JP2018006017A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の廃熱を用いて温水を製造する燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system for producing hot water using waste heat of a fuel cell.
温水のユースポイントにて即座に出湯できるように、ユースポイント付近(ユースポイントへの温水取出部)を通る循環路を設けておき、その循環路に温水を循環させておくことが考えられる。そして、その場合、循環路から所定温度の温水を出湯できれば好適である。また、循環水を加熱するための加熱装置が循環路に設けられる場合、加熱装置の運転を安定させるため、あるいは加熱装置の性能上の都合から、加熱装置の入口側水温を所定温度に維持できれば好適である。 It is conceivable that a circulation path that passes through the vicinity of the use point (the hot water outlet to the use point) is provided so that hot water can be immediately discharged at the hot water use point, and the hot water is circulated through the circulation path. In that case, it is preferable if hot water having a predetermined temperature can be discharged from the circulation path. In addition, when a heating device for heating the circulating water is provided in the circulation path, the inlet side water temperature of the heating device can be maintained at a predetermined temperature in order to stabilize the operation of the heating device or for the convenience of the performance of the heating device. Is preferred.
一方、従来、下記特許文献1に開示されるように、貯湯タンク(10)内の貯留水を燃料電池(31)の廃熱を用いて加熱したり、貯湯タンク(10)からの温水と給水源からの常温水とを給湯混合弁(17)で混合して、設定温度で出湯したりすることは知られている。 On the other hand, conventionally, as disclosed in Patent Document 1 below, the stored water in the hot water storage tank (10) is heated using the waste heat of the fuel cell (31), or the hot water from the hot water storage tank (10) is supplied. It is known that normal temperature water from a water source is mixed by a hot water supply mixing valve (17) and discharged at a set temperature.
しかしながら、前記特許文献1に記載の発明は、貯湯タンクからの一方通行の出湯のみが想定されており、前述した循環路への適用が想定されていない。つまり、貯湯タンクからの温水に給水源からの常温水を混ぜて設定温度の温水を得るとしても、単純にその温水を前記循環路に供給しただけでは、元々の循環水との関係で循環路内の水温を設定温度に維持できなくなる。 However, the invention described in Patent Document 1 assumes only one-way hot water from a hot water storage tank, and is not assumed to be applied to the above-described circulation path. In other words, even if hot water from a hot water storage tank is mixed with room temperature water from a water supply source to obtain hot water at a set temperature, simply supplying the hot water to the circulation path will cause the circulation path in relation to the original circulation water. The water temperature inside cannot be maintained at the set temperature.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ユースポイントへの温水取出部が設けられた循環路に適用され、温水取出部に設定温度の温水を供給するか、循環路に設けた加熱装置に設定温度の温水を供給することができる燃料電池システムを提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is applied to a circulation path provided with a hot water take-out section to a use point, to supply hot water at a set temperature to the hot water take-out section, or to a heating device provided in the circulation path. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of supplying warm water at a set temperature.
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、循環ポンプにより温水を循環させる流路であって、ユースポイントへの温水取出部が設けられた循環路と、燃料電池の廃熱を用いて貯留水が加熱される貯湯タンクと、前記循環路から分岐して前記貯湯タンクの下部に接続される引込路と、この引込路からの温水と前記貯湯タンクの上部からの温水とを混合して、設定温度の温水とするミキシングバルブと、前記循環路の内、前記引込路との分岐部よりも下流で、前記温水取出部よりも上流に、前記ミキシングバルブの吐出口からの温水を供給する送出路と、前記循環路の内、前記引込路との分岐部よりも下流で、前記送出路との合流部よりも上流の区間について、その区間の連通の有無を切り替える切替手段と、前記温水取出部から前記切替手段への前記循環路に接続されるか、前記引込路に接続されて、前記温水取出部での出湯分の水を補給する給水路とを備えることを特徴とする燃料電池システムである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the invention according to claim 1 is a flow path for circulating hot water by a circulation pump, wherein the circulation is provided with a hot water take-out portion to a use point. A hot water storage tank in which stored water is heated by using waste heat of the fuel cell, a suction path branched from the circulation path and connected to a lower portion of the hot water storage tank, hot water from the suction path and the hot water storage Mixing with warm water from the upper part of the tank to make warm water at a set temperature, and in the circulation path, downstream of the branching section with the drawing-in path, upstream of the warm water extraction section, The section of the section that is downstream of the branch section between the delivery path for supplying warm water from the discharge port of the mixing valve and the drawing path and the upstream section of the junction section with the delivery path. Switching means for switching presence / absence of communication And a water supply path that is connected to the circulation path from the hot water extraction section to the switching means or is connected to the drawing-in path and replenishes the hot water from the hot water extraction section. This is a fuel cell system.
