(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子形燃料電池の温排水を用いる排熱回収機構において、固体高分子形燃料電池（４）には温排水管（６）が接続され、その温排水管（６）は、三方弁（７）を介して浴槽（８）に連通しており、その三方弁（７）の開度調節手段（２２）は制御線（１８）で制御装置（１４）に接続されており、そして浴槽（８）の温水（Ｗ）の温度を検知する温度センサ（１０）は信号線（１６）で前記制御装置（１４）に接続され、さらに固体高分子形燃料電池（４）をバイパスするバイパス管（２１）が前記三方弁（７）に接続され、前記制御装置（１４）は温排水管（６）から浴槽（８）に流れる温排水の温度を下げる場合に、前記温度センサ（１０）の検温信号によって前記バイパス管（２１）の水量を制御する機能を有することを特徴とする排熱回収機構。
【請求項２】
固体高分子形燃料電池の温排水を用いる排熱回収機構において、床面（Ｆｈ）下に設置された貯湯タンク（９３）の上方には支持材（９５）を介して浴槽（９１）が設けられ、固体高分子形燃料電池（４）には温排水管（６Ａ）が接続され、その温排水管（６Ａ）は三方弁（１００Ａ）とポンプ（７Ａ）とを介して前記貯湯タンク（９３）に連通しており、前記固体高分子形燃料電池（４）に給水源（１９）からの給水管（２０Ａ）が連通しており、その給水管（２０Ａ）には固体高分子形燃料電池（４）をバイパスするバイパス管（２１Ａ）が前記三方弁（１００Ａ）に接続され、前記貯湯タンク（９３）には水温センサ（１０Ａ）が設けられ、その水温センサ（１０Ａ）は信号ライン（１６Ａ）を介して制御装置（１４Ａ）に接続され、その制御装置（１４Ａ）は貯湯タンク（９３）の温度を下げる場合に、前記温度センサ（１０Ａ）の検出信号によって前記バイパス管（２１Ａ）の水量を制御する機能を有することを特徴とする排熱回収機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子形燃料電池に関するものであり、特に、固体高分子形燃料電池の温排水を利用する排熱回収機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無公害の動力発生装置としての燃料電池は、使用する電解質で分類すると、りん酸水溶液を使用するりん酸形燃料電池、炭酸塩を使用する溶融炭酸塩形燃料電池、ジルコニア系セラミックスを使用する固体酸化物形燃料電池、陽イオン交換膜を使用する固体高分子形燃料電池等が知られている。
これらの燃料電池は、主たる出力としての電力と出力に対応した排熱を発生し、その排熱を温水として回収すれば、電熱併給のコジェネレーションシステムとして作動をする。
【０００３】
ここで発電時の反応温度は、りん酸形燃料電池では約２００℃、溶融炭酸塩形燃料電池では６５０〜７００℃、固体酸化物形燃料電池では９００〜１０００℃、固体高分子形燃料電池では常温〜９０℃である。
【０００４】
上記各種の燃料電池のうち固体高分子形燃料電池は、常温で発電できること、そのため起動、停止が容易であること、出力密度が高いため小型、軽量化が可能なこと、反応作動温度が低温のために安価な材料を使用することができて低コスト化が可能なこと、低負荷時に高発電効率である等の特長を有し、排熱を温水として回収することにより家庭向け発電機能を有する給湯器と考えることが出来る。
さらに、有害成分を包含する排気ガス量が少ないという燃料電池の特質は、家庭向け発電装置としての適性を、さらに高めている。
【０００５】
しかし、固体高分子形燃料電池を家庭用発電装置とした場合、発電出力は１ＫＷ程度が適当と考えられ、この場合の温排水流量は、温排水温度が６０℃の場合では０．４リットル／分程度、温排水温度が４０℃の場合では０．７リットル／分程度の少量である。
【０００６】
この程度の（少流量の）温水では、家庭内で通常消費されるシャワー水量（２０リットル／分）を直接供給するには能力不足（給湯能力不足）である。従って、出力１ｋＷ程度の固体高分子形燃料電池を家庭用に用いる場合には、温排水を貯湯槽に一旦貯えて、貯湯槽に蓄えられた温排水（湯）を使用するのが一般的である。
【０００７】
