(57)【要約】【課題】簡易な構成で、燃料電池の廃熱を用いた温水製造を優先しつつ、所望箇所へ出湯可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】ユースポイントへの給水を貯留し、この貯留水を加温装置４により加熱可能な温水タンク３と、この温水タンク３への給水系統に設けられ、燃料電池６の廃熱を用いて貯留水が加熱される貯湯タンク５とを備える。貯湯タンク５は、給水ポンプ１２を介して給水されると共に、温水タンク３よりも小容量とされる。【選択図】図１
2018006016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユースポイントへの給水を貯留し、この貯留水を加温装置により加熱可能な温水タンクと、
この温水タンクへの給水系統に設けられ、燃料電池の廃熱を用いて貯留水が加熱される貯湯タンクとを備え、
前記貯湯タンクは、給水ポンプを介して給水されると共に、前記温水タンクよりも小容量とされる
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
循環ポンプにより温水を循環させる循環路を備え、
この循環路には、ユースポイントへの温水取出部が設けられると共に、前記温水タンクからの温水路が接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記温水タンク内の貯留水をユースポイントへの温水取出部との間で循環させる循環路を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記給水ポンプからの水を、前記貯湯タンクを介して前記温水タンクへ供給するか、前記貯湯タンクを介さずにバイパス路を介して前記温水タンクへ供給するかを切替可能とされ、
前記貯湯タンク内の貯留水の水温が下限温度を下回ると、前記給水ポンプからの水を、前記バイパス路を介して前記温水タンクへ供給する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の廃熱を用いて温水を製造する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば、ヒートポンプを用いて温水を製造したり、バーナ、電気ヒータまたは蒸気ヒータを用いて温水を製造したりすることが知られている。また、下記特許文献１に開示されるように、燃料電池（６）の廃熱を用いて温水を製造することも知られている。この特許文献１に記載の発明では、貯湯タンク（５０）内の貯留水が、熱交換器（３２，４６，７１）に循環されて燃料電池のオフガスにより加熱されると共に、温水供給管（６２）により外部に出湯可能とされる（［０００５］、［０００８］、［００２０］−［００２２］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２１６８１９号公報（段落［０００５］−［００２５］、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池の廃熱を用いた温水製造は、発電時の廃熱を利用するので省エネルギで低コストであるが、熱出力を調節できない（すなわち、単位時間当たりの廃熱量を増やすことができない）ため、多量の温水製造には不向きである。従って、温水の使用負荷が大きくなると、燃料電池における発電時の廃熱だけでは、所望量の温水を製造できないおそれがある。一方、ヒートポンプやバーナなどを用いた温水製造は、燃料電池の廃熱を用いる場合よりもコストを要するが、熱出力を調節できるため、多量の温水を安定して製造することができる。従って、両者のメリットを活かし、低コストで安定した温水製造を実現できれば好適である。その際、燃料電池の総合効率（発電効率と熱効率の合計）を高める観点から、燃料電池の廃熱利用による温水製造をいかに優先するかが課題となる。