(57)【要約】【課題】発電装置および発電装置からの排熱を利用する熱利用装置を備えたコジェネレーションシステムにおいて、使用者の所望する機能を有する熱利用装置を選択することができること。【解決手段】コジェネレーションシステム１は、燃料を用いて発電を行う燃料電池モジュール４０および燃料電池モジュール４０に接続されて燃焼排ガスが流れる流通路１１ｄを備えるとともに、燃料電池モジュール４０の発電により生じた熱を、燃焼排ガスを用いて排出する発電装置１０と、燃料電池モジュール４０から排出された熱である排熱を利用して作動する熱利用装置２０と、流通路１１ｄに接続されるとともに、燃焼排ガスを熱利用装置２０に供給することにより排熱を熱利用装置２０に伝達する熱伝達部３０であって、発電装置１０と熱利用装置２０とを着脱自在に連結するように設けられている熱伝達部３０と、を備えている。【選択図】図１
2018054232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を用いて発電を行う発電部および前記発電部に接続されて熱媒体が流れる流通路を備えるとともに、前記発電部の前記発電により生じた熱を、前記熱媒体を用いて排出する発電装置と、
前記発電部から排出された前記熱である排熱を利用して作動する熱利用装置と、
前記流通路に接続されるとともに、前記熱媒体を前記熱利用装置に供給することによりまたは直接的に、前記排熱を前記熱利用装置に伝達する熱伝達部であって、前記発電装置と前記熱利用装置とを着脱自在に連結するように設けられている熱伝達部と、を備えているコジェネレーションシステム。
【請求項２】
前記熱伝達部は、管状に形成され、第一端部を前記流通路に接続されかつ第二端部を前記熱利用装置に接続されるとともに、内部に封入された作動液を用いて前記排熱を伝達するヒートパイプである請求項１に記載のコジェネレーションシステム。
【請求項３】
前記発電装置は、前記流通路に設けられ、前記熱媒体を冷却する冷却部を備えている請求項１または請求項２に記載のコジェネレーションシステム。
【請求項４】
前記発電部は、前記燃料と酸化剤ガスとにより前記発電を行う燃料電池と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、供給源からの改質用原料と前記蒸発部からの前記水蒸気とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する改質部と、を備えた燃料電池モジュールであり、
前記熱媒体は、前記燃料電池から導出された燃料オフガスが燃焼されて発生する燃焼排ガスである請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のコジェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コジェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コジェネレーションシステムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１のコジェネレーションシステム（燃料電池システム２０）は、燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタック３４、貯湯槽５２、燃料電池スタック３４を冷却する冷却媒体と貯湯槽５２からの水との熱交換により貯湯槽５２の水を加熱する熱交換器３６を備えている。また、燃料電池システム２０は、貯湯槽５２から熱交換器３６に向けて配置された冷水路５４に、貯湯槽５２の水を熱交換器３６側に圧送するポンプ４１およびラジエータ４２をさらに備えている。燃料電池スタック３４、熱交換器３６、ポンプ４１およびラジエータ４２は、本体パッケージ３０内に配置されている。また、貯湯槽５２は、貯湯パッケージ５０内に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６４９０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１のコジェネレーションシステムは、燃料電池の排熱を利用する熱利用装置として貯湯槽を備えている。これに対して、コジェネレーションシステムにおいては、熱利用装置を貯湯槽に代えて、他の熱利用装置（例えば床暖房等）にしたいとの使用者のニーズがある。
【０００５】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、発電装置および発電装置からの排熱を利用する熱利用装置を備えたコジェネレーションシステムにおいて、使用者の所望する機能を有する熱利用装置を選択することができることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に係るコジェネレーションシステムは、燃料を用いて発電を行う発電部および発電部に接続されて熱媒体が流れる流通路を備えるとともに、発電部の発電により生じた熱を、熱媒体を用いて排出する発電装置と、発電装置から排出された熱である排熱を利用して作動する熱利用装置と、流通路に接続されるとともに、熱媒体を熱利用装置に供給することによりまたは直接的に、排熱を熱利用装置に伝達する熱伝達部であって、発電装置と熱利用装置とを着脱自在に連結するように設けられている熱伝達部と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
