JP2002093446A - 燃料電池コジェネシステム、および燃料電池コジェネシステムの起動方法 - Google Patents
燃料電池コジェネシステム、および燃料電池コジェネシステムの起動方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池起動時に、燃料電池を所定の温度ま
で昇温するための加熱手段を別途設けなければならなか
った。 【解決手段】 燃料電池１と、燃料電池１を冷却するた
めの第一の熱媒体流路３と、水流路９と、第一の熱媒体
流路３内の第一の熱媒体と水流路９内の水との間で熱交
換を行う第一の熱交換器５と、水を加熱するためのバー
ナー１０と、燃料電池１の起動時に燃料電池１を昇温す
るためにバーナー１０の駆動を制御する制御手段２１と
を備えた燃料電池コジェネシステムであって、燃料電池
１の起動時には、水が、バーナー１０により加熱された
後に第一の熱交換器５を通り、第一の熱交換器５を通じ
て第一の熱媒体を昇温することにより、燃料電池１を昇
温することを特徴とする燃料電池コジェネシステム。
で昇温するための加熱手段を別途設けなければならなか
った。 【解決手段】 燃料電池１と、燃料電池１を冷却するた
めの第一の熱媒体流路３と、水流路９と、第一の熱媒体
流路３内の第一の熱媒体と水流路９内の水との間で熱交
換を行う第一の熱交換器５と、水を加熱するためのバー
ナー１０と、燃料電池１の起動時に燃料電池１を昇温す
るためにバーナー１０の駆動を制御する制御手段２１と
を備えた燃料電池コジェネシステムであって、燃料電池
１の起動時には、水が、バーナー１０により加熱された
後に第一の熱交換器５を通り、第一の熱交換器５を通じ
て第一の熱媒体を昇温することにより、燃料電池１を昇
温することを特徴とする燃料電池コジェネシステム。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば燃料電池
の発電にともなって発生する熱を利用して湯を沸かして
供給する燃料電池コジェネシステム、および燃料電池コ
ジェネシステムの起動方法に関する。
の発電にともなって発生する熱を利用して湯を沸かして
供給する燃料電池コジェネシステム、および燃料電池コ
ジェネシステムの起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池発電装置は、水素と酸素の直接
反応により電気エネルギーを生成するもので、発電効率
が高く、大気汚染物質もほとんど排出しないクリーンな
発電装置として期待されている。特にエネルギー効率の
観点から、発電時に発生する熱も利用できるコジェネシ
ステムの実用化が望まれている。
反応により電気エネルギーを生成するもので、発電効率
が高く、大気汚染物質もほとんど排出しないクリーンな
発電装置として期待されている。特にエネルギー効率の
観点から、発電時に発生する熱も利用できるコジェネシ
ステムの実用化が望まれている。
【０００３】熱の利用形態としては、水を加熱して給湯
するものがある。給湯システムとしては、夜間電力を用
いて湯を沸かして貯湯し、必要なときに給湯できるシス
テムなどで、すでに市販されているものもある。また、
湯を沸かす手段として電力の代わりに燃料電池の発熱を
利用し、貯湯するようにすれば、実用的なコジェネシス
テムが構築できる。
するものがある。給湯システムとしては、夜間電力を用
いて湯を沸かして貯湯し、必要なときに給湯できるシス
テムなどで、すでに市販されているものもある。また、
湯を沸かす手段として電力の代わりに燃料電池の発熱を
利用し、貯湯するようにすれば、実用的なコジェネシス
テムが構築できる。
【０００４】湯の用途は、風呂の湯としてそのまま用い
たり、熱交換して暖房に用いるなど様々であり、用途に
よって必要な温度も異なる。たとえば、燃料電池コジェ
ネシステムで沸かされた湯の温度より低い温度で供給し
たい場合には、水道水と混合することにより温度を調節
して給湯する。
たり、熱交換して暖房に用いるなど様々であり、用途に
よって必要な温度も異なる。たとえば、燃料電池コジェ
ネシステムで沸かされた湯の温度より低い温度で供給し
たい場合には、水道水と混合することにより温度を調節
して給湯する。
【０００５】ところが、発電量が少ないときには、発熱
量が少なくなる。また、湯の消費量が多いときには、給
湯流路を流れる水の量が多くなる。このような場合に
は、湯温は低くなるので、加熱してから給湯することが
必要になる。そこで、温度不足を補う加熱目的のために
追い炊きバ−ナーを設けたコジェネレションシステムが
考案されている（特開平７−３２４８０９）。
量が少なくなる。また、湯の消費量が多いときには、給
湯流路を流れる水の量が多くなる。このような場合に
は、湯温は低くなるので、加熱してから給湯することが
必要になる。そこで、温度不足を補う加熱目的のために
追い炊きバ−ナーを設けたコジェネレションシステムが
考案されている（特開平７−３２４８０９）。
【０００６】一方、燃料電池で効率良く発電するため
に、一定の温度範囲に保つことが必要である。そこで、
コジェネシステムの起動時において、燃料電池本体を加
熱する、燃料電池内を循環する熱媒体をヒータで加熱す
る、外部の熱源の熱を熱交換器を通して熱媒体に取りこ
んで昇温する（特開平９−６３６０９）などの方法があ
った。
に、一定の温度範囲に保つことが必要である。そこで、
コジェネシステムの起動時において、燃料電池本体を加
熱する、燃料電池内を循環する熱媒体をヒータで加熱す
る、外部の熱源の熱を熱交換器を通して熱媒体に取りこ
んで昇温する（特開平９−６３６０９）などの方法があ
った。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにして燃料電池を一定の温度にまで昇温してからコジ
ェネシステムの運転を開始するために、別途起動専用の
燃料電池加熱手段を設けなければならないという課題が
あった。
うにして燃料電池を一定の温度にまで昇温してからコジ
ェネシステムの運転を開始するために、別途起動専用の
