JP2002081792A - Fuel cell heat pump system - Google Patents

Fuel cell heat pump system

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JP2002081792A
JP2002081792A JP2000271099A JP2000271099A JP2002081792A JP 2002081792 A JP2002081792 A JP 2002081792A JP 2000271099 A JP2000271099 A JP 2000271099A JP 2000271099 A JP2000271099 A JP 2000271099A JP 2002081792 A JP2002081792 A JP 2002081792A
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fuel cell
heat pump
pump system
cooling
radiator
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Yuji Yoshida
雄二 吉田
Fumitoshi Nishiwaki
文俊 西脇
Shozo Funakura
正三 船倉
Noriho Okaza
典穂 岡座
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell heat pump system having a fuel cell system and a heat pump system that are more organically combined with each other. SOLUTION: The fuel cell heat pump system comprises the fuel cell system comprising a fuel cell, a cooling supply and a cooling discharge. Further the system has the heat pump system for performing power supply and utilizing exhaust heat, a compressor supplied with power, a radiator, an expansion device, and an evaporator using a natural refrigerant. In the fuel cell heat pump system, at least either the cooling discharge part and the evaporator or the cooling supply part and the radiator are thermally connected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、環境保全型の発電
と排熱の同時利用を目的とした燃料電池を用いたヒート
ポンプシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat pump system using a fuel cell for the purpose of simultaneously utilizing power generation and exhaust heat of an environmental conservation type.

【0002】[0002]

【従来の技術】以下に、従来より提案されている環境保
全型の発電と排熱の同時利用を目的とした燃料電池シス
テムの概略について説明する。燃料電池システムは、家
庭やビルの居住用ばかりでなく、車輪駆動の自動車用と
しても注目されている。
2. Description of the Related Art An outline of a fuel cell system which has been proposed in the past for the purpose of simultaneously using environmentally friendly power generation and waste heat will be described. Fuel cell systems have attracted attention not only for homes and buildings, but also for wheel-driven vehicles.

【0003】図4に、従来から提案されている居住用の
高分子電解質を用いた燃料電池システムAの例を示し
た。高分子電解質を用いた燃料電池システムAでは、燃
料電池44は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電
解質膜の両面に、白金系の金属触媒を担持したカーボン
粉末を主成分とする触媒反応層を形成して用いる。
FIG. 4 shows an example of a conventionally proposed fuel cell system A using a polymer electrolyte for residential use. In the fuel cell system A using the polymer electrolyte, the fuel cell 44 has a catalytic reaction mainly composed of a carbon powder carrying a platinum-based metal catalyst on both surfaces of a polymer electrolyte membrane for selectively transporting hydrogen ions. A layer is formed and used.

【0004】図4において、42は水素を燃料とする場
合以外に必要となる水素生成器であり、都市ガス、天然
ガス、LPG等の炭化水素またはメタノール等のアルコ
ールを原料として、昇圧用のブロアー41−1を経て、
加湿器43−1にて水分を加えて、密閉経路内の水素生
成器42に吹き込まれる。水素生成器42では、燃焼用
の空気を加えて、改質反応により、水素と二酸化炭素を
生成する。
[0004] In FIG. 4, reference numeral 42 denotes a hydrogen generator required other than when hydrogen is used as a fuel, and a blower for increasing pressure using a hydrocarbon such as city gas, natural gas or LPG or an alcohol such as methanol as a raw material. After 41-1,
Moisture is added by the humidifier 43-1 and is blown into the hydrogen generator 42 in the closed path. In the hydrogen generator 42, air for combustion is added, and hydrogen and carbon dioxide are generated by a reforming reaction.

【0005】水素生成器42で生成した二酸化炭素と水
分を過剰に含んだ水素は、燃料電池44に供給される。
燃料電池44に供給する酸化剤ガスは、ブロアー41−
2から空気を導入する。リン酸型燃料電池の場合は必ず
しも必要でないが、高分子電解質型の燃料電池44の場
合は、発電された電子の移動促進のため、空気側にも加
湿器43−2で加湿する。空気の導入に当たって、反応
促進のために自動車用等で用いられる加圧型の燃料電池
システムAでは、ブロアー41−2として空気圧縮機を
用いる。
The hydrogen containing excessive amounts of carbon dioxide and water generated in the hydrogen generator 42 is supplied to a fuel cell 44.
The oxidizing gas supplied to the fuel cell 44 is supplied to the blower 41-
2 introduce air. In the case of the phosphoric acid type fuel cell, it is not always necessary, but in the case of the polymer electrolyte type fuel cell 44, the humidifier 43-2 also humidifies the air side in order to promote the movement of the generated electrons. In introducing air, in a pressurized fuel cell system A used for automobiles or the like to promote a reaction, an air compressor is used as the blower 41-2.

【0006】燃料電池44では、前述の水素を燃料と
し、高分子電解質膜を介して水素イオンのみが移動し、
空気中の酸素イオンと酸化反応して発電動作を行い、空
気側に水を生成する。燃料電池44では、燃料の水素と
空気は直接混じることはない。
[0006] In the fuel cell 44, only the hydrogen ions move through the polymer electrolyte membrane using the above-mentioned hydrogen as a fuel.
An oxidation reaction occurs with oxygen ions in the air to generate power, and water is generated on the air side. In the fuel cell 44, the fuel hydrogen and air do not directly mix.

【0007】燃料電池44から排出される未反応の空気
および蒸発した水は、機外に放出される。二酸化炭素と
過剰に含まれる水を含む未反応の水素は、凝縮器45で
冷却熱源である空気により冷却され除湿され、分離され
た未反応の水素は水素生成装置42に送られ、回収され
た凝縮水は加湿器43−1に送られ、燃料改質および燃
料側加湿に利用する。
[0007] The unreacted air and evaporated water discharged from the fuel cell 44 are discharged outside the machine. Unreacted hydrogen containing carbon dioxide and excess water is cooled and dehumidified by air as a cooling heat source in the condenser 45, and the separated unreacted hydrogen is sent to the hydrogen generator 42 and collected. The condensed water is sent to the humidifier 43-1 and used for fuel reforming and fuel-side humidification.

【0008】ここで、燃料電池システムAは水素を燃料
とするため、密閉経路からの漏洩による水素の爆発可燃
性を防止するため、燃料電池システムAからの漏洩検知
や安全保護等の防爆安全装置が施される。
Here, since the fuel cell system A uses hydrogen as fuel, an explosion-proof safety device such as detection of leakage from the fuel cell system A and safety protection to prevent explosive flammability of hydrogen due to leakage from a closed passage. Is applied.

【0009】燃料電池44は発電の際、発熱するため、
これを動作に適した温度に調整するため、冷却供給部を
用いて冷却しなければならない。この目的のために冷却
水を用いる場合には、冷却供給部である蓄冷槽47から
冷却水を冷却水循環部を通して燃料電池44に循環させ
る。冷却水は発電動作を行っている燃料電池44を循環
した後、排熱利用によって高温の温水になり、冷却排出
部である蓄熱槽46へ導入する。
Since the fuel cell 44 generates heat during power generation,
To adjust this to a temperature suitable for operation, it must be cooled using a cooling supply. When cooling water is used for this purpose, the cooling water is circulated from the regenerator tank 47, which is a cooling supply unit, to the fuel cell 44 through the cooling water circulation unit. After the cooling water circulates through the fuel cell 44 performing the power generation operation, the cooling water becomes high-temperature hot water by utilizing exhaust heat, and is introduced into the heat storage tank 46 which is a cooling / discharging unit.

