JP2022080736A - 発電給湯システム、設置構造、及び設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設置対象の場所に関わらず導入を容易にする。
【解決手段】発電給湯システム１０は筐体１４と被固定要素１１と着脱要素１２と給湯器１３とを有する。被固定要素１１は燃料電池モジュール１６及びパワーコンディショナ１７を少なくとも含む。パワーコンディショナ１７は燃料電池モジュール１６により発電される電力を交流電力に変換する。被固定要素１１を筐体１４内に固定する。着脱要素１２は被固定要素１１よりも筐体１４への着脱が容易である燃料電池モジュール１６の複数の補器類を含む。給湯器１３は燃料電池モジュール１６の発電に伴い生じる熱を利用して温水を供給可能である。
【選択図】図１

Description

本開示は、発電給湯システム、設置構造、及び設置方法に関するものである。

燃料電池モジュールが発電する電力と、燃料電池モジュールの発電時の排熱を利用してお湯を供給する発電給湯システムが知られている。バックアップ熱源機をパイプシャフト内に設置し、バックアップ熱源機以外のシステムの構成要素を含む燃料電池ユニットを設置面に設置することが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１８－１８１４９７号公報

燃料電池ユニットを設置する設置面には設置荷重が定められていることがあり、燃料電池ユニットを設置できず、設置対象の場所によっては、発電給湯システムの導入が困難となり得る。

従って、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされた本開示の目的は、設置対象の場所に関わらず導入の容易な発電給湯システム、設置構造、及び設置方法を提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による発電給湯システムは、
筐体と、
燃料電池モジュール及び該燃料電池モジュールにより発電される電力を交流電力に変換するパワーコンディショナを少なくとも含み、前記筐体内に固定される被固定要素と、
前記被固定要素よりも前記筐体への着脱が容易である前記燃料電池モジュールの複数の補器類を含む着脱要素と、
前記燃料電池モジュールの発電に伴い生じる熱を利用して温水を供給可能な給湯器と、を備える。

第２の観点による発電給湯システムの設置構造は、
筐体と、
燃料電池モジュール及び該燃料電池モジュール内の燃料電池セルスタックが発電する電力を交流電力に変換するパワーコンディショナを少なくとも含み、前記筐体内に固定される被固定要素と、
前記燃料電池モジュールの発電に伴い生じる熱を利用して温水を供給可能な給湯器と、
前記筐体又は前記給湯器の設置空間に設けられ、前記燃料電池モジュールの補器類である着脱要素と、を備える。

第３の観点による発電給湯システムの設置方法は、
筐体と、燃料電池モジュール及び該燃料電池モジュール内の燃料電池セルスタックが発電する電力を交流電力に変換するパワーコンディショナを少なくとも含み、前記筐体内に固定される被固定要素と、前記被固定要素よりも前記筐体への着脱が容易である前記燃料電池モジュールの複数の補器類を含む着脱要素と、前記燃料電池モジュールの発電に伴い生じる熱を利用して温水を供給可能な給湯器と、を有する発電給湯システムの設置方法であって、
前記発電給湯システムを設置場所に搬送し、
前記設置場所近傍の前記給湯器を設置可能な空間に、前記給湯器とともに該空間に設置可能な着脱要素を選択し、
前記給湯器及び選択された前記着脱要素を前記空間に設置し、
選択されなかった前記着脱要素を前記筐体に取付け、
前記筐体を前記設置場所に設置する
設置方法。

上記のように構成された本開示に係る発電給湯システム、設置構造、及び設置方法によれば、設置対象の場所に関わらず導入が容易である。

本実施形態に係る発電給湯システムの概略構成を示す機能ブロック図である。

以下、本開示を適用した発電給湯システムの実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本開示の一実施形態に係る発電給湯システム１０は、被固定要素１１、着脱要素１２、給湯器１３、及び筐体１４を含んで構成される。発電給湯システム１０は、更にケーブルプラグ１５を含んで構成されてよい。

被固定要素１１は、筐体１４に固定される。被固定要素１１は、ネジ留め等の公知の固定方法により筐体１４に固定されてよい。

被固定要素１１は、燃料電池モジュール１６及びパワーコンディショナ１７を少なくとも含む。被固定要素１１は、更に、改質水タンク１８、改質水ポンプ１９、脱硫器２０、制御部２１、ガス流量計２２、及び空気流量計２３の少なくとも１つを含んでよい。

