(57)【要約】【課題】年間を通じて温水の有効利用を図ることができるとともに、建物内の各部屋を簡単な構成で個別に調湿することができるコージェネレーション装置を提供する。【解決手段】燃料電池１３の発電時に生成された温水を蓄える貯留槽２１を備えたコージェネレーション装置１において、建物内の空気を吸排気可能な空気循環路２２と、この空気循環路２３の途中に切り替え可能に設けられた加湿器２４及び除湿器２５とを備え、加湿器２４及び除湿器２５が、前記燃料電池１３から排出される温水を利用して、空気循環路２３を循環する空気を加湿又は除湿するようにしてある。【選択図】図２
2007163090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の発電時に生成された温水を蓄える貯留槽を備えたコージェネレーション装置において、
建物内の空気を吸排気可能な空気循環路と、
この空気循環路の途中に切り替え可能に設けられた加湿器及び除湿器と、を備え、
前記加湿器及び除湿器が、前記燃料電池から排出される温水を利用して、前記空気循環路を循環する空気を加湿又は除湿することを特徴とするコージェネレーション装置。
【請求項２】
前記燃料電池から排出される温水の供給路及び前記空気循環路の途中に、温水及び空気を前記加湿器又は除湿器に切り替えて流す切替手段を配置し、前記建物内の湿度に基づいて前記切替手段を作動させ、前記温水と空気の流れを、前記加湿器側又は除湿器側のいずれかに切り替えることを特徴とした請求項１記載のコージェネレ
【請求項３】
前記加湿器を、前記温水供給路から供給される温水を熱源とするスチーム式の加湿器とした請求項１又は２記載のコージェネレーション装置。
【請求項４】
前記空気循環路の途中に、空気を前記加湿器又は除湿器に切り替えて流す切替手段を配置し、前記建物内の湿度に基づいて前記切替手段を作動させ、前記空気の流れを、前記加湿器側又は除湿器側のいずれかに切り替えることを特徴とした請求項１記載のコージェネレ
【請求項５】
前記加湿器を、吸水フィルタに前記空気循環路から供給される空気を通過させる気化式の加湿器とした請求項１又は３記載のコージェネレーション装置。
【請求項６】
前記除湿器を、前記温水供給路から供給される温水を熱源とするデシカント式の除湿器とした請求項１〜５のいずれかに記載のコージェネレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の発電時に生成された温水を蓄える貯留槽を備えたコージェネレーション装置に関し、特に、年間を通じて温水の有効利用を図ることができるとともに、建物内の各部屋を簡単な構成で個別に調湿することができるコージェネレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保全の観点からエネルギーの有効利用が要望され、燃料電池により電気と熱を供給するコージェネレーション装置の技術開発が進められている。このようなコージェネレーション装置では、燃料電池の発電時に生成された温水を貯留槽に蓄え、給湯又は暖房設備などに利用することにより、熱エネルギーの有効利用と、電気エネルギーの消費量削減とを図っている。
【０００３】
しかし、このようなコージェネレーション装置では、冬期において、キッチン及びバスルーム、居室の床暖房といった種々の温水の用途がある反面、夏期において、温水の使用量が減少し、燃料電池により生成された温水の有効利用が図れないという問題があった。
【０００４】
そこで、年間を通じて熱エネルギーの有効利用を図るべく、例えば、特開２０００−１９３９６６号（特許文献１）では、コージェネレーション装置に除湿器を組み合わせた調湿システムが提案されている。
【０００５】
この調湿システムを構成するコージェネレーション装置は、燃料電池と改質部とを備え、改質部で生成した水素を燃料電池に供給して発電を行なっている。また、燃料電池の発電時に生成された熱を温水として、貯湯タンクに蓄えて給湯又は暖房設備などに利用している。
【０００６】
一方、建物の屋根裏には、デシカントロータを備えた除湿器が設けてあり、この除湿器は、室外空気を取り込んで除湿し、除湿した空気を室内に供給するようになっている。この除湿器を構成するデシカントロータは、空気中の水分を吸着剤に吸着させて除湿を行っている。
【０００７】
この除湿器は、温水配管を介してコージェネレーション装置と接続してあり、燃料電池の発電時に生成された温水を利用して、除湿器内に取り込んだ室内空気を加熱し、この加熱した室内空気をデシカントロータに供給して吸着剤を再生させている。これにより、除湿器を多用する夏期において、燃料電池の発電時に生成された温水の有効利用を図っている。
