(57)【要約】【課題】発電量と熱回収水の循環量が少なく、貯湯タンクに高温の湯を貯湯することが困難な条件であっても、貯湯タンクに高温の湯を貯湯できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】高温温度センサー１０８の検出温度が、貯湯タンク１０４の目標温度より低く燃料電池１０１の発電と循環ポンプ１０３を停止させる必要が出始める停止温度より高い第１の高温所定温度以下で、低温温度センサー２０６の検出温度が停止温度より低い第１の低温所定温度以下の状態が状態が所定時間連続すると、低温温度センサー２０６の検出温度が第１の低温所定温度より高く停止温度以下の第２の低温所定温度以上の状態が所定時間連続するか、もしくは、高温温度センサー１０８の検出温度が第１の高温所定温度を超えまで、熱交換器１０２からの湯水が流路切替弁２０４から分岐熱回収配管２０５を流れて貯湯タンク１０４の下部に流出するように流路切替弁２０４を切り替える。【選択図】図１
2011003327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を貯める貯湯タンクと、燃料電池を冷却する冷却水と前記貯湯タンクの下部からの湯水とを熱交換させる熱交換器と、前記貯湯タンクの下部の湯水を前記熱交換器に導く低温側熱回収配管と、前記熱交換器において前記冷却水との熱交換により加熱された湯水を前記貯湯タンクの上部に戻す高温側熱回収配管と、一端が前記高温側熱回収配管に流路切替弁を介して接続され他端が前記貯湯タンクの下部に接続された分岐熱回収配管と、前記熱交換器と前記流路切替弁との間の前記高温側熱回収配管または前記低温側熱回収配管に設けられ前記貯湯タンクと前記熱交換器との間で湯水を循環させる循環ポンプと、前記貯湯タンクの下部に水を補給する給水配管と、前記流路切替弁の上流側の前記高温側熱回収配管を流れる湯水の温度を検出する高温温度センサーと、前記低温側熱回収配管を流れる湯水の温度を検出する低温温度センサーと、前記燃料電池が発電中で前記高温温度センサーの検出温度が目標温度より低い第１の高温所定温度以下で前記低温温度センサーの検出温度が第１の低温所定温度以下の状態が所定時間連続した場合に前記熱交換器からの湯水が前記流路切替弁から前記分岐熱回収配管を流れて前記貯湯タンクの下部に流出するように前記流路切替弁を切り替え前記燃料電池が発電中で前記高温温度センサーの検出温度が前記第１の高温所定温度を超えた場合と前記燃料電池が発電中で前記高温温度センサーの検出温度が前記第１の高温所定温度以下で前記低温温度センサーの検出温度が前記第１の低温所定温度より高い第２の低温所定温度以上の状態が所定時間連続した場合に前記熱交換器からの湯水が前記流路切替弁から前記分岐熱回収配管に流れず前記貯湯タンクの上部に流出するように前記流路切替弁を切り替える流路切替弁制御手段とを備え、前記分岐熱回収配管から前記貯湯タンクの下部に湯水が流出する場合に前記燃料電池の発電と前記循環ポンプを停止させる必要が出始める停止温度にならない範囲で前記低温温度センサーの検出温度が高くなるように、且つ、前記分岐熱回収配管から前記貯湯タンクの下部に湯水が流出し前記給水配管から前記貯湯タンクの下部に水が補給される場合に前記低温温度センサーの検出温度が補給される水の温度の影響より前記分岐熱回収配管から前記貯湯タンクの下部に流出する湯水の温度の影響を強く受けるように構成され、前記第１の高温所定温度が前記停止温度より高く、前記第２の低温所定温度が前記停止温度より低い燃料電池システム。
【請求項２】
前記貯湯タンクへの流出口となる前記分岐熱回収配管の開口部と、前記貯湯タンクからの流入口となる前記低温側熱回収配管の開口部とが、所定間隔をあけて対向している請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記分岐熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部からの流出方向と、前記低温側熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部への流入方向とが、交差している請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記給水配管における前記貯湯タンク側の開口部から流出する水の流れが、前記分岐熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部から流出して前記低温側熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部へ流入する湯水の流れを乱さないように、前記給水配管における前記貯湯タンク側の開口部の位置を、前記分岐熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部と前記低温側熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部の両方から所定間隔離すと共に、前記給水配管における前記貯湯タンク側の開口部からの水の流出方向を、前記分岐熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部と前記低温側熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部の両方から離れる方向に設定した請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記給水配管における前記貯湯タンク側の開口部から流出する水の流れが、前記分岐熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部から流出して前記低温側熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部へ流入する湯水の流れを乱さないように、前記貯湯タンク内を、前記分岐熱回収配管から流出する湯水の流れの影響を受けると共に前記低温側熱回収配管に流入する水の流れの影響を受ける部分と、前記給水配管から流出する水の流れの影響を受ける部分とに仕切る遮蔽板を前記貯湯タンク内の下部に配置した請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池が発電中で前記高温温度センサーの検出温度が前記停止温度より高くても、前記給水配管から前記貯湯タンク内に所定温度以下の給水があることにより、前記熱交換器からの湯水を前記分岐熱回収配管から前記貯湯タンクの下部に流出させても前記低温側熱回収配管を流れる湯水の温度が前記停止温度より低くなると予想される場合は、前記熱交換器からの湯水が前記流路切替弁から前記分岐熱回収配管を流れて前記貯湯タンクの下部に流出するように前記流路切替弁を切り替える請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記貯湯タンクと前記流路切替弁と前記分岐熱回収配管と前記給水配管と前記高温温度センサーと前記低温温度センサーと前記流路切替弁制御手段とが貯湯ユニットに配置され、前記燃料電池と前記熱交換器と循環ポンプとが燃料電池ユニットに配置される請求項１から６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、燃料電池の発電時の排熱を回収して湯水として貯湯タンクに貯める燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムとしては、燃料電池の発電時に発生する熱を回収して湯水として貯湯タンクに貯めるシステムに関するものがあった（例えば、特許文献１参照）。図６は、特許文献１に記載された従来のシステムを示すものである。ここでは、特許文献１で述べている外部熱源を燃料電池としている。
【０００３】
