JP2006032140A - 燃料電池コージェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 １つの電気ヒータにより、燃料電池発電時において貯湯水を緩やかに加熱することができるとともに、燃料電池の暖機時及び停止時においても貯湯水を加熱することができるように構成された燃料電池コージェネレーションシステムを提供する。
【解決手段】 燃料電池１と、冷却水循環経路８と、冷却水循環手段８Ａと、第１の熱交換器１２と、貯湯水循環経路１４と、貯湯タンク１３と、貯湯水循環手段１００と、第１の熱交換器１２と第２の熱交換器１０３Ｅ、熱媒体循環経路１０３Ｃ、電気ヒータ１０３Ａ、及び熱媒体循環手段１０３Ｂを有する間接加熱部１０３と、冷却水循環手段８Ａ、貯湯水循環手段１００、熱媒体循環手段１０３Ｂ及び電気ヒータ１０３Ａを制御する制御装置１０４とを備え、制御装置１０４の制御により、冷却水の循環により回収される燃料電池１の排熱及び間接加熱部１０３の熱が、貯湯水の循環により貯湯タンク１３に貯えられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池コージェネレーションシステム、特に電気ヒータを有する燃料電池コージェネレーションシステムに関するものである。

燃料電池は、電気化学反応に伴う発熱を除熱し、電気化学反応に最適な温度状態に燃料電池を維持すべく、冷却システムを設けている。燃料電池コージェネレーションシステムは、この冷却システムから回収される熱を一般的には湯水として貯え、外部への熱供給に有効利用するものである。

また、燃料電池の発電時においては、一般的に、燃料電池の発電出力は系統連系されて外部電力負荷に供される。しかし、燃料電池の発電電力が余剰となる場合、電力系統側への逆潮が生じてしまう。そこで、燃料電池から電力系統側への逆潮防止回路と電気ヒータとを備えて、余剰の電力を用いて、貯湯槽（貯湯タンク）あるいは熱媒経路（冷却水循環経路あるいは貯湯水循環経路）内の熱媒（水）を電気ヒータで加熱するように構成されている燃料電池コージェネレーションシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、外部電力負荷の大きさと燃料電池の発電出力とを比較する負荷検知器と湯水を加熱するヒータとを備えて、余剰の発電電力を湯水の加熱に有効利用するとともに、余剰電力の有無にかかわらず、湯水の温度が低下する場合には、該ヒータを用いて湯水の加熱を行う燃料電池コージェネレーションシステムも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

他方で、燃料電池は、電気化学反応に適する温度状態にしないと発電運転を行うことができないため、燃料電池コージェネレーションシステムの起動時には燃料電池の暖機を行う必要がある。そこで、暖機時において貯えられている湯水を用いて冷却水を加熱し、冷却システムを燃料電池の暖機に応用する燃料電池コージェネレーションシステムが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００３−５６９０９号公報 特開２０００−３４０２４４号公報 特開２００３−２２３９１５号公報

しかしながら、これらの提案されている燃料電池コージェネレーションシステムでは、余剰の電力を用いて電気ヒータによって貯湯水循環経路の貯湯水を直接加熱すると、貯湯水の局所的な沸騰現象によって貯湯水循環経路内の脈動や極端なキャビテーションを招来し、ひいては貯湯水の循環支障や貯湯水循環経路の構成部材の損傷を招来する懸念があった。また、燃料電池の暖機においては、貯湯水温度の状況によっては燃料電池の暖機時間が長引いたり、暖機スピードの向上には貯湯水に加えて別のヒータによる昇温が必要となっていた。さらに、燃料電池の停止時において貯湯水温度の低下等の理由から貯湯水の沸き上げが必要な場合にもヒータによる貯湯水の加熱が必要であった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、１つの電気ヒータにより、燃料電池発電時において貯湯水を緩やかに加熱することができるとともに、燃料電池の暖機時及び停止時においても貯湯水を加熱することができるように構成された燃料電池コージェネレーションシステムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、燃料電池と、前記燃料電池の冷却水が流通する冷却水循環経路と、 前記冷却水循環経路の冷却水を循環する冷却水循環手段と、前記冷却水循環経路に配置された第１の熱交換器と、前記第１の熱交換器において前記冷却水と熱交換を行う貯湯水が流通する貯湯水循環経路と、上部接続口及び底部接続口において前記貯湯水循環経路に接続された積層沸き上げ方式の貯湯タンクと、前記貯湯水の循環方向を切り換えることができる貯湯水循環手段と、前記第１の熱交換器と前記貯湯タンクの上部接続口との間の前記貯湯水循環経路に配置された第２の熱交換器、前記第２の熱交換器において前記貯湯水と熱交換を行う熱媒体が流通する熱媒体循環経路、前記熱媒体循環経路に配置された電気ヒータ、及び前記熱媒体循環経路に配置された熱媒体循環手段を有する間接加熱部と、前記冷却水循環手段、前記貯湯水循環手段、前記熱媒体循環手段及び前記電気ヒータを制御する制御装置とを備え、前記制御装置の制御により、前記冷却水の循環により回収される前記燃料電池の排熱及び前記間接加熱部の熱が、前記貯湯水の循環により前記貯湯タンクに貯えられる（請求項１）。かかる構成とすると、間接加熱部の電気ヒータにより、燃料電池発電時において貯湯水を緩やかに加熱することができるとともに、燃料電池の暖機時及び停止時においても貯湯水を加熱することができるので、電気ヒータの配置数を少なくして燃料電池コージェネレーションシステムの構造を小型化及び合理化することができる。

