(57)【要約】【課題】本発明は、システム内で発生する熱を回収する熱回収熱交換器を複数台有する蓄熱循環回路に貯湯槽をバイパスする貯湯バイパス回路を設けてシステム内で発生する熱で燃料電池を加熱して起動し、高温の温水を貯湯槽に温度成層を設けて貯湯する。【解決手段】本発明の燃料電池コージェネレーション装置は、貯湯槽１０と循環ポンプ１１と燃料電池１の冷却回路６に設けた冷却熱回収熱交換器５と水素製造装置１７の排気熱などを回収する排気ガス熱回収熱交換器１８とを順に配管接続して構成する貯湯循環回路９と、貯湯槽１０をバイパスする貯湯バイパス回路１９と、貯湯バイパス回路１９を切換る回路切換手段２０ａ、２０ｂと、燃料電池１の温度検知手段１６ａと、温度検出手段１６ａの信号に応じて回路切換手段２０ａ、２０ｂを切換る制御装置１５とを設けたものである。【選択図】  図１
2004335402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯槽と循環ポンプと燃料電池の冷却回路に設けた冷却熱回収熱交換器と水素製造装置の排気熱などを回収する排気ガス熱回収熱交換器とを順に配管接続して構成する貯湯循環回路と、前記貯湯循環回路内で貯湯槽をバイパスする貯湯バイパス回路と、前記貯湯バイパス回路を切換る回路切換手段と、燃料電池の温度検知手段と、前記温度検出手段の信号に応じて回路切換手段を切換る制御装置とを設けた燃料電池コージェネレーション装置。
【請求項２】
貯湯槽出口に設けた逆止弁と、貯湯循環回路のバイパス分岐部に設けた３方切換手段とで貯湯バイパス回路の回路切換手段を構成する請求項１に記載の燃料電池コージェネレーション装置。
【請求項３】
貯湯バイパス回路に設けた補助熱源と、貯湯循環回路の貯湯槽入口に設けた貯湯温度検知手段と、前記貯湯温度検知手段の信号に応じて補助熱源を制御する制御装置とを有する請求項１又は２に記載の燃料電池コージェネレーション装置。
【請求項４】
貯湯バイパス回路の補助熱源の出口に設けた第２貯湯槽と、前記第２貯湯槽の入口に設けた温度検出手段と、前記温度検出手段の検出値に応じて前記補助熱源の加熱量を制御する制御器とを有する請求項３に記載の燃料電池コージェネレーション装置。
【請求項５】
貯湯バイパス回路の補助熱源出口から分岐して給湯配管を設けた請求項４に記載の燃料電池コージェネレーション装置。
【請求項６】
貯湯バイパス回路の補助熱源の下流に暖房および乾燥用の放熱器を有する熱利用熱交換器を設けた請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池コージェネレーション装置。
【請求項７】
貯湯循環回路の貯湯槽入口に設けた補助熱源と、貯湯槽に設けた貯湯量検知手段と、前記貯湯量検知手段の検出値に応じて補助熱源を制御する制御装置とを設けた請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池コージェネレーション装置。
【請求項８】
貯湯循環回路の補助熱源の下流に設けた暖房用および乾燥用の放熱器を有する熱利用熱交換器と、前記補助熱源の出口に設けた温度検出手段と、前記温度検出手段の検出値に応じて前記補助熱源を制御する制御装置とを設けた請求項７に記載の燃料電池コージェネレーション装置。
【請求項９】
貯湯槽と循環ポンプと燃料電池の冷却回路に設けた冷却熱回収熱交換器と水素製造装置の排気熱などを回収する排気ガス熱回収熱交換器とを順に配管接続して構成する貯湯循環回路と、一方を貯湯槽の下部出口と循環ポンプの吸入側と接続し他方を循環ポンプの吐出側と貯湯槽の上部入口を接続し、切換時には、一方を貯湯槽の下部出口と貯湯槽の上部入口を接続し他方を循環ポンプ吸入側と循環ポンプの吐出側とを接続する４方切換手段と、燃料電池の温度検出手段と、前記温度検出手段の検出値に応じて前記４方切換手段を切換制御する制御装置とを設けた燃料電池コージェネレーション装置。
【請求項１０】
一方を貯湯槽の下部出口と循環ポンプの吸入側と接続し他方を循環ポンプの吐出側と貯湯槽の上部入口を接続し、切換時には、一方を貯湯槽の下部出口と循環ポンプ吐出側を接続し他方を貯湯槽の上部入口と循環ポンプの吸入側とを接続する４方切換手段と、燃料電池の温度検出手段と、前記温度検出手段の検出値に応じて前記４方切換手段を切換制御する制御装置とを設けた請求項９に記載の燃料電池コージェネレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の発電時に発生する熱を回収して給湯および暖房に利用する燃料電池コージェネレーション装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃料電池コージェネレーション装置としては、例えば、図１１に示すようなものがある。
