JP5593808B2 - Fuel cell hot water supply system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池ユニットと、この燃料電池ユニットから排熱を回収して貯湯する貯湯ユニットとからなる燃料電池給湯システムに関し、特に貯湯ユニットの側からドレン水を供給することにより燃料電池ユニットの側で使用される水を十分に確保するための技術に係る。 The present invention relates to a fuel cell hot water supply system comprising a fuel cell unit and a hot water storage unit that collects exhaust heat from the fuel cell unit and stores hot water, and in particular, by supplying drain water from the hot water storage unit side. It relates to the technology to ensure sufficient water used on the side.
従来、熱電併給装置から発生する熱を湯として貯湯タンクに貯湯し、この貯湯を台所や風呂等の給湯先への給湯や温水暖房の熱源用温水に利用することが行われており、その際、給湯等に必要な熱が貯湯では賄えないときには、潜熱回収式の補助熱源機を用いて補助加熱するようにしたシステムが提案されている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, heat generated from a combined heat and power supply device is stored in hot water storage tanks as hot water, and this hot water is used for hot water supply to hot water supply destinations such as kitchens and baths and hot water for hot water heating. In addition, a system has been proposed in which auxiliary heating is performed using a latent heat recovery type auxiliary heat source device when the hot water storage cannot provide heat necessary for hot water supply or the like (see, for example, Patent Document 1).
ところで、燃料電池による発電の際に発生する排ガスから排熱回収して貯湯ユニットに貯湯する一方、その排熱回収の際に発生するドレン水(凝縮水)を原料にして水処理することにより燃料電池による発電に用いるようにすることが行われている。例えば、固体酸化物型燃料電池(SOFC;Solid Oxide Fuel Cells)においては、炭化水素系の燃料に対し水蒸気を高温状況下で反応させて水素と一酸化炭素に変換させる水蒸気改質が行われており、この水蒸気改質に上記のドレン水が用いられる。しかしながら、この水蒸気改質に用いる水蒸気として利用するための水の確保が不十分になると、種々の不都合が生じることが予想される。 By the way, exhaust heat is recovered from the exhaust gas generated during power generation by the fuel cell and stored in the hot water storage unit. On the other hand, the drain water (condensed water) generated during the exhaust heat recovery is used as a raw material for water treatment. It is used for power generation by a battery. For example, in solid oxide fuel cells (SOFCs), steam reforming is performed in which steam is reacted with hydrocarbon fuel under high temperature conditions to convert it into hydrogen and carbon monoxide. The drain water is used for the steam reforming. However, it is expected that various inconveniences will arise if the water used for the steam reforming is insufficient.
例えば図2に燃料電池ユニットに貯湯ユニット100を併設したシステムを例示するように、燃料電池ユニット101の側では排熱回収用熱交換器102で生じたドレン水を水タンク103に貯留し、これを水処理した上で燃料電池104での水蒸気改質に利用する一方、貯湯ユニット100の側では上記の排熱回収用熱交換器102に対し貯湯タンク105内の冷たい水を循環供給して排ガスの排熱により熱交換加熱した上で貯湯タンク105に戻して貯湯されることになる。
For example, as illustrated in FIG. 2 in which a fuel cell unit is provided with a hot
ところが、上記排熱回収用熱交換器102を水蒸気改質用水の確保のためのドレン水回収用熱交換器として機能させているため、排ガスと熱交換するために貯湯ユニット100から循環供給される貯湯タンク105内の湯水が十分に低温である必要がある。このため、貯湯タンク105内の湯水がそれまでの排熱回収により比較的高温になっている場合には、冷却用のラジエータ106を作動させて排熱回収用熱交換器に循環供給される湯水の温度を低下させるという作動制御を行う必要があり、このためのエネルギー消費(電力消費)が必要となる。
However, since the heat exchanger for
その一方、ドレン水の回収が不十分であると、水蒸気改質用の水の枯渇を招き、燃料電池104そのものに不都合を発生しかねない事態を招くおそれがある上に、燃料電池104の劣化を促進させる可能性も考えられる。
On the other hand, if the drain water is not sufficiently recovered, the water for steam reforming may be depleted, which may lead to a situation that may cause problems for the
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、新たなエネルギー消費を招くことなく、燃料電池ユニットで使用する水を燃料電池ユニット以外からも確保し得る燃料電池給湯システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to secure water used in the fuel cell unit from other than the fuel cell unit without incurring new energy consumption. The object is to provide a fuel cell hot water supply system.
