(57)【要約】【課題】切替弁を切り替える際に、バイパス経路から排熱回収交換器へ供給される湯水の温度と貯湯タンクの下部から排熱回収熱交換器へ供給される湯水の温度とが異なるため、排熱回収熱交換器への湯水の戻り温度が急激に変動する。【解決手段】燃料電池と、貯湯タンクと、燃料電池の排熱を回収する熱交換器と、貯湯タンクの下部の水を燃料電池の排熱を利用して加熱して湯水とし、貯湯タンクの上部に湯水を戻すように、貯湯タンク及び熱交換器を環状に接続された循環経路と、貯湯タンクを迂回するように前記循環経路に接続されたバイパス経路と、バイパス経路への通水と貯湯タンクへの通水とを切り換える切換手段の切替弁とを備え、バイパス経路の少なくとも一部は、貯湯タンクと熱交換するように配置されていることで、切替弁がバイパス経路から循環経路に切り替わったときにでも熱交換器への戻り湯水の変動を低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
貯湯タンクと、
前記燃料電池の排熱を回収する熱交換器と、
前記貯湯タンクの下部の水を前記燃料電池の排熱を利用して加熱して湯水とし、前記貯湯タンクの上部に前記湯水を戻すように、前記貯湯タンク及び前記熱交換器を環状に接続された循環経路と、前記貯湯タンクを迂回するように前記循環経路に接続されたバイパス経路と、
前記バイパス経路への通水と前記貯湯タンクへの通水とを切り換える切換手段と、
を備え、
前記バイパス経路の少なくとも一部は、前記貯湯タンクと熱交換するように配置されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記バイパス経路の少なくとも一部は、前記貯湯タンクの下部と熱交換するように配置されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記バイパス経路の少なくとも一部は、前記貯湯タンクに接触するように配置されている、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記バイパス経路の少なくとも一部は、前記貯湯タンクの外周に沿って螺旋形状に形成されている、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記バイパス経路の少なくとも一部は、前記貯湯タンクの内部に配置されている、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の排熱を利用して給湯を行なうことができるようにした燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排熱を給湯に使用することを目的とした従来の燃料電池システムとして、以下に記載されているようなものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、従来の燃料電池システムの構成図である。図５に示すように、従来の燃料電池システムは、燃料電池ユニット１と貯湯ユニット２より構成され、燃料電池ユニット１と貯湯ユニット２は循環経路３、４と貯湯タンク５上部に戻す循環経路６と貯湯タンク５に戻さずに循環経路４に接続されるバイパス経路７で構成され、循環ポンプ８により水を循環させている。燃料電池ユニット１と貯湯ユニット２を循環する水は、貯湯タンク５の下部より循環ポンプ８を通り、燃料電池９の排熱で熱交換器１０により加熱し湯水となる。循環経路３を流れる湯水は、貯湯タンク５の上部温度を低下させないようにするために、温度センサー１１で検出され、その温度が貯湯タンク５の上部の温度よりも高い時は貯湯タンク５上部に戻す循環経路６によって貯湯タンク５の上部に搬送される。ここで加熱された熱回収の湯水の温度が貯湯タンク５の上部の温度よりも低い時は切替弁１２によってバイパス経路７に搬送され回路内を循環する。また、水は、給水配管１３で供給され、給湯として使用されるお湯１４は貯湯タンク５上部から給湯配管１５の温水と給水配管１３の水を混合弁１６で所定の温度に混合し出湯される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２２３３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の燃料電池システムの構成では、排熱回収した湯水の温度によって切替弁で、流路を切り替える際に熱交換器への戻り湯温が変動し、燃料電池の運転が不安定になるという課題を有していた。即ち、前記従来の燃料電池システムの構成では、循環経路３を流れる湯水の温度が、貯湯タンク５の上部の温度よりも高い時は、循環経路６を通って貯湯タンク５の上部に搬送され、貯湯タンク５の下部より循環ポンプ８を通り、燃料電池９に戻り、貯湯タンク５の上部の温度よりも低い時は、切替弁１２によってバイパス経路７に搬送され回路内を循環する。貯湯タンク５の下部の湯水の温度とバイパス経路７を流れる湯水の温度とが異なる場合、流路を切り替える際に熱交換器１０への戻り湯温が変動し、燃料電池の運転が不安定になる。