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成で、燃料電池の廃熱を用いた温水製造を優先しつつ、所望箇所へ出湯可能な燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、ユースポイントへの給水を貯留し、この貯留水を加温装置により加熱可能な温水タンクと、この温水タンクへの給水系統に設けられ、燃料電池の廃熱を用いて貯留水が加熱される貯湯タンクとを備え、前記貯湯タンクは、給水ポンプを介して給水されると共に、前記温水タンクよりも小容量とされることを特徴とする燃料電池システムである。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、貯湯タンク内の貯留水を燃料電池の廃熱を用いて加熱しておき、その貯湯タンク内の温水を温水タンクへの給水として利用することができる。これにより、温水タンクにおいて、一から加温装置によって加熱する必要がない。また、燃料電池の廃熱を用いた温水製造を、加温装置による温水製造よりも優先することにより熱ロスのない熱電併給を実現し、燃料電池の総合効率を高めることができる。さらに、ユースポイントに近い側に、比較的大容量の温水タンクを配置することで、ユースポイントへの温水供給を安定して行うことができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、循環ポンプにより温水を循環させる循環路を備え、この循環路には、ユースポイントへの温水取出部が設けられると共に、前記温水タンクからの温水路が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムである。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、循環路に温水を循環させておくことで、循環路の温水取出部から温水を迅速に取り出すことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記温水タンク内の貯留水をユースポイントへの温水取出部との間で循環させる循環路を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムである。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、循環路に温水を循環させておくことで、循環路の温水取出部から温水を迅速に取り出すことができる。
【００１２】
さらに、請求項４に記載の発明は、前記給水ポンプからの水を、前記貯湯タンクを介して前記温水タンクへ供給するか、前記貯湯タンクを介さずにバイパス路を介して前記温水タンクへ供給するかを切替可能とされ、前記貯湯タンク内の貯留水の水温が下限温度を下回ると、前記給水ポンプからの水を、前記バイパス路を介して前記温水タンクへ供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムである。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、貯湯タンク内の貯留水の水温が下限温度を下回ると、貯湯タンクを介さずにバイパス路を介して温水タンクへ給水することができる。これにより、貯湯タンクにおける温水製造を迅速に行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡易な構成で、燃料電池の廃熱を用いた温水製造を優先しつつ、所望箇所へ出湯可能な燃料電池システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の燃料電池システムの実施例１を示す概略図である。
【図２】本発明の燃料電池システムの実施例２を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の燃料電池システムの実施例１を示す概略図である。
本実施例の燃料電池システム１は、温水を循環させる循環路２と、この循環路２への給水を貯留する温水タンク３と、この温水タンク３内の貯留水を加熱する加温装置としてのヒートポンプ４と、温水タンク３への給水を貯留する貯湯タンク５と、この貯湯タンク５内の貯留水の加熱に廃熱が用いられる燃料電池６とを備える。
【００１８】
