JP4615888B2 - Fuel cell cogeneration system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池コージェネレーションシステムに関し、特に燃料電池の暖機を行う燃料電池コージェネレーションシステムに関する。 The present invention relates to a fuel cell cogeneration system, and more particularly to a fuel cell cogeneration system that warms up a fuel cell.
燃料電池は、電気化学反応に伴う発熱を除熱し、電気化学反応に最適な温度状態に燃料電池を維持すべく、冷却システムを設けている。燃料電池コージェネレーションシステムは、この冷却システムから回収される熱を有効利用して温水の供給を行うものである。他方で、燃料電池は、電気化学反応に適する温度状態にしないと発電運転を行うことができないため、燃料電池コージェネレーションシステムの起動時には燃料電池の暖機を行う必要がある。そこで、従来の燃料電池コージェネレーションシステムでは、暖機時においてヒータを用いて冷却水を加熱し、冷却システムを燃料電池の暖機に応用している(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、従来の燃料電池コージェネレーションシステムでは、燃料電池の暖機には、主としてヒータを用いるため、暖機に時間がかかるとともに、ヒータによるエネルギー消費が燃料電池コージェネレーションシステムのエネルギー効率の低下を招くという問題があった。 However, in the conventional fuel cell cogeneration system, since a heater is mainly used for warming up the fuel cell, it takes time to warm up, and energy consumption by the heater causes a decrease in energy efficiency of the fuel cell cogeneration system. There was a problem.
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池コージェネレーションシステムのエネルギー効率を向上させる燃料電池コージェネレーションシステムを提供することを目的としている。 This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the fuel cell cogeneration system which improves the energy efficiency of a fuel cell cogeneration system.
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、燃料電池と、前記燃料電池を所定の温度に維持するための冷却水が循環する冷却水循環経路と、前記冷却水循環経路内の冷却水を循環する冷却水循環手段と、前記冷却水循環経路に配設された熱交換器と、前記熱交換器において前記冷却水と熱交換を行う貯湯水が循環する貯湯水循環経路と、前記貯湯水循環経路中に配設された積層沸き上げ方式の貯湯タンクと、前記貯湯水の循環方向を前記貯湯タンクの上部から取水する第1の循環方向と前記貯湯タンクの底部から取水する第2の循環方向とに切り換える貯湯水循環方向切換手段と、前記貯湯水循環経路内の貯湯水を循環する貯湯水循環手段と、所定の冷却水温度検出位置において前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、所定の貯湯水温度検出位置において前記貯湯水の温度を検出する貯湯水温度検出手段とを備え、前記燃料電池の暖機時に、前記貯湯水温度検出手段により検出された貯湯水検出温度と前記冷却水温度検出手段により検出された冷却水検出温度との検出温度差が第1の設定温度差以下の場合には前記貯湯水が前記第2の循環方向に循環し、前記検出温度差が第1の設定温度差より大きい場合には前記貯湯水が前記第1の循環方向に循環するよう、前記貯湯水循環方向切換手段が前記貯湯水を循環させる(請求項1)。このような構成とすると、所定の温度条件に応じて、貯湯タンクに蓄えられた貯湯水を燃料電池の暖機に活用することができるので、燃料電池コージェネレーションシステムの効率の向上が可能となる。 In order to solve the above problems, a fuel cell cogeneration system according to the present invention includes a fuel cell, a cooling water circulation path for circulating cooling water for maintaining the fuel cell at a predetermined temperature, and the cooling water circulation path. A cooling water circulating means for circulating the cooling water, a heat exchanger disposed in the cooling water circulation path, a hot water circulation path for circulating hot water for heat exchange with the cooling water in the heat exchanger, and the hot water storage A hot water storage tank of a stacked boiling system disposed in a water circulation path, a first circulation direction in which the hot water is circulated from the upper part of the hot water tank, and a second circulation in which water is taken from the bottom of the hot water tank. Hot water circulation direction switching means for switching between directions, hot water circulation means for circulating hot water in the hot water circulation path, and the temperature of the cooling water at a predetermined cooling water temperature detection position. And a hot water temperature detecting means for detecting the temperature of the hot water at a predetermined hot water temperature detecting position, and the hot water temperature detecting means detects when the fuel cell is warmed up. When the detected temperature difference between the detected hot water detection temperature and the detected cooling water temperature detected by the cooling water temperature detecting means is equal to or smaller than the first set temperature difference, the hot water circulates in the second circulation direction. When the detected temperature difference is larger than the first set temperature difference, the stored hot water circulation direction switching means circulates the stored hot water so that the stored hot water circulates in the first circulation direction. ). With such a configuration, the hot water stored in the hot water storage tank can be used for warming up the fuel cell according to a predetermined temperature condition, so that the efficiency of the fuel cell cogeneration system can be improved. .
前記貯湯水循環方向切換手段は、前記暖機開始から所定時間、前記貯湯水を前記第1の循環方向に循環させた後、前記検出温度差が前記第1の設定温度差以下の場合には前記貯湯水の循環方向を前記第2の循環方向に切り換える(請求項2)。このような構成とすると、貯湯水循環経路内の貯湯水温度や貯湯水循環経路の配管による貯湯水温度の低下の影響の影響を排除できるので、貯湯タンクに蓄えられた貯湯を利用した燃料電池コージェネレーションシステムの効率的な暖機が可能となる。 The hot water circulation direction switching means circulates the hot water in the first circulation direction for a predetermined time from the start of warming up, and when the detected temperature difference is less than or equal to the first set temperature difference, The circulation direction of the hot water is switched to the second circulation direction (Claim 2). This configuration eliminates the effects of hot water temperature in the hot water circulation path and the decrease in hot water temperature due to piping in the hot water circulation path, so fuel cell cogeneration using hot water stored in the hot water tank Efficient warm-up of the system is possible.
前記所定の冷却水温度検出位置が、前記燃料電池の冷却水出口と熱交換器の冷却水入口との間の前記冷却水循環経路上にある(請求項3)。 The predetermined coolant temperature detection position is on the coolant circulation path between the coolant outlet of the fuel cell and the coolant inlet of the heat exchanger (Claim 3).
前記所定の貯湯水温度検出位置が、前記第1の循環方向において前記貯湯タンクの上部接続部と前記熱交換器との間の貯湯水循環経路上、あるいは前記貯湯水タンク内の上部接続部近傍にある(請求項4)。 The predetermined hot water temperature detection position is on the hot water circulation path between the upper connection portion of the hot water storage tank and the heat exchanger in the first circulation direction or in the vicinity of the upper connection portion in the hot water storage tank. (Claim 4).
前記の所定時間が、少なくとも、前記貯湯タンクの上部接続部と前記貯湯水温度検出手段との間の前記貯湯水循環経路の距離、前記貯湯水循環経路の配管の熱容量、前記貯湯水の流速のいずれかに応じて、設定もしくは変更できるように構成される(請求項5)。このような構成とすると、燃料電池コージェネレーションシステムの設置条件の変更や改修時においても、最適な設定を実現することが可能となるので、燃料電池コージェネレーションシステムの設置の自由度が向上する。 The predetermined time is at least one of a distance of the hot water circulation path between the hot water tank upper connection part and the hot water temperature detection means, a heat capacity of piping of the hot water circulation path, and a flow rate of the hot water. It can be set or changed according to (Claim 5). With such a configuration, the optimum setting can be realized even when the installation conditions of the fuel cell cogeneration system are changed or modified, so that the degree of freedom of installation of the fuel cell cogeneration system is improved.
