(57)【要約】【課題】圧縮機の保護を図りつつ省エネルギで水自立を実現可能な燃料電池用廃熱回収システムを提供する。【解決手段】ヒートポンプ３は、圧縮機７、凝縮器８、膨張弁９および蒸発器１０が順次環状に接続されて冷媒を循環させ、蒸発器１０において燃料電池２のオフガスから熱をくみ上げ、凝縮器８において通水を加温する。サイクル外熱交換器４は、燃料電池２から蒸発器１０へのオフガスと、凝縮器８を通過後の水とを熱交換して、オフガスの冷却を図ると共に通水を加温する。蒸発器１０の出口側オフガス温度を所望に維持するように、圧縮機７を制御する。また、サイクル外熱交換器４の出口側水温を所望に維持するように、通水量を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて冷媒を循環させ、前記蒸発器において燃料電池のオフガスから熱をくみ上げ、前記凝縮器において通水を加温するヒートポンプと、
前記燃料電池から前記蒸発器へのオフガスと、前記凝縮器を通過後の水とを熱交換して、オフガスの冷却を図ると共に通水を加温するサイクル外熱交換器と
を備えることを特徴とする燃料電池用廃熱回収システム。
【請求項２】
前記蒸発器の出口側オフガス温度に基づき、このオフガス温度を目標オフガス温度にするように、前記圧縮機を制御し、
前記サイクル外熱交換器の出口側水温に基づき、この水温を目標水温にするように、前記凝縮器および前記サイクル外熱交換器への通水量を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用廃熱回収システム。
【請求項３】
前記ヒートポンプとして、第一ヒートポンプと第二ヒートポンプとを備え、
前記第一ヒートポンプは、第一蒸発器と第二蒸発器とを備え、
前記第二ヒートポンプは、前記第一蒸発器を兼ねる凝縮器を介して前記第一ヒートポンプと接続され、
前記第一ヒートポンプの第二蒸発器と、前記第二ヒートポンプの蒸発器とに、前記サイクル外熱交換器を通過後のオフガスが順に通され、
前記第一ヒートポンプの凝縮器と、前記サイクル外熱交換器とに、水が順に通される
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用廃熱回収システム。
【請求項４】
前記第一ヒートポンプは、膨張弁を通過後の冷媒が、前記第一蒸発器を介して前記第二蒸発器へ供給可能とされると共に、前記第一蒸発器を介さずにバイパス路を介して前記第二蒸発器へ供給可能とされ、そのバイパス路に流量調整弁が設けられており、
前記第二ヒートポンプの蒸発器の出口側オフガス温度に基づき、このオフガス温度を目標オフガス温度にするように、前記第二ヒートポンプの膨張弁を制御し、
前記第二ヒートポンプの圧縮機の入口側冷媒過熱度に基づき、この過熱度を目標過熱度にするように、前記流量調整弁を制御し、
前記サイクル外熱交換器の出口側水温に基づき、この水温を目標水温にするように、前記第一ヒートポンプの凝縮器および前記サイクル外熱交換器への通水量を制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用廃熱回収システム。
【請求項５】
前記ヒートポンプおよび前記サイクル外熱交換器に通されて加温される水は温水の循環水系から採取された水であり、加温後に温水の循環水系に戻される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池用廃熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のオフガスとその冷却水との熱交換により、オフガスから熱回収して温水を製造すると共に、オフガス中の水分を凝縮させてその凝縮水を燃料電池へ戻す水自立を図るための燃料電池用廃熱回収システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に開示されるように、圧縮式ヒートポンプ（３０）を用いて、排ガス冷却器（１０）において燃料電池からのオフガス（排ガス）を冷却し、オフガス中の水分を凝縮させてその凝縮水を燃料電池へ戻すことで、外部からの補給水なしで運転できる水自立可能な燃料電池システムが知られている。