本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、逆潮流電力検知手段をさらに備え、前記燃料電池の発電時において、前記燃料電池から電力系統への逆潮流電力を前記逆潮流検知手段が検出すると、前記制御装置の制御により、前記間接加熱部が起動し、かつ前記逆潮流電力が前記電気ヒータに給電される（請求項２）。かかる構成とすると、燃料電池の余剰電力は間接加熱部の電気ヒータによって消費されるので、燃料電池の余剰電力が電力系統へ逆潮流することを防止することができるとともに、間接加熱部の電気ヒータの発熱が前記熱媒体を介して前記貯湯水を緩やかに加熱して、該余剰電力を貯湯水の加熱に有効利用することができる。

本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、前記燃料電池の起動時において、前記制御装置の制御により、前記貯湯水が前記貯湯タンクの上部接続口から流出して循環されると共に、前記間接加熱部が起動される（請求項３）。かかる構成とすると、間接加熱部の電気ヒータの発熱が前記熱媒体を介して第１の熱交換器手前の貯湯水循環経路を流通する貯湯水を昇温させるので、燃料電池の暖機を促進することができる。

本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、前記燃料電池の停止時において、前記制御装置の制御により、定期的に、あるいは貯湯タンクへの給水が行われる都度、前記貯湯水が前記貯湯タンクの底部接続口から流出して循環されると共に、前記間接加熱部が起動される（請求項４）。かかる構成とすると、間接加熱部の電気ヒータの発熱が前記熱媒体を介して前記貯湯水を加熱して、貯湯水を沸き上げることができるので、燃料電池停止時において貯湯温度の低下を防止することができる。
本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、前記第２の熱交換器と前記貯湯タンクの上部接続口との間の前記貯湯水循環経路に配置された貯湯水温度検出器をさらに備え、前記燃料電池の発電時において、前記燃料電池から電力系統への逆潮流電力を前記逆潮流検知手段が検出すると、前記制御装置の制御により、前記貯湯水温度検出器の検出温度が一定になるように前記貯湯水の流量が調節される（請求項５）。かかる構成とすると、貯湯タンクに積層される貯湯水の温度が調節されるので、貯湯水の利用においても極端な湯温変動を軽減することができる。

本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、前記間接加熱部は、前記熱媒体循環経路に配置されて前記熱媒体を一時的に貯留するタンクと、前記タンク内の熱媒体の過熱を検知する過熱検知手段と、前記タンクに熱媒体を供給する熱媒体補給手段と、前記タンクの余剰の熱媒体をオーバーフローさせるオーバーフロー配管とをさらに有する（請求項６）。かかる構成とすると、過熱による電気ヒータの断線、絶縁劣化等を防止することができるので、燃料電池コージェネレーションシステムの信頼性を向上させることができる。
本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、前記貯湯タンクは、前記貯湯タンクの貯湯温度分布を検出する貯湯タンク温度検出器を備え、前記燃料電池停止時において、貯湯タンク内の貯湯水の温度が低下すると、前記制御装置の制御により、前記貯湯水が前記貯湯タンクの底部接続口から流出して循環されると共に、前記間接加熱部が起動されるように構成されている（請求項７）。かかる構成とすると、貯湯タンク内の貯湯状況に応じて、間接加熱部を起動させることができるので、燃料電池コージェネレーションシステムの湯水不足を機動的に回避することができる。

