JP2889807B2 - Fuel cell system - Google Patents
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- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池システムに関
し、詳しくは燃料電池の排ガスを熱交換して得た温水を
利用する燃料電池システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system using hot water obtained by exchanging heat of exhaust gas from a fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】燃料電池は、燃料ガスと空気中の酸素と
の化学反応によって電力を発生する装置であり、発電の
際に生ずる廃棄物質はＨ2 Ｏのみであるので非常にクリ
ーンである。また、発電に伴って発生する熱が給湯や冷
暖房として利用しやすく、それによって総合エネルギー
効率を高められる。燃料電池発電において排熱回収が可
能となる箇所は、燃料電池本体冷却系統，燃料改質系
統，空気極排空気系統，排ガス系統等である。2. Description of the Related Art A fuel cell is a device that generates electric power by a chemical reaction between a fuel gas and oxygen in the air, and is very clean because only H 2 O is a waste material generated during power generation. In addition, heat generated due to power generation can be easily used as hot water supply and cooling / heating, thereby increasing overall energy efficiency. Exhaust heat recovery is possible in fuel cell power generation in a fuel cell main body cooling system, a fuel reforming system, an air electrode exhaust air system, an exhaust gas system, and the like.
【０００３】リン酸型燃料電池発電の場合、燃料電池本
体では、水素と酸素とが電極と電解質を介して電気化学
的反応を起こすことにより発電するが、この反応は同時
に抵抗損失等のため発熱する。電池本体の温度を一定温
度に保持するために、冷却空気等により電池本体を冷却
する。このとき、冷却空気は暖められるので、これによ
り熱を回収することができる。また、改質ガス，空気極
排空気，改質器排ガス等は、高温ガスとなっているが、
熱交換器を介して熱を回収することができる。回収した
熱は、蒸気（スチーム）又は温水とすることにより利用
される。In the case of phosphoric acid fuel cell power generation, in the fuel cell body, power is generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen via an electrode and an electrolyte, but this reaction is simultaneously generated due to resistance loss and the like. I do. In order to maintain the temperature of the battery body at a constant temperature, the battery body is cooled by cooling air or the like. At this time, the cooling air is warmed, so that heat can be recovered. In addition, reformed gas, cathode discharge air, and reformer exhaust gas are high-temperature gases.
Heat can be recovered via a heat exchanger. The recovered heat is used as steam (steam) or hot water.
【０００４】ところで、上記燃料電池は家庭用等として
の利用が検討されており、燃料電池の廃熱を利用して得
た温水は、風呂やシャワーでの給湯用等として利用され
ることになる。[0004] By the way, the use of the fuel cell for home use or the like is being studied, and hot water obtained by using waste heat of the fuel cell is used for hot water supply in baths and showers. .
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記燃料電
池システムで得られる温水は約６０℃程度であるため、
通常のシャワー等の給湯に使用する場合は問題がない
が、例えば、風呂の追い炊き等のように、更に高温の温
水（約９３℃）を使用したい場合に、上記システムでは
賄うことができない。However, since the temperature of the hot water obtained by the fuel cell system is about 60 ° C.,
There is no problem when used for hot water supply for a normal shower or the like, but the above system cannot cover the use of hotter water (about 93 ° C.), for example, for additional heating in a bath.
【０００６】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、高温の温水を賄うことができる燃料電池システム
を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a fuel cell system capable of supplying high-temperature hot water.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本請求項１の発明は、燃料ガスと空気中の酸素とで
化学反応を行い、高温の排空気を排気する燃料電池と、
高温の燃焼ガスを発生させて前記燃料電池の昇温を行う
昇温手段と、燃料電池発電部から排出される排ガスを熱
交換して所定温度の温水を生成する温水生成手段と、前
記温水生成手段で生成した所定温度の温水を前記昇温手
段に供給する温水供給手段とを有し、且つ、前記昇温手
段が、前記温水供給手段から供給される所定温度の温水
を前記燃焼ガスと熱交換して、更に高温の温水を生成す
る高温水生成部を有することを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell which performs a chemical reaction between a fuel gas and oxygen in air to exhaust hot exhaust air,
Temperature increasing means for generating a high-temperature combustion gas to increase the temperature of the fuel cell; heat exchange means for exchanging exhaust gas discharged from the fuel cell power generation section to generate hot water at a predetermined temperature; Means for supplying hot water of a predetermined temperature generated by the means to the temperature raising means, and the temperature raising means converts the hot water of the predetermined temperature supplied from the hot water supply means to the combustion gas and heat It is characterized by having a high-temperature water generating unit that generates hot water of higher temperature by replacement.
【０００８】また、本請求項２の発明は、前記請求項１
記載のシステムが、更に、原料ガスとスチームとから水
素主成分ガスを生成する改質器と、前記燃料電池からの
排空気と水との間で熱交換を行ない、前記改質器に供給
するスチームを生成するスチーム生成手段と、前記温水
生成手段で熱交換した後の排ガスを熱交換して前記スチ
ーム生成手段に供給する水を加温する加温手段とを有す
ることを特徴とする。[0008] The present invention according to claim 2 is the invention according to claim 1.
