JP5509671B2

JP5509671B2 - 燃料電池コージェネレーションシステム

Info

Publication number: JP5509671B2
Application number: JP2009115412A
Authority: JP
Inventors: 隆行浦田; 彰成中村; 英夫小原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: JP2010267398A

Description

本発明は、一般家庭や事業所などの敷地に設置し、電気や熱を利用する定置用の燃料電池コージェネレーションシステムに関する。

従来から、高効率な小規模発電が可能で、かつ発電の際に発生する熱エネルギーを利用できる燃料電池コージェネレーションシステムは、システム構築が容易であるとともに、高いエネルギー利用効率が可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。

例えば、図４で示すような従来の燃料電池コージェネレーションシステムでは、まず、発電運転時、発電部の本体６１に配設される燃料電池本体４（以降、セルスタック４と称する）に、燃料ガスと酸化剤ガスとを供給する。そして、供給される燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを用いて、セルスタック４において、所定の電気化学反応が進行する。このとき、電気化学反応の進行により、水素および酸素が有する化学的なエネルギーが、電気的なエネルギーと熱的なエネルギーに変換される。

つぎに、電気的なエネルギーとして発生した直流を交流に変換することにより、家庭などで電力として利用される。また、熱的なエネルギーは、貯湯部６２の貯湯タンク１０で湯などの形態で貯えて、有効利用される。例えば、家庭などで使用する湯として利用する場合は、通常、貯湯タンク１０の湯と水道水などの外部水源からの水を混合弁１４などで
混合し、所定温度に調整した後に利用される。このとき、貯湯タンク１０の湯を使い切った後など、貯湯タンク１０に湯が十分にない場合、給湯機などの補助熱源機１６で加熱して、所定温度まで湯を加熱した後、湯として利用している（例えば、特許文献１参照）。なお、補助熱源機１６として、暖房機能を有するものを使用した場合には、補助熱源機１６の暖房回路と、第１ａの熱利用経路２７や第１ｂの熱利用経路２８を接続することにより、外部の熱利用機器を利用できる。

また、貯湯タンクの内部に熱交換用のコイルを配置し、暖房や風呂の追い焚きなどに貯湯タンクの熱を利用する燃料電池コージェネレーションシステムが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第４０６６４２９号公報特開２００５−３２４６１号公報

しかしながら、上記従来の特許文献１に記載の構成では、熱利用機器を利用する場合、補助熱源機１６で都市ガスなどを燃焼させて、その熱エネルギーを利用するため、貯湯タンク１０に湯が貯湯されていても、熱利用機器で貯湯タンク１０の熱を十分に利用することができない。さらに、混合弁１４を通過した後の水を補助熱源機１６に流すと通路圧損が非常に大きくなるため、シャワーなどに利用する場合、湯の量が少なくなり利便性が低下するという課題があった。

また、特許文献２に記載の構成では、シャワーなどに利用する湯の量に対する記載はなく、十分な水量確保ができる否かが不明である。さらに、熱交換用のコイルの設けているところまで湯を維持し、必要な温度に保つ必要があるので、貯湯タンク内で高温の湯を保つ量が多くなるため、効率が低下するという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、貯湯タンクの水を貯湯タンクの下部から引き出して上部に戻す補助熱源機循環経路を設け、補助熱源機循環経路中に循環水の加熱を行う補助熱源機を設けることにより、出湯の水量の多い燃料電池コージェネレーションシステムを提供することを目的としている。

