JP4983280B2 - 燃料電池コージェネレーションシステム - Google Patents

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Description

本発明は燃料電池の廃熱を給湯に使用することを目的とした燃料電池コージェネレーションシステムに関するものである。
従来の燃料電池コージェネレーションシステムとしては、貯湯槽内の水あるいは湯の利用が規定時間に規定量以内の場合に貯湯槽全体を６０℃以上に再加熱し殺菌する、また貯湯槽内の水あるいは湯の利用が規定時間に規定量以上の場合には貯湯槽内は塩素成分を含んだ新鮮な市水（水道水）と置換され、塩素によってレジオネラ属菌の繁殖が抑止可能と判断できるため加熱殺菌を実施しないというものであった（例えば、非特許文献１参照）。
図５は、非特許文献１に記載された従来の燃料電池コージェネレーションシステムを示すものである。
図５において、貯湯槽１の所定温度以下と低く所定期間に出湯量センサー９の値と貯湯量センサー６の値と貯湯槽１の容量から貯湯槽１内貯湯水が入れ替わったと殺菌判定手段１４が判断できないとき、貯湯槽１の所定温度以下と低く所定期間に貯湯槽１内の貯湯水全体が外部加熱手段４である燃料電池や再加熱手段５によって加熱されたと殺菌判定手段１４が判断できないとき、殺菌判定手段１４は殺菌加熱の必要ありと判断し出湯停止手段８により貯湯槽１からの出湯を停止して、使用者の湯の使用を確認後、使用者の湯の使用量を過去の使用状況から判断した最適な時刻に合わせて貯湯槽１内の再加熱を実施していた。再加熱時には貯湯循環ポンプ３を運転し貯湯槽１下部から貯湯槽１内の貯湯水を熱回収配管２によって外部加熱手段４の熱交換器４１から再加熱手段５および貯湯量センサー６をとおし貯湯槽１の上部に循環させている。
発明協会公開技報公技番号２００６−５０６６２９号
しかしながら、前記従来の構成では、外部加熱手段である燃料電池を使用者が意図的に停止している場合や燃料電池が電力を供給する家庭内の電力使用が燃料電池の起動量以下である場合で給湯は頻繁に使用している場合には、貯湯槽内の貯湯水は所定期間内に入れ替わったと判断されるために殺菌加熱の必要なしと判断されるが、燃料電池は起動しないために貯湯循環ポンプが動作することはないことから熱回収配管内の水は滞留水となって入替も加熱もされないという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、貯湯槽内の水または湯が流出し使用されているにも関わらず貯湯循環ポンプが動作せずに熱回収配管内の水の移動が一定期間ないと判断できるときに貯湯循環ポンプを動作させ熱回収配管内の水を貯湯槽内の貯湯水と置換する、あるいは再加熱手段によって熱回収配管内の水を一定温度以上に加熱する運転制御手段を持つとした燃料電池コージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池コージェネレーションシステムは、給湯に使用する湯水を蓄える貯湯槽と、前記貯湯循環ポンプによって循環される湯水を燃料電池の排熱によって加熱する熱交換器と、前記貯湯槽の下部からの湯水を貯湯循環ポンプにより前記熱交換器を通って貯湯槽上部に通水させる熱回収配管と、前記貯湯槽下部に水道水を供給する給水配管と、前記貯湯槽の上部から前記貯湯槽内の湯水を給湯に使用するために導く給湯配管と、前記給湯配管に設けられ給湯の使用を検知する機器使用検出手段と、前記給湯配管に設けられ前記貯湯槽内の湯水の流出を検出する流量検出手段と、前記機器使用検出手段と前記流量検出手段と前記貯湯循環ポンプの情報から前記貯湯槽内の湯水が流出し使用されているにも関わらず前記貯湯循環ポンプが動作せずに前記熱回収配管内の湯水の移動が所定期間ないと判断すると前記貯湯循環ポンプを動作させ前記熱回収配管内の湯水を前記貯湯槽内の湯水と置換する運転制御手段とを有する燃料電池コージェネレーションシステムとする。
本構成によって、機器使用検出手段と流量検出手段と貯湯循環ポンプの情報から貯湯槽内の水または湯が流出し使用されているにも関わらず貯湯循環ポンプが動作せずに熱回収配管内の水の移動が一定期間ないと判断できるときに貯湯循環ポンプを動作させ熱回収配管内の水を貯湯槽内の水と置換することができる。