【０００３】
図１１は、従来の燃料電池コージェネレーション装置の構成図であり、１は燃料電池で、酸素極２に空気と燃料極３に水素ガスなどの燃料ガスを供給して発電した電力を電力負荷４に供給する。５は冷却熱回収熱交換器で、冷却回路６の冷却ポンプ７で冷却水を循環して燃料電池１の冷却部８から熱を得て貯湯循環回路９に放熱する。１０は貯湯槽で、循環ポンプ１１で貯湯槽１０の下部の低温水を冷却熱回収熱交換器５に送って加熱し高温になった温水を貯湯槽１０の上部に蓄える。１２は熱交換器で、冷却回路６に設けた３方切換手段１３で分岐した冷却バイパス回路１４に設けて燃料電池１の発生熱を放熱する。１５は制御器で、貯湯循環回路９の蓄熱槽１０の戻り側に設けた温度検出手段１６の検知温度に応じて循環ポンプ１１の循環量を制御して蓄熱槽１０の上部に入る温水の温度を所定の温度になるように制御する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４０２４４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、燃料電池を起動させるためには外部から加熱する必要がありエネルギー効率が悪く、起動時間が長くなるなどの課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、貯湯循環回路に貯湯バイパス回路を設けて燃料電池の起動時に貯湯槽の温度成層を崩すことなくシステム内で発生する熱で燃料電池を加熱起動してエネルギー効率を高め、起動時間を短縮することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池コージェネレーション装置は、排気ガス熱回収熱交換器などのシステムで発生する熱を回収する熱回収熱交換器と燃料電池の冷却熱回収熱交換器とを有する貯湯循環回路に回路切換手段によって貯湯槽をバイパスする貯湯バイパス回路と、燃料電池の温度検出手段の信号に応じて貯湯バイパス回路の回路切換手段を切換る制御装置とを設けた構成としたものである。
【０００８】
これによって、燃料電池の起動時は貯湯循環回路の温水を貯湯槽を通さずに貯湯バイパス回路に流すことができるので、低温の水を貯湯槽の上部に入れて温度成層を崩すことなく排気ガスなどのシステムで発生する熱をシステム熱回収熱交換器で回収して冷却熱回収熱交換器を介して燃料電池を加熱することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、貯湯槽と循環ポンプと燃料電池の冷却回路に設けた冷却熱回収熱交換器と水素製造装置の排気熱などを回収する排気ガス熱回収熱交換器とを順に配管接続して構成する貯湯循環回路と、貯湯循環回路内で貯湯槽をバイパスする貯湯バイパス回路と、貯湯バイパス回路を切換る回路切換手段と、燃料電池の温度検知手段と、温度検出手段の信号に応じて回路切換手段を切換る制御装置とを設けた構成とすることにより、燃料電池の温度検知手段が所定の値に達していない場合は、制御器で回路切換手段を貯湯バイパス回路に切換て、貯湯槽を通さずに貯湯循環回路の温水を循環することにより、貯湯槽の上部に低温の水がはいるのを防止して温度成層が崩れるのを防ぐことができ、システム熱回収熱交換器で得た熱を冷却熱回収熱交換器を介して燃料電池を加熱して燃料電池の温度を上げることができるので燃料電池の起動時間を短縮することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の燃料電池コージェネレーション装置を、貯湯槽出口に設けた逆止弁と、貯湯循環回路のバイパス分岐部に設けた３方切換手段とで貯湯バイパス回路の回路切換手段を構成することにより、回路切換のための制御電力を低減して確実に回路を切換ることができるので、高効率で信頼性の高い燃料電池コージェネレーション装置を実現することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１又は２に記載の燃料電池コージェネレーション装置を、貯湯バイパス回路に設けた補助熱源と、貯湯循環回路の貯湯槽入口に設けた貯湯温度検知手段と、