(57)【要約】【課題】燃料電池システム起動時に、省エネ効率のより高い加熱方法を選択することが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１と、燃料電池１と熱交換を行う熱媒体を循環する循環経路２と、循環経路２内の熱媒体を加熱するヒータ３と、循環経路を流れる熱媒体が一次側を流通し、二次側を流通する貯湯用水との間で熱交換する熱交換器４と、熱交換器４の二次側へ貯湯用水を供給し熱交換後の貯湯用水を貯湯タンクへ送る貯湯用水経路５と、貯湯用水経路５のうちの熱交換器４の二次側より上流に配置され、前記貯湯用水を燃料燃焼により加熱する燃焼器６と、燃焼器６の状態を検知する燃焼状態検知器７と、を備えている。そして、燃料電池１を起動する場合に、燃焼器６の状態に基づいて、ヒータ３による前記熱媒体の加熱、又は、燃焼器６の熱による前記熱媒体の加熱を選択る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料及び酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池と、
前記燃料電池と熱交換を行う熱媒体を循環する循環経路と、
余剰電力で作動して前記循環経路内の熱媒体を加熱するヒータと、
前記循環経路を流れる熱媒体が一次側を流通し、二次側を流通する貯湯用水との間で熱交換する熱交換器と、
前記熱交換器の二次側へ貯湯用水を供給し熱交換後の貯湯用水を貯湯タンクへ送る貯湯用水経路と、
前記貯湯用水経路のうちの前記熱交換器の二次側より上流に配置され、前記貯湯用水を燃焼により加熱する燃焼器と、
前記燃焼器の状態を検知する燃焼状態検知器と、
制御器と、
を備え、
前記制御器は、前記燃料電池を起動する場合に、前記燃焼器の状態に基づいて、前記ヒータによる前記熱媒体の加熱、又は、前記燃焼器の熱による前記熱媒体の加熱を選択し、前記燃料電池を暖機する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃焼状態検知器は、前記燃焼器の使用の有無、及び、前記燃焼器の温度のうちの少なくとも１つの情報を検知し、
前記制御器は、前記情報に基づいて、前記ヒータによる前記熱媒体の加熱、又は、前記燃焼器の熱による前記熱媒体の加熱を選択する、請求項１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、電力や熱などを供給する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池を所定の温度まで昇温しないと発電できないため、起動時には予熱をする必要がある。従来の燃料電池システムでは、バーナーを用いて加熱し、燃料電池を昇温していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載されたバーナーによる加熱が可能な従来の燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。特許文献１の燃料電池システムは、燃料電池２１と、この燃料電池２１を冷却する為の第一の熱媒体流路２３と、水流路２９と、第一の熱媒体流路２３内の第一の熱媒体と水流路２９内の水との間で熱交換を行う第一の熱交換器２５と、水を加熱するためのバーナー３０と、タンク３１と、ポンプ３２と、温度検知手段４０と、燃料電池２１の起動時に燃料電池２１を昇温する為にバーナー３０の駆動を制御する制御手段４１と、から構成される。特許文献１には、起動専用の燃料電池加熱手段を設けることなく、迅速に燃料電池２１を昇温、運転開始することを目的として、燃料電池２１の起動時に、水がバーナー３０により加熱された後に熱交換器２５を通り、熱交換器２５を通じて第一の熱媒体を昇温することにより、燃料電池２１を昇温する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９３４４６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、前記従来の構成では、起動時に加熱する場合、熱交換器を暖めるのに必要なエネルギーのロスや、配管の長さによるエネルギーのロスにより、必ずしも省エネ効率が高いとはいえない場合がある。
【０００６】
