JP4690101B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料極および酸化剤極に供給された燃料ガスおよび酸化剤ガスによって発電しその電力を電力消費装置に供給する燃料電池と、貯湯水を貯湯する貯湯槽と、貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、を備え、貯湯水循環回路上において燃料電池にて発生する排熱を少なくとも回収して貯湯水を加熱しその貯湯水を温水消費装置に供給する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell that generates power using fuel gas and oxidant gas supplied to a fuel electrode and an oxidant electrode and supplies the power to a power consuming device, a hot water storage tank for storing hot water, and hot water circulates. The present invention relates to a fuel cell system including a hot water circulating circuit, recovering at least exhaust heat generated in a fuel cell on the hot water circulating circuit, heating the hot water, and supplying the hot water to a hot water consuming device.

この燃料電池システムとして、燃料極および酸化剤極に供給された燃料ガスおよび酸化剤ガスによって発電しその電力を電力消費装置に供給する燃料電池と、貯湯水を貯湯する貯湯槽と、貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、を備え、貯湯水循環回路上において燃料電池にて発生する排熱を少なくとも回収して貯湯水を加熱しその貯湯水を温水消費装置に供給するものはよく知られている。   As this fuel cell system, there are a fuel cell that generates power using fuel gas and oxidant gas supplied to a fuel electrode and an oxidant electrode and supplies the power to a power consuming device, a hot water storage tank for storing hot water, and hot water storage. It is well known to provide a hot water circulation circuit that circulates, recovers at least exhaust heat generated in the fuel cell on the hot water circulation circuit, heats the hot water, and supplies the hot water to a hot water consuming device. .

このような燃料電池システムの一形式として、特許文献１「燃料電池発電システム」に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、燃料電池発電システム２０は、貯湯タンク５２の底部に接続された冷水管５４からの水をラジエータ４２，凝縮器３８，熱交換器３６，温水管５６を経由して貯湯タンク５２の頂部に戻す系統が配置されている。熱交換器３６は、燃料電池スタック３４の冷却媒体（冷却水など）の循環流路（図中、破線で示す循環流路）に組み込まれて冷却媒体を冷却する。ラジエータ４２は、貯湯タンク５２の底部からの水をその温度により応じて冷却する冷却ファン４２ａが取り付けられている。これにより、凝縮器３８や熱交換器３６に供給する貯湯タンク５２の底部からの水はその温度により必要に応じてラジエータ４２で冷却されるから、凝縮器３８における燃料電池スタック３４からの排ガス中の水蒸気の凝縮や燃料電池スタック３４の冷却を適正に行なうことができる。   As one type of such a fuel cell system, one disclosed in Patent Document 1 “Fuel Cell Power Generation System” is known. As shown in FIG. 1 of Patent Document 1, the fuel cell power generation system 20 uses water from a cold water pipe 54 connected to the bottom of a hot water storage tank 52 as a radiator 42, a condenser 38, a heat exchanger 36, and hot water. A system for returning to the top of the hot water storage tank 52 via the pipe 56 is arranged. The heat exchanger 36 is incorporated in a circulation channel (circulation channel indicated by a broken line in the drawing) of a cooling medium (cooling water or the like) of the fuel cell stack 34 to cool the cooling medium. The radiator 42 is provided with a cooling fan 42 a that cools water from the bottom of the hot water storage tank 52 according to its temperature. As a result, water from the bottom of the hot water storage tank 52 supplied to the condenser 38 and the heat exchanger 36 is cooled by the radiator 42 as needed depending on the temperature thereof, so that in the exhaust gas from the fuel cell stack 34 in the condenser 38. The water vapor can be condensed and the fuel cell stack 34 can be properly cooled.

また、他の形式として、特許文献２「燃料電池発電システム」に示されているものが知られている。特許文献２の図１に示されているように、燃料電池発電システム２０は、特許文献１に示されている「燃料電池発電システム」にインバータ４８ａを冷却する冷却器４８ｂが追加されたものである。インバータ４８ａは、貯湯タンク５２の底部からの水により冷却されるから、燃料電池スタック３４の動作温度に拘わらず、効率よく冷却することができる。しかも、冷却器４８ｂに供給される水は冷却ファン４２ａ付きのラジエータ４２で冷却されるから、貯湯タンク５２の底部の水の温度が高いときでもインバータ４８ａを十分に冷却することができる。これによっても、凝縮器３８や熱交換器３６に供給する貯湯タンク５２の底部からの水はその温度により必要に応じてラジエータ４２で冷却されるから、凝縮器３８における燃料電池スタック３４からの排ガス中の水蒸気の凝縮や燃料電池スタック３４の冷却を適正に行なうことができる。
特開２００４−１１１２０８号公報（第４−６頁、図１） 特開２００４−１１１２０９号公報（第４−６頁、図１） Further, as another format, one disclosed in Patent Document 2 “Fuel Cell Power Generation System” is known. As shown in FIG. 1 of Patent Document 2, the fuel cell power generation system 20 is obtained by adding a cooler 48 b for cooling the inverter 48 a to the “fuel cell power generation system” shown in Patent Document 1. is there. Since the inverter 48a is cooled by water from the bottom of the hot water storage tank 52, it can be efficiently cooled regardless of the operating temperature of the fuel cell stack 34. Moreover, since the water supplied to the cooler 48b is cooled by the radiator 42 with the cooling fan 42a, the inverter 48a can be sufficiently cooled even when the temperature of the water at the bottom of the hot water storage tank 52 is high. Also by this, the water from the bottom of the hot water storage tank 52 supplied to the condenser 38 and the heat exchanger 36 is cooled by the radiator 42 as necessary depending on the temperature, so that the exhaust gas from the fuel cell stack 34 in the condenser 38. Condensation of the water vapor inside and cooling of the fuel cell stack 34 can be performed appropriately.
Japanese Patent Laying-Open No. 2004-111208 (page 4-6, FIG. 1) JP 2004-111209 A (page 4-6, FIG. 1)

上述した特許文献１および特許文献２に記載の燃料電池発電システムにおいては、燃料電池３４の発電中においては、その発電に伴って発生する燃料電池３４の排熱を回収して貯湯水が加熱されるが、貯湯タンク５２が高温の湯で満水となった場合、燃料電池３４の冷却が不十分となり発電効率が悪化するのを防ぐため、貯湯水循環回路に設けたラジエータ４２および電動冷却ファン４２ａによって排熱を捨てていた。これにより、燃料電池発電システムは発電出力範囲の全範囲において発電可能となるが、燃料電池３４の排熱が捨てられ、すなわち燃料電池発電システムで生成された熱エネルギーが利用されることなく捨てられるとともに、燃料電池発電システムで生成された電気エネルギーがユーザ負荷電力として使用されるのではなく冷却ファン４２ａを作動させて排熱を捨てるために無駄に使用されることとなる。このため、発電出力、排熱利用のバランスが崩れて、燃料電池システムの運転が効率的に実施されない場合があった。   In the fuel cell power generation systems described in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, during the power generation of the fuel cell 34, the exhaust heat of the fuel cell 34 generated by the power generation is recovered and the hot water is heated. However, when the hot water storage tank 52 is full of hot water, the radiator 42 and the electric cooling fan 42a provided in the hot water circulation circuit are used to prevent the fuel cell 34 from being insufficiently cooled and deteriorating the power generation efficiency. Waste heat was thrown away. As a result, the fuel cell power generation system can generate power in the entire power generation output range, but the exhaust heat of the fuel cell 34 is discarded, that is, the thermal energy generated in the fuel cell power generation system is discarded without being used. At the same time, the electric energy generated in the fuel cell power generation system is not used as user load power, but is used wastefully to operate the cooling fan 42a and to discard the exhaust heat. For this reason, the balance between the power generation output and the exhaust heat utilization is lost, and the operation of the fuel cell system may not be performed efficiently.

また、燃料電池システムの使用季節、使用方法などの違いによって電力需要が大であり温水需要が小である場合、または電力需要が小であり温水需要が大である場合がある。前者の場合には、貯湯水の利用量が少ないため貯湯槽が温度的に満水になりやすく、また満水になると特許文献１および特許文献２に記載のように発電効率、熱回収効率が低下するという問題があった。また、後者の場合には、できるだけ多量の貯湯水を熱回収効率よく供給するという要請があった。そして、温水消費が電力消費より多い場合でも少ない場合でも、各問題点に対処して効率のよい運転を実施する燃料電池システムが望まれている。   In addition, there is a case where the power demand is large and the hot water demand is small due to differences in the use season and usage of the fuel cell system, or the power demand is small and the hot water demand is large. In the case of the former, since the amount of hot water used is small, the hot water tank tends to become full in temperature, and when it becomes full, power generation efficiency and heat recovery efficiency decrease as described in Patent Document 1 and Patent Document 2. There was a problem. In the latter case, there has been a demand to supply as much hot water as possible with high heat recovery efficiency. There is a demand for a fuel cell system that can cope with each problem and perform efficient operation regardless of whether hot water consumption is higher or lower than power consumption.

本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、温水消費が電力消費より多い場合および少ない場合の何れの場合においても、その状況に応じた効率のよい運転を実施す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 order to solve the above-described problems, and in any case where the consumption of hot water is greater or less than the consumption of power, the fuel cell performs efficient operation according to the situation. The purpose is to provide a system.

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、燃料極および酸化剤極に供給された燃料ガスおよび酸化剤ガスによって発電しその電力を電力消費装置に供給する燃料電池と、貯湯水を貯湯する貯湯槽と、貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、貯湯水循環回路に設けられ貯湯水を循環させる貯湯水循環ポンプと、を備え、貯湯水循環回路上において燃料電池にて発生する排熱を少なくとも回収して貯湯水を加熱しその貯湯水を温水消費装置に供給する燃料電池システムにおいて、電力消費装置での電力使用量に対する温水消費装置での温水使用量の比率を算出し、比率と目標貯湯水温度との相関関係であって比率が小さくなるほど目標貯湯水温度が高くなるように設定されている相関関係を示すマップまたは演算式に基づいて、算出された比率に応じた目標貯湯水温度を算出し、貯湯水の温度が算出された目標貯湯水温度となるように、貯湯水循環ポンプを制御することである。
In order to solve the above-mentioned problem, the structural feature of the invention according to claim 1 is that the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel electrode and the oxidant electrode generate power and supply the power to the power consuming device. A hot water storage tank for storing hot water, a hot water circulation circuit for circulating the hot water, and a hot water circulation pump for circulating the hot water in the hot water circulation circuit. Calculates the ratio of the amount of hot water used by the hot water consumption device to the amount of power consumed by the power consumption device in a fuel cell system that recovers at least the generated exhaust heat, heats the hot water and supplies the hot water to the hot water consumption device However, the correlation between the ratio and the target hot water temperature is based on a map or calculation formula showing a correlation that is set so that the target hot water temperature increases as the ratio decreases. Te, it calculates a target hot water temperature depending on the ratio calculated, so that the temperature of the hot water is the calculated target hot water temperature is to control the hot water circulation pump.

また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、目標貯湯水温度は、相関関係に係る比率の下限値に対応する所定の上限温度と相関関係に係る比率の上限値に対応する所定の下限温度との範囲内であることである。
Further, the structural feature of the invention according to claim 2 is that in claim 1 , the target hot water temperature is a predetermined upper limit temperature corresponding to a lower limit value of the ratio related to the correlation and an upper limit value of the ratio related to the correlation. It ranges within der Rukoto the corresponding predetermined minimum temperature.

また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、貯湯水循環回路とは独立して設けられ、燃料電池の発電で発生する排熱を回収した燃料電池冷却媒体が循環する燃料電池冷却媒体循環回路と、貯湯水と燃料電池冷却媒体との間で熱交換が行われる第１熱交換器と、燃料電池冷却媒体循環回路に設けられ燃料電池冷却媒体の温度を検出する温度センサと、燃料電池冷却媒体循環回路に設けられ燃料電池冷却媒体を循環させる燃料電池冷却媒体循環ポンプと、をさらに備え、貯湯水循環ポンプの送出量を制御して、温度センサにより検出された燃料電池冷却媒体の温度を目標貯湯水温度に対応して設定された目標温度に調整することにより、貯湯水を目標貯湯水温度に調整することである。
The structural feature of the invention according to claim 3 is the fuel cell cooling medium according to claim 1 or claim 2, wherein the fuel cell cooling medium is provided independently of the hot water circulation circuit and recovers exhaust heat generated by power generation of the fuel cell. A fuel cell coolant circulating circuit, a first heat exchanger for exchanging heat between the hot water and the fuel cell coolant, and a temperature of the fuel cell coolant provided in the fuel cell coolant circulating circuit. A temperature sensor for detection, and a fuel cell cooling medium circulation pump provided in the fuel cell cooling medium circulation circuit for circulating the fuel cell cooling medium, and controlled by a temperature sensor by controlling a delivery amount of the hot water circulation pump. by the temperature of the fuel cell cooling medium is adjusted to a target temperature that is set corresponding to the target hot water temperature is to adjust the hot water at the target hot water temperature.

また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、酸化剤ガスを加湿して酸化剤極に供給する加湿器をさらに備え、加湿器は、燃料電池の温度に応じて酸化剤ガスの加湿量を調整可能であることである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a feature of the invention according to any one of the first to third aspects, further comprising a humidifier that humidifies the oxidant gas and supplies the humidified gas to the oxidant electrode. The humidification amount of the oxidant gas can be adjusted according to the temperature of the fuel cell.

