(57)【要約】【課題】発電に伴って生じる燃料電池（１５）の排熱を有効に利用する。【解決手段】燃料電池（１５）と、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（２１）を有する空気調和機（２０）と、貯湯タンク（４０）と、貯湯タンク（４０）に接続されて水が循環する循環回路（４５）とによりコジェネレーションシステムを構成し、循環回路（４５）に、循環回路（４５）の水と燃料電池（１５）の冷却水との間で熱交換を行うための電池熱交換器（５１）と、循環回路（４５）の水と空気調和機（２０）の圧縮機（２２）へ吸入される冷媒との間で熱交換を行うための空調熱交換器（５２）とを設ける。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池（１５）と、
冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（２１）を有する空気調和機（２０）と、
貯湯タンク（４０）と、
上記貯湯タンク（４０）に接続されて水が循環する循環回路（４５）と、
上記循環回路（４５）に設けられ、該循環回路（４５）の水と上記燃料電池（１５）の冷却水との間で熱交換を行うための電池熱交換器（５１）と、
上記循環回路（４５）に設けられ、該循環回路（４５）の水と上記空気調和機（２０）の圧縮機（２２）へ吸入される冷媒との間で熱交換を行うための空調熱交換器（５２）とを備えている
ことを特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項２】
請求項１において、
上記空調熱交換器（５２）には、電池熱交換器（５１）を通過した循環回路（４５）の水が流れるように構成されている
ことを特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項３】
請求項１において、
上記電池熱交換器（５１）には、空調熱交換器（５２）を通過した循環回路（４５）の水が流れるように構成されている
ことを特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項４】
請求項３において、
上記循環回路（４５）には、電池熱交換器（５１）を通過した該循環回路（４５）の水が空調熱交換器（５２）に流れるように水通路を切り換える切換機構（３５）が設けられている
ことを特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１つにおいて、
上記冷媒回路（２１）には、上記空調熱交換器（５２）と空気調和機（２０）の室外熱交換器（２５）とが並列に設けられると共に、空調熱交換器（５２）の冷媒通過量を調整する調整機構（２８）が設けられている
ことを特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１つにおいて、
上記冷媒回路（２１）は、室外熱交換器（２６）で冷媒が蒸発する一方、空調熱交換器（５２）で冷媒が凝縮するように冷媒通路を切り換える切換回路を備え、
貯湯タンク（４０）は、夜間に、上記切換回路による冷媒通路の切り換えによって、空調熱交換器（５２）で加熱された循環回路（４５）の水を蓄えるように構成されている
ことを特徴とするコジェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の排熱を利用するコジェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高温型燃料電池として、例えば、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）等が知られており、低温型燃料電池として、例えば、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）や固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等が知られている。
【０００３】
特に、リン酸型燃料電池は、電池の基本ユニットである単セルが複数積層して構成されている。単セルは、リン酸溶液を含ませた電解質層（マトリックス）と、空気極（カソード）と、燃料極（アノード）と、白金等が設けられた触媒層とにより構成されている。電解質層の一方の面には触媒層を介して燃料極が設けられ、電解質層の他方の面には触媒層を介して空気極が設けられている。
【０００４】
そして、燃料極には、水素を含む改質ガス等が供給される一方、空気極には、空気が供給されるようになっている。このとき、燃料極とでは、水素から水素イオンと電子とが生成され、該水素イオンは、電解質層を通って空気極側へ移動し、空気極で酸素と反応して水が生成される。そして、燃料極で発生した電子が空気極へ流れることで電流が生じるようになっている。
【０００５】
ところで、このような電気化学反応が行われると、各単セルで反応熱が発生するため、複数の単セルが積層される毎に冷却板を介在させ、該冷却板により単セルを冷却するようにしている。冷却板には、冷却水が流れる複数の冷却管が埋設されている。
【０００６】
すなわち、従来のリン酸型燃料電池では、熱交換器で冷却された冷却水を循環ポンプにより冷却板の冷却管へ供給し、各単セルを冷却するようにしている。単セルを冷却することで昇温した冷却水は、水蒸気分離器を介して上記熱交換器へ再び戻って冷却するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、上記従来の燃料電池では、排熱である反応熱により昇温した冷却水を、熱交換器で温度制御して冷却することが行われるのみであり、その冷却水の熱エネルギーが有効に利用されていなかった。
【０００８】