本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、１つの電気ヒータにより、燃料電池発電時において貯湯水を緩やかに加熱することができるとともに、燃料電池の暖機時及び停止時においても貯湯水を加熱することができるので、電気ヒータの配置数を少なくして燃料電池コージェネレーションシステムの構造を小型化及び合理化することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成を示す模式図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態１の燃料電池コージェネレーションシステムは、燃料電池１と、冷却水循環経路８と、第１の熱交換器１２と、貯湯タンク１３と、貯湯水循環経路１４と、間接加熱部１０３と、開閉部１０１と、制御装置１０４とを備えて構成されている。

冷却水循環経路８には、冷却水循環手段８Ａと、冷却水温度検出器８Ｂとが配置されている。そして、冷却水が冷却水循環手段８Ａによって燃料電池１と第１の熱交換器１２とを経由して循環するように構成されている。冷却水循環手段８Ａは、冷却水の循環流量を調節できるように構成されている。ここでは、流量調節が可能なポンプが用いられている。あるいは、ポンプと流量調節弁等の流量調節器とによって構成されていてもよい。

貯湯水循環経路１４には、貯湯水循環手段１００と、第１の貯湯水温度検出器１０８と、第２の貯湯水温度検出器１０９とが配置されている。そして、貯湯水が貯湯水循環手段１００によって貯湯タンク１３と第１の熱交換器１２と第２の熱交換器１０３Ｅを経由して循環するように構成されている。

貯湯タンク１３の貯湯方式は、上部に高温の貯湯水を蓄え、下部に比較的低温の貯湯水を蓄える積層沸き上げ方式である。貯湯水が貯湯タンク１３の上部接続口１３Ａ及び底部接続口１３Ｂを通って流通するように貯湯水循環経路１４に接続されている。

貯湯水循環手段１００は、貯湯水の循環流量を調節できるように構成されている。ここでは、流量調節が可能なポンプが用いられている。あるいは、ポンプと流量調節弁等の流量調節器とによって構成されていてもよい。また、貯湯水が貯湯タンク１３の底部接続口１３Ｂから上部接続口１３Ａへ循環する方向（図中矢印Ａ方向、「第１の循環方向」）と、貯湯水が貯湯タンク１３の上部接続口１３Ａから底部接続口１３Ｂへ循環する方向（図中矢印Ｂ方向、「第２の循環方向」）との両方向いずれにも循環方向を切り換えることができるように構成されている。ここでは、反転駆動可能なポンプが用いられている。あるいは、公知の経路構造によって実現してもよい（例えば、前記の特許文献３参照）。

インバータ１０５は、燃料電池１の直流電力を交流電力に変換する電力変換手段である。インバータ１０５の出力端子は、電力系統１０２の配電路に系統連系されて、外部電力負荷１０６に電力供給できるように接続されている。

第１の貯湯水温度検出器１０８と第２の貯湯水温度検出器１０９とは、第１の熱交換器１２の出入口部近傍の貯湯水循環経路１４に配置されている。具体的な配置位置は第１の熱交換器１２に流出入する貯湯水温度が検出されればよい。したがって、貯湯水循環手段１００との貯湯水循環経路１４上の位置関係は構わないが、貯湯タンク１３及び第２の熱交換器１０３Ｅよりも第１の熱交換器１２に近い側の貯湯水循環経路１４にそれぞれ配置されている。

ここで、本発明においては各温度検出器（８Ａ，１０８，１０９、１１０，１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃ）には、熱電対がそれぞれ用いられている。また、その設置においては、そのタンクや経路部材（配管、溝部等）の温度を検出することによって冷却水及び貯湯水の温度を検出するように設置してもよい。

間接加熱部１０３は、電気ヒータ１０３Ａと、熱媒体循環手段１０３Ｂと、熱媒体循環経路１０３Ｃと、第２の熱交換器１０３Ｅとを有して構成されている。

電気ヒータ１０３Ａは、シースヒータ等公知の電気ヒータであり、熱媒体循環経路１０３Ｃを流通する熱媒体を加熱するように配置されている。

熱媒体循環手段１０３Ｂは、熱媒体循環経路１０３Ｃの熱媒体を循環させるように配置されている。ここでは、熱媒体には液体を用いており、熱媒体循環手段１０３Ｂは、熱媒体の循環流量を調節できるように構成されている。ここでは、流量調節が可能なポンプが用いられている。あるいは、ポンプと流量調節弁等の流量調節器とによって構成されていてもよい。

