JP2004214028A

JP2004214028A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2004214028A
Application number: JP2002382507A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Izaki; 博和井崎
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】燃料電池の排熱の熱エネルギーを効率よく貯湯、給湯に利用するための燃料電池システムに関する。また、複数の系統に湯を供給する小型の燃料電池システムを提供することにある。
【解決手段】燃料電池用システムにおいて、貯湯タンク５０１内の上側に、暖房用熱交換コイル６０５または風呂用熱交換コイル６０７を配置する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムに関し、特に燃料電池からの排熱により加熱された湯を貯湯、給湯するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギー変換効率が高く、かつ、発電反応により有害物質を発生しない燃料電池が注目を浴びている。こうした燃料電池の一つとして、１００℃以下の低温で作動する固体高分子型燃料電池が知られている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池は、電解質膜である固体高分子膜を燃料極と空気極との間に配した基本構造を有し、燃料極に水素を含む燃料ガス、空気極に酸素を含む酸化剤ガスを供給し、以下の電気化学反応により発電する装置である。固体高分子型燃料電池は、エネルギー変換効率および安全性が高いため、発電の際に発生する熱を給湯等に利用することで総合的に熱効率を向上させるコージェネレーションシステムについて検討がなされている。
【０００４】
コージェネレーションシステムでは、エネルギーの有効利用を図るために、固体高分子型燃料電池の排熱エネルギーの熱交換により得られた湯を回収した貯湯・給湯システムが考えられる。貯湯、給湯効率を高める方法として、貯湯槽を複数設け、各貯湯槽に用途に合わせた温度の湯を貯湯する燃料電池発電システムが提案されている（特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、複数の貯湯槽を設けることは、燃料電池システムの小型化という観点では適当ではなかった。また、給湯、風呂等の各用途に応じた温度の湯を別々に貯湯しておく必要があり、システム全体の運転コストを向上させるという観点からも改善の余地があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−７５３９０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情に鑑み、本発明の目的は、燃料電池の排熱の熱エネルギーを効率よく貯湯、給湯に利用するための燃料電池システムに関する。また、本発明の別の目的は、複数の系統に湯を供給する小型の燃料電池システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、燃料電池本体と、前記燃料電池本体から発生する熱を回収する冷却水循環部と、前記冷却水循環部に連通する貯湯タンクと、前記貯湯タンクの内部に配置された風呂用熱交換コイルまたは暖房用熱交換コイルと、前記貯湯タンクに連通する給湯用流路と、を有することを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムにおいては、貯湯タンク内に風呂用熱交換コイルまたは暖房用熱交換コイルが配置されているため、貯湯タンク内の湯を用いてこれらの熱交換コイルの温度調節が可能である。また、一の缶体に給湯用流路に加え風呂用流路または暖房用流路が設けられた１缶２水路式または１缶３水路式の構成とすることができる。したがって、小型でエネルギー効率の高い燃料電池システムとすることができる。
【００１０】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記給湯用流路は、前記貯湯タンクの底部に連通する第一の給湯用副流路と、前記風呂用熱交換コイルまたは前記暖房用熱交換コイルの底部よりも下方にて前記貯湯タンク中に連通する第二の給湯用副流路と、前記貯湯タンクの頂部に連通する第三の給湯用副流路と、前記第一の給湯用副流路、前記第二の給湯用副流路および前記第三の給湯用副流路に混合部を介して接続する給湯用主流路と、を有することができる。こうすることにより、給湯温度に応じて給湯に用いる副流路を切り替えることができる。したがって、効率よく給湯を行うことができる。