The system according to claim 1, further comprising: performing a heat exchange between a reformer configured to generate a hydrogen-based gas from the raw material gas and the steam, and exhaust air and water from the fuel cell, and supplying the heat to the reformer. It is characterized by comprising steam generating means for generating steam, and heating means for exchanging heat of the exhaust gas after heat exchange by the hot water generating means and heating water supplied to the steam generating means.
【０００９】更に、本請求項３の発明は、前記請求項１
記載のシステムが、前記温水生成手段で生成した所定温
度の温水を貯蔵する貯蔵槽を有することを特徴としてい
る。Further, the present invention according to claim 3 provides the above-mentioned claim 1.
The system according to the present invention is characterized in that it has a storage tank for storing hot water of a predetermined temperature generated by the hot water generating means.
【００１０】[0010]
【作用】上記請求項１の構成によれば、昇温手段が高温
水生成部を有しているので、電池昇温用の燃焼ガスを利
用して熱交換を行うことにより、必要な高温水を生成す
ることができる。したがって、従来では得ることが困難
であった高温水を非常に簡単に賄うことができるので、
例えば、ガス風呂給湯システムにおける追い炊き等に使
用した場合に非常に便利である。また、電池の昇温及び
高温水の生成を一の手段で行うことができるため、シス
テムのコンパクト化等を図ることもできる。According to the configuration of the first aspect, since the temperature raising means has the high temperature water generating section, the heat exchange is performed by using the combustion gas for raising the temperature of the battery, so that the required high temperature water is generated. Can be generated. Therefore, high-temperature water, which was difficult to obtain in the past, can be covered very easily,
For example, it is very convenient when used for additional cooking in a gas bath hot water supply system. In addition, since the temperature of the battery can be raised and the high-temperature water can be generated by one means, the system can be made compact and the like.
【００１１】加えて、上記請求項２の構成によれば、加
温手段が前記温水生成手段で熱交換した後の排ガスを熱
交換して前記スチーム生成手段に供給する水を加温する
ので、季節により変動する水温を安定化することができ
る。したがって、外気温が低下する冬季等でも、安定し
てスチームを発生させることできるので、システムの安
定化を図ることができる。In addition, according to the configuration of the second aspect, the heating means heat-exchanges the exhaust gas after the heat exchange by the hot water generation means and heats the water supplied to the steam generation means. Water temperature that fluctuates depending on the season can be stabilized. Therefore, steam can be generated stably even in winter or the like when the outside temperature decreases, so that the system can be stabilized.
【００１２】更には、上記請求項３の構成であれば、所
定温度の温水を貯蔵槽に一旦蓄えることができるため、
例えば、一般家庭等で温水の需要量が極端に変動する場
合にも、安定した温水の供給が可能である。Further, according to the configuration of the third aspect, since hot water of a predetermined temperature can be temporarily stored in the storage tank,
For example, even when the demand for hot water fluctuates extremely in ordinary households or the like, stable hot water supply is possible.
【００１３】[0013]
【実施例】図１は本発明の一実施例に係る空冷式燃料電
池システムを、例えばガス風呂給湯システムと組み合わ
せた場合の概略を示す構成図であり、燃料極ガス室Ｎと
空気極ガス室Ｐと冷却ガス室Ｃとを有する空冷式燃料電
池１と、天然ガス等の原料ガスとスチームとで水蒸気改
質反応を行ない、前記燃料極ガス室Ｎに供給する水素主
成分ガスを生成する改質器２と、前記改質器２に供給す
るスチームを生成するスチーム生成用熱交換器３と、前
記冷却ガス室Ｃから排気された電池冷却後の排空気を加
熱して前記燃料電池１の昇温を行うスタートアップバー
ナ４と、前記電池冷却用の冷却空気を前記冷却ガス室Ｃ
に供給すると共に、前記冷却ガス室Ｃから排気され前記
スタートアップバーナ４及び前記熱交換器３を通過した
排空気を前記冷却ガス室Ｃに循環させるブロワ５と、前
記スタートアップバーナ４及び前記熱交換器３を通過し
た排空気の流路を切り替えるダンパ６と、燃料電池発電
部からの排ガスを熱交換して所定温度（例えば、６０℃
程度）の温水を生成する温水生成用熱交換器７と、前記
温水生成用熱交換器７で生成した所定温度の温水を貯蔵
する蓄湯槽８と、前記蓄湯槽８に貯蔵された温水を前記
スタートアップバーナ４に供給するポンプ９とを備えて
いる。また、前記燃料電池システムは、前記温水生成用
熱交換器７で熱交換した後の排ガスを、更に熱交換して
前記スチーム生成用熱交換器３に供給する水を加温する
加温用熱交換器１０を備えているが、この加温用熱交換
器１０は必須構成要件ではないため省略することも可能
である。尚、図１において、１１はＣＯ転化器、１２は
気水分離器、１３は脱硫器、１４はエジェクタ、１５は
温度設定用リモコン、１６は風呂、１７は給湯用蛇口、
ＮＧ１はバーナ用天然ガス供給弁、ＶＣ１は上水供給
弁、Ｖ１は温水供給弁を夫々示している。FIG. 1 is a schematic diagram showing an air-cooled fuel cell system according to an embodiment of the present invention when combined with, for example, a gas bath hot-water supply system. An air-cooled fuel cell 1 having a P and a cooling gas chamber C, and a steam reforming reaction between a raw material gas such as natural gas and steam to generate a hydrogen main component gas to be supplied to the fuel electrode gas chamber N. Reformer 2, a steam generating heat exchanger 3 for generating steam to be supplied to the reformer 2, and a battery-cooled exhaust air exhausted from the cooling gas chamber C to heat the fuel cell 1. The startup burner 4 for raising the temperature and the cooling air for cooling the battery are supplied to the cooling gas chamber C.