本発明の燃料電池コージェネレーションシステムによれば、貯湯槽内の水または湯が流出し使用されているにも関わらず貯湯循環ポンプが動作せずに熱回収配管内の水の移動が所定期間ないと判断できるときに貯湯循環ポンプを動作させ熱回収配管内の滞留水を貯湯槽内の新しい塩素分を含んだ水道水と置換することができる。これにより、塩素によってレジオネラ属菌の繁殖を抑制可能と判断できるため優れた安全性を実現できる。
第１の発明は、給湯に使用する湯水を蓄える貯湯槽と、前記貯湯循環ポンプによって循環される湯水を燃料電池の排熱によって加熱する熱交換器と、前記貯湯槽の下部からの湯水を貯湯循環ポンプにより前記熱交換器を通って貯湯槽上部に通水させる熱回収配管と、前記貯湯槽下部に水道水を供給する給水配管と、前記貯湯槽の上部から前記貯湯槽内の湯水を給湯に使用するために導く給湯配管と、前記給湯配管に設けられ給湯の使用を検知する機器使用検出手段と、前記給湯配管に設けられ前記貯湯槽内の湯水の流出を検出する流量検出手段と、前記機器使用検出手段と前記流量検出手段と前記貯湯循環ポンプの情報から前記貯湯槽内の湯水が流出し使用されているにも関わらず前記貯湯循環ポンプが動作せずに前記熱回収配管内の湯水の移動が所定期間ないと判断すると前記貯湯循環ポンプを動作させ前記熱回収配管内の湯水を前記貯湯槽内の湯水と置換する運転制御手段とを有する燃料電池コージェネレーションシステムとする。
これにより、貯湯槽内の水または湯が流出し使用されているにも関わらず貯湯循環ポンプが動作せずに熱回収配管内の水の移動が所定期間ないと判断できるときに貯湯循環ポンプを動作させ熱回収配管内の滞留水を貯湯槽内の新しい塩素分を含んだ水道水と置換することができる。したがって、塩素によってレジオネラ属菌の繁殖を抑制可能と判断できるため優れた安全性を実現できる。
第２の発明は、第１の発明に加え、貯湯槽上部の熱回収配管接続部よりも下方で、かつ貯湯槽の中央部よりも上方に設けた貯湯槽内の湯水の温度を測定する温度センサーを有し、運転制御手段は前記温度センサーの温度が設定値よりも低いときに貯湯循環ポンプを動作させ熱回収配管内の水を貯湯槽内の水と置換するものとする。
これにより、貯湯槽内に蓄熱される湯は貯湯槽の上方から貯められるため、上方が高温で下方が水道水に近い低温となる積層を構成するが、このため上方から温度の低い湯または水が流入して積層を崩しても問題ない温度を設定値とすることで、積層を崩してはならないときには貯湯ポンプを運転しないため積層を崩すことを防ぐことができる。
第３の発明は、第２の発明に加え、熱回収配管の流路を温度センサーの設置位置よりも下方に通水する第２熱回収配管と、前記第２熱回収配管への通水と熱回収配管への通水を切り替える流路変更弁とを有し、運転制御手段は前記温度センサーの温度が設定値よりも高い時には、流路変更弁を切り替えて熱回収配管と第２熱回収配管の湯水を貯湯槽からの湯水で置換するものとする。
これにより、貯湯槽に積層を構成するような湯が貯湯されており、上部に高温の湯がある状態でも積層を崩すことなく熱回収配管と第２熱回収配管の滞留水を貯湯槽内の新しい塩素分を含んだ水道水と置換することができる。したがって、塩素によってレジオネラ属菌の繁殖を抑制可能と判断できるため優れた安全性を実現できる。
第４の発明は、給湯に使用する湯水を蓄える貯湯槽と、前記貯湯槽内の湯水の温度を測定する温度センサーと、前記貯湯循環ポンプによって循環される湯水を燃料電池の排熱によって加熱する熱交換器と、前記貯湯槽の下部からの湯水を貯湯循環ポンプにより前記熱交換器を通って貯湯槽上部に通水させる熱回収配管と、前記熱交換器の下流側にあって熱回収配管内の湯水を加熱する再加熱手段と、前記再加熱手段の下流側で前記貯湯槽の上部接続部よりも下流側で熱回収配管の流路を切り替える流路切替弁と、前記流路切替弁から前記貯湯槽下部の熱回収配管の流路に接続するバイパス配管と、前記貯湯槽下部に水道水を供給する給水配管と、前記貯湯槽の上部から貯湯槽内の水または湯を給湯に使用するために導く給湯配管と、前記給湯配管に設けられ給湯の使用を検知する機器使用検出手段と、前記給湯配管に設けられ前記貯湯槽内の湯水の流出を検出する流量検出手段と、前記機器使用検出手段と前記流量検出手段と前記貯湯循環ポンプの情報から貯湯槽内の湯水が流出し使用されているにも関わらず貯湯循環ポンプが動作せずに熱回収配管内の湯水の移動が所定時間ないと判断すると、前記温度センサーの温度が設定値よりも高い時に、前記流路切替弁をバイパス配管に通水するよう切り替え、前記貯湯循環ポンプを動作させ前記再加熱手段によって前記熱回収配管及び前記バイパス配管内の湯水を所定温度以上に加熱する燃料電池コージェネレーションシステムとする。