前記燃料電池コージェネレーションシステムは、前記冷却水循環経路に配設された冷却水加熱ヒータをさらに備え、前記検出温度差が前記第1の設定温度差以下の場合に、前記冷却水加熱ヒータが作動する(請求項6)。このような構成とすると、冷却水加熱ヒータの消費エネルギーを節約することができるので、燃料電池コージェネレーションシステムの効率の向上が可能となる。 The fuel cell cogeneration system further includes a cooling water heater disposed in the cooling water circulation path, and the cooling water heater operates when the detected temperature difference is equal to or less than the first set temperature difference. (Claim 6). With such a configuration, the energy consumption of the cooling water heater can be saved, so that the efficiency of the fuel cell cogeneration system can be improved.
前記燃料電池コージェネレーションシステムは、前記冷却水が前記熱交換器を経由せずに循環するように前記冷却水循環経路に配設された冷却水熱交換器バイパス経路と、前記冷却水の循環経路を、前記冷却水熱交換器を経由する第1の冷却水循環経路と前記冷却水熱交換器バイパス経路を経由する第2の冷却水循環経路とに切り換える冷却水循環経路切換手段とをさらに備え、前記冷却水は前記第2の冷却水循環経路を循環し、前記検出温度差が第1の設定温度差より大きい場合に、前記冷却水循環経路切換手段が前記冷却水の循環経路を前記第1の冷却水循環経路に切り換える(請求項7)。あるいは、前記貯湯水が前記熱交換器を経由せずに循環するように前記貯湯水循環経路に配設された貯湯水熱交換器バイパス経路と、前記貯湯水の循環経路を、前記熱交換器を経由する第1の貯湯水循環経路と前記貯湯水熱交換器バイパス経路を経由する第2の貯湯水循環経路とに切り換える貯湯水循環経路切換手段とをさらに備え、前記貯湯水は前記第2の貯湯水循環経路を循環し、前記検出温度差が第1の設定温度差より大きい場合に、前記貯湯水循環経路切換手段が前記貯湯水の循環経路を前記第1の貯湯水循環経路に切り換える(請求項11)。このような構成とすると、検出温度差が小さい場合には、貯湯タンクの貯湯水と冷却水との熱交換を行わないようにすることが可能となるので、燃料電池コージェネレーションシステムの効率の向上が可能となる。 The fuel cell cogeneration system includes a cooling water heat exchanger bypass path disposed in the cooling water circulation path so that the cooling water circulates without passing through the heat exchanger, and a circulation path of the cooling water. And a cooling water circulation path switching means for switching between a first cooling water circulation path passing through the cooling water heat exchanger and a second cooling water circulation path passing through the cooling water heat exchanger bypass path, Circulates through the second cooling water circulation path, and when the detected temperature difference is larger than the first set temperature difference, the cooling water circulation path switching means turns the cooling water circulation path into the first cooling water circulation path. (Claim 7). Alternatively, the hot water storage heat exchanger bypass path disposed in the hot water circulation path so that the hot water circulates without passing through the heat exchanger, and the hot water circulation path are connected to the heat exchanger. There is further provided hot water circulation path switching means for switching between a first hot water circulation path that passes through and a second hot water circulation path that passes through the hot water heat exchanger bypass path, and the hot water is the second hot water circulation path. When the detected temperature difference is larger than the first set temperature difference, the hot water circulation path switching means switches the hot water circulation path to the first hot water circulation path (Claim 11). With such a configuration, when the detected temperature difference is small, it is possible to prevent heat exchange between the hot water stored in the hot water storage tank and the cooling water, thereby improving the efficiency of the fuel cell cogeneration system. Is possible.
前記冷却水循環経路切換手段が前記冷却水の循環経路を前記第1の冷却水循環経路に切り換えた後、前記検出温度差が第2の設定温度差以下の場合に、前記冷却水加熱ヒータが作動する(請求項8)。あるいは、前記貯湯水循環経路切換手段が前記貯湯水の循環経路を前記第1の貯湯水循環経路に切り換えた後、前記検出温度差が第2の設定温度差以下の場合に、前記冷却水加熱ヒータが作動する(請求項12)。このような構成とすると、検出温度差の大きさに応じて、貯湯水との熱交換と冷却水加熱ヒータとの併用によって冷却水を加熱することが可能となるので、暖機時間を短縮することが可能となる。 After the cooling water circulation path switching means switches the cooling water circulation path to the first cooling water circulation path, the cooling water heater operates when the detected temperature difference is equal to or smaller than a second set temperature difference. (Claim 8). Alternatively, after the hot water circulation path switching means switches the hot water circulation path to the first hot water circulation path, the cooling water heater is used when the detected temperature difference is equal to or smaller than a second set temperature difference. (Claim 12). With such a configuration, according to the detected temperature difference, the cooling water can be heated by the combined use of the heat exchange with the hot water and the cooling water heater, thereby shortening the warm-up time. It becomes possible.
前記冷却水循環経路切換手段が前記冷却水の循環経路を前記第1の冷却水循環経路に切り換えた後、前記第1の設定温度差及び前記第2の設定温度差より小さい第3の設定温度差より前記検出温度差が大きい場合に、前記検出温度差が再度検出及び算出される(請求項9)。あるいは、前記貯湯水循環経路切換手段が前記貯湯水の循環経路を前記第1の貯湯水循環経路に切り換えた後、前記第1の設定温度差及び前記第2の設定温度差より小さい第3の設定温度差より前記検出温度差が大きい場合に、前記検出温度差が再度検出及び算出される(請求項13)。このような構成とすると、検出温度差が小さくなるに従い、第2の設定温度差以下となり冷却水加熱ヒータが作動し、次いで、第3の設定温度差以下となり冷却水と貯湯水との熱交換が停止するようになるので、暖機時間の長期化を極力回避しながら、貯湯水と冷却水との熱交換を極力継続することが可能となる。 After the cooling water circulation path switching means switches the circulation path of the cooling water to the first cooling water circulation path, the third preset temperature difference smaller than the first preset temperature difference and the second preset temperature difference. When the detected temperature difference is large, the detected temperature difference is detected and calculated again (claim 9). Alternatively, after the hot water circulation path switching means switches the hot water circulation path to the first hot water circulation path, the third preset temperature is smaller than the first preset temperature difference and the second preset temperature difference. When the detected temperature difference is larger than the difference, the detected temperature difference is detected and calculated again (claim 13). With such a configuration, as the detected temperature difference becomes smaller, the cooling water heater is operated to become equal to or smaller than the second set temperature difference, and then the heat exchange between the cooling water and the stored hot water becomes equal to or smaller than the third set temperature difference. Therefore, the heat exchange between the hot water and the cooling water can be continued as much as possible while avoiding a prolonged warm-up time as much as possible.