請求項1に記載の発明によれば、循環路に温水を循環させておくことで、循環路の温水取出部から温水を迅速に取り出すことができる。また、循環中、切替手段を用いて、循環路における温水取出部からの戻り温水を、引込路および送出路を介して循環路へ戻すことができる。その際、引込路からの温水と貯湯タンクからの温水(燃料電池の廃熱を用いて加熱された温水)とをミキシングバルブで設定温度の温水として、送出路から循環路へ戻すことができる。これにより、温水取出部への循環路に、設定温度の温水を供給することができる。なお、温水取出部での出湯時にその出湯分の水を補給する給水路は、温水取出部から切替手段への循環路に接続されるか、引込路に接続されているので、出湯中に切替手段により前記区間の連通を遮断すれば、前記ミキシングバルブでは、引込路からの比較的低温の温水と、貯湯タンクからの比較的高温の温水とを混合して、設定温度の温水を容易に製造することができる。 According to invention of Claim 1, warm water can be rapidly taken out from the warm water extraction part of a circulation path by circulating warm water to a circulation path. Moreover, the return warm water from the hot water extraction part in a circulation path can be returned to a circulation path via a drawing-in path and a delivery path using a switching means during circulation. At that time, the hot water from the drawing-in path and the hot water from the hot water storage tank (hot water heated by using the waste heat of the fuel cell) can be returned to the circulation path from the delivery path as hot water at the set temperature by the mixing valve. Thereby, the warm water of preset temperature can be supplied to the circulation path to a warm water extraction part. In addition, the water supply channel that replenishes the water from the hot water at the hot water extraction section is connected to the circulation path from the hot water extraction section to the switching means, or is connected to the draw-in path, so it is switched to the hot water supply. If the communication of the section is cut off by means, the mixing valve easily mixes a relatively low temperature hot water from the inlet passage with a relatively high temperature hot water from the hot water storage tank to produce hot water at a set temperature. can do.
請求項2に記載の発明は、前記切替手段は、前記循環路の前記区間に設けられる二方弁から構成されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システムである。
The invention according to
請求項2に記載の発明によれば、循環路の前記区間に設けた二方弁により、引込路や送出路を介して循環させるか否かを、切り替えることができる。
According to invention of
請求項3に記載の発明は、前記切替手段は、前記循環路と前記引込路との接続部、または前記循環路と前記送出路との接続部に設けられる三方弁から構成されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システムである。
The invention according to
請求項3に記載の発明によれば、循環路と引込路との接続部か、循環路と送出路との接続部に設けた三方弁により、引込路や送出路を介して循環させるか否かを、切り替えることができる。 According to the third aspect of the present invention, whether or not to circulate through the drawing-in path or the sending-out path by the three-way valve provided at the connecting part between the circulating path and the drawing-in path or the connecting part between the circulating path and the sending-out path. Can be switched.
請求項4に記載の発明は、前記循環路の内、前記送出路との合流部よりも下流で、前記温水取出部よりも上流に設けられて、循環水を加熱する加熱装置をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池システムである。
The invention according to
請求項4に記載の発明によれば、温水取出部への循環路には加熱装置が設けられるが、前述したとおり、切替手段による前記区間の連通を遮断した状態では、温水取出部への循環路には、ミキシングバルブにより設定温度の温水が供給される。従って、加熱装置への給水温度を設定温度に維持することができ、加熱装置の運転を安定させたり、あるいは加熱装置の性能上好適な温度以下で加熱装置に給水したりすることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, a heating device is provided in the circulation path to the hot water outlet, but as described above, in the state where the communication of the section by the switching means is blocked, the circulation to the hot water outlet is performed. The passage is supplied with hot water at a set temperature by a mixing valve. Therefore, the temperature of the water supply to the heating device can be maintained at the set temperature, and the operation of the heating device can be stabilized, or water can be supplied to the heating device at a temperature suitable for the performance of the heating device.
