JP2011233378A - Fuel cell hot-water supply system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell hot-water supply system which can secure water to be used in a fuel cell unit from a source other than the fuel cell unit without consuming additional energy.SOLUTION: A fuel cell unit 2 includes a water tank 71 storing drain water, as water for steam reforming, recovered by a heat exchanger 6 for exhaust heat recovery. A latent heat recovery-type heat source unit is used as an auxiliary heat source unit 12 for auxiliary heating when a hot water storage temperature is low in a hot water storage tank 8 of a hot water storage unit 3, and a drain water supply circuit 4 is disposed for supplying generated drain water to the water tank 71 in the fuel cell unit 2. A drain pump 43 is controlled so as to operate when a water level of the water tank 71 has lowered or when the drain tank 41 has become full. It is possible to additionally supply drain water from the auxiliary heat source unit 12 to the water tank 71.

Description

本発明は、燃料電池ユニットと、この燃料電池ユニットから排熱を回収して貯湯する貯湯ユニットとからなる燃料電池給湯システムに関し、特に貯湯ユニットの側からドレン水を供給することにより燃料電池ユニットの側で使用される水を十分に確保するための技術に係る。   The present invention relates to a fuel cell hot water supply system comprising a fuel cell unit and a hot water storage unit that collects exhaust heat from the fuel cell unit and stores hot water, and in particular, by supplying drain water from the hot water storage unit side. It relates to the technology to ensure sufficient water used on the side.

従来、熱電併給装置から発生する熱を湯として貯湯タンクに貯湯し、この貯湯を台所や風呂等の給湯先への給湯や温水暖房の熱源用温水に利用することが行われており、その際、給湯等に必要な熱が貯湯では賄えないときには、潜熱回収式の補助熱源機を用いて補助加熱するようにしたシステムが提案されている（例えば特許文献１参照）。   Conventionally, heat generated from a combined heat and power supply device is stored in hot water storage tanks as hot water, and this hot water is used for hot water supply to hot water supply destinations such as kitchens and baths and hot water for hot water heating. In addition, a system has been proposed in which auxiliary heating is performed using a latent heat recovery type auxiliary heat source device when the hot water storage cannot provide heat necessary for hot water supply or the like (see, for example, Patent Document 1).

特開２００９−２３６４１１号公報JP 2009-236411 A

ところで、燃料電池による発電の際に発生する排ガスから排熱回収して貯湯ユニットに貯湯する一方、その排熱回収の際に発生するドレン水（凝縮水）を原料にして水処理することにより燃料電池による発電に用いるようにすることが行われている。例えば、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ；Solid Oxide Fuel Cells）においては、炭化水素系の燃料に対し水蒸気を高温状況下で反応させて水素と一酸化炭素に変換させる水蒸気改質が行われており、この水蒸気改質に上記のドレン水が用いられる。しかしながら、この水蒸気改質に用いる水蒸気として利用するための水の確保が不十分になると、種々の不都合が生じることが予想される。   By the way, exhaust heat is recovered from the exhaust gas generated during power generation by the fuel cell and stored in the hot water storage unit. On the other hand, the drain water (condensed water) generated during the exhaust heat recovery is used as a raw material for water treatment. It is used for power generation by a battery. For example, in solid oxide fuel cells (SOFCs), steam reforming is performed in which steam is reacted with hydrocarbon fuel under high temperature conditions to convert it into hydrogen and carbon monoxide. The drain water is used for the steam reforming. However, it is expected that various inconveniences will arise if the water used for the steam reforming is insufficient.

例えば図２に燃料電池ユニットに貯湯ユニット１００を併設したシステムを例示するように、燃料電池ユニット１０１の側では排熱回収用熱交換器１０２で生じたドレン水を水タンク１０３に貯留し、これを水処理した上で燃料電池１０４での水蒸気改質に利用する一方、貯湯ユニット１００の側では上記の排熱回収用熱交換器１０２に対し貯湯タンク１０５内の冷たい水を循環供給して排ガスの排熱により熱交換加熱した上で貯湯タンク１０５に戻して貯湯されることになる。   For example, as illustrated in FIG. 2 in which a fuel cell unit is provided with a hot water storage unit 100, the drain water generated in the heat exchanger 102 for exhaust heat recovery is stored in the water tank 103 on the fuel cell unit 101 side. Water is used for steam reforming in the fuel cell 104, while the hot water storage unit 100 circulates and supplies the cold water in the hot water storage tank 105 to the exhaust heat recovery heat exchanger 102 to exhaust gas. After the heat exchange is heated by the exhaust heat, the hot water is returned to the hot water storage tank 105 and stored.

ところが、上記排熱回収用熱交換器１０２を水蒸気改質用水の確保のためのドレン水回収用熱交換器として機能させているため、排ガスと熱交換するために貯湯ユニット１００から循環供給される貯湯タンク１０５内の湯水が十分に低温である必要がある。このため、貯湯タンク１０５内の湯水がそれまでの排熱回収により比較的高温になっている場合には、冷却用のラジエータ１０６を作動させて排熱回収用熱交換器に循環供給される湯水の温度を低下させるという作動制御を行う必要があり、このためのエネルギー消費（電力消費）が必要となる。   However, since the heat exchanger for exhaust heat recovery 102 functions as a drain water recovery heat exchanger for securing steam reforming water, it is circulated and supplied from the hot water storage unit 100 to exchange heat with the exhaust gas. The hot water in the hot water storage tank 105 needs to be sufficiently low in temperature. For this reason, when the hot water in the hot water storage tank 105 has become relatively hot due to the exhaust heat recovery so far, the hot water is circulated and supplied to the exhaust heat recovery heat exchanger by operating the cooling radiator 106. It is necessary to perform operation control to lower the temperature of the battery, and energy consumption (power consumption) for this purpose is required.