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、電力消費装置での電力使用量に対する温水消費装置での温水使用量の比率を算出し、比率と目標貯湯水温度との相関関係であって比率が小さくなるほど目標貯湯水温度が高くなるように設定されている相関関係を示すマップまたは演算式に基づいて、算出された比率に応じた目標貯湯水温度を算出し、貯湯水の温度が算出された目標貯湯水温度となるように、貯湯水循環ポンプを制御する。よって、温水消費と電力消費の状況に応じた適切な貯湯水温度に調整することができる。したがって、燃料電池システムの使用季節、使用方法などの違いによって同燃料電池システムが電力供給を主とし温水供給を従とする場合、または電力供給を従とし温水供給を主とする場合のいずれにおいても、燃料電池システムの運転をその状況に応じて効率よく実施することができる。
電力消費装置での電力使用量に対する温水消費装置での温水使用量の比率が小さくなるほど目標貯湯水温度が高くなるように設定される。したがって、温水消費装置での温水使用量が電力消費装置での電力使用量に対して少ない場合（例えば燃料電池システムを夏期に運転する場合）、貯湯水が比較的高い温度となるように調節される。これにより、燃料電池システムの起動開始から貯湯槽が所定温度以上の貯湯水で満水となるまでにかかる時間は、目標貯湯水温度が低く設定された場合と比較して長くなる。すなわち、燃料電池システムは貯湯槽が温度的に満水となるとそれ以降発電効率、熱回収効率を合わせた総合効率が悪化するかあるいは停止するが、満水となるまでの時間を稼ぐことができ、すなわち効率のよい発電可能時間を長くすることができる。したがって、高温の貯湯水を利用できるとともに、燃料電池にて発生する排熱を無駄に捨てることなく効率よく発電できる時間を長くすることができる。
一方、温水消費装置での温水使用量が電力消費装置での電力使用量に対して多い場合（例えば燃料電池システムを冬期に運転する場合）、貯湯水が比較的低い温度となるように調節される。これにより、燃料電池システムの起動開始から貯湯槽が所定温度以上の貯湯水で満水となるまでにかかる時間は、目標貯湯水温度が高く設定された場合と比較して短くなる。したがって、貯湯水の温度は比較的低温であるが、比較的短い時間で貯湯槽を温度的に満水にすることができ、貯湯水を多量に供給することができる。また、貯湯水温度を比較的低温とすることにより、貯湯水からの放熱を低減することができ、熱回収効率を向上することができる。したがって、燃料電池システムを一年を通じて運転するにあたって、発電効率、熱回収効率を合わせた総合効率を向上することができる。
In the invention according to claim 1 configured as described above, the ratio of the amount of hot water used in the hot water consuming device to the amount of power used in the power consuming device is calculated, and the correlation between the ratio and the target hot water temperature is obtained. The target hot water temperature is calculated according to the calculated ratio based on a map or calculation formula showing a correlation set so that the target hot water temperature becomes higher as the ratio decreases. The hot water circulating pump is controlled so as to reach the calculated target hot water temperature. Therefore, it can adjust to the appropriate hot water storage temperature according to the situation of hot water consumption and electric power consumption. Therefore, whether the fuel cell system is mainly powered by hot water supply or depending on the season of use or usage of the fuel cell system, or the hot water supply is mainly followed by the hot water supply. The operation of the fuel cell system can be carried out efficiently according to the situation.
The target hot water storage water temperature is set to be higher as the ratio of the hot water consumption amount in the hot water consumption device to the electric power consumption amount in the power consumption device is smaller. Therefore, when the amount of hot water used by the hot water consuming device is smaller than the amount of power consumed by the power consuming device (for example, when the fuel cell system is operated in summer), the hot water storage water is adjusted to a relatively high temperature. The As a result, the time taken from the start of the fuel cell system to the hot water storage tank being filled with hot water of a predetermined temperature or higher is longer than when the target hot water temperature is set low. In other words, when the hot water storage tank is full of water, the fuel cell system deteriorates or stops the total efficiency including the power generation efficiency and the heat recovery efficiency, but it can earn time until the water tank is full. Efficient power generation time can be extended. Therefore, high-temperature hot water can be used, and the time during which power can be generated efficiently can be extended without wasting waste heat generated in the fuel cell.
On the other hand, when the amount of hot water used by the hot water consuming device is larger than the amount of power used by the power consuming device (for example, when operating the fuel cell system in winter), the hot water storage water is adjusted to a relatively low temperature. The As a result, the time taken from the start of the fuel cell system to the hot water storage tank being filled with hot water at a predetermined temperature or higher is shorter than when the target hot water temperature is set high. Therefore, although the temperature of the hot water is relatively low, the hot water tank can be filled with temperature in a relatively short time, and a large amount of hot water can be supplied. In addition, by setting the hot water temperature relatively low, heat radiation from the hot water can be reduced, and heat recovery efficiency can be improved. Therefore, when the fuel cell system is operated throughout the year, it is possible to improve the overall efficiency combining the power generation efficiency and the heat recovery efficiency.

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、目標貯湯水温度は、相関関係に係る比率の下限値に対応する所定の上限温度と相関関係に係る比率の上限値に対応する所定の下限温度との範囲内であるので、燃料電池の劣化を抑制して長期間に渡って安定した発電を提供することができ、また、発電に適した温度に調整して効率よい発電を行うことができる。
In the invention according to Claim 2 as constructed above, in the invention according to claim 1, the target hot water temperature according to the correlation between the predetermined upper limit temperature corresponding to the lower limit of the ratio of the correlation ratio der ranges between a predetermined lower limit temperature corresponding to the upper limit value Runode, over a long period of time by suppressing the deterioration of the fuel cell can provide a stable power generation, also, a temperature suitable for power generation It is possible to adjust the power generation efficiently.

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２において、貯湯水循環回路とは独立して設けられ、燃料電池の発電で発生する排熱を回収した燃料電池冷却媒体が循環する燃料電池冷却媒体循環回路と、貯湯水と燃料電池冷却媒体との間で熱交換が行われる第１熱交換器と、燃料電池冷却媒体循環回路に設けられ燃料電池冷却媒体の温度を検出する温度センサと、燃料電池冷却媒体循環回路に設けられ燃料電池冷却媒体を循環させる燃料電池冷却媒体循環ポンプと、をさらに備え、貯湯水循環ポンプの送出量を制御して、温度センサにより検出された燃料電池冷却媒体の温度を目標貯湯水温度に対応して設定された目標温度に調整することにより、貯湯水を目標貯湯水温度に調整する。よって、貯湯水と温度的に相関性の高い燃料電池冷却媒体の温度を調整することにより容易かつ確実に貯湯水を目標温度に調整することができる。
In the invention according to claim 3 configured as described above, the fuel cell cooling according to claim 1 or 2 is provided independently of the hot water circulation circuit and recovers exhaust heat generated by power generation of the fuel cell. A fuel cell cooling medium circulation circuit in which the medium circulates, a first heat exchanger in which heat is exchanged between the hot water and the fuel cell cooling medium, and a temperature of the fuel cell cooling medium provided in the fuel cell cooling medium circulation circuit And a fuel cell cooling medium circulation pump that is provided in the fuel cell cooling medium circulation circuit and circulates the fuel cell cooling medium, and controls the amount of hot water circulating pump to be detected by the temperature sensor. by adjusting the target temperature that is the temperature of the fuel cell cooling medium corresponding to the target hot water temperature to adjust the hot water at the target hot water temperature. Therefore, the stored hot water can be adjusted to the target temperature easily and reliably by adjusting the temperature of the fuel cell coolant that is highly correlated with the stored hot water.

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１乃至請求項３の何れか一項に係る発明において、酸化剤ガスを加湿して酸化剤極に供給する加湿器をさらに備え、加湿器は、燃料電池の温度に応じて酸化剤ガスの加湿量を調整可能であるので、貯湯水温度を変動させて燃料電池冷却媒体温度ひいては燃料電池温度が変動しても酸化剤ガスをその変動温度に応じた最適な加湿量にて加湿することができる。

The invention according to claim 4 configured as described above further comprises a humidifier that humidifies the oxidant gas and supplies the oxidant gas to the oxidant electrode in the invention according to any one of claims 1 to 3. Since the humidifier can adjust the humidification amount of the oxidant gas according to the temperature of the fuel cell, the oxidant gas can be adjusted even if the fuel cell cooling medium temperature and the fuel cell temperature fluctuate by changing the hot water temperature. Humidification can be performed with an optimum humidification amount according to the fluctuation temperature.

１）第1実施形態
以下、本発明による燃料電池システムの第1実施形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは燃料電池１０とこの燃料電池１０に必要な水素ガスを含む改質ガス（燃料ガス）を生成する改質器２０を備えている。 1) First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of this fuel cell system. The fuel cell system includes a fuel cell 10 and a reformer 20 that generates a reformed gas (fuel gas) containing hydrogen gas necessary for the fuel cell 10.

燃料電池１０は、燃料極１１と酸化剤極である空気極１２と両極１１，１２間に介在された電解質１３（本実施形態では高分子電解質膜）を備えており、燃料極１１に供給された改質ガスおよび空気極１２に供給された酸化剤ガスである空気（カソードエア）を用いて発電するものである。なお、空気の代わりに空気の酸素富化したガスを供給するようにしてもよい。   The fuel cell 10 includes a fuel electrode 11, an air electrode 12 that is an oxidizer electrode, and an electrolyte 13 (polymer electrolyte membrane in the present embodiment) interposed between both electrodes 11 and 12, and is supplied to the fuel electrode 11. Electric power is generated using the reformed gas and air (cathode air) which is an oxidant gas supplied to the air electrode 12. Note that air-enriched gas may be supplied instead of air.

改質器２０は、燃料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１０に供給するものであり、燃焼器であるバーナ（燃焼部）２１、改質部２２、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）２３および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）２４から構成されている。燃料としては天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリン、メタノールなどがあり、本実施の形態においては天然ガスにて説明する。   The reformer 20 steam-reforms the fuel and supplies a hydrogen-rich reformed gas to the fuel cell 10. The reformer 20 is a burner (combustion unit) 21 that is a combustor, a reforming unit 22, and a carbon monoxide shift. A reaction unit (hereinafter referred to as a CO shift unit) 23 and a carbon monoxide selective oxidation reaction unit (hereinafter referred to as a CO selective oxidation unit) 24 are included. Examples of the fuel include natural gas, LPG, kerosene, gasoline, methanol, and the like. In the present embodiment, description will be made on natural gas.

バーナ２１は、改質部２２を加熱して水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための燃焼ガスを生成するものである。このバーナ２１は、起動した後改質用燃料の供給開始までの間は、外部から供給される燃焼用燃料を燃焼用空気で燃焼し、改質用燃料の供給開始以降から定常運転開始までにおいては、ＣＯ選択酸化部２４から直接供給される改質ガスを燃焼用空気で燃焼し、そして、定常運転時に燃料電池１０の燃料極１１から供給されるアノードオフガス（燃料電池に供給され使用されずに排出された改質ガス）を燃焼用空気で燃焼し、その燃焼ガスを改質部２２に導出するものである。なお、改質ガスまたはアノードオフガスの熱量不足は燃焼用燃料で補充するようになっている。この燃焼ガスは改質部２２を（同改質部２２の触媒の活性温度域となるように）加熱し、その後排気管６３を通って外部に排出されるようになっている。   The burner 21 generates combustion gas for heating the reforming unit 22 and supplying heat necessary for the steam reforming reaction. The burner 21 burns combustion fuel supplied from the outside with combustion air until the start of supply of the reforming fuel after being started, and from the start of supply of the reforming fuel to the start of steady operation. , The reformed gas directly supplied from the CO selective oxidation unit 24 is burned with combustion air, and the anode off-gas supplied from the fuel electrode 11 of the fuel cell 10 during steady operation (not supplied to the fuel cell and used) The reformed gas discharged into the combustion chamber is burned with combustion air, and the combustion gas is led out to the reforming section 22. Note that the shortage of heat in the reformed gas or anode off gas is supplemented with combustion fuel. The combustion gas heats the reforming section 22 (so as to be within the catalyst activation temperature range of the reforming section 22), and then is discharged to the outside through the exhaust pipe 63.

改質部２２は、外部から供給された改質用燃料に蒸発器２５からの水蒸気（改質水）を混合した混合ガスを改質部２２に充填された触媒により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応）。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）はＣＯシフト部２３に導出される。   The reforming unit 22 reforms a mixed gas obtained by mixing the reforming fuel supplied from the outside with water vapor (reformed water) from the evaporator 25 by using a catalyst charged in the reforming unit 22 to generate hydrogen gas. Carbon monoxide gas is produced (so-called steam reforming reaction). At the same time, carbon monoxide and steam generated by the steam reforming reaction are converted into hydrogen gas and carbon dioxide (so-called carbon monoxide shift reaction). These generated gases (so-called reformed gas) are led to the CO shift unit 23.

ＣＯシフト部２３は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒により反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてＣＯ選択酸化部２４に導出される。   The CO shift unit 23 is converted into hydrogen gas and carbon dioxide gas by reacting carbon monoxide and water vapor contained in the reformed gas with a catalyst filled therein. Thus, the reformed gas is led to the CO selective oxidation unit 24 with the carbon monoxide concentration reduced.

ＣＯ選択酸化部２４は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたＣＯ酸化用の空気（エア）とをその内部に充填された触媒により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）燃料電池１０の燃料極１１に導出される。   The CO selective oxidation unit 24 generates carbon dioxide by reacting carbon monoxide remaining in the reformed gas and CO oxidation air (air) further supplied from the outside with a catalyst filled therein. is doing. Thereby, the reformed gas is led to the fuel electrode 11 of the fuel cell 10 with the carbon monoxide concentration further reduced (10 ppm or less).

蒸発器２５は、一端が貯水器５０内に配置され他端が改質部２２に接続された改質水供給管６８の途中に配設されている。改質水供給管６８には改質水ポンプ５３が設けられている。このポンプ５３は制御装置９０によって制御されており、貯水器５０内の改質水として使用する回収水を蒸発器２５に圧送している。蒸発器２５は例えばバーナ２１から排出される燃焼ガス（または改質部２２、ＣＯシフト部２３などの排熱）によって加熱されており、これにより圧送された改質水を水蒸気化する。   The evaporator 25 is disposed in the middle of the reforming water supply pipe 68 having one end disposed in the water reservoir 50 and the other end connected to the reforming unit 22. A reforming water pump 53 is provided in the reforming water supply pipe 68. The pump 53 is controlled by a control device 90 and pumps recovered water used as reforming water in the water reservoir 50 to the evaporator 25. The evaporator 25 is heated by, for example, combustion gas discharged from the burner 21 (or exhaust heat from the reforming unit 22, the CO shift unit 23, etc.), and the reformed water thus pumped is steamed.

