JP2018006016A - Fuel cell system - Google Patents

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竹本　真典
Masanori Takemoto
真典 竹本
純 迫田
Jun Sakota
純 迫田
大視 筒井
Hiromi Tsutsui
大視 筒井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system having a simple configuration, capable of outputting hot water to a desired location while prioritizing hot water production using waste heat of a fuel cell.SOLUTION: A fuel cell system comprises: a hot water tank 3 that stores water to be supplied to a use point and is capable of heating stored water using a heater 4; and a hot water storage tank 5 that is provided on a water supply system to the hot water tank 3 and makes its stored water be heated using waste heat of a fuel cell 6. The hot water storage tank 5 is supplied with water via a water supply pump 12 and has capacity made to be smaller than that of the hot water tank 3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池の廃熱を用いて温水を製造する燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system for producing hot water using waste heat of a fuel cell.

従来、たとえば、ヒートポンプを用いて温水を製造したり、バーナ、電気ヒータまたは蒸気ヒータを用いて温水を製造したりすることが知られている。また、下記特許文献１に開示されるように、燃料電池（６）の廃熱を用いて温水を製造することも知られている。この特許文献１に記載の発明では、貯湯タンク（５０）内の貯留水が、熱交換器（３２，４６，７１）に循環されて燃料電池のオフガスにより加熱されると共に、温水供給管（６２）により外部に出湯可能とされる（［０００５］、［０００８］、［００２０］−［００２２］）。   Conventionally, for example, it is known to produce hot water using a heat pump or to produce hot water using a burner, an electric heater, or a steam heater. In addition, as disclosed in Patent Document 1 below, it is also known to produce hot water using the waste heat of the fuel cell (6). In the invention described in Patent Document 1, the stored water in the hot water storage tank (50) is circulated to the heat exchanger (32, 46, 71) and heated by the off-gas of the fuel cell, and the hot water supply pipe (62 ) Can be discharged outside ([0005], [0008], [0020]-[0022]).

特開２００２−２１６８１９号公報（段落［０００５］−［００２５］、図４）JP 2002-216819 A (paragraphs [0005]-[0025], FIG. 4)

燃料電池の廃熱を用いた温水製造は、発電時の廃熱を利用するので省エネルギで低コストであるが、熱出力を調節できない（すなわち、単位時間当たりの廃熱量を増やすことができない）ため、多量の温水製造には不向きである。従って、温水の使用負荷が大きくなると、燃料電池における発電時の廃熱だけでは、所望量の温水を製造できないおそれがある。一方、ヒートポンプやバーナなどを用いた温水製造は、燃料電池の廃熱を用いる場合よりもコストを要するが、熱出力を調節できるため、多量の温水を安定して製造することができる。従って、両者のメリットを活かし、低コストで安定した温水製造を実現できれば好適である。その際、燃料電池の総合効率（発電効率と熱効率の合計）を高める観点から、燃料電池の廃熱利用による温水製造をいかに優先するかが課題となる。   Hot water production using waste heat from fuel cells uses the waste heat generated during power generation and is energy saving and low cost, but the heat output cannot be adjusted (that is, the amount of waste heat per unit time cannot be increased). Therefore, it is not suitable for producing a large amount of hot water. Therefore, when the usage load of hot water increases, there is a possibility that a desired amount of hot water cannot be produced only with waste heat during power generation in the fuel cell. On the other hand, hot water production using a heat pump, a burner, or the like is more costly than using waste heat of a fuel cell, but since heat output can be adjusted, a large amount of hot water can be produced stably. Therefore, it is preferable to make use of the merits of both to realize stable hot water production at low cost. At that time, from the viewpoint of increasing the overall efficiency (total power generation efficiency and thermal efficiency) of the fuel cell, how to prioritize the hot water production by using the waste heat of the fuel cell becomes an issue.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成で、燃料電池の廃熱を用いた温水製造を優先しつつ、所望箇所へ出湯可能な燃料電池システムを提供することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a fuel cell system capable of pouring hot water to a desired location with a simple configuration and giving priority to hot water production using waste heat of the fuel cell.

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、ユースポイントへの給水を貯留し、この貯留水を加温装置により加熱可能な温水タンクと、この温水タンクへの給水系統に設けられ、燃料電池の廃熱を用いて貯留水が加熱される貯湯タンクとを備え、前記貯湯タンクは、給水ポンプを介して給水されると共に、前記温水タンクよりも小容量とされることを特徴とする燃料電池システムである。   The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to claim 1 stores a water supply to a use point and a hot water tank capable of heating the stored water by a heating device, A hot water storage tank that is provided in a water supply system to the hot water tank and that heats the stored water using waste heat of the fuel cell. The hot water storage tank is supplied with water via a water supply pump, and is more than the hot water tank. A fuel cell system having a small capacity.

請求項１に記載の発明によれば、貯湯タンク内の貯留水を燃料電池の廃熱を用いて加熱しておき、その貯湯タンク内の温水を温水タンクへの給水として利用することができる。これにより、温水タンクにおいて、一から加温装置によって加熱する必要がない。また、燃料電池の廃熱を用いた温水製造を、加温装置による温水製造よりも優先することにより熱ロスのない熱電併給を実現し、燃料電池の総合効率を高めることができる。さらに、ユースポイントに近い側に、比較的大容量の温水タンクを配置することで、ユースポイントへの温水供給を安定して行うことができる。   According to the first aspect of the present invention, the stored water in the hot water storage tank is heated using the waste heat of the fuel cell, and the hot water in the hot water storage tank can be used as water supply to the hot water tank. Thereby, in a warm water tank, it is not necessary to heat from the beginning by a heating apparatus. In addition, the hot water production using the waste heat of the fuel cell is prioritized over the hot water production by the heating device, thereby realizing the combined heat and power without heat loss and increasing the overall efficiency of the fuel cell. Furthermore, by providing a relatively large-capacity hot water tank near the use point, it is possible to stably supply hot water to the use point.

請求項２に記載の発明は、循環ポンプにより温水を循環させる循環路を備え、この循環路には、ユースポイントへの温水取出部が設けられると共に、前記温水タンクからの温水路が接続されてい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である。   The invention according to claim 2 is provided with a circulation path for circulating hot water by a circulation pump. The circulation path is provided with a hot water outlet to the use point and connected with a hot water path from the hot water tank. The fuel cell system according to claim 1, wherein:

請求項２に記載の発明によれば、循環路に温水を循環させておくことで、循環路の温水取出部から温水を迅速に取り出すことができる。   According to invention of Claim 2, warm water can be rapidly taken out from the warm water extraction part of a circulation path by circulating warm water to a circulation path.

請求項３に記載の発明は、前記温水タンク内の貯留水をユースポイントへの温水取出部との間で循環させる循環路を備え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である。   The invention according to claim 3 is the fuel cell system according to claim 1, further comprising a circulation path for circulating the stored water in the hot water tank to the hot water outlet to the use point. .

請求項３に記載の発明によれば、循環路に温水を循環させておくことで、循環路の温水取出部から温水を迅速に取り出すことができる。   According to invention of Claim 3, warm water can be rapidly taken out from the warm water extraction part of a circulation path by circulating warm water to a circulation path.

さらに、請求項４に記載の発明は、前記給水ポンプからの水を、前記貯湯タンクを介して前記温水タンクへ供給するか、前記貯湯タンクを介さずにバイパス路を介して前記温水タンクへ供給するかを切替可能とされ、前記貯湯タンク内の貯留水の水温が下限温度を下回ると、前記給水ポンプからの水を、前記バイパス路を介して前記温水タンクへ供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムである。   Furthermore, the invention according to claim 4 supplies water from the water supply pump to the hot water tank via the hot water storage tank, or supplies the water to the hot water tank via a bypass path without passing through the hot water storage tank. The water from the water supply pump is supplied to the hot water tank through the bypass when the temperature of the stored water in the hot water storage tank falls below a lower limit temperature. The fuel cell system according to any one of Items 1 to 3.