従来の洗面所、風呂および調理場等への給湯装置では、貯湯槽を屋外に設置しているが、このスペース、設備費、工事費はできるだけ省きたいという要請が存在する。しかし、従来の固体高分子形燃料電池の排熱回収機構では、この様な要請に応えることが出来なかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたもので、燃料電池の温排水を有効に利用する燃料電池の新たな排熱回収機構の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、固体高分子形燃料電池の温排水を用いる排熱回収機構において、固体高分子形燃料電池４には温排水管６が接続され、その温排水管６は、三方弁７を介して浴槽８に連通しており、その三方弁７の開度調節手段２２は制御線１８で制御装置１４に接続されており、そして浴槽８の温水Ｗの温度を検知する温度センサ１０は信号線１６で前記制御装置１４に接続され、さらに固体高分子形燃料電池４をバイパスするバイパス管２１が前記三方弁７に接続され、前記制御装置１４は温排水管６から浴槽８に流れる温排水の温度を下げる場合に、前記温度センサ１０の検温信号によって前記バイパス管２１の水量を制御する機能を有している。
【００１２】
家屋内の浴槽を温排水貯蔵空間にするので、貯湯のための格別な設備が不要でありコストがかからない。
【００１４】
そして、本発明によれば、固体高分子形燃料電池の温排水を用いる排熱回収機構において、床面Ｆｈ下に設置された貯湯タンク９３の上方には支持材９５を介して浴槽９１が設けられ、固体高分子形燃料電池４には温排水管６Ａが接続され、その温排水管６Ａは三方弁１００Ａとポンプ７Ａとを介して前記貯湯タンク９３に連通しており、前記固体高分子形燃料電池４に給水源１９からの給水管２０Ａが連通しており、その給水管２０Ａには固体高分子形燃料電池４をバイパスするバイパス管２１Ａが前記三方弁１００Ａに接続され、前記貯湯タンク９３には水温センサ１０Ａが設けられ、その水温センサ１０Ａは信号ライン１６Ａを介して制御装置１４Ａに接続され、その制御装置１４Ａは貯湯タンク９３の温度を下げる場合に、前記温度センサ１０Ａの検出信号によって前記バイパス管２１Ａの水量を制御する機能を有している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態であって、固体高分子形燃料電池（以降、ＰＥＦＣと略記する。）からの温排水を家屋内に設置された温排水貯蔵空間に貯える排熱回収機構１のブロック構成を示している。
【００２０】
図１において、適所に設けられたＰＥＦＣ４に、そのＰＥＦＣ４から回収される温排水が流過する温排水ラインの管６が、温排水貯蔵空間９である貯湯槽８に連通されている。貯湯槽８は、家屋Ｈ内に設置されている浴槽でもよい。
【００２１】
管６に三方弁７が介装され、開度調節手段２２に制御装置１４が制御線１８で連通されている。
【００２２】
貯湯槽８に温水Ｗの温度を検知する温度センサ１０が装着され、温度センサ１０と制御装置１４が信号線１６で連通されている。
なお、図においては、三方弁７は制御装置１４で制御されるよう構成されている。また、手動操作によっても良い。
【００２３】
ＰＥＦＣ４に、外部の給水源たとえば上水道１９から給水管２０が連通されている。
【００２４】
上記構成による燃料電池の排熱回収機構１の作用を説明する。
図１において、ＰＥＦＣ４が作動して発電すると、排熱が発生するので、給水管２０を流過する給水により、該排熱が温水として回収される。回収された温排水は、給水圧力により管６を通り、浴槽８に送られる。
【００２５】
ここで、温排水の温度がたとえば６０℃の場合で、このままの６０℃の温度で貯湯する場合は管６を介して浴槽８に直接に送湯する。
しかし、６０℃の温排水を、所定の使用温度に降温して貯湯する場合は次のようにする。
【００２６】
温排水を所定の使用温度に下げる場合、たとえば６０℃の温排水を入浴適温度４２℃に下げる場合は、上水道１９から管２０を介してＰＥＦＣ４をバイパスする管２１を通過する水量を、三方弁７の開度調節手段２２により増加して湯温を下げる。そして浴槽８に供給する。
【００２７】
設定した所定の入浴適温たとえば４２℃を確保するために、温度センサ１０の検温信号によって制御装置１４が三方弁７の作動を制御して浴槽８への送湯量の制御をする。また、手動操作を行っても良い。
【００２８】
図２及び図３は、排水貯蔵空間の第２の実施形態を示し、浴槽が２重壁で形成され、その２重壁間の中空部を温排水貯蔵空間とした形態を示している。
【００２９】
図２及び図３において、家屋Ｈ内に設置された浴槽８０は、内壁８１と外壁８２との二重構造で一体に構成され、内壁８１と外壁８２の間に中空部８３が形成されている。
【００３０】