そこで、従来より、改質ガスを生成する改質装置を備える固体高分子膜電解質型燃料電池において、電池本体の排熱を、改質装置の排熱と共に温水により回収し、給湯に利用するようにしたコジェネレーションシステムが知られている（例えば、特許文献２参照）。さらに、燃料電池の排熱により生成した温水を蓄える貯湯タンクを設けると共に、該貯湯タンクの温水を加熱する追焚バーナーを設けることも知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１３８０６９号公報（図１）
【特許文献２】
特開２００１−１７６５２７号公報（図１１）
【特許文献３】
特開２００１−１８５１６７号公報（図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のコジェネレーションシステムでは、燃料電池の排熱が有効利用されていないという問題があった。つまり、従来、燃料電池の排熱は、温水の生成にのみ利用され、貯湯タンクに温水を溜め込む程度であった。
【００１１】
このように、従来、燃料電池と空気調和機とは何らの関連も有していないことから、燃料電池と空気調和機との間で熱の有効利用が図られていなかった。この結果、燃料電池の排熱の利用効率が悪かった。
【００１２】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池の排熱を利用するコジェネレーションシステムについて、排熱の利用効率の向上を図ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明では、貯湯タンクに接続されて水が循環する循環回路に、該循環回路の水と燃料電池の冷却水との間で熱交換するための電池熱交換器と、循環回路の水と空気調和機の冷媒との間で熱交換するための空調熱交換器とを設けるようにした。
【００１４】
具体的に、請求項１に係る発明は、燃料電池（１５）と、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（２１）を有する空気調和機（２０）と、貯湯タンク（４０）と、上記貯湯タンク（４０）に接続されて水が循環する循環回路（４５）と、上記循環回路（４５）に設けられ、該循環回路（４５）の水と上記燃料電池（１５）の冷却水との間で熱交換を行うための電池熱交換器（５１）と、上記循環回路（４５）に設けられ、該循環回路（４５）の水と上記空気調和機（２０）の圧縮機（２２）へ吸入される冷媒との間で熱交換を行うための空調熱交換器（５２）とを備えている。
【００１５】
上記の発明によると、燃料電池（１５）では、電気化学反応により昇温した冷却水が生成される。空気調和機（２０）では、冷媒回路（２１）の圧縮機（２２）が駆動することにより室外熱交換器（２５）で冷媒が蒸発する一方、室内熱交換器で冷媒が凝縮することで暖房運転が行われる。
【００１６】
このとき、電池熱交換器（５１）では、燃料電池（１５）の冷却水と循環回路（４５）の水との間で熱交換が行われることにより、該循環回路（４５）の水は加熱される。加熱された水は、循環回路（４５）を流れると共に、貯湯タンク（４０）に蓄えられる。
【００１７】
空調熱交換器（５２）では、循環回路（４５）の水と空気調和機（２０）の圧縮機（２２）へ吸入される冷媒との間で熱交換が行われることにより、該冷媒は加熱される。その結果、空気調和機（２０）の圧縮機（２２）へ吸入される冷媒の圧力が増大するため、圧縮機（２２）の負荷が低減され、暖房運転が効率的に行われる。
【００１８】
請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明において、上記空調熱交換器（５２）には、電池熱交換器（５１）を通過した循環回路（４５）の水が流れるように構成されている。
【００１９】
この発明によると、電池熱交換器（５１）で加熱された循環回路（４５）の水は、まず、空調熱交換器（５２）へ供給されて空気調和機（２０）の冷媒を加熱し、その後に、貯湯タンク（４０）へ流れる。すなわち、燃料電池（１５）の排熱は、貯湯タンク（４０）への貯湯よりも優先して、空気調和機（２０）の冷媒の加熱に利用される。
【００２０】
請求項３に係る発明は、上記請求項１に係る発明において、上記電池熱交換器（５１）には、空調熱交換器（５２）を通過した循環回路（４５）の水が流れるように構成されている。
【００２１】
この発明によると、電池熱交換器（５１）で加熱された循環回路（４５）の水は、まず、貯湯タンク（４０）へ流れて蓄えられ、その後に、空調熱交換器（５２）へ供給されて空気調和機（２０）の冷媒を加熱する。すなわち、燃料電池（１５）の排熱は、空気調和機（２０）の冷媒の加熱よりも優先して、貯湯タンク（４０）への貯湯に利用される。
【００２２】
請求項４に係る発明は、上記請求項３に係る発明において、上記循環回路（４５）には、電池熱交換器（５１）を通過した該循環回路（４５）の水が空調熱交換器（５２）に流れるように水通路を切り換える切換機構（３５）が設けられている。
【００２３】
この発明によると、暖房負荷が比較的大きいときには、切換機構（３５）は、電池熱交換器（５１）を通過した循環回路（４５）の水が空調熱交換器（５２）へ流れるように、水通路を切り換える。一方、暖房負荷が比較的小さいときには、切換機構（３５）は、空調熱交換器（５２）を通過した循環回路（４５）の水が電池熱交換器（５１）へ流れるように、水通路を切り換える。
【００２４】
その結果、燃料電池（１５）の冷却水により加熱された循環回路（４５）の水は、暖房負荷の大きいときに、空気調和機（２０）の冷媒を優先して加熱する一方、暖房負荷の小さいときに、貯湯タンク（４０）に優先して貯湯されるため、暖房負荷に応じて有効に利用される。
【００２５】
請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４の何れか１つに係る発明において、上記冷媒回路（２１）には、上記空調熱交換器（５２）と空気調和機（２０）の室外熱交換器（２５）とが並列に設けられると共に、空調熱交換器（５２）の冷媒通過量を調整する調整機構（２８）が設けられている。
【００２６】