貯湯温度検知手段の信号に応じて補助熱源を制御する制御装置とを設けた構成とすることにより、貯湯槽に所定の温水が蓄えられていないときは貯湯バイパス回路に設けた補助熱源で加熱して貯湯槽に蓄えて給湯し、燃料電池の起動時は貯湯バイパス回路の補助熱源で加熱した循環水を冷却熱回収熱交換器に流して燃料電池を加熱することができるので、補助熱源によって安定した給湯を行うことができるとともに燃料電池の起動時間を大幅に短縮することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項３に記載の燃料電池コージェネレーション装置を貯湯バイパス回路の補助熱源の出口に設けた第２貯湯槽と、第２貯湯槽の入口に設けた温度検出手段と、温度検出手段の検出値に応じて補助熱源の加熱量を制御する制御器とを設けた構成とすることにより、燃料電池の動作温度より高い温度の温水を第２貯湯槽に蓄えることができるので、燃料電池の起動時に第２貯湯槽から大量の熱を取り出して冷却熱回収熱交換器を介して燃料電池を加熱することができるので燃料電池の起動時間を大幅に短縮することができる。さらに、第２貯湯槽には常に高温の温水をためておくことができるので貯湯槽内の温水が不足した場合でも安定して給湯することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、特に、請求項４に記載の燃料電池コージェネレーション装置を貯湯バイパス回路の補助熱源の出口から分岐して給湯配管を設けた構成とすることにより、補助熱源で温水を任意の温度に加熱して給湯することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、特に、請求項１から５に記載の燃料電池コージェネレーション装置を貯湯バイパス回路の補助熱源の下流に暖房用および乾燥用の放熱器を有する熱利用熱交換器を設けた構成とすることにより、燃料電池で発生する熱を暖房および乾燥などに使用することができる。また、燃料電池で発生する熱が不足する場合は補助熱源で補うことができるので経済的で安定した暖房運転ができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、特に、請求項１から６に記載の燃料電池コージェネレーション装置を、貯湯循環回路の貯湯槽入口に設けた補助熱源と、貯湯槽に設けた貯湯量検知手段と、貯湯量検知手段の検出値に応じて補助熱源を制御する制御装置とを設けた構成としたもので、貯湯槽に設けた貯湯量検知手段が所定の値を検知するまで貯湯循環回路を循環する温水を補助熱源で加熱するように制御装置で制御することにより、燃料電池の運転状態に拘わらず常に一定の温水を貯湯槽に蓄えることができるので、湯切れの無い安定した給湯運転ができる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、特に、請求項７に記載の燃料電池コージェネレーション装置を、貯湯循環回路の補助熱源の下流に設けた暖房用および乾燥用の放熱器を有する熱利用熱交換器と、熱利用熱交換器の出口に設けた貯湯温度検出手段と、貯湯温度検出手段の検出値に応じて熱源を制御する制御装置とを設けた構成としたもので、貯湯循環回路に設けた冷却熱回収熱交換器と排気ガス熱回収熱交換器で得た熱を熱利用熱交換器で放熱して暖房および乾燥用の放熱器で利用することができる。また燃料電池が停止している場合や熱利用熱交換器の出口温度が所定の値より低くなる場合は、貯湯温度検出手段の検出値が所定の値になるように制御装置で補助熱源を制御することにより、暖房および乾燥運転に安定して対応できるとともに、貯湯槽内の温度を所定の値に保つことができる。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、貯湯槽と循環ポンプと燃料電池の冷却回路に設けた冷却熱回収熱交換器と水素製造装置の排気熱などを回収する排気ガス熱回収熱交換器とを順に配管接続して構成する貯湯循環回路と、一方を貯湯槽の下部出口と循環ポンプの吸入側と接続し他方を循環ポンプの吐出側と貯湯槽の上部入口を接続し、切換時には、一方を貯湯槽の下部出口と貯湯槽の上部入口を接続し他方を循環ポンプ吐出側と循環ポンプの吸入側とを接続する４方切換手段と、燃料電池の温度検出手段と、温度検出手段の検出値に応じて４方切換手段を切換制御する制御装置とを設けた構成としたもので、燃料電池の温度検出手段の検出値が所定の値より低い場合は、４方切換手段で循環ポンプ吐出側と循環ポンプの吸入側とを接続して、貯湯槽の上部入口に低温の水が入らないようにするとともにシステム熱回収熱交換器で得た熱を冷却熱交換器を介して燃料電池に放熱するように制御器で制御することにより、簡単な構造で、貯湯槽の温度成層を崩さずに起動時に燃料電池を加熱することができる。