(57)【要約】【課題】燃料電池から排出される熱を効率的に利用することが可能で、広い設置スペースを必要としない燃料電池排熱利用システムを提供する。【解決手段】燃料電池排熱利用システム１００は、発電に伴って熱を排出する燃料電池１１１と、燃料電池１１１が排出した排熱を回収する排熱回収手段１２０と、燃料電池１１１および排熱回収手段１２０を収納するケース体１１０Ａと、を有する発電ユニット１１０と、排熱回収手段１２０が回収した排熱を家屋２００に供給する熱利用端末１３０と、を備える。【選択図】図１
2008192375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電に伴って熱を排出する燃料電池と、前記燃料電池から排出された排熱を回収する排熱回収手段と、前記燃料電池および前記排熱回収手段を収納するケース体と、を有する発電ユニットと、
前記排熱回収手段により回収された前記排熱を家屋に供給する熱利用端末と、
を備えた
ことを特徴とした燃料電池排熱利用システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池排熱利用システムであって、
前記熱利用端末および前記家屋の少なくともいずれか一方の熱力学的状態量を検出する検出部と、
前記検出部が検出した熱力学的状態量に基づいて前記燃料電池の出力を制御する制御部と、
を備えた
ことを特徴とした燃料電池排熱利用システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池排熱利用システムであって、
前記熱利用端末は、前記排熱を用いて前記家屋の室温を調整する室温調整部を備えた
ことを特徴とした燃料電池排熱利用システム。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池排熱利用システムであって、
前記熱利用端末は、前記排熱を用いて前記家屋の室温を調整する室温調整部を備え、
前記検出部は、前記家屋の室温を検出する室温検出手段を備え、
前記制御部は、前記室温検出手段が検出した前記家屋の室温を認識し、前記家屋の室温に基づいて前記燃料電池の出力を制御する室温対応部を備えた
ことを特徴とした燃料電池排熱利用システム。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の燃料電池排熱利用システムであって、
前記室温調整部は、前記家屋の床下に設けられ家屋内空気を暖める床下放熱機である
ことを特徴とした燃料電池排熱利用システム。
【請求項６】
請求項２または請求項４に記載の燃料電池排熱利用システムであって、
前記検出部は、前記熱利用端末が前記家屋に供給した熱量に対応する放熱量を検出する放熱量検出手段を備え、
前記制御部は、前記放熱量検出手段が検出した前記放熱量を認識し、前記放熱量に基づいて前記燃料電池の出力を制御する放熱量対応部を備えた
ことを特徴とした燃料電池排熱利用システム。
【請求項７】
請求項２、請求項４、請求項６のいずれかに記載の燃料電池排熱利用システムであって、
前記熱利用端末は、
前記排熱回収手段により回収された排熱を前記熱利用端末に伝達する熱媒と、
前記排熱回収手段および前記熱利用端末に接続されて前記熱媒を循環させる熱媒循環配管と、
を備え、
前記検出部は、前記熱媒が前記熱媒循環配管内を流れる流量を検出する流量検出手段を備え、
前記制御部は、前記流量検出手段が検出した前記熱媒の流量を認識し、前記熱媒の流量に基づいて前記燃料電池の出力を制御する流量対応部を備えた
ことを特徴とした燃料電池排熱利用システム。
【請求項８】
請求項２、請求項４、請求項６、請求項７のいずれかに記載の燃料電池排熱利用システムであって、
前記熱利用端末は、
前記排熱回収手段により回収された排熱を前記熱利用端末に伝達する熱媒と、
前記排熱回収手段および前記熱利用端末に接続されて前記熱媒を循環させる熱媒循環配管と、
を備え、
前記検出部は、前記熱媒の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御部は、前記温度検出手段が検出した前記熱媒の温度を認識し、前記熱媒の温度に基づいて前記燃料電池の出力を制御する温度対応部を備えた
ことを特徴とした燃料電池排熱利用システム。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の燃料電池排熱利用システムであって、
前記熱利用端末は、
前記排熱回収手段により回収された排熱を前記熱利用端末に伝達する熱媒と、
前記排熱回収手段および前記熱利用端末に接続されて前記熱媒を循環させる熱媒循環配管と、
前記熱媒循環配管のうち前記熱媒が前記熱利用端末から前記排熱回収手段に移動する部分における前記熱媒の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部が検出した前記熱媒の温度を認識し、前記熱媒の温度に基づいて前記熱利用端末が前記家屋に供給する熱量に対応する放熱量を制御する放熱量制御部と、
を備えた
ことを特徴とした燃料電池排熱利用システム。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の燃料電池排熱利用システムであって、
前記燃料電池が発電した電気を含む電力により運転される換気排熱ヒートポンプと、
前記換気排熱ヒートポンプの排熱を用いて前記家屋の室温を調整する室温調整手段と、
を備えた
ことを特徴とした燃料電池排熱利用システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池排熱利用システムであって、
前記室温調整手段は、パネルヒータである
ことを特徴とした燃料電池排熱利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池から排出される熱を回収し熱源として利用する燃料電池排熱利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池から排出される熱を回収し、家屋内における給湯等の熱源として利用する燃料電池排熱利用システムが知られている。