上記従来の課題を解決するために、本発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとから電力と熱を発生させるセルスタックと、少なくともセルスタックで発生した熱を湯として貯蔵する貯湯タンクと、貯湯タンクの下部から水を抜き出しセルスタックで発生した熱により温度上昇させたのち貯湯タンクの上部に水を戻すＦＣ循環経路と、貯湯タンクの下部から水を抜き出し、貯湯タンクの上部に戻す補助熱源機循環経路と、補助熱源機循環経路中に設けられ、循環水の加熱を行う補助熱源機と、貯湯タンクの上部に配置され、ＦＣ循環経路からの帰タンク部と補助熱源機循環経路からの帰タンク部とを仕切り、比較的低温の湯が貯湯タンクの上部のＦＣ循環経路側の部分に貯まり、比較的高温の湯が貯湯タンクの上部の補助熱源機循環経路側の部分に貯まるよう構成されている仕切り部と、仕切り部のＦＣ循環経路側の水を貯湯タンクから抜き出し、再び貯湯タンクへ戻す第１循環経路と、第１循環経路を流れる貯湯タンクの熱を一次側とし、二次側に第１熱利用機器を接続して熱交換する第１熱交換器と、仕切り部の補助熱源機循環経路側の水を貯湯タンクから抜き出し、再び貯湯タンクへ戻す第２循環経路と、第２循環経路に流れる貯湯タンクの熱を一次側とし、二次側に第１熱利用機器よりも高温で動作する第２熱利用機器を接続して熱交換する第
２熱交換器と、を備える燃料電池コージェネレーションシステムである。

また、本発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとから電力と熱を発生させるセルスタックと、少なくともセルスタックで発生した熱を湯として貯蔵する貯湯タンクと、貯湯タンクの下部から水を抜き出しセルスタックで発生した熱により温度上昇させたのち貯湯タンクの上部に水を戻すＦＣ循環経路と、貯湯タンクの下部から水を抜き出し、貯湯タンクの上部に戻す補助熱源機循環経路と、補助熱源機循環経路中に設けられ、循環水の加熱を行う補助熱源機と、貯湯タンクの上部に配置され、ＦＣ循環経路からの帰タンク部と補助熱源機循環経路からの帰タンク部とを仕切り、比較的低温の湯が貯湯タンクの上部のＦＣ循環経路側の部分に貯まり、比較的高温の湯が貯湯タンクの上部の補助熱源機循環経路側の部分に貯まるよう構成されている仕切り部と、貯湯タンクの水及び外部から供給される水を混合し、所定の温度に調整する混合弁と、仕切り部のＦＣ循環経路側の水を貯湯タンクから抜き出した水を混合弁に流すタンク温水配管と、仕切り部の補助熱源機循環経路側の水を貯湯タンクから抜き出し、再び貯湯タンクへ戻す第２循環経路と、第２循環経路に流れる貯湯タンクの熱を一次側とし、二次側に第２熱利用機器を接続して熱交換する第２熱交換器と、を備える燃料電池コージェネレーションシステムである。

これにより、貯湯タンクの水は、混合弁で水と混合した後に、補助熱源機を通過することなく出湯されるので、大流量で出湯できる燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。

本発明の燃料電池コージェネレーションシステムは、出湯する水が混合弁と補助熱源機を直列に通過することがないので、通路圧損を低減させて、一定水圧のもとで多くの流量の湯を供給できる。

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

本発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとから電力と熱を発生させるセルスタックと、少なくともセルスタックで発生した熱を湯として貯蔵する貯湯タンクと、貯湯タンクの下部から水を抜き出しセルスタックで発生した熱により温度上昇させたのち貯湯タンクの上部に水を戻すＦＣ循環経路と、貯湯タンクの下部から水を抜き出し、貯湯タンクの上部に戻す補助熱源機循環経路と、補助熱源機循環経路中に設けられ、循環水の加熱を行う補助熱源機と、貯湯タンクの上部に配置され、ＦＣ循環経路からの帰タンク部と補助熱源機循環経路からの帰タンク部とを仕切り、比較的低温の湯が貯湯タンクの上部のＦＣ循環経路側の部分に貯まり、比較的高温の湯が貯湯タンクの上部の補助熱源機循環経路側の部分に貯まるよう構成されている仕切り部と、仕切り部のＦＣ循環経路側の水を貯湯タンクから抜き出し、再び貯湯タンクへ戻す第１循環経路と、第１循環経路を流れる貯湯タンクの熱を一次側とし、二次側に第１熱利用機器を接続して熱交換する第１熱交換器と、仕切り部の補助熱源機循環経路側の水を貯湯タンクから抜き出し、再び貯湯タンクへ戻す第２循環経路と、第２循環経路に流れる貯湯タンクの熱を一次側とし、二次側に第１熱利用機器よりも高温で動作する第２熱利用機器を接続して熱交換する第２熱交換器と、を備える燃料電池コ
ージェネレーションシステムである。