その一方、ドレン水の回収が不十分であると、水蒸気改質用の水の枯渇を招き、燃料電池１０４そのものに不都合を発生しかねない事態を招くおそれがある上に、燃料電池１０４の劣化を促進させる可能性も考えられる。   On the other hand, if the drain water is not sufficiently recovered, the water for steam reforming may be depleted, which may lead to a situation that may cause problems for the fuel cell 104 itself, and the deterioration of the fuel cell 104 may occur. There is a possibility of promoting this.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、新たなエネルギー消費を招くことなく、燃料電池ユニットで使用する水を燃料電池ユニット以外からも確保し得る燃料電池給湯システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to secure water used in the fuel cell unit from other than the fuel cell unit without incurring new energy consumption. The object is to provide a fuel cell hot water supply system.

上記目的を達成するために、本発明では、燃料電池を備えた燃料電池ユニットと、燃料電池の排熱を熱源とする排熱回収により貯湯として貯湯タンクに蓄熱して給湯等に利用する貯湯ユニットとを備えた燃料電池給湯システムを対象にして、次の特定事項を備えることとした。上記貯湯ユニットに補助熱源機として潜熱回収型熱源機を備えることとし、上記補助熱源機の運転作動により生じるドレン水を回収しこのドレン水を燃料電池ユニットでの使用水として燃料電池ユニットに供給するドレン水供給回路を備えることとした（請求項１）。   In order to achieve the above object, in the present invention, a fuel cell unit provided with a fuel cell, and a hot water storage unit that stores heat in a hot water storage tank as hot water storage by exhaust heat recovery using the exhaust heat of the fuel cell as a heat source and uses it for hot water supply or the like The following specific items were provided for a fuel cell hot water supply system equipped with: The hot water storage unit is provided with a latent heat recovery type heat source device as an auxiliary heat source device, and drain water generated by operation of the auxiliary heat source device is recovered and supplied to the fuel cell unit as water used in the fuel cell unit. A drain water supply circuit is provided (claim 1).

この発明の場合、ドレン水供給回路によって、燃料電池ユニットに対し、貯湯ユニットの補助熱源機で発生するドレン水の供給が可能となる。このため、燃料電池ユニットでの例えば水蒸気改質等での使用水として、同じシステム内の燃料電池ユニット以外の他のユニットからの供給水により確保することが可能となる。これにより、燃料電池ユニットで本来は排熱回収に伴い生じるドレン水の回収により燃料電池ユニットでの使用水を確保していたものの、ドレン水供給回路からのドレン水供給が追加されることで、その分、排熱回収に伴うドレン水回収の必要性が低減し、貯湯タンク内の貯湯温度が設定温度よりも高くても、例えば冷却用ラジエータ等により冷却作動させる必要性が低くなり、その駆動のための電力エネルギー消費の低減化が図られることになる。これにより、新たなエネルギー消費を招くことなく全体としての効率アップが図り得ることになる。   In the case of this invention, the drain water supply circuit can supply the drain water generated by the auxiliary heat source unit of the hot water storage unit to the fuel cell unit. For this reason, it becomes possible to secure the water used in, for example, steam reforming in the fuel cell unit by supplying water from other units other than the fuel cell unit in the same system. As a result, the water used in the fuel cell unit has been secured by collecting the drain water originally generated in the exhaust heat recovery in the fuel cell unit, but by adding the drain water supply from the drain water supply circuit, As a result, the need for drain water recovery due to exhaust heat recovery is reduced, and even if the hot water storage temperature in the hot water storage tank is higher than the set temperature, the need for cooling operation by a cooling radiator, for example, is reduced, and the drive Therefore, reduction of power energy consumption for the purpose will be achieved. As a result, overall efficiency can be improved without incurring new energy consumption.

本発明において、上記ドレン水供給回路に、ドレン水供給路と、このドレン水供給路を通してドレン水を燃料電池ユニットの側に圧送するためのドレンポンプとを備えることができる（請求項２）。このようにすることにより、ドレン水供給に係る構成を具体化し得ることになる。又、上記ドレンポンプを作動制御する制御手段を備える一方、上記ドレン水供給回路にドレン水を貯留するドレンタンクを備え、燃料電池ユニットに上記ドレン水供給回路から供給されるドレン水を燃料電池での使用水として貯留する水タンクを備えるようにし、上記制御手段として、上記水タンク内の貯留水位、あるいは、上記ドレンタンク内の貯留水位に応じて、上記ドレンポンプを作動制御する構成とすることができる（請求項３）。このようにすることにより、燃料電池ユニットの水タンク内の貯留水位を適正量以上に維持させることが可能となり、燃料電池ユニットの側での発電等の運転を安定的に継続させることが可能となる。例えば、水タンク内の貯留水位が低下すればドレンポンプを作動制御してドレンタンクからドレン水を供給したり、ドレンタンク内の貯留水位が満水状態になればドレンポンプを作動制御してドレンタンクからドレン水を供給したりすることにより、燃料電池ユニット側の水タンクでの水量確保と、貯湯ユニット側のドレンタンクでの満水によるオーバーフロー回避等の不都合発生回避との双方の課題を解決し得ることになる。   In the present invention, the drain water supply circuit may be provided with a drain water supply path and a drain pump for pumping the drain water to the fuel cell unit through the drain water supply path (Claim 2). By doing in this way, the structure which concerns on drain water supply can be actualized. The drain water supply circuit includes a drain tank for storing drain water, and the fuel cell unit supplies drain water supplied from the drain water supply circuit to the fuel cell. A water tank that stores the used water as the water used, and the control means is configured to control the operation of the drain pump according to the stored water level in the water tank or the stored water level in the drain tank. (Claim 3). By doing so, it becomes possible to maintain the stored water level in the water tank of the fuel cell unit at an appropriate level or more, and it is possible to stably continue operation such as power generation on the fuel cell unit side. Become. For example, if the stored water level in the water tank decreases, the drain pump is controlled to supply drain water from the drain tank, or if the stored water level in the drain tank becomes full, the drain pump is controlled to operate. By supplying drain water from the tank, it is possible to solve both problems of securing the amount of water in the water tank on the fuel cell unit side and avoiding inconvenience such as overflow avoidance due to full water in the drain tank on the hot water storage unit side It will be.

