WO2015146478A1 - 熱交換器、及び、燃料電池システム - Google Patents

熱交換器、及び、燃料電池システム Download PDF

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WO2015146478A1
WO2015146478A1 PCT/JP2015/055796 JP2015055796W WO2015146478A1 WO 2015146478 A1 WO2015146478 A1 WO 2015146478A1 JP 2015055796 W JP2015055796 W JP 2015055796W WO 2015146478 A1 WO2015146478 A1 WO 2015146478A1
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heat exchanger
temperature fluid
electric heater
heat
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PCT/JP2015/055796
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和実 小林
玉男木　伸一
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Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger and a fuel cell system including the same.
  • a fuel cell system generally includes a power generation unit and a hot water supply unit as a cogeneration system.
  • the power generation unit includes a reformer, a fuel cell, an off-gas combustion unit, and a heat exchanger.
  • the reformer reforms the fuel by a steam reforming reaction to generate a reformed gas containing hydrogen.
  • the fuel cell generates power by an electrochemical reaction between hydrogen in the reformed gas from the reformer and oxygen in the oxidant gas.
  • the off gas combustion unit burns off gas discharged from the fuel cell.
  • the heat exchanger is configured to recover the heat of the exhaust gas generated in the off-gas combustion section with water (cold water) at a temperature lower than that.
  • the hot water supply unit includes a hot water tank.
  • the hot water storage tank is configured to store water (hot water) heated by a heat exchanger on the power generation unit side and to supply this hot water to a hot water supply load.
  • Patent Document 1 discloses that, in a fuel cell system, an electric heater for consuming excess power is provided in a passage through which hot water flows from a heat exchanger toward a hot water tank.
  • Patent Document 2 discloses providing an electric heater for preventing freezing in a passage through which cold water flows from a hot water tank toward a heat exchanger in a fuel cell system.
  • the present invention efficiently recovers the heat of the first fluid such as exhaust gas by the second fluid such as water in the heat exchanger, and at the location where the electric heater is installed.
  • the object is to suppress overheating of the second fluid.
  • the heat exchanger is configured to recover the heat of the first fluid with the second fluid at a lower temperature.
  • the heat exchanger also includes an electric heater that is used to heat the second fluid.
  • a fuel cell system in another aspect of the present invention, includes the aforementioned heat exchanger, a reformer that reforms fuel by a steam reforming reaction to generate a reformed gas containing hydrogen, and an oxidant gas.
  • a fuel cell that generates electricity by reacting oxygen in the reformed gas from the reformer and an off-gas combustion unit that burns off-gas discharged from the fuel cell.
  • the first fluid is exhaust gas generated in the off-gas combustion unit.
  • the heat exchanger includes an electric heater, and this electric heater is used for heating the second fluid.
  • the heating of the 2nd fluid with an electric heater is performed in a heat exchanger. Therefore, the second fluid having a relatively low temperature can flow into the heat exchanger, and as a result, the heat of the first fluid can be efficiently recovered by the heat exchanger.
  • the flow rate of the second fluid that recovers the heat of the first fluid is controlled so that the temperature of the second fluid at the outlet of the heat exchanger becomes a predetermined temperature.
  • the temperature of the second fluid at the location where the electric heater is installed can be equal to or lower than the predetermined temperature described above. Therefore, overheating of the second fluid at the electric heater installation location can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows schematic structure of the fuel cell apparatus in the said 1st Embodiment. It is a perspective view of the heat exchanger in the said 1st Embodiment. It is sectional drawing of the heat exchanger in the said 1st Embodiment. It is a figure which shows the fixing method to the low-temperature fluid channel
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
  • the broken line shown in FIG. 1 shows a power supply line.
  • FIG. 2 shows a schematic configuration of the fuel cell device according to the present embodiment.
  • a fuel cell system will be described as a cogeneration system.
  • the cogeneration system is not limited to this.
  • the cogeneration system means a system that recovers exhaust heat (waste heat) generated when power is generated by a gas turbine, a diesel engine, or a fuel cell and reuses it as a power source or a heat source.
  • the fuel cell system 11 in the present embodiment includes a fuel cell device 1, a heat exchanger 2, a hot water tank 3, a power conditioner (hereinafter referred to as “PCS”) 4, and a control unit 5.
  • the fuel cell device 1 is a main part of the fuel cell system 11.
  • the heat exchanger 2 is configured to recover the heat of the exhaust gas discharged from the fuel cell device 1 with water (cold water) at a lower temperature.
  • the hot water tank 3 stores hot water obtained by heating cold water with the heat exchanger 2.
  • the PCS 4 takes out the generated power of the fuel cell device 1 (particularly a cell stack 13 described later).
  • the fuel cell device 1, the heat exchanger 2, the PCS 4, and the control unit 5 are housed in one housing as a power generation unit as shown by being surrounded by a one-dot chain line in FIG.
  • the hot water tank 3 is housed in a separate housing as a hot water storage unit (not shown).
  • the fuel cell device 1 corresponds to the “power generation unit constituting the cogeneration system” of the present invention.
  • the exhaust gas discharged from the fuel cell device 1 corresponds to the “first fluid” of the present invention.
  • the water (the aforementioned cold water and hot water) that recovers the heat of the exhaust gas in the heat exchanger 2 corresponds to the “second fluid” of the present invention.
  • the “second fluid” is not limited to water.
  • the “second fluid” may be, for example, an antifreeze.
  • the water (second fluid) for recovering the heat of the exhaust gas by the heat exchanger 2 will be described below as a “heat recovery medium”.
  • the fuel cell device 1 is configured by disposing a reformer 12, a cell stack 13 (an assembly of a plurality of fuel cells 14), and an off-gas combustion unit 15 in a housing 10.
  • the cell stack 13 and the fuel cell 14 correspond to the fuel cell of the present invention.
  • a solid oxide fuel cell will be described as an example of the fuel cell.
  • the fuel cell system 11 is provided with a raw fuel supply passage 21 from the outside of the housing 10 through the wall surface of the housing 10 to the reformer 12.
  • a pump 22 as an appropriate supply amount control means is provided outside the housing 10.
  • Raw fuel flows through the supply passage 21.
  • the raw fuel is, for example, a hydrocarbon fuel.
  • the hydrocarbon-based fuel is a compound containing carbon and hydrogen in a molecule (which may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof.
  • a supply passage for reforming air (not shown) is connected between the pump 22 and the reformer 12 in the raw fuel supply passage 21.
  • a blower (not shown) as an appropriate supply amount control unit is provided outside the housing 10 in the reforming air supply passage.
  • a reforming water supply passage 27 is connected to the fuel cell system 11 from the outside of the housing 10 through the wall surface of the housing 10 to the reformer 12.
  • the reforming water supply passage 27 extends from the water tank 28 outside the housing 10 to the reformer 12 in the housing 10 through the wall surface of the housing 10.
  • the reforming water supply passage 27 is provided with a pump 29 as an appropriate supply amount control means outside the housing 10.
  • the fuel cell system 11 is provided with a supply passage 31 for an oxidant gas (air, etc.) extending from the outside of the housing 10 through the wall surface of the housing 10 toward the cathode side of the cell stack 13. Yes.
  • the oxidant gas supply passage 31 is provided with a blower 32 as an appropriate supply amount control means outside the housing 10.
  • the reformer 12 is connected to the downstream end of the raw fuel supply passage 21 and the downstream end of the reforming water supply passage 27.
  • the reformer 12 reforms the raw fuel by a steam reforming reaction in the presence of water vapor generated by evaporating water from the reforming water supply passage 27, and hydrogen-rich fuel gas (reformed gas). Is generated.
  • the reformer 12 reforms the raw fuel by a steam reforming reaction to generate a reformed gas containing hydrogen.
  • reforming instead of reforming by the steam reforming reaction, reforming may be performed by partial oxidation reaction using reforming air.
  • the reforming water and the reforming air may be used in combination and reformed by an autothermal reforming reaction.
  • the reformer 12 may generate a reformed gas by a technique known as a hydrogen generation technique such as a combination of these reforming reactions.
  • an end portion of a supply passage for reforming air (not shown) is connected in the middle of the supply passage 21 for raw fuel.
  • the end of the reforming air supply passage may be connected to the reformer 12.
  • the raw fuel supply passage 21 and the reforming water supply passage 27 are illustrated separately, but may be connected to the reformer 12 after being merged in advance. By doing in this way, the number of piping which penetrates case 10 can be reduced.
  • the type of piping connected to the reformer 12 may be changed according to the type of reforming catalyst charged in the reformer 12. Specifically, when reforming by an oxidation reaction is not performed, a reforming air supply passage (not shown) and a blower (not shown) which is a reforming air supply amount control unit may be omitted. it can.
  • the cell stack 13 is an assembly formed by electrically connecting a plurality of solid oxide fuel cells 14 in series and / or in parallel.
  • Each cell 14 is formed by laminating an anode (fuel electrode) and a cathode (oxidant electrode) on both sides of a solid oxide electrolyte.
  • the reformed gas is supplied to the anode through the reformed gas supply passage 33 from the outlet of the reformer 12.
  • An oxidant gas such as air is supplied to the cathode through an oxidant gas supply passage 31.
  • the electrolyte conducts oxide ions at high temperatures.
  • the anode reacts oxide ions with hydrogen in the reformed gas to generate electrons and water.
  • the cathode reacts oxygen and electrons in the oxidant gas to generate oxide ions. Therefore, in each fuel cell 14, an electrode reaction of the following formula (1) occurs at the cathode, and an electrode reaction of the following formula (2) occurs at the anode to generate power.
  • Anode O 2 ⁇ (electrolyte) + H 2 ⁇ H 2 O + 2e ⁇ (2)
  • the off-gas combustion unit 15 is provided in the housing 10.
  • the off-gas combustion unit 15 burns surplus reformed gas in the cell stack 13 (in other words, off-gas discharged from the cell stack 13) in the presence of surplus oxidant gas, and uses the heat of combustion to reform the reformer. 12 and the cell stack 13 are maintained at a high temperature. Therefore, the inside of the housing 10 becomes high temperature due to power generation in the cell stack 13 and combustion of surplus reformed gas.
  • an exhaust gas passage 41 is provided from the off-gas combustion unit 15 in the casing 10 through the wall surface of the casing 10 to the heat exchanger 2 outside the casing 10.
  • an exhaust gas processing unit (not shown) is provided in the middle of the exhaust gas passage 41.
  • the exhaust gas treatment unit purifies the exhaust gas from the off-gas combustion unit 15.
  • components such as carbon monoxide and hydrogen contained in the exhaust gas are purified. Even after being treated in the exhaust gas treatment section, the exhaust gas contains water vapor.
  • the heat exchanger 2 is configured to recover the heat of the exhaust gas after being processed by the above-described exhaust gas processing unit using a heat recovery medium having a lower temperature. That is, in the heat exchanger 2, the heat recovery medium having a lower temperature is heated by the high-temperature exhaust gas.
  • the heat exchanger 2 includes an electric heater 70 used for heating the heat recovery medium. Details of this will be described later.
  • the hot water tank 3 stores the heat recovery medium heated by the heat exchanger 2.
  • the hot water storage tank 3 can be configured to be able to supply the stored heat recovery medium to the hot water supply load.
  • the heat exchanger 2 exchanges heat between the high-temperature fluid passage 51 that is a primary-side passage and the low-temperature fluid passage 52 that is a secondary-side passage.
  • An inlet 51 a formed in the upper part of the high-temperature fluid passage 51 is connected to the downstream end of the exhaust gas passage 41 described above.
  • An outlet 51b formed in the lower portion of the high-temperature fluid passage 51 is connected to an upstream end portion of an exhaust gas passage 42 described later.
  • Circulating passages 61 a and 61 b that are drawn out from the bottom of the hot water tank 3 and return to the upper part of the hot water tank 3 are connected to the low temperature fluid passage 52.
