JP2014220090A - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014220090A JP2014220090A JP2013098094A JP2013098094A JP2014220090A JP 2014220090 A JP2014220090 A JP 2014220090A JP 2013098094 A JP2013098094 A JP 2013098094A JP 2013098094 A JP2013098094 A JP 2013098094A JP 2014220090 A JP2014220090 A JP 2014220090A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- storage tank
- fuel cell
- hot water
- heat exchanger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池を備える燃料電池システムに関し、特に、燃料電池の排熱を用いて水を加熱し、貯湯タンクに貯蔵してそれを給湯や暖房等の用途に提供することが可能な燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell, and in particular, a fuel capable of heating water using exhaust heat of the fuel cell and storing it in a hot water storage tank and providing it for uses such as hot water supply and heating. The present invention relates to a battery system.
従来、燃料電池の発電により発生した排熱を熱交換器により水との間で熱交換して加熱した後に貯湯タンクに供給・貯蔵するという燃料電池システムが知られている。図3は、従来の燃料電池システムの構成を示す図である。 2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system is known in which exhaust heat generated by power generation of a fuel cell is heated by exchanging heat with water using a heat exchanger and then supplied to and stored in a hot water storage tank. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional fuel cell system.
この燃料電池システムは、燃料電池ユニット10、貯湯ユニット20を備える。燃料電池ユニット10は、燃料改質装置11、燃料電池スタック12、空気供給機13、インバータ14、及び排熱回収熱交換器15を含んで構成される。また、貯湯ユニット20は、貯湯タンク21、バックアップ給湯器22、三方弁23、及びラジエター24を含んで構成される。
This fuel cell system includes a fuel cell unit 10 and a hot water storage unit 20. The fuel cell unit 10 includes a
燃料電池ユニット10において、燃料改質装置11は都市ガスやLPガスと水蒸気の反応を利用して水素を取り出す。燃料電池スタック12は、燃料改質装置11からの水素と、空気供給機13からの酸素とを化学反応させて直流の電気を発生する。
インバータ14は燃料電池スタック12で発生された直流の電気を交流に変換して、家庭用の電源として利用できるようにする。排熱回収熱交換器15は、燃料電池スタック12の排熱(排気ガス)と循環配管16の通水との間で熱交換を行うことで、循環配管16の通水を加熱する。
In the fuel cell unit 10, the
The
循環配管16は、貯湯タンク21と排熱回収熱交換器15との間で通水を循環させる。循環配管16の一部は排熱回収熱交換器15内に配置されている。バックアップ給湯器22は貯湯タンク21からの水が供給され、追い炊きが必要なときに作動して水を加熱するために設けられている。
The
燃料電池システムの運転時において、循環配管16を通して、貯湯タンク21→三方弁23→排熱回収熱交換器15→貯湯タンク21という循環通水路が形成される。このとき、貯湯タンク21が所定温度(例えば、60°C〜80°C)以上の高温水で満たされていると、当該高温水が循環配管16を通して排熱回収熱交換器15へ供給されるため、排熱回収熱交換器15の熱交換効率が落ち、システムの熱的バランスが崩れてしまう。
During operation of the fuel cell system, a circulating water passage is formed through the
そこで、この問題を解決するために、貯湯タンク21から排熱回収熱交換器15へ至る循環配管16の途中にラジエター24を設け、循環配管16内を流れる高温水を冷却した後に、排熱回収熱交換器15に供給していた。
Therefore, in order to solve this problem, a
この種の燃料電池システムは、例えば特許文献1に開示されている。 This type of fuel cell system is disclosed in Patent Document 1, for example.
