JP2018006018A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の廃熱を用いて製造した温水と、ヒートポンプを用いて製造した温水とを、使い分けることができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池３の廃熱を用いて貯留水が加熱される第一貯湯タンク４と、燃料電池３により発電された電力で駆動される蒸気圧縮式のヒートポンプ６と、このヒートポンプ６を用いて貯留水が加熱される第二貯湯タンク７とを備える。第一貯湯タンク４内の貯留水と、第二貯湯タンク７内の貯留水とを切り替えて、ユースポイントへ出湯可能とされる。好ましくは、温水の循環路２を備え、温水取出部１０での出湯時、給水路３１から給水しつつ、温水を第一貯湯タンク４経由または第二貯湯タンク７経由で循環させる。その際、各ミキシングバルブ５，８で、設定温度の温水として、加熱装置１５へ供給できる。いずれの貯湯タンク４，７を経由させるかは、切替弁３２，４２で切り替えられる。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の廃熱を用いて製造した温水と、燃料電池から給電されるヒートポンプを用いて製造した温水とを、使い分けることができる燃料電池システムに関するものである。

温水のユースポイントにて即座に出湯できるように、ユースポイント付近（ユースポイントへの温水取出部）を通る循環路を設けておき、その循環路に温水を循環させておくことが考えられる。そして、その場合、循環路から所定温度の温水を出湯できれば好適である。また、循環水を加熱するための加熱装置が循環路に設けられる場合、加熱装置の運転を安定させるため、あるいは加熱装置の性能上の都合から、加熱装置の入口側水温を所定温度に維持できれば好適である。

一方、従来、下記特許文献１に開示されるように、貯湯タンク（１０）内の貯留水を、燃料電池（３１）の廃熱を用いて加熱したり、ヒートポンプ（１２）を用いて加熱したりできるシステムが知られている。このシステムでは、貯湯タンク（１０）からの温水と給水源からの常温水とを給湯混合弁（１７）で混合して、設定温度で出湯することができる。

特開２００７−１３２５３９号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の発明では、燃料電池の廃熱を用いて製造した温水と、ヒートポンプを用いて製造した温水とを、使い分けることができない。

また、前記特許文献１に記載の発明では、貯湯タンクからの一方通行の出湯のみが想定されており、前述した循環路への適用が想定されていない。つまり、貯湯タンクからの温水に給水源からの常温水を混ぜて設定温度の温水を得るとしても、単純にその温水を前記循環路に供給しただけでは、元々の循環水との関係で循環路内の水温を設定温度に維持できなくなる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、燃料電池の廃熱を用いて製造した温水と、ヒートポンプを用いて製造した温水とを、使い分けることができる燃料電池システムを提供することにある。また、ユースポイントへの温水取出部が設けられた循環路に適用され、温水取出部に設定温度の温水を供給するか、循環路に設けた加熱装置に設定温度の温水を供給することができる燃料電池システムを提供することを課題とする。

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、燃料電池の廃熱を用いて貯留水が加熱される第一貯湯タンクと、前記燃料電池により発電された電力で駆動される蒸気圧縮式のヒートポンプと、このヒートポンプを用いて貯留水が加熱される第二貯湯タンクとを備え、前記第一貯湯タンク内の貯留水と、前記第二貯湯タンク内の貯留水とを切り替えて、ユースポイントへ出湯可能とされたことを特徴とする燃料電池システムである。

請求項１に記載の発明によれば、燃料電池の廃熱を用いて温水を製造できると共に、燃料電池により発電した電力を用いてヒートポンプにより温水を製造することもできる。しかも、燃料電池の廃熱を用いて製造した温水と、ヒートポンプを用いて製造した温水とを、別個のタンクに貯留して使い分けることができる。

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流路であって、ユースポイントへの温水取出部が設けられた循環路と、前記循環路から分岐して前記第一貯湯タンクに接続される第一引込路と、この第一引込路からの温水と前記第一貯湯タンクからの温水とを混合して、設定温度の温水とする第一ミキシングバルブと、前記循環路の内、前記第一引込路との分岐部よりも下流に、前記第一ミキシングバルブの吐出口からの温水を供給する第一送出路と、前記循環路の内、前記第一引込路との分岐部よりも下流で、前記第一送出路との合流部よりも上流の第一区間を介さずに、前記第一引込路と前記第一送出路とを介して前記循環路に温水を循環させるか、前記第一引込路と前記第一送出路とを介さずに前記第一区間を介して前記循環路に温水を循環させるかを切り替える第一切替手段と、前記循環路から分岐して前記第二貯湯タンクに接続される第二引込路と、この第二引込路からの温水と前記第二貯湯タンクからの温水とを混合して、設定温度の温水とする第二ミキシングバルブと、前記循環路の内、前記第二引込路との分岐部よりも下流に、前記第二ミキシングバルブの吐出口からの温水を供給する第二送出路と、前記循環路の内、前記第二引込路との分岐部よりも下流で、前記第二送出路との合流部よりも上流の第二区間を介さずに、前記第二引込路と前記第二送出路とを介して前記循環路に温水を循環させるか、前記第二引込路と前記第二送出路とを介さずに前記第二区間を介して前記循環路に温水を循環させるかを切り替える第二切替手段と、前記温水取出部よりも下流であるが前記各切替手段よりも上流の前記循環路に接続されて、前記温水取出部での出湯分の水を補給する給水路と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。

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。また、第一切替手段により、第一引込路と第一送出路とを介して温水を循環させるか、第一引込路と第一送出路とを介さずに温水を循環させるかを切り替えることができる。第一引込路と第一送出路とを介して温水を循環させる際、第一引込路からの温水と第一貯湯タンクからの温水（燃料電池の廃熱を用いて加熱された温水）とを第一ミキシングバルブで設定温度の温水として、第一送出路から循環路へ戻すことができる。一方、第二切替手段により、第二引込路と第二送出路とを介して温水を循環させるか、第二引込路と第二送出路とを介さずに温水を循環させるかを切り替えることができる。第二引込路と第二送出路とを介して温水を循環させる際、第二引込路からの温水と第二貯湯タンクからの温水（ヒートポンプを用いて加熱された温水）とを第二ミキシングバルブで設定温度の温水として、第二送出路から循環路へ戻すことができる。従って、第一切替手段と第二切替手段とにより、燃料電池の廃熱を用いて製造した第一貯湯タンク内の温水と、ヒートポンプを用いて製造した第二貯湯タンク内の温水とを、使い分けることができる。そして、いずれの場合も、温水取出部への循環路に、設定温度の温水を供給することができる。なお、温水取出部での出湯時にその出湯分の水を補給する給水路は、温水取出部よりも下流であるが各切替手段よりも上流の循環路に接続されているので、各ミキシングバルブを経由させて温水を循環させる際、各引込路には給水路からの水が混ざることになり、各ミキシングバルブでは、各引込路からの比較的低温の温水と、各貯湯タンクからの比較的高温の温水とを混合して、設定温度の温水を容易に製造することができる。