上記目的を達成するために、本発明では、燃料電池を備えた燃料電池ユニットと、燃料電池の排熱を熱源とする排熱回収により貯湯として貯湯タンクに蓄熱して給湯等に利用する貯湯ユニットとを備えた燃料電池給湯システムを対象にして、次の特定事項を備えることとした。上記貯湯ユニットに補助熱源機として潜熱回収型熱源機を備えることとし、上記補助熱源機の運転作動により生じるドレン水を回収しこのドレン水を燃料電池ユニットでの使用水として燃料電池ユニットに供給するドレン水供給回路を備えることとする。加えて、上記燃料電池ユニットは、上記燃料電池からの排ガスを熱源とする熱交換加熱によって上記貯湯タンクに貯湯として蓄熱するための排熱回収を行う排熱回収用熱交換器と、この排熱回収用熱交換器において上記熱交換加熱により上記排ガス中の水分が凝縮して発生するドレン水を貯留する水タンクと、この水タンク内の水を上記燃料電池に供給する前に純水に精製処理する水処理部とを備えることとする。そして、上記水タンクには、上記排熱回収用熱交換器において発生するドレン水や、上記ドレン水供給回路により供給されるドレン水が導入されて貯留されるように構成することとした(請求項1)。 In order to achieve the above object, in the present invention, a fuel cell unit provided with a fuel cell, and a hot water storage unit that stores heat in a hot water storage tank as hot water storage by exhaust heat recovery using the exhaust heat of the fuel cell as a heat source and uses it for hot water supply or the like The following specific items were provided for a fuel cell hot water supply system equipped with: The hot water storage unit is provided with a latent heat recovery type heat source device as an auxiliary heat source device, and drain water generated by operation of the auxiliary heat source device is recovered and supplied to the fuel cell unit as water used in the fuel cell unit. A drain water supply circuit is provided . In addition, the fuel cell unit includes an exhaust heat recovery heat exchanger that recovers exhaust heat for storing heat as hot water storage in the hot water storage tank by heat exchange heating using the exhaust gas from the fuel cell as a heat source, and the exhaust heat In the heat exchanger for recovery, a water tank for storing drain water generated by condensation of moisture in the exhaust gas by the heat exchange heating, and purifying the water in the water tank into pure water before supplying it to the fuel cell A water treatment unit to be treated is provided. The water tank is configured such that drain water generated in the exhaust heat recovery heat exchanger and drain water supplied by the drain water supply circuit are introduced and stored (claim). Item 1).
この発明の場合、ドレン水供給回路によって、燃料電池ユニットに対し、貯湯ユニットの補助熱源機で発生するドレン水の供給が可能となる。このため、燃料電池ユニットでの例えば水蒸気改質等での使用水として、同じシステム内の燃料電池ユニット以外の他のユニットからの供給水により確保することが可能となる。これにより、燃料電池ユニットで本来は排熱回収用熱交換器での排熱回収に伴い生じるドレン水の回収により燃料電池ユニットでの使用水を確保していたものの、ドレン水供給回路により貯湯ユニットから水タンクへのドレン水供給が追加されることで、水処理部で純水に精製処理して燃料電池に供給し得る水タンク内の水として同じシステム内で十分なものを確保することができるようになる。このような上記ドレン水供給回路からもドレン水供給が追加されることに伴い、その分、排熱回収用熱交換器からのドレン水回収の必要性が低減し、貯湯タンク内の貯湯温度が設定温度よりも高くても、例えば冷却用ラジエータ等により冷却作動させる必要性が低くなり、その駆動のための電力エネルギー消費の低減化が図られることになる。これにより、新たなエネルギー消費を招くことなく全体としての効率アップが図り得ることになる。 In the case of this invention, the drain water supply circuit can supply the drain water generated by the auxiliary heat source unit of the hot water storage unit to the fuel cell unit. For this reason, it becomes possible to secure the water used in, for example, steam reforming in the fuel cell unit by supplying water from other units other than the fuel cell unit in the same system. Thus, although originally in the fuel cell unit has been secured to use water in the fuel cell units by the recovery of P caused drain water to heat recovery in the waste heat recovery heat exchanger, the hot-water storage unit by drain water supply circuit By adding drain water supply to the water tank, it is possible to ensure sufficient water in the same system as water in the water tank that can be purified to pure water and supplied to the fuel cell in the water treatment unit. become able to. Along with the drain water supply is also added from such the drain water supply circuit, minutes of their need for drain water recovery from exhaust heat recovery heat exchanger is reduced, the hot water storage temperature in the hot water storage tank Even if the temperature is higher than the set temperature, for example, the necessity for cooling operation by a cooling radiator or the like is reduced, and the consumption of electric power energy for the driving is reduced. As a result, overall efficiency can be improved without incurring new energy consumption.