しかしながら、従来の燃料電池システムにおいては、冷却用のラジエター24を設けていたので、その分コストが高くなるという問題があった。また、ラジエター24を設けると、貯湯タンク21の水の温度が低い時でも、水が冷却されて循環するため熱効率が悪い(貯湯タンク21の水の温度上昇が遅くなる)という問題もあった。
However, in the conventional fuel cell system, since the
上述した課題に鑑み、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、該燃料電池の排熱を回収する排熱回収熱交換器とを備えた燃料電池ユニットと、貯湯タンクと、前記貯湯タンクと前記排熱回収熱交換器との間で水を循環させる循環配管と、前記循環配管の通水路に挿入され、前記貯湯タンクから前記循環配管を通して供給される水を加熱又は冷却することが可能なバックアップ給湯器と、を備え、前記バックアップ給湯器は、前記貯湯タンク内の水の温度が所定温度より高いときに前記貯湯タンクからの水を冷却した後に、前記循環配管を通して前記排熱回収熱交換器に供給するように構成されたことを特徴とすることを特徴とする。 In view of the above-described problems, a fuel cell system of the present invention includes a fuel cell, a fuel cell unit including a heat recovery heat exchanger that recovers exhaust heat of the fuel cell, a hot water storage tank, and the hot water storage tank. A circulation pipe that circulates water between the exhaust heat recovery heat exchanger and a water passage of the circulation pipe, and is capable of heating or cooling water supplied from the hot water storage tank through the circulation pipe. A backup water heater, wherein the backup water heater cools the water from the hot water storage tank when the temperature of the water in the hot water storage tank is higher than a predetermined temperature, and then the heat recovery heat exchange through the circulation pipe It is characterized by being comprised so that it may supply to a container.
本発明の燃料電池システムによれば、バックアップ給湯器の冷却機能を利用して高温水を冷却しているので、冷却用のラジエターを不要にしてシステムの低コスト化を実現することができる。 According to the fuel cell system of the present invention, since the high-temperature water is cooled by using the cooling function of the backup water heater, it is possible to reduce the cost of the system by eliminating the cooling radiator.
しかも、本発明の燃料電池システムによれば、バックアップ給湯器は、貯湯タンク内の水の温度が所定温度より高いときにだけ、これを冷却するように構成されているので、熱効率を向上させることができる。(貯湯タンクの水の温度上昇が速くなる) Moreover, according to the fuel cell system of the present invention, the backup water heater is configured to cool only when the temperature of the water in the hot water storage tank is higher than a predetermined temperature, thereby improving the thermal efficiency. Can do. (Temperature rise of water in the hot water storage tank becomes faster)
以下、本発明の実施形態における燃料電池システムを図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態における燃料電池システムの構成を示す図である。 Hereinafter, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system in the present embodiment.
この燃料電池システムは、燃料電池ユニット10、貯湯ユニット20Aを備える。燃料電池ユニット10は、燃料改質装置11、燃料電池スタック12、空気供給機13、インバータ14、及び排熱回収熱交換器15を含んで構成される。また、貯湯ユニット20Aは、貯湯タンク21、バックアップ給湯器22A、第1の三方弁25、第2の三方弁26を含んで構成される。
This fuel cell system includes a fuel cell unit 10 and a hot water storage unit 20A. The fuel cell unit 10 includes a
燃料電池ユニット10の構成は、従来の燃料電池システム(図3)と同様なので説明を省略する。貯湯ユニット20Aにおいて、バックアップ給湯器22Aは、貯湯タンク21から循環配管16Aを通して供給される水を加熱又は冷却することが可能であり、貯湯タンク21から排熱回収熱交換器15へ至る循環配管16Aの通水路に挿入されている。そして、バックアップ給湯器22Aは、貯湯タンク21内の水の温度が所定温度(例えば、60°C〜80°C)より高いときにだけ貯湯タンク21からの水を冷却した後に、循環配管16A、第2の三方弁26、及び第1の三方弁25を通して排熱回収熱交換器15に供給するように構成されている。貯湯タンク21内の水の温度は温度センサにより検知することができる。
Since the configuration of the fuel cell unit 10 is the same as that of the conventional fuel cell system (FIG. 3), the description thereof is omitted. In the hot water storage unit 20A, the
このように、バックアップ給湯器22Aの冷却機能を利用して高温水を冷却しているので、冷却用のラジエターを不要にしてシステムの低コスト化を実現することができる。しかも、バックアップ給湯器22Aは、貯湯タンク21内の水の温度が所定温度より高いときにだけ貯湯タンク21からの水を冷却するように構成されているので、熱効率を向上させることができる。