【特許文献１】特開２０００−１９３９６６号（図１〜図３参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上述した従来の調湿システムでは、除湿器のみを備えた構成となっていたため、建物内の空気を加湿することができず、暖房により室内の空気が乾燥する冬期には、調湿を行なうことができないという問題がある。仮に、建物内の各部屋にそれぞれ加湿器を設置して空気の調湿を行なうとすれば、これら加湿器を動作させるための電力を消費してしまうという問題もある。
【０００９】
さら、上述した従来の調湿システムでは、建物外にコージェネレーション装置を設け、建物内に除湿器を設置した構成となっていたため、建物内の各部屋をそれぞれ調湿するためには、各部屋に除湿器及び加湿器が必要となり、システム全体の構成及び制御が複雑化してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、年間を通じて温水の有効利用を図ることができるとともに、簡単な構成及び制御によって建物内の各部屋を個別に調湿することができるコージェネレーション装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のコージェネレーション装置は、燃料電池の発電時に生成された温水を蓄える貯留槽を備えたコージェネレーション装置において、建物内の空気を吸排気可能な空気循環路と、この空気循環路の途中に切り替え可能に設けられた加湿器及び除湿器と、を備え、前記加湿器及び除湿器が、前記燃料電池から排出される温水を利用して、前記空気循環路を循環する空気を加湿又は除湿する構成としてある。
【００１２】
このように、建物内の空気を吸排気可能な空気循環路の途中に加湿器及び除湿器を設け、この空気循環路を循環する空気を加湿又は除湿する構成としてあるので、建物内の各部屋に空気循環路を接続すれば、コージェネレーション装置に設けた少なくとも一組の加湿器及び除湿器により、各部屋の空気の加湿又は除湿を行なうことができる。
【００１３】
また、加湿器及び除湿器が加湿又は除湿するための熱源を、温水供給路から供給される温水とすることで、年間を通じて温水の有効利用を図ることができるとともに、電気エネルギーの消費量を削減することができる。
【００１４】
また、本発明は、前記温水供給路及び空気循環路のそれぞれの途中に、温水及び空気を前記加湿器又は除湿器に切り替えて流す切替手段を配置し、前記建物内の湿度に基づいて前記切替手段を作動させ、前記温水と空気の流れを、前記加湿器側又は除湿器側のいずれかに切り替える構成とすることもできる。
【００１５】
このように構成すれば、部屋に設けた湿度センサの検出結果に基づいて温水供給路及び空気循環路を、加湿器と除湿器側に切り替えることができ、加湿器と除湿器とを容易に切り替え制御することができる。
【００１６】
ここで、前記加湿器を、前記温水供給路から供給される温水を熱源とするスチーム式の加湿器とした構成とすることが好ましい。このように構成すれば、燃料電池の発電時に生成された温水を、加湿器の熱源として有効利用することができる。
【００１７】
また、本発明は、前記空気循環路の途中に、空気を前記加湿器又は除湿器に切り替えて流す切替手段を配置し、前記建物内の湿度に基づいて前記切替手段を作動させ、前記空気の流れを、前記加湿器側又は除湿器側のいずれかに切り替える構成としてもよい。
【００１８】
このように構成すれば、加湿器を気化式とした場合は、この加湿器に温水を循環させる必要がないので、少なくとも空気循環路の空気の流れのみを切り替えることで、加湿器と除湿器の切り替えを容易に行なうことができる。
【００１９】
ここで、前記加湿器を、水分を含む吸水フィルタに前記空気循環路から供給される空気を通過させる気化式の加湿器とした構成とすることが好ましい。このように構成すれば、吸水フィルタに水分を供給することができれば、加湿器に温水を循環させる必要がないので、空気循環路を切り替えるだけで加湿器と除湿器とを切り替えることができる。
【００２０】