本発明において、上記ドレン水供給回路に、ドレン水供給路と、このドレン水供給路を通してドレン水を燃料電池ユニットの側に圧送するためのドレンポンプとを備えることができる(請求項2)。このようにすることにより、ドレン水供給に係る構成を具体化し得ることになる。又、上記ドレンポンプを作動制御する制御手段を備える一方、上記ドレン水供給回路にドレン水を貯留するドレンタンクを備え、燃料電池ユニットに上記ドレン水供給回路から供給されるドレン水を燃料電池での使用水として貯留する水タンクを備えるようにし、上記制御手段として、上記水タンク内の貯留水位、あるいは、上記ドレンタンク内の貯留水位に応じて、上記ドレンポンプを作動制御する構成とすることができる(請求項3)。このようにすることにより、燃料電池ユニットの水タンク内の貯留水位を適正量以上に維持させることが可能となり、燃料電池ユニットの側での発電等の運転を安定的に継続させることが可能となる。例えば、水タンク内の貯留水位が低下すればドレンポンプを作動制御してドレンタンクからドレン水を供給したり、ドレンタンク内の貯留水位が満水状態になればドレンポンプを作動制御してドレンタンクからドレン水を供給したりすることにより、燃料電池ユニット側の水タンクでの水量確保と、貯湯ユニット側のドレンタンクでの満水によるオーバーフロー回避等の不都合発生回避との双方の課題を解決し得ることになる。 In the present invention, the drain water supply circuit may be provided with a drain water supply path and a drain pump for pumping the drain water to the fuel cell unit through the drain water supply path (Claim 2). By doing in this way, the structure which concerns on drain water supply can be actualized. The drain water supply circuit includes a drain tank for storing drain water, and the fuel cell unit supplies drain water supplied from the drain water supply circuit to the fuel cell. A water tank that stores the used water as the water used, and the control means is configured to control the operation of the drain pump according to the stored water level in the water tank or the stored water level in the drain tank. (Claim 3). By doing so, it becomes possible to maintain the stored water level in the water tank of the fuel cell unit at an appropriate level or more, and it is possible to stably continue operation such as power generation on the fuel cell unit side. Become. For example, if the stored water level in the water tank decreases, the drain pump is controlled to supply drain water from the drain tank, or if the stored water level in the drain tank becomes full, the drain pump is controlled to operate. By supplying drain water from the tank, it is possible to solve both problems of securing the amount of water in the water tank on the fuel cell unit side and avoiding inconvenience such as overflow avoidance due to full water in the drain tank on the hot water storage unit side It will be.