このシステムでは、圧縮式ヒートポンプ（３０）は、排ガス冷却器（１０）の気相部に配置された冷媒蒸発器（３２）において、オフガスと冷媒とを熱交換してオフガスからの熱回収を図り、冷媒凝縮器（３４）において、冷媒と水とを熱交換して温水を製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５９３９４８号公報（段落［００２０］−［００２６］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術において、仮に、圧縮式ヒートポンプ（３０）を用いずに、排ガス冷却器（１０）において、単にオフガスと水とを熱交換する場合、オフガスの冷却水として比較的高温の水（たとえば給湯や暖房等に用いられる循環温水）を使用すると、オフガスを所望に冷却できずに、水自立を図れないおそれがある。一方、オフガスの冷却に圧縮式ヒートポンプ（３０）を用いる場合、排ガス冷却器（１０）においてオフガスを冷却しやすく、水自立を実現しやすい。
【０００５】
しかしながら、ヒートポンプだけでオフガスを冷却しようとすると、ヒートポンプの高圧側（凝縮器側）と低圧側（蒸発器側）との温度差が大きくなる。従って、圧縮機での冷媒の圧縮比が高くなり、圧縮機の負荷が大きくなると共に、消費電力も大きくなる。
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、圧縮機の保護を図りつつ省エネルギで水自立を実現可能な燃料電池用廃熱回収システムを提供することにある。この際、好適には、凝縮器への給水として、比較的高温の水も利用可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて冷媒を循環させ、前記蒸発器において燃料電池のオフガスから熱をくみ上げ、前記凝縮器において通水を加温するヒートポンプと、前記燃料電池から前記蒸発器へのオフガスと、前記凝縮器を通過後の水とを熱交換して、オフガスの冷却を図ると共に通水を加温するサイクル外熱交換器とを備えることを特徴とする燃料電池用廃熱回収システムである。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、燃料電池からのオフガスは、サイクル外熱交換器に通されて冷却された後、ヒートポンプの蒸発器に通されてさらに冷却される。サイクル外熱交換器で冷却後のオフガスをヒートポンプでさらに冷却することで、オフガスを露点温度以下に確実に冷却して、信頼性の高い水自立を実現することができる。これに伴い、ヒートポンプの凝縮器への給水として、比較的高温の循環温水の利用も可能となる。また、サイクル外熱交換器で冷却後のオフガスをヒートポンプの蒸発器に通すので、ヒートポンプの高圧側と低圧側との温度差を軽減して、圧縮機における冷媒の圧縮比を抑え、圧縮機の負荷の軽減と消費電力の削減を図ることができる。一方、オフガスの冷却水は、ヒートポンプの凝縮器に通されて加温された後、サイクル外熱交換器に通されてさらに加温される。ヒートポンプの凝縮器で加温後の水をサイクル外熱交換器でさらに加温することで、比較的高温の水を得ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記蒸発器の出口側オフガス温度に基づき、このオフガス温度を目標オフガス温度にするように、前記圧縮機を制御し、前記サイクル外熱交換器の出口側水温に基づき、この水温を目標水温にするように、前記凝縮器および前記サイクル外熱交換器への通水量を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用廃熱回収システムである。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、蒸発器の出口側オフガス温度に基づき圧縮機を制御することで、オフガスを露点温度以下に冷却して、水自立を確実に図ることができる。