燃料電池１０の燃料極１１の導入口には改質ガス供給管６４を介してＣＯ選択酸化部２４が接続されており、燃料極１１に改質ガスが供給されるようになっている。燃料極１１の導出口にはオフガス供給管６５を介してバーナ２１が接続されており、燃料電池１０から排出されるアノードオフガスをバーナ２１に供給するようになっている。改質ガス供給管６４とオフガス供給管６５の間には燃料電池１０をバイパスして改質ガス供給管６４およびオフガス供給管６５を直結するバイパス管（図示省略）が設けられている。起動運転時には、改質器２０から一酸化炭素濃度の高い改質ガスが、燃料電池１０に供給されるのを回避するため、バイパス管を流通し、定常運転時には、ＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスが燃料電池１０に直接供給されるようになっている。   A CO selective oxidation unit 24 is connected to the inlet of the fuel electrode 11 of the fuel cell 10 via a reformed gas supply pipe 64 so that the reformed gas is supplied to the fuel electrode 11. A burner 21 is connected to the outlet of the fuel electrode 11 via an off-gas supply pipe 65, and anode off-gas discharged from the fuel cell 10 is supplied to the burner 21. A bypass pipe (not shown) that bypasses the fuel cell 10 and directly connects the reformed gas supply pipe 64 and the offgas supply pipe 65 is provided between the reformed gas supply pipe 64 and the offgas supply pipe 65. In order to avoid the reformed gas having a high carbon monoxide concentration from the reformer 20 being supplied to the fuel cell 10 during the start-up operation, the bypass gas is circulated, and from the CO selective oxidation unit 24 during the steady operation. The reformed gas is supplied directly to the fuel cell 10.

また、燃料電池１０の空気極１２の導入口には、空気供給管６１が接続されており、空気極１２内に空気が供給されるようになっている。空気供給管６１の途中には、空気を加湿するための加湿器１４（後述する）が設けられている。さらに、燃料電池１０の空気極１２の導出口には、排気管６２が接続されており、空気極１２からの空気（カソードオフガス）が外部に排出されるようになっている。   An air supply pipe 61 is connected to the inlet of the air electrode 12 of the fuel cell 10 so that air is supplied into the air electrode 12. A humidifier 14 (described later) for humidifying the air is provided in the middle of the air supply pipe 61. Further, an exhaust pipe 62 is connected to the outlet of the air electrode 12 of the fuel cell 10 so that air (cathode off-gas) from the air electrode 12 is discharged to the outside.

また、これら空気供給管６１および排気管６２の途中には、空気を加湿するための加湿器１４が設けられている。加湿器１４は、空気極１２から排出されるカソードオフガスとカソードエアとの間で水蒸気交換することによりカソードエアを加湿する水蒸気交換型であり、排気管６２中すなわち空気極１２から排出される気体中の水蒸気を空気供給管６１中すなわち空気極１２へ供給される空気中に供給して加湿するものである。すなわち、加湿器１４は、水蒸気のみを透過する膜（例えば、中空糸膜、イオン交換膜などの水透過膜）を挟んで加湿元の気体（カソードオフガス）と加湿したい気体（カソードエア）を流通させ、加湿元の気体中の水蒸気が膜を透過して加湿したい気体を加湿する膜透過型加湿器である。   Further, a humidifier 14 for humidifying the air is provided in the middle of the air supply pipe 61 and the exhaust pipe 62. The humidifier 14 is a water vapor exchange type that humidifies the cathode air by exchanging water vapor between the cathode off-gas discharged from the air electrode 12 and the cathode air, and the gas discharged from the air electrode 12 in the exhaust pipe 62. The water vapor inside is supplied into the air supply pipe 61, that is, into the air supplied to the air electrode 12 to be humidified. That is, the humidifier 14 circulates the gas (cathode off-gas) and the gas to be humidified (cathode air) through a membrane (for example, a water-permeable membrane such as a hollow fiber membrane or an ion exchange membrane) that only transmits water vapor. The membrane permeation type humidifier humidifies the gas to be humidified by allowing the water vapor in the source gas to pass through the membrane.

さらに、空気供給管６１には空気極１２の入口と加湿器１４の間にカソードエアの温度Ｔ５を検出する温度センサ６１ａが設けられており、その検出結果が制御装置９０に送信されるようになっている。空気供給管６１には加湿器１４の上流に流量計６１ｂおよびカソードエアポンプ６１ｃが設けられている。流量計６１ｂは加湿器１４に導入されるカソードエア（酸化剤ガス）の流量を検出する加湿器酸化剤ガス入口流量検出手段であり、その検出信号を制御装置９０に出力するようになっている。カソードエアポンプ６１ｃはカソードエアを燃料電池１０の空気極１２に供給するカソードエア（酸化剤ガス）供給手段であり、制御装置９０によって制御されてその流量（送出量）が制御されるようになっている。   Further, the air supply pipe 61 is provided with a temperature sensor 61a for detecting the cathode air temperature T5 between the inlet of the air electrode 12 and the humidifier 14, so that the detection result is transmitted to the control device 90. It has become. The air supply pipe 61 is provided with a flow meter 61 b and a cathode air pump 61 c upstream of the humidifier 14. The flow meter 61 b is a humidifier oxidant gas inlet flow rate detection means for detecting the flow rate of cathode air (oxidant gas) introduced into the humidifier 14, and outputs a detection signal to the control device 90. . The cathode air pump 61c is a cathode air (oxidant gas) supply means for supplying cathode air to the air electrode 12 of the fuel cell 10, and is controlled by the control device 90 to control its flow rate (delivery amount). Yes.

また、排気管６２には加湿器１４をバイパスするバイパス路６２ａが設けられるとともに、バイパス路６２ａには加湿器１４を流れるカソードオフガスの流量と加湿器１４をバイパスしてバイパス路６２ａを流れるカソードオフガスの流量を調整する流量調整器６２ｂ（流量調整手段；例えば電磁バルブ）が設けられている。排気管６２には空気極１２の出口と加湿器１４との間にカソードオフガスの温度Ｔ６を検出する温度センサ６２ｃが設けられており、その検出結果が制御装置９０に送信されるようになっている。そして、制御装置９０は、温度センサ６１ａにより検出した空気極１２のカソードエア入口温度Ｔ５、温度センサ６２ｃにより検出した空気極１２のカソードオフガス出口温度Ｔ６、および流量計６１ｂにより検出したカソードエア流量に基づいて、流量調整器６２ｂおよび／またはカソードエアポンプ６１ｃを制御して、加湿器１４を流れるカソードオフガスの流量を調整することにより、燃料電池１０の温度に応じて空気極１２内の水分状態を良好な状態（適切な加湿状態）としている。   The exhaust pipe 62 is provided with a bypass passage 62a that bypasses the humidifier 14, and the bypass passage 62a has a cathode off-gas flow rate that flows through the humidifier 14 and a cathode off-gas that bypasses the humidifier 14 and flows through the bypass passage 62a. A flow rate regulator 62b (flow rate adjusting means; for example, an electromagnetic valve) is provided. The exhaust pipe 62 is provided with a temperature sensor 62c for detecting the cathode off-gas temperature T6 between the outlet of the air electrode 12 and the humidifier 14, and the detection result is transmitted to the control device 90. Yes. Then, the control device 90 sets the cathode air inlet temperature T5 of the air electrode 12 detected by the temperature sensor 61a, the cathode offgas outlet temperature T6 of the air electrode 12 detected by the temperature sensor 62c, and the cathode air flow rate detected by the flow meter 61b. Based on this, the flow rate regulator 62b and / or the cathode air pump 61c is controlled to adjust the flow rate of the cathode off-gas flowing through the humidifier 14, so that the moisture state in the air electrode 12 is improved according to the temperature of the fuel cell 10. State (appropriate humidification state).

また、改質ガス供給管６４、オフガス供給管６５、排気管６２および排気管６３の途中には、それぞれ改質ガス用凝縮器３１、アノードオフガス用凝縮器３２、カソードオフガス用凝縮器３３および燃焼ガス用凝縮器３４が設けられている。これら各凝縮器３１〜３４は、図面上は分離しているが、一体的に接続された一体構造体である凝縮器３０を構成している。改質ガス用凝縮器３１は改質ガス供給管６４中を流れる燃料電池１０の燃料極１１に供給される改質ガス中の水蒸気を凝縮する。アノードオフガス用凝縮器３２は、燃料電池１０の燃料極１１と改質器２０のバーナ２１とを連通するオフガス供給管６５の途中に設けられており、そのオフガス供給管６５中を流れる燃料電池１０の燃料極１１から排出されるアノードオフガス中の水蒸気を凝縮する。カソードオフガス用凝縮器３３は、排気管６２に設けられており、その排気管６２中を流れる燃料電池１０の空気極１２から排出されるカソードオフガス中の水蒸気を凝縮する。燃焼ガス用凝縮器３４は排気管６３に設けられており、その排気管６３中を流れる改質部２２から排出される燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮する。   Further, in the middle of the reformed gas supply pipe 64, the off gas supply pipe 65, the exhaust pipe 62, and the exhaust pipe 63, the reformed gas condenser 31, the anode off gas condenser 32, the cathode off gas condenser 33, and the combustion, respectively. A gas condenser 34 is provided. Although these condensers 31 to 34 are separated in the drawing, they constitute a condenser 30 that is an integrally connected structure. The reformed gas condenser 31 condenses water vapor in the reformed gas supplied to the fuel electrode 11 of the fuel cell 10 flowing in the reformed gas supply pipe 64. The anode offgas condenser 32 is provided in the middle of an offgas supply pipe 65 that communicates the fuel electrode 11 of the fuel cell 10 and the burner 21 of the reformer 20, and the fuel cell 10 that flows in the offgas supply pipe 65. The water vapor in the anode off-gas discharged from the fuel electrode 11 is condensed. The cathode offgas condenser 33 is provided in the exhaust pipe 62 and condenses water vapor in the cathode offgas discharged from the air electrode 12 of the fuel cell 10 flowing in the exhaust pipe 62. The combustion gas condenser 34 is provided in the exhaust pipe 63, and condenses water vapor in the combustion exhaust gas discharged from the reforming unit 22 flowing in the exhaust pipe 63.

これら凝縮器３１〜３４は配管６６を介して純水器４０に連通しており、各凝縮器３１〜３４にて凝縮された凝縮水は、純水器４０に導出され回収されるようになっている。純水器４０は、凝縮器３０から供給された凝縮水すなわち回収水を内蔵のイオン交換樹脂によって純水にするものであり、純水化した回収水を貯水器５０に導出するものである。なお、貯水器５０は純水器４０から導出された回収水を改質水として一時的に溜めておくものである。また、純水器４０には水道水供給源（例えば水道管）から供給される補給水（水道水）を導入する配管が接続されており、純水器４０内の貯水量が下限水位を下回ると水道水が供給されるようになっている。   These condensers 31 to 34 communicate with the deionizer 40 via the pipe 66, and the condensed water condensed in each of the condensers 31 to 34 is led out to the deionizer 40 and collected. ing. The deionizer 40 converts the condensed water supplied from the condenser 30, that is, the recovered water into pure water using a built-in ion exchange resin, and leads the purified water to the water reservoir 50. The water reservoir 50 temporarily stores the recovered water derived from the pure water device 40 as reformed water. Further, a pipe for introducing makeup water (tap water) supplied from a tap water supply source (for example, a water pipe) is connected to the deionizer 40, and the amount of water stored in the deionizer 40 is below the lower limit water level. And tap water is supplied.

さらに、燃料電池システムは、インバータ（電力変換器）４５を備えている。インバータ４５は、燃料電池１０の発電出力を交流電力に変換して送電線４６を介して電力使用先である電力使用場所４７に供給するものである。電力使用場所４７には、電灯、アイロン、テレビ、洗濯機、電気コタツ、電気カーペット、エアコン、冷蔵庫などの電気器具である電力消費装置４７ａが設置されており、インバータ４５から供給される交流電力が送電線４６を介して必要に応じて電力消費装置４７ａに供給されている。なお、インバータ４５と電力使用場所４７とを接続する送電線４６には電力会社の系統電源４８も接続されており（系統連系）、燃料電池１０の発電出力より電力消費装置４７ａの総消費電力が上回った場合、その不足電力を系統電源４８から受電して補うようになっている。電力計４７ｂは、ユーザ負荷電力（ユーザ消費電力）を検出するユーザ負荷電力検出手段であり、電力使用場所４７で使用される全ての電力消費装置４７ａの合計消費電力を検出して、制御装置９０に送信するようになっている。   Further, the fuel cell system includes an inverter (power converter) 45. The inverter 45 converts the power generation output of the fuel cell 10 into AC power and supplies it to the power usage place 47 that is the power usage destination via the power transmission line 46. In the power use place 47, a power consuming device 47a which is an electric appliance such as a light, an iron, a TV, a washing machine, an electric kotatsu, an electric carpet, an air conditioner and a refrigerator is installed. It is supplied to the power consuming apparatus 47a as needed via the power transmission line 46. Note that a power supply system power supply 48 is also connected to the power transmission line 46 connecting the inverter 45 and the power use place 47 (system connection), and the total power consumption of the power consumption device 47a is determined from the power generation output of the fuel cell 10. Is exceeded, the insufficient power is received from the system power supply 48 to compensate. The wattmeter 47 b is user load power detection means for detecting user load power (user power consumption), detects the total power consumption of all the power consumption devices 47 a used in the power usage location 47, and controls the control device 90. To be sent to.

また、インバータ４５は、発電出力を降圧または昇圧して、その直流電力を燃料電池システムの構成部材である各ポンプ５３，６１ｃ，７２ａ，７３ａ，７５ａ、各バルブ（図示省略）、バーナ２１の着火装置などの電気部品いわゆる補機に供給するようになっている。   Further, the inverter 45 steps down or boosts the power generation output, and ignites the direct-current power of the pumps 53, 61c, 72a, 73a, 75a, the valves (not shown), and the burner 21, which are components of the fuel cell system. Electric parts such as devices are supplied to so-called auxiliary machines.