又、本発明において、上記水タンクには、内部のドレン水を中和処理した上で排水するための排水路が接続されているようにすることができる(請求項4)。このようにすることにより、メンテナンス時や運転停止時に水タンク内のドレン水を中和処理した上で排水するようにし得る。さらに、本発明において、上記ドレン水供給路を、貯湯ユニットから燃料電池ユニットに対し排熱回収のために配管される循環管路の内の少なくとも熱回収後の湯が戻される管路に添わせて配設することができる(請求項5)。このようにすることにより、熱回収後の湯の熱によりドレン水供給路も保温され、特に冬期等におけるドレン水供給路の凍結防止が図られ、この結果、凍結防止のための電気ヒータ等の設置を省略したり、電気ヒータ自体のみならず、その駆動のための電気エネルギー消費の低減化又は全廃させたりし得ることになる。 In the present invention, the water tank can be connected to a drainage channel for draining after draining the internal drain water (Claim 4). By doing in this way, drain water can be discharged after neutralizing drain water in the water tank at the time of maintenance or operation stop. Furthermore , in the present invention, the drain water supply path is attached to at least one of the circulation pipes piped for exhaust heat recovery from the hot water storage unit to the fuel cell unit to which hot water after heat recovery is returned. (Claim 5 ). By doing so, the drain water supply path is also kept warm by the heat of the hot water after heat recovery, and in particular, the drain water supply path is prevented from freezing in winter and the like. Installation can be omitted, and not only the electric heater itself but also electric energy consumption for driving can be reduced or eliminated.
以上、説明したように、本発明の燃料電池給湯システムによれば、ドレン水供給回路によって、燃料電池ユニットに対し、貯湯ユニットの補助熱源機で発生するドレン水を供給することができ、このため、燃料電池ユニットでの例えば水蒸気改質等での使用水として、同じシステム内の燃料電池ユニット以外の他のユニットからの供給水により確保することができるようになる。これにより、燃料電池ユニットで本来は排熱回収用熱交換器での排熱回収に伴い生じるドレン水の回収により燃料電池ユニットでの使用水を確保していたものの、ドレン水供給回路により貯湯ユニットから水タンクへのドレン水供給が追加されることで、水処理部で純水に精製処理して燃料電池に供給し得る水タンク内の水として同じシステム内で十分なものを確保することができるようになる。このような上記ドレン水供給回路からもドレン水供給が追加されることに伴い、その分、排熱回収用熱交換器からのドレン水回収の必要性が低減し、貯湯タンク内の貯湯温度が設定温度よりも高くても、例えば冷却用ラジエータ等により冷却作動させる必要性が低くなり、その駆動のための電力エネルギー消費の低減化を図ることができることになる。これにより、新たなエネルギー消費を招くことなく全体としての効率アップを図ることができるようになる。 As described above, according to the fuel cell hot water supply system of the present invention, the drain water generated by the auxiliary heat source unit of the hot water storage unit can be supplied to the fuel cell unit by the drain water supply circuit. The water used for, for example, steam reforming in the fuel cell unit can be secured by the supply water from other units other than the fuel cell unit in the same system. Thus, although originally in the fuel cell unit has been secured to use water in the fuel cell units by the recovery of P caused drain water to heat recovery in the waste heat recovery heat exchanger, the hot-water storage unit by drain water supply circuit By adding drain water supply to the water tank, it is possible to ensure sufficient water in the same system as water in the water tank that can be purified to pure water and supplied to the fuel cell in the water treatment unit. become able to. Along with the drain water supply is also added from such the drain water supply circuit, minutes of their need for drain water recovery from exhaust heat recovery heat exchanger is reduced, the hot water storage temperature in the hot water storage tank Even if the temperature is higher than the set temperature, for example, it is not necessary to perform a cooling operation with a cooling radiator or the like, and it is possible to reduce power energy consumption for driving. As a result, overall efficiency can be improved without incurring new energy consumption.