【0010】蓄熱槽46に貯湯された温水を使用者に供
給することで、給湯作業や暖房作業等の加熱作業が出来
る。燃料電池44が高分子電解質型の燃料電池44の場
合には、比較的低温で発電するため、給湯作業や暖房作
業等の加熱作業に適する。
By supplying the user with the hot water stored in the heat storage tank 46, a heating operation such as a hot water supply operation or a heating operation can be performed. When the fuel cell 44 is a polymer electrolyte fuel cell 44, power is generated at a relatively low temperature, so that it is suitable for a heating operation such as a hot water supply operation or a heating operation.

【0011】冷却水は、凝縮器45を循環させて水を凝
縮させる際の排熱も蓄熱槽46に回収するようにしても
よい。
The cooling water may be circulated through the condenser 45 to recover heat exhausted when condensing the water in the heat storage tank 46.

【0012】また、蓄冷槽47と蓄熱槽46は一体とし
て、蓄熱槽46の冷却水を冷却熱源である空気を用いて
冷却しながら、冷却水循環部を通して燃料電池44に循
環させてもよい。
Further, the regenerator tank 47 and the regenerator tank 46 may be integrally circulated to the fuel cell 44 through the cooling water circulating section while cooling the cooling water in the regenerator tank 46 using air as a cooling heat source.

【0013】また、自動車用の燃料電池システムのよう
に冷却のために空気を用いる場合には、主たる冷却供給
部は冷却用ファンに相当する。
In the case where air is used for cooling as in a fuel cell system for an automobile, a main cooling supply unit corresponds to a cooling fan.

【0014】上記のような構成の燃料電池システムA
は、システムを起動してから、電力と温水との供給を開
始するまで、いわゆる暖気のための時間が必要である。
また、システムを停止した時も、発電と温水生成が瞬間
的に停止するものでない。つまり、燃料電池システムA
はシステムの起動と停止が鈍感であり、これを補うた
め、電力蓄電部410と蓄熱槽46とを設けるのが通常
である。
The fuel cell system A having the above configuration
Requires a so-called warm-up time from the start of the system to the start of supply of electric power and hot water.
Further, even when the system is stopped, the power generation and the generation of hot water are not stopped instantaneously. That is, the fuel cell system A
The system is insensitive to starting and stopping the system. To compensate for this, the electric power storage unit 410 and the heat storage tank 46 are usually provided.

【0015】さらに、燃料電池44で発電した電力や電
力蓄電部410に蓄電された電力は直流電力であり、こ
れを商用電力48と同じ交流電力に変換するためにはイ
ンバータ等の電力変換部49が必要である。また、居住
用の場合は、電力負荷が燃料電池44から得られる電力
を上回る場合には、足りない分を商用電力48から供給
し、逆の場合には逆潮流により売電することができる。
これらは、電力変換部49を介した交流電力と商用電力
48との系統連携を行う電力系統連携制御部(図示せ
ず)によって実現される。
Further, the electric power generated by the fuel cell 44 and the electric power stored in the electric power storage unit 410 are DC power, and in order to convert the DC power into the same AC power as the commercial power 48, a power conversion unit 49 such as an inverter is used. is necessary. In the case of residential use, when the power load exceeds the power obtained from the fuel cell 44, the shortage can be supplied from the commercial power 48, and in the opposite case, the power can be sold by the reverse power flow.
These are realized by a power system cooperation control unit (not shown) that performs system cooperation between the AC power and the commercial power 48 via the power conversion unit 49.

【0016】システム制御部(図示せず)は、水素生成
器42、燃料電池44、冷却供給部である蓄冷槽47お
よび電力変換部49や電力系統連携制御部に接続し、シ
ステムの運転制御を行う。燃料電池44で発電した直流
電力及び電力蓄電部410に蓄電された直流電力は、電
力変換部49を通して交流電力に変換され、商用電力4
8と電力系統連携制御部を介して、交流電力を使用者に
供給する。
A system control unit (not shown) is connected to the hydrogen generator 42, the fuel cell 44, the regenerator tank 47, which is a cooling supply unit, the power conversion unit 49, and the power system cooperation control unit, and controls the operation of the system. Do. The DC power generated by the fuel cell 44 and the DC power stored in the power storage unit 410 are converted into AC power through the power conversion unit 49, and the commercial power 4
AC power is supplied to the user through the power control unit 8 and the power system cooperation control unit.

【0017】このようにして、燃料電池システムは、環
境保全型の発電と排熱の同時利用を行うことができるの
で、21世紀に向けた環境保全型のエネルギー変換シス
テムとして期待されている。
As described above, the fuel cell system can simultaneously use the power generation and the exhaust heat of the environment conservation type, and is therefore expected to be an environment conservation type energy conversion system for the 21st century.

【0018】しかしながら、燃料電池システムの有効利
用にかかわる課題は、蓄冷槽や蓄熱槽を含む冷却供給部
の付加設備を必要としながら、排熱利用の用途が負荷パ
ターンに依存するという制約をもつ。
However, the problem with the effective use of the fuel cell system is that it requires additional equipment for a cooling supply unit including a cool storage tank and a heat storage tank, and has a limitation that the use of waste heat depends on the load pattern.

【0019】一方、単に熱として利用するのに比べエネ
ルギー利用効率が高いヒートポンプシステムは、通常密
閉型の冷凍サイクルを構成し、商用電力から電力を供給
される圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、蒸発器から構
成される。
On the other hand, a heat pump system having higher energy use efficiency than simply using it as heat usually constitutes a closed refrigeration cycle, and a compressor, a radiator, and an expansion device supplied with electric power from commercial electric power. And an evaporator.

【0020】ヒートポンプシステムは、家庭やビルの居
住用ではエアコン等の空気調和装置に相当し、車輪駆動
の自動車用ではカーエアコンに相当するが、商業用では
冷凍装置や冷蔵装置であってもよい。
The heat pump system is equivalent to an air conditioner such as an air conditioner for home or building residence, and is equivalent to a car air conditioner for a wheel driven automobile, but may be a refrigeration unit or a refrigeration unit for commercial use. .

【0021】ヒートポンプシステムにおいては、冷媒用
の放熱器は、空気または冷却水により冷媒を冷却し、逆
に空気または冷却水は加熱されて暖房作業や給湯作業等
の加熱作業が出来る。冷媒用の蒸発器は、空気または冷
却水により冷媒を蒸発させ、逆に空気または冷却水は冷
却されて冷房作業等の冷却作業が出来る。
In the heat pump system, the radiator for the refrigerant cools the refrigerant with air or cooling water, and on the contrary, the air or cooling water is heated to perform a heating operation such as a heating operation or a hot water supply operation. The evaporator for the refrigerant evaporates the refrigerant with air or cooling water, and conversely cools the air or cooling water to perform a cooling operation such as a cooling operation.