And a blower 5 for circulating exhaust air exhausted from the cooling gas chamber C and passed through the start-up burner 4 and the heat exchanger 3 to the cooling gas chamber C, and the start-up burner 4 and the heat exchanger And heat exchange between the exhaust gas from the fuel cell power generation unit and a predetermined temperature (for example, 60 ° C.).
), A hot water storage tank 8 for storing hot water of a predetermined temperature generated by the hot water generation heat exchanger 7, and hot water stored in the hot water storage tank 8. And a pump 9 for supplying the start-up burner 4. Further, the fuel cell system further includes a heat exchanger for exchanging heat of the exhaust gas after the heat exchange in the heat exchanger for hot water generation 7 to heat water supplied to the heat exchanger for steam generation 3. Although the heat exchanger 10 is provided, the heat exchanger for heating 10 is not an essential component and can be omitted. In FIG. 1, 11 is a CO converter, 12 is a steam separator, 13 is a desulfurizer, 14 is an ejector, 15 is a remote controller for temperature setting, 16 is a bath, 17 is a faucet for hot water supply,
NG1 is a burner natural gas supply valve, VC1 is a tap water supply valve, and V1 is a hot water supply valve.
【００１４】図２は前記スチーム生成用熱交換器３と一
体化されたスタートアップバーナ４を模式的に示した断
面斜視図であり、図３は図２に示したスタートアップバ
ーナ４と前記燃料電池１とを組み合わせたシステムの横
方向断面図である。前記スタートアップバーナ４は、天
然ガスと燃焼用空気とを燃焼させるバーナ部２０と、電
池冷却後の排空気が流れる排空気部１８と、前記ポンプ
９から供給された温水を熱交換して更に高温の温水を生
成する高温水生成部１９と、熱交換後の燃焼排ガスが通
過する燃焼ガス排気部２１とに大きく分かれており、前
記バーナ部２０には燃焼ガスの流路を切り替えるダンパ
２２が設けられている。FIG. 2 is a sectional perspective view schematically showing a start-up burner 4 integrated with the steam generating heat exchanger 3, and FIG. 3 is a sectional view showing the start-up burner 4 and the fuel cell 1 shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional side view of a system combining the above. The startup burner 4 exchanges heat between hot air supplied from the pump 9 and a burner unit 20 that burns natural gas and combustion air, an exhaust air unit 18 through which exhaust air after battery cooling flows, and a further higher temperature. And a combustion gas exhaust unit 21 through which the combustion exhaust gas after heat exchange passes. The burner unit 20 is provided with a damper 22 for switching the flow path of the combustion gas. Have been.
【００１５】ここで、前記高温水生成部１９は、前記蓄
湯槽８に貯蔵した所定温度の温水を、前記バーナ部２０
で燃焼させた燃焼ガスを利用して熱交換し、更に高温の
温水を生成する。そのため、前記蓄湯槽８からポンプ９
を介して供給される所定温度の温水は、熱交換効率の向
上を図るため、この中を蛇行しながら流れるよう構成さ
れている。一方、前記排空気部１８は、前記バーナ部２
０で燃焼された燃焼ガス及び前記燃料電池１の冷却ガス
室Ｃから排気された排空気が流れると共に、これら燃焼
ガスと排空気との間で熱交換を行う。そのため、前記排
空気が流れる複数の排空気通路２３と、前記燃焼ガスが
流れる複数の燃焼ガス通路（例えば、チューブ等）２４
とを有している。前記各排空気通路２３は、前記燃焼ガ
ス通路２４の流路方向に対して略垂直方向に沿って設け
られる複数の伝熱促進用フィン２３ａによって、更に複
数の通路に区切られている。従って、排空気と燃焼ガス
とは略直交して流れ、この間に熱交換が行われる。ま
た、前記伝熱促進用フィン２３ａを設けることによっ
て、排空気と燃焼ガスとの熱交換効率が更に向上するこ
とになる。Here, the high-temperature water generating section 19 supplies the hot water of a predetermined temperature stored in the hot water storage tank 8 to the burner section 20.
