(57)【要約】【課題】コストの低減を図りながら、燃料電池発電部を短時間で昇温させる。【解決手段】燃料電池発電部１に冷却水を循環供給させる冷却水循環手段４にて循環される冷却水と排熱回収用熱媒とを熱交換させる排熱回収用熱交換器１７，１８を備えて、回収した排熱を熱使用装置５ａ，５ｂに供給する排熱回収部６と、燃料電池発電部１、冷却水循環手段４、および、排熱回収部６の運転を制御する運転制御手段とが設けられ、排熱回収部６が、排熱回収用熱交換器１７，１８において冷却水から授熱される排熱回収状態と、排熱回収用熱交換器１７，１８において冷却水に対して放熱させる冷却水加熱状態とに切換可能に構成され、運転制御手段は、燃料電池発電部１を立ち上げ運転するときに、排熱回収部６を冷却水加熱状態に切り換え、その立ち上げ運転したあとの燃料電池発電部１の運転中に、排熱回収部を排熱回収状態に切り換えるように構成されている。【選択図】　　　　図１
2004079424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電部に冷却水を循環供給させる冷却水循環手段と、
前記冷却水循環手段にて循環される前記冷却水と排熱回収用熱媒とを熱交換させる排熱回収用熱交換器を備えて、回収した排熱を熱使用装置に供給する排熱回収部と、
前記燃料電池発電部、前記冷却水循環手段、および、前記排熱回収部の運転を制御する運転制御手段とが設けられている燃料電池設備であって、
前記排熱回収部が、前記排熱回収用熱交換器において前記冷却水から授熱される排熱回収状態と、前記排熱回収用熱交換器において前記冷却水に対して放熱させる冷却水加熱状態とに切換可能に構成され、
前記運転制御手段は、前記燃料電池発電部を立ち上げ運転するときに、前記排熱回収部を冷却水加熱状態に切り換え、その立ち上げ運転したあとの前記燃料電池発電部の運転中に、前記排熱回収部を排熱回収状態に切り換えるように構成されている燃料電池設備。
【請求項２】
前記排熱回収部は、蓄熱部を備え、前記排熱回収状態に切り換えられたときに、前記冷却水から授熱される熱を前記蓄熱部に蓄熱させ、かつ、前記冷却水加熱状態に切り換えられたときに、前記蓄熱部に蓄熱された熱を前記冷却水に対して放熱させるように構成されている請求項１に記載の燃料電池設備。
【請求項３】
前記排熱回収部は、前記熱使用装置に熱供給させる熱使用装置用熱源を備え、前記冷却水加熱状態に切り換えられたときに、前記熱使用装置用熱源による熱を前記冷却水に対して放熱させるように構成されている請求項１または２に記載の燃料電池設備。
【請求項４】
前記燃料電池発電部に燃料ガスを供給させるための改質部と、その改質部に備えられた改質用バーナにおける燃焼排ガスと前記冷却水循環手段にて循環される前記冷却水とを熱交換させる排ガス用熱交換器とが設けられ、前記運転制御手段が、前記立ち上げ運転において、前記改質用バーナにおける燃焼排ガスの熱を前記冷却水に対して放熱させるべく、前記改質部を運転するように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池設備。
【請求項５】
燃料電池発電部に冷却水を循環供給させる冷却水循環手段と、前記燃料電池発電部に燃料ガスを供給させるための改質部と、前記燃料電池発電部、前記冷却水循環手段、および、前記改質部の運転を制御する運転制御手段とが設けられている燃料電池設備であって、
前記改質部に備えられた改質用バーナにおける燃焼排ガスと前記冷却水循環手段にて循環される前記冷却水を熱交換させる排ガス用熱交換器が設けられ、
前記運転制御手段が、前記燃料電池発電部の立ち上げ運転をするときに、前記排ガス用熱交換器において前記燃焼排ガスにて前記冷却水を加熱させるべく、前記改質部を運転するように構成されている燃料電池設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電部に冷却水を循環供給させる冷却水循環手段と、前記冷却水循環手段にて循環される前記冷却水と排熱回収用熱媒とを熱交換させる排熱回収用熱交換器を備えて、回収した排熱を熱使用装置に供給する排熱回収部と、前記燃料電池発電部、前記冷却水循環手段、および、前記排熱回収部の運転を制御する運転制御手段とが設けられている燃料電池設備、および、燃料電池発電部に冷却水を循環供給させる冷却水循環手段と、前記燃料電池発電部に燃料ガスを供給させるための改質部と、前記燃料電池発電部、前記冷却水循環手段、および、前記改質部の運転を制御する運転制御手段とが設けられている燃料電池設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような燃料電池設備は、燃料電池発電部にて燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを電気化学反応させて発電し、その燃料電池発電部を冷却する冷却水と排熱回収用熱媒とを排熱回収用熱交換器にて熱交換させて、排熱回収部にて排熱を回収し、その排熱を床暖房装置や浴室暖房装置などに供給したり、その排熱を利用して貯湯タンクに貯湯して、回収した排熱を熱使用装置に供給するようにしているものである。