燃料電池モジュール１６は、改質器及びセルスタック（燃料電池セルスタック）を有してよい。改質器は、原燃料として供給される、都市ガス又はＬＰガス等の炭化水素ガスと、水とに水蒸気改質反応を生じさせることにより、水素などの燃料を生成する。セルスタックは、空気中に含まれる酸素などの酸化剤と、改質器が生成する燃料を用いた電気化学反応により発電する。また、セルスタックは電気化学反応により水を生成する。セルスタックから排出される未反応燃料及び未反応酸化剤は燃焼され、改質器において水蒸気改質反応を行わせるエネルギーを付与する。セルスタックから排出される水は、未反応燃料及び未反応酸化剤の燃焼による燃焼ガスとともに高温のガス状で燃料電池モジュール１６から排出される。

パワーコンディショナ１７は、セルスタックが発電する直流電力を交流電力に変換する。パワーコンディショナ１７は、さらに燃料電池セルスタックが発電する直流電力の電圧を調整してよい。

改質水タンク１８は、燃料電池モジュール１６から排出され、後述する熱交換器２４における熱交換により凝縮した水を、改質水として貯留してよい。改質水は、改質器において水蒸気改質反応に用いられる水であってよい。改質水ポンプ１９は、燃料電池モジュール１６に改質水を送出してよい。脱硫器２０は、改質器の触媒の被毒低減のために、燃料電池モジュール１６に供給する原燃料ガスを脱硫してよい。制御部２１は、少なくとも燃料電池モジュール１６の動作を制御してよい。ガス流量計２２は、燃料電池モジュール１６に供給する原燃料ガスの流量を検出してよい。ガス流量計２２は、燃料電池モジュール１６の制御のために、検出した原燃料のガスの流量を制御部２１に通知してよい。空気流量計２３は、燃料電池モジュール１６に供給する空気の流量を検出してよい。空気流量計２３は、燃料電池モジュール１６の制御のために、検出した空気の流量を制御部２１に通知してよい。

着脱要素１２は、筐体１４内に設けられてよい。着脱要素１２は、被固定要素１１よりも筐体１４への着脱が容易な、燃料電池モジュール１６の複数の補器類を含む。筐体１４への着脱の容易性は、ネジの締結や鉤止めへの掛合などの取付態様の相違、取付け作業を行う箇所近辺のスペースの広狭、筐体１４の開口からの当該箇所の遠近、筐体１４の開口からの当該箇所の露出の相違によって、生じるように構成してよい。

または、着脱要素１２は、筐体１４内、又は、給湯器１３の設置空間に設けられてよい。給湯器１３の設置空間は、例えば、集合住宅において、水道管、ガス管等が設けられているパイプシャフトであってよい。

着脱要素１２は、燃料電池モジュール１６の補器類である。着脱要素１２は、熱交換器２４、熱媒タンク２５、熱媒ポンプ２６、ラジエータ２７、ガスポンプ２８、及びエアブロワ２９の少なくとも１つを含んでよい。

熱交換器２４は、燃料電池モジュール１６から排ガスとして排出される排熱を、熱媒と熱交換させてよい。熱媒は、例えば、水、不凍液などの比熱の大きな流体である。本実施形態においては、熱媒は水である。熱媒と熱交換により排ガスに含まれていた水の一部は、凝縮された後、前述の改質水タンク１８に送られてよい。熱媒タンク２５は、熱媒を貯留してよい。熱媒ポンプ２６は、熱媒を熱交換器２４に送出してよい。熱媒は、熱媒ポンプ２６の送出により熱交換器２４および熱媒タンク２５の間で循環してよい。ラジエータ２７は、熱媒を冷却してよい。ガスポンプ２８は、燃料電池モジュール１６に原燃料ガスを送出してよい。エアブロワ２９は、セルスタックで水素と反応させる、例えば酸素を含む空気を燃料電池モジュール１６に送出してよい。

給湯器１３は、燃料電池モジュール１６の発電に伴い生じる熱を利用して温水を供給可能である。給湯器１３は、例えば、熱媒が水である構成においては、熱媒を温水として供給可能であってよい。給湯器１３は、上水を熱媒と熱交換することにより加熱して、温水を供給可能であってよい。給湯器１３はボイラーを有してよい。給湯器１３は、ボイラーを用いて、熱媒の熱だけでは所望の温度に達していない水を加熱してよい。

筐体１４は、被固定要素１１及び着脱要素１２を収容してよい。筐体１４には、孔が形成されていてよい。当該孔には、着脱要素１２の中の筐体１４内に取付けられる一部及び被固定要素１１と、当該一部以外の着脱要素１２又は給湯器１３とを連結する流路が挿通される。当該流路は、例えば、原燃料ガスを輸送する配管、燃料電池モジュール１６の排出する排ガスを熱交換器２４に輸送する配管、凝縮水を輸送する配管、熱媒を循環させる配管、熱媒の熱を給湯器１３に供給するための配管、燃料電池モジュール１６に供給する空気を輸送する配管などである。