【0022】燃料電池システムが普及するに至っては、
逆潮流による売電により電力を供給されることは容易に
想像される。
When the fuel cell system spreads,
It is easily imagined that power will be supplied by selling power due to reverse power flow.

【0023】しかしながら、ヒートポンプシステムの2
1世紀に向けた環境保全にかかわる課題は、地球温暖化
ガスの冷媒に代わる代替冷媒の問題と、エネルギー利用
効率の向上である。
However, the heat pump system 2
The issues related to environmental conservation for the first century are the problem of alternative refrigerants that can replace the refrigerant for global warming gas and the improvement of energy use efficiency.

【0024】前者に対しては、地球温暖化効果のほとん
どないアンモニア、炭化水素、二酸化炭素、水、空気な
どの自然冷媒の採用が提案されている。アンモニア、炭
化水素、二酸化炭素、水については、密閉型冷凍サイク
ルを構成したヒートポンプシステムの冷媒として用いら
れる。空気については、通常、蒸発器を省略した開放型
冷凍サイクルを構成したヒートポンプシステムの冷媒と
して用いられるが、密閉型冷凍サイクルを構成したヒー
トポンプシステムの冷媒として用いてもよい。
For the former, the use of natural refrigerants such as ammonia, hydrocarbons, carbon dioxide, water and air, which have almost no global warming effect, has been proposed. Ammonia, hydrocarbons, carbon dioxide, and water are used as refrigerants in a heat pump system constituting a closed refrigeration cycle. The air is usually used as a refrigerant of a heat pump system constituting an open refrigeration cycle without an evaporator, but may be used as a refrigerant of a heat pump system constituting a closed refrigeration cycle.

【0025】しかしながら、アンモニアのような毒性が
なく実用性のある冷媒として注目されている炭化水素冷
媒を用いたヒートポンプシステムにおいては、炭化水素
が可燃性をもち、防爆安全装置が必要となる。また、可
燃性と毒性がなく実用性のある冷媒として注目されてい
る二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプシステムにおい
ても、二酸化炭素の臨界温度が約31℃と低いため超臨
界サイクルを構成する必要があり、かつその熱物性から
エネルギー利用効率が低いことが予想されている。
However, in a heat pump system using a hydrocarbon refrigerant which has attracted attention as a non-toxic and practical refrigerant such as ammonia, the hydrocarbon is flammable and an explosion-proof safety device is required. Also, in a heat pump system using a carbon dioxide refrigerant, which is attracting attention as a practical refrigerant without flammability and toxicity, it is necessary to configure a supercritical cycle because the critical temperature of carbon dioxide is as low as about 31 ° C. It is expected that the energy utilization efficiency is low due to its thermophysical properties.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】上記のような21世紀
に普及すると予想される燃料電池システムとエネルギー
利用効率が高いヒートポンプシステムは、環境保全型の
発電と排熱の同時利用という観点から、より有機的に結
合されることが望まれるという課題がある。
The fuel cell system which is expected to spread in the 21st century and the heat pump system having high energy use efficiency as described above are more environmentally friendly from the viewpoint of simultaneous use of power generation and waste heat. There is a problem that it is desired to be combined organically.

【0027】本発明は、上述したこのような燃料電池を
用いたヒートポンプシステムの課題を考慮して、燃料電
池システムの構成特徴を利用したヒートポンプシステム
を提案するものであり、燃料電池システム側とヒートポ
ンプシステム側の両方の高効率化と電力平準化や相互の
有効利用に貢献することを目的とするものである。
The present invention proposes a heat pump system utilizing the configuration characteristics of a fuel cell system in consideration of the above-mentioned problems of the heat pump system using a fuel cell. The purpose is to contribute to higher efficiency, power leveling and mutual effective use of both systems.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の請求項1の燃料電池ヒートポンプシステム
は、燃料電池と、冷却供給部と、冷却排出部とを備え、
電力供給と排熱利用とを行う燃料電池システムと、電力
供給される圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、蒸発器を
備え、自然冷媒を用いるヒートポンプシステムとからな
り、前記冷却排出部と前記蒸発器、前記冷却供給部と前
記放熱器の少なくとも一方で熱的に結合することを特徴
とする。
According to a first aspect of the present invention, a fuel cell heat pump system includes a fuel cell, a cooling supply unit, and a cooling discharge unit.
A fuel cell system that performs power supply and waste heat utilization, a compressor to which power is supplied, a radiator, an expansion device, and an evaporator, comprising a heat pump system using a natural refrigerant, It is characterized in that at least one of the evaporator, the cooling supply unit and the radiator is thermally coupled.

【0029】本発明の請求項2の燃料電池ヒートポンプ
システムは、ヒートポンプシステムの加熱作業におい
て、前記冷却排出部と前記蒸発器を熱的に結合し、前記
蒸発器における低温化を防止することを特徴とする。
A fuel cell heat pump system according to a second aspect of the present invention is characterized in that in the heating operation of the heat pump system, the cooling / discharging section and the evaporator are thermally coupled to prevent the evaporator from being cooled. And

【0030】本発明の請求項3の燃料電池ヒートポンプ
システムは、ヒートポンプシステムの冷却作業におい
て、前記冷却供給部と前記放熱器を熱的に結合し、前記
放熱器における低温化を促進することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the cooling operation of the heat pump system, the cooling supply unit and the radiator are thermally coupled to each other to promote lowering the temperature of the radiator. And

【0031】本発明の請求項4の燃料電池ヒートポンプ
システムは、前記放熱器を燃料電池システムで利用する
水で冷却する冷却手段を設け、前記冷却手段による冷却
によってヒートポンプシステムの冷媒圧力を低下させる
ことを特徴とする。
In a fuel cell heat pump system according to a fourth aspect of the present invention, a cooling means for cooling the radiator with water used in the fuel cell system is provided, and the refrigerant pressure of the heat pump system is reduced by cooling by the cooling means. It is characterized by.

【0032】本発明の請求項5の燃料電池ヒートポンプ
システムは、前記冷却排出部と前記蒸発器を熱的に結合
し、ヒートポンプシステムの冷却作業を用いて前記冷却
供給部における低温化を促進することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel cell heat pump system, the cooling / discharging section and the evaporator are thermally coupled, and the cooling operation of the heat pump system is used to promote the lowering of the temperature in the cooling supply section. It is characterized by.

【0033】本発明の請求項6の燃料電池ヒートポンプ
システムは、ヒートポンプシステムの冷却作業を用いて
前記冷却供給部における低温化を促進するに当たって、
ヒートポンプシステムの電力を供給される圧縮機に深夜
の商用電力を用いることを特徴とする。
In the fuel cell heat pump system according to claim 6 of the present invention, in promoting the temperature reduction in the cooling supply unit by using the cooling operation of the heat pump system,
It is characterized in that midnight commercial power is used for a compressor to which power of the heat pump system is supplied.