これによれば、熱伝達部が発電装置と熱利用装置とを着脱自在に連結する。よって、発電装置と熱利用装置とを分離して、熱利用装置を他の熱利用装置に取り換えることができる。したがって、使用者の所望する機能を有する熱利用装置を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明によるコジェネレーションシステムの第一実施形態の概要を示す概略図であって、熱利用装置を貯湯装置とする概略図である。
【図２】図１に示すコジェネレーションシステムの概略図であって、熱利用装置を床暖房装置とする概略図である。
【図３】図１に示すコジェネレーションシステムの概略図であって、熱利用装置を除湿乾燥装置とする概略図である。
【図４】本発明によるコジェネレーションシステムの第一実施形態の一の変形例を示す概略図である。
【図５】本発明によるコジェネレーションシステムの第一実施形態の他の変形例を示す概略図である。
【図６】本発明によるコジェネレーションシステムの第二実施形態の概要を示す概略図である。
【図７】本発明によるコジェネレーションシステムの第三実施形態の概要を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜第一実施形態＞
以下、本発明によるコジェネレーションシステムの第一実施形態について説明する。本実施形態のコジェネレーションシステム１は、燃料電池システムである。コジェネレーションシステム１は、図１に示すように、発電装置１０、熱利用装置２０および熱伝達部３０を備えている。
【００１０】
発電装置１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１（４０）、冷却部１２、電力変換装置１３、水タンク１４、および、制御装置１５を備えている。
【００１１】
燃料電池モジュール４０（本発明の発電部に相当）は、燃料を用いて発電を行うものである。燃料電池モジュール４０は、ケーシング４１、蒸発部４２、改質部４３および燃料電池４４を備えている。ケーシング４１は、断熱性材料で箱状に形成されている。
【００１２】
燃料電池モジュール４０は、蒸発部４２に、第一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの第二端が接続されている。供給源Ｇｓは、例えば都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。改質用原料供給管１１ａは、原料ポンプ１１ａ１が設けられている。原料ポンプ１１ａ１は、改質用原料を送るポンプである。また、蒸発部４２には、第一端（下端）が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの第二端が接続されている。水供給管１１ｂは、改質水を送る改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。
【００１３】
また、燃料電池モジュール４０は、第一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてケーシング４１内に酸化剤ガスであるカソードエアが供給されるカソードエア供給管１１ｃの第二端が接続されている。カソードエアブロワ１１ｃ１は、カソードエアを送るポンプである。
【００１４】
蒸発部４２は、改質水から水蒸気を生成するものである。蒸発部４２は、具体的には、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。また、蒸発部４２は、供給された改質用原料を予熱する。蒸発部４２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料とを混合して改質部４３に供給する。改質用原料としては天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
【００１５】
改質部４３は、供給源Ｇｓからの改質用原料と蒸発部４２からの水蒸気とから改質ガスを生成して燃料電池４４に供給するものである。改質部４３は、具体的には、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部４２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出する。
【００１６】
改質部４３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだ改質ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。
【００１７】
燃料電池４４は、燃料と酸化剤ガスにより発電を行うものである。本第一実施形態の燃料は、改質ガスである。燃料電池４４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル４４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池４４は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。
【００１８】
燃料電池４４の燃料極には、燃料として改質ガス（水素、一酸化炭素、メタンガスなど）が供給される。セル４４ａの燃料極側には、燃料（改質ガス）が流通する燃料流路４４ｂが形成されている。セル４４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路４４ｃが形成されている。燃料電池４４は、比較的高温の動作温度（およそ７５０℃〜１０００℃）にて発電が行われる。
【００１９】