【００１１】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記風呂用熱交換コイルおよび前記暖房用熱交換コイルが、ともに前記貯湯タンクの上側部分に配置された構成とすることができる。「上側部分」とは、貯湯タンクの中央より上方に位置することをいう。こうすることにより、熱交換コイルをより高温に加熱することができる。本発明の燃料電池システムにおいて、前記風呂用熱交換コイルおよび前記暖房用熱交換コイルが、いずれか一方が他方を内包する姿態で前記貯湯タンクの内部に配置されている構成とすることができる。こうすることにより、貯湯タンクを小型化することができる。
【００１２】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記貯湯タンクの底部に連通する第一の配管と、前記風呂用熱交換コイルまたは前記暖房用熱交換コイルの底部よりも下方にて前記貯湯タンク中に連通する第二の配管と、前記貯湯タンクの頂部に連通する第三の配管と、前記第一の配管、前記第二の配管および前記第三の配管に接続し、熱回収部を備える補助熱源機と、前記貯湯タンクの蓄熱量を考慮して前記第一の配管および前記第二の配管から前記補助熱源機への給湯量を調節する制御部と、を有する構成とすることができる。
【００１３】
補助熱源機を設けることにより、追い焚きが可能となり、制御部において確実に給湯温度を制御し、効率よく給湯を行うことができる。このとき、貯湯タンクの蓄熱量に応じて第一の配管または第二の配管を切り替えて補助熱源機に給湯することにより、最低限の追い焚きで所望の温度の湯を供給することができるため、エネルギー効率を向上させることができる。
【００１４】
本発明の燃料電池用システムにおいて、前記暖房用熱交換コイルにシスターンタンクおよび自給ポンプが連通し、前記シスターンタンクの水面が前記暖房用熱交換コイルの底部よりも下方に設けられている構成とすることができる。こうすることにより、暖房用熱交換コイル内が負圧となるため、熱交換コイルに損傷が生じた際に、貯湯タンク内に熱交換コイル内の水が流入することが防止される。したがって、燃料電池システムの安全性をさらに向上させることができる。
【００１５】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記シスターンタンクと前記自給ポンプとを接続する副流路が設けられ、前記副流路に前記暖房用熱交換コイルが連通している構成とすることができる。こうすることにより、暖房用の循環水をシスターンタンク内に帰還させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、燃料電池の発電に伴う排熱を給湯等に用いる燃料電池システムに関する。以下、１缶３水路式の貯湯タンクを有する燃料電池システムを例に、好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
本実施形態は、燃料電池の排熱の熱エネルギーを給湯、風呂、および暖房に用いる燃料電池システムに関する。図１は、本実施形態に係る燃料電池システムを家庭に設置した場合の系統を示す図である。図１に示されるように、建家１００には低圧電灯線１０１、電力量計１０２、および分電盤１０３を経て、商用電源が供給されている。この商用電源は、第１のケーブル１０４を経て、エアコン１０５、テレビジョン１０６等に供給されている。また、分電盤１１１から第２の配管１０７を経てパーソナルコンピュータ１０８、照明１０９、冷蔵庫１１０等に供給されている。第１のケーブル１０４を経て、エアコン１０５、テレビジョン１０６等に供給されている。また、風呂１１３には温水が供給される。一方、コージェネレーションタイプの燃料電池システム６０１が建家１００の外に設置されており、このシステムより、電力および温水が供給される。ここでは、一戸建ての住宅に燃料電池システム６０１を設置した例を示したが、アパートやマンション等の集合住宅に設置してもよい。
【００１８】