上記の発明によると、暖房負荷が比較的大きいときには、空調熱交換器（５２）の冷媒通過量は、調整機構（２８）により増大するように調整される。一方、暖房負荷が比較的小さいときには、空調熱交換器（５２）の冷媒通過量は、調整機構（２８）により減少するように調整される。すなわち、暖房負荷に応じて、空調熱交換器（５２）の冷媒通過量が増減されて該空調熱交換器（５２）における熱交換量が調整されるため、システム全体の効率が向上する。
【００２７】
請求項６に係る発明は、上記請求項１〜５の何れか１つに係る発明において、上記冷媒回路（２１）は、室外熱交換器（２６）で冷媒が蒸発する一方、空調熱交換器（５２）で冷媒が凝縮するように冷媒通路を切り換える切換回路を備え、貯湯タンク（４０）は、夜間に、上記切換回路による冷媒通路の切り換えによって、空調熱交換器（５２）で加熱された循環回路（４５）の水を蓄えるように構成されている。
【００２８】
上記の発明によると、電気の需要が少ない夜間には、燃料電池（１５）の発電は停止される。さらに、冷媒が室外熱交換器（２６）で蒸発し且つ空調熱交換器（５２）で凝縮するように、冷媒通路が切換回路により切り換えられ、空気調和機（２０）の圧縮機（２２）が駆動される。その結果、循環回路（４５）の水は、電気コストの低い夜間に、空調熱交換器（５２）で加熱されて貯湯タンク（４０）に蓄えられる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１は、本発明に係るコジェネレーションシステムの実施形態１を示している。このコジェネレーションシステム（１０）は、燃料電池（１５）と、空気調和機（２０）と、貯湯タンク（４０）と、循環回路（４５）とを備えている。
【００３１】
上記燃料電池（１５）は、例えば、低温型燃料電池であるリン酸型燃料電池に構成されている。図示は省略するが、燃料電池（１５）は、リン酸溶液を含ませた電解質層（マトリックス）と、空気極（カソード）と、燃料極（アノード）と、白金等が設けられた触媒層とにより構成された複数の単セルを備えている。上記電解質層の一方の面には触媒層を介して燃料極が設けられ、電解質層の他方の面には触媒層を介して空気極が設けられている。
【００３２】
さらに、上記単セルが複数積層される毎に冷却板（図示省略）が介在されることで燃料電池（１５）が構成されている。上記冷却板は、発電の際に反応熱が生じる単セルを冷却するための冷却水が流通するように構成されている。また、冷却板には、冷却水が流通する冷却水配管（１６）が接続されている。
【００３３】
上記空気調和機（２０）は、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（２１）を有している。該冷媒回路（２１）は、圧縮機（２２）と、第１四路切換弁（２３）と、室内熱交換器（２４）と、室外熱交換器（２５）とが順に接続されて閉回路に構成されている。そして、冷媒回路（２１）は、上記第１四路切換弁（２３）を切り換えることで、冷房サイクルと暖房サイクルとに冷媒循環方向が可逆になるように構成されている。
【００３４】
上記圧縮機（２２）の吐出管（３０）は、第１四路切換弁（２３）の１つのポートに接続されている。また、第１四路切換弁（２３）の１つのポートには、第１配管（３１）を介して室外熱交換器（２５）が接続されている。該第１四路切換弁（２３）の１つのポートには、圧縮機（２２）の吸入管（２９）が接続されている。さらに、第１四路切換弁（１５）の１つのポートには、第２配管（３２）を介して室内熱交換器（２４）が接続されている。また、室内熱交換器（２４）と室外熱交換器（２５）とは、第３配管（３３）により接続されている。
【００３５】
上記第１四路切換弁（２３）は、吐出管（３０）と第２配管（３２）とが連通し且つ吸入管（２９）と第１配管（３１）とが連通する第１状態（図１実線参照）と、吐出管（３０）と第１配管（３１）とが連通し且つ吸入管（２９）と第２配管（３２）とが連通する第２状態（図１破線参照）とに切り換わるように構成されている。つまり、上記冷媒回路（２１）は、上記第１四路切換弁（２３）を第１状態に切り換えることで暖房サイクルを行う一方、第２状態に切り換えることで冷房サイクルを行うようになっている。
【００３６】
第３配管（３３）には、膨張弁（２７）が設けられている。膨張弁（２７）は、
開度調整可能な膨張機構であって、冷房サイクル時に、通過する冷媒を減圧して膨張させるように構成されている。
【００３７】
上記貯湯タンク（４０）は、内部に水を保温した状態で一時蓄えるためのものである。貯湯タンク（４０）には、タンク内の水を流出させるための流出ポート（４１）と、タンク内へ水を流入させるための流入ポート（４２）とが設けられている。
【００３８】
上記循環回路（４５）は、貯湯タンク（４０）に接続されて水が循環する閉回路に構成されている。つまり、貯湯タンク（４０）の流出ポート（４１）には、水配管（４６）の一端が接続される一方、流入ポート（４２）には、水配管（４６）他端が接続されている。水配管（４６）には、循環回路（４５）で水を強制的に循環させるための水ポンプ（４７）が設けられている。
【００３９】
そして、循環回路（４５）には、循環回路（４５）の水と、上記燃料電池（１５）の冷却水との間で熱交換を行うための電池熱交換器（５１）が設けられている。すなわち、電池熱交換器（５１）には、燃料電池（１５）の冷却水が流通する冷却水配管（１６）と、水配管（４６）とが並んで設けられている。そして、冷却水配管（１６）を流れる冷却水と、水配管（４６）を流れる水との間で熱交換を行うことで、該水配管（４６）の水を加熱するようにしている。
【００４０】
また、循環回路（４５）には、空調熱交換器（５２）が設けられている。空調熱交換器（５２）は、循環回路（４５）の水と上記空気調和機（２０）の圧縮機（２２）へ吸入される冷媒との間で熱交換を行うように構成されている。すなわち、空調熱交換器（５２）には、水配管（４６）と、冷媒回路（２１）の冷媒が流れる第４配管（３４）とが伝熱可能に並んで設けられている。第４配管（３４）の一端は、上記第３配管（３３）における室内熱交換器（２４）と膨張弁（２７）との間に合流するように接続されている。一方、第４配管（３４）の他端は、上記第１配管に合流するように接続されている。つまり、冷媒回路（２１）には、上記空調熱交換器（５２）と空気調和機（２０）の室外熱交換器（２５）とが並列に設けられている。