特に請求項2によれば、ドレン水供給回路としてドレン水供給路とドレンポンプとを備えたものとすることで、ドレン水供給に係る構成を具体化することができ、又、請求項3によれば、そのドレンポンプを制御手段により水タンクの貯留水位又はドレンタンクの貯留水位に応じて作動制御することで、燃料電池ユニットの水タンク内の貯留水位を適正量以上に維持させることができ、燃料電池ユニットの側での発電等を安定的に継続させることができるようになる。
In particular, according to
又、請求項4によれば、水タンクに、内部のドレン水を中和処理した上で排水するための排水路が接続されているようにすることにより、メンテナンス時や運転停止時に水タンク内のドレン水を中和処理した上で排水するようにし得る。さらに、請求項5によれば、ドレン水供給路を排熱回収用の循環管路の内の少なくとも熱回収後の湯が戻される管路に添わせて配設することで、熱回収後の湯の熱によりドレン水供給路を保温することができ、特に冬期等におけるドレン水供給路の凍結防止を図ることができる。この結果、凍結防止のための電気ヒータ等の設置を省略したり、電気ヒータ自体のみならず、その駆動のための電気エネルギー消費の低減化又は全廃させたり、することができるようになる。 According to claim 4, the water tank is connected to a drainage channel for draining after neutralizing the drain water inside, so that the water tank can be maintained during maintenance or when the operation is stopped. The drain water can be drained after being neutralized. Furthermore , according to the fifth aspect , the drain water supply path is disposed along the pipe line to which at least the hot water after the heat recovery is returned in the circulation pipe for the recovery of the exhaust heat. The drain water supply path can be kept warm by the heat of the hot water, and in particular, the drain water supply path can be prevented from freezing in winter. As a result, installation of an electric heater or the like for preventing freezing can be omitted, and consumption of electric energy not only for the electric heater itself but also for driving it can be reduced or eliminated.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池給湯システムを示す。この燃料電池給湯システムは、燃料電池ユニット2と、貯湯ユニット3と、貯湯ユニット3から燃料電池ユニット2に対しドレン水を回収して供給するドレン水供給回路4とを備えたものである。以下、燃料電池ユニット2が固体酸化物型燃料電池(SOFC)により構成された場合を例にして、後述の水タンク71の水を水蒸気改質用の水として使用する場合について説明する。
FIG. 1 shows a fuel cell hot water supply system according to an embodiment of the present invention. This fuel cell hot water supply system includes a
燃料電池ユニット2は、燃料電池5、排熱回収用熱交換器6、及び、水供給処理回路7を備えて構成されている。又、貯湯ユニット3は、貯湯タンク8、貯湯タンク8と上記排熱回収用熱交換器6との間で湯水を循環供給させる循環回路9、貯湯タンク8に外部からの給水を入水させる入水路10、貯湯タンク8の頂部から給湯のために出湯させる出湯路11、貯湯タンク8内の湯水が給湯に必要な温度よりも低温であるときに補助加熱する補助熱源機12、及び、補助熱源機12に貯湯タンク8から湯水を導入して補助加熱した上で出湯させる補助加熱出湯路13を備えて構成されている。
The
燃料電池5は、空気供給系51や燃料ガス供給系52が接続され、例えば都市ガスを原料にして水蒸気改質により水素リッチな燃料ガスにする改質器や、燃料電池セル等を備えたものである。燃料電池セルは、Ni等の金属酸化物を含有するセラミックスにより形成された燃料極や空気極を備え、電解質として例えばYSZ(イットリウム安定化ジルコニア)等の固体酸化物により形成されたものである。そして、燃料電池セルではその空気極に対しカソード空気が供給されて、カソード空気の酸素が酸素イオンとなって電解質を通り、燃料極では燃料ガスの水素と反応して水(水蒸気)を生成する一方、その際に生じた電子が回路を通して空気極側に移動して酸素を再びイオン化するということを繰り返して発電される。燃料極に供給された燃料ガスは上記反応に利用された後、未利用の水素リッチなオフガスが改質器バーナでの燃焼用の燃料として利用され、その燃焼後の排ガスが排ガス通路61を通して排熱回収用熱交換器6に導入されるようになっている。
The