燃料電池４４は、マニホールド４５上に設けられている。マニホールド４５には、改質部４３からの改質ガスが改質ガス供給管４８を介して供給される。燃料流路４４ｂは、その下端（第一端）がマニホールド４５の燃料導出口（図示なし）に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ１１ｃ１によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管１１ｃを介して供給され、空気流路４４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。
【００２０】
また、燃料電池４４と蒸発部４２および改質部４３との間には、燃焼部４６が設けられている。燃焼部４６は、燃料電池４４からのアノードオフガス（燃料オフガス）と燃料電池４４からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて燃焼ガス（火炎４７）が発生している。その燃焼ガスが蒸発部４２および改質部４３を加熱する。燃焼部４６には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ４６ａ１，４６ａ２が設けられている。
【００２１】
また、燃焼部４６では、燃焼排ガス（本発明の熱媒体に相当）が発生している。燃焼排ガスは、燃料電池４４から導出された燃料オフガスが燃焼されて発生する、比較的高温のガスである。燃焼部４６は、燃料電池モジュール４０内の温度を燃料電池４４の動作温度にする。このように、燃料電池モジュール４０の発電によって熱が生じている。
【００２２】
燃焼排ガスは、流通路１１ｄを通って発電装置１０の外部に排出される。流通路１１ｄは、管状に形成されるとともに、第一端が燃料電池モジュール４０に接続され、第二端が外部に向けて開口するものである。燃焼排ガスは、燃料電池モジュール４０の発電によって生じた熱を含んでいる。よって、燃料電池モジュール４０の発電によって生じた熱は、燃料電池モジュール４０から燃焼排ガスを介して排熱として排出される。
【００２３】
冷却部１２は、流通路１１ｄに設けられ、燃焼排ガスを冷却するものである。冷却部１２は、具体的には、ラジエータである。すなわち、冷却部１２は、内部に燃焼排ガスを流通させるとともに、内部を流れる燃焼排ガスに含まれる熱を放出するものである。冷却部１２は、例えば、燃焼排ガスが流れる管を蛇行させることによって構成されている。また、冷却部１２には、冷却ファン１２ａが設けられている。
【００２４】
冷却ファン１２ａは、冷却部１２に設けられ、オンである場合、冷却部１２の内部を流れる燃焼排ガスを外気によって冷却するものである。冷却ファン１２ａは、具体的には、外気を吸い込み、かつ、その吸い込んだ外気を吐出する送風機である。冷却ファン１２ａは、筐体１０ａの外部と連通するダクト（図示なし）に接続され、ダクトを介して外気を吸い込む。冷却ファン１２ａが吸い込む外気によって冷却部１２の内部を流れる燃焼排ガスが冷却されるように、冷却ファン１２ａが冷却部１２に配置されている。冷却ファン１２ａは、羽根車（図示なし）、および、羽根車を回転させるモータ（図示なし）を備えている。モータは、ブラシレスモータである。
【００２５】
また、冷却部１２には、凝縮水供給管１２ｂの第一端が接続されている。燃焼排ガスが冷却されるときに、燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮されることにより、凝縮水が生成される。凝縮水は、凝縮水供給管１２ｂを通って水タンク１４に供給される。水タンク１４は、凝縮水を、イオン交換樹脂によって純水化し、かつ、改質水として貯留する。
【００２６】
電力変換装置１３は、燃料電池４４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび負荷装置１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、電力変換装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し、所定の直流電圧に変換して各補機（各ポンプやブロワなど）および制御装置１５（内部負荷）に出力する。
制御装置１５は、各補機を駆動してコジェネレーションシステム１の運転を制御するものである。
【００２７】
このように、発電装置１０は、燃料を用いて発電を行う燃料電池モジュール４０および燃料電池モジュール４０に接続されて燃焼排ガスが流れる流通路１１ｄを備えるとともに、燃料電池モジュール４０の発電によって生じた熱を、燃焼排ガスを用いて排出するものである。
【００２８】
熱利用装置２０は、燃料電池モジュール４０から排出された熱である排熱を利用して作動するものである。図１に示す熱利用装置２０は、具体的には、貯湯装置である。熱利用装置２０は、筐体２０ａ、貯湯槽２１および熱交換器２２を備えている。
【００２９】
貯湯槽２１は、湯水を貯湯するものである。貯湯槽２１に貯湯された湯水は、貯湯槽２１の上端部から導出管２１ａを介して給湯装置５０に供給される。給湯装置５０は、貯湯槽２１に貯湯された湯水を給湯として利用するものである。給湯装置５０は、例えば、浴槽、シャワ、キッチン（キッチンの蛇口）である。また、導出管２１ａは、一対の第一連結部２１ａ１，２１ａ２が設けられている。第一連結部２１ａ１，２１ａ２は、導出管２１ａを切り離し自在に連結する継手である。第一連結部２１ａ１，２１ａ２は、例えばワンタッチ式継手（カップリング）である。第一連結部２１ａ１，２１ａ２の一方は、筐体２０ａに配置されている。これにより、熱利用装置２０と給湯装置５０とが着脱自在に連結する。
【００３０】