【００４１】
さらに、第４配管（３４）には、空調熱交換器（５２）の冷媒通過量を調整する調整機構である調整弁（２８）が設けられている。調整弁（２８）は、開度を大きくすることで空調熱交換器（５２）の冷媒通過量を増大させる一方、開度を小さくすることで空調熱交換器（５２）の冷媒通過量を減少させるように構成されている。
【００４２】
上記空調熱交換器（５２）は、電池熱交換器（５１）と、貯湯タンク（４０）の流入ポート（４２）との間に配置されている。すなわち、水配管（４６）には、流出ポート（４１）から流入ポート（４２）へ向かって順に、水ポンプ（４７）、電池熱交換器（５１）及び空調熱交換器（５２）が配設されている。こうして、空調熱交換器（５２）には、電池熱交換器（５１）を通過した循環回路（４５）の水が流れるようになっている。
【００４３】
−コジェネレーションシステムの作動−
次に、この実施形態１のコジェネレーションシステム（１０）の作動について説明する。
【００４４】
まず、暖房運転について説明する。暖房運転時には、燃料電池（１５）では、燃料極に水素を含む改質ガスが供給される一方、空気極に空気が供給されることで電気化学反応が起こって発電が行われる。この燃料電池の運転温度は、約１６０〜２１０℃であり、その排熱は、冷却水により冷却されて回収される。
【００４５】
すなわち、各単位セル（図示省略）において電気化学反応に伴って発生した反応熱は、冷却板（図示省略）を流れる冷却水により冷却され、該冷却水は昇温する。昇温した冷却水は、冷却水配管（１６）を通って電池熱交換器（５１）へ流れる。電池熱交換器（５１）では、燃料電池（１５）の冷却水と、循環回路（４５）の水配管（４６）を流れる水との間で熱交換が行われる。その結果、水配管（４６）の水が加熱されて昇温する。
【００４６】
電池熱交換器（５１）で加熱された水は、水ポンプ（４７）が駆動することにより、水配管（４６）を通って空調熱交換器（５２）を流れる。空調熱交換器（５２）で水配管（４６）を流れる水は、後述のように、第４配管（３４）を流れる冷媒との間で熱交換を行い、該冷媒を加熱する。冷媒へ放熱した水配管（４６）の水は、流入ポート（４２）を介して貯湯タンク（４０）に流入して蓄えられる。貯湯タンク（４０）の水は、再び流出ポート（４１）を介して水配管（４６）へ流出する。こうして、循環回路（４５）で水が循環する。
【００４７】
そして、暖房運転では、第１四路切換弁（２３）は、第１状態（図１で実線参照）に切り換えられる。この状態で、圧縮機（２２）から吐出された冷媒は、吐出管（３０）、第１四路切換弁（２３）及び第２配管（３２）を通って室内熱交換器（２４）へ送られる。室内熱交換器（２４）では、冷媒が凝縮し、該冷媒と室内空気との間で熱交換が行われて、室内の暖房が行われる。
【００４８】
室内熱交換器（２４）で凝縮した冷媒の一部は、第３配管（３３）及び膨張弁（２７）を通って、室外熱交換器（２５）へ流れる。室外熱交換器（２５）では、冷媒と室外空気との間で熱交換が行われて、該冷媒は蒸発する。蒸発した冷媒は、第１配管（３１）へ流れる。
【００４９】
一方、上記室内熱交換器（２４）で凝縮した冷媒の他の一部は、第３配管（３３）、第４配管（３４）及び調整弁（２８）を通って空調熱交換器（５２）へ流れる。このとき、調整弁（２８）の開度は、室内の暖房負荷に応じて調整される。
【００５０】
すなわち、暖房負荷が大きくなるに従って調整弁（２８）の開度を大きくすることで、空調熱交換器（５２）を流れる冷媒の流量を増大させる一方、室外熱交換器（２５）を流れる冷媒の流量を減少させる。その反対に、暖房負荷が小さくなるに従って調整弁（２８）の開度を小さくすることで、空調熱交換器（５２）における冷媒流量を減少させる一方、室外熱交換器（２５）における冷媒流量を増大させる。
【００５１】
空調熱交換器（５２）では、第４配管（３４）を流れる冷媒と、循環回路（４５）の水配管（４６）を流れる水との間で熱交換が行われ、第４配管（３４）の冷媒は加熱される。空調熱交換器（５２）で加熱されて蒸発した冷媒は、第１配管（３１）において、室外熱交換器（２５）で蒸発した冷媒と合流し、第１四路切換弁（２３）及び吸入管（２９）を通って圧縮機（２２）に吸い込まれる。圧縮機（２２）に吸い込まれた冷媒は、再び吐出管に吐出される。
【００５２】
このようにして、循環回路（４５）では、電池熱交換器（５１）で加熱された水が循環すると共に、この電池熱交換器（５１）で加熱された水が空調熱交換器（５２）で冷媒回路（２１）の冷媒を加熱する。
【００５３】
次に、冷房運転について説明する。冷房運転では、空気調和機（２０）への燃料電池（１５）の排熱利用は行わない。すなわち、調整弁（２８）を全閉状態とし、空調熱交換器（５２）に冷媒を流通させないことで、循環回路（４５）の水と冷媒との間で熱交換を行わないようにする。さらに、第１四路切換弁（２３）を第２状態（図１で破線参照）に切り換えることにより、冷媒回路（２１）で冷房サイクルを行う。そして、貯湯タンク（４０）の流出ポート（４１）における水が室外の気温よりも低いときに、この水を空調熱交換器（５２）へ流通させ、冷媒回路（２１）の冷媒の凝縮を助ける。
【００５４】
すなわち、膨張弁（２７）及び調整弁（２８）を所定の開度に調整する。圧縮機（２２）から吐出された冷媒は、吐出管（３０）、第１四路切換弁（２３）及び第１配管（３１）を通って室外熱交換器（２４）及び空調熱交換器（５２）へ送られる。
【００５５】
室外熱交換器（２５）では、冷媒が室外空気との間で熱交換して凝縮する。一方、循環回路（４５）の水の温度が室外空気よりも低いので、空調熱交換器（５２）では、冷媒が循環回路（４５）の水との間で熱交換して凝縮すると共に過冷却される。この過冷却度は、調整弁（２８）の開度により調整される。
【００５６】