排熱回収用熱交換器6は、排ガス通路61から導入される排ガスを熱源として、貯湯ユニット3側の循環回路9から循環供給される水を熱交換加熱するようになっている。排ガスとの熱交換により加熱・昇温された湯が貯湯タンク8に戻されて貯留されることになる。これにより、排ガス通路61から導入される排ガスからの排熱回収が図られて、その回収熱が貯湯タンク8に湯の状態で蓄熱されることになる。又、排熱回収用熱交換器6において上記の水との熱交換により排ガス中の水分が凝縮して発生したドレン水(凝縮水)が、ドレン水回収路62を通して水タンク71に回収されて貯留される一方、熱交換後の排ガスは排気通路63を通して排出されるようになっている。
The heat exchanger 6 for exhaust heat recovery heats and heats the water circulated and supplied from the
水供給処理回路7は、排熱回収用熱交換器6において排ガスに含まれる水分が凝縮したドレン水を回収し、その回収した水を純水に精製した上で、この純水を燃料電池5に供給して再利用するようになっている。すなわち、水供給処理回路7は、ドレン水を貯留する水タンク71と、水タンク71内の水を純水に精製処理する水処理部72と、水処理した純水を水蒸気改質のために燃料電池5に供給するための供給ポンプ73とを備えている。水タンク71には、排熱回収用熱交換器6から上記のドレン水回収路62を通して回収されるドレン水や、ドレン水供給回路4により供給されるドレン水が導入されて貯留されるようになっている。水タンク71には水タンク71内の貯留水位、特に設定低水位まで水位が低下したことを検出して後述のコントローラ14に出力する水位検出手段としての水位センサ711が設置されている。なお、図1中の符号74は排水路であり、この排水路74はメンテナンス時や運転停止時に水タンク71内のドレン水を中和処理した上で排水するようになっている。
The water
次に貯湯ユニット3の側について説明すると、循環回路9には循環ポンプ91及び冷却用ラジエータ92が介装されている。循環ポンプ91が作動されると、貯湯タンク8の底部から湯水が取り出された後、循環往き路93を通して排熱回収用熱交換器6に送られ、この排熱回収用熱交換器6で排ガスとの熱交換により加熱されて高温になった湯水が循環戻り路94を通して貯湯タンク8の頂部に戻されるように循環作動することになる。冷却用ラジエータ92は、貯湯タンク8内の貯湯温度が排熱回収用熱交換器6に供給される排ガスの温度との関係で設定された設定上限温度よりも高くなると作動され、排熱回収用熱交換器6においてドレン水の回収が有効に行われるように循環湯水の温度を低下させるようになっている。これらの循環ポンプ91の作動や、冷却用ラジエータ92の作動は後述のコントローラ14により制御されるようになっている。
Next, the hot water storage unit 3 side will be described. A
又、補助熱源機12は、潜熱回収型熱源機により構成され、燃焼バーナ121の燃焼熱(顕熱)により熱交換加熱する顕熱回収用熱交換器122に加えて、顕熱回収後の燃焼排ガスの潜熱をも回収して熱回収の高効率化を図るための潜熱回収用熱交換器123を備えたものである。貯湯タンク8から導出された湯水は、まず潜熱回収用熱交換器123に通されて排ガスの潜熱回収により予熱され、次に顕熱回収用熱交換器122に通されて熱交換加熱され、これにより、所定温度まで補助加熱された後に補助加熱出湯路13を通して給湯のために出湯される。
The auxiliary
ドレン水供給回路4は、上記の潜熱回収用熱交換器123で排ガスとの熱交換により生じたドレン水を集水して貯留するドレンタンク41と、このドレンタンク41のドレン水をドレン水供給路42を通して燃料電池ユニット2の側の水タンク71に供給するドレンポンプ43とを備えている。上記のドレンタンク41にはドレンタンク41内の貯留水位、特に設定高水位まで水位が上昇したことを検出して後述のコントローラ14に出力する水位検出手段としての水位センサ411が設置されている。又、上記のドレン水供給路42は、少なくとも燃料電池ユニット2と貯湯ユニット3との間に配管接続される範囲において、循環回路9の循環往き路93及び循環戻り路94に添わせた状態に配管されている。つまり、ドレン水供給路42、循環往き路93及び循環戻り路94の3本の配管が互いに束ねられて一体にされた3本管44により構成されている。これにより、特に循環戻り路94内に流れる排熱回収後の高温になった湯水の熱で、冬期等におけるドレン水供給路42の凍結防止を図るようにしている。この結果、凍結防止のための電気ヒータ等の設置を省略したり、電気ヒータ自体のみならず、その駆動のための電気エネルギー消費の低減化又は全廃させたりし得るというように省エネルギー化を実現することができる。なお、3本管にしなくても、少なくとも循環戻り路94に添わせてドレン水供給路42を配管するようにすればよいのである。
The drain water supply circuit 4 collects and stores the drain water generated by heat exchange with the exhaust gas in the latent heat
燃料電池ユニット2、貯湯ユニット3及びドレン水供給回路4の各運転はコントローラ14により作動制御されるようになっている。コントローラ14は特にドレン水供給回路4の作動制御を行う制御手段としてのドレン水供給制御部141を備えている。このドレン水供給制御部141は、水タンク71の水位センサ711からの水位検出信号及びドレンタンクの水位センサ411からの水位検出信号の出力を受けて、ドレンポンプ43の作動制御を行うことにより、水タンク71内の貯留量を適正量以上(設定水位以上)に維持・確保するようになっている。
Each operation of the