中空部８３に、内壁８１と外壁８２を連結する複数の支持部材８４が設けられている。図３においては、支持部材８４は底部のみにあるが、浴槽形状保持、強度保持のために必要に応じて側壁に設けられてもよい。
【００３１】
外壁８２の側面に、外壁８２を貫通して中空部８３と外部を連通させる２つの管８６及び８７が設けられ、管８７は温排水ライン６を介してＰＥＦＣ４（図１参照）に連通され、管８６は温排水の使用場所である浴槽や給湯設備等、あるいは図示のない循環管を介してＰＥＦＣ４に連通されている。
【００３２】
なお、浴槽を二重構造にした場合の貯湯容量は、浴槽の寸法を、内のり：１６００ｘ８００ｘ７００、外形：１８００ｘ１０００ｘ８００とすると、中空部８３が５４４リットルとなって、通常の貯湯槽として充分な容量である。従って、温排水貯蔵空間を別途に設置する必要がない。
【００３３】
図４は、第３の実施形態であって、例えばユニットバスの浴室の床下に貯湯タンクを設けて温排水貯蔵空間にする排熱回収機構２のブロック構成を示す。
図４において、家屋Ｈ内の浴室９０の床下に、図においては浴槽９１及び洗い場９２下部の床面Ｆｈ下に複数の支持材９５を介して貯湯タンク９３が設置されている。
【００３４】
一方、適所に設けられたＰＥＦＣ４に、そのＰＥＦＣ４から回収される温排水が流過する温排水ラインの管６Ａが、温排水貯蔵空間９である貯湯タンク９３に連通されている。その管６Ａに、ポンプ７Ａが介装されている。  図４の第３の実施形態では、ポンプ７Ａは、手動操作でもよい。但し、図５に関連して後述する様に、浴槽８内の湯温に応答して制御装置によりポンプ７Ａを作動させても良い。
【００３５】
ＰＥＦＣ４に、外部の給水源たとえば給水１９から給水管２０Ａが連通されている。
【００３６】
上記構成による排熱回収機構２の作用を説明する。
図４において、ＰＥＦＣ４が作動して発電すると、排熱が発生するので、給水管２０Ａを流過する給水により、該排熱が温水として回収される。回収された温排水は、管６Ａ及びポンプ７Ａによって貯湯タンク９３に送られる。貯湯タンク９３の湯温は、通常は６０℃で貯湯されるので、給湯設備で必要な温度としては高温過ぎる場合には、上水と混合して適温まで降温して使用する。
【００３８】
図５で示す排熱回収機構は、図４で示す第３の実施形態における変形例である。
この変形例では、図１で示すのと同様に、制御装置（図５では符号１４Ａで示す）により三方弁（図５では符号１００Ａで示す）を制御している。
【００３９】
すなわち、図５においては、管６Ａに三方弁１００Ａが介装され、開度調節手段２２Ａは制御線１８Ａを介して制御装置１４Ａと接続されている。
貯湯タンク９３には、温水Ｗの温度を検知する温度センサ１０Ａが装着され、温度センサ１０Ａは信号線１６Ａを介して制御装置１４Ａに接続されている。
【００４０】
図５で示す排熱回収機構では、三方弁１００Ａは制御装置１４Ａで制御され、その結果、管２１Ａと管６Ａを流れる温排水の流量が調節されて、温水Ｗは所望温度となる様に構成されている。すなわち、温水Ｗを給湯に必要な温度と設定することにより、その温度で貯湯することが出来るので、そのまま給湯することが可能である。
なお、ポンプ７Ａは、給水１９の圧力が十分であれば、省略しても良い。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の作用効果を、以下に列記する。
（１）  固体高分子形燃料電池からの温排水を家庭内の貯湯槽に貯えるので、温排水の活用が容易である。
（２）  温排水貯蔵空間を浴槽にすれば、貯湯のための特別な設備の設置が不要になる。
（３）  浴槽を二重構造にして中空部に貯湯すれば、格別なスペースをとることなく貯湯槽にできる。また、密閉性がよくて水漏れの懸念がなく、断熱性もよい。
（４）  家屋の床下に貯湯タンクを設ければ、格別なスペースが不要となり配管類の工事が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のブロック図。
【図２】本発明の第２実施形態の要部を示す斜視図。
【図３】図２の断面図。
【図４】本発明の第３実施形態のブロック図。
【図５】図４の実施形態に制御系を付加した変形例を示すブロック図。
【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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