循環路２は、循環ポンプ７により温水を循環させる流路である。循環路２には、ユースポイントへの温水取出部８が設けられている。循環ポンプ７を作動させると、循環ポンプ７の吐出口から吐出された温水は、循環路２を介して循環ポンプ７の吸込口へ戻される。また、循環路２の中途に設けた一または複数の温水取出部８から、所望により適宜の配管を介して、各種のユースポイントへ温水を取り出すことができる。すなわち、ユースポイントの出湯口が開けられると、その出湯口から外部へ出湯することができる。
【００１９】
温水のユースポイントは、特に問わないが、たとえば、家庭用の燃料電池システム１の場合、カラン、シャワーまたは浴槽などとされ、業務用の燃料電池システム１の場合、各種温水利用機器（たとえば厨房での出湯部）とされる。
【００２０】
循環ポンプ７は、典型的には、常時運転を継続する。但し、循環ポンプ７は、場合により、温水取出部８での出湯時に、出湯を検知（たとえば出湯に伴う循環路２内の圧力低下を検知）して作動してもよい。
【００２１】
循環路２には、好ましくはさらに、加熱装置９が設けられる。加熱装置９は、循環路２内の循環水を加熱する装置であり、その構成を特に問わないが、たとえば、バーナ、電気ヒータまたは蒸気ヒータから構成される。本実施例では、加熱装置９は、循環ポンプ７の作動中（つまり循環路２に循環水を循環中）に作動する。また、加熱装置９は、その出口側水温を設定温度に維持するように制御される。これにより、温水取出部８において、設定温度の温水を取り出すことができる。
【００２２】
なお、加熱装置９は、循環ポンプ７から温水取出部８への温水送り路２ａに設けられるのが好ましい。但し、場合により、加熱装置９は、温水取出部８から循環ポンプ７への温水戻し路２ｂに設けられてもよい。
【００２３】
循環路２には、好ましくはさらに、膨張タンク（図示省略）が設けられる。膨張タンクは、周知のとおり、循環路２内の循環水の体積変化を吸収する装置であり、循環水を大気開放する開放式でもよいし、大気開放することなく循環水の体積変化を吸収する機構を内蔵した密閉式でもよい。循環路２に膨張タンクを設けることで、循環水の温度変化に伴う体積変化を、膨張タンクで吸収することができる。
【００２４】
温水タンク３は、循環路２への給水を貯留する。温水タンク３は、本実施例では、密閉型タンク（つまり大気開放されないタンク）とされる。温水タンク３は、温水路１０を介して循環路２と接続されている。つまり、温水路１０は、一端部が温水タンク３に接続され、他端部が循環路２に接続されている。この際、温水路１０の一端部は、温水タンク３の上部に接続されるのが好ましく、また、温水路１０の他端部は、温水戻し路２ｂ（循環ポンプ７の一次側）に接続されるのが好ましい。図示例では、温水路１０には、温水ポンプ１１が設けられており、この温水ポンプ１１を作動させることで、温水タンク３から循環路２に給水することができる。但し、各タンク３，５が密閉型タンクである場合、後述する給水ポンプ１２があれば、場合により温水ポンプ１１の設置を省略してもよい。
【００２５】
温水ポンプ１１は、循環路２への給水必要時にのみ作動するよう制御される。つまり、循環路２の温水取出部８での出湯時、その出湯分に対応した量の水を循環路２に供給するよう制御される。たとえば、温水ポンプ１１は、二次側（出口側つまり循環路２側）の圧力を所定圧力に維持するように、オンオフ制御またはインバータ制御される。この場合、循環路２の温水取出部８からユースポイントへの出湯がなされると、温水ポンプ１１の二次側の圧力が下がるので、それを検知して温水ポンプ１１を作動させる。そして、温水取出部８からユースポイントへの出湯がなくなると、温水ポンプ１１の二次側の圧力が高まるので、それを検知して温水ポンプ１１を停止させる。
【００２６】
温水タンク３内の貯留水は、加温装置４により加熱される。加温装置４は、燃料電池の廃熱以外を熱源に温水タンク３内の貯留水を加熱する装置であり、その構成を特に問わないが、本実施例では蒸気圧縮式のヒートポンプ４から構成される。なお、本実施例では、ヒートポンプ４の熱は、伝熱回路１３を介して、温水タンク３内の貯留水に伝えられる。
【００２７】