  • the circulation passage 61 a extends from the bottom of the hot water tank 3 to an inlet 52 a formed in the lower part of the low temperature fluid passage 52.
  • the circulation passage 61 b extends from an outlet 52 b formed in the upper part of the low temperature fluid passage 52 to the upper part of the hot water tank 3.
  • a circulation pump 62 is provided as an appropriate supply amount control means.
  • a temperature sensor 53 for detecting the temperature T of the heat recovery medium at the outlet of the heat exchanger 2 is provided in a portion of the circulation passage 61b between the outlet 52b of the low temperature fluid passage 52 and the circulation pump 62. Is provided.
  • a temperature detection signal (a signal corresponding to the temperature T) from the temperature sensor 53 is transmitted to the control unit 5 through a signal line (not shown).
  • the exhaust gas passage 42 is provided so that the outlet 51 b of the high-temperature fluid passage 51 of the heat exchanger 2 communicates with the outside of the housing of the power generation unit (the chain line shown in FIG. 1).
  • the exhaust gas that has passed through the heat exchanger 2 circulates in the exhaust gas passage 42.
  • the condensed water recovery passage 43 branches downward in the middle of the exhaust gas passage 42 (branch portion 44) and extends to the water tank 28.
  • the outlet 51b of the high-temperature fluid passage 51 of the heat exchanger 2 functions as the “water outlet” of the present invention.
  • the outlet 51b is formed in a portion on the outlet side of the high-temperature fluid passage 51, and discharges water in which water vapor in the exhaust gas is condensed.
  • the water stored in the water tank 28 is sucked by the pump 29 and introduced into the reformer 12 through the reforming water supply passage 27.
  • the PCS 4 extracts DC power generated in the cell stack 13 of the fuel cell apparatus 1 and includes an inverter, converts the DC power into AC power, and supplies it to the power load 81 (electric equipment).
  • the power load 81 electric equipment
  • the generated power of the cell stack 13 is less than the demand power of the power load 81, the system power from the system power source 82 is supplied to the power load 81 as a shortage.
  • the control unit 5 controls the power generated by the cell stack 13 and the operation of the pump 62 for circulating a heat recovery medium used for heat recovery.
  • the control unit 5 includes a microcomputer, and includes a CPU, a ROM, a RAM, It has an input / output interface.
  • the control of the generated power by the control unit 5 is performed by controlling the supply amount of the reformed gas supplied to the cell stack 13 and the supply amount of the oxidant gas supplied to the cell stack 13.
  • the supply amount of the reformed gas supplied to the cell stack 13 is controlled by pumps 22 and 29 and a blower (not shown) for supplying reforming air. This is done by controlling the supply of quality water and reforming air.
  • the supply amount of the oxidant gas supplied to the cell stack 13 is controlled through the blower 32.
  • control unit 5 sets the generated power target value of the cell stack 13 within the range of the rated maximum generated power according to the demand power of the power load 81, and according to this (to obtain the generated power target value).
  • the generated power of the cell stack 13 is controlled by controlling the supply amounts of fuel, water, and air.
  • control unit 5 controls the PCS 4. Specifically, the current taken out from the cell stack 13 is set and controlled based on the generated power target value of the cell stack 13.
  • control unit 5 controls the operation of the circulation pump 62 so that the temperature T of the heat recovery medium detected by the temperature sensor 53 becomes a predetermined temperature Ts, and the heat flowing through the circulation passages 61a and 61b. Control the flow rate of the recovery medium.
  • the predetermined temperature Ts is a target temperature of the heat recovery medium immediately before being stored in the hot water tank 3 and is set in advance.
  • the control unit 5 reverses the power flow to the system power source 82 when surplus power is generated when the power generated by the cell stack 13 exceeds the demand power of the power load 81 at the time of a power failure or non-power failure of the system power source 82.
  • the energization control of the electric heater 70 is performed so that the surplus power is supplied to the electric heater 70 and consumed.
  • FIG. 3 is a perspective view of the heat exchanger 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the heat exchanger 2.
  • it demonstrates below, prescribing
  • the heat exchanger 2 is formed of a metal box-shaped member.
  • the box-shaped member includes a rectangular parallelepiped hollow main body 54 and a partition wall 57 that divides the main body into two chambers (a rear chamber 55 and a front chamber 56). That is, the rear chamber 55 is defined by the rear portion of the main body 54 and the partition wall 57.
  • the front chamber 56 is defined by a front portion of the main body 54 and a partition wall 57.
  • the rear chamber 55 and the front chamber 56 are box-shaped.
  • the rear chamber 55 is provided with an exhaust gas inlet 51a from the exhaust gas passage 41 in the upper part and an exhaust gas outlet 51b in the lower part.
  • the rear chamber 55 forms a high-temperature fluid passage 51 through which exhaust gas flows. Therefore, the inlet 51a and the outlet 51b of the hot fluid passage 51 are formed at the upper part and the lower part of the hot fluid passage 51, respectively. Therefore, the exhaust gas flows from the top to the bottom inside the high-temperature fluid passage 51.
  • the high temperature fluid passage 51 has a box shape.
  • the front chamber 56 includes a heat recovery medium inlet 52a from the circulation passage 61a in the lower part and a heat recovery medium outlet 52b in the upper part.
  • the front chamber 56 forms a low-temperature fluid passage 52 through which the heat recovery medium flows. Therefore, the inlet 52a and the outlet 52b of the cryogenic fluid passage 52 are formed at the lower portion and the upper portion of the cryogenic fluid passage 52, respectively. Therefore, the heat recovery medium flows inside the cryogenic fluid passage 52 from bottom to top.
  • the low temperature fluid passage 52 has a box shape.
  • the partition wall 57 functions as the “heat transfer part” of the present invention.
  • the partition wall 57 transfers the heat of the exhaust gas flowing in the rear chamber 55 (the high temperature fluid passage 51) to the heat recovery medium flowing in the front chamber 56 (the low temperature fluid passage 52). Therefore, the heat exchanger 2 is a countercurrent heat exchanger in which the exhaust gas and the heat recovery medium exchange heat via the partition wall 57.
  • the electric heater 70 is a flat cast heater formed by casting a sheathed heater into a metal material (for example, aluminum material). Therefore, the electric heater 70 has a flat portion.
  • the sheathed heater is formed, for example, by inserting a resistance heating element (heating wire) into a metal pipe and filling the metal pipe with an insulator.
  • the electric heater 70 is provided on the front surface (outer surface) of the front chamber 56. In other words, the electric heater 70 is provided on the front surface 52 s (outer surface) of the low-temperature fluid passage 52.
  • the portion of the front surface 52s of the low temperature fluid passage 52 where the electric heater 70 is provided is planar.
  • the electric heater 70 is provided in the low temperature fluid passage 52 so as to avoid a portion of the low temperature fluid passage 52 adjacent to the outlet 51b side of the high temperature fluid passage 51.
  • the electric heater 70 is provided in the low temperature fluid passage 52 so as to avoid a portion of the low temperature fluid passage 52 on the inlet 52a side.
  • a portion from the upper part to the central part in the vertical direction of the front surface 52 s of the low-temperature fluid passage 52 is a contact part of the electric heater 70.
  • the lower portion of the front surface 52s of the low temperature fluid passage 52 is an exposed portion that is not in contact with the heater.
  • a sheet-like member 71 is interposed between the front surface 52 s of the low-temperature fluid passage 52 and the electric heater 70. That is, the heat exchanger 2 is configured to further include a sheet-like member 71. Therefore, the sheet-like member 71 is disposed on the front surface 52 s of the low-temperature fluid passage 52, and the electric heater 70 is provided on the front surface of the sheet-like member 71. Therefore, in the sheet-like member 71, the front surface 52s of the low-temperature fluid passage 52 is in contact with one surface thereof, and the electric heater 70 is in contact with the other surface (the surface opposite to the one surface).
  • the sheet-like member 71 has thermal conductivity and flexibility.
  • the sheet-like member 71 has a lower hardness than the main body 54 and the electric heater 70 of the heat exchanger 2. Further, the sheet-like member 71 can have elasticity.
  • the sheet-like member 71 is preferably a carbon sheet.
  • the carbon sheet is formed by laminating carbon crystals, for example.
  • the sheet-like member 71 may be a silicone rubber sheet.
  • the electric heater 70 is deprived of heat on the side that contacts the sheet-like member 71 (that is, the rear side). Therefore, in the electric heater 70, the front surface temperature is relatively higher than the rear surface temperature. Although depending on the specification of the electric heater 70, the temperature of the front surface of the electric heater 70 is, for example, about 10 to 20 ° C. higher than the temperature of the rear surface. Therefore, by covering the front surface of the electric heater 70 with a heat insulating material, heat radiation from the front surface can be suppressed, and as a result, heat from the electric heater 70 is recovered through the sheet-like member 71 and the low-temperature fluid passage 52. Can communicate efficiently to the medium.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a method for fixing the electric heater 70 and the sheet-like member 71 to the low-temperature fluid passage 52.
  • FIG. 5A is a diagram showing a state immediately before the electric heater 70 and the sheet-like member 71 are fixed to the low temperature fluid passage 52.
  • FIG. 5B is a view showing a state after the electric heater 70 and the sheet-like member 71 are fixed to the low temperature fluid passage 52.
  • FIGS. 5A and 5B show a method of fixing the upper portion of the electric heater 70 and the upper portion of the sheet-like member 71 to the upper portion of the low-temperature fluid passage 52.
  • the attachment device 90 attaches the electric heater 70 and the sheet-like member 71 to the front surface 52 s of the low temperature fluid passage 52.
  • the attachment device 90 includes attachment members 91 and 92 and a plurality of attachment bolts 93.
  • the attachment member 91 is formed by bending a metal plate.
  • the attachment member 91 includes a base portion 91a, an overhang portion 91b, and a flange portion 91c.
  • the base 91a is welded and fixed to the front surface 52s of the low-temperature fluid passage 52 and extends in the left-right direction.
  • the projecting portion 91b projects forward from the lower end portion of the base portion 91a.
  • the flange portion 91c projects downward from the front end portion of the projecting portion 91b.
  • the length of the protruding portion 91b in the front-rear direction is larger than the thickness of the sheet-like member 71 (length in the front-rear direction).
  • a plurality of female screw portions 91d into which the male screw portion 93a of the mounting bolt 93 is screwed are formed in the flange portion 91c.
  • the attachment member 92 is formed by bending a metal plate.
  • the attachment member 92 includes a base portion 92a, an overhang portion 92b, and a flange portion 92c.
  • the rear surface of the base portion 92a is in surface contact with the front surface of the flange portion 91c of the mounting member 91 and extends in the left-right direction.
  • the projecting portion 92b projects forward from the lower end portion of the base portion 92a.
  • the flange portion 92c projects downward from the front end portion of the projecting portion 92b.
  • the base portion 92a is formed with a plurality of through holes 92d through which the male threaded portion 93a of the mounting bolt 93 can be inserted.
  • the sheet-like member 71 When attaching the upper part of the electric heater 70 and the upper part of the sheet-like member 71 to the upper part of the front surface 52s of the low-temperature fluid passage 52, first, the sheet-like member is placed between the front surface 52s of the low-temperature fluid passage 52 and the flange portion 91c of the attachment member 91. The sheet-like member 71 is disposed on the front surface 52 s of the low-temperature fluid passage 52 so that the upper edge of 71 is located. Next, in a state where the rear surface of the electric heater 70 is in contact with the front surface of the sheet-like member 71, the attachment member 92 is detachably fixed to the attachment member 91 with the attachment bolt 93.
  • the rear surface of the flange portion 92 c of the attachment member 92 contacts the front surface of the upper edge portion of the electric heater 70. Further, the front end portion of the male screw portion 93a of the mounting bolt 93 contacts the upper edge portion of the sheet-like member 71 and presses the upper edge portion of the sheet-like member 71 rearward. In this manner, the upper part of the electric heater 70 and the upper part of the sheet-like member 71 are fixed to the upper part of the low-temperature fluid passage 52.