さらに、本発明において、上記ドレン水供給路を、貯湯ユニットから燃料電池ユニットに対し排熱回収のために配管される循環管路の内の少なくとも熱回収後の湯が戻される管路に添わせて配設することができる（請求項４）。このようにすることにより、熱回収後の湯の熱によりドレン水供給路も保温され、特に冬期等におけるドレン水供給路の凍結防止が図られ、この結果、凍結防止のための電気ヒータ等の設置を省略したり、電気ヒータ自体のみならず、その駆動のための電気エネルギー消費の低減化又は全廃させたりし得ることになる。   Furthermore, in the present invention, the drain water supply path is attached to at least one of the circulation pipes piped for exhaust heat recovery from the hot water storage unit to the fuel cell unit to which hot water after heat recovery is returned. (Claim 4). By doing so, the drain water supply path is also kept warm by the heat of the hot water after heat recovery, and in particular, the drain water supply path is prevented from freezing in winter and the like. Installation can be omitted, and not only the electric heater itself but also electric energy consumption for driving can be reduced or eliminated.

以上、説明したように、本発明の燃料電池給湯システムによれば、ドレン水供給回路によって、燃料電池ユニットに対し、貯湯ユニットの補助熱源機で発生するドレン水を供給することができ、このため、燃料電池ユニットでの例えば水蒸気改質等での使用水として、同じシステム内の燃料電池ユニット以外の他のユニットからの供給水により確保することができるようになる。これにより、燃料電池ユニットで本来は排熱回収に伴い生じるドレン水の回収により燃料電池ユニットでの使用水を確保していたものの、ドレン水供給回路からのドレン水供給が追加されることで、その分、排熱回収に伴うドレン水回収の必要性が低減し、貯湯タンク内の貯湯温度が設定温度よりも高くても、例えば冷却用ラジエータ等により冷却作動させる必要性が低くなり、その駆動のための電力エネルギー消費の低減化を図ることができることになる。これにより、新たなエネルギー消費を招くことなく全体としての効率アップを図ることができるようになる。   As described above, according to the fuel cell hot water supply system of the present invention, the drain water generated by the auxiliary heat source unit of the hot water storage unit can be supplied to the fuel cell unit by the drain water supply circuit. The water used for, for example, steam reforming in the fuel cell unit can be secured by the supply water from other units other than the fuel cell unit in the same system. As a result, the water used in the fuel cell unit has been secured by collecting the drain water originally generated in the exhaust heat recovery in the fuel cell unit, but by adding the drain water supply from the drain water supply circuit, As a result, the need for drain water recovery due to exhaust heat recovery is reduced, and even if the hot water storage temperature in the hot water storage tank is higher than the set temperature, the need for cooling operation by a cooling radiator, for example, is reduced, and the drive Therefore, it is possible to reduce the consumption of electric power energy. As a result, overall efficiency can be improved without incurring new energy consumption.

特に請求項２によれば、ドレン水供給回路としてドレン水供給路とドレンポンプとを備えたものとすることで、ドレン水供給に係る構成を具体化することができ、又、請求項３によれば、そのドレンポンプを制御手段により水タンクの貯留水位又はドレンタンクの貯留水位に応じて作動制御することで、燃料電池ユニットの水タンク内の貯留水位を適正量以上に維持させることができ、燃料電池ユニットの側での発電等を安定的に継続させることができるようになる。   In particular, according to claim 2, by providing a drain water supply path and a drain pump as the drain water supply circuit, the configuration relating to the drain water supply can be embodied, and in claim 3, According to this, by controlling the operation of the drain pump according to the stored water level of the water tank or the stored water level of the drain tank by the control means, the stored water level in the water tank of the fuel cell unit can be maintained at an appropriate amount or more. As a result, power generation and the like on the fuel cell unit side can be continued stably.