【０００３】
この種の燃料電池設備では、燃料電池発電部の運転を開始するときには、運転制御手段が、燃料電池発電部の立ち上げ運転を行うことにより、燃料電池発電部を昇温させたのち、燃料電池発電部の運転を行うようにしている。
そして、従来、燃料電池発電部の立ち上げ運転としては、電気ヒータにより加熱された冷却水を燃料電池発電部に供給する従来構成１と、改質ガス用燃焼バーナの燃焼により加熱された冷却水を燃料電池発電部に供給する従来構成２との２種類の構成がある。
【０００４】
従来構成１について説明を加えると、図４に示すように、冷却水を貯留させる冷却水タンク４１と、冷却水タンク４１内の冷却水を燃料電池発電部４２に循環流動させる冷却水循環路４３と、冷却水循環ポンプ４４と、冷却水タンク４１内の冷却水を加熱する電気ヒータ４５とが設けられている。
また、燃料電池発電部４２に燃料ガスを供給するために、脱硫部５３、改質部４６、変成部５４、ＣＯ除去部５５が設けられ、燃料電池発電部４２に空気を供給するために、ブロア５６も設けられている。
そして、冷却水循環路４３中に排熱回収用熱交換器５２を設けることにより、排熱回収部５３が排熱を回収するように構成され、図示はしないが、その排熱回収部５３にて回収された排熱を床暖房装置や浴室暖房装置などに供給したり、回収された排熱にて貯湯タンクに貯湯するようにしている。
【０００５】
そして、この従来構成１では、運転制御手段が、燃料電池発電部４２の立ち上げ運転をするときに、電気ヒータ４５を作動させた状態で冷却水循環ポンプ４４を作動させることにより、電気ヒータ４５により加熱された冷却水を燃料電池発電部４２に供給するようにしている。
【０００６】
従来構成２について説明を加えると、図５に示すように、改質部４６から変成部５４への改質ガス供給路から分岐し、改質ガス燃焼用バーナ４８に改質ガスを供給する分岐改質ガス供給路４７と、昇温用冷却水循環ポンプ４９の作動により昇温用冷却水循環路５０を通して供給される冷却水を改質ガス燃焼用バーナ４８の燃焼により加熱させる冷却水昇温用熱交換器５１が設けられている。
【０００７】
なお、上記従来構成１と同様に、冷却水タンク４１、冷却水循環路４３、冷却水循環ポンプ４４、脱硫部５３、改質部４６、変成部５４、ＣＯ除去部５５、ブロア５６、排熱回収用熱交換器５２、排熱回収部５３なども設けられている。
【０００８】
そして、この従来構成２では、運転制御手段が、燃料電池発電部４２の立ち上げ運転をするときに、昇温用冷却水循環ポンプ４９を作動させた状態で改質ガス燃焼用バーナ４８を燃焼させるとともに、冷却水循環ポンプ４４を作動させることにより、改質ガス用燃焼バーナ４８の燃焼により加熱された冷却水を燃料電池発電部４２に供給するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来構成１では、冷却水を加熱するために電気ヒータが必要となるので、その分だけコストアップを招くことになる。
また、上記従来構成２では、冷却水を加熱するために改質ガス用燃焼バーナが必要となるので、その分だけコストアップを招くことになり、しかも、まず、改質部の立ち上げ運転を行い、改質部を昇温させた後でなければ、改質ガス用燃焼バーナの燃焼により冷却水を加熱することができず、燃料電池発電部を昇温させるまでに時間がかかるという問題がある。
【００１０】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、コストの低減を図りながら、燃料電池発電部を極力短時間で昇温させることが可能となる燃料電池設備を提供する点にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明によれば、燃料電池発電部に冷却水を循環供給させる冷却水循環手段と、前記冷却水循環手段にて循環される前記冷却水と排熱回収用熱媒とを熱交換させる排熱回収用熱交換器を備えて、回収した排熱を熱使用装置に供給する排熱回収部と、前記燃料電池発電部、前記冷却水循環手段、および、前記排熱回収部の運転を制御する運転制御手段とが設けられている燃料電池設備において、
前記排熱回収部が、前記排熱回収用熱交換器において前記冷却水から授熱される排熱回収状態と、前記排熱回収用熱交換器において前記冷却水に対して放熱させる冷却水加熱状態とに切換可能に構成され、前記運転制御手段は、前記燃料電池発電部を立ち上げ運転するときに、前記排熱回収部を冷却水加熱状態に切り換え、その立ち上げ運転したあとの前記燃料電池発電部の運転中に、前記排熱回収部を排熱回収状態に切り換えるように構成されている。
【００１２】
すなわち、運転制御手段が、燃料電池発電部を立ち上げ運転するときには、排熱回収部を冷却水加熱状態に切り換えることにより、排熱回収部にて冷却水を加熱させ、その加熱された冷却水を燃料電池発電部に供給させることが可能となる。