さらに、燃料電池システムは、貯湯水を貯湯する貯湯槽７１と、凝縮冷媒循環回路７５とは独立して設けられ貯湯水が循環する貯湯水循環回路７２と、燃料電池１０と熱交換する燃料電池冷却媒体であるＦＣ冷却水が循環する燃料電池冷却媒体循環回路であるＦＣ冷却水循環回路７３と、貯湯水と燃料電池冷却媒体との間で熱交換が行われる第１熱交換器７４と、燃料電池１０から排出される排熱および／または改質器２０にて発生する排熱を少なくとも回収した液体である熱媒体（凝縮冷媒）が循環する熱媒体循環回路である凝縮冷媒循環回路７５と、貯湯水と凝縮冷媒との間で熱交換が行われる第２熱交換器７６と、が備えられている。これにより、燃料電池１０の発電にて発生した排熱（熱エネルギー）は、ＦＣ冷却水に回収され、第１熱交換器７４を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱（昇温）する。また、燃料電池１０から排出されるオフガス（アノードオフガスおよびカソードオフガス）の排熱（熱エネルギー）および改質器２０にて発生した排熱（熱エネルギー）は、凝縮器３０を介して凝縮冷媒に回収され、第２熱交換器７６を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱（昇温）する。改質器２０にて発生する排熱には、改質ガスの排熱、バーナ２１からの燃焼排ガスの排熱、および改質器２０と熱交換する排熱（改質器自身の排熱）が含まれている。なお、本明細書中および添付の図面中の「ＦＣ」は「燃料電池」の省略形として記載している。   Further, the fuel cell system includes a hot water tank 71 for storing hot water, a hot water circulation circuit 72 that is provided independently of the condensing refrigerant circulation circuit 75, and a fuel cell cooling that exchanges heat with the fuel cell 10. FC cooling water circulation circuit 73 that is a fuel cell cooling medium circulation circuit through which FC cooling water that is a medium circulates, a first heat exchanger 74 that performs heat exchange between the hot water and the fuel cell cooling medium, and a fuel cell A condensing refrigerant circulation circuit 75 that is a heat medium circulation circuit in which a heat medium (condensation refrigerant) that is a liquid at least recovering exhaust heat exhausted from the exhaust gas and / or exhaust heat generated in the reformer 20 circulates; And a second heat exchanger 76 that exchanges heat between water and the condensed refrigerant. As a result, the exhaust heat (thermal energy) generated by the power generation of the fuel cell 10 is recovered in the FC cooling water, recovered in the hot water via the first heat exchanger 74, and as a result, the hot water is heated ( Temperature). Further, the exhaust heat (thermal energy) of the off gas (anode off gas and cathode off gas) discharged from the fuel cell 10 and the exhaust heat (thermal energy) generated in the reformer 20 are converted into condensed refrigerant via the condenser 30. It collect | recovers and is collect | recovered by the hot water storage via the 2nd heat exchanger 76, As a result, hot water storage is heated (temperature rising). The exhaust heat generated in the reformer 20 includes exhaust heat of the reformed gas, exhaust heat of the combustion exhaust gas from the burner 21, and exhaust heat exchanged with the reformer 20 (exhaust heat of the reformer itself). It is included. In the present specification and the accompanying drawings, “FC” is described as an abbreviation for “fuel cell”.

貯湯槽７１は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温度が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温度が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽７１の柱状容器の下部には水道水などの水（低温の水）が補給され、貯湯槽７１に貯留された高温の温水が貯湯槽７１の柱状容器の上部から給湯管６７を介して温水使用先である温水使用場所８０に導出されるようになっている。温水使用場所８０には、給湯装置、暖房装置などの温水消費装置８０ａが設置されており、貯湯槽７１からの温水が給湯管６７を介して必要に応じて温水消費装置８０ａに供給されている。貯湯槽７１と温水消費装置８０ａとの間の給湯管６７には給湯器８１が設けられており、貯湯槽７１からの温水を必要に応じて追い炊きするようになっている。給湯管６７には、供給された温水量を検出する流量計６７ａが設けられており、その検出結果を制御装置９０に出力するようになっている。また、貯湯槽７１は密閉式であり、水道水の圧力がそのまま内部、ひいては貯湯水循環回路７２にかかる形式のものである。なお、貯湯槽７１からの温水が給湯器８１を通らないで給湯管６７を介して温水消費装置８０ａに供給される場合もある。   The hot water storage tank 71 is provided with one columnar container, in which hot water is stored in a layered manner, that is, the temperature of the upper part is the highest and lower as it goes to the lower part, and the temperature of the lower part is the lowest. It has become so. Water (low temperature water) such as tap water is replenished to the lower part of the columnar container of the hot water tank 71, and hot hot water stored in the hot water tank 71 passes through the hot water pipe 67 from the upper part of the columnar container of the hot water tank 71. It is led out to a hot water use place 80 which is a hot water use destination. A hot water consumption device 80a such as a hot water supply device or a heating device is installed in the hot water use place 80, and hot water from the hot water storage tank 71 is supplied to the hot water consumption device 80a as needed via the hot water supply pipe 67. . The hot water supply pipe 67 between the hot water storage tank 71 and the hot water consuming device 80a is provided with a hot water heater 81 so that hot water from the hot water storage tank 71 is cooked as needed. The hot water supply pipe 67 is provided with a flow meter 67 a that detects the amount of supplied hot water, and the detection result is output to the control device 90. The hot water storage tank 71 is of a sealed type, and the pressure of tap water is directly applied to the inside, and consequently to the hot water storage water circulation circuit 72. In some cases, the hot water from the hot water tank 71 is supplied to the hot water consuming device 80a via the hot water supply pipe 67 without passing through the hot water heater 81.

貯湯水循環回路７２の一端および他端は貯湯槽７１の下部および上部に接続されている。貯湯水循環回路７２上には、一端から他端に順番に貯湯水循環手段である貯湯水循環ポンプ７２ａ、第２熱交換器７６、および第１熱交換器７４が配設されている。貯湯水循環ポンプ７２ａは、貯湯槽７１の下部の貯湯水を吸い込んで貯湯水循環回路７２を通水させて貯湯槽７１の上部に吐出するものであり、制御装置９０によって制御されてその流量（送出量）が制御されるようになっている。   One end and the other end of the hot water circulating circuit 72 are connected to the lower part and the upper part of the hot water tank 71. On the hot water circulating circuit 72, a hot water circulating pump 72a, a second heat exchanger 76, and a first heat exchanger 74, which are hot water circulating means, are arranged in order from one end to the other end. The hot water circulating pump 72a sucks in hot water stored in the lower part of the hot water tank 71, causes the hot water circulating circuit 72 to flow through it, and discharges it to the upper part of the hot water tank 71. ) Is controlled.

ＦＣ冷却水循環回路７３上には、ＦＣ冷却水循環手段であるＦＣ冷却水循環ポンプ７３ａが配設されており、このＦＣ冷却水循環ポンプ７３ａは、制御装置９０によって制御されてその流量（送出量）が制御されるようになっている。また、ＦＣ冷却水循環回路７３上には、温度センサ７３ｂ，７３ｃが配設されており、温度センサ７３ｂ，７３ｃは、それぞれＦＣ冷却水の燃料電池１０の入口温度Ｔ１および出口温度Ｔ２を検出し、それら検出結果を制御装置９０に出力するものである。さらに、ＦＣ冷却水循環回路７３上には第１熱交換器７４が配設されている。   An FC cooling water circulation pump 73a, which is an FC cooling water circulation means, is disposed on the FC cooling water circulation circuit 73, and this FC cooling water circulation pump 73a is controlled by the control device 90 to control its flow rate (delivery amount). It has come to be. Further, temperature sensors 73b and 73c are disposed on the FC cooling water circulation circuit 73, and the temperature sensors 73b and 73c detect the inlet temperature T1 and the outlet temperature T2 of the fuel cell 10 of the FC cooling water, respectively. These detection results are output to the control device 90. Further, a first heat exchanger 74 is disposed on the FC cooling water circulation circuit 73.

凝縮冷媒循環回路７５上には、凝縮冷媒循環手段である凝縮冷媒循環ポンプ７５ａが配設されている。この凝縮冷媒循環ポンプ７５ａは、矢印方向へ凝縮冷媒を流すようになっており、制御装置９０によって制御されてその流量（送出量）が制御されるようになっている。また、凝縮冷媒循環回路７５上には、第２熱交換器７６が配設されている。さらに、凝縮冷媒循環回路７５上には、第２熱交換器７６から下流に順番にラジエータ７７、凝縮冷媒循環ポンプ７５ａ、アノードオフガス用凝縮器３２、燃焼ガス用凝縮器３４、カソードオフガス用凝縮器３３、改質ガス用凝縮器３１、および温度センサ７５ｂが配設されている。   On the condensing refrigerant circulation circuit 75, a condensing refrigerant circulation pump 75a as a condensed refrigerant circulation means is disposed. The condensing refrigerant circulation pump 75a is configured to flow the condensing refrigerant in the direction of the arrow, and is controlled by the control device 90 to control the flow rate (delivery amount). A second heat exchanger 76 is disposed on the condensed refrigerant circulation circuit 75. Further, on the condensing refrigerant circulation circuit 75, a radiator 77, a condensing refrigerant circulation pump 75 a, an anode off-gas condenser 32, a combustion gas condenser 34, and a cathode off-gas condenser are sequentially arranged downstream from the second heat exchanger 76. 33, the reformed gas condenser 31, and the temperature sensor 75b are disposed.

なお、各凝縮器３１〜３４の配置は上述した順番に限らないし、また、各凝縮器３１〜３４は一本の配管に直列に配置する場合に限らず、凝縮冷媒循環回路７５を複数に分岐して各分岐路に並列に配置するようにしてもよい。また、凝縮冷媒循環回路７５上には少なくとも改質ガス用凝縮器３１が配置されるようになっている。   In addition, arrangement | positioning of each condenser 31-34 is not restricted to the order mentioned above, Moreover, each condenser 31-34 is not restricted to the case where it arrange | positions in series with one piping, and branches the condensed refrigerant | coolant circulation circuit 75 into plurality. And you may make it arrange | position in parallel at each branch path. Further, at least the reformed gas condenser 31 is arranged on the condensing refrigerant circulation circuit 75.

ラジエータ７７は、凝縮冷媒を冷却する冷却手段であり、制御装置９０の指令によってオン・オフ制御されており、オン状態のときには凝縮冷媒を冷却し、オフ状態のときには冷却しないものである。温度センサ７５ｂは、改質ガス用凝縮器３１の凝縮冷媒出口温度Ｔ３を検出し、その検出結果を制御装置９０に出力するものである。   The radiator 77 is a cooling means for cooling the condensed refrigerant, and is controlled to be turned on / off by a command from the control device 90. The radiator 77 cools the condensed refrigerant in the on state and does not cool it in the off state. The temperature sensor 75 b detects the condensed refrigerant outlet temperature T 3 of the reformed gas condenser 31 and outputs the detection result to the control device 90.

また、改質ガス供給管６４には改質ガス用凝縮器３１と燃料電池１０の燃料極１１との間に温度センサ６４ａが配設されている。温度センサ６４ａは、改質ガス用凝縮器３１の改質ガス出口温度Ｔ４を検出し、その検出結果を制御装置９０に出力するものである。   The reformed gas supply pipe 64 is provided with a temperature sensor 64 a between the reformed gas condenser 31 and the fuel electrode 11 of the fuel cell 10. The temperature sensor 64 a detects the reformed gas outlet temperature T 4 of the reformed gas condenser 31 and outputs the detection result to the control device 90.

また、上述した各温度センサ６１ａ，６２ｃ，６４ａ，７３ｂ，７３ｃ，７５ｂ、各流量計６１ｂ，６７ａ、電力計４７ｂ、各ポンプ５３，６１ｃ，７２ａ，７３ａ，７５ａ、および流量調整器６２ｂは制御装置９０に接続されている（図２参照）。制御装置９０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、図４のフローチャートに対応したプログラムを実行して、各温度センサ６１ａ，６２ｃ，６４ａ，７３ｂ，７３ｃ，７５ｂが検出した各温度、各流量計６１ｂ，６７ａが検出した各流量、電力計４７ｂが検出した電力に基づいて各ポンプ６１ｃ，７２ａ，７３ａ，７５ａ、および流量調整器６２ｂを制御して燃料電池１０の温度・湿度を適切に制御している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。   The temperature sensors 61a, 62c, 64a, 73b, 73c, and 75b, the flow meters 61b and 67a, the power meter 47b, the pumps 53, 61c, 72a, 73a, and 75a, and the flow rate regulator 62b described above are control devices. 90 (see FIG. 2). The control device 90 has a microcomputer (not shown), and the microcomputer includes an input / output interface, a CPU, a RAM, and a ROM (all not shown) connected via a bus. The CPU executes a program corresponding to the flowchart of FIG. 4 to detect the temperatures detected by the temperature sensors 61a, 62c, 64a, 73b, 73c, and 75b, the flow rates detected by the flow meters 61b and 67a, and the power meter. The pumps 61c, 72a, 73a, 75a and the flow rate regulator 62b are controlled based on the electric power detected by the 47b to appropriately control the temperature and humidity of the fuel cell 10. The RAM temporarily stores variables necessary for executing the program, and the ROM stores the program.

また、制御装置９０の記憶部には、図３に示すマップまたは演算式が記憶されている。このマップまたは演算式は、目標ＦＣ冷却水温度（目標貯湯水温度）と電力使用量に対する温水使用量の比率との相関関係を示すものである。目標ＦＣ冷却水温度は、燃料電池１０のＦＣ冷却水入口温度またはＦＣ冷却水出口温度などのＦＣ冷却水温度の制御目標値のことである。ＦＣ冷却水温度の代わりに燃料電池１０自身の温度でもよいし、これらの温度と相関性の高い他の温度でも代用可能である。目標貯湯水温度は、貯湯水温度の制御目標値のことである。貯湯水温度はＦＣ冷却水温度とよい相関関係にあり、目標ＦＣ冷却水温度は目標貯湯水温度に対応して設定されている。温水使用量は、貯湯槽７１から温水消費装置８０ａに供給される単位時間あたりの温水量である。例えば１日あたりの使用量で計算するものである。この温水使用量は、流量計６７ａからの検出結果に基づいて算出されるものである。なお、貯湯槽７１以外から温水が温水消費装置８０ａに供給される場合には、その使用量も考慮して温水使用量を算出する必要がある。また、電力使用量は、すべての電力消費装置４７ａで単位時間当たりに使用される合計消費電力量である。単位時間は温水使用量と同じ時間を使用する。この電力使用量は、電力計４７ｂからの検出結果に基づいて算出されるものである。   The storage unit of the control device 90 stores a map or an arithmetic expression shown in FIG. This map or arithmetic expression shows the correlation between the target FC cooling water temperature (target hot water temperature) and the ratio of the hot water usage to the power usage. The target FC cooling water temperature is a control target value of the FC cooling water temperature such as the FC cooling water inlet temperature or the FC cooling water outlet temperature of the fuel cell 10. The temperature of the fuel cell 10 itself may be used instead of the FC cooling water temperature, or another temperature having a high correlation with these temperatures can be substituted. The target hot water temperature is a control target value of the hot water temperature. The hot water storage water temperature has a good correlation with the FC cooling water temperature, and the target FC cooling water temperature is set corresponding to the target hot water storage temperature. The amount of hot water used is the amount of hot water per unit time supplied from the hot water tank 71 to the hot water consumption device 80a. For example, the calculation is based on daily usage. The amount of hot water used is calculated based on the detection result from the flow meter 67a. In addition, when warm water is supplied to the warm water consuming apparatus 80a from other than the hot water tank 71, it is necessary to calculate the warm water usage amount in consideration of the usage amount. The power consumption is the total power consumption used per unit time in all the power consumption devices 47a. The unit time uses the same time as the amount of hot water used. This power consumption is calculated based on the detection result from the wattmeter 47b.