空調熱交換器（５２）及び室外熱交換器（２５）で凝縮した冷媒は、第３配管（３３）を通って室内熱交換器（２４）へ送られる。室内熱交換器（２４）では、冷媒と室内空気との間で熱交換が行われて、室内の冷房が行われる。室内熱交換器（２４）で蒸発した冷媒は、第２配管（３２）、第１四路切換弁（２３）及び吸入管（２９）を通って圧縮機（２２）に吸い込まれ、再び吐出管（３０）に吐出される。
【００５７】
−実施形態１の効果−
以上説明したように、この実施形態１によると、循環回路（４５）に電池熱交換器（５１）と空調熱交換器（５２）とを設けるようにしたので、暖房運転時に、燃料電池（１５）の排熱を有効に利用して、電池熱交換器（５１）では、燃料電池（１５）の冷却水により循環回路（４５）の水を加熱すると共に、空調熱交換器（５２）では、循環回路（２５）の水により空気調和機（２０）の冷媒を加熱することができる。
【００５８】
その結果、空気調和機（２０）の圧縮機（２２）へ吸入される冷媒の圧力が増大するため、圧縮機（２２）の負荷を低減して、暖房運転を効率的に行うことができる。したがって、燃料電池（１５）の排熱を温水の生成のみならず、空気調和機（２０）の暖房運転にも有効に利用することができ、排熱の利用効率を向上させることができる。
【００５９】
さらに、空調熱交換器（５２）には、電池熱交換器（５１）を通過した循環回路（４５）の水が流れるようにしたので、暖房運転時に、燃料電池（１５）の冷却水の熱を、貯湯タンク（４０）への貯湯よりも優先して、空気調和機（２０）の冷媒の加熱に利用することができる。したがって、このシステムは、暖房負荷が比較的大きい地域で好適なものとなる。
【００６０】
さらにまた、冷媒回路に、空調熱交換器（５２）と室外熱交換器（２５）とを並列に設け、空調熱交換器（５２）の冷媒通過量を調整弁（２８）により調整するようにしたので、調整弁（２８）によって、暖房負荷が比較的大きいとき（運転開始時や外気温度が低いとき等）には、空調熱交換器（５２）の冷媒通過量を増大させる一方、暖房負荷が比較的小さいときには、空調熱交換器（５２）の冷媒通過量を減少させることができる。その結果、空調熱交換器（５２）における冷媒の加熱量を暖房負荷に応じて調整し、システム全体の効率を向上させることができる。
【００６１】
また、冷房運転時には、循環回路（４５）を流通する外気温度よりも低温の水によって、冷媒回路（２１）の冷媒を過冷却することができる。さらに、調整弁（２８）により空調熱交換器（５２）の冷媒通過量を調整することで、該空調熱交換器（５２）における冷媒の冷却量を冷却負荷に応じて調整することができる。
【００６２】
（実施形態２）
図２は、本発明に係るコジェネレーションシステムの実施形態２を示している。この実施形態２は、循環回路（４５）における電池熱交換器（５１）の配設位置と、空調熱交換器（５２）の配設位置とを入れ替えたものである。
【００６３】
すなわち、上記電池熱交換器（５１）は、空調熱交換器（５２）と、貯湯タンク（４０）の流入ポート（４２）との間に配置されている。すなわち、水配管（４６）には、流出ポート（４１）から流入ポート（４２）へ向かって順に、水ポンプ（４７）、空調熱交換器（５２）及び電池熱交換器（５１）が配設されている。こうして、電池熱交換器（５１）には、空調熱交換器（５２）を通過した循環回路（４５）の水が流れるようになっている。
【００６４】
暖房運転時には、電池熱交換器（５１）において燃料電池（１５）の冷却水により加熱された循環回路（４５）の水は、水ポンプ（４７）の駆動によって水配管（４６）を流通し、貯湯タンク（４０）に蓄えられる。貯湯タンク（４０）に蓄えられた水は、水ポンプ（４７）を介して空調熱交換器（５２）へ送られ、冷媒回路（２１）の冷媒を加熱する。空調熱交換器（５２）で放熱した水は、再び電池熱交換器（５１）へ送られる。
【００６５】
空気調和機（２０）では、第１四路切換弁（２３）が第１状態に切り換えられることで、冷媒回路（２１）で暖房サイクルが行われ、圧縮機（２２）に吸入される冷媒は、空調熱交換器（５２）において循環回路（４５）の水により加熱される
一方、冷房運転時には、上記実施形態１と同様に、燃料電池（１５）の排熱利用は行わない。そして、貯湯タンク（４０）の水が室外の気温よりも低いときに、この水を空調熱交換器（５２）へ流通させて冷媒回路（２１）の冷媒を過冷却する。
【００６６】
すなわち、貯湯タンク（４０）の水は、水ポンプ（４７）が駆動することにより空調熱交換器（５２）へ供給され、該空調熱交換器（５２）において冷媒回路（２１）の冷媒を冷却する。空調熱交換器（５２）で吸熱した水は、水配管（４６）を通って再び貯湯タンク（４０）へ戻る。
【００６７】
空気調和機（２０）では、第１四路切換弁（２３）が第２状態に切り換えられることで、冷媒回路（２１）で冷房サイクルが行われ、室内熱交換器（２４）へ送られる冷媒は、空調熱交換器（５２）で過冷却される。
【００６８】
−実施形態２の効果−
したがって、この実施形態２によると、電池熱交換器（５１）には、空調熱交換器（５２）を通過した循環回路（４５）の水が流れるようにしたので、暖房運転時に、燃料電池（１５）の冷却水の熱を、空気調和機（２０）の冷媒の加熱よりも優先して、貯湯タンク（４０）への貯湯に利用することができる。したがって、このシステムは、暖房負荷が比較的小さい地域で好適なものとなる。
【００６９】
さらに、貯湯タンク（４０）の水を、まず空調熱交換器（５２）へ供給して低温化した後に、電池熱交換器（５１）へ送るようにしたので、該電池熱交換器（５１）に流れる水を低温化して、燃料電池（１５）の冷却水の温度を効果的に低下させることができる。
【００７０】
（実施形態３）
図３は、本発明に係るコジェネレーションシステムの実施形態３を示している。この実施形態３では、上記実施形態２において、循環回路（４５）に、電池熱交換器（５１）を通過した循環回路（４５）の水が空調熱交換器（５２）に流れるように水通路を切り換える切換機構を設けるようにしている。
【００７１】
循環回路（４５）には、上記切換機構である第２四路切換弁（３５）が設けられている。そして、循環回路（４５）の水配管（４６）は、第１水配管（６１）、第２水配管（６２）、第３水配管（６３）、第４水配管（６４）及び第５水配管（６５）により構成されている。