The heat exchange is performed using the combustion gas burned in the step (1), and hot water having a higher temperature is generated. Therefore, the pump 9
The hot water of a predetermined temperature supplied through the air is configured to flow in a meandering manner to improve the heat exchange efficiency. On the other hand, the air discharge section 18 is provided with the burner section 2.
The combustion gas burned at 0 and the exhaust air exhausted from the cooling gas chamber C of the fuel cell 1 flow, and heat exchange is performed between the combustion gas and the exhaust air. Therefore, a plurality of exhaust air passages 23 through which the exhaust air flows, and a plurality of combustion gas passages (eg, tubes and the like) 24 through which the combustion gas flows.
And Each of the exhaust air passages 23 is further divided into a plurality of passages by a plurality of heat transfer promoting fins 23 a provided along a direction substantially perpendicular to the flow direction of the combustion gas passage 24. Therefore, the exhaust air and the combustion gas flow substantially orthogonally, and heat exchange is performed between them. Further, by providing the heat transfer promoting fins 23a, the heat exchange efficiency between the exhaust air and the combustion gas is further improved.
【００１６】前記スタートアップバーナ４と一体化して
設けられた前記スチーム生成用熱交換器３は、図３に示
すように、この中をスチーム用給水が流れる複数の通路
（例えば、チューブ等）３ａを有し、このチューブ３ａ
間の隙間を前記スタートアップバーナ４で加熱された排
空気、或いは燃料電池１を冷却して暖められた排空気が
通過することになる。そして、前記加熱排空気とスチー
ム用給水との間で熱交換が行われ、スチームが生成す
る。As shown in FIG. 3, the steam generating heat exchanger 3 provided integrally with the start-up burner 4 has a plurality of passages (for example, tubes or the like) 3a through which steam supply water flows. Have this tube 3a
Exhaust air heated by the start-up burner 4 or exhaust air heated by cooling the fuel cell 1 passes through the gap therebetween. Then, heat exchange is performed between the heated exhaust air and the steam supply water, and steam is generated.
【００１７】以下、上記の如く構成された空冷式燃料電
池システムの運転方法について、図１〜図３を用いて具
体的に説明する。燃料電池１の起動は、先ず、ブロワ５
を駆動し、冷却ガスを冷却ガス室Ｃ，ダンパ６を通過
し、ブロワ５に循環させた状態でスタートアップバーナ
４を点火する。この時、空気極ガス室Ｐには流れない。
スタートアップバーナ４の燃焼熱は循環している冷却ガ
スに伝えられ、冷却ガスが加熱される。加熱され、高温
になった冷却ガスは、スチーム生成用熱交換器３、ダン
パ６及びブロワ５を通って燃料電池の冷却ガス室Ｃを通
過することにより、燃料電池１の昇温を行う。Hereinafter, a method of operating the air-cooled fuel cell system configured as described above will be specifically described with reference to FIGS. To start the fuel cell 1, first, the blower 5
Is driven, and the start-up burner 4 is ignited while the cooling gas passes through the cooling gas chamber C and the damper 6 and is circulated to the blower 5. At this time, it does not flow into the air electrode gas chamber P.
The heat of combustion of the start-up burner 4 is transmitted to the circulating cooling gas, and the cooling gas is heated. The heated and high-temperature cooling gas passes through the cooling gas chamber C of the fuel cell through the steam generating heat exchanger 3, the damper 6, and the blower 5, thereby raising the temperature of the fuel cell 1.
【００１８】一方、改質器２は、図示しない加熱手段に
より単独に昇温されている。燃料電池１が、所定の温度
（１２０℃）を越えたときに、スチーム生成用熱交換器
３にスチーム用給水を始め、スチームの生成を開始す
る。その後、改質器２が所定の温度（７００℃〜８００
℃）になったらスチームと原料ガスを改質器２に供給し
て、水蒸気改質反応が行われ水素主成分ガスが生成す
る。次に、燃料電池１が所定温度（１６０℃）に達した
ら、この水素主成分ガスが燃料極ガス室Ｎに供給され、
空気極ガス室Ｐに供給された空気と電池反応を行ない、
発電が開始される。On the other hand, the temperature of the reformer 2 is independently raised by a heating means (not shown). When the temperature of the fuel cell 1 exceeds a predetermined temperature (120 ° C.), water supply for steam is started to the steam generating heat exchanger 3 to start generating steam. Thereafter, the reformer 2 is set to a predetermined temperature (700 ° C. to 800 ° C.).
C.), the steam and the raw material gas are supplied to the reformer 2, and a steam reforming reaction is performed to generate a hydrogen main component gas. Next, when the temperature of the fuel cell 1 reaches a predetermined temperature (160 ° C.), the hydrogen main component gas is supplied to the fuel electrode gas chamber N,
A battery reaction is performed with the air supplied to the cathode gas chamber P,
Power generation is started.