本発明は、前記従来のような課題を考慮し、熱交換器の状況を判断し、熱交換器による過熱を実施するのか、ヒータによる過熱を実施するのかを判断し、省エネ効率のより高い加熱方法を選択することが可能な燃料電池システムを提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記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、燃料及び酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池と熱交換を行う熱媒体を循環する循環経路と、余剰電力で作動して前記循環経路内の熱媒体を加熱するヒータと、前記循環経路を流れる熱媒体が一次側を流通し、二次側を流通する貯湯用水との間で熱交換する熱交換器と、前記熱交換器の二次側へ貯湯用水を供給し熱交換後の貯湯用水を貯湯タンクへ送る貯湯用水経路と、前記貯湯用水経路のうちの前記熱交換器の二次側より上流に配置され、前記貯湯用水を燃料を燃焼して加熱する燃焼器と、前記燃焼器の状態を検知する燃焼状態検知器と、制御器とを備えている。そして、前記制御器は、前記燃料電池を起動する場合に、前記燃焼器の状態に基づいて、前記ヒータによる前記熱媒体の加熱、又は、前記燃焼器の熱による前記熱媒体の加熱を選択し、前記燃料電池の暖機を行うものである。
【０００８】
これによって、熱交換器の状況により、より省エネ性の高い加熱方法を選択できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料電池システムにおいて、起動時に省エネ効率のより高い加熱手段を選択する事で、省エネ性を高める事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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を模式的に示す例を示したブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの運転制御を示すフローチャート
【図３】従来の燃料電池システムの構成を模式的に示す例を示したブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、燃料及び酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池と熱交換を行う熱媒体を循環する循環経路と、余剰電力で作動して前記循環経路内の熱媒体を加熱するヒータと、前記循環経路を流れる熱媒体が一次側を流通し、二次側を流通する貯湯用水との間で熱交換する熱交換器と、前記熱交換器の二次側へ貯湯用水を供給し熱交換後の貯湯用水を貯湯タンクへ送る貯湯用水経路と、前記貯湯用水経路のうちの前記熱交換器の二次側より上流に配置され、前記貯湯用水を燃焼して加熱する燃焼器と、前記燃焼器の状態を検知する燃焼状態検知器と、制御器と、を備えている。そして、前記制御器は、前記燃料電池を起動する場合に、前記燃焼器の状態に基づいて、前記ヒータによる前記熱媒体の加熱、又は、前記燃焼器の熱による前記熱媒体の加熱を選択し、前記燃料電池を暖機する、燃料電池システムである。
【００１２】
この構成により、起動時に省エネ効率のより高い加熱手段を選択する事となり、省エネ性を高める事が可能となる。
【００１３】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記燃焼状態検知器は、前記燃焼器の使用の有無、前記燃焼器を流れる貯湯用水の流量、及び、前記燃焼器の温度のうちの少なくとも１つの情報を検知し、前記制御器は、前記情報に基づいて、前記ヒータによる前記熱媒体の加熱、又は、前記燃焼器の熱による前記熱媒体の加熱を選択する燃料電池システムである。
【００１４】
この構成により、起動時に省エネ効率のより高い加熱手段を判断する事ができ、省エネ性を高める事が可能となる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【００１７】
図１において、実施の形態１に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池１と、燃料電池１と熱交換を行う熱媒体を循環する循環経路２と、循環経路２内の熱媒体を過熱するヒータ３とを有している。一方、循環経路２を流れる熱媒体が一次側を流通し、二次側を流通する貯湯用水との間で熱交換する熱交換器４と、熱交換器４の二次側へ貯湯用水を供給し熱交換後の貯湯用水を貯湯タンクもしくは燃料電池ユニットへ送る貯湯用水経路５と、この貯湯用水経路５を流れる貯湯用水を貯湯タンクに送る貯湯側経路１２と、この貯湯用水経路５を流れる貯湯用水を貯湯タンクに送らずバ