前記冷却水循環経路切換手段が前記冷却水の循環経路を前記第1の冷却水循環経路に切り換えた後、前記検出温度差が前記第3の設定温度差以下の場合に、前記冷却水循環経路切換手段が前記冷却水の循環経路を前記第2の冷却水循環経路に切り換えるとともに、前記貯湯水循環方向切換手段が前記貯湯水の循環方向を前記第2の循環方向に切り換える(請求項10)。あるいは、前記貯湯水循環経路切換手段が前記貯湯水の循環経路を前記第1の貯湯水循環経路に切り換えた後、前記検出温度差が前記第3の設定温度差以下の場合に、前記貯湯水循環経路切換手段が前記貯湯水の循環経路を前記第2の貯湯水循環経路に切り換えるとともに、前記貯湯水循環方向切換手段が前記貯湯水の循環方向を前記第2の循環方向に切り換える(請求項14)。このような構成とすると、検出温度差が第3の設定温度差以下になるまで、冷却水と貯湯水との熱交換が継続するので、燃料電池コージェネレーションシステムの効率の向上が可能となる。 After the cooling water circulation path switching means switches the cooling water circulation path to the first cooling water circulation path, the cooling water circulation path switching means is provided when the detected temperature difference is equal to or smaller than the third set temperature difference. The circulating path of the cooling water is switched to the second circulating path of the cooling water, and the hot water circulating direction switching means switches the circulating direction of the hot water to the second circulating direction (Claim 10). Alternatively, after the hot water circulation path switching means switches the hot water circulation path to the first hot water circulation path, the hot water circulation path switching is performed when the detected temperature difference is equal to or smaller than the third set temperature difference. The means switches the hot water circulation path to the second hot water circulation path, and the hot water circulation direction switching means switches the hot water circulation direction to the second circulation direction (Claim 14). With such a configuration, since the heat exchange between the cooling water and the hot water is continued until the detected temperature difference becomes equal to or smaller than the third set temperature difference, the efficiency of the fuel cell cogeneration system can be improved.
前記燃料電池から排出される余剰のアノードガスを燃焼処理する燃焼装置と、前記貯湯水循環経路に配設された燃焼装置排気ガス熱交換器とを備え、前記燃焼装置排気ガス熱交換器が、前記燃焼装置の排気ガスと前記貯湯水との熱交換を行う(請求項15)。このような構成とすると、燃料電池から排出される余剰のアノードガスが貯湯水への蓄熱に活用されるので、燃料電池コージェネレーションシステムの効率の向上が可能となる。 A combustion apparatus that combusts surplus anode gas discharged from the fuel cell; and a combustion apparatus exhaust gas heat exchanger disposed in the hot water circulation path, wherein the combustion apparatus exhaust gas heat exchanger includes: Heat exchange is performed between the exhaust gas of the combustion device and the hot water storage (claim 15). With such a configuration, the surplus anode gas discharged from the fuel cell is used for heat storage in the hot water storage, so that the efficiency of the fuel cell cogeneration system can be improved.
前記貯湯水循環方向切換手段が、前記貯湯水の循環方向を前記第2の循環方向に切り換えた後においてのみ、前記燃焼装置排気ガス熱交換器が、前記排気ガスと前記貯湯水との熱交換を行う(請求項16)。このような構成とすると、貯湯水の循環方向が第1の循環方向の時において、貯湯タンク上部の貯湯水より高温の貯湯水が貯湯タンク底部に流入することを回避できるので、貯湯タンクの積層構造の損傷を防止することができる。 Only after the hot water circulation direction switching means switches the circulation direction of the hot water to the second circulation direction, the combustion apparatus exhaust gas heat exchanger exchanges heat between the exhaust gas and the hot water. (Claim 16). With such a configuration, when the hot water circulation direction is the first circulation direction, hot water stored at a temperature higher than the hot water stored at the top of the hot water tank can be prevented from flowing into the bottom of the hot water tank. Damage to the structure can be prevented.
前記燃焼装置が、前記燃料電池に付設された改質器の燃焼部である(請求項17)。このような構成とすると、燃料電池から排出される余剰のアノードガスが貯湯水への蓄熱に加え、アノードガスの改質にも活用されるので、燃料電池コージェネレーションシステムの効率の更なる向上が可能となる。 The combustion device is a combustion part of a reformer attached to the fuel cell (claim 17). With such a configuration, the surplus anode gas discharged from the fuel cell is used for reforming the anode gas in addition to the heat storage in the hot water storage, thereby further improving the efficiency of the fuel cell cogeneration system. It becomes possible.
以上のように、本発明は、燃料電池コージェネレーションシステムのエネルギー効率を向上させるという効果を奏する。 As described above, the present invention has an effect of improving the energy efficiency of the fuel cell cogeneration system.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成を示す模式図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell cogeneration system according to Embodiment 1 of the present invention.
図1に示すように、本発明の実施の形態1の燃料電池コージェネレーションシステムは、燃料電池11と、冷却水循環ポンプ12(冷却水循環手段)と、冷却水加熱ヒータ13と、熱交換器14と、冷却水循環経路15と、冷却水温度検出手段16と、冷却水熱交換器バイパス経路17と、三方弁18(冷却水循環経路切換手段)と、貯湯タンク21と、貯湯水循環経路23と、貯湯水循環ポンプ22(貯湯水循環手段)と、切換経路23a’、23b’及び三方弁26a、26bを備えて構成される貯湯水循環方向切換手段と、貯湯水温度検出手段24と、制御装置29とを有している。
As shown in FIG. 1, the fuel cell cogeneration system according to Embodiment 1 of the present invention includes a
貯湯水循環経路23は、貯湯水が貯湯タンク21と熱交換器14とを通って循環するように形成され、その途中に貯湯水を循環させる貯湯水循環ポンプ22と貯湯水の温度を検出する貯湯水温度検出手段24と、三方弁26a、26bとが配設されている。
The hot
貯湯タンク21は、上部に高温の貯湯水を蓄え、下部に比較的低温の貯湯水を蓄える積層沸き上げ方式である。貯湯水が貯湯タンク21の上部接続部21a及び底部接続部21bを通って循環するように配設されている。
The hot
三方弁26aは、貯湯タンク21の底部接続部21bと熱交換器14の貯湯水入口14aとの間に配設されている。三方弁26aのポートa1は、底部接続部21b側の貯湯水循環経路23と接続し、ポートa2は、熱交換器14側の貯湯水循環経路23と接続し、ポートa3は切換経路23a’と接続している。
The three-
三方弁26bは、貯湯タンク21の上部接続部21aと熱交換器14の貯湯水出口14bとの間に配設されている。三方弁26bのポートb1は、上部接続部21b側の貯湯水循環経路23と接続し、ポートb2は、熱交換器14側の貯湯水循環経路23と接続し、ポートa3は切換経路23b’と接続している。