さらに、請求項４によれば、ドレン水供給路を排熱回収用の循環管路の内の少なくとも熱回収後の湯が戻される管路に添わせて配設することで、熱回収後の湯の熱によりドレン水供給路を保温することができ、特に冬期等におけるドレン水供給路の凍結防止を図ることができる。この結果、凍結防止のための電気ヒータ等の設置を省略したり、電気ヒータ自体のみならず、その駆動のための電気エネルギー消費の低減化又は全廃させたり、することができるようになる。   Furthermore, according to the fourth aspect, the drain water supply passage is disposed along the conduit to which at least the hot water after the heat recovery is returned in the exhaust heat recovery circulation conduit, so that The drain water supply path can be kept warm by the heat of the hot water, and in particular, the drain water supply path can be prevented from freezing in winter. As a result, installation of an electric heater or the like for preventing freezing can be omitted, and consumption of electric energy not only for the electric heater itself but also for driving it can be reduced or eliminated.

本発明の燃料電池給湯システムの実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows embodiment of the fuel cell hot-water supply system of this invention. 本発明の課題を示すための燃料電池給湯システムの例を示す図１対応図である。FIG. 2 is a diagram corresponding to FIG. 1 illustrating an example of a fuel cell hot water supply system for illustrating the problems of the present invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池給湯システムを示す。この燃料電池給湯システムは、燃料電池ユニット２と、貯湯ユニット３と、貯湯ユニット３から燃料電池ユニット２に対しドレン水を回収して供給するドレン水供給回路４とを備えたものである。以下、燃料電池ユニット２が固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）により構成された場合を例にして、後述の水タンク７１の水を水蒸気改質用の水として使用する場合について説明する。   FIG. 1 shows a fuel cell hot water supply system according to an embodiment of the present invention. This fuel cell hot water supply system includes a fuel cell unit 2, a hot water storage unit 3, and a drain water supply circuit 4 that collects and supplies drain water from the hot water storage unit 3 to the fuel cell unit 2. Hereinafter, a case where water in a water tank 71 described later is used as water for steam reforming will be described by taking as an example a case where the fuel cell unit 2 is configured by a solid oxide fuel cell (SOFC).

燃料電池ユニット２は、燃料電池５、排熱回収用熱交換器６、及び、水供給処理回路７を備えて構成されている。又、貯湯ユニット３は、貯湯タンク８、貯湯タンク８と上記排熱回収用熱交換器６との間で湯水を循環供給させる循環回路９、貯湯タンク８に外部からの給水を入水させる入水路１０、貯湯タンク８の頂部から給湯のために出湯させる出湯路１１、貯湯タンク８内の湯水が給湯に必要な温度よりも低温であるときに補助加熱する補助熱源機１２、及び、補助熱源機１２に貯湯タンク８から湯水を導入して補助加熱した上で出湯させる補助加熱出湯路１３を備えて構成されている。   The fuel cell unit 2 includes a fuel cell 5, an exhaust heat recovery heat exchanger 6, and a water supply processing circuit 7. The hot water storage unit 3 includes a hot water storage tank 8, a circulation circuit 9 that circulates and supplies hot water between the hot water storage tank 8 and the exhaust heat recovery heat exchanger 6, and a water inlet passage that allows water from the outside to enter the hot water storage tank 8. 10. Hot water outlet 11 for hot water supply for hot water supply from the top of the hot water storage tank 8, auxiliary heat source machine 12 for auxiliary heating when hot water in the hot water storage tank 8 is lower than the temperature required for hot water supply, and auxiliary heat source machine 12 is provided with an auxiliary heating hot water supply passage 13 for introducing hot water from the hot water storage tank 8 and performing auxiliary heating to discharge the hot water.

燃料電池５は、空気供給系５１や燃料ガス供給系５２が接続され、例えば都市ガスを原料にして水蒸気改質により水素リッチな燃料ガスにする改質器や、燃料電池セル等を備えたものである。燃料電池セルは、Ｎｉ等の金属酸化物を含有するセラミックスにより形成された燃料極や空気極を備え、電解質として例えばＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）等の固体酸化物により形成されたものである。そして、燃料電池セルではその空気極に対しカソード空気が供給されて、カソード空気の酸素が酸素イオンとなって電解質を通り、燃料極では燃料ガスの水素と反応して水（水蒸気）を生成する一方、その際に生じた電子が回路を通して空気極側に移動して酸素を再びイオン化するということを繰り返して発電される。燃料極に供給された燃料ガスは上記反応に利用された後、未利用の水素リッチなオフガスが改質器バーナでの燃焼用の燃料として利用され、その燃焼後の排ガスが排ガス通路６１を通して排熱回収用熱交換器６に導入されるようになっている。   The fuel cell 5 is connected to an air supply system 51 and a fuel gas supply system 52, and includes, for example, a reformer that converts a city gas into a hydrogen-rich fuel gas by steam reforming, a fuel cell, and the like. It is. The fuel battery cell includes a fuel electrode and an air electrode formed of ceramics containing a metal oxide such as Ni, and is formed of a solid oxide such as YSZ (yttrium stabilized zirconia) as an electrolyte. In the fuel cell, cathode air is supplied to the air electrode, oxygen in the cathode air becomes oxygen ions, passes through the electrolyte, and reacts with hydrogen of the fuel gas at the fuel electrode to generate water (water vapor). On the other hand, electricity generated at that time is repeatedly generated by moving to the air electrode side through the circuit and ionizing oxygen again. After the fuel gas supplied to the fuel electrode is used for the above reaction, unused hydrogen-rich off-gas is used as fuel for combustion in the reformer burner, and the exhaust gas after combustion is exhausted through the exhaust gas passage 61. It is introduced into the heat recovery heat exchanger 6.