請求項３に記載の発明は、循環ポンプにより温水を循環させる流路であって、ユースポイントへの温水取出部が設けられた循環路と、前記第一貯湯タンクと前記循環路とを接続する第一送出路と、前記第二貯湯タンクと前記循環路とを接続する第二送出路と、前記第一貯湯タンクに接続され、前記温水取出部での出湯分の水を補給する第一給水路と、前記第二貯湯タンクに接続され、前記温水取出部での出湯分の水を補給する第二給水路とを備え、前記第一給水路による給水と、前記第二給水路による給水とを、択一的に切り替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。

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。また、温水取出部での出湯時、循環路には、第一給水路、第一貯湯タンクおよび第一送出路を介して給水可能とされると共に、第二給水路、第二貯湯タンクおよび第二送出路を介して給水可能とされる。そして、この二系統の給水の内、いずれから給水するかを切り替えることで、燃料電池の廃熱を用いて製造した第一貯湯タンク内の温水と、ヒートポンプを用いて製造した第二貯湯タンク内の温水とを、使い分けることができる。

請求項４に記載の発明は、前記循環路には、循環水を加熱する加熱装置が設けられており、この加熱装置は、前記循環路の内、前記各送出路との合流部よりも下流で、前記温水取出部よりも上流に設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料電池システムである。

請求項４に記載の発明によれば、循環路には、温水取出部の手前に加熱装置が設けられるので、温水取出部での出湯温度を所望に維持することができる。また、加熱装置は、循環路の内、各送出路との合流部よりも下流で、温水取出部よりも上流に設けられるので、各送出路から循環路への供給水温を設定温度に維持しておけば、加熱装置の運転を安定させたり、あるいは加熱装置の性能上好適な温度以下で加熱装置に給水したりすることができる。

さらに、請求項５に記載の発明は、前記第一貯湯タンクは、前記第二貯湯タンクよりも小容量とされ、前記燃料電池により発電された電力で、前記ヒートポンプの他、一または複数の電気機器が駆動可能とされ、設定タイミングにおいて、前記燃料電池により前記ヒートポンプを駆動して、前記第二貯湯タンクに温水を製造しておき、前記第一貯湯タンクよりも前記第二貯湯タンクの温水使用を優先し、前記第二貯湯タンク内の貯留水の水温が下限温度を下回ると、前記第一貯湯タンクの温水使用に切り替えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムである。

請求項５に記載の発明によれば、たとえば、夜間など、電力や温水の需要が少ない時間帯に、燃料電池で発電した電力でヒートポンプを稼働して、比較的大容量の第二貯湯タンクに温水を製造しておくことができる。この際、燃料電池の廃熱を用いて、第一貯湯タンクに温水を製造しておくこともできる。その後、朝一など、温水を大量消費する時間帯になると、第二貯湯タンクからの温水を使用でき、その温水を使い切ると、第一貯湯タンクからの温水使用に切り替えることができる。また、電力需要が高まると、燃料電池で発電した電力をヒートポンプ以外へ供給しても、燃料電池の廃熱を用いて第一貯湯タンクに温水を製造することはできる。

本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の廃熱を用いて製造した温水と、ヒートポンプを用いて製造した温水とを、使い分けることができる。また、ユースポイントへの温水取出部が設けられた循環路に適用しても、温水取出部に設定温度の温水を供給したり、循環路に設けた加熱装置に設定温度の温水を供給したりすることができる。

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。

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。

図１は、本発明の燃料電池システム１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、燃料電池３と、この燃料電池３の廃熱を用いて貯留水が加熱される第一貯湯タンク４と、循環路２からの温水と第一貯湯タンク４からの温水とを混合して設定温度の温水として循環路２へ戻す第一ミキシングバルブ５と、燃料電池３により発電された電力で駆動されるヒートポンプ６と、このヒートポンプ６を用いて貯留水が加熱される第二貯湯タンク７と、循環路２からの温水と第二貯湯タンク７からの温水とを混合して設定温度の温水として循環路２へ戻す第二ミキシングバルブ８とを主要部として備える。

循環路２は、循環ポンプ９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１０が設けられている。循環ポンプ９を作動させて循環路２に温水を循環中、一または複数の温水取出部１０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。

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。

図１において、循環路２には反時計回りに温水が循環されるが、循環ポンプ９は、各ミキシングバルブ５，８からの送出路１１，１２との合流部よりも下流で、温水取出部１０よりも上流に設けられている。但し、循環ポンプ９は、場合により、循環路２の内、温水取出部１０よりも下流で、各貯湯タンク４，７への引込路１３，１４との分岐部よりも上流に設けられてもよい。

循環路２には、好ましくはさらに、加熱装置１５が設けられる。加熱装置１５は、循環路２の内、各ミキシングバルブ５，８からの送出路１１，１２との合流部よりも下流で、温水取出部１０よりも上流に設けられるのがよい。本実施例では、循環路２の内、循環ポンプ９よりも下流で温水取出部１０よりも上流に、加熱装置１５が設けられている。加熱装置１５は、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。なお、加熱装置１５は、典型的には循環ポンプ９の作動中に作動するが、場合により、温水取出部１０での出湯停止中には停止してもよい。

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。

燃料電池３は、燃料電池本体１６を備え、この燃料電池本体１６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１６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。この電気機器には、ヒートポンプが含まれる。なお、燃料電池３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。

燃料電池３の廃熱を用いて、第一貯湯タンク４内の貯留水が加熱される。典型的には、燃料電池３のオフガス廃熱を用いて、第一貯湯タンク４内の貯留水が加熱される。つまり、燃料電池３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、第一貯湯タンク４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、第一貯湯タンク４内の貯留水を加熱する。

燃料電池３のオフガス廃熱で第一貯湯タンク４内の貯留水を加熱するために、本実施例では、燃料電池３のオフガス熱交換器１７と、第一貯湯タンク４の加熱用熱交換器１８とが、循環回路１９で接続されている。

オフガス熱交換器１７は、燃料電池本体１６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１７には、燃料電池本体１６からオフガス路２０を介してオフガスが通されると共に、循環回路１９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１７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１９の循環冷却水は、オフガス熱交換器１７において、オフガスと熱交換することで加熱される。