【0034】本発明の請求項7の燃料電池ヒートポンプ
システムは、前記ヒートポンプシステムの冷媒として、
炭化水素を用い、防爆安全装置を燃料電池システムとヒ
ートポンプシステムで兼用することを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a fuel cell heat pump system comprising:
It is characterized by using an explosion-proof safety device for a fuel cell system and a heat pump system using hydrocarbons.

【0035】本発明の請求項8の燃料電池ヒートポンプ
システムは、前記ヒートポンプシステムの冷媒として、
二酸化炭素または空気を用いることを特徴とする。
[0035] The fuel cell heat pump system according to claim 8 of the present invention is characterized in that:
It is characterized by using carbon dioxide or air.

【0036】本発明の請求項9の燃料電池ヒートポンプ
システムは、前記ヒートポンプシステムの冷媒として二
酸化炭素を用い、前記冷却供給部と前記放熱器で熱的に
結合されることを特徴とする。
A fuel cell heat pump system according to a ninth aspect of the present invention is characterized in that carbon dioxide is used as a refrigerant of the heat pump system and is thermally coupled to the cooling supply unit and the radiator.

【0037】本発明の請求項10の燃料電池ヒートポン
プシステムは、前記ヒートポンプシステムの冷媒として
空気を用い、前記冷却供給部と前記放熱器で熱的に結合
され、空気は燃料電池システムにも供給されることを特
徴とする。
A fuel cell heat pump system according to a tenth aspect of the present invention uses air as a refrigerant of the heat pump system, and is thermally coupled to the cooling supply unit and the radiator, and the air is also supplied to the fuel cell system. It is characterized by that.

【0038】本発明の請求項11の燃料電池ヒートポン
プシステムは、前記燃料電池が高分子電解質型の燃料電
池であることを特徴とする。
A fuel cell heat pump system according to claim 11 of the present invention is characterized in that the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell.

【0039】本発明の請求項12の燃料電池ヒートポン
プシステムは、前記ヒートポンプシステムで用いる冷媒
の補充に燃料電池システムの生成物を用いることを特徴
とする。
A fuel cell heat pump system according to a twelfth aspect of the present invention is characterized in that a product of the fuel cell system is used for replenishing a refrigerant used in the heat pump system.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0041】(第1の実施の形態)図1は、本発明の実
施の形態1における燃料電池ヒートポンプシステムの構
成図であり、燃料電池システムAは、居住用高分子電解
質型の燃料電池であり、図1において、図4と同じ構成
要素の要部のみ同一の符号を付し、説明を省略する。
(First Embodiment) FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell heat pump system according to a first embodiment of the present invention. A fuel cell system A is a residential polymer electrolyte type fuel cell. 1, only the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0042】図1において、空調用のヒートポンプシス
テムBについて説明する。このヒートポンプシステムB
は、電力を供給される電動機をもった圧縮機1、四方弁
2、空気熱交換器で構成される放熱器3、膨張装置であ
る膨張弁4、空気熱交換器で構成される空気蒸発器5−
1、水熱交換器で構成される水蒸発器5−2からなる密
閉型冷凍サイクルおよび温水循環部である加熱手段6で
構成され、例えば、炭化水素を冷媒としている。
Referring to FIG. 1, a heat pump system B for air conditioning will be described. This heat pump system B
Is a compressor 1 having a motor supplied with electric power, a four-way valve 2, a radiator 3 composed of an air heat exchanger, an expansion valve 4 which is an expansion device, and an air evaporator composed of an air heat exchanger. 5-
1. A closed refrigeration cycle composed of a water evaporator 5-2 composed of a water heat exchanger, and a heating means 6 which is a hot water circulating unit, and uses, for example, a hydrocarbon as a refrigerant.

【0043】このヒートポンプシステムBにおいて、水
蒸発器5−2は、燃料電池システムAの冷却排出部であ
る蓄熱槽46と、温水循環部である加熱手段6によって
熱的に接続されている。
In this heat pump system B, the water evaporator 5-2 is thermally connected to a heat storage tank 46 as a cooling / discharging section of the fuel cell system A by a heating means 6 as a hot water circulating section.

【0044】また、蓄冷槽47と蓄熱槽46は一体とし
て、蓄熱槽46の冷却水を冷却熱源である空気を用いて
冷却しながら、冷却水循環部を通して燃料電池44に循
環させる如く構成している。
The regenerative storage tank 47 and the regenerative storage tank 46 are integrally constructed so that the cooling water in the regenerative storage tank 46 is circulated to the fuel cell 44 through the cooling water circulating section while cooling using air as a cooling heat source. .

【0045】次に、この燃料電池ヒートポンプシステム
の加熱運転時の動作について説明する。ヒートポンプシ
ステムBは、通常の加熱運転時においては、炭化水素冷
媒は、圧縮機1により吸引され圧縮された後、四方弁2
を経て、放熱器3に導かれて供給される空気と熱交換し
て冷却され、加熱される空気は暖房作業に用いられる。
膨張弁4は、空気蒸発器5−1における炭化水素冷媒の
冷媒圧力を特定圧力以下まで下げ、空気蒸発器5−1に
おいて供給される空気と熱交換して液冷媒を蒸発させ
る。
Next, the operation of the fuel cell heat pump system during the heating operation will be described. In a normal heating operation, the heat pump system B is configured such that the hydrocarbon refrigerant is sucked and compressed by the compressor 1, and then the four-way valve 2
After that, the air is cooled by being exchanged with the air supplied to the radiator 3 and supplied, and the heated air is used for a heating operation.
The expansion valve 4 reduces the refrigerant pressure of the hydrocarbon refrigerant in the air evaporator 5-1 to a specific pressure or lower, and exchanges heat with the air supplied in the air evaporator 5-1 to evaporate the liquid refrigerant.

【0046】ここで、炭化水素冷媒は、暖房の低外気温
での運転において、ヒートポンプシステムBの空気蒸発
器5−1内の冷媒圧力が低下し、空気蒸発器5−1の温
度が低下してしまう。このとき、加熱手段6は、燃料電
池システムAの冷却排出部である蓄熱槽46の高温水を
水蒸発器5−2に導き、高温水は水蒸発器5−2の冷媒
蒸発を促進することにより、ヒートポンプシステムBの
水蒸発器5−2内の冷媒圧力を上昇させる作用をなす。
Here, during the operation of the hydrocarbon refrigerant at a low outside air temperature, the refrigerant pressure in the air evaporator 5-1 of the heat pump system B decreases, and the temperature of the air evaporator 5-1 decreases. Would. At this time, the heating means 6 guides high-temperature water in the heat storage tank 46, which is a cooling / discharging portion of the fuel cell system A, to the water evaporator 5-2, and the high-temperature water promotes refrigerant evaporation in the water evaporator 5-2. Thus, the refrigerant pressure in the water evaporator 5-2 of the heat pump system B is increased.

【0047】したがって圧縮機1での圧力差を減少でき
るため、ヒートポンプシステムBの安全性を維持し、高
効率化が実現できるものである。
Therefore, since the pressure difference in the compressor 1 can be reduced, the safety of the heat pump system B can be maintained and high efficiency can be realized.