これにより、セルスタックから発生した熱を回収した水（湯）が貯湯タンクに十分貯まっているときは、貯湯タンクのお湯を混合弁で水道水などの外部の水と混合後に出湯できる。一方、セルスタックから発生した熱を回収した水（湯）が貯湯タンクに十分貯まっていないときは、補助熱源機循環経路の水を補助熱源機で加熱して循環させ、貯湯タンクに湯を貯めた後、貯湯タンクの湯を混合弁で水道水などの外部の水と混合した後に出湯できる。その結果、貯湯タンクの湯は、混合弁しか通過しないため、通路圧損が小さくなり、大流量の湯を供給することができる。

特に、貯湯タンクから水を抜き、再び貯湯タンクへ戻す循環経路を設け、循環経路に流れる貯湯タンクの熱を一次側として交換する熱交換器を有し、熱交換器の二次側には熱利用機器を接続可能とする構成により、貯湯タンクから循環経路に水を引き抜く部分近傍の水の温度が高い場合、大流量の湯を直接熱利用機器に供給して、その熱を利用することができる。また、貯湯タンクに貯えられている熱量が少ない場合でも、熱利用機器で湯を利用できるため、非常に効率の高い燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。

特に、循環経路に複数の熱交換器を設け、複数の熱利用機器を接続可能とする構成により、大流量の湯を供給できるとともに、貯湯タンクに貯えられている熱量が少ない場合でも、熱利用機器で湯を利用できるため、非常に効率の高い燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。

特に、熱利用機器は、少なくとも風呂、温風機、床暖房機、風呂乾燥機のいずれか１つである構成により、大流量の湯を供給できるとともに、風呂水の加熱または保温、温風機による温風暖房、床暖房、風呂の乾燥などを非常に効率よくできる燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。

特に、貯湯タンクの内部に仕切り部を設け、ＦＣ循環経路からの帰タンク部と補助熱源機循環経路からの帰タンク部が仕切り部により仕切られている構成より、比較的高温で利用する熱利用機器は、補助熱源機で加熱した湯を、比較的低温で利用する熱利用機器は主にセルスタックで加熱した湯を、優先的に利用できる。そのため、高温の湯を貯湯タンクで貯める量を必要最小限にできるので、放熱を最小に抑えて熱利用機器で有効に利用することができる。その結果、大流量の湯を供給できるとともに、非常に効率の高い燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。

特に、補助熱源機循環経路に補助熱源機循環経路に流れる水の熱を一次側とする熱交換器を設け、二次側に熱利用機器を接続可能とする構成より、補助熱源機で加熱された湯を、貯湯タンクなどで温度低下させることなく直接熱交換器を介して熱利用機器で利用できる。その結果、大流量の湯を供給できるとともに、非常に効率の高いい燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。

特に、熱利用機器の動作状況に対応して、補助熱源機から貯湯タンクに戻す水の温度と量を変化させる制御装置を設けた構成により、高温の湯が必要な熱利用機器が動作したときは補助熱源機から貯湯タンクに戻す水の温度を高温とし、低温の湯が必要な熱利用機器が動作したときは補助熱源機から貯湯タンクに戻す水の温度を低くすることができる。その結果、必要のない高温の水を貯湯タンクに貯める必要がなくなるため、大流量の湯を効率的に供給できるとともに、非常に効率の高い燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。

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。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１の燃料電池コージェネレーションシステムについて、図を用いて説明する。