オフガス熱交換器１７からのオフガスの出口側には、セパレータ２１が設けられており、オフガス熱交換器１７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１６への給水として、供給ポンプ２２を介して燃料電池本体１６へ再供給可能とされる。

加熱用熱交換器１８は、第一貯湯タンク４内に配置され、第一貯湯タンク４内の貯留水とオフガス熱交換器１７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１８において、第一貯湯タンク４内の貯留水が加熱される一方、循環回路１９の循環冷却水は冷却される。なお、第一貯湯タンク４内には、貯留水が加熱されるに伴い、温度成層（上部ほど高温で下部ほど低温の状態）が形成される。

循環回路１９は、オフガス熱交換器１７と加熱用熱交換器１８との間で、水を循環させる。具体的には、加熱用熱交換器１８からオフガス熱交換器１７へは、冷却水送り路１９ａを介して冷却水が供給され、オフガス熱交換器１７から加熱用熱交換器１８へは、冷却水戻し路１９ｂを介して冷却水が戻される。そして、冷却水送り路１９ａ（または冷却水戻し路１９ｂ）に設けた循環用ポンプ２３を作動させることで、加熱用熱交換器１８とオフガス熱交換器１７との間で冷却水を循環させることができる。

本実施例では、冷却水送り路１９ａには、加熱用熱交換器１８からオフガス熱交換器１７へ向けて順に、ラジエータ２４および循環用ポンプ２３が設けられる。なお、循環用ポンプ２３は、本実施例では冷却水送り路１９ａに設けられているが、場合により冷却水戻し路１９ｂに設けられてもよい。

ラジエータ２４は、冷却ファン２５を備え、所望時に冷却ファン２５を作動させることで、オフガス熱交換器１７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３において、いわゆる水自立を実現するためである。

つまり、オフガス熱交換器１７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１７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２４を設けて、オフガス熱交換器１７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１９ａには、ラジエータ２４の出口側に第一温度センサ２６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２４の通風量を調整する。ここでは、冷却ファン２５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２４の通風量を調整する。このようにして、循環回路１９内の循環冷却水の熱余り時（オフガス熱交換器１７への水温が所定以上の際）には、ラジエータ２４の冷却ファン２５を作動させて冷却水の水温を下げることで、燃料電池３の水自立を確実に図ることができる。

さらに、循環回路１９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２７が、オフガス熱交換器１７から加熱用熱交換器１８への冷却水戻し路１９ｂに設けられる。循環用ポンプ２３の作動中、流量調整弁２７の開度を調整することで、循環回路１９内の循環流量を調整することができる。なお、流量調整弁２７は、本実施例では、オフガス熱交換器１７から加熱用熱交換器１８への冷却水戻し路１９ｂに設けられるが、場合により、加熱用熱交換器１８からオフガス熱交換器１７への冷却水送り路１９ａ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２３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２３をインバータ制御して、循環回路１９内の循環流量を調整してもよい。

第一貯湯タンク４内の貯留水を加熱用熱交換器１８で安定して加熱するために、加熱用熱交換器１８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１９ｂには第二温度センサ２８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２７の開度を調整して、循環回路１９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１９ａに設ける場合でも、第二温度センサ２８は冷却水戻し路１９ｂに設けられて、加熱用熱交換器１８への供給水温を所望に維持するよう制御される。

第一貯湯タンク４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。第一貯湯タンク４は、第一引込路１３を介して循環路２から給水可能とされると共に、第一ミキシングバルブ５および第一送出路１１を介して循環路２へ排水可能とされる。なお、循環路２から第一貯湯タンク４への第一引込路１３は、第一貯湯タンク４の下部に接続されるのが好ましく、第一貯湯タンク４から第一ミキシングバルブ５への第一出口路２９は、第一貯湯タンク４の上部に接続されるのが好ましい。

循環路２に対する第一引込路１３や第一送出路１１の接続部は、温水取出部１０よりも下流で加熱装置１５（さらに図示例では循環ポンプ９）よりも上流に配置されている。その際、循環路２に対する第一送出路１１の接続部（言い換えれば循環路２への第一送出路１１の合流部）は、循環路２に対する第一引込路１３の接続部（言い換えれば循環路２からの第一引込路１３の分岐部）よりも下流に配置されている。

第一ミキシングバルブ５には、第一引込路１３から分岐する第一分岐路３０と、第一貯湯タンク４からの第一出口路２９とが接続される。第一ミキシングバルブ５では、第一分岐路３０からの温水（言い換えれば循環路２や給水路３１からの水）と、第一出口路２９からの温水（言い換えれば第一貯湯タンク４からの水）との混合割合を調整して、設定温度の温水を製造することができる。そして、その温水は、第一ミキシングバルブ５から第一送出路１１を介して、循環路２へ戻される。

循環路２に温水を循環させる際、循環路２内でのみ温水を循環させるか、第一引込路１３や第一送出路１１を介して循環をさせるかを、第一切替手段により切替可能とされる。具体的には、次のとおりである。まず、説明の便宜上、循環路２の内、第一引込路１３との分岐部よりも下流で、第一送出路１１との合流部よりも上流の箇所を、第一区間Ｘということにする。これを前提に、第一切替手段は、第一区間Ｘを介さずに、第一引込路１３と第一送出路１１とを介して循環路２に温水を循環させるか、第一引込路１３と第一送出路１１とを介さずに、第一区間Ｘを介して循環路２に温水を循環させるかを切り替える。これを実現する構成は、特に問わないが、本実施例では第一切替弁３２から構成される。この第一切替弁３２は、循環路２と第一引込路１３との接続部に設けられる三方弁であり、温水取出部１０からの温水を、第一区間Ｘを介さずに、第一引込路１３や第一送出路１１を介して温水取出部１０へ戻すか、第一引込路１３や第一送出路１１を介さずに、第一区間Ｘを介して温水取出部１０へ戻すかを切り替える。

なお、以下において、説明の便宜上、（ａ）第一区間Ｘの上流側からの温水を、第一区間Ｘを介さずに、第一引込路１３や第一送出路１１を介して、第一区間Ｘの下流側へ戻す経路を「第一迂回ルート」といい、（ｂ）第一区間Ｘの上流側からの温水を、第一引込路１３や第一送出路１１を介さずに、第一区間Ｘを通す経路を「第一直通ルート」ということにする。第一切替弁３２は、第一迂回ルートと第一直通ルートとを切り替えることになる。図１では、第一切替弁３２は、第一直通ルートに設定された状態を示しており、破線の矢符（第一引込路１３や第一送出路１１などに沿って表示した矢印）は、第一迂回ルートでの水の流れを示している。

