JP2002280006A - 固体高分子型燃料電池発電設備の排熱回収システム - Google Patents

固体高分子型燃料電池発電設備の排熱回収システム

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JP2002280006A
JP2002280006A JP2001078718A JP2001078718A JP2002280006A JP 2002280006 A JP2002280006 A JP 2002280006A JP 2001078718 A JP2001078718 A JP 2001078718A JP 2001078718 A JP2001078718 A JP 2001078718A JP 2002280006 A JP2002280006 A JP 2002280006A
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heat exchanger
fuel cell
heating
hot water
heat
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Yoshinori Morimoto
義則 森本
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Osaka Gas Co Ltd
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Osaka Gas Co Ltd
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  • Fuel Cell (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池からの排熱を暖房用熱源として有効
に利用し、排熱の回収効率を向上する。 【解決手段】 燃料電池1からの排熱を温水循環配管3
に回収する。エアコンの室外側冷媒/空気熱交換器11
と室内側熱交換器13とを、冷媒回路15を介して接続
する。冷媒回路15に室外側冷媒/空気熱交換器11と
並列に暖房用水/冷媒熱交換器16を接続し、温水循環
配管3に、暖房用補助配管19を介して暖房用水/冷媒
熱交換器16を接続する。暖房運転時で、燃料電池1か
ら排熱を回収しているときに、第1の開閉弁18と第2
の開閉弁20を開くとともに、第3および第4の開閉弁
21,23を閉じ、温水循環配管3で回収される温水を
暖房用水/冷媒熱交換器16に供給し、室外側冷媒/空
気熱交換器11の代わりに、冷媒回路15の冷媒を加熱
し、燃料電池1からの排熱を暖房用熱源に利用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気と熱とを発生
させる固体高分子型の燃料電池からの排熱を回収し、そ
の排熱を貯湯槽に貯めるとともに、空調などに利用でき
るように構成した固体高分子型燃料電池発電設備の排熱
回収システムに関する。
【0002】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池発電設備の排熱回
収システムでは、その作動温度が約80℃と低く、回収す
る排熱の温度も60〜70℃と低いため、主として給湯用に
利用されるのが現状であった。そして、給湯需要は夜間
に集中するため、昼間に得られる排熱を温水として回収
し、その温水を一旦貯湯槽に貯めていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、電力需要が高い割に給湯需要が低いときに、貯湯槽
に高温の湯が満杯になり、燃料電池から回収した排熱が
利用されないまま捨てられてしまい、結果的に排熱の回
収効率が低い欠点があった。
【0004】また、エアコンの暖房用熱源に利用しよう
とした場合、吹き出し温度を確保するために80℃程度の
温度の温水を必要とし、燃料電池から回収した排熱をこ
のようなエアコンの暖房用熱源に利用することは困難で
あった。
【0005】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、請求項1に係る発明は、燃料電池から
の排熱を暖房用熱源として有効に利用できるようにし
て、排熱の回収効率を向上できるようにすることを目的
とし、また、請求項2に係る発明は、燃料電池からの排
熱を冷房時の除湿運転時の熱源として有効に利用できる
ようにして、排熱の回収効率を向上できるようにするこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明の固
体高分子型燃料電池発電設備の排熱回収システムは、上
述のような目的を達成するために、電気と熱とを発生さ
せる固体高分子型の燃料電池の排熱を利用して、暖房を
行う室内側熱交換器に冷媒回路を介して接続されて暖房