燃料電池加熱手段を設けなければならないという課題が
あった。
【０００８】本発明は、上記従来のこのような課題を考
慮し、起動専用の燃料電池加熱手段を設けることなく、
迅速に燃料電池を昇温、運転開始することが可能な燃料
電池コジェネシステム、および燃料電池コジェネシステ
ムの起動方法を提供することを目的とするものである。
慮し、起動専用の燃料電池加熱手段を設けることなく、
迅速に燃料電池を昇温、運転開始することが可能な燃料
電池コジェネシステム、および燃料電池コジェネシステ
ムの起動方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第一の本発明（請求項１
に対応）は、燃料電池と、前記燃料電池を冷却するため
の第一の熱媒体流路と、第二の熱媒体流路と、前記第一
の熱媒体流路内の第一の熱媒体と前記第二の熱媒体流路
内の第二の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、前
記第二の熱媒体を加熱するための加熱手段と、前記燃料
電池の起動時に前記燃料電池を昇温するために前記加熱
手段の駆動を制御する制御手段とを備えた燃料電池コジ
ェネシステムであって、前記燃料電池の起動時には、前
記第二の熱媒体が、前記加熱手段により加熱された後に
前記熱交換器を通り、前記熱交換器を通じて前記第一の
熱媒体を昇温することにより、前記燃料電池を昇温する
ことを特徴とする燃料電池コジェネシステムである。
に対応）は、燃料電池と、前記燃料電池を冷却するため
の第一の熱媒体流路と、第二の熱媒体流路と、前記第一
の熱媒体流路内の第一の熱媒体と前記第二の熱媒体流路
内の第二の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、前
記第二の熱媒体を加熱するための加熱手段と、前記燃料
電池の起動時に前記燃料電池を昇温するために前記加熱
手段の駆動を制御する制御手段とを備えた燃料電池コジ
ェネシステムであって、前記燃料電池の起動時には、前
記第二の熱媒体が、前記加熱手段により加熱された後に
前記熱交換器を通り、前記熱交換器を通じて前記第一の
熱媒体を昇温することにより、前記燃料電池を昇温する
ことを特徴とする燃料電池コジェネシステムである。
【００１０】第二の本発明（請求項２に対応）は、前記
燃料電池の温度を検知するための温度検知手段を備え、
前記制御は、前記検知された温度に基づいて行われるこ
とを特徴とする第一の本発明の燃料電池コジェネシステ
ムである。
燃料電池の温度を検知するための温度検知手段を備え、
前記制御は、前記検知された温度に基づいて行われるこ
とを特徴とする第一の本発明の燃料電池コジェネシステ
ムである。
【００１１】第三の本発明（請求項３に対応）は、燃料
電池と、前記燃料電池を冷却するための熱媒体流路と、
水流路と、前記熱媒体流路内の熱媒体と前記水流路内の
水との間で熱交換を行う熱交換器と、前記水を加熱する
ための加熱手段とを備えた燃料電池コジェネシステムの
起動方法であって、前記燃料電池の起動時には、前記水
流路内の水が前記加熱手段により加熱された後に前記熱
交換器を通るように、前記水の流れを変え、前記熱交換
器を通じて前記熱媒体を昇温することにより、前記燃料
電池を所定の温度まで昇温することを特徴とする燃料電
池コジェネシステムの起動方法である。
電池と、前記燃料電池を冷却するための熱媒体流路と、
水流路と、前記熱媒体流路内の熱媒体と前記水流路内の
水との間で熱交換を行う熱交換器と、前記水を加熱する
ための加熱手段とを備えた燃料電池コジェネシステムの
起動方法であって、前記燃料電池の起動時には、前記水
流路内の水が前記加熱手段により加熱された後に前記熱
交換器を通るように、前記水の流れを変え、前記熱交換
器を通じて前記熱媒体を昇温することにより、前記燃料
電池を所定の温度まで昇温することを特徴とする燃料電
池コジェネシステムの起動方法である。
【００１２】第四の本発明（請求項４に対応）は、燃料
電池と、前記燃料電池を冷却するための第一の熱媒体流
路と、第二の熱媒体流路と、前記第一の熱媒体流路を流
れる第一の熱媒体と前記第二の熱媒体流路を流れる第二
の熱媒体との間で熱交換を行う第一の熱交換器と、前記
第二の熱媒体流路に設けられた蓄熱槽と、水流路と、前
記第二の熱媒体と前記水流路を流れる水との間で熱交換
を行う第二の熱交換器と、前記第二の熱媒体を加熱する
ための加熱手段とを備えた燃料電池コジェネシステムの
起動方法であって、前記燃料電池の起動時には、前記加
熱手段により前記第二の熱媒体を加熱し、前記第一の熱
交換器を通じて前記第一の熱媒体を昇温することによ
り、前記燃料電池を所定の温度まで昇温することを特徴
とする燃料電池コジェネシステムの起動方法である。
電池と、前記燃料電池を冷却するための第一の熱媒体流
路と、第二の熱媒体流路と、前記第一の熱媒体流路を流
れる第一の熱媒体と前記第二の熱媒体流路を流れる第二
の熱媒体との間で熱交換を行う第一の熱交換器と、前記
第二の熱媒体流路に設けられた蓄熱槽と、水流路と、前
記第二の熱媒体と前記水流路を流れる水との間で熱交換
を行う第二の熱交換器と、前記第二の熱媒体を加熱する
ための加熱手段とを備えた燃料電池コジェネシステムの
起動方法であって、前記燃料電池の起動時には、前記加
熱手段により前記第二の熱媒体を加熱し、前記第一の熱
交換器を通じて前記第一の熱媒体を昇温することによ
り、前記燃料電池を所定の温度まで昇温することを特徴
とする燃料電池コジェネシステムの起動方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下では、本発明にかかる実施の
形態について、図面を参照しつつ説明を行う。
形態について、図面を参照しつつ説明を行う。
【００１４】（実施の形態１）はじめに、本実施の形態
１の燃料電池コジェネシステムの構成および動作につい
て、本実施の形態の燃料電池コジェネシステムの構成図
である図１を参照しながら説明する。なお、本実施の形