ヒートポンプ６は、蒸気圧縮式のヒートポンプである。具体的には、ヒートポンプ６は、圧縮機３３、凝縮器３４、膨張弁３５および蒸発器３６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３３は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器３４は、圧縮機３３からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁３５は、凝縮器３４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３６は、膨張弁３５からの冷媒の蒸発を図る。

つまり、ヒートポンプ６は、蒸発器３６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３４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６は、蒸発器３６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３４において、伝熱回路３７の循環水を加熱する。そして、その循環水の熱で、第二貯湯タンク７内の貯留水が加熱される。つまり、本実施例では、ヒートポンプ６の熱は、伝熱回路３７を介して、第二貯湯タンク７内の貯留水に伝えられる。

ヒートポンプ６には、さらに、凝縮器３４の出口側に過冷却器を設置したり、圧縮機３３の入口側にアキュムレータを設置したり、圧縮機３３の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器３４の出口側（凝縮器３４と過冷却器との間）に受液器を設置したりしてもよい。

伝熱回路３７は、ヒートポンプ６の凝縮器３４と第二貯湯タンク７の加温用熱交換器３８との間で水を循環させる。この際、凝縮器３４は、ヒートポンプ６の冷媒と伝熱回路３７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３８は、伝熱回路３７の循環水と第二貯湯タンク７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３７に設けた送水ポンプ３９を作動させることで、伝熱回路３７内に水を循環させることができる。なお、送水ポンプ３９は、図１では、加温用熱交換器３８から凝縮器３４への第二送水路３７ｂに設けられるが、場合により、凝縮器３４から加温用熱交換器３８への第一送水路３７ａに設けられてもよい（図２）。また、送水ポンプ３９は、たとえば凝縮器３４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。あるいは、凝縮器３４の出口側水温を所定温度に維持するように、ヒートポンプ６の圧縮機３３をインバータ制御してもよい。

第二貯湯タンク７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。典型的には、第二貯湯タンク７は、第一貯湯タンク４よりも小容量とされる。なお、第二貯湯タンク７内には、貯留水が加熱されるに伴い、温度成層（上部ほど高温で下部ほど低温の状態）が形成される。

第二貯湯タンク７は、第二引込路１４を介して循環路２から給水可能とされると共に、第二ミキシングバルブ８および第二送出路１２を介して循環路２へ排水可能とされる。なお、循環路２から第二貯湯タンク７への第二引込路１４は、第二貯湯タンク７の下部に接続されるのが好ましく、第二貯湯タンク７から第二ミキシングバルブ８への第二出口路４０は、第二貯湯タンク７の上部に接続されるのが好ましい。

循環路２に対する第二引込路１４や第二送出路１２の接続部は、温水取出部１０よりも下流で加熱装置１５（さらに図示例では循環ポンプ９）よりも上流に配置されている。その際、循環路２に対する第二送出路１２の接続部（言い換えれば循環路２への第二送出路１２の合流部）は、循環路２に対する第二引込路１４の接続部（言い換えれば循環路２からの第二引込路１４の分岐部）よりも下流に配置されている。

なお、図示例では、循環路２に対する第二引込路１４の接続部は、循環路２に対する第一引込路１３の接続部よりも上流に設けられているが、循環路２に対する第一引込路１３の接続部よりも下流に設けられてもよい。また、循環路２に対する第二引込路１４の接続部が、循環路２に対する第一引込路１３の接続部よりも上流に設けられる場合でも、循環路２に対する第二送出路１２の接続部は、循環路２に対する第一引込路１３の接続部よりも下流に設けられてもよい。

第二ミキシングバルブ８には、第二引込路１４から分岐する第二分岐路４１と、第二貯湯タンク７からの第二出口路４０とが接続される。第二ミキシングバルブ８では、第二分岐路４１からの温水（言い換えれば循環路２や給水路３１からの水）と、第二出口路４０からの温水（言い換えれば第二貯湯タンク７からの水）との混合割合を調整して、設定温度の温水を製造することができる。そして、その温水は、第二ミキシングバルブ８から第二送出路１２を介して、循環路２へ戻される。

循環路２に温水を循環させる際、循環路２内でのみ温水を循環させるか、第二引込路１４や第二送出路１２を介して循環をさせるかを、第二切替手段により切替可能とされる。具体的には、次のとおりである。まず、説明の便宜上、循環路２の内、第二引込路１４との分岐部よりも下流で、第二送出路１２との合流部よりも上流の箇所を、第二区間Ｙということにする。これを前提に、第二切替手段は、第二区間Ｙを介さずに、第二引込路１４と第二送出路１２とを介して循環路２に温水を循環させるか、第二引込路１４と第二送出路１２とを介さずに、第二区間Ｙを介して循環路に温水を循環させるかを切り替える。これを実現する構成は、特に問わないが、本実施例では第二切替弁４２から構成される。この第二切替弁４２は、循環路２と第二引込路１４との接続部に設けられる三方弁であり、温水取出部１０からの温水を、第二区間Ｙを介さずに、第二引込路１４や第二送出路１２を介して温水取出部１０へ戻すか、第二引込路１４や第二送出路１２を介さずに、第二区間Ｙを介して温水取出部１０へ戻すかを切り替える。

なお、以下において、説明の便宜上、（ａ）第二区間Ｙの上流側からの温水を、第二区間Ｙを介さずに、第二引込路１４や第二送出路１２を介して、第二区間Ｙの下流側へ戻す経路を「第二迂回ルート」といい、（ｂ）第二区間Ｙの上流側からの温水を、第二引込路１４や第二送出路１２を介さずに、第二区間Ｙを通す経路を「第二直通ルート」ということにする。第二切替弁４２は、第二迂回ルートと第二直通ルートとを切り替えることになる。図１では、第二切替弁４２は、第二迂回ルートに設定された状態を示しており、実線の矢符（第二引込路１４や第二送出路１２などに沿って表示した矢印）は、第二迂回ルートでの水の流れを示している。

ところで、循環路２の温水取出部１０での出湯時、その出湯分と対応した量の水が給水路３１から補給される。給水路３１は、本実施例では、温水取出部１０から各切替弁４２，３２への循環路２、より具体的には、循環路２の内、温水取出部１０よりも下流で、最も上流に配置された切替弁（図示例では第二切替弁４２）よりも上流に接続される。

