JP4650577B2 - 燃料電池コージェネレーションシステム - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池の排熱を回収利用して温水を生成する燃料電池コージェネレーションシステムに関する。
近年、水素と酸素の直接反応により電気エネルギーを生成する燃料電池は、発電効率が高く、大気汚染物質もほとんど排出しないため、クリーンな発電装置として期待されている。特に、燃料電池の発電時に発生する排熱も回収利用する燃料電池コージェネレーションシステムは、総合的なエネルギー効率が高く、省エネルギー機器としての普及が望まれている。そして、燃料電池の排熱を回収利用する方法としては、熱回収用の熱交換器を用いて、貯湯タンクの水を加熱し、温水として利用するのが一般的である。
図３に示すように、従来の燃料電池コージェネレーションシステムは、例えば燃料電池７および熱回収用熱交換器４を収納する燃料電池ユニット２１と、貯湯タンク１を収納する貯湯ユニット２２とから構成される（例えば、特許文献１参照）。
また、図３に示すように、貯湯タンク１と、貯湯循環ポンプ２と、熱回収用熱交換器４とを熱回収配管３で順次環状に連接することにより、熱回収経路８が形成されている。一方、燃料電池７と、冷却水循環ポンプ５と、熱回収用熱交換器４とを冷却水配管６で順次環状に連接することにより、冷却水経路２０が形成されている。
そして、燃料電池７が発電するときなどで発生する排熱は、冷却水に回収される。この冷却水は、冷却水循環ポンプ５により、熱回収用熱交換器４に搬送され、ここで貯湯タンク１からの水が加熱される。このとき、貯湯タンク１内の水は、貯湯循環ポンプ２により熱回収経路８を循環し、熱回収用熱交換器４で燃料電池７の冷却水などにより加熱されて、再び貯湯タンク１に貯えられる。
また、燃料電池コージェネレーションシステムは、貯湯タンク１への給水や貯湯タンク１から外部への給湯を行うために、給水入口管９、減圧弁１０、第１給水管１１および第２給水管１２、出湯管１３、混合弁１４、給湯出口管１５を備えている。
そして、貯湯タンク１への給水は、一般の上水管に接続された給水入口管９から、減圧弁１０、第１給水管１１を経由して行われる。また、貯湯タンク１からの給湯は、給水入口管９、減圧弁１０、第２給水管１２を経由して供給された水と、貯湯タンク１の上部から出湯管１３を経由して出湯された湯とが、混合弁１４で適温に混合され、給湯出口管１５を介して外部に供給される。
上記構成の燃料電池コージェネレーションシステムでは、一般に、貯湯タンク１と連通するように貯湯タンク用圧力逃がし弁１９が設置されている。
この貯湯タンク用圧力逃がし弁１９の作用としては、特許文献１によれば、密閉構造を有する貯湯タンク１内に貯湯された水は、燃料電池７の排熱で加熱されて膨張し、水の加熱膨張により貯湯タンク１の内圧が上昇する。そこで、貯湯タンク用圧力逃がし弁１９が所定の圧力で開放されることにより、膨張した水の一部が外部に開放する。その結果、貯湯タンク１の圧力上昇が抑制され、貯湯タンク１を保護することができる。
また、燃料電池ユニット２１と貯湯ユニット２２との間の熱回収配管３には、メンテナ
ンス用の開閉弁（図示せず）が設置されるのが一般的である。そして、燃料電池ユニット２１または貯湯ユニット２２をメンテナンスする場合、この開閉弁を閉止して熱回収経路８を切り離し、不要な水の漏洩を防止している。
特開２００２−２８００３１号公報
しかしながら、上記従来の構成では、燃料電池ユニット２１または貯湯ユニット２２のメンテナンスを終了した後に、開閉弁を開放することを忘れる場合がある。そして、開閉弁を閉止したままの状態で放置した場合、燃料電池ユニット２１内の熱回収経路８が閉空間となるため、燃料電池７の運転とともに、水の膨張により熱回収経路８内が異常に高圧となる。その結果、熱回収経路８内の配管、ポンプ、熱交換器などの部品が損傷するという課題があった。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、簡単な構成で、メンテナンスに起因する不具合を回避して安全性を確保し、信頼性の高い燃料電池コージェネレーションシステムを提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池コージェネレーションシステムは、第１開閉弁と、燃料電池の排熱を回収する熱回収用熱交換器と、第２開閉弁と、貯湯タンクとを熱回収配管により順次環状に連接した熱回収経路を備え、第１開閉弁、第２開閉弁と熱回収用熱交換器とを接続する熱回収配管において、第１開閉弁および第２開閉弁よりも熱回収用熱交換器側の熱回収配管内の圧力が所定圧力を超えた場合に開く熱回収経路用圧力逃がし弁を設けた構成を有する。