図６において、燃料電池１０１は発電時に発生する熱を熱交換器１０２で熱回収水に受け渡すことで熱を排出している。この熱回収水は、循環ポンプ１０３によって貯湯タンク１０４の下部から低温側熱回収配管１０５を通じて搬送されたものである。熱交換器１０２で燃料電池１０１の発電時の排熱で加熱された熱回収水は熱交出温度センサー１０８で検出され、その温度が設定温度よりも高い場合は、高温弁１１１を開き中温弁１１２を閉じて高温側熱回収配管１０７によって貯湯タンク１０４の上部に搬送され、燃料電池１０１の立ち上がり時などの低い場合には、高温弁１１１を閉じ中温弁１１２を開いて分岐熱回収配管１１０を通じて貯湯タンクの中間に送られる。また、貯湯タンク１０４内の温水を給湯に利用する場合は、貯湯タンク１０４の上部に出湯配管１０９を使う。また、貯湯タンク１０４内の湯水が使用されて減った場合に貯湯タンク１０４内の水位を所定範囲内に保つように貯湯タンク１０４の下部に水を補給する給水配管１０６がある。また、出湯配管１０９の途中には一端が給水配管１０６から分岐した分岐給水配管に接続された流路切替弁１１３が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２１００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の構成では、貯湯タンク１０４の上に流す場合と貯湯タンク１０４の中間に流す切替の設定温度は、燃料電池１０１の熱交換器１０２で排熱できる限界温度で判定することになり、排熱できない温度の時には貯湯タンク１０４の上部から貯湯していくことになる、すると貯湯タンク１０４が燃料電池１０１の運転を停止する最低限度の温度で満タンになる可能性を持っている。家庭用燃料電池システムでは、この範囲が約４５℃から約６５℃となっており、４５℃程度の湯では温度の点からも保有熱量の点からも貯湯タンク１０４の給湯に使用するには容量不足であり、有効に利用できていないことになる。
【０００６】
このような状況は、高温側熱回収配管１０７での熱損失が大きいときで、運転燃料電池は家庭内の電力負荷に応じて出力を変化するために排熱量もそれにより変動するため、発電量が非常に少なく熱回収水の循環量が非常に少ないときや外気温度が非常に低いときや貯湯タンク１０４から燃料電池１０１に送られる低温側の熱回収水が非常に低温の場合に発生する現象であり、冬季に発生やすくなる。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池の発電量が少なく、低温側熱回収配管を流れる熱回収水の温度が低いために、熱回収配管を流れる熱回収水の循環量が少なく、その結果、貯湯タンクに高温の湯を貯湯することが困難な条件であっても、貯湯タンクに高温の湯を貯湯できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、湯水を貯める貯湯タンクと、燃料電池を冷却する冷却水と前記貯湯タンクの下部からの湯水とを熱交換させる熱交換器と、前記貯湯タンクの下部の湯水を前記熱交換器に導く低温側熱回収配管と、前記熱交換器において前記冷却水との熱交換により加熱された湯水を前記貯湯タンクの上部に戻す高温側熱回収配管と、一端が前記高温側熱回収配管に流路切替弁を介して接続され他端が前記貯湯タンクの下部に接続された分岐熱回収配管と、前記熱交換器と前記流路切替弁との間の前記高温側熱回収配管または前記低温側熱回収配管に設けられ前記貯湯タンクと前記熱交換器との間で湯水を循環させる循環ポンプと、前記貯湯タンクの下部に水を補給する給水配管と、前記流路切替弁の上流側の前記高温側熱回収配管を流れる湯水の温度を検出する高温温度センサーと、前記低温側熱回収配管を流れる湯水の温度を検出する低温温度センサーと、前記燃料電池が発電中で前記高温温度センサーの検出温度が目標温度より低い第１の高温所定温度以下で前記低温温度センサーの検出温度が第１の低温所定温度以下の状態が所定時間連続した場合に前記熱交換器からの湯水が前記流路切替弁から前記分岐熱回収配管を流れて前記貯湯タンクの下部に流出するように前記流路切替弁を切り替え前記燃料電池が発電中で前記高温温度センサーの検出温度が前記第１の高温所定温度を超えた場合と前記燃料電池が発電中で前記高温温度センサーの検出温度が前記第１の高温所定温度以下で前記低温温度センサーの検出温度が前記第１の低温所定温度より高い第２の低温所定温度以上の状態が所定時間連続した場合に前記熱交換器からの湯水が前記流路切替弁から前記分岐熱回収配管に流れず前記貯湯タンクの上部に流出するように前記流路切替弁を切り替える流路切替弁制御手段とを備え、前記分岐熱回収配管から前記貯湯タンクの下部に湯水が流出する場合に前記燃料電池の発電と前記循環ポンプを停止させる必要が出始める停止温度にならない範囲で前記低温温度センサーの検出温度が高くなるように、且つ、前記分岐熱回収配管から前記貯湯タンクの下部に湯水が流出し前記給水配管から前記貯湯タンクの下部に水が補給される場合に前記低温温度センサーの検出温度が補給される水の温度の影響より前記分岐熱回収配管から前記貯湯タンクの下部に流出する湯水の温度の影響を強く受けるように構成され、前記第１の高温所定温度が前記停止温度より高く、前記第２の低温所定温度が前記停止温度より低いものである。
【０００９】
この構成によって、低温側熱回収配管の熱回収水の温度を上昇させることができる。低温側熱回収配管の熱回収水の温度の温度上昇すると、それに伴って熱回収配管での熱回収水の循環量が増加するため、発電量が非常に少なく低温側熱回収配管の熱回収水の温度が低いために熱回収水の循環量が非常に少ないときに、熱回収配管での熱回収水の循環量を増大させることができ、循環量が増えると放熱の影響が少なくなり、貯湯タンクに流出するとき熱回収水の温度が上昇するため、貯湯タンクの貯湯温度を高温に保つことが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の発電量が少なく、低温側熱回収配管を流れる熱回収水の温度が低いために、熱回収配管を流れる熱回収水の循環量が少なくなって、貯湯タンクに高温の湯水を貯めることが困難な場合であっても、低温側熱回収配管を流れる熱回収水の温度を上昇させて、熱回収水の循環量を増大させることができ、熱回収水の循環量が増えると放熱の影響が少なくなり、貯湯タンクに流出する熱回収水の温度が上昇するため、貯湯タンクの貯湯温度を高温に保つことが可能となり、冬季であっても高温側熱回収配管が長い場合であっても、貯湯タンクに高温の湯を貯めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図
【図３】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成図
【図４】本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成図
【図５】本発明の実施の形態５における燃料電池システムの構成図
【図６】従来の燃料電池システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、湯水を貯める貯湯タンクと、燃料電池を冷却する冷却水と前記貯湯タンクの下部からの湯水とを熱交換させる熱交換器と、前記貯湯タンクの下部の湯水を前記熱交換器に導く低温側熱回収配管と、前記熱交換器において前記冷却水との熱交換により加熱された湯水を前記貯湯タンクの上部に戻す高温側熱回収配管と、一端が前記高温側熱回収配管に流路切替弁を介して接続され他端が前記貯湯タンクの下部に接続された分岐熱回収配管と、前記熱交換器と前記流路切替弁との間の前記高温側熱回収配管または前記低温側熱回収配管に設けられ前記貯湯タンクと前記熱交換器との間で湯水を循環させる循環ポンプと、前記貯湯タンクの下部に水を補給する給水配管と、前記流路切替弁の上流側の前記高温側熱回収配管を流れる湯水の温度を検出する高温温度センサーと、前記低温側熱回収配管を流れる湯水の温度を検出する低温温度センサーと、前記燃料電池が発電中で前記高温温度センサーの検出温度が目標温度より低い第１の高温所定温度以下で前記低温温度センサーの検出温度が第１の低温所定温度以下の状態が所定時間連続した場合に前記熱交換器からの湯水が前記流路切替弁から前記分岐熱回収配管を流れて前記貯湯タンクの下部に流出するように前記流路切替弁を切り替え前記燃料電池が発電中で前記高温温度センサーの検出温度が前記第１の高温所定温度を超えた場合と前記燃料電池が発電中で前記高温温度センサーの検出温度が前記第１の高温所定温度以下で前記低温温度センサーの検出温度が前記第１の低温所定温度より高い第２の低温所定温度以上の状態が所定時間連続した場合に前記熱交換器からの湯水が前記流路切替弁から前記分岐熱回収配管に流れず前記貯湯タンクの上部に流出するように前記流路切替弁を切り替える流路切替弁制御手段とを備え、前記分岐熱回収配管から前記貯湯タンクの下部に湯水が流出する場合に前記燃料電池の発電と前記循環ポンプを停止させる必要が出始める停止温度にならない範囲で前記低温温度センサーの検出温度が高くなるように、且つ、前記分岐熱回収配管から前記貯湯タンクの下部に湯水が流出し前記給水配管から前記貯湯タンクの下部に水が補給される場合に前記低温温度センサーの検出温度が補給される水の温度の影響より前記分岐熱回収配管から前記貯湯タンクの下部に流出する湯水の温度の影響を強く受けるように構成され、前記第１の高温所定温度が前記停止温度より高く、前記第２の低温所定温度が前記停止温度より低い燃料電池システムである。