従来の燃料電池排熱利用システムは、例えば、燃料電池と、貯湯槽と、燃料電池と貯湯槽との間で水を循環させる循環配管と、を備え、燃料電池から排出される熱を回収して高温となり貯湯槽に貯められた水である湯を、家屋に供給するものである。
このような燃料電池排熱利用システムとして、特許文献１には、燃料電池本体の排熱のみならず、燃料電池本体に併設された改質器の排熱をも回収することで、燃料電池全体から排熱を効果的に回収するシステムが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８９２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載のような従来の燃料電池排熱利用システムは、燃料電池から排出される熱を、主に家屋への給湯に利用していたため、例えば、以下のような問題があった。
すなわち、家屋において給湯は常時必要とされるものではないため、燃料電池排熱利用システムが回収した熱が有効に利用されない場合がある。
給湯は、例えば、調理や入浴等に際して必要となり、この時、貯湯槽に貯められた湯が、必要量だけ家屋に供給される。しかし、家人が就寝する深夜や、家人が外出した日中などには全く利用されない場合がある。つまり、給湯は、家人の必要に応じて間欠的に利用される場合が多い。給湯が利用されないということは、燃料電池排熱利用システムが回収した熱が利用されないことと同義である。
【０００５】
一方、冬場の家屋、特に寒冷地等では、給湯以外にも暖房等の目的で多量の熱が必要とされる。しかし、従来の燃料電池排熱利用システムは、家屋への給湯を主目的とした構成になっていたため、仮に給湯が利用されていない場合であっても、暖房等に供給する熱を増大させることができない非効率なものであった。
また、特許文献１に記載のような従来の燃料電池排熱利用システムは、貯湯槽を備える構成であるため、燃料電池排熱利用システムを構築するに当たって広い設置スペースが必要である。このため、従来の燃料電池排熱利用システムは屋外に設けられることが多いが、寒冷地等では、凍結のおそれがあるので、屋内に設置せざるを得ないという不都合があった。
【０００６】
本発明の目的は、燃料電池から排出される熱を効率的に利用することが可能で、広い設置スペースを必要としない燃料電池排熱利用システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池排熱利用システムは、発電に伴って熱を排出する燃料電池と、前記燃料電池から排出された排熱を回収する排熱回収手段と、前記燃料電池および前記排熱回収手段を収納するケース体と、を有する発電ユニットと、前記排熱回収手段により回収された前記排熱を家屋に供給する熱利用端末と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、燃料電池が発電に伴って熱を排出し、排熱回収手段が燃料電池から排出された排熱を回収し、熱利用端末が排熱回収手段により回収された排熱を家屋に供給するので、従来の燃料電池排熱利用システムのように、燃料電池の排熱の利用が給湯に限定されることがなく、燃料電池から排出される熱を、効率的に利用することが可能となる。
例えば、燃料電池から排出される熱を、家屋の室温調整や、家屋の屋根に設けられる融雪パネル等の様々な用途に利用することができる。このような用途における熱の利用は、給湯よりも利用頻度が高いため、主に給湯のみに燃料電池の排熱を用いる場合に比べ、燃料電池から排出される熱を効率的に利用することが可能となる。特に、寒冷地等では、このような用途に利用するための熱が多量に必要とされるので、燃料電池から排出される熱を、より効率的に利用することが可能となる。
また、燃料電池および排熱回収手段を発電ユニット内に設けたので、従来の燃料電池排熱利用システムのように広いスペースを占有する貯湯槽を設けなくても燃料電池から排出される熱を回収することができる。貯湯槽を省略することで、燃料電池排熱利用システムの設置スペースを小さくすることができ、燃料電池排熱利用システムの屋内への設置も容易となる。
【０００９】
本発明において、燃料電池排熱利用システムは、前記熱利用端末および前記家屋の少なくともいずれか一方の熱力学的状態量を検出する検出部と、前記検出部が検出した熱力学的状態量に基づいて前記燃料電池の出力を制御する制御部と、を備えることが好ましい。
このような構成によれば、燃料電池排熱利用システムが、熱利用端末および家屋の少なくともいずれか一方の熱力学的状態量を検出する検出部を備えるので、検出部が検出した熱力学的状態量により、家屋における熱の利用状況や需要等を推定することができる。また、制御部が、検出部の検出した熱力学的状態量に基づいて燃料電池の出力を制御するので、燃料電池から排出される熱量と家屋で必要とされる熱量とのバランスがとれた、効率のよい条件で燃料電池を駆動させることができる。
【００１０】
本発明において、前記熱利用端末は、前記排熱を用いて前記家屋の室温を調整する室温調整部を備えることが好ましい。
このような構成によれば、熱利用端末が、排熱を用いて家屋の室温を調整する室温調整部を備えるので、燃料電池から排出される熱を、家屋において利用頻度の高い室温調整に利用することができる。したがって、燃料電池から排出される熱を、効率的に利用することが可能となる。特に、寒冷地等では、暖房等に利用するための熱が多量に必要とされるので、燃料電池から排出される熱を、より効率的に利用することが可能となる。
【００１１】
本発明において、前記熱利用端末は、前記排熱を用いて前記家屋の室温を調整する室温調整部を備え、前記検出部は、前記家屋の室温を検出する室温検出手段を備え、前記制御部は、前記室温検出手段が検出した前記家屋の室温を認識し、前記家屋の室温に基づいて前記燃料電池の出力を制御する室温対応部を備えることが好ましい。