  • the fixing method similar to the fixing method of the upper part of the electric heater 70 and the upper part of the sheet-like member 71 to the upper part of the low-temperature fluid passage 52 is used as the lower part of the electric heater 70 and the lower part of the sheet-like member 71. Is used for fixing the low-temperature fluid passage 52 to the center in the vertical direction. Therefore, the electric heater 70 is fixed to the cryogenic fluid passage 52 via the mounting device 90 at the upper part and the lower part thereof. In the present embodiment, the electric heater 70 is fixed to the low temperature fluid passage 52 via the mounting device 90 at the upper and lower portions.
  • the method of fixing the electric heater 70 to the low temperature fluid passage 52 is not limited to this.
  • the electric heater 70 may be fixed to the low temperature fluid passage 52 via the attachment device 90 on the left side and the right side thereof.
  • the temperature of the front surface 52s (outer surface) of the low temperature fluid passage 52 is measured while the electric heater 70 is energized.
  • the electric heater 70 is energized.
  • the temperature of the front surface 52 s of the low-temperature fluid passage 52 is higher than when the electric heater 70 is not in contact with the sheet-like member 71. . Therefore, in the inspection, it is possible to detect the dropping of the electric heater 70 based on the measured temperature of the front surface 52s of the low temperature fluid passage 52.
  • the electric heater 70 and the sheet-like member 71 are fixed to the low-temperature fluid passage 52 by using the attachment device 90 including the detachable attachment member 92, so that the sheet-like shape is obtained during the above-described assembly process. Even if it is detected during the above-described inspection that the forgetting to attach the member 71 is detected, the attachment member 92 is easily detached from the attachment member 91, and the electric heater 70 and the sheet-like member 71 are connected to the front surface 52 s of the low temperature fluid passage 52. The attachment member 92 can be easily attached to the attachment member 91. Therefore, the work after the above-described inspection can be performed efficiently.
  • the heat exchanger 2 is configured to recover the heat of the exhaust gas (first fluid) with the heat recovery medium (second fluid) at a lower temperature.
  • the heat exchanger 2 includes an electric heater 70 used for heating the heat recovery medium. Accordingly, the heat recovery medium is heated by the electric heater 70 in the heat exchanger 2. Therefore, a relatively low-temperature heat recovery medium can flow into the heat exchanger 2 and, by extension, the heat exchanger 2 can efficiently recover the heat of the exhaust gas.
  • the temperature of the heat recovery medium at the installation location of the electric heater 70 can be equal to or lower than the predetermined temperature Ts described above. Therefore, overheating (for example, boiling) of the heat recovery medium at the installation location of the electric heater 70 can be suppressed.
  • the heat exchanger 2 includes an exhaust gas (first fluid) inlet 51a and an outlet 51b, a high-temperature fluid passage 51 through which the exhaust gas flows, and a heat recovery medium (second fluid).
  • Heat transfer section The electric heater 70 is provided in the low temperature fluid passage 52. Thereby, the heat recovery medium flowing in the low temperature fluid passage 52 can recover the heat of the exhaust gas flowing in the high temperature fluid passage 51 through the partition wall 57 and receive heat from the electric heater 70.
  • the temperature of the heat recovery medium can be quickly raised in the low temperature fluid passage 52. Therefore, the flow rate of the heat recovery medium flowing through the circulation passages 61a and 61b is controlled by controlling the operation of the circulation pump 62 so that the temperature T of the heat recovery medium detected by the temperature sensor 53 becomes the predetermined temperature Ts. Can be controlled, the flow rate of the heat recovery medium can be increased as compared with the case where the electric heater 70 is provided in the circulation passages 61a and 61b. Therefore, local overheating (for example, boiling) of the heat recovery medium in the vicinity of the electric heater 70 can be suppressed.
  • the electric heater 70 is provided in the low temperature fluid passage 52 so as to avoid a portion of the low temperature fluid passage 52 adjacent to the outlet 51b side of the high temperature fluid passage 51. Thereby, it is possible to suppress the vicinity of the outlet 51 b of the high-temperature fluid passage 51 from receiving heat from the electric heater 70. Therefore, moisture in the exhaust gas can be condensed well in the vicinity of the outlet 51b of the high-temperature fluid passage 51.
  • the electric heater 70 is provided in the low temperature fluid passage 52 so as to avoid the portion of the low temperature fluid passage 52 on the inlet 52a side. Accordingly, it is possible to suppress the portion on the outlet 51b side of the high temperature fluid passage 51 adjacent to the portion on the inlet 52a side of the low temperature fluid passage 52 from receiving heat from the electric heater 70. Therefore, the moisture in the exhaust gas can be favorably condensed at the outlet 51b side of the high-temperature fluid passage 51.
  • the electric heater 70 is provided on the front surface 52 s (outer surface) of the low-temperature fluid passage 52. Thereby, the electric heater 70 can be easily attached to the low temperature fluid passage 52.
  • the heat exchanger 2 further includes the sheet-like member 71 having thermal conductivity and flexibility that is interposed between the front surface 52s (outer surface) of the low-temperature fluid passage 52 and the electric heater 70. Consists of including. Thereby, the contact state between the front surface 52s of the low-temperature fluid passage 52 and the electric heater 70 is improved, and the heat conductivity is improved. Therefore, the efficiency of recovering the heat generated by the electric heater 70 with the heat recovery medium (in other words, the heat recovery efficiency of the heater generated heat) can be improved.
  • the inlet 51 a and the outlet 51 b of the hot fluid passage 51 are formed at the upper part and the lower part of the hot fluid passage 51, respectively, and the exhaust gas (first fluid) is sent to the hot fluid passage 51. Flows from top to bottom inside.
  • an inlet 52a and an outlet 52b of the low temperature fluid passage 52 are formed at a lower portion and an upper portion of the low temperature fluid passage 52, respectively, and the heat recovery medium (second fluid) passes through the inside of the low temperature fluid passage 52 from below. It flows up.
  • the heat exchanger 2 can be made into a countercurrent type, and the water
  • the exhaust gas (first fluid) is a gas containing water vapor.
  • a water discharge port (exit 51b) for discharging water condensed with water vapor is formed in a portion of the high temperature fluid passage 51 on the outlet 51b side.
  • path 51 can be discharged
  • the condensed water generated at the portion on the outlet 51b side of the high temperature fluid passage 51 is discharged from the outlet 51b of the high temperature fluid passage 51 through the exhaust gas passage 42 to the condensed water recovery passage 43.
  • a condensate water outlet is separately provided at the outlet 51b side of the high-temperature fluid passage 51, and the condensed water is discharged directly from the water outlet to the condensate recovery passage 43. Good.
  • the heat recovery medium (second fluid) is water.
  • the heat of exhaust gas can be collect
  • the exhaust gas (first fluid) flowing through the high-temperature fluid passage 51 of the heat exchanger 2 is supplied from the fuel cell device 1 (power generation unit) constituting the fuel cell system 11 that is a cogeneration system. It is exhaust gas. Thereby, the exhaust heat (waste heat) in the cogeneration system can be successfully recovered by the heat exchanger 2.
  • the fuel cell system 11 includes the heat exchanger 2, the reformer 12 that reforms the fuel by a steam reforming reaction to generate a reformed gas containing hydrogen, and the oxidant gas.
  • Cell stack 13 fuel cell
  • an off-gas combustion unit 15 that burns off-gas discharged from the fuel cell stack 13 And comprising.
  • the exhaust gas (first fluid) flowing through the high-temperature fluid passage 51 of the heat exchanger 2 is exhaust gas generated in the off-gas combustion unit 15. Thereby, the heat of the exhaust gas from the off-gas combustion unit 15 can be recovered well by the heat exchanger 2.
  • the heat exchanger 2 is configured to include a box-shaped member.
  • the high temperature fluid passage 51 and the low temperature fluid passage 52 are formed in this box-shaped member.
  • the box-shaped member includes a hollow main body portion 54 and a partition wall 57 that partitions the inside of the main body portion 54 into two chambers 55 and 56.
  • the front chamber (one chamber) 56 includes a heat recovery medium inlet 52 a and an outlet 52 b to form a cryogenic fluid passage 52.
  • the rear chamber (the other chamber) 55 includes an exhaust gas inlet 51 a and an outlet 51 b to form a high-temperature fluid passage 51.
  • the partition wall 57 forms a heat transfer section that transfers the heat of the exhaust gas flowing in the high temperature fluid passage 51 to the heat recovery medium flowing in the low temperature fluid passage 52.
  • the electric heater 70 is provided on the front surface 52 s of the low temperature fluid passage 52 (the outer surface of the front chamber 56), and the sheet-like member 71 is interposed between the front surface 52 s of the low temperature fluid passage 52 and the electric heater 70. Thereby, the contact state between the front surface 52s of the low-temperature fluid passage 52 and the electric heater 70 is improved, and the heat conductivity is improved. Therefore, the efficiency of recovering the heat generated by the electric heater 70 with the heat recovery medium (in other words, the heat recovery efficiency of the heater generated heat) can be improved.
  • the electric heater 70 is a flat cast heater formed by casting a sheathed heater inside a metal material.
  • the electric heater 70 can increase the contact area with the sheet-like member 71 compared with the case where it is comprised only with a sheathed heater. Therefore, the heat transfer from the electric heater 70 to the front surface 52s of the low-temperature fluid passage 52 can be improved.
  • the electric heater 70 (casting heater) has a flat portion, and the portion of the front surface 52s (the outer surface of the front chamber 56) of the low-temperature fluid passage 52 where the electric heater 70 is provided is flat. is there.
  • heat generated by the electric heater 70 can be favorably transferred from the flat portion of the electric heater 70 to the front surface 52 s of the low-temperature fluid passage 52 via the sheet-like member 71.
  • the sheet-like member 71 is a carbon sheet, so that a ready-made carbon sheet is used, and the electric heater 70 and the front surface 52s of the low-temperature fluid passage 52 (the outer surface of the front chamber 56) are formed in a simple configuration. The contact state with can be improved.
  • FIG. 6A is a perspective view of a heat exchanger 2 ′ according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6B is a top view of the heat exchanger 2 ′. Differences from the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4, 5A and 5B will be described.
  • the fuel cell system 11 includes a heat exchanger 2 ′ instead of the heat exchanger 2.
  • the heat exchanger 2 ′ includes a cylindrical main body 54 ′ and a tube 58.
  • the main body portion 54 ′ extends in the axial direction, and the upper surface and the lower surface are closed.
  • the pipe 58 penetrates the main body portion 54 'up and down.
  • the main body 54 'and the tube 58 are made of metal.
  • the tube 58 functions as a partition wall that partitions the inside of the main body 54 ′ into two chambers 59 and 60 inside and outside.
  • the inner chamber 59 has a space in the tube 58.
  • the outer chamber 60 has a space between the main body portion 54 ′ and the tube 58.
  • the inner chamber 59 is provided with an exhaust gas inlet 51 a ′ from the exhaust gas passage 41 at the upper part and an exhaust gas outlet 51 b ′ at the lower part.
  • the inner chamber 59 forms a high-temperature fluid passage 51 'through which exhaust gas flows. Therefore, the inlet 51a 'and the outlet 51b' of the hot fluid passage 51 'are formed at the upper part and the lower part of the hot fluid passage 51', respectively. Therefore, the exhaust gas flows from the top to the bottom inside the hot fluid passage 51 '.
  • the outer chamber 60 includes a heat recovery medium inlet 52a 'from the circulation passage 61a in the lower part and a heat recovery medium outlet 52b' in the upper part.
  • the outer chamber 60 forms a cryogenic fluid passage 52 'through which the heat recovery medium flows. Therefore, the inlet 52a 'and the outlet 52b' of the cryogenic fluid passage 52 'are formed at the lower portion and the upper portion of the cryogenic fluid passage 52', respectively. Therefore, the heat recovery medium flows from the bottom to the top in the cryogenic fluid passage 52 '.
