(57)【要約】【課題】  燃料電池装置の排熱を貯湯の熱源として利用するコージェネ給湯システムにおいて、浴槽などの湯張りや追い炊きのための特別なバーナ燃焼装置を省略してシステムを簡略化する。【解決手段】  本発明のコージェネ給湯システムは、改質装置１と、改質装置１で生成する水素リッチな改質ガスで発電する燃料電池装置２と、貯湯装置３とを備え、燃料電池装置２の排熱を貯湯の熱源として利用するコージェネ給湯システムであり、改質ガスを生成する改質装置１は、燃料を燃焼して水蒸気を発生する水蒸気発生手段４と、水蒸気発生手段４で発生した水蒸気と原料ガスを混合した原料−水蒸気混合物を改質触媒の存在下に水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器６を備え、前記水蒸気発生手段４で発生した水蒸気を前記貯湯の熱源として利用できるように構成されている。【選択図】        図１
2009135023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質装置１と、前記改質装置１で生成する水素リッチな改質ガスで発電する燃料電池装置２と、貯湯装置３とを備え、燃料電池装置２の排熱を貯湯の熱源として利用するコージェネ給湯システムにおいて、
前記改質装置１は燃料を燃焼して水蒸気を発生する水蒸気発生手段４と、水蒸気発生手段４で発生した水蒸気と原料ガスを混合した原料−水蒸気混合物を改質触媒の存在下に水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器６を備え、
前記水蒸気発生手段４で発生した水蒸気を前記貯湯の熱源として利用できるように構成されていることを特徴とするコージェネ給湯システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記水蒸気から熱交換器３１を介して貯湯に熱源を供給するように構成されていることを特徴とするコージェネ給湯システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記貯湯装置３の貯湯で浴槽７０の湯張りと追い炊きを行うように構成されていることを特徴とするコージェネ給湯システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
前記貯湯装置３には電熱ヒータ３４，３５を有する貯湯槽３０が設けられ、前記燃料電池装置２で発電した電力を前記電熱ヒータ３４，３５の電源として供給するように構成されていることを特徴とするコージェネ給湯システム。
【請求項５】
改質装置１と、前記改質装置１で生成する水素リッチな改質ガスで発電する燃料電池装置２と、貯湯装置３とを備え、燃料電池装置２の排熱を貯湯の熱源として利用するコージェネ給湯システムの運転方法において、
前記改質装置１は燃料を燃焼して水蒸気を発生する水蒸気発生手段４と、水蒸気発生手段４で発生した水蒸気と原料ガスを混合した原料−水蒸気混合物を改質触媒の存在下に水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器６を備え、
燃料電池装置２の運転中は、水蒸気発生手段４で発生した水蒸気を改質器６に供給すると共に、燃料電池装置２の排熱を貯湯の熱源として利用し、
燃料電池装置２の休止中は、水蒸気発生手段４で発生する水蒸気を前記貯湯の熱源として利用することを特徴とするコージェネ給湯システムの運転方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記貯湯装置３には電熱ヒータ３４，３５を有する貯湯槽３０が設けられ、前記燃料電池装置２で発電した電力を前記電熱ヒータ３４，３５の電源として供給することを特徴とするコージェネ給湯システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は改質装置と、改質装置で生成する水素リッチな改質ガスで発電する燃料電池装置と、貯湯装置とを備え、燃料電池装置の排熱を貯湯の熱源として利用するコージェネ給湯システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池装置を構成する燃料電池は、発電に伴う発熱作用があるので冷却水系統でその内部を冷却する必要がある。燃料電池装置を循環する冷却水は燃料電池からの吸熱により温度上昇するので、通常は冷却水系統に設けた冷却器などで温度上昇した冷却水を冷却するようになっている。一方、燃料電池装置の排熱を回収して有効活用することを目的とした給湯システムが特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載された給湯システムでは貯湯装置を構成する貯湯槽に熱交換器を設け、その熱交換器に燃料電池装置からの吸熱で温度上昇した冷却水を供給すると共に、冷却水系統に電熱ヒータを設け、燃料電池装置で発電した電力を電熱ヒータに供給している。