給水路３１には、給水ポンプ４３が設けられている。給水ポンプ４３は、典型的には、常時運転を継続する。その場合でも、温水取出部１０での出湯がない限り、循環路２内への実際の給水はなされない。但し、給水ポンプ４３は、場合により、循環路２への給水必要時にのみ作動するよう制御されてもよい。たとえば、給水ポンプ４３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てもよい。この場合、循環路２の温水取出部１０からユースポイントへの出湯がなされると、給水ポンプ４３の二次側の圧力が下がるので、それを検知して給水ポンプ４３を作動させる。そして、温水取出部１０からユースポイントへの出湯がなくなると、給水ポンプ４３の二次側の圧力が高まるので、それを検知して給水ポンプ４３を停止させる。

ところで、温水取出部１０での出湯またはこれに伴う給水路３１による給水の有無を検知するために、燃料電池システム１には出湯検知手段が設けられるのが好ましい。出湯検知手段は、その構成を特に問わないが、本実施例では、給水路３１に設けられたフロースイッチ（図示省略）から構成される。温水取出部１０での出湯時、前述したとおり給水路３１から循環路２へ給水されるので、給水路３１の通水の有無をフロースイッチで監視して、温水取出部１０での出湯の有無を把握することができる。

次に、本実施例の燃料電池システム１の制御（運転方法）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。

燃料電池３の運転に伴い、燃料電池システム１を稼働させる。これにより、循環回路１９の循環用ポンプ２３が作動すると共に、循環路２の循環ポンプ９が作動する。また、燃料電池３により発電された電力は、系統連系により施設の分電盤に接続された各種の電気機器（すなわち、負荷機器）へ供給されるが、系統側の分電盤を介してヒートポンプ６へも給電可能とされる。ヒートポンプ６を稼働させる場合、伝熱回路３７の送水ポンプ３９も作動させる。なお、循環ポンプ９や送水ポンプ３９なども、燃料電池３からの電力で作動させてもよい。

循環用ポンプ２３の作動により、燃料電池３のオフガス熱交換器１７と第一貯湯タンク４の加熱用熱交換器１８との間で冷却水が循環される。これにより、オフガス熱交換器１７において燃料電池本体１６からのオフガスが冷却される一方、加熱用熱交換器１８において第一貯湯タンク４内の貯留水が加熱される。この際、燃料電池３において水自立を実現するために、第一温度センサ２６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２４の冷却ファン２５のモータがインバータ制御される。また、第一貯湯タンク４内の貯留水を安定して加熱するために、第二温度センサ２８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２７の開度が制御される。

ヒートポンプ６の作動中、ヒートポンプ６は、蒸発器３６において熱源流体から熱をくみ上げ、凝縮器３４において伝熱回路３７の循環水を加熱する。そして、その加熱された循環水を第二貯湯タンク７内の加温用熱交換器３８に通すことで、第二貯湯タンク７内の貯留水の加熱を図ることができる。もし、第二貯湯タンク７内の貯留水の水温が上限温度を超えると、ヒートポンプ６の運転を停止させる。

循環ポンプ９の作動により、循環路２に温水が循環されるが、この際、加熱装置１５は、その出口側水温を目標温度に維持するように制御される。従って、温水取出部１０には目標温度の温水が供給され、その温水は所望により温水取出部１０で出湯可能とされる。温水取出部１０での出湯に伴い、それと対応した量の水が給水路３１から補給される。

このような出湯（またはそれに伴う給水）があった旨は、出湯検知手段（本実施例では給水路３１に設置したフロースイッチ）により検出される。そして、本実施例では、出湯検知手段の検出信号に基づき各切替弁３２，４２の開閉を制御する。具体的には、次のとおりである。

すなわち、前提として、前述したとおり、第一切替弁３２は、温水取出部１０からの温水を、第一区間Ｘを介さずに第一引込路１３や第一送出路１１に通す第一迂回ルートと、第一引込路１３や第一送出路１１を介さずに第一区間Ｘを通す第一直通ルートとを切り替える。また、第二切替弁４２は、温水取出部１０からの温水を、第二区間Ｙを介さずに第二引込路１４や第二送出路１２に通す第二迂回ルートと、第二引込路１４や第二送出路１２を介さずに第二区間Ｙを通す第二直通ルートとを切り替える。そして、温水取出部１０での出湯停止中、第一切替弁３２も第二切替弁４２も、直通ルート（第一直通ルート、第二直通ルート）に設定するのがよい。一方、温水取出部１０での出湯中、第一切替弁３２と第二切替弁４２との内、いずれか一方を迂回ルートとし、他方を直通ルートとするのがよい。たとえば、第一切替弁３２を第一迂回ルートに設定する場合、第二切替弁４２を第二直通ルートに設定する。あるいは、第一切替弁３２を第一直通ルートに設定する場合、第二切替弁４２を第二迂回ルートに設定する。

（１）温水取出部１０での出湯停止中、各切替弁３２，４２を直通ルートに設定しておくと、循環ポンプ９からの温水は、各引込路１３，１４や各送出路１１，１２を介することなく、循環路２内を循環する。つまり、循環ポンプ９の吐出口からの温水は、加熱装置１５で目標温度に加熱された後、温水取出部１０および各切替弁４２，３２や各区間Ｙ，Ｘを介して、循環ポンプ９の吸込口へ戻される。

（２）温水取出部１０での出湯中、第一切替弁３２を第一迂回ルートに設定する一方、第二切替弁４２を第二直通ルートに設定しておくと、循環ポンプ９からの温水は、一部が温水取出部１０を介してユースポイントへ出湯されつつ、残部が第一引込路１３へ流入する。この際、温水取出部１０での出湯分の水が給水路３１から給水され、循環路２からの温水と給水路３１からの水（典型的には常温水）とが混ざった状態で、第一引込路１３へ導入される。その水は、第一分岐路３０を介して第一ミキシングバルブ５へ供給可能とされると共に、第一貯湯タンク４の下部へも供給可能とされる。なお、第一引込路１３から第一貯湯タンク４の下部への給水時、それと同量の水が、第一貯湯タンク４の上部から第一出口路２９へ排出される。

第一ミキシングバルブ５では、第一分岐路３０からの比較的低温の温水と、第一貯湯タンク４の上部からの比較的高温の温水とを混合して、第一送出路１１へ吐出する。この際、第一送出路１１への吐出水温を設定温度（第一設定温度）とするように、混合割合を自動的に調整する。これにより、循環路２には、設定温度の温水として戻すことができる。従って、加熱装置１５の入口側水温を設定温度に維持することができ、加熱装置１５の運転を安定させたり、あるいは加熱装置１５の性能上好適な温度以下で加熱装置１５に給水したりすることができる。また、燃料電池システム１が加熱装置１５を備えない場合には、温水取出部１０へ設定温度の温水を供給することができる。