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、特に、請求項９に記載の燃料電池コージェネレーション装置を、一方を貯湯槽の下部出口と循環ポンプの吸入側と接続し他方を循環ポンプの吐出側と貯湯槽の上部入口を接続し、切換時には、一方を貯湯槽の下部出口と循環ポンプ吐出側を接続し他方を貯湯槽の上部入口と循環ポンプの吸入側とを接続する４方切換手段と、燃料電池の温度検出手段と、温度検出手段の検出値に応じて４方切換手段を切換制御する制御装置とを設けた構成としたもので、燃料電池の温度検出手段の検出値が所定の値より低い場合は、４方切換手段で一方を貯湯槽の下部出口と循環ポンプ吐出側を接続し他方を貯湯槽の上部入口と循環ポンプの吸入側とを接続して、貯湯槽上部の高温の温水を冷却熱交換器におくって燃料電池を加熱するように制御器で制御することにより、簡単な構造で、貯湯槽の熱を利用して燃料電池を加熱することができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は本実施例の第１の実施例における燃料電池コージェネレーション装置の構成図を示すものである。
【００２１】
図１において、１は固体高分子膜を用いた燃料電池で、酸素極２に空気と燃料極３に水素製造機１７で生成した水素を供給して発電した電力を電力負荷４に供給する。５は冷却熱回収熱交換器で、冷却回路６の冷却ポンプ７で冷却水を循環して燃料電池１の冷却部８から熱を得て貯湯循環回路９に放熱する。１８は水素製造機１７から排出する排気ガスから熱を得て貯湯循環回路９に放熱する排ガス熱回収熱交換器で、貯湯循環回路９に設けた循環ポンプ１１で貯湯槽１０の上部に高温にした温水を蓄える。１９は貯湯槽１０の上部入り口部と循環ポンプ１１の吸入側を接続して貯湯槽１０をバイパスする貯湯バイパス回路で、貯湯槽１０の上部入り口部に設けた開閉弁２０ａと貯湯バイパス回路１９に設けた開閉弁２０ｂとを制御器１５で開閉制御して管路を切換る構成としている。
【００２２】
以上のように構成された燃料電池コージェネレーション装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２３】
まず、燃料電池１が発電するためには所定の温度以上に達している必要があるが、起動時には燃料電池１の温度は低く温度検出手段１６ａの検出値は低い値を検出している。制御装置１５で開閉弁２０ａを閉じて開閉弁２０ｂを開放することにより、貯湯循環回路９の循環水を循環ポンプ１１によって冷却熱回収熱交換器５と排気ガス熱回収熱交換器１８に送り、貯湯槽１０をバイパスして貯湯バイパス回路１９に流して循環することができる。このとき燃料電池１は発電していないので冷却部８からは熱が発生しないが、水素製造装置１７は都市ガスなどの燃料を燃焼させて水素を製造し高温の排気ガスを排気ガス熱回収熱交換器におくるため、排気ガス熱回収熱交換器１８で得た熱で貯湯循環回路９の循環水を加熱して循環ポンプ１１によって冷却熱回収熱交換器９に運び、冷却ポンプ７で冷却回路６の冷却水を循環させて燃料電池１の冷却部８で放熱して燃料電池１を加熱することとなる。一方、貯湯槽１０の上部には循環水が入らないので、貯湯槽１０内の温度成層は保たれた状態を継続する。燃料電池１は加熱されて温度が充分高くなると、発電を開始して熱を発生し、温度検出手段１６ａの検出値も高い値を検出するので、制御器１５は開閉弁２０ａを開放して開閉弁２０ｂを閉じるように制御する。このとき貯湯バイパス回路１９は閉塞された状態なので、貯湯槽１０の下部の水を循環ポンプ１１によって冷却熱回収熱交換器９と排気ガス熱回収熱交換器１８に送り、高温にして貯湯槽１０の上部に送り込み、貯湯槽１０の上部に高温水を蓄えることができる。
【００２４】
以上のように、本実施例においては、貯湯槽１０内の温度成層を崩すことなくシステム内で発生する水素製造装置１７の排気ガスの熱を利用して燃料電池を加熱して起動させることができる。
【００２５】
（実施例２）
図２は、本発明の第２の実施例の燃料電池コージェネレーション装置の構成図である。
【００２６】