さらに、請求項5に記載の発明は、前記温水取出部での出湯またはこれに伴う前記給水路による給水の有無を検知する出湯検知手段を備え、この出湯検知手段の検出信号に基づき前記切替手段を制御して、前記温水取出部での出湯中、前記区間の連通を遮断する一方、前記温水取出部での出湯停止中、前記区間の連通を確保す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システムである。
Furthermore, the invention according to
請求項5に記載の発明によれば、切替手段を制御して、温水取出部での出湯中には、引込路および送出路を介して、循環路に温水を循環させる一方、温水取出部での出湯停止中には、前記区間を介して、循環路に温水を循環させることができる。そして、温水取出部での出湯時には、前述したとおり、給水路からの給水や貯湯タンクからの出湯に関わらず、温水取出部または加熱装置へ設定温度の温水を供給することができる。しかも、切替手段の操作を、出湯検知手段の検出信号に基づき自動で行うことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the hot water is circulated in the circulation path through the lead-in path and the delivery path during the hot water extraction in the hot water extraction section by controlling the switching means. Hot water can be circulated in the circulation path through the section while the hot water is stopped. And at the time of hot water extraction in a hot water extraction part, warm water of preset temperature can be supplied to a hot water extraction part or a heating apparatus irrespective of the hot water from a water supply channel or the hot water storage tank as mentioned above. Moreover, the operation of the switching means can be automatically performed based on the detection signal of the hot water detection means.
本発明の燃料電池システムによれば、ユースポイントへの温水取出部が設けられた循環路に適用でき、温水取出部に設定温度の温水を供給するか、循環路に設けた加熱装置に設定温度の温水を供給することができる。 According to the fuel cell system of the present invention, it can be applied to a circulation path provided with a hot water outlet to a use point, and hot water of a set temperature is supplied to the hot water outlet or a set temperature is set to a heating device provided in the circulation path. Hot water can be supplied.
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。
図1は、本発明の一実施例の燃料電池システム1を示す概略図である。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention.
本実施例の燃料電池システム1は、温水を循環させる循環路2と、燃料電池3の廃熱を用いて貯留水が加熱される貯湯タンク4と、循環路2からの温水と貯湯タンク4からの温水とを混合して設定温度の温水として循環路2へ戻すミキシングバルブ5とを主要部として備える。
The fuel cell system 1 of the present embodiment includes a
循環路2は、循環ポンプ6により温水を循環させる流路である。循環路2には、ユースポイントへの温水取出部7が設けられている。循環ポンプ6を作動させて循環路2に温水を循環中、一または複数の温水取出部7から、所望により適宜の配管を介して、各種のユースポイントへ温水を取り出すことができる。すなわち、ユースポイントの出湯口が開けられると、その出湯口から外部へ出湯することができる。
The
温水のユースポイントは、特に問わないが、たとえば、家庭用の燃料電池システム1の場合、カラン、シャワーまたは浴槽などとされ、業務用の燃料電池システム1の場合、各種温水利用機器(たとえば厨房での出湯部)とされる。 The use point of the hot water is not particularly limited. For example, in the case of the fuel cell system 1 for home use, it is a currant, a shower, or a bathtub. In the case of the fuel cell system 1 for business use, various hot water use devices (for example, in a kitchen) The hot spring part).
循環路2には、さらに、開閉制御される切替弁8が設けられる。本実施例では、切替弁8は、温水取出部7から循環ポンプ6への温水戻し路2bに設けられるが、場合により、循環ポンプ6から温水取出部7への温水送り路2aに設けられてもよい。言い換えれば、図1において、循環路2に反時計回りに温水が循環されるとして、循環ポンプ6は、切替弁8よりも下流(後述する送出路9との合流部よりも下流)で温水取出部7よりも上流に設けられているが、場合により、温水取出部7よりも下流で切替弁8よりも上流(後述する引込路10との分岐部よりも上流)に設けられてもよい。