【0048】また、蓄冷槽47と蓄熱槽46は一体とし
て、蓄熱槽46の冷却水を冷却熱源である空気を用いて
冷却しながら、冷却水循環部を通して燃料電池44に循
環させる如く構成しているため、ヒートポンプシステム
Bの冷却運転時においては、四方弁2を切り換え、水熱
交換器5−2を用いることによって、冷却排出部である
蓄熱槽46(兼蓄冷槽47)と水蒸発器5−2が熱的に
結合されており、ヒートポンプシステムBの電力を供給
される圧縮機1に深夜の商用電力48を用いることによ
って、燃料電池システムAの冷却供給部である蓄冷槽4
7における低温化を安価な商用電力48で促進されるた
め、燃料電池システムAの効率が向上する。
The regenerative storage tank 47 and the regenerative storage tank 46 are integrally formed so that the cooling water in the regenerative storage tank 46 is circulated to the fuel cell 44 through the cooling water circulating portion while cooling using air as a cooling heat source. Therefore, during the cooling operation of the heat pump system B, the four-way valve 2 is switched and the water heat exchanger 5-2 is used, so that the heat storage tank 46 (cum cool storage tank 47), which is a cooling and discharging unit, and the water evaporator 5- 2 is thermally coupled to the compressor 1 to which the electric power of the heat pump system B is supplied by using the commercial electric power 48 at midnight.
7 is promoted by the inexpensive commercial power 48, so that the efficiency of the fuel cell system A is improved.

【0049】ここで、燃料電池システムAは水素を燃料
とするため、密閉経路からの漏洩による水素の爆発可燃
性を防止するため、燃料電池システムAからの漏洩検知
や安全保護等の防爆安全装置が施されるが、炭化水素冷
媒を用いたヒートポンプシステムBにおいては、炭化水
素が可燃性をもち、防爆安全装置が必要となるため、防
爆安全装置を燃料電池システムAとヒートポンプシステ
ムBで兼用するようにしてもよい。
Here, since the fuel cell system A uses hydrogen as fuel, explosion-proof safety devices such as leak detection and safety protection from the fuel cell system A to prevent explosive flammability of hydrogen due to leakage from a closed passage. However, in the heat pump system B using a hydrocarbon refrigerant, hydrocarbons are flammable, and an explosion-proof safety device is required. Therefore, the fuel cell system A and the heat pump system B share the explosion-proof safety device. You may do so.

【0050】(第2の実施の形態)図2は、本発明の実
施の形態2における燃料電池ヒートポンプシステムの構
成図であり、燃料電池システムAは、自動車用高分子電
解質型の燃料電池であり、図2において、図4と同じ構
成要素の要部のみ同一の符号を付し、説明を省略する。
(Second Embodiment) FIG. 2 is a configuration diagram of a fuel cell heat pump system according to a second embodiment of the present invention. A fuel cell system A is a polymer electrolyte type fuel cell for an automobile. In FIG. 2, only the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0051】図2において、カーエアコン用のヒートポ
ンプシステムBについて説明する。このヒートポンプシ
ステムBは、電力を供給される電動機をもった圧縮機
1、四方弁2、放熱器3、膨張装置である膨張弁4、蒸
発器5からなる密閉型冷凍サイクルおよび冷水循環部で
ある冷却手段7で構成され、例えば、二酸化炭素を冷媒
としている。
Referring to FIG. 2, a heat pump system B for a car air conditioner will be described. The heat pump system B is a closed refrigeration cycle including a compressor 1, a four-way valve 2, a radiator 3, an expansion valve 4 as an expansion device, and an evaporator 5 having a motor supplied with electric power, and a chilled water circulation unit. It is constituted by a cooling means 7 and uses, for example, carbon dioxide as a refrigerant.

【0052】蓄冷槽47と蓄熱槽46は一体として、蓄
熱槽46の冷却水を冷却供給部を用いて冷却しながら、
冷却水循環部を通して燃料電池44に循環させる如く構
成している。自動車用の燃料電池システムのように冷却
のために空気を用いる場合には、主たる冷却供給部は冷
却用ファンに相当し、一体とされた蓄冷槽47と蓄熱槽
46は自動車のラジエターに相当する。
The cold storage tank 47 and the heat storage tank 46 are integrally formed while cooling the cooling water in the heat storage tank 46 using a cooling supply unit.
The fuel cell 44 is circulated through the cooling water circulating unit. When air is used for cooling as in a fuel cell system for an automobile, the main cooling supply unit corresponds to a cooling fan, and the integrated regenerative storage tank 47 and heat storage tank 46 correspond to a radiator of the automobile. .

【0053】このヒートポンプシステムBにおいては、
放熱器3は、燃料電池システムAの冷却供給部である蓄
冷槽47と冷却手段7によって熱的に接続されている。
In this heat pump system B,
The radiator 3 is thermally connected to a regenerator tank 47 which is a cooling supply unit of the fuel cell system A by a cooling means 7.

【0054】さらに、このヒートポンプシステムBにお
いて、放熱器3を出た冷媒を過冷却させるために、蒸発
器5を出た冷媒と間接的に熱交換させる内部熱交換器
(図示せず)を配置してもよい。
Further, in this heat pump system B, an internal heat exchanger (not shown) for indirectly exchanging heat with the refrigerant flowing out of the evaporator 5 is arranged in order to supercool the refrigerant flowing out of the radiator 3. May be.

【0055】次に、この燃料電池ヒートポンプシステム
の冷却運転時の動作について説明する。ヒートポンプシ
ステムBは、通常の冷却運転時においては、二酸化炭素
冷媒は、圧縮機1により吸引され圧縮された後、四方弁
2を経て、放熱器3に導かれて供給される空気と熱交換
して冷却される。膨張弁4は、蒸発器5における二酸化
炭素冷媒の冷媒圧力を特定圧力以下まで下げ、蒸発器5
において供給される空気と熱交換して液冷媒を蒸発さ
せ、冷却される空気は冷房作業に用いられる。
Next, the operation of the fuel cell heat pump system during the cooling operation will be described. In the normal cooling operation, the heat pump system B exchanges heat with the air supplied to the radiator 3 through the four-way valve 2 through the four-way valve 2 after the carbon dioxide refrigerant is sucked and compressed by the compressor 1. And cooled. The expansion valve 4 reduces the refrigerant pressure of the carbon dioxide refrigerant in the evaporator 5 to a specific pressure or less,
The liquid refrigerant evaporates by exchanging heat with the air supplied in the above, and the air to be cooled is used for a cooling operation.