【００１９】発電を開始すると、燃料電池には反応熱が
発生するので、燃料電池１の温度が１８０℃に達した
ら、スタートアップバーナ４を停止させ、ダンパ６を操
作してフレッシュエアーを取り込れ、燃料電池１の冷却
ガス室Ｃ入口の冷却ガスの温度を下げ、燃料電池の冷却
を開始する。電池の温度制御は、ブロワ５の送風量とダ
ンパ６の開度によって行われるが、具体的には、電池へ
供給される冷却ガス温度をダンパ６を操作して所定の温
度に制御した状態で、電池温度が所定温度よりも高くな
った場合は、ブロワ５の送風量を増やし、冷却能力を高
める。逆に、電池温度が所定の温度よりも低くなった場
合は、ブロワ５の送風量を減らし冷却を抑える。When power generation is started, reaction heat is generated in the fuel cell. When the temperature of the fuel cell 1 reaches 180 ° C., the start-up burner 4 is stopped and the damper 6 is operated to take in fresh air. Then, the temperature of the cooling gas at the inlet of the cooling gas chamber C of the fuel cell 1 is lowered, and cooling of the fuel cell is started. The temperature control of the battery is performed based on the amount of air blown by the blower 5 and the opening degree of the damper 6. Specifically, the temperature of the cooling gas supplied to the battery is controlled to a predetermined temperature by operating the damper 6. On the other hand, when the battery temperature becomes higher than the predetermined temperature, the air blowing amount of the blower 5 is increased to increase the cooling capacity. Conversely, when the battery temperature becomes lower than the predetermined temperature, the blowing amount of the blower 5 is reduced to suppress the cooling.
【００２０】また、別の電池温度制御としては、ブロワ
５の送風量を一定にしてダンパ６を操作して電池へ供給
する冷却ガス温度を変化させて制御する方法もある。と
ころで、改質器２加熱後の燃焼排ガス、空気極ガス室Ｐ
から排気される排空気、冷却ガス室Ｃから排気される排
空気等の混合された高温（１８０℃程度）のガスは、前
記温水生成用熱交換器７に供給され、ここで上水と熱交
換を行ない所定温度（６０℃程度）の温水が生成され
る。この時、所定温度（６０℃）の温水が得られるよう
に、図示しない手段により、上水の流量が制御される。
この所定温度の温水は、蓄湯槽８に貯蔵され、必要に応
じて適宜、風呂１６用或いは給湯１７用として使用され
る。As another battery temperature control, there is a method in which the blower 5 is blown at a constant volume and the damper 6 is operated to change the temperature of the cooling gas supplied to the battery. By the way, the combustion exhaust gas after heating the reformer 2 and the air electrode gas chamber P
High-temperature (about 180 ° C.) mixed gas, such as exhaust air exhausted from the air and exhaust air exhausted from the cooling gas chamber C, is supplied to the hot water generating heat exchanger 7 where the clean water and heat are mixed. Exchange is performed, and hot water of a predetermined temperature (about 60 ° C.) is generated. At this time, the flow rate of clean water is controlled by means (not shown) so that hot water of a predetermined temperature (60 ° C.) is obtained.
The hot water having the predetermined temperature is stored in the hot water storage tank 8 and is used for the bath 16 or the hot water supply 17 as needed.
【００２１】以下、温水を使用する場合の制御方法につ
いて、表１を用いて具体的に説明する。 所定温度の温水をそのまま使用する場合 蓄湯槽８に貯蔵した所定温度（６０℃程度）の温水を、
そのままの温度で使用する場合は、先ず、リモコン１５
でＴＣ１の温度が６０℃になるように設定する。この場
合、ＮＧ１は閉であり、スタートアップバーナ４に天然
ガスが供給されないので燃焼は行われない。したがっ
て、ポンプ９によってスタートアップバーナ４の温水生
成部１９に供給された温水は、単にこの中を通過するだ
けで熱交換は行われない。この時、ダンパ２２は、２２
ａの位置にある。また、Ｖ１は開であり、ＶＣ１は閉で
あるので、６０℃程度の温水は上水によって薄められず
に、風呂１６に供給され、お湯張り等として使用され
る。或いは、給湯用蛇口１７に供給され、給湯用として
使用される。 所定温度よりも更に高温の温水を使用する場合 蓄湯槽８に貯蔵した所定温度（６０℃程度）の温水より
も、更に高温の温水（例えば、９３℃）を使用する場合
は、先ず、リモコン１５でＴＣ１の温度が９３℃になる
ように設定する。この場合、ＮＧ１は開であるので、ス
タートアップバーナ４に天然ガスが供給され、燃焼ガス
が発生する。また、前記スタートアップバーナ４のダン
パ２２は、高温水生成部１９に燃焼ガスが流れるように
２２ｂの位置に切り替えられるので、ポンプ９によって
スタートアップバーナ４の温水生成部１９に供給された
温水は、燃焼ガスと熱交換して、９３℃程度の高温水が
生成される。また、Ｖ１は開であり、ＶＣ１は閉である
ので、９３℃程度の高温水は上水によって薄められず
に、風呂１６に供給され、追い炊き等として使用され
る。 所定温度よりも低温の温水を使用する場合 蓄湯槽８に貯蔵した所定温度（６０℃程度）の温水より
も、低温の温水（例えば、４０℃程度）の温水を使用す
る場合は、先ず、リモコン１５でＴＣ１の温度が４０℃
になるように設定する。この場合、ＮＧ１は閉であり、
スタートアップバーナ４に天然ガスが供給されないので
燃焼は行われない。また、ダンパ２２は、２２ａの位置
にある。したがって、ポンプ９によってスタートアップ
バーナ４の温水生成部１９に供給された温水は、単にこ
の中を通過するだけで熱交換は行われない。また、Ｖ１
は開であり、ＶＣ１も開であるので、６０℃程度の温水
は、２０℃程度の上水によって薄められ４０℃程度の温
水になり、風呂１６に供給され、シャワー等として使用
される。４０℃の温水は、給湯用蛇口１７には流れな
い。１７は単独で温水温度を制御できるように上水を引
き込んでいる。 風呂１６側と給湯１７側とで温水の使用が重なった
場合 蓄湯槽８に貯蔵した所定温度の温水を、風呂１６側と給
湯用蛇口１７側とで同時に使用する場合は、いずれか一
方の給湯が優先的に行われるよう制御される。この場合
は、Ｖ１が閉であるので、風呂１６側への温水の供給が
停止され、給湯側１７に優先的に供給されることにな
る。尚、これと逆の制御を行うことも勿論可能である。Hereinafter, a control method when using hot water will be specifically described with reference to Table 1. When using the hot water of the predetermined temperature as it is The hot water of the predetermined temperature (about 60 ° C.) stored in the hot water storage tank 8 is