  • the tube 58 functions as the “heat transfer section” of the present invention.
  • the pipe 58 transfers the heat of the exhaust gas flowing in the inner chamber 59 (hot fluid passage 51 ′) to the heat recovery medium flowing in the outer chamber 60 (cold fluid passage 52 ′). Therefore, the heat exchanger 2 ′ is a countercurrent heat exchanger in which the exhaust gas and the heat recovery medium exchange heat via the pipe 58.
  • the heat exchanger 2 ′ includes an electric heater 70 ′.
  • the electric heater 70 ′ is a sheet-like electric heater having flexibility.
  • the electric heater 70 ′ is provided on the outer peripheral surface of the outer chamber 60.
  • the electric heater 70 ' is provided on the outer peripheral surface 52s' of the low temperature fluid passage 52'.
  • the electric heater 70 ′ is provided so as to cover a portion from the upper part to the center in the vertical direction on the outer peripheral surface 52 s ′ of the low-temperature fluid passage 52 ′.
  • the electric heater 70 ′ is provided in the low temperature fluid passage 52 ′ so as to avoid a portion of the low temperature fluid passage 52 ′ adjacent to the outlet 51 b ′ side of the high temperature fluid passage 51 ′.
  • the electric heater 70 ′ is provided in the low temperature fluid passage 52 ′ so as to avoid the portion of the low temperature fluid passage 52 ′ on the inlet 52a ′ side.
  • the portion from the upper part to the center in the vertical direction of the outer peripheral surface 52s ′ of the low-temperature fluid passage 52 ′ serves as a contact portion of the electric heater 70 ′.
  • the lower part of the outer peripheral surface 52s ′ of the low-temperature fluid passage 52 ′ is an exposed portion that is not in contact with the heater.
  • a sheet-like member 71 is interposed between the outer peripheral surface 52s' of the low temperature fluid passage 52 'and the electric heater 70'. That is, the heat exchanger 2 ′ is configured to further include a sheet-like member 71. In the sheet-like member 71, the outer peripheral surface 52s' of the low-temperature fluid passage 52 'is in contact with one surface, and the electric heater 70' is in contact with the other surface (the surface opposite to the one surface). Since the configuration of the sheet-like member 71 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the heat radiation from the outer surface can be suppressed by covering the outer surface with a heat insulating material. As a result, the heat from the electric heater 70' is transferred to the sheet-like member 71 and the low-temperature fluid passage 52 '. Through the heat recovery medium.
  • the projecting portions 73 projecting outward are provided in advance at both ends of the electric heater 70 '. Moreover, it tightens by the clamping means 74 so that the overhang
  • the sheet heater is used as the electric heater 70 ', but the configuration of the electric heater 70' is not limited to this.
  • a wire-shaped electric heater may be wound around the outer surface of the sheet-like member 71 to form the above-described electric heater 70 ′.
  • FIG. 7A is a perspective view of a heat exchanger 2 ′′ according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a top view of the heat exchanger 2 ′′. Differences from the second embodiment shown in FIGS. 6A and 6B will be described.
  • a heat exchanger 2 ′′ is provided instead of the heat exchanger 2 ′.
  • the heat exchanger 2 ′′ includes a plurality (eight in the figure) of electric heaters 70 ′′ and a sheet-like member 71.
  • the electric heater 70 ′′ is, for example, a rod-shaped sheathed heater.
  • a plurality of (eight in the figure) grooves extending in the vertical direction 76 are formed at intervals in the circumferential direction.
  • the sheet-like member 71 is interposed between the outer peripheral surface 52s 'of the low-temperature fluid passage 52' and the electric heater 70". .
  • the outer peripheral surface 52s ′ of the low-temperature fluid passage 52 ′ is in contact with one surface, and the electric heater 70 ′′ is in the groove portion 76 on the other surface (the surface opposite to the one surface). Contact.
  • the electric heater 70 is provided on the outer peripheral surface of the outer chamber 60.
  • the electric heater 70 is provided on the outer peripheral surface 52s 'of the low-temperature fluid passage 52'.
  • the electric heater 70 ′′ is provided in the low temperature fluid passage 52 ′ so as to avoid a portion of the low temperature fluid passage 52 ′ adjacent to the outlet 51b ′ side of the high temperature fluid passage 51 ′.
  • the cryogenic fluid passage 52 ' is provided in the cryogenic fluid passage 52' so as to avoid a portion on the inlet 52a 'side of the cryogenic fluid passage 52'.
  • the portion from the upper part to the center in the vertical direction of the outer peripheral surface 52s ′ of the low-temperature fluid passage 52 ′ serves as a contact portion of the electric heater 70 ′′.
  • a lower portion of the outer peripheral surface 52s ′ is an exposed portion that is not in contact with the heater.
  • the electric heater 70 ′′ and the sheet-like member 71 can be detachably fixed to the low-temperature fluid passage 52 ′ by a binding means such as a band (not shown).
  • the tube 58 is shown in a linear shape.
  • the shape of the tube 58 is not limited to this.
  • the tube 58 may be, for example, a coil shape or a serpentine shape.
  • the control unit 5 generates surplus power because the generated power of the cell stack 13 exceeds the demand power of the power load 81 when the system power source 82 is out of power or not.
  • the surplus power is supplied to the electric heaters 70, 70 ′, and 70 ′′ to consume the surplus power.
  • Energization control is performed.
  • the control unit 5 prevents the heat recovery medium from being frozen in the circulation passages 61a and 61b. Based on the temperature T, the energization control of the electric heaters 70, 70 ′, 70 ′′ and the operation control of the pump 62 may be performed.