【０００６】
本発明は、上記従来の燃料電池システムの課題を解決するもので、熱交換器への戻り湯温の変動を低減し、燃料電池の運転の安定化を図ることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池の発電時の排熱を利用して加熱した湯水が貯湯タンクを迂回してバイパスするパイパス経路を貯湯タンクと熱交換させるように配置させたものである。
【０００８】
これによって、バイパス経路から貯湯タンクの上部に湯水を戻す循環経路に切り替えた際にも熱交換器に戻る湯温に大きな変動を低減することができる。
【０００９】
また、本発明は、バイパス経路の少なくとも一部は、貯湯タンクの下部と熱交換するように配置されているので、貯湯タンクから熱交換器に戻る湯温にバイパス経路の湯温を近づけることができる。
【００１０】
また、本発明は、バイパス経路の少なくとも一部は、貯湯タンクに接触するように配置されているので、貯湯タンクの湯とバイパス経路との熱交換を効率よくできる。
【００１１】
また、本発明は、バイパス経路の少なくとも一部は、前記貯湯タンクの外周に沿って螺旋形状に形成されているので、貯湯タンクの湯とバイパス経路との熱交換効率を向上できる。
【００１２】
また、本発明は、バイパス経路の少なくとも一部は、前記貯湯タンクの内部に配置されているので、貯湯タンクの湯とバイパス経路との熱交換効率を向上できる。
【００１３】
これによって、バイパス配管の湯温と貯湯タンク下部の湯温の温度差が大きい場合でも熱交換器に戻す湯温の変動を低減することができるので、燃料電池の運転を安定化できることになる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池システムは、熱交換器への戻り湯温の変動を低減することができるので、燃料電池の運転を安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図
【図３】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成図
【図４】本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成図
【図５】従来の燃料電池システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、燃料電池と、貯湯タンクと、前記燃料電池の排熱を回収する熱交換器と、前記貯湯タンクの下部の水を前記燃料電池の排熱を利用して加熱して湯水とし、前記貯湯タンクの上部に前記湯水を戻すように、前記貯湯タンク及び前記熱交換器を環状に接続された循環経路と、前記貯湯タンクを迂回するように前記循環経路に接続されたバイパス経路と、前記バイパス経路への通水と前記貯湯タンクへの通水とを切り換える切換手段と、を備え、前記バイパス経路の少なくとも一部は、前記貯湯タンクと熱交換するように配置させたことにより、前記バイパス経路から前記貯湯タンクの上部に前記湯水を戻す循環経路に経路を切り替えた際にも、熱交換器への戻り湯水温の急激な温度変化を抑えることができるので、安定した発電をすることができる。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明のバイパス配管の少なくとも一部を、前記貯湯タンクの下部と熱交換するように配置したことを特徴としたことで、前記熱交換器に戻る湯水の温度をより安定化することができる。
【００１８】
第３の発明は、第２の発明のバイパス経路の少なくとも一部を、前記貯湯タンクに接触するように配置したことを特徴としたことで、前記熱交換器に戻る湯水の温度をより安定化することができる。
【００１９】
第４の発明は、第３の発明のバイパス経路の少なくとも一部を、前記貯湯タンクの外周に沿って螺旋形状に形成されていることを特徴としたことで、前記熱交換器に戻る湯水の温度をより安定化することができる。
【００２０】