また、前記除湿器を、前記温水供給路から供給される温水を熱源とするデシカント式の除湿器とした構成としてもよい。このように構成すれば、燃料電池の発電時に生成された温水を、除湿器の熱源として有効利用することができ、電気エネルギーの消費量を削減することができる。特に、除湿が必要な夏期において温水の用途を拡大することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のコージェネレーション装置によれば、年間を通じて温水の有効利用を図ることができるとともに、簡単な構成及び制御によって建物内の各部屋を調湿することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係るコージェネレーション装置について、図面を参照しつつ説明する。まず、本発明の第一実施形態に係るコージェネレーション装置について、図１、図２及び図３を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１は本発明の第一実施形態に係るコージェネレーション装置を示す説明図である。図２は上記コージェネレーション装置を示すブロック図である。図３は上記コージェネレーション装置を構成する加湿器を示す概念図である。
【００２４】
図１及び図２において、本実施形態のコージェネレーション装置１は、主として、燃料電池ユニット１０と貯湯ユニット２０とからなっている。燃料電池ユニット１０は、主として、制御装置１１、燃料改質器１２、燃料電池１３及びインバータ１４を備えている。
【００２５】
制御装置１１は、この燃料電池ユニット１０を構成する各部の電気的制御を行なっている。燃料改質器１２は、灯油又は都市ガス等の燃料から水素を生成する。燃料電池１３は、例えば、固体高分子型又は固体酸化物型のものを用い、水素と酸素を反応させて、水と電気と熱とを生成する。
【００２６】
この燃料電池１３が生成した電気は、インバータ１４により交流電力に変換され、電力供給路１０１を介して、建物２に家庭用電力として供給される。例えば、建物２内の居室３やバスルーム４の照明機器３１，４１、テレビ３２等の電源として使用される。
【００２７】
一方、燃料電池１３が発電時に生成した水と熱は、水蒸気又は温水（本実施形態では、蒸気も含めて単に「温水」と総称する）の形態で貯湯ユニット２０に供給される。これら燃料電池１３と貯湯ユニット２０とは、温水供給路２２によって接続してあり、燃料電池１３が生成した温水を貯湯槽２１に蓄えている。この貯湯槽２１に蓄えられた温水は、第一貯湯供給路２１１を介して建物２に給湯され、例えば、バスルーム４の浴槽４２及びシャワー４３、居室の床暖房３３等に利用される。
【００２８】
なお、貯湯槽２１に蓄えられた温水は、通常、貯湯槽２１の保温構造により８０℃程度に保たれるが、長期間貯留された場合等による温水の温度低下を考慮して、貯留槽２１には、ヒータ等の補助熱源２８が設けてある。
【００２９】
ここで、本実施形態では、貯湯ユニット２０に加湿器２４及び除湿器２５を内蔵し、これら加湿器２４及び除湿器２５によって、建物２内の各部屋の空気の調湿を総合的に行なうようにしてある。
【００３０】
すなわち、上述した温水供給路２２を加湿器側分岐路２２１と除湿器側分岐路２２２とに分岐し、加湿器側分岐路２２１の途中に加湿器２４を設けるとともに、除湿器側分岐路２２２の途中に除湿器２５を設け、温水供給路２２から供給される温水を、これら加湿器２４及び除湿器２５の熱源として利用している。
【００３１】
また、貯湯ユニット２０には、建物２内の各部屋の空気を吸排気可能な空気循環路２３が導入してある（図２中の鎖線参照）。この空気循環路２３も、上述した温水供給路２２と同様に、加湿器側分岐路２３１と除湿器側分岐路２３２とに分岐してある。そして、加湿器側分岐路２３１の途中に前記加湿器２４を接続するとともに、除湿器側分岐路２３２の途中に前記除湿器２５を接続してある。
【００３２】
これにより、建物２内の各部屋から排気（図２中の「ＯＵＴ」参照）された空気を、一旦、加湿器２４又は除湿器２５内に取り込んで加湿又は除湿した後に、フィルタ２７を介して再び各部屋へ供給（図２中の「ＩＮ」参照）することが可能となる。
【００３３】
さらに、温水供給路２２の加湿器側分岐路２２１と除湿器側分岐路２２２、及び空気循環路２３の加湿器側分岐路２３１と除湿器側分岐路２３２には、それぞれ切替弁２２Ａ，２２Ｂ及び２３Ａ，２３Ｂが取り付けてある。各切替弁２２Ａ，２２Ｂ及び２３Ａ，２３Ｂとして、本実施形態では、貯湯ユニット２０の制御装置２６による電気的制御が可能な電磁弁を用いている。
【００３４】
