池
発電部から排出された水素含有ガスを燃焼させる燃焼反
応部から排出されたガスが、水蒸気含有排ガスとして排
ガス用熱交換部に供給される。つまり、燃料電池発電装
置においては、燃料電池発電部における水素と酸素との
電気化学反応は発電反応であることから、燃料電池発電
部を冷却すべく冷却水を供給するが、その燃料電池発電
部から排出された冷却水が冷却水用熱交換部に供給され
る。又、燃料電池発電装置においては、改質部において
炭化水素系の原燃料と水蒸気とを改質反応させて生成し
た水素含有ガスを、反応用として燃料電池発電部に供給
するが、改質部における改質反応に要する熱を与えるべ
く、燃料電池発電部にて発電に寄与したのち燃料電池発
電部から排出された水素含有ガスを、燃焼反応部におい
て燃焼させる。つまり、燃料電池発電部に供給される水
素含有ガスには、改質部における改質処理用として供給
された水蒸気が含まれているので、燃料電池発電部から
排出される水素含有ガスにも、改質処理用の水蒸気が含
まれていることとなり、燃料電池発電部から排出された
水素含有ガスを燃焼させる燃焼反応部から排出される水
蒸気含有排ガスには、燃焼反応により生じる水蒸気以外
に、改質部における改質処理用として供給された水蒸気
が含まれている。従って、燃料電池発電装置の燃焼反応
部から排出される水蒸気含有排ガスは、例えば、エンジ
ンから排出される排ガス等の水蒸気含有排ガスに比べ
て、水蒸気含有率が大きい。そこで、本発明を、発電装
置として燃料電池発電装置を設けたコージェネレーショ
ンシステムに適用して、燃焼反応部から排出される水蒸
気含有率が大きいガスを水蒸気含有排ガスとして用いる
ように構成することにより、潜熱回収量を多くすること
ができて、排熱回収率の向上及び貯湯タンクの貯湯温度
の上昇の面での効果を一層顕著なものにすることができ
るので、好ましい。

【０００８】〔請求項３記載の発明〕請求項３に記載の
特徴構成は、前記貯湯タンクの湯水を前記連通路を通じ
て自然循環させるように構成されていることにある。請
求項３に記載の特徴構成によれば、貯湯タンクの湯水が
ドラフトによって連通路を通じて自然循環するので、発
電装置で発電された電力を、貯湯タンクの湯水を循環さ
せるために消費する必要性がない。しかも、ドラフトに
よって、貯湯タンクの湯水を少ない循環量で循環させ
て、各熱交換部において効果的に加熱することができる
ので、貯湯タンクに供給する湯の温度を一層高くするこ
とができる。従って、電気出力を増大させると共に、総
合的なエネルギー効率を更に向上することができ、並び
に、貯湯タンクにおける貯湯温度を高くすることができ
るようになった。

【０００９】〔請求項４記載の発明〕請求項４に記載の
特徴構成は、前記連通路を通流する湯水の温度が低いと
きの方が高いときよりも流量を少なくするように作動す
る流量調節手段が、前記連通路に設けられていることに
ある。請求項４に記載の特徴構成によれば、流量調節手
段は、連通路を通流する湯水の温度が低いときの方が高
いときよりも流量を少なくするように作動するので、貯
湯タンクに供給される湯の温度のバラツキを小さくする
ことができる。つまり、貯湯タンクの湯水を連通路を通
じて自然循環させるように構成する場合は、湯水の循環
量は成り行きとなるが、そのような場合において、上述
の如き流量調節手段を設けることにより、貯湯タンクに
おける貯湯温度を安定化することができるのである。従
って、貯湯タンクの湯水を自然循環させるようにして、
電気出力の増大、総合エネルギー効率の向上及び貯湯温
度の高温化を図りながら、貯湯温度の安定化も図ること
ができるようになった。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明
を、固体高分子型の燃料電池発電装置を備えたコージェ
ネレーションシステムに適用した場合の実施の形態を説
明する。図１に示すように、コージェネレーションシス
テムは、水素と酸素の電気化学反応により発電して、発
電した電力を電力消費機器に供給する燃料電池発電装置
ＥＧと、その燃料電池発電装置ＥＧの排熱を回収して湯
を生成して、生成した湯を浴槽や台所等の湯消費先に供
給する貯湯式給湯装置ＨＳとを備えて構成してある。