貯湯槽２１から給湯装置５０に湯水が導出された場合、貯湯槽２１には、下端部から給水源Ｗからの水が給水管２１ｂを介して補給される。給水源Ｗは、例えば上水道である。また、給水管２１ｂは、一対の第二連結部２１ｂ１，２１ｂ２が設けられている。第二連結部２１ｂ１，２１ｂ２は、給水管２１ｂを切り離し自在に連結する継手である。第二連結部２１ｂ１，２１ｂ２は、例えばワンタッチ式継手ある。第二連結部２１ｂ１，２１ｂ２の一方は、筐体２０ａに配置されている。これにより、熱利用装置２０と給水源Ｗとが着脱自在に連結する。
【００３１】
また、貯湯槽２１には、貯湯槽２１に貯湯された湯水が循環する（図にて矢印の方向に循環する）管である湯水循環路２３が設けられている。湯水循環路２３上には、貯湯槽２１の下端から上端に向かって順番に、熱交換器２２、循環ポンプ２４が配置されている。貯湯槽２１、湯水循環路２３、循環ポンプ２４および熱交換器２２から、排熱回収システム２０ｂが構成されている。排熱回収システム２０ｂは、燃料電池モジュール４０の排熱を湯水に回収して蓄える。
【００３２】
循環ポンプ２４は、湯水循環路２３に設けられ、湯水を循環させるポンプである。
熱交換器２２は、湯水循環路２３に設けられ、貯湯槽２１からの湯水と燃料電池モジュール４０から排出された熱である排熱とが熱交換する熱交換器である。燃料電池モジュール４０からの排熱は、熱伝達部３０によって熱利用装置２０に燃焼排ガスを供給されることにより熱利用装置２０に伝達される（詳細は後述する）。
【００３３】
熱伝達部３０は、燃料電池モジュール４０から排出された排熱を熱利用装置２０に伝達するものである。熱伝達部３０は、管状に形成され、燃焼排ガスを流通させる。熱伝達部３０は、燃焼排ガスを熱利用装置２０に供給することにより、排熱を熱利用装置２０に伝達する。
【００３４】
熱伝達部３０の第一端は、第一切替弁１１ｄ１に接続されている。第一切替弁１１ｄ１は、流通路１１ｄに設けられている。熱伝達部３０は、第一切替弁１１ｄ１から発電装置１０の外部に延びるように設けられている。さらに、熱伝達部３０は、発電装置１０から熱利用装置２０へ掛け渡されて、熱利用装置２０の内部を通るように配置されている。そして、熱伝達部３０は、熱利用装置２０の内部から発電装置１０へ掛け渡されて、発電装置１０の内部に戻るように配置されている。熱伝達部３０の第二端は、第二切替弁１１ｄ２に接続されている。第二切替弁１１ｄ２は、流通路１１ｄにおける第一切替弁１１ｄ１と流通路１１ｄの第二端との間に配置されている。熱伝達部３０は、各切替弁１１ｄ１，１１ｄ２を介して流通路１１ｄに接続されている。
【００３５】
各切替弁１１ｄ１，１１ｄ２は、三方弁である。各切替弁１１ｄ１，１１ｄ２は、制御装置１５からの制御指令値によって切り替えられる。各切替弁１１ｄ１，１１ｄ２は、第一切替状態および第二切替状態を有している。各切替弁１１ｄ１，１１ｄ２が第一切替状態である場合、破線の矢印にて示すように、燃料電池モジュール４０から排出された燃焼排ガスが、熱伝達部３０を通らずに流通路１１ｄのみを通って外部に排出される。
【００３６】
各切替弁１１ｄ１，１１ｄ２が第二切替状態である場合、一点破線の矢印にて示すように、燃料電池モジュール４０から排出された燃焼排ガスが熱伝達部３０を通って外部に排出される。この場合、燃焼排ガスは、流通路１１ｄにおける第一切替弁１１ｄ１と第二切替弁１１ｄ２との間を通らない。
【００３７】
また、熱伝達部３０は、発電装置１０と熱利用装置２０とを着脱自在に連結するように設けられている。熱伝達部３０は、一対の第三連結部３１ａ，３１ｂおよび一対の第四連結部３２ａ，３２ｂを備えている。第三連結部３１ａ，３１ｂの一方および第四連結部３２ａ，３２ｂの一方は、熱利用装置２０の筐体２０ａに設けられている。各連結部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂは、熱伝達部３０を切り離し自在に連結する継手である。各連結部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂは、例えばワンタッチ式継手である。各連結部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂが切り離された場合、熱伝達部３０は、第一熱伝達部３０ａ、第二熱伝達部３０ｂおよび第三熱伝達部３０ｃの三つの部位に切り離される。
【００３８】
第一熱伝達部３０ａは、熱伝達部３０のうち、第一切替弁１１ｄ１と第三連結部３１ａ，３１ｂの他方とを接続する部位である。第二熱伝達部３０ｂは、熱伝達部３０のうち、第三連結部３１ａ，３１ｂの一方と第四連結部３２ａ，３２ｂの一方とを接続する部位である。第三熱伝達部３０ｃは、熱伝達部３０のうち、第四連結部３２ａ，３２ｂの他方と第二切替弁１１ｄ２とを接続する部位である。すなわち、第一，第三熱伝達部３０ａ，３０ｃは、発電装置１０側に配置されるとともに、第二熱伝達部３０ｂは、熱利用装置２０の内部に配置されている。第二熱伝達部３０ｂには、熱交換器２２が配置されている。
【００３９】
また、各連結部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂには、開閉弁３１ａ１，３１ｂ１，３２ａ１，３２ｂ１が設けられている。開閉弁３１ａ１，３１ｂ１，３２ａ１，３２ｂ１は、熱伝達部３０が連結されている場合に燃焼排ガスを流通させる開状態と、熱伝達部３０が切り離されている場合に燃焼排ガスの流通を規制する閉状態とを有する弁装置である。熱伝達部３０が切り離された場合、開閉弁３１ａ１，３１ｂ１，３２ａ１，３２ｂ１が閉状態となることにより、熱伝達部３０への異物混入や燃焼排ガスの漏出が抑制される。
【００４０】