【００７２】
第１水配管（６１）は、一端が第２四路切換弁（３５）の１つのポートに接続されており、他端が貯湯タンク（４０）の流出ポート（４１）に接続されている。第２水配管（６２）は、一端が第２四路切換弁（３５）の１つのポートに接続される一方、他端が電池熱交換器（５１）に接続されている。第３水配管（６３）は、一端が第２四路切換弁（３５）の１つのポートに接続されており、他端が貯湯タンク（４０）の流入ポート（４２）に接続されている。第４水配管（６４）は、一端が第２四路切換弁（３５）の１つのポートに接続される一方、他端が空調熱交換器（５２）に接続されている。また、空調熱交換器（５２）と電池熱交換器（５１）とは、第５水配管（６５）により接続されている。
【００７３】
上記第２四路切換弁（３５）は、第１水配管（６１）と第４水配管（６４）とが連通し且つ第２水配管（６２）と第３水配管（６３）とが連通する第１状態（図３実線参照）と、第１水配管（６１）と第２水配管（６２）とが連通し且つ第３水配管（６３）と第４水配管（６４）とが連通する第２状態（図３破線参照）とに切り換わるように構成されている。
【００７４】
−コジェネレーションシステムの作動−
暖房運転時には、上記各実施形態と同様に、空気調和機（２０）では、第１四路切換弁（２３）が第１状態に切り換えられ、冷媒回路（２１）で暖房サイクルが行われる。暖房負荷が比較的小さいときには、第２四路切換弁（３５）を第１状態に切り換える。さらに、調整弁（２８）の開度を、暖房負荷に応じて小さくする。
【００７５】
このとき、貯湯タンク（４０）の水は、水ポンプ（４７）の駆動により第１水配管（６１）、第２四路切換弁（３５）及び第４水配管（６４）を介して空調熱交換器（５２）へ流れる。空調熱交換器（５２）で冷媒回路（２１）の冷媒を加熱した水は、第５配管（６５）を介して電池熱交換器（５１）へ送られる。電池熱交換器（５１）では、循環回路（４５）の水は、燃料電池（１５）の冷却水により加熱され、その後、第２水配管（６２）、第２四路切換弁（３５）及び第３水配管（６３）を通って、再び貯湯タンク（４０）へ戻る。
【００７６】
一方、暖房負荷が比較的大きいときには、第２四路切換弁（３５）を第２状態に切り換える。さらに、調整弁（２８）の開度を、暖房負荷に応じて大きくする。このとき、貯湯タンク（４０）の水は、水ポンプ（４７）の駆動により第１水配管（６１）、第２四路切換弁（３５）及び第２水配管（６２）を通って、電池熱交換器（５１）へ送られる。電池熱交換器（５１）で加熱された水は、第５配管（６５）を介して空調熱交換器（５２）へ流れて冷媒を加熱する。その後に、水は、第４配管（６４）、第２四路切換弁（３５）及び第３水配管（６３）を通って、再び貯湯タンク（４０）へ戻る。
【００７７】
冷房運転時については、上記各実施形態と同様に、空気調和機（２０）の第１四路切換弁（２３）が第２状態に切り換えられることで行われる。尚、この冷房運転では、第２四路切換弁（３５）は、第１状態とする。そして、流出ポート（４１）の水が室外の気温よりも低いときには、調整弁（２８）を開放して冷媒を流通させ、冷媒回路（２１）の冷媒の凝縮を助ける。一方、流出ポート（４１）の水が室外の気温よりも高いときには、調整弁（２８）を閉鎖することで、該水と冷媒との間で熱交換を行わない。
【００７８】
−実施形態３の効果−
以上説明したように、この実施形態３によると、循環回路（４５）に切換機構である第２四路切換弁（３５）を設けるようにしたので、該第２四路切換弁（３５）を第１状態に切り換えることで、空調熱交換器（５２）を通過した水が電池熱交換器（５１）に流れるようにすることができる。一方、第２四路切換弁（３５）を第２状態に切り換えることで、電池熱交換器（５１）を通過した水が空調熱交換器（５２）に流れるようにすることができる。
【００７９】
したがって、暖房運転時において、暖房負荷が比較的大きいときに、空気調和機（２０）の冷媒を優先して加熱する一方、暖房負荷が比較的小さいときに、貯湯タンク（４０）に優先して貯湯することができる。その結果、燃料電池（１５）の排熱を暖房負荷に応じて有効に利用することが可能となる。
【００８０】
さらに、冷房運転時において、流出ポート（４１）の水が室外の気温よりも低いときには、空気調和機（２０）の冷媒回路（２１）における冷媒の凝縮を助けることが可能となる。
【００８１】
（実施形態４）
図４は、本発明に係るコジェネレーションシステムの実施形態４を示しており、夜間に貯湯タンク（４０）に貯湯を行うものである。この実施形態４では、上記実施形態２において、冷媒回路（２１）は、室外熱交換器である補助熱交換器（２６）で冷媒が蒸発する一方、空調熱交換器（５２）で冷媒が凝縮するように冷媒通路を切り換える切換回路を備えている。該切換回路は、補助熱交換器（２６）と、第５配管（５５）と、第６配管（５６）と、第１三路弁（５８）と、第１四路切換弁（２３）とを備えている。
【００８２】
上記第１三路弁（５８）は、第３配管（３３）に設けられており、該第３配管（３３）と第４配管（３４）との接続部と、室内熱交換器（２４）との間に配設されている。つまり、第１三路弁（５８）の１つのポートは、第３配管（３３）を介して室内熱交換器（２４）に接続される一方、他の１つのポートは、第３配管（３３）及び第４配管（３４）を介して室外熱交換器（２５）及び空調熱交換器（５２）に接続されている。
【００８３】
第１三路弁（５８）の残りの１つのポートと、補助熱交換器（２６）とは、第５配管（５５）により接続されている。第１三路弁（５８）は、通常の暖房運転時及び冷房運転時に、室内熱交換器（２４）と、室外熱交換器（２５）及び空調熱交換器（５２）とが連通するように冷媒通路を切り換える一方、後述の蓄熱運転時に、補助熱交換器（２６）と、室外熱交換器（２５）及び空調熱交換器（５２）とが連通するように、冷媒通路を切り換え可能に構成されている。
【００８４】