これにより、燃料電池ユニットまたは貯湯ユニットのメンテナンス終了後に、開閉弁が閉止された状態で放置した場合でも、所定の圧力で熱回収経路を開放することができる。そのため、燃料電池の運転時に熱回収配管内の加熱による熱回収配管内の圧力上昇を抑制できる。その結果、熱回収経路内の配管、ポンプ、熱交換器などの部品の損傷を防止できる安全性を確保した信頼性の高い燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。
本発明によれば、簡単な構成で、安全性と信頼性が向上した燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。
第１の発明は、第１開閉弁と、燃料電池の発電時の排熱を回収する熱回収用熱交換器と、第２開閉弁と、貯湯タンクとを熱回収配管により順次環状に連接した熱回収経路を備えた燃料電池コージェネレーションシステムであって、第１開閉弁、第２開閉弁と熱回収用熱交換器とを接続する熱回収配管において、第１開閉弁および第２開閉弁よりも熱回収用熱交換器側の熱回収配管内の圧力が所定圧力を超えた場合に開く熱回収経路用圧力逃がし弁を設けた構成を有する。
これにより、燃料電池ユニットまたは貯湯ユニットのメンテナンス終了後に、開閉弁が閉止された状態で放置した場合でも、所定の圧力で熱回収経路を開放することができる。そのため、燃料電池の運転時に熱回収配管内の加熱による熱回収配管内の圧力上昇を抑制できる。その結果、熱回収経路内の配管、ポンプ、熱交換器などの部品の損傷を防止できる安全性を確保した信頼性の高い燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。
第２の発明は、第１の発明において、貯湯タンク内の圧力が所定圧力を超えた場合に開く貯湯タンク用圧力逃がし弁を備え、熱回収経路用圧力逃がし弁が開動作する所定圧力を貯湯タンク用圧力逃がし弁が開動作する所定圧力より高くした。これにより、万が一、貯湯タンク用圧力逃がし弁が故障した場合でも、熱回収経路用圧力逃がし弁が二重の安全装置として作用し、異常な圧力上昇を回避できる燃料電池コージェネレーションシステムを実現できる。
第３の発明は、第１または第２の発明において、熱回収経路用圧力逃がし弁を、熱回収経路内の水を排出する水抜き栓としても機能するように構成する。これにより、メンテナンス時の水抜きと、メンテナンス時の不具合により発生する圧力逃がしとを、きわめて簡単な構成で実現できる。
第４の発明は、第３の発明において、熱回収経路用圧力逃がし弁は、熱回収用熱交換器の上流側で、熱回収配管における比較的低い領域に設けられる。これにより、メンテナンス時に、水の自重を利用して、熱回収配管および熱回収用熱交換器の水抜きを容易に行うことができる。
第５の発明は、第１または第２の発明において、熱回収経路用圧力逃がし弁を、熱回収経路内の空気を排出するエア抜き栓としても機能するように構成する。これにより、水の加熱時に発生するエア抜きと、メンテナンス時の不具合により発生する圧力逃がしとを、きわめて簡単な構成で実現できる。
第６の発明は、第５の発明において、熱回収経路用圧力逃がし弁は、熱回収用熱交換器の下流側で、熱回収配管における比較的高い領域に設けられる。これにより、水の加熱時に発生するエアの密度が小さいことを利用して、熱回収配管および熱回収用熱交換器のエア抜きを容易に行うことができる。
第７の発明は、第１の発明において、燃料電池および熱回収用熱交換器を収納する燃料電池ユニットと、貯湯タンクを収納する貯湯ユニットと、を少なくとも備え、熱回収経路用圧力逃がし弁は、燃料電池ユニットと貯湯ユニットとを接続する熱回収配管に配置される。これにより、熱回収配管内の圧力を開放した際に流出する水やエアを、各ユニットの外部に容易に放出して、不要な水の貯留を防止できる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した従来の構成と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図である。