図２は、図１における燃料電池システム６０１の概略構成を示す図である。燃料電池システム６０１は、固体高分子電解質型燃料電池の燃料電池４０６による電力と、その発電によって生じた熱を利用する、いわゆるコージェネレーションタイプのシステムとなっている。発電により生じた熱は温水の供給という形で利用される。この温水は、いったん貯湯タンク５０１に蓄えられ、暖房や風呂の温水供給に利用されるようになっている。
【００１９】
燃料供給源４０１は、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタン等の燃料ガスを燃料電池４０６の燃料の供給源として供給する。脱硫器４０２は、燃料ガスから硫黄成分を除去する。改質装置４１３は、改質器４０３と、ＣＯ変成器４０４と、ＣＯ除去器４０５とを含む。改質器４０３は、燃料ガスから水素、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成する。ここで、図示していないが、改質器４０３における化学反応は吸熱反応であるので、改質器４０３にはバーナを設け、常時加熱しながら化学反応を行うのが好ましい。
【００２０】
ＣＯ変成器４０４は、改質器４０３により生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成する。ＣＯ除去器４０５は、ＣＯ変成器４０４により変成されたガス中の未変性の一酸化炭素を除去する。ここでも図示していないが、ＣＯ変成器４０４およびＣＯ除去器４０５では発熱反応が行われるため、発熱反応により発生した熱を冷却する冷却部を設けることもできる。
【００２１】
燃料供給源４０１と脱硫器４０２とは、ガス管４１７により接続される。ガス管４１７には、電磁開閉弁４１８および昇圧ポンプ４１９が設けられる。また、脱硫器４０２と改質装置４１３とはガス管４２２により接続される。ここで、図示していないが、改質装置４１３において、改質器４０３、ＣＯ変成器４０４、およびＣＯ除去器４０５はそれぞれガス管により接続されている。
【００２２】
燃料電池４０６は、燃料極４０６ａおよび空気極４０６ｂを含む。燃料電池４０６は、改質ガスと酸素とを反応させて電力を発生させる。燃料極４０６ａには燃料である水素（改質ガス）が、空気極４０６ｂには空気中の酸素が供給され、これにより燃料電池４０６において電気化学反応が起こり、電力を取り出すことができる。燃料電池４０６から取り出された電力は、配線４３４を介して電力交換装置４５７に伝達される。
【００２３】
燃料電池４０６で行われる電気化学反応では、活性化過電圧、濃度過電圧、抵抗過電圧により熱が発生する。そのため、本実施の形態における燃料電池システム６０１において、燃料電池４０６は、空気極４０６ｂで発生した熱を冷却する冷却部４０６ｃをさらに含む。
【００２４】
燃料極４０６ａには、改質装置４１３で改質された改質ガスが配管４２４を介して供給される。ここで、上述したように、燃料電池４０６の高分子電解質膜の乾燥を避けるために、改質ガスは水タンク４１１を通過した後に燃料極４０６ａに供給される。また、空気極４０６ｂには、空気供給源４３０から空気中の酸素が配管４３１および配管４３１を介して供給される。ここでも、燃料電池４０６の高分子電解質膜の乾燥を避けるために、酸素は水タンク４１２を通過した後に空気極４０６ｂに供給される。空気極４０６ｂは、配管４６９を介して熱回収用熱交換器５０３に接続される。熱回収用熱交換器５０３には、排気ダクトおよびドレン水配管（ともに不図示）が接続される。燃料極４０６ａからの改質ガスは、再び改質器４０３に循環される。
【００２５】
冷却部４０６ｃには、水タンク４１２から昇圧ポンプ４６３を介して水が供給される。なお、ここでは、冷却部４０６ｃが空気極４０６ｂを冷却する構成としているが、冷却部４０６ｃが燃料極４０６ａを冷却する構成とすることもできる。この場合、冷却部４０６ｃには、水タンク４１１から昇圧ポンプを介して水が供給される構成とすることができる。また燃料極４０６ａおよび空気極４０６ｂの両方を冷却する構成とすることもできる。冷却部４０６ｃを通過した水は配管４６５を介して熱回収用熱交換器５０５に導入される。熱回収用熱交換器５０５を通過し、水タンク４１２に帰還する。なお、図示していないが、配管５２６にはドレン水配管が接続されてもよい。また、ヒーター６０３は後述するように、図３における補助熱源機６１３に対応している。
【００２６】