請求項４に記載の発明によれば、貯湯タンク内の貯留水の水温が下限温度を下回ると、貯湯タンクを介さずにバイパス路を介して温水タンクへ給水することができる。これにより、貯湯タンクにおける温水製造を迅速に行うことができる。   According to the invention described in claim 4, when the temperature of the stored water in the hot water storage tank is lower than the lower limit temperature, water can be supplied to the hot water tank via the bypass without passing through the hot water storage tank. Thereby, warm water manufacture in a hot water storage tank can be performed rapidly.

本発明によれば、簡易な構成で、燃料電池の廃熱を用いた温水製造を優先しつつ、所望箇所へ出湯可能な燃料電池システムを実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a fuel cell system capable of hot water discharge to a desired location with a simple configuration while giving priority to hot water production using waste heat of the fuel cell.

本発明の燃料電池システムの実施例１を示す概略図である。It is the schematic which shows Example 1 of the fuel cell system of this invention. 本発明の燃料電池システムの実施例２を示す概略図である。It is the schematic which shows Example 2 of the fuel cell system of this invention.

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の燃料電池システムの実施例１を示す概略図である。
本実施例の燃料電池システム１は、温水を循環させる循環路２と、この循環路２への給水を貯留する温水タンク３と、この温水タンク３内の貯留水を加熱する加温装置としてのヒートポンプ４と、温水タンク３への給水を貯留する貯湯タンク５と、この貯湯タンク５内の貯留水の加熱に廃熱が用いられる燃料電池６とを備える。 FIG. 1 is a schematic view showing Example 1 of the fuel cell system of the present invention.
The fuel cell system 1 according to this embodiment includes a circulation path 2 that circulates hot water, a warm water tank 3 that stores water supplied to the circulation path 2, and a heating device that heats the stored water in the warm water tank 3. A heat pump 4, a hot water storage tank 5 that stores water supplied to the hot water tank 3, and a fuel cell 6 that uses waste heat to heat the stored water in the hot water storage tank 5 are provided.

循環路２は、循環ポンプ７により温水を循環させる流路である。循環路２には、ユースポイントへの温水取出部８が設けられている。循環ポンプ７を作動させると、循環ポンプ７の吐出口から吐出された温水は、循環路２を介して循環ポンプ７の吸込口へ戻される。また、循環路２の中途に設けた一または複数の温水取出部８から、所望により適宜の配管を介して、各種のユースポイントへ温水を取り出すことができる。すなわち、ユースポイントの出湯口が開けられると、その出湯口から外部へ出湯することができる。   The circulation path 2 is a path for circulating hot water by the circulation pump 7. The circulation path 2 is provided with a hot water outlet 8 for use points. When the circulation pump 7 is operated, the hot water discharged from the discharge port of the circulation pump 7 is returned to the suction port of the circulation pump 7 through the circulation path 2. In addition, hot water can be taken out from one or a plurality of hot water outlets 8 provided in the middle of the circulation path 2 to various use points through appropriate piping as desired. That is, when the hot water outlet of the use point is opened, the hot water can be discharged from the hot water outlet to the outside.

温水のユースポイントは、特に問わないが、たとえば、家庭用の燃料電池システム１の場合、カラン、シャワーまたは浴槽などとされ、業務用の燃料電池システム１の場合、各種温水利用機器（たとえば厨房での出湯部）とされる。   The use point of the hot water is not particularly limited. For example, in the case of the fuel cell system 1 for home use, it is a currant, a shower, or a bathtub. In the case of the fuel cell system 1 for business use, various hot water use devices (for example, in a kitchen) The hot spring part).

循環ポンプ７は、典型的には、常時運転を継続する。但し、循環ポンプ７は、場合により、温水取出部８での出湯時に、出湯を検知（たとえば出湯に伴う循環路２内の圧力低下を検知）して作動してもよい。   The circulation pump 7 typically continues operation at all times. However, the circulation pump 7 may operate by detecting the hot water (for example, detecting the pressure drop in the circulation path 2 accompanying the hot water) when hot water is discharged from the hot water outlet 8 in some cases.

循環路２には、好ましくはさらに、加熱装置９が設けられる。加熱装置９は、循環路２内の循環水を加熱する装置であり、その構成を特に問わないが、たとえば、バーナ、電気ヒータまたは蒸気ヒータから構成される。本実施例では、加熱装置９は、循環ポンプ７の作動中（つまり循環路２に循環水を循環中）に作動する。また、加熱装置９は、その出口側水温を設定温度に維持するように制御される。これにより、温水取出部８において、設定温度の温水を取り出すことができる。   The circulation path 2 is preferably further provided with a heating device 9. The heating device 9 is a device that heats the circulating water in the circulation path 2, and its configuration is not particularly limited. For example, the heating device 9 is composed of a burner, an electric heater, or a steam heater. In this embodiment, the heating device 9 operates while the circulation pump 7 is operating (that is, circulating water is circulating in the circulation path 2). The heating device 9 is controlled so as to maintain the outlet water temperature at the set temperature. Thereby, the warm water extraction section 8 can extract the warm water at the set temperature.

なお、加熱装置９は、循環ポンプ７から温水取出部８への温水送り路２ａに設けられるのが好ましい。但し、場合により、加熱装置９は、温水取出部８から循環ポンプ７への温水戻し路２ｂに設けられてもよい。   In addition, it is preferable that the heating apparatus 9 is provided in the hot water feed path 2a from the circulation pump 7 to the hot water extraction part 8. However, the heating device 9 may be provided in the warm water return path 2b from the warm water extraction unit 8 to the circulation pump 7 depending on circumstances.

循環路２には、好ましくはさらに、膨張タンク（図示省略）が設けられる。膨張タンクは、周知のとおり、循環路２内の循環水の体積変化を吸収する装置であり、循環水を大気開放する開放式でもよいし、大気開放することなく循環水の体積変化を吸収する機構を内蔵した密閉式でもよい。循環路２に膨張タンクを設けることで、循環水の温度変化に伴う体積変化を、膨張タンクで吸収することができる。   The circulation path 2 is preferably further provided with an expansion tank (not shown). As is well known, the expansion tank is a device that absorbs the volume change of the circulating water in the circulation path 2 and may be an open type that releases the circulating water to the atmosphere or absorbs the volume change of the circulating water without opening to the atmosphere. A sealed type with a built-in mechanism may be used. By providing the expansion tank in the circulation path 2, the volume change accompanying the temperature change of the circulating water can be absorbed by the expansion tank.

温水タンク３は、循環路２への給水を貯留する。温水タンク３は、本実施例では、密閉型タンク（つまり大気開放されないタンク）とされる。温水タンク３は、温水路１０を介して循環路２と接続されている。つまり、温水路１０は、一端部が温水タンク３に接続され、他端部が循環路２に接続されている。この際、温水路１０の一端部は、温水タンク３の上部に接続されるのが好ましく、また、温水路１０の他端部は、温水戻し路２ｂ（循環ポンプ７の一次側）に接続されるのが好ましい。図示例では、温水路１０には、温水ポンプ１１が設けられており、この温水ポンプ１１を作動させることで、温水タンク３から循環路２に給水することができる。但し、各タンク３，５が密閉型タンクである場合、後述する給水ポンプ１２があれば、場合により温水ポンプ１１の設置を省略してもよい。   The hot water tank 3 stores water supplied to the circulation path 2. In this embodiment, the hot water tank 3 is a sealed tank (that is, a tank that is not open to the atmosphere). The hot water tank 3 is connected to the circulation path 2 via the hot water path 10. That is, the warm water channel 10 has one end connected to the warm water tank 3 and the other end connected to the circulation channel 2. At this time, one end of the hot water channel 10 is preferably connected to the upper part of the hot water tank 3, and the other end of the hot water channel 10 is connected to the hot water return channel 2b (primary side of the circulation pump 7). It is preferable. In the illustrated example, the hot water passage 10 is provided with a hot water pump 11, and by operating the hot water pump 11, water can be supplied from the hot water tank 3 to the circulation passage 2. However, when each of the tanks 3 and 5 is a sealed tank, the installation of the hot water pump 11 may be omitted depending on circumstances if there is a feed water pump 12 described later.