また、サイクル外熱交換器の出口側水温に基づき通水量を制御することで、所望温度の温水を製造することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記ヒートポンプとして、第一ヒートポンプと第二ヒートポンプとを備え、前記第一ヒートポンプは、第一蒸発器と第二蒸発器とを備え、前記第二ヒートポンプは、前記第一蒸発器を兼ねる凝縮器を介して前記第一ヒートポンプと接続され、前記第一ヒートポンプの第二蒸発器と、前記第二ヒートポンプの蒸発器とに、前記サイクル外熱交換器を通過後のオフガスが順に通され、前記第一ヒートポンプの凝縮器と、前記サイクル外熱交換器とに、水が順に通されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用廃熱回収システムである。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、多段のヒートポンプを用いて、オフガスの冷却と通水の加温とを、一層容易に確実に図ることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記第一ヒートポンプは、膨張弁を通過後の冷媒が、前記第一蒸発器を介して前記第二蒸発器へ供給可能とされると共に、前記第一蒸発器を介さずにバイパス路を介して前記第二蒸発器へ供給可能とされ、そのバイパス路に流量調整弁が設けられており、前記第二ヒートポンプの蒸発器の出口側オフガス温度に基づき、このオフガス温度を目標オフガス温度にするように、前記第二ヒートポンプの膨張弁を制御し、前記第二ヒートポンプの圧縮機の入口側冷媒過熱度に基づき、この過熱度を目標過熱度にするように、前記流量調整弁を制御し、前記サイクル外熱交換器の出口側水温に基づき、この水温を目標水温にするように、前記第一ヒートポンプの凝縮器および前記サイクル外熱交換器への通水量を制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用廃熱回収システムである。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、第二ヒートポンプの蒸発器の出口側オフガス温度に基づき、第二ヒートポンプの膨張弁を制御することで、オフガスを露点温度以下に冷却して、水自立を確実に図ることができる。また、第二ヒートポンプの圧縮機の入口側冷媒過熱度に基づき、第一ヒートポンプの第一蒸発器をバイパスさせるバイパス流量を制御することで、第二蒸発器におけるオフガスと冷媒との熱交換量を調整して、第二ヒートポンプの蒸発器へのオフガス温度を所望に維持することができる。また、第二ヒートポンプの圧縮機の入口側過熱度を調整することで、第二ヒートポンプの圧縮機の保護を図ることができる。さらに、サイクル外熱交換器の出口側水温に基づき、通水量を制御することで、所望温度の温水を製造することができる。
【００１５】
さらに、請求項５に記載の発明は、前記ヒートポンプおよび前記サイクル外熱交換器に通されて加温される水は、温水の循環水系から採取された水であり、加温後に温水の循環水系に戻されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池用廃熱回収システムである。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、サイクル外熱交換器やヒートポンプに通される通水として、温水の循環水系から採取された水（循環温水）を用いても、サイクル外熱交換器とヒートポンプとにより、燃料電池のオフガスを所望に確実に冷却して、水自立を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、圧縮機の保護を図りつつ省エネルギで水自立を実現可能な燃料電池用廃熱回収システムを提供することができる。また、凝縮器への給水として、比較的高温の水も利用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の燃料電池用廃熱回収システムの実施例１を示す概略図である。