【００１１】燃料電池発電装置ＥＧは、炭化水素系の原
燃料を用いて燃料ガスとしての水素含有ガスを生成する
燃料ガス生成部Ｒ、酸素含有ガスとしての空気を供給す
る送風機１、燃料ガス生成部Ｒから燃料ガス路２を通じ
て供給される燃料ガス中の水素と送風機１から空気路３
を通じて供給される空気中の酸素との電気化学反応によ
り直流電力を発電する燃料電池発電部４、及び、その燃
料電池発電部４から出力される直流電力を交流電力に変
換して電力消費機器に供給するインバータ５等を備えて
構成してある。

【００１２】燃料電池発電部４は、詳細な説明及び図示
は省略するが、高分子電解質層の一方の面に酸素極を備
え、他方の面に燃料極を備えたセルの複数を積層状態に
並置すると共に、冷却水の通流により燃料電池発電部を
冷却する冷却水通流部を設け、並びに、空気路３から供
給された空気が各セルの酸素極に供給されて反応に寄与
したのち排空気として排空気路６に排出され、燃料ガス
路２から供給された燃料ガスが各セルの燃料極に供給さ
れて反応に寄与したのち排燃料ガスとして排燃料ガス路
７に排出され、冷却水通流部には冷却水循環ポンプ８に
よって冷却水循環路９を通じて冷却水が循環供給される
ように構成してある。

【００１３】燃料ガス生成部Ｒは、供給される水を加熱
して水蒸気を生成する水蒸気生成部１０と、都市ガス
（メタンが主成分）等の原燃料ガスと水蒸気生成部１０
にて生成された水蒸気とが混合されて供給されて、原燃
料ガスと水蒸気とを改質反応させて水素ガス及び一酸化
炭素ガスを含有するガスに改質処理する改質部１１と、
その改質部１１から送られてくるガス中の一酸化炭素ガ
スと水蒸気とを変成反応させて、水素ガス及び二酸化炭
素ガスを含有するガスに変成処理する変成部１２と、そ
の変成部１２から送られてくるガス中の一酸化炭素ガス
を選択酸化して除去するＣＯ除去部１３とを備えて構成
してあり、ＣＯ除去部１３から排出された低一酸化炭素
濃度の水素含有ガスが燃料ガスとして、燃料ガス路２を
通じて燃料電池発電部４に供給される。

【００１４】改質部１１における改質反応は吸熱反応で
あることから、排燃料ガス路７を通じて供給される排燃
料ガスと燃焼用空気路１４を通じて送風機１から供給さ
れる空気とを燃焼させて、その燃焼熱により改質部１１
を加熱する燃焼反応部１５を設けてあり、その燃焼反応
部１５から排出された水蒸気含有排ガスが、水蒸気生成
部１０における水蒸気生成のための熱源として使用され
た後、排ガス路１６を通じて排出される。

【００１５】貯湯式給湯装置ＨＳについて説明を加え
る。貯湯式給湯装置ＨＳは、貯湯タンク２１と、貯湯タ
ンク２１の下部と上部とを貯湯タンク外部にて連通する
連通路２２を設けると共に、その連通路２２には、燃料
電池発電装置ＥＧの燃料電池発電部４を冷却した冷却水
が冷却水循環路９を通じて供給されて、その冷却水にて
連通路２２を通流する湯水を加熱する冷却水用熱交換部
２３と、燃料電池発電装置ＥＧの燃焼反応部１５から排
出された水蒸気含有排ガスが排ガス路１６を通じて供給
されて、その水蒸気含有排ガスにて連通路２２を通流す
る湯水を加熱する排ガス用熱交換部２４とを、冷却水用
熱交換部２３を排ガス用熱交換部２４よりも上流側に位
置させて設けてあり、冷却水用熱交換部２３及び排ガス
用熱交換部２４で加熱しながら、連通路２２をタンク下
部側から上部側に向かう方向に貯湯タンク２１内の湯水
を通流させて、貯湯タンク２１の湯水を循環させること
により、貯湯タンク２１に湯水を温度成層を形成して貯
湯するように構成してある。