【０００４】
特許文献２には熱交換器を介して燃料電池装置から吸熱した冷却水の熱源を貯湯槽の加熱に利用するシステムが記載されている。特許文献２には更に貯湯槽の給湯設備に供給する系統に追い炊き用給湯器を設け、その追い炊き用給湯器をバーナで加熱している。
【０００５】
一方、燃料電池に水素リッチな改質ガスを供給する改質装置が特許文献３に記載されている。この改質装置は、燃料を燃焼して水蒸気を発生する水蒸気発生手段と、水蒸気発生手段で発生した水蒸気と原料ガスを混合した原料−水蒸気混合物を改質触媒の存在下に水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器を備えている。
【０００６】
改質器には外部加熱型と内部加熱型がある。外部加熱型はバーナ等の燃焼装置で発生した燃焼ガスで改質器の壁面を外部から加熱し、その壁を通して改質器内部に改質反応に必要な熱を供給する方式である。内部加熱型は改質器の原料供給側に酸化触媒を充填した部分酸化反応層を設け、そこに空気を供給して原料ガスの一部を酸化し、その酸化熱を改質反応に必要な熱として利用する方式である。したがって、内部加熱型の改質器を採用する場合は、バーナ等による燃焼装置は改質器に水蒸気を供給する水蒸気発生手段だけに用いられ、改質器の加熱は不要になるので、改質器の運転または休止と切り離して水蒸気発生手段の運転が可能である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−５６９０９号公報
【特許文献２】特開２００５−２９１６１５号公報
【特許文献３】特開２００４−１５５６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
燃料電池装置の排熱回収をする従来の給湯システムでは、燃料電池装置の運転中はその排熱を貯湯の熱源として利用できるが、燃料電池装置の休止中は燃料電池装置からの熱源供給も停止する。そこで例えば貯湯槽の貯湯を浴槽に供給するシステムでは、特許文献２のように貯湯をバーナ燃焼装置により加熱して追い炊きなどを行っている。しかしこのような方式は新たにバーナ燃焼装置を設ける必要があり、運転コストも増加するという問題がある。
【０００９】
そこで本発明はこのような従来の給湯システムにおける問題を解決することを課題とし、そのための新しい給湯システム及びその運転方法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】
【００１０】
前記課題を解決する本発明のコージェネ給湯システムは、改質装置と、改質装置で生成する水素リッチな改質ガスで発電する燃料電池装置と、貯湯装置とを備え、燃料電池装置の排熱を貯湯の熱源として利用するコージェネ給湯システムである。そして改質装置は、燃料を燃焼して水蒸気を発生する水蒸気発生手段と、水蒸気発生手段で発生した水蒸気と原料ガスを混合した原料−水蒸気混合物を改質触媒の存在下に水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器を備え、水蒸気発生手段で発生した水蒸気を前記貯湯の熱源として利用できるように構成されていることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
上記コージェネ給湯システムは、水蒸気から貯湯に熱交換器を介して熱源を供給するように構成することができる（請求項２）。
【００１２】
上記いずれかのコージェネ給湯システムは、貯湯装置の貯湯で浴槽の湯張りと追い炊きを行うように構成することができる（請求項３）。
【００１３】