熱媒体循環経路１０３Ｃは、熱媒体が熱媒体循環手段１０３Ｂによって電気ヒータ１０３Ａと第２の熱交換器１０３Ｅとを経由して循環するように構成されている。

第２の熱交換器１０３Ｅは、貯湯水循環経路１４と熱交換をするように構成されている。そして、貯湯水循環経路１４の所定の場所に配置されている。すなわち、第２の熱交換器１０３Ｅは、貯湯水が第２の循環方向（図中矢印Ｂ方向）へと循環する際の上部接続口１３Ａと第１の熱交換器１２との間の貯湯水循環経路１４に配置されている。

開閉部１０１は、燃料電池１が系統連系される電力系統１０２と燃料電池１との間の配電路に配置され、燃料電池側接続端子１０１Ａ、電力系統側接続端子１０１Ｂ、電気ヒータ側接続端子１０１Ｃ及び逆潮流検出手段２０１を有して構成されている。そして、開閉部１０１は、燃料電池側電接続端子１０１Ａから電力系統側接続端子１０１Ｂへの逆潮流が発生すると自動的に燃料電池側接続端子１０１Ａと電力系統側接続端子１０１Ｂとの連系が遮断されるとともに、燃料電池側接続端子１０１Ａと電気ヒータ側接続端子１０１Ｃとが連系されるように構成されている。ここでは、逆潮流検出手段２０１として保護継電器が用いられ、開閉器が保護継電器に連動するように構成されている。

制御装置１０４は、各温度検出器（８Ａ，１０８，１０９）の検出温度に基づいて、冷却水循環手段８Ａ、貯湯水循環手段１００及び熱媒体循環手段１０３Ｂの流量をそれぞれ調整するように構成されている。また、逆潮流電力検出時には、開閉部１０１の信号に基づいて、熱媒体循環手段１０３Ｂを起動するように構成されている。

以上のように構成された実施の形態１に係る燃料電池コージェネレーションシステムの動作を説明する。

燃料電池コージェネレーションシステムの動作は、制御装置１０４によって制御されることにより遂行される。

燃料電池コージェネレーションシステムを起動する。具体的には、停止中の燃料電池コージェネレーションシステムの運転スイッチをＯＮにする。

燃料電池コージェネレーションシステムの起動によって、制御装置１０４によって、冷却水循環手段８Ａが起動され、冷却水が循環する。また、貯湯水循環手段１００が起動され、貯湯水循環経路１４の貯湯水は第２の循環方向（図中矢印Ｂ方向）に循環する。これによって、第１の熱交換器１２において、貯湯タンク１３の上部に貯留されていた高温の湯水の熱が冷却水の加熱に利用され、燃料電池１の暖機が行われる。

ここで、燃料電池１の起動から燃料電池が発電を開始するまでの間は燃料電池１の暖機が行われるので、燃料電池１の電気出力は発生しない。

また、制御装置１０４によって、間接加熱部１０３が起動される。すなわち、開閉部１０１において、電力系統側接続端子１０１Ｂと電気ヒータ側接続端子１０１Ｃとが接続され、電気ヒータ１０３Ａが発熱する。また、制御装置１０４によって、熱媒体循環手段１０３Ｂが起動され、熱媒体が循環する。これによって、燃料電池１の暖機においては貯湯水は第２の熱交換器１０３Ｅ経由後に第１の熱交換器１２を経由することになるので、電気ヒータ１０３Ａの発熱を第１の熱交換器１２における冷却水の加熱に効率よく利用することができ燃料電池１の暖機が促進される。

このとき、制御装置１０４によって、第１の貯湯水温度検出器１０８，第２の貯湯水温度検出器１０９により貯湯水循環経路１４の加熱された貯湯水の温度が検知され、貯湯水循環手段１００の循環流量と電気ヒータ１０３Ａへの給電量とが調節される。かかる調節には、電気ヒータ１０３Ａと開閉部１０１との電路に可変抵抗を配することによって行う（図示せず）。