第５の発明は、第２の発明のバイパス経路の少なくとも一部を、前記貯湯タンクの内部に配置したことを特徴としたことで、前記熱交換器に戻る湯水の温度をより安定化することができる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照にしながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。図１において、燃料電池システムは、燃料電池ユニット１０１と貯湯ユニット１０２より構成され、燃料電池１０９と、貯湯タンク１０５と、燃料電池１０９の排熱を回収する熱交換器１１０と、貯湯タンク１０５の下部の水を燃料電池１０９の排熱を利用して加熱して湯水とし、貯湯タンク１０５の上部に湯水を戻すように、貯湯タンク１０５及び熱交換器１１０を環状に接続された循環経路１０３、１０４、１０６と、貯湯タンク１０５を迂回するように循環経路１０３と循環経路１０４に接続されたバイパス経路１０７と、バイパス経路１０７への通水と貯湯タンク１０５への通水とを切り換える切換弁１１２とを備え、バイパス経路１０７の少なくとも一部は、貯湯タンク１０５と熱交換するように貯湯タンク１０５と熱交換するように配置されている。湯水は循環ポンプ１０８により循環させる。循環経路１０３の湯温は温度センサー１１１で検出され所定温度より高い場合には循環経路１０６を経由して貯湯タンク１０５に戻し、所定の温度より低い場合にはバイパス経路１０７を経由するように切替弁１１２を切り替える。また、水は、給水配管１１３で供給され、給湯として使用されるお湯１１４は貯湯タンク１０５上部から給湯配管１１５の湯水と給水配管１１３の水を混合弁１１６で所定の温度に混合し出湯される。本発明の実施の形態では、バイパス経路１０７を貯湯タンク１０５下部表面に接触させて配置しているので、バイパス経路１０７が熱回収配管１０４と接続する位置では貯湯タンク１０５下部の温水温度近くになるため、切替弁１１２によって貯湯タンク１０５上部に戻す循環経路１０６に切り替わった際でも、循環経路１０４の温度変化を抑えることができる。尚、本発明の実施の形態では、切替弁１１２は三方弁としているが、複数の開閉弁の組み合わせでも同様の効果が得られる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態においては、バイパス経路１０７の少なくとも一部は、貯湯タンク１０５と熱交換するように配置させたことにより、バイパス経路１０７の湯温を貯湯タンク１０５の下部温度に近づけることができるので、バイパス経路１０７から貯湯タンク１０５の上部に湯水を戻す循環経路１０６に経路を切り替えた際にも、熱交換器１１０への戻り湯水温の急激な温度変化を抑えることができるので、安定した発電をすることができる。
【００２４】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図である。図２において、燃料電池システムは、燃料電池ユニット１０１と貯湯ユニット１０２より構成され、燃料電池１０９と、貯湯タンク１０５と、燃料電池１０９の排熱を回収する熱交換器１１０と、貯湯タンク１０５の下部の水を燃料電池１０９の排熱を利用して加熱して湯水とし、貯湯タンク１０５の上部に湯水を戻すように、貯湯タンク１０５及び熱交換器１１０を環状に接続された循環経路１０３、１０４、１０６と、貯湯タンク１０５を迂回するように循環経路１０３と循環経路１０４に接続されたバイパス経路１０７と、バイパス経路１
０７への通水と貯湯タンク１０５への通水とを切り換える切換弁１１２とを備え、バイパス経路１０７の少なくとも一部は、貯湯タンク１０５と熱交換するように貯湯タンク１０５と熱交換するように配置されている。湯水は循環ポンプ１０８により循環させる。循環経路１０３の湯温は温度センサー１１１で検出され所定温度より高い場合には循環経路１０６を経由して貯湯タンク１０５に戻し、所定の温度より低い場合にはバイパス経路１０７を経由するように切替弁１１２を切り替える。また、水は、給水配管１１３で供給され、給湯として使用されるお湯１１４は貯湯タンク１０５上部から給湯配管１１５の湯水と給水配管１１３の水を混合弁１１６で所定の温度に混合し出湯される。本発明の実施の形態では、バイパス経路１０７を貯湯タンク１０５に接続されるフィン１１７に密着挿入させて配置しているので、バイパス経路１０７が熱回収配管１０４と接続する位置では貯湯タンク１０５下部の温水温度近くになるため、切替弁１１２によって貯湯タンク１０５上部に戻す循環経路１０６に切り替わった際でも、循環経路１０４の温度変化を抑えることができる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態においては、バイパス経路１０７の少なくとも一部は、貯湯タンク１０５と熱交換するように配置させたことにより、バイパス経路１０７の湯温を貯湯タンク１０５の下部温度に近づけることができるので、バイパス経路１０７から貯湯タンク１０５の上部に湯水を戻す循環経路１０６に経路を切り替えた際にも、熱交換器１１０への戻り湯水温の急激な温度変化を抑えることができるので、安定した発電をすることができる。