また、図３に示すマップまたは演算式から明らかなように、目標ＦＣ冷却水温度（ひいては目標貯湯水温度）と電力使用量に対する温水使用量の比率は、その比率が小さくなるにつれてＦＣ冷却水温度が高くなる関係にある。なお、この関係は比率が所定の範囲（所定の上限温度Ｔｂと所定の下限温度Ｔａとの範囲）内にあるときに成立し、比率がこの範囲より小さい場合には目標ＦＣ冷却水温度は上限温度Ｔｂで一定となり、比率がこの範囲より大きい場合には目標ＦＣ冷却水温度は下限温度Ｔａで一定となる関係が成立する。なお、目標貯湯水温度も同様に上限温度Ｔｂに対応した上限温度Ｔｂ−ｗおよび下限温度Ｔａに対応した下限温度Ｔａ−ｗを有する。   Further, as is clear from the map or calculation formula shown in FIG. 3, the ratio of the target FC cooling water temperature (and thus the target hot water temperature) and the amount of hot water used with respect to the amount of electric power used decreases as the ratio decreases. There is a relationship that increases. This relationship is established when the ratio is within a predetermined range (a range between the predetermined upper limit temperature Tb and the predetermined lower limit temperature Ta). When the ratio is smaller than this range, the target FC coolant temperature is the upper limit. When the temperature is constant at the temperature Tb and the ratio is larger than this range, a relationship is established in which the target FC cooling water temperature is constant at the lower limit temperature Ta. Similarly, the target hot water temperature has an upper limit temperature Tb-w corresponding to the upper limit temperature Tb and a lower limit temperature Ta-w corresponding to the lower limit temperature Ta.

また、上限温度Ｔｂ−ｗおよび下限温度Ｔａ−ｗは、それぞれ上限温度Ｔｂおよび下限温度Ｔａにほぼ等しいかやや低い値であり、その対応関係は燃料電池システムによって適宜決められるものである。例えば、下限温度Ｔａとしては５０℃、６０℃があり、上限温度Ｔｂとしては９０℃、８０℃がある。所定の範囲は、これらを任意に組み合わせて決定することができる。例えば５０℃〜９０℃、６０℃〜８０℃などである。   Further, the upper limit temperature Tb-w and the lower limit temperature Ta-w are values that are substantially equal to or slightly lower than the upper limit temperature Tb and the lower limit temperature Ta, respectively, and the corresponding relationship is appropriately determined by the fuel cell system. For example, the lower limit temperature Ta is 50 ° C. and 60 ° C., and the upper limit temperature Tb is 90 ° C. and 80 ° C. The predetermined range can be determined by arbitrarily combining them. For example, they are 50 degreeC-90 degreeC, 60 degreeC-80 degreeC, etc.

さらに、上限温度Ｔｂ（上限温度Ｔｂ−ｗ）は、燃料電池１０の電極１１，１２、電解質１３、樹脂配管などへの劣化、燃料電池１０の発電効率を考慮して決定されるものである。下限温度Ｔａ（下限温度Ｔａ−ｗ）は、貯湯水７１内での細菌の繁殖の抑制、燃料電池１０の発電効率を考慮して決定されるものである。なお、燃料電池１０に水素ガスを供給する場合でなく本実施形態のように改質ガスを供給する場合には、下限温度Ｔａ（下限温度Ｔａ−ｗ）は、燃料電池１０の電極１１の一酸化炭素による被毒も考慮して決定されるのが好ましい。   Furthermore, the upper limit temperature Tb (upper limit temperature Tb-w) is determined in consideration of deterioration of the electrodes 11 and 12 of the fuel cell 10, the electrolyte 13, the resin piping, and the power generation efficiency of the fuel cell 10. The lower limit temperature Ta (lower limit temperature Ta-w) is determined in consideration of the suppression of bacterial growth in the hot water 71 and the power generation efficiency of the fuel cell 10. Note that when the reformed gas is supplied as in the present embodiment instead of supplying hydrogen gas to the fuel cell 10, the lower limit temperature Ta (lower limit temperature Ta−w) is one of the electrodes 11 of the fuel cell 10. It is preferably determined in consideration of poisoning by carbon oxide.

上述した燃料電池システムの作動について説明する。制御装置９０は、時刻ｔ０にて図示しない起動スイッチがオンされると、燃料電池システムの起動運転を開始する。制御装置９０は、ＣＯ選択酸化部２４をバーナ２１に接続し、燃焼用燃料および燃焼用空気をバーナ２１に供給してバーナ２１を着火する。これにより、燃焼用燃料が燃焼され、燃焼ガスにより改質部２２内の改質触媒および蒸発器２５が加熱される。   The operation of the fuel cell system described above will be described. When a start switch (not shown) is turned on at time t0, control device 90 starts the start operation of the fuel cell system. The control device 90 connects the CO selective oxidation unit 24 to the burner 21, supplies combustion fuel and combustion air to the burner 21, and ignites the burner 21. Thereby, the fuel for combustion is burned, and the reforming catalyst and the evaporator 25 in the reforming unit 22 are heated by the combustion gas.

制御装置９０は、温度センサにより蒸発器２５の温度を検出し、この検出した温度が第１の所定温度Ｔｈ１以上となれば（時刻ｔ１）、水バルブを開き、改質水ポンプ５３を駆動させ改質水を所定流量（所定供給量）だけ蒸発器２５を介して改質部２２に供給する。   The control device 90 detects the temperature of the evaporator 25 with a temperature sensor, and when the detected temperature is equal to or higher than the first predetermined temperature Th1 (time t1), the water valve is opened and the reforming water pump 53 is driven. The reforming water is supplied to the reforming unit 22 through the evaporator 25 by a predetermined flow rate (predetermined supply amount).

制御装置９０は、蒸発器２５の温度が所定温度Ｔｈ１以上となった時点（時刻ｔ１）から第１所定時間Ｔ１（例えば１分）以上経過すれば、改質用燃料を所定流量（所定供給量）だけ改質部２２に供給するとともに、酸化用空気を所定流量（所定供給量）だけＣＯ選択酸化部２４に供給する。これにより、改質部２２に改質用燃料と水蒸気の混合ガスが供給され、改質部２２では上述した水蒸気改質反応および一酸化炭素シフト反応が生じて改質ガスが生成される。そして、改質部２２から導出された改質ガスはＣＯシフト部２３およびＣＯ選択酸化部２４により一酸化炭素ガスを低減されてＣＯ選択酸化部２４から導出され、バーナ２１に供給され燃焼される。   When the temperature of the evaporator 25 becomes equal to or higher than the predetermined temperature Th1 (time t1) after the first predetermined time T1 (for example, 1 minute) has elapsed, the control device 90 supplies the reforming fuel at a predetermined flow rate (predetermined supply amount). ) Is supplied to the reforming unit 22 and the oxidizing air is supplied to the CO selective oxidation unit 24 at a predetermined flow rate (predetermined supply amount). As a result, a mixed gas of the reforming fuel and steam is supplied to the reforming unit 22, and the reforming unit 22 generates the reformed gas through the above-described steam reforming reaction and carbon monoxide shift reaction. Then, the reformed gas derived from the reforming unit 22 is reduced in carbon monoxide gas by the CO shift unit 23 and the CO selective oxidation unit 24 and is derived from the CO selective oxidation unit 24, supplied to the burner 21, and burned. .

このように改質ガスの生成中において、制御装置９０は、温度センサによりＣＯ選択酸化部２４の触媒の温度を検出し、この検出した温度が第２の所定温度Ｔｈ２以上となれば（時刻ｔ４）、ＣＯ選択酸化部２４を燃料電池１０の燃料極１１の導入口に接続するとともに燃料極１１の導出口をバーナ２１に接続する。これにより、燃料電池システムを暖機する起動運転が終了して続いて定常運転が開始される。   As described above, during the generation of the reformed gas, the control device 90 detects the temperature of the catalyst of the CO selective oxidation unit 24 by the temperature sensor, and if the detected temperature is equal to or higher than the second predetermined temperature Th2 (time t4). ), The CO selective oxidation unit 24 is connected to the inlet of the fuel electrode 11 of the fuel cell 10, and the outlet of the fuel electrode 11 is connected to the burner 21. Thereby, the start-up operation for warming up the fuel cell system is completed, and then the steady operation is started.

制御装置９０は、定常運転（燃料電池１０を発電させる運転モード）を開始する。このとき、所望の出力電流（電力消費装置４７ａで消費される電流・電力）となるように改質用燃料、燃焼用燃料、燃焼用空気、酸化用空気、カソードエアおよび改質水を供給するようになっている。制御装置９０は、所望の出力電流となるように改質用燃料の供給量を演算しその供給量となるように改質用燃料を供給し、演算した改質用燃料供給量およびＳ／Ｃ（スチームカーボン比）に基づいて改質水の供給量を演算しその供給量となるように改質水を供給し、アノードオフガスの燃焼熱だけではバーナ２１にて必要な熱エネルギーが不足する場合、起動運転時である場合などに、バーナ２１に供給する燃焼用燃料の供給量を演算しその供給量となるように燃焼用燃料を供給し、改質用燃料供給量などに基づいて燃焼用空気の供給量を演算しその供給量となるように燃焼用空気を供給し、一酸化炭素を所定量以下とするように酸化用空気の供給量を演算しその供給量となるように酸化用空気を供給し、そして、改質装置２０から燃料電池１０に供給される改質ガスの供給量に対応する適切なカソードエアの供給量を演算しその供給量となるようにカソードエアを供給している。そして、停止スイッチが押されると、燃料電池システムは停止する。   The control device 90 starts a steady operation (an operation mode in which the fuel cell 10 generates power). At this time, the reforming fuel, the combustion fuel, the combustion air, the oxidizing air, the cathode air, and the reforming water are supplied so as to obtain a desired output current (current / power consumed by the power consuming device 47a). It is like that. The control device 90 calculates the supply amount of the reforming fuel so as to obtain a desired output current, supplies the reforming fuel so as to obtain the supply amount, and calculates the calculated reforming fuel supply amount and the S / C. When the supply amount of reforming water is calculated based on (steam carbon ratio) and the reforming water is supplied so that the supply amount is obtained, and the heat energy necessary for the burner 21 is insufficient with only the combustion heat of the anode off-gas In the start-up operation, for example, the amount of combustion fuel supplied to the burner 21 is calculated, the combustion fuel is supplied so as to be the amount supplied, and the combustion fuel is supplied based on the amount of reforming fuel supplied. Calculate the supply amount of air, supply combustion air so that it becomes the supply amount, calculate the supply amount of oxidation air so that the amount of carbon monoxide is less than the predetermined amount, and oxidize so that it becomes the supply amount Air is supplied, and the fuel cell from the reformer 20 0 corresponding to the supply amount of the reforming gas supplied to the calculated supply amount of suitable cathode air is supplied to the cathode air so that the amount supplied. When the stop switch is pressed, the fuel cell system stops.

さらに上述した燃料電池システムにおいて排熱の熱回収効率を最適化とする制御が行われている。その排熱回収について図４に示したフローチャートを参照しながら説明する。制御装置９０は、図示しないスタートスイッチがオンされると、所定の短時間毎に、上記フローチャートに対応したプログラムを繰り返し実行する。制御装置９０は、図４のステップ１００にてプログラムの実行を開始する毎に、ステップ１０２において、電力計４７ｂから電力使用場所４７で使用される全ての電力消費装置４７ａの合計消費電力を入力し電力使用量を算出する。流量計６７ａから貯湯槽７１からの温水量を入力して温水消費装置８０ａで使用される温水の総使用量（温水使用量）を算出する。そして、算出結果を記憶する。なお、これら温水使用量および電力使用量は一日、一週間、一月単位の積算量であることが望ましい。例えば数時間単位である場合、温水主電力従であるか温水従電力主であるかの判別がつきにくいからである。   Further, in the fuel cell system described above, control is performed to optimize the heat recovery efficiency of exhaust heat. The exhaust heat recovery will be described with reference to the flowchart shown in FIG. When a start switch (not shown) is turned on, the control device 90 repeatedly executes a program corresponding to the above flowchart every predetermined short time. The control device 90 inputs the total power consumption of all the power consuming devices 47a used in the power usage place 47 from the wattmeter 47b every time the program execution is started in step 100 of FIG. Calculate power usage. The total amount of hot water used (hot water usage) used in the hot water consumption device 80a is calculated by inputting the amount of hot water from the hot water storage tank 71 from the flow meter 67a. Then, the calculation result is stored. It should be noted that these hot water usage and power usage are preferably integrated in units of one day, one week, and one month. For example, when the unit is several hours, it is difficult to determine whether the power is a hot water main power or a hot water sub power.