このような構成によれば、検出部が、家屋の室温を検出する室温検出手段を備え、制御部が、室温検出手段が検出した家屋の室温を認識し、家屋の室温に基づいて燃料電池の出力を制御する室温対応部を備えるので、室温対応部が、室温検出手段が検出した家屋の室温に基づいて燃料電池の出力を制御し、燃料電池から排出される熱量と家屋で必要とされる熱量とのバランスがとれた、効率のよい条件で燃料電池を駆動させることができる。
【００１２】
本発明において、前記室温調整部は、家屋の床下に設けられ家屋内空気を暖める床下放熱機であることが好ましい。
このような構成によれば、熱利用端末として、一般的な床下放熱機を用いるので、燃料電池排熱利用システムを容易かつ安価に構築することができる。
【００１３】
本発明において、前記検出部は、前記熱利用端末が前記家屋に供給した熱量に対応する放熱量を検出する放熱量検出手段を備え、前記制御部は、前記放熱量検出手段が検出した前記放熱量を認識し、前記放熱量に基づいて前記燃料電池の出力を制御する放熱量対応部を備えることが好ましい。
このような構成によれば、検出部が、熱利用端末が家屋に供給した熱量に対応する放熱量を検出する放熱量検出手段を備え、制御部が、放熱量検出手段が検出した放熱量を認識し、放熱量に基づいて燃料電池の出力を制御する放熱量対応部を備えるので、放熱量対応部が、放熱量検出手段が検出した放熱量に基づいて燃料電池の出力を制御し、燃料電池から排出される熱量と家屋で必要とされる熱量とのバランスがとれた、効率のよい条件で燃料電池を駆動させることができる。
【００１４】
本発明において、前記熱利用端末は、前記排熱回収手段により回収された排熱を前記熱利用端末に伝達する熱媒と、前記排熱回収手段および前記熱利用端末に接続されて前記熱媒を循環させる熱媒循環配管と、を備え、前記検出部は、前記熱媒が前記熱媒循環配管内を流れる流量を検出する流量検出手段を備え、前記制御部は、前記流量検出手段が検出した前記熱媒の流量を認識し、前記熱媒の流量に基づいて前記燃料電池の出力を制御する流量対応部を備えることが好ましい。
このような構成によれば、検出部が、熱媒が熱媒循環配管内を流れる流量を検出する流量検出手段を備え、制御部が、流量検出手段が検出した熱媒の流量を認識し、熱媒の流量に基づいて燃料電池の出力を制御する流量対応部を備えるので、流量対応部が、流量検出手段が検出した熱媒の流量に基づいて燃料電池の出力を制御し、燃料電池から排出される熱量と家屋で必要とされる熱量とのバランスがとれた、効率のよい条件で燃料電池を駆動させることができる。
【００１５】
本発明において、前記熱利用端末は、前記排熱回収手段により回収された排熱を前記熱利用端末に伝達する熱媒と、前記排熱回収手段および前記熱利用端末に接続されて前記熱媒を循環させる熱媒循環配管と、を備え、前記検出部は、前記熱媒の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御部は、前記温度検出手段が検出した前記熱媒の温度を認識し、前記熱媒の温度に基づいて前記燃料電池の出力を制御する温度対応部を備えることが好ましい。
このような構成によれば、検出部が、熱媒の温度を検出する温度検出手段を備え、制御部が、温度検出手段が検出した熱媒の温度を認識し、熱媒の温度に基づいて燃料電池の出力を制御する温度対応部を備えるので、温度対応部が、温度検出手段が検出した熱媒の温度に基づいて燃料電池の出力を制御し、燃料電池から排出される熱量と家屋で必要とされる熱量とのバランスがとれた、効率のよい条件で燃料電池を駆動させることができる。
【００１６】
本発明において、前記熱利用端末は、前記排熱回収手段により回収された排熱を前記熱利用端末に伝達する熱媒と、前記排熱回収手段および前記熱利用端末に接続されて前記熱媒を循環させる熱媒循環配管と、前記熱媒循環配管のうち前記熱媒が前記熱利用端末から前記排熱回収手段に移動する部分における前記熱媒の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部が検出した前記熱媒の温度を認識し、前記熱媒の温度に基づいて前記熱利用端末が前記家屋に供給する熱量に対応する放熱量を制御する放熱量制御部と、を備えることが好ましい。
このような構成によれば、熱利用端末が、熱媒循環配管のうち熱媒が熱利用端末から排熱回収手段に移動する部分における熱媒の温度を検出する温度検出部と、温度検出部が検出した熱媒の温度を認識し、熱媒の温度に基づいて熱利用端末が家屋に供給する熱量に対応する放熱量を制御する放熱量制御部と、を備えるので、放熱量制御部が、熱利用端末から排熱回収手段に移動する熱媒の温度に応じて熱利用端末の放熱量を制御し、燃料電池の安定した発電を確保することができる。
【００１７】
温度の高い熱媒は、排熱回収手段が回収した燃料電池の排熱を吸収することができない。熱媒が十分な量の排熱を排熱回収手段から吸収しないと、排熱回収手段が過熱し、燃料電池の排熱を回収することができなくなる。燃料電池の冷却が不十分となるので、燃料電池の発電が不安定になったり停止する等の不具合が発生する。例えば、従来の燃料電池排熱利用システムにおいて、単純に貯湯槽を省略した場合には、このような不具合が発生するおそれがあった。
これに対し、本発明では、放熱量制御部が熱媒の温度に応じて熱利用端末の放熱量を制御するので、排熱回収手段へと移動する熱媒の温度が高い場合には、熱利用端末の放熱量を大きくして熱媒の温度を下げることができ、上述のような不具合を回避することができる。
【００１８】
本発明において、燃料電池排熱利用システムは、前記燃料電池が発電した電気を含む電力により運転される換気排熱ヒートポンプと、前記換気排熱ヒートポンプの排熱を用いて前記家屋の室温を調整する室温調整手段と、を備えることが好ましい。
このような構成によれば、燃料電池排熱利用システムが、燃料電池が発電した電気を含む電力により運転される換気排熱ヒートポンプと、換気排熱ヒートポンプの排熱を用いて家屋の室温を調整する室温調整手段と、を備えるので、燃料電池が発電した電気および燃料電池から排出される熱の双方を用いて、家屋の室温調整等をすることができ、燃料電池から排出されるエネルギーを効率的に利用することができる。