図２において、２１は貯湯槽１０の下部出口に設けた逆止弁で、２２は貯湯循環回路９の貯湯バイパス回路１９の分岐部に設けた３方弁で、１５は燃料電池１の温度検出手段１６ａの検出値に応じて３方弁２２を切換制御する制御装置で、実施例１の構成と異なるところは、貯湯バイパス回路１９の回路切換手段として逆止弁２１と３方弁２２とを設けた点である。
【００２７】
以上のように構成された燃料電池コージェネレーション装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２８】
まず、起動時のように燃料電池１の温度が低い場合は、温度検出手段１６ａは低い値を検出し、制御装置１５は３方弁２２が貯湯バイパス回路１９に回路を接続するように制御するので、貯湯循環回路９を流れる低温の循環水は貯湯槽１０をバイパスして貯湯バイパス回路１９を流れる。このとき貯湯槽１０の下部出口に逆止弁２１を設けているので循環ポンプ１１が発停を繰り返しても貯湯槽１０に循環水が逆流するのを防止することができるので、温度成層を崩すことがない。
【００２９】
一方、燃料電池１の温度が充分高くなった場合は、温度検出手段１６ａは高い値を検出し、制御装置１５は３方弁２２が貯湯槽１０に流すように回路を接続して制御するので、貯湯循環回路９を流れる高温の循環水を貯湯槽１０の上部に蓄えることができる。
【００３０】
以上のように、本実施例においては、貯湯バイパス回路１９の回路切換手段として逆止弁２１と３方弁２２とを設けたことにより、簡単な構成で制御のための電力消費も少ない信頼性の高い回路切換手段を実現することができる。
【００３１】
（実施例３）
図３は、本発明の第３の実施例の燃料電池コージェネレーション装置の構成図である。
【００３２】
図３において、２３はガスまたは電気などを熱源とする補助熱源で、実施例１と２の構成と異なるところは、貯湯温度検知手段１６ｂを貯湯槽１０の上部入口に設けて、補助熱源２３を貯湯バイパス回路１９に設けた点である。
【００３３】
以上のように構成された燃料電池コージェネレーション装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３４】
まず、起動時は燃料電池１の温度検出手段１６ａの検出値は低い値を検出しているので、制御装置１５で開閉弁２０ａを閉じて開閉弁２０ｂを開放することにより、貯湯循環回路９の循環水を循環ポンプ１１によって冷却熱回収熱交換器９と排気ガス熱回収熱交換器１８に送り、貯湯槽１０をバイパスして貯湯バイパス回路１９に流して循環することができる。
【００３５】
このとき排気ガス熱回収熱交換器１８で得た熱を冷却熱回収熱交換器９に送って燃料電池１の冷却部８で放熱して燃料電池１を加熱するが、さらに補助熱源２３を運転して循環水を加熱することにより燃料電池１の加熱量を増加することができる。
【００３６】
一方、燃料電池１が発電を開始して温度が上昇して温度検出手段１６ａの検出値が所定の値より高い値を検出した場合は、開閉弁２０ａを開放して貯湯槽１０の上部に循環水を流すように制御器１５で制御する。燃料電池１の運転状態に応じて排気ガス熱回収熱交換器１８と冷却熱回収熱交換器９の加熱量は変わるが、貯湯温度検出手段１６ｂの値が所定の値になるように制御器１５で開閉弁２０ａの開度を調節して貯湯バイパス回路１９を流れる流量を制御するとともに補助熱源２３の加熱量を制御する。
【００３７】
以上のように、本実施例においては、貯湯槽１０の上部入口に貯湯温度検知手段１６ｂを設け、貯湯バイパス回路１９に補助熱源２３を設けて制御器１５で制御することにより、燃料電池１の起動時には、補助熱源２３で燃料電池１を加熱することができるので起動時間を大幅に短縮することができる。さらに、貯湯循環回路９を流す循環水の一部を貯湯バイパス回路１９に流して補助熱源２３で加熱することにより燃料電池１の運転状態にかかわらず貯湯槽１０の上部に安定して高温の温水を蓄えることができる。
【００３８】
（実施例４）
図４は、本発明の第４の実施例の燃料電池コージェネレーション装置の構成図である。
【００３９】
図４において、２４は第２貯湯槽で、実施例３の構成と異なるところは、第２貯湯槽２４を貯湯バイパス回路１９の補助熱源２３の出口に設けた点と第２貯湯槽の入口に温度検出手段１６ｃを設けた点である。
【００４０】
以上のように構成された燃料電池コージェネレーション装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００４１】