また、運転制御手段が、立ち上げ運転したあとの燃料電池発電部の運転中には、排熱回収部を排熱回収状態に切り換えることにより、排熱回収部にて排熱を回収し、その回収された排熱を熱使用装置に供給することが可能となる。
【００１３】
したがって、燃料電池発電部を立ち上げ運転するときに、排熱を回収するための排熱回収部を用いて冷却水を加熱することが可能となるので、冷却水を加熱するためにあらたな加熱手段を設けることなく冷却水を加熱することが可能となり、しかも、排熱回収部において熱使用装置に供給される熱を用いることにより、燃料電池発電部の立ち上げ運転の初期から冷却水を加熱することが可能となるので、燃料電池発電部を極力短時間で昇温させることが可能となる。
【００１４】
以上のことをまとめると、請求項１に記載の発明によれば、コストの低減を図りながら、燃料電池発電部を極力短時間で昇温させることが可能となる燃料電池設備を提供できるに至った。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、前記排熱回収部は、蓄熱部を備え、前記排熱回収状態に切り換えられたときに、前記冷却水から授熱される熱を前記蓄熱部に蓄熱させ、かつ、前記冷却水加熱状態に切り換えられたときに、前記蓄熱部に蓄熱された熱を前記冷却水に対して放熱させるように構成されている。
【００１６】
すなわち、排熱回収部は、排熱回収状態に切り換えられたときに、熱使用装置が運転中であれば、回収された排熱を熱使用装置に供給し、熱使用装置が運転を停止していれば、回収された排熱を蓄熱部に蓄熱させることが可能となる。
また、排熱回収部は、冷却水加熱状態に切り換えられたときに、必ずしも他の熱源を作動させて熱を発生させなくても、蓄熱部に蓄熱された熱にて冷却水を加熱させることが可能となる。
【００１７】
したがって、排熱を蓄熱部に蓄熱させて有効に活用することが可能となり、しかも、その蓄熱部に蓄熱された熱を用いて燃料電池発電部を昇温させること可能となるので、熱エネルギーロスを小さくして、省エネルギー化を図ることが可能となる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、前記排熱回収部は、前記熱使用装置に熱供給させる熱使用装置用熱源を備え、前記冷却水加熱状態に切り換えられたときに、前記熱使用装置用熱源による熱を前記冷却水に対して放熱させるように構成されている。
【００１９】
すなわち、排熱回収部は、冷却水加熱状態に切り換えられたときに、熱使用装置用熱源にて燃料電池発電部を昇温させるのに適した熱量を発生させて、その熱量にて冷却水を加熱させることが可能となるので、冷却水を十分に加熱させながら、その加熱された冷却水を燃料電池発電部に供給させることが可能となって、燃料電池発電部をより短時間で昇温させることが可能となる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、前記燃料電池発電部に燃料ガスを供給させるための改質部と、その改質部に備えられた改質用バーナにおける燃焼排ガスと前記冷却水循環手段にて循環される前記冷却水とを熱交換させる排ガス用熱交換器とが設けられ、前記運転制御手段が、前記立ち上げ運転において、前記改質用バーナにおける燃焼排ガスの熱を前記冷却水に対して放熱させるべく、前記改質部を運転するように構成されている。
【００２１】
すなわち、運転制御手段が、燃料電池発電部の立ち上げ運転をするときに、改質用バーナにおける燃焼排ガスの熱を冷却水に対して放熱させるように改質部を運転することにより、改質用バーナにおける燃焼排ガスにて冷却水を加熱し、その加熱された冷却水を燃料電池発電部に供給することが可能となるので、排熱回収部における熱に加えて、改質部における排熱においても冷却水を加熱することが可能となる。
したがって、より一層省エネルギー化を図ることが可能となり、しかも、燃料電池発電部をより短時間で昇温させることが可能となる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、燃料電池発電部に冷却水を循環供給させる冷却水循環手段と、前記燃料電池発電部に燃料ガスを供給させるための改質部と、前記燃料電池発電部、前記冷却水循環手段、および、前記改質部の運転を制御する運転制御手段とが設けられている燃料電池設備において、
前記改質部に備えられた改質用バーナにおける燃焼排ガスと前記冷却水循環手段にて循環される前記冷却水を熱交換させる排ガス用熱交換器が設けられ、前記運転制御手段が、前記燃料電池発電部の立ち上げ運転をするときに、前記排ガス用熱交換器において前記燃焼排ガスにて前記冷却水を加熱させるべく、前記改質部を運転するように構成されている。
【００２３】
すなわち、運転制御手段が、燃料電池発電部の立ち上げ運転をするときに、排ガス用熱交換器において燃焼排ガスにて冷却水を加熱させるように改質部を運転することにより、改質用バーナにおける燃焼排ガスにて冷却水を加熱し、その加熱された冷却水を燃料電池発電部に供給することが可能となるので、改質部における排熱を回収し、その排熱にて冷却水を加熱することが可能となる。
したがって、改質部における排熱を用いて冷却水を加熱することが可能となるので、冷却水を加熱するためにあらたな加熱手段を設けることなく冷却水を加熱することが可能となり、しかも、改質部における排熱を用いることにより、燃料電池発電部の立ち上げ運転の初期から冷却水を加熱することが可能となるので、燃料電池発電部を極力短時間で昇温させることが可能となる。
【００２４】
以上のことをまとめると、請求項５に記載の発明によれば、コストの低減を図りながら、燃料電池発電部を極力短時間で昇温させることが可能となる燃料電池設備を提供できるに至った。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる燃料電池設備について図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
この燃料電池設備は、図１および図２に示すように、燃料電池発電部１、燃料電池発電部１に供給する水素含有ガスを生成するガス生成部２、燃料電池発電部１に酸素含有ガスとしての空気を供給するブロア３、燃料電池発電部１に冷却水を循環供給させる冷却水循環手段としての冷却水循環部４、その冷却水循環部４にて循環される冷却水と排熱回収用熱媒とを熱交換させて回収した排熱を熱使用装置５に供給する排熱回収部６、燃料電池発電部１、冷却水循環部４、および、排熱回収部６の運転を制御する運転制御手段としての運転制御部Ｈなどから構成されている。
【００２６】
前記燃料電池発電部１は、例えば、高分子型の燃料電池を備え、ガス生成部２にて生成された燃料ガス中の水素と、ブロア３から供給される空気中の酸素とを電気化学反応させて発電するように構成されている。
前記ガス生成部２は、供給される都市ガスなどの炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部７、その脱硫部７から排出される脱硫原燃料ガスを別途供給される水蒸気にて水素と一酸化炭素に改質処理する改質部８、その改質部８から排出される改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気にて二酸化炭素に変成処理する変成部９、その変成部９から排出される変成ガス中に残留している一酸化炭素を除去するＣＯ除去部１０を備えて構成されている。
そして、改質部８には、改質反応用の熱を生成するために改質用バーナ１１が設けられている。
ちなみに、図示はしないが、燃料電池発電部１にて反応に寄与された排燃料ガスは、改質用バーナ１１に供給するように構成されている。
【００２７】
前記冷却水循環部４は、燃料電池発電部１と排熱回収用熱交換器との間で接続された冷却水循環路１２、冷却水循環ポンプ１３、冷却水循環路１２における燃料電池発電部１から排熱回収用熱交換器１２への流路部分と排熱回収用熱交換器１２から燃料電池発電部１への流路部分とを接続する冷却水バイパス路１４などを備えて構成されている。
そして、冷却水循環部４には、冷却水循環路１２における燃料電池発電部１から排熱回収用熱交換器１２への流路部分と冷却水バイパス路１４との接続箇所に、冷却水三方弁１５、および、燃料電池発電部１に供給される冷却水の温度を検出する温度センサ１６も設けられている。
【００２８】
また、冷却水循環路１２が、燃料電池発電部１を通過した冷却水を後述する第１排熱回収用熱交換器１７側と後述する第２排熱回収用熱交換器１８側とに供給可能になるように、第１側冷却水循環流路１２ａと第２側冷却水循環流路１２ｂとに分岐され、その分岐箇所および第１側冷却水循環流路１２ａと第２側冷却水循環流路１２ｂと接続箇所の夫々に流路切換三方弁３４が設けられている。
そして、改質用バーナ１１における燃焼排ガスを、第１排熱回収用熱交換器１７または第２排熱回収用熱交換器１８を通過した冷却水に放熱させる排ガス用熱交換器３５が設けられている。
【００２９】
前記冷却水循環部４は、流路切換三方弁３４を切り換えることにより、冷却水を燃料電池発電部１と第１排熱回収用熱交換器１７との間で循環させる第１循環状態と、冷却水を燃料電池発電部１と第２排熱回収用熱交換器１８との間で循環させる第２循環状態と、冷却水を燃料電池発電部１と第１排熱回収用熱交換器１７および第２排熱回収用熱交換器１８との間で循環させる第３循環状態とに切換可能に構成されている。
また、冷却水循環路４は、温度センサ１６の検出情報に基づいて、冷却水三方弁１５の開度を調整することにより、冷却水バイパス路１４を通流する冷却水量を調整し、燃料電池発電部１に供給される冷却水の温度を調整するように構成されている。
【００３０】
前記排熱回収部６は、冷却水と排熱回収用熱媒とを熱交換させる排熱回収用熱交換器としての第１排熱回収用熱交換器１７を備え、回収した排熱を床暖房装置や浴室暖房装置などの第１熱使用装置５ａに供給する第１排熱回収部６ａと、排熱回収用熱交換器としての第２排熱回収用熱交換器１８を備え、回収した排熱を給湯栓などに湯水を供給する熱使用装置としての給湯部５ｂに供給する第２排熱回収部６ｂとから構成されている。
【００３１】
前記第１排熱回収部６ａは、熱使用装置用熱源としての熱源ボイラ１９、排熱回収用熱媒としての温水を第１排熱回収用熱交換器１７および熱源ボイラ１９を通過させる状態で第１熱使用装置５ａに循環供給する熱媒循環路２０、熱媒循環ポンプ２１などを備えて構成されている。
前記熱媒循環路２０における温水の循環方向において、上流側から、第１熱使用装置５ａ、第１排熱回収用熱交換器１７、熱源ボイラ１９の順になるように配設されている。
そして、熱媒循環路２０における第１熱使用装置５ａから第１排熱回収用熱交換器１７への流路部分と熱源ボイラ１９から第１熱使用装置５ａへの流路部分とを接続する熱媒バイパス路２２が設けられ、その熱媒バイパス路２２と熱媒循環路２０における第１熱使用装置５ａから第１排熱回収用熱交換器１７への流路部分との接続箇所に、熱媒三方弁２３が設けられている。
【００３２】
前記第２排熱回収部６ｂは、第２排熱回収用熱交換器１８と貯湯用熱交換器２４との間で排熱回収用熱媒を循環させる排熱回収用熱媒循環路２５、排熱回収用熱媒循環ポンプ２６、蓄熱部としての貯湯タンク２７、貯湯タンク２７内の湯水を貯湯用熱交換器２４を通過させる状態で循環させる湯水循環路２８、湯水循環ポンプ３２などを備えて構成されている。
そして、貯湯タンク２７には、その上部に給湯部５ｂに湯水を供給する給湯路２９が接続され、その下部に貯湯タンク２７に給水する給水路３０が接続され、給湯部５ｂは、ガスバーナを備えたバックアップ装置３１を備えて構成されている。
また、湯水循環路２８は、その一端部が貯湯タンク２７の底部に接続され、他端部が貯湯タンク２７の上部に接続され、その湯水循環路２８における湯水循環ポンプ３２と貯湯用熱交換器２４との間には、ラジエター３３が配設されている。
【００３３】
そして、上述のように構成された排熱回収部６は、冷却水から授熱させる排熱回収状態と、冷却水に対して放熱させる冷却水加熱状態とに切換可能に構成されている。
すなわち、第１排熱回収部６ａは、第１排熱回収用熱交換器１７において冷却水から授熱される排熱回収状態と、第１排熱回収用熱交換器１７において冷却水に対して放熱させる冷却水加熱状態とに切換可能に構成され、第２排熱回収部６ｂも、第２排熱回収用熱交換器１８において冷却水から授熱される排熱回収状態と、第２排熱回収用熱交換器１８において冷却水に対して放熱させる冷却水加熱状態とに切換可能に構成されている。
【００３４】
説明を加えると、第１排熱回収部６ａは、排熱回収状態に切り換えられたときに、熱媒循環ポンプ２１を作動させて、温水を第１排熱回収熱交換器１７を通過する状態で熱媒循環路２０を通して循環させ、冷却水から授熱される熱を第１熱使用装置５ａに供給するように構成されている。
また、冷却水加熱状態に切り換えられたときに、熱源ボイラ１９を作動させた状態で、熱媒循環ポンプ２１を作動させて、温水を第１排熱回収熱交換器１７を通過する状態で熱媒循環路２０を通して循環させることにより、熱源ボイラ１９による熱を冷却水に対して放熱させるように構成されている。
【００３５】
前記第２排熱回収部６ｂは、排熱回収状態に切り換えられたときに、排熱回収用熱媒循環ポンプ２６を作動させて、排熱回収用熱媒を貯湯用熱交換器２４を通過する状態で排熱回収用熱媒循環路２５を通して循環させるとともに、湯水循環ポンプ３２を作動させて、貯湯タンク２７の底部から取り出した湯水を貯湯用熱交換器２４を通過させたのち、貯湯タンク２７の上部に戻す排熱回収循環状態で、貯湯タンク２７内の湯水を湯水循環路２８を通して循環させるように構成されている。
また、冷却水加熱状態に切り換えられたときに、排熱回収用熱媒循環ポンプ２６を作動させて、排熱回収用熱媒を貯湯用熱交換器２４を通過する状態で排熱回収用熱媒循環路２５を通して循環させるとともに、ラジエター３３を作動させる状態で湯水循環ポンプ３２を逆回転作動させて、貯湯タンク２７の上部から取り出した湯水を貯湯用熱交換器２４を通過させたのち、貯湯タンク２７の底部に戻す冷却水加熱循環状態で、貯湯タンク２７内の湯水を湯水循環路２８を通して循環させるように構成されている。
【００３６】
前記運転制御部Ｈは、運転指令部３６による運転指令に基づいて、燃料電池発電部１、冷却水循環部４、および、排熱回収部６を運転するように構成されている。
そして、運転制御部Ｈは、燃料電池発電部１については、燃料電池発電部１の運転開始が指令されると、燃料電池発電部１の立ち上げ運転をしたあと、燃料電池発電部１の通常運転をするように構成されている。
ちなみに、運転制御部Ｈは、燃料電池発電部１の温度が立ち上げ用設定温度以上になったり、あるいは、立ち上げ運転を開始してから立ち上げ用設定時間が経過すると、立ち上げ運転を終了して、通常運転をするようにしている。
【００３７】
前記燃料電池発電部１の立ち上げ運転について説明を加えると、運転制御部Ｈは、燃料電池発電部１の立ち上げ運転をするときに、第１排熱回収部６ａおよび第２排熱回収部６ｂを冷却水加熱状態に切り換え、冷却水循環部４を第１〜第３循環状態のいずれかに切り換えて運転させるとともに、改質用バーナ１１における燃焼排ガスの熱を冷却水に放熱させるべく、改質部８を運転させるように構成されている。
【００３８】
説明を加えると、運転制御部Ｈは、第１熱使用装置５ａの運転が停止していると、第１排熱回収部６ａを冷却水加熱状態に切り換え、貯湯タンク２７から給湯部５ｂに湯水を供給していない状態で、貯湯タンク２７内に温水を貯湯されていると、第２排熱回収部６ｂを冷却水加熱状態に切り換えるように構成されている。
そして、運転制御部Ｈは、第１排熱回収部６ａのみが冷却水加熱状態に切り換えられると、冷却水循環部４を第１循環状態に切り換え、第２排熱回収部６ｂのみが冷却水加熱状態に切り換えられると、冷却水循環部４を第２循環状態に切り換え、第１排熱回収部６ａおよび第２排熱回収部６ｂが冷却水加熱状態に切り換えられると、冷却水循環部４を第３循環状態に切り換えるように構成されている。
【００３９】
ちなみに、第２排熱回収部６ｂを冷却水加熱状態に切り換えたときには、湯水循環路２８に設けられたラジエター３３にて循環される湯水を放熱させることにより、貯湯タンク２７の底部に戻される湯水の温度を貯湯タンク２７の温度成層を乱さないような温度になるようにしている。
【００４０】
このようにして、運転制御部Ｈは、第１排熱回収部６ａおよび第２排熱回収部６ｂを冷却水加熱状態に切り換えて運転させ、冷却水循環部４を運転させることにより、冷却水を加熱するためにあらたな加熱手段を設けることなく、排熱回収部６にて冷却水を加熱させ、その加熱された冷却水を燃料電池発電部１に供給させて、コストの低減を図り、しかも、排熱回収部６において第１熱使用装置５ａおよび給湯部５ｂに供給される熱を用いて、燃料電池発電部１の立ち上げ運転の初期から冷却水を加熱し、燃料電池発電部１を極力短時間で昇温させるようにしている。
【００４１】
また、運転制御部Ｈは、燃料電池発電部１の立ち上げ運転をするときに、改質用バーナ１１の燃焼を開始させて改質部８の立ち上げ運転を行うことにより、その改質用バーナ１１における燃焼排ガスを排ガス用熱交換器３５に供給させて、改質用バーナ１１における燃焼排ガスにて冷却水を加熱して、その加熱された冷却水を燃料電池発電部１に供給し、改質部８における排熱により冷却水を加熱して、省エネルギー化を図るとともに、燃料電池発電部１をより短時間で昇温させるようにしている。
【００４２】
前記燃料電池発電部１の通常運転について説明を加えると、運転制御部Ｈは、燃料電池発電部１の通常運転をするときに、第１排熱回収部６ａおよび第２排熱回収部６ｂを排熱回収状態に切り換え、冷却水循環部４を第１〜第３循環状態のいずれかに切り換えて運転させるとともに、ガス生成部２にて燃料ガスを生成させて、その燃料ガスを燃料電池発電部１に供給し、かつ、ブロア３にて空気を燃料電池発電部１に供給して、燃料電池発電部１にて発電させるように燃料電池発電部１を運転させるように構成されている。
【００４３】
説明を加えると、運転制御部Ｈは、第１熱使用装置５ａが運転されていると、第１排熱回収部６ａを排熱回収状態に切り換え、貯湯タンク２７に貯湯する余裕があると、第２排熱回収部６ｂを排熱回収状態に切り換えるように構成されている。
そして、運転制御部Ｈは、第１排熱回収部６ａのみが排熱回収状態に切り換えられると、冷却水循環部４を第１循環状態に切り換え、第２排熱回収部６ｂのみが排熱回収状態に切り換えられると、冷却水循環部４を第２循環状態に切り換え、第１排熱回収部６ａおよび第２排熱回収部６ｂが排熱回収状態に切り換えられると、冷却水循環部４を第３循環状態に切り換えるように構成されている。
【００４４】
ちなみに、運転制御部Ｈは、燃料電池発電部１に供給される冷却水が通常運転用設定温度未満になるように、冷却水三方弁１５の開度を調整するように構成されている。
そして、冷却水三方弁１５の開度を調整しても、燃料電池発電部１に供給される冷却水が通常運転用設定温度以上になるときには、燃料電池発電部１および冷却循環部４の運転を停止させたり、あるいは、冷却水循環部４を第２または第３循環状態で運転させるとともに、第２排熱回収部６ｂをラジエター３３を作動させる状態で排熱回収状態に切り換えて運転させて、貯湯タンク２７内の湯水をラジエター３３にて一旦放熱させたのち、冷却水から授熱された排熱回収用熱媒にて加熱させて貯湯するようにしている。
【００４５】
このようにして、運転制御部Ｈは、第１排熱回収部６ａおよび第２排熱回収部６ｂを排熱回収状態に切り換えて運転させ、冷却水循環部４を運転させることにより、排熱回収部６にて排熱を回収し、その回収された排熱を第１熱使用装置５ａに供給したり、その排熱により貯湯タンク１７に貯湯するようにしている。
【００４６】
ちなみに、運転制御部Ｈは、第１熱使用装置５ａの運転開始および運転停止の指令に基づいて、熱媒循環ポンプ２１および熱源ボイラ１９の作動を制御して、第１排熱回収部６ａの運転開始および運転停止を制御するとともに、給湯部５ｂへの給湯要求およびその給湯要求の解除に基づいて、バックアップ装置３１の運転開始および運転停止を制御して、第２排熱回収部６ｂの運転開始および運転指定を制御するように構成されている。
【００４７】
〔第２実施形態〕
この第２実施形態は、上記第１実施形態における排熱回収部６の別実施形態を示すものであり、図面に基づいて説明する。
なお、その他の構成については、上記第１実施形態と同様であるので、同符号を記すなどにより、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
上記第１実施形態では、第１排熱回収部６ａと第２排熱回収部６ｂの両方が、排熱回収状態と冷却水加熱状態とに切換可能に構成されているが、この第２実施形態では、第１排熱回収部６ａのみが排熱回収状態と冷却水加熱状態とに切換可能に構成され、第２排熱回収部６ｂが排熱回収状態のみに切換可能に構成されている。
【００４９】
説明を加えると、第２排熱回収部６ｂは、図３に示すように、蓄熱部としての貯湯タンク２７、貯湯タンク２７内の湯水を貯湯用熱交換器２４を通過させる状態で循環させる湯水循環路２８、湯水循環ポンプ３２などを備え、貯湯用熱交換器２４において冷却水から貯湯タンク２７内の湯水に授熱させるように構成されている。
すなわち、第１実施形態における排熱回収用熱媒循環路２５、排熱回収用熱媒循環ポンプ２６、および、ラジエター３３などを省略するようにしている。
【００５０】
ちなみに、この第２実施形態では、図３に示すように、第１実施形態における排熱回収用熱媒循環路２５、排熱回収用熱媒循環ポンプ２６、および、ラジエター３３などを省略する構成としているが、第１実施形態と同様に、排熱回収用熱媒循環路２５、排熱回収用熱媒循環ポンプ２６、および、ラジエター３３などを設ける構成として実施することも可能である。
【００５１】
そして、運転制御部Ｈは、燃料電池発電部１の立ち上げ運転をするときに、第１排熱回収部６ａを冷却水加熱状態に切り換えて運転させ、冷却水循環部４を第１状態に切り換えて運転させるとともに、改質用バーナ１１における燃焼排ガスの熱を冷却水に放熱させるべく、改質部８を運転させるように構成されている。また、運転制御部Ｈは、燃料電池発電部１の通常運転をするときに、第１実施形態と同様に、第１排熱回収部６ａおよび第２排熱回収部６ｂを排熱回収状態に切り換え、冷却水循環部４を第１〜第３循環状態のいずれかに切り換えて運転させるとともに、ガス生成部２にて燃料ガスを生成させて、その燃料ガスを燃料電池発電部１に供給し、かつ、ブロア３にて空気を燃料電池発電部１に供給して、燃料電池発電部１にて発電させるように燃料電池発電部１を運転させるように構成されている。
【００５２】
〔第３実施形態〕
この第３実施形態は、上記第１実施形態における排熱回収部６の別実施形態を示すものである。
なお、その他の構成については、上記第１実施形態と同様であるので、同符号を記すなどにより、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
上記第１実施形態では、第１排熱回収部６ａと第２排熱回収部６ｂの両方が、排熱回収状態と冷却水加熱状態とに切換可能に構成されているが、この第３実施形態では、第１排熱回収部６ａと第２排熱回収部６ｂの両方が、排熱回収状態にのみ切換可能に構成されている。
説明を加えると、第１排熱回収部６ａは、回収された排熱を第１熱使用装置５ａに供給するように構成され、第２排熱回収部６ｂは、回収された排熱にて貯湯タンク２７に貯湯するように構成されている。
ちなみに、この第３実施形態における燃料電池設備の概略構成図は、第２実施形態における燃料電池設備の概略構成図を示す図３と同様であるので、図示は省略する。
【００５４】
そして、運転制御部Ｈは、燃料電池発電部１の立ち上げ運転をするときに、改質用バーナ１１における燃焼排ガスの熱を冷却水に放熱させるべく、改質部８を運転させるように構成されている。
また、運転制御部Ｈは、燃料電池発電部１の通常運転をするときに、第１実施形態と同様に、第１排熱回収部６ａおよび第２排熱回収部６ｂの排熱回収状態に切り換え、冷却水循環部４を第１〜第３循環状態のいずれかに切り換えて運転させるとともに、ガス生成部２にて燃料ガスを生成させて、その燃料ガスを燃料電池発電部１に供給し、かつ、ブロア３にて空気を燃料電池発電部１に供給して、燃料電池発電部１にて発電させるように燃料電池発電部１を運転させるように構成されている。
【００５５】
〔別実施形態〕
（１）上記第１実施形態では、第１排熱回収部６ａおよび第２排熱回収部６ｂの両方が、排熱回収状態と冷却水加熱状態とに切換可能に構成されているが、第１排熱回収部６ａおよび第２排熱回収部６ｂのいずれか一方のみ、排熱回収状態と冷却水加熱状態とに切換可能に構成し、他方を排熱回収に切換可能に構成して実施することも可能である。
ちなみに、この場合には、運転制御部Ｈは、燃料電池発電部１の立ち上げ運転をするときに、第１排熱回収部６ａおよび第２排熱回収部６ｂのいずれか一方のみ冷却水加熱状態に切り換え、燃料電池発電部１の通常運転をするときに、第１排熱回収部６ａおよび第２排熱回収部６ｂの両方を排熱回収状態に切り換えるようにする。
【００５６】
（２）上記第２実施形態では、第２排熱回収部６ｂが、排熱回収状態のみに切換可能に構成されているが、第２排熱回収部６ｂを、排熱回収状態と冷却水加熱状態とに切換可能に構成して実施することも可能である。
説明を加えると、図３において、図１に示すようなラジエター３３を、湯水循環路２８における湯水循環ポンプ３２と貯湯用熱交換器２４との間に設ける。
そして、第２排熱回収部６ｂが、排熱回収状態に切り換えられたときに、湯水循環ポンプ３２を作動させて、貯湯タンク２７の底部から取り出した湯水を貯湯用熱交換器２４を通過させたのち、貯湯タンク２７の上部に戻す排熱回収循環状態で、貯湯タンク２７内の湯水を湯水循環路２８を通して循環させるように構成されている。
また、冷却水加熱状態に切り換えられたときに、ラジエター３３を作動させる状態で湯水循環ポンプ３２を逆回転作動させて、貯湯タンク２７の上部から取り出した湯水を貯湯用熱交換器２４を通過させたのち、貯湯タンク２７の底部に戻す冷却水加熱循環状態で、貯湯タンク２７内の湯水を湯水循環路２８を通して循環させるように構成されている。
【００５７】
（３）上記第１〜３実施形態では、排熱回収部６が、第１排熱回収部６ａと第２排熱回収部６ｂとから構成されている例を示しているが、排熱回収部６を、第１排熱回収部６ａのみ、あるいは、第２排熱回収部６ｂのみにて構成して実施することも可能であり、排熱回収部６の数については適宜変更が可能である。
【００５８】
（４）上記第１および第２実施形態では、燃料電池発電部１の立ち上げ運転をするときに、排熱回収部６にて冷却水を加熱するのみ加えて、冷却水と改質用バーナ１１における燃焼排ガスとを熱交換させる排ガス用熱交換器３５を設け、改質用バーナ１１における燃焼排ガスにて冷却水を加熱するように構成されているが、必ずしも、排ガス用熱交換器３５を設けなくてもよい。
【００５９】
（５）上記第１〜第３実施形態では、冷却水が保有する熱を授熱する対象として、第１排熱回収用熱交換器１７および第２排熱回収用熱交換器１８が設けられているが、これら排熱回収用熱交換器１７，１８に加えて、図１の点線で示すように、冷却水ラジエター３７を設け、通常運転において、冷却水三方弁１５の開度を調整しても、燃料電池発電部１に供給される冷却水が通常運転用設定温度以上になるときには、冷却水ラジエター３７を作動させるようにしてもよい。
【００６０】
（６）上記第１〜第３実施形態では、ひとつの運転制御部Ｈにて、燃料電池発電部１、冷却水循環部４、第１排熱回収部６ａ、および、第２排熱回収部６ｂの運転を制御するようにしているが、例えば、燃料電池発電部１および冷却水循環部４の運転を制御する燃料電池用制御部と、第１排熱回収部６ａの運転を制御する第１排熱回収部用制御部と、第２排熱回収部６ｂの運転を制御する第２排熱回部用制御部とを備えて、それら制御部の夫々を制御情報を通信自在に構成することにより、燃料電池発電部１、冷却水循環部４、第１排熱回収部６ａ、および、第２排熱回収部６ｂの運転を制御するようにしてもよい。
すなわち、燃料電池発電部１、冷却水循環部４、第１排熱回収部６ａ、および、第２排熱回収部６ｂの運転を制御するための構成については、ひとつの運転制御部Ｈを備えるものに限らず、各種の構成が適応可能である。
【００６１】
（７）上記第１〜第３実施形態では、燃料電池発電部１に備える燃料電池として、高分子型のものを例示したが、リン酸型のものなど各種の燃料電池が適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における燃料電池設備の概略構成図
【図２】燃料電池設備における制御ブロック図
【図３】第２および第３実施形態における燃料電池設備の概略構成図
【図４】従来構成１における燃料電池設備の概略構成図
【図５】従来構成２における燃料電池設備の概略構成図
【符号の説明】
１　　　　　　　燃料電池発電部
４　　　　　　　冷却水循環手段
５　　　　　　　熱使用装置
６　　　　　　　排熱回収部
８　　　　　　　改質部
１１　　　　　　改質用バーナ
１９　　　　　　熱使用装置用熱源
２７　　　　　　蓄熱部
３５　　　　　　排ガス用熱交換器
【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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