ヒートポンプ４は、圧縮機１４、凝縮器１５、膨張弁１６および蒸発器１７が順次環状に接続されて冷媒を循環させる。そして、圧縮機１４は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器１５は、圧縮機１４からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁１６は、凝縮器１５からの液冷媒を通過させることで、冷媒の圧力と温度とを低下させる。そして、蒸発器１７は、膨張弁１６からの冷媒の蒸発を図る。
【００２８】
つまり、ヒートポンプ４は、蒸発器１７において、冷媒が外部から熱を奪って気化する一方、凝縮器１５において、冷媒が外部へ放熱して液化することになる。これを利用して、本実施例では、ヒートポンプ４は、蒸発器１７において、熱源流体（たとえば空気や廃温水など）Ｈから熱をくみ上げ、凝縮器１５において、伝熱回路１３の循環水を加熱する。なお、圧縮機１４は、モータをインバータ制御されるなどして、出力を調整可能とされるのが好ましい。
【００２９】
ヒートポンプ４には、さらに、凝縮器１５の出口側に過冷却器を設置したり、圧縮機１４の入口側にアキュムレータを設置したり、圧縮機１４の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器１５の出口側（凝縮器１５と過冷却器との間）に受液器を設置したりしてもよい。
【００３０】
伝熱回路１３は、ヒートポンプ４の凝縮器１５と温水タンク３の加温用熱交換器１８との間で水を循環させる。この際、凝縮器１５は、ヒートポンプ４の冷媒と伝熱回路１３の循環水とを混ぜることなく熱交換する。一方、加温用熱交換器１８は、伝熱回路１３の循環水と温水タンク３内の貯留水とを混ぜることなく熱交換する。そして、伝熱回路１３に設けた送水ポンプ１９を作動させることで、伝熱回路１３内に水を循環させることができる。なお、送水ポンプ１９は、図示例では、凝縮器１５から加温用熱交換器１８への第一送水路１３ａに設けられるが、場合により、加温用熱交換器１８から凝縮器１５への第二送水路１３ｂに設けられてもよい。また、送水ポンプ１９は、たとえば凝縮器１５の出口側水温を所定温度に維持するように、インバータ制御されてもよい。
【００３１】
貯湯タンク５は、温水タンク３への給水を貯留する。貯湯タンク５内の貯留水は、燃料電池６の廃熱を用いて加熱される。なお、貯湯タンク５は、本実施例では、密閉型タンク（つまり大気開放されないタンク）とされる。また、貯湯タンク５は、本実施例では、温水タンク３よりも小容量とされる。たとえば、温水タンク３の容量が５００〜１００００Ｌとされるのに対し、貯湯タンク５の容量は２００〜４００Ｌとされる。
【００３２】
貯湯タンク５には、入口路２０と出口路２１とが接続されている。入口路２０は、貯湯タンク５の下部に接続され、出口路２１は、貯湯タンク５の上部に接続されるのが好ましい。そして、貯湯タンク５からの出口路２１は、温水タンク３の下部に接続されるのが好ましい。なお、貯湯タンク５への入口路２０には、給水ポンプ１２が設けられる。給水ポンプ１２を作動させることで、貯湯タンク５へ給水することができる。
【００３３】
前述したとおり、本実施例では、貯湯タンク５は、密閉型タンクとされる。この場合、貯湯タンク５内は水で満たされ、給水ポンプ１２の作動により、貯湯タンク５から出口路２１へ出湯しつつ、その出湯分の水を入口路２０から貯湯タンク５へ給水することができる。つまり、循環路２の温水取出部８での出湯に伴い、温水タンク３から循環路２へ出湯されると、その出湯分と対応した量の水が、入口路２０から貯湯タンク５ひいては温水タンク３へ供給される。
【００３４】
燃料電池６は、燃料電池本体２２を備え、この燃料電池本体２２は、図示しないが改質器やセルスタックなどを備える。燃料電池本体２２には、原燃料（都市ガス）Ｇ、空気Ａ、および水（改質水）Ｗが供給される。そして、周知のとおり、原燃料（メタンガスを主成分とする都市ガス）と水（水蒸気）とを改質器において水蒸気改質反応させることにより水素を生成し、その水素と空気中の酸素とをセルスタックにおいて化学反応させて発電する。発電した電気は、インバータで交流電流に変換され、各種の電気機器へ供給される。なお、燃料電池６の種類は、特に問わない。本実施例では、固体酸化物形（ＳＯＦＣ）が用いられるが、たとえば固体高分子形（ＰＥＦＣ）などを用いてもよい。