【００１３】
そして、燃料電池が発電中で流路切替弁の上流側の高温側熱回収配管を流れる湯水の温度（高温温度センサーの検出温度）が第１の高温所定温度（貯湯タンクの目標温度より低く燃料電池の発電と循環ポンプを停止させる必要が出始める停止温度より高い所定温度）以下で、低温側熱回収配管を流れる湯水の温度（低温温度センサーの検出温度）が第１の低温所定温度以下の状態が所定時間連続した場合に、熱交換器からの湯水が流路切替弁から分岐熱回収配管を流れて貯湯タンクの下部に流出するように流路切替弁が切り替えられ、燃料電池が発電中で流路切替弁の上流側の高温側熱回収配管を流れる湯水の温度（高温温度センサーの検出温度）が第１の高温所定温度を超えた場合と、燃料電池が発電中で流路切替弁の上流側の高温側熱回収配管を流れる湯水の温度（高温温度センサーの検出温度）が第１の高温所定温度以下で低温側熱回収配管を流れる湯水の温度（低温温度センサーの検出温度）が第２の低温所定温度（第１の低温所定温度より高く停止温度より低い所定温度）以上の状態が所定時間連続した場合に、熱交換器からの湯水が流路切替弁から分岐熱回収配管に流れず貯湯タンクの上部に流出するように流路切替弁が切り替えられ、分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に湯水が流出する場合に停止温度にならない範囲で低温側熱回収配管を流れる湯水の温度（低温温度センサーの検出温度）が高くなるように、且つ、分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に湯水が流出し給水配管から貯湯タンクの下部に水が補給される場合に低温側熱回収配管を流れる湯水の温度（低温温度センサーの検出温度）が補給される水の温度の影響より分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に流出する湯水の温度の影響を強く受けるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
上記構成において、熱交換器からの湯水が貯湯タンクの上部に流出するようになっていて、燃料電池の発電量が少なく、低温側熱回収配管を流れる湯水の温度が低い場合は、熱交換器を通過する熱回収水の循環量が少なく、そのため、熱交換器通過時に温度上昇した熱回収水は、高温側熱回収配管を流れるうちに放熱して温度が多少低下した状態で貯湯タンクの上部に流出する。
【００１５】
流路切替弁の上流側の高温側熱回収配管を流れる湯水の温度（高温温度センサーの検出温度）が第１の高温所定温度（貯湯タンクの目標温度より低く燃料電池の発電と循環ポンプを停止させる必要が出始める停止温度より高い所定温度）以下で、低温側熱回収配管を流れる湯水の温度（低温温度センサーの検出温度）が第１の低温所定温度以下の状態が状態が所定時間連続すると、流路切替弁制御手段が、熱交換器からの湯水が流路切替弁から分岐熱回収配管を流れて貯湯タンクの下部に流出するように流路切替弁を切り替える。
【００１６】
すると、流路切替弁を切り替え前よりも、貯湯タンクの下部の水温が上昇し、低温側熱回収配管を流れる湯水の温度が上昇し、その結果、流路切替弁を切り替え前よりも温度上昇した熱回収水で燃料電池を冷却するために循環ポンプが循環量を増加させ、高温側熱回収配管を流れている間の放熱による温度低下が少なくなり、貯湯タンクの下部の水温が徐々に上昇していく。
【００１７】
そして、低温側熱回収配管を流れる湯水の温度（低温温度センサーの検出温度）が第２の低温所定温度（第１の低温所定温度より高く燃料電池の発電と循環ポンプを停止させる必要が出始める停止温度以下の所定温度）以上の状態が所定時間連続するか、もしくは、流路切替弁の上流側の高温側熱回収配管を流れる湯水の温度（高温温度センサーの検出温度）が第１の高温所定温度（貯湯タンクの目標温度より低く燃料電池の発電と循環ポンプを停止させる必要が出始める停止温度より高い所定温度）を超えたら、流路切替弁制御手段が、熱交換器からの湯水が流路切替弁から分岐熱回収配管に流れず貯湯タンクの上部に流出するように流路切替弁を切り替える。
【００１８】
このように、燃料電池の発電量が少ないために熱回収可能な熱量が少なく、低温側熱回収配管を流れる熱回収水の温度が低いために、熱回収配管を流れる熱回収水の循環量が少なく、そのため、熱交換器で熱回収して温度上昇した熱回収水は、高温側熱回収配管を流れているうちに放熱して冷めやすく、その結果、貯湯タンクに高温の湯を貯湯することが困難な条件であっても、熱交換器で熱回収して温度上昇した熱回収水を分岐熱回収配管を使って貯湯タンクの下部に流出させて低温側熱回収配管に流入する貯湯タンクの下部の水温を上昇させて、低温側熱回収配管を流れる熱回収水の温度を上昇させることができる。低温側熱回収配管の熱回収水の温度が上昇すると、それに伴って循環ポンプが循環量を増加させるため、放熱の影響は少なくなり、貯湯タンクに流出する熱回収水の温度が上昇するため、貯湯タンクの貯湯温度を高温に保つことが可能になる。
【００１９】
したがって、第１の発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の発電量が少なく、低温側熱回収配管を流れる熱回収水の温度が低いために、熱回収配管を流れる熱回収水の循環量が少なくなって、貯湯タンクに高温の湯水を貯めることが困難な場合であっても、低温側熱回収配管を流れる熱回収水の温度を上昇させて、熱回収水の循環量を増大させることができ、熱回収水の循環量が増えると放熱の影響が少なくなり、貯湯タンクに流出する熱回収水の温度が上昇するため、貯湯タンクの貯湯温度を高温に保つことが可能となり、冬季であっても高温側熱回収配管が長い場合であっても、貯湯タンクに高温の湯を貯めることができる。
【００２０】
第２の発明は、第１の発明において、前記貯湯タンクへの流出口となる前記分岐熱回収配管の開口部と、前記貯湯タンクからの流入口となる前記低温側熱回収配管の開口部とが、所定間隔をあけて対向しているものであり、分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に湯水が流出する場合に、分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に流出する湯水のうち、貯湯タンクの下部から低温側熱回収配管に流入する湯水の割合が高くなるので、低温温度センサーの検出温度が補給される水の温度の影響より分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に流出する湯水の温度の影響を強く受ける可能性が高くなる。この場合、貯湯タンクへの流出口となる分岐熱回収配管の開口部と、貯湯タンクからの流入口となる低温側熱回収配管の開口部とが近いほど、分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に流出する湯水のうち、貯湯タンクの下部から低温側熱回収配管に流入する湯水の割合が高くなる。
【００２１】
第３の発明は、第１の発明において、前記分岐熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部からの流出方向と、前記低温側熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部への流入方向とが、交差しているものであり、分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に湯水が流出する場合に、分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に流出する湯水との混合により温度が上昇した貯湯タンクの下部の湯水が低温側熱回収配管に流入するので、低温温度センサーの検出温度が補給される水の温度の影響より分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に流出する湯水の温度の影響を強く受ける可能性が高くなる。この場合、貯湯タンクへの流出口となる分岐熱回収配管の開口部と、貯湯タンクからの流入口となる低温側熱回収配管の開口部とが近いほど、分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に流出する湯水のうち、貯湯タンクの下部から低温側熱回収配管に流入する湯水の割合が高くなり、また、分岐熱回収配管における貯湯タンク側の開口部からの流出方向と、低温側熱回収配管における貯湯タンク側の開口部への流入方向との角度が小さいほど、分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に流出する湯水のうち、貯湯タンクの下部から低温側熱回収配管に流入する湯水の割合が高くなる。