また、換気排熱ヒートポンプは電気から熱への変換効率が高いので、燃料電池排熱利用システム全体の効率をより一層高いものとすることができる。
【００１９】
本発明において、前記室温調整手段は、パネルヒータであることが好ましい。
このような構成によれば、室温調整手段として、一般的なパネルヒータを用いるので、燃料電池排熱利用システムを容易かつ安価に構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
［燃料電池排熱利用システムの構成］
図１は、本実施形態の燃料電池排熱利用システムの構成を示す概略図である。図２は、燃料電池排熱利用システムを構成する検出部および制御部の構成を示す概略図である。
本実施形態の燃料電池排熱利用システム１００は、図１に示すように、発電に伴って熱を排出する燃料電池１１１と、燃料電池１１１から排出された排熱を回収する排熱回収手段１２０と、燃料電池１１１および排熱回収手段１２０を収納するケース体１１０Ａと、を有する発電ユニット１１０と、排熱回収手段１２０により回収された排熱を家屋２００に供給する熱利用端末１３０と、を備える。
燃料電池１１１には、燃料であるＬＰＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  ｇａｓ：液化石油ガス）を供給するボンベ１１２が接続されている。
【００２２】
排熱回収手段１２０は、燃料電池１１１に接続されて水を循環させる循環配管１２２、および、循環配管１２２の一部に設けられた熱交換器１２３を備える。
循環配管１２２は、水が燃料電池１１１から熱交換器１２３に移動する部分である上り配管１２２Ａ、および、水が熱交換器１２３から燃料電池１１１に移動する部分である下り配管１２２Ｂを有する。
【００２３】
熱利用端末１３０は、排熱回収手段１２０により回収された排熱を用いて家屋２００の室温を調整する室温調整部１３１と、排熱を室温調整部１３１に伝達する熱媒１３２と、室温調整部１３１および熱交換器１２３に接続されて熱媒１３２を循環させる熱媒循環配管１３３と、熱媒１３２の温度を検出する温度検出部１３４と、温度検出部１３４が検出した熱媒１３２の温度を認識し熱媒１３２の温度に基づいて熱利用端末１３０が家屋２００に供給する熱量に対応する放熱量を制御する放熱量制御部１３５と、を備える。
熱媒１３２としては、例えば、水等の液体や、空気等の気体が挙げられる。
熱媒循環配管１３３は、発電ユニット１１０に設けられた二つのヘッダ１１３と、同じく発電ユニット１１０に設けられたユニット内熱媒配管１１４と、を介して熱交換器１２３に接続されている。
【００２４】
熱媒循環配管１３３は、ヘッダ１１３Ａに接続され熱媒１３２が発電ユニット１１０側から室温調整部１３１に移動する部分である上り配管１３３Ａと、ヘッダ１１３Ｂに接続され熱媒１３２が室温調整部１３１から発電ユニット１１０側に移動する部分である下り配管１３３Ｂと、を有する。
ユニット内熱媒配管１１４はヘッダ１１３Ａに接続され熱媒１３２が熱交換器１２３から室温調整部１３１側に移動する部分である上り配管１１４Ａと、ヘッダ１１３Ｂに接続され熱媒１３２が室温調整部１３１側から熱交換器１２３に移動する部分である下り配管１１４Ｂと、を有する。
【００２５】
ユニット内熱媒配管１１４の上り配管１１４Ａの熱交換器１２３近傍には、熱交換器１２３で過熱された熱媒１３２の膨張を吸収する膨張タンク１１５が設けられ、また、上り配管１１４Ａの膨張タンク１１５とヘッダ１１３Ａとの間には、熱媒１３２を循環させるためのポンプ１１６が設けられている。
二つのヘッダ１１３は、発電ユニット１１０内に設けられユニット内熱媒配管１１４と接続される内側接続部と、発電ユニット１１０外に設けられ熱媒循環配管１３３と接続される外側接続部と、を有する。ここにおいて、二つのヘッダ１１３は複数の外側接続部を有しており、複数の熱利用端末１３０と接続可能に構成されている。なお、図１においては、説明の簡略化のため、一つの熱利用端末１３０のみを接続した構成を示した。
【００２６】
熱利用端末１３０の室温調整部１３１は、家屋２００の床下に設けられ熱媒１３２により伝達された排熱を用いて床面を介して家屋内空気を暖める床下放熱機１３１Ａである。
温度検出部１３４は、熱媒循環配管１３３の下り配管１３３Ｂに設けられ熱媒１３２の温度を検出する温度センサである。
放熱量制御部１３５は、室温調整部１３１に送風して室温調整部１３１からの放熱量を制御するファンである。
【００２７】
また、燃料電池排熱利用システム１００は、熱利用端末１３０および家屋２００の熱力学的状態量を検出する検出部１４０と、検出部１４０が検出した熱力学的状態量に基づいて燃料電池１１１の出力を制御する制御部１５０と、を備える。
【００２８】
検出部１４０は、室温検出手段１４１と、放熱量検出手段１４２と、流量検出手段１４３と、温度検出手段１４４と、を備える。
室温検出手段１４１は、家屋２００の室内に設けられ室温を検出する温度センサである。
放熱量検出手段１４２は、熱媒循環配管１３３に設けられ熱媒循環配管１３３の上り配管１３３Ａ内の熱媒１３２の温度と下り配管１３３Ｂ内の熱媒１３２の温度との差から、熱利用端末１３０が家屋２００に供給した熱量に対応する放熱量を検出する積算熱量計である。
流量検出手段１４３は、熱媒循環配管１３３の下り配管１３３Ｂに設けられ熱媒１３２が流れる流量を検出する流量計である。
温度検出手段１４４は、熱利用端末の温度検出部１３４である。すなわち、温度検出手段１４４は、熱媒循環配管１３３の下り配管１３３Ｂに設けられ熱媒１３２の温度を検出する温度センサであり、制御部１５０および放熱量制御部１３５の双方に熱媒１３２の温度を出力する。
【００２９】
制御部１５０は、図１に示すように、発電ユニット１１０のケース体１１０Ａ内に設けられている。
制御部１５０は、図２に示すように、室温対応部１５１と、放熱量対応部１５２と、流量対応部１５３と、温度対応部１５４と、を備える。
【００３０】