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムは、燃料電池７および熱回収用熱交換器４を収納する燃料電池ユニット２１と、貯湯タンク１を収納する貯湯ユニット２２とを備え、燃料電池ユニット２１と貯湯ユニット２２とを接続する熱回収配管３に、熱回収経路用圧力逃がし弁１８を配置して構成されている。
そして、貯湯タンク１と、貯湯循環ポンプ２と、燃料電池７の発電時などの排熱を回収する熱回収用熱交換器４とを熱回収配管３で順次環状に連接して、熱回収経路８が形成されている。ここで、燃料電池ユニット２１と貯湯ユニット２２との間の熱回収配管３に、メンテナンス用の第１開閉弁１６と第２開閉弁１７が設置されている。一方、燃料電池７
と、冷却水循環ポンプ５と、熱回収用熱交換器４とを冷却水配管６で順次環状に連接することにより、冷却水経路２０が形成されている。
そして、燃料電池７の発電時などで発生する排熱は、冷却水経路２０中の冷却水に回収され、冷却水循環ポンプ５により熱回収用熱交換器４に搬送されて貯湯タンク１からの水を加熱する。また、貯湯タンク１内の水は、貯湯循環ポンプ２により熱回収経路８を循環して、熱回収用熱交換器４で燃料電池７の排熱を吸収した冷却水などにより加熱され、再び貯湯タンク１に貯えられる。
また、熱回収配管３には、第１開閉弁１６および第２開閉弁１７よりも熱回収用熱交換器側に、熱回収配管３の圧力が所定圧力を超える場合に開いて、熱回収配管３内の圧力を所定圧力以下に保持する熱回収経路用圧力逃がし弁１８が設けられている。さらに、貯湯タンク１には、貯湯タンク１内の圧力が所定圧力を超えた場合に開いて、貯湯タンク１内の圧力を所定圧力以下に保持する貯湯タンク用圧力逃がし弁１９が接続されている。
このとき、熱回収経路用圧力逃がし弁１８が開動作する所定圧力は、貯湯タンク用圧力逃がし弁１９が開動作する所定圧力より高く設定している。
また、熱回収経路用圧力逃がし弁１８に、熱回収経路８内の水を排出する水抜き栓と兼用できる機能を持たせてもよい。
これらの機能を有する熱回収経路用圧力逃がし弁１８や貯湯タンク用圧力逃がし弁１９しては、例えば両端を開放した中空のシリンダ形状を有し、その内部で弁体をバネ力により付勢する構造のものを用いることが好ましい。このとき、内圧の上昇でバネ力に抗して自動的に弁体が移動することにより、熱回収経路８の一部を開放し、シリンダを通じて外部に内圧が開放される。このとき、以下で説明するように、熱回収経路用圧力逃がし弁１８の外周を、例えばネジ込み可能な形状に形成し、手動で熱回収経路８の一部を開放できるようにしてもよい。これにより、熱回収経路用圧力逃がし弁１８を取り外して、熱回収配管３の水抜きを行う水抜き栓として用いることもできる。
そして、熱回収経路用圧力逃がし弁１８を水抜き栓として使用する場合は、図１に示すように、熱回収用熱交換器４の上流側で、熱回収配管３における比較的低い領域１８Ａに設けるのが望ましい。例えば、燃料電池ユニット２１外部の熱回収配管３を燃料電池ユニット２１に接続するための配管継手（図示せず）に直接設けたり、配管継手と燃料電池ユニット２１内部の熱回収用熱交換器４とを接続する配管の最下部に設ければよい。ここで、比較的低い領域１８Ａとは、貯湯ユニット２２や燃料電池ユニット２１が静置された状態で、第１開閉弁１６と貯湯循環ポンプ２間で熱回収配管３の下側の領域である。このとき、熱回収経路用圧力逃がし弁１８を比較的低い領域１８Ａの最下部に設けることが好ましい。なお、熱回収経路用圧力逃がし弁１８で水抜きすることにより、比較的低い領域１８Ａの熱回収配管３内を循環する水が満水状態とならなければ、特に最下部に設ける必要はない。これにより、熱回収経路８、特に、熱回収用熱交換器４内部の水が自重により落下するため、内部に残留する水の量を極力少なくできる。さらに、特に、燃料電池コージェネレーションシステムを寒冷地で使用する場合、水の凍結による熱回収配管３の破損を未然に防止できる。
また、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムは、貯湯タンク１への給水や貯湯タンク１から外部への給湯を行うために、給水入口管９、減圧弁１０、第１給水管１１および第２給水管１２、出湯管１３、混合弁１４、給湯出口管１５を備えている。
そして、貯湯タンク１への給水は、一般の上水管に接続された給水入口管９から、減圧
弁１０、第１給水管１１を経由して行われる。また、貯湯タンク１からの給湯は、給水入口管９、減圧弁１０、第２給水管１２を経由して供給された水と、貯湯タンク１の上部から出湯管１３を経由して出湯された湯とが、混合弁１４で適温に混合され、給湯出口管１５を介して外部に供給される。