温水ポンプ１１は、循環路２への給水必要時にのみ作動するよう制御される。つまり、循環路２の温水取出部８での出湯時、その出湯分に対応した量の水を循環路２に供給するよう制御される。たとえば、温水ポンプ１１は、二次側（出口側つまり循環路２側）の圧力を所定圧力に維持するように、オンオフ制御またはインバータ制御される。この場合、循環路２の温水取出部８からユースポイントへの出湯がなされると、温水ポンプ１１の二次側の圧力が下がるので、それを検知して温水ポンプ１１を作動させる。そして、温水取出部８からユースポイントへの出湯がなくなると、温水ポンプ１１の二次側の圧力が高まるので、それを検知して温水ポンプ１１を停止させる。   The hot water pump 11 is controlled to operate only when water supply to the circulation path 2 is necessary. In other words, when hot water is discharged from the hot water outlet 8 of the circulation path 2, the amount of water corresponding to the amount of the hot water is controlled to be supplied to the circulation path 2. For example, the hot water pump 11 is on / off controlled or inverter controlled so as to maintain the pressure on the secondary side (the outlet side, that is, the circulation path 2 side) at a predetermined pressure. In this case, when the hot water is discharged from the hot water outlet 8 of the circulation path 2 to the use point, the pressure on the secondary side of the hot water pump 11 is lowered, and this is detected and the hot water pump 11 is operated. Then, when there is no hot water from the hot water outlet 8 to the use point, the pressure on the secondary side of the hot water pump 11 is increased, and this is detected and the hot water pump 11 is stopped.

温水タンク３内の貯留水は、加温装置４により加熱される。加温装置４は、燃料電池の廃熱以外を熱源に温水タンク３内の貯留水を加熱する装置であり、その構成を特に問わないが、本実施例では蒸気圧縮式のヒートポンプ４から構成される。なお、本実施例では、ヒートポンプ４の熱は、伝熱回路１３を介して、温水タンク３内の貯留水に伝えられる。   The stored water in the hot water tank 3 is heated by the heating device 4. The heating device 4 is a device that heats the stored water in the hot water tank 3 using a heat source other than the waste heat of the fuel cell as a heat source. The configuration of the heating device 4 is not particularly limited. In this embodiment, the heating device 4 includes a vapor compression heat pump 4. The In this embodiment, the heat of the heat pump 4 is transmitted to the stored water in the hot water tank 3 through the heat transfer circuit 13.

ヒートポンプ４は、圧縮機１４、凝縮器１５、膨張弁１６および蒸発器１７が順次環状に接続されて冷媒を循環させる。そして、圧縮機１４は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器１５は、圧縮機１４からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁１６は、凝縮器１５からの液冷媒を通過させることで、冷媒の圧力と温度とを低下させる。そして、蒸発器１７は、膨張弁１６からの冷媒の蒸発を図る。   In the heat pump 4, the compressor 14, the condenser 15, the expansion valve 16, and the evaporator 17 are sequentially connected in an annular manner to circulate the refrigerant. The compressor 14 compresses the gas refrigerant to a high temperature and a high pressure. The condenser 15 condenses and liquefies the gas refrigerant from the compressor 14. Further, the expansion valve 16 allows the liquid refrigerant from the condenser 15 to pass through, thereby reducing the pressure and temperature of the refrigerant. The evaporator 17 evaporates the refrigerant from the expansion valve 16.

つまり、ヒートポンプ４は、蒸発器１７において、冷媒が外部から熱を奪って気化する一方、凝縮器１５において、冷媒が外部へ放熱して液化することになる。これを利用して、本実施例では、ヒートポンプ４は、蒸発器１７において、熱源流体（たとえば空気や廃温水など）Ｈから熱をくみ上げ、凝縮器１５において、伝熱回路１３の循環水を加熱する。なお、圧縮機１４は、モータをインバータ制御されるなどして、出力を調整可能とされるのが好ましい。   That is, in the heat pump 4, in the evaporator 17, the refrigerant takes heat from the outside and vaporizes, while in the condenser 15, the refrigerant dissipates heat to the outside and liquefies. In this embodiment, the heat pump 4 draws heat from the heat source fluid (for example, air or waste warm water) H in the evaporator 17 and heats the circulating water in the heat transfer circuit 13 in the condenser 15. To do. In addition, it is preferable that the compressor 14 is capable of adjusting the output by inverter-controlling the motor.

ヒートポンプ４には、さらに、凝縮器１５の出口側に過冷却器を設置したり、圧縮機１４の入口側にアキュムレータを設置したり、圧縮機１４の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器１５の出口側（凝縮器１５と過冷却器との間）に受液器を設置したりしてもよい。   In the heat pump 4, a supercooler is further installed on the outlet side of the condenser 15, an accumulator is installed on the inlet side of the compressor 14, an oil separator is installed on the outlet side of the compressor 14, A liquid receiver may be installed on the outlet side of the condenser 15 (between the condenser 15 and the subcooler).

伝熱回路１３は、ヒートポンプ４の凝縮器１５と温水タンク３の加温用熱交換器１８との間で水を循環させる。この際、凝縮器１５は、ヒートポンプ４の冷媒と伝熱回路１３の循環水とを混ぜることなく熱交換する。一方、加温用熱交換器１８は、伝熱回路１３の循環水と温水タンク３内の貯留水とを混ぜることなく熱交換する。そして、伝熱回路１３に設けた送水ポンプ１９を作動させることで、伝熱回路１３内に水を循環させることができる。なお、送水ポンプ１９は、図示例では、凝縮器１５から加温用熱交換器１８への第一送水路１３ａに設けられるが、場合により、加温用熱交換器１８から凝縮器１５への第二送水路１３ｂに設けられてもよい。また、送水ポンプ１９は、たとえば凝縮器１５の出口側水温を所定温度に維持するように、インバータ制御されてもよい。   The heat transfer circuit 13 circulates water between the condenser 15 of the heat pump 4 and the heating heat exchanger 18 of the hot water tank 3. At this time, the condenser 15 exchanges heat without mixing the refrigerant of the heat pump 4 and the circulating water of the heat transfer circuit 13. On the other hand, the heating heat exchanger 18 exchanges heat without mixing the circulating water of the heat transfer circuit 13 and the stored water in the hot water tank 3. Then, by operating the water supply pump 19 provided in the heat transfer circuit 13, water can be circulated in the heat transfer circuit 13. In the illustrated example, the water supply pump 19 is provided in the first water supply passage 13a from the condenser 15 to the heating heat exchanger 18, but in some cases, the water supply pump 19 is connected to the condenser 15 from the heating heat exchanger 18. You may provide in the 2nd water supply path 13b. Further, the water supply pump 19 may be inverter-controlled so as to maintain the outlet side water temperature of the condenser 15 at a predetermined temperature, for example.

貯湯タンク５は、温水タンク３への給水を貯留する。貯湯タンク５内の貯留水は、燃料電池６の廃熱を用いて加熱される。なお、貯湯タンク５は、本実施例では、密閉型タンク（つまり大気開放されないタンク）とされる。また、貯湯タンク５は、本実施例では、温水タンク３よりも小容量とされる。たとえば、温水タンク３の容量が５００〜１００００Ｌとされるのに対し、貯湯タンク５の容量は２００〜４００Ｌとされる。   The hot water storage tank 5 stores water supplied to the hot water tank 3. The stored water in the hot water storage tank 5 is heated using the waste heat of the fuel cell 6. In the present embodiment, the hot water storage tank 5 is a sealed tank (that is, a tank that is not open to the atmosphere). In addition, the hot water storage tank 5 has a smaller capacity than the hot water tank 3 in this embodiment. For example, the capacity of the hot water tank 3 is 500 to 10,000 L, whereas the capacity of the hot water storage tank 5 is 200 to 400 L.