When using at the same temperature, first use the remote control 15
Is set so that the temperature of TC1 becomes 60 ° C. In this case, NG1 is closed, and natural gas is not supplied to the start-up burner 4, so that combustion is not performed. Therefore, the hot water supplied to the hot water generator 19 of the start-up burner 4 by the pump 9 simply passes through the hot water, and does not exchange heat. At this time, the damper 22
It is in the position of a. Further, since V1 is open and VC1 is closed, warm water of about 60 ° C. is supplied to the bath 16 without being diluted by tap water, and used as hot water or the like. Alternatively, it is supplied to the hot water supply faucet 17 and used for hot water supply. When Using Hot Water Even Higher Than a Predetermined Temperature When using hot water (for example, 93 ° C.) higher than the hot water having a predetermined temperature (about 60 ° C.) stored in the hot water storage tank 8, first use the remote controller 15. Is set so that the temperature of TC1 becomes 93 ° C. In this case, since NG1 is open, natural gas is supplied to the start-up burner 4, and combustion gas is generated. Further, the damper 22 of the start-up burner 4 is switched to the position 22b so that the combustion gas flows to the high-temperature water generator 19, so that the hot water supplied to the hot water generator 19 of the start-up burner 4 by the pump 9 High-temperature water of about 93 ° C. is generated by heat exchange with the gas. Further, since V1 is open and VC1 is closed, high-temperature water of about 93 ° C. is supplied to the bath 16 without being diluted by tap water, and is used for additional cooking or the like. When using hot water at a temperature lower than the predetermined temperature When using hot water at a lower temperature (for example, about 40 ° C.) than hot water at a predetermined temperature (about 60 ° C.) stored in the hot water storage tank 8, first use a remote controller. 15 and TC1 temperature is 40 ℃
Set to be. In this case, NG1 is closed,
Since natural gas is not supplied to the start-up burner 4, combustion is not performed. The damper 22 is located at a position 22a. Therefore, the hot water supplied to the hot water generator 19 of the start-up burner 4 by the pump 9 simply passes through the hot water, and does not exchange heat. Also, V1
Is open and the VC1 is also open, so that hot water of about 60 ° C. is diluted with tap water of about 20 ° C. to become hot water of about 40 ° C., supplied to the bath 16 and used as a shower or the like. The hot water of 40 ° C. does not flow to the hot water supply faucet 17. Reference numeral 17 draws clean water so that the hot water temperature can be controlled independently. When the use of hot water is overlapped on the bath 16 side and the hot water supply 17 side When the hot water of a predetermined temperature stored in the hot water storage tank 8 is used simultaneously on the bath 16 side and the hot water supply faucet 17 side, either hot water supply Is controlled to be performed preferentially. In this case, since V1 is closed, the supply of hot water to the bath 16 is stopped and the hot water is supplied to the hot water supply side 17 with priority. Incidentally, it is of course possible to perform the reverse control.
【００２２】[0022]
【表１】 [Table 1]
【００２３】ところで、外気温が低下する冬季等におい
ては、前記スチーム生成用熱交換器３に供給する水の温
度が低下する場合がある。本システムでは、温水生成用
熱交換器７の排ガス（約５０℃程度）を利用して、前記
加温用熱交換器１０で熱交換を行ない、水の加温（約４
５℃程度）を行うことができるので、発電効率が低下す
ることもない。したがって、季節により変動する水温を
安定化することができるので、システムの安定化を図る
ことができる。Incidentally, in the winter season when the outside air temperature decreases, the temperature of the water supplied to the steam generating heat exchanger 3 may decrease. In the present system, heat exchange is performed in the heating heat exchanger 10 using the exhaust gas (about 50 ° C.) of the hot water generating heat exchanger 7 to heat the water (about 4 ° C.).