【図２】本発明の燃料電池用廃熱回収システムの実施例２を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の燃料電池用廃熱回収システムの実施例１を示す概略図である。
本実施例の燃料電池用廃熱回収システム１は、燃料電池２からのオフガスの排出系統に適用され、蒸気圧縮式のヒートポンプ３と、このヒートポンプ３のサイクル外に設けられるサイクル外熱交換器４とを備える。
【００２１】
燃料電池２は、周知のとおり、原燃料（図示例ではメタンガスを主成分としてガス管５から供給される都市ガス）と水（水蒸気）とを改質器（図示省略）において水蒸気改質反応させることにより水素を生成し、その水素と空気中の酸素とをセルスタック（図示省略）において化学反応させて発電する装置である。発電した電気は、インバータで交流電流に変換され、各種の電気機器へ供給される。また、燃料電池２からのオフガス（排ガス）は、オフガス路６を介して外部へ排出される。なお、燃料電池２の種類は、特に問わない。本実施例では、固体酸化物形（ＳＯＦＣ）が用いられるが、たとえば固体高分子形（ＰＥＦＣ）などを用いてもよい。
【００２２】
ヒートポンプ３は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機７、凝縮器８、膨張弁９および蒸発器１０が順次環状に接続されて冷媒を循環させる。そして、圧縮機７は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器８は、圧縮機７からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁９は、凝縮器８からの液冷媒を通過させることで、冷媒の圧力と温度とを低下させる。そして、蒸発器１０は、膨張弁９からの冷媒の蒸発を図る。
【００２３】
つまり、ヒートポンプ３は、蒸発器１０において、冷媒が外部から熱を奪って気化する一方、凝縮器８において、冷媒が外部へ放熱して液化することになる。これを利用して、本実施例では、ヒートポンプ３は、蒸発器１０において、燃料電池２のオフガスから熱をくみ上げ、凝縮器８において、通水を加温する。
【００２４】
本実施例のヒートポンプ３では、圧縮機７は、その出力を変更可能とされる。具体的には、圧縮機７は、モータの駆動周波数ひいては回転数をインバータで変更可能とされる。また、凝縮器８は、ヒートポンプ３の冷媒と通水路１１の水との熱交換器であり、蒸発器１０は、ヒートポンプ３の冷媒とオフガス路６のオフガスとの熱交換器である。さらに、膨張弁９は、蒸発器１０の出口側冷媒過熱度（言い換えれば圧縮機７の入口側冷媒過熱度）を目標過熱度に維持するように、開度調整する弁である。
【００２５】
ヒートポンプ３には、さらに、凝縮器８の出口側に過冷却器を設置したり、圧縮機７の入口側にアキュムレータを設置したり、圧縮機７の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器８の出口側（凝縮器８と過冷却器との間）に受液器を設置したりしてもよい。
【００２６】
サイクル外熱交換器４は、オフガス路６の内、蒸発器１０よりも上流側に設けられ、且つ、通水路１１の内、凝縮器８よりも下流側に設けられる。つまり、オフガス路６には、燃料電池２の側から順に、サイクル外熱交換器４と蒸発器１０とが設けられ、通水路１１には、給水源の側から順に、凝縮器８とサイクル外熱交換器４とが設けられる。そして、サイクル外熱交換器４において、燃料電池２から蒸発器１０へのオフガスと、凝縮器８を通過後の水とが熱交換される。これにより、サイクル外熱交換器４において、オフガスが冷却されると共に、通水が加温される。
【００２７】
通水路１１には、凝縮器８よりも上流側に、給水ポンプ１２が設けられる。また、通水路１１の通水流量は変更可能に構成される。本実施例では、給水ポンプ１２のモータの駆動周波数ひいては回転数をインバータで変更することで、通水流量を変更可能とされる。但し、通水流量の調整は、給水ポンプ１２をインバータ制御する以外に、たとえば、給水ポンプ１２をオンオフ制御しつつ、通水路１１に設けた流量調整弁の開度を調整してもよい。
【００２８】