かかる構成によれば、再加熱手段で熱回収配管及びバイパス配管内の湯水を加熱することでレジオネラ属菌の繁殖しない温度以上に加熱することによって優れた安全性を実現できる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図である。図１において、図５と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図１において、給湯に使用する水または湯を蓄える貯湯槽１と、この貯湯槽１の下部の水を貯湯槽１の上部に導く熱回収配管２があり、この通路上に水を循環させる貯湯循環ポンプ３と、循環される水を燃料電池４の廃熱によって加熱する熱交換器４１がある。また、貯湯槽１には、下部に水道水を供給する給水配管２０があり、給水配管２０には貯湯槽１内の圧力を制限する減圧弁７が設けられている。さらに、貯湯槽１には、上部から貯湯槽１内の水または湯を給湯に使用する為に導く給湯配管２１があり、貯湯槽１内の水または湯の流出を検出する流量検出手段２２と、給湯の使用を検知する機器使用検出手段１１がある。さらに給湯配管２１内の湯の温度を調整するために減圧弁７の後から給水配管２０を分岐した分岐配管２３の水道水を混ぜる混合弁１０が設けられている。運転制御手段２４は、機器使用検出手段１１と流量検出手段２２から貯湯槽１内の湯または水が使用されていることを判断し、貯湯循環ポンプ３の運転がない状態が所定期間（例えば４日）続いている場合に貯湯循環ポンプ３を運転し熱回収配管２内の水を貯湯槽１内の新しい塩素分を含んだ水と置換するものである。
具体的には、機器使用検出手段１１には流量センサーを用い、流量検出手段２２には流量センサーまたは貯湯槽からの湯水の流出を検知する簡易的な検知手段でもよい。
かかる構成によれば、熱回収配管２内の滞留水を貯湯槽１内の新しい塩素分を含んだ水道水と置換することができる。これにより、塩素によってレジオネラ属菌の繁殖を抑制可能と判断できるため優れた安全性を実現できる。
なお、本実施の形態においては、熱回収配管２の保有水量と貯湯循環ポンプ３の循環量が既知の場合は、保有水量分が置換できる貯湯循環ポンプ３の運転時間制御も可能であるし、熱回収配管２に循環量検出手段を設けて保有水量分の置換を検出しても良い。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図である。図２において、図１および図５と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図２において、温度センサー２５は、貯湯槽１上部の熱回収配管２接続部よりも下方でかつ貯湯槽１の中央部よりも上方に設けられている。運転制御手段２４は、機器使用検出手段１１と流量検出手段２２から貯湯槽１内の湯または水が使用されていることを判断し、貯湯循環ポンプ３の運転がない状態が所定期間（例えば４日）続いている場合に、貯湯循環ポンプ３を運転し熱回収配管２内の水を貯湯槽１内の水と置換する必要があると判断したときに、この温度センサー２５の温度が設定値よりも低いことを判定してから貯湯循環ポンプ３を動作させ熱回収配管２内の水を貯湯槽１内の水と置換する。
貯湯槽１内に蓄熱される湯は貯湯槽１の上方から貯められるため、上方が高温で下方が水道水に近い低温となる積層を構成するが、このため上方から温度の低い湯または水が流入すると積層が崩れてしまうという問題が生じる。本構成によれば、積層を崩しても問題ない温度を設定値とすることで、積層を崩してはならないときには貯湯ポンプ３を運転しないため積層を崩すことを防ぐことができる。
なお、本実施の形態においては、貯湯槽１の積層状態を把握するために温度センサー２５を貯湯槽１に対して上下方向に複数個配置しても良い。また、積層状態によって設定温度を可変させても良い。