すなわち、ドレン水供給制御部141は、水位センサ711からの水位検出信号に基づいて水タンク71の貯留水位が設定低水位まで低下したことが検出されると、ドレンポンプ43を作動制御してドレンタンク41からドレン水を水タンク71に供給して水タンク71の貯留水位を上昇させるようになっている。この場合、水位センサ711により水タンク71内が設定高水位まで上昇したこと、あるいは、水位センサ411によりドレンタンク41内が設定低水位まで低下したことが検出されれば、ドレンポンプ43の作動を停止させるようになっている。一方、ドレン水供給制御部141は、水位センサ411からの水位検出信号に基づいてドレンタンク41の貯留水位が設定高水位まで上昇したことが検出されると、上記と同様に、ドレンポンプ43を作動制御してドレンタンク41からドレン水を水タンク71に供給するようになっている。この場合、水位センサ411によりドレンタンク41内が設定低水位まで低下したこと、あるいは、水位センサ711により水タンク71内が設定高水位まで上昇したことが検出されれば、ドレンポンプ43の作動を停止させるようになっている。以上により、燃料電池ユニット2側の水タンク71での水量確保と、貯湯ユニット3側のドレンタンク41での満水によるオーバーフロー回避等の不都合発生回避との双方を実現することができるようになる。
That is, when it is detected that the stored water level in the
以上の実施形態の場合、燃料電池ユニット2の水タンク71に対し、排熱回収用熱交換器6からのドレン水回収という燃料電池ユニット2の側における水確保のみならず、貯湯ユニット3の補助熱源機12で発生するドレン水をも供給可能にして燃料電池ユニット2以外で燃料電池給湯システムを構成する貯湯ユニット3の側からの水確保をも追加することができ、燃料電池ユニット2の水蒸気改質に利用する水として同じシステム内で十分なものを確保することができるようになる。このような補助熱源機12からもドレン水供給が追加されることに伴い、その分、排熱回収用熱交換器6からのドレン水回収の必要性が低減し、貯湯タンク8内の貯湯温度が設定温度よりも高くても、冷却用ラジエータ92を作動させる必要性が低くなり、その駆動のための電力消費の低減化を図ることができる。これにより、全体としての効率アップを図ることができるようになる。しかも、ドレン水供給制御部141によるドレンポンプ43の作動制御によって、水タンク71内の貯留水位を適正量以上に維持させることができ、これにより、燃料電池ユニット2の側での発電等の運転を安定的に継続させることができるようになる。
In the case of the above embodiment, the
<他の実施形態>
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、燃料電池ユニット2が固体酸化物型燃料電池(SOFC)により構成された場合を例にして、水タンク71の水が水蒸気改質用の水として使用される場合について説明したが、これに限らず、例えば燃料電池ユニットが固体高分子型燃料電池(PEFC)により構成され、水タンクの水が燃料電池のセル加湿用の水として使用される場合に本発明を適用するようにしてもよい。
<Other embodiments>
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Various other embodiments are included. That is, in the above-described embodiment, the case where the water in the
さらに、ドレンタンク41は補助熱源機12内に設置してもよいし、ドレンポンプ43は補助熱源機12内に設置したり、あるいは、ドレン水供給路42であって貯湯ユニット3以外に配管されている部分に介装したりしてもよい。
Further, the
2 燃料電池ユニット
3 貯湯ユニット
4 ドレン水供給回路
5 燃料電池
8 貯湯タンク
12 補助熱源機(潜熱回収型熱源機)
41 ドレンタンク
42 ドレン水供給路
43 ドレンポンプ
71 水タンク
93 循環往き路(循環管路)
94 循環戻り路(熱回収後の湯が戻される管路)
141 ドレン水供給制御部(制御手段)
411 水位センサ
711 水位センサ
2 Fuel Cell Unit 3 Hot Water Storage Unit 4 Drain
41
94 Circulation return path (pipe for returning hot water after heat recovery)
141 Drain water supply control part (control means)
411
Claims (5)
上記貯湯ユニットは補助熱源機として潜熱回収型熱源機を備え、
上記補助熱源機の運転作動により生じるドレン水を回収しこのドレン水を燃料電池ユニットでの使用水として燃料電池ユニットに供給するドレン水供給回路を備え、
上記燃料電池ユニットは、上記燃料電池からの排ガスを熱源とする熱交換加熱によって上記貯湯タンクに貯湯として蓄熱するための排熱回収を行う排熱回収用熱交換器と、この排熱回収用熱交換器において上記熱交換加熱により上記排ガス中の水分が凝縮して発生するドレン水を貯留する水タンクと、この水タンク内の水を上記燃料電池に供給する前に純水に精製処理する水処理部とを備え、
上記水タンクには、上記排熱回収用熱交換器において発生するドレン水や、上記ドレン水供給回路により供給されるドレン水が導入されて貯留されるように構成されている、
ことを特徴とする燃料電池給湯システム。 A fuel cell hot water system comprising: a fuel cell unit including a fuel cell; and a hot water storage unit that stores heat in a hot water storage tank as hot water by exhaust heat recovery using the exhaust heat of the fuel cell as a heat source, and is used for hot water supply, etc.
The hot water storage unit has a latent heat recovery type heat source machine as an auxiliary heat source machine,