その他、オフガス路６には、蒸発器１０の出口側に、オフガス温度センサ１３が設けられる。一方、通水路１１には、サイクル外熱交換器４の出口側に、水温センサ１４が設けられる。
【００２９】
次に、本実施例の燃料電池用廃熱回収システム１の制御（運転方法）について説明する。以下に説明する一連の制御は、図示しない制御器を用いて自動でなされる。
【００３０】
燃料電池２の運転中、ヒートポンプ３を作動させると共に、給水ポンプ１２を作動させる。燃料電池２の運転に伴い、燃料電池２からオフガス（典型的には２００〜３００℃程度のオフガス）がオフガス路６に排出される。この際、燃料電池２からのオフガスは、サイクル外熱交換器４と蒸発器１０とに順に通される。一方、給水ポンプ１２を作動させることで、通水路１１には水が通される。この際、給水ポンプ１２からの水は、凝縮器８とサイクル外熱交換器４とに順に通される。
【００３１】
このような一連の動作中、蒸発器１０の出口側オフガス温度に基づき、このオフガス温度を目標オフガス温度にするように、圧縮機７を制御する。具体的には、本実施例では、オフガス温度センサ１３の検出温度を目標オフガス温度に維持するように、圧縮機７をインバータ制御する。なお、目標オフガス温度は、排ガスの露点温度以下で設定され、典型的には４０℃以下（たとえば３０℃）とされる。これにより、オフガスを露点温度以下に冷却することができる。
【００３２】
また、前記一連の動作中、サイクル外熱交換器４の出口側水温に基づき、この水温を目標水温にするように、凝縮器８およびサイクル外熱交換器４への通水量を制御する。具体的には、本実施例では、水温センサ１４の検出温度を目標水温に維持するように、給水ポンプ１２をインバータ制御する。なお、目標水温は、後述するように、比較的高温でもよく、本実施例では８５℃以上（たとえば９０℃）とされる。このようにして、所望温度（しかも比較的高温）の温水を製造することができる。
【００３３】
本実施例の燃料電池用廃熱回収システム１によれば、燃料電池２からのオフガスは、サイクル外熱交換器４と蒸発器１０とに順に通されて冷却される。つまり、燃料電池２のオフガスは、サイクル外熱交換器４に通されて冷却された後、ヒートポンプ３の蒸発器１０に通されてさらに冷却される。サイクル外熱交換器４で冷却後のオフガスをヒートポンプ３でさらに冷却することで、オフガスを露点温度以下に確実に冷却することができる。そして、オフガス中の水分を凝縮させて得られた凝縮水は、二点鎖線で示すように、戻し路１５を介して燃料電池２へ戻される。このようにして、外部からの補給水なしで燃料電池２の運転を継続する水自立を実現することができる。
【００３４】
また、サイクル外熱交換器４とヒートポンプ３とを用いて、オフガスを露点温度以下に確実に冷却できるので、ヒートポンプ３の凝縮器８への給水として、比較的高温の水を用いることもできる。そのため、通水路１１に通す水として、温水の循環水系から採取された水（循環温水）を用いることもできる。給湯や暖房等のため温水を必要とする業種では、施設内において温水を循環しながらユースポイント（たとえば、厨房や暖房装置など）に供給しているのが一般的である。そこで、燃料電池２で発電した電力を施設内で利用しつつ、温水の循環水系から採取した温水を、通水路１１を介して凝縮器８とサイクル外熱交換器４とに順に通して加温した後、再び温水の循環水系へ戻すようにしてもよい。なお、温水の循環水系では、循環経路上に温水タンクや温水製造装置（たとえば、給湯器や温水ボイラなど）が適宜に設けられる。
【００３５】
また、通水路１１の水は、ヒートポンプ３の凝縮器８に通されて加温された後、サイクル外熱交換器４に通されてさらに加温される。ヒートポンプ３の凝縮器８で加温後の水をサイクル外熱交換器４でさらに加温することで、比較的高温の水を得ることができる。
【００３６】
さらに、本実施例では、ヒートポンプ３の蒸発器１０には、サイクル外熱交換器４で冷却後のオフガスが供給される。これにより、ヒートポンプ３の高圧側と低圧側との温度差を軽減して、圧縮機７における冷媒の圧縮比を抑え、圧縮機７の負荷の軽減と消費電力の削減を図ることができる。言い換えれば、一般に、ヒートポンプ３は、くみ上げる温度差が小さいほど効率がよいので、サイクル外熱交換器４の設置により、くみ上げる温度差を低減して、効率向上を図ることができる。