【００２２】
第４の発明は、第１から３の発明において、前記給水配管における前記貯湯タンク側の開口部から流出する水の流れが、前記分岐熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部から流出して前記低温側熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部へ流入する湯水の流れを乱さないように、前記給水配管における前記貯湯タンク側の開口部の位置を、前記分岐熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部と前記低温側熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部の両方から所定間隔離すと共に、前記給水配管における前記貯湯タンク側の開口部からの水の流出方向を、前記分岐熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部と前記低温側熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部の両方から離れる方向に設定したものであり、給水配管から貯湯タンクの下部に給水がある場合に、給水配管から貯湯タンクの下部に補給される水のうち、貯湯タンクの下部から低温側熱回収配管に流入する湯水の割合が低くなるので、低温温度センサーの検出温度が補給される水の温度の影響より分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に流出する湯水の温度の影響を強く受ける可能性が高くなる。この場合、給水配管における貯湯タンク側の開口部の位置を、分岐熱回収配管における貯湯タンク側の開口部と低温側熱回収配管における貯湯タンク側の開口部の両方から離すほど、給水配管から貯湯タンクの下部に補給される水のうち、貯湯タンクの下部から低温側熱回収配管に流入する湯水の割合が低くなる。
【００２３】
第５の発明は、第１から３の発明において、前記給水配管における前記貯湯タンク側の開口部から流出する水の流れが、前記分岐熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部から流出して前記低温側熱回収配管における前記貯湯タンク側の開口部へ流入する湯水の流れを乱さないように、前記貯湯タンク内を、前記分岐熱回収配管から流出する湯水の流れの影響を受けると共に前記低温側熱回収配管に流入する水の流れの影響を受ける部分と、前記給水配管から流出する水の流れの影響を受ける部分とに仕切る遮蔽板を前記貯湯タンク内の下部に配置したものであり、遮蔽板を上記のように設けることにより、分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に湯水が流出し給水配管から貯湯タンクの下部に水が補給される場合に低温温度センサーの検出温度が補給される水の温度の影響より分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に流出する湯水の温度の影響を強く受けるようにすることができる。
【００２４】
第６の発明は、第１から５の発明において、前記燃料電池が発電中で前記高温温度センサーの検出温度が前記停止温度より高くても、前記給水配管から前記貯湯タンク内に所定温度以下の給水があることにより、前記熱交換器からの湯水を前記分岐熱回収配管から前記貯湯タンクの下部に流出させても前記低温側熱回収配管を流れる湯水の温度が前記停止温度より低くなると予想される場合は、前記熱交換器からの湯水が前記流路切替弁から前記分岐熱回収配管を流れて前記貯湯タンクの下部に流出するように前記流路切替弁を切り替えるものであり、高温温度センサーの検出温度が停止温度より高い場合でも貯湯タンク内に所定温度以下の給水があって熱交換器からの湯水を分岐熱回収配管から貯湯タンクの下部に流出させても低温側熱回収配管を流れる湯水の温度が停止温度より低くなると予想される場合は、熱交換器からの湯水が流路切替弁から分岐熱回収配管を流れて貯湯タンクの下部に流出するように流路切替弁を切り替えることにより、低温側熱回収配管を流れる熱回収水の温度を上昇させて、熱回収水の循環量を増大させることができる。
【００２５】
第７の発明は、第１から６の発明において、前記貯湯タンクと前記流路切替弁と前記分岐熱回収配管と前記給水配管と前記高温温度センサーと前記低温温度センサーと前記流路切替弁制御手段とが貯湯ユニットに配置され、前記燃料電池と前記熱交換器と循環ポンプとが燃料電池ユニットに配置されるものであり、前記流路切替弁制御手段による前記流路切替弁の切り替えの制御を、貯湯ユニットに配置される構成要素だけで行うことができる。
【００２６】
以下、本発明の燃料電池システムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。また、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。図１に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、湯水を貯める貯湯タンク１０４と、発電時に発熱する燃料電池１０１を冷却する冷却水と貯湯タンク１０４の下部からの湯水（熱回収水）とを熱交換させる熱交換器１０２と、貯湯タンク１０４の下部の湯水（熱回収水）を熱交換器１０２に導く低温側熱回収配管１０５と、熱交換器１０２において冷却水との熱交換により加熱された湯水（熱回収水）を貯湯タンク１０４の上部に戻す高温側熱回収配管１０７と、一端が高温側熱回収配管１０７に流路切替弁２０４を介して接続され他端が貯湯タンク１０４の下部に接続された分岐熱回収配管２０５と、低温側熱回収配管１０５に設けられ貯湯タンク１０４と熱交換器１０２との間で湯水（熱回収水）を循環させる循環ポンプ１０３と、貯湯タンク１０４内の湯水が使用されて減った場合に貯湯タンク１０４内の水位を所定範囲内に保つように貯湯タンク１０４の下部に水を補給する給水配管１０６と、流路切替弁２０４の上流側の高温側熱回収配管１０７を流れる湯水（熱回収水）の温度を検出する高温温度センサー１０８と、低温側熱回収配管１０５を流れる湯水（熱回収水）の温度を検出する低温温度センサー２０６と、熱交換器１０１の出口部分の高温側熱回収配管１０７を流れる湯水（熱回収水）の温度を検出する熱交温度センサー２０３と、給水配管１０６の給水温度を検出する給水温度センサー２０７と、貯湯タンク１０４の上部に接続されタンク内の温水を給湯に利用するためにタンク出湯配管１０９と、流路切替弁２０４を切り替える流路切替弁制御手段２０８と、燃料電池システム全体を制御する制御手段２０９とを備えている。
【００２８】
また、出湯配管１０９の途中には一端が給水配管１０６から分岐した分岐給水配管に接続された流路切替弁１１３が設けられている。流路切替弁１１３の出口側には瞬間ガス湯沸かし器のような加熱手段（図示せず）が配置され、必要とする湯の温度が貯湯タンク１０４内上部の湯水の温度より高い場合に加熱手段で加熱する。また、貯湯タンク１０４内に十分な量の湯水がない時などで貯湯タンク１０４内上部から湯水を取り出せない場合には、流路切替弁１１３を切り替えて流路切替弁１１３を介して分岐給水配管から得た水を加熱手段で必要な温度に加熱するように構成している。
【００２９】
また、燃料電池１０１と熱交換器１０２と循環ポンプ１０３と熱交温度センサー２０３とが燃料電池ユニット１０１に配置され、貯湯タンク１０４と流路切替弁２０４と分岐熱回収配管２０５と給水配管１０６と高温温度センサー１０８と低温温度センサー２０６と流路切替弁制御手段２０８とタンク出湯配管１０９と給水温度センサー２０７と流路切替弁１１３とが貯湯ユニット２０２に配置される。熱交温度センサー２０３の検出温度は循環ポンプ１０３など燃料電池ユニット１０１内の制御に使われる。
【００３０】