筐体１４には、開口が形成されていてよい。開口は、蓋により覆われてよい。筐体１４内において、着脱要素１２の少なくとも一部は、被固定要素１１よりも開口側に取り付け可能であってよい。

ケーブルプラグ１５は、パワーコンディショナ１７に接続されてよい。ケーブルプラグ１５は、例えば、建造物の外壁に設けられるコンセントに接続され得る。または、ケーブルプラグ１５は、建造部の外壁に設けられる孔を挿通して、屋内のコンセントに接続され得る。ケーブルプラグ１５がコンセントに接続されることにより、パワーコンディショナ１７から出力される交流電力が、当該建造物に設置される負荷機器に供給されてよい。

次に、発電給湯システム１０の設置方法を、以下に説明する。まず、発電給湯システム１０を設置場所に搬送する。例えば、設置場所への搬送前に、着脱要素１２は筐体１４に固定されていなくてもよい。言換えると、搬送以前に着脱要素１２は固定されていなくてよい。又は、搬送前に着脱要素１２の固定状態が解除されてもよい。この場合、着脱要素１２が筐体１４に固定されないまま、発電給湯システム１０は設置場所に搬送される。一部の着脱要素は１２が筐体１４に固定された状態で搬送されてもよい。

発電給湯システム１０のすべての着脱要素１２の中から、設置場所近傍の給湯器１３を設置可能な空間に、給湯器１３とともに当該空間に設置可能な着脱要素１２が選択される。選択される着脱要素１２は、当該空間の容積、給湯器１３の容積、並びに当該空間に実際に設置されている配管のサイズ及び位置等に基づいて、搬送前に決定されてよく、設置場所で決定されてよい。

給湯器１３及び選択された着脱要素１２が、当該空間内に設置される。選択されなかった着脱要素１２は、筐体１４内に取付けられる。すべての着脱要素１２が当該空間内に設置された場合、筐体１４には着脱要素１２が取付けられなくてよい。選択されなかった着脱要素１２は、筐体１４内に固定されてよく、固定されなくてもよい。少なくとも被固定要素１１が固定された筐体１２は、設置場所に設置される。

以上のような構成の本実施形態の発電給湯システム１０は、燃料電池モジュール１６及びパワーコンディショナ１７を少なくとも含む被固定要素１１と、被固定要素１１よりも筐体１４への着脱が容易である、燃料電池モジュール１６の複数の補器類を含む着脱要素１２とを備える。設置個所において、筐体１４及び収容物の荷重を減らすためには、燃料電池モジュール１６の補器類の一部を、給湯器１３を設置可能なパイプシャフト等の空間に設置することが考えられる。しかし、そのような空間の容積は住戸毎に異なるので、設置可能な補器類は設置場所によって異なる。上述のような構成を有する発電給湯システム１０では、設置施設における給湯器１３の設置空間に配置する補器類を着脱要素１２の中から設置作業者に選択させ得る。したがって、発電給湯システム１０では、設置前に、選択された着脱要素１２が筐体１４の内に配置されている場合であっても、筐体１４から容易に取外せるため、各設置場所における発電給湯システム１０の設置作業の負担が軽減され得る。また、発電給湯システム１０では、設置前に、筐体１４内に配置する着脱要素１２が筐体１４の外に配置されている場合であっても、筐体１４に容易に取付けられるため、各設置場所における発電給湯システム１０の設置作業の負担が軽減され得る。その結果、発電給湯システム１０は、設置対象の場所に関わらず、容易に導入され得る。また、上述の構成を有する発電給湯システム１０は、着脱要素１２を筐体１４から取外すことにより、一時的に筐体１４に収容される構成要素を減らし得る。筐体１４に収容される構成要素を減らすことにより、発電給湯システム１０は、収容物を含む筐体１４の重量が軽量化されるので、製造作業の作業者の低減又は自動化を容易にし得る。また、発電給湯システム１０では、収容物を含む筐体１４の重量が軽量化されるので、搬送時に、収容物を含む筐体１４、着脱要素１２、及び給湯器１３が積載され得る。したがって、発電給湯システム１０は、物流効率が向上され得るので、物流コストを低減させ得る。また、上述の要構成を有する発電給湯システム１０は、着脱要素１２もパイプシャフト等の設置空間に設置され得るので、メンテナンス作業を容易化し得る。