The three-
切換経路23a’は、三方弁26aのポートa3と三方弁26b及び上部接続部21a間の貯湯水循環経路23とを接続するように配設されている。
The switching
切換経路23b’は、三方弁26bのポートb3と三方弁26a及び底部接続部21b間の貯湯水循環経路23とを接続するように配設されている。
The switching
これにより、三方弁26a,26bのポート接続の切換により、貯湯水の循環方向を切り換えることが可能となる。
Thereby, it becomes possible to switch the circulating direction of the hot water by switching the port connection of the three-
貯湯水温度検出手段24は、貯湯タンク21内の上部接続部21a近傍、あるいは貯湯水が上部接続部21aから循環(第1の循環方向A)する際の上部接続部21aから熱交換器14の貯湯水入口14aに至るまでの貯湯水循環経路23に配設されている。ここでは、三方弁26aのポートa2と熱交換器14の貯湯水入口14aとの間の貯湯水循環経路23に配設されている。
The hot water storage temperature detection means 24 is provided in the vicinity of the
貯湯水循環ポンプ22は、切換経路23a’、23b’によって循環方向が切り換わっても貯湯水を循環することが可能な位置に配設される。ここでは、三方弁26aのポートa2と貯湯水温度検出手段24との間に配設されている。
The hot
冷却水循環経路15は、冷却水が燃料電池11及び熱交換器14を通って循環するように形成され、その途中に冷却水を循環させる冷却水循環ポンプ12と、冷却水を加熱する冷却水加熱ヒータ13と、冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段16と、三方弁18とが配設されている。
The cooling
冷却水加熱ヒータ13は、熱交換器14の冷却水出口14dと燃料電池11の冷却水入口11aとの間に配設されている。冷却水加熱ヒータ13には、電気ヒータなど一般的なヒータを用いることができる。
The cooling
冷却水温度検出手段16は、燃料電池11の冷却水出口11bと熱交換器14の冷却水入口14cとの間に配設されている。
The cooling water temperature detection means 16 is disposed between the cooling
ここで、冷却水温度検出手段16及び貯湯水温度検出手段24には、例えば、熱電対を用いることができる。また、冷却水循環経路15及び貯湯水循環経路23を構成する配管の温度を計測することによって配管内の流体の温度を検出するという方法でもよい。
Here, a thermocouple can be used for the cooling water temperature detection means 16 and the hot water storage temperature detection means 24, for example. Moreover, the method of detecting the temperature of the fluid in piping by measuring the temperature of piping which comprises the cooling
三方弁18は、冷却水温度検出手段16と熱交換器14の冷却水入口14cとの間に配設されている。三方弁18のポートc1は、冷却水温度検出手段16側の冷却水循環経路15と接続し、ポートc2は、熱交換器14の冷却水入口14c側の冷却水循環経路15と接続し、ポートc3は冷却水熱交換器バイパス経路17と接続している。
The three-
冷却水熱交換器バイパス経路17は、三方弁18のポートa3と、熱交換器14の冷却水出口14d及び冷却水加熱ヒータ13間の冷却水循環経路15とを接続するように配設されている。これにより、三方弁18のポート接続の切換により、冷却水の循環経路を熱交換器14経由の循環経路(第1の冷却水循環経路C)と冷却水熱交換器バイパス経路17経由の循環経路(第2の冷却水循環経路D)とに切り換えることが可能となる。
The cooling water heat
また、制御装置29は、燃料電池11の暖機開始後の経過時間t、あるいは冷却水温度検出手段16で検出される冷却水検出温度T2と貯湯水温度検出手段24で検出される貯湯水検出温度T1との検出温度差ΔTに基づいて、三方弁26a、26b、冷却水加熱ヒータ13あるいは三方弁18を制御するように構成されている。
Further, the
以上のように構成された実施の形態1に係る燃料電池コージェネレーションシステムの動作を説明する。 The operation of the fuel cell cogeneration system according to Embodiment 1 configured as described above will be described.
図2は、本発明の実施の形態1に係る燃料電池11の暖機時における燃料電池コージェネレーションシステムの動作を示すフローチャートである。このフローチャートに示される動作は、燃料電池コージェネレーションシステムが制御装置29によって制御されることにより遂行される。ここで、燃料電池11の暖機時とは、燃料電池11の起動から燃料電池が発電を開始するまでの間を言う。燃料電池11の起動とは、燃料電池11が運転待機状態から昇温状態に移行する時をいう。例えば、停止中の燃料電池コージェネレーションシステムの運転スイッチがONになった時をいう。
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the fuel cell cogeneration system when the
図2において、ステップS1の燃料電池11の暖機開始後、ステップS2において、貯湯水は、貯湯水循環ポンプ22によって、貯湯タンク21の上部接続部21aから循環する(第1の循環方向A)。すなわち、図1において、図中矢印A側である。三方弁26aは、ポートa3とポートa2とが接続されるように切り換わり、貯湯水が貯湯タンク21の上部接続部21aから切換経路23a’を経由して、貯湯水循環ポンプ22、熱交換器14を経由するように流れる。三方弁26bは、ポートb2とポートb3とが接続されるように切り換わり、貯湯水が切換経路23b’を経由して、貯湯タンク21の底部接続部21bに循環するように流れる。積層沸き上げ方式である貯湯タンク21内では底部より上部の方に高い温度の湯水が分布しているので、貯湯タンク21の上部から貯湯水を循環させることによって、この高温の湯水を利用して冷却水を加熱することができる。また、貯湯タンク21の底部接続部21bより戻すことによって、熱交換器14において降温した後の貯湯水は貯湯タンク21内の高温の貯湯水と接触しないので、貯湯タンク21の貯湯水の積層構造の損傷を防止することができる。
In FIG. 2, after the start of warming-up of the
また、ステップS3において、三方弁18は、ポートc1とポートc3とが接続されるように切り換わり、冷却水は熱交換器14を経由せずに冷却水熱交換器バイパス経路17を経由して循環する(第2の冷却水循環経路D)。
In step S3, the three-
そして、ステップS4において、暖機開始後の経過時間tが所定時間t1を経過しているか否かが判定され、所定時間t1を経過していない場合には、ステップS2及びS3の状態が維持される。これは、燃料電池11の暖機開始後、貯湯タンク21の上部接続部21aの貯湯水が貯湯水温度検出手段24の位置に到達するまでには時間がかかるため、燃料電池11の暖機開始から所定時間t1は、貯湯水を第1の循環方向Aに循環させるようにして、貯湯タンク21の貯湯水の温度を正確に検出するためである。
In step S4, it is determined whether or not the elapsed time t after the start of warm-up has passed the predetermined time t1, and if the predetermined time t1 has not passed, the states of steps S2 and S3 are maintained. The This is because it takes time for the hot water stored in the
ここで、所定時間t1は、貯湯タンク21の上部接続部21aと貯湯水温度検出手段24との間の距離、貯湯水循環経路23の配管の熱容量、貯湯水の流速などの設定条件に応じて、貯湯タンク21の上部接続部21aの貯湯水が貯湯水温度検出手段24の位置に十分到達するまでの時間を考慮して設定される。また、貯湯タンク21の上部接続部21aと貯湯水温度検出手段24との間の距離、貯湯水循環経路23の配管の熱容量、貯湯水の流速などの設定条件は燃料電池コージェネレーションシステムの具体的設置条件に応じて決まる。そこで、所定時間t1は、これら具体的設置条件に応じて、設定もしくは変更できることが好ましい。例えば、これら具体的設置条件に応じた所定時間t1、あるいはこれら具体的設置条件に基づいて所定時間t1を演算処理する回路(図示せず)をあらかじめ制御装置29に記憶させておくことによって所定時間t1の設定を実現することができる。これにより、燃料電池コージェネレーションシステム設置後に所定時間t1をより的確に設定あるいは変更することが可能となる。つまり、燃料電池コージェネレーションシステムの設置の自由度を向上させることができる。
Here, the predetermined time t1 depends on setting conditions such as the distance between the upper connecting
所定時間t1経過後には、ステップS5において、貯湯水温度検出手段24で貯湯水検出温度T1が検出され、ステップS6において、冷却水温度検出手段16で、冷却水検出温度T2が検出され、ステップS7において、貯湯水検出温度T1と冷却水検出温度T2との検出温度差ΔTが算出され、ステップS8において、検出温度差ΔTが第1の設定温度差Xと比較される。 After elapse of the predetermined time t1, in step S5, the stored hot water temperature detection means 24 detects the stored hot water temperature T1, and in step S6, the cooling water temperature detection means 16 detects the cooling water detection temperature T2, and in step S7. , A detected temperature difference ΔT between the hot water detection temperature T1 and the cooling water detection temperature T2 is calculated, and the detected temperature difference ΔT is compared with the first set temperature difference X in step S8.