また、流路切替弁制御手段２０８は、流路切替弁２０４の状態が、分岐熱回収配管２０５を閉鎖し、熱交換器１０２からの湯水（熱回収水）が貯湯タンク１０４の上部に流出するようになっている場合において、燃料電池１０１が発電中で流路切替弁２０４の上流側の高温側熱回収配管１０７を流れる湯水（熱回収水）の温度（高温温度センサー１０８の検出温度）が、貯湯タンク１０４の目標温度（例えば５５℃）より低く燃料電池１０１の発電と循環ポンプ１０３を停止させる必要が出始める停止温度（例えば４３℃）より高い第１の高温所定温度（例えば５０℃）以下で、低温側熱回収配管１０５を流れる湯水（熱回収水）の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が停止温度（例えば４３℃）より低い第１の低温所定温度（例えば１５℃）以下の状態が所定時間（例えば３０分）連続した場合に、熱交換器１０２からの湯水（熱回収水）が流路切替弁２０４から分岐熱回収配管２０５を流れて貯湯タンク１０４の下部に流出するように流路切替弁２０４を切り替る。
【００３１】
また、流路切替弁制御手段２０８は、流路切替弁２０４の状態が、高温側熱回収配管１０７における流路切替弁２０４から貯湯タンク１０４の上部への配管を閉鎖し、熱交換器１０２からの湯水（熱回収水）が流路切替弁２０４から分岐熱回収配管２０５を流れて貯湯タンク１０４の下部に流出するようになっている場合において、燃料電池１０１が発電中で流路切替弁２０４の上流側の高温側熱回収配管１０７を流れる湯水（熱回収水）の温度（高温温度センサー１０８の検出温度）が第１の高温所定温度（例えば５０℃）を超えた場合に、熱交換器１０２からの湯水（例えば５０℃）が流路切替弁２０４から分岐熱回収配管２０５に流れず貯湯タンク１０４の上部に流出するように流路切替弁２０４を切り替える。
【００３２】
また、流路切替弁制御手段２０８は、流路切替弁２０４の状態が、高温側熱回収配管１０７における流路切替弁２０４から貯湯タンク１０４の上部への配管を閉鎖し、熱交換器１０２からの湯水（熱回収水）が流路切替弁２０４から分岐熱回収配管２０５を流れて貯湯タンク１０４の下部に流出するようになっている場合において、燃料電池１０１が発電中で流路切替弁２０４の上流側の高温側熱回収配管１０７を流れる湯水（熱回収水）の温度（高温温度センサー１０８の検出温度）が第１の高温所定温度（例えば５０℃）以下で低温側熱回収配管１０５を流れる湯水（熱回収水）の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が第１の低温所定温度（例えば１５℃）より高く停止温度（例えば４３℃）より低い第２の低温所定温度（例えば３０℃）以上の状態が所定時間（例えば３０分）連続した場合に、熱交換器１０２からの湯水（熱回収水）が流路切替弁２０４から分岐熱回収配管２０５に流れず貯湯タンク１０４の上部に流出するように流路切替弁２０４を切り替える。
【００３３】
また、流路切替弁制御手段２０８は、流路切替弁２０４の状態が、分岐熱回収配管２０５を閉鎖し、熱交換器１０２からの湯水（熱回収水）が貯湯タンク１０４の上部に流出するようになっている場合において、燃料電池１０２が発電中で流路切替弁２０４の上流側の高温側熱回収配管１０７を流れる湯水（熱回収水）の温度（高温温度センサー１０８の検出温度）が停止温度（例えば４３℃）より高くても、給水配管１０６の給水温度（給水温度センサー２０７の検出温度）が所定温度（例えば１０℃）以下で、給水配管１０６から貯湯タンク１０４内に所定温度（例えば１０℃）以下の給水があることにより、熱交換器１０２からの湯水（熱回収水）を分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出させても低温側熱回収配管１０５を流れる湯水（熱回収水）の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が停止温度（例えば４３℃）より例えば５℃以上低くなると予想される場合は、熱交換器１０２からの湯水（熱回収水）が流路切替弁２０４から分岐熱回収配管２０５を流れて貯湯タンク１０４の下部に流出するように流路切替弁２０４を切り替える。
【００３４】
また、本実施の形態では、分岐熱回収配管２０５の流出口と低温側熱回収配管１０５の流入口と給水配管１０６の流出口を、それぞれ貯湯タンク１０４の底面に配置しているが、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に湯水（熱回収水）が流出する場合に停止温度（例えば４３℃）にならない範囲で低温側熱回収配管１０５を流れる湯水（熱回収水）の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が高くなるように、且つ、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に湯水（熱回収水）が流出し給水配管１０６から貯湯タンク１０４の下部に水が補給される場合に低温側熱回収配管１０５を流れる湯水（熱回収水）の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が補給される水の温度の影響より分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出する湯水（熱回収水）の温度の影響を強く受けるように、分岐熱回収配管２０５の流出口と低温側熱回収配管１０５の流入口との距離を、給水配管１０６の流出口と低温側熱回収配管１０５の流入口との距離より短くし、分岐熱回収配管２０５の流出口と給水配管１０６の流出口との距離を、給水配管１０６の流出口と低温側熱回収配管１０５の流入口との距離より長くしている。
【００３５】
燃料電池ユニット２０１の中の燃料電池１０１は、発電時に発生する余剰な熱を熱交換器１０２で熱回収水に受け渡すことで排熱している。この排熱によって加熱された熱回収水は、高温側熱回収配管１０７によって貯湯タンク１０４の上部から貯湯タンク１０４内に流れる。
【００３６】
ここで熱交換器１０１の出口部分の高温側熱回収配管１０７に熱交温度センサー２０３があり、貯湯ユニット２０２の内の高温側熱回収配管１０７には流路切替弁２０４があり、流路切替弁２０４によって熱回収水は、分岐熱回収配管２０５に切り替えられ、分岐熱回収配管２０５は貯湯タンク１０４の下部の接続口から貯湯タンク１０４内に熱回収水を流す。
【００３７】
この流路切替弁２０４の手前の高温側熱回収配管１０７には高温温度センサー１０８がある。また、貯湯タンク１０４の下部には低温側熱回収配管１０５の接続口があり貯湯タンク１０４内水を熱回収水として燃料電池ユニット２０１の熱交換器１０２に送っている。この低温側熱回収配管１０５には貯湯タンク１０４の接続口からの熱回収水の温度を検出する低温温度センサー２０６と燃料電池ユニット２０１の熱交換器１０２の手前に循環ポンプ１０３が配置され熱回収水を循環させている。
【００３８】
貯湯タンク１０４の下部には、給水配管１０６が接続されており、給水温度を検出する給水温度センサー２０７がその配管上にある。貯湯タンク１０４の上部にはタンク内の温水を給湯に利用するためにタンク出湯配管１０９が接続されている。
【００３９】
そして、熱交換器１０２の熱量に応じて熱交温度センサー２０３の検出温度Ｔａを貯湯目標温度Ｔ１となるように循環ポンプ１０３をコントロールして循環流量Ｑを制御している。高温温度センサー１０８の検出温度Ｔｂが燃料電池の熱交換器１０２の入水上限温度に余裕を含めた切替温度Ｔ２より高いと切替弁２０４は熱回収水を貯湯タンク１０４の上部に流しＴ２よりも低いと切替弁１０４は熱回収水を分岐熱回収配管２０５に流している。
【００４０】
ここで、貯湯タンク１０４の下部に同方向に並んで配置された２つの接続口である、分岐熱回収配管２０５の接続口と低温側熱回収配管１０５の接続口は、貯湯タンク１０４の下部の分岐熱回収配管２０５の接続口から貯湯タンク１０４に入る熱回収水は、貯湯タンク１０４の下部の水と適度に混合してから貯湯タンク１０４の下部の低温側熱回収配管１０５の接続口から燃料電池１０１に循環していくにように配置されている。
【００４１】
さらに、高温温度センサー１０８の検出温度Ｔｂに貯湯目標温度Ｔ１よりも低く切替温度Ｔ２よりも高い切替設定温度Ｔ３を設定する。この切替設定温度Ｔ３は給湯使用時に不都合の少ない温度とする。また、熱交換器１０２の熱交換量から熱交換器１０２への入り温度が低いと循環量Ｑが低下し好ましくない状況にいたるため最低入水温度Ｔ４を設定する。高温温度センサー１０８の検出温度Ｔｂが切替設定温度Ｔ３以下で低温温度センサー２０６の検出温度Ｔｃが最低入水温度Ｔ４よりも低いときに流路切替弁１０４は熱回収水を分岐熱回収配管２０５に切り替える。