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図である。図３において、図１、図２および図５と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図３において、流路変更弁２６は、熱回収配管２の流路を貯湯槽１上部の接続部の手前で分岐し、貯湯槽１の中央部よりも下方で熱回収配管２の下部接続部よりも上方に第２熱回収配管２７を接続するものである。運転制御手段２４は、機器使用検出手段１１と流量検出手段２２から貯湯槽１内の湯または水が使用されていることを判断し、貯湯循環ポンプ３の運転がない状態が一定期間（例えば４日）続いている場合に貯湯循環ポンプ３を運転し熱回収配管２内の水を貯湯槽１内の水と置換する必要があると判断したときに、温度センサー２５の温度が設定値よりも高い場合には、流路変更弁２６を切り替えて第２熱回収配管２７を通じて貯湯槽１の下方に循環させることによって、熱回収配管２と第２熱回収配管２７の水を貯湯槽１の下部の水で置換するものである。
なお、第２熱回収配管２７の貯湯槽１への接続位置は、温度センサー２５よりも下方であればよい。
かかる構成によれば、貯湯槽１に積層を構成するような湯が貯湯されており、上部に高温の湯がある状態でも積層を崩すことなく熱回収配管２と第２熱回収配管２７の滞留水を貯湯槽１内の新しい塩素分を含んだ水道水と置換することができる。これにより、塩素によってレジオネラ属菌の繁殖を抑制可能と判断できるため優れた安全性を実現できる。
なお、本実施の形態においては、熱回収配管２の流路変更弁２６と貯湯槽１の上部接続部の間の滞留水量は少量であるため、流路変更弁２６を切替えて少量の滞留水を貯湯槽１の上部に循環する運転を実施しても良い。また、温度センサー２５の温度が設定値よりも低い場合にも流路変更弁２６を切替えて第２熱回収配管２７を通じて貯湯槽１の下方に循環させ第２熱回収配管２７の水を貯湯槽１の下部の水で置換する運転をしても良い。
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図である。図４において、図１、図２、図３および図５と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図４において、再加熱手段５は、熱交換器４１の下流側にあって熱回収配管２内の水を加熱するものである。流路切替弁２８は、再加熱手段５よりも下流で熱回収配管２が貯湯槽１上部の接続部よりも下流にあり、熱回収配管２の流路をバイパス配管２９に切替えるものである。バイパス配管２９は熱回収配管２の貯湯槽１下方の接続部よりも下流で貯湯循環ポンプ３の上流の熱回収配管２に接続されている。運転制御手段２４は、機器使用検出手段１１と流量検出手段２２から貯湯槽１内の湯または水が使用されていることを判断し、貯湯循環ポンプ３の運転がない状態が一定期間（例えば４日）続いている場合に貯湯循環ポンプ３を運転し熱回収配管２内の水を貯湯槽１内の水と置換する必要があると判断したときに、温度センサー２５の温度が設定値よりも高い時には、流路切替弁２８を切り替えてバイパス配管２９を通じて熱回収配管２とバイパス配管２９で構成される配管内の水を貯湯ポンプ３を使って循環し、再加熱手段５で加熱するものである。
かかる構成によれば、再加熱手段５で加熱することでレジオネラ属菌の繁殖しない温度以上（一般に６０℃以上）に加熱することによって優れた安全性を実現できる。
本発明の燃料電池コージェネレーションシステムは、家庭用もしくは業務用の定置型燃料電池コージェネレーションシステムに利用可能である。
本発明の実施の形態１における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図 本発明の実施の形態２における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図 本発明の実施の形態３における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図 本発明の実施の形態４における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図 従来の燃料電池コージェネレーションシステムの構成図