The
循環路2には、好ましくはさらに、加熱装置11が設けられる。加熱装置11は、循環路2の内、切替弁8よりも下流(後述する送出路9との合流部よりも下流)で温水取出部7よりも上流に設けられるのがよい。本実施例では、循環路2の内、循環ポンプ6よりも下流で温水取出部7よりも上流に、加熱装置11が設けられている。加熱装置11は、その構成を特に問わないが、たとえば、バーナ、電気ヒータまたは蒸気ヒータから構成される。なお、加熱装置11は、典型的には循環ポンプ6の作動中に作動するが、場合により、温水取出部7での出湯停止中には停止してもよい。
The
循環路2には、好ましくはさらに、膨張タンク(図示省略)が設けられる。膨張タンクは、周知のとおり、循環路2内の循環水の体積変化を吸収する装置であり、循環水を大気開放する開放式でもよいし、大気開放することなく循環水の体積変化を吸収する機構を内蔵した密閉式でもよい。循環路2に膨張タンクを設けることで、循環水の温度変化に伴う体積変化を、膨張タンクで吸収することができる。
The
貯湯タンク4は、本実施例では密閉型タンク(つまり大気開放されないタンク)とされ、循環路2への給水を貯留する。貯湯タンク4内の貯留水は、燃料電池3の廃熱を用いて加熱される。
In the present embodiment, the hot
燃料電池3は、燃料電池本体12を備え、この燃料電池本体12は、図示しないが改質器やセルスタックなどを備える。燃料電池本体12には、原燃料(都市ガス)G、空気A、および水(改質水)Wが供給される。そして、周知のとおり、原燃料(メタンガスを主成分とする都市ガス)と水(水蒸気)とを改質器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において化学反応させて発電する。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。なお、燃料電池3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。
The
前述したとおり、燃料電池3の廃熱を用いて、貯湯タンク4内の貯留水が加熱される。典型的には、燃料電池3のオフガス廃熱を用いて、貯湯タンク4内の貯留水が加熱される。つまり、燃料電池3における発電時、セルスタックや改質器からはオフガス(排ガス)が排出されるが、そのオフガス廃熱を用いて、貯湯タンク4内の貯留水を加熱する。あるいは、これに代えてまたはこれに加えて、セルスタックの冷却器において、セルスタックからの廃熱を回収して、貯湯タンク4内の貯留水を加熱する。
As described above, the stored water in the hot
燃料電池3のオフガス廃熱で貯湯タンク4内の貯留水を加熱するために、本実施例では、燃料電池3のオフガス熱交換器13と、貯湯タンク4の加熱用熱交換器14とが、循環回路15で接続されている。
In order to heat the stored water in the hot
オフガス熱交換器13は、燃料電池本体12からのオフガスとその冷却水とを混ぜることなく熱交換する。そのために、オフガス熱交換器13には、燃料電池本体12からオフガス路16を介してオフガスが通されると共に、循環回路15の循環水がオフガスの冷却水として通される。これにより、オフガス熱交換器13において、オフガスは循環冷却水により冷却され、オフガス中の水分の凝縮が図られる。一方、循環回路15の循環冷却水は、オフガス熱交換器13において、オフガスと熱交換することで加熱される。
The
オフガス熱交換器13からのオフガスの出口側には、セパレータ17が設けられており、オフガス熱交換器13に通されたオフガスの気液分離が図られる。そして、気体は、外部へ排出され、凝縮水は、燃料電池本体12への給水として、供給ポンプ18を介して燃料電池本体12へ再供給可能とされる。
A
加熱用熱交換器14は、貯湯タンク4内に配置され、貯湯タンク4内の貯留水とオフガス熱交換器13からの循環冷却水とを混ぜることなく熱交換する。これにより、加熱用熱交換器14において、貯湯タンク4内の貯留水が加熱される一方、循環回路15の循環冷却水は冷却される。なお、貯湯タンク4内には、貯留水が加熱されるに伴い、温度成層(上部ほど高温で下部ほど低温の状態)が形成される。
The
循環回路15は、オフガス熱交換器13と加熱用熱交換器14との間で、水を循環させる。具体的には、加熱用熱交換器14からオフガス熱交換器13へは、冷却水送り路15aを介して冷却水が供給され、オフガス熱交換器13から加熱用熱交換器14へは、冷却水戻し路15bを介して冷却水が戻される。そして、冷却水送り路15a(または冷却水戻し路15b)に設けた循環用ポンプ19を作動させることで、加熱用熱交換器14とオフガス熱交換器13との間で冷却水を循環させることができる。
The circulation circuit 15 circulates water between the off-
本実施例では、冷却水送り路15aには、加熱用熱交換器14からオフガス熱交換器13へ向けて順に、ラジエータ20および循環用ポンプ19が設けられる。なお、循環用ポンプ19は、本実施例では冷却水送り路15aに設けられているが、場合により冷却水戻し路15bに設けられてもよい。
In the present embodiment, a
ラジエータ20は、冷却ファン21を備え、所望時に冷却ファン21を作動させることで、オフガス熱交換器13へ供給する冷却水を空冷することができる。これは、燃料電池3において、いわゆる水自立を実現するためである。
The
つまり、オフガス熱交換器13においてオフガスを露点温度以下に冷却して、オフガス中の水分を凝縮させ、その凝縮水を前記改質器へ再供給(つまり水自立)するには、オフガス熱交換器13への供給水温が高まり過ぎるのを防止する必要がある。そこで、本実施例では、ラジエータ20を設けて、オフガス熱交換器13へ供給する循環冷却水の温度を第一目標温度以下に維持するのがよい。具体的には、冷却水送り路15aには、ラジエータ20の出口側に第一温度センサ22が設けられ、その検出温度を第一目標温度(たとえば40℃)に維持するように、ラジエータ20の通風量を調整する。ここでは、冷却ファン21のモータの駆動周波数ひいては回転数をインバータで制御することで、ラジエータ20の通風量を調整する。このようにして、循環回路15内の循環冷却水の熱余り時(オフガス熱交換器13への水温が所定以上の際)には、ラジエータ20の冷却ファン21を作動させて冷却水の水温を下げることで、燃料電池3の水自立を確実に図ることができる。