態の燃料電池コジェネシステムの構成および動作を説明
すると同時に、本発明の燃料電池コジェネシステムの起
動方法の一実施の形態についても述べる。
１の燃料電池コジェネシステムの構成および動作につい
て、本実施の形態の燃料電池コジェネシステムの構成図
である図１を参照しながら説明する。なお、本実施の形
態の燃料電池コジェネシステムの構成および動作を説明
すると同時に、本発明の燃料電池コジェネシステムの起
動方法の一実施の形態についても述べる。
【００１５】図１において、１は燃料電池、３は熱媒体
流路、５は第一の熱交換器、９は給湯のための水流路、
１０はバーナー、１１はタンク、１２は熱媒体を流すポ
ンプである。なお、本実施の形態の燃料電池コジェネシ
ステムは、燃料電池１の温度を検知するための温度検知
手段２０、および少なくともバーナー１０を制御するた
めの制御手段２１を備えており、制御手段２１は、温度
検知手段２０の検知結果に基づいて、システム起動時に
燃料電池１を昇温するための制御を行うことができる。
流路、５は第一の熱交換器、９は給湯のための水流路、
１０はバーナー、１１はタンク、１２は熱媒体を流すポ
ンプである。なお、本実施の形態の燃料電池コジェネシ
ステムは、燃料電池１の温度を検知するための温度検知
手段２０、および少なくともバーナー１０を制御するた
めの制御手段２１を備えており、制御手段２１は、温度
検知手段２０の検知結果に基づいて、システム起動時に
燃料電池１を昇温するための制御を行うことができる。
【００１６】図中の矢印のうち、ａは発電時の熱媒体・
水の流れの向きを、ｂは起動時の熱媒体・水の流れの向
きを、それぞれ示している。なお、ａ、ｂは、発電・給
湯時と起動時とで同じ向きに熱媒体・水が流れることを
示している。
水の流れの向きを、ｂは起動時の熱媒体・水の流れの向
きを、それぞれ示している。なお、ａ、ｂは、発電・給
湯時と起動時とで同じ向きに熱媒体・水が流れることを
示している。
【００１７】燃料電池１の発電時には、熱媒体がポンプ
１２の稼働により熱媒体流路３を循環し、燃料電池１で
発生する熱は外部に持ち出され、燃料電池１は温度を一
定に保たれる。熱媒体の熱は、第一の熱交換器５によっ
て水流路９を矢印ａ（および矢印ａ、ｂ）の向きに流れ
る水に熱交換され、加熱された水が供給される。
１２の稼働により熱媒体流路３を循環し、燃料電池１で
発生する熱は外部に持ち出され、燃料電池１は温度を一
定に保たれる。熱媒体の熱は、第一の熱交換器５によっ
て水流路９を矢印ａ（および矢印ａ、ｂ）の向きに流れ
る水に熱交換され、加熱された水が供給される。
【００１８】発電量が少ないときには発熱量も少なく、
また湯の消費量が多いときには水流路９を流れる水の量
が多い。このようなとき湯の温度は低くなるので、必要
に応じてバーナー１０で加熱し湯の温度を上げる。
また湯の消費量が多いときには水流路９を流れる水の量
が多い。このようなとき湯の温度は低くなるので、必要
に応じてバーナー１０で加熱し湯の温度を上げる。
【００１９】一方、起動時には、水は水流路９を矢印ｂ
（および矢印ａ、ｂ）の向きに流れ、バーナー１０で加
熱された水が第一の熱交換器５に入り、熱媒体を昇温す
る。そして、昇温された熱媒体が、ポンプ１２によって
燃料電池１内を循環し、燃料電池１の温度を上げる。
（および矢印ａ、ｂ）の向きに流れ、バーナー１０で加
熱された水が第一の熱交換器５に入り、熱媒体を昇温す
る。そして、昇温された熱媒体が、ポンプ１２によって
燃料電池１内を循環し、燃料電池１の温度を上げる。
【００２０】なお、燃料電池コジェネシステムは、図７
（ａ）に示されているように、燃料電池１の温度を検知
するための温度検知手段２０を備えていなくてもよい。
（ａ）に示されているように、燃料電池１の温度を検知
するための温度検知手段２０を備えていなくてもよい。
【００２１】また、上述された本実施の形態では、燃料
電池１に発生する熱を、第一の熱交換器５を設けて外部
に伝達したが、これに限らず、たとえば図７（ｂ）に示
されているように、第一の熱交換器５を設けずに、燃料
電池１の熱を水に直接伝達してもよい。なお、熱交換器
で熱伝達する場合、１次側の出口温度は、１次側、２次
側の液量や熱交換性質に依存し、燃料電池では、発電の
効率・安定性のため、７０〜８０℃で燃料電池に導入さ
れるようにする。そのため、図７（ｂ）に示されている
ような構成の燃料電池においては、発電時に室温の水を
上記温度にまで加熱してから燃料電池に導入しなければ
ならないという困難がある。
電池１に発生する熱を、第一の熱交換器５を設けて外部
に伝達したが、これに限らず、たとえば図７（ｂ）に示
されているように、第一の熱交換器５を設けずに、燃料
電池１の熱を水に直接伝達してもよい。なお、熱交換器
で熱伝達する場合、１次側の出口温度は、１次側、２次
側の液量や熱交換性質に依存し、燃料電池では、発電の
効率・安定性のため、７０〜８０℃で燃料電池に導入さ
れるようにする。そのため、図７（ｂ）に示されている
ような構成の燃料電池においては、発電時に室温の水を
上記温度にまで加熱してから燃料電池に導入しなければ
ならないという困難がある。
【００２２】（実施の形態２）つぎに、本実施の形態２
の燃料電池コジェネシステムの構成および動作につい
て、本実施の形態の燃料電池コジェネシステムの構成図
である図２を参照しながら説明する。なお、本実施の形
態の燃料電池コジェネシステムの構成および動作を説明
すると同時に、本発明の燃料電池コジェネシステムの起
動方法の一実施の形態についても述べる。
の燃料電池コジェネシステムの構成および動作につい
て、本実施の形態の燃料電池コジェネシステムの構成図
である図２を参照しながら説明する。なお、本実施の形
態の燃料電池コジェネシステムの構成および動作を説明
すると同時に、本発明の燃料電池コジェネシステムの起
動方法の一実施の形態についても述べる。
【００２３】図２において、１は燃料電池、２は蓄熱
槽、３は第一の熱媒体流路、４ａは第二の熱媒体の熱回
収側流路、４ｂは第二の熱媒体の熱供給側流路、４ｃは