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に示すように、まず、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステム１には、燃料ガス供給部である燃料生成器２が配置されている。ここで、燃料生成器２は、原料配管３から導入されたメタンやプロパンなどの炭化水素を含む原料ガスを水素を含む燃料ガスに改質する。その後、燃料ガスは、セルスタック４に導入される。このとき、セルスタック４には、酸化剤ガス供給部であるブロワ５から空気配管６を介して空気などの酸素を含むガスが導入される。そして、セルスタック４は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとから電気と熱を発生させる。このとき、セルスタック４で発生した電気は、電力回路部７で家庭や事務所などで電力として利用できる電圧や周波数に調整されて、電力出力配線８により外部に出力される。

一方、セルスタック４で発生した熱は、ＦＣ循環経路９を循環する水などで回収して、貯湯タンク１０に蓄えられる。このとき、ＦＣ循環ポンプ１１により、貯湯タンク１０の下部から水が引き抜かれ、セルスタック４で加熱された後、水は貯湯タンク１０の上部に設けられた帰タンク部（図示せず）に戻される。

これにより、貯湯タンク１０の内部の上部には温度の高い水が、底部には温度の低い水が保持された、いわゆる積層湯沸かしの状態となる。

このとき、貯湯タンク１０に設けられている第１の温度検知器１８が、貯湯された水の温度が高温であることを検出すると、貯湯タンク１０の上部から第１の温度検知器１８まで湯が貯まっていると判断できる。また、同様に、貯湯タンク１０に設けられている第２の温度検知器１９が、貯湯された水の温度が高温であることを検出すると、貯湯タンク１０の上部から第２の温度検知器１９までは湯が貯まっていると判断できる。さらに、貯湯タンク１０の下部に配置されている第２の温度検知器１９が、高温の湯であると検出すると、貯湯タンク１０には湯が一杯に貯湯されているとも判断できるので、制御装置３２はセルスタック４の発電と発熱を停止するなどの処理を行う。これにより、エネルギーが無
駄にならないように制御することができる。

なお、本実施の形態では、セルスタック４で発生する熱を回収するために、貯湯タンク１０の水を直接セルスタック４に通流する構成で説明したが、これに限られない。例えば、セルスタック４の熱を回収する液体と熱交換器などを介して、貯湯タンク１０の水を加熱する構成としてもよい。これにより、熱の回収効率を改善できる。

以下に、貯湯タンク１０に貯湯された湯を使う場合の出湯方法および経路について、具体的に説明する。

まず、湯を利用するときは、蛇口を開けるか、スイッチをＯＮするなどの方法により、外部から原水配管１２を介して水道水などの水を燃料電池コージェネレーションシステム１に導入する。そして、導入された水の一部は、貯湯タンク１０の下部から貯湯タンク１０に導かれる。

また、タンク温水配管１３から温度の高い水（湯）が混合弁１４に導かれる。そして、混合弁１４には、温度の高い水（湯）とともに、導入された水の一部も流れ込み、水と湯を混合して適切な温度の湯に調整される。これにより、給湯配管１７から、外部のシャワーや給湯に利用するために湯が排出される。

このとき、例えば、貯湯タンク１０の上部に配置されている第１の温度検知器１８で湯がないと判断される場合や貯湯タンク１０の湯を使い切った場合など、貯湯タンク１０の上部に湯がない場合には、補助熱源機循環経路１５に配置した補助熱源機１６により、加熱される。具体的には、貯湯タンク１０の下部から補助熱源機循環経路１５を介して水を引き出し、補助熱源機１６で加熱した後に、湯として貯湯タンク１０の上部に戻される。そして、第１の温度検知器１８が貯湯タンク１０に湯があると判断すると、補助熱源機１６による加熱は停止される。

このとき、一般的に、原水配管１２には水道水圧が加わるが、給湯配管１７から排出され湯となるまでの間に水が流れる際に発生する圧力損失は、主に混合弁１４だけである。そのため、水道水圧など一定の圧力の下で、多く流量で湯を出湯することができる。