E Bei drain water supply circuit for supplying to the fuel cell unit as used water collected drain water generated by the operation operation of the auxiliary heat source machine the drain water in the fuel cell unit,
The fuel cell unit includes an exhaust heat recovery heat exchanger for recovering exhaust heat for storing heat as hot water storage in the hot water storage tank by heat exchange heating using exhaust gas from the fuel cell as a heat source, and heat for recovering the exhaust heat. A water tank for storing drain water generated by condensation of moisture in the exhaust gas by heat exchange heating in the exchanger, and water to be purified into pure water before supplying the water in the water tank to the fuel cell A processing unit,
In the water tank, drain water generated in the heat exchanger for exhaust heat recovery and drain water supplied by the drain water supply circuit are introduced and stored .
A fuel cell hot water supply system characterized by that.
上記ドレン水供給回路は、ドレン水供給路と、このドレン水供給路を通してドレン水を燃料電池ユニットの側に圧送するためのドレンポンプとを備えている、燃料電池給湯システム。 The fuel cell hot water supply system according to claim 1,
The drain water supply circuit includes a drain water supply path and a drain pump for pumping drain water to the fuel cell unit through the drain water supply path.
上記ドレンポンプを作動制御する制御手段を備える一方、上記ドレン水供給回路はドレン水を貯留するドレンタンクを備え、燃料電池ユニットは上記ドレン水供給回路から供給されるドレン水を燃料電池での使用水として貯留する水タンクを備え、
上記制御手段は、上記ドレンタンク内の貯留水位、あるいは、上記水タンク内の貯留水位に応じて、上記ドレンポンプを作動制御するように構成されている、燃料電池給湯システム。 The fuel cell hot water supply system according to claim 2,
The drain water supply circuit includes a drain tank for storing drain water, and the fuel cell unit uses the drain water supplied from the drain water supply circuit in the fuel cell. It has a water tank that stores it as water,
The fuel cell hot water supply system, wherein the control means is configured to control the operation of the drain pump in accordance with a stored water level in the drain tank or a stored water level in the water tank.
上記水タンクには、内部のドレン水を中和処理した上で排水するための排水路が接続されている、燃料電池給湯システム。A fuel cell hot water supply system, wherein the water tank is connected to a drainage channel for draining after neutralizing drain water inside.
上記ドレン水供給路が、貯湯ユニットから燃料電池ユニットに対し排熱回収のために配管される循環管路の内の少なくとも熱回収後の湯が戻される管路に添わせて配設されている、燃料電池給湯システム。 The fuel cell hot water supply system according to any one of claims 1 to 4 ,
The drain water supply path is disposed along a pipe line in which at least hot water after heat recovery is returned from among circulation pipes piped for exhaust heat recovery from the hot water storage unit to the fuel cell unit. , Fuel cell hot water system.
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