まず、燃料電池１が発電状態のときは、燃料電池１の温度検出手段１６ａの検出値は高い値を検出しているので、制御装置１５で開閉弁２０ａを開放して開閉弁２０ｂを閉じて運転することにより、冷却熱回収熱交換器９と排気ガス熱回収熱交換器１８で加熱された温水を貯湯槽１０の上部に蓄えることができる。このとき、制御器１５で開閉弁２０ｂを開放し、温度検出手段１６ｃの検出値に応じて補助熱源２３で温水を加熱して第２貯湯槽２４に蓄えることにより、燃料電池１の再起動時には開閉弁２０ｂを開放して循環ポンプ１１で第２貯湯槽２４内の高温水を冷却熱回収熱交換器９に送って燃料電池１を加熱することができる。
【００４２】
以上のように、本実施例においては、第２貯湯槽２４を貯湯バイパス回路１９の補助熱源２３の出口に設けたことにより、小能力の小型の補助熱源で燃料電池１の起動時間を大幅に短縮することができ、給湯などの熱負荷に対しても迅速に対応ができる。
【００４３】
（実施例５）
図５は、本発明の第５の実施例の燃料電池コージェネレーション装置の構成図である。
【００４４】
図５において、２５は給湯配管で、実施例４の構成と異なるところは、貯湯バイパス回路１９の補助熱源２３の出口から分岐して給湯配管２５を設けた点である。
【００４５】
以上のように構成された燃料電池コージェネレーション装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００４６】
まず、燃料電池１の定常運転時は、制御装置１５が開閉弁２０ａを開放して開閉弁２０ｂを閉じて運転して貯湯循環回路９の循環水を循環ポンプ１１で貯湯槽１０の上部に送る。給湯負荷が発生して時は、給湯開閉弁２０ｃが開放されると冷却熱回収熱交換器９と排気ガス熱回収熱交換器１８で加熱した循環水は貯湯バイパス回路１９を通って給湯配管２５から給湯水として供給し、循環回路の循環水量が少ない場合は貯湯槽１０の上部の温水を市水の圧力で押し出して貯湯バイパス回路１９で合流させて給湯配管２５から必要な給湯水量を供給する。
【００４７】
以上のように、本実施例においては、貯湯バイパス回路１９の補助熱源２３の出口で開閉弁２０ｂの手前から分岐して給湯配管２５を設けることにより、燃料電池１で発生する熱を蓄熱することなく直接給湯に利用することができ、給湯量が不足する場合は貯湯槽１０から自動的に温水を補うことができるので、簡単な配管構成で効率の良い給湯運転ができる。
【００４８】
（実施例６）
図６は、本発明の第６の実施例の燃料電池コージェネレーション装置の構成図である。
【００４９】
図６において、２６は暖房および乾燥用の放熱器２７に接続する熱利用熱交換器で、実施例１から５の構成と異なるところは、貯湯バイパス回路１９の補助熱源２３の下流に熱利用熱交換器２６を設けた点である。
【００５０】
以上のように構成された燃料電池コージェネレーション装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００５１】
まず、燃料電池１の定常運転時は、制御装置１５が開閉弁２０ａを開放して開閉弁２０ｂを閉じて運転するので貯湯循環回路９の循環水を循環ポンプ１１で貯湯槽１０の上部に送る。暖房などの負荷が発生して放熱器２７を運転する場合は、制御器１５で開閉弁２０ｂを開放し、貯湯循環回路９の冷却熱回収熱交換器５と排気ガス熱回収熱交換器１８で加熱した循環水を貯湯バイパス回路１９に流して熱利用熱交換器２６で暖房に利用する。放熱器２７の負荷が大きい場合は補助熱源２３で不足分を加熱して負荷に対応する。一方、燃料電池１が停止しているときも同様に、開閉弁２０ｂを開放して循環ポンプ１１を運転し、貯湯バイパス回路１９に循環水を流して補助熱源２３で加熱して熱利用熱交換器２６に熱を与えて暖房する。
【００５２】
以上のように、本実施例においては貯湯バイパス回路１９の補助熱源２３の下流に熱利用熱交換器２６を設けることにより、燃料電池１で発生する熱を直接暖房などに利用することができ、負荷の大きい場合は補助熱源２３で加熱することにより、効率の良い安定した暖房運転が実現できる。
【００５３】
（実施例７）
図７は、本発明の第７の実施例の燃料電池コージェネレーション装置の構成図である。
【００５４】
図７において、２３は補助熱源で、２８は貯湯量検知手段で、実施例１から６の構成と異なるところは、貯湯量検知手段２８の検出値に応じて制御装置１５で制御する補助熱源２３を貯湯循環回路９の貯湯槽１０の入口に設けた点である。
【００５５】