【００４２】
また、切替温度Ｔ２よりも低く最低入水温度Ｔ４よりも高い温度に復帰温度Ｔ５を設定し、低温温度センサー２０６の検出温度Ｔｃが復帰温度Ｔ５以上を検出したとき切替弁２０４は熱回収水を貯湯タンク１０４の上部に流すように切り替わる。
【００４３】
本発明の実施の形態によれば、貯湯タンク１０４に貯湯される温水温度が低くなるとき、その要因が熱回収水温度の燃料電池１０１への供給温度の低さにあるときには有効な解決策となる燃料電池システムを提供できる。
【００４４】
本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池１０１が発電中で流路切替弁２０４の上流側の高温側熱回収配管１０７を流れる湯水の温度（高温温度センサー１０８の検出温度）が第１の高温所定温度（貯湯タンク１０４の目標温度より低く燃料電池１０１の発電と循環ポンプ１０３を停止させる必要が出始める停止温度より高い所定温度）以下で、低温側熱回収配管１０５を流れる湯水の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が第１の低温所定温度以下の状態が所定時間連続した場合に、熱交換器１０２からの湯水が流路切替弁２０４から分岐熱回収配管２０５を流れて貯湯タンク１０４の下部に流出するように流路切替弁２０４が切り替えられ、燃料電池１０１が発電中で流路切替弁２０４の上流側の高温側熱回収配管１０７を流れる湯水の温度（高温温度センサー１０８の検出温度）が第１の高温所定温度を超えた場合と、燃料電池１０１が発電中で流路切替弁２０４の上流側の高温側熱回収配管１０７を流れる湯水の温度（高温温度センサー１０８の検出温度）が第１の高温所定温度以下で低温側熱回収配管１０５を流れる湯水の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が第２の低温所定温度（第１の低温所定温度より高く停止温度より低い所定温度）以上の状態が所定時間連続した場合に、熱交換器１０２からの湯水が流路切替弁２０４から分岐熱回収配管２０５に流れず貯湯タンク１０４の上部に流出するように流路切替弁２０４が切り替えられ、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に湯水が流出する場合に停止温度にならない範囲で低温側熱回収配管１０５を流れる湯水の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が高くなるように、且つ、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に湯水が流出し給水配管１０６から貯湯タンク１０４の下部に水が補給される場合に低温側熱回収配管１０５を流れる湯水の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が補給される水の温度の影響より分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出する湯水の温度の影響を強く受けるように構成されていることを特徴とする。
【００４５】
上記構成において、熱交換器１０２からの湯水が貯湯タンク１０４の上部に流出するようになっていて、燃料電池１０１の発電量が少なく、低温側熱回収配管１０５を流れる湯水の温度が低い場合は、熱交換器１０２を通過する熱回収水の循環量が少なく、そのため、熱交換器１０２通過時に温度上昇した熱回収水は、高温側熱回収配管１０７を流れるうちに放熱して温度が多少低下した状態で貯湯タンク１０４の上部に流出する。
【００４６】
流路切替弁２０４の上流側の高温側熱回収配管１０７を流れる湯水の温度（高温温度センサー１０８の検出温度）が第１の高温所定温度（貯湯タンク１０４の目標温度より低く燃料電池１０１の発電と循環ポンプ１０３を停止させる必要が出始める停止温度より高い所定温度）以下で、低温側熱回収配管１０５を流れる湯水の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が第１の低温所定温度以下の状態が状態が所定時間連続すると、流路切替弁制御手段２０８が、熱交換器１０２からの湯水が流路切替弁２０４から分岐熱回収配管２０５を流れて貯湯タンク１０４の下部に流出するように流路切替弁２０４を切り替える。
【００４７】
すると、流路切替弁２０４を切り替え前よりも、貯湯タンク１０４の下部の水温が上昇し、低温側熱回収配管１０５を流れる湯水の温度が上昇し、その結果、流路切替弁２０４を切り替え前よりも温度上昇した熱回収水で燃料電池１０２を冷却するために循環ポンプ１０３が循環量を増加させ、高温側熱回収配管１０７を流れている間の放熱による温度低下が少なくなり、貯湯タンク１０４の下部の水温が徐々に上昇していく。
【００４８】
そして、低温側熱回収配管１０５を流れる湯水の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が第２の低温所定温度（第１の低温所定温度より高く燃料電池１０１の発電と循環ポンプ１０３を停止させる必要が出始める停止温度以下の所定温度）以上の状態が所定時間連続するか、もしくは、流路切替弁２０４の上流側の高温側熱回収配管１０７を流れる湯水の温度（高温温度センサー１０８の検出温度）が第１の高温所定温度（貯湯タンク１０４の目標温度より低く燃料電池１０１の発電と循環ポンプ１０３を停止させる必要が出始める停止温度より高い所定温度）を超えたら、流路切替弁制御手段２０８が、熱交換器１０２からの湯水が流路切替弁２０４から分岐熱回収配管２０５に流れず貯湯タンク１０４の上部に流出するように流路切替弁２０４を切り替える。
【００４９】
このように、燃料電池１０１の発電量が少ないために熱回収可能な熱量が少なく、低温側熱回収配管２０５を流れる熱回収水の温度が低いために、熱回収配管１０５，１０７を流れる熱回収水の循環量が少なく、そのため、熱交換器１０２で熱回収して温度上昇した熱回収水は、高温側熱回収配管１０７を流れているうちに放熱して冷めやすく、その結果、貯湯タンク１０４に高温の湯を貯湯することが困難な条件であっても、熱交換器１０２で熱回収して温度上昇した熱回収水を分岐熱回収配管２０５を使って貯湯タンク１０４の下部に流出させて低温側熱回収配管１０５に流入する貯湯タンク１０４の下部の水温を上昇させて、低温側熱回収配管１０５を流れる熱回収水の温度を上昇させることができる。低温側熱回収配管１０５の熱回収水の温度が上昇すると、それに伴って循環ポンプ１０３が循環量を増加させるため、放熱の影響は少なくなり、貯湯タンク１０４に流出する熱回収水の温度が上昇するため、貯湯タンク１０４の貯湯温度を高温に保つことが可能になる。
【００５０】
したがって、本実施の形態の燃料電池システムによれば、燃料電池１０２の発電量が少なく、低温側熱回収配管１０５を流れる熱回収水の温度が低いために、熱回収配管１０５，１０７を流れる熱回収水の循環量が少なくなって、貯湯タンク４に高温の湯水を貯めることが困難な場合であっても、低温側熱回収配管１０５を流れる熱回収水の温度を上昇させて、熱回収水の循環量を増大させることができ、熱回収水の循環量が増えると放熱の影響が少なくなり、貯湯タンク１０４に流出する熱回収水の温度が上昇するため、貯湯タンク１０４の貯湯温度を高温に保つことが可能となり、冬季であっても高温側熱回収配管１０７が長い場合であっても、貯湯タンク１０４に高温の湯を貯めることができる。
【００５１】
また、本実施の形態では、分岐熱回収配管２０５の流出口と低温側熱回収配管１０５の流入口と給水配管１０６の流出口を、それぞれ貯湯タンク１０４の底面に配置しているが、分岐熱回収配管２０５の流出口と低温側熱回収配管１０５の流入口との距離を、給水配管１０６の流出口と低温側熱回収配管１０５の流入口との距離より短くし、分岐熱回収配管２０５の流出口と給水配管１０６の流出口との距離を、給水配管１０６の流出口と低温側熱回収配管１０５の流入口との距離より長くしているので、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に湯水（熱回収水）が流出する場合に停止温度（例えば４３℃）にならない範囲で低温側熱回収配管１０５を流れる湯水（熱回収水）の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が高くなるようにでき、且つ、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に湯水（熱回収水）が流出し給水配管１０６から貯湯タンク１０４の下部に水が補給される場合に低温側熱回収配管１０５を流れる湯水（熱回収水）の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が補給される水の温度の影響より分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出する湯水（熱回収水）の温度の影響を強く受けるようにできる。