さらに上記いずれかのコージェネ給湯システムは、前記貯湯装置に電熱ヒータを有する貯湯槽を設け、燃料電池装置で発電した電力を電熱ヒータの電源として供給するように構成することができる（請求項４）。
【００１４】
前記課題を解決する本発明のコージェネ給湯システムの運転方法は、改質装置と、改質装置で生成する水素リッチな改質ガスで発電する燃料電池装置と、貯湯装置とを備え、燃料電池装置の排熱を貯湯の熱源として利用するコージェネ給湯システムの運転方法である。そして、改質装置は燃料を燃焼して水蒸気を発生する水蒸気発生手段と、水蒸気発生手段で発生した水蒸気と原料ガスを混合した原料−水蒸気混合物を改質触媒の存在下に水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器を備え、
燃料電池装置の運転中は、水蒸気発生手段で発生した水蒸気を改質器に供給すると共に燃料電池装置の排熱を貯湯の熱源として利用し、
燃料電池装置の休止中は、水蒸気発生手段で発生する水蒸気を前記貯湯の熱源として利用することを特徴とする（請求項５）。
【００１５】
上記コージェネ給湯システムの運転方法は、貯湯装置に電熱ヒータを有する貯湯槽を設け、燃料電池装置で発電した電力を前記電熱ヒータの電源として供給することができる（請求項６）。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のコージェネ給湯システムは、請求項１に記載のように、改質装置は燃料を燃焼して水蒸気を発生する水蒸気発生手段と、水蒸気発生手段で発生した水蒸気と原料ガスを混合した原料−水蒸気混合物を改質触媒の存在下に水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器を備え、水蒸気発生手段で発生した水蒸気を前記貯湯の熱源として利用できるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
上記のように構成した本発明のコージェネ給湯システムを用いることにより、燃料電池装置の運転中は、水蒸気発生手段で発生した水蒸気を改質器に供給すると共に、燃料  電池装置の排熱を貯湯の熱源として利用し、燃料電池の休止中は、水蒸気発生手段で発生する水蒸気を前記貯湯の熱源として利用することができる。そのため従来のコージェネ給湯システムのように例えば追い炊き用として新たなバーナ燃焼装置を設ける必要がなくなるので、システムが簡単化し、設備コストや運転コストも低減する。
【００１８】
上記コージェネ給湯システムにおいて、請求項２に記載のように、水蒸気から熱交換器を介して貯湯に熱源を供給するように構成することができる。このように構成すると、例えば水蒸気がアンモニアを含有する場合であっても、給湯設備側の水系統はアンモニアが混入することなく、安全に湯の利用ができまた、アンモニアによる腐食対策が不要になるので、システムの長寿命化と高信頼性を得ることができる。
【００１９】
上記いずれかのコージェネ給湯システムにおいて、請求項３に記載のように、貯湯装置の貯湯で浴槽の湯張りと追い炊きを行うように構成することができる。このように構成すると、従来のような追い炊きのためのバーナ燃焼装置が不要になる。
【００２０】
さらに上記いずれかのコージェネ給湯システムにおいて、請求項４に記載のように、前記貯湯装置に電熱ヒータを有する貯湯槽を設け、前記燃料電池装置で発電した電力を前記電熱ヒータの電源として供給するように構成することができる。このように構成すると、燃料電池装置の発電量に余剰が生じた場合などに、その余剰電力を有効に利用することができる。
【００２１】
一方、本発明のコージェネ給湯システムの運転方法は、請求項５に記載のように、改質装置は燃料を燃焼して水蒸気を発生する水蒸気発生手段と、水蒸気発生手段で発生した水蒸気と原料ガスを混合した原料−水蒸気混合物を改質触媒の存在下に水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器を備え、燃料電池装置の運転中は、水蒸気発生手段で発生した水蒸気を改質器に供給すると共に、燃料電池装置の排熱を貯湯の熱源として利用し、燃料電池装置の休止中は、水蒸気発生手段で発生する水蒸気を前記貯湯の熱源として利用することを特徴とする。
本発明のコージェネ給湯システムの運転方法によれば、水蒸気発生手段を改質器への水蒸気供給と貯湯の熱源供給の両方に兼用できるので、設備コストや運転コストが低減する。