Thus, since the high-temperature water is cooled using the cooling function of the
そして、貯湯タンク21からの水の追い炊きが必要なときは、バックアップ給湯器22Aは水を加熱して給湯する。第2の三方弁26(通水路切換弁)は、循環配管16Aに接続され、バックアップ給湯器22Aが貯湯タンク21からの水を加熱するときは、バックアップ給湯器22Aから排熱回収熱交換器15に至る通水路を遮断し、バックアップ給湯器22Aが貯湯タンク21からの水を冷却するときには、バックアップ給湯器22Aから排熱回収熱交換器15に至る通水路を形成するように通水路を切り換えている。
When the water from the hot
上述のようにバックアップ給湯器22Aは、貯湯タンク21から循環配管16Aを通して供給される水を加熱又は冷却することが可能であるが、その具体的な構成を図2に基づいて説明する。
As described above, the
バックアップ給湯器22Aは、バーナ221、給気ファン222、コントローラ223、主熱交換器224、副熱交換器225を含んで構成される。
The
給気ファン222は、バーナ221の下方に配置される。バーナ221は給気ファン222からの空気とガス配管(不図示)からの燃料ガスとの混合ガスを燃焼し、燃焼排気を発生する。主熱交換器224はバーナ221の上方に配置され、主伝熱管224aと、多数の熱回収フィン224bを備え、バーナ12からの燃焼排気のほとんどの顕熱を回収する。コントローラ223は、バーナ221の点火と給気ファン222の運転を制御する。
The
主熱交換器224の上方には、副熱交換器225が設けられる。副熱交換器225は、副伝熱管225aと、多数の熱回収フィン225bを備え、主熱交換器224を通過した燃焼排気が案内されて主熱交換器224で回収されなかった顕熱に加えて潜熱を回収して副伝熱管225a内の通水を加熱する。
A
バックアップ給湯器22A内の全体の通水路は、上流から順に、給水管226、副熱交換器225に設けられる副伝熱管225a、主熱交換器224に設けられる主伝熱管224a、出湯管229である。給水管226には、バックアップ給湯器22Aの上流側の循環配管16Aを介して貯湯タンク21からの水が供給される。出湯管229は、第2の三方弁26の上流側の循環配管16Aに接続される。また、副熱交換器225での潜熱回収によって発生した酸性のドレンは、中和器227で中和された後、ドレン配管228を介して外部に排出される。
The entire water passage in the
上述のバックアップ給湯器22Aにあっては、主熱交換器224に加えて、副熱交換器225が設けられているので、燃焼排気中のほとんどの熱エネルギーを回収することができる。そして、コントローラ223は貯湯タンク21内の水の温度が所定温度より高いときには、バーナ221の燃焼を停止させた状態で給気ファン222を作動させ、給気ファン222からの空気と主熱交換器224の主伝熱管224a、副熱交換器225の副伝熱管225a内の通水との間で熱交換を行うことで、貯湯タンク21からの水を冷却することができる。
In the
副熱交換器225が設けられていない給湯器においても、主熱交換器225により貯湯タンク21からの水を冷却することができるが、主熱交換器225に加えて
副熱交換器225を設けることで、冷却機能を高めることができる。
Even in a water heater in which the
次に、このように構成された燃料電池システムの動作を説明する。先ず、貯湯タンク21に水が入っていない状態で、第1の三方弁25を介して循環配管16Aに水道水を導入する。貯湯タンク21に水が満たされると、第1の三方弁25が切り換えられ、循環配管16Aにより貯湯タンク21と排熱回収熱交換器15との間の循環通水路が形成される。そして、燃料電池ユニット10が作動すると、燃料電池スタック12が発電を行う。その際に発生する排熱は、排熱回収熱交換器15により回収され、循環配管16A内の通水が加熱される。これにより、貯湯タンク21内の水の温度は上昇していく。
Next, the operation of the fuel cell system configured as described above will be described. First, tap water is introduced into the
そして、バックアップ給湯器22Aは、貯湯タンク21内の水の温度が所定温度(例えば、60°C〜80°C)より高くなると、貯湯タンク21からの水を冷却した後に、循環配管16A、第2の三方弁26、及び第1の三方弁25を通して排熱回収熱交換器15に供給する。
When the temperature of the water in the hot
10 燃料電池ユニット
11 燃料改質装置
12 燃料電池スタック
13 空気供給機
14 インバータ
15 排熱回収熱交換器
16A 循環配管
20A 貯湯ユニット
21 貯湯タンク
22A バックアップ給湯器
25 第1の三方弁
26 第2の三方弁
221 バーナ
222 給気ファン
223 コントローラ
224 主熱交換器
225 副熱交換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (3)
貯湯タンクと、
前記貯湯タンクと前記排熱回収熱交換器との間で水を循環させる循環配管と、
前記循環配管の通水路に挿入され、前記貯湯タンクから前記循環配管を通して供給される水を加熱又は冷却することが可能なバックアップ給湯器と、を備え、
前記バックアップ給湯器は、前記貯湯タンク内の水の温度が所定温度より高いときに前記貯湯タンクからの水を冷却した後に、前記循環配管を通して前記排熱回収熱交換器に供給するように構成されたことを特徴とすることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell unit comprising a fuel cell and an exhaust heat recovery heat exchanger for recovering the exhaust heat of the fuel cell;
A hot water storage tank,
A circulation pipe for circulating water between the hot water storage tank and the exhaust heat recovery heat exchanger;
A backup water heater that is inserted into a water passage of the circulation pipe and that can heat or cool water supplied from the hot water storage tank through the circulation pipe, and
The backup water heater is configured to supply water to the exhaust heat recovery heat exchanger through the circulation pipe after cooling the water from the hot water storage tank when the temperature of the water in the hot water storage tank is higher than a predetermined temperature. A fuel cell system characterized by that.