【００３５】
燃料電池６の廃熱を用いて、貯湯タンク５内の貯留水が加熱される。典型的には、燃料電池６のオフガス廃熱を用いて、貯湯タンク５内の貯留水が加熱される。つまり、燃料電池６における発電時、セルスタックや改質器からはオフガス（排ガス）が排出されるが、そのオフガス廃熱を用いて、貯湯タンク５内の貯留水を加熱する。あるいは、これに代えてまたはこれに加えて、セルスタックの冷却器において、セルスタックからの廃熱を回収して、貯湯タンク５内の貯留水を加熱する。
【００３６】
燃料電池６のオフガス廃熱で貯湯タンク５内の貯留水を加熱するために、本実施例では、燃料電池６のオフガス熱交換器２３と、貯湯タンク５の加熱用熱交換器２４とが、循環回路２５で接続されている。
【００３７】
オフガス熱交換器２３は、燃料電池本体２２からのオフガスとその冷却水とを混ぜることなく熱交換する。そのために、オフガス熱交換器２３には、燃料電池本体２２からオフガス路２６を介してオフガスが通されると共に、循環回路２５の循環水がオフガスの冷却水として通される。これにより、オフガス熱交換器２３において、オフガスは循環冷却水により冷却され、オフガス中の水分の凝縮が図られる。一方、循環回路２５の循環冷却水は、オフガス熱交換器２３において、オフガスと熱交換することで加熱される。
【００３８】
オフガス熱交換器２３からのオフガスの出口側には、セパレータ２７が設けられており、オフガス熱交換器２３に通されたオフガスの気液分離が図られる。そして、気体は、外部へ排出され、凝縮水は、燃料電池本体２２への給水として、供給ポンプ２８を介して燃料電池本体２２へ再供給可能とされる。
【００３９】
加熱用熱交換器２４は、貯湯タンク５内に配置され、貯湯タンク５内の貯留水とオフガス熱交換器２３からの循環冷却水とを混ぜることなく熱交換する。これにより、加熱用熱交換器２４において、貯湯タンク５内の貯留水が加熱される一方、循環回路２５の循環冷却水は冷却される。
【００４０】
循環回路２５は、オフガス熱交換器２３と加熱用熱交換器２４との間で、水を循環させる。具体的には、加熱用熱交換器２４からオフガス熱交換器２３へは、冷却水送り路２５ａを介して冷却水が供給され、オフガス熱交換器２３から加熱用熱交換器２４へは、冷却水戻し路２５ｂを介して冷却水が戻される。そして、冷却水送り路２５ａ（または冷却水戻し路２５ｂ）に設けた循環用ポンプ２９を作動させることで、加熱用熱交換器２４とオフガス熱交換器２３との間で冷却水を循環させることができる。なお、前述したとおり、オフガス熱交換器２３は、燃料電池６のオフガスと循環回路２５の循環冷却水との熱交換器であり、加熱用熱交換器２４は、循環回路２５の循環冷却水と貯湯タンク５内の貯留水との熱交換器である。
【００４１】
本実施例では、冷却水送り路２５ａには、加熱用熱交換器２４からオフガス熱交換器２３へ向けて順に、ラジエータ３０および循環用ポンプ２９が設けられる。なお、循環用ポンプ２９は、本実施例では冷却水送り路２５ａに設けられているが、場合により冷却水戻し路２５ｂに設けられてもよい。
【００４２】
ラジエータ３０は、冷却ファン３１を備え、所望時に冷却ファン３１を作動させることで、オフガス熱交換器２３へ供給する冷却水を空冷することができる。これは、燃料電池６において、いわゆる水自立を実現するためである。
【００４３】
つまり、オフガス熱交換器２３においてオフガスを露点温度以下に冷却して、オフガス中の水分を凝縮させ、その凝縮水を前記改質器へ再供給（つまり水自立）するには、オフガス熱交換器２３への供給水温が高まり過ぎるのを防止する必要がある。そこで、本実施例では、ラジエータ３０を設けて、オフガス熱交換器２３へ供給する循環冷却水の温度を第一目標温度以下に維持するのがよい。具体的には、冷却水送り路２５ａには、ラジエータ３０の出口側に第一温度センサ３２が設けられ、その検出温度を第一目標温度（たとえば４０℃）に維持するように、ラジエータ３０の通風量を調整する。ここでは、冷却ファン３１のモータの駆動周波数ひいては回転数をインバータで制御することで、ラジエータ３０の通風量を調整する。このようにして、循環回路２５内の循環冷却水の熱余り時（オフガス熱交換器２３への水温が所定以上の際）には、ラジエータ３０の冷却ファン３１を作動させて冷却水の水温を下げることで、燃料電池６の水自立を確実に図ることができる。