室温対応部１５１は、室温検出手段１４１が検出した家屋２００の室温を認識し、家屋２００の室温に基づいて燃料電池１１１の出力を制御する。具体的には、目標とする室温Ａと室温検出手段１４１が検出した室温との差に基づいて、燃料電池１１１の出力を変更する。例えば、検出した室温が室温Ａに近いか室温Ａより高い場合には、燃料電池１１１の出力を下げ、検出した室温が室温Ａよりも低い場合には、燃料電池１１１の出力を上げる。
放熱量対応部１５２は、放熱量検出手段１４２が検出した放熱量を認識し、放熱量に基づいて燃料電池１１１の出力を制御する。具体的には、目標とする放熱量Ｂと放熱量検出手段１４２が検出した放熱量との差に基づいて、燃料電池１１１の出力を変更する。例えば、検出した放熱量が放熱量Ｂよりも低い場合には、燃料電池１１１の出力を下げ、検出した放熱量が放熱量Ｂより高い場合には、燃料電池１１１の出力を上げる。
【００３１】
流量対応部１５３は、流量検出手段１４３が検出した熱媒１３２の流量を認識し、熱媒１３２の流量に基づいて燃料電池１１１の出力を制御する。具体的には、目標とする流量Ｃと流量検出手段１４３が検出した流量との差に基づいて、燃料電池１１１の出力を変更する。例えば、検出した流量が流量Ｃより低い場合には、燃料電池１１１の出力を下げ、検出した流量が流量Ｃよりも高い場合には、燃料電池１１１の出力を上げる。
温度対応部１５４は、温度検出手段１４４が検出した熱媒１３２の温度を認識し、熱媒１３２の温度に基づいて燃料電池１１１の出力を制御する。具体的には、目標とする温度Ｄと温度検出手段１４４が検出した温度との差に基づいて、燃料電池１１１の出力を変更する。例えば、検出した温度が温度Ｄより高い場合には、燃料電池１１１の出力を下げ、検出した温度が温度Ｄよりも低い場合には、燃料電池１１１の出力を上げる。
【００３２】
熱利用端末１３０の温度検出部１３４でもある温度検出手段１４４は、また、熱利用端末１３０の放熱量制御部１３５と接続されており、放熱量制御部１３５は、温度検出手段１４４が検出した熱媒１３２の温度を認識し、熱媒１３２の温度に基づいて熱利用端末１３０が家屋２００に供給する熱量に対応する放熱量を制御する。具体的には、熱交換器１２３へと移動する熱媒１３２の温度が予め設定した温度Ｅよりも高い場合に、熱利用端末１３０の放熱量を大きくする。
【００３３】
さらに、燃料電池排熱利用システム１００は、図１に示すように、燃料電池１１１が発電した電気を含む電力により運転される換気排熱ヒートポンプ１６０および電気ボイラ１７０と、換気排熱ヒートポンプ１６０の排熱を用いて家屋２００の室温を調整する室温調整手段１８０と、を備える。
換気排熱ヒートポンプ１６０は、コンプレッサ１６１と、熱媒を循環させる熱媒循環配管１６２と、熱交換部１６３と、ファン１６４と、を備える。換気排熱ヒートポンプ１６０には、分電盤１９０を介して、燃料電池１１１が発電した電気と商用電力とを合わせて５００Ｗの電力が供給されている。
室温調整手段１８０は、家屋２００の室内に設けられるパネルヒータ１８１と、パネルヒータ１８１および換気排熱ヒートポンプ１６０の熱交換部１６３に接続されて熱媒を循環させる熱媒循環配管１８２と、を備える。熱媒循環配管１８２は、熱媒が熱交換部１６３からパネルヒータ１８１に移動する部分である上り配管１８２Ａと、熱媒がパネルヒータ１８１から熱交換部１６３に移動する部分である下り配管１８２Ｂと、を有する。
【００３４】
電気ボイラ１７０は、熱媒循環配管１８２の上り配管１８２Ａにおける熱媒の温度を検出する温度検出部１７１を備え、上り配管１８２Ａ中の熱媒を加熱可能に配置されている。電気ボイラ１７０には、分電盤１９０を介して、燃料電池１１１が発電した電気と商用電力とを合わせて２００Ｗの電力が供給されている。
分電盤１９０は、すでに述べたように、燃料電池１１１が発電した電気と商用電力とを合わせて、換気排熱ヒートポンプ１６０および電気ボイラ１７０に電力を供給するとともに、家屋２００のその他の電気機器にも電力を供給する。
【００３５】
［燃料電池排熱利用システムの動作］
次に、燃料電池排熱利用システム１００の動作について説明する。
まず、発電ユニット１１０を操作し、燃料電池１１１、排熱回収手段１２０および熱利用端末１３０、必要に応じて換気排熱ヒートポンプ１６０、室温調整手段１８０および電気ボイラ１７０、を駆動させる。なお、発電ユニット１１０の操作は、家屋２００の室内に設けられた図示しない操作手段を用いて実施することができる。また、この操作手段を操作することにより、室温Ａ、熱利用端末１３０の放熱量Ｂ、熱媒１３２の流量Ｃおよび温度Ｄ、温度Ｅの目標値を設定することができる。
【００３６】
燃料電池１１１は、ボンベ１１２からＬＰＧの供給を受け、これを燃料として発電をするとともに、熱を排出する。
燃料電池１１１が発電した電気は、分電盤１９０を介して商用電力とともに、換気排熱ヒートポンプ１６０、電気ボイラ１７０および家屋２００のその他の電気機器に供給される。燃料電池１１１が排出した熱は、排熱回収手段１２０により回収される。
【００３７】
排熱回収手段１２０は、循環配管１２２内に水を循環させる。
循環配管１２２内を循環する水は、発電ユニット１１０において、燃料電池１１１から排出された排熱を回収し、熱交換器１２３において、回収した排熱を熱媒循環配管１３３内を循環する熱媒１３２に伝達する。熱交換器１２３において、回収した排熱を伝達し、冷却された水は、循環配管１２２の下り配管１２２Ｂを介し発電ユニット１１０に供給される。
【００３８】
熱利用端末１３０は、熱媒循環配管１３３内に熱媒１３２を循環させる。
熱媒循環配管１３３内を循環する熱媒１３２は、熱交換器１２３において循環配管１２２内を循環する水から排熱を吸収し、吸収した排熱を室温調整部１３１に伝達する。
室温調整部１３１である床下放熱機１３１Ａは、熱媒１３２により伝達された排熱を用いて家屋２００の床面を介して家屋内空気を暖める。
【００３９】
換気排熱ヒートポンプ１６０は、分電盤１９０から供給された電力によりコンプレッサ１６１およびファン１６４を駆動させる。熱媒循環配管１６２中を循環する熱媒は、ファン１６４により冷却され、コンプレッサ１６１により圧縮された後、熱交換部１６３において熱を排出する。