熱供給側から熱回収側へのバイパス流路、５は第一の熱
交換器、６は第二の熱交換器、９は給湯のための水流
路、１０はバーナー、１１はタンク、１２〜１４はポン
プ、１５〜１８は流路切替弁である。なお、本実施の形
態の燃料電池コジェネシステムは、少なくともバーナー
１０を制御するための制御手段（図示省略）、および燃
料電池１の温度を検知するための温度検知手段（図示省
略）を備えており、制御手段は、温度検知手段の検知結
果に基づいて、システム起動時に燃料電池１を所定の温
度まで昇温するための制御を行うことができる。
槽、３は第一の熱媒体流路、４ａは第二の熱媒体の熱回
収側流路、４ｂは第二の熱媒体の熱供給側流路、４ｃは
熱供給側から熱回収側へのバイパス流路、５は第一の熱
交換器、６は第二の熱交換器、９は給湯のための水流
路、１０はバーナー、１１はタンク、１２〜１４はポン
プ、１５〜１８は流路切替弁である。なお、本実施の形
態の燃料電池コジェネシステムは、少なくともバーナー
１０を制御するための制御手段（図示省略）、および燃
料電池１の温度を検知するための温度検知手段（図示省
略）を備えており、制御手段は、温度検知手段の検知結
果に基づいて、システム起動時に燃料電池１を所定の温
度まで昇温するための制御を行うことができる。
【００２４】風呂の追い炊きや、床暖房に熱を利用する
場合は、一般にこの構成のように第二の熱媒体からさら
に熱交換する方式がとられる。
場合は、一般にこの構成のように第二の熱媒体からさら
に熱交換する方式がとられる。
【００２５】第二の熱媒体流路の熱供給側流路４ｂから
熱回収側流路４ａへは、バイパス流路４ｃを設け、熱媒
体・水の流れは、流路切替弁１５〜１８によって発電・
給湯時と起動時とで切り替えられる。なお、熱媒体・水
の流れの向きを示す矢印の意味は、実施の形態１と同様
である。
熱回収側流路４ａへは、バイパス流路４ｃを設け、熱媒
体・水の流れは、流路切替弁１５〜１８によって発電・
給湯時と起動時とで切り替えられる。なお、熱媒体・水
の流れの向きを示す矢印の意味は、実施の形態１と同様
である。
【００２６】発電時は、ポンプ１２で循環される第一の
熱媒体によって、燃料電池１で発生した熱を運び出す。
そして、第一の熱交換器５を利用して、ポンプ１３によ
って循環される第二の熱媒体に、この熱を伝える。この
熱は、熱回収側の流路４ａをａの方向に流れ、蓄熱槽２
に蓄えられる。
熱媒体によって、燃料電池１で発生した熱を運び出す。
そして、第一の熱交換器５を利用して、ポンプ１３によ
って循環される第二の熱媒体に、この熱を伝える。この
熱は、熱回収側の流路４ａをａの方向に流れ、蓄熱槽２
に蓄えられる。
【００２７】具体的には、図４に示されているように、
流路切替弁１５、１６を矢印ａ（および矢印ａ、ｂ）の
方向に熱媒体が流れるように調節し、流路切替弁１７、
１８を閉鎖し、太線で示されたように第二の熱媒体を循
環させることにより、蓄熱槽２に熱を蓄える。なお、図
４は、蓄熱槽２に熱を蓄えるときの、第二の熱媒体の流
れを説明するための説明図である。
流路切替弁１５、１６を矢印ａ（および矢印ａ、ｂ）の
方向に熱媒体が流れるように調節し、流路切替弁１７、
１８を閉鎖し、太線で示されたように第二の熱媒体を循
環させることにより、蓄熱槽２に熱を蓄える。なお、図
４は、蓄熱槽２に熱を蓄えるときの、第二の熱媒体の流
れを説明するための説明図である。
【００２８】蓄熱槽２に蓄えられた熱を利用する際に
は、ポンプ１４によって蓄熱槽２から送り出された第二
の熱媒体の熱を、第二の熱交換器６で水と熱交換して湯
として供給する。温度不足や使用量が多いなどの理由に
より加熱が必要な場合には、バーナー１０によって加熱
した後に、第二の熱媒体を第二の熱交換器６に導入す
る。
は、ポンプ１４によって蓄熱槽２から送り出された第二
の熱媒体の熱を、第二の熱交換器６で水と熱交換して湯
として供給する。温度不足や使用量が多いなどの理由に
より加熱が必要な場合には、バーナー１０によって加熱
した後に、第二の熱媒体を第二の熱交換器６に導入す
る。
【００２９】具体的には、図５に示されているように、
流路切替弁１５〜１８を矢印ａ（および矢印ａ、ｂ）の
方向に熱媒体が流れるように調節し、太線で示されたよ
うに第二の熱媒体を循環させることにより、蓄熱槽２に
蓄えられた熱を利用する。なお、図５は、蓄熱槽２に蓄
えられた熱を利用するときの、第二の熱媒体の流れを説
明するための説明図である。
流路切替弁１５〜１８を矢印ａ（および矢印ａ、ｂ）の
方向に熱媒体が流れるように調節し、太線で示されたよ
うに第二の熱媒体を循環させることにより、蓄熱槽２に
蓄えられた熱を利用する。なお、図５は、蓄熱槽２に蓄
えられた熱を利用するときの、第二の熱媒体の流れを説
明するための説明図である。
【００３０】燃料電池の起動時には、流路切替弁１５〜
１８の切り替えによって熱供給側から熱回収側へのバイ
パス流路４ｃを設定し、バーナー１０で加熱した第二の
熱媒体を矢印ｂ（および矢印ａ、ｂ）の向きに流す。そ
して、第一の熱媒体を、第一の熱交換器５を利用して昇
温し、ポンプ１２の稼働によって燃料電池１内を循環さ
せ、燃料電池１を所定の温度まで昇温する。
１８の切り替えによって熱供給側から熱回収側へのバイ
パス流路４ｃを設定し、バーナー１０で加熱した第二の
熱媒体を矢印ｂ（および矢印ａ、ｂ）の向きに流す。そ
して、第一の熱媒体を、第一の熱交換器５を利用して昇
温し、ポンプ１２の稼働によって燃料電池１内を循環さ
せ、燃料電池１を所定の温度まで昇温する。
【００３１】具体的には、図６に示されているように、
流路切替弁１５〜１８を矢印ｂ（および矢印ａ、ｂ）の
方向に熱媒体が流れるように調節し、太線で示されたよ
うに第二の熱媒体を循環させることにより、燃料電池１
を昇温する。なお、図６は、燃料電池１を昇温するとき
の、第二の熱媒体の流れを説明するための説明図であ
る。
流路切替弁１５〜１８を矢印ｂ（および矢印ａ、ｂ）の
方向に熱媒体が流れるように調節し、太線で示されたよ
うに第二の熱媒体を循環させることにより、燃料電池１