水処理装置５０９は、水供給源５１０から供給された市水を純水にする処理を行う。水タンク５０７は、水処理装置５０９において処理された純水を貯留する。水処理装置５０９において処理された純水は、昇圧ポンプ５２０により、配管４６７を介して水タンク４１１および水タンク４１２に搬送される。水タンク５０７と改質装置４１３との間は昇圧ポンプ５２４が設けられた配管５２２により接続され、改質装置４１３には、水タンク５０７からの純水が供給される。また、水供給源５１０からの水は、水道管５１５を通じて貯湯タンク５０１の底部から貯湯タンク５０１にも供給される。
【００２７】
貯湯タンク５０１は、昇圧ポンプ４４６により温水配管４４３を介して熱回収用熱交換器５０３と接続されているとともに、昇圧ポンプ４４５により温水配管４４２を介して熱回収用熱交換器５０５と接続されている。空気極４０６ｂから配管４６９に導出された空気は、燃料電池４０６の発熱反応によって温度上昇しており、この温度上昇した排気空気は、熱回収用熱交換器５０３で熱回収される。これにより、貯湯タンク５０１から循環された水が温められ、温水配管４４３を介して貯湯タンク５０１に帰還する。
【００２８】
同様に、冷却部４０６ｃを通過した水は発電の際に生じる熱を吸収して温度上昇しており、この温度上昇した水は熱回収用熱交換器５０５において、温水配管４４２を介して導入された貯湯タンク５０１からの水と熱交換する。そのため、貯湯タンク５０１の水が温度上昇し、水タンク４１２の水の温度が低下する。これにより、水タンク４１２の水が冷却部４０６ｃを循環して、燃料電池４０６を冷却することができる。また、貯湯タンク５０１の水は発電の際に生じる熱を利用して温度上昇させることができるため、この熱を利用して市水から温水を生成し、この温水は、家庭において後述するように風呂やキッチンの給湯や、暖房等に利用することができる。
【００２９】
電力交換装置４５７は、昇圧コンバータとインバータとを含む。昇圧コンバータは、燃料電池４０６により発電された電力をインバータに必要な電圧にまで昇圧する。インバータからの電力は系統４５９および蓄電部５３２に送られる。
【００３０】
系統４５９は、たとえば単相３線の１００Ｖ／２００Ｖの電源として図示しない電気配線を介して家庭に供給される。また、電力交換装置４５７のインバータは、貯湯タンク５０１ヘも電気的に接続されている。
【００３１】
次に、貯湯タンク５０１周辺の構成について説明する。図３は、貯湯タンク５０１とその周辺の構成を説明するための図である。図３に示されるように、貯湯タンク５０１の頂部はバキュームブレーカー６５７に接続しているため、貯湯タンク５０１内が負圧となった際に外気が貯湯タンク５０１に供給され、流路から水が逆流しないようになっている。
【００３２】
貯湯タンク５０１中には暖房用熱交換コイル６０５および風呂用熱交換コイル６０７が設けられている。暖房用熱交換コイル６０５は配管６５３および配管６５５から暖房系に接続している。また、風呂用熱交換コイル６０７は、ポンプ６２９を有する配管６４９および水位センサ６２１を有する配管６５１から風呂６０９へ接続している。
【００３３】
このように、風呂用熱交換コイルおよび暖房用熱交換コイルを貯湯タンク５０１内に通すことにより、風呂用熱交換コイルおよび暖房用熱交換コイルを流れる水を間接的に加熱することが可能となる。よって、システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【００３４】
ここで、配管６５３は配管６５９からシスターンタンク６１１に接続し、また配管６５５は電磁弁６２５を有する配管６６１からシスターンタンク６１１に接続している。シスターンタンク６１１の水面は、貯湯タンク５０１の水面より低位置とする。図３では、シスターンタンク６１１の水面の高さが暖房用熱交換コイル６０５の底部よりも高さａだけ低い位置となっている。このようにしておくことによって、暖房用熱交換コイル６０５内が負圧となり、圧力損失が生じる。よって、暖房用熱交換コイル６０５の破損時に貯湯タンク５０１内に暖房用熱交換コイル６０５へと水が流出せずに、暖房用熱交換コイル６０５側に吸引される構成とすることができる。したがって、貯湯タンク５０１内の汚染が抑制され、安全性を向上させることができる。なお、ポンプ６２７はたとえば自給ポンプとすることができる。
【００３５】