（３）温水取出部１０での出湯中、第二切替弁４２を第二迂回ルートに設定する一方、第一切替弁３２を第一直通ルートに設定しておくと、循環ポンプ９からの温水は、一部が温水取出部１０を介してユースポイントへ出湯されつつ、残部が第二引込路１４へ流入する。この際、温水取出部１０での出湯分の水が給水路３１から給水され、循環路２からの温水と給水路３１からの水（典型的には常温水）とが混ざった状態で、第二引込路１４へ導入される。その水は、第二分岐路４１を介して第二ミキシングバルブ８へ供給可能とされると共に、第二貯湯タンク７の下部へも供給可能とされる。なお、第二引込路１４から第二貯湯タンク７の下部への給水時、それと同量の水が、第二貯湯タンク７の上部から第二出口路４０へ排出される。

第二ミキシングバルブ８では、第二分岐路４１からの比較的低温の温水と、第二貯湯タンク７の上部からの比較的高温の温水とを混合して、第二送出路１２へ吐出する。この際、第二送出路１２への吐出水温を設定温度（第二設定温度）とするように、混合割合を自動的に調整する。これにより、循環路２には、設定温度の温水として戻すことができる。従って、加熱装置１５の入口側水温を設定温度に維持することができ、加熱装置１５の運転を安定させたり、あるいは加熱装置１５の性能上好適な温度以下で加熱装置１５に給水したりすることができる。また、燃料電池システム１が加熱装置１５を備えない場合には、温水取出部１０へ設定温度の温水を供給することができる。

前記第二設定温度は、本実施例では前記第一設定温度と同一であるが、場合により異ならせてもよい。いずれにしても、各ミキシングバルブ５，８の設定温度は、加熱装置１５の目標温度以下で設定される。循環ポンプ９の作動中、加熱装置１５で出湯温度を目標温度に維持する場合、温水取出部１０での出湯が長時間ないと、循環路２内の循環水は目標温度に近づく。そして、温水取出部１０での出湯があると、たとえば第一切替弁３２が迂回ルートに設定され、第一引込路１３および第一送出路１１を経由した循環に切り替わるが、その際、前述したとおり、給水路３１からの新規の給水により、第一引込路１３の水温を低下させることができる。仮に、給水路３１による給水流量が少ない場合、第一引込路１３の水温は比較的高いまま（つまり第一ミキシングバルブ５の設定温度よりも高温）となり得るが、その場合、第一貯湯タンク４内の貯留水の水温が第一引込路１３の水温よりも高いことを前提に、第一ミキシングバルブ５において、第一引込路１３からの水をそのまま第一送出路１１へ送り出すことになる。なお、ここでは、温水取出部１０での出湯中、第一切替弁３２が迂回ルートに設定された場合について説明したが、第二切替弁４２が迂回ルートに設定される場合も同様である。

以上から明らかなとおり、各切替弁３２，４２により、循環ポンプ９による温水の循環ルートは変更されるものの、各引込路１３，１４や各送出路１１，１２を経由した循環ルートをとる場合でも、その循環は循環ポンプ９の作動により行うことができる。つまり、各引込路１３，１４、各分岐路３０，４１、各出口路２９，４０および各送出路１１，１２には、別途、送水用のポンプを設ける必要がない。なお、第一切替弁３２が第一迂回ルートに設定される場合、循環路２から第一引込路１３へ導入される流量は、第一ミキシングバルブ５から第一送出路１１を介して循環路２へ戻される流量と同じである。同様に、第二切替弁４２が第二迂回ルートに設定される場合、循環路２から第二引込路１４へ導入される流量は、第二ミキシングバルブ８から第二送出路１２を介して循環路２へ戻される流量と同じである。

本実施例の燃料電池システム１によれば、燃料電池３の廃熱を用いて製造した第一貯湯タンク４内の温水と、ヒートポンプ６を用いて製造した第二貯湯タンク７内の温水とを使い分けることができる。つまり、第一貯湯タンク４内の温水を使用したい場合には、温水取出部１０での出湯時、第一切替弁３２を第一迂回ルートに設定すればよいし、第二貯湯タンク７内の温水を使用したい場合には、温水取出部１０での出湯時、第二切替弁４２を第二迂回ルートに設定すればよい。従って、たとえば、次のような利用が可能となる。

まず、前提として、燃料電池３は、基本的には終日運転されており、系統連系により施設の分電盤に接続された各種の電気機器（すなわち、負荷機器）へ電力を供給する。また、その際、燃料電池３の廃熱を用いて、第一貯湯タンク４において温水が製造される。そして、夜間など、電力や温水の需要が少ない時間帯に、燃料電池３が発電した電力で、ヒートポンプ６を駆動して、第二貯湯タンク７において温水を製造する。そのために、燃料電池システム１の制御器には、第二貯湯タンク７における温水製造を開始するタイミング（たとえば時刻）を設定しておけばよい。

その後、朝一など、施設で温水を大量消費する時間帯には、まずは第二貯湯タンク７内の温水を優先的に使用する。第二貯湯タンク７は、第一貯湯タンク４よりも大容量のため（つまり貯湯能力が高いため）、一時的な温水需要の高まりにも対応することができる。第二貯湯タンク７内の温水を利用するには、前述したとおり、温水取出部１０での出湯時、第二切替弁４２を第二迂回ルートに設定すればよい。また、施設の操業開始に伴い、電力需要が増すと、燃料電池３で発電した電力は、ヒートポンプ６以外の電気機器への給電を優先すればよい。つまり、基本的は、燃料電池３からヒートポンプ６への給電と、第二貯湯タンク７での温水の製造は、夜間にのみ行えば足りる。言い換えれば、夜間などにおける余剰電力で、ヒートポンプ６を運転して、第二貯湯タンク７に温水を製造しておくことになる。

その後、第二貯湯タンク７内の温水を使い切れば、第一貯湯タンク４の温水の利用に切り替えればよい。それには、前述したとおり、温水取出部１０での出湯時、第一切替弁３２を第一迂回ルートに設定すればよい。なお、第二貯湯タンク７内の湯切れは、第二貯湯タンク７からの出口路４０（または第二貯湯タンク７の上部など）に第二水温センサを設けておき、その第二水温センサの検出温度が下限温度を下回るか否かで把握することができる。第二切替弁４２を第二迂回ルートとした状態で、温水取出部１０での出湯中、第二水温センサの検出温度が下限温度を下回ると、第一切替弁３２を第一迂回ルートに切り替えると共に、第二切替弁４２を第二直通ルートに切り替えればよい。これにより、第一貯湯タンク４からの出湯に切り替えることができる。