That is, in order to cool offgas to a dew point temperature or less in the
さらに、循環回路15には、循環冷却水の循環流量調整手段が設けられる。本実施例では、循環流量調整手段として、流量調整弁23が、オフガス熱交換器13から加熱用熱交換器14への冷却水戻し路15bに設けられる。循環用ポンプ19の作動中、流量調整弁23の開度を調整することで、循環回路15内の循環流量を調整することができる。なお、流量調整弁23は、本実施例では、オフガス熱交換器13から加熱用熱交換器14への冷却水戻し路15bに設けられるが、場合により、加熱用熱交換器14からオフガス熱交換器13への冷却水送り路15aに設けられてもよい。また、循環流量調整手段は、循環用ポンプ19の駆動周波数ひいては回転数を変更するためのインバータから構成されてもよい。つまり、循環用ポンプ19をインバータ制御して、循環回路15内の循環流量を調整してもよい。
Furthermore, the circulation circuit 15 is provided with a circulating flow rate adjusting means for circulating cooling water. In this embodiment, a flow
貯湯タンク4内の貯留水を加熱用熱交換器14で安定して加熱するために、加熱用熱交換器14へ供給する循環冷却水の温度を第二目標温度に維持するのがよい。具体的には、冷却水戻し路15bには第二温度センサ24が設けられ、その検出温度を第二目標温度(たとえ60〜75℃)に維持するように、流量調整弁23の開度を調整して、循環回路15の循環流量を調整するのが好ましい。なお、循環流量調整手段を冷却水送り路15aに設ける場合でも、第二温度センサ24は冷却水戻し路15bに設けられて、加熱用熱交換器14への供給水温を所望に維持するよう制御される。
In order to stably heat the stored water in the hot
貯湯タンク4は、引込路10を介して循環路2から給水可能とされると共に、ミキシングバルブ5および送出路9を介して循環路2へ排水可能とされる。具体的には、循環路2の内、切替弁8の入口側(つまり温水取出部7から切替弁8への流路)と、貯湯タンク4の下部とは、引込路10で接続される。また、引込路10から分岐する分岐路25と、貯湯タンク4の上部からの出口路26とが、ミキシングバルブ5に接続される。ミキシングバルブ5では、分岐路25からの温水(言い換えれば循環路2や給水路27からの水)と、出口路26からの温水(言い換えれば貯湯タンク4からの水)との混合割合を調整して、設定温度の温水を製造することができる。そして、その温水は、ミキシングバルブ5から送出路9を介して、循環路2へ戻される。この際、送出路9は、循環路2の内、切替弁8の出口側(図示例では切替弁8と循環ポンプ6との間)に接続されている。
The hot
ところで、循環路2の温水取出部7での出湯時、その出湯分と対応した量の水が給水路27から補給される。給水路27は、本実施例では、温水取出部7から切替弁8への循環路2、つまり、循環路2の内、温水取出部7よりも下流で切替弁8よりも上流(好ましくは引込路10との分岐部よりも上流)に接続される。但し、給水路27は、場合により、循環路2から貯湯タンク4への引込路10(好ましくは分岐路25との分岐部よりも上流)に接続されてもよい。
By the way, at the time of hot water extraction at the
給水路27には、給水ポンプ28が設けられている。給水ポンプ28は、典型的には、常時運転を継続する。その場合でも、温水取出部7での出湯がない限り、循環路2内への実際の給水はなされない。但し、給水ポンプ28は、場合により、循環路2への給水必要時にのみ作動するよう制御されてもよい。たとえば、給水ポンプ28は、二次側(出口側つまり循環路2側)の圧力を所定圧力に維持するように、オンオフ制御またはインバータ制御されてもよい。この場合、循環路2の温水取出部7からユースポイントへの出湯がなされると、給水ポンプ28の二次側の圧力が下がるので、それを検知して給水ポンプ28を作動させる。そして、温水取出部7からユースポイントへの出湯がなくなると、給水ポンプ28の二次側の圧力が高まるので、それを検知して給水ポンプ28を停止させる。
A
ところで、温水取出部7での出湯またはこれに伴う給水路27による給水の有無を検知するために、燃料電池システム1には出湯検知手段が設けられるのが好ましい。出湯検知手段は、その構成を特に問わないが、本実施例では、給水路27に設けられたフロースイッチ29から構成される。温水取出部7での出湯時、前述したとおり給水路27から循環路2へ給水されるので、給水路27の通水の有無をフロースイッチ29で監視して、温水取出部7での出湯の有無を把握することができる。
By the way, it is preferable that the fuel cell system 1 is provided with a hot water detection means in order to detect the presence or absence of hot water in the hot
次に、本実施例の燃料電池システム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。 Next, control (operation method) of the fuel cell system 1 of the present embodiment will be described. A series of control described below is automatically performed using a controller (not shown).