を昇温する。なお、図６は、燃料電池１を昇温するとき
の、第二の熱媒体の流れを説明するための説明図であ
る。
【００３２】このように、起動専用の燃料電池加熱手段
を設けることなく、かつ蓄熱槽２に熱が残っているとき
にはその熱も利用することにより、効率良く迅速に燃料
電池１を所定の温度まで昇温することが可能になる。
を設けることなく、かつ蓄熱槽２に熱が残っているとき
にはその熱も利用することにより、効率良く迅速に燃料
電池１を所定の温度まで昇温することが可能になる。
【００３３】（実施の形態３）つぎに、本実施の形態３
の燃料電池コジェネシステムの構成および動作につい
て、本実施の形態の燃料電池コジェネシステムの構成図
である図３を参照しながら説明する。なお、本実施の形
態の燃料電池コジェネシステムの構成および動作を説明
すると同時に、本発明の燃料電池コジェネシステムの起
動方法の一実施の形態についても述べる。
の燃料電池コジェネシステムの構成および動作につい
て、本実施の形態の燃料電池コジェネシステムの構成図
である図３を参照しながら説明する。なお、本実施の形
態の燃料電池コジェネシステムの構成および動作を説明
すると同時に、本発明の燃料電池コジェネシステムの起
動方法の一実施の形態についても述べる。
【００３４】図３において、１は燃料電池、２ａは貯湯
槽、３は第一の熱媒体流路、４ａは第二の熱媒体である
水の熱回収側流路、４ｂは熱供給側流路、４ｃは熱供給
側から熱回収側へのバイパス流路、５は第一の熱交換
器、６は第二の熱交換器、９は給湯のための水流路、１
０はバーナー、１１はタンク、１２〜１４はポンプ、１
５〜１９は流路切替弁である。なお、本実施の形態の燃
料電池コジェネシステムは、少なくともバーナー１０を
制御するための制御手段（図示省略）、および燃料電池
１の温度を検知するための温度検知手段（図示省略）を
備えており、制御手段は、温度検知手段の検知結果に基
づいて、システム起動時に燃料電池１を所定の温度まで
昇温するための制御を行うことができる。
槽、３は第一の熱媒体流路、４ａは第二の熱媒体である
水の熱回収側流路、４ｂは熱供給側流路、４ｃは熱供給
側から熱回収側へのバイパス流路、５は第一の熱交換
器、６は第二の熱交換器、９は給湯のための水流路、１
０はバーナー、１１はタンク、１２〜１４はポンプ、１
５〜１９は流路切替弁である。なお、本実施の形態の燃
料電池コジェネシステムは、少なくともバーナー１０を
制御するための制御手段（図示省略）、および燃料電池
１の温度を検知するための温度検知手段（図示省略）を
備えており、制御手段は、温度検知手段の検知結果に基
づいて、システム起動時に燃料電池１を所定の温度まで
昇温するための制御を行うことができる。
【００３５】このように、本実施の形態の燃料電池コジ
ェネシステムの構成は、前述された本実施の形態の燃料
電池コジェネシステムの構成と類似しているが、第二の
熱媒体として貯湯槽２ａに貯えられる湯を利用するよう
になっている。
ェネシステムの構成は、前述された本実施の形態の燃料
電池コジェネシステムの構成と類似しているが、第二の
熱媒体として貯湯槽２ａに貯えられる湯を利用するよう
になっている。
【００３６】第二の熱媒体の流路である水流路は、流路
切替弁１５〜１８によって発電・起動時で切り替えられ
る。なお、熱媒体・水の流れの向きを示す矢印の意味
は、実施の形態２と同様である。
切替弁１５〜１８によって発電・起動時で切り替えられ
る。なお、熱媒体・水の流れの向きを示す矢印の意味
は、実施の形態２と同様である。
【００３７】発電時には、燃料電池１で発生した熱は、
ポンプ１２で循環される第一の熱媒体によって燃料電池
１から運び出され、第一の熱交換器５によってポンプ１
３で循環される水に伝えられる。このようにして加熱さ
れた水は、矢印ａ（および矢印ａ、ｂ）の向きにしたが
って流路をたどり、貯湯槽２ａに貯えられる。
ポンプ１２で循環される第一の熱媒体によって燃料電池
１から運び出され、第一の熱交換器５によってポンプ１
３で循環される水に伝えられる。このようにして加熱さ
れた水は、矢印ａ（および矢印ａ、ｂ）の向きにしたが
って流路をたどり、貯湯槽２ａに貯えられる。
【００３８】給湯時には、貯湯槽２ａに貯えられた湯
を、ポンプ１４を利用してそのまま供給することができ
る。ただし、加熱が必要な場合には、流路切替弁１９の
切り替えにより、バーナー１０で加熱される流路を通じ
て、貯湯槽２ａに貯えられた湯を供給する。なお、暖房
や風呂の追い炊きは、貯えられた湯から第二の熱交換器
６を通じた熱交換を行うことによって行われる。
を、ポンプ１４を利用してそのまま供給することができ
る。ただし、加熱が必要な場合には、流路切替弁１９の
切り替えにより、バーナー１０で加熱される流路を通じ
て、貯湯槽２ａに貯えられた湯を供給する。なお、暖房
や風呂の追い炊きは、貯えられた湯から第二の熱交換器
６を通じた熱交換を行うことによって行われる。
【００３９】燃料電池の起動時には、流路切替弁１５〜
１８の切り替えによって熱供給側から熱回収側へのバイ
パス流路４ｃを設定し、バーナー１０で加熱した第二の
熱媒体である水を矢印ｂ（および矢印ａ、ｂ）の向きに
流す。そして、第一の熱媒体を、第一の熱交換器５を利
用して昇温し、ポンプ１２の稼働によって燃料電池１内
を循環させ、燃料電池１を所定の温度まで昇温する。
１８の切り替えによって熱供給側から熱回収側へのバイ
パス流路４ｃを設定し、バーナー１０で加熱した第二の
熱媒体である水を矢印ｂ（および矢印ａ、ｂ）の向きに
流す。そして、第一の熱媒体を、第一の熱交換器５を利
用して昇温し、ポンプ１２の稼働によって燃料電池１内
を循環させ、燃料電池１を所定の温度まで昇温する。
【００４０】このように、起動専用の燃料電池加熱手段
を設けることなく、かつ蓄熱槽２に熱が残っているとき
にはその熱も利用することにより、効率良く迅速に燃料
電池１を所定の温度まで昇温することが可能になる。
を設けることなく、かつ蓄熱槽２に熱が残っているとき
にはその熱も利用することにより、効率良く迅速に燃料