また、図１において、熱利用装置２０としての貯湯装置と発電装置１０とが、熱伝達部３０によって着脱自在に連結されている。よって、熱利用装置２０を、貯湯装置と異なる機能を有する他の熱利用装置に取り替えることにより、他の熱利用装置と発電装置１０とを連結させることができる（詳細は後述する）。
【００４１】
次に、上述した本第一実施形態のコジェネレーションシステム１における燃料電池モジュール４０の発電によって生じた熱の伝達について説明する。発電装置１０と熱利用装置２０とが熱伝達部３０によって連結されている場合、各切替弁１１ｄ１，１１ｄ２は、第二切替状態となるように制御されている。
【００４２】
この場合、燃料電池モジュール４０の発電によって生じた燃焼排ガスは、上述したように、一点破線の矢印にて示すように流通路１１ｄを流れて、燃料電池モジュール４０から熱伝達部３０を経由して発電装置１０の外部に排出される。そして、燃焼排ガスが熱交換器２２を通るときに、燃焼排ガスに含まれる排熱が湯水循環路２３を循環する湯水に回収される。さらに、燃焼排ガスが冷却部１２を通るときに、燃焼排ガスに含まれる水蒸気が冷却されて、凝縮水が生成される。
【００４３】
また、発電装置１０と熱利用装置２０とが連結されていない場合、各切替弁１１ｄ１，１１ｄ２は、第一切替状態となるように制御される。この場合、発電装置１０および熱利用装置２０のうち発電装置１０のみの運転が行われ、熱利用装置２０の運転が行われない。
【００４４】
また、この場合、燃焼排ガスは、上述したように、破線の矢印にて示すように、燃料電池モジュール４０から熱伝達部３０を経由せずに外部に排出される。燃焼排ガスが冷却部１２を通るときに、燃焼排ガスに含まれる水蒸気が冷却されて、凝縮水が生成される。また、この場合、熱利用装置２０の熱交換器２２にて燃焼排ガスに含まれる排熱が回収されないため、発電装置１０と熱利用装置２０とが連結して排熱が回収される場合に比べて、外部に排出された燃焼排ガスの温度が高い。これに対して、制御装置１５が冷却ファン１２ａの駆動量を増加させて冷却部１２の冷却能力を向上させることにより、外部に排出された燃焼排ガスの温度を低下させることができる。
【００４５】
次に、上述したコジェネレーションシステム１において、熱利用装置２０が、貯湯装置と異なる機能を有する熱利用装置６０に取り替えられた場合について図２を用いて説明する。なお、図２に示すコジェネレーションシステム１において、電力変換装置１３、制御装置１５および系統電源１６ａ、系統電源１６ａおよび負荷装置１６ｃの図示が省略されている（図３乃至図６についても同様）。
【００４６】
図２に示すコジェネレーションシステム１における熱利用装置６０は、温水式の床暖房装置である。熱利用装置６０は、筐体６０ａ、温水循環路６１、循環ポンプ６２、熱交換器６３および床部６４を備えている。
【００４７】
温水循環路６１は、温水が循環する管である。温水循環路６１には、循環ポンプ６２、熱交換器６３および床部６４が配置されている。循環ポンプ６２は、温水循環路６１に設けられ、温水を循環させるポンプである。
【００４８】
熱交換器６３は、温水循環路６１に設けられ、温水循環路６１を循環する温水を燃料電池モジュール４０からの排熱を用いて加熱するものである。熱交換器６３は、熱伝達部３０（第二熱伝達部３０ｂ）が接続され、熱伝達部３０を通って燃料電池モジュール４０からの排熱を含む燃焼排ガスが導入される。熱交換器６３において、燃料電池モジュール４０からの排熱を含む燃焼排ガスと温水循環路６１を循環する温水とが熱交換する。
【００４９】
床部６４は、温水循環路６１に設けられた家屋の床である。床部６４の下方に温水循環路６１が蛇行して配置されている。床部６４は、温水循環路６１を流れる温水から熱が放出されることにより加熱される。
【００５０】
次に、上述したコジェネレーションシステム１において、熱利用装置２０が、貯湯装置および床暖房装置の各々と異なる機能を有する熱利用装置７０である場合について図３を用いて説明する。図３に示すコジェネレーションシステム１における熱利用装置７０は、デシカント式の除湿乾燥装置である。熱利用装置７０は、筐体７０ａおよび除湿部７１を備えている。
【００５１】
除湿部７１は、ゼオライト等を用いて構成され、空気中の水分を吸着させて除湿を行うものである。除湿部７１は、熱伝達部３０（第二熱伝達部３０ｂ）に配置され、燃料電池モジュール４０からの排熱によって加熱されることにより、吸着した水分が放出されて再生される。
【００５２】
本第一実施形態によれば、コジェネレーションシステム１は、燃料（改質ガス）を用いて発電を行う燃料電池モジュール４０および燃料電池モジュール４０に接続されて燃焼排ガスが流れる流通路１１ｄを備えるとともに、燃料電池モジュール４０の発電により生じた熱を、燃焼排ガスを用いて排出する発電装置１０と、燃料電池モジュール４０から排出された熱である排熱を利用して作動する熱利用装置２０，６０，７０と、流通路１１ｄに接続されるとともに、燃焼排ガスを熱利用装置２０，６０，７０に供給することにより排熱を熱利用装置２０，６０，７０に伝達する熱伝達部３０であって、発電装置１０と熱利用装置２０，６０，７０とを着脱自在に連結するように設けられている熱伝達部３０と、を備えている。
【００５３】
これによれば、熱伝達部３０が発電装置１０と熱利用装置２０，６０，７０とを着脱自在に連結する。よって、発電装置１０と熱利用装置２０，６０，７０とを分離して、熱利用装置２０，６０，７０を他の熱利用装置２０，６０，７０に取り換えることができる。したがって、使用者の所望する機能を有する熱利用装置２０，６０，７０を選択することができる。
【００５４】