制御装置９０は、ステップ１０２にて算出した温水使用量および電力使用量に基づいて、電力使用量に対する温水使用量の比率（＝温水使用量÷電力使用量）を導出し（ステップ１０４）、図３に示すマップまたは演算式からその導出した比率に応じた目標ＦＣ冷却水温度を導出する（ステップ１０６）。すなわち、温水消費装置８０ａでの温水使用量が電力消費装置４７ａでの電力使用量に対して少ない場合（例えば燃料電池システムを夏期に運転する場合）、目標ＦＣ冷却水温度が比較的高く設定される。また、温水消費装置８０ａでの温水使用量が電力消費装置４７ａでの電力使用量に対して多い場合（例えば燃料電池システムを冬期に運転する場合）、目標ＦＣ冷却水温度が比較的低く設定される。   The control device 90 derives the ratio of the hot water usage to the power usage (= hot water usage / power usage) based on the hot water usage and the power usage calculated in step 102 (step 104). The target FC cooling water temperature corresponding to the derived ratio is derived from the map or the arithmetic expression shown in FIG. 3 (step 106). That is, when the amount of hot water used by the hot water consuming device 80a is smaller than the amount of power used by the power consuming device 47a (for example, when the fuel cell system is operated in the summer), the target FC cooling water temperature is set relatively high. The Further, when the amount of hot water used by the hot water consumption device 80a is larger than the amount of power used by the power consumption device 47a (for example, when the fuel cell system is operated in winter), the target FC cooling water temperature is set to be relatively low. The

制御装置９０は、ステップ１０８にて導出した目標ＦＣ冷却水温度となるようにＦＣ冷却水温度を調整し、これにより貯湯水温度が目標貯湯水温度に調整される。具体的には、制御装置９０は、燃料電池１０のＦＣ冷却水入口温度Ｔ１およびＦＣ冷却水出口温度Ｔ２をそれぞれ温度センサ７３ｂ，７３ｃによって検出し（ステップ１０８）、検出した燃料電池１０のＦＣ冷却水出口温度Ｔ２（または燃料電池１０のＦＣ冷却水入口温度Ｔ１）が目標ＦＣ冷却水温度となるように貯湯水循環ポンプ７２ａを流量制御している（ステップ１１０）。なお、本実施の形態における目標ＦＣ冷却水温度は、ＦＣ冷却水出口温度Ｔ２で制御する場合に設定された目標値であり、ＦＣ冷却水入口温度Ｔ１で制御する場合には目標ＦＣ冷却水温度を低めに補正する必要がある。これにより、温水消費装置８０ａでの温水使用量が電力消費装置４７ａでの電力使用量に対して少ない場合（例えば燃料電池システムを夏期に運転する場合）、比較的高く設定された目標ＦＣ冷却水温度となるようにＦＣ冷却水温度が調整され、結果として貯湯水が比較的高い温度に調整される。また、温水消費装置８０ａでの温水使用量が電力消費装置４７ａでの電力使用量に対して多い場合（例えば燃料電池システムを冬期に運転する場合）、比較的低く設定された目標ＦＣ冷却水温度となるようにＦＣ冷却水温度が調整され、結果として貯湯水が比較的低い温度に調整される。   The control device 90 adjusts the FC cooling water temperature so as to be the target FC cooling water temperature derived in step 108, and thereby adjusts the hot water temperature to the target hot water temperature. Specifically, the control device 90 detects the FC cooling water inlet temperature T1 and the FC cooling water outlet temperature T2 of the fuel cell 10 with the temperature sensors 73b and 73c, respectively (step 108), and the detected FC cooling of the fuel cell 10 is performed. The flow rate of the hot water circulating pump 72a is controlled so that the water outlet temperature T2 (or the FC cooling water inlet temperature T1 of the fuel cell 10) becomes the target FC cooling water temperature (step 110). Note that the target FC cooling water temperature in the present embodiment is a target value set when controlling at the FC cooling water outlet temperature T2, and when controlling at the FC cooling water inlet temperature T1, the target FC cooling water temperature. Need to be corrected to a low level. Thereby, when the amount of hot water used in the hot water consuming device 80a is smaller than the amount of power used in the power consuming device 47a (for example, when the fuel cell system is operated in summer), the target FC cooling water set relatively high The temperature of the FC cooling water is adjusted so as to reach the temperature, and as a result, the stored hot water is adjusted to a relatively high temperature. In addition, when the amount of hot water used by the hot water consuming device 80a is larger than the amount of power used by the power consuming device 47a (for example, when the fuel cell system is operated in winter), the target FC coolant temperature set relatively low. As a result, the temperature of the FC cooling water is adjusted so that the stored hot water is adjusted to a relatively low temperature.

さらに、制御装置９０は、燃料電池１０のＦＣ冷却水入口温度Ｔ１およびＦＣ冷却水出口温度Ｔ２の差ΔＴを算出し（ステップ１１２）、その差ΔＴが所定温度差ΔＴ＊（例えば３〜５℃）となるようにＦＣ冷却水循環ポンプ７３ａを流量制御している（ステップ１１４）。所定温度差ΔＴ＊は、燃料電池１０の改質ガス流路または空気流路内の水蒸気を最適加湿条件に維持することができるように設定されている。   Further, the control device 90 calculates a difference ΔT between the FC cooling water inlet temperature T1 and the FC cooling water outlet temperature T2 of the fuel cell 10 (step 112), and the difference ΔT is a predetermined temperature difference ΔT * (for example, 3 to 5 ° C.). ), The flow rate of the FC cooling water circulation pump 73a is controlled (step 114). The predetermined temperature difference ΔT * is set so that the water vapor in the reformed gas flow path or the air flow path of the fuel cell 10 can be maintained under optimum humidification conditions.

そして、制御装置９０は、改質ガス用凝縮器３１の凝縮冷媒出口温度Ｔ３または改質ガス用凝縮器３１の改質ガス出口温度Ｔ４を温度センサ７５ｂまたは６４ａにより検出し（ステップ１１６）、検出した改質ガス用凝縮器３１の凝縮冷媒出口温度Ｔ３または改質ガス用凝縮器３１の改質ガス出口温度Ｔ４が目標温度Ｔ３＊またはＴ４＊（例えば５０〜６０℃）となるように凝縮冷媒循環ポンプ７５ａを流量制御している（ステップ１１８）。改質ガス用凝縮器３１の凝縮冷媒出口温度Ｔ３が高いほど第１熱交換７４における貯湯水の凝縮回収熱量の回収効率がよいので、目標温度Ｔ３＊（またはＴ４＊）は高く設定するのが望ましい。一方、改質ガス用凝縮器３１の凝縮冷媒出口温度Ｔ３が高くなると、改質ガス用凝縮器３１にて凝縮冷媒と熱交換する改質ガスの温度すなわち改質ガスのＦＣ入口温度が高くなり、燃料電池１０の燃料極１１がフラッディングを発生する。したがって、目標温度Ｔ３＊（またはＴ４＊）はフラッディングが発生しない範囲内で、凝縮回収熱量の回収効率ができるだけよい温度に設定されている。その後、制御装置９０はプログラムをステップ１２０に進めて一旦終了する。   The control device 90 detects the condensed refrigerant outlet temperature T3 of the reformed gas condenser 31 or the reformed gas outlet temperature T4 of the reformed gas condenser 31 with the temperature sensor 75b or 64a (step 116). The condensed refrigerant so that the condensed refrigerant outlet temperature T3 of the reformed gas condenser 31 or the reformed gas outlet temperature T4 of the reformed gas condenser 31 becomes the target temperature T3 * or T4 * (for example, 50 to 60 ° C.). The flow rate of the circulation pump 75a is controlled (step 118). The higher the condensing refrigerant outlet temperature T3 of the reforming gas condenser 31 is, the higher the efficiency of collecting and recovering the amount of hot water stored in the first heat exchange 74 is. Therefore, the target temperature T3 * (or T4 *) should be set higher. desirable. On the other hand, when the condensed refrigerant outlet temperature T3 of the reformed gas condenser 31 increases, the temperature of the reformed gas that exchanges heat with the condensed refrigerant in the reformed gas condenser 31, that is, the FC inlet temperature of the reformed gas increases. The fuel electrode 11 of the fuel cell 10 generates flooding. Therefore, the target temperature T3 * (or T4 *) is set to a temperature at which the recovery efficiency of the condensation recovery heat amount is as good as possible within the range where no flooding occurs. Thereafter, the control device 90 advances the program to step 120 and terminates once.

上述した説明から明らかなように、本実施形態においては、温水消費装置８０ａでの温水および電力消費装置４７ａでの電力の使用状況に応じて設定される目標貯湯水温度となるように貯湯水の温度を調整するので、温水消費と電力消費の状況に応じた適切な貯湯水温度に調整することができる。したがって、燃料電池システムの使用季節、使用方法などの違いによって同燃料電池システムが電力供給を主とし温水供給を従とする場合、または電力供給を従とし温水供給を主とする場合のいずれにおいても、燃料電池システムの運転をその状況に応じて効率よく実施することができる。   As is clear from the above description, in the present embodiment, the hot-water storage water is set to a target hot-water storage temperature that is set according to the state of use of the hot water in the hot-water consumption device 80a and the power consumption in the power consumption device 47a. Since the temperature is adjusted, it is possible to adjust the stored hot water temperature according to the situation of hot water consumption and power consumption. Therefore, whether the fuel cell system is mainly powered by hot water supply or depending on the season of use or usage of the fuel cell system, or the hot water supply is mainly followed by the hot water supply. The operation of the fuel cell system can be carried out efficiently according to the situation.

また、温水消費装置８０ａでの温水使用量が電力消費装置４７ａでの電力使用量に対して少なくなるほど、目標貯湯水温度は高い温度に設定される。したがって、温水消費装置８０ａでの温水使用量が電力消費装置４７ａでの電力使用量に対して少ない場合（例えば燃料電池システムを夏期に運転する場合）、貯湯水が比較的高い温度となるように調節される。これにより、燃料電池システムの起動開始から貯湯槽７１が所定温度以上の貯湯水で満水となるまでにかかる時間は、目標貯湯水温度が低く設定された場合と比較して長くなる。すなわち、燃料電池システムは貯湯槽７１が温度的に満水となるとそれ以降発電効率、熱回収効率を合わせた総合効率が悪化するかあるいは停止するが、満水となるまでの時間を稼ぐことができ、すなわち効率のよい発電可能時間を長くすることができる。したがって、高温の貯湯水を利用できるとともに、燃料電池１０にて発生する排熱を無駄に捨てることなく効率よく発電できる時間を長くすることができる。   Further, the target hot water storage water temperature is set to a higher temperature as the amount of hot water used in the hot water consumption device 80a is smaller than the amount of power used in the power consumption device 47a. Therefore, when the amount of hot water used by the hot water consuming device 80a is smaller than the amount of power used by the power consuming device 47a (for example, when the fuel cell system is operated in the summer), the stored hot water is set to a relatively high temperature. Adjusted. As a result, the time taken from the start of the fuel cell system to the hot water tank 71 being filled with hot water of a predetermined temperature or higher becomes longer than when the target hot water temperature is set low. That is, when the hot water storage tank 71 becomes full of temperature, the fuel cell system deteriorates or stops the overall efficiency including the power generation efficiency and the heat recovery efficiency thereafter, but it can earn time until the hot water tank 71 becomes full. That is, it is possible to lengthen the efficient power generation possible time. Therefore, high-temperature hot water can be used, and the time during which power can be generated efficiently without wasting waste heat generated in the fuel cell 10 can be extended.

一方、温水消費装置８０ａでの温水使用量が電力消費装置４７ａでの電力使用量に対して多い場合（例えば燃料電池システムを冬期に運転する場合）、貯湯水が比較的低い温度となるように調節される。これにより、燃料電池システムの起動開始から貯湯槽７１が所定温度以上の貯湯水で満水となるまでにかかる時間は、目標貯湯水温度が高く設定された場合と比較して短くなる。したがって、貯湯水の温度は比較的低温であるが、比較的短い時間で貯湯槽７１を温度的に満水にすることができ、貯湯水を多量に供給することができる。また、貯湯水温度を比較的低温とすることにより、貯湯水からの放熱を低減することができ、熱回収効率を向上することができる。したがって、燃料電池システムを一年を通じて運転するにあたって、発電効率、熱回収効率を合わせた総合効率を向上することができる。   On the other hand, when the amount of hot water used by the hot water consuming device 80a is larger than the amount of power used by the power consuming device 47a (for example, when the fuel cell system is operated in winter), the stored hot water is set at a relatively low temperature. Adjusted. As a result, the time taken from the start of the fuel cell system to the hot water tank 71 being filled with hot water of a predetermined temperature or higher is shorter than when the target hot water temperature is set high. Therefore, although the temperature of the hot water is relatively low, the hot water tank 71 can be filled with temperature in a relatively short time, and a large amount of hot water can be supplied. In addition, by setting the hot water temperature relatively low, heat radiation from the hot water can be reduced, and heat recovery efficiency can be improved. Therefore, when the fuel cell system is operated throughout the year, it is possible to improve the overall efficiency combining the power generation efficiency and the heat recovery efficiency.

また、目標貯湯水温度は、所定の上限温度Ｔｂ−ｗと所定の下限温度Ｔａ−ｗとの範囲内に設定されているので、燃料電池１０の電極１１，１２、電解質１３、樹脂配管など燃料電池１０の劣化を抑制して長期間に渡って安定した発電を提供することができ、また、発電に適した温度に調整して効率よい発電を行うことができる。また、上限温度Ｔｂ−ｗおよび下限温度Ｔａ−ｗは、燃料電池１０の発電効率を考慮して決定されているので、効率よい発電を行うことができる。また、下限温度Ｔａ−ｗは、貯湯水７１内での細菌の繁殖の抑制を考慮して決定されているので、衛生的な貯湯水を提供することができる。さらに、下限温度Ｔａ−ｗは、燃料電池１０の電極１１の一酸化炭素による被毒も考慮して決定されているので、燃料電池１０の劣化を抑制して長期間に渡って安定した発電を提供することができる。   Further, since the target hot water temperature is set within a range between a predetermined upper limit temperature Tb-w and a predetermined lower limit temperature Ta-w, fuel such as electrodes 11 and 12 of the fuel cell 10, an electrolyte 13 and a resin pipe. Stable power generation can be provided over a long period of time by suppressing the deterioration of the battery 10, and efficient power generation can be performed by adjusting the temperature suitable for power generation. In addition, since the upper limit temperature Tb-w and the lower limit temperature Ta-w are determined in consideration of the power generation efficiency of the fuel cell 10, efficient power generation can be performed. In addition, since the lower limit temperature Ta-w is determined in consideration of the suppression of bacterial growth in the hot water 71, sanitary hot water can be provided. Furthermore, since the lower limit temperature Ta-w is determined in consideration of the poisoning by the carbon monoxide of the electrode 11 of the fuel cell 10, it is possible to suppress the deterioration of the fuel cell 10 and to generate power stably over a long period of time. Can be provided.

また、目標貯湯水温度は、温水消費装置８０ａで使用された温水使用量と、電力消費装置４７ａで消費された電力使用量とを比較しその比較結果に基づいて設定されるので、容易かつ確実に温水消費と電力消費の状況を検出することができる。   In addition, the target hot water storage water temperature is set based on the comparison result of comparing the amount of hot water used by the hot water consumption device 80a with the amount of power consumption consumed by the power consumption device 47a. It is possible to detect the status of hot water consumption and power consumption.