電池１を所定の温度まで昇温することが可能になる。
【００４１】なお、上述された実施の形態においては、
加熱手段としてバーナーを用いたが、ヒータや触媒燃焼
器などを用いても同様の効果が得られる。
加熱手段としてバーナーを用いたが、ヒータや触媒燃焼
器などを用いても同様の効果が得られる。
【００４２】燃料電池の研究開発は、給湯システムの研
究開発とは全く独立に進められることが普通であった。
そのため、燃料電池には、起動専用の燃料電池加熱のた
めの手段を設けることが常識化しており、それ以外の方
法を着想することは、当業者にとっても至難であった。
しかし、本発明によれば、このように、起動専用の加熱
手段を設けることなく、所定の温度まで燃料電池１を加
熱することが可能になる。
究開発とは全く独立に進められることが普通であった。
そのため、燃料電池には、起動専用の燃料電池加熱のた
めの手段を設けることが常識化しており、それ以外の方
法を着想することは、当業者にとっても至難であった。
しかし、本発明によれば、このように、起動専用の加熱
手段を設けることなく、所定の温度まで燃料電池１を加
熱することが可能になる。
【００４３】なお、上述された本実施の形態２、３の燃
料電池コジェネシステムは、バーナー１０を制御するた
めの制御手段（図示省略）、および燃料電池１の温度を
検知するための温度検知手段（図示省略）を備えてお
り、制御手段は、温度検知手段の検知結果に基づいて、
システム起動時に燃料電池１を所定の温度まで昇温する
ための制御を行うことができた。しかし、これに限ら
ず、本発明の燃料電池コジェネシステムは、温度検知手
段を備えていなくてもよい。
料電池コジェネシステムは、バーナー１０を制御するた
めの制御手段（図示省略）、および燃料電池１の温度を
検知するための温度検知手段（図示省略）を備えてお
り、制御手段は、温度検知手段の検知結果に基づいて、
システム起動時に燃料電池１を所定の温度まで昇温する
ための制御を行うことができた。しかし、これに限ら
ず、本発明の燃料電池コジェネシステムは、温度検知手
段を備えていなくてもよい。
【００４４】たとえば、未だ実用化にはいたっていない
が、一般家庭用の燃料電池コジェネシステムで利用され
る燃料電池には、７０〜９０℃程度の温度範囲において
最適な稼働を行う、ＯＮ／ＯＦＦ頻度の高いシステムに
適した固体高分子型が向いていると考えられる。このよ
うな場合には、センサなどの温度検知手段を利用せずと
も、タイマーなどを利用してバーナーを所定の時間だけ
燃焼させることにより、前述の温度範囲まで燃料電池を
昇温させることが十分に可能である。もちろん、正確な
温度管理を行うためには、燃料電池コジェネシステムが
温度検知手段を備えていることが望ましいが、前述のよ
うにして、廉価な燃料電池コジェネシステムを提供する
ことができる。なお、工場などの大規模施設で使用され
るりん酸型燃料電池を利用する燃料電池コジェネシステ
ムについても、同様のことがいえることはいうまでもな
い。なお、このようなりん酸型燃料電池の利用は、現在
のところテストプラントなどで行われているにすぎず、
店舗などの中規模施設で使用するための燃料電池コジェ
ネシステムも、前述の固体高分子型燃料電池を利用して
実用化される可能性がある。
が、一般家庭用の燃料電池コジェネシステムで利用され
る燃料電池には、７０〜９０℃程度の温度範囲において
最適な稼働を行う、ＯＮ／ＯＦＦ頻度の高いシステムに
適した固体高分子型が向いていると考えられる。このよ
うな場合には、センサなどの温度検知手段を利用せずと
も、タイマーなどを利用してバーナーを所定の時間だけ
燃焼させることにより、前述の温度範囲まで燃料電池を
昇温させることが十分に可能である。もちろん、正確な
温度管理を行うためには、燃料電池コジェネシステムが
温度検知手段を備えていることが望ましいが、前述のよ
うにして、廉価な燃料電池コジェネシステムを提供する
ことができる。なお、工場などの大規模施設で使用され
るりん酸型燃料電池を利用する燃料電池コジェネシステ
ムについても、同様のことがいえることはいうまでもな
い。なお、このようなりん酸型燃料電池の利用は、現在
のところテストプラントなどで行われているにすぎず、
店舗などの中規模施設で使用するための燃料電池コジェ
ネシステムも、前述の固体高分子型燃料電池を利用して
実用化される可能性がある。
【００４５】以上述べたところから明らかなように、本
発明は、たとえば、燃料電池と、前記燃料電池冷却のた
めの熱媒体流路と、水流路と、前記熱媒体流路内の熱媒
体と前記水流路内の水との熱交換を行う熱交換器と、前
記水流路内に設置された加熱手段を有する燃料電池コジ
ェネシステムにおいて、燃料電池起動時には前記水流路
内の水を前記加熱手段により加熱した後に前記熱交換器
を通るように流れを変え、前記熱交換器を通じて前記熱
媒体を昇温することにより燃料電池を所定の温度まで昇
温するものである。
発明は、たとえば、燃料電池と、前記燃料電池冷却のた
めの熱媒体流路と、水流路と、前記熱媒体流路内の熱媒
体と前記水流路内の水との熱交換を行う熱交換器と、前
記水流路内に設置された加熱手段を有する燃料電池コジ
ェネシステムにおいて、燃料電池起動時には前記水流路
内の水を前記加熱手段により加熱した後に前記熱交換器
を通るように流れを変え、前記熱交換器を通じて前記熱
媒体を昇温することにより燃料電池を所定の温度まで昇
温するものである。
【００４６】これによれば、給湯のための加熱手段を利
用して燃料電池本体を昇温するので、起動専用の加熱手
段を設けることなく、燃料電池を速やかに起動すること
ができる。
用して燃料電池本体を昇温するので、起動専用の加熱手
段を設けることなく、燃料電池を速やかに起動すること
ができる。
【００４７】また、本発明は、たとえば、燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための第一の熱媒体流路と、第
二の熱媒体流路と、前記第一の熱媒体流路を流れる第一
の熱媒体と前記第二の熱媒体流路を流れる第二の熱媒体