また、補助熱交換器（２６）には、第６配管（５６）の一端が接続される一方、その他端が第２配管（３２）に合流するように接続されている。このようにして、補助熱交換器（２６）は、冷媒回路（２１）に室内熱交換器（２４）と並列に設けられている。
【００８５】
こうして、貯湯タンク（４０）は、夜間に、上記切換回路（２３，２６，５５，５６，５８）による冷媒通路の切り換えによって、空調熱交換器（５２）で加熱された循環回路（４５）の水を蓄えるように構成されている。
【００８６】
−コジェネレーションシステムの作動−
暖房運転及び冷房運転は、第１三路弁（５８）によって室内熱交換器（２４）と、室外熱交換器（２５）及び空調熱交換器（５２）とが連通するように冷媒通路を切り換えることで、上記実施形態２と同様に行われる。
【００８７】
この実施形態４では、コジェネレーションシステム（１０）は、夜間に、蓄熱運転を行う。蓄熱運転時には、膨張弁（２７）を閉鎖する一方、調整弁（２８）を全開状態にする。さらに、第１三路弁（５８）により、補助熱交換器（２６）と、空調熱交換器（５２）とが連通するように冷媒通路を切り換える。また、第１四路切換弁（２３）を第２状態に切り換える。
【００８８】
このとき、圧縮機（２２）の吐出冷媒は、吐出管（３０）、第１配管（３１）及び第４配管（３４）を通って、空調熱交換器（５２）へ流れる。空調熱交換器（５２）では、冷媒と、循環回路（４５）の水との間で熱交換が行われて、該水が加熱される。加熱された水は、水配管（４５）を通って蓄熱タンク（４０）へ流入し、該タンク（４０）内に蓄えられる。
【００８９】
一方、空調熱交換器（５２）で凝縮した冷媒は、第４配管（３４）、第３配管（３３）、第１三路弁（５８）及び第５配管（５５）を通って、補助熱交換器（２６）へ流れる。補助熱交換器（２６）では、室外空気と冷媒との間で熱交換が行われ、該冷媒は蒸発する。その後、蒸発した冷媒は、第６配管（５６）、第２配管（３２）、第１四路切換弁（２３）及び吸入管（２９）を通って、再び圧縮機（２２）へ吸い込まれる。
【００９０】
−実施形態４の効果−
以上説明したように、この実施形態４によると、冷媒回路（２１）に、上記切換回路（２３，２６，５５，５６，５８）を設けるようにしたので、電気コストの低い夜間に、切換回路（２３，２６，５５，５６，５８）により冷媒通路を切り換えると共に圧縮機（２２）を駆動することによって、室外の補助熱交換器（２６）で冷媒を蒸発させる一方、空調熱交換器（５２）で冷媒を凝縮させることが可能となる。したがって、空調熱交換器（５２）において循環回路（４５）の水を加熱し、該加熱された水を貯湯タンク（４０）に蓄えることができる。その結果、システムの運転に要するランニングコストを低減することが可能となる。
【００９１】
（実施形態５）
図５は、本発明に係るコジェネレーションシステムの実施形態５を示しており、上記実施形態４と同様に、夜間に貯湯タンク（４０）に貯湯を行うものである。この実施形態５では、上記実施形態２において、冷媒回路（２１）は、空気調和機（２０）の室外熱交換器（２５）で冷媒が蒸発する一方、空調熱交換器（５２）で冷媒が凝縮するように冷媒通路を切り換える切換回路を備えている。該切換回路は、室外熱交換器（２５）と、第７配管（５７）と、第２三路弁（５９）と、第１四路切換弁（２３）とを備えている。
【００９２】
上記第２三路弁（５９）は、第１配管（３１）に設けられており、該第１配管（３１）と第４配管（３４）との接続部と、室外熱交換器（２５）との間に配設されている。つまり、第２三路弁（５９）の１つのポートは、第１配管（３１）を介して室外熱交換器（２５）に接続される一方、他の１つのポートは、第１配管（３１）を介して第１四路切換弁（２３）に接続されている。
【００９３】
第２三路弁（５９）の残りの１つのポートと、吸入管（２９）とは、第７配管（５７）により接続されている。第２三路弁（５９）は、通常の暖房運転時及び冷房運転時に、室外熱交換器（２５）と第１四路切換弁（２３）とが連通するように冷媒通路を切り換える一方、後述の蓄熱運転時に、室外熱交換器（２５）と圧縮機（２２）の吸入側とが連通するように、冷媒通路を切り換え可能に構成されている。
【００９４】
また、第３配管（３３）には、開閉弁である電磁弁（３７）が設けられている。電磁弁（３７）は、第３配管（３３）と第４配管（３４）との接続部と、室内熱交換器（２４）との間に配設されている。そして、電磁弁（３７）は、暖房運転及び冷房運転時に開放される一方、蓄熱運転時に閉鎖されように構成されている。
【００９５】
こうして、貯湯タンク（４０）は、夜間に、上記切換回路（２３，２５，５７，５９）による冷媒通路の切り換えによって、空調熱交換器（５２）で加熱された循環回路（４５）の水を蓄えるように構成されている。
【００９６】
−コジェネレーションシステムの作動−
暖房運転及び冷房運転は、電磁弁（３７）を開放すると共に、第２三路弁（５９）によって室外熱交換器（２５）と第１四路切換弁（２３）とが連通するように冷媒通路を切り換えることで、上記実施形態２と同様に行われる。
【００９７】
蓄熱運転時には、膨張弁（２７）及び調整弁（２８）を開放する一方、電磁弁（３７）を閉鎖する。さらに、第２三路弁（５９）により、室外熱交換器（２５）と圧縮機（２２）の吸入側とが第７配管（５７）を介して連通するように、冷媒通路を切り換える。また、第１四路切換弁（２３）を第２状態に切り換える。
【００９８】
このとき、、圧縮機（２２）の吐出冷媒は、吐出管（３０）、第１配管（３１）及び第４配管（３４）を通って、空調熱交換器（５２）へ流れる。空調熱交換器（５２）では、冷媒と、循環回路（４５）の水との間で熱交換が行われて、該水が加熱される。加熱された水は、水配管（４５）を通って蓄熱タンク（４０）へ流入し、該タンク（４０）内に蓄えられる。
【００９９】
一方、空調熱交換器（５２）で凝縮した冷媒は、第４配管（３４）及び第３配管（３３）を通って、室外熱交換器（２５）へ流れる。室外熱交換器（２５）では、室外空気と冷媒との間で熱交換が行われ、該冷媒は蒸発する。その後、蒸発した冷媒は、第１配管（３１）、第２三路弁（５９）、第７配管（５７）及び吸入管（２９）を通って、再び圧縮機（２２）へ吸い込まれる。