検出温度差ΔTが第1の設定温度差X以下の場合は、ステップS16において、冷却水加熱ヒータ13が作動する。そして、ステップS18において、貯湯水循環方向が貯湯タンク21の底部接続部21bから循環するよう(第2の循環方向B)に切り換わる。すなわち、図1において、図中矢印B側である。三方弁26aは、ポートa1とポートa2とが接続されるように切り換わり、貯湯水が貯湯タンク21の底部接続部21bから経路23bを経由して、貯湯水循環ポンプ22、熱交換器14を経由するように流れる。三方弁26bは、ポートb2とポートb1とが接続されるように切り換わり、経路23aを経由して、貯湯タンク21の上部接続部21aへと循環するように流れる。これにより、冷却水加熱ヒータ13による冷却水の加熱が開始し、貯湯水との熱交換による冷却水の加熱は行われない。
When the detected temperature difference ΔT is equal to or smaller than the first set temperature difference X, the cooling
また、検出温度差ΔTが第1の設定温度差Xより大きい場合は、ステップS9において、三方弁18は、ポートc1とポートc2とが接続されるように切り換わり、冷却水は熱交換器14を経由して循環する(第1の冷却水循環経路C)。これによって、貯湯水と冷却水の温度差を利用して、熱交換器14において冷却水を昇温させ、ひいては燃料電池11を昇温させることができる。
When the detected temperature difference ΔT is larger than the first set temperature difference X, in step S9, the three-
そして、ステップS10において、検出温度差ΔTが第2の設定温度差Yと比較される。 In step S10, the detected temperature difference ΔT is compared with the second set temperature difference Y.
検出温度差ΔTが第2の設定温度差Yより大きい場合は、そのままステップS11に進む。これによって、熱交換器14において冷却水を昇温させることができるので、冷却水加熱ヒータ13を用いずに、燃料電池11の暖機を効率的に行うことができる。
If the detected temperature difference ΔT is larger than the second set temperature difference Y, the process proceeds to step S11 as it is. As a result, the temperature of the cooling water can be raised in the
検出温度差ΔTが第2の設定温度差Y以下の場合には、ステップS15において、冷却水加熱ヒータ13が作動し、ステップS11に進む。これによって、熱交換器14における加熱と冷却水加熱ヒータ13による加熱とを併用して、冷却水を昇温させ、ひいては燃料電池11を昇温させることができる。
When the detected temperature difference ΔT is equal to or smaller than the second set temperature difference Y, the cooling
ここで、第2の設定温度差Yの設定により、燃料電池11の暖機にかかる時間とエネルギー効率を適宜調整することができる。すなわち、冷却水加熱ヒータ13の消費エネルギーを節約したい場合には第2の設定温度差Yを小さく設定し、冷却水加熱ヒータ13が停止する検出温度差ΔTの範囲を拡張し、燃料電池11の暖機時間を短くしたい場合には第2の設定温度差Yを大きく設定し、冷却水加熱ヒータ13が作動する検出温度差ΔTの範囲を拡張することができる。
Here, the time and energy efficiency required for warming up the
次に、ステップS11において、検出温度差ΔTが第3の設定温度差Zと比較される。 Next, in step S11, the detected temperature difference ΔT is compared with the third set temperature difference Z.
検出温度差ΔTが第3の設定温度差Z以下の場合は、ステップS17において、三方弁18はポートc1とポートc3とが接続されるように切り換わり、冷却水の経路は第2の冷却水循環経路Dになり、ステップS18に進む。これにより、貯湯水との熱交換による冷却水の昇温は終了する。
When the detected temperature difference ΔT is equal to or smaller than the third set temperature difference Z, in step S17, the three-
また、検出温度差ΔTが第3の設定温度差Zより大きい場合は、再度、貯湯水検出温度T1が検出され(ステップS12)、冷却水検出温度T2が検出され(ステップS13)、検出温度差ΔTが算出され(ステップS14)、ステップS10乃至S11が繰り返される。 When the detected temperature difference ΔT is larger than the third set temperature difference Z, the stored hot water detection temperature T1 is detected again (step S12), the cooling water detection temperature T2 is detected (step S13), and the detected temperature difference. ΔT is calculated (step S14), and steps S10 to S11 are repeated.