本実施の形態においても、従来と同様に、貯湯タンク１と連通するように貯湯タンク用圧力逃がし弁１９が設置されている。そして、密閉構造を有する貯湯タンク１内の水が燃料電池７の排熱で加熱されて膨張することにより上昇した内圧を、貯湯タンク用圧力逃がし弁１９が所定圧力で開弁することにより開放する。これにより、膨張した水の一部を外部に開放して、貯湯タンク１の圧力上昇を抑制し、貯湯タンク１を保護することができる。
また、従来と同様に、燃料電池ユニット２１と貯湯ユニット２２との間の熱回収配管３に、メンテナンス用の第１開閉弁１６および第２開閉弁１７が設置されている。そして、燃料電池ユニット２１をメンテナンスする場合、第１開閉弁１６および第２開閉弁１７を閉止して、熱回収経路８を貯湯ユニット２２から切り離し、不要な水の漏洩を防止することができる。
本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムによれば、燃料電池ユニット２１または貯湯ユニット２２のメンテナンス終了後に、第１開閉弁１６および第２開閉弁１７を開放することを忘れ、閉止したままの状態で放置した場合でも、熱回収経路用圧力逃がし弁１８が所定圧力で開弁して、熱回収経路８を開放する。そのため、燃料電池７の運転時に熱回収配管３内が加熱されて、異常に高圧となっても、熱回収配管３内の圧力上昇を抑制し、熱回収経路８内の配管、ポンプ、熱交換器などの部品の損傷を防止できる。
また、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムによれば、熱回収経路用圧力逃がし弁１８が開動作する所定圧力を、貯湯タンク用圧力逃がし弁１９が開動作する所定圧力より高くする。これにより、万が一、貯湯タンク用圧力逃がし弁１９が故障しても、熱回収経路用圧力逃がし弁１８が二重の安全装置として作用させ、貯湯タンク１内の異常な圧力上昇を回避することができる。
また、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムによれば、熱回収経路用圧力逃がし弁１８を、熱回収経路８内の水を排出する水抜き栓としての機能を持たせている。これにより、メンテナンス時の水抜きと、メンテナンス異常時の圧力逃がしとを、きわめて簡単な構成で行うことができる。さらに、熱回収経路用圧力逃がし弁１８を、熱回収用熱交換器４の上流側で、熱回収配管３における比較的低い領域１８Ａに設ける。これにより、メンテナンス時に、水の自重により、熱回収配管３および熱回収用熱交換器４の水抜きを容易に行うことができる。
また、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムによれば、熱回収経路用圧力逃がし弁１８を、燃料電池ユニット２１と貯湯ユニット２２とを接続する熱回収配管３に配置している。これにより、熱回収配管３内を所定圧力で開放した際に流出する水やエアを、燃料電池ユニット２１および貯湯ユニット２２の外部に放出して、不要な水が貯留することを防止できる。
上記で説明したように、本実施の形態によれば、簡単な構成で、メンテナンス時の安全性を確保して、信頼性の高い燃料電池コージェネレーションシステムを提供できる。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における燃料電池コージェネレーションシステムの構成
図である。
図２に示すように、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムは、熱回収経路用圧力逃がし弁１８を、熱回収経路８内の空気を排出するエア抜き栓として機能するように構成した点で、実施の形態１とは異なる。なお、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムの構成とその作用は、実施の形態１で説明したものと略同一であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
つまり、図２に示すように、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムは、燃料電池７および熱回収用熱交換器４を収納する燃料電池ユニット２１と、貯湯タンク１を収納する貯湯ユニット２２とを備え、燃料電池ユニット２１と貯湯ユニット２２とを接続する熱回