  • the heat recovery medium flowing through the low temperature fluid passages 52, 52 ′ The heat of the exhaust gas flowing through the high-temperature fluid passages 51 and 51 ′ can be collected through the partition wall 57 or the pipe 58 and received from the electric heaters 70, 70 ′ and 70 ′′. Therefore, the temperature of the heat recovery medium can be quickly raised in the low temperature fluid passages 52 and 52 '. Therefore, the flow rate of the heat recovery medium flowing through the circulation passages 61a and 61b can be increased. Therefore, freezing of the heat recovery medium in the circulation passages 61a and 61b can be satisfactorily suppressed.
  • the fuel cell constituting the fuel cell system is a solid oxide fuel cell (SOFC).
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • the fuel cell may be, for example, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC).
  • the exhaust gas flowing through the high-temperature fluid passages 51 and 51 ′ of the heat exchanger 2 is the exhaust gas from the fuel cell device 1 (power generation unit).
  • the exhaust gas flowing through the high-temperature fluid passages 51 and 51 ' is not limited to this.
  • the exhaust gas flowing through the high-temperature fluid passages 51 and 51 ′ may be, for example, exhaust gas from a power generation unit that constitutes a cogeneration system including a gas turbine, a diesel engine, or the like.
  • the first fluid flowing through the high-temperature fluid passages 51, 51 ′ of the heat exchangers 2, 2 ′, 2 ′′ is exhaust gas.
  • the first fluid is The heat recovery medium may be at a higher temperature than the heat recovery medium flowing through the low-temperature fluid passages 52, 52 ′ of the heat exchangers 2, 2 ′, 2 ′′.
  • the first fluid may be hot water, for example.

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Abstract

　熱交換器（２）は、高温流体通路（５１）と低温流体通路（５２）と仕切壁（５７）とを備える。高温流体通路（５１）は、オフガス燃焼部（１５）からの排ガスの入口（５１ａ）及び出口（５１ｂ）を備えており、その内部を排ガスが流れる。低温流体通路（５２）は、熱回収媒体の入口（５２ａ）及び出口（５２ｂ）を備えており、その内部を熱回収媒体が流れる。仕切壁（５７）は、高温流体通路（５１）内を流れる排ガスの熱を、低温流体通路（５２）内を流れる熱回収媒体に伝える。電気ヒータ（７０）は、低温流体通路（５２）のうち高温流体通路（５１）の出口（５１ｂ）側に隣接する部分を避けるように、低温流体通路（５２）に設けられる。

Description

熱交換器、及び、燃料電池システム
　本発明は、熱交換器、及び、それを備える燃料電池システムに関する。
　燃料電池システムは、一般に、コジェネレーションシステムとして、発電ユニットと給湯ユニットとを含んで構成される。
　発電ユニットは、改質器と燃料電池とオフガス燃焼部と熱交換器とを備える。改質器は、燃料を水蒸気改質反応により改質して水素を含有する改質ガスを生成する。燃料電池は、改質器からの改質ガス中の水素と、酸化剤ガス中の酸素との電気化学反応により発電する。オフガス燃焼部は、燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させる。熱交換器は、オフガス燃焼部にて生成された排ガスの熱を、それより低温の水（冷水）によって回収するように構成されている。
　給湯ユニットは貯湯槽を備える。貯湯槽は、発電ユニット側の熱交換器にて加熱された水（温水）を貯留すると共にこの温水を給湯負荷に対して供給可能に構成されている。
　また、燃料電池システムでは、発電電力が需要電力を上回って、余剰電力が発生した場合に、商用電力系統への逆潮流防止のため、余剰電力を消費する必要がある。この点、特許文献１は、燃料電池システムにおいて、熱交換器から貯湯槽へ向かって温水が流れる通路に余剰電力消費用の電気ヒータを設けることを開示している。
　一方、特許文献２は、燃料電池システムにおいて、貯湯槽から熱交換器へ向かって冷水が流れる通路に凍結防止用の電気ヒータを設けることを開示している。
特開２０１２－２３８４２４号公報 特開２０１３－０７２５８８号公報
　ところで、燃料電池システムにおいて、排ガスの熱を回収する水の流量を、熱交換器の出口での水温が所定の温度となるように制御する場合には、特許文献１に開示のように、熱交換器から貯湯槽へ向かって温水が流れる通路に電気ヒータを設けると、熱交換器にて加熱された後の温水が電気ヒータにて更に加熱される。それゆえ、電気ヒータ設置箇所にて水温が前述の所定の温度より高くなり、ひいては、温水が過加熱になる（例えば沸騰する）おそれがある。
　また、特許文献２に開示のように、貯湯槽から熱交換器へ向かって冷水が流れる通路に電気ヒータを設ける場合には、冷水が電気ヒータで加熱されて熱交換器に供給されるので、熱交換器にて排ガスの熱を水が十分に回収できないおそれがある。
　本発明は、このような実状に鑑み、熱交換器にて、排ガス等の第１の流体の熱を、水等の第２の流体によって効率良く回収すること、及び、電気ヒータ設置箇所での第２の流体の過加熱を抑制することを目的とする。
　そのため本発明の一態様では、熱交換器は、第１の流体の熱をそれより低温の第２の流体によって回収するように構成される。また、熱交換器は、第２の流体の加熱に用いられる電気ヒータを備える。
　本発明の別の態様では、燃料電池システムは、前述の熱交換器と、燃料を水蒸気改質反応により改質して水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、酸化剤ガス中の酸素と、改質器からの改質ガス中の水素とを反応させて発電する燃料電池と、燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させるオフガス燃焼部と、を含んで構成される。第１の流体は、オフガス燃焼部にて生成された排ガスである。
　本発明によれば、熱交換器は電気ヒータを備え、この電気ヒータは第２の流体の加熱に用いられる。これにより、電気ヒータによる第２の流体の加熱が、熱交換器にて行われる。それゆえ、比較的低温の第２の流体が熱交換器に流入することができ、ひいては、熱交換器にて第１の流体の熱を効率良く回収することができる。また、燃料電池システムにおいて、第１の流体の熱を回収する第２の流体の流量を、熱交換器の出口での第２の流体の温度が所定の温度となるように制御する場合には、電気ヒータ設置箇所での第２の流体の温度が、前述の所定の温度以下となり得る。それゆえ、電気ヒータ設置箇所での第２の流体の過加熱を抑制することができる。
本発明の第１実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す図である。 前記第１実施形態における燃料電池装置の概略構成を示す図である。 前記第１実施形態における熱交換器の斜視図である。 前記第１実施形態における熱交換器の断面図である。 前記第１実施形態における電気ヒータ及びシート状部材の低温流体通路への固定方法を示す図である。 前記第１実施形態における電気ヒータ及びシート状部材の低温流体通路への固定方法を示す図である。 本発明の第２実施形態における熱交換器の斜視図である。 前記第２実施形態における熱交換器の上面図である。 本発明の第３実施形態における熱交換器の斜視図である。 前記第３実施形態における熱交換器の上面図である。
　以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す。尚、図１に示す破線は電力供給ラインを示す。図２は、本実施形態における燃料電池装置の概略構成を示す。
　尚、本実施形態では、コジェネレーションシステムとして燃料電池システムを用いて説明する。しかしながら、コジェネレーションシステムはこれに限らない。ここで、コジェネレーションシステムとは、ガスタービン、ディーゼルエンジン、又は燃料電池等による発電を行う際に発生する排熱（廃熱）を回収して動力源や熱源として再利用するシステムを意味する。
　本実施形態における燃料電池システム１１は、燃料電池装置１と熱交換器２と貯湯槽３とパワーコンディショナー（以下、「ＰＣＳ」という）４と制御部５とを含んで構成される。燃料電池装置１は、燃料電池システム１１の主要部をなす。熱交換器２は、燃料電池装置１より排出される排ガスの熱をそれより低温の水（冷水）によって回収するように構成されている。貯湯槽３は、熱交換器２にて冷水を加熱することにより得られた温水を貯留する。ＰＣＳ４は、燃料電池装置１（特に後述するセルスタック１３）の発電電力を取り出す。尚、燃料電池装置１、熱交換器２、ＰＣＳ４、及び制御部５は、図１に一点鎖線で囲んで示すように発電ユニットとして１つの筐体内に収納される。貯湯槽３は図示しない貯湯ユニットとして別の筐体内に収納される。
　ここで、燃料電池装置１が、本発明の「コジェネレーションシステムを構成する発電部」に対応する。また、燃料電池装置１から排出される排ガスが、本発明の「第１の流体」に対応する。また、熱交換器２にて排ガスの熱を回収する水（前述の冷水及び温水）が、本発明の「第２の流体」に対応する。尚、この「第２の流体」は水に限らない。「第２の流体」は、例えば、不凍液であってもよい。
　尚、本実施形態では、熱交換器２にて排ガスの熱を回収する水（第２の流体）を、以下、「熱回収媒体」を称して説明する。
　燃料電池装置１は、筐体１０内に、改質器１２と、セルスタック１３（複数の燃料電池セル１４の組立体）と、オフガス燃焼部１５とを配置して構成される。ここで、セルスタック１３及び燃料電池セル１４は、本発明の燃料電池に対応するものである。ここでは、燃料電池の一例として固体酸化物形燃料電池を用いて説明する。
　燃料電池システム１１には、筐体１０の外部から筐体１０の壁面を貫通して改質器１２へ、原燃料の供給通路２１が設けられている。原燃料の供給通路２１には、適宜の供給量制御手段としてのポンプ２２が筐体１０外に設けられている。この供給通路２１を原燃料が流通する。ここで、原燃料は例えば炭化水素系燃料である。炭化水素系燃料は、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素など、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物である。
　原燃料の供給通路２１におけるポンプ２２と改質器１２との間には、図示しない改質用空気の供給通路が接続されている。この改質用空気の供給通路には、適宜の供給量制御手段としてのブロワ（図示せず）が筐体１０外に設けられている。
　燃料電池システム１１には、筐体１０の外部から筐体１０の壁面を貫通して改質器１２へ、改質用水の供給通路２７が接続されている。改質用水の供給通路２７は、筐体１０外の水タンク２８から筐体１０の壁面を貫通して筐体１０内の改質器１２へ延びている。改質用水の供給通路２７には、適宜の供給量制御手段としてのポンプ２９が筐体１０外に設けられている。
　燃料電池システム１１には、筐体１０の外部から筐体１０の壁面を貫通してセルスタック１３のカソード側に向かって延びるように、酸化剤ガス（空気等）の供給通路３１が設けられている。酸化剤ガスの供給通路３１には、適宜の供給量制御手段としてのブロワ３２が筐体１０外に設けられている。
　改質器１２には、原燃料の供給通路２１の下流側端部と改質用水の供給通路２７の下流側端部とが接続されている。改質器１２は、改質用水の供給通路２７からの水を蒸発させて生成した水蒸気の存在下で、原燃料を水蒸気改質反応により改質し、水素リッチな燃料ガス（改質ガス）を生成する。換言すれば、改質器１２は、原燃料を水蒸気改質反応により改質して、水素を含有する改質ガスを生成する。尚、改質器１２では、水蒸気改質反応により改質するに替えて、改質用空気を用いて部分酸化反応により改質してもよい。又は、改質器１２では、改質用水と改質用空気とを併用して自己熱改質反応により改質してもよい。更に、改質器１２では、これらの改質反応の組み合わせなど、水素発生手法として公知な手法によって改質ガスを生成してもよい。