【００１６】本発明においては、連通路２２において冷
却水用熱交換部２３よりも上流側に、排ガス用熱交換部
２４から排出された水蒸気含有排ガスが排ガス路２５を
通じて供給されて、その水蒸気含有排ガス中の水蒸気の
凝縮潜熱にて連通路２２を通流する湯水を加熱する潜熱
回収熱交換部２６を設けてある。潜熱回収熱交換部２６
からは、排ガス路２７を通じて排ガスが排出される。

【００１７】尚、図示は省略するが、冷却水循環路９、
排ガス路１６及び排ガス路２５は、真空断熱するように
構成した二重管にて構成してあり、各管路からの放熱を
抑制している。

【００１８】貯湯タンク２１の上部には、湯消費先に湯
を供給する給湯路２８を接続し、貯湯タンク２１の底部
には、貯湯タンク２１にその底部から水道水圧を用いて
給水する給水路２９接続してあり、その給水路２９によ
って、給湯路２８から流出した湯水の量と同量の水が貯
湯タンク２１に給水されるようにして、貯湯タンク２１
が常に満水状態に維持されるようにしてある。又、貯湯
タンク２１の上部には、貯湯タンク２１内の圧力が設定
圧力以上になると膨張水を逃がすように作動して、貯湯
タンク２１内の圧力を設定圧力以下に維持するための逃
がし弁３７を設けてある。

【００１９】更に、給湯路２８を通流する湯水を加熱す
るように、補助加熱器３０を設けると共に、給湯路２８
において補助加熱器３０よりも上流側の部分には、給水
路２９から分岐した分岐給水路３１を接続し、給湯路２
８において分岐給水路３１との接続箇所よりも上流側の
部分には、湯水の通流を断続する開閉弁３２を設け、分
岐給水路３１にも、湯水の通流を断続する開閉弁３３を
設けてある。尚、補助加熱器３０は、給湯路２８に介装
した水加熱用熱交換器３０ｅと、その水加熱用熱交換器
３０ｅを加熱するガスバーナ３０ｂ等を備えて構成して
ある。

【００２０】通常は、開閉弁３２を開弁状態に操作し、
開閉弁３３を閉弁状態に操作すると共に、補助加熱器３
０の加熱作動を停止させて（即ち、ガスバーナ３０ｂの
燃焼を停止させて）、貯湯タンク２１から給湯するが、
例えば、燃料電池発電装置ＥＧが停止中のときや、貯湯
タンク２１の貯湯量が不足するときには、開閉弁３２を
閉弁状態に操作し、開閉弁３３を開弁状態に操作すると
共に、補助加熱器３０を加熱作動させて（即ち、ガスバ
ーナ３０ｂを燃焼させて）、補助加熱器３０を用いて給
湯する。

【００２１】図２に示すように、貯湯タンク２１はドラ
ム状に形成すると共に、そのドラム状の貯湯タンク２１
を、ケーシング３４内に立設すると共に、潜熱回収熱交
換部２６、冷却水用熱交換部２３、排ガス用熱交換部２
４を記載順に低い方から高い方に並ぶように上下方向に
並べた状態で、貯湯タンク２１に対して、その下部に位
置させて配設して、湯水の密度差及び圧力水頭に基づい
て、貯湯タンク２１内の湯水をドラフトによって連通路
２２を通じて自然循環させるよう構成してある。

【００２２】更に、連通路２２には、連通路２２を通流
する湯水の温度が低いときの方が高いときよりも流量を
少なくするように作動する流量調節手段としての流量調
節弁３５を設けてある。