燃料電池１の暖機が完了し、燃料電池１の発電開始後は、制御装置１０４によって、貯湯水循環経路１４の貯湯水は第１の循環方向（図中矢印Ａ方向）に循環方向が切り換えられる。これによって、燃料電池１の排熱を第１の熱交換器１２において、貯湯水に回収し、貯湯タンク１２の上部に高温の湯水を貯留する。

また、燃料電池１の発電出力と外部電力負荷１０６との需給バランスが崩れて電力の逆潮流が発生し、逆潮流電力検出手段２０１が逆潮流を検出すると、制御装置１０４によって間接加熱部１０３が略自動的に起動される。すなわち、開閉部１０１において、燃料電池側接続端子１０１Ａと電力系統側接続端子１０１Ｂとの連系が遮断されるとともに、燃料電池側接続端子１０１Ａと電気ヒータ側接続端子１０１Ｃとが連系される。そして、制御装置１０４によって、熱媒体循環手段１０３Ｂが起動され、熱媒体が循環する。これにより、逆潮流電力は、電気ヒータ１０３Ａで消費される。そして、ヒータ熱は熱媒体を介して第２の熱交換器１０３Ｅにおいて貯湯水の加熱に用いられる。ここで、電気ヒータ１０３Ａの熱が熱媒体を介して第２の熱交換器１０３Ｅにおいて貯湯水を緩やかに加熱するので、貯湯水の局所的な沸騰現象によって派生する貯湯水循環経路１４内の脈動や極端なキャビテーションを防止することができ、ひいては貯湯水の循環支障や貯湯水循環経路１４の構成部材の損傷を防止することができる。

また、燃料電池停止時においても、貯湯タンク１３に貯湯水を沸き上げることができる。すなわち、制御装置１０４によって、貯湯水循環手段１００が起動され、貯湯水循環経路１４の貯湯水は第１の循環方向（図中矢印Ａ方向）に循環する。また、制御装置１０４によって、間接加熱部１０３が起動される。すなわち、熱媒体循環手段１０３Ｂが起動され、熱媒体が循環させられる。そして、開閉部１０１において、電力系統側接続端子１０１Ｂと電気ヒータ側接続端子１０１Ｃとが連系され、電気ヒータ１０３Ａが発熱させられる。これによって、ヒータ熱は熱媒体を介して第２の熱交換器１０３Ｅにおいて貯湯水の加熱に利用され、貯湯タンク１３に貯湯水が沸き上げられる。貯湯水の沸き上げの時期は、定期的、あるいは貯湯タンクへの給水の都度に行う。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成を示す模式図である。

実施の形態２は、実施の形態１の貯湯水循環経路１４に第３の貯湯水温度検出器１１０が追加設置されている燃料電池コージェネレーションシステムである。したがって、実施の形態１と相違する部分についてのみ説明する。

第３の貯湯水温度検出器１１０は、第２の熱交換器１０３Ｅと貯湯タンク１３の上部接続口１３Ａとの間の貯湯水循環経路１４に配設されその出力が制御装置１０４に入力されている。

以上のように構成された実施の形態２に係る燃料電池コージェネレーションシステムの動作を説明する。

燃料電池１の起動後発電開始までの動作は実施の形態１と同じである。

燃料電池１発電開始後の動作も実施の形態１と同じである。ただし、逆潮流電力が発生し、第２の熱交換器１０３Ｅにおいて熱媒体による貯湯水の加熱が行われる時には、制御装置１０４によって、第３の貯湯水温度検出器１１０からの検知温度が一定（例えば、６０℃〜８０℃）になるように貯湯水の循環流量が調節される。これによって、貯湯タンク１３に上部より積層される湯水の温度が調節され、湯水の利用においても極端な湯温変動を軽減することができ、使い勝手のよい燃料電池コージェネレーションシステムとすることができる。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成を示す模式図である。

実施の形態３は、実施の形態２の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、熱媒体循環経路１０３Ｃにタンク１０３Ｄが配置され、タンク１０３Ｄには熱媒体補給手段（１１１，１１２）とオーバーフロー配管１１４とが配置されている燃料電池コージェネレーションシステムである。したがって、実施の形態２と相違する部分についてのみ説明する。