【0056】ここで、二酸化炭素冷媒は、冷房の高外気
温での運転の場合だけでなく、ヒートポンプシステムB
の放熱器3内の冷媒圧力が臨界圧力を越えてしまう。こ
のとき、冷却手段7は、燃料電池システムAの冷却供給
部である蓄冷槽47から冷却水を放熱器3に導き、冷却
水は放熱器3の表面で蒸発することにより放熱器3を冷
却し、ヒートポンプシステムBの放熱器3内の冷媒圧力
を低下させる作用をなす。
Here, the carbon dioxide refrigerant is used not only in the cooling operation at a high outside temperature but also in the heat pump system B.
Of the refrigerant in the radiator 3 exceeds the critical pressure. At this time, the cooling means 7 guides the cooling water from the cold storage tank 47, which is a cooling supply unit of the fuel cell system A, to the radiator 3, and cools the radiator 3 by evaporating on the surface of the radiator 3. The heat pump system B has the function of reducing the pressure of the refrigerant in the radiator 3.

【0057】したがって圧縮機1での圧力差を減少でき
るため、ヒートポンプシステムBの安全性を維持し、高
効率化が実現できるものである。
Therefore, since the pressure difference in the compressor 1 can be reduced, the safety of the heat pump system B can be maintained and high efficiency can be realized.

【0058】以上のように、燃料電池システムAで利用
する水を用いてヒートポンプシステムBの放熱器3を冷
却することにより、外部からの水の供給なしに安全性と
高効率化が確保できるものである。
As described above, by cooling the radiator 3 of the heat pump system B using water used in the fuel cell system A, safety and high efficiency can be ensured without external water supply. It is.

【0059】なお、上述の各実施の形態において、例え
ば蒸発器5からの冷熱を冷却用途に利用するときに、冷
媒圧力が臨界圧力以下の場合や圧縮機1の温度が所定温
度以下の場合には冷却手段7による冷却を行わずに、ヒ
ートポンプシステムBの冷媒圧力が臨界圧力以上あるい
は圧縮機1の温度が所定温度以上の場合にのみ冷却手段
7による放熱器3の冷却を行うようにしてもよい。
In each of the above-described embodiments, for example, when the cold heat from the evaporator 5 is used for cooling, when the refrigerant pressure is lower than the critical pressure or when the temperature of the compressor 1 is lower than the predetermined temperature. May cool the radiator 3 by the cooling means 7 only when the refrigerant pressure of the heat pump system B is equal to or higher than the critical pressure or when the temperature of the compressor 1 is equal to or higher than the predetermined temperature without performing the cooling by the cooling means 7. Good.

【0060】また、図1に示した燃料電池ヒートポンプ
システムにおいて加熱運転時の動作について説明したよ
うに、カーエアコン用のヒートポンプシステムBによる
暖房の低外気温での運転において、燃料電池システムA
の一体とされた蓄冷槽47と蓄熱槽46である自動車の
ラジエターの排熱を用いて付勢するようにしてもよい。
Further, as described in the operation of the fuel cell heat pump system shown in FIG. 1 during the heating operation, the fuel cell system A is used in the operation of the heat pump system B for the car air conditioner at the low outside air temperature.
The heat may be applied by using the exhaust heat of the radiator of the automobile, which is the cold storage tank 47 and heat storage tank 46 integrated with each other.

【0061】(第3の実施の形態)図3は、本発明の実
施の形態3における燃料電池ヒートポンプシステムの構
成図であり、燃料電池システムAは、商業用高分子電解
質型の燃料電池であり、図3において、図4と同じ構成
要素の要部のみ同一の符号を付し、説明を省略する。
(Third Embodiment) FIG. 3 is a configuration diagram of a fuel cell heat pump system according to a third embodiment of the present invention. A fuel cell system A is a commercial polymer electrolyte type fuel cell. 3, only the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0062】図3において、冷凍冷蔵用のヒートポンプ
システムBについて説明する。このヒートポンプシステ
ムBは、電力を供給される圧縮機1、放熱器3、膨張装
置である膨張機4−1からなる開放型冷凍サイクルで構
成され、空気を冷媒として用いる。
Referring to FIG. 3, a heat pump system B for freezing and refrigeration will be described. The heat pump system B includes an open refrigeration cycle including a compressor 1 to which electric power is supplied, a radiator 3, and an expander 4-1 as an expansion device, and uses air as a refrigerant.

【0063】このヒートポンプシステムBにおいては、
物理的な蒸発器はないが、膨張機4−1を通過して冷凍
冷蔵室の大気圧に開放される空気そのものの温度が低下
するため、冷却作業がなされる冷凍冷蔵室そのものが蒸
発器5を構成する。ここで、圧縮機1と膨張機4−1
は、共通な軸上に電力を供給される電動機が設けられ、
放熱器3は燃料電池システムAの冷却供給部である蓄冷
槽47と冷却手段7によって熱的に接続されている。
In this heat pump system B,
Although there is no physical evaporator, the temperature of the air itself, which passes through the expander 4-1 and is released to the atmospheric pressure of the freezing / refrigeration compartment, drops, so that the freezing / refrigeration compartment itself for performing the cooling operation is the evaporator 5 itself. Is configured. Here, the compressor 1 and the expander 4-1
Is equipped with a motor that is powered on a common axis,
The radiator 3 is thermally connected to a regenerator tank 47, which is a cooling supply unit of the fuel cell system A, by a cooling unit 7.

【0064】また、放熱器3を出た空気冷媒をさらに冷
却させるための過冷却熱交換器8が、膨張機4−1出口
の空気と熱交換するように構成されており、過冷却熱交
換器8は放熱器3の一部をなす。
A supercooling heat exchanger 8 for further cooling the air refrigerant flowing out of the radiator 3 is configured to exchange heat with air at the outlet of the expander 4-1. The vessel 8 forms a part of the radiator 3.

【0065】ここで、放熱器3の冷却は燃料電池システ
ムAで利用する水で、過冷却熱交換器8の冷却は膨張機
4出口の空気で冷却するようにしたが、用途によっては
逆でもよい。
Here, the radiator 3 is cooled with water used in the fuel cell system A, and the subcooling heat exchanger 8 is cooled with air at the outlet of the expander 4. Good.

【0066】さらに、このヒートポンプシステムBにお
いては、放熱器3を経た空気が、燃料電池システムAの
燃料電池44に導入され、燃料電池44から排出される
未反応の空気が、過冷却熱交換器8を経て冷凍冷蔵室に
循環するように構成されている。
Further, in the heat pump system B, the air that has passed through the radiator 3 is introduced into the fuel cell 44 of the fuel cell system A, and the unreacted air discharged from the fuel cell 44 is converted into a supercooled heat exchanger. It is configured to circulate through a freezer 8 through a freezing / refrigeration room.

【0067】用途によっては、先に燃料電池システムA
の燃料電池44に導入し、次に放熱器3に空気を導入す
るように構成してもよい。
In some applications, the fuel cell system A
, And then air may be introduced into the radiator 3.

【0068】冷凍冷蔵室では、外気を取り入れることも
可能であり、圧縮機1の吸引側で加湿器(図示せず)を
通過させることによって、吸湿した空気を燃料電池44
に導入するようにしてもよい。
In the freezing and refrigerating compartment, it is also possible to take in outside air, and by passing a humidifier (not shown) on the suction side of the compressor 1, the absorbed air is passed through the fuel cell 44.
May be introduced.