　尚、本実施形態では、図示しない改質用空気の供給通路の端部が、原燃料の供給通路２１の途中に接続されている。しかしながら、これに代えて、改質用空気の供給通路の端部が、改質器１２に接続されてもよい。
　また、図２では、原燃料の供給通路２１及び改質用水の供給通路２７を個別に図示しているが、これらを予め合流させてから改質器１２に接続させてもよい。このようにすることで、筐体１０を貫通する配管数を減らすことができる。また、改質器１２に充填する改質触媒の種類に応じて、改質器１２に接続させる配管の種類を変更してもよい。具体的には、酸化反応による改質を行わない場合は、図示しない改質用空気の供給通路と、改質用空気の供給量制御手段であるブロワ（図示せず）とを省略することができる。
　セルスタック１３は、複数の固体酸化物形燃料電池セル１４を電気的に直列及び／又は並列に接続してなる組立体である。各セル１４は、固体酸化物電解質の両面にアノード（燃料極）とカソード（酸化剤極）を積層してなる。アノードには改質器１２出口からの改質ガスの供給通路３３によって改質ガスが供給される。カソードには、酸化剤ガスの供給通路３１により空気などの酸化剤ガスが供給される。
　電解質は、高温下で酸化物イオンを伝導する。アノードは、酸化物イオンと改質ガス中の水素とを反応させて、電子及び水を発生させる。カソードは、酸化剤ガス中の酸素と電子とを反応させて、酸化物イオンを発生させる。
　従って、燃料電池セル１４の各々において、カソードにて、下記（１）式の電極反応が生起され、アノードにて、下記（２）式の電極反応が生起されて、発電がなされる。
　カソード：　１／２Ｏ２＋２ｅ－→Ｏ２－（電解質）　・・・（１）
　アノード：　Ｏ２－（電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ－ ・・・（２）
　オフガス燃焼部１５は、筐体１０内に設けられている。オフガス燃焼部１５は、セルスタック１３での余剰の改質ガス（換言すれば、セルスタック１３から排出されるオフガス）を余剰の酸化剤ガスの存在下で燃焼させ、その燃焼熱により改質器１２及びセルスタック１３を高温状態に維持する。従って、筐体１０内は、セルスタック１３での発電及び余剰改質ガスの燃焼に起因して高温になる。
　燃料電池システム１１には、筐体１０内のオフガス燃焼部１５から筐体１０の壁面を貫通して筐体１０外の熱交換器２へ、排ガス通路４１が設けられている。
　尚、排ガス通路４１の途中には排ガス処理部（図示せず）が設けられている。排ガス処理部は、オフガス燃焼部１５からの排ガスを浄化する。排ガス処理部では、排ガス中に含まれる一酸化炭素や水素などの成分が浄化処理される。排ガス処理部で処理された後でも排ガスは水蒸気を含有する。
　熱交換器２は、前述の排ガス処理部で処理された後の排ガスの熱を、それより低温の熱回収媒体によって回収するように構成されている。すなわち、熱交換器２では、高温の排ガスにより、それより低温の熱回収媒体が加熱される。尚、熱交換器２は、熱回収媒体の加熱に用いられる電気ヒータ７０を含んで構成される。この詳細については後述する。
　貯湯槽３は、熱交換器２にて加熱された熱回収媒体を貯留する。また、貯湯槽３は、貯留された熱回収媒体を給湯負荷に対して供給可能に構成され得る。
　熱交換器２は、一次側通路である高温流体通路５１と、二次側通路である低温流体通路５２との間で熱交換をする。
　高温流体通路５１の上部に形成された入口５１ａは、前述の排ガス通路４１の下流側端部に接続されている。高温流体通路５１の下部に形成された出口５１ｂは、後述する排ガス通路４２の上流側端部に接続されている。
　低温流体通路５２には、貯湯槽３の底部から引き出されて貯湯槽３の上部へ戻る循環通路６１ａ、６１ｂが接続されている。詳しくは、循環通路６１ａは、貯湯槽３の底部から、低温流体通路５２の下部に形成された入口５２ａまで延びている。また、循環通路６１ｂは、低温流体通路５２の上部に形成された出口５２ｂから貯湯槽３の上部まで延びている。循環通路６１ｂの途中には、適宜の供給量制御手段としての循環用のポンプ６２が設けられている。
　循環通路６１ｂのうち、低温流体通路５２の出口５２ｂと循環用のポンプ６２との間の部分には、熱交換器２の出口での熱回収媒体の温度Ｔを検出するための温度センサ５３が設けられている。この温度センサ５３からの温度検出信号（温度Ｔに対応する信号）は、図示しない信号線を介して、制御部５に伝達される。
　従って、循環用のポンプ６２を駆動すると、貯湯槽３の底部付近に存在する比較的低温の熱回収媒体が循環通路６１ａにより熱交換器２に供給され、熱交換器２にて燃料電池装置１からの排ガスとの間で熱交換がなされる。これにより、熱回収媒体が加熱される。また、この熱交換と並行して、熱回収媒体が、熱交換器２にて電気ヒータ７０により加熱され得る。このようにして加熱された熱回収媒体が、循環通路６１ｂにより、貯湯槽３の上部へ戻される。このような循環が繰り返されて、貯湯槽３に熱回収媒体が貯留される。
　燃料電池システム１１では、熱交換器２の高温流体通路５１の出口５１ｂと発電ユニットの筐体（図１に示す一点鎖線）の外部とを連通するように、排ガス通路４２が設けられている。排ガス通路４２内は、熱交換器２を通過した排ガスが流通する。
　凝縮水の回収通路４３は、排ガス通路４２の途中（分岐部４４）にて下方に向かって分岐して、水タンク２８まで延びている。
　熱交換器２の高温流体通路５１では、低温流体通路５２との熱交換により排ガス中の水分（水蒸気）が凝縮する。この凝縮水は、熱交換器２の高温流体通路５１の出口５１ｂから排ガス通路４２に排出され、排ガス通路４２の分岐部４４を経て、凝縮水の回収通路４３を通って、水タンク２８に貯留される。ここで、熱交換器２の高温流体通路５１の出口５１ｂは、本発明の「水排出口」として機能する。出口５１ｂは、高温流体通路５１の出口側の部分に形成されて、排ガス中の水蒸気が凝縮した水を排出する。
　水タンク２８に貯留された水は、前述のポンプ２９により吸引され、改質用水の供給通路２７を通って、改質器１２に導入される。
　ＰＣＳ４は、燃料電池装置１のセルスタック１３で発生した直流電力を取り出すものであり、また、インバータを備え、直流電力を交流電力に変換して、電力負荷８１（電気機器）に供給する。尚、セルスタック１３の発電電力が電力負荷８１の需要電力に満たない場合は、不足分として、系統電源８２からの系統電力が電力負荷８１に供給される。
　制御部５は、セルスタック１３の発電電力や熱回収に用いる熱回収媒体を循環させるためのポンプ６２の運転などを制御するもので、マイクロコンピュータを含んで構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インターフェイスなどを備えている。
　制御部５による発電電力の制御は、セルスタック１３に供給される改質ガスの供給量と、セルスタック１３に供給される酸化剤ガスの供給量と、を制御することによって、行う。セルスタック１３に供給される改質ガスの供給量の制御は、ポンプ２２、２９、及び改質用空気の供給用のブロワ（図示せず）を介して改質器１２への原燃料、改質用水、改質用空気の供給量を制御することによって、行う。また、セルスタック１３に供給される酸化剤ガスの供給量の制御は、ブロワ３２を介して行う。
　従って、制御部５は、電力負荷８１の需要電力に応じて、定格最大発電電力の範囲内で、セルスタック１３の発電電力目標値を設定し、これに従って（発電電力目標値を得るように）、燃料、水、及び空気の供給量を制御することにより、セルスタック１３の発電電力を制御する。
　また、制御部５はＰＣＳ４を制御する。具体的には、セルスタック１３の発電電力目標値に基づいて、セルスタック１３から取り出す電流を設定・制御する。
　また、制御部５は、温度センサ５３により検出される熱回収媒体の温度Ｔが所定の温度Ｔｓとなるように、循環用のポンプ６２の運転を制御して、循環通路６１ａ、６１ｂを流れる熱回収媒体の流量を制御する。ここで、所定の温度Ｔｓとは、貯湯槽３に貯留される直前の熱回収媒体の目標温度であり、予め設定されている。
　また、制御部５は、系統電源８２の停電時又は非停電時に、セルスタック１３の発電電力が電力負荷８１の需要電力を上回って、余剰電力が発生した場合に、系統電源８２への逆潮流防止のため、余剰電力を電気ヒータ７０に供給して当該余剰電力を消費するように、電気ヒータ７０の通電制御を行う。
　次に、本実施形態における熱交換器２の詳細について、図３及び図４を用いて説明する。
　図３は熱交換器２の斜視図である。図４は熱交換器２の断面図である。尚、図３及び図４に示すように、便宜上、上下・前後・左右を規定して、以下説明する。
　熱交換器２は、金属製の箱状部材により形成されている。この箱状部材は、直方体状で中空の本体部５４と、この本体部内を２つの室（後側の室５５及び前側の室５６）に仕切る仕切壁５７と、を含んで構成される。すなわち、後側の室５５は、本体部５４の後側部分と仕切壁５７とにより区画形成されている。また、前側の室５６は、本体部５４の前側部分と仕切壁５７とにより区画形成されている。また、後側の室５５及び前側の室５６は箱状である。
　後側の室５５は、上部に排ガス通路４１からの排ガスの入口５１ａを備えて、下部に排ガスの出口５１ｂを備える。後側の室５５は、排ガスが流れる高温流体通路５１をなす。ゆえに、高温流体通路５１の入口５１ａと出口５１ｂとは、それぞれ、高温流体通路５１の上部と下部とに形成されている。それゆえ、排ガスは、高温流体通路５１の内部を上から下へ流れる。また、高温流体通路５１は箱状である。
　前側の室５６は、下部に循環通路６１ａからの熱回収媒体の入口５２ａを備えて、上部に熱回収媒体の出口５２ｂを備える。前側の室５６は、熱回収媒体が流れる低温流体通路５２をなす。ゆえに、低温流体通路５２の入口５２ａと出口５２ｂとは、それぞれ、低温流体通路５２の下部と上部とに形成されている。それゆえ、熱回収媒体は、低温流体通路５２の内部を下から上へ流れる。また、低温流体通路５２は箱状である。
　仕切壁５７は、本発明の「伝熱部」として機能する。仕切壁５７は、後側の室５５（高温流体通路５１）内を流れる排ガスの熱を、前側の室５６（低温流体通路５２）内を流れる熱回収媒体に伝える。
　従って、熱交換器２は、仕切壁５７を介して排ガスと熱回収媒体とが熱交換を行う向流式の熱交換器である。
　電気ヒータ７０は、シーズヒータを金属材（例えばアルミ材）の内部に鋳込んでなる平板状の鋳込みヒータである。それゆえ電気ヒータ７０は平面部を有する。ここで、シーズヒータとは、例えば、抵抗発熱体（電熱線）を金属パイプ内に挿入し、金属パイプ内に絶縁体を充填して形成される。
　電気ヒータ７０は、前側の室５６の前面（外面）に設けられている。換言すれば、電気ヒータ７０は、低温流体通路５２の前面５２ｓ（外面）に設けられている。尚、本実施形態では、低温流体通路５２の前面５２ｓのうち電気ヒータ７０が設けられる部分は平面状である。
　電気ヒータ７０は、低温流体通路５２のうち高温流体通路５１の出口５１ｂ側に隣接する部分を避けるように、低温流体通路５２に設けられている。また、電気ヒータ７０は、低温流体通路５２の入口５２ａ側の部分を避けるように、低温流体通路５２に設けられている。
　尚、本実施形態では、低温流体通路５２の前面５２ｓのうち上部から上下方向中央部に至る部分が、電気ヒータ７０の接触部となっている。また、低温流体通路５２の前面５２ｓの下部が、ヒータ非接触の露出部となっている。
　低温流体通路５２の前面５２ｓと電気ヒータ７０との間にはシート状部材７１が介装されている。すなわち、熱交換器２は、シート状部材７１を更に含んで構成されている。ゆえに、低温流体通路５２の前面５２ｓにはシート状部材７１が配置され、シート状部材７１の前面には電気ヒータ７０が設けられている。従って、シート状部材７１では、その一方の面に低温流体通路５２の前面５２ｓが接触し、他方の面（一方の面と反対側の面）に電気ヒータ７０が接触する。
　シート状部材７１は熱伝導性及び柔軟性を有する。シート状部材７１は、熱交換器２の本体部５４及び電気ヒータ７０よりも、硬度が低い。また、シート状部材７１は弾性を有し得る。シート状部材７１は、カーボンシートであることが好ましい。ここで、カーボンシートは、例えば、カーボン結晶を積層させて形成される。また、シート状部材７１は、シリコーンゴムシートであってもよい。
　電気ヒータ７０については、シート状部材７１に接触する側（すなわち後側）にて熱が奪われる。それゆえ、電気ヒータ７０では、その前面の温度が、後面の温度よりも相対的に高くなる。電気ヒータ７０の仕様にもよるが、電気ヒータ７０の前面の温度は、後面の温度よりも、例えば、１０～２０℃程度高くなる。従って、電気ヒータ７０の前面を断熱材で覆うことにより、当該前面からの放熱を抑制することができ、ひいては、電気ヒータ７０からの熱をシート状部材７１及び低温流体通路５２を介して熱回収媒体に効率良く伝えることができる。
　図５Ａ及び図５Ｂは、電気ヒータ７０及びシート状部材７１の低温流体通路５２への固定方法を示す図である。詳しくは、図５Ａは、電気ヒータ７０及びシート状部材７１を低温流体通路５２に固定する直前の状態を示す図である。また、図５Ｂは、電気ヒータ７０及びシート状部材７１を低温流体通路５２に固定した後の状態を示す図である。ここで、図５Ａ及び図５Ｂは、電気ヒータ７０の上部及びシート状部材７１の上部の、低温流体通路５２の上部への固定方法を示している。
　取付装置９０は、電気ヒータ７０及びシート状部材７１を低温流体通路５２の前面５２ｓに取り付ける。取付装置９０は、取付部材９１、９２と、複数の取付ボルト９３とにより構成される。
　取付部材９１は、金属板を折り曲げて形成される。取付部材９１は、基部９１ａと張り出し部９１ｂとフランジ部９１ｃとにより構成される。基部９１ａは、低温流体通路５２の前面５２ｓに溶接固定されて左右方向に延在する。張り出し部９１ｂは、基部９１ａの下端部から前方に張り出す。フランジ部９１ｃは、張り出し部９１ｂの前端部から下方に張り出す。