図３において、間接加熱部１０３の熱媒体には水が用いられている。そして、タンク１０３Ｄに補給水を供給する補給水配管１１２が設置されている。そして補給水配管１１２には電磁弁１１１が設置されており、その動作が制御装置１０４によって制御される（ここで、補給水配管１１２及び電磁弁１１１から熱媒体補給手段が構成されている）。また、タンク１０３Ｄにはタンク内水温の過昇温を検知する過昇温検知器１１３（過熱検知手段）が配置されており、その出力が制御装置１０４に入力されている。ここでは、バイメタルスイッチが用いられている。さらに、タンク１０３Ｄの上部には、オーバーフロー配管１１４が設置されている。これにより、タンク１０３Ｄの水位が異常上昇した場合に排水される。

以上のように構成された実施の形態３に係る燃料電池コージェネレーションシステムの動作を説明する。

燃料電池１の起動後発電開始までの動作は実施の形態２と同じである。

燃料電池１発電開始後の動作も実施の形態２と同じである。

ただし、燃料電池１の起動及び発電時において、過昇温検知器１１３によってタンク１０３Ｄ内の異常昇温が検知されると、制御装置１０４によって、電磁弁１１１が開栓されてタンク１０３Ｄに水が補給され異常昇温が解消される。これによって、過熱による電気ヒータ１０３Ａの断線、絶縁劣化等を防止することができ、燃料電池コージェネレーションシステムの信頼性を向上させることができる。タンク１０３Ｄへの水補給に伴うタンク１０３Ｄ内の水位上昇によるオーバーフロー水は、オーバーフロー配管１１４を介して、外部へ排出される。

（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成を示す模式図である。

実施の形態４は、実施の形態２の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、貯湯タンク１３に貯湯タンク温度検出器１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃが設けられ、その出力が制御装置１０４に入力されている燃料電池コージェネレーションシステムである。したがって、実施の形態２と相違する部分についてのみ説明する。

貯湯タンク温度検出器１１５Ａ，１１５Ｂ、１１５Ｃには、熱電対が用いられ、貯湯タンクの上部、中部及び下部の貯湯温度が検出されるように設置されている。

以上のように構成された実施の形態３に係る燃料電池コージェネレーションシステムの動作を説明する。

燃料電池１の起動後発電開始までの動作は実施の形態２と同じである。

燃料電池１発電開始後の動作も実施の形態２と同じである。

ただし、燃料電池１の発電時及び停止時において、貯湯タンク温度検出器１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃは貯湯タンク１３内の温度が制御装置１０４に入力され、制御装置１０４によって貯湯タンク１３内の温度の低下がチェックされる。ここでは、貯湯タンクの下部の貯湯温度を検出する貯湯タンク温度検出器１１５Ｃの検出値が所定の設定値（許容下限値）と比較され、許容下限値より低くなると、貯湯タンク１３内の温度が低下したと判定、すなわち温度低下を検出する。貯湯タンク内の温度の低下は、例えば、時間経過による貯湯水温度の低下、あるいは貯湯水使用に伴う水の補給によって生ずる。

かかる貯湯タンク１３内の温度の低下を検知すると、制御装置１０４によって間接加熱部１０３が起動される。すなわち、熱媒体循環手段１０３Ｂが起動されると共に、開閉部１０１において、電力系統側接続端子１０１Ｂと電気ヒータ側接続端子１０１Ｃとが連系され、電気ヒータ１０３Ａが発熱させられる。なお、燃料電池１の停止時においては、貯湯水循環手段１００が貯湯水を第１の循環方向（図中矢印Ａ方向）に循環されるように起動される。電気ヒータ１０３Ａの発熱によって熱媒体を介して第２の熱交換器１０３Ｅにおいて貯湯水が加熱され、貯湯水が貯湯タンク１３に沸き上げられる。そして、ここでは、貯湯タンク温度検出器１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃの全ての検出値が所定の設定値（許容上限値）と比較され、許容上限値より高くなると、貯湯タンク１３内の貯湯水が沸き上がったと判定され、間接加熱部１０３は停止される。

これによって、貯湯タンク１３内の貯湯状況に応じて、間接加熱部１０３を機動的に起動させることができるので、燃料電池コージェネレーションシステムの湯水不足、すなわち湯切れを機動的に回避することができる。

本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、１つの電気ヒータにより、燃料電池発電時において貯湯水を緩やかに加熱することができるとともに、燃料電池の暖機時及び停止時においても貯湯水を加熱することができるので、電気ヒータの配置数を少なくして小型化及び合理化された構造の燃料電池コージェネレーションシステムとして有用である。