燃料電池3の運転に伴い、燃料電池システム1を稼働させる。これにより、循環回路15の循環用ポンプ19が作動すると共に、循環路2の循環ポンプ6が作動する。
With the operation of the
循環用ポンプ19の作動により、燃料電池3のオフガス熱交換器13と貯湯タンク4の加熱用熱交換器14との間で冷却水が循環される。これにより、オフガス熱交換器13において燃料電池本体12からのオフガスが冷却される一方、加熱用熱交換器14において貯湯タンク4内の貯留水が加熱される。この際、燃料電池3において水自立を実現するために、第一温度センサ22の検出温度を第一目標温度に維持するように、ラジエータ20の冷却ファン21のモータがインバータ制御される。また、貯湯タンク4内の貯留水を安定して加熱するために、第二温度センサ24の検出温度を第二目標温度に維持するように、流量調整弁23の開度が制御される。
By the operation of the
循環ポンプ6の作動により、循環路2に温水が循環されるが、この際、加熱装置11は、その出口側水温を目標温度に維持するように制御される。従って、温水取出部7には目標温度の温水が供給され、その温水は所望により温水取出部7で出湯可能とされる。温水取出部7での出湯に伴い、それと対応した量の水が給水路27から補給される。
Although the hot water is circulated through the
このような出湯(またはそれに伴う給水)があった旨は、出湯検知手段としてのフロースイッチ29により検出される。そして、本実施例では、フロースイッチ29に基づき切替弁8の開閉が切り替えられる。具体的には、フロースイッチ29により通水を検知する間(つまり温水取出部7での出湯中)、切替弁8を閉鎖する一方、フロースイッチ29により通水を検知しない間(つまり温水取出部7での出湯停止中)、切替弁8を開放する。
The fact that there has been such hot water (or accompanying water supply) is detected by the
温水取出部7での出湯停止による切替弁8の開放中、循環ポンプ6からの温水は、基本的には引込路10や送出路9を介することなく、循環路2内を循環する。つまり、循環ポンプ6の吐出口からの温水は、加熱装置11で目標温度に加熱された後、温水取出部7および切替弁8を介して、循環ポンプ6の吸込口へ戻される。
During the opening of the switching valve 8 due to the stoppage of hot water in the
温水取出部7での出湯による切替弁8の閉鎖中、循環ポンプ6からの温水は、一部が温水取出部7を介してユースポイントへ出湯されつつ、残部が引込路10へ流入する。この際、温水取出部7での出湯分の水が給水路27から給水され、循環路2からの温水と給水路27からの水(典型的には常温水)とが混ざった状態で、引込路10へ導入される。その水は、分岐路25を介してミキシングバルブ5へ供給可能とされると共に、貯湯タンク4の下部へも供給可能とされる。なお、引込路10から貯湯タンク4の下部への給水時、それと同量の水が、貯湯タンク4の上部から出口路26へ排出される。
While the switching valve 8 is closed due to hot water discharged from the
ミキシングバルブ5では、分岐路25からの比較的低温の温水と、貯湯タンク4の上部からの比較的高温の温水とを混合して、送出路9へ吐出する。この際、送出路9への吐出水温を設定温度とするように、混合割合を自動的に調整する。これにより、循環路2には、設定温度の温水として戻すことができる。従って、加熱装置11の入口側水温を設定温度に維持することができ、加熱装置11の運転を安定させたり、あるいは加熱装置11の性能上好適な温度以下で加熱装置11に給水したりすることができる。また、燃料電池システム1が加熱装置11を備えない場合には、温水取出部7へ設定温度の温水を供給することができる。
In the mixing
なお、ミキシングバルブ5の設定温度は、加熱装置11の目標温度以下で設定される。循環ポンプ6の作動中、加熱装置11で出湯温度を目標温度に維持する場合、温水取出部7での出湯が長時間ないと、循環路2内の循環水は目標温度に近づく。そして、温水取出部7での出湯があると、切替弁8が閉じられ、引込路10および送出路9を経由した循環に切り替わるが、その際、前述したとおり、給水路27からの新規の給水により、引込路10の水温を低下させることができる。仮に、給水路27による給水流量が少ない場合、引込路10の水温は比較的高いまま(つまりミキシングバルブ5の設定温度よりも高温)となり得るが、その場合、貯湯タンク4内の貯留水の水温が引込路10の水温よりも高いことを前提に、ミキシングバルブ5において、引込路10からの水をそのまま送出路9へ送り出すことになる。
The set temperature of the mixing
以上から明らかなとおり、切替弁8の開閉の有無で、循環ポンプ6による温水の循環ルートは変更されるものの、引込路10や送出路9を経由した循環ルートをとる場合でも、その循環は循環ポンプ6の作動により行うことができる。つまり、引込路10、分岐路25、出口路26および送出路9には、別途、送水用のポンプを設ける必要がない。また、切替弁8の閉鎖時、循環路2から引込路10へ導入される流量は、ミキシングバルブ5から送出路9を介して循環路2へ戻される流量と同じである。
As is clear from the above, although the circulation route of the hot water by the circulation pump 6 is changed depending on whether or not the switching valve 8 is opened and closed, the circulation is circulated even when the circulation route via the lead-in