以上のように構成された燃料電池コージェネレーション装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００５６】
まず、燃料電池１の定常運転時は、貯湯槽１０の下部の低温水を循環ポンプ１１で冷却熱回収熱交換器５と排気ガス熱回収熱交換器１８に送って加熱し貯湯槽１０の上部に蓄えるが、電力負荷４が少なくて燃料電池１の発熱が少ない場合は、冷却熱回収熱交換器５と排気ガス熱回収熱交換器１８の加熱量も少なく循環水の温度も低くなるので、制御器１５で貯湯量検知手段２８の検出値が所定の値になるまで補助熱源２３で加熱して貯湯槽１０の上部に蓄える。
【００５７】
以上のように、本実施例においては、補助熱源２３を貯湯循環回路９の貯湯槽１０の入口に設けることにより、燃料電池１の運転状態に拘わらずに一定の給湯負荷に対応する温水量を貯湯槽１０に蓄えることができる。さらに、貯湯槽１０にためる温水の温度を高くすることにより貯湯槽１０を小型にすることができる。
【００５８】
（実施例８）
図８は、本発明の第８の実施例の燃料電池コージェネレーション装置の構成図である。
【００５９】
図８において、２６は暖房および乾燥用の放熱器２７に接続する熱利用熱交換器で、実施例７の構成と異なるところは、貯湯循環回路９の補助熱源２３の下流で貯湯槽１０の入口に設けた温度検出器１６ｂの上流に熱利用熱交換器２６を設けた点である。
【００６０】
以上のように構成された燃料電池コージェネレーション装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００６１】
まず、暖房などの負荷が発生して放熱器２７を運転する場合は、制御器１５で開閉弁２０ａを開放して、貯湯循環回路９の循環ポンプ１１を運転して循環水を循環するが、燃料電池１が運転しているときは、冷却熱回収熱交換器５と排気ガス熱回収熱交換器１８で加熱した循環水を熱利用熱交換器２７に流して暖房運転ができる。一方、燃料電池１の電力負荷４の値が小さいか運転を停止しているときは補助熱源２３を運転して不足分を加熱するがこのとき貯湯槽１０の入口に設けた温度検出手段１６ｂの検出値が所定の値になるように制御器１５で補助熱源１５の加熱量を制御する。
【００６２】
以上のように、本実施例においては、貯湯循環回路９の補助熱源２３の下流で貯湯槽１０の入口に設けた温度検出手段１６ｂの上流に熱利用熱交換器２６を設けたことにより、燃料電池１で発生する熱を直接暖房などの熱として利用することができ、燃料電池１で発生する熱が不足する場合は自動的に補助熱源２３で補うことができる。さらに貯湯槽１０の上部に入る温水を任意の温度に設定することができるので、貯湯槽１０の温度成層を崩すこともなく安定して給湯負荷に対応できる。
【００６３】
（実施例９）
図９は、本発明の第９の実施例の燃料電池コージェネレーション装置の構成図である。
【００６４】
図９において、２９は４方弁で、実施例１の構成と異なるところは、一方を貯湯槽１０の下部出口と循環ポンプ１１の吸入側と接続し他方を循環ポンプ１１の吐出側と貯湯槽１０の上部入口を接続し、切換時には、一方を貯湯槽１０の下部出口と貯湯槽１０の上部入口を接続し他方を循環ポンプ１１の吸入側と循環ポンプ１１の吐出側とを接続する４方弁２９を貯湯循環回路９の回路切換手段として設けた点である。
【００６５】
以上のように構成された燃料電池コージェネレーション装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００６６】
まず、定常運転時のように燃料電池１の温度が高い場合は、温度検出手段１６ａは高い値を検出し、制御装置１５は４方弁２９を、一方を貯湯槽１０の下部出口と循環ポンプ１１の吸入側と接続し他方を循環ポンプ１１の吐出側と貯湯槽１０の上部入口を接続するように制御して高温の温水を貯湯槽１０の上部に蓄える。起動時のように燃料電池１の温度が低い場合は、温度検出手段１６ａは低い値を検出し、制御装置１５は４方弁２９を一方を貯湯槽１０の下部出口と貯湯槽１０の上部入口を接続し他方を循環ポンプ１１の吐出側と循環ポンプ１１の吸入側とを接続するように制御して排気ガス熱回収熱交換器１８で得た熱を冷却熱回収熱交換器５に送って燃料電池１を加熱して起動させることができる。
【００６７】
以上のように、本実施例においては、４方弁２９を回路切換手段として用いることにより、簡単な構成でシステム内で発生する熱を排気ガス熱回収熱交換器１８で回収して燃料電池１を加熱して起動することができる。