(About 5 ° C.), so that the power generation efficiency does not decrease. Therefore, the water temperature that fluctuates depending on the season can be stabilized, so that the system can be stabilized.
【００２４】尚、電池の運転中に、図示しない負荷検出
手段によって急激な負荷の増加を検知すると、ダンパ２
２を２２ａの位置にして、前記スタートアップバーナ４
に空気と天然ガスとを供給して燃焼ガスを発生させ、該
バーナ４の排空気通路２３を通過する排空気を前記燃焼
ガスと熱交換を行ない加熱する。この加熱排空気は、前
記スチーム生成用熱交換器３に供給され、チューブ３ａ
内を流れるスチーム用給水と熱交換を行い、スチームが
発生する。この場合、スチームの発生量は、前記スター
トアップバーナ４での燃焼量を制御することにより行わ
れるので、負荷の変動に応じて最適のスチームを発生さ
せることができる。更に、図示しない圧力検出手段によ
って気水分離器１２の圧力が所定値よりも低下した場合
も同様に、前記スタートアップバーナ４を燃焼させてス
チームを発生させる。気水分離器１２の圧力が所定値よ
りも高くなると、燃焼を停止する。When a sudden increase in load is detected by a load detecting means (not shown) during the operation of the battery, the damper 2
2 to the position 22a, and the start-up burner 4
Air and natural gas are supplied to the burner 4 to generate combustion gas, and the exhaust air passing through the exhaust air passage 23 of the burner 4 exchanges heat with the combustion gas to heat it. This heated exhaust air is supplied to the steam generating heat exchanger 3 and is supplied to a tube 3a.
Heat exchange is performed with the steam supply water flowing inside, generating steam. In this case, since the amount of generated steam is controlled by controlling the amount of combustion in the start-up burner 4, the most suitable amount of steam can be generated according to the load fluctuation. Further, when the pressure of the steam separator 12 falls below a predetermined value by a pressure detecting means (not shown), the start-up burner 4 is similarly burned to generate steam. When the pressure of the steam separator 12 becomes higher than a predetermined value, the combustion is stopped.
【００２５】上記実施例においては、６０℃程度の温水
を利用するので、２０℃程度の上水を利用する通常のガ
ス給湯システムに比べて、燃費が向上する（ガス代が安
くなる）。また、図１に示していないが、蓄湯槽８の温
度が熱ロス等により低下した場合、蓄湯槽８、ポンプ
９、高温水生成部１９の間で、自己循環させて蓄湯槽８
の温水の温度を所定の温度に維持することも可能であ
る。更に、この方法により、所定の温度より高い温度に
昇温することも可能である。In the above embodiment, since hot water of about 60 ° C. is used, fuel efficiency is improved (gas cost is reduced) as compared with a normal gas hot water supply system using clean water of about 20 ° C. Although not shown in FIG. 1, when the temperature of the hot water storage tank 8 decreases due to heat loss or the like, the hot water storage tank 8, the pump 9, and the high-temperature water generation unit 19 are circulated by themselves to perform hot water storage tank 8.
It is also possible to maintain the temperature of the hot water at a predetermined temperature. Further, it is possible to raise the temperature to a temperature higher than a predetermined temperature by this method.
【００２６】更には、スタートアップバーナ４の燃焼排
ガスは、温水生成手段７に入る排ガスラインにつなげる
ことも勿論可能である。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、本燃料電池システムをガス
風呂給湯システムと組み合わせた例を示したが、他に温
水を利用するシステム等と組み合わせることも勿論可能
である。 また、給湯システムの制御方法についても、上記実
施例に何ら限定されるものではない。 上記実施例においては、スタートアップバーナ４と
スチーム生成用熱交換器３とを一体化した例を示してい
るが、各々分離して設けることも勿論可能である。 また、スタートアップバーナ４に取り付けられた伝
熱促進用のフィン２３ａは、なくても熱交換が十分行わ
れる場合には省くことも可能である。Further, the combustion exhaust gas of the start-up burner 4 can of course be connected to an exhaust gas line entering the hot water generating means 7. [Other Matters] In the above embodiment, an example was shown in which the present fuel cell system was combined with a gas bath hot water supply system. However, it is of course possible to combine the fuel cell system with a system using hot water. Further, the control method of the hot water supply system is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, an example is shown in which the start-up burner 4 and the steam generating heat exchanger 3 are integrated, but it is of course possible to provide them separately. Further, the fins 23a for promoting heat transfer attached to the start-up burner 4 can be omitted if heat exchange is sufficiently performed without the fins 23a.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上の本請求項１の発明によれば、昇温
手段が高温水生成部を有しているので、電池昇温用の燃
焼ガスを利用して熱交換を行うことにより、必要な高温
水を生成することができる。したがって、従来では得る
ことが困難であった高温水を非常に簡単に賄うことがで
きるので、例えば、ガス風呂給湯システムにおける追い
炊き等に使用した場合に非常に便利である。また、電池
の昇温及び高温水の生成を一の手段で行うことができる
ため、システムのコンパクト化等を図ることもできる。According to the first aspect of the present invention, since the temperature raising means has the high temperature water generating section, the heat exchange is performed by using the combustion gas for raising the temperature of the battery. The required high-temperature water can be generated. Therefore, high-temperature water, which was difficult to obtain in the past, can be supplied very easily, which is very convenient when used, for example, for additional cooking in a gas bath hot water supply system. In addition, since the temperature of the battery can be raised and the high-temperature water can be generated by one means, the system can be made compact and the like.