本発明の実施の形態１に係る燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係る燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態４に係る燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 燃料電池
８ 冷却水循環経路
８Ａ 冷却水循環手段
８Ｂ 冷却水温度検出器
１２ 第１の熱交換器
１３ 貯湯タンク
１３Ａ 上部接続口
１３Ｂ 底部接続口
１４ 貯湯水循環経路
１００ 貯湯水循環手段
１０１ 開閉部
１０１Ａ 燃料電池側接続端子
１０１Ｂ 電力系統側接続端子
１０１Ｃ 電気ヒータ側接続端子
１０２ 電力系統
１０３ 間接加熱部
１０３Ａ ヒータ
１０３Ｂ 熱媒体循環手段
１０３Ｃ 熱媒体循環経路
１０３Ｄ タンク
１０３Ｅ 第２の熱交換器
１０４ 制御装置
１０５ インバータ
１０６ 外部電力負荷
１０８ 第１の貯湯水温度検出器
１０９ 第２の貯湯水温度検出器
１１０ 第３の貯湯水温度検出器
１１１ 電磁弁
１１２ 補給水配管
１１３ 過昇温検知器
１１４ オーバーフロー配管
１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃ 貯湯タンク温度検出器
２０１ 逆潮流検出手段

Claims (7)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池の冷却水が流通する冷却水循環経路と、
   前記冷却水循環経路の冷却水を循環する冷却水循環手段と、
   前記冷却水循環経路に配置された第１の熱交換器と、
   前記第１の熱交換器において前記冷却水と熱交換を行う貯湯水が流通する貯湯水循環経路と、
   上部接続口及び底部接続口において前記貯湯水循環経路に接続された積層沸き上げ方式の貯湯タンクと、
   前記貯湯水の循環方向を切り換えることができる貯湯水循環手段と、
   前記第１の熱交換器と前記貯湯タンクの上部接続口との間の前記貯湯水循環経路に配置された第２の熱交換器、前記第２の熱交換器において前記貯湯水と熱交換を行う熱媒体が流通する熱媒体循環経路、前記熱媒体循環経路に配置された電気ヒータ、及び前記熱媒体循環経路に配置された熱媒体循環手段を有する間接加熱部と、
   前記冷却水循環手段、前記貯湯水循環手段、前記熱媒体循環手段及び前記電気ヒータを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置の制御により、前記冷却水の循環により回収される前記燃料電池の排熱及び前記間接加熱部の熱が、前記貯湯水の循環により前記貯湯タンクに貯えられる、燃料電池コージェネレーションシステム。
2. 逆潮流電力検知手段をさらに備え、
   前記燃料電池の発電時において、前記燃料電池から電力系統への逆潮流電力を前記逆潮流検知手段が検出すると、前記制御装置の制御により、前記間接加熱部が起動し、かつ前記逆潮流電力が前記電気ヒータに給電される、請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
3. 前記燃料電池の起動時において、前記制御装置の制御により、前記貯湯水が前記貯湯タンクの上部接続口から流出して循環されると共に、前記間接加熱部が起動される、請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
4. 前記燃料電池の停止時において、前記制御装置の制御により、定期的に、あるいは貯湯タンクへの給水が行われる都度、前記貯湯水が前記貯湯タンクの底部接続口から流出して循環されると共に、前記間接加熱部が起動される、請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
5. 前記第２の熱交換器と前記貯湯タンクの上部接続口との間の前記貯湯水循環経路に配置された貯湯水温度検出器をさらに備え、
   前記燃料電池の発電時において、前記燃料電池から電力系統への逆潮流電力を前記逆潮流検知手段が検出すると、前記制御装置の制御により、前記貯湯水温度検出器の検出温度が一定になるように前記貯湯水の流量が調節される、請求項２に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
6. 前記間接加熱部は、前記熱媒体循環経路に配置されて前記熱媒体を一時的に貯留するタンクと、前記タンク内の熱媒体の過熱を検知する過熱検知手段と、前記タンクに熱媒体を供給する熱媒体補給手段と、前記タンクの余剰の熱媒体をオーバーフローさせるオーバーフロー配管とをさらに有する、請求項１記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
7. 前記貯湯タンクは、前記貯湯タンクの貯湯温度分布を検出する貯湯タンク温度検出器を備え、
   前記燃料電池停止時において、貯湯タンク内の貯湯水の温度が低下すると、前記制御装置の制御により、前記貯湯水が前記貯湯タンクの底部接続口から流出して循環されると共に、前記間接加熱部が起動されるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。

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