【００２２】
さらに上記運転方法において、請求項６に記載のように貯湯装置３として電熱ヒータ３４，３５を有する貯湯槽３０が設けられ、燃料電池装置２で発電した電力をその電熱ヒータ３４，３５の電源として供給することができる。
この運転方法によれば、貯湯の熱源をさらに増やすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、図面に基づいて本発明の最良の実施形態を説明する。図１は本発明のコージェネ給湯システムの１例を示すプロセスフロー図である。本実施形態のコージェネ給湯システムは改質装置１、燃料電池装置２および貯湯装置３を備えており、改質装置１は水蒸気発生手段４、混合手段５および内部加熱型の改質器６を備えている。
【００２４】
水蒸気発生手段４はバーナ燃焼部を有し、そのバーナ燃焼部に一方の配管７から燃料と、他方の配管８から燃焼用空気とが供給され、配管９から蒸発部に供給する純水等の補給水を燃焼により発生する高温ガスで加熱して水蒸気を発生する。蒸発部で発生した水蒸気は配管１０からエジェクター式などの混合器５に供給され、そこで配管１１から供給される原料ガスと混合され、得られた原料−水蒸気混合物は配管１２から改質器６に供給される。配管１０には水蒸気供給先の切換操作等のため遠隔操作可能な開閉弁１０ａ（以下に説明する各開閉弁も同様に遠隔操作可能な開閉弁とされる。）が設けられる。
【００２５】
水蒸気発生手段４に供給される燃料は都市ガスや天然ガス、燃料電池装置２から流出するアノード排ガス等を１種もしくは複数混合したものを選択して使用することができる。また改質用の原料ガスは炭化水素を含む各種のガス、例えばメタンガス、都市ガス、天然ガスまたは前記アノード排ガス等を１種もしくは複数混合したものを選択して使用することができる。
【００２６】
改質器６は前記のように内部加熱型の改質器であり、原料ガスの一部が内部に充填した酸化触媒の作用により、配管１３から供給される空気で酸化し、その酸化熱で改質触媒を改質温度に昇温する。そして改質器６に供給された原料−水蒸気混合物は改質触媒の作用により水蒸気改質し、生成する水素リッチな改質ガスは配管１４から燃料電池装置２を構成する燃料電池１５に供給される。なお改質器６には改質ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）を低減するためのシフト触媒層が設けられ、改質器６と燃料電池１５の間には図示しいＣＯ除去器やアンモニア除去器などが適宜設けられる。
【００２７】
燃料電池装置２は例えば固体高分子型の燃料電池１５と、燃料電池１５を冷却するための冷却水配管１６，１７、ポンプ１８および電池冷却水タンク１９を備え、燃料電池１５の電力出力側には電力切換手段２０が設けられる。なお電池冷却水タンク１９には補給水を供給する配管２１が接続されると共に、後述する貯湯装置３に連通する配管２２，２３が接続される。また電力切換手段２０は後述する制御装置１００からの制御信号により切換操作が行われる。
【００２８】
燃料電池１５は改質器６から供給される改質ガスと別途供給される空気中の酸素を反応させて発電し、発電した電力は切換スイッチ等の電力切換手段２０を経て電気設備や売電系統または後述する貯湯装置３の貯湯槽などに供給される。燃料電池１５の発熱は内部に設けた配管１６，１７により循環する冷却水で冷却される。すなわち冷却水はポンプ１８を運転することにより配管１６，１７、電池冷却水タンク１９を循環して冷却される。そして熱交換により温度上昇した電池冷却水タンク１９内の冷却水は、ポンプ５６を運転することにより配管２２，２３を介して貯湯装置３に循環されて貯湯の熱源として利用される。
【００２９】
貯湯装置３は貯湯槽３０、熱交換器３１，３２，３３を主要部として構成される。貯湯槽３０の内部上下にそれぞれ電熱ヒータ３４，３５が配置され、前記燃料電池装置２からの電力で貯湯を加熱できるようになっている。なお電熱ヒータの数は２個に限らず場合により１個または３個以上としてもよい。貯湯槽３０の底部には補給水供給用の配管３６が接続され、その配管３６に開閉弁３７が設けられる。一方、貯湯槽３０の頂部には浴槽７０の湯張り用の配管３８が接続され、その配管３８に三方切換弁３９が設けられる。さらに前記配管３６にはバイパス配管４０が接続され、そのバイパス配管４０に開閉弁４１が設けられる。そして開閉弁４１の下流側（図１に示す開閉弁４１の左側）に三方切換弁３９の一方の出口側接続部が配管４２を介して連通する。