【0069】次に、この燃料電池ヒートポンプシステム
の冷却運転時の動作について説明する。ヒートポンプシ
ステムBは、冷却運転時において、空気冷媒は、蒸発器
5の作用をなす冷凍冷蔵室から圧縮機1により吸引され
圧縮された後、放熱器3に導かれて燃料電池システムA
で利用する水で冷却され、燃料電池システムAの燃料電
池44に導かれ、さらに過冷却熱交換器8に導かれて膨
張機4−1出口の空気と熱交換して冷却される。
Next, the operation of the fuel cell heat pump system during the cooling operation will be described. In the heat pump system B, during the cooling operation, the air refrigerant is sucked and compressed by the compressor 1 from the freezing and refrigerating compartment acting as the evaporator 5, and then guided to the radiator 3 so that the fuel cell system A
, And is guided to the fuel cell 44 of the fuel cell system A, further guided to the supercooling heat exchanger 8, and cooled by exchanging heat with air at the outlet of the expander 4-1.

【0070】膨張機4−1は、空気冷媒を減圧する際に
空気冷媒から動力を回収して電動機に必要な電力を低減
しながら、冷凍冷蔵室に直接放出されるに際しては空気
冷媒の冷媒圧力を大気圧まで下げて冷却作用をなす。
The expander 4-1 recovers power from the air refrigerant when depressurizing the air refrigerant and reduces the electric power required for the electric motor. Is reduced to atmospheric pressure to provide a cooling action.

【0071】ここで、空気冷媒は、ヒートポンプシステ
ムの放熱器3内の冷媒圧力が臨界圧力を越えているが、
冷却手段7は、燃料電池システムAの冷却供給部である
蓄冷槽47の冷却水を放熱器3に導き、冷却水は放熱器
3の出口空気温度を冷却し、ヒートポンプシステムの放
熱器3内の冷媒圧力を低下させる作用をなす。
Here, as for the air refrigerant, the refrigerant pressure in the radiator 3 of the heat pump system exceeds the critical pressure.
The cooling means 7 guides the cooling water in the cold storage tank 47, which is a cooling supply part of the fuel cell system A, to the radiator 3, and the cooling water cools the outlet air temperature of the radiator 3, and the cooling water in the radiator 3 of the heat pump system. It acts to lower the refrigerant pressure.

【0072】したがって圧縮機1での圧力差を減少でき
るため、ヒートポンプシステムBの安全性を維持し、高
効率化が実現できるものである。
Therefore, since the pressure difference in the compressor 1 can be reduced, the safety of the heat pump system B can be maintained and high efficiency can be realized.

【0073】さらに、燃料電池システムAにおいては、
ヒートポンプシステムBの放熱器3を経た適度の温度の
空気が、燃料電池システムAの燃料電池44に導入さ
れ、燃料電池44での発電動作に利用されるばかりでな
く、加圧して供給されるため燃料電池システムAでの発
電動作が促進される。
Further, in the fuel cell system A,
Air at an appropriate temperature that has passed through the radiator 3 of the heat pump system B is introduced into the fuel cell 44 of the fuel cell system A, and is not only used for power generation in the fuel cell 44 but also supplied under pressure. The power generation operation in the fuel cell system A is promoted.

【0074】本実施例においては、空気冷媒を用いた開
放型冷凍サイクルを構成した冷凍冷蔵用のヒートポンプ
システムBとして説明したが、バス等の自動車用の冷房
作業に用いてもよいことはもちろんのことであり、空気
冷媒を用いた蒸発器を構成要素とする密閉型冷凍サイク
ルを構成したヒートポンプシステムとして蒸発器におい
て冷却作用をさせる如く構成してもよい。
In this embodiment, the heat pump system B for refrigerating and refrigerating is constituted as an open type refrigerating cycle using an air refrigerant. However, it is needless to say that the heat pump system B may be used for cooling work for automobiles such as buses. That is, a heat pump system having a closed refrigeration cycle including an evaporator using an air refrigerant as a component may be configured to perform a cooling operation in the evaporator.

【0075】本発明の燃料電池ヒートポンプシステム
は、燃料電池システムの冷却排出部とヒートポンプシス
テムの蒸発器、燃料電池システムの冷却供給部とヒート
ポンプシステムの放熱器の少なくとも一方の熱的な結合
ばかりでなく、ヒートポンプシステムで用いる冷媒を炭
化水素、二酸化炭素、水、空気などの自然冷媒を採用し
ており、これらは燃料電池システムの生成物でもあるの
で、特にヒートポンプシステム側の漏洩等による補充に
当たって燃料電池システム側から供給するようにしても
よい。
The fuel cell heat pump system according to the present invention is not limited to the thermal coupling of at least one of the cooling / discharging section of the fuel cell system and the evaporator of the heat pump system, and the cooling supply section of the fuel cell system and / or the radiator of the heat pump system. In addition, natural refrigerants such as hydrocarbons, carbon dioxide, water, and air are used as refrigerants for the heat pump system, and these are also products of the fuel cell system. You may make it supply from a system side.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明は、燃料
電池と、冷却供給部と、冷却排出部とを備え、電力供給
と排熱利用とを行う燃料電池システムと、電力供給され
る圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、蒸発器を備え、自
然冷媒を用いるヒートポンプシステムとからなり、前記
冷却排出部と前記蒸発器、前記冷却供給部と前記放熱器
の少なくとも一方で熱的に結合することを特徴とする燃
料電池ヒートポンプシステムであるから、21世紀に普
及すると予想される燃料電池システムとエネルギー利用
効率が高いヒートポンプシステムを、環境保全型の発電
と排熱の同時利用という観点から、燃料電池システムの
構成特徴を利用してより有機的に結合したものであり、
燃料電池システム側とヒートポンプシステム側の両方の
高効率化と電力平準化や相互の有効利用に貢献するもの
である。
As described above, according to the present invention, a fuel cell system including a fuel cell, a cooling supply unit, and a cooling discharge unit for supplying electric power and utilizing waste heat is provided. A heat pump system including a compressor, a radiator, an expansion device, and an evaporator and using a natural refrigerant, wherein at least one of the cooling discharge unit and the evaporator, the cooling supply unit and the radiator is thermally connected. The fuel cell heat pump system is characterized by the combination of the fuel cell system expected to spread in the 21st century and the heat pump system with high energy use efficiency. Therefore, it is more organically combined using the configuration characteristics of the fuel cell system,
This contributes to higher efficiency, power leveling and mutual effective use of both the fuel cell system and the heat pump system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一つの実施形態1による燃料電池ヒー
トポンプシステムの構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell heat pump system according to one embodiment 1 of the present invention.

【図2】本発明の一つの実施形態2による燃料電池ヒー
トポンプシステムの構成図
FIG. 2 is a configuration diagram of a fuel cell heat pump system according to Embodiment 2 of the present invention.

【図3】本発明の一つの実施形態3による燃料電池ヒー
トポンプシステムの構成図
FIG. 3 is a configuration diagram of a fuel cell heat pump system according to Embodiment 3 of the present invention.