次に貯湯タンク５０１の熱供給ライン側に設けられた配管について説明する。貯湯タンク５０１の頂部には配管６４３が設けられている。また、暖房用熱交換コイル６０５および風呂用熱交換コイル６０７のうち低位置に位置する熱交換コイル（図３では風呂用熱交換コイル６０７）の底部よりも低い位置に配管６４１が設けられている。そして貯湯タンク５０１の底部には配管６３９が設けられ、混合弁６１９を介して給湯系に接続する配管６４５に接続している。また、配管６４５に連通し、電磁弁６２３を有する配管６４７は、配管６４９にも接続している。貯湯タンク５０１の頂部、配管６４１と略等しい高さ（以下、「中部」ともいう。）、および底部にそれぞれ温度センサなどの蓄熱量測定手段（不図示）を有する。
【００３６】
つづいて貯湯タンク５０１の補助熱源機６１３側に設けられた配管について説明する。貯湯タンク５０１の頂部には配管６３７が設けられている。また、暖房用熱交換コイル６０５および風呂用熱交換コイル６０７のうち、低位置に位置する熱交換コイル（図３における風呂用熱交換コイル６０７）の底部よりも低い位置に配管６３５が設けられている。そして底部には配管６３３が設けられ、切替弁６１７を介して補助熱源機６１３に接続する配管６３１に接続している。補助熱源機６１３には熱回収部６１５が設けられている。
【００３７】
貯湯タンク５０１、補助熱源機６１３、および水位センサ６２１には制御部６６３が接続しており、給湯系への給湯、風呂６０９への給湯、および暖房系への加熱を制御している。図６は、貯湯タンク５０１の制御系を示すブロック図である。図６に示されるように、制御部６６３には、貯湯タンク５０１の頂部、中部、および底部の３カ所に設けられた上述の蓄熱量測定手段によって測定される温度Ｔ_１、Ｔ_２、およびＴ_３と、温度設定手段６７５に入力されている所定の温度Ｔ_ｒについての情報が伝達される。そして、給湯を行う場合には、貯湯タンク５０１の頂部、中部、底部から配管６４３、配管６４１、および配管６３９を介して混合弁６１９に供給するそれぞれの湯量を制御する。また、追い焚きを行う際には、配管６３３または配管６３５から切替弁６１７を介して補助熱源機６１３に供給するそれぞれの湯量を制御する。
【００３８】
図７は、制御部６６３の動作を示すフローチャートである。制御部６６３は、給湯を行う場合（Ｓ１０１のＹｅｓ）、Ａすなわち給湯を開始し、暖房を行う場合（Ｓ１０３のＹｅｓ）、Ｂすなわち暖房を開始し、風呂への給湯を行う場合（Ｓ１０５のＹｅｓ）、Ｃすなわち風呂への給湯を開始し（Ｓ１０６）、終了（Ｓ１０８のＹｅｓ）までこれを行う。
【００３９】
図８は、図７のフローチャートの詳細図であり、ステップ１０２の詳細を示す。まず温度設定手段６７５に入力された温度Ｔ_ｒとＴ_１とをまず比較し、Ｔ_ｒ＞Ｔ_１の場合（Ｓ１０７のＹｅｓ）、補助熱源機６１３において追い焚きを開始する（Ｓ１０８）。追い焚きの際には、配管６３３から補助熱源機６１３へと導入した湯を加熱し、配管６３７から貯湯タンク５０１に戻す。貯湯タンク５０１内の湯は上部ほど高温であるため、配管６３７から戻すことにより、追い焚きで加熱された湯を効率よく用いることができる。そして、Ｔ_１≧Ｔ_ｒ _、となったら（Ｓ１０９のＹｅｓ）、貯湯タンク５０１の頂部および中部から配管６４３および配管６４１を介して混合弁６１９に所定量の湯を供給し、Ｔ_ｒの湯を配管６４５から供給する（Ｓ１１０）。
【００４０】
なお、ステップ１０８で追い焚きを行う際に、貯湯タンク５０１の蓄熱量に応じて補助熱源機６１３への給湯について、制御部６６３にて、配管６３３からと配管６３５からとを切り替えてもよい。こうすることにより、より効率よく追い焚きを行うことができる。
【００４１】
また、Ｔ_２＜Ｔ_ｒ≦Ｔ_１の場合（Ｓ１１１のＹｅｓ）も同様に貯湯タンク５０１の頂部および中部から給湯を行う（Ｓ１１０）。また、Ｔ_３＜Ｔ_ｒ≦Ｔ_２の場合（Ｓ１１２のＹｅｓ）、貯湯タンク５０１の中部および底部から配管６４１および配管６３９を介して混合弁６１９に所定量の湯を供給し、Ｔ_ｒの湯を配管６４５から供給する（Ｓ１１５）。さらに、Ｔ_３≧Ｔ_ｒの場合（Ｓ１１２のＮｏ）、水道管５１５から市水を貯湯タンク５０１に導入する（Ｓ１１３）。そして、Ｔ_３＜Ｔ_ｒとなったら（Ｓ１１４のＮｏ）となったら貯湯タンク５０１の中部および底部から給湯を行う（Ｓ１１５）。以上のように、Ｔ_ｒに応じたステップにより、終了（Ｓ１１６のＹｅｓ）まで給湯を行う。
【００４２】
以上のように、本実施形態では、貯湯タンク５０１の頂部ほど高温であることを利用して、温度設定手段６７５にて設定された温度に応じて、貯湯タンク５０１における給湯位置を制御部６６３にて制御している。このようにすると、不要な追い焚きをせずに効率よく給湯を行うことができる。
【００４３】