【０１００】
−実施形態５の効果−
以上説明したように、この実施形態５によると、冷媒回路（２１）に、上記切換回路（２３，２５，５７，５９）を設けるようにしたので、室外熱交換器（２５）で冷媒を蒸発させる一方、空調熱交換器（５２）で冷媒を凝縮させることが可能となる。したがって、上記実施形態４と同様に、空調熱交換器（５２）において循環回路（４５）の水を加熱し、該加熱された水を貯湯タンク（４０）に蓄えることができる。
【０１０１】
そのことに加えて、蓄熱運転時にも、空気調和機（２０）の室外熱交換器（２５）を利用するようにしたので、蓄熱時に室外空気と冷媒との間で熱交換を行うための熱交換器を別途設ける必要がなく、システムに要するイニシャルコストの低減を図ることができる。
【０１０２】
尚、上記各実施形態では、貯湯タンク（４０）を燃料電池（１５）の冷却水により加熱された水を蓄えるようにしたが、請求項１に係る発明の他の実施形態としては、そのことに加えて、貯湯タンク（４０）が、該タンク（４０）内の水を加熱するヒータ等の加熱手段を備えるようにしてもよい。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によると、燃料電池と、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路を有する空気調和機と、貯湯タンクと、貯湯タンクに接続されて水が循環する循環回路と、循環回路に設けられ、循環回路の水と燃料電池の冷却水との間で熱交換を行うための電池熱交換器と、循環回路に設けられ、循環回路の水と空気調和機の圧縮機へ吸入される冷媒との間で熱交換を行うための空調熱交換器とを備えることにより、電池熱交換器では、燃料電池の冷却水により循環回路の水を加熱すると共に、空調熱交換器では、循環回路の水により空気調和機の冷媒を加熱することができる。その結果、空気調和機の圧縮機へ吸入される冷媒の圧力が増大するため、圧縮機の負荷を低減して、暖房運転を効率的に行うことができる。したがって、燃料電池の排熱を温水の生成のみならず、空気調和機にも有効に利用することができ、排熱の利用効率を向上させることができる。
【０１０４】
請求項２に係る発明によると、空調熱交換器には、電池熱交換器を通過した循環回路の水が流れるように構成することにより、燃料電池の冷却水の熱を、貯湯タンクへの貯湯よりも優先して、空気調和機の冷媒の加熱に利用することができる。したがって、このシステムは、暖房負荷が比較的大きい地域で好適なものとなる。
【０１０５】
請求項３に係る発明によると、電池熱交換器には、空調熱交換器を通過した循環回路の水が流れるように構成することにより、燃料電池の冷却水の熱を、空気調和機の冷媒の加熱よりも優先して、貯湯タンクへの貯湯に利用することができる。したがって、このシステムは、暖房負荷が比較的小さい地域で好適なものとなる。この場合、冷房時には、燃料電池の冷却水の熱を、空気調和機の冷媒の凝縮させるために用いることもできる。
【０１０６】
請求項４に係る発明によると、循環回路に、電池熱交換器を通過した該循環回路の水が空調熱交換器に流れるように水通路を切り換える切換機構を設けることにより、切換機構による水通路の切り換えによって、燃料電池の冷却水により加熱された循環回路の水は、暖房負荷の大きいときに、空気調和機の冷媒を優先して加熱する一方、暖房負荷の小さいときに、貯湯タンクに優先して貯湯することができる。その結果、燃料電池の排熱を暖房負荷に応じて有効に利用することが可能となる。
【０１０７】
請求項５に係る発明によると、冷媒回路に、空調熱交換器と空気調和機の室外熱交換器とを並列に設けると共に、空調熱交換器の冷媒通過量を調整する調整機構を設けることにより、調整機構によって、暖房負荷が比較的大きいときには、空調熱交換器の冷媒通過量を増大させる一方、暖房負荷が比較的小さいときには、空調熱交換器の冷媒通過量を減少させることができる。その結果、空調熱交換器における熱交換量が暖房負荷に応じて調整されるため、システム全体の効率を向上させることができる。
【０１０８】
請求項６に係る発明によると、冷媒回路は、室外熱交換器で冷媒が蒸発する一方、空調熱交換器で冷媒が凝縮するように冷媒通路を切り換える切換回路を備え、貯湯タンクを、夜間に、切換回路による冷媒通路の切り換えによって、空調熱交換器で加熱された循環回路の水を蓄えるように構成することにより、電気コストの低い夜間に、切換回路により冷媒通路を切り換えると共に、空気調和機の圧縮機を駆動することによって、循環回路の水を空調熱交換器で加熱して貯湯タンクに蓄えることができる。その結果、システムの運転に要するランニングコストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１のコジェネレーションシステムを示す配管系統図である。
【図２】実施形態２のコジェネレーションシステムを示す配管系統図である。
【図３】実施形態３のコジェネレーションシステムを示す配管系統図である。
【図４】実施形態４のコジェネレーションシステムを示す配管系統図である。
【図５】実施形態５のコジェネレーションシステムを示す配管系統図である。
【符号の説明】
（１０）　コジェネレーションシステム
（１５）　燃料電池
（２０）　空気調和機
（２１）　冷媒回路
（２２）　圧縮機
（２３）　第１四路切換弁
（２５）　室外熱交換器
（２６）　補助熱交換器（室外熱交換器）
（２８）　調整弁（調整機構）
（３５）　第２四路切換弁（切換機構）
（４０）　貯湯タンク
（４５）　循環回路
（５１）　電池熱交換器
（５２）　空調熱交換器
（５５）　第５配管
（５６）　第６配管
（５７）　第７配管
（５８）　第１三路弁
（５９）　第２三路弁
【図１】
2004100990.tif 000003
【図２】
2004100990.tif 000004
【図３】
2004100990.tif 000005
【図４】
2004100990.tif 000006
【図５】
2004100990.tif 000007