【００３０】
前記バイパス配管４０から分岐した配管４３が三方切換弁４４の入口側接続部に接続され、三方切換弁４４の二つの出口側接続部は配管４５，４６を介してそれぞれ貯湯槽３０の上部と中間部に連通する。貯湯槽３０の上部と前記バイパス配管４０の下流側の間に熱交換器３３の加熱用の熱交換パイプに貯湯を循環するための配管４７が接続され、その配管４７に開閉弁４８，４９及びポンプ５０が設けられる。なお熱交換器３３の被加熱用の熱交換パイプは浴槽７０を循環する追い炊き用の配管５１が接続され、その配管５１にポンプ５２が設けられる。
【００３１】
補給水供給用の配管３６に設けた開閉弁３７と開閉弁４１の間から配管５３が分岐し、分岐した配管５３は前記熱交換器３２における被加熱用の熱交換パイプを経由してバイパス配管４０における開閉弁４１の下流側に合流し、その途中に開閉弁５４とポンプ５５が設けられる。なお熱交換器３２の加熱用の熱交換パイプは前記燃料電池装置２を構成する電池冷却水タンク１９からの配管２２，２３が連通し、配管２２にはポンプ５６が設けられ、配管２３には開閉弁５７が設けられる。
【００３２】
熱交換器３１の加熱用の熱交換パイプには前記水蒸気発生手段４の蒸発部で発生する水蒸気が流出する配管１０から分岐した配管５８ａと、熱交換後の凝縮水などの流体を水蒸気発生手段４の蒸発部に戻す配管５８が接続される。そして配管５８ａには開閉弁５９が設けられると共に点線で示す配管６０が分岐し、配管５８にはポンプ６１とアンモニア除去器６２が設けられる。なお配管６０は水蒸気発生手段４の余剰蒸気を例えば図示しない改質器出口に設けるアノード凝縮器、アンモニア除去器、アノード排ガス凝縮器等に供給し熱回収することを目的として設けられる。
【００３３】
次に、図１のコージェネ給湯システムの作用を説明する。図１に示す各開閉弁、各ポンプおよび電力切換手段２０は制御装置１００からの制御信号により遠隔操作される。制御装置１００は例えばコンピュータ装置やシーケンス装置で構成することができ、燃料電池装置２の運転−休止指令に基づいて、予め設定された制御プログラムを基に制御信号が出力される。先ず給湯装置３の運転開始に際しては、制御装置１００からの制御信号により開閉弁３７が開き、開閉弁４１が閉じた状態とされ、貯湯槽３０に補給水が所定量供給される。
【００３４】
燃料電池装置２の運転中は、水蒸気発生手段４で発生する水蒸気は改質器６に供給される。すなわち制御装置１００の制御信号により、開閉弁１０ａが開き、開閉弁５９が閉じた状態とされ、水蒸気発生手段４からの水蒸気が配管１０から混合器５を経て改質器６に供給される。改質器６で生成した改質ガスは配管１４から燃料電池１５に供給され、燃料電池１５の発電電力は電力切換手段２０により適宜電力設備または貯湯槽３０の電熱ヒータ３４，３５などの電源として供給される。
【００３５】
さらに、燃料電池装置２の運転中は、制御装置１００からの制御信号により給湯装置３における開閉弁５７が開き、ポンプ５６が運転されて燃料電池装置２からの吸熱により昇温した冷却水が熱交換器３２に循環する。それと共に制御装置１００からの制御信号により開閉弁３７が閉じ、開閉弁５４が開いた状態となり、ポンプ５５が運転され、三方切換弁４４が配管４３と配管４５を連通した状態に切換られる。それによって貯湯槽３０の水は配管５３，４３および４５を通って循環しながら熱交換器３２で加熱、すなわち燃料電池１５の排熱による貯湯の昇温操作もしくは温度維持操作が行われる。なお貯湯槽３０の貯湯の加熱時間を短縮するため、あるいは燃料電池の排熱量が不十分なときは、適宜電力切換手段２０から伝熱ヒータ３４，３５に電源を供給することもできる。
【００３６】
貯湯槽３０の上部領域の貯湯温度が予め設定した範囲まで上昇したとき、その温度は図示しない温度検出器で検出されて制御装置１００に伝達される。すると制御装置１００は三方切換弁４４に制御信号を出力し、三方切換弁４４を配管４３と配管４５の連通状態から、配管４３と配管４６の連通状態に切り換える。ここで、基本的に貯湯槽３０は内部対流が実質的に発生しないように工夫されているが、この切換操作によって熱交換器３２で加熱される貯湯が貯湯槽３０に流入する位置が高温の上部領域からそれより低温の中間領域に切り換えられ、対流がより抑制されて貯湯槽３０の貯湯加熱効率を高めることができる。なお、三方切換弁４４を連続開度調整可能な三方調整弁とし、制御装置１００からその開度を調整して、貯湯が貯湯槽３０に流入する位置配分を貯湯槽３０の上部温度の変化に応じて比例的に変化させることもできる。