本実施形態では、建物２内の各部屋に設けたコントロールパネル２ｂからの出力信号Ｃに基づいて、制御装置２６が制御信号Ａ又はＢを送信し、加湿器２４側の各切替弁２２Ａ，２３Ａ、又は除湿器２５側の各切替弁２２Ｂ，２３Ｂを同時に切り替えるようにしてある。これにより、温水と空気の循環ルートのいずれもが、加湿器２４側又は除湿器２５側のいずれかに切り替わり、取り込んだ空気の加湿又は除湿を行なうようになっている。
【００３５】
ここで、コントロールパネル２ｂは、室内湿度を自動又は手動により設定可能となっており、湿度センサ２ａによって室内湿度を常時検出している。このコントロールパネル２ｂの出力信号Ｃには、加湿又は除湿のモード設定、設定湿度、室内湿度等の情報が含まれており、貯湯ユニット２０の制御装置２６は、出力信号Ｃに含まれる情報に基づいて、各切替弁２２Ａ，２２Ｂ及び２３Ａ，２３Ｂを切り替え制御している。
【００３６】
図３に示すように、加湿器２４は、密閉された箱状の本体に、空気循環路２３の加湿器側分岐路２３１を接続するとともに、加湿器側分岐路２２１の途中をコイル状に巻いた加熱部２２１ａが収納してある。
【００３７】
また、加湿器２４の本体内には、第二貯湯供給路２１２を介して、貯湯槽２１から温水Ｗａが供給されるようになっている。この第二貯湯供給路２１２の途中には、電磁弁であるバルブ２１Ａが接続してあり、このバルブ２１Ａを制御装置２６によって開閉制御することで、加湿器２４の本体内に常に所定量の温水Ｗａが供給されるようにしてある。
【００３８】
さらに、加湿器２４の本体内には、ファン２４ａが設けてある。このファン２４ａは、加湿器側分岐路２３１を介して、建物２内の各部屋から加湿器２４の本体内へ空気Ａｉを吸引し、再び加湿器側分岐路２３１を介して、加湿した空気を建物２内の各部屋へ強制的に送り出している。
なお、温水が高温の場合には、温水を加熱媒体として用いることなく（加熱部２２１ａへ供給することなく）、加湿器側分岐路２２１から加湿器本体内に温水Ｗａとして、直接導入してもよい。
【００３９】
このような加湿器２４では、前記本体内に貯留した温水Ｗａから発生する蒸気を、ファン２４ａにより吸引した空気Ａｉに含ませて加湿している。加湿した空気Ａｉは、ファン２４ａにより強制的に送り出され、フィルタ２７を通過した後に建物２内の各部屋に供給される。
【００４０】
除湿器２５の詳細については、特に図示しないが、上述した従来技術の除湿器と同様のデシカント式の除湿方式を採用した構成となっている。但し、上述した従来技術の除湿器とは異なり、本実施形態の除湿器２５は、外部から空気を取り込まず、建物２内の各部屋から取り込んだ空気を除湿して循環させる構成となっている。
【００４１】
すなわち、除湿器２５は、空気循環路２３の除湿器側分岐路２３２から取り込んだ空気中の水分を、図示しないデシカントロータの吸着材に吸着させて除湿するとともに、この除湿器２５内に挿入した除湿器側分岐路２２２の熱を利用して、前記デシカントロータの吸着材を再生させている。
【００４２】
このような本実施形態に係るコージェネレーション装置１によれば、建物２内の空気を吸排気可能な空気循環路２３の途中に加湿器２４及び除湿器２５を設け、この空気循環路２３を循環する空気を加湿又は除湿する構成としてあるので、建物２内の各部屋に空気循環路２３を接続すれば、コージェネレーション装置１に設けた少なくとも一組の加湿器２４及び除湿器２５により、各部屋の空気の加湿又は除湿を行なうことができる。
【００４３】
また、加湿器２４及び除湿器２５が加湿又は除湿するための熱源を、温水供給路２２から供給される温水としてあるので、夏期は除湿器２５、冬期は加湿器２４というように、年間を通じて温水の有効利用を図ることができるとともに、電気エネルギーの消費量を削減することができる。
【００４４】
さらに、温水供給路２２及び空気循環路２３にそれぞれ切替弁２２Ａ，２２Ｂ及び２３Ａ，２３Ｂを設けることによって、加湿器２４と除湿器２５を切り替えることができ、各部屋に設けた湿度センサ２ａの検出結果に基づいて、加湿器２４と除湿器２５とを容易に切り替え制御することができる。
【００４５】
次に、本発明の第二実施形態に係るコージェネレーション装置について、図４及び図５を参照しつつ説明する。
【００４６】
図４は本発明の第二実施形態に係るコージェネレーション装置を示すブロック図である。図５は上記コージェネレーション装置を構成する加湿器を示す概念図である。なお、以下に説明する実施形態において、上述した第一実施形態と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４７】
これら図面において、本実施形態のコージェネレーション装置５では、気化式の加湿器２９を採用することで、温水供給路２２の分岐を省略して構成の簡単化を図っている。