【００６８】
（実施例１０）
図１０は、本発明の第１０の実施例の燃料電池コージェネレーション装置の構成図である。
【００６９】
図１０において、２９は４方弁で、実施例９の構成と異なるところは、一方を貯湯槽１０の下部出口と循環ポンプ１１の吸入側と接続し他方を循環ポンプ１１の吐出側と貯湯槽１０の上部入口を接続し、切換時には、一方を貯湯槽１０の下部出口と循環ポンプ１１の吐出側を接続し他方を貯湯槽１０の上部入口と循環ポンプ１１の吸入側とを接続する４方弁２９を貯湯循環回路９の回路切換手段として設けた点である。
【００７０】
以上のように構成された燃料電池コージェネレーション装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００７１】
まず、定常運転時のように燃料電池１の温度が高い場合は、温度検出手段１６ａは高い値を検出し、制御装置１５は４方弁２９を、一方を貯湯槽１０の下部出口と循環ポンプ１１の吸入側と接続し他方を循環ポンプ１１の吐出側と貯湯槽１０の上部入口を接続するように制御して高温の温水を貯湯槽１０の上部に蓄える。起動時のように燃料電池１の温度が低い場合は、温度検出手段１６ａは低い値を検出し、制御装置１５は４方弁２９の一方を貯湯槽１０の下部出口と循環ポンプ１１の吐出側を接続し他方を貯湯槽１０の上部入口と循環ポンプ１１の吸入側とを接続するように制御して貯湯槽１０の上部に蓄えた高温の温水を４方弁２９を介して循環ポンプ１１で冷却熱回収熱交換器５に送って燃料電池１を加熱して起動させることができる。
【００７２】
以上のように、本実施例においては、４方弁２９を貯湯循環回路９の回路切換手段として用いることにより、簡単な構成で貯湯槽１０に蓄えた温水で燃料電池１を起動させることができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単な構成でシステム内部で発生する熱を回収して燃料電池を短時間で起動し、貯湯槽に温度成層を形成して温水を蓄ることができる高効率な燃料電池コージェネレーション装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における燃料電池コージェネレーション装置の構成図
【図２】本発明の実施例２における燃料電池コージェネレーション装置の構成図
【図３】本発明の実施例３における燃料電池コージェネレーション装置の構成図
【図４】本発明の実施例４における燃料電池コージェネレーション装置の構成図
【図５】本発明の実施例５における燃料電池コージェネレーション装置の構成図
【図６】本発明の実施例６における燃料電池コージェネレーション装置の構成図
【図７】本発明の実施例７における燃料電池コージェネレーション装置の構成図
【図８】本発明の実施例８における燃料電池コージェネレーション装置の構成図
【図９】本発明の実施例９における燃料電池コージェネレーション装置の構成図
【図１０】本発明の実施例１０における燃料電池コージェネレーション装置の構成図
【図１１】従来の燃料電池コージェネレーション装置の構成図
【符号の説明】
１  燃料電池
５  冷却熱回収熱交換器
６  冷却回路
９  貯湯循環回路
１０  貯湯槽
１１  循環ポンプ
１５  制御器（制御装置）
１６ａ  温度検出手段
１６ｂ  温度検出手段
１６ｃ  温度検出手段
１７  水素製造装置
１８  排気ガス熱回収熱交換器
１９  貯湯バイパス回路
２０ａ  開閉弁（回路切換手段）
２０ｂ  開閉弁（回路切換手段）
２１  逆止弁
２２  ３方弁（３方切換手段）
２３  補助熱源
２４  第２貯湯槽
２５  給湯配管
２６  熱利用熱交換器
２７  放熱器
２８  貯湯量検出手段
２９  ４方弁（４方切換手段）
【図１】
2004335402.tif 000003
【図２】
2004335402.tif 000004
【図３】
2004335402.tif 000005
【図４】
2004335402.tif 000006
【図５】
2004335402.tif 000007
【図６】
2004335402.tif 000008
【図７】
2004335402.tif 000009
【図８】
2004335402.tif 000010
【図９】
2004335402.tif 000011
【図１０】
2004335402.tif 000012
【図１１】
2004335402.tif 000013