その後、第一貯湯タンク４内の温水を使い切れば、第一貯湯タンク４からの出湯も停止し、第一貯湯タンク４において再度温水を製造するのがよい。つまり、第一切替弁３２も、第一直通ルートに切り替えればよい。なお、第一貯湯タンク４内の湯切れは、第一貯湯タンク４からの出口路２９（または第一貯湯タンク４の上部など）に第一水温センサを設けておき、その第一水温センサの検出温度が下限温度を下回るか否かで把握することができる。第一切替弁３２を迂回ルートとした状態で、温水取出部１０での出湯中、第一水温センサの検出温度が下限温度を下回ると、第一切替弁３２を第一直通ルートに切り替える。これにより、両切替弁３２，４２が直通ルートに設定され、循環路２内でのみ温水は循環する。また、温水取出部１０での出湯時、給水路３１から循環路２へ常温水が補給される。その場合でも、循環路２には加熱装置１５が設けられているので、温水取出部１０には目標温度の温水を供給することができる。その後、第一水温センサ（または第一貯湯タンク４の下部などに設けた別の水温センサ）の検出温度が上限温度を超えると、温水取出部１０での出湯時、第一切替弁３２を第一迂回ルートにして、第一貯湯タンク４内の貯留水を利用することができる。

但し、第一貯湯タンク４で湯切れした場合でも、第一貯湯タンク４の貯留水の利用を継続してもよい。つまり、第一貯湯タンク４内の貯留水の水温に関わらず、第一切替弁３２を第一迂回ルートとした状態で、給水路３１から第一貯湯タンク４に給水しつつ、第一貯湯タンク４内の貯留水を第一ミキシングバルブ５および第一送出路１１を介して、循環路２へ供給するようにしてもよい。

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。

本実施例２では、前記実施例１における各引込路１３，１４、各分岐路３０，４１および各ミキシングバルブ５，８の設置が省略される。そして、第一貯湯タンク４は、第一送出路１１を介して循環路２に接続される一方、第二貯湯タンク７は、第二送出路１２を介して循環路２に接続される。この際、各送出路１１，１２の基端部は、各貯湯タンク４，７の上部に接続されるのが好ましい。また、各送出路１１，１２の先端部は、前記実施例１と同様に、循環路２の内、温水取出部１０よりも下流で加熱装置１５（さらに図示例では循環ポンプ９）よりも上流に接続されるのが好ましい。なお、図示例では、循環路２の流れ方向で見た場合、第一送出路１１は、第二送出路１２よりも下流側に接続されているが、第二送出路１２よりも上流側に接続されてもよい。

また、前記実施例１では、第一切替弁３２は、循環路２と第一送出路１１との接続部に設けられた三方弁から構成されたが、本実施例２では、第一切替弁３２は、第一送出路１１に設けられる二方弁（電磁弁または電動弁）から構成される。同様に、前記実施例１では、第二切替弁４２は、循環路２と第二送出路１２との接続部に設けられた三方弁から構成されたが、本実施例２では、第二切替弁４２は、第二送出路１２に設けられる二方弁（電磁弁または電動弁）から構成される。そして、各切替弁３２，４２は、開閉を切替制御される。

さらに、前記実施例１では、給水路３１は、循環路２に接続されたが、本実施例２では、給水路３１は、各貯湯タンク４，７に接続される。具体的には、第一貯湯タンク４の下部には、第一給水路３１Ａが接続され、第二貯湯タンク７の下部には、第二給水路３１Ｂが接続される。各給水路３１Ａ，３１Ｂは、好ましくは基端側において共通管路３１Ｃとされ、その共通管路３１Ｃに給水ポンプ４３が設けられている。なお、各貯湯タンク４，７が密閉型タンクの場合、前記各切替弁３２，４２は、各送出路１１，１２に設置される代わりに、各給水路３１Ａ，３１Ｂに設置されてもよい。

本実施例２の場合、両切替弁３２，４２を閉じた状態で、循環路２に温水を循環させることができる。また、温水取出部１０での出湯時、第一切替弁３２と第二切替弁４２との内、いずれを開放するかにより、第一貯湯タンク４内の温水と第二貯湯タンク７内の温水とを使い分けることができる。つまり、温水取出部１０での出湯中、第一切替弁３２を開ければ、第一貯湯タンク４からの温水を循環路２へ補給することができる。あるいは、温水取出部１０での出湯中、第二切替弁４２を開ければ、第二貯湯タンク７からの温水を循環路２へ補給することができる。なお、各切替弁３２，４２の開放時、各貯湯タンク４，７は、下部から給水されつつ、上部から出湯される。また、温水取出部１０での出湯は、たとえば循環路２内の圧力低下に基づき検知することができる。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。

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、燃料電池３の廃熱を用いて貯留水が加熱される第一貯湯タンク４と、燃料電池３により発電された電力で駆動される蒸気圧縮式のヒートポンプ６と、このヒートポンプ６を用いて貯留水が加熱される第二貯湯タンク７とを備え、第一貯湯タンク４内の貯留水と、第二貯湯タンク７内の貯留水とを切り替えて、ユースポイントへ出湯可能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。

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、各貯湯タンク４，７からの温水の送出路１１，１２を合流させ、その先に、温水取出部１０を設置すればよい。

また、前記実施例１では、第一切替弁３２は、循環路２と第一引込路１３との接続部に設けられたが、循環路２と第一送出路１１との接続部に設けられてもよい。その場合、第一送出路１１の出口を塞ぎつつ第一直通ルートに設定するか、第一送出路１１の出口を循環路２下流側に開放しつつ第一迂回ルートに設定するかを、第一切替弁３２で切替可能とされる。これと同様に、第二切替弁４２は、循環路２と第二引込路１４との接続部に設けられることに代えて、循環路２と第二送出路１２との接続部に設けられてもよい。

また、前記実施例１において、各切替弁３２，４２は、三方弁から構成されることに代えて、二つの二方弁（電磁弁または電動弁）から構成されてもよい。具体的には、第一区間Ｘと第一引込路１３（または第一送出路１１）に、それぞれ開閉弁を設けて、片方のみが択一的に開くように制御すればよい。同様に、第二区間Ｙと第二引込路１４（または第二送出路１２）に、それぞれ開閉弁を設けて、片方のみが択一的に開くように制御すればよい。