【００４８】
この気化式の加湿器２９は、密閉された箱状の本体を有し、この箱状の本体の下部には温水貯留部２９ａを形成し、上部には空気流通部２９ｂが形成してある。温水貯留部２９ａには、第二貯湯供給路２１２から供給された温水Ｗａが貯留してあり、空気流通部２９ｂは、空気循環路２３の加湿器側分岐路２３１の途中に接続してある。
【００４９】
また、加湿器２９の本体内には、吸水フィルタ２９ｃが縦方向に設けてあり、この吸水フィルタ２９ｃが、加湿器本体内を吸気側と排気側に分けている。この吸水フィルタ２９ｃは、下方が温水貯留部２９ａの温水Ｗａに浸っており、この温水Ｗａを上端まで吸い上げている。さらに、空気流通部２９ｂの排気側には、吸気側から空気Ａｉを吸引するファン２９ｄが設けてある。
【００５０】
これにより、本実施形態の加湿器２９では、空気流通部２９ｂの吸気側の空気Ａｉを、ファン２９ｄにより強制的に吸引して吸水フィルタ２９ｃを通過させることにより加湿している。加湿した空気Ａｉは、ファン２９ｄにより強制的に排気側に送り出され、フィルタ２７を通過した後に建物２内の各部屋に供給される。
【００５１】
なお、本実施形態では、第二貯湯供給路２１２を介して、貯湯槽２１の温水Ｗａを加湿器２９の温水貯留部２９ａに供給する構成としたが、温水供給路２２に分岐路２２３を設け、この分岐路２２３を介して、燃料電池１３が生成した温水Ｗａを加湿器２９の温水貯留部２９ａに供給する構成としてもよい。
【００５２】
このような本実施形態のコージェネレーション装置５によれば、上記した気化式加湿器におけるような熱源を必要としないので、温水供給路２２を加湿器２９に分岐させる必要がなくなる。これにより、温水供給路２２の分岐を省略して構成の簡素化を図ることができるとともに、空気循環路２３の空気の流れのみを切替弁２３Ａ，２３Ｂで切り替えることにより、加湿器２９と除湿器２５の切り替えを容易に行なうことができる。
【００５３】
なお、本発明のコージェネレーション装置は、上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、加湿器は、上述したスチーム式又は気化式に限らず、超音波式等の他の加湿方式のものを用いてもよい。また、除湿器も、上述したデシカント式に限らず、コンプレッサー式又はハイブリット式等の他の除湿方式のものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第一実施形態に係るコージェネレーション装置を示す説明図である。
【図２】上記コージェネレーション装置を示すブロック図である。
【図３】上記コージェネレーション装置を構成する加湿器を示す概念図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係るコージェネレーション装置を示すブロック図である。
【図５】上記コージェネレーション装置を構成する加湿器を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５５】
１，５          コージェネレーション装置
２              建物
２ａ            湿度センサ
２ｂ            コントロールパネル
１０            燃料電池ユニット
１１            制御装置
１２            燃料改質器
１３            燃料電池
１４            インバータ
２０            貯湯ユニット
２１            貯湯槽
２１１          第一貯湯供給路
２１２          第二貯湯供給路
２１Ａ          切替弁
２２            温水供給路
２２Ａ，２２Ｂ  切替弁
２２１          加湿器側分岐路
２２２          除湿器側分岐路
２３            空気循環路
２３Ａ，２３Ｂ  切替弁
２３１          加湿器側分岐路
２３２          除湿器側分岐路
２４，２９      加湿器
２５            除湿器
２６            制御装置
【図１】
2007163090.tif 000003
【図２】
2007163090.tif 000004
【図３】
2007163090.tif 000005
【図４】
2007163090.tif 000006
【図５】
2007163090.tif 000007