【００５２】
また、本実施の形態の燃料電池システムは、流路切替弁制御手段２０８は、流路切替弁２０４の状態が、分岐熱回収配管２０５を閉鎖し、熱交換器１０２からの湯水（熱回収水）が貯湯タンク１０４の上部に流出するようになっている場合において、燃料電池１０２が発電中で流路切替弁２０４の上流側の高温側熱回収配管１０７を流れる湯水（熱回収水）の温度（高温温度センサー１０８の検出温度）が停止温度（例えば４３℃）より高くても、給水配管１０６の給水温度（給水温度センサー２０７の検出温度）が所定温度（例えば１０℃）以下で、給水配管１０６から貯湯タンク１０４内に所定温度（例えば１０℃）以下の給水があることにより、熱交換器１０２からの湯水（熱回収水）を分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出させても低温側熱回収配管１０５を流れる湯水（熱回収水）の温度（低温温度センサー２０６の検出温度）が停止温度（例えば４３℃）より例えば５℃以上低くなると予想される場合は、熱交換器１０２からの湯水（熱回収水）が流路切替弁２０４から分岐熱回収配管２０５を流れて貯湯タンク１０４の下部に流出するように流路切替弁２０４を切り替える。そのため、低温側熱回収配管１０５を流れる熱回収水の温度を上昇させて、熱回収水の循環量を増大させることができる。
【００５３】
また、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池１０１と熱交換器１０２と循環ポンプ１０３とが燃料電池ユニット１０１に配置され、貯湯タンク１０４と流路切替弁２０４と分岐熱回収配管２０５と給水配管１０６と高温温度センサー１０８と低温温度センサー２０６と流路切替弁制御手段２０８と給水温度センサー２０７とが貯湯ユニット２０２に配置されるので、流路切替弁制御手段２０８による流路切替弁２０４の切り替えの制御を、貯湯ユニット２０２に配置される構成要素だけで行うことができる。
【００５４】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２の燃料電池システムの構成図である。図２に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、図１に示された実施の形態１の燃料電池システムにおいて、分岐熱回収配管２０５の流出端を貯湯タンク１０４の底面から貯湯タンク１０４の内部に挿入すると共に、貯湯タンク１０４への流出口となる分岐熱回収配管２０５の開口部が、貯湯タンク１０４の底面に位置し貯湯タンク１０４からの流入口となる低温側熱回収配管１０５の開口部と、所定間隔をあけて対向するように、分岐熱回収配管２０５における貯湯タンク１０４の底面から貯湯タンク１０４の内部に挿入された部分を。略Ｊ字型に曲げたものであり、その他の構成は、図１に示された実施の形態１の燃料電池システムと同様である。
【００５５】
本実施の形態では、低温側熱回収配管１０５の接続口は、貯湯タンク１０４の保有水をできる限り多く利用するために貯湯タンク１０４の最下面に配置され、その吸入の方向に相対峙して分岐熱回収配管２０５の吐出口の吐出の方向が配置されている。これによって、分岐熱回収配管２０５の吐出口から貯湯タンク１０４に入る熱回収水は、貯湯タンク１０４の下部の水と適度に混合してから低温側熱回収配管１０５の吸入口から熱交換器１０２に循環していくにように配置されている。
【００５６】
本発明の実施の形態によれば、貯湯タンク１０４に貯湯される温水温度が低くなるとき、その要因が熱回収水温度の燃料電池１０１への供給温度の低さにあるときには有効な解決策となる燃料電池システムを提供できる。
【００５７】
本実施の形態では、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に湯水が流出する場合に、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出する湯水のうち、貯湯タンク１０４の下部から低温側熱回収配管１０５に流入する湯水の割合が高くなるので、低温温度センサー２０６の検出温度が給水配管１０６から補給される水の温度の影響より分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出する湯水の温度の影響を強く受ける可能性が高くなる。この場合、貯湯タンク１０４への流出口となる分岐熱回収配管２０５の開口部と、貯湯タンク１０４からの流入口となる低温側熱回収配管１０５の開口部とが近いほど、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出する湯水のうち、貯湯タンク１０４の下部から低温側熱回収配管１０５に流入する湯水の割合が高くなる。
【００５８】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３の燃料電池システムの構成図である。図３に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、図１に示された実施の形態１の燃料電池システムにおいて、分岐熱回収配管２０５の流出端を貯湯タンク１０４の下部の側面から貯湯タンク１０４の内部に若干挿入して、分岐熱回収配管２０５における貯湯タンク１０４側の開口部からの流出方向（貯湯タンク１０４の外周から貯湯タンク１０４の中心軸に向かう方向）と、低温側熱回収配管１０５における貯湯タンク１０４側の開口部への流入方向（鉛直方向下向き）とが、交差するように構成したものであり、その他の構成は、図１に示された実施の形態１の燃料電池システムと同様である。
【００５９】
本実施の形態では、低温側熱回収配管１０５の接続口は、貯湯タンク１０４の保有水をできる限り多く利用するために貯湯タンク１０４の最下面に配置され、その吸入の方向に対して直角方向に分岐熱回収配管２０５の吐出口が配置されている。これによって、分岐熱回収配管２０５の吐出口から貯湯タンク１０４に入る熱回収水は、貯湯タンク１０４の下部の水と適度に混合してから低温側熱回収配管１０５の吸入口から熱交換器１０２に循環していくにように配置されている。ここでは、低温側熱回収配管１０５の接続口の吸入の方向に対して直角方向に分岐熱回収配管２０５の吐出口の吐出の方向が配置されているが、この角度は混合を確保できる範囲で自由に設定できる。
【００６０】
本構成によれば、貯湯タンク１０４に貯湯される温水温度が低くなるとき、その要因が熱回収水温度の燃料電池１０１への供給温度の低さにあるときには有効な解決策となる燃料電池システムを提供できる。
【００６１】
本実施の形態では、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に湯水が流出する場合に、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出する湯水との混合により温度が上昇した貯湯タンク１０４の下部の湯水が低温側熱回収配管０５に流入するので、低温温度センサー２０６の検出温度が給水配管１０６から補給される水の温度の影響より分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出する湯水の温度の影響を強く受ける可能性が高くなる。この場合、貯湯タンク１０４への流出口となる分岐熱回収配管２０５の開口部と、貯湯タンク１０４からの流入口となる低温側熱回収配管１０５の開口部とが近いほど、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出する湯水のうち、貯湯タンク１０４の下部から低温側熱回収配管１０５に流入する湯水の割合が高くなり、また、分岐熱回収配管２０５における貯湯タンク１０４側の開口部からの流出方向と、低温側熱回収配管１０５における貯湯タンク１０４側の開口部への流入方向との角度が小さいほど、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出する湯水のうち、貯湯タンク１０４の下部から低温側熱回収配管１０５に流入する湯水の割合が高くなる。