また、前記各実施例では、第一貯湯タンク４内に加熱用熱交換器１８を設置して、循環回路１９の循環水と第一貯湯タンク４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１８の設置を省略して、第一貯湯タンク４内の貯留水自体をオフガス熱交換器１７との間で循環させてもよい。つまり、第一貯湯タンク４内の貯留水を、冷却水送り路１９ａを介してオフガス熱交換器１７に供給して、オフガス熱交換器１７においてオフガス廃熱を用いて加熱し、冷却水戻し路１９ｂを介して第一貯湯タンク４へ戻す循環を繰り返してもよい。

また、前記各実施例では、ヒートポンプ６と第二貯湯タンク７との間に伝熱回路３７を設けたが、場合により伝熱回路３７の設置を省略してもよい。その場合、ヒートポンプ６の凝縮器３４において、ヒートポンプ６の冷媒と第二貯湯タンク７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３８の設置を省略して、第二貯湯タンク７内の貯留水自体を凝縮器３４との間で循環させてもよい。つまり、第二貯湯タンク７内の貯留水を、第二送水路３７ｂを介して凝縮器３４に供給して、凝縮器３４においてヒートポンプ６により加熱し、第一送水路３７ａを介して第二貯湯タンク７へ戻す循環を繰り返してもよい。

さらに、前記各実施例では、循環回路１９および伝熱回路３７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。

１ 燃料電池システム
２ 循環路（Ｘ：第一区間、Ｙ：第二区間）
３ 燃料電池
４ 第一貯湯タンク
５ 第一ミキシングバルブ
６ ヒートポンプ
７ 第二貯湯タンク
８ 第二ミキシングバルブ
９ 循環ポンプ
１０ 温水取出部
１１ 第一送出路
１２ 第二送出路
１３ 第一引込路
１４ 第二引込路
１５ 加熱装置
１６ 燃料電池本体
１７ オフガス熱交換器
１８ 加熱用熱交換器
１９ 循環回路（１９ａ：冷却水送り路、１９ｂ：冷却水戻し路）
２０ オフガス路
２１ セパレータ
２２ 供給ポンプ
２３ 循環用ポンプ
２４ ラジエータ
２５ 冷却ファン
２６ 第一温度センサ
２７ 流量調整弁
２８ 第二温度センサ
２９ 第一出口路
３０ 第一分岐路
３１ 給水路（３１Ａ：第一給水路、３１Ｂ：第二給水路、３１Ｃ：共通管路）
３２ 第一切替弁
３３ 圧縮機
３４ 凝縮器
３５ 膨張弁
３６ 蒸発器
３７ 伝熱回路（３７ａ：第一送水路、３７ｂ：第二送水路）
３８ 加温用熱交換器
３９ 送水ポンプ
４０ 第二出口路
４１ 第二分岐路
４２ 第二切替弁
４３ 給水ポンプ

Claims (5)

1. 燃料電池の廃熱を用いて貯留水が加熱される第一貯湯タンクと、
   前記燃料電池により発電された電力で駆動される蒸気圧縮式のヒートポンプと、
   このヒートポンプを用いて貯留水が加熱される第二貯湯タンクとを備え、
   前記第一貯湯タンク内の貯留水と、前記第二貯湯タンク内の貯留水とを切り替えて、ユースポイントへ出湯可能とされた
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 循環ポンプにより温水を循環させる流路であって、ユースポイントへの温水取出部が設けられた循環路と、
   前記循環路から分岐して前記第一貯湯タンクに接続される第一引込路と、
   この第一引込路からの温水と前記第一貯湯タンクからの温水とを混合して、設定温度の温水とする第一ミキシングバルブと、
   前記循環路の内、前記第一引込路との分岐部よりも下流に、前記第一ミキシングバルブの吐出口からの温水を供給する第一送出路と、
   前記循環路の内、前記第一引込路との分岐部よりも下流で、前記第一送出路との合流部よりも上流の第一区間を介さずに、前記第一引込路と前記第一送出路とを介して前記循環路に温水を循環させるか、前記第一引込路と前記第一送出路とを介さずに前記第一区間を介して前記循環路に温水を循環させるかを切り替える第一切替手段と、
   前記循環路から分岐して前記第二貯湯タンクに接続される第二引込路と、
   この第二引込路からの温水と前記第二貯湯タンクからの温水とを混合して、設定温度の温水とする第二ミキシングバルブと、
   前記循環路の内、前記第二引込路との分岐部よりも下流に、前記第二ミキシングバルブの吐出口からの温水を供給する第二送出路と、
   前記循環路の内、前記第二引込路との分岐部よりも下流で、前記第二送出路との合流部よりも上流の第二区間を介さずに、前記第二引込路と前記第二送出路とを介して前記循環路に温水を循環させるか、前記第二引込路と前記第二送出路とを介さずに前記第二区間を介して前記循環路に温水を循環させるかを切り替える第二切替手段と、
   前記温水取出部よりも下流であるが前記各切替手段よりも上流の前記循環路に接続されて、前記温水取出部での出湯分の水を補給する給水路と
   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。
3. 循環ポンプにより温水を循環させる流路であって、ユースポイントへの温水取出部が設けられた循環路と、
   前記第一貯湯タンクと前記循環路とを接続する第一送出路と、
   前記第二貯湯タンクと前記循環路とを接続する第二送出路と、
   前記第一貯湯タンクに接続され、前記温水取出部での出湯分の水を補給する第一給水路と、
   前記第二貯湯タンクに接続され、前記温水取出部での出湯分の水を補給する第二給水路とを備え、
   前記第一給水路による給水と、前記第二給水路による給水とを、択一的に切り替える
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記循環路には、循環水を加熱する加熱装置が設けられており、
   この加熱装置は、前記循環路の内、前記各送出路との合流部よりも下流で、前記温水取出部よりも上流に設けられている
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記第一貯湯タンクは、前記第二貯湯タンクよりも小容量とされ、
   前記燃料電池により発電された電力で、前記ヒートポンプの他、一または複数の電気機器が駆動可能とされ、
   設定タイミングにおいて、前記燃料電池により前記ヒートポンプを駆動して、前記第二貯湯タンクに温水を製造しておき、
   前記第一貯湯タンクよりも前記第二貯湯タンクの温水使用を優先し、前記第二貯湯タンク内の貯留水の水温が下限温度を下回ると、前記第一貯湯タンクの温水使用に切り替える
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

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