【図4】燃料電池システムの一般的な構成図FIG. 4 is a general configuration diagram of a fuel cell system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 燃料電池システム B ヒートポンプシステム 1 圧縮機 2 四方弁 3 放熱器 4 膨張装置 5 蒸発器 6 加熱手段 7 冷却手段 8 過冷却熱交換器 41 ブロアー 42 水素生成器 43 加湿器 44 燃料電池 45 凝縮器 46 蓄熱槽(冷却排出部) 47 蓄冷槽(冷却供給部) 48 商用電力 49 電力変換部 410 電力蓄電部 Reference Signs List A fuel cell system B heat pump system 1 compressor 2 four-way valve 3 radiator 4 expansion device 5 evaporator 6 heating means 7 cooling means 8 supercooling heat exchanger 41 blower 42 hydrogen generator 43 humidifier 44 fuel cell 45 condenser 46 Heat storage tank (cooling / discharging unit) 47 Cold storage tank (cooling / supplying unit) 48 Commercial power 49 Power conversion unit 410 Power storage unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F25B 13/00 F25B 13/00 A 351 351 H01M 8/04 H01M 8/04 G N 8/06 8/06 W 8/10 8/10 (72)発明者 船倉 正三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 岡座 典穂 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 3L054 BG10 BH06 3L092 MA04 NA11 5H026 AA06 5H027 AA06 BA05 CC03 CC06 CC15 DD00 DD06 MM27 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F25B 13/00 F25B 13/00 A 351 351 H01M 8/04 H01M 8/04 G N 8/06 8/06 W 8/10 8/10 (72) Inventor Shozo Funakura 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F term (reference) 3L054 BG10 BH06 3L092 MA04 NA11 5H026 AA06 5H027 AA06 BA05 CC03 CC06 CC15 DD00 DD06 MM27

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも燃料電池と、冷却供給部と、
冷却排出部とを備え、電力供給と排熱利用とを行う燃料
電池システムと、少なくとも電力供給される圧縮機と、
放熱器と、膨張装置と、蒸発器を備え、自然冷媒を用い
るヒートポンプシステムとからなり、前記冷却排出部と
前記蒸発器、前記冷却供給部と前記放熱器の少なくとも
一方で熱的に結合することを特徴とする燃料電池ヒート
ポンプシステム。
At least a fuel cell, a cooling supply unit,
A fuel cell system comprising a cooling / discharging unit and performing power supply and waste heat utilization, and at least a power-supplied compressor,
A heat pump system that includes a radiator, an expansion device, and an evaporator and uses a natural refrigerant, and is thermally coupled to at least one of the cooling discharge unit and the evaporator, and the cooling supply unit and the radiator. A fuel cell heat pump system characterized by the following.
【請求項2】 ヒートポンプシステムの加熱作業におい
て、前記冷却排出部と前記蒸発器を熱的に結合し、前記
蒸発器における低温化を防止することを特徴とする請求
項1記載の燃料電池ヒートポンプシステム。
2. The fuel cell heat pump system according to claim 1, wherein in the heating operation of the heat pump system, the cooling / discharging portion and the evaporator are thermally coupled to prevent the evaporator from being cooled. .
【請求項3】 ヒートポンプシステムの冷却作業におい
て、前記冷却供給部と前記放熱器を熱的に結合し、前記
放熱器における低温化を促進することを特徴とする請求
項1記載の燃料電池ヒートポンプシステム。
3. The fuel cell heat pump system according to claim 1, wherein in the cooling operation of the heat pump system, the cooling supply unit and the radiator are thermally coupled to promote lowering the temperature of the radiator. .
【請求項4】 前記放熱器を燃料電池システムで利用す
る水で冷却する冷却手段を設け、前記冷却手段による冷
却によってヒートポンプシステムの冷媒圧力を低下させ
ることを特徴とする請求項3記載の燃料電池ヒートポン
プシステム。
4. The fuel cell according to claim 3, wherein cooling means is provided for cooling the radiator with water used in a fuel cell system, and the cooling by the cooling means lowers the refrigerant pressure of the heat pump system. Heat pump system.
【請求項5】 前記冷却排出部と前記蒸発器を熱的に結
合し、ヒートポンプシステムの冷却作業を用いて前記冷
却供給部における低温化を促進することを特徴とする請
求項1記載の燃料電池ヒートポンプシステム。
5. The fuel cell according to claim 1, wherein the cooling / discharging section and the evaporator are thermally connected to each other, and a cooling operation of a heat pump system is used to promote lowering of the temperature of the cooling supply section. Heat pump system.
【請求項6】 ヒートポンプシステムの冷却作業を用い
て前記冷却供給部における低温化を促進するに当たっ
て、ヒートポンプシステムの電力を供給される圧縮機に
深夜の商用電力を用いることを特徴とする請求項5記載
の燃料電池ヒートポンプシステム。
6. A midnight commercial electric power is used for a compressor to which electric power of the heat pump system is supplied, in promoting a lowering of the temperature of the cooling supply unit by using a cooling operation of the heat pump system. A fuel cell heat pump system as described.
【請求項7】 前記ヒートポンプシステムの冷媒とし
て、炭化水素を用い、防爆安全装置を燃料電池システム
とヒートポンプシステムで兼用することを特徴とする請
求項1から6記載の燃料電池ヒートポンプシステム。
7. The fuel cell heat pump system according to claim 1, wherein a hydrocarbon is used as a refrigerant of the heat pump system, and an explosion-proof safety device is used for both the fuel cell system and the heat pump system.
【請求項8】 前記ヒートポンプシステムの冷媒とし
て、二酸化炭素または空気を用いることを特徴とする請
求項1から6記載の燃料電池ヒートポンプシステム。
8. The fuel cell heat pump system according to claim 1, wherein carbon dioxide or air is used as a refrigerant of the heat pump system.
【請求項9】 前記ヒートポンプシステムの冷媒として
二酸化炭素を用い、前記冷却供給部と前記放熱器で熱的
に結合されることを特徴とする請求項8記載の燃料電池
ヒートポンプシステム。
9. The fuel cell heat pump system according to claim 8, wherein carbon dioxide is used as a refrigerant of the heat pump system, and is thermally coupled to the cooling supply unit and the radiator.
【請求項10】 前記ヒートポンプシステムの冷媒とし
て空気を用い、前記冷却供給部と前記放熱器で熱的に結
合され、空気は燃料電池システムにも供給されることを
特徴とする請求項8記載の燃料電池ヒートポンプシステ
ム。
10. The fuel cell system according to claim 8, wherein air is used as a refrigerant of the heat pump system, and the air is thermally coupled to the cooling supply unit and the radiator. Fuel cell heat pump system.
【請求項11】 前記燃料電池が高分子電解質型の燃料
電池であることを特徴とする請求項1から10記載の燃
料電池ヒートポンプシステム。
11. The fuel cell heat pump system according to claim 1, wherein the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell.
【請求項12】 前記ヒートポンプシステムで用いる冷
媒の補充に、燃料電池システムの生成物を用いることを
特徴とする請求項1から11記載の燃料電池ヒートポン
プシステム。
12. The fuel cell heat pump system according to claim 1, wherein a product of the fuel cell system is used for replenishing the refrigerant used in the heat pump system.
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