室温調整手段１８０は、熱媒循環配管１８２内に熱媒を循環させる。
熱媒循環配管１８２内を循環する熱媒は、熱交換部１６３において換気排熱ヒートポンプ１６０の排熱を吸収し、この吸収した排熱をパネルヒータ１８１に伝達する。パネルヒータ１８１は、熱媒により伝達された換気排熱ヒートポンプ１６０の排熱を用いて家屋２００の室内の空気を暖める。
電気ボイラ１７０は、熱媒循環配管１８２内の熱媒の温度を検出する温度検出部１７１を備え、温度検出部１７１の検出した温度に基づいて、熱媒循環配管１８２内の熱媒を加熱する。電気ボイラ１７０は、例えば、熱媒循環配管１８２内の熱媒の温度が予め設定した温度より低い場合に、熱媒循環配管１８２内の熱媒を加熱する。
【００４０】
ここで、燃料電池１１１の出力は、制御部１５０によって、検出部１４０の検出した熱力学的状態量に基づいて制御される。
室温対応部１５１は、室温検出手段１４１が検出した家屋２００の室温を認識し、家屋２００の室温に基づいて燃料電池１１１の出力を制御する。
放熱量対応部１５２は、放熱量検出手段１４２が検出した放熱量を認識し、放熱量に基づいて燃料電池１１１の出力を制御する。
流量対応部１５３は、流量検出手段１４３が検出した熱媒１３２の流量を認識し、熱媒１３２の流量に基づいて燃料電池１１１の出力を制御する。
温度対応部１５４は、温度検出手段１４４が検出した熱媒１３２の温度を認識し、熱媒１３２の温度に基づいて燃料電池１１１の出力を制御する。
また、放熱量制御部１３５は、温度検出手段１４４が検出した熱媒１３２の温度を認識し、熱媒１３２の温度に基づいて熱利用端末１３０が家屋２００に供給する熱量に対応する放熱量を制御する。
【００４１】
［実施形態の作用効果］
前記した実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
燃料電池１１１が発電に伴って熱を排出し、排熱回収手段１２０が燃料電池１１１から排出された排熱を回収し、熱利用端末１３０が排熱回収手段１２０により回収された排熱を家屋２００に供給するので、従来の燃料電池排熱利用システムのように、燃料電池の排熱の利用が給湯に限定されることがなく、燃料電池１１１から排出される熱を、効率的に利用することが可能となる。
また、燃料電池１１１および排熱回収手段１２０を発電ユニット１１０内に設けたので、従来の燃料電池排熱利用システムのように広いスペースを占有する貯湯槽を設けなくても燃料電池１１１から排出される熱を回収することができる。図１においては、燃料電池排熱利用システム１００を屋外に設ける場合を例示したが、貯湯槽を省略することで、燃料電池排熱利用システム１００の設置スペースを小さくすることができ、燃料電池排熱利用システム１００の屋内への設置も容易である。
【００４２】
燃料電池排熱利用システム１００が、熱利用端末１３０および家屋２００の少なくともいずれか一方の熱力学的状態量を検出する検出部１４０を備えるので、検出部１４０の検出した熱力学的状態量により、家屋２００における熱の利用状況や需要等を推定することができる。また、制御部１５０が、検出部１４０の検出した熱力学的状態量に基づいて燃料電池１１１の出力を制御するので、燃料電池１１１から排出される熱量と家屋２００で必要とされる熱量とのバランスがとれた、効率のよい条件で燃料電池１１１を駆動させることができる。
熱利用端末１３０が、排熱を用いて家屋２００の室温を調整する室温調整部１３１を備えるので、燃料電池１１１から排出される熱を、家屋２００において利用頻度の高い室温調整に利用することができる。したがって、燃料電池１１１から排出される熱を、効率的に利用することが可能となる。特に、寒冷地等では、暖房等に利用するための熱が多量に必要とされるため、燃料電池１１１から排出される熱を、より効率的に利用することが可能となる。
【００４３】
検出部１４０が、家屋２００の室温を検出する室温検出手段１４１を備え、制御部１５０が、室温検出手段１４１が検出した家屋２００の室温を認識し、家屋の室温に基づいて燃料電池１１１の出力を制御する室温対応部１５１を備えるので、室温対応部１５１が、室温検出手段１４１が検出した家屋２００の室温に基づいて燃料電池１１１の出力を制御し、燃料電池１１１から排出される熱量と家屋２００で必要とされる熱量とのバランスがとれた、効率のよい条件で燃料電池１１１を駆動させることができる。
室温調整部１３１として、一般的な床下放熱機１３１Ａを用いるので、燃料電池排熱利用システム１００を容易かつ安価に構築することができる。
【００４４】
検出部１４０が、熱利用端末１３０が家屋２００に供給した熱量に対応する放熱量を検出する放熱量検出手段１４２を備え、制御部１５０が、放熱量検出手段１４２が検出した放熱量を認識し、放熱量に基づいて燃料電池１１１の出力を制御する放熱量対応部１５２を備えるので、放熱量対応部１５２が、放熱量検出手段１４２が検出した放熱量に基づいて燃料電池１１１の出力を制御し、燃料電池１１１から排出される熱量と家屋２００で必要とされる熱量とのバランスがとれた、効率のよい条件で燃料電池１１１を駆動させることができる。
検出部１４０が、熱媒１３２が熱媒循環配管１３３内を流れる流量を検出する流量検出手段１４３を備え、制御部１５０が、流量検出手段１４３が検出した熱媒１３２の流量を認識し、熱媒１３２の流量に基づいて燃料電池１１１の出力を制御する流量対応部１５３を備えるので、流量対応部１５３が、流量検出手段１４３が検出した熱媒１３２の流量に基づいて燃料電池１１１の出力を制御し、燃料電池１１１から排出される熱量と家屋２００で必要とされる熱量とのバランスがとれた、効率のよい条件で燃料電池１１１を駆動させることができる。
【００４５】
検出部１４０が、熱媒１３２の温度を検出する温度検出手段１４４を備え、制御部１５０が、温度検出手段１４４が検出した熱媒１３２の温度を認識し、熱媒１３２の温度に基づいて燃料電池１１１の出力を制御する温度対応部１５４を備えるので、温度対応部１５４が、温度検出手段１４４が検出した熱媒１３２の温度に基づいて燃料電池１１１の出力を制御し、燃料電池１１１から排出される熱量と家屋２００で必要とされる熱量とのバランスがとれた、効率のよい条件で燃料電池１１１を駆動させることができる。