排熱回収用熱交換器６は、排ガス通路６１から導入される排ガスを熱源として、貯湯ユニット３側の循環回路９から循環供給される水を熱交換加熱するようになっている。排ガスとの熱交換により加熱・昇温された湯が貯湯タンク８に戻されて貯留されることになる。これにより、排ガス通路６１から導入される排ガスからの排熱回収が図られて、その回収熱が貯湯タンク８に湯の状態で蓄熱されることになる。又、排熱回収用熱交換器６において上記の水との熱交換により排ガス中の水分が凝縮して発生したドレン水（凝縮水）が、ドレン水回収路６２を通して水タンク７１に回収されて貯留される一方、熱交換後の排ガスは排気通路６３を通して排出されるようになっている。   The heat exchanger 6 for exhaust heat recovery heats and heats the water circulated and supplied from the circulation circuit 9 on the hot water storage unit 3 side using the exhaust gas introduced from the exhaust gas passage 61 as a heat source. The hot water heated and heated by the heat exchange with the exhaust gas is returned to the hot water storage tank 8 and stored. Thereby, exhaust heat recovery from the exhaust gas introduced from the exhaust gas passage 61 is achieved, and the recovered heat is stored in the hot water storage tank 8 in the form of hot water. Also, drain water (condensed water) generated by condensation of moisture in the exhaust gas by heat exchange with the water in the exhaust heat recovery heat exchanger 6 is recovered in the water tank 71 through the drain water recovery path 62. On the other hand, the exhaust gas after heat exchange is discharged through the exhaust passage 63.

水供給処理回路７は、排熱回収用熱交換器６において排ガスに含まれる水分が凝縮したドレン水を回収し、その回収した水を純水に精製した上で、この純水を燃料電池５に供給して再利用するようになっている。すなわち、水供給処理回路７は、ドレン水を貯留する水タンク７１と、水タンク７１内の水を純水に精製処理する水処理部７２と、水処理した純水を水蒸気改質のために燃料電池５に供給するための供給ポンプ７３とを備えている。水タンク７１には、排熱回収用熱交換器６から上記のドレン水回収路６２を通して回収されるドレン水や、ドレン水供給回路４により供給されるドレン水が導入されて貯留されるようになっている。水タンク７１には水タンク７１内の貯留水位、特に設定低水位まで水位が低下したことを検出して後述のコントローラ１４に出力する水位検出手段としての水位センサ７１１が設置されている。なお、図１中の符号７４は排水路であり、この排水路７４はメンテナンス時や運転停止時に水タンク７１内のドレン水を中和処理した上で排水するようになっている。   The water supply processing circuit 7 collects drain water in which moisture contained in the exhaust gas is condensed in the heat exchanger 6 for exhaust heat recovery, purifies the recovered water into pure water, and uses the pure water as the fuel cell 5. It is designed to be reused. That is, the water supply processing circuit 7 includes a water tank 71 for storing drain water, a water treatment unit 72 for purifying the water in the water tank 71 into pure water, and the water-treated pure water for steam reforming. A supply pump 73 for supplying the fuel cell 5 is provided. In the water tank 71, the drain water recovered from the exhaust heat recovery heat exchanger 6 through the drain water recovery path 62 and the drain water supplied by the drain water supply circuit 4 are introduced and stored. It has become. The water tank 71 is provided with a water level sensor 711 as a water level detecting means for detecting that the stored water level in the water tank 71, in particular, the water level has dropped to the set low water level and outputting it to the controller 14 described later. Reference numeral 74 in FIG. 1 denotes a drainage channel, and the drainage channel 74 is drained after neutralizing drain water in the water tank 71 at the time of maintenance or operation stop.

次に貯湯ユニット３の側について説明すると、循環回路９には循環ポンプ９１及び冷却用ラジエータ９２が介装されている。循環ポンプ９１が作動されると、貯湯タンク８の底部から湯水が取り出された後、循環往き路９３を通して排熱回収用熱交換器６に送られ、この排熱回収用熱交換器６で排ガスとの熱交換により加熱されて高温になった湯水が循環戻り路９４を通して貯湯タンク８の頂部に戻されるように循環作動することになる。冷却用ラジエータ９２は、貯湯タンク８内の貯湯温度が排熱回収用熱交換器６に供給される排ガスの温度との関係で設定された設定上限温度よりも高くなると作動され、排熱回収用熱交換器６においてドレン水の回収が有効に行われるように循環湯水の温度を低下させるようになっている。これらの循環ポンプ９１の作動や、冷却用ラジエータ９２の作動は後述のコントローラ１４により制御されるようになっている。   Next, the hot water storage unit 3 side will be described. A circulation pump 91 and a cooling radiator 92 are interposed in the circulation circuit 9. When the circulation pump 91 is actuated, hot water is taken out from the bottom of the hot water storage tank 8 and then sent to the exhaust heat recovery heat exchanger 6 through the circulation forward passage 93. The exhaust heat recovery heat exchanger 6 exhausts the exhaust gas. The hot water heated to the high temperature by heat exchange with the water is circulated so as to be returned to the top of the hot water storage tank 8 through the circulation return path 94. The cooling radiator 92 is activated when the temperature of the hot water in the hot water storage tank 8 becomes higher than the set upper limit temperature set in relation to the temperature of the exhaust gas supplied to the exhaust heat recovery heat exchanger 6, and is used for exhaust heat recovery. In the heat exchanger 6, the temperature of the circulating hot water is lowered so that drain water is effectively collected. The operation of the circulation pump 91 and the operation of the cooling radiator 92 are controlled by a controller 14 described later.