　張り出し部９１ｂの前後方向の長さは、シート状部材７１の厚さ（前後方向の長さ）よりも大きい。
　フランジ部９１ｃには、取付ボルト９３の雄ねじ部９３ａが螺合する雌ねじ部９１ｄが複数形成されている。
　取付部材９２は、金属板を折り曲げて形成される。取付部材９２は、基部９２ａと張り出し部９２ｂとフランジ部９２ｃとにより構成される。基部９２ａは、その後面が取付部材９１のフランジ部９１ｃの前面に面接触して左右方向に延在する。張り出し部９２ｂは、基部９２ａの下端部から前方に張り出す。フランジ部９２ｃは、張り出し部９２ｂの前端部から下方に張り出す。
　基部９２ａには、取付ボルト９３の雄ねじ部９３ａを挿通可能な貫通孔９２ｄが複数形成されている。
　電気ヒータ７０の上部及びシート状部材７１の上部を低温流体通路５２の前面５２ｓの上部に取り付けるときには、まず、低温流体通路５２の前面５２ｓと取付部材９１のフランジ部９１ｃとの間にシート状部材７１の上縁部が位置するようにシート状部材７１を低温流体通路５２の前面５２ｓに配置する。次に、シート状部材７１の前面に電気ヒータ７０の後面を接触させた状態で、取付ボルト９３により、取付部材９２を取付部材９１に着脱可能に固定する。このときに、取付部材９２のフランジ部９２ｃの後面は、電気ヒータ７０の上縁部の前面に接触する。また、取付ボルト９３の雄ねじ部９３ａの先端部はシート状部材７１の上縁部に接触してシート状部材７１の上縁部を後方に押圧する。このようにして、電気ヒータ７０の上部及びシート状部材７１の上部の、低温流体通路５２の上部への固定が行われる。
　本実施形態では、前述の電気ヒータ７０の上部及びシート状部材７１の上部の、低温流体通路５２の上部への固定方法と同様の固定方法を、電気ヒータ７０の下部及びシート状部材７１の下部の、低温流体通路５２の上下方向中央部への固定に用いている。それゆえ、電気ヒータ７０が、その上部及び下部にて、取付装置９０を介して、低温流体通路５２に固定される。
　尚、本実施形態では、電気ヒータ７０が、その上部及び下部にて、取付装置９０を介して、低温流体通路５２に固定されている。しかしながら、電気ヒータ７０の低温流体通路５２への固定手法はこれに限らない。例えば、電気ヒータ７０が、その左側部及び右側部にて、取付装置９０を介して、低温流体通路５２に固定されてもよい。
　ところで、低温流体通路５２に電気ヒータ７０及びシート状部材７１を固定する工程を含む組立工程では、電気ヒータ７０を通電させた状態で、低温流体通路５２の前面５２ｓ（外面）の温度を測定することにより、電気ヒータ７０がシート状部材７１を介して低温流体通路５２に伝熱可能に固定されているか否かを検査することができる。この検査において、電気ヒータ７０がシート状部材７１に接触している場合には、電気ヒータ７０がシート状部材７１に接触していない場合に比べて、低温流体通路５２の前面５２ｓの温度が高い。それゆえ、前記検査では、低温流体通路５２の前面５２ｓの測定温度に基づいて、電気ヒータ７０の脱落等を検知することが可能である。
　また、本実施形態のように、着脱可能な取付部材９２を含む取付装置９０を用いて、電気ヒータ７０及びシート状部材７１を低温流体通路５２に固定することにより、前述の組立工程時にシート状部材７１の付け忘れが発生していることを前述の検査時に検知しても、取付部材９２を取付部材９１から容易に離脱し、電気ヒータ７０及びシート状部材７１を低温流体通路５２の前面５２ｓに付け直して、取付部材９２を取付部材９１に容易に装着することができる。それゆえ、前述の検査後の作業を効率良く行うことができる。
　本実施形態によれば、熱交換器２は、排ガス（第１の流体）の熱をそれより低温の熱回収媒体（第２の流体）によって回収するように構成されている。また、熱交換器２は、熱回収媒体の加熱に用いられる電気ヒータ７０を備える。これにより、電気ヒータ７０による熱回収媒体の加熱が、熱交換器２にて行われる。それゆえ、比較的低温の熱回収媒体が熱交換器２に流入することができ、ひいては、熱交換器２にて排ガスの熱を効率良く回収することができる。また、燃料電池システム１１において、排ガスの熱を回収する熱回収媒体の流量を、熱交換器２の出口での熱回収媒体の温度Ｔが所定の温度Ｔｓとなるように制御する場合には、電気ヒータ７０の設置箇所での熱回収媒体の温度が、前述の所定の温度Ｔｓ以下となり得る。それゆえ、電気ヒータ７０の設置箇所での熱回収媒体の過加熱（例えば沸騰）を抑制することができる。
　また本実施形態によれば、熱交換器２は、排ガス（第１の流体）の入口５１ａ及び出口５１ｂを備えて内部を排ガスが流れる高温流体通路５１と、熱回収媒体（第２の流体）の入口５２ａ及び出口５２ｂを備えて内部を熱回収媒体が流れる低温流体通路５２と、高温流体通路５１内を流れる排ガスの熱を、低温流体通路５２内を流れる熱回収媒体に伝える仕切壁５７（伝熱部）と、を含んで構成される。電気ヒータ７０は低温流体通路５２に設けられる。これにより、低温流体通路５２を流れる熱回収媒体は、高温流体通路５１を流れる排ガスの熱を仕切壁５７を介して回収すると共に、電気ヒータ７０から受熱することができる。ゆえに、低温流体通路５２にて熱回収媒体を迅速に昇温することができる。それゆえ、温度センサ５３により検出される熱回収媒体の温度Ｔが所定の温度Ｔｓとなるように、循環用のポンプ６２の運転を制御して、循環通路６１ａ、６１ｂを流れる熱回収媒体の流量を制御するときには、電気ヒータ７０が循環通路６１ａ、６１ｂに設けられる場合に比べて熱回収媒体の流量を増加させることができる。従って、電気ヒータ７０の近傍等での局所的な熱回収媒体の過加熱（例えば沸騰）を抑制することができる。
　また本実施形態によれば、電気ヒータ７０は、低温流体通路５２のうち高温流体通路５１の出口５１ｂ側に隣接する部分を避けるように、低温流体通路５２に設けられる。これにより、高温流体通路５１の出口５１ｂ付近が電気ヒータ７０からの熱を受けることを抑制できる。それゆえ、高温流体通路５１の出口５１ｂ付近にて、排ガス中の水分の良好に凝縮させることができる。
　また本実施形態によれば、電気ヒータ７０は、低温流体通路５２の入口５２ａ側の部分を避けるように、低温流体通路５２に設けられる。これにより、低温流体通路５２の入口５２ａ側の部分に隣接する高温流体通路５１の出口５１ｂ側の部分が、電気ヒータ７０からの熱を受けることを抑制できる。それゆえ、高温流体通路５１の出口５１ｂ側の部分にて、排ガス中の水分を良好に凝縮させることができる。
　また本実施形態によれば、電気ヒータ７０は、低温流体通路５２の前面５２ｓ（外面）に設けられる。これにより、電気ヒータ７０を低温流体通路５２に容易に取り付けることができる。
　また本実施形態によれば、熱交換器２は、低温流体通路５２の前面５２ｓ（外面）と電気ヒータ７０との間に介装されて熱伝導性及び柔軟性を有するシート状部材７１を更に含んで構成される。これにより、低温流体通路５２の前面５２ｓと電気ヒータ７０との接触状態が向上して伝熱性が向上する。それゆえ、電気ヒータ７０の発熱を熱回収媒体で回収する効率（換言すれば、ヒータ発熱の熱回収効率）を向上させることができる。
　また本実施形態によれば、高温流体通路５１の入口５１ａと出口５１ｂとは、それぞれ、高温流体通路５１の上部と下部とに形成され、排ガス（第１の流体）は、高温流体通路５１の内部を上から下へ流れる。また、低温流体通路５２の入口５２ａと出口５２ｂとは、それぞれ、低温流体通路５２の下部と上部とに形成され、熱回収媒体（第２の流体）は、低温流体通路５２の内部を下から上へ流れる。これにより、熱交換器２を向流式として、高温流体通路５１の下部（出口５１ｂ側の部分）にて、排ガス中の水分を凝縮させることができる。
　また本実施形態によれば、排ガス（第１の流体）は、水蒸気を含有するガスである。また、高温流体通路５１の出口５１ｂ側の部分には、水蒸気が凝縮した水を排出する水排出口（出口５１ｂ）が形成されている。これにより、高温流体通路５１の出口５１ｂ側の部分にて生成された凝縮水を高温流体通路５１から凝縮水の回収通路４３側に排出することができる。
　尚、本実施形態では、高温流体通路５１の出口５１ｂ側の部分にて生成された凝縮水が、高温流体通路５１の出口５１ｂから排ガス通路４２を経て凝縮水の回収通路４３に排出される。しかしながら、この他、高温流体通路５１の出口５１ｂ側の部分に凝縮水用の水排出口を別途設けて、凝縮水がこの水排出口から凝縮水の回収通路４３に直接的に排出されてもよい。
　また本実施形態によれば、熱回収媒体（第２の流体）は水である。これにより、排ガスの熱を回収して温水を得ることができる。
　また本実施形態によれば、熱交換器２の高温流体通路５１を流れる排ガス（第１の流体）は、コジェネレーションシステムである燃料電池システム１１を構成する燃料電池装置１（発電部）からの排ガスである。これにより、コジェネレーションシステムにおける排熱（廃熱）を熱交換器２にて良好に回収することができる。
　また本実施形態によれば、燃料電池システム１１は、熱交換器２と、燃料を水蒸気改質反応により改質して水素を含有する改質ガスを生成する改質器１２と、酸化剤ガス中の酸素と、改質器１２からの改質ガス中の水素とを反応させて発電する燃料電池スタック１３（燃料電池）と、燃料電池スタック１３から排出されるオフガスを燃焼させるオフガス燃焼部１５と、を含んで構成される。また、熱交換器２の高温流体通路５１を流れる排ガス（第１の流体）は、オフガス燃焼部１５にて生成された排ガスである。これにより、オフガス燃焼部１５からの排ガスの熱を熱交換器２にて良好に回収することができる。
　また本実施形態によれば、熱交換器２は箱状部材を含んで構成される。高温流体通路５１及び低温流体通路５２はこの箱状部材に形成される。この箱状部材は、中空の本体部５４と、本体部５４内を２つの室５５、５６に仕切る仕切壁５７とを含んで構成される。前側の室（一方の室）５６は、熱回収媒体の入口５２ａ及び出口５２ｂを備えて低温流体通路５２をなす。後側の室（他方の室）５５は、排ガスの入口５１ａ及び出口５１ｂを備えて高温流体通路５１をなす。仕切壁５７は、高温流体通路５１内を流れる排ガスの熱を、低温流体通路５２内を流れる熱回収媒体に伝える伝熱部をなす。電気ヒータ７０は、低温流体通路５２の前面５２ｓ（前側の室５６の外面）に設けられ、シート状部材７１は、低温流体通路５２の前面５２ｓと電気ヒータ７０との間に介装される。これにより、低温流体通路５２の前面５２ｓと電気ヒータ７０との接触状態が向上して伝熱性が向上する。それゆえ、電気ヒータ７０の発熱を熱回収媒体で回収する効率（換言すれば、ヒータ発熱の熱回収効率）を向上させることができる。
　また本実施形態によれば、電気ヒータ７０は、シーズヒータを金属材の内部に鋳込んでなる平板状の鋳込みヒータである。これにより、電気ヒータ７０は、それがシーズヒータのみで構成される場合に比べて、シート状部材７１との接触面積を増やすことができる。それゆえ、電気ヒータ７０から低温流体通路５２の前面５２ｓへの伝熱性を向上させることができる。
　また本実施形態によれば、電気ヒータ７０（鋳込みヒータ）は平面部を有し、低温流体通路５２の前面５２ｓ（前側の室５６の外面）のうち電気ヒータ７０が設けられる部分は平面状である。これにより、電気ヒータ７０の発熱を、電気ヒータ７０の平面部からシート状部材７１を介して低温流体通路５２の前面５２ｓに良好に伝熱することができる。
　また本実施形態において、シート状部材７１をカーボンシートとすることにより、既製のカーボンシートを用いて、簡素な構成で、電気ヒータ７０と低温流体通路５２の前面５２ｓ（前側の室５６の外面）との接触状態を向上させることができる。
　図６Ａは、本発明の第２実施形態における熱交換器２’の斜視図である。図６Ｂは、熱交換器２’の上面図である。
　図１～図４、図５Ａ及び図５Ｂに示した第１実施形態と異なる点について説明する。
　本実施形態では、燃料電池システム１１は、熱交換器２の代わりとして、熱交換器２’を備える。
　熱交換器２’は、筒状の本体部５４’と管５８とを含んで構成される。本体部５４’は、軸方向に延在しており、上面及び下面が閉口している。管５８は、本体部５４’を上下に貫通する。本体部５４’及び管５８は金属製である。ここで、管５８が、本体部５４’内を内外２つの室５９、６０に仕切る仕切壁として機能する。内側の室５９は、管５８内の空間を有している。また、外側の室６０は、本体部５４’と管５８との間の空間を有している。
　内側の室５９は、上部に排ガス通路４１からの排ガスの入口５１ａ’を備えて、下部に排ガスの出口５１ｂ’を備える。内側の室５９は、排ガスが流れる高温流体通路５１’をなす。ゆえに、高温流体通路５１’の入口５１ａ’と出口５１ｂ’とは、それぞれ、高温流体通路５１’の上部と下部とに形成されている。それゆえ、排ガスは、高温流体通路５１’の内部を上から下へ流れる。
　外側の室６０は、下部に循環通路６１ａからの熱回収媒体の入口５２ａ’を備えて、上部に熱回収媒体の出口５２ｂ’を備える。外側の室６０は、熱回収媒体が流れる低温流体通路５２’をなす。ゆえに、低温流体通路５２’の入口５２ａ’と出口５２ｂ’とは、それぞれ、低温流体通路５２’の下部と上部とに形成されている。それゆえ、熱回収媒体は、低温流体通路５２’の内部を下から上へ流れる。
　管５８は、本発明の「伝熱部」として機能する。管５８は、内側の室５９（高温流体通路５１’）内を流れる排ガスの熱を、外側の室６０（低温流体通路５２’）内を流れる熱回収媒体に伝える。
　従って、熱交換器２’は、管５８を介して排ガスと熱回収媒体とが熱交換を行う向流式の熱交換器である。
　本実施形態では、熱交換器２’は、電気ヒータ７０’を含んで構成される。電気ヒータ７０’は、柔軟性を有するシート状の電気ヒータである。
　電気ヒータ７０’は、外側の室６０の外周面に設けられている。換言すれば、電気ヒータ７０’は、低温流体通路５２’の外周面５２ｓ’に設けられている。
　本実施形態では、低温流体通路５２’の外周面５２ｓ’のうち上部から上下方向中央部に至る部分を覆うように、電気ヒータ７０’が設けられている。