熱利用端末１３０が、熱媒循環配管１３３のうち熱媒１３２が熱利用端末１３０から排熱回収手段１２０に移動する部分における熱媒１３２の温度を検出する温度検出部１３４と、温度検出部１３４が検出した熱媒１３２の温度を認識し熱媒１３２の温度に基づいて熱利用端末１３０が家屋２００に供給する熱量に対応する放熱量を制御する放熱量制御部１３５と、を備えるので、放熱量制御部１３５が、熱利用端末１３０から排熱回収手段１２０に移動する熱媒１３２の温度に応じて熱利用端末１３０の放熱量を制御し、燃料電池１１１の安定した発電を確保することができる。
【００４６】
燃料電池排熱利用システム１００が、燃料電池１１１が発電した電気を含む電力により運転される換気排熱ヒートポンプ１６０と、換気排熱ヒートポンプ１６０の排熱を用いて家屋２００の室温を調整する室温調整手段１８０と、を備えるので、燃料電池１１１が発電した電気および燃料電池１１１から排出される熱の双方を用いて、家屋２００の室温を調整することができ、燃料電池１１１から排出されるエネルギーを効率的に利用することができる。
換気排熱ヒートポンプ１６０は電気から熱への変換効率が高いので、燃料電池排熱利用システム１００全体の効率をより一層高いものとすることができる。
室温調整手段１８０として、一般的なパネルヒータ１８１を用いるので、燃料電池排熱利用システム１００を容易かつ安価に構築することができる。
室温調整部１３１として、一般的な床下放熱機１３１Ａを用いるので、燃料電池排熱利用システム１００を容易かつ安価に構築することができる。
【００４７】
検出部１４０が、室温検出手段１４１と、放熱量検出手段１４２と、流量検出手段１４３と、温度検出手段１４４と、を備え、制御部１５０が、室温対応部１５１と、放熱量対応部１５２と、流量対応部１５３と、温度対応部１５４と、を備えるので、家屋２００の室温、熱利用端末１３０の放熱量、熱媒１３２の流量および温度を総合的に考慮して、燃料電池１１１から排出される熱量と家屋２００で必要とされる熱量とのバランスがとれた、より効率のよい条件で燃料電池１１１を駆動させることができる。
燃料電池排熱利用システム１００が、電気ボイラ１７０を備えるので、熱利用端末１３０および換気排熱ヒートポンプ１６０のみによっては十分な暖房効果が得られず、熱媒循環配管１８２内の熱媒の温度が予め設定した温度より低くなった場合に、熱媒循環配管１８２内の熱媒を加熱し、暖房効果を高めることができる。
【００４８】
室温調整部１３１が、家屋２００の床下に設けられ熱媒１３２により伝達された排熱を用いて床面を暖める床下放熱機１３１Ａであり、室温調整手段１８０が、家屋２００の室内に設けられるパネルヒータ１８１を有するので、パネルヒータ１８１により直接室内の空気を暖めるとともに、床下放熱機１３１Ａにより床面からも室内の空気を暖めることができ、総合的に暖房効果を高めることができる。また、床下放熱機１３１Ａにより床面が暖められるので、体感的な暖房効果が飛躍的に向上する。
発電ユニット１１０が、複数の外側接続部を有する二つのヘッダ１１３と、熱媒１３２を循環させるためのポンプ１１６と、を備えるので、二つのヘッダ１１３に複数の熱利用端末１３０を接続した場合でも、一つのポンプ１１６により熱媒１３２を循環させることができ、各熱利用端末１３０に熱媒１３２を循環させる手段を設ける必要がない。
【００４９】
［実施形態の変形］
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれるものである。
【００５０】
検出部１４０および制御部１５０の構成は、上述の実施形態に示した構成に限定されない。
上述の実施形態において、検出部１４０が、四つの検出手段（室温検出手段１４１、放熱量検出手段１４２、流量検出手段１４３、温度検出手段１４４）を備え、制御部１５０が、四つの対応部（室温対応部１５１、放熱量対応部１５２、流量対応部１５３、温度対応部１５４）を備える構成を例示したが、検出部１４０は、一つ以上の検出手段を有するものであればよく、制御部１５０は、検出部１４０の有する検出手段に対応する対応部を有するものであればよい。なお、検出部１４０が一つ以上備えるべき検出手段は、本実施形態において例示した四つの検出手段に限定されない。
【００５１】
例えば、検出部１４０は、放熱量検出手段１４２のみを有し、制御部１５０は、放熱量対応部１５２のみを有する構成としてもよい。このような場合でも、放熱量検出手段１４２の検出した放熱量に基づいて放熱量対応部１５２が燃料電池１１１の出力を制御し、燃料電池１１１から排出される熱量と家屋２００で必要とされる熱量とのバランスがとれた、効率のよい条件で燃料電池１１１を駆動させることができる。
また、検出部１４０および制御部１５０は、設けなくてもよい。このような場合でも、従来の燃料電池排熱利用システムのように、燃料電池１１１の排熱の利用が給湯に限定されることがないので、燃料電池１１１から排出される熱を、効率的に利用することが可能であり、貯湯槽を省略することで、燃料電池排熱利用システムの設置スペースを小さくすることができる。
【００５２】
上述の実施形態において、検出部１４０の流量検出手段１４３が熱媒循環配管１３３の下り配管１３３Ｂに設けられる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、流量検出手段１４３は、熱媒循環配管１３３の上り配管１３３Ａに設けられてもよく、上り配管１３３Ａと下り配管１３３Ｂの両方に設けられてもよい。このような場合でも、上述の実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
【００５３】
上述の実施形態において、検出部１４０の温度検出手段１４４が熱媒循環配管１３３の下り配管１３３Ｂに設けられる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、温度検出手段１４４は、熱媒循環配管１３３の上り配管１３３Ａに設けられてもよく、上り配管１３３Ａと下り配管１３３Ｂの両方に設けられてもよい。このような場合でも、上述の実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