【００３７】
上記の操作により貯湯槽３０の貯湯温度が所定レベルに達した後は、いつでも給湯設備である浴槽７０の湯張りや追い炊き操作が可能になるが、それら湯張りや追い炊き操作を行っている間も熱交換器３２による加熱操作と配管３６からの補給水供給操作により貯湯槽３０の貯湯の水位と温度を所定レベルに維持することができる。
【００３８】
浴槽７０の湯張り操作を行うときは、制御装置１００からの制御信号により、三方切換弁３９を貯湯槽３０と浴槽７０が連通するように切換えられ、貯湯槽３０の貯湯が浴槽７０に供給される。浴槽７０の湯が予め設定された水位に達したら、その水位検出信号が制御装置１００に伝送され、制御装置１００はその検出信号を受けて三方切換弁３９に制御信号を出力し、湯張り操作を停止する。
【００３９】
浴槽７０の追い炊き操作を行うときは、制御装置１００からの制御信号により、開閉弁４８が開き、ポンプ５０、５２が運転される。これらの操作により貯湯槽３０の貯湯が配管４７から熱交換器３３の加熱用の熱交換パイプを通り、配管４３に戻る経路で循環し、浴槽７０の湯が配管５１と熱交換器３３の被加熱用の熱交換パイプを通って循環し、浴槽７０の湯は貯湯を熱源として追い炊きされる。
【００４０】
燃料電池装置２が休止中は、制御装置１００からの制御信号により、開閉弁５７が閉じ、ポンプ５６が停止状態となり、一方、開閉弁５４を開き、ポンプ５５が作動状態となり、燃料電池１５の排熱を利用した熱交換器３２による貯湯の加熱操作が停止される。一方、制御装置１００からの制御信号により、開閉弁５９が開き、ポンプ６１が運転されて、水蒸気発生手段４で発生した水蒸気が配管５８ａから熱交換器３１の加熱用熱交換パイプに流入し，熱交換後の流体が配管５８を経て水蒸気発生手段４の水蒸気発生部に戻る水蒸気循環による加熱操作が開始され、配管５３から熱交換器３１の被加熱用の熱交換パイプを通る貯湯槽３０の貯湯が加熱される。
【００４１】
すなわち燃料電池装置２が休止時には貯湯槽３０の貯湯を昇温する熱源が熱交換器３２から熱交換器３１に切り替わる。なお本実施形態では、水蒸気系統に原料ガス由来のアンモニアが含まれている場合を考慮し、配管５８に水吸収式などのアンモニア除去器６２が設けられている。ポンプ５５あるいはポンプ５２は、湯の温度差による自然対流を利用することにより省略してもよい。
【００４２】
燃料電池装置２が休止中における浴槽７０の湯張り操作や追い炊き操作は、前記の燃料電池装置２の運転中における操作と同じなので、その説明は省略する。
【００４３】
図２は図１における熱交換器３１と熱交換器３２の組み合わせ状態を変化させた実施形態を示す部分図であり、システムにおけるそのほかの部分は図１と同様に構成される。図１に示す熱交換器３２の被熱交換用の熱交換パイプは熱交換器３１の被加熱用の熱交換パイプと共用になっている。すなわち図１に示す熱交換器３２は２つの熱交換器を一体的に構成した熱交換装置であるが、それに対して図２の例は熱交換器３１と３２を別体とした熱交換装置とされる。
【００４４】
図２のように別体型の熱交換装置とした場合は、熱交換器のケーシングは２つになるが、水蒸気発生手段４で発生する例えば１００℃程度の水蒸気温度と燃料電池装置２から供給される例えば８０℃程度の冷却水温度の温度的な干渉を排除し、それぞれの機能をフルに発揮できるという利点がある。
【００４５】
図３は本発明のコージェネ給湯システムの他の例を示すプロセスフロー図である。図３の例が図１の例と異なる部分は、図１で設けられている熱交換器３１を省略し、その代わりに貯湯槽３０の内部に熱交換用の熱交換パイプ３１ａを配置したことであり、そのほかの部分は図１と同様に構成される。従って図１と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。なお図３の改質装置１と燃料電池装置２の構成も図１の改質装置１と同様なので、改質装置１の構成は省略して示し、燃料電池装置２は図面には省略されている。
【００４６】