また、貯湯タンク１０の上部には、循環経路である第１の循環経路２０と第２の循環経路２１の出タンク部が、貯湯タンク１０の下部には第１の循環経路２０と第２の循環経路２１の帰タンク部が取り付けられている。そして、第１の循環経路２０中には第１の循環ポンプ２２が設けられ、この第１の循環ポンプ２２により貯湯タンク１０の上部に接続されている第１の循環経路２０の出タンク部から水が引き抜かれる。さらに、第１の循環経路は２０は分岐され、分岐された第１ａの分岐経路２３には第１ａの熱交換器２４が、第１ｂの分岐経路２５には第１ｂの熱交換器２６が設けられている。

そして、第１ａの分岐経路２３と第１ｂの分岐経路２５を通過した湯は再び合流して、貯湯タンク１０の下部に設けた帰タンク部から貯湯タンク１０に戻る。ここで、第１ａの熱交換器２４と第１ｂの熱交換器２６は、第１の循環経路２０に流れる貯湯タンク１０の湯の熱を一次側として熱交換する。一方、第１ａの熱交換器２４の二次側の経路である第１ａの熱利用経路２７や第１ｂの熱交換器２６の二次側の経路である第１ｂの熱利用経路２８には、風呂水の追いだきを行うための熱や、床暖房を行うための熱などとして外部の熱利用機器と接続できるように外部に配管されている。

また、第２の循環経路２１中にも第２の循環ポンプ２９が設けられ、この第２の循環ポンプ２９により貯湯タンク１０の上部に接続されている第２の循環経路２１の出タンク部
から水が引き抜かれる。そして、第２の循環経路２１に設けられた第２の熱交換器３０を介して、第２の循環経路２１を通過した湯は、貯湯タンク１０の下部に設けた帰タンク部から貯湯タンク１０に戻る。ここで、第２の熱交換器３０は第２の循環経路２１に流れる貯湯タンク１０の湯の熱を一次側として熱交換する。一方、第２の熱交換器３０の二次側の経路である第２の熱利用経路３１には、温風による暖房を行う温風機や風呂の乾燥が行える温風を発生する風呂乾燥機などの外部の熱利用機器と接続できるように外部に配管されている。

これにより、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムは、発生する電気と熱を有効に利用できるため、非常に高い効率で運転することができる。このとき、貯湯タンク１０に湯として熱が一杯になると、熱の利用ができなくなるため、効率の低下や運転の停止が発生する。

しかし、本実施の形態によれば、貯湯タンク１０の湯を外部の熱利用機器で利用すると、湯として熱を有効に利用できるため貯湯タンク１０に貯められている熱としての湯が一杯になることが少なくなる。その結果、効率の高い燃料電池コージェネレーションシステムが実現できる。

また、制御装置３２は、熱利用機器の動作に対応して、セルスタック４での発電や補助熱源機１６の運転を制御する。さらに、熱利用機器の運転状況や運転予約状況により、セルスタック４での発電および発熱を発生させる量や時間を制御する。また、補助熱源機１６に対しては、制御装置３２は、運転の時間だけでなく、加熱する温度も調整する。

つまり、床暖房など二次側で利用する熱の温度が低くてもよい熱利用機器の場合、熱交換器の一次側の熱の温度も低くてよい。その結果、貯湯タンク１０に貯める湯の温度が低いほど放熱量を小さくできるため、熱を有効に利用することができる。一方、風呂乾燥など二次側で利用する熱の温度が高い熱利用機器の場合、一次側の熱の温度を高く制御することが、運転時間の短縮などにより熱の有効利用や利便性の向上を図れる。

また、本実施の形態では、貯湯タンク１０に設ける温度検知器は２個である場合を例に説明したが、これに限られず、１個または２個以上であってもよい。このとき、温度検知器を多数設けるほど、貯湯タンクの湯量を細かく測定できる。その結果、細かく運転を制御することにより、より効率が向上する。