貯湯タンク５には、入口路２０と出口路２１とが接続されている。入口路２０は、貯湯タンク５の下部に接続され、出口路２１は、貯湯タンク５の上部に接続されるのが好ましい。そして、貯湯タンク５からの出口路２１は、温水タンク３の下部に接続されるのが好ましい。なお、貯湯タンク５への入口路２０には、給水ポンプ１２が設けられる。給水ポンプ１２を作動させることで、貯湯タンク５へ給水することができる。   An inlet passage 20 and an outlet passage 21 are connected to the hot water storage tank 5. The inlet path 20 is preferably connected to the lower part of the hot water storage tank 5, and the outlet path 21 is preferably connected to the upper part of the hot water storage tank 5. The outlet passage 21 from the hot water storage tank 5 is preferably connected to the lower part of the hot water tank 3. A water supply pump 12 is provided in the inlet path 20 to the hot water storage tank 5. By operating the water supply pump 12, water can be supplied to the hot water storage tank 5.

前述したとおり、本実施例では、貯湯タンク５は、密閉型タンクとされる。この場合、貯湯タンク５内は水で満たされ、給水ポンプ１２の作動により、貯湯タンク５から出口路２１へ出湯しつつ、その出湯分の水を入口路２０から貯湯タンク５へ給水することができる。つまり、循環路２の温水取出部８での出湯に伴い、温水タンク３から循環路２へ出湯されると、その出湯分と対応した量の水が、入口路２０から貯湯タンク５ひいては温水タンク３へ供給される。   As described above, in the present embodiment, the hot water storage tank 5 is a sealed tank. In this case, the hot water storage tank 5 is filled with water, and the operation of the water supply pump 12 can supply hot water from the hot water storage tank 5 to the outlet passage 21 and supply the hot water from the inlet passage 20 to the hot water storage tank 5. it can. That is, when the hot water is discharged from the hot water tank 3 to the circulation path 2 along with the hot water at the hot water outlet 8 of the circulation path 2, an amount of water corresponding to the amount of the hot water is supplied from the inlet path 20 to the hot water storage tank 5 and thus the hot water tank. 3 is supplied.

燃料電池６は、燃料電池本体２２を備え、この燃料電池本体２２は、図示しないが改質器やセルスタックなどを備える。燃料電池本体２２には、原燃料（都市ガス）Ｇ、空気Ａ、および水（改質水）Ｗが供給される。そして、周知のとおり、原燃料（メタンガスを主成分とする都市ガス）と水（水蒸気）とを改質器において水蒸気改質反応させることにより水素を生成し、その水素と空気中の酸素とをセルスタックにおいて化学反応させて発電する。発電した電気は、インバータで交流電流に変換され、各種の電気機器へ供給される。なお、燃料電池６の種類は、特に問わない。本実施例では、固体酸化物形（ＳＯＦＣ）が用いられるが、たとえば固体高分子形（ＰＥＦＣ）などを用いてもよい。   The fuel cell 6 includes a fuel cell main body 22, and the fuel cell main body 22 includes a reformer, a cell stack, and the like (not shown). The fuel cell main body 22 is supplied with raw fuel (city gas) G, air A, and water (reformed water) W. As is well known, hydrogen is produced by a steam reforming reaction of raw fuel (city gas mainly composed of methane gas) and water (steam) in a reformer, and the hydrogen and oxygen in the air are Electric power is generated by chemical reaction in the cell stack. The generated electricity is converted into an alternating current by an inverter and supplied to various electric devices. The type of the fuel cell 6 is not particularly limited. In this embodiment, a solid oxide form (SOFC) is used, but for example, a solid polymer form (PEFC) may be used.

燃料電池６の廃熱を用いて、貯湯タンク５内の貯留水が加熱される。典型的には、燃料電池６のオフガス廃熱を用いて、貯湯タンク５内の貯留水が加熱される。つまり、燃料電池６における発電時、セルスタックや改質器からはオフガス（排ガス）が排出されるが、そのオフガス廃熱を用いて、貯湯タンク５内の貯留水を加熱する。あるいは、これに代えてまたはこれに加えて、セルスタックの冷却器において、セルスタックからの廃熱を回収して、貯湯タンク５内の貯留水を加熱する。   The stored water in the hot water storage tank 5 is heated using the waste heat of the fuel cell 6. Typically, the stored water in the hot water storage tank 5 is heated using the off-gas waste heat of the fuel cell 6. That is, off-gas (exhaust gas) is discharged from the cell stack and the reformer during power generation in the fuel cell 6, but the stored water in the hot water storage tank 5 is heated using the off-gas waste heat. Alternatively, in addition to or in addition to this, in the cooler of the cell stack, the waste heat from the cell stack is recovered and the stored water in the hot water storage tank 5 is heated.

燃料電池６のオフガス廃熱で貯湯タンク５内の貯留水を加熱するために、本実施例では、燃料電池６のオフガス熱交換器２３と、貯湯タンク５の加熱用熱交換器２４とが、循環回路２５で接続されている。   In order to heat the stored water in the hot water storage tank 5 with the off gas waste heat of the fuel cell 6, in this embodiment, the off gas heat exchanger 23 of the fuel cell 6 and the heat exchanger 24 for heating the hot water storage tank 5 include: They are connected by a circulation circuit 25.

オフガス熱交換器２３は、燃料電池本体２２からのオフガスとその冷却水とを混ぜることなく熱交換する。そのために、オフガス熱交換器２３には、燃料電池本体２２からオフガス路２６を介してオフガスが通されると共に、循環回路２５の循環水がオフガスの冷却水として通される。これにより、オフガス熱交換器２３において、オフガスは循環冷却水により冷却され、オフガス中の水分の凝縮が図られる。一方、循環回路２５の循環冷却水は、オフガス熱交換器２３において、オフガスと熱交換することで加熱される。   The off-gas heat exchanger 23 performs heat exchange without mixing the off-gas from the fuel cell body 22 and its cooling water. For this purpose, off-gas is passed through the off-gas heat exchanger 23 from the fuel cell main body 22 through the off-gas passage 26, and the circulating water in the circulation circuit 25 is passed as off-gas cooling water. Thereby, in the offgas heat exchanger 23, the offgas is cooled by the circulating cooling water, and the moisture in the offgas is condensed. On the other hand, the circulating cooling water in the circulation circuit 25 is heated by exchanging heat with off-gas in the off-gas heat exchanger 23.

オフガス熱交換器２３からのオフガスの出口側には、セパレータ２７が設けられており、オフガス熱交換器２３に通されたオフガスの気液分離が図られる。そして、気体は、外部へ排出され、凝縮水は、燃料電池本体２２への給水として、供給ポンプ２８を介して燃料電池本体２２へ再供給可能とされる。   A separator 27 is provided on the outlet side of the off gas from the off gas heat exchanger 23, and gas-liquid separation of the off gas passed through the off gas heat exchanger 23 is achieved. The gas is discharged to the outside, and the condensed water can be resupplied to the fuel cell main body 22 via the supply pump 28 as water supply to the fuel cell main body 22.

加熱用熱交換器２４は、貯湯タンク５内に配置され、貯湯タンク５内の貯留水とオフガス熱交換器２３からの循環冷却水とを混ぜることなく熱交換する。これにより、加熱用熱交換器２４において、貯湯タンク５内の貯留水が加熱される一方、循環回路２５の循環冷却水は冷却される。   The heating heat exchanger 24 is disposed in the hot water storage tank 5 and exchanges heat without mixing the stored water in the hot water storage tank 5 and the circulating cooling water from the off-gas heat exchanger 23. Thereby, in the heat exchanger 24 for heating, while the stored water in the hot water storage tank 5 is heated, the circulating cooling water of the circulation circuit 25 is cooled.