図３の例において、燃料電池の運転中における燃料電池装置２の排熱を利用した貯湯の昇温操作、および貯湯槽３０の貯湯を利用した浴槽７０の湯張り操作と追い炊き操作は図１の例と同様にされる。一方、燃料電池の休止中は、図示しない制御装置１００からの制御信号により、開閉弁５９が開き、ポンプ６１が運転され、それによって改質装置１の水蒸気発生手段４で発生する水蒸気が配管５８ａから貯湯槽３０内に配置した熱交換パイプ３１ａを通り、配管５８から水蒸気発生手段４に戻る。このように水蒸気が熱交換パイプ３１ａを通ることにより貯湯槽３０の貯湯が加熱されるので、燃料電池の休止中も浴槽７０の湯張り操作と追い炊き操作が随時可能になる。
【００４７】
図４は本発明のコージェネ給湯システムのさらに他の例を示すプロセスフロー図である。図４の例は図３の変形例であり、図３の例と異なる部分は、改質装置１を貯湯槽３０の内部に配置したことであり、そのほかは図３の例と同様に構成される。従って、図３と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
水蒸気発生手段４、混合器５、内部加熱型の改質器６などを主要部として構成した改質装置１は水密性の蓋付の容器（もしくはカートリッジ）内に収容され、その容器が貯湯槽３０の内部に配置され、配管や配線類はパイプに収容されて容器から貯湯槽３０を経て外部に連通する。
【００４９】
このように改質装置１を貯湯槽３０の内部に配置すると、水蒸気発生手段４や改質器６などから周囲に放散される熱が貯湯槽３０の貯湯に伝達され、それを加熱することができるので、総合的な熱効率もしくはシステム効率が高まるという利点がある。
【００５０】
図４の例において、燃料電池の運転中における燃料電池装置２の排熱を利用した貯湯の昇温操作、貯湯槽３０の貯湯を利用した浴槽７０の湯張り操作と追い炊き操作は図３の例と同様になされる。一方、燃料電池の休止中は、図示しない制御装置１００からの制御信号により、開閉弁５９が開き、ポンプ６１が運転され、それによって改質装置１の水蒸気発生手段４で発生する水蒸気が貯湯槽３０内に配置した熱交換パイプ３１ａを通り、配管５８ａから配管５８を経て水蒸気発生手段４に戻る。このように水蒸気が熱交換パイプ３１ａを通ることにより、貯湯槽３０の貯湯が加熱されて昇温するので、燃料電池の休止中も図３の例と同様に浴槽７０の湯張り操作と追い炊き操作が随時可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のコージェネ給湯システム及びその運転方法は、水素リッチな改質ガスで発電する燃料電池と貯湯槽を備え、燃料電池の排熱を貯湯の熱源として利用するコージェネ給湯システム及びその運転方法に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明のコージェネ給湯システムの１例を示すプロセスフロー図。
【図２】図１における第１の熱交換器３１と第２の熱交換器３２の組み合わせ状態を変化させた実施形態を示す部分図。
【図３】本発明のコージェネ給湯システムの他の例を示すプロセスフロー図。
【図４】本発明のコージェネ給湯システムのさらに他の例を示すプロセスフロー図。
【符号の説明】
【００５３】
１  改質装置
２  燃料電池装置
３  貯湯装置
４  水蒸気発生手段
５  混合手段
６  改質器
７〜１４  配管
１０ａ  開閉弁
１５  燃料電池
【００５４】
１６，１７  配管
１８  ポンプ
１９  電池冷却水タンク
２０  電力切換手段
２１，２２，２３  配管
３０  貯湯槽
３１〜３３  熱交換器
３１ａ  熱交換パイプ
３４，３５  電熱ヒータ
【００５５】
３６  配管
３７  開閉弁
３８  配管
３９  三方切換弁
４０  バイパス配管
４１  開閉弁
４２，４３  配管
４４  三方切換弁
４５〜４７  配管
４８，４９  開閉弁
【００５６】
５０  ポンプ
５１  配管
５２  ポンプ
５３  配管
５４  開閉弁
５５，５６  ポンプ
５７  開閉弁
５８  配管
５８ａ  配管
５９  開閉弁
【００５７】
６０  配管
６１  ポンプ
６２  アンモニア除去器
７０  浴槽
１００  制御装置
【図１】
2009135023.tif 000003
【図２】
2009135023.tif 000004
【図３】
2009135023.tif 000005
【図４】
2009135023.tif 000006