【実施例２】
【００３７】
図２は、本発明の燃料電池用廃熱回収システムの実施例２を示す概略図である。本実施例２の燃料電池用廃熱回収システム１は、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。また、実施例１と同様の点については、説明を省略する。
【００３８】
本実施例２では、ヒートポンプとして、第一ヒートポンプ１６と第二ヒートポンプ１７とを備える。
【００３９】
第一ヒートポンプ１６は、前記実施例１のヒートポンプ３と同様に、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機１８、凝縮器１９、膨張弁２０および蒸発器２１，２２が順次環状に接続されて構成される。ここで、第一ヒートポンプ１６は、蒸発器として、第一蒸発器２１と第二蒸発器２２との二つの蒸発器を備える。これら蒸発器２１，２２は、直列に接続されている。従って、第一ヒートポンプ１６の膨張弁２０からの冷媒は、基本的には、第一蒸発器２１と第二蒸発器２２とを順に通された後、圧縮機１８へ送られる。
【００４０】
但し、好ましくは、第一ヒートポンプ１６の冷媒路には、第一蒸発器２１の前後を接続してバイパス路２３が設けられており、第一ヒートポンプ１６の膨張弁２０からの冷媒は、第一蒸発器２１を介することなくバイパス路２３を介しても第二蒸発器２２へ供給可能とされる。すなわち、第一ヒートポンプ１６は、膨張弁２０を通過後の冷媒が、第一蒸発器２１を介して第二蒸発器２２へ供給可能とされると共に、第一蒸発器２１を介さずにバイパス路２３を介して第二蒸発器２２へ供給可能とされている。
【００４１】
バイパス路２３には流量調整弁２４が設けられており、この流量調整弁２４の開度を調整することで、バイパス路２３を通る冷媒流量を調整することができる。いずれにしても、第二蒸発器２２には、気液二相の冷媒が供給され、さらに蒸発が図られる。
【００４２】
なお、第一ヒートポンプ１６には、凝縮器１９の出口側に過冷却器を設置したり、圧縮機１８の入口側にアキュムレータを設置したり、圧縮機１８の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器１９の出口側（凝縮器１９と過冷却器との間）に受液器を設置したりしてもよい。このことは、第一ヒートポンプ１６に限らず、第二ヒートポンプ１７についても同様である。
【００４３】
第二ヒートポンプ１７は、前記実施例１のヒートポンプ３と同様に、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機２５、凝縮器２６、膨張弁２７および蒸発器２８が順次環状に接続されて構成される。第二ヒートポンプ１７は、第一ヒートポンプ１６のように二つの蒸発器を備える必要はないし、バイパス路や流量調整弁を備える必要もない。そして、第二ヒートポンプ１７は、蒸発器２８において、オフガスから熱をくみ上げ、凝縮器２６において、第一ヒートポンプ１６の冷媒を加熱して自身の冷媒は凝縮を図られる。
【００４４】
第一ヒートポンプ１６と第二ヒートポンプ１７とは、本実施例では次のようにして接続される。すなわち、第二ヒートポンプ１７の圧縮機２５からの冷媒と第一ヒートポンプ１６の膨張弁２０からの冷媒とを受けて、両冷媒を混ぜることなく熱交換する間接熱交換器２９を備え、この間接熱交換器２９が第二ヒートポンプ１７の凝縮器２６であると共に第一ヒートポンプ１６の第一蒸発器２１とされる。但し、両ヒートポンプ１６，１７は、間接熱交換器に限らず、中間冷却器（直接熱交換器など）で接続されてもよい。
【００４５】
第一ヒートポンプ１６の第二蒸発器２２と、第二ヒートポンプ１７の蒸発器２８とには、サイクル外熱交換器４を通過後のオフガスが順に通される。一方、給水ポンプ１２からの水は、第一ヒートポンプ１６の凝縮器１９と、サイクル外熱交換器４とに順に通される。
【００４６】