【００４４】
さらに、循環回路２５には、循環冷却水の循環流量調整手段が設けられる。本実施例では、循環流量調整手段として、流量調整弁３３が、オフガス熱交換器２３から加熱用熱交換器２４への冷却水戻し路２５ｂに設けられる。循環用ポンプ２９の作動中、流量調整弁３３の開度を調整することで、循環回路２５内の循環流量を調整することができる。なお、流量調整弁３３は、本実施例では、オフガス熱交換器２３から加熱用熱交換器２４への冷却水戻し路２５ｂに設けられるが、場合により、加熱用熱交換器２４からオフガス熱交換器２３への冷却水送り路２５ａに設けられてもよい。また、循環流量調整手段は、循環用ポンプ２９の駆動周波数ひいては回転数を変更するためのインバータから構成されてもよい。つまり、循環用ポンプ２９をインバータ制御して、循環回路２５内の循環流量を調整してもよい。
【００４５】
貯湯タンク５内の貯留水を加熱用熱交換器２４で安定して加熱するために、加熱用熱交換器２４へ供給する循環冷却水の温度を第二目標温度に維持するのがよい。具体的には、冷却水戻し路２５ｂには第二温度センサ３４が設けられ、その検出温度を第二目標温度（たとえ６０〜７５℃）に維持するように、流量調整弁３３の開度を調整して、循環回路２５の循環流量を調整するのが好ましい。なお、循環流量調整手段を冷却水送り路２５ａに設ける場合でも、第二温度センサ３４は冷却水戻し路２５ｂに設けられて、加熱用熱交換器２４への供給水温を所望に維持するよう制御される。
【００４６】
次に、本実施例の燃料電池システム１の作用（運転）について、説明する。以下に説明する一連の制御は、図示しない制御器を用いて自動でなされる。
【００４７】
循環路２では、循環ポンプ７を作動させることで水を循環させ、その循環水は加熱装置９により設定温度に維持される。従って、温水取出部８を介したユースポイントで、設定温度の温水を取り出すことができる。そして、ユースポイントへの出湯に伴い、温水ポンプ１１により、温水タンク３内の貯留水が循環路２へ供給されると共に、給水ポンプ１２により、入口路２０から貯湯タンク５を介して温水タンク３へ給水される。
【００４８】
温水タンク３内の貯留水は、ヒートポンプ４により加熱される。この加熱目標温度は、通常、循環路２の加熱装置９の設定温度と同一か、それよりも低い温度とされる。ヒートポンプ４の作動中、伝熱回路１３の送水ポンプ１９も作動させる。
【００４９】
貯湯タンク５内の貯留水は、燃料電池６の廃熱を用いて加熱される。この際、燃料電池６において水自立を実現するために、第一温度センサ３２の検出温度を第一目標温度に維持するように、ラジエータ３０の冷却ファン３１のモータがインバータ制御される。また、貯湯タンク５内の貯留水を安定して加熱するために、第二温度センサ３４の検出温度を第二目標温度に維持するように、流量調整弁３３の開度が制御される。
【００５０】
本実施例の燃料電池システム１によれば、貯湯タンク５内の貯留水を燃料電池６の廃熱を用いて加熱しておき、その貯湯タンク５内の温水を温水タンク３への給水として利用することができる。これにより、温水タンク３において、一から加温装置４によって加熱する必要がない。また、燃料電池６の廃熱を用いた温水製造を、加温装置４による温水製造よりも優先することもできる。その結果、系統連系しながら終日発電を行っている燃料電池６において熱ロスのない熱電併給を実現し、燃料電池６の総合効率を高めることができる。
【００５１】
ところで、貯湯タンク５では、貯留水の加熱に燃料電池６の廃熱を用いる関係上、熱出力の調整ができず、給湯能力が比較的低い。一方、温水タンク３では、貯留水の加熱にヒートポンプ４を用いる関係上、熱出力の調整ができ、給湯能力が比較的高い。本実施例では、循環路２への給水系統には、上流側に給湯能力が比較的低い貯湯タンク５を設け、下流側に給湯能力が比較的高い温水タンク３を設けた。ユースポイントに近い側に、比較的大容量で給湯能力の高い温水タンク３を配置することで、ユースポイントへの温水供給を安定して行うことができる。