暖房用熱交換コイル６０５、風呂用熱交換コイル６０７における温度制御も同様にして行う。ただし、風呂用熱交換コイル６０７から風呂６０９への給湯時には、水位センサ６２１にて計測される風呂６０９の水位を参照し、制御部６６３にて給湯量を制御する。また、とくに暖房の場合、より高温の湯が必要とされることが多いことから、補助熱源機６１３にてたとえば８０℃〜９０℃程度に加熱された湯を用いる必要がある場合がある。この場合にも、追い焚きされた湯を配管６３７から貯湯タンク５０１に戻すことにより、貯湯タンク５０１頂部を介して、暖房用熱交換コイル６０５を効率よく加熱することができる。
【００４４】
次に、本実施形態でにおいては、暖房用熱交換コイル６０５および風呂用熱交換コイル６０７として、たとえば螺旋を巻いた形状のものを用いる。
【００４５】
また、暖房用熱交換コイル６０５と風呂用熱交換コイル６０７とを、貯湯タンク５０１の中央より上方に対向配置させた構成としてもよい。図４は、暖房用熱交換コイル６０５と風呂用熱交換コイル６０７とを配管６４１および配管６３５の上方に対向配置した構成を示す図である。さらに、暖房用熱交換コイル６０５と風呂用熱交換コイル６０７の一方の内部の空間に他方を配した構成とすることもできる。図５は、このような暖房用熱交換コイル６０５と風呂用熱交換コイル６０７の配置を示す図である。こうすることにより、熱交換コイルの存在領域の体積を減少させることができるため、貯湯タンク５０１をさらに小型化することができる。なお、図５においては、暖房用熱交換コイル６０５の内部に風呂用熱交換コイル６０７が配置されているが、この逆の配置としてもよい。
【００４６】
（第２の実施形態）
本実施形態は、暖房用熱交換コイル６０５からの水をシスターンタンク６１１で吸引する態様に関する。本実施形態の燃料電池システムは第１の実施形態と同様であるが、貯湯タンク５０１周辺の構成が一部異なる。以下、第１の実施形態と異なる点のみ説明する。
【００４７】
図９は、図２の燃料電池システムの暖房用熱交換コイル６０５周辺の構成を示す図である。図９に図示されない構成は、第１の実施形態と同様である。図９に示されるように、暖房用熱交換コイル６０５は配管６７７および配管６７９に接続している。
【００４８】
暖房用熱交換コイル６０５の湯は配管６７９から配管６８３を経由して暖房系に導入される。また暖房系からの水は配管６８５からシスターンタンク６１１へと戻るようになっている。シスターンタンク６１１には、予め配管６８９から市水６８７を導入しておく。そしてポンプ６２９を自給ポンプとすることにより、暖房用熱交換コイル６０５からの水がシスターンタンク６１１の水によりポンプ６２９によって吸引される。このため、暖房系への給湯をより簡便に行うことが可能となる。
【００４９】
以上、本発明を実施の形態に基づき説明した。これらの実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各製造工程の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５０】
たとえば、本実施の形態においては、給湯、風呂、および暖房に用いる水路を有する燃料電池システムを例に説明したが、暖房にかわり融雪に用いる水路を有する燃料電池システムとすることもできる。また、暖房用熱源機を有するいわゆる２缶３水路式の構成とすることもできる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、燃料電池の排熱の熱エネルギーを効率よく貯湯、給湯に利用するための燃料電池システムが実現される。また、本発明によれば、複数の系統に湯を供給する小型の燃料電池システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る燃料電池システムを住宅に配設した構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る燃料電池システムを示す図である。
【図３】図２の燃料電池システムの貯湯タンク周辺の構成を示す図である。
【図４】暖房用熱交換コイルと風呂用熱交換コイルの配置を示す図である。
【図５】暖房用熱交換コイルと風呂用熱交換コイルの配置を示す図である。
【図６】貯湯タンクの制御系を示すブロック図である。
【図７】制御部の動作を示すフローチャートである。
【図８】図７のフローチャートの詳細図である。
【図９】図２の燃料電池システムの暖房用熱交換コイル周辺の構成を示す図である。
【符号の説明】