イパスするバイパス経路１３と、この貯湯用水経路５を流れる貯湯用水を貯湯タンクにおくるかバイパスするかを切り替える切り替え弁１１と、この貯湯用水経路５のうちの熱交換器４の二次側より上流に配置され、貯湯用水を燃料燃焼により加熱する燃焼器６と、燃焼器６の状態を検知する燃焼状態検知器７と、制御器８と、を備えている。
【００１８】
以上のように構成された燃料電池システムの動作、作用について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの運転制御を示すフローチャートである。
【００１９】
燃焼状態検知器７は、燃焼器６の使用の有無を検知し、制御器８に使用の有無を知らせる。制御器８は、燃焼器６が点火されたどうかを判断する（Ｓ１０１）。燃焼器６が点火された場合、制御器８はタイマーを初期化した後、タイマーの計測を開始する（Ｓ１０２）。
【００２０】
次に、制御器８は起動時において、燃料電池１の予熱が必要かどうかを判断する（Ｓ１０３）。例えば、燃料電池１に設けられた温度検知部（図示せず）の温度が所定温度よりも低い場合に、余熱が必要であると判断する。
【００２１】
燃料電池１は所定の温度まで昇温しないと発電できないため、起動時には予熱をする必要がある。起動時に予熱を行う場合、タイマーで計測された時間が一定以上か否かを判断する。すなわち、燃焼器６が使用されたことを検知してから一定時間が経過しているか否かを判断する（Ｓ１０４）。制御器８は、燃焼器６が使用したことを検知してから一定時間が経過している場合には、熱交換器４が既に冷えており、熱交換器４を再度暖める必要があると判断できる。従って、燃焼器６で燃料電池１を予熱するよりもヒータ３で燃料電池１を予熱するほうが省エネ性が高いと判断し、ヒータ３に電源を入れるように指示する（Ｓ１０５）。この時、循環経路２を循環させ、燃料電池１の予熱を行う。これにより、燃料電池１は所定の温度まで昇温する事ができ、起動時に予熱を行う事ができる。制御器８は、燃料電池１が予熱温度に達したかどうかを判断する（Ｓ１０６）。制御器８は、燃料電池１が予熱温度に達したと判断した時、ヒータ３の電源を切る（Ｓ１０７）。一方、燃焼器６が使用されたことを検知してから一定時間が経過していない場合には、燃焼器６が既に温まっている為、ヒータ３で燃料電池１を予熱するよりも、燃焼器６で燃料電池１を予熱するほうが省エネ性が高いと判断し、燃焼器６に対し燃焼を指示する（Ｓ１０８）。切り替え弁１１をバイパス経路１２に切り替え、二次側の貯湯用水経路５を循環させ、熱交換器４を通じ、循環経路２に熱を伝え、循環経路２は燃料電池１に熱を伝える。これにより、燃料電池１は所定の温度まで昇温する事ができ、起動時に予熱を行う事ができる。切り替え弁１１は経路を切り替えることができれば、複数の開閉弁であってもよい。制御器８は、燃料電池１が予熱温度に達したかどうかを判断する（Ｓ１０９）。制御器８は、燃料電池１が予熱温度に達したと判断した時、燃焼器６に対し、燃焼の停止を指示する（Ｓ１１０）。
【００２２】
なお、本実施の形態では、タイマーによって燃焼器６の燃焼時間を計測することで、燃焼器６の温度状態を予測しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃焼器６の温度を直接測定することにより予熱を行うかどうかの判断を行っても良い。このとき、燃焼状態検知器７は、燃焼器６の温度を検知し、制御器８に検知した燃焼器６の温度を知らせる構成とすればよい。
【００２３】
なお、本発明の実施の形態１では、燃焼器の点火の有無、又は、燃焼器の温度を検知して燃料電池の余熱を行う方法を選択する態様について説明したが、これに限定されない。例えば、燃焼器の使用の有無、及び、燃焼器の温度のうちの２つの情報を検知し、ヒータによる熱媒体の加熱、又は、燃焼器の熱による熱媒体の加熱を選択するする態様であって
もよい。
【００２４】
以上のように、本実施の形態においては、燃料電池１の予熱を行う際に、適切な加熱方法を選択する事により、予熱にかかる熱量をより少なくすることとなり、省エネ性を向上させることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の発電システムによれば、発電時に適切な予熱方式を選択する事で、省エネ性の高めることができ、燃焼器を有した燃料電池システムなどにおいて、有用である。
【符号の説明】
【００２６】
１  燃料電池
３  ヒータ
４  熱交換器
６  燃焼器
７  燃焼状態検知器
８  制御器
【図１】
2013214430.tif 000003
【図２】
2013214430.tif 000004
【図３】
2013214430.tif 000005