【００２３】図３に基づいて、排ガス用熱交換部２４及
び潜熱回収熱交換部２６について説明を加える。排ガス
用熱交換部２４及び潜熱回収熱交換部２６は同様の構成
であり、高温側流体である水蒸気含有排ガスを通流させ
る伝熱流体通路４１内に、連通路２２の途中に介装され
て貯湯タンク２１からの湯水を通流させる伝熱チューブ
４２を設けると共に、その伝熱チューブ４２の外周部に
伝熱フィン４３を設けて構成してある。伝熱フィン４３
は、伝熱チューブ４２の長手方向視において波形状を呈
する波状フィン４３ｗと平板状フィン４３ｐとから構成
し、それら波状フィン４３ｗと平板状フィン４３ｐとを
波状フィン４３ｗが内側になるように重ねた状態で、伝
熱チューブ４２の外周部に二回りするように巻回して取
り付けてある。そして、伝熱流体通路４１内を、波状フ
ィン４３ｗと平板状フィン４３ｐとの間の空間を通過さ
せる状態で、水蒸気含有排ガスを通流させ、並びに、伝
熱チューブ４２内を貯湯タンク２１からの湯水を通流さ
せて、それらを熱交換させて、伝熱チューブ４２内を通
流する湯水を加熱する。

【００２４】つまり、排ガス用熱交換部２４及び潜熱回
収熱交換部２６夫々の流体通流方向に沿う長さを極力短
くするようにしながら、伝熱面積を広くすることによ
り、潜熱回収熱交換部２６、冷却水用熱交換部２３及び
排ガス用熱交換部２４を貯湯タンク２１に対して極力下
方に位置させて設けられるようにして、ドラフトを効果
的に作用させることができると共に、水蒸気含有排ガス
と連通路２２を通流する湯水とを効率良く熱交換させる
ようにして、貯湯タンクに一層高温の湯を多量に貯めら
れるようにしてある。

【００２５】尚、潜熱回収熱交換部２６は、伝熱流体通
路４１におけるガス流出部が下向きになるように、横向
きに配置して、水蒸気が凝縮したドレインが適切に排出
されるようにすると共に、潜熱回収熱交換部２６、冷却
水用熱交換部２３及び排ガス用熱交換部２４を貯湯タン
ク２１に対して極力下方に位置させて設けられるように
してある。

【００２６】図４に基づいて、流量調節弁３５について
説明を加える。流量調節弁３５は、内部に流体流路５１
を形成すると共に、流体流出端部側に流量調節孔５２を
備えた弁ケース５３内に、先端にコーン形状の弁体５４
を備えた弁棒５５を流体通流方向に往復移動自在で、且
つ、その往復移動による弁体５４の移動により、流量調
節孔５２の開口量を調節するように配設し、又、弁体５
４によって流量調節孔５２の開口量を狭くする側（即
ち、流体通流方向上流側）に、弁棒５５を付勢するよう
にスプリング５６を設け、更に、流体流路５１に流入す
る流体の熱によって膨張収縮すると共に、流入する流体
の温度が高くなって膨張することにより、弁棒５５をス
プリング５６の付勢力に抗して、流体通流方向下流側に
押して、流量調節孔５２の開口量を広くするように作動
するワックスペレット５７を設けて構成してある。

【００２７】つまり、流量調節弁３５は、流入する流体
の温度が設定温度以下の状態では、ワックスペレット５
７は基本形状に保持されて、流量調節孔５２の開口量を
最小に維持し、換言すれば、最小通過流量に維持し、流
入する流体の温度が設定温度より高くなるほど、ワック
スペレット５７はその基本形状から膨張すると共にその
膨張量が大きくなって、流量調節孔５２の開口量を大き
くするように、換言すれば、通過流量が多くなるよう
に、電磁力やモータ等のアクチュエータを要することな
く、自動的に作動する。