との熱交換を行う第一の熱交換器と、蓄熱槽と、水流路
と、前記第二の熱媒体と前記水流路を流れる水の熱交換
をする第二の熱交換器と、前記水流路の水を加熱する加
熱手段とを有する燃料電池コジェネシステムにおいて、
燃料電池起動時に前記加熱手段により前記水流路内の水
を加熱し、前記第二の熱交換器によって前記第二の熱媒
体を昇温し、前記第一の熱交換器によって第一の熱媒体
を昇温することにより燃料電池を所定の温度に昇温する
ものである。
前記燃料電池を冷却するための第一の熱媒体流路と、第
二の熱媒体流路と、前記第一の熱媒体流路を流れる第一
の熱媒体と前記第二の熱媒体流路を流れる第二の熱媒体
との熱交換を行う第一の熱交換器と、蓄熱槽と、水流路
と、前記第二の熱媒体と前記水流路を流れる水の熱交換
をする第二の熱交換器と、前記水流路の水を加熱する加
熱手段とを有する燃料電池コジェネシステムにおいて、
燃料電池起動時に前記加熱手段により前記水流路内の水
を加熱し、前記第二の熱交換器によって前記第二の熱媒
体を昇温し、前記第一の熱交換器によって第一の熱媒体
を昇温することにより燃料電池を所定の温度に昇温する
ものである。
【００４８】これにより、燃料電池本体を加熱するため
の加熱手段を別途設けることなく、また蓄熱槽に熱が残
っているときにはその熱も利用して燃料電池を効率良
く、速やかに所定の温度まで昇温し起動することができ
る。
の加熱手段を別途設けることなく、また蓄熱槽に熱が残
っているときにはその熱も利用して燃料電池を効率良
く、速やかに所定の温度まで昇温し起動することができ
る。
【００４９】以上のように、本発明によれば、燃料電池
起動のための加熱手段を設けることなく、かつ蓄熱槽に
熱が残っているときにはその熱も利用しながら効率良く
迅速に燃料電池を所定の温度まで昇温することが可能に
なる。
起動のための加熱手段を設けることなく、かつ蓄熱槽に
熱が残っているときにはその熱も利用しながら効率良く
迅速に燃料電池を所定の温度まで昇温することが可能に
なる。
【００５０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、起動専用の燃料電池加熱手段を設けることなく、迅
速に燃料電池を昇温、運転開始することが可能な燃料電
池コジェネシステム、および燃料電池コジェネシステム
の起動方法を提供することができるという長所を有す
る。
は、起動専用の燃料電池加熱手段を設けることなく、迅
速に燃料電池を昇温、運転開始することが可能な燃料電
池コジェネシステム、および燃料電池コジェネシステム
の起動方法を提供することができるという長所を有す
る。
【図１】本発明の実施の形態１の燃料電池コジェネシス
テムの構成図
テムの構成図
【図２】本発明の実施の形態２の燃料電池コジェネシス
テムの構成図
テムの構成図
【図３】本発明の実施の形態３の燃料電池コジェネシス
テムの構成図
テムの構成図
【図４】蓄熱槽２に熱を蓄えるときの、第二の熱媒体の
流れを説明するための説明図
流れを説明するための説明図
【図５】蓄熱槽２に蓄えられた熱を利用するときの、第
二の熱媒体の流れを説明するための説明図
二の熱媒体の流れを説明するための説明図
【図６】燃料電池１を昇温するときの、第二の熱媒体の
流れを説明するための説明図
流れを説明するための説明図
【図７】本発明の、温度検知手段を有しない燃料電池コ
ジェネシステムの構成図（図７（ａ））、および熱交換
器を有しない燃料電池コジェネシステムの構成図（図７
（ｂ））
ジェネシステムの構成図（図７（ａ））、および熱交換
器を有しない燃料電池コジェネシステムの構成図（図７
（ｂ））
１ 燃料電池 ２ 蓄熱槽 ２ａ 貯湯槽 ３ 第一の熱媒体流路 ４ 第二の熱媒体流路 ４ａ 第二の熱媒体の熱回収側流路 ４ｂ 第二の熱媒体の熱供給側流路 ４ｃ 熱供給側から熱回収側へ貯湯槽を経由しない流路 ５ 第一の熱交換器 ６ 第二の熱交換器 ９ 水流路 １０ バーナー １１ タンク １２〜１４ ポンプ １５〜１９ 流路切替弁 ２０ 温度検知手段 ２１ 制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮内 伸二 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 西村 晃一 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H027 DD06 KK46 MM16
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料電池と、前記燃料電池を冷却するた
めの第一の熱媒体流路と、第二の熱媒体流路と、前記第
一の熱媒体流路内の第一の熱媒体と前記第二の熱媒体流
路内の第二の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記第二の熱媒体を加熱するための加熱手段と、前記燃
料電池の起動時に前記燃料電池を昇温するために前記加
熱手段の駆動を制御する制御手段とを備えた燃料電池コ
ジェネシステムであって、 前記燃料電池の起動時には、前記第二の熱媒体が、前記
加熱手段により加熱された後に前記熱交換器を通り、前
記熱交換器を通じて前記第一の熱媒体を昇温することに
より、前記燃料電池を昇温することを特徴とする燃料電
池コジェネシステム。 - 【請求項２】 前記燃料電池の温度を検知するための温
度検知手段を備え、 前記制御は、前記検知された温度に基づいて行われるこ
とを特徴とする請求項１記載の燃料電池コジェネシステ
ム。 - 【請求項３】 燃料電池と、前記燃料電池を冷却するた
めの熱媒体流路と、水流路と、前記熱媒体流路内の熱媒
体と前記水流路内の水との間で熱交換を行う熱交換器
と、前記水を加熱するための加熱手段とを備えた燃料電
池コジェネシステムの起動方法であって、 前記燃料電池の起動時には、前記水流路内の水が前記加
熱手段により加熱された後に前記熱交換器を通るよう
に、前記水の流れを変え、前記熱交換器を通じて前記熱