１００建家、１０１低圧電灯線、１０２電力量計、１０３分電盤、１０４第１のケーブル、１０５エアコン、１０６テレビジョン、１０７第２の配管、１０８パーソナルコンピュータ、１０９照明、１１０冷蔵庫、１１１分電盤、１１３風呂、１１４給湯器、４０１燃料供給源、４０２脱硫器、４０３改質器、４０４ＣＯ変成器、４０５ＣＯ除去器、４０６燃料電池、４０６ａ燃料極、４０６ｂ空気極、４０６ｃ冷却部、４１１水タンク、４１２水タンク、４１３改質装置、４１７ガス管、４１８電磁開閉弁、４１９昇圧ポンプ、４２２ガス管、４２４配管、４３０空気供給源、４３１配管、４３４配線、４４２温水配管、４４３温水配管、４４５昇圧ポンプ、４４６昇圧ポンプ、４５７電力交換装置、４５９系統、４６３昇圧ポンプ、５０１貯湯タンク、５０３熱回収用熱交換器、５０５熱回収用熱交換器、５０７水タンク、５０９水処理装置、５１０水供給源、５１５水道管、５２０昇圧ポンプ、５２２配管、５２４昇圧ポンプ、５２６配管、６０１燃料電池システム、６０３ヒーター、６０５暖房用熱交換コイル、６０７風呂用熱交換コイル、６０９風呂、６１１シスターンタンク、６１３補助熱源機、６１５熱回収部、６１７切替弁、６１９混合弁、６２１水位センサ、６２３電磁弁、６２５電磁弁、６２７ポンプ、６２９ポンプ、６３１配管、６３３配管、６３５配管、６３７配管、６３９配管、６４１配管、６４３配管、６４５配管、６４７配管、６４９配管、６５１配管、６５３配管、６５５配管、６５７バキュームブレーカー、６５９配管、６６１配管、６６３制御部、６７５温度設定手段、６７７配管、６７９配管、６８３配管、６８５配管、６８７市水、６８９配管。

Claims

燃料電池本体と、
前記燃料電池本体から発生する熱を回収する冷却水循環部と、
前記冷却水循環部に連通する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの内部に配置された風呂用熱交換コイルまたは暖房用熱交換コイルと、
前記貯湯タンクに連通する給湯用流路と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記給湯用流路は、
前記貯湯タンクの底部に連通する第一の給湯用副流路と、
前記風呂用熱交換コイルまたは前記暖房用熱交換コイルの底部よりも下方にて前記貯湯タンク中に連通する第二の給湯用副流路と、
前記貯湯タンクの頂部に連通する第三の給湯用副流路と、
前記第一の給湯用副流路、前記第二の給湯用副流路および前記第三の給湯用副流路に混合部を介して接続する給湯用主流路と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
請求項１または２に記載の燃料電池システムにおいて、前記風呂用熱交換コイルおよび前記暖房用熱交換コイルが、ともに前記貯湯タンクの上側部分に配置されたことを特徴とする燃料電池システム。
請求項１乃至３いずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記風呂用熱交換コイルおよび前記暖房用熱交換コイルが、いずれか一方が他方を内包する姿態で前記貯湯タンクの内部に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
請求項１乃至４いずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記貯湯タンクの底部に連通する第一の配管と、
前記風呂用熱交換コイルまたは前記暖房用熱交換コイルの底部よりも下方にて前記貯湯タンク中に連通する第二の配管と、
前記貯湯タンクの頂部に連通する第三の配管と、
前記第一の配管、前記第二の配管および前記第三の配管に接続し、熱回収部を備える補助熱源機と、
前記貯湯タンクの蓄熱量を考慮して前記第一の配管および前記第二の配管から前記補助熱源機への給湯量を調節する制御部と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
請求項１乃至５いずれかに記載の燃料電池用システムにおいて、前記暖房用熱交換コイルにシスターンタンクおよび自給ポンプが連通し、前記シスターンタンクの水面が前記暖房用熱交換コイルの底部よりも下方に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、前記シスターンタンクと前記自給ポンプとを接続する副流路が設けられ、前記副流路に前記暖房用熱交換コイルが連通していることを特徴とする燃料電池システム。