又、補助熱源機１２は、潜熱回収型熱源機により構成され、燃焼バーナ１２１の燃焼熱（顕熱）により熱交換加熱する顕熱回収用熱交換器１２２に加えて、顕熱回収後の燃焼排ガスの潜熱をも回収して熱回収の高効率化を図るための潜熱回収用熱交換器１２３を備えたものである。貯湯タンク８から導出された湯水は、まず潜熱回収用熱交換器１２３に通されて排ガスの潜熱回収により予熱され、次に顕熱回収用熱交換器１２２に通されて熱交換加熱され、これにより、所定温度まで補助加熱された後に補助加熱出湯路１３を通して給湯のために出湯される。   The auxiliary heat source unit 12 is constituted by a latent heat recovery type heat source unit, and in addition to the sensible heat recovery heat exchanger 122 that performs heat exchange heating by the combustion heat (sensible heat) of the combustion burner 121, combustion after sensible heat recovery A latent heat recovery heat exchanger 123 is provided for recovering the latent heat of the exhaust gas to increase the efficiency of the heat recovery. The hot water led out from the hot water storage tank 8 is first passed through the latent heat recovery heat exchanger 123 and preheated by the latent heat recovery of the exhaust gas, and then passed through the sensible heat recovery heat exchanger 122 for heat exchange heating. Thus, after the auxiliary heating to the predetermined temperature, the hot water is discharged for hot water supply through the auxiliary heating hot water supply passage 13.

ドレン水供給回路４は、上記の潜熱回収用熱交換器１２３で排ガスとの熱交換により生じたドレン水を集水して貯留するドレンタンク４１と、このドレンタンク４１のドレン水をドレン水供給路４２を通して燃料電池ユニット２の側の水タンク７１に供給するドレンポンプ４３とを備えている。上記のドレンタンク４１にはドレンタンク４１内の貯留水位、特に設定高水位まで水位が上昇したことを検出して後述のコントローラ１４に出力する水位検出手段としての水位センサ４１１が設置されている。又、上記のドレン水供給路４２は、少なくとも燃料電池ユニット２と貯湯ユニット３との間に配管接続される範囲において、循環回路９の循環往き路９３及び循環戻り路９４に添わせた状態に配管されている。つまり、ドレン水供給路４２、循環往き路９３及び循環戻り路９４の３本の配管が互いに束ねられて一体にされた３本管４４により構成されている。これにより、特に循環戻り路９４内に流れる排熱回収後の高温になった湯水の熱で、冬期等におけるドレン水供給路４２の凍結防止を図るようにしている。この結果、凍結防止のための電気ヒータ等の設置を省略したり、電気ヒータ自体のみならず、その駆動のための電気エネルギー消費の低減化又は全廃させたりし得るというように省エネルギー化を実現することができる。なお、３本管にしなくても、少なくとも循環戻り路９４に添わせてドレン水供給路４２を配管するようにすればよいのである。   The drain water supply circuit 4 collects and stores the drain water generated by heat exchange with the exhaust gas in the latent heat recovery heat exchanger 123, and supplies the drain water from the drain tank 41 to the drain water. And a drain pump 43 that supplies the water tank 71 on the fuel cell unit 2 side through the passage 42. The drain tank 41 is provided with a water level sensor 411 serving as a water level detecting means for detecting that the stored water level in the drain tank 41, in particular, the water level has risen to the set high water level and outputting it to the controller 14 described later. In addition, the drain water supply path 42 is in a state where it is attached to the circulation forward path 93 and the circulation return path 94 of the circulation circuit 9 at least in a range where piping is connected between the fuel cell unit 2 and the hot water storage unit 3. It is piped. That is, the three pipes 44 are formed by bundling and integrating the three pipes of the drain water supply path 42, the circulation forward path 93, and the circulation return path 94. Thereby, in particular, the drain water supply passage 42 is prevented from freezing in winter or the like by the heat of hot water that has become hot after the exhaust heat recovery flowing in the circulation return passage 94. As a result, energy saving is realized such that installation of an electric heater or the like for preventing freezing can be omitted, or not only the electric heater itself but also electric energy consumption for driving can be reduced or eliminated. be able to. Even if the main pipe is not used, the drain water supply path 42 may be provided at least along the circulation return path 94.

燃料電池ユニット２、貯湯ユニット３及びドレン水供給回路４の各運転はコントローラ１４により作動制御されるようになっている。コントローラ１４は特にドレン水供給回路４の作動制御を行う制御手段としてのドレン水供給制御部１４１を備えている。このドレン水供給制御部１４１は、水タンク７１の水位センサ７１１からの水位検出信号及びドレンタンクの水位センサ４１１からの水位検出信号の出力を受けて、ドレンポンプ４３の作動制御を行うことにより、水タンク７１内の貯留量を適正量以上（設定水位以上）に維持・確保するようになっている。   Each operation of the fuel cell unit 2, the hot water storage unit 3 and the drain water supply circuit 4 is controlled by a controller 14. In particular, the controller 14 includes a drain water supply control unit 141 as control means for controlling the operation of the drain water supply circuit 4. This drain water supply control unit 141 receives the output of the water level detection signal from the water level sensor 711 of the water tank 71 and the water level detection signal from the water level sensor 411 of the drain tank, and controls the operation of the drain pump 43. The storage amount in the water tank 71 is maintained and secured at an appropriate amount or more (a set water level or more).