前記バーナの上方に配置され、前記給気ファンからの空気と前記貯湯タンクからの水との間で熱交換を行う熱交換器を備え、
前記貯湯タンク内の水の温度が所定温度より高いときに前記バーナの燃焼を停止させた状態で前記給気ファンを作動させ、前記熱交換器により前記貯湯タンクからの水を冷却することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The backup water heater includes a burner, an air supply fan for supplying air to the burner,
A heat exchanger disposed above the burner and performing heat exchange between air from the air supply fan and water from the hot water storage tank;
When the temperature of the water in the hot water storage tank is higher than a predetermined temperature, the air supply fan is operated in a state where combustion of the burner is stopped, and the water from the hot water storage tank is cooled by the heat exchanger. The fuel cell system according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013098094A JP6157203B2 (en) | 2013-05-08 | 2013-05-08 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013098094A JP6157203B2 (en) | 2013-05-08 | 2013-05-08 | Fuel cell system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014220090A true JP2014220090A (en) | 2014-11-20 |
JP6157203B2 JP6157203B2 (en) | 2017-07-05 |
Family
ID=51938367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013098094A Active JP6157203B2 (en) | 2013-05-08 | 2013-05-08 | Fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6157203B2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003214705A (en) * | 2002-01-25 | 2003-07-30 | Chofu Seisakusho Co Ltd | Cogeneration system |
JP2007247968A (en) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Osaka Gas Co Ltd | Cogeneration system |
JP2013134026A (en) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Noritz Corp | Cogeneration system |
-
2013
- 2013-05-08 JP JP2013098094A patent/JP6157203B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003214705A (en) * | 2002-01-25 | 2003-07-30 | Chofu Seisakusho Co Ltd | Cogeneration system |
JP2007247968A (en) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Osaka Gas Co Ltd | Cogeneration system |
JP2013134026A (en) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Noritz Corp | Cogeneration system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6157203B2 (en) | 2017-07-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4414474B2 (en) | Cogeneration system | |
JP6199977B2 (en) | Hot water temperature control structure of exhaust heat recovery system using three-way valve or mixing valve, and hot water temperature control structure of exhaust heat recovery system using hot water tank heat exchanger | |
JP2015002093A (en) | Fuel cell system | |
ATE539458T1 (en) | FUEL CELL SYSTEM | |
JP2008234994A (en) | Fuel cell system | |
WO2010109790A1 (en) | Fuel cell system and method for operating fuel cell system | |
JP2014182923A (en) | Fuel cell system and operation method thereof | |
WO2012153484A1 (en) | Fuel cell system and method for operating same | |
JP6157203B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6229484B2 (en) | Cogeneration system | |
KR20230071971A (en) | Residential power generation system using waste heat from pemfc and hydrogen catalytic burner | |
JP2018527699A (en) | Fuel cell system | |
JP2007263388A (en) | Exhaust heat recovering device | |
JP2011257130A (en) | Apparatus for recovering exhaust heat | |
JP2013057435A (en) | Heat supply system | |
JP5371842B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5375119B2 (en) | Cogeneration system | |
WO2013145761A1 (en) | Electricity generation system and operating method therefor | |
JP6640002B2 (en) | Combined heat and power system | |
JP2016207581A (en) | Fuel cell cogeneration system | |
JP5498552B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6059518B2 (en) | Thermal storage method, thermal storage device, and thermal storage system | |
JP5586178B2 (en) | Fuel cell cogeneration system | |
JP2012202579A (en) | Cogeneration system | |
KR20130022330A (en) | Using heat pipe heat exchangers, thermal storage tank of a dual structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160322 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170201 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170302 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170602 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170606 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6157203 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |