(57)【要約】【課題】家庭用燃料電池発電・給湯システムの補助給湯機としてガス給湯機を用いた場合、水素燃料が供給され始めると水素燃料の他にガスも供給しなければならず、二つの燃料インフラを整える必要が生じるとともに、燃料電池発電システムの電力負荷が変化した場合に、その負荷を吸収する手段としてガス給湯機は、燃料電池システムと協調して効果的な運転を行うのに不向きであった。【解決手段】ヒートポンプ給湯機を家庭用燃料電池発電・給湯システムの補助給湯機とした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤とを反応させ発電を行う燃料電池と、燃料電池で発生する熱を温水で貯える貯湯槽を備えた燃料電池発電・給湯システムにおいて、前記燃料電池で発生する熱が家庭内の給湯負荷に対して不足する場合に温水を供給するヒートポンプ給湯機を補助給湯機としたことを特徴とする燃料電池発電・給湯システム。
【請求項２】
前記ヒートポンプ給湯機の運転時に必要な電力の一部又は全てを燃料電池で発電した電力を用いて前記ヒートポンプ給湯機を運転することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電・給湯システム。
【請求項３】
ヒートポンプ給湯機運転時に必要な電力の一部を燃料電池で発電した余剰電力を蓄電池に蓄え、蓄電池に蓄えた電力を用いて運転することを特長とする、請求項第１項記載の燃料電池発電・給湯システム。
【請求項４】
前記貯湯槽の上部に前記燃料電池で発生する熱を温水で回収するための第１の温水流入口と、前記ヒートポンプ給湯機で沸かしたお湯を前記貯湯槽の上部に流入させる第２の温水流入口とを備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電・給湯システム。
【請求項５】
燃料ガスと酸化剤とを反応させ発電を行う燃料電池と、その燃料電池で発生する熱を温水で貯える貯湯槽と、その貯湯槽の水を加熱するヒートポンプ給湯機と、前記貯湯槽に貯えられた湯水と前記ヒートポンプ給湯機で加熱された湯水とを混合又はどちらか一方の湯水を通過させる切替弁と、出湯させる湯水の温度情報に基づいて前記ヒートポンプ給湯機と前記切替弁の制御を行う制御部とを備えた燃料電池発電・給湯システム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は家庭用燃料電池発電・給湯システムに関し、特にその補助給湯システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は水素と酸素を電気化学反応させ、直接電気エネルギを発生させると同時に、反応時に発生する熱も回収利用することにより高いエネルギ効率が実現できるシステムとして、期待されている。
【０００３】
従来の家庭用燃料電池発電・給湯システムとして、燃料電池から回収した排熱をタンクに貯え、給湯するシステムがある（例えば、特許文献１。）。しかし、家庭用燃料電池の場合、燃料電池出力端の発電電力は約１ｋＷ程度であり、発電時に発生する排熱は１．２〜１．３ｋＷ程度である。特に給湯負荷の大きな冬場には燃料電池からの排熱だけで給湯負荷をまかなうことが出来ず、実際には、補助給湯機を必要とする場合がある。
【０００４】
家庭用燃料電池発電・給湯システムに用いられる補助給湯機としては、ガス給湯機の使用するものがある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１３４１４３号公報　（図１）
【非特許文献１】
日本機械学会論文集（Ｂ編）６８巻６７７号（２００２年３月）Ｐ８９９−９０６
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ガス給湯機は現在、給湯機として最も普及している給湯機であるが、燃料電池用補助給湯機として考えると、以下の課題が考えられる。
【０００７】
燃料電池発電・給湯システムの基本的コンセプトは、今後の社会の発展を考えた時、地球温暖化問題、化石エネルギ資源枯渇問題を解決し、循環形エネルギによる自然との共生を目指すことにある。その為に、水素エネルギ社会の構築が進められている。燃料電池クリーンエネルギシステムは水素エネルギ社会の構築に重要な役割を占め、機器の開発が進められている。
【０００８】
現在開発が進められている家庭用燃料電池システムの多くは、都市ガス等のガスを改質し、水素を取り出し燃料電池の燃料とする方向で進められているが、今後水素燃料供給のインフラが構築されていくに従い、水素を直接燃料とした家庭用燃料電池発電・給湯システムが構築されると考える。
【０００９】
従って、補助給湯機を上記コンセプトに照らし合わせて考える時、補助給湯機として従来の延長でガス補助給湯機を適用することは家庭用燃料電池発電・給湯システムの基本的コンセプトに合致しない問題がある。
【００１０】
また、家庭における電力負荷は時々刻々と変化するが、燃料電池発電システムは小刻みに発電出力を変えることが出来ず、段階出力制御を行うことになる。このような場合、蓄電池を使用して、瞬時的な過剰電力を蓄電池に貯えながら燃料電池発電システムを運転することになる。しかしガス給湯機を補助給湯機として用いた場合は、基本的にガス給湯機制御用電力以外の電力を使用しないので、蓄電池充電量がいっぱいになると電力負荷より小さい部分負荷率で発電するか、又は発電を停止しなければならない。したがって、ガス補助給湯機は、燃料電池発電・給湯システムと協調運転を行い、電池発電システムを効果的に運転するには限界がある。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、上記した家庭用燃料電池発電・給湯システムの基本的コンセプトに合致する補助給湯機を燃料電池発電・給湯システムとして提供することを第１の目的とし、燃料電池システムの効果をより引き出せる補助給湯機システムの提供を第２の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ヒートポンプ給湯機を家庭用燃料電池発電・給湯システムの補助給湯機とし、上記課題を解決する。
【００１３】
ヒートポンプ給湯機は低熱源から熱を汲み上げる熱輸送機械であり、機器が消費するエネルギ以上の熱エネルギを低熱源から汲み上げることが出来る。消費エネルギに対する汲み上げエネルギの比をＣＯＰと呼び、図３に示すように給湯温度が６０℃の場合には、年間平均で機器効率としてのＣＯＰは４を越える。そのため、１次エネルギをベースとした１次エネルギ換算効率も他の補助熱源に比べて大幅に高く、ＣＯ２の排出量を大幅に低減することが可能である。従って、ヒートポンプ給湯機は燃料電池発電システムが目指すクリーンなエネルギシステムであるといえる。
【００１４】
また、ヒートポンプ給湯機は給湯のために電力を消費するため、燃料電池発電・給湯システムとヒートポンプ給湯機の協調運転が可能であり、燃料電池発電・給湯システムをより効果的に運転することが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１に示す。図１は燃料電池発電・給湯システムに補助給湯機として、ヒートポンプ給湯機を採用したシステムの構成図である。
【００１６】
図１において、燃料電池ユニット１の中には発電スタック２と発電スタク２から排熱を回収する排熱回収熱交換器３とを有し、スタック冷却水循環ポンプ４により発電スタク２を冷却し、排熱回収熱交換器３で排熱を回収する。ヒートポンプユニット５は圧縮機６、凝縮器７、減圧器８、蒸発器９により冷凍サイクルを構成する。凝縮器７は水冷媒熱交換器１０と熱交換可能なように構成されている。ファン１１は蒸発器９に空気を送風するように構成されている。
【００１７】
タンクユニット１２はタンク１３、排熱回収熱交換器３に循環水を送るポンプＰｆｃ１４と水冷媒熱交換器１０に水を循環させるポンプＰｔ１５、混合切り替え弁１６、逆止弁１７及び逆止弁１８を備えている。
【００１８】
給湯系として、給湯弁１９、給水比例弁２０、逆止弁２１を備えている。図１では給湯弁１９を１個のみ示しているが、実際には台所給湯、風呂給湯、洗面所給湯等複数存在する。又浴槽２２の追い焚き系としては、水冷媒熱交換器１０に水を循環させる追い焚き循環ポンプ２３を備えている。
【００１９】
また、図示していないが、タンク１３の貯湯制御、排熱回収熱交換器３に流れる循環水の流量制御、システムが給湯する湯水の温度制御、及びヒートポンプ給湯機５の運転制御を、各所に設けた温度検出サーミスタからの温度情報や燃料電池ユニット１及びヒートポンプ給湯機５の運転情報に基づいて制御する制御部も備えている。
【００２０】
図２は図１の実施例における電力供給系を含めた電力系統図である。図２において、矢印の方向は電力供給方向を示している。燃料電池ユニット１は系統電力３２から電力が供給されている。これは燃料電池の始動時に必要な電力の供給を受けるためである。燃料電池ユニット１は運転開始後、系統電力３２に変わってヒートポンプユニット５及び家庭内負荷３１に電力を供給する。燃料電池ユニット１が発電した余分な電力が蓄えられた畜電池３０の電力は、燃料電池ユニット１からの電力が不足した場合に補助的に家庭内負荷３１やヒートポンプユニット５に電力を供給することができる。
【００２１】
以上の構成において、最初に発電スタック２からの排熱回収動作について説明する。発電スタックに水素と酸素が供給されると、電気化学反応により発電すると同時に、発電スタック２は発熱し温度が上昇する。従って、発電スタック２が所定の温度になると発電スタック２を冷却するために、スタック冷却水循環ポンプ４を起動し、発電スタック２に冷却水を送り、発電スタック２の温度を所定の温度に保つ。この時、発電スタック２を冷却して例えば７０℃に温度上昇した水は排熱回収熱交換器３入り、排熱回収熱交換器３の温度が上昇する。その温度上昇を温度検出サーミスタＴｃｏが検出し（図において、●印は温度検出部を示す）、所定の温度になると、排熱回収熱交換器３に循環水を送るポンプＰｆｃ１４が起動する。ポンプＰｆｃ１４は温度検出サーミスタＴｃｏにより検出される水温が所定温度、例えば６０℃になるように流量制御され、６０℃の温水が排熱回収パイプ２４を通り、タンク１３の上部流入口Ａ２５からタンク内に流入する。タンク上方から流入した温水の下には常温の給水が存在するが、温水との密度差により温水と常温の水は混合すること無く二層分離した状態でタンク上部に温水が蓄積されていく。従って、タンンク下部まで温水が蓄積されない限り、タンク下部から常温の水が排熱回収熱交換器３に供給され、排熱回収が行われる。
【００２２】
なお、タンク１３には上部流入口Ａ２５と上部流入口Ｂ２７の二つの温水流入口を持ち、排熱回収パイプ２４を通り回収される温水を、タンク１３の上部流入口Ａ２５からタンク１３内に流入させ、後述するヒートポンプ温水出口パイプからの温水を上部流入口Ｂ２７からタンク１３内に流入させる構成にしている。
【００２３】
燃料電池による発電は電力負荷に応じて行われ、一方、ヒートポンプ給湯機による給湯は給湯負荷に応じて運転されるため、両者の運転は時間的にランダムであり、お湯をタンク１３に貯える時、両者の干渉が起こらず独立にタンクにお湯を貯えることが出来れば、貯湯制御が簡単になり、安定した貯湯が可能になる。従って、排熱回収パイプ２４を通り回収される温水を、タンク１３の上部流入口Ａ２５からタンク１３内に流入させ、ヒートポンプ温水出口パイプからの温水を上部流入口Ｂ２７からタンク１３内に流入させる、二つの流入口を独立に持つ構成にすることにより、貯湯制御が簡単になり、安定した貯湯が可能になる。一般に冬期では、家庭の電力需要に応じて燃料電池で発電しても、燃料電池から回収された排熱だけでは給湯負荷に対応することが出来ず、補助給湯機を必要とする場合が発生する。
【００２４】
次に、補助給湯機としてのヒートポンプ給湯機の動作を説明する。タンク１３に取り付けているサーミスタＴｔ１からＴｔ５でタンク内の温度を検出し、タンク内の残湯量を検出する。タンク内の残湯量が所定の量以下の時、ヒートポンプユニットの圧縮機２が始動し高温高圧の冷媒が水冷媒熱交換器１０の凝縮器７に流入し、水冷媒熱交換器１０に放熱する。放熱した冷媒は液冷媒となり減圧器８で減圧され、低温低圧の冷媒となり蒸発器９に流入し、ファン１１により送られる外気から熱を吸収し低圧の蒸気となり圧縮機２に吸い込まれ、サイクルを一巡する。高温高圧の冷媒が凝縮器７で放熱することにより、水冷媒熱交換器１０の水出口温度が上昇するのをサーミスタＴｈｏで検出し、その温度が所定温度、例えば６０℃になると、水冷媒熱交換器１０に水を循環させるポンプＰｔ１４が始動する。ポンプＰｔ１４は温度検出サーミスタＴｈｏにより検出される水温が所定温度、例えば６０℃になるように流量制御され、６０℃の温水がヒートポンプ温水出口パイプ２６および混合切り替え弁１６を通りタンク１３の上部流入口Ｂ２７からタンク内に流入する。この場合も、タンク上方から流入した温水は先に貯えられている上部温水を下方に押しやりながら、温水との密度差により温水と常温の水は混合すること無く二層分離した状態でタンク上部に温水が蓄積されていく。混合切り替え弁１６には図４に示すように３つのモードがあり、この場合にはＣモードである。
【００２５】
一般にヒートポンプ給湯機は始動してから所定温度、例えば６０℃の温水を供給できるまで数分を要する。従って、短時間、少量の給湯の場合にはヒートポンプ給湯機では応答できないため、そのような場合にはタンク上部からタンク内の温水を給湯する。その為に、最低でもタンク内に所定量のお湯をバックアップとして蓄積しておくことが必要であり、例えば、タンクのサーミスタＴｔ１（例えばタンク上から５０Ｌ位置）が６０℃より低ければヒートポンプ運転を行い、タンクのサーミスタＴｔ２（例えばタンク上から１００Ｌ位置）が６０℃になるまで、燃料電池による熱回収の有無にかかわらずヒートポンプを運転する。
【００２６】
また、外気温度が低い時、例えば−１０℃時には家庭の電力需要に応じて、燃料電池で発電しても給湯負荷に対応することが出来ず、風呂に出湯して更に多人数が入浴してそれぞれシャワーを使用するような大量のお湯を短時間で使用する場合、補助給湯器による出湯が必要であり、ヒートポンプ給湯機を併用して給湯を行う。
【００２７】
ヒートポンプ給湯機５は外気から熱を吸収し給湯する機器であるため、外気温度が低い時、例えば−１０℃時には給湯能力が低下する特性がある。その為、最低外気温度に合わせてヒートポンプ能力を設定すると、外気温度が高い場合は能力が余りすぎ、過剰設備となる。従って、ある程度の大きさのタンクを用い、お湯を貯湯しておき、低外気温度時にタンク１３にバックアップとして貯湯したお湯とヒートポンプ給湯機５とを併用して給湯することにより、ヒートポンプ容量を適正にすることができる。例えば、温度検出サーミスタＴｗｏでの温度を検出して、タンク１３内の湯水の温度と温度検出サーミスタＴｈｏで検出したヒートポンプ給湯機５からの湯水の温度との関係から外気温が低外気温時と認識して低外気温運転制御とすることが出来る。
【００２８】
風呂出湯、シャワー出湯などの大容量、長時間出湯の場合には、給水流量計２９で流量と出湯時間を検出し、大容量、長時間出湯であることを検出し、ヒートポンプ給湯機５を始動する。最初にヒートポンプ給湯機５による出湯温度が立ち上がるまでは混合切り替え弁１６が図４のＢモードでタンク１３内の６０℃のお湯とヒートポンプ給湯機５からのお湯を混合し、更に温度検出サーミスタＴｗｏで温度を検出しながら、給水比例制御弁２０で水量を調整し上記お湯と混合し、例えば４２℃のお湯を給湯弁１９から出湯するが、ヒートポンプ給湯機５による出湯温度Ｔｈｏが所定の温度に達すると、混合切り替え弁１６が図４のＡモードに切り替わり、ヒートポンプ給湯機５からの給湯を行う。なお、外気温度が低く、ヒートポンプ給湯機の能力が十分でない時は、混合切り替え弁１６が図４のＢモードの状態で、ヒートポンプ給湯機５とタンク１３からの協調運転を行う。
【００２９】
次に、ヒートポンプ給湯機５による風呂の追い焚き動作を説明する。風呂の湯温が低下し、追い焚きの指令が来ると、圧縮機６を運転し水冷媒熱交換器１０を加熱する。温度検出サーミスタＴｂｏが所定値、例えば４５℃になると追い焚き循環ポンプ２３を始動し、追い焚き配管２８から４５℃の温水が浴槽２２に供給され、浴槽温度が指定された温度になると追い焚き動作を終了する。
【００３０】
以上に述べたそれぞれの給湯運転パターンにおいて、特にお湯を大量に使用するのは風呂給湯及び入浴に付随するシャワー出湯であり、このような大容量給湯時にヒーポンプ給湯機は圧縮機回転数を上げ高能力運転を行う。家庭用燃料電池の発電出力は１ｋＷ程度であり、家庭内の他の電力負荷を考慮すると、ヒーポンプ給湯機の消費電力は燃料電池発電ではまかない切れず商用電源を主に使用することになる。この場合、ヒーポンプ給湯機の年間平均ＣＯＰは図３に示したように他の補助熱源機に比べて高く、一時エネルギ換算効率、即ち、エネルギ資源の消費が大幅に少なくなり、ＣＯ２の排出量も低下する。
【００３１】
また、給湯が行われていない時、タンク１３内バックアップ湯量を温度検出サーミスタＴｔ１〜Ｔｔ５で検出し、バックアップ湯量が所定の量より少ない時にはヒーポンプ給湯機５を運転し、バックアップ湯量を確保する場合もある。特に、家族が入浴を終えた後の深夜にはタンク内バックアップ湯量は不足する傾向にあるが、このような場合は深夜ゆっくりと貯湯運転を行ってもよく、ヒーポンプ給湯機５は圧縮機回転数を下げ低能力運転を行う。この場合、低回転数運転であるため、ＣＯＰは図３に示した値より更に高くなり、一層、一時エネルギ換算効率、即ち、エネルギ資源の消費が大幅に少なくなり、ＣＯ２の排出量も低下する。
【００３２】
従って、ヒートポンプ給湯機を家庭用燃料電池発電・給湯システムの補助給湯機として活用することにより、１次エネルギをベースとした１次エネルギ換算効率が高く、ＣＯ２の排出量を低減することが可能であり、ヒートポンプ給湯機は燃料電池が目指すクリーンなエネルギシステムの基本的コンセプトに合致した補助給湯機であるといえる。なお、ヒートポンプ給湯機の作動媒体である冷媒として自然系冷媒を使用するとより一層、燃料電池システムの基本的コンセプトに合致した補助給湯機である。
【００３３】
以上に個々の運転動作を説明したが、燃料電池発電・給湯システムとヒートポンプ給湯機との運転動作の関連を説明することにより、第二の目的に関して説明する。
【００３４】
一般に、電力負荷は図５に示した例のように変化する。ここで示している電力負荷は、ヒートポンプ給湯機以外の冷蔵庫、照明その他の一般的家庭内電力負荷である。それに対して燃料電池発電システムを導入する立場から考えると、出来るだけ運転率を上げて運転するのが望ましく、電力負荷をまかなうことの出来る負荷よりも上の部分負荷率で燃料電池発電を行うと、図５にＰＥＦＣ発電と示した発電運転パターンになる。（部分負荷運転を３０％、５０％、７５％、１００％とした場合）
この例の場合、電力負荷に追従して発電したとした時の平均部分負荷率が５０％であるのに対して、負荷よりも上の部分負荷率で燃料電池発電を行うと平均部分負荷率を６０％にすることが出来る。
【００３５】
このような運転を行う時、過剰発電電力を蓄電池で吸収することも考えられるが、燃料電池発電システムと補助給湯システムが協調運転を行えないガス補助給湯システムの場合には、蓄電池の大容量化に繋がり、システムコストが高くなる問題が生じる。
【００３６】
それに対して、本発明の補助給湯システムとして、ヒートポンプ給湯システムを導入することにより、給湯運転時には上記発電時の過剰電力をヒートポンプ給湯機自身が吸収でき、また、発電と給湯機運転に時間的ずれがある場合にはいったん蓄電池３０に貯えた電力を必要に応じてヒートポンプ給湯機運転に使用することにより、電池の放電調整機能を果たし、燃料電池発電・給湯システムとヒートポンプ給湯機の協調運転が行われ、燃料電池発電・給湯システムをより効果的に運転することが出来る。
【００３７】
先に、バックアップ湯量が所定の量より少ない時にはヒーポンプ給湯機を運転し、バックアップ湯量を確保する場合、ヒーポンプ給湯機の圧縮機回転数を下げ低能力運転にすることにより、ＣＯＰは図３に示した値より更に高くなり、一層、一時エネルギ換算効率、即ち、エネルギ資源の消費が大幅に少なくなり、ＣＯ２の排出量も低下する事を述べたが、この点に付いて燃料電池発電・給湯システムとヒートポンプ給湯機の協調運転のメリットという観点からの第２の実施例を以下に述べる。
【００３８】
図６に第２の実施例に係わる電力負荷パターンに対する発電パターを示す。ここで示している電力負荷は、ヒートポンプ給湯機以外の冷蔵庫、照明その他の一般的家庭内電力負荷である。又、この場合も燃料電池発電出力は１ｋＷ、部分負荷運転率を３０％、５０％、７５％、１００％と段階制御を行う場合を例としている。また、図７に図６の運転における系統供給電力量を示す。図７において、系統供給電力量がマイナスの場合は負荷電力に対する発電電力の過剰分を表わし、蓄電池に蓄電される。図８にバックアップタンク内の貯湯量の変化を示している。この変化は、燃料電池発電による排熱回収及びヒートポンプ給湯機運転による貯湯と給湯によるタンクからの出湯の結果としてタンク内に存在する湯量を示している。
【００３９】
図６において、時間帯Ｃの２０時頃から風呂給湯及び入浴に伴うシャワー出湯等により大容量給湯が行われ、また、家庭内の電力負荷も約１ｋＷ程度であり、燃料電池は再大出力１ｋＷで発電し、ヒートポンプ給湯機は一部余剰電力及び時間帯Ｂで畜電した余剰電力を利用するが、図７に示すように主に系統から電力供給を受ける。風呂給湯及び入浴に伴うシャワー出湯等の大容量給湯が行われると、ヒートポンプ給湯機で給湯を行っていても外気温度が低い場合にはタンク内バックアップ湯量が図８に示すように次第に減少する。従って、入浴が終了した後タンク内バックアップ湯量の回復を行うために、ヒートポンプによる追加沸き上げ運転を行う。この場合、時間帯Ａの深夜時間帯であるため、追加沸き上げはゆっくりで良く、ヒートポンプ給湯機の圧縮機６の回転数を低速にしてゆっくりと沸き上げる。従って、ヒートポンプ給湯機の消費電力は少なく、図６に示すようにこの間、燃料電池の最大出力１ｋＷで発電すると図７に示すように系統から電力供給を受けること無く図８に示すようにタンク内に温水を貯えていくことが出来る。また、追加沸き上げ終了後の時間帯Ｂでは、図７に示すように負荷電力に対する発電電力は過剰となっているが、この余剰電力は蓄電池３０に貯えられ、その電力は２０時以降の風呂給湯時のヒートポンプ給湯機運転で消費される。
【００４０】