【００２８】加えて、上記請求項２の発明によれば、加
温手段が前記温水生成手段で熱交換した後の排ガスを熱
交換して前記スチーム生成手段に供給する水を加温する
ので、季節により変動する水温を安定化することができ
る。したがって、外気温が低下する冬季等でも、安定し
てスチームを発生させることできるので、システムの安
定化を図ることができる。In addition, according to the second aspect of the present invention, the heating means heat-exchanges the exhaust gas after the heat exchange by the hot water generating means and heats the water supplied to the steam generating means. Water temperature that fluctuates depending on the season can be stabilized. Therefore, steam can be generated stably even in winter or the like when the outside temperature decreases, so that the system can be stabilized.
【００２９】更には、上記請求項３の発明であれば、所
定温度の温水を貯蔵槽に一旦蓄えることができるため、
例えば、一般家庭等で温水の需要量が極端に変動する場
合にも安定した温水の供給が可能である。Further, according to the third aspect of the present invention, since hot water of a predetermined temperature can be temporarily stored in the storage tank,
For example, even when the demand for hot water fluctuates extremely in ordinary households or the like, stable hot water supply is possible.
【図１】本発明の一実施例に係る空冷式燃料電池システ
ムを、例えばガス風呂給湯システムと組み合わせた場合
の概略を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a case where an air-cooled fuel cell system according to an embodiment of the present invention is combined with, for example, a gas bath hot water supply system.
【図２】スチーム生成用熱交換器と一体化されたスター
トアップバーナを模式的に示した断面斜視図である。FIG. 2 is a sectional perspective view schematically showing a start-up burner integrated with a steam generating heat exchanger.
【図３】スタートアップバーナと燃料電池とを組み合わ
せたシステムの横方向断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional side view of a combined start-up burner and fuel cell system.
１ 燃料電池 ４ 昇温手段 ７ 温水生成手段 ９ 温水供給手段 １９ 高温水生成部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 4 Heating means 7 Hot water generating means 9 Hot water supplying means 19 High temperature water generating unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−34260（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−54903（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−121082（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−81971（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-34260 (JP, A) JP-A-5-54903 (JP, A) JP-A-5-121082 (JP, A) JP-A-3-3260 81971 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01M 8/00-8/24
Claims (3)
行い、高温の排空気を排気する燃料電池と、 高温の燃焼ガスを発生させて前記燃料電池の昇温を行う
昇温手段と、 燃料電池発電部から排出される排ガスを熱交換して所定
温度の温水を生成する温水生成手段と、 前記温水生成手段で生成した所定温度の温水を前記昇温
手段に供給する温水供給手段と、 を有し、且つ、前記昇温手段が、 前記温水供給手段から供給される所定温度の温水を前記
燃焼ガスと熱交換して、更に高温の温水を生成する高温
水生成部を有することを特徴とする燃料電池システム。1. A fuel cell that performs a chemical reaction between fuel gas and oxygen in air to exhaust high-temperature exhaust air, and a temperature-raising unit that generates high-temperature combustion gas to raise the temperature of the fuel cell. Hot water generating means for exchanging heat with exhaust gas discharged from the fuel cell power generation unit to generate hot water at a predetermined temperature; hot water supply means for supplying the hot water at the predetermined temperature generated by the hot water generating means to the temperature increasing means; And wherein the temperature raising means has a high-temperature water generation unit that exchanges heat of the predetermined temperature supplied from the hot water supply means with the combustion gas to generate higher-temperature hot water. Characteristic fuel cell system.
質器と、 前記燃料電池からの排空気と水との間で熱交換を行な
い、前記改質器に供給するスチームを生成するスチーム
生成手段と、 前記温水生成手段で熱交換した後の排ガスを熱交換して
前記スチーム生成手段に供給する水を加温する加温手段
と、 を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池シス
テム。2. The reformer further comprising: a reformer configured to generate a hydrogen-based gas from a raw material gas and steam; and a heat exchange between exhaust air from the fuel cell and water. Steam generating means for generating steam to be supplied to the vessel, and heating means for exchanging heat with the exhaust gas after heat exchange by the hot water generating means to heat water supplied to the steam generating means. The fuel cell system according to claim 1, wherein:
貯蔵槽を有することを特徴とする請求項１或いは請求項
２記載の燃料電池システム。3. The fuel cell system according to claim 1, wherein said system further comprises a storage tank for storing hot water having a predetermined temperature generated by said hot water generating means.
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