また、熱伝達部３０は、燃料電池モジュール４０からの燃焼排ガスを熱利用装置２０，６０，７０に供給する。よって、熱伝達部３０は、比較的高温の排熱を熱利用装置２０，６０，７０に伝達することができる。また、発電装置１０と熱利用装置２０，６０，７０とを分離させて、発電装置１０のみを単体で運転させることができる。よって、例えば、熱利用装置２０，６０，７０が故障した場合においても発電装置１０のみを運転させることができる。
【００５５】
また、発電装置１０は、流通路１１ｄに設けられ、燃焼排ガスを冷却する冷却部１２を備えている。
これによれば、冷却部１２が燃焼排ガスを冷却する。よって、発電装置１０と熱利用装置２０，６０，７０とが分離して発電装置１０が単体にて発電している場合においても、発電装置１０と熱利用装置２０，６０，７０とが連結している場合と同様に、燃焼排ガスを効率よく冷却させることができる。
【００５６】
また、発電装置１０において発電を行う発電部は、改質ガスと酸化剤ガスとにより発電を行う燃料電池４４と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部４２と、供給源Ｇｓからの改質用原料と蒸発部４２からの水蒸気とから改質ガスを生成して燃料電池４４に供給する改質部４３と、を備えた燃料電池モジュール４０である。熱媒体は、燃料電池４４から導出された燃料オフガスが燃焼されて発生する燃焼排ガスである。
これによれば、発電装置１０の発電部が燃料電池モジュール４０であるコジェネレーションシステムにおいても、上述したコジェネレーションシステム１の効果と同様の効果を有する。
【００５７】
＜第一実施形態の変形例＞
次に、上述したコジェネレーションシステム１の第一実施形態の変形例について、主として上述した第一実施形態と異なる部分について図４を用いて説明する。図４に示す熱利用装置は、貯湯装置である。上述した第一実施形態においては、燃焼排ガスと湯水とが熱交換する熱交換器２２，６３が熱利用装置２０，６０に備えられているが、これに代えて、本変形例においては、熱交換器１１７が発電装置１０に備えられている。熱交換器１１７は、流通路１１ｄにおける燃料電池モジュール４０と冷却部１２との間に配置されている。
【００５８】
また、本変形例においては、上述した第一実施形態の湯水循環路２３に代えて、湯水循環路１２３を備えている。湯水循環路１２３は、燃料電池モジュール４０から排出された排熱を熱利用装置に伝達する。すなわち、本変形例において、湯水循環路１２３が本発明の熱伝達部に相当する。湯水循環路１２３は、管状に形成され、貯湯槽１２１に貯湯された湯水を循環させることにより、排熱を熱利用装置１２０に伝達する（詳細は後述する）。
【００５９】
湯水循環路１２３の第一端部は、貯湯槽１２１の下端部に接続されている。湯水循環路１２３は、第一端部から熱利用装置１２０の外部に延びるように設けられている。さらに、湯水循環路１２３は、熱利用装置１２０から発電装置１０へ掛け渡されて、発電装置１０の内部を通るように配置されている。そして、湯水循環路１２３は、発電装置１０の内部から熱利用装置１２０へ掛け渡されて、熱利用装置１２０の内部に戻るように配置されている。湯水循環路１２３の第二端部は、貯湯槽１２１の上端部に接続されている。
【００６０】
湯水循環路１２３は、発電装置１０と熱利用装置１２０とを着脱自在に連結するように設けられている。湯水循環路１２３は、一対の第五連結部１２５ａ，１２５ｂおよび一対の第六連結部１２６ａ，１２６ｂを備えている。各連結部１２５ａ，１２５ｂ，１２６ａ，１２６ｂは、例えばワンタッチ式継手である。第五連結部１２５ａ，１２５ｂの一方および第六連結部１２６ａ，１２６ｂの一方は、熱利用装置１２０の筐体１２０ａに設けられている。各連結部１２５ａ，１２５ｂ，１２６ａ，１２６ｂが切り離された場合、湯水循環路１２３は、第一湯水循環路１２３ａ、第二湯水循環路１２３ｂおよび第三湯水循環路１２３ｃの三つの部位に切り離される。
【００６１】
第一湯水循環路１２３ａは、湯水循環路１２３のうち、貯湯槽１２１の下端部と第五連結部１２５ａ，１２５ｂの一方とを接続する部位である。第二湯水循環路１２３ｂは、湯水循環路１２３のうち、第五連結部１２５ａ，１２５ｂの他方と第六連結部１２６ａ，１２６ｂの他方とを接続する部位である。第三湯水循環路１２３ｃは、湯水循環路１２３のうち、第六連結部１２６ａ，１２６ｂの一方と貯湯槽１２１の上端部とを接続する部位である。すなわち、第一，第三湯水循環路１２３ａ，１２３ｃは、熱利用装置１２０に配置されるとともに、第二湯水循環路１２３ｂは、発電装置１０側に配置されている。第二湯水循環路１２３ｂには、熱交換器１１７が配置されている。また、第一湯水循環路１２３ａには、湯水を循環させる循環ポンプ１２４が配置されている。
【００６２】
各湯水循環路１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃにおける各連結部１２５ａ，１２５ｂ，１２６ａ，１２６ｂが設けられた端部には、開閉弁１２５ａ１，１２５ｂ１，１２６ａ１，１２６ｂ１がそれぞれ設けられている。開閉弁１２５ａ１，１２５ｂ１，１２６ａ１，１２６ｂ１は、湯水循環路１２３が連結されている場合に湯水が流通する開状態と、湯水循環路１２３が切り離されている場合に湯水の流通が規制される閉状態とを有する弁装置である。
【００６３】
燃料電池モジュール４０の発電が行われている場合、燃焼排ガスが燃料電池モジュール４０から流通路１１ｄを通って熱交換器１１７に導入される。一方、貯湯槽に貯湯された湯水が、循環ポンプ１２４の駆動により湯水循環路１２３を通って、熱交換器１１７に導入される。熱交換器１１７において燃焼排ガスに含まれる排熱が湯水に回収されることにより、湯水が加熱される。加熱された湯水は、湯水循環路１２３を通って貯湯槽１２１に導出される。このように、本変形例においては、湯水循環路１２３は、湯水を熱媒体として、湯水循環路１２３を介して熱利用装置１２０に供給することにより、排熱を熱利用装置１２０に伝達する。