本実施の形態によれば、湯を利用するときは大流量での利用を可能にするとともに、熱を有効に利用できる燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。

なお、本実施の形態では、セルスタック４と貯湯タンク１０が同一筐体にあるとしたが、図１で示すように、例えば分離境界線１００で分け、２つの筐体としてもよい。これにより、設置性やシステムの構築性に優れた燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。

また、本実施の形態では、循環経路として、２つの第１の循環経路２０と第２の循環経路２１を例に説明したが、これに限られない。例えば、１つまたは３つ以上で循環経路を設け、それに対応して熱交換器を設けてもよく、要望される熱利用機器と接続される熱利用経路に応じて任意に構成できる。これにより、汎用性に優れた燃料電池コージェネレーションシステムが得られる。

（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２の燃料電池コージェネレーションシステムについて、図
を用いて説明する。

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。

そして、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムは、第１の循環経路２０に対して、第１ａの熱交換器２４と第１ｂの熱交換器２６を直列に配置した点で実施の形態１とは異なる。他の構成や動作は実施の形態１と同じであるので、説明を省略する。

すなわち、図２に示すように、まず、貯湯タンク１０から引き出されて循環経路である第１の循環経路２０を流れる高温の湯は、第１ａの熱交換器２４を通過して、熱交換された熱が利用される。その後、第１ｂの熱交換器２６に、若干温度が低下した湯が第１の循環経路２０を経由して、流れ込み、熱交換されて、その熱を利用できる構成である。そのため、第１ａの熱利用経路２７には高温の水を利用する熱利用機器を、第１ｂの熱利用経路２８には低温でもよい熱利用機器を接続することができる。その結果、簡単な構成で複数の熱利用機器を使用できる、効率の高い燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。

また、本実施の形態では、貯湯タンク１０の内部に設けた仕切り部４０により、ＦＣ循環経路９からの帰タンク部と補助熱源機循環経路１５からの帰タンク部が仕切り部４０を介した位置で仕切られた構成を有している。そして、第１の温度検知器１８はＦＣ循環経路９側に配置され、第３の温度検知器４１は補助熱源機循環経路１５側に設けられている。さらに、仕切り部４０で仕切られたＦＣ循環経路９側には第１の循環経路２０の出タンク部が設けられ、補助熱源機循環経路１５側には、第２の循環経路２１の出タンク部が設けられている。このとき、第１の循環経路２０の熱を二次側で利用する第１ａの熱利用経路２７および第１ｂの熱利用経路２８には、比較的低温で動作する熱利用機器が接続される。また、第２の循環経路２１の熱を二次側で利用する第２の熱利用経路３１には、比較的高温で動作する熱利用機器が接続される。

ここで、例えば、ＰＥＦＣ形などの燃料電池のセルスタックで発生する熱は６０〜７０℃と比較的低温であるため、床暖房などの熱として利用できる。一方、例えば、風呂乾燥機などにおいては、一次側の湯の温度が９０℃程度と高い方が、すばやく乾燥できるなど効率や利便性がよいので、燃料電池で発生した湯を補助熱源機などで加熱した方が好ましい。

そこで、ＦＣ循環経路９から加熱された湯は、貯湯タンク１０の上部から貯められ、仕切り部４０の下部まで貯まると、仕切り部４０の補助熱源機循環経路１５側へと流れ込む。そして、貯湯タンク１０の上部はセルスタック４で発生した熱による湯で満たされる。このとき、シャワーなどの給湯に利用する場合や、第１の循環経路２０の熱を利用する熱利用機器を使用する場合は、仕切り部４０で仕切られたＦＣ循環経路９側の湯を優先的に利用する。そして、仕切り部４０で仕切られたＦＣ循環経路９側の湯がなくなった場合には、補助熱源機１６を動作させて、仕切り部４０で仕切られた補助熱源機循環経路１５側に高温の湯を満たし、仕切り部４０の下部まで湯が貯まると、仕切り部４０のＦＣ循環経路９側へと流れ込む。このとき、シャワーなどの給湯に利用する場合や、第１の循環経路２０の熱を利用する熱利用機器を動作させることができる。