すなわち、ドレン水供給制御部１４１は、水位センサ７１１からの水位検出信号に基づいて水タンク７１の貯留水位が設定低水位まで低下したことが検出されると、ドレンポンプ４３を作動制御してドレンタンク４１からドレン水を水タンク７１に供給して水タンク７１の貯留水位を上昇させるようになっている。この場合、水位センサ７１１により水タンク７１内が設定高水位まで上昇したこと、あるいは、水位センサ４１１によりドレンタンク４１内が設定低水位まで低下したことが検出されれば、ドレンポンプ４３の作動を停止させるようになっている。一方、ドレン水供給制御部１４１は、水位センサ４１１からの水位検出信号に基づいてドレンタンク４１の貯留水位が設定高水位まで上昇したことが検出されると、上記と同様に、ドレンポンプ４３を作動制御してドレンタンク４１からドレン水を水タンク７１に供給するようになっている。この場合、水位センサ４１１によりドレンタンク４１内が設定低水位まで低下したこと、あるいは、水位センサ７１１により水タンク７１内が設定高水位まで上昇したことが検出されれば、ドレンポンプ４３の作動を停止させるようになっている。以上により、燃料電池ユニット２側の水タンク７１での水量確保と、貯湯ユニット３側のドレンタンク４１での満水によるオーバーフロー回避等の不都合発生回避との双方を実現することができるようになる。   That is, when it is detected that the stored water level in the water tank 71 has decreased to the set low water level based on the water level detection signal from the water level sensor 711, the drain water supply control unit 141 controls the operation of the drain pump 43 to Drain water is supplied from the tank 41 to the water tank 71 to raise the stored water level of the water tank 71. In this case, if the water level sensor 711 detects that the inside of the water tank 71 has risen to the set high water level or the water level sensor 411 detects that the inside of the drain tank 41 has fallen to the set low water level, the operation of the drain pump 43 is performed. It is supposed to stop. On the other hand, when it is detected that the stored water level of the drain tank 41 has risen to the set high water level based on the water level detection signal from the water level sensor 411, the drain water supply control unit 141 controls the drain pump 43 in the same manner as described above. The operation is controlled so that drain water is supplied from the drain tank 41 to the water tank 71. In this case, if the water level sensor 411 detects that the inside of the drain tank 41 has been lowered to the set low water level, or if the water level sensor 711 has detected that the inside of the water tank 71 has risen to the set high water level, the operation of the drain pump 43 is performed. It is supposed to stop. As described above, it is possible to realize both of securing the amount of water in the water tank 71 on the fuel cell unit 2 side and avoiding inconvenience such as overflow avoidance due to full water in the drain tank 41 on the hot water storage unit 3 side.

以上の実施形態の場合、燃料電池ユニット２の水タンク７１に対し、排熱回収用熱交換器６からのドレン水回収という燃料電池ユニット２の側における水確保のみならず、貯湯ユニット３の補助熱源機１２で発生するドレン水をも供給可能にして燃料電池ユニット２以外で燃料電池給湯システムを構成する貯湯ユニット３の側からの水確保をも追加することができ、燃料電池ユニット２の水蒸気改質に利用する水として同じシステム内で十分なものを確保することができるようになる。このような補助熱源機１２からもドレン水供給が追加されることに伴い、その分、排熱回収用熱交換器６からのドレン水回収の必要性が低減し、貯湯タンク８内の貯湯温度が設定温度よりも高くても、冷却用ラジエータ９２を作動させる必要性が低くなり、その駆動のための電力消費の低減化を図ることができる。これにより、全体としての効率アップを図ることができるようになる。しかも、ドレン水供給制御部１４１によるドレンポンプ４３の作動制御によって、水タンク７１内の貯留水位を適正量以上に維持させることができ、これにより、燃料電池ユニット２の側での発電等の運転を安定的に継続させることができるようになる。   In the case of the above embodiment, the water tank 71 of the fuel cell unit 2 not only secures water on the fuel cell unit 2 side, that is, drain water recovery from the exhaust heat recovery heat exchanger 6, but also assists the hot water storage unit 3. It is also possible to supply drain water generated by the heat source unit 12 and to secure water from the hot water storage unit 3 side constituting the fuel cell hot water supply system other than the fuel cell unit 2. Sufficient water can be secured in the same system as water used for reforming. As the drain water supply is added from the auxiliary heat source unit 12 as well, the necessity for drain water recovery from the exhaust heat recovery heat exchanger 6 is reduced correspondingly, and the hot water storage temperature in the hot water storage tank 8 is reduced. Even if the temperature is higher than the set temperature, the necessity of operating the cooling radiator 92 is reduced, and the power consumption for driving can be reduced. As a result, the overall efficiency can be improved. In addition, by controlling the operation of the drain pump 43 by the drain water supply control unit 141, the stored water level in the water tank 71 can be maintained at an appropriate amount or more, and thereby operation such as power generation on the fuel cell unit 2 side can be performed. Can be continued stably.

＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、燃料電池ユニット２が固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）により構成された場合を例にして、水タンク７１の水が水蒸気改質用の水として使用される場合について説明したが、これに限らず、例えば燃料電池ユニットが固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）により構成され、水タンクの水が燃料電池のセル加湿用の水として使用される場合に本発明を適用するようにしてもよい。 <Other embodiments>
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Various other embodiments are included. That is, in the above-described embodiment, the case where the water in the water tank 71 is used as water for steam reforming will be described by taking as an example the case where the fuel cell unit 2 is configured by a solid oxide fuel cell (SOFC). However, the present invention is not limited to this, and the present invention is applied when, for example, the fuel cell unit is configured by a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and the water in the water tank is used as water for cell humidification of the fuel cell. You may do it.