なお、第3の設定温度差Zは第2の設定温度差Yより小さく設定される。これにより、検出温度差ΔTが第3の設定温度差Zまで縮まる前にステップS15において、冷却水加熱ヒータ12が作動することになる。また、第3の設定温度差Zは第1の設定温度差X以下に設定される。第3の設定温度差Zが第1の設定温度差Xより大きくては、ステップS9において熱交換が開始した後に、すぐにステップS17において熱交換が停止してしまう事態が発生してしまうからである。
The third set temperature difference Z is set smaller than the second set temperature difference Y. As a result, before the detected temperature difference ΔT is reduced to the third set temperature difference Z, the cooling
また、第1の設定温度差X、第2の設定温度差Y及び第3の設定温度差Zは、冷却水温度検知手段16及び貯湯水温度検出手段24それぞれと熱交換器14との距離に応じた放熱及び熱交換器14での熱損失分の温度(数℃程度)を考慮して設定される。
Further, the first set temperature difference X, the second set temperature difference Y, and the third set temperature difference Z are the distances between the cooling water
また、ステップS18において、貯湯水循環方向が第2の循環方向Bに切り換わった後は、燃料電池11から排出される余剰のアノードガス(余剰アノードガスという)を燃焼処理する燃焼装置(図示せず)と、その燃焼装置の排気ガスと貯湯水とを熱交換して熱回収を行う燃焼装置排気ガス熱交換器(図示せず)とを配設しておくことによって、貯湯水の加熱を行うことができる。すなわち、貯湯水循環経路23が、燃焼装置排気ガス熱交換器を経由するように構成することによって、加熱された貯湯水は上部接続部21aより貯湯タンク21内に戻され、積層沸き上げが行われるようにすることができる。これによって、余剰アノードガスが貯湯水への蓄熱に活用されることとなり、燃料電池コージェネレーションシステムのエネルギー効率が向上する。ここで、アノードガスとは、燃料電池11のアノード側に供給されるガスをいい、一般的には、水素、あるいは水素を多く含むガスが用いられる。
Further, in step S18, after the hot water circulation direction is switched to the second circulation direction B, a combustion apparatus (not shown) that performs combustion treatment of excess anode gas (referred to as excess anode gas) discharged from the fuel cell 11. ) And a combustion apparatus exhaust gas heat exchanger (not shown) that performs heat recovery by exchanging heat between the exhaust gas of the combustion apparatus and the stored hot water, thereby heating the stored hot water. be able to. That is, by configuring the hot
なお、貯湯水の循環方向が第2の循環方向Bに切り換わった後にのみ、燃焼装置排気ガス熱交換器において燃焼装置の排気ガスと貯湯水との熱交換が行われるように構成するとよい。例えば、切換弁(図示せず)を介して貯湯水循環経路23を分岐させて、燃焼装置排気ガス熱交換器に貯湯水が循環するように構成することによって実現できる。あるいは、貯湯水の循環方向が第2の循環方向Bに切り換わった後にのみ、燃焼装置排気ガス熱交換器に燃焼装置の排気ガスが流通するように構成することによって実現できる。これによって、貯湯水の循環方向が第1の循環方向Aの時において、貯湯タンク上部接続部21a近傍の貯湯水より高温の貯湯水が貯湯タンク底部接続部21bに流入することを回避できるので、貯湯タンク21の積層構造の損傷を防止することができる。
In addition, it is good to comprise so that heat exchange with the exhaust gas of a combustion apparatus and hot water may be performed in a combustion apparatus exhaust gas heat exchanger only after the circulation direction of hot water storage is switched to the 2nd circulation direction B. For example, it can be realized by branching the hot
また、この燃焼装置は、改質器の燃焼部(図示せず)であってもよい。改質器は、燃料電池11のアノードガスに水素以外の炭化水素系燃料を用いる場合において、一般的に燃料電池11に付設される装置であって、燃料電池11に供給されるアノードガスを燃焼熱によって水蒸気改質するように構成されている。これによって、余剰アノードガスが貯湯水への蓄熱に加え、アノードガスの改質にも活用されることとなり、燃料電池コージェネレーションシステムのエネルギー効率が向上する。
Further, this combustion apparatus may be a combustion section (not shown) of a reformer. The reformer is a device generally attached to the
さらに、燃料電池11の発電時には、冷却水は第1の冷却水循環経路Cを循環し、貯湯水は第2の循環方向Bに循環する。この時、冷却水は、燃料電池11にて昇温され、冷却水経路15を通って、熱交換器14にて貯湯水により冷却される。そして、貯湯水は、熱交換器14にて昇温され、上部接続部21aより貯湯タンク21内に戻され、積層沸き上げが行われる。
Further, when the
ところで、貯湯水循環方向切換手段は、以下のような変形例によっても実施することができる。 By the way, the hot water circulation direction switching means can also be implemented by the following modifications.
(変形例1)
図3は、実施の形態1の変形例1に係る貯湯水循環経路23の構成を示す。
(Modification 1)
FIG. 3 shows the configuration of the hot
図3に示すように、変形例1は、実施に形態1の貯湯水循環方向切換手段の変形例である。すなわち、切換弁25が、貯湯水循環経路23に配設され、切換弁25には、貯湯水循環ポンプ22の吸入側とつながる貯湯水循環ポンプ吸入側取付経路22aと貯湯水循環ポンプ22の吐出側とつながる貯湯水循環ポンプ吐出側取付経路22bとが接続されている。
As shown in FIG. 3, the first modification is a modification of the hot water circulation direction switching means of the first embodiment. That is, the switching
切換弁25は、貯湯水循環経路23に貯湯水循環ポンプ吸入側経路22aと貯湯水循環ポンプ吐出側経路22bとを切り換えて接続することができ、それにより貯湯水の循環方向を逆方向に切り換えることができるように構成されている。
The switching
以上のように構成された貯湯水循環方向切換手段の動作について説明する。 The operation of the hot water circulation direction switching means configured as described above will be described.
図3において、第1の循環方向Aは、図中矢印A側、すなわち、切換弁25が、貯湯水循環経路23の熱交換器14側と貯湯水循環ポンプ吸入側経路22aとを接続し、貯湯水循環経路23の貯湯タンク21側と貯湯水循環ポンプ吐出側経路22bとを接続することによって構成される。
In FIG. 3, the first circulation direction A is the arrow A side in the figure, that is, the switching
第2の循環方向Bは、図中矢印B側、すなわち、切換弁25が、貯湯水循環経路23の熱交換器14側と貯湯水循環ポンプ吐出側経路22bとを接続し、貯湯水循環経路23の貯湯タンク21側と貯湯水循環ポンプ吸入側経路22aとを接続することによって構成される。切換弁25の動作は、制御装置29によって制御される。
The second circulation direction B is the arrow B side in the figure, that is, the switching
なお、貯湯水循環ポンプ22がポンプの吐出方向を逆転することができるポンプであってもよい。例えば、切換弁25、貯湯水循環ポンプ吸入側経路22a及び貯湯水循環ポンプ吐出側経路22bを内在するポンプである。この場合、切換弁25の操作が、貯湯水循環ポンプ22の吐出方向の切換操作に置換される。
The hot
(変形例2)
図4は、実施の形態1の変形例2に係る貯湯水循環経路23を示す。
(Modification 2)
FIG. 4 shows the hot
図4に示すように、変形例2は、実施に形態1の貯湯水循環方向切換手段の変形例である。すなわち、切換経路23a’、23b’の構成は、実施の形態1と同様であり、三方弁26aの位置において切換経路23a’が貯湯水循環経路23と接続し、三方弁26bの位置において切換経路23b’ が貯湯水循環経路23と接続している。
As shown in FIG. 4, the modification 2 is a modification of the hot water circulation direction switching means of the first embodiment. That is, the configuration of the switching
貯湯水循環経路23の熱交換器14の貯湯水出口14bと貯湯タンク21の上部接続部21aとの間であって、換経路23a’、23b’の接続箇所の間の部分の経路23aには、開閉弁28aが配設されている。
Between the
貯湯水循環経路23の貯湯タンク21の底部接続部21bと熱交換器14の貯湯水入口14aとの間であって、換経路23a’、23b’の接続箇所の間の部分の経路23bには開閉弁27bが配設されている。
Between the
切換経路23a’には開閉弁27aが配設されている。
An open /
切換経路23b’には開閉弁28bが配設されている。
An open /
以上のように構成され貯湯水循環方向切換手段の動作について説明する。 The operation of the hot water circulation direction switching means configured as described above will be described.