【００６２】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４の燃料電池システムの構成図である。図４に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、図１に示された実施の形態１の燃料電池システムにおいて、給水配管１０６の流出端を貯湯タンク１０４の底面から貯湯タンク１０４の内部に若干挿入して、給水配管１０６における貯湯タンク１０４側の開口部から流出する水の流れが、分岐熱回収配管２０５における貯湯タンク１０４側の開口部から流出して低温側熱回収配管１０５における貯湯タンク１０４側の開口部へ流入する湯水の流れを乱さないように、給水配管１０６における貯湯タンク１０４側の開口部の位置を、分岐熱回収配管２０５における貯湯タンク１０４側の開口部と低温側熱回収配管１０５における貯湯タンク１０４側の開口部の両方から所定間隔離すと共に、給水配管１０６における貯湯タンク１０４側の開口部からの水の流出方向を、分岐熱回収配管２０５における貯湯タンク１０４側の開口部と低温側熱回収配管１０５における貯湯タンク１０４側の開口部の両方から離れる方向に設定したものであり、その他の構成は、図１に示された実施の形態１の燃料電池システムと同様である。
【００６３】
本実施の形態では、貯湯タンク１０４の下部から給水する給水配管１０６の接続口の吐出口を分岐熱回収配管２０５の吐出口や低温側熱回収配管１０５の吸入口と距離をとり、給水口からの給水の噴流が、分岐熱回収配管２０５の吐出口から貯湯タンク１０４に入る熱回収水が貯湯タンク１０４の下部の水と適度に混合してから低温側熱回収配管１０５の吸入口から熱交換器１０２に循環していくことを阻害する可能性を低減している。
【００６４】
本構成によれば、貯湯タンク１０４に貯湯される温水温度が低くなるとき、その要因が熱回収水温度の燃料電池１０１への供給温度の低さにあるときには有効な解決策となる燃料電池システムを提供できる。
【００６５】
本実施の形態では、給水配管１０６から貯湯タンク１０４の下部に給水がある場合に、給水配管１０６から貯湯タンク１０４の下部に補給される水のうち、貯湯タンク１０４の下部から低温側熱回収配管１０５に流入する湯水の割合が低くなるので、低温温度センサー２０６の検出温度が補給される水の温度の影響より分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出する湯水の温度の影響を強く受ける可能性が高くなる。この場合、給水配管１０６における貯湯タンク１０４側の開口部の位置を、分岐熱回収配管２０５における貯湯タンク１０４側の開口部と低温側熱回収配管１０５における貯湯タンク１０４側の開口部の両方から離すほど、給水配管１０６から貯湯タンク１０４の下部に補給される水のうち、貯湯タンク１０４の下部から低温側熱回収配管１０５に流入する水の割合が低くなる。
【００６６】
（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５の燃料電池システムの構成図である。図５に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、図１に示された実施の形態１の燃料電池システムにおいて、給水配管１０６における貯湯タンク１０４側の開口部から流出する水の流れが、分岐熱回収配管２０５における貯湯タンク１０４側の開口部から流出して低温側熱回収配管１０５における貯湯タンク１０４側の開口部へ流入する湯水の流れを乱さないように、貯湯タンク１０４内を、分岐熱回収配管２０５から流出する湯水の流れの影響を受けると共に低温側熱回収配管１０５に流入する水の流れの影響を受ける部分と、給水配管１０６から流出する水の流れの影響を受ける部分とに仕切る遮蔽板２１０を貯湯タンク１０４内の下部に配置したものであり、遮蔽板２１０以外の構成は、図１に示された実施の形態１の燃料電池システムと同様である。
【００６７】
本実施の形態は、貯湯タンク１０４の下部から給水する給水配管１０６の接続口の吐出口と、分岐熱回収配管２０５の吐出口や低温側熱回収配管１０５の吸入口との間に、遮蔽板２１０を設置し給水口からの給水の噴流によって、分岐熱回収配管２０５の吐出口から貯湯タンク１０４に入る熱回収水が貯湯タンク１０４の下部の水と適度に混合してから低温側熱回収配管１０５の吸入口から熱交換器１０２に循環していくことを阻害する可能性を低減している。また、遮蔽板２１０は、分岐熱回収配管２０５の吐出口や低温側熱回収配管１０５の吸入口との周囲を囲う構成にすることや、網状または穴あき板を使用することで分岐熱回収配管２０５の吐出口から吐出する温水と周囲の水の混合を制御することも可能である。
【００６８】
本構成によれば、貯湯タンク１０４に貯湯される温水温度が低くなるとき、その要因が熱回収水温度の燃料電池１０１への供給温度の低さにあるときには有効な解決策となる燃料電池システムを提供できる。
【００６９】
本実施の形態は、給水配管１０６における貯湯タンク１０４側の開口部から流出する水の流れが、分岐熱回収配管２０５における貯湯タンク１０４側の開口部から流出して低温側熱回収配管１０５における貯湯タンク１０４側の開口部へ流入する湯水の流れを乱さないように、貯湯タンク１０４内を、分岐熱回収配管２０５から流出する湯水の流れの影響を受けると共に低温側熱回収配管１０５に流入する水の流れの影響を受ける部分と、給水配管１０６から流出する水の流れの影響を受ける部分とに仕切る遮蔽板２１０を貯湯タンク１０４内の下部に配置したものであり、遮蔽板２１０を上記のように設けることにより、分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に湯水が流出し給水配管１０６から貯湯タンク１０４の下部に水が補給される場合に低温温度センサー２０６の検出温度が給水配管１０６から補給される水の温度の影響より分岐熱回収配管２０５から貯湯タンク１０４の下部に流出する湯水の温度の影響を強く受けるようにすることができる。
【００７０】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６の燃料電池システムは、燃料電池ユニット１０１と貯湯ユニット１０２によって構成されているが、高温温度センサー１０８の検出温度Ｔｂと低温温度センサー２０６の検出温度Ｔｃを用いて流路切替弁１０４の回路を切り替える実施の形態１から実施の形態５に共通する制御を貯湯ユニット１０２単体の動作として実施するものである。
【００７１】
本構成によれば、燃料電池ユニット１０１と貯湯ユニット１０２の個別の開発が可能になると共に、貯湯タンク１０４に貯湯される温水温度が低くなるとき、その要因が熱回収水温度の燃料電池１０１への供給温度の低さにあるときには有効な解決策となる燃料電池システムを提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明にかかる燃料電池システムは、燃料電池の発電量が少なく、低温側熱回収配管を流れる熱回収水の温度が低いために、熱回収配管を流れる熱回収水の循環量が少なくなって、貯湯タンクに高温の湯水を貯めることが困難な場合であっても、低温側熱回収配管を流れる熱回収水の温度を上昇させて、熱回収水の循環量を増大させることができ、熱回収水の循環量が増えると放熱の影響が少なくなり、貯湯タンクに流出する熱回収水の温度が上昇するため、貯湯タンクの貯湯温度を高温に保つことが可能となり、冬季であっても高温側熱回収配管が長い場合であっても、貯湯タンクに高温の湯を貯めることができるものであり、特に、燃料電池ユニットと貯湯ユニットに分離された寒冷地の家庭用燃料電池システムに有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１０１  燃料電池
１０２  熱交換器
１０３  循環ポンプ
１０４  貯湯タンク
１０５  低温側熱回収配管
１０６  給水配管
１０７  高温側熱回収配管
１０８  高温温度センサー
２０１  燃料電池ユニット
２０２  貯湯ユニット
２０４  流路切替弁
２０５  分岐熱回収配管
２０５  給水配管
２０６  低温温度センサー
２０８  流路切替弁制御手段
２１０  遮蔽板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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