符号の説明
１ 貯湯槽
２ 熱回収配管
３ 貯湯循環ポンプ
４ 外部加熱手段（燃料電池）
５ 再加熱手段
１１ 機器使用検出手段
２０ 給水配管
２１ 給湯配管
２２ 流量検出手段
２３ 分岐配管
２４ 運転制御手段
２５ 温度センサー
２６ 流路変更弁
２７ 第２熱回収配管
２８ 流路切替弁
２９ バイパス配管
４１ 熱交換器

Claims (4)

  1. 給湯に使用する湯水を蓄える貯湯槽と、
    貯湯循環ポンプによって循環される湯水を燃料電池の排熱によって加熱する熱交換器と、
    前記貯湯槽の下部からの湯水を前記貯湯循環ポンプにより前記熱交換器を通って前記貯湯槽上部に通水させる熱回収配管と、
    前記貯湯槽下部に水道水を供給する給水配管と、
    前記貯湯槽の上部から前記貯湯槽内の湯水を給湯に使用するために導く給湯配管と、
    前記給湯配管に設けられ給湯の使用を検知する機器使用検出手段と、
    前記給湯配管に設けられ前記貯湯槽内の湯水の流出を検出する流量検出手段と、
    前記機器使用検出手段と前記流量検出手段と前記貯湯循環ポンプの情報から前記貯湯槽内の湯水が流出し使用されているにも関わらず前記貯湯循環ポンプが動作せずに前記熱回収配管内の湯水の移動が所定期間ないと判断すると前記貯湯循環ポンプを動作させ前記熱回収配管内の湯水を前記貯湯槽内の湯水と置換する運転制御手段と、
    を有する燃料電池コージェネレーションシステム。
  2. 前記貯湯槽上部の熱回収配管接続部よりも下方で、かつ前記貯湯槽の中央部よりも上方に設けた前記貯湯槽内の湯水の温度を測定する温度センサーを有し、
    前記運転制御手段は前記温度センサーの温度が設定値よりも低いときに前記貯湯循環ポンプを動作させ前記熱回収配管内の水を前記貯湯槽内の水と置換する請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
  3. 前記熱回収配管の流路を前記温度センサーの設置位置よりも下方に通水する第２熱回収配管と、前記第２熱回収配管への通水と前記熱回収配管への通水を切り替える流路変更弁とを有し、
    前記運転制御手段は、前記温度センサーの温度が設定値よりも高い時には、前記流路変更弁を切り替えて前記熱回収配管と前記第２熱回収配管の湯水を前記貯湯槽からの湯水で置換する請求項２に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
  4. 給湯に使用する湯水を蓄える貯湯槽と、
    前記貯湯槽内の湯水の温度を測定する温度センサーと、
    貯湯循環ポンプによって循環される湯水を燃料電池の排熱によって加熱する熱交換器と、
    前記貯湯槽の下部からの湯水を前記貯湯循環ポンプにより前記熱交換器を通って前記貯湯槽上部に通水させる熱回収配管と、
    前記熱交換器の下流側にあって前記熱回収配管内の湯水を加熱する再加熱手段と、
    前記再加熱手段の下流側で前記貯湯槽の上部接続部よりも下流側で前記熱回収配管の流路を切り替える流路切替弁と、
    前記流路切替弁から前記貯湯槽下部の前記熱回収配管の流路に接続するバイパス配管と、
    前記貯湯槽下部に水道水を供給する給水配管と、
    前記貯湯槽の上部から前記貯湯槽内の水または湯を給湯に使用するために導く給湯配管と、
    前記給湯配管に設けられ給湯の使用を検知する機器使用検出手段と、
    前記給湯配管に設けられ前記貯湯槽内の湯水の流出を検出する流量検出手段と、
    前記機器使用検出手段と前記流量検出手段と前記貯湯循環ポンプの情報から前記貯湯槽内の湯水が流出し使用されているにも関わらず前記貯湯循環ポンプが動作せずに前記熱回収配管内の湯水の移動が所定時間ないと判断すると、前記温度センサーの温度が設定値よりも高い時に、前記流路切替弁をバイパス配管に通水するよう切り替え、前記貯湯循環ポンプを動作させ前記再加熱手段によって前記熱回収配管及び前記バイパス配管内の湯水を所定温度以上に加熱する、
    燃料電池コージェネレーションシステム。
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