【００２８】そして、上述のような流量調節弁３５を、
流体流路５１を湯水が通流するように、排ガス用熱交換
部２４よりも下流側に位置させて、連通路２２に設けて
ある。従って、流量調節弁３５によって、連通路２２を
ドラフトにて小流量で通流する湯水の流量を適切に調節
することができるようにすると共に、流入する湯水の温
度が低いときの方が高いときよりも通過流量を少なくな
るように調節するようにすることにより、貯湯タンク２
１から連通路２２に取り出される湯水の温度（即ち、給
水路２９からの給水温度）が変動したり、各熱交換機２
４，２３，２６の加熱能力が変動したりしても、略一定
の温度の湯を貯湯タンク２１の上部に供給することがで
きるように構成してある。

【００２９】ちなみに、図５に示すように、流量調節弁
３５は、流入する湯水の温度が５０°Ｃ（設定温度に相
当する）以下のときは、通過流量を最小の０．１リット
ル／ｍｉｎに調節し、流入する湯水の温度が５０°Ｃか
ら高くなるほど、通過流量が多くなるように調節する。

【００３０】上述のように構成したコージェネレーショ
ンシステムでは、潜熱回収熱交換部２６においては、排
ガス用熱交換部２４を通過して温度が低下した水蒸気含
有排ガスと、貯湯タンク２１の底部から取り出された状
態のままで連通路２２を通流する低温（例えば、１０〜
２０°Ｃ）の水とが、水蒸気含有排ガス中の水蒸気が凝
縮するまで熱交換して、連通路２２を通流する水が、水
蒸気含有排ガスの顕熱及び水蒸気の凝縮潜熱にて加熱さ
れて昇温する。潜熱回収熱交換部２６から連通路２２に
流出した湯水は、冷却水用熱交換部２３に流入して、そ
の冷却水用熱交換２３においては、燃料電池発電装置Ｅ
Ｇの燃料電池発電部４から排出された冷却水と連通路２
２を通流する湯水とが熱交換して、連通路２２を通流す
る湯水は更に加熱されて昇温する。冷却水用熱交換部２
３から連通路２２に流出した湯水は、排ガス用熱交換部
２４に流入して、その排ガス用熱交換部２４において、
燃料電池発電装置ＥＧの燃焼反応部１５から排出された
高温の水蒸気含有排ガスと連通路２２を通流する湯水と
が熱交換して、連通路２２を通流する湯水は更に加熱さ
れて昇温する。そして、排ガス用熱交換部２４から連通
路２２に流出した湯は、連通路２２を通じて貯湯タンク
２１の上部に供給されるので、貯湯タンク２１には、湯
水が温度成層を形成する状態で貯湯される。

【００３１】以下、上述のように構成したコージェネレ
ーションシステムの性能試験を行った結果を説明する。
尚、燃料電池発電装置ＥＧの燃焼反応部１５から排出さ
れて、排ガス路１６を通じて排ガス用熱交換部２４に供
給される水蒸気含有排ガスの温度は２００°Ｃ程度であ
り、露点は５５°Ｃであり、組成は、Ｈ₂ Ｏ：１９％、
ＣＯ₂ ：１１．９％、Ｏ₂ ：７．９％、Ｎ₂ ：６１．１
％であり、総熱量は約６０５Ｗであり、そのうち顕熱分
が約２３７Ｗである。又、燃料電池発電部４から排出さ
れた冷却水の温度は、７０°Ｃ程度である。

【００３２】そして、排ガス用熱交換部２４において
は、２００°Ｃ程度で供給される水蒸気含有排ガスから
その温度が６０°Ｃ程度になるまで排熱回収し、潜熱回
収熱交換部２６においては、６０°Ｃ程度で供給される
水蒸気含有排ガスを、貯湯タンク２１からの１０〜２０
°Ｃ程度の水にて熱交換して、水蒸気含有排ガスからそ
の温度が露点以下になるまで排熱回収することができ
る。連通路２２の通流量が０．２９リットル／ｍｉｎの
とき、従来よりも能力を１５０Ｗ向上させることができ
て、貯湯タンク２１に供給する湯の温度を８°Ｃ程度上
昇させることができるようになった。例えば、貯湯タン
ク２１の貯湯温度を７０〜７５°Ｃ程度にすることがで
きる。