本発明の燃料電池システム1は、前記実施例の構成(制御を含む)に限らず、適宜変更可能である。特に、次の各構成を備えるのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。
(a)循環ポンプ6により温水を循環させる流路であって、ユースポイントへの温水取出部7が設けられた循環路2
(b)燃料電池3の廃熱を用いて貯留水が加熱される貯湯タンク4
(c)循環路2から分岐して貯湯タンク4の下部に接続される引込路10
(d)引込路10からの温水と貯湯タンク4の上部からの温水とを混合して、設定温度の温水とするミキシングバルブ5
(e)循環路2の内、引込路10との分岐部よりも下流で、温水取出部7よりも上流に、ミキシングバルブ5の吐出口からの温水を供給する送出路9
(f)循環路2の内、引込路10との分岐部よりも下流で、送出路9との合流部よりも上流の区間について、その区間の連通(つまり、前記分岐部から前記合流部への循環路2経由の通水)の有無を切り替える切替手段(切替弁8)
(g)温水取出部7から切替手段(切替弁8)への循環路2に接続されるか、引込路10に接続されて、温水取出部7での出湯分の水を補給する給水路27
The fuel cell system 1 of the present invention is not limited to the configuration (including control) of the above embodiment, and can be changed as appropriate. In particular, as long as each of the following configurations is provided, other configurations can be changed as appropriate.
(A) A flow path through which hot water is circulated by a circulation pump 6, and a
(B) Hot
(C) A lead-in
(D) Mixing
(E) A delivery path 9 for supplying hot water from the discharge port of the mixing
(F) Of the
(G) A
たとえば、前記(f)の切替手段は、循環路2の内、引込路10との分岐部よりも下流で、送出路9との合流部よりも上流の区間について、その区間の連通の有無を切替可能であれば、前記実施例の切替弁8に限定されない。具体的には、前記実施例では、切替弁8は、循環路2の内、前記区間(つまり引込路10との分岐部よりも下流で送出路9との合流部よりも上流の区間)に設けられた二方弁(電磁弁または電動弁)から構成されたが、循環路2と引込路10との接続部に設けられた三方弁から構成されてもよいし、循環路2と送出路9との接続部に設けられた三方弁から構成されてもよい。その場合も、三方弁からなる切替弁は、温水取出部7からの温水を、引込路10や送出路9を介して循環ポンプ6へ戻すか、前記区間を介して循環ポンプ6へ戻すかを切り替えられる。あるいは、前記実施例の切替弁8に加えて、引込路10(分岐路25との分岐部よりも上流側)にも補助弁を設けておき、切替弁8の開放時には補助弁を閉鎖し、切替弁8の閉鎖時には補助弁を開放してもよい。
For example, the switching means of (f) indicates whether or not there is communication in the section of the
また、前記実施例では、貯湯タンク4内に加熱用熱交換器14を設置して、循環回路15の循環水と貯湯タンク4内の貯留水とを間接熱交換したが、場合により、加熱用熱交換器14の設置を省略して、貯湯タンク4内の貯留水自体をオフガス熱交換器13との間で循環させてもよい。つまり、貯湯タンク4内の貯留水を、冷却水送り路15aを介してオフガス熱交換器13に供給して、オフガス熱交換器13においてオフガス廃熱を用いて加熱し、冷却水戻し路15bを介して貯湯タンク4へ戻す循環を繰り返してもよい。
Moreover, in the said Example, the
さらに、前記実施例では、循環回路15には水を循環させた例について説明したが、この水は、水道水(市水)に限らず、軟水でもよいし、さらに場合により水以外の液体(たとえば、エチレングリコール等の不凍液)であってもよい。特に、循環冷却水に軟水を用いた場合には、熱交換器の伝熱面へのスケール付着を防止することができる。 Furthermore, in the said Example, although the example which circulated water to the circulation circuit 15 was demonstrated, this water is not restricted to a tap water (city water), A soft water may be sufficient, and also liquids other than water depending on the case ( For example, an antifreeze such as ethylene glycol) may be used. In particular, when soft water is used as the circulating cooling water, scale adhesion to the heat transfer surface of the heat exchanger can be prevented.