循環回路２５は、オフガス熱交換器２３と加熱用熱交換器２４との間で、水を循環させる。具体的には、加熱用熱交換器２４からオフガス熱交換器２３へは、冷却水送り路２５ａを介して冷却水が供給され、オフガス熱交換器２３から加熱用熱交換器２４へは、冷却水戻し路２５ｂを介して冷却水が戻される。そして、冷却水送り路２５ａ（または冷却水戻し路２５ｂ）に設けた循環用ポンプ２９を作動させることで、加熱用熱交換器２４とオフガス熱交換器２３との間で冷却水を循環させることができる。なお、前述したとおり、オフガス熱交換器２３は、燃料電池６のオフガスと循環回路２５の循環冷却水との熱交換器であり、加熱用熱交換器２４は、循環回路２５の循環冷却水と貯湯タンク５内の貯留水との熱交換器である。   The circulation circuit 25 circulates water between the off-gas heat exchanger 23 and the heating heat exchanger 24. Specifically, cooling water is supplied from the heating heat exchanger 24 to the off-gas heat exchanger 23 via a cooling water feed path 25a, and cooling is performed from the off-gas heat exchanger 23 to the heating heat exchanger 24. Cooling water is returned through the water return path 25b. Then, the cooling water is circulated between the heating heat exchanger 24 and the off-gas heat exchanger 23 by operating the circulation pump 29 provided in the cooling water feed path 25a (or the cooling water return path 25b). Can do. As described above, the off-gas heat exchanger 23 is a heat exchanger between the off-gas of the fuel cell 6 and the circulating cooling water of the circulation circuit 25, and the heating heat exchanger 24 is the circulating cooling water of the circulation circuit 25. It is a heat exchanger with stored water in the hot water storage tank 5.

本実施例では、冷却水送り路２５ａには、加熱用熱交換器２４からオフガス熱交換器２３へ向けて順に、ラジエータ３０および循環用ポンプ２９が設けられる。なお、循環用ポンプ２９は、本実施例では冷却水送り路２５ａに設けられているが、場合により冷却水戻し路２５ｂに設けられてもよい。   In the present embodiment, a radiator 30 and a circulation pump 29 are provided in order from the heating heat exchanger 24 to the off-gas heat exchanger 23 in the cooling water feed path 25a. The circulation pump 29 is provided in the cooling water feed path 25a in this embodiment, but may be provided in the cooling water return path 25b in some cases.

ラジエータ３０は、冷却ファン３１を備え、所望時に冷却ファン３１を作動させることで、オフガス熱交換器２３へ供給する冷却水を空冷することができる。これは、燃料電池６において、いわゆる水自立を実現するためである。   The radiator 30 includes a cooling fan 31 and can operate the cooling fan 31 when desired to cool the cooling water supplied to the off-gas heat exchanger 23 by air. This is because the fuel cell 6 realizes so-called water independence.

つまり、オフガス熱交換器２３においてオフガスを露点温度以下に冷却して、オフガス中の水分を凝縮させ、その凝縮水を前記改質器へ再供給（つまり水自立）するには、オフガス熱交換器２３への供給水温が高まり過ぎるのを防止する必要がある。そこで、本実施例では、ラジエータ３０を設けて、オフガス熱交換器２３へ供給する循環冷却水の温度を第一目標温度以下に維持するのがよい。具体的には、冷却水送り路２５ａには、ラジエータ３０の出口側に第一温度センサ３２が設けられ、その検出温度を第一目標温度（たとえば４０℃）に維持するように、ラジエータ３０の通風量を調整する。ここでは、冷却ファン３１のモータの駆動周波数ひいては回転数をインバータで制御することで、ラジエータ３０の通風量を調整する。このようにして、循環回路２５内の循環冷却水の熱余り時（オフガス熱交換器２３への水温が所定以上の際）には、ラジエータ３０の冷却ファン３１を作動させて冷却水の水温を下げることで、燃料電池６の水自立を確実に図ることができる。   That is, in the offgas heat exchanger 23, the offgas is cooled to a dew point temperature or less, the moisture in the offgas is condensed, and the condensed water is resupplied to the reformer (that is, water self-supporting). It is necessary to prevent the supply water temperature to 23 from becoming too high. Therefore, in this embodiment, it is preferable to provide the radiator 30 and maintain the temperature of the circulating cooling water supplied to the off-gas heat exchanger 23 below the first target temperature. Specifically, the cooling water feed path 25a is provided with a first temperature sensor 32 on the outlet side of the radiator 30, and the detected temperature of the radiator 30 is maintained at a first target temperature (for example, 40 ° C.). Adjust the air flow. Here, the air flow rate of the radiator 30 is adjusted by controlling the driving frequency of the motor of the cooling fan 31 and thus the rotational speed by an inverter. In this way, when the heat of the circulating cooling water in the circulation circuit 25 is excessive (when the water temperature to the off-gas heat exchanger 23 is equal to or higher than a predetermined value), the cooling fan 31 of the radiator 30 is operated to set the cooling water temperature. By lowering, the water self-supporting of the fuel cell 6 can be achieved reliably.

さらに、循環回路２５には、循環冷却水の循環流量調整手段が設けられる。本実施例では、循環流量調整手段として、流量調整弁３３が、オフガス熱交換器２３から加熱用熱交換器２４への冷却水戻し路２５ｂに設けられる。循環用ポンプ２９の作動中、流量調整弁３３の開度を調整することで、循環回路２５内の循環流量を調整することができる。なお、流量調整弁３３は、本実施例では、オフガス熱交換器２３から加熱用熱交換器２４への冷却水戻し路２５ｂに設けられるが、場合により、加熱用熱交換器２４からオフガス熱交換器２３への冷却水送り路２５ａに設けられてもよい。また、循環流量調整手段は、循環用ポンプ２９の駆動周波数ひいては回転数を変更するためのインバータから構成されてもよい。つまり、循環用ポンプ２９をインバータ制御して、循環回路２５内の循環流量を調整してもよい。   Further, the circulation circuit 25 is provided with a circulating flow rate adjusting means for circulating cooling water. In this embodiment, a flow rate adjusting valve 33 is provided in the cooling water return path 25b from the off-gas heat exchanger 23 to the heating heat exchanger 24 as a circulation flow rate adjusting means. During the operation of the circulation pump 29, the circulation flow rate in the circulation circuit 25 can be adjusted by adjusting the opening degree of the flow rate adjustment valve 33. In this embodiment, the flow rate adjustment valve 33 is provided in the cooling water return path 25b from the off-gas heat exchanger 23 to the heating heat exchanger 24, but depending on the case, the off-gas heat exchange may be performed from the heating heat exchanger 24. The cooling water feed path 25a to the vessel 23 may be provided. Further, the circulation flow rate adjusting means may be composed of an inverter for changing the drive frequency of the circulation pump 29 and hence the rotational speed. That is, the circulation pump 29 may be inverter-controlled to adjust the circulation flow rate in the circulation circuit 25.

貯湯タンク５内の貯留水を加熱用熱交換器２４で安定して加熱するために、加熱用熱交換器２４へ供給する循環冷却水の温度を第二目標温度に維持するのがよい。具体的には、冷却水戻し路２５ｂには第二温度センサ３４が設けられ、その検出温度を第二目標温度（たとえ６０〜７５℃）に維持するように、流量調整弁３３の開度を調整して、循環回路２５の循環流量を調整するのが好ましい。なお、循環流量調整手段を冷却水送り路２５ａに設ける場合でも、第二温度センサ３４は冷却水戻し路２５ｂに設けられて、加熱用熱交換器２４への供給水温を所望に維持するよう制御される。   In order to stably heat the stored water in the hot water storage tank 5 by the heating heat exchanger 24, the temperature of the circulating cooling water supplied to the heating heat exchanger 24 is preferably maintained at the second target temperature. Specifically, a second temperature sensor 34 is provided in the cooling water return path 25b, and the opening degree of the flow rate adjustment valve 33 is set so as to maintain the detected temperature at the second target temperature (for example, 60 to 75 ° C.). It is preferable to adjust to adjust the circulation flow rate of the circulation circuit 25. Even when the circulation flow rate adjusting means is provided in the cooling water feed path 25a, the second temperature sensor 34 is provided in the cooling water return path 25b to control the supply water temperature to the heating heat exchanger 24 as desired. Is done.