時に冷媒を加熱する暖房用水/冷媒熱交換器と、前記暖
房用水/冷媒熱交換器と前記室内側熱交換器に冷媒回路
を介して接続される室外側冷媒/空気熱交換器との切り
替え機構と、前記燃料電池と前記燃料電池から発生する
排熱を貯める貯湯槽とにわたって接続される温水循環配
管と前記暖房用水/冷媒熱交換器とを接続する暖房用補
助配管と、前記温水循環配管と前記暖房用補助配管とを
前記燃料電池の排熱として発生する温水を前記暖房用水
/冷媒熱交換器に供給可能な状態に接続する暖房用切り
替え機構とを備えて構成する。
【0007】また、請求項2に係る発明の固体高分子型
燃料電池発電設備の排熱回収システムは、前述のような
目的を達成するために、電気と熱とを発生させる固体高
分子型の燃料電池の排熱を利用して除湿を行う室内側除
湿用水/空気熱交換器と、前記燃料電池と前記燃料電池
から発生する排熱を貯める貯湯槽とにわたって接続され
る温水循環配管と前記除湿用水/空気熱交換器とを接続
する除湿用補助配管と、前記温水循環配管と前記除湿用
補助配管とを前記燃料電池の排熱として発生する温水を
前記除湿用水/空気熱交換器に供給可能な状態に接続す
る除湿用切り替え機構とを備えて構成する。
【0008】
【作用】請求項1に係る発明の固体高分子型燃料電池発
電設備の排熱回収システムの構成によれば、室内側熱交
換器と室外側熱交換器とを冷媒回路を介して接続したエ
アコンに用い、燃料電池の排熱として回収される温水
を、冷媒回路に接続した暖房用水/冷媒熱交換器に供給
し、室外側熱交換器の代わりに、冷媒回路の冷媒を加熱
できるようにし、暖房運転時に燃料電池から排熱が得ら
れる場合に、暖房用熱源に利用することができる。
【0009】また、請求項2に係る発明の固体高分子型
燃料電池発電設備の排熱回収システムの構成によれば、
燃料電池の排熱として回収される温水を、室内側の除湿
用水/空気熱交換器に供給し、夏場の冷房時で除湿運転
を行うときの再加熱(レヒート)の熱源として利用し、
除湿運転時に燃料電池から排熱が得られる場合に、除湿
運転時の熱源に利用することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。図1は、本発明に係る固体高分
子型燃料電池発電設備の排熱回収システムの実施例を示
すシステム構成図であり、1は、電気と熱とを発生させ
る固体高分子型の燃料電池を示し、2は、温水を貯める
密閉式の貯湯槽を示し、この貯湯槽2に、下部から上部
へと水を循環する温水循環配管3が接続され、温水を貯
めるように構成されている。図中4は給湯管を、5は水
を補充する給水管をそれぞれ示している。
【0011】温水循環配管3に循環ポンプ7が介装さ
れ、貯湯槽2から燃料電池1に水を供給し、燃料電池1
から排出される熱により加熱し、燃料電池1から排熱と
して発生する温水を回収して貯湯槽2に貯めるように構
成されている。
【0012】図2の要部の構成図に示すように、エアコ
ン室外機10の室外側冷媒/空気熱交換器11とエアコ
ン室内機12の室内側熱交換器13とが、圧縮機14と
膨張弁(図示せず)および四路切換弁(図示せず)を介
装した冷媒回路15を介して接続されている。
【0013】冷媒回路15に室外側冷媒/空気熱交換器
11と並列に暖房用水/冷媒熱交換器16が接続され、
その暖房用水/冷媒熱交換器16と温水循環配管3と
が、分配流量を調整可能な三方弁17と第1の開閉弁1
8とを介装した暖房用補助配管19を介して接続されて
いる。
【0014】また、冷媒回路15に、冷媒を室外側冷媒
/空気熱交換器11に流す状態と暖房用水/冷媒熱交換
器16に流す状態とに切り換える第2および第3の開閉
弁20,21が付設されている。前述した、温水循環配
管3と暖房用補助配管19とを、燃料電池1から排熱と
して発生する温水を暖房用水/冷媒熱交換器16に供給
可能な状態に接続する三方弁17と第1の開閉弁18か
ら成る構成をして暖房用切り替え機構と称する。
【0015】冷媒回路15の冷媒供給方向で、室内側熱
交換器13よりも風(空気)の流れ方向の下流側に除湿
用水/空気熱交換器22が接続され、その除湿用水/空
気熱交換器22と暖房用補助配管19の途中箇所とが、
第4の開閉弁23を介装した除湿用補助配管24を介し
て接続されている。上述した、温水循環配管3と暖房用
補助配管19を介した除湿用補助配管24とを、燃料電
池1から排熱として発生する温水を除湿用水/空気熱交
換器22に供給可能な状態に接続する三方弁17と第4
の開閉弁23から成る構成をして除湿用切り替え機構と
称する。除湿専用に構成する場合は、温水循環配管3に
除湿用補助配管24を直接接続すれば良い。
【0016】上記構成により、暖房運転時で、燃料電池
1から排熱を回収しているときに、第1の開閉弁18と
第2の開閉弁20を開くとともに、第3および第4の開
閉弁21,23を閉じ、温水循環配管3で回収される温