1 燃料電池システム
2 循環路(2a:温水送り路、2b:温水戻し路)
3 燃料電池
4 貯湯タンク
5 ミキシングバルブ
6 循環ポンプ
7 温水取出部
8 切替弁
9 送出路
10 引込路
11 加熱装置
12 燃料電池本体
13 オフガス熱交換器
14 加熱用熱交換器
15 循環回路(15a:冷却水送り路、15b:冷却水戻し路)
16 オフガス路
17 セパレータ
18 供給ポンプ
19 循環用ポンプ
20 ラジエータ
21 冷却ファン
22 第一温度センサ
23 流量調整弁
24 第二温度センサ
25 分岐路
26 出口路
27 給水路
28 給水ポンプ
29 フロースイッチ
A 空気
G 原燃料
W 水
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
16 Off-
Claims (5)
燃料電池の廃熱を用いて貯留水が加熱される貯湯タンクと、
前記循環路から分岐して前記貯湯タンクの下部に接続される引込路と、
この引込路からの温水と前記貯湯タンクの上部からの温水とを混合して、設定温度の温水とするミキシングバルブと、
前記循環路の内、前記引込路との分岐部よりも下流で、前記温水取出部よりも上流に、前記ミキシングバルブの吐出口からの温水を供給する送出路と、
前記循環路の内、前記引込路との分岐部よりも下流で、前記送出路との合流部よりも上流の区間について、その区間の連通の有無を切り替える切替手段と、
前記温水取出部から前記切替手段への前記循環路に接続されるか、前記引込路に接続されて、前記温水取出部での出湯分の水を補給する給水路と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A flow path for circulating hot water by a circulation pump, and a circulation path provided with a hot water outlet to a use point;
A hot water storage tank in which the stored water is heated using the waste heat of the fuel cell;
A lead-in path branched from the circulation path and connected to the lower part of the hot water storage tank;
A mixing valve that mixes the hot water from the inlet and the hot water from the upper part of the hot water storage tank into the set temperature hot water;
Out of the circulation path, downstream of the branching section with the drawing-in path, upstream of the warm water extraction section, a supply path for supplying hot water from the discharge port of the mixing valve;
Of the circulation path, a switching means for switching the presence or absence of communication in the section downstream of the branching section with the drawing-in path and upstream of the joining section with the delivery path;
A water supply path connected to the circulation path from the hot water extraction section to the switching means or connected to the drawing-in path to replenish hot water from the hot water extraction section. Fuel cell system.
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein the switching unit includes a two-way valve provided in the section of the circulation path.
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 2. The fuel according to claim 1, wherein the switching unit includes a three-way valve provided at a connection part between the circulation path and the lead-in path or a connection part between the circulation path and the delivery path. Battery system.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The heating apparatus which is further provided in the downstream from the confluence | merging part with the said delivery path and upstream from the said warm water extraction part among the said circulation paths, and heats circulating water is further provided. The fuel cell system according to any one of the above.
この出湯検知手段の検出信号に基づき前記切替手段を制御して、前記温水取出部での出湯中、前記区間の連通を遮断する一方、前記温水取出部での出湯停止中、前記区間の連通を確保する
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システム。 It comprises hot water detection means for detecting the presence or absence of hot water in the hot water outlet or the supply of water through the water supply path associated therewith,
Based on the detection signal of the hot water detection means, the switching means is controlled to shut off the communication of the section during the hot water extraction at the hot water extraction section, while the communication of the section is stopped during the hot water stop at the hot water extraction section. It secures. The fuel cell system of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017181023A (en) * | 2017-06-16 | 2017-10-05 | 三浦工業株式会社 | Fuel cell system |
US11431063B2 (en) | 2018-04-20 | 2022-08-30 | Lg Energy Solution, Ltd. | Battery module having structure facilitating series-parallel connections and battery pack comprising same |
-
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- 2016-06-28 JP JP2016127486A patent/JP2018006017A/en active Pending
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