従って、燃料電池発電・給湯システムとヒートポンプ給湯機の協調運転が行われ、燃料電池発電・給湯システムをより効果的に運転することが出来、燃料電池平均運転率を高い状態で運転しても蓄電池容量はヒートポンプ給湯機と協調運転を行わない場合に比べ容量を低減できる。
【００４１】
本実施例では、深夜時間帯の電力負荷は最低で０．２５ｋＷ程度であり、実際には更に低くなる事も予想される。それに対して、本実施例では最低部分運転負荷率を３０％としているが、最低部分運転負荷率を３０％以下に制御することは難しい。このような場合、ヒートポンプ給湯機との協調運転が行われないシステムでは、蓄電池に余剰電力を蓄電することになるが、蓄電池が満充電されている時は燃料電池発電運転を停止せざるを得ない。燃料電池運転を停止させると、次に発電するまでに立ち上がりを含めて余分なエネルギを使用するため、トータル効率低下の原因となり、また、燃料電池システムの寿命を低下させる問題に繋がる。また、燃料電池運転を停止させると、特に厳寒の夜間には水系の凍結の可能性があり、凍結防止の為に余分なエネルギを消費するという問題も発生する。
【００４２】
以上に述べたように、燃料電池発電・給湯システムとヒートポンプ給湯機の協調運転を行うことにより、燃料電池発電・給湯システムと補助給湯システムが協調運転を行わないシステムに比べ、蓄電池容量を低減でき、電力負荷の小さな時にも燃料電池停止の回数を低減でき、また、厳寒時には燃料電池運転停止に伴なう水系凍結防止の為の余分なエネルギ消費を低減出来る等多くの効果がある。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料電池発電・給湯システムにヒートポンプ給湯機を補助給湯機として備え、燃料電池発電・給湯システムとヒートポンプ給湯機との協調運転を行うことにより、燃料電池システムの効果をより引き出せる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すシステム構成図である。
【図２】図１に示したシステムにおける電力供給系を含めた電力系統図である。
【図３】各種補助給湯機の機器効率、１次エネルギ換算効率およびＣＯ２排出量の比較図である。
【図４】図１で示された混合切り替え弁の切り替えモード図である。
【図５】本発明一実施例のシステムを運転した場合の、電力負荷に対する、第１の燃料電池運転パターン図である。
【図６】本発明一実施例のシステムを運転した場合の、電力負荷に対する、第２の燃料電池運転パターン図である。
【図７】本発明一実施例のシステムを運転した場合の、系統供給電力変化図である。
【図８】本発明一実施例のシステムを運転した場合の、タンク内湯量変化図である。
【符号の説明】
１…燃料電池ユニット、２…発電スタック、３…排熱回収熱交換器、４…スタック冷却水循環ポンプ、５…ヒートポンプユニット、６…圧縮機、７…凝縮器、８…減圧器、９…蒸発器、１０…水冷媒熱交換器、１１…ファン、１２…タンクユニット、１３…タンク、１４…ポンプＰｆｃ、１５…ポンプＰｔ１５、１６…混合切り替え弁、１７…逆止弁、１８…逆止弁、１９…給湯弁、２０…給水比例弁、２１…逆止弁、２２…浴槽、２３…追い焚き循環ポンプ、２４…排熱回収パイプ、２５…上部流入口Ａ、２６…ヒートポンプ温水出口パイプ、２７…上部流入口Ｂ、２８…追い焚き配管、２９…給水流量計、３０…畜電池、３１…家庭内負荷、３２…系統電力。
【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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【図７】
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【図８】
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