水を暖房用水/冷媒熱交換器16に供給し、室外側冷媒
/空気熱交換器11の代わりに、冷媒回路15の冷媒を
加熱し、燃料電池1からの排熱を暖房用熱源に利用する
ことができる。
【0017】また、冷房時の除湿運転時で、燃料電池1
から排熱を回収しているときに、第4の開閉弁23を開
くとともに、第1の開閉弁18を閉じ、温水循環配管3
で回収される温水を除湿用水/空気熱交換器22に供給
し、室内側熱交換器13で冷却された空気を再加熱し、
燃料電池1からの排熱を除湿用熱源に利用することがで
きる。
【0018】この実施例では、暖房用水/冷媒熱交換器
16を室外側冷媒/空気熱交換器11と並列に冷媒回路
15に接続するとともに第2および第3の開閉弁20,
21を設け、冷媒を暖房用水/冷媒熱交換器16に供給
する暖房運転時に、冷媒が室外側冷媒/空気熱交換器1
1に流れないようにして、室外側冷媒/空気熱交換器1
1での冷媒の温度低下を回避できるようにしているが、
本発明としては、暖房用水/冷媒熱交換器16を室外側
冷媒/空気熱交換器11と直列に冷媒回路15に接続す
るものでも良い。
【0019】上記実施例による結果、暖房運転時におい
て、暖房用水/冷媒熱交換器16に60℃の温水を供給し
て冷媒を加熱する結果、成績係数が 6.0になることが想
定される。一方、室外側冷媒/空気熱交換器11で冷媒
を加熱する従来の場合、暖房時の外気温度が 7℃とすれ
ば、その成績係数が 5.6程度であり、成績係数を向上で
き、排熱の回収効率を高くできるとともに省エネルギー
性をも向上できる。
【0020】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
1に係る発明の固体高分子型燃料電池発電設備の排熱回
収システムによれば、室内側熱交換器と室外側熱交換器
とを冷媒回路を介して接続したエアコンに対して、燃料
電池からの排熱で冷媒回路の冷媒を加熱できるようにす
るから、燃料電池からの排熱を暖房用熱源に有効に利用
でき、排熱の回収効率を向上できる。
【0021】また、請求項2に係る発明の固体高分子型
燃料電池発電設備の排熱回収システムによれば、、冷房
時の除湿運転時の再加熱に際し、燃料電池からの排熱と
して発生する温水を室内側除湿用水/空気熱交換器に供
給できるようにするから、燃料電池からの排熱を冷房時
の除湿運転時の熱源に有効に利用でき、排熱の回収効率
を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体高分子型燃料電池発電設備の
排熱回収システムの実施例を示すシステム構成図であ
る。
【図2】図1の要部の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
1…燃料電池 2…貯湯槽 3…温水循環配管 11…室外側冷媒/空気熱交換器 13…室内側熱交換器 15…冷媒回路 16…暖房用水/冷媒熱交換器 19…暖房用補助配管 22…除湿用水/空気熱交換器 24…除湿用補助配管

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気と熱とを発生させる固体高分子型の
    燃料電池の排熱を利用して、暖房を行う室内側熱交換器
    に冷媒回路を介して接続されて暖房時に冷媒を加熱する
    暖房用水/冷媒熱交換器と、 前記暖房用水/冷媒熱交換器と前記室内側熱交換器に冷
    媒回路を介して接続される室外側冷媒/空気熱交換器と
    の切り替え機構と、 前記燃料電池と前記燃料電池から発生する排熱を貯める
    貯湯槽とにわたって接続される温水循環配管と前記暖房
    用水/冷媒熱交換器とを接続する暖房用補助配管と、 前記温水循環配管と前記暖房用補助配管とを前記燃料電
    池の排熱として発生する温水を前記暖房用水/冷媒熱交
    換器に供給可能な状態に接続する暖房用切り替え機構と
    を備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池発電設
    備の排熱回収システム。
  2. 【請求項2】 電気と熱とを発生させる固体高分子型の
    燃料電池の排熱を利用して除湿を行う室内側除湿用水/
    空気熱交換器と、 前記燃料電池と前記燃料電池から発生する排熱を貯める
    貯湯槽とにわたって接続される温水循環配管と前記除湿
    用水/空気熱交換器とを接続する除湿用補助配管と、 前記温水循環配管と前記除湿用補助配管とを前記燃料電
    池の排熱として発生する温水を前記除湿用水/空気熱交
    換器に供給可能な状態に接続する除湿用切り替え機構と
    を備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池発電設
    備の排熱回収システム。
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