一方、第２の循環経路２１の熱を二次側で第２の熱利用経路３１に接続される比較的高温で動作する熱利用機器を利用する場合は、補助熱源機１６による加熱が行われ、仕切り部４０で仕切られた補助熱源機循環経路１５側に湯が貯められる。このとき、制御装置３２は、仕切り部４０の下部まで湯が貯まると補助熱源機１６の動作を終了させ、貯湯タン
ク１０内に高温の湯が少量だけ貯まるように制御する。

これにより、高温部からの放熱を小さく抑制することができる。

本実施の形態によれば、湯を利用する場合は大流量で利用できるとともに、熱を有効に利用できる燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。

なお、本実施の形態では、セルスタック４と貯湯タンク１０が同一筐体にあるとしたが、図２で示すように、例えば分離境界線１００で分け、２つの筐体としてもよい。これにより、設置性やシステムの構築性に優れた燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。

また、本実施の形態では、循環経路として、１つの第１の循環経路２０に２つの熱交換器を直列に接続した例で説明したが、これに限られない。例えば、３つ以上で熱交換器を直列に設けてもよい。これにより、汎用性に優れた燃料電池コージェネレーションシステムが得られる。

また、本実施の形態では、熱交換器を直列に配置した構成と、貯湯タンクに仕切り部を設けた例で説明したが、これらは独立した構成であってもよいことはいうまでもない。

（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３の燃料電池コージェネレーションシステムについて、図を用いて説明する。

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。

そして、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムは、補助熱源機循環経路１５に第３の熱交換器５０を配置した点で実施の形態１とは異なる。他の構成や動作は実施の形態１と同じであるので、説明を省略する。

すなわち、図３に示すように、第３の熱交換器５０は補助熱源機１６で加熱された湯の熱を一次側とし、二次側に第３の熱利用経路５１を配置して、熱利用機器を接続できる構成としたものである。このとき、補助熱源機１６を出た直後の湯は、最も高温であるため、特に、高温を要求する熱利用機器を接続して、熱を効果的に使用することができる。

本実施の形態によれば、セルスタックで発生する温度の湯よりも高い温度の湯を必要とする熱利用機器に、湯を効率的に供給できる。

なお、本実施の形態では、セルスタック４と貯湯タンク１０が同一筐体にあるとしたが、図３で示すように、例えば分離境界線１００で分け、２つの筐体としてもよい。これにより、設置性やシステムの構築性に優れた燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。

また、本実施の形態では、補助熱源機循環経路の経路に１つの熱交換器を配置した例で説明したが、これに限られない。例えば、２つ以上の熱交換器を直列または並列に設けてもよい。これにより、利便性に優れ汎用性の高い燃料電池コージェネレーションシステムが得られる。

本発明にかかる燃料電池発電コージェネレーションシステムは、電気と湯を効率よく利用できるので、家庭や事務所に設置される燃料電池発電コージェネレーションシステムとして有用である。

１燃料電池コージェネレーションシステム
２燃料生成器
３原料配管
４セルスタック（燃料電池本体）
５ブロワ
６空気配管
７電力回路部
８電力出力配線
９ＦＣ循環経路
１０貯湯タンク
１１ＦＣ循環ポンプ
１２原水配管
１３タンク温水配管
１４混合弁
１５補助熱源機循環経路
１６補助熱源機
１７給湯配管
１８第１の温度検知器
１９第２の温度検知器
２０第１の循環経路
２１第２の循環経路
２２第１の循環ポンプ
２３第１ａの分岐経路
２４第１ａの熱交換器
２５第１ｂの分岐経路
２６第１ｂの熱交換器
２７第１ａの熱利用経路
２８第１ｂの熱利用経路
２９第２の循環ポンプ
３０第２の熱交換器
３１第２の熱利用経路
３２制御装置
４０仕切り部
４１第３の温度検知器
５０第３の熱交換器
５１第３の熱利用経路
１００分離境界線