媒体を昇温することにより、前記燃料電池を所定の温度
まで昇温することを特徴とする燃料電池コジェネシステ
ムの起動方法。 - 【請求項４】 燃料電池と、前記燃料電池を冷却するた
めの第一の熱媒体流路と、第二の熱媒体流路と、前記第
一の熱媒体流路を流れる第一の熱媒体と前記第二の熱媒
体流路を流れる第二の熱媒体との間で熱交換を行う第一
の熱交換器と、前記第二の熱媒体流路に設けられた蓄熱
槽と、水流路と、前記第二の熱媒体と前記水流路を流れ
る水との間で熱交換を行う第二の熱交換器と、前記第二
の熱媒体を加熱するための加熱手段とを備えた燃料電池
コジェネシステムの起動方法であって、 前記燃料電池の起動時には、前記加熱手段により前記第
二の熱媒体を加熱し、前記第一の熱交換器を通じて前記
第一の熱媒体を昇温することにより、前記燃料電池を所
定の温度まで昇温することを特徴とする燃料電池コジェ
ネシステムの起動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000275441A JP3563681B2 (ja) | 2000-09-11 | 2000-09-11 | 燃料電池コジェネシステム、および燃料電池コジェネシステムの運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000275441A JP3563681B2 (ja) | 2000-09-11 | 2000-09-11 | 燃料電池コジェネシステム、および燃料電池コジェネシステムの運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002093446A true JP2002093446A (ja) | 2002-03-29 |
| JP3563681B2 JP3563681B2 (ja) | 2004-09-08 |
Family
ID=18761060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000275441A Expired - Fee Related JP3563681B2 (ja) | 2000-09-11 | 2000-09-11 | 燃料電池コジェネシステム、および燃料電池コジェネシステムの運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3563681B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004079424A (ja) * | 2002-08-21 | 2004-03-11 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池設備 |
| JP2005302627A (ja) * | 2004-04-15 | 2005-10-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池コージェネレーションシステム |
| JP2007287605A (ja) * | 2006-04-20 | 2007-11-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池発電システムおよびそのプログラム |
| JP2007287606A (ja) * | 2006-04-20 | 2007-11-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池発電システムおよびそのプログラム |
| JP2011501356A (ja) * | 2007-10-19 | 2011-01-06 | フュエルセル・パワー・インコーポレイテッド | 燃料電池システムの熱回収装置 |
| JP2011134443A (ja) * | 2009-12-22 | 2011-07-07 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | 燃料電池システム |
| CN108736042A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-11-02 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种导热装置、氢利用装置及控温方法 |
| CN113851674A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-28 | 上海捷氢科技有限公司 | 一种燃料电池系统测试用热管理系统 |
-
2000
- 2000-09-11 JP JP2000275441A patent/JP3563681B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004079424A (ja) * | 2002-08-21 | 2004-03-11 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池設備 |
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| JP4615888B2 (ja) * | 2004-04-15 | 2011-01-19 | パナソニック株式会社 | 燃料電池コージェネレーションシステム |
| JP2007287605A (ja) * | 2006-04-20 | 2007-11-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池発電システムおよびそのプログラム |
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|---|---|
| JP3563681B2 (ja) | 2004-09-08 |
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