　電気ヒータ７０’は、低温流体通路５２’のうち高温流体通路５１’の出口５１ｂ’側に隣接する部分を避けるように、低温流体通路５２’に設けられている。また、電気ヒータ７０’は、低温流体通路５２’の入口５２ａ’側の部分を避けるように、低温流体通路５２’に設けられている。
　尚、本実施形態では、低温流体通路５２’の外周面５２ｓ’のうち上部から上下方向中央部に至る部分が、電気ヒータ７０’の接触部となっている。また、低温流体通路５２’の外周面５２ｓ’の下部が、ヒータ非接触の露出部となっている。
　低温流体通路５２’の外周面５２ｓ’と電気ヒータ７０’との間にはシート状部材７１が介装されている。すなわち、熱交換器２’は、シート状部材７１を更に含んで構成されている。シート状部材７１では、その一方の面に低温流体通路５２’の外周面５２ｓ’が接触し、他方の面（一方の面と反対側の面）に電気ヒータ７０’が接触する。シート状部材７１の構成については第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
　電気ヒータ７０’については、その外面を断熱材で覆うことにより、当該外面からの放熱を抑制することができ、ひいては、電気ヒータ７０’からの熱をシート状部材７１及び低温流体通路５２’を介して熱回収媒体に効率良く伝えることができる。
　本実施形態では、電気ヒータ７０’の両端部に、外方に向かって張り出す張り出し部７３を予め設ける。また、互いに対向する張り出し部７３同士を近づけるように締め付け手段７４により締め付ける。これにより、電気ヒータ７０’及びシート状部材７１を低温流体通路５２’に着脱可能に固定することができる。
　尚、本実施形態では、電気ヒータ７０’として、シート状の電気ヒータを用いて説明したが、電気ヒータ７０’の構成はこれに限らない。例えば、ワイヤー状の電気ヒータをシート状部材７１の外面に巻き付けて前述の電気ヒータ７０’としてもよい。
　図７Ａは、本発明の第３実施形態における熱交換器２”の斜視図である。図７Ｂは、熱交換器２”の上面図である。
　図６Ａ及び図６Ｂに示した第２実施形態と異なる点について説明する。
　本実施形態では、熱交換器２’の代わりとして熱交換器２”を備える。熱交換器２”は、複数（図では８個の）電気ヒータ７０”とシート状部材７１とを含んで構成される。ここで、電気ヒータ７０”は例えば棒状のシーズヒータである。
　低温流体通路５２’の外周面５２ｓ’のうち上部から上下方向中央部に至る部分を覆うように設けられたシート状部材７１の外面には、上下方向に延びる複数（図では８個）の溝部７６が、互いに周方向に間隔を空けて形成されている。各溝部７６には、それぞれ、電気ヒータ７０”が装着される。このようにして、低温流体通路５２’の外周面５２ｓ’と電気ヒータ７０”との間にシート状部材７１が介装される。ここで、シート状部材７１では、その一方の面に低温流体通路５２’の外周面５２ｓ’が接触し、他方の面（一方の面と反対側の面）の溝部７６に電気ヒータ７０”が接触する。
　従って、電気ヒータ７０”は、外側の室６０の外周面に設けられている。換言すれば、電気ヒータ７０”は、低温流体通路５２’の外周面５２ｓ’に設けられている。
　電気ヒータ７０”は、低温流体通路５２’のうち高温流体通路５１’の出口５１ｂ’側に隣接する部分を避けるように、低温流体通路５２’に設けられている。また、電気ヒータ７０”は、低温流体通路５２’の入口５２ａ’側の部分を避けるように、低温流体通路５２’に設けられている。
　尚、本実施形態では、低温流体通路５２’の外周面５２ｓ’のうち上部から上下方向中央部に至る部分が、電気ヒータ７０”の接触部となっている。また、低温流体通路５２’の外周面５２ｓ’の下部が、ヒータ非接触の露出部となっている。
　電気ヒータ７０”及びシート状部材７１については、その外面を断熱材で覆うことにより、当該外面からの放熱を抑制することができ、ひいては、電気ヒータ７０”からの熱をシート状部材７１及び低温流体通路５２’を介して熱回収媒体に効率良く伝えることができる。
　尚、本実施形態では、図示しないバンド等の固縛手段により、電気ヒータ７０”及びシート状部材７１を低温流体通路５２’に着脱可能に固定することができる。
　また、前述の第２及び第３実施形態において、図６Ａ及び図７Ａでは、管５８を直線形状で示している。しかしながら、管５８の形状はこれに限らない。管５８は、例えば、コイル形状又はサーペンタイン形状であってもよい。
　また、前述の第１～第３実施形態において、制御部５は、系統電源８２の停電時又は非停電時に、セルスタック１３の発電電力が電力負荷８１の需要電力を上回って、余剰電力が発生した場合に、系統電源８２への逆潮流防止のため、余剰電力を電気ヒータ７０、７０’、７０”に供給して当該余剰電力を消費するように、電気ヒータ７０、７０’、７０”の通電制御を行う。しかしながら、これに加えて、又は、これに代えて、制御部５は、循環通路６１ａ、６１ｂにて熱回収媒体が凍結することを防止するため、温度センサ５３にて検出される熱回収媒体の温度Ｔに基づいて、電気ヒータ７０、７０’、７０”の通電制御と、ポンプ６２の運転制御とを行ってもよい。この場合においても、低温流体通路５２、５２’を流れる熱回収媒体は、高温流体通路５１、５１’を流れる排ガスの熱を仕切壁５７又は管５８を介して回収すると共に、電気ヒータ７０、７０’、７０”から受熱することができる。ゆえに、低温流体通路５２、５２’にて熱回収媒体を迅速に昇温することができる。それゆえ、循環通路６１ａ、６１ｂを流れる熱回収媒体の流量を増加させることができる。従って、循環通路６１ａ、６１ｂでの熱回収媒体の凍結を良好に抑制することができる。
　また、前述の第１～第３実施形態では、燃料電池システムを構成する燃料電池が固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。しかしながら、燃料電池システムを構成する燃料電池の種類はこれに限らない。燃料電池は、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）であってもよい。
　また、前述の第１～第３実施形態では、熱交換器２の高温流体通路５１、５１’を流れる排ガスが、燃料電池装置１（発電部）からの排ガスである。しかしながら、高温流体通路５１、５１’を流れる排ガスはこれに限らない。高温流体通路５１、５１’を流れる排ガスは、例えば、ガスタービンやディーゼルエンジン等を含んでコジェネレーションシステムを構成する発電部からの排ガスであってもよい。
　また、前述の第１～第３実施形態では、熱交換器２、２’、２”の高温流体通路５１、５１’を流れる第１の流体が排ガスである。しかしながら、当該第１の流体は、熱交換器２、２’、２”の低温流体通路５２、５２’を流れる熱回収媒体より高温であればよい。当該第１の流体は、例えば湯水であってもよい。
　また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
　１　燃料電池装置
　２、２’、２”　熱交換器
　３　貯湯槽
　４　パワーコンディショナー（ＰＣＳ）
　５　制御部
１０　筐体
１１　燃料電池システム
１２　改質器
１３　セルスタック
１４　燃料電池セル
１５　オフガス燃焼部
２１　原燃料の供給通路
２２　ポンプ
２７　改質用水の供給通路
２８　水タンク
２９　ポンプ
３１　酸化剤ガスの供給通路
３２　ブロワ
３３　改質ガスの供給通路
４１、４２　排ガス通路
４３　凝縮水の回収通路
４４　分岐部
５１、５１’　高温流体通路
５１ａ、５１ａ’　入口
５１ｂ、５１ｂ’　出口
５２、５２’　低温流体通路
５２ａ、５２ａ’　入口
５２ｂ、５２ｂ’　出口
５２ｓ　前面（外面）
５２ｓ’　外周面
５３　温度センサ
５４、５４’　本体部
５５、５６　室
５７　仕切壁
５８　管
５９、６０　室
６１ａ、６１ｂ　循環通路
６２　ポンプ
７０、７０’、７０”　電気ヒータ
７１　シート状部材
７３　張り出し部
７４　締め付け手段
７６　溝部
８１　電力負荷
８２　系統電源
９０　取付装置
９１、９２　取付部材
９１ａ、９２ａ　基部
９１ｂ、９２ｂ　張り出し部
９１ｃ、９２ｃ　フランジ部
９１ｄ　雌ねじ部
９２ｄ　貫通孔
９３　取付ボルト
９３ａ　雄ねじ部

Claims (11)

  1. 　第１の流体の熱をそれより低温の第２の流体によって回収するように構成された熱交換器であって、
    　前記第２の流体の加熱に用いられる電気ヒータを備える、熱交換器。
  2. 　前記第１の流体の入口及び出口を備えて内部を前記第１の流体が流れる高温流体通路と、前記第２の流体の入口及び出口を備えて内部を前記第２の流体が流れる低温流体通路と、前記高温流体通路内を流れる前記第１の流体の熱を、前記低温流体通路内を流れる前記第２の流体に伝える伝熱部と、を含んで構成され、
    　前記電気ヒータは前記低温流体通路に設けられる、請求項１に記載の熱交換器。
  3. 　前記電気ヒータは、前記低温流体通路のうち前記高温流体通路の出口側に隣接する部分を避けるように、前記低温流体通路に設けられる、請求項２に記載の熱交換器。
  4. 　前記電気ヒータは、前記低温流体通路の入口側の部分を避けるように、前記低温流体通路に設けられる、請求項２に記載の熱交換器。
  5. 　前記電気ヒータは、前記低温流体通路の外面に設けられる、請求項２に記載の熱交換器。
  6. 　前記低温流体通路の外面と前記電気ヒータとの間に介装されて熱伝導性及び柔軟性を有するシート状部材を更に含んで構成される、請求項５に記載の熱交換器。
  7. 　前記高温流体通路の入口と出口とは、それぞれ、前記高温流体通路の上部と下部とに形成され、前記第１の流体は、前記高温流体通路の内部を上から下へ流れ、
    　前記低温流体通路の入口と出口とは、それぞれ、前記低温流体通路の下部と上部とに形成され、前記第２の流体は、前記低温流体通路の内部を下から上へ流れる、請求項２に記載の熱交換器。
  8. 　前記第１の流体は、水蒸気を含有するガスであり、
    　前記高温流体通路の出口側の部分には、前記水蒸気が凝縮した水を排出する水排出口が形成されている、請求項２に記載の熱交換器。
  9. 　前記第２の流体は水である、請求項１に記載の熱交換器。
  10. 　前記第１の流体は、コジェネレーションシステムを構成する発電部からの排ガスである、請求項１に記載の熱交換器。
  11. 　請求項１に記載の熱交換器と、
    　燃料を水蒸気改質反応により改質して水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、
    　酸化剤ガス中の酸素と、前記改質器からの改質ガス中の水素とを反応させて発電する燃料電池と、
    　該燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させるオフガス燃焼部と、
    　を含んで構成され、
    　前記第１の流体は、前記オフガス燃焼部にて生成された排ガスである、燃料電池システム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6572824B2 (ja) * 2016-05-18 2019-09-11 株式会社デンソー 車両用冷却装置
KR102617031B1 (ko) * 2019-08-13 2023-12-26 한온시스템 주식회사 차량의 열관리 시스템

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58219374A (ja) * 1982-06-15 1983-12-20 松下電器産業株式会社 水加熱用熱交換器
JPH07280471A (ja) * 1994-04-14 1995-10-27 Kitagawa Elaborate Mach Co Ltd 熱媒体加熱冷却装置
JP2006024478A (ja) * 2004-07-08 2006-01-26 Ebara Ballard Corp 燃料電池発電システムの運転方法及び燃料電池発電システム
JP2008056044A (ja) * 2006-08-30 2008-03-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 熱媒体加熱装置およびそれを用いた車両用空調装置
JP2009242205A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Osaka Gas Co Ltd 水素含有ガス生成装置の起動方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5150274B2 (ja) * 2008-01-11 2013-02-20 パナソニック株式会社 熱電併給システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58219374A (ja) * 1982-06-15 1983-12-20 松下電器産業株式会社 水加熱用熱交換器
JPH07280471A (ja) * 1994-04-14 1995-10-27 Kitagawa Elaborate Mach Co Ltd 熱媒体加熱冷却装置
JP2006024478A (ja) * 2004-07-08 2006-01-26 Ebara Ballard Corp 燃料電池発電システムの運転方法及び燃料電池発電システム
JP2008056044A (ja) * 2006-08-30 2008-03-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 熱媒体加熱装置およびそれを用いた車両用空調装置
JP2009242205A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Osaka Gas Co Ltd 水素含有ガス生成装置の起動方法

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