また、貯湯水循環回路７２とは独立して設けられ、燃料電池１０の発電で発生する排熱を回収した燃料電池冷却媒体が循環する燃料電池冷却媒体循環回路７３と、貯湯水と燃料電池冷却媒体との間で熱交換が行われる第１熱交換器７４と、貯湯水循環回路７２上に設けられ貯湯水を循環する循環手段である貯湯水循環ポンプ７２ａと、をさらに備え、循環手段の送出量を制御して、燃料電池冷却媒体の温度を目標温度（目標冷却水温度）に調整することにより貯湯水を目標貯湯水温度に調整するので、貯湯水と温度的に相関性の高い燃料電池冷却媒体の温度を調整することにより容易かつ確実に貯湯水を目標温度に調整することができる。   Also, a fuel cell cooling medium circulation circuit 73 that is provided independently of the hot water storage circuit 72 and circulates a fuel cell cooling medium that collects exhaust heat generated by the power generation of the fuel cell 10, and hot water and a fuel cell cooling medium. A first heat exchanger 74 that exchanges heat with the hot water, and a hot water circulation pump 72a that is provided on the hot water circulation circuit 72 and circulates the hot water. By controlling and adjusting the temperature of the fuel cell cooling medium to the target temperature (target cooling water temperature), the hot water is adjusted to the target hot water temperature, so that the fuel cell cooling medium having a high temperature correlation with the hot water By adjusting the temperature, the stored hot water can be adjusted to the target temperature easily and reliably.

また、酸化剤ガスであるカソードエアを加湿して酸化剤極である空気極１２に供給する加湿器１４をさらに備え、加湿器１４は、燃料電池１０の温度に応じて酸化剤ガスの加湿量を調整可能であるので、貯湯水温度を変動させて燃料電池冷却媒体温度ひいては燃料電池温度が変動しても酸化剤ガスをその温度に応じた最適な加湿量にて加湿することができる。   Further, the humidifier 14 further humidifies the cathode air as the oxidant gas and supplies the air to the air electrode 12 as the oxidant electrode, and the humidifier 14 humidifies the oxidant gas according to the temperature of the fuel cell 10. Therefore, even if the temperature of the stored hot water is changed to change the temperature of the fuel cell cooling medium and thus the temperature of the fuel cell, the oxidant gas can be humidified with an optimal amount of humidification according to the temperature.

２）第２実施形態
次に、本発明による燃料電池システムの第２実施形態について図５を参照して説明する。図５は第２実施形態にかかる燃料電池システムの概要を示す概要図である。上述した第１実施形態においては、貯湯水循環回路７２と凝縮冷媒循環回路７５とを独立して設けたが、図５に示すように本第２実施形態においては、これら循環回路７２，７５を一つの循環回路（貯湯水循環回路７２）としている。この場合、第２熱交換器７６、凝縮冷媒循環ポンプ７５ａは削除され、貯湯水循環回路７２上には、貯湯槽７１の出口から下流に順番に、貯湯水循環ポンプ７２ａ、ラジエータ７７、各凝縮器３２，３４，３３，３１、第３温度センサ７５ｂ、および第１熱交換器７４が配設されている。また、この場合、貯湯水循環回路７２に凝縮器３１をバイパスするバイパス路７２ｂを設けるとともに、凝縮器３１を流れる熱媒体の流量と凝縮器３１をバイパスしてバイパス路７２ｂを流れる熱媒体の流量を調整する流量調整器７２ｃを設けている。流量調整器７２ｃとして、電磁開閉弁が採用されている。なお、第１実施形態と同一の構成部材については同一符号を付してその説明を省略する。 2) Second Embodiment Next, a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing an outline of the fuel cell system according to the second embodiment. In the first embodiment described above, the hot water circulation circuit 72 and the condensed refrigerant circulation circuit 75 are provided independently. However, in the second embodiment, as shown in FIG. One circulation circuit (stored hot water circulation circuit 72) is provided. In this case, the second heat exchanger 76 and the condensing refrigerant circulation pump 75a are deleted, and the hot water circulating pump 72a, the radiator 77, and each condenser 32 are sequentially arranged on the hot water circulating circuit 72 from the outlet of the hot water tank 71 to the downstream. , 34, 33, 31, a third temperature sensor 75b, and a first heat exchanger 74 are disposed. In this case, the hot water storage circuit 72 is provided with a bypass path 72b that bypasses the condenser 31, and the flow rate of the heat medium that flows through the condenser 31 and the flow rate of the heat medium that flows through the bypass path 72b while bypassing the condenser 31 are set. A flow rate adjuster 72c to be adjusted is provided. An electromagnetic on-off valve is employed as the flow rate regulator 72c. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structural member same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

この場合、制御装置９０は、温度センサ７３ｃ（または温度センサ７３ｂ）によって検出した燃料電池１０のＦＣ冷却水出口温度Ｔ２（または燃料電池１０のＦＣ冷却水入口温度Ｔ１）が目標ＦＣ冷却水温度となるように貯湯水循環ポンプ７２ａを流量制御する。また、制御装置９０は、燃料電池１０のＦＣ冷却水入口温度Ｔ１およびＦＣ冷却水出口温度Ｔ２の差ΔＴを算出し、その差ΔＴが所定温度差ΔＴ＊（例えば３〜５℃）となるようにＦＣ冷却水循環ポンプ７３ａを流量制御する。さらに、制御装置９０は、改質ガス用凝縮器３１の凝縮冷媒出口温度Ｔ３または改質ガス用凝縮器３１の改質ガス出口温度Ｔ４が目標温度Ｔ３＊またはＴ４＊（例えば５０〜６０℃）となるように流量調整器７２ｃを制御している。これによっても、上述した実施形態と同様な作用・効果を得ることができる。   In this case, the control device 90 determines that the FC cooling water outlet temperature T2 (or the FC cooling water inlet temperature T1 of the fuel cell 10) detected by the temperature sensor 73c (or the temperature sensor 73b) is equal to the target FC cooling water temperature. Thus, the flow rate of the hot water circulating pump 72a is controlled. Further, the control device 90 calculates a difference ΔT between the FC cooling water inlet temperature T1 and the FC cooling water outlet temperature T2 of the fuel cell 10 so that the difference ΔT becomes a predetermined temperature difference ΔT * (for example, 3 to 5 ° C.). The flow rate of the FC cooling water circulation pump 73a is controlled. Further, the control device 90 determines that the condensed refrigerant outlet temperature T3 of the reformed gas condenser 31 or the reformed gas outlet temperature T4 of the reformed gas condenser 31 is the target temperature T3 * or T4 * (for example, 50 to 60 ° C.). The flow rate regulator 72c is controlled so that Also by this, the same operation and effect as the above-described embodiment can be obtained.

３）第３実施形態
次に、本発明による燃料電池システムの第３実施形態について図６を参照して説明する。図６は第３実施形態にかかる燃料電池システムの概要を示す概要図である。上述した第１実施形態においては、燃料電池１０からの発電にて発生する熱の貯湯水への回収と、燃料電池１０から排出されるオフガスの排熱、改質器２０にて発生する排熱の少なくとも何れか一方の貯湯水への回収とが一本の貯湯水循環回路で順番に行われる構成であったが、図６に示すように本第３実施形態においては、両回収が２本の並列な流路で別々に行われる構成である。なお、第１実施形態と同一の構成部材については同一符号を付してその説明を省略する。 3) Third Embodiment Next, a third embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing an outline of a fuel cell system according to the third embodiment. In the first embodiment described above, the heat generated by the power generation from the fuel cell 10 is recovered in the hot water storage, the off-gas exhaust heat discharged from the fuel cell 10, and the exhaust heat generated in the reformer 20. However, in the third embodiment, as shown in FIG. 6, both of the two recoveries are recovered in at least one of the stored hot water. It is the structure performed separately in a parallel flow path. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structural member same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

具体的には、貯湯水循環回路７２は、排熱回収手段（凝縮器３０）を設けた流路７２ｂと、第１熱交換器７４を設けた流路であるバイパス路７２ｃが並列に設けられている。流路７２ｂの一端および他端は貯湯槽７１の下部および上部に接続されている。流路７２ｂ上には、一端から他端に順番に、温度センサ７２ｂ１、貯湯水循環手段である貯湯水循環第1ポンプ７２ｂ２、ラジエータ７７、アノードオフガス用凝縮器３２、燃焼ガス用凝縮器３４、カソードオフガス用凝縮器３３、改質ガス用凝縮器３１、温度センサ７５ｂ、および第１バルブ７２ｂ３が配設されている。   Specifically, in the hot water storage circuit 72, a flow path 72b provided with exhaust heat recovery means (condenser 30) and a bypass path 72c that is a flow path provided with the first heat exchanger 74 are provided in parallel. Yes. One end and the other end of the flow path 72 b are connected to the lower part and the upper part of the hot water tank 71. On the flow path 72b, in order from one end to the other, a temperature sensor 72b1, a hot water circulation first pump 72b2, which is a hot water circulation means, a radiator 77, an anode off gas condenser 32, a combustion gas condenser 34, and a cathode off gas. The condenser 33 for reforming, the condenser 31 for reformed gas, the temperature sensor 75b, and the first valve 72b3 are disposed.

温度センサ７２ｂ１は、貯湯槽７１の貯湯水出口温度Ｔ７を検出し、その検出結果を制御装置９０に出力するものである。貯湯水循環第１ポンプ７２ｂ２は、貯湯槽７１の下部の貯湯水を吸い込んで流路７２ｂを通水させて貯湯槽７１の上部に吐出するものであり、制御装置９０によって制御されてその流量（送出量）が制御されるようになっている。第１バルブ７２ｂ３は、バイパス路７２ｃと貯湯槽７１の入口の間の流路７２ｂに設けられ同流路７２ｂを開閉する開閉弁であり、制御装置９０の指令によって開閉制御されるものである。この第１バルブ７２ｂ３は、起動運転時で燃料電池１０が所定温度となるまでは閉状態とされ、それ以降は基本的には開状態とされる。   The temperature sensor 72 b 1 detects the hot water outlet temperature T 7 of the hot water tank 71 and outputs the detection result to the control device 90. The hot water circulation first pump 72b2 sucks the hot water stored in the lower part of the hot water tank 71, passes it through the flow path 72b, and discharges it to the upper part of the hot water tank 71. Amount) is controlled. The first valve 72 b 3 is an open / close valve that is provided in the flow path 72 b between the bypass path 72 c and the inlet of the hot water tank 71 and opens and closes the flow path 72 b and is controlled to be opened and closed by a command from the control device 90. The first valve 72b3 is closed until the fuel cell 10 reaches a predetermined temperature during start-up operation, and is basically open after that.

また、バイパス路７２ｃには、貯湯槽７１の出口側に近い分岐点から貯湯槽７１の入口側に近い合流点に向けて順番に、貯湯水循環手段である貯湯水循環第２ポンプ７２ｃ１および第１熱交換器７４が配設されている。貯湯水循環第２ポンプ７２ｃ１は、貯湯槽７１の下部の貯湯水を吸い込んでバイパス路７２ｃを通水させて貯湯槽７１の上部に吐出するものであり、制御装置９０によって制御されてその流量（送出量）が制御されるようになっている。上述した貯湯水循環第１ポンプ７２ｂ２および貯湯水循環第２ポンプ７２ｃ１の流量制御によって、流路７２ｂおよびバイパス路７２ｃの各流量をそれぞれ調整することができる。   Further, in the bypass path 72c, a hot water circulation second pump 72c1 and a first heat which are hot water circulation means are sequentially arranged from a branch point near the outlet side of the hot water tank 71 to a junction point near the inlet side of the hot water tank 71. An exchanger 74 is provided. The hot water circulation second pump 72c1 sucks hot water in the lower part of the hot water tank 71, causes the bypass passage 72c to flow therethrough, and discharges it to the upper part of the hot water tank 71. Amount) is controlled. The flow rates of the flow path 72b and the bypass path 72c can be adjusted by controlling the flow rates of the first hot water circulation first pump 72b2 and the second hot water circulation second pump 72c1, respectively.

この場合、制御装置９０は、温度センサ７３ｃ（または温度センサ７３ｂ）によって検出した燃料電池１０のＦＣ冷却水出口温度Ｔ２（または燃料電池１０のＦＣ冷却水入口温度Ｔ１）が目標ＦＣ冷却水温度となるように貯湯水循環第２ポンプ７２ｃ１を流量制御する。また、制御装置９０は、燃料電池１０のＦＣ冷却水入口温度Ｔ１およびＦＣ冷却水出口温度Ｔ２の差ΔＴを算出し、その差ΔＴが所定温度差ΔＴ＊（例えば３〜５℃）となるようにＦＣ冷却水循環ポンプ７３ａを流量制御する。さらに、改質ガス用凝縮器３１の凝縮冷媒出口温度Ｔ３または改質ガス用凝縮器３１の改質ガス出口温度Ｔ４が目標温度Ｔ３＊またはＴ４＊（例えば５０〜６０℃）となるように貯湯水循環第１ポンプ７２ｂ２を流量制御している。これによっても、上述した実施形態と同様な作用・効果を得ることができる。   In this case, the control device 90 determines that the FC cooling water outlet temperature T2 (or the FC cooling water inlet temperature T1 of the fuel cell 10) detected by the temperature sensor 73c (or the temperature sensor 73b) is equal to the target FC cooling water temperature. Thus, the flow rate of the hot water circulation second pump 72c1 is controlled. Further, the control device 90 calculates a difference ΔT between the FC cooling water inlet temperature T1 and the FC cooling water outlet temperature T2 of the fuel cell 10 so that the difference ΔT becomes a predetermined temperature difference ΔT * (for example, 3 to 5 ° C.). The flow rate of the FC cooling water circulation pump 73a is controlled. Further, the hot water storage is performed so that the condensed refrigerant outlet temperature T3 of the reformed gas condenser 31 or the reformed gas outlet temperature T4 of the reformed gas condenser 31 becomes the target temperature T3 * or T4 * (for example, 50 to 60 ° C.). The flow rate of the water circulation first pump 72b2 is controlled. Also by this, the same operation and effect as the above-described embodiment can be obtained.