上記実施形態では排熱回収用熱交換器６に対し熱源として燃料電池５から排ガスを供給しているが、これに限らず、排熱回収用熱交換器としては、他の排熱を熱源として排熱回収するものであってもよい。   In the above embodiment, exhaust gas is supplied from the fuel cell 5 as a heat source to the heat exchanger 6 for exhaust heat recovery. However, the exhaust heat recovery heat exchanger is not limited to this, and other exhaust heat is used as a heat source. It may be one that recovers exhaust heat.

さらに、ドレンタンク４１は補助熱源機１２内に設置してもよいし、ドレンポンプ４３は補助熱源機１２内に設置したり、あるいは、ドレン水供給路４２であって貯湯ユニット３以外に配管されている部分に介装したりしてもよい。   Further, the drain tank 41 may be installed in the auxiliary heat source unit 12, and the drain pump 43 may be installed in the auxiliary heat source unit 12, or may be installed in a drain water supply path 42 other than the hot water storage unit 3. You may interpose in the part which is.

２ 燃料電池ユニット
３ 貯湯ユニット
４ ドレン水供給回路
５ 燃料電池
８ 貯湯タンク
１２ 補助熱源機（潜熱回収型熱源機）
４１ ドレンタンク
４２ ドレン水供給路
４３ ドレンポンプ
７１ 水タンク
９３ 循環往き路（循環管路）
９４ 循環戻り路（熱回収後の湯が戻される管路）
１４１ ドレン水供給制御部（制御手段）
４１１ 水位センサ
７１１ 水位センサ 2 Fuel Cell Unit 3 Hot Water Storage Unit 4 Drain Water Supply Circuit 5 Fuel Cell 8 Hot Water Storage Tank 12 Auxiliary Heat Source Machine (Latent Heat Recovery Type Heat Source Machine)
41 Drain tank 42 Drain water supply path 43 Drain pump 71 Water tank 93 Circulation forward path (circulation pipeline)
94 Circulation return path (pipe for returning hot water after heat recovery)
141 Drain water supply control part (control means)
411 Water level sensor 711 Water level sensor

Claims (4)

燃料電池を備えた燃料電池ユニットと、燃料電池の排熱を熱源とする排熱回収により貯湯として貯湯タンクに蓄熱して給湯等に利用する貯湯ユニットとを備えた燃料電池給湯システムであって、
上記貯湯ユニットは補助熱源機として潜熱回収型熱源機を備え、
上記補助熱源機の運転作動により生じるドレン水を回収しこのドレン水を燃料電池ユニットでの使用水として燃料電池ユニットに供給するドレン水供給回路を備えている、
ことを特徴とする燃料電池給湯システム。 A fuel cell hot water system comprising: a fuel cell unit including a fuel cell; and a hot water storage unit that stores heat in a hot water storage tank as hot water by exhaust heat recovery using the exhaust heat of the fuel cell as a heat source, and is used for hot water supply, etc.
The hot water storage unit has a latent heat recovery type heat source machine as an auxiliary heat source machine,
A drain water supply circuit that recovers drain water generated by the operation of the auxiliary heat source unit and supplies the drain water to the fuel cell unit as water used in the fuel cell unit;
A fuel cell hot water supply system characterized by that. 請求項１に記載の燃料電池給湯システムであって、
上記ドレン水供給回路は、ドレン水供給路と、このドレン水供給路を通してドレン水を燃料電池ユニットの側に圧送するためのドレンポンプとを備えている、燃料電池給湯システム。 The fuel cell hot water supply system according to claim 1,
The drain water supply circuit includes a drain water supply path and a drain pump for pumping drain water to the fuel cell unit through the drain water supply path. 請求項２に記載の燃料電池給湯システムであって、
上記ドレンポンプを作動制御する制御手段を備える一方、上記ドレン水供給回路はドレン水を貯留するドレンタンクを備え、燃料電池ユニットは上記ドレン水供給回路から供給されるドレン水を燃料電池での使用水として貯留する水タンクを備え、
上記制御手段は、上記ドレンタンク内の貯留水位、あるいは、上記水タンク内の貯留水位に応じて、上記ドレンポンプを作動制御するように構成されている、燃料電池給湯システム。 The fuel cell hot water supply system according to claim 2,
The drain water supply circuit includes a drain tank for storing drain water, and the fuel cell unit uses the drain water supplied from the drain water supply circuit in the fuel cell. It has a water tank that stores it as water,
The fuel cell hot water supply system, wherein the control means is configured to control the operation of the drain pump in accordance with a stored water level in the drain tank or a stored water level in the water tank. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の燃料電池給湯システムであって、
上記ドレン水供給路が、貯湯ユニットから燃料電池ユニットに対し排熱回収のために配管される循環管路の内の少なくとも熱回収後の湯が戻される管路に添わせて配設されている、燃料電池給湯システム。 A fuel cell hot water supply system according to any one of claims 1 to 3,
The drain water supply path is disposed along a pipe line in which at least hot water after heat recovery is returned from among circulation pipes piped for exhaust heat recovery from the hot water storage unit to the fuel cell unit. , Fuel cell hot water system.
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