次に、本実施例の燃料電池システム１の作用（運転）について、説明する。以下に説明する一連の制御は、図示しない制御器を用いて自動でなされる。   Next, the operation (operation) of the fuel cell system 1 of the present embodiment will be described. A series of control described below is automatically performed using a controller (not shown).

循環路２では、循環ポンプ７を作動させることで水を循環させ、その循環水は加熱装置９により設定温度に維持される。従って、温水取出部８を介したユースポイントで、設定温度の温水を取り出すことができる。そして、ユースポイントへの出湯に伴い、温水ポンプ１１により、温水タンク３内の貯留水が循環路２へ供給されると共に、給水ポンプ１２により、入口路２０から貯湯タンク５を介して温水タンク３へ給水される。   In the circulation path 2, water is circulated by operating the circulation pump 7, and the circulating water is maintained at a set temperature by the heating device 9. Accordingly, the hot water at the set temperature can be taken out at the use point via the hot water take-out section 8. The hot water pump 11 supplies the stored water in the hot water tank 3 to the circulation path 2 along with the hot water at the use point, and the hot water tank 3 from the inlet path 20 through the hot water storage tank 5 by the water supply pump 12. Water is supplied.

温水タンク３内の貯留水は、ヒートポンプ４により加熱される。この加熱目標温度は、通常、循環路２の加熱装置９の設定温度と同一か、それよりも低い温度とされる。ヒートポンプ４の作動中、伝熱回路１３の送水ポンプ１９も作動させる。   The stored water in the hot water tank 3 is heated by the heat pump 4. This heating target temperature is usually the same as or lower than the set temperature of the heating device 9 in the circulation path 2. During the operation of the heat pump 4, the water supply pump 19 of the heat transfer circuit 13 is also operated.

貯湯タンク５内の貯留水は、燃料電池６の廃熱を用いて加熱される。この際、燃料電池６において水自立を実現するために、第一温度センサ３２の検出温度を第一目標温度に維持するように、ラジエータ３０の冷却ファン３１のモータがインバータ制御される。また、貯湯タンク５内の貯留水を安定して加熱するために、第二温度センサ３４の検出温度を第二目標温度に維持するように、流量調整弁３３の開度が制御される。   The stored water in the hot water storage tank 5 is heated using the waste heat of the fuel cell 6. At this time, in order to realize water self-sustainability in the fuel cell 6, the motor of the cooling fan 31 of the radiator 30 is inverter-controlled so that the temperature detected by the first temperature sensor 32 is maintained at the first target temperature. Further, in order to stably heat the stored water in the hot water storage tank 5, the opening degree of the flow rate adjustment valve 33 is controlled so that the temperature detected by the second temperature sensor 34 is maintained at the second target temperature.

本実施例の燃料電池システム１によれば、貯湯タンク５内の貯留水を燃料電池６の廃熱を用いて加熱しておき、その貯湯タンク５内の温水を温水タンク３への給水として利用することができる。これにより、温水タンク３において、一から加温装置４によって加熱する必要がない。また、燃料電池６の廃熱を用いた温水製造を、加温装置４による温水製造よりも優先することもできる。その結果、系統連系しながら終日発電を行っている燃料電池６において熱ロスのない熱電併給を実現し、燃料電池６の総合効率を高めることができる。   According to the fuel cell system 1 of the present embodiment, the stored water in the hot water storage tank 5 is heated using the waste heat of the fuel cell 6, and the hot water in the hot water storage tank 5 is used as water supply to the hot water tank 3. can do. Thereby, in the hot water tank 3, it is not necessary to heat from the beginning by the heating apparatus 4. FIG. Moreover, the hot water production using the waste heat of the fuel cell 6 can be prioritized over the hot water production by the heating device 4. As a result, it is possible to realize combined heat and power supply without heat loss in the fuel cell 6 that generates power all day while being connected to the grid, and to improve the overall efficiency of the fuel cell 6.

ところで、貯湯タンク５では、貯留水の加熱に燃料電池６の廃熱を用いる関係上、熱出力の調整ができず、給湯能力が比較的低い。一方、温水タンク３では、貯留水の加熱にヒートポンプ４を用いる関係上、熱出力の調整ができ、給湯能力が比較的高い。本実施例では、循環路２への給水系統には、上流側に給湯能力が比較的低い貯湯タンク５を設け、下流側に給湯能力が比較的高い温水タンク３を設けた。ユースポイントに近い側に、比較的大容量で給湯能力の高い温水タンク３を配置することで、ユースポイントへの温水供給を安定して行うことができる。   By the way, in the hot water storage tank 5, since the waste heat of the fuel cell 6 is used for heating the stored water, the heat output cannot be adjusted and the hot water supply capacity is relatively low. On the other hand, in the hot water tank 3, the heat output can be adjusted and the hot water supply capacity is relatively high because the heat pump 4 is used for heating the stored water. In the present embodiment, in the water supply system to the circulation path 2, the hot water storage tank 5 having a relatively low hot water supply capacity is provided on the upstream side, and the hot water tank 3 having a relatively high hot water supply capacity is provided on the downstream side. By disposing the hot water tank 3 having a relatively large capacity and high hot water supply capacity on the side close to the use point, it is possible to stably supply hot water to the use point.

なお、ヒートポンプ４や循環ポンプ７は、燃料電池６により発電された電力を使って駆動されるのが好ましい。このことは、循環ポンプ７に限らず、循環用ポンプ２９などについても同様である。さらに、温水タンク３に設けた加温装置４が電気ヒータから構成される場合、その電気ヒータは、燃料電池により発電された電力を使って駆動されてもよい。いずれにしても、商用電源に代えて、安価な都市ガスを使って燃料電池により発電された電力を用いることで、低コストに運転することができる。   The heat pump 4 and the circulation pump 7 are preferably driven using electric power generated by the fuel cell 6. This applies not only to the circulation pump 7 but also to the circulation pump 29 and the like. Furthermore, when the heating device 4 provided in the hot water tank 3 is constituted by an electric heater, the electric heater may be driven using electric power generated by the fuel cell. Anyway, it can drive | operate at low cost by using the electric power generated with the fuel cell using cheap city gas instead of commercial power supply.

ところで、貯湯タンク５から温水タンク３への出湯に伴い、貯湯タンク５には入口路２０から水（常温水）が供給され、貯湯タンク５内の水温は低下する。この際、貯湯タンク５内の水温が所定以下になった場合、貯湯タンク５を介さずに直接に温水タンク３へ給水可能としてもよい。すなわち、図１において二点鎖線で示すように、貯湯タンク５に対する入口路２０と出口路２１とに接続して、バイパス路３５を設けてもよい。そして、給水ポンプ１２からの水を、貯湯タンク５を介して温水タンク３へ供給するか、貯湯タンク５を介さずにバイパス路３５を介して温水タンク３へ供給するかを切替可能とする。たとえば、出口路２１とバイパス路３５との合流部に設けた三方弁３６を制御すればよい。あるいは、バイパス路３５との合流部よりも上流の出口路２１と、バイパス路３５とにそれぞれ開閉弁を設けておき、各開閉弁を択一的に開放するよう制御してもよい。   By the way, with hot water from the hot water storage tank 5 to the hot water tank 3, water (normal temperature water) is supplied to the hot water storage tank 5 from the inlet passage 20, and the water temperature in the hot water storage tank 5 decreases. At this time, when the water temperature in the hot water storage tank 5 becomes a predetermined temperature or less, the hot water tank 3 may be directly supplied with water without going through the hot water storage tank 5. That is, as shown by a two-dot chain line in FIG. 1, the bypass path 35 may be provided in connection with the inlet path 20 and the outlet path 21 with respect to the hot water storage tank 5. Then, it is possible to switch whether water from the water supply pump 12 is supplied to the hot water tank 3 via the hot water storage tank 5 or supplied to the hot water tank 3 via the bypass path 35 without passing through the hot water storage tank 5. For example, the three-way valve 36 provided at the junction of the outlet passage 21 and the bypass passage 35 may be controlled. Alternatively, control may be performed such that an opening / closing valve is provided in each of the outlet passage 21 and the bypass passage 35 upstream from the junction with the bypass passage 35, and each of the opening / closing valves is selectively opened.