Claims

酸化剤ガスと燃料ガスとから電力と熱を発生させるセルスタックと、
少なくとも前記セルスタックで発生した熱を湯として貯蔵する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部から水を抜き出し前記セルスタックで発生した熱により温度上昇させたのち前記貯湯タンクの上部に水を戻すＦＣ循環経路と、
前記貯湯タンクの下部から水を抜き出し、前記貯湯タンクの上部に戻す補助熱源機循環経路と、
前記補助熱源機循環経路中に設けられ、循環水の加熱を行う補助熱源機と、
前記貯湯タンクの上部に配置され、前記ＦＣ循環経路からの帰タンク部と前記補助熱源機循環経路からの帰タンク部とを仕切り、比較的低温の湯が前記貯湯タンクの上部のＦＣ循環経路側の部分に貯まり、比較的高温の湯が前記貯湯タンクの上部の補助熱源機循環経路側の部分に貯まるよう構成されている仕切り部と、
前記仕切り部の前記ＦＣ循環経路側の水を前記貯湯タンクから抜き出し、再び前記貯湯タンクへ戻す第１循環経路と、
前記第１循環経路を流れる前記貯湯タンクの熱を一次側とし、二次側に第１熱利用機器を接続して熱交換する第１熱交換器と、
前記仕切り部の前記補助熱源機循環経路側の水を前記貯湯タンクから抜き出し、再び前記貯湯タンクへ戻す第２循環経路と、
前記第２循環経路に流れる前記貯湯タンクの熱を一次側とし、二次側に前記第１熱利用機器よりも高温で動作する第２熱利用機器を接続して熱交換する第２熱交換器と、
を備える、燃料電池コージェネレーションシステム。
前記仕切り部のＦＣ循環経路側の湯がなくなった場合に、前記仕切り部の補助熱源機循環経路側及びＦＣ循環経路側に湯が貯まるよう前記補助熱源機を動作させる前記制御装置をさらに備える、
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。
酸化剤ガスと燃料ガスとから電力と熱を発生させるセルスタックと、
少なくとも前記セルスタックで発生した熱を湯として貯蔵する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部から水を抜き出し前記セルスタックで発生した熱により温度上昇
させたのち前記貯湯タンクの上部に水を戻すＦＣ循環経路と、
前記貯湯タンクの下部から水を抜き出し、前記貯湯タンクの上部に戻す補助熱源機循環経路と、
前記補助熱源機循環経路中に設けられ、循環水の加熱を行う補助熱源機と、
前記貯湯タンクの上部に配置され、前記ＦＣ循環経路からの帰タンク部と前記補助熱源機循環経路からの帰タンク部とを仕切り、比較的低温の湯が前記貯湯タンクの上部のＦＣ循環経路側の部分に貯まり、比較的高温の湯が前記貯湯タンクの上部の補助熱源機循環経路側の部分に貯まるよう構成されている仕切り部と、
前記貯湯タンクの水及び外部から供給される水を混合し、所定の温度に調整する混合弁と、
前記仕切り部のＦＣ循環経路側の水を前記貯湯タンクから抜き出した水を前記混合弁に流すタンク温水配管と、
前記仕切り部の前記補助熱源機循環経路側の水を前記貯湯タンクから抜き出し、再び前記貯湯タンクへ戻す第２循環経路と、
前記第２循環経路に流れる前記貯湯タンクの熱を一次側とし、二次側に第２熱利用機器を接続して熱交換する第２熱交換器と、
を備える、燃料電池コージェネレーションシステム。
前記仕切り部のＦＣ循環経路側の湯がなくなった場合に、前記仕切り部の補助熱源機循環経路側及びＦＣ循環経路側に湯が貯まるよう前記補助熱源機を動作させる前記制御装置をさらに備える、
請求項３に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。