【００２６】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成図である。図３において、燃料電池システムは、燃料電池ユニット１０１と貯湯ユニット１０２より構成され、燃料電池１０９と、貯湯タンク１０５と、燃料電池１０９の排熱を回収する熱交換器１１０と、貯湯タンク１０５の下部の水を燃料電池１０９の排熱を利用して加熱して湯水とし、貯湯タンク１０５の上部に湯水を戻すように、貯湯タンク１０５及び熱交換器１１０を環状に接続された循環経路１０３、１０４、１０６と、貯湯タンク１０５を迂回するように循環経路１０３と循環経路１０４に接続されたバイパス経路１０７と、バイパス経路１０７への通水と貯湯タンク１０５への通水とを切り換える切換弁１１２とを備え、バイパス経路１０７の少なくとも一部は、貯湯タンク１０５下部外周に沿って螺旋状に接触させ熱交換するように配置されている。湯水は循環ポンプ１０８により循環させる。循環経路１０３の湯温は温度センサー１１１で検出され所定温度より高い場合には循環経路１０６を経由して貯湯タンク１０５に戻し、所定の温度より低い場合にはバイパス経路１０７を経由するように切替弁１１２を切り替える。また、水は、給水配管１１３で供給され、給湯として使用されるお湯１１４は貯湯タンク１０５上部から給湯配管１１５の湯水と給水配管１１３の水を混合弁１１６で所定の温度に混合し出湯される。本発明の実施の形態では、バイパス配管１０７を貯湯タンク１０５下部外周に沿って螺旋状に接触させて配置しているので、バイパス配管１０７が熱回収配管１０４と接続する位置では貯湯タンク１０５下部の温水温度近くになるため、切替弁１１２によって貯湯タンク１０５上部に戻す循環経路１０６に切り替わった際でも、循環経路１０４の温度変化を抑えることができる。
【００２７】
以上のように、本実施の形態においては、バイパス経路１０７の少なくとも一部を、貯湯タンク１０５下部外周に沿って螺旋状に接触させ熱交換するように配置させたことにより、バイパス経路１０７の湯温を貯湯タンク１０５の下部温度に近づけることができるので、バイパス経路１０７から貯湯タンク１０５の上部に湯水を戻す循環経路１０６に経路を切り替えた際にも、熱交換器１１０への戻り湯水温の急激な温度変化を抑えることができるので、安定した発電をすることができる。
【００２８】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成図である。図４において、燃料電池システムは、燃料電池ユニット１０１と貯湯ユニット１０２より構成され、燃料電池１０９と、貯湯タンク１０５と、燃料電池１０９の排熱を回収する熱交換器１１０と、貯湯タンク１０５の下部の水を燃料電池１０９の排熱を利用して加熱して湯水とし、貯湯タンク１０５の上部に湯水を戻すように、貯湯タンク１０５及び熱交換器１１０を環状に接続された循環経路１０３、１０４、１０６と、貯湯タンク１０５を迂回するように循環経路１０３と循環経路１０４に接続されたバイパス経路１０７と、バイパス経路１０７への通水と貯湯タンク１０５への通水とを切り換える切換弁１１２とを備え、バイパス経路１０７の少なくとも一部は、貯湯タンク１０５の下部の内部に配置されている。湯水は循環ポンプ１０８により循環させる。循環経路１０３の湯温は温度センサー１１１で検出され所定温度より高い場合には循環経路１０６を経由して貯湯タンク１０５に戻し、所定の温度より低い場合にはバイパス経路１０７を経由するように切替弁１１２を切り替える。また、水は、給水配管１１３で供給され、給湯として使用されるお湯１１４は貯湯タンク１０５上部から給湯配管１１５の湯水と給水配管１１３の水を混合弁１１６で所定の温度に混合し出湯される。本発明の実施の形態では、バイパス配管１０７を貯湯タンク１０５下部外周に沿って螺旋状に接触させて配置しているので、バイパス経路１０７が熱回収配管１０４と接続する位置では貯湯タンク１０５下部の温水温度近くになるため、切替弁１１２によって貯湯タンク１０５上部に戻す循環経路１０６に切り替わった際でも、循環経路１０４の温度変化を抑えることができる。
【００２９】
以上のように、本実施の形態においては、バイパス経路１０７の少なくとも一部を、貯湯タンク１０５下部の内部に配置させたことにより、バイパス経路１０７の湯温を貯湯タンク１０５の下部温度に近づけることができるので、バイパス経路１０７から貯湯タンク１０５の上部に湯水を戻す循環経路１０６に経路を切り替えた際にも、熱交換器１１０への戻り湯水温の急激な温度変化を抑えることができるので、安定した発電をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の燃料電池システムによれば、貯湯タンクを迂回する循環経路から貯湯タンクを経由する循環経路に切り替わった際においても、熱交換器へ戻す湯温の変動を抑えることができるので、燃料電池の運転を安定化できる。
【符号の説明】
【００３１】
１０３、１０４、１０６  循環経路
１０５  貯湯タンク
１０７  バイパス経路
１０９  燃料電池
１１０  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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