４）第４実施形態
次に、本発明による燃料電池システムの第４実施形態について図７を参照して説明する。図７は第４実施形態にかかる燃料電池システムのうち貯湯水循環回路７２、ＦＣ冷却水循環回路７３および凝縮冷媒循環回路７５の周辺の概要を示す概要図である。上述した第３実施形態においては、流路７２ｂ上に各凝縮器３１〜３４を設け、燃料電池１０から排出されるオフガスの排熱および改質器２０にて発生する排熱は、凝縮器３２，３３および凝縮器３１，３４を介して直接貯湯水に回収するようにしたが、図７に示すように、間接的に貯湯水に回収するようにしてもよい。なお、第１または第３実施形態と同一の構成部材については同一符号を付してその説明を省略する。 4) Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram showing an outline of the periphery of the hot water circulation circuit 72, the FC cooling water circulation circuit 73, and the condensed refrigerant circulation circuit 75 in the fuel cell system according to the fourth embodiment. In the third embodiment described above, each of the condensers 31 to 34 is provided on the flow path 72b, and the exhaust heat of the offgas discharged from the fuel cell 10 and the exhaust heat generated in the reformer 20 are converted into the condenser 32. , 33 and the condensers 31 and 34 are directly collected into the hot water storage, but may be indirectly collected into the hot water as shown in FIG. In addition, about the same structural member as 1st or 3rd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

本第４実施形態においては、排熱回収手段は、燃料電池１０から排出されるオフガスの排熱、改質器２０にて発生する排熱の少なくとも何れかを回収した排熱回収熱媒体である凝縮冷媒（凝縮器熱媒体）が循環する排熱回収熱媒体循環回路である凝縮冷媒循環回路７５と、貯湯水と凝縮冷媒との間で熱交換が行われる第２熱交換器７６とから構成されている。これにより、燃料電池１０から排出されるオフガスの排熱および改質器２０にて発生する排熱の少なくとも何れかは、凝縮器３０を介して凝縮冷媒に回収され、第２熱交換器７６を介して貯湯水に回収されて、この結果貯湯水を加熱（昇温）する。   In the fourth embodiment, the exhaust heat recovery means is an exhaust heat recovery heat medium that recovers at least one of exhaust heat of off-gas exhausted from the fuel cell 10 and exhaust heat generated in the reformer 20. Condensed refrigerant circulation circuit 75 which is an exhaust heat recovery heat medium circulation circuit through which condensed refrigerant (condenser heat medium) circulates, and second heat exchanger 76 in which heat exchange is performed between hot water and condensed refrigerant. Has been. As a result, at least one of the exhaust heat of the off-gas exhausted from the fuel cell 10 and the exhaust heat generated in the reformer 20 is recovered by the condensed refrigerant through the condenser 30, and the second heat exchanger 76 is The hot water is then recovered (hot) as a result.

この場合、制御装置９０は、温度センサ７３ｃ（または温度センサ７３ｂ）によって検出した燃料電池１０のＦＣ冷却水出口温度Ｔ２（または燃料電池１０のＦＣ冷却水入口温度Ｔ１）が目標ＦＣ冷却水温度となるように貯湯水循環第２ポンプ７２ｃ１を流量制御する。また、制御装置９０は、燃料電池１０のＦＣ冷却水入口温度Ｔ１およびＦＣ冷却水出口温度Ｔ２の差ΔＴを算出し、その差ΔＴが所定温度差ΔＴ＊（例えば３〜５℃）となるようにＦＣ冷却水循環ポンプ７３ａを流量制御する。さらに、改質ガス用凝縮器３１の凝縮冷媒出口温度Ｔ３または改質ガス用凝縮器３１の改質ガス出口温度Ｔ４が目標温度Ｔ３＊またはＴ４＊（例えば５０〜６０℃）となるように凝縮冷媒循環ポンプ７５ａを流量制御している。これによっても、上述した実施形態と同様な作用・効果を得ることができる。   In this case, the control device 90 determines that the FC cooling water outlet temperature T2 (or the FC cooling water inlet temperature T1 of the fuel cell 10) detected by the temperature sensor 73c (or the temperature sensor 73b) is equal to the target FC cooling water temperature. Thus, the flow rate of the hot water circulation second pump 72c1 is controlled. Further, the control device 90 calculates a difference ΔT between the FC cooling water inlet temperature T1 and the FC cooling water outlet temperature T2 of the fuel cell 10 so that the difference ΔT becomes a predetermined temperature difference ΔT * (for example, 3 to 5 ° C.). The flow rate of the FC cooling water circulation pump 73a is controlled. Further, the condensed refrigerant outlet temperature T3 of the reformed gas condenser 31 or the reformed gas outlet temperature T4 of the reformed gas condenser 31 is condensed so as to become the target temperature T3 * or T4 * (for example, 50 to 60 ° C.). The flow rate of the refrigerant circulation pump 75a is controlled. Also by this, the same operation and effect as the above-described embodiment can be obtained.

なお、上述した各実施形態において、本発明を、改質器２０にて燃料を改質ガス（燃料ガス）に改質して燃料電池１０に供給する構成の燃料電池システムに適用したが、水素ガスを燃料電池システムに直接供給する改質器２０のない燃料電池システムにも適用可能である。   In each of the embodiments described above, the present invention is applied to a fuel cell system configured to reform the fuel into a reformed gas (fuel gas) by the reformer 20 and supply the reformed gas to the fuel cell 10. The present invention is also applicable to a fuel cell system without the reformer 20 that supplies gas directly to the fuel cell system.

また、上述した各実施形態において、制御装置９０は、温水使用量を流量計６７ａによる検出結果に基づいて算出するようにしたが、貯湯槽７１の残湯量を検出しその検出結果に基づいて算出するようにしてもよい。残湯量は、貯湯槽７１内に残っている所定温度（例えば６０℃）以上である温水の残量を表している。この場合、貯湯槽７１の内部には残湯量検出センサである温度センサ群が設けられている。温度センサ群は複数の温度センサから構成されており、上下方向（鉛直方向）に沿って等間隔にて配設され、その位置の湯温を検出している。この温度センサ群による各位置での湯温の検出結果に基づいて貯湯槽７１内の残湯量が検出されるようになっている。これによれば、温水の使用状況を把握することができ、高価な流量計を設ける必要がなく、既設の温度センサで対応することができる。   Moreover, in each embodiment mentioned above, although the control apparatus 90 was made to calculate warm water usage based on the detection result by the flowmeter 67a, it detected the remaining hot water amount of the hot water tank 71, and calculated based on the detection result. You may make it do. The remaining hot water amount represents the remaining amount of hot water remaining in the hot water storage tank 71 that is equal to or higher than a predetermined temperature (for example, 60 ° C.). In this case, a temperature sensor group which is a remaining hot water amount detection sensor is provided in the hot water storage tank 71. The temperature sensor group is composed of a plurality of temperature sensors, arranged at equal intervals along the vertical direction (vertical direction), and detects the hot water temperature at that position. The amount of remaining hot water in the hot water storage tank 71 is detected based on the detection result of the hot water temperature at each position by the temperature sensor group. According to this, it is possible to grasp the usage state of the hot water, and there is no need to provide an expensive flow meter, and it can be handled by an existing temperature sensor.

本発明による燃料電池システムの第1実施形態の概要を示す概要図である。1 is a schematic diagram showing an overview of a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system shown in FIG. ＦＣ冷却水温度もしくは貯湯水温度と温水使用量／電力使用量の比との相関関係を示すマップである。It is a map which shows correlation with FC cooling water temperature or stored hot water temperature, and ratio of warm water usage-amount / electric power usage-amount. 図２に示した制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the control program performed with the control apparatus shown in FIG. 本発明による燃料電池システムの第２実施形態の概要を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of 2nd Embodiment of the fuel cell system by this invention. 本発明による燃料電池システムの第３実施形態の概要を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of 3rd Embodiment of the fuel cell system by this invention. 本発明による燃料電池システムの第４実施形態の概要を主要部を示す部分拡大概要図である。It is the elements on larger scale which show the principal part for the outline | summary of 4th Embodiment of the fuel cell system by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０…燃料電池、１１…燃料極、１２…空気極、１４…加湿器、２０…改質器、２１…バーナ、２２…改質部、２３…一酸化炭素シフト反応部（ＣＯシフト部）、２４…一酸化炭素選択酸化反応部（ＣＯ選択酸化部）、２５…蒸発器、３０…凝縮器、３１…改質ガス用凝縮器、３２…アノードオフガス用凝縮器、３３…カソードオフガス用凝縮器、３４…燃焼ガス用凝縮器、４０…純水器、４５…インバータ、４６…送電線，４７…電力使用場所、４７ａ…電力消費装置、４７ｂ…電力計、４８…系統電源、５０…貯水器、５３…改質水ポンプ、６１…カソードエア供給管、６２，６３…排気管、６４…改質ガス供給管、６５…オフガス供給管、６６…配管、６７…給湯管、６７ａ…流量計、６８…改質水供給管、７１…貯湯槽、７２…貯湯水循環回路、７３…ＦＣ冷却水循環回路、７４…第１熱交換器、７５…凝縮冷媒循環回路、７６…第２熱交換器、７７…ラジエータ、８０…温水使用場所、８０ａ…温水消費装置、８１…給湯器、７２ａ，７３ａ，７５ａ…ポンプ、６１ａ，６２ｃ，７２ａ，７３ｂ，７３ｃ，７５ｂ…温度センサ、９０…制御装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell, 11 ... Fuel electrode, 12 ... Air electrode, 14 ... Humidifier, 20 ... Reformer, 21 ... Burner, 22 ... Reformer, 23 ... Carbon monoxide shift reaction part (CO shift part), 24 ... Carbon monoxide selective oxidation reaction part (CO selective oxidation part), 25 ... Evaporator, 30 ... Condenser, 31 ... Reformer gas condenser, 32 ... Anode off gas condenser, 33 ... Cathode off gas condenser 34 ... Combustion gas condenser, 40 ... Pure water purifier, 45 ... Inverter, 46 ... Power transmission line, 47 ... Power usage place, 47a ... Power consumption device, 47b ... Power meter, 48 ... System power supply, 50 ... Water reservoir 53 ... Reformed water pump, 61 ... Cathode air supply pipe, 62, 63 ... Exhaust pipe, 64 ... Reformed gas supply pipe, 65 ... Off gas supply pipe, 66 ... Pipe, 67 ... Hot water supply pipe, 67a ... Flow meter, 68 ... Reformed water supply pipe, 71 ... Hot water storage tank, 72 ... Hot water storage Circulation circuit 73 ... FC cooling water circulation circuit 74 ... first heat exchanger 75 ... condensed refrigerant circulation circuit 76 ... second heat exchanger 77 ... radiator 80 ... hot water use place 80a ... hot water consumption device 81 ... Water heater, 72a, 73a, 75a ... Pump, 61a, 62c, 72a, 73b, 73c, 75b ... Temperature sensor, 90 ... Control device.

Claims (4)

燃料極および酸化剤極に供給された燃料ガスおよび酸化剤ガスによって発電しその電力を電力消費装置に供給する燃料電池と、
貯湯水を貯湯する貯湯槽と、
前記貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、
前記貯湯水循環回路に設けられ前記貯湯水を循環させる貯湯水循環ポンプと、
を備え、
前記貯湯水循環回路上において前記燃料電池にて発生する排熱を少なくとも回収して前記貯湯水を加熱しその貯湯水を温水消費装置に供給する燃料電池システムにおいて、
前記電力消費装置での電力使用量に対する前記温水消費装置での温水使用量の比率を算出し、
前記比率と目標貯湯水温度との相関関係であって前記比率が小さくなるほど前記目標貯湯水温度が高くなるように設定されている相関関係を示すマップまたは演算式に基づいて、前記算出された比率に応じた前記目標貯湯水温度を算出し、
前記貯湯水の温度が算出された前記目標貯湯水温度となるように、前記貯湯水循環ポンプを制御することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates power with the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel electrode and the oxidant electrode, and supplies the power to the power consuming device; and
A hot water storage tank for storing hot water,
A hot water circulation circuit through which the hot water is circulated;
A hot water circulation pump provided in the hot water circulation circuit for circulating the hot water;
With
In the fuel cell system for recovering at least exhaust heat generated in the fuel cell on the hot water circulation circuit and heating the hot water and supplying the hot water to a hot water consuming device,
Calculate the ratio of the amount of hot water used in the hot water consuming device to the amount of power used in the power consuming device,
The calculated ratio based on a map or an arithmetic expression indicating the correlation between the ratio and the target hot water temperature, and the correlation being set such that the target hot water temperature increases as the ratio decreases. Calculating the target hot water temperature according to
The fuel cell system , wherein the hot water circulating pump is controlled so that the temperature of the hot water is equal to the calculated target hot water temperature . 請求項１において、前記目標貯湯水温度は、前記相関関係に係る前記比率の下限値に対応する所定の上限温度と前記相関関係に係る前記比率の上限値に対応する所定の下限温度との範囲内であることを特徴とする燃料電池システム。 The range of the predetermined upper limit temperature corresponding to the lower limit value of the ratio related to the correlation and the predetermined lower limit temperature corresponding to the upper limit value of the ratio related to the correlation. fuel cell system comprising an inner der Rukoto. 請求項１または請求項２において、
前記貯湯水循環回路とは独立して設けられ、前記燃料電池の発電で発生する排熱を回収した燃料電池冷却媒体が循環する燃料電池冷却媒体循環回路と、前記貯湯水と前記燃料電池冷却媒体との間で熱交換が行われる第１熱交換器と、前記燃料電池冷却媒体循環回路に設けられ前記燃料電池冷却媒体の温度を検出する温度センサと、前記燃料電池冷却媒体循環回路に設けられ前記燃料電池冷却媒体を循環させる燃料電池冷却媒体循環ポンプと、
をさらに備え、
前記貯湯水循環ポンプの送出量を制御して、前記温度センサにより検出された前記燃料電池冷却媒体の温度を前記目標貯湯水温度に対応して設定された目標温度に調整することにより、前記貯湯水を前記目標貯湯水温度に調整することを特徴とする燃料電池システム。 In claim 1 or claim 2 ,
A fuel cell cooling medium circulation circuit that is provided independently of the hot water circulation circuit and circulates a fuel cell cooling medium that collects exhaust heat generated by power generation of the fuel cell; and the hot water and the fuel cell cooling medium; A first heat exchanger for exchanging heat between them, a temperature sensor provided in the fuel cell cooling medium circulation circuit for detecting the temperature of the fuel cell cooling medium, and provided in the fuel cell cooling medium circulation circuit A fuel cell cooling medium circulation pump for circulating the fuel cell cooling medium;
Further comprising
Wherein by controlling the transmission amount of the hot water circulation pump, by adjusting the target temperature the temperature set corresponding to the target hot water temperature of said detected fuel cell cooling medium by the temperature sensor, the hot water Is adjusted to the target hot water temperature. 請求項１乃至請求項３の何れか一項において、
前記酸化剤ガスを加湿して前記酸化剤極に供給する加湿器をさらに備え、
前記加湿器は、前記燃料電池の温度に応じて前記酸化剤ガスの加湿量を調整可能であることを特徴とする燃料電池システム。 In any one of Claims 1 thru | or 3 ,
A humidifier that humidifies the oxidant gas and supplies the oxidant gas to the oxidant electrode;
The fuel cell system, wherein the humidifier is capable of adjusting a humidification amount of the oxidant gas according to a temperature of the fuel cell.
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