いずれにしても、貯湯タンク５内の貯留水の水温が下限温度を下回ると、給水ポンプ１２からの水を、バイパス路３５を介して温水タンク３へ供給することで、その間、貯湯タンク５における温水製造を迅速で確実に行うことができる。なお、貯湯タンク５内の水温低下を監視する温度センサ（つまり前記下限温度検出用の温度センサ）は、貯湯タンク５内の上部に設けられるか、貯湯タンク５から温水タンク３への出口路２１に設けられる。そして、貯湯タンク５内の貯留水の水温が上限温度を上回ると、通常どおり、貯湯タンク５から温水タンク３へ出湯する制御に戻せばよい。この上限温度検出用の温度センサは、前記下限温度検出用の温度センサと共用してもよいし、貯湯タンク５内の下部などに別途設けてもよい。   In any case, when the water temperature of the stored water in the hot water storage tank 5 falls below the lower limit temperature, the water from the water supply pump 12 is supplied to the hot water tank 3 via the bypass 35, Hot water production can be performed quickly and reliably. A temperature sensor (that is, a temperature sensor for detecting the lower limit temperature) for monitoring a decrease in the water temperature in the hot water storage tank 5 is provided in the upper part of the hot water storage tank 5 or an outlet path 21 from the hot water storage tank 5 to the hot water tank 3. Is provided. And if the water temperature of the stored water in the hot water storage tank 5 exceeds upper limit temperature, it may return to the control which discharges hot water from the hot water storage tank 5 to the hot water tank 3 as usual. The temperature sensor for detecting the upper limit temperature may be shared with the temperature sensor for detecting the lower limit temperature, or may be provided separately in the lower part of the hot water storage tank 5 or the like.

但し、このようなバイパス路３５の設置は、必須ではない。バイパス路３５を設置しない場合、温水タンク３への給水は、貯湯タンク５内の貯留水の水温に拘わらず、常に貯湯タンク５を介して行われる。   However, the installation of such a bypass path 35 is not essential. When the bypass path 35 is not installed, water supply to the hot water tank 3 is always performed via the hot water storage tank 5 regardless of the temperature of the stored water in the hot water storage tank 5.

図２は、本発明の燃料電池システム１の実施例２を示す概略図である。本実施例２の燃料電池システム１は、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。   FIG. 2 is a schematic diagram showing Example 2 of the fuel cell system 1 of the present invention. The fuel cell system 1 of the second embodiment is basically the same as that of the first embodiment. Therefore, in the following description, differences between the two will be mainly described, and corresponding portions will be described with the same reference numerals.

前記実施例１では、循環路２外に温水タンク３を設けて、循環路２に温水タンク３からの温水路１０を接続したが、本実施例２では、循環路２内に温水タンク３を設けて、温水タンク３内の貯留水を循環路２に循環させる。つまり、本実施例２では、温水タンク３の貯留水は、循環ポンプ７により温水取出部８との間で循環される。また、温水タンク３には、貯湯タンク５から出口路２１を介して給水可能とされると共に、温水タンク３内の貯留水は、加温装置（たとえばヒートポンプ）４により加熱可能とされる。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明を省略する。   In the first embodiment, the hot water tank 3 is provided outside the circulation path 2, and the hot water path 10 from the warm water tank 3 is connected to the circulation path 2, but in this embodiment 2, the hot water tank 3 is provided in the circulation path 2. It is provided and the stored water in the hot water tank 3 is circulated through the circulation path 2. That is, in the second embodiment, the water stored in the hot water tank 3 is circulated between the hot water extraction unit 8 and the circulation pump 7. The hot water tank 3 can be supplied with water from the hot water storage tank 5 via the outlet passage 21, and the stored water in the hot water tank 3 can be heated by a heating device (for example, a heat pump) 4. Other configurations and controls are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

本発明の燃料電池システム１は、前記各実施例の構成（制御を含む）に限らず、適宜変更可能である。特に、ユースポイントへの給水を貯留し、この貯留水を加温装置４により加熱可能な温水タンク３と、この温水タンク３への給水系統に設けられ、燃料電池６の廃熱を用いて貯留水が加熱される貯湯タンク５とを備え、前記貯湯タンク５は、給水ポンプ１２を介して給水されると共に、前記温水タンク３よりも小容量とされるのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。   The fuel cell system 1 of the present invention is not limited to the configuration (including control) of each of the above embodiments, and can be changed as appropriate. In particular, the water supply to the use point is stored, and the stored water is provided in the hot water tank 3 that can be heated by the heating device 4 and the water supply system to the hot water tank 3, and stored using the waste heat of the fuel cell 6. If the hot water storage tank 5 is supplied with water via a water supply pump 12 and has a capacity smaller than that of the hot water tank 3, other configurations are appropriately provided. It can be changed.

たとえば、前記各実施例では、循環路２に温水を循環させたが、場合により循環路２の設置を省略してもよい。その場合、温水タンク３からの温水路１０の先に、温水取出部８を設置すればよい。   For example, in each of the above-described embodiments, hot water is circulated through the circulation path 2, but the installation of the circulation path 2 may be omitted in some cases. In that case, the hot water extraction unit 8 may be installed at the tip of the hot water channel 10 from the hot water tank 3.

また、前記各実施例では、ヒートポンプ４と温水タンク３との間に伝熱回路１３を設けたが、場合により伝熱回路１３の設置を省略してもよい。その場合、ヒートポンプ４の凝縮器１５において、ヒートポンプ４の冷媒と温水タンク３内の貯留水とを熱交換させればよい。たとえば、加温用熱交換器１８の設置を省略して、温水タンク３内の貯留水自体を凝縮器１５との間で循環させてもよい。つまり、温水タンク３内の貯留水を、第二送水路１３ｂを介して凝縮器１５に供給して、凝縮器１５においてヒートポンプ４により加熱し、第一送水路１３ａを介して温水タンク３へ戻す循環を繰り返してもよい。   Moreover, in each said Example, although the heat-transfer circuit 13 was provided between the heat pump 4 and the warm water tank 3, installation of the heat-transfer circuit 13 may be abbreviate | omitted depending on the case. In that case, the condenser 15 of the heat pump 4 may exchange heat between the refrigerant of the heat pump 4 and the stored water in the hot water tank 3. For example, the installation of the heat exchanger 18 for heating may be omitted, and the stored water itself in the hot water tank 3 may be circulated between the condenser 15. That is, the stored water in the hot water tank 3 is supplied to the condenser 15 through the second water supply path 13b, heated by the heat pump 4 in the condenser 15, and returned to the hot water tank 3 through the first water supply path 13a. Circulation may be repeated.