【００６４】
また、本変形例においては、熱交換器１１７と冷却部１２とが別体にて設けられているが、これに代えて、熱交換器１１７と冷却部１２とを一体に設けるようにしても良い。具体的には、図５に示すように、発電装置１０が、熱交換器１１７に代えて、熱交換器２１８を備えている。熱交換器２１８の上部２１８ａが上述した熱交換器１１７に相当し、かつ、熱交換器２１８の下部２１８ｂが上述した冷却部１２に相当する。
【００６５】
＜第二実施形態＞
次に、上述したコジェネレーションシステム１の第二実施形態について、主として上述した第一実施形態と異なる部分について図６を用いて説明する。図６に示す熱利用装置３２０は、貯湯装置である。また、本第二実施形態は、上述した第一実施形態の熱伝達部３０に代えて、熱伝達部３３０を備えている。
【００６６】
熱伝達部３３０は、管状に形成され、内部に封入された作動液を用いて排熱を伝達するヒートパイプである。すなわち、熱伝達部３３０は、燃焼排ガスを流通させずに燃焼排ガスに含まれる排熱のみを直接的に伝達する。
【００６７】
熱伝達部３３０は、第一端部が流通路３１１ｄの第一接続部３１１ｄ３に熱的に接続されている。第一接続部３１１ｄ３は、流通路３１１ｄの外表面のうち、熱伝達部３３０の第一端部の外表面と接触する部位である。第一接続部３１１ｄ３にて流通路３１１ｄから熱伝達部３３０の第一端部に燃焼排ガスの排熱が伝達する。
【００６８】
熱伝達部３３０は、第二端部が熱交換器３２２の第二接続部３２２ａに熱的に接続されている。第二接続部３２２ａは、熱交換器３２２の外表面のうち、熱伝達部３３０の第二端部の外表面と接触する部位である。第二接続部３２２ａにて熱伝達部３３０の第二端部の熱が湯水に伝達する。
【００６９】
また、第二接続部３２２ａは、例えばスナップフィットまたはボルトおよびナットを用いることにより、熱伝達部３３０の第二端部と切り離し自在に接続するように設けられている。熱交換器３２２の第二接続部３２２ａと熱伝達部３３０の第二端部が切り離されることにより、発電装置１０と熱利用装置３２０とが切り離し自在となる。すなわち、熱伝達部３３０の第二端部と切り離し自在に接続するように設けられていることにより、発電装置１０と熱利用装置３２０とが着脱自在に連結するように設けられている。
【００７０】
次に、上述した本第二実施形態のコジェネレーションシステム１における燃料電池モジュール４０の発電によって生じた熱の伝達について説明する。燃料電池モジュール４０の発電によって生じた燃焼排ガスは、冷却部１２を通って発電装置１０の外部に排出される。
【００７１】
燃焼排ガスが流通路３１１ｄを流通する際に、第一接続部３１１ｄ３にて燃焼排ガスの排熱が熱伝達部３３０の第一端部に伝達する。これにより、第一端部が加熱されるため、第一端部の内側にて作動液が気化して排熱を含む蒸気が発生する。そして、蒸気が第一端部から第二端部まで移動する。第二端部が熱交換器３２２の第二接続部３２２ａにて湯水によって冷却されることによって、蒸気に含まれる排熱が湯水に回収される。このとき、蒸気が凝縮されることにより作動液が生成される。そして、作動液は、第二端部から第一端部に移動する。
【００７２】
本第二実施形態によれば、熱伝達部３３０は、流通路３１１ｄに接続されるとともに、直接的に排熱を熱利用装置３２０に伝達する熱伝達部３３０であって、発電装置１０と熱利用装置３２０とを着脱自在に連結するように設けられている。
【００７３】
また、熱伝達部３３０は、管状に形成され、第一端部を流通路３１１ｄに接続されかつ第二端部を熱利用装置３２０に接続されるとともに、内部に封入された作動液を用いて排熱を伝達するヒートパイプである。
【００７４】
これによれば、発電装置１０の排熱がヒートパイプによって熱利用装置３２０に伝達される。よって、発電装置１０と貯湯槽３２１との間にて貯湯槽の湯水を循環させて発電装置１０の排熱を湯水に回収させる場合に比べて、高温の排熱を熱利用装置３２０に伝達することができる。
また、ヒートパイプは、排熱のみを伝達するため、上述した第一実施形態のように燃焼排ガスを熱利用装置２０に供給する場合に比べて、燃焼排ガスの漏出を抑制することができる。
【００７５】
＜第三実施形態＞
次に、上述したコジェネレーションシステム１の第三実施形態について、主として上述した第一実施形態と異なる部分について図７を用いて説明する。本第三実施形態のコジェネレーションシステム１は、上述した第一実施形態の発電装置１０に代えて、発電装置４１０を備えている。発電装置４１０は、ガスエンジンを用いて発電を行う発電装置である。すなわち、本第三実施形態のコジェネレーションシステム１は、ガスエンジンコジェネレーションシステムである。
【００７６】
本第三実施形態の発電装置４１０は、筐体４１０ａ、ガスエンジン４１１、冷却部４１２、電力変換装置４１３、制御装置４１５、発電機４１７、冷却水循環路４１８、熱交換器４１９を備えている。
【００７７】
ガスエンジン４１１は、燃料を用いて駆動する内燃機関である。本第三実施形態の燃料は、例えば天然ガスである。燃料は、燃料供給管４１１ｅを通ってガスエンジン４１１に供給される。また、ガスエンジン４１１から排出される排ガスは、排気管４１１ｆを通って筐体４１０ａの外部に排出される。発電機４１７は、ガスエンジン４１１によって駆動されることにより発電する発電機である。本第三実施形態においては、ガスエンジン４１１および発電機４１７が本発明の発電部に相当する。
【００７８】