図4において、第1の循環方向Aの循環は、図中矢印A側、すなわち、貯湯水が貯湯タンク21の上部接続部21aから切換経路23a’を経由して、貯湯水循環ポンプ22、熱交換器14を経由するように、開閉弁27aが開き、かつ開閉弁27bが閉止され、切換経路23b’を経由して、貯湯タンク21の底部接続部21bに循環するように、開閉弁28bが開き、開閉弁28aが閉止されて形成される。
In FIG. 4, the circulation in the first circulation direction A is performed on the arrow A side in the drawing, that is, the hot water is transferred from the
また、第2の循環方向Bの循環は、図中矢印B側、すなわち、貯湯水が貯湯タンク21の底部接続部21bから経路23bを経由して、貯湯水循環ポンプ22、熱交換器14を経由するように、開閉弁27bが開き、開閉弁27aが閉止され、かつ経路23aを経由して、貯湯タンク21の上部接続部21aに循環するように開閉弁28aが開き、開閉弁28bが閉止されて形成される。これらの動作は、制御装置29によって制御される。
Further, the circulation in the second circulation direction B is performed on the arrow B side in the drawing, that is, the hot water passes through the
(実施の形態2)
図1は、本発明の実施の形態2に係る燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成を示す模式図である。
(Embodiment 2)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell cogeneration system according to Embodiment 2 of the present invention.
実施の形態2は、実施の形態1の冷却水熱交換器バイパス経路17の代替として、貯湯水熱交換器バイパス経路19を設けた燃料電池コージェネレーションシステムである。したがって、実施の形態1と相違する部分についてのみ説明する。
The second embodiment is a fuel cell cogeneration system provided with a hot water storage heat
三方弁20(貯湯水循環経路切換手段)は、貯湯水温度検出手段24と熱交換器14の貯湯水入口14aとの間に配設されている。三方弁20のポートc1は、貯湯水温度検出手段24側の貯湯水循環経路23と接続し、ポートc2は、熱交換器14の貯湯水入口14a側の貯湯水循環経路23と接続し、ポートc3は貯湯水熱交換器バイパス経路19と接続している。
The three-way valve 20 (hot water circulation path switching means) is disposed between the hot water
貯湯水熱交換器バイパス経路19は、三方弁20のポートa3と、熱交換器14の貯湯水出口14b近傍の貯湯水循環経路24とを接続するように、ここでは、三方弁20のポートa3と、貯湯水出口14bと貯湯水循環方向切換手段(具体的には、三方弁26b)との間の貯湯水循環経路24とを接続するように配設されている。これにより、三方弁20のポート接続の切換により、貯湯水の循環経路を熱交換器14経由の循環経路(第1の貯湯水循環経路E)と貯湯水熱交換器バイパス経路19経由の循環経路(第2の貯湯水循環経路F)とに切り換えることが可能となる。
Here, the hot water storage heat
以上のように構成された実施の形態2に係る燃料電池コージェネレーションシステムの動作について説明する。 The operation of the fuel cell cogeneration system according to Embodiment 2 configured as described above will be described.
図6は、本発明の実施の形態2に係る燃料電池11の暖機時における燃料電池コージェネレーションシステムの動作を示すフローチャートである。図6は、図2の「冷却水循環経路切換手段」が「貯湯水循環経路切換手段」に代替されている。以下、図2と相違する部分について説明する。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the fuel cell cogeneration system when the
まず、ステップS2において、三方弁20は、ポートc1とポートc3とが接続されるように切り換わり、貯湯水は熱交換器14を経由せずに貯湯水熱交換器バイパス経路19を経由して循環する(第2の貯湯水循環経路F)。これによって、暖機開始直後は、ステップS8において、検出温度差ΔTが第1の設定温度差Xより大きいと判断されるまで、貯湯水は熱交換器14をバイパスすることになる。
First, in step S2, the three-
また、検出温度差ΔTが第1の設定温度差Xより大きい場合は、ステップS9において、三方弁20は、ポートc1とポートc2とが接続されるように切り換わり、貯湯水は熱交換器14を経由して循環する(第1の冷却水循環経路E)。これによって、貯湯水と冷却水の温度差を利用して、熱交換器14において冷却水を昇温させ、ひいては燃料電池11を昇温させることができる。
When the detected temperature difference ΔT is larger than the first set temperature difference X, in step S9, the three-
さらに、ステップS17において、検出温度差ΔTが第3の設定温度差Z以下の場合に、三方弁20はポートc1とポートc3とが接続されるように切り換わり、貯湯水の経路は第2の貯湯水循環経路Fになり、ステップS18に進む。これにより、貯湯水との熱交換による冷却水の昇温は終了する。
Further, in step S17, when the detected temperature difference ΔT is equal to or smaller than the third set temperature difference Z, the three-
そして、燃料電池11の発電時には、貯湯水は第1の貯湯水循環経路Eを、第2の循環方向Bに循環する。この時、冷却水は、燃料電池11にて昇温され、冷却水経路15を通って、熱交換器14にて貯湯水により冷却される。そして、貯湯水は、熱交換器14にて昇温され、上部接続部21aより貯湯タンク21内に戻され、積層沸き上げが行われる。
When the
本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムは、エネルギー効率が高い燃料電池コージェネレーションシステムとして有用である。 The fuel cell cogeneration system according to the present invention is useful as a fuel cell cogeneration system with high energy efficiency.