同様に、前記各実施例では、貯湯タンク５内に加熱用熱交換器２４を設置して、循環回路２５の循環水と貯湯タンク５内の貯留水とを間接熱交換したが、場合により、加熱用熱交換器２４の設置を省略して、貯湯タンク５内の貯留水自体をオフガス熱交換器２３との間で循環させてもよい。つまり、貯湯タンク５内の貯留水を、冷却水送り路２５ａを介してオフガス熱交換器２３に供給して、オフガス熱交換器２３においてオフガス廃熱を用いて加熱し、冷却水戻し路２５ｂを介して貯湯タンク５へ戻す循環を繰り返してもよい。   Similarly, in each of the above-described embodiments, the heat exchanger 24 for heating is installed in the hot water storage tank 5 and the circulating water in the circulation circuit 25 and the stored water in the hot water storage tank 5 are indirectly heat-exchanged. The installation of the heat exchanger 24 for heating may be omitted, and the stored water itself in the hot water storage tank 5 may be circulated with the off-gas heat exchanger 23. That is, the stored water in the hot water storage tank 5 is supplied to the off-gas heat exchanger 23 via the cooling water feed path 25a, heated in the off-gas heat exchanger 23 using the off-gas waste heat, and the cooling water return path 25b is set. The circulation returning to the hot water storage tank 5 may be repeated.

また、前記各実施例では、温水タンク３は、密閉型タンクにより構成されたが、場合により、開放型タンクにより構成されてもよい。その場合、温水タンク３内の水位を設定水位に維持するように、貯湯タンク５から温水タンク３への給水を制御すればよい。たとえば、温水タンク３内の水位に基づき、入口路２０に設けた給水ポンプ１２（または出口路２１に設けたポンプ）を制御すればよい。   Moreover, in each said Example, although the warm water tank 3 was comprised by the closed type tank, you may be comprised by the open type tank depending on the case. In that case, water supply from the hot water storage tank 5 to the hot water tank 3 may be controlled so that the water level in the hot water tank 3 is maintained at the set water level. For example, the water supply pump 12 provided in the inlet channel 20 (or the pump provided in the outlet channel 21) may be controlled based on the water level in the hot water tank 3.

同様に、前記各実施例では、貯湯タンク５は、密閉型タンクにより構成されたが、場合により開放型タンクにより構成されてもよい。その場合、温水タンク３を開放型タンクとする場合と同様にして、貯湯タンク５内の水位を設定水位に維持するように、入口路２０から貯湯タンク５への給水を制御すればよい。たとえば、貯湯タンク５内の水位に基づき給水ポンプ１２を制御すればよい。   Similarly, in each of the embodiments described above, the hot water storage tank 5 is constituted by a sealed tank, but may be constituted by an open type tank in some cases. In that case, the water supply from the inlet channel 20 to the hot water storage tank 5 may be controlled so that the water level in the hot water storage tank 5 is maintained at the set water level in the same manner as when the hot water tank 3 is an open tank. For example, the water supply pump 12 may be controlled based on the water level in the hot water storage tank 5.

また、前記各実施例では、温水タンク３内の貯留水の加温装置として、ヒートポンプ４を用いたが、たとえば、バーナ、電気ヒータまたは蒸気ヒータを用いてもよい。   Moreover, in each said Example, although the heat pump 4 was used as a warming apparatus of the stored water in the hot water tank 3, you may use a burner, an electric heater, or a steam heater, for example.

さらに、前記各実施例では、伝熱回路１３および循環回路２５に、それぞれ水を循環させた例について説明したが、各回路１３，２５の水は、水道水（市水）に限らず、軟水でもよいし、さらに場合により水以外の液体（たとえば、エチレングリコール等の不凍液）であってもよい。特に、循環冷却水に軟水を用いた場合には、熱交換器の伝熱面へのスケール付着を防止することができる。   Further, in each of the above-described embodiments, the example in which water is circulated in the heat transfer circuit 13 and the circulation circuit 25 has been described. However, the water in each of the circuits 13 and 25 is not limited to tap water (city water), and soft water. However, it may be a liquid other than water (for example, an antifreeze such as ethylene glycol). In particular, when soft water is used as the circulating cooling water, scale adhesion to the heat transfer surface of the heat exchanger can be prevented.

１ 燃料電池システム
２ 循環路（２ａ：温水送り路、２ｂ：温水戻し路）
３ 温水タンク
４ ヒートポンプ（加温装置）
５ 貯湯タンク
６ 燃料電池
７ 循環ポンプ
８ 温水取出部
９ 加熱装置
１０ 温水路
１１ 温水ポンプ
１２ 給水ポンプ
１３ 伝熱回路（１３ａ：第一送水路、１３ｂ：第二送水路）
１４ 圧縮機
１５ 凝縮器
１６ 膨張弁
１７ 蒸発器
１８ 加温用熱交換器
１９ 送水ポンプ
２０ 入口路
２１ 出口路
２２ 燃料電池本体
２３ オフガス熱交換器
２４ 加熱用熱交換器
２５ 循環回路（２５ａ：冷却水送り路、２５ｂ：冷却水戻し路）
２６ オフガス路
２７ セパレータ
２８ 供給ポンプ
２９ 循環用ポンプ
３０ ラジエータ
３１ 冷却ファン
３２ 第一温度センサ
３３ 流量調整弁
３４ 第二温度センサ
３５ バイパス路
３６ 三方弁
Ａ 空気
Ｇ 原燃料
Ｈ 熱源流体
Ｗ 水 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Circulation path (2a: Warm water feed path, 2b: Warm water return path)
3 Hot water tank 4 Heat pump (heating device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Hot water storage tank 6 Fuel cell 7 Circulation pump 8 Hot water extraction part 9 Heating device 10 Hot water path 11 Hot water pump 12 Water supply pump 13 Heat transfer circuit (13a: 1st water supply path, 13b: 2nd water supply path)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Compressor 15 Condenser 16 Expansion valve 17 Evaporator 18 Heating heat exchanger 19 Water supply pump 20 Inlet path 21 Outlet path 22 Fuel cell main body 23 Off-gas heat exchanger 24 Heating heat exchanger 25 Circulation circuit (25a: Cooling (Water feed path, 25b: cooling water return path)
26 Off-gas passage 27 Separator 28 Supply pump 29 Circulation pump 30 Radiator 31 Cooling fan 32 First temperature sensor 33 Flow rate adjusting valve 34 Second temperature sensor 35 Bypass passage 36 Three-way valve A Air G Raw fuel H Heat source fluid W Water

Claims (4)

ユースポイントへの給水を貯留し、この貯留水を加温装置により加熱可能な温水タンクと、
この温水タンクへの給水系統に設けられ、燃料電池の廃熱を用いて貯留水が加熱される貯湯タンクとを備え、
前記貯湯タンクは、給水ポンプを介して給水されると共に、前記温水タンクよりも小容量とされる
ことを特徴とする燃料電池システム。 A hot water tank that stores water for use points and can heat this stored water with a heating device;
A hot water storage tank that is provided in the water supply system to the hot water tank and in which the stored water is heated using the waste heat of the fuel cell;
The hot water storage tank is supplied with water via a water supply pump and has a smaller capacity than the hot water tank. 循環ポンプにより温水を循環させる循環路を備え、
この循環路には、ユースポイントへの温水取出部が設けられると共に、前記温水タンクからの温水路が接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 A circulation path for circulating hot water using a circulation pump is provided.
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the circulation path is provided with a hot water outlet to a use point and is connected with a hot water path from the hot water tank. 前記温水タンク内の貯留水をユースポイントへの温水取出部との間で循環させる循環路を備える
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 fuel cell system according to claim 1, further comprising a circulation path that circulates the stored water in the hot water tank with a hot water outlet to a use point. 前記給水ポンプからの水を、前記貯湯タンクを介して前記温水タンクへ供給するか、前記貯湯タンクを介さずにバイパス路を介して前記温水タンクへ供給するかを切替可能とされ、
前記貯湯タンク内の貯留水の水温が下限温度を下回ると、前記給水ポンプからの水を、前記バイパス路を介して前記温水タンクへ供給する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 It is possible to switch between supplying water from the water supply pump to the hot water tank via the hot water storage tank or supplying the hot water tank via a bypass path without going through the hot water storage tank,
The water from the water supply pump is supplied to the hot water tank through the bypass when the water temperature of the stored water in the hot water storage tank falls below a lower limit temperature. The fuel cell system according to item.
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