ただし、熱利用端末１３０の放熱量制御部１３５により、放熱量を温度検出部１３４でもある温度検出手段１４４の検出した熱媒１３２の温度に応じて制御する場合、温度検出手段１４４は、少なくとも熱媒循環配管１３３の下り配管１３３Ｂに設けられる必要がある。温度検出手段１４４とは別に、熱媒循環配管１３３の下り配管１３３Ｂに温度検出部１３４を設ける場合、温度検出手段１４４の配置は限定されない。
【００５４】
上述の実施形態において、燃料電池排熱利用システム１００が、電気ボイラ１７０を備える構成を例示したが、これに限定されない。電気ボイラ１７０は、熱利用端末１３０および換気排熱ヒートポンプ１６０のみによっては十分な暖房効果が得られない場合に、補助的に利用されるものであるから、電気ボイラ１７０を省略しても、本発明の課題解決に支障はない。
【００５５】
上述の実施形態において、燃料電池排熱利用システム１００が、換気排熱ヒートポンプ１６０および電気ボイラ１７０と、室温調整手段１８０と、を備える構成を例示したがこれに限定されない。例えば、燃料電池排熱利用システム１００が、これらを備えず、燃料電池１１１が発電した電気は、全て家屋２００の電気機器に供給される構成としてもよい。この場合、燃料電池１１１が発電した電気を室内の暖房に利用することはできないが、燃料電池１１１が発電した電気は、家屋２００の電気機器に供給され有効に利用される。よって、上述の実施形態と同様に、燃料電池１１１から排出される熱および電気を、効率的に利用することが可能である。
【００５６】
上述の実施形態において、燃料電池１１１が発電した電気は、分電盤１９０を介して商用電力とともに、換気排熱ヒートポンプ１６０、電気ボイラ１７０および家屋２００のその他の電気機器に供給される構成を例示したが、これに限定されない。例えば、燃料電池１１１が発電した電気は、分電盤１９０を介さずに直接、換気排熱ヒートポンプ１６０、電気ボイラ１７０および家屋２００のその他の電気機器に供給される構成としてもよい。このような場合でも本発明の課題解決に支障はない。
【００５７】
上述の実施形態において、熱利用端末１３０が家屋２００の室温を調整する室温調整部１３１を有する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、熱利用端末１３０は、家屋２００の屋根に設けられる融雪パネルを有し、熱媒１３２の循環により排熱回収手段１２０により回収された排熱を融雪パネルに伝達する構成としてもよい。また、室温調整部１３１と融雪パネルの双方に排熱を伝達する構成としてもよい。このような場合でも、上述の実施形態と同様に、燃料電池１１１から排出される熱を、効率的に利用することが可能である。
【００５８】
上述の実施形態において、室温調整部１３１が床下放熱機１３１Ａであり、室温調整手段１８０がパネルヒータ１８１を有する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、室温調整部１３１はパネルヒータであってもよく、室温調整手段１８０は床下放熱機を有するものであってもよい。また、床下放熱機およびパネルヒータと異なる別の暖房機器等であってもよい。このような場合でも、上述の実施形態と同様に、燃料電池１１１から排出される熱を、効率的に利用することが可能である。
【００５９】
上述の実施形態において、二つのヘッダ１１３に一つの熱利用端末１３０のみを接続した構成を例示したが、これに限定されない。二つのヘッダ１１３の複数の外側接続部に複数の熱利用端末１３０を接続してもよい。この場合、複数の熱利用端末１３０を設けることにより、例えば、家屋２００の複数の部屋の室温を制御することができる。また、例えば、室温調整部１３１と融雪パネル等の排熱の使用方法が異なる複数の熱利用端末１３０を接続することもできる。さらに、接続した複数の熱利用端末１３０に対する熱媒１３２の循環状態を、それぞれの熱利用端末１３０が必要とする熱量に応じて制御可能に構成すれば、家屋２００で利用される用途ごとに適切な量の排熱を供給することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、燃料電池から排出される熱を回収し熱源として利用する燃料電池排熱利用システムとして使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池排熱利用システムの構成を示す概略図。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池排熱利用システムの検出部および制御部の構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００６２】
１００      燃料電池排熱利用システム
１１０      発電ユニット
１１０Ａ      ケース体
１１１      燃料電池
１２０      排熱回収手段
１２２      循環配管
１２３      熱交換器
１３０      熱利用端末
１３１      室温調整部
１３１Ａ      床下放熱機
１３２      熱媒
１３３      熱媒循環配管
１３４      温度検出部
１３５      放熱量制御部
１４０      検出部
１４１      室温検出手段
１４２      放熱量検出手段
１４３      流量検出手段
１４４      温度検出手段
１５０      制御部
１５１      室温対応部
１５２      放熱量対応部
１５３      流量対応部
１５４      温度対応部
１６０      換気排熱ヒートポンプ
１８０      室温調整手段
１８１      パネルヒータ
２００      家屋
【図１】
2008192375.tif 000003
【図２】
2008192375.tif 000004