【００５２】
なお、ヒートポンプ４や循環ポンプ７は、燃料電池６により発電された電力を使って駆動されるのが好ましい。このことは、循環ポンプ７に限らず、循環用ポンプ２９などについても同様である。さらに、温水タンク３に設けた加温装置４が電気ヒータから構成される場合、その電気ヒータは、燃料電池により発電された電力を使って駆動されてもよい。いずれにしても、商用電源に代えて、安価な都市ガスを使って燃料電池により発電された電力を用いることで、低コストに運転することができる。
【００５３】
ところで、貯湯タンク５から温水タンク３への出湯に伴い、貯湯タンク５には入口路２０から水（常温水）が供給され、貯湯タンク５内の水温は低下する。この際、貯湯タンク５内の水温が所定以下になった場合、貯湯タンク５を介さずに直接に温水タンク３へ給水可能としてもよい。すなわち、図１において二点鎖線で示すように、貯湯タンク５に対する入口路２０と出口路２１とに接続して、バイパス路３５を設けてもよい。そして、給水ポンプ１２からの水を、貯湯タンク５を介して温水タンク３へ供給するか、貯湯タンク５を介さずにバイパス路３５を介して温水タンク３へ供給するかを切替可能とする。たとえば、出口路２１とバイパス路３５との合流部に設けた三方弁３６を制御すればよい。あるいは、バイパス路３５との合流部よりも上流の出口路２１と、バイパス路３５とにそれぞれ開閉弁を設けておき、各開閉弁を択一的に開放するよう制御してもよい。
【００５４】
いずれにしても、貯湯タンク５内の貯留水の水温が下限温度を下回ると、給水ポンプ１２からの水を、バイパス路３５を介して温水タンク３へ供給することで、その間、貯湯タンク５における温水製造を迅速で確実に行うことができる。なお、貯湯タンク５内の水温低下を監視する温度センサ（つまり前記下限温度検出用の温度センサ）は、貯湯タンク５内の上部に設けられるか、貯湯タンク５から温水タンク３への出口路２１に設けられる。そして、貯湯タンク５内の貯留水の水温が上限温度を上回ると、通常どおり、貯湯タンク５から温水タンク３へ出湯する制御に戻せばよい。この上限温度検出用の温度センサは、前記下限温度検出用の温度センサと共用してもよいし、貯湯タンク５内の下部などに別途設けてもよい。
【００５５】
但し、このようなバイパス路３５の設置は、必須ではない。バイパス路３５を設置しない場合、温水タンク３への給水は、貯湯タンク５内の貯留水の水温に拘わらず、常に貯湯タンク５を介して行われる。
【実施例２】
【００５６】
図２は、本発明の燃料電池システム１の実施例２を示す概略図である。本実施例２の燃料電池システム１は、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００５７】
前記実施例１では、循環路２外に温水タンク３を設けて、循環路２に温水タンク３からの温水路１０を接続したが、本実施例２では、循環路２内に温水タンク３を設けて、温水タンク３内の貯留水を循環路２に循環させる。つまり、本実施例２では、温水タンク３の貯留水は、循環ポンプ７により温水取出部８との間で循環される。また、温水タンク３には、貯湯タンク５から出口路２１を介して給水可能とされると共に、温水タンク３内の貯留水は、加温装置（たとえばヒートポンプ）４により加熱可能とされる。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明を省略する。
【００５８】
本発明の燃料電池システム１は、前記各実施例の構成（制御を含む）に限らず、適宜変更可能である。特に、ユースポイントへの給水を貯留し、この貯留水を加温装置４により加熱可能な温水タンク３と、この温水タンク３への給水系統に設けられ、燃料電池６の廃熱を用いて貯留水が加熱される貯湯タンク５とを備え、前記貯湯タンク５は、給水ポンプ１２を介して給水されると共に、前記温水タンク３よりも小容量とされるのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。