冷却水循環路４１８は、例えば不凍液等の冷却水が循環する（図７の矢印の向きに循環する）循環路である。本第三実施形態においては、冷却水循環路４１８が本発明の流通路に相当するとともに、冷却水が本発明の熱媒体に相当する。冷却水循環路４１８には、循環ポンプ４１８ａ、熱交換器４１９、冷却部４１２が配置されている。循環ポンプ４１８ａは、冷却水循環路４１８に冷却水を循環させるものである。熱交換器４１９は、ガスエンジン４１１と熱的に接続するように配置され、ガスエンジン４１１の排熱を冷却水に回収させるものである。冷却部４１２は、冷却水を冷却ファンによって冷却するものである。
【００７９】
また、冷却水循環路４１８における熱交換器４１９と冷却部４１２との間には、第一切替弁４１１ｄ１および第二切替弁４１１ｄ２が配置されている。各切替弁４１１ｄ１，４１１ｄ２が第二切替状態である場合、冷却水が熱伝達部４３０を通って熱利用装置に供給される。これにより、冷却水に含まれるガスエンジン４１１の排熱が熱利用装置４２０に伝達する。
【００８０】
なお、上述した各実施形態において、コジェネレーションシステムの一例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を採用することもできる。例えば、上述した第一実施形態において、熱利用装置２０を熱利用装置６０，７０に取り替えているが、これに代えて、貯湯水の貯湯量が異なる貯湯装置に取り替えるようにしても良い。さらに、各実施形態において、他の熱利用装置（図示なし）として、熱利用装置２０，６０，７０から、室内を暖房する暖房装置（図示なし）、食器乾燥機（図示なし）またはペルチェ素子（図示なし）を用いた発電モジュール（図示なし）に取り替えるようにしても良い。
【００８１】
他の熱利用装置が暖房装置である場合、暖房装置の熱媒体が発電部（燃料電池モジュール４０、ガスエンジン４１１および発電機４１７）からの排熱によって加熱されるように他の熱利用装置が構成される。
【００８２】
また、他の熱利用装置が食器乾燥機である場合、発電装置からの排熱によって食器を乾燥させる温風が加熱されるように他の熱利用装置が構成される。他の熱利用装置がペルチェ素子を用いた熱電素子である場合、発電装置からの排熱によってペルチェ素子の発電に必要な温度差を生じさせるように他の熱利用装置が構成される。
【００８３】
また、上述した第二実施形態において、熱伝達部３３０はヒートパイプであるが、これに代えて、熱伝導率が比較的高い材料（例えばアルミニウム）を用いて棒状に構成するようにしても良い。
【００８４】
また、上述した第二実施形態において、熱伝達部３３０の第一端部の外表面が第一接続部３１１ｄ３にて流通路３１１ｄの外表面に接触しているが、これに代えて、熱伝達部３３０の第一端部が、燃焼排ガスと直接接触するように流通路３１１ｄの内側に位置するようにしても良い。さらに、熱伝達部３３０の第二端部の外表面が第二接続部３２２ａにて熱交換器３２２の外表面に接触しているが、これに代えて、熱伝達部３３０の第二端部が、湯水と直接接触するように熱交換器３２２の内側に位置するようにしても良い。
【００８５】
また、上述した第三実施形態において、発電装置４１０は、冷却水を熱媒体として熱利用装置４２０に供給しているが、これに代えて、ガスエンジン４１１からの排ガスを、熱伝達部４３０を介して熱利用装置に供給するようにしても良い。この場合、ガスエンジン４１１からの排ガスが本発明の熱媒体に相当する。この場合において、他の熱利用装置を温風式床暖房としたとき、ガスエンジン４１１からの排ガス（または第一実施形態における燃料電池モジュール４０からの燃焼排ガス）が床部の直下に循環させるように他の熱利用装置が構成される。また、ガスエンジン４１１の排ガスまたは燃料電池モジュール４０の燃焼排ガスを熱利用装置２０，６０，７０，１２０，３２０，４２０における排熱を利用する部位（熱交換器２２等）に直接排出して熱伝達をするようにしても良い。
【００８６】
また、上述した各実施形態において、各連結部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，１２５ａ，１２５ｂ，１２６ａ，１２６ｂは、ワンタッチ式継手であるが、これに代えて、例えばボルトおよびナットを用いられることにより連結するフランジ継手等を用いるようにしても良い。
また、上述した各実施形態において、冷却部１２，４１２および熱交換器２１８の下部２１８ｂを省略しても良い。
【００８７】
なお、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各連結部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，１２５ａ，１２５ｂ，１２６ａ，１２６ｂ、流通路１１ｄ，３１１ｄ、熱交換器２２，６３，１１７，３２２の配置や、熱伝達部３０，３３０，４３０、湯水循環路１２３や冷却水循環路４１８の切り離される位置や切り離される個数を変更するようにしても良い。
【符号の説明】
【００８８】
１…コジェネレーションシステム、１０…発電装置、１１（４０）…燃料電池モジュール、１１ｄ…流通路、１１ｄ１…第一切替弁、１１ｄ２…第二切替弁、１２…冷却部、１３…電力変換装置、１４…水タンク、１５…制御装置、２０…熱利用装置、３０…熱伝達部、３１ａ，３１ｂ…第三連結部、３２ａ，３２ｂ…第四連結部、４２…蒸発部、４３…改質部、４４…燃料電池。
【図１】
2018054232.tif 000003
【図２】
2018054232.tif 000004
【図３】
2018054232.tif 000005
【図４】
2018054232.tif 000006
【図５】
2018054232.tif 000007
【図６】
2018054232.tif 000008
【図７】
2018054232.tif 000009