また、本実施形態の発電給湯システム１０は、ケーブルプラグ１５を備える。このような構成により、発電給湯システム１０は、屋内又は屋外のコンセントに差し込むことにより、ブレーカを介して、燃料電池モジュール１６の発電電力を、施設内に容易に供給し得る。

本開示の内容は、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことができる。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれる。例えば、各実施形態において、各機能部、各手段、各ステップなどは論理的に矛盾しないように他の実施形態に追加し、若しくは、他の実施形態の各機能部、各手段、各ステップなどと置き換えることが可能である。また、各実施形態において、複数の各機能部、各手段、各ステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本開示の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。

１０ 発電給湯システム
１１ 被固定要素
１２ 着脱要素
１３ 給湯器
１４ 筐体
１５ ケーブルプラグ
１６ 燃料電池モジュール
１７ パワーコンディショナ
１８ 改質水タンク
１９ 改質水ポンプ
２０ 脱硫器
２１ 制御部
２２ ガス流量計
２３ 空気流量計
２４ 熱交換器
２５ 熱媒タンク
２６ 熱媒ポンプ
２７ ラジエータ
２８ ガスポンプ
２９ エアブロワ

Claims (8)

1. 筐体と、
   燃料電池モジュール及び該燃料電池モジュールにより発電される電力を交流電力に変換するパワーコンディショナを少なくとも含み、前記筐体内に固定される被固定要素と、
   前記被固定要素よりも前記筐体への着脱が容易である前記燃料電池モジュールの複数の補器類を含む着脱要素と、
   前記燃料電池モジュールの発電に伴い生じる熱を利用して温水を供給可能な給湯器と、を備える
   発電給湯システム。
2. 請求項１に記載の発電給湯システムにおいて、
   前記着脱要素は、前記燃料電池モジュールの排熱を熱媒と熱交換させる熱交換器と、前記熱媒を貯留する熱媒タンクと、前記熱媒を冷却するラジエータと、前記熱媒を前記熱交換器に送出する熱媒ポンプと、前記燃料電池モジュールに原燃料ガスを送出するガスポンプと、前記燃料電池モジュールに空気を送出するエアブロワと、の少なくとも１つを含む
   発電給湯システム。
3. 請求項１又は２に記載の発電給湯システムにおいて、
   前記被固定要素は、前記燃料電池モジュールに改質水を送出する改質水ポンプと、前記改質水を貯留する改質水タンクと、前記燃料電池モジュールに供給する燃料ガスを脱硫する脱硫器と、少なくとも前記燃料電池モジュールの動作を制御する制御部と、の少なくとも１つを含む
   発電給湯システム。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の発電給湯システムにおいて、
   前記筐体には、前記着脱要素の中の前記筐体内に取付けられる一部及び前記被固定要素と、該一部以外の前記着脱要素又は前記給湯器とを連結する流路を挿通させる孔が形成されている
   発電給湯システム。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の発電給湯システムにおいて、
   前記筐体内において、前記着脱要素の少なくとも一部は、前記被固定要素よりも、前記筐体の開口側に取付け可能である
   発電給湯システム。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の発電給湯システムにおいて、
   前記パワーコンディショナに接続されるケーブルプラグを、更に備える
   発電給湯システム。
7. 筐体と、
   燃料電池モジュール及び該燃料電池モジュール内の燃料電池セルスタックが発電する電力を交流電力に変換するパワーコンディショナを少なくとも含み、前記筐体内に固定される被固定要素と、
   前記燃料電池モジュールの発電に伴い生じる熱を利用して温水を供給可能な給湯器と、
   前記筐体又は前記給湯器の設置空間に設けられ、前記燃料電池モジュールの補器類である着脱要素と、を備える
   発電給湯システムの設置構造。
8. 筐体と、燃料電池モジュール及び該燃料電池モジュール内の燃料電池セルスタックが発電する電力を交流電力に変換するパワーコンディショナを少なくとも含み、前記筐体内に固定される被固定要素と、前記被固定要素よりも前記筐体への着脱が容易である前記燃料電池モジュールの複数の補器類を含む着脱要素と、前記燃料電池モジュールの発電に伴い生じる熱を利用して温水を供給可能な給湯器と、を有する発電給湯システムの設置方法であって、
   前記発電給湯システムを設置場所に搬送し、
   前記設置場所近傍の前記給湯器を設置可能な空間に、前記給湯器とともに該空間に設置可能な着脱要素を選択し、
   前記給湯器及び選択された前記着脱要素を前記空間に設置し、
   選択されなかった前記着脱要素を前記筐体に取付け、
   前記筐体を前記設置場所に設置する
   設置方法。
   

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