【００５９】
たとえば、前記各実施例では、循環路２に温水を循環させたが、場合により循環路２の設置を省略してもよい。その場合、温水タンク３からの温水路１０の先に、温水取出部８を設置すればよい。
【００６０】
また、前記各実施例では、ヒートポンプ４と温水タンク３との間に伝熱回路１３を設けたが、場合により伝熱回路１３の設置を省略してもよい。その場合、ヒートポンプ４の凝縮器１５において、ヒートポンプ４の冷媒と温水タンク３内の貯留水とを熱交換させればよい。たとえば、加温用熱交換器１８の設置を省略して、温水タンク３内の貯留水自体を凝縮器１５との間で循環させてもよい。つまり、温水タンク３内の貯留水を、第二送水路１３ｂを介して凝縮器１５に供給して、凝縮器１５においてヒートポンプ４により加熱し、第一送水路１３ａを介して温水タンク３へ戻す循環を繰り返してもよい。
【００６１】
同様に、前記各実施例では、貯湯タンク５内に加熱用熱交換器２４を設置して、循環回路２５の循環水と貯湯タンク５内の貯留水とを間接熱交換したが、場合により、加熱用熱交換器２４の設置を省略して、貯湯タンク５内の貯留水自体をオフガス熱交換器２３との間で循環させてもよい。つまり、貯湯タンク５内の貯留水を、冷却水送り路２５ａを介してオフガス熱交換器２３に供給して、オフガス熱交換器２３においてオフガス廃熱を用いて加熱し、冷却水戻し路２５ｂを介して貯湯タンク５へ戻す循環を繰り返してもよい。
【００６２】
また、前記各実施例では、温水タンク３は、密閉型タンクにより構成されたが、場合により、開放型タンクにより構成されてもよい。その場合、温水タンク３内の水位を設定水位に維持するように、貯湯タンク５から温水タンク３への給水を制御すればよい。たとえば、温水タンク３内の水位に基づき、入口路２０に設けた給水ポンプ１２（または出口路２１に設けたポンプ）を制御すればよい。
【００６３】
同様に、前記各実施例では、貯湯タンク５は、密閉型タンクにより構成されたが、場合により開放型タンクにより構成されてもよい。その場合、温水タンク３を開放型タンクとする場合と同様にして、貯湯タンク５内の水位を設定水位に維持するように、入口路２０から貯湯タンク５への給水を制御すればよい。たとえば、貯湯タンク５内の水位に基づき給水ポンプ１２を制御すればよい。
【００６４】
また、前記各実施例では、温水タンク３内の貯留水の加温装置として、ヒートポンプ４を用いたが、たとえば、バーナ、電気ヒータまたは蒸気ヒータを用いてもよい。
【００６５】
さらに、前記各実施例では、伝熱回路１３および循環回路２５に、それぞれ水を循環させた例について説明したが、各回路１３，２５の水は、水道水（市水）に限らず、軟水でもよいし、さらに場合により水以外の液体（たとえば、エチレングリコール等の不凍液）であってもよい。特に、循環冷却水に軟水を用いた場合には、熱交換器の伝熱面へのスケール付着を防止することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  燃料電池システム
２  循環路（２ａ：温水送り路、２ｂ：温水戻し路）
３  温水タンク
４  ヒートポンプ（加温装置）
５  貯湯タンク
６  燃料電池
７  循環ポンプ
８  温水取出部
９  加熱装置
１０  温水路
１１  温水ポンプ
１２  給水ポンプ
１３  伝熱回路（１３ａ：第一送水路、１３ｂ：第二送水路）
１４  圧縮機
１５  凝縮器
１６  膨張弁
１７  蒸発器
１８  加温用熱交換器
１９  送水ポンプ
２０  入口路
２１  出口路
２２  燃料電池本体
２３  オフガス熱交換器
２４  加熱用熱交換器
２５  循環回路（２５ａ：冷却水送り路、２５ｂ：冷却水戻し路）
２６  オフガス路
２７  セパレータ
２８  供給ポンプ
２９  循環用ポンプ
３０  ラジエータ
３１  冷却ファン
３２  第一温度センサ
３３  流量調整弁
３４  第二温度センサ
３５  バイパス路
３６  三方弁
Ａ  空気
Ｇ  原燃料
Ｈ  熱源流体
Ｗ  水
【図１】
2018006016.tif 000003
【図２】
2018006016.tif 000004