【００３３】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。 （イ） 燃料電池発電部４のセルの高分子電解質層に導
電性を持たせる必要があるため、燃料ガスを加湿して燃
料電池発電部４に供給する場合があるが、その場合は、
燃料電池発電部４から排出される排燃料ガス、換言すれ
ば、燃焼反応部１５から排出される水蒸気含有排ガス中
の水蒸気含有率が更に高くなって、潜熱回収熱交換部２
６における潜熱回収量が一層増加するので、貯湯タンク
２１の貯湯温度を一層高くすることができる。

【００３４】（ロ） 上記の実施形態において、流量調
節手段の具体構成は適宜変更することができる。例え
ば、ワックスペレット５７に代えて、形状記憶合金を用
いて、流入する流体に温度に応じて通過流量を、アクチ
ュエータを要することなく自動的に調節するように構成
しても良い。あるいは、電磁力やモータ等のアクチュエ
ータを用いた電動式調節弁を用いても良い。この場合
は、連通路２２から貯湯タンク２１に供給される湯の温
度を検出する温度センサを設けて、その温度センサの検
出温度が設定温度になるように、制御装置を用いて電動
式調節弁を自動調節するように構成する。

【００３５】（ハ） 上記の実施形態においては、貯湯
タンク２１の湯水を連通路２２を通じて自然循環させる
ように構成する場合について例示したが、循環ポンプを
タンク下部側から上部側に向かう方向に通水作用するよ
うに連通路２２に設けて、貯湯タンク２１の湯水を連通
路２２を通じて循環ポンプによって循環させるよう構成
しても良い。この場合、連通路２２から貯湯タンク２１
に供給される湯の温度を検出する温度センサを設けて、
その温度センサの検出温度が設定温度になるように、前
記循環ポンプの吐出流量を調節するように構成すると、
貯湯タンク２１から連通路２２に取り出される湯水の温
度（即ち、給水路２９からの給水温度）が変動したり、
各熱交換機２４，２３，２６の加熱能力が変動したりし
ても、略一定の温度の湯を貯湯タンク２１の上部に供給
することができる。あるいは、連通路２１に、その連通
路２１を通流する湯水の流量を調節する比例弁を設け
て、前記温度センサの検出温度が設定温度になるよう
に、前記比例弁を調節するように構成しても良い。

【００３６】（ニ） 上記の実施形態においては、燃焼
反応部１５から排出された水蒸気含有排ガスを水蒸気生
成部１０における水蒸気生成のための熱源として使用し
たのちに、排ガス用熱交換部２４に供給する場合につい
て例示したが、燃焼反応部１５から排出された水蒸気含
有排ガスを直接に排ガス用熱交換部２４に供給するよう
に構成しても良い。この場合は、連通路２２を通流する
湯水を加熱する能力が一層向上するので、貯湯タンク２
１による給湯能力を一層向上することができる。

【００３７】（ホ） 改質部１１における改質反応熱を
与えるべく、燃料電池発電部４から排出された排燃料ガ
スを燃焼させる手段は、バーナでも良い。

【００３８】（ヘ） 原燃料を用いて燃料ガスとしての
水素含有ガスを生成する燃料ガス生成部Ｒの具体構成
は、上記の実施形態において例示した構成に限定される
ものではない。例えば、燃料電池発電部４に供給される
燃料ガスにおける一酸化炭素濃度の要求される値に応じ
て、ＣＯ除去部１３を省略したり、あるいは、変成部１
２及びＣＯ除去部１３を省略することができる。

【００３９】（ト） 燃料ガスとしての水蒸気含有ガス
を生成するための原燃料は、炭化水素系気体燃料として
は、メタンガス以外に、ブタンガス、プロパンガスなど
を用いることができる。又、液体原燃料としては、灯
油、ガソリン、メタノール、エタノール等を用いること
ができる。