本実施例２では、オフガス路６には、第二ヒートポンプ１７の蒸発器２８の出口側に、オフガス温度センサ１３が設けられる。一方、通水路１１には、前記実施例１と同様に、サイクル外熱交換器４の出口側に、水温センサ１４が設けられる。さらに、第二ヒートポンプ１７には、圧縮機２５の入口側に、圧力センサ３０と温度センサ３１とが設けられ、過熱度を監視可能とされる。
【００４７】
本実施例２では、第二ヒートポンプ１７の蒸発器２８の出口側オフガス温度に基づき、このオフガス温度を目標オフガス温度にするように、第二ヒートポンプ１７の膨張弁２７を制御する。具体的には、本実施例では、オフガス温度センサ１３の検出温度を目標オフガス温度に維持するように、第二ヒートポンプ１７の膨張弁２７の開度を調整する。
【００４８】
また、第二ヒートポンプ１７の圧縮機２５の入口側冷媒過熱度に基づき、この過熱度を目標過熱度にするように、第一ヒートポンプ１６のバイパス路２３の流量調整弁２４を制御する。具体的には、本実施例では、第二ヒートポンプ１７の圧縮機２５の入口側に設けた圧力センサ３０と温度センサ３１とにより冷媒の過熱度を把握し、その過熱度を目標過熱度に維持するように、流量調整弁２４の開度を調整する。
【００４９】
さらに、前記実施例１と同様に、サイクル外熱交換器４の出口側水温に基づき、この水温を目標水温にするように、凝縮器１９およびサイクル外熱交換器４への通水量を制御する。具体的には、本実施例では、水温センサ１４の検出温度を目標水温に維持するように、給水ポンプ１２をインバータ制御する。
【００５０】
なお、本実施例２では、各ヒートポンプ１６，１７の圧縮機１８，２５は、モータの駆動周波数ひいては回転数を一定に維持される。但し、場合により、各ヒートポンプ１６，１７の圧縮機１８，２５は、その吐出圧を所定に維持するように制御されてもよい。
【００５１】
本実施例２の燃料電池用廃熱回収システム１によれば、第二ヒートポンプ１７の蒸発器２８の出口側オフガス温度に基づき、第二ヒートポンプ１７の膨張弁２７を制御することで、オフガスを露点温度以下に冷却して、水自立を確実に図ることができる。また、第二ヒートポンプ１７の圧縮機２５の入口側冷媒過熱度に基づき、第一ヒートポンプ１６の第一蒸発器２１をバイパスさせるバイパス流量を制御することで、第二蒸発器２２におけるオフガスと冷媒との熱交換量を調整して、第二ヒートポンプ１７の蒸発器２８へのオフガス温度を所望に維持することができる。また、第二ヒートポンプ１７の圧縮機２５の入口側過熱度を調整することで、第二ヒートポンプ１７の圧縮機２５の保護を図ることができる。さらに、サイクル外熱交換器４の出口側水温に基づき、通水量を制御することで、所望温度の温水を製造することができる。
【００５２】
本発明の燃料電池用廃熱回収システム１は、前記各実施例の構成（制御を含む）に限らず、適宜変更可能である。特に、ヒートポンプ３とサイクル外熱交換器４を備え、ヒートポンプ３では、蒸発器１０において燃料電池２のオフガスから熱をくみ上げ、凝縮器８において通水を加温し、サイクル外熱交換器４では、燃料電池２から蒸発器１０へのオフガスと、凝縮器８を通過後の水とを熱交換するのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  燃料電池用廃熱回収システム
２  燃料電池
３  ヒートポンプ
４  サイクル外熱交換器
５  ガス管
６  オフガス路
７  圧縮機
８  凝縮器
９  膨張弁
１０  蒸発器
１１  通水路
１２  給水ポンプ
１３  オフガス温度センサ
１４  水温センサ
１５  戻し路
１６  第一ヒートポンプ
１７  第二ヒートポンプ
１８  圧縮機
１９  凝縮器
２０  膨張弁
２１  第一蒸発器
２２  第二蒸発器
２３  バイパス路
２４  流量調整弁
２５  圧縮機
２６  凝縮器
２７  膨張弁
２８  蒸発器
２９  間接熱交換器
３０  圧力センサ
３１  温度センサ
【図１】
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【図２】
2017190925.tif 000004