11 燃料電池
11a 冷却水入口
11b 冷却水出口
12 冷却水循環ポンプ
13 冷却水加熱ヒータ
14 熱交換器
14a 貯湯水入口
14b 貯湯水出口
14c 冷却水入口
14d 冷却水出口
15 冷却水循環経路
16 冷却水温度検出手段
17 冷却水熱交換器バイパス経路
18、20 三方弁
19 貯湯水熱交換器バイパス経路
c1,c2,c3 ポート
21 貯湯タンク
21a 上部接続部
21b 底部接続部
22 貯湯水循環ポンプ
22a 貯湯水循環ポンプ吸入側取付経路
22b 貯湯水循環ポンプ吐出側取付経路
23 貯湯水循環経路
23a 経路
23a’切換経路
23b 経路
23b’切換経路
24 貯湯水温度検出手段
25 切換弁
26a 三方弁
a1,a2,a3 ポート
26b 三方弁
b1,b2,b3 ポート
27a 開閉弁
27b 開閉弁
28a 開閉弁
28b 開閉弁
29 制御装置
A (貯湯水の)第1の循環方向
B (貯湯水の)第2の循環方向
C 第1の冷却水循環経路
D 第2の冷却水循環経路
E 第1の貯湯水循環経路
F 第2の貯湯水循環経路
t 経過時間
t1 所定時間
T1 貯湯水検出温度
T2 冷却水検出温度
ΔT 検出温度差
X 第1の設定温度差
Y 第2の設定温度差
Z 第3の設定温度差
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fuel cell 11a Cooling water inlet 11b Cooling water outlet 12 Cooling water circulation pump 13 Cooling water heater 14 Heat exchanger 14a Hot water inlet 14b Hot water outlet 14c Cooling water inlet 14d Cooling water outlet 15 Cooling water circulation path 16 Cooling water temperature detection means 17 Cooling water heat exchanger bypass path 18, 20 Three-way valve 19 Hot water storage heat exchanger bypass path c1, c2, c3 Port 21 Hot water storage tank 21a Upper connection part 21b Bottom connection part 22 Hot water circulation pump 22a Hot water circulation pump suction side installation path 22b Hot water storage water circulation pump discharge side mounting path 23 Hot water circulation path 23a Path 23a 'switching path 23b path 23b' switching path 24 Hot water temperature detection means 25 Switching valve 26a Three-way valve a1, a2, a3 Port 26b Three-way valve b1, b2, b3 Port 27a Open / close valve 27b Closed valve 28a Open / close valve 28b Open / close valve 29 Control device A (hot water) first circulation direction B (hot water) second circulation direction C first cooling water circulation path D second cooling water circulation path E first Hot water circulation path F Second hot water circulation path t Elapsed time t1 Predetermined time T1 Hot water detection temperature T2 Cooling water detection temperature ΔT Detection temperature difference X First set temperature difference Y Second set temperature difference Z Third setting Temperature difference
Claims (17)
前記燃料電池を所定の温度に維持するための冷却水が循環する冷却水循環経路と、
前記冷却水循環経路内の冷却水を循環する冷却水循環手段と、
前記冷却水循環経路に配設された熱交換器と、
前記熱交換器において前記冷却水と熱交換を行う貯湯水が循環する貯湯水循環経路と、
前記貯湯水循環経路中に配設された積層沸き上げ方式の貯湯タンクと、
前記貯湯水の循環方向を前記貯湯タンクの上部から取水する第1の循環方向と前記貯湯タンクの底部から取水する第2の循環方向とに切り換える貯湯水循環方向切換手段と、
前記貯湯水循環経路内の貯湯水を循環する貯湯水循環手段と、
所定の冷却水温度検出位置において前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、
所定の貯湯水温度検出位置において前記貯湯水の温度を検出する貯湯水温度検出手段とを備え、
前記燃料電池の暖機時に、前記貯湯水温度検出手段により検出された貯湯水検出温度と前記冷却水温度検出手段により検出された冷却水検出温度との検出温度差が第1の設定温度差以下の場合には前記貯湯水が前記第2の循環方向に循環し、前記検出温度差が第1の設定温度差より大きい場合には前記貯湯水が前記第1の循環方向に循環するよう、前記貯湯水循環方向切換手段が前記貯湯水を循環させる、燃料電池コージェネレーションシステム。 A fuel cell;
A coolant circulation path through which coolant for maintaining the fuel cell at a predetermined temperature circulates;
Cooling water circulation means for circulating cooling water in the cooling water circulation path;
A heat exchanger disposed in the cooling water circulation path;
A hot water circulation path through which hot water for heat exchange with the cooling water circulates in the heat exchanger;
A hot water storage tank of a stacked boiling type disposed in the hot water circulation path;
Hot water circulation direction switching means for switching the circulation direction of the hot water between a first circulation direction for taking water from the upper part of the hot water storage tank and a second circulation direction for taking water from the bottom part of the hot water storage tank;
Hot water circulation means for circulating hot water in the hot water circulation path;
Cooling water temperature detection means for detecting the temperature of the cooling water at a predetermined cooling water temperature detection position;
Hot water storage temperature detecting means for detecting the temperature of the hot water stored at a predetermined hot water temperature detection position;
When the fuel cell is warmed up, the detected temperature difference between the hot water detection temperature detected by the hot water temperature detection means and the cooling water detection temperature detected by the cooling water temperature detection means is equal to or less than a first set temperature difference. In this case, the stored hot water circulates in the second circulation direction, and when the detected temperature difference is larger than the first set temperature difference, the stored hot water circulates in the first circulation direction. A fuel cell cogeneration system in which the hot water circulation direction switching means circulates the hot water.
前記検出温度差が前記第1の設定温度差以下の場合に、前記冷却水加熱ヒータが作動する、請求項1に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 A cooling water heater disposed in the cooling water circulation path;
The fuel cell cogeneration system according to claim 1, wherein the cooling water heater is operated when the detected temperature difference is equal to or less than the first set temperature difference.
前記冷却水の循環経路を、前記熱交換器を経由する第1の冷却水循環経路と前記冷却水熱交換器バイパス経路を経由する第2の冷却水循環経路とに切り換える冷却水循環経路切換手段とをさらに備え、
前記冷却水は前記第2の冷却水循環経路を循環し、前記検出温度差が第1の設定温度差より大きい場合に、前記冷却水循環経路切換手段が前記冷却水の循環経路を前記第1の冷却水循環経路に切り換える、請求項6に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 A cooling water heat exchanger bypass path disposed in the cooling water circulation path so that the cooling water circulates without passing through the heat exchanger;
A cooling water circulation path switching means for switching the cooling water circulation path to a first cooling water circulation path via the heat exchanger and a second cooling water circulation path via the cooling water heat exchanger bypass path; Prepared,
The cooling water circulates through the second cooling water circulation path, and when the detected temperature difference is larger than the first set temperature difference, the cooling water circulation path switching means moves the cooling water circulation path through the first cooling water. The fuel cell cogeneration system according to claim 6, wherein the fuel cell cogeneration system is switched to a water circulation path.
前記貯湯水の循環経路を、前記熱交換器を経由する第1の貯湯水循環経路と前記貯湯水熱交換器バイパス経路を経由する第2の貯湯水循環経路とに切り換える貯湯水循環経路切換手段とをさらに備え、
前記貯湯水は前記第2の貯湯水循環経路を循環し、前記検出温度差が第1の設定温度差より大きい場合に、前記貯湯水循環経路切換手段が前記貯湯水の循環経路を前記第1の貯湯水循環経路に切り換える、請求項6に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 A hot water storage heat exchanger bypass path disposed in the hot water circulation path so that the hot water circulates without passing through the heat exchanger;
A hot water circulation path switching means for switching the hot water circulation path between the first hot water circulation path via the heat exchanger and the second hot water circulation path via the hot water heat exchanger bypass path; Prepared,
The stored hot water circulates in the second stored hot water circulation path, and when the detected temperature difference is larger than the first set temperature difference, the stored hot water circulation path switching means sets the stored hot water circulation path to the first stored hot water. The fuel cell cogeneration system according to claim 6, wherein the fuel cell cogeneration system is switched to a water circulation path.
前記貯湯水循環経路に配設された燃焼装置排気ガス熱交換器とを備え、
前記燃焼装置排気ガス熱交換器が、前記燃焼装置の排気ガスと前記貯湯水との熱交換を行う、請求項1に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 A combustion apparatus for performing combustion treatment of surplus anode gas discharged from the fuel cell;
A combustion apparatus exhaust gas heat exchanger disposed in the hot water circulation path,
The fuel cell cogeneration system according to claim 1, wherein the combustion apparatus exhaust gas heat exchanger performs heat exchange between the exhaust gas of the combustion apparatus and the hot water storage.
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