【００４０】（チ） 発電装置として、燃料電池発電装
置ＥＧを用いる場合、燃料電池の型式としては、上記の
実施形態において例示した如き固体高分子型に限定され
るものではなく、例えば、電解質としてリン酸を用いた
リン酸型の燃料電池を用いることができる。あるいは、
発電装置としては、燃料電池発電装置ＥＧ以外に、発電
機と、その発電機を駆動するエンジンとを備えたものを
用いることができる。この場合は、エンジンを冷却した
冷却水が冷却水用熱交換部２３に供給され、エンジンの
排ガスが水蒸気含有排ガスとして排ガス用熱交換部２４
に供給される。

【図面の簡単な説明】

【図１】コージェネレーションシステムの系統図

【図２】コージェネレーションシステムの貯湯式給湯装
置の斜視図

【図３】排ガス用熱交換部及び潜熱回収熱交換部の一部
切り欠き斜視図

【図４】流量調節弁の流体通流方向に沿った断面図

【図５】流量調節弁における流入流体の温度と通過流量
との関係を示す図

【図６】従来のコージェネレーションシステムにおける
概略の系統図

【符号の説明】

４ 燃料電池発電部 １１ 改質部 １５ 燃焼反応部 ２１ 貯湯タンク ２２ 連通路 ２３ 冷却水用熱交換部 ２４ 排ガス用熱交換部 ２６ 潜熱回収熱交換部 ３５ 流量調節手段 ＥＧ 発電装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白野 忠司 大阪府大阪市港区南市岡１丁目１番52号 株式会社ハーマン内 Ｆターム(参考） 5H027 AA06 BA09 DD06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貯湯タンクの下部と上部とを貯湯タンク
   外部にて連通する連通路に、発電装置を冷却した冷却水
   が供給されて、その冷却水にて前記連通路を通流する湯
   水を加熱する冷却水用熱交換部と、前記発電装置から排
   出された水蒸気含有排ガスが供給されて、その水蒸気含
   有排ガスにて前記連通路を通流する湯水を加熱する排ガ
   ス用熱交換部とが、前記冷却水用熱交換部を前記排ガス
   用熱交換部よりも上流側に位置させて設けられ、 前記冷却水用熱交換部及び前記排ガス用熱交換部で加熱
   しながら、前記連通路をタンク下部側から上部側に向か
   う方向に前記貯湯タンクの湯水を通流させて、前記貯湯
   タンクの湯水を循環させることにより、前記貯湯タンク
   に湯水を温度成層を形成して貯湯するように構成された
   コージェネレーションシステムであって、 前記連通路において前記冷却水用熱交換部よりも上流側
   に、前記排ガス用熱交換部から排出された水蒸気含有排
   ガスが供給されて、その水蒸気含有排ガス中の水蒸気の
   凝縮潜熱にて前記連通路を通流する湯水を加熱する潜熱
   回収熱交換部が設けられているコージェネレーションシ
   ステム。
2. 【請求項２】 前記発電装置として、水素含有ガスと酸
   素含有ガスが供給されて水素含有ガス中の水素と酸素含
   有ガス中の酸素とにより発電する燃料電池発電部と、そ
   の燃料電池発電部から排出された水素含有ガスを燃焼さ
   せる燃焼反応部と、その燃焼反応部から発生する燃焼熱
   により、供給される炭化水素系の原燃料と水蒸気とを改
   質反応させて、前記燃料電池発電部に供給する水素含有
   ガスを生成する改質部を備えた燃料電池発電装置が設け
   られ、 前記燃料電池発電部から排出された冷却水が前記冷却水
   用熱交換部に供給され、前記燃焼反応部から排出された
   水蒸気含有排ガスが前記排ガス用熱交換部に供給される
   ように構成されている請求項１記載のコージェネレーシ
   ョンシステム。
3. 【請求項３】 前記貯湯タンクの湯水を前記連通路を通
   じて自然循環させるように構成されている請求項１又は
   ２記載のコージェネレーションシステム。
4. 【請求項４】 前記連通路を通流する湯水の温度が低い
   ときの方が高いときよりも流量を少なくするように作動
   する流量調節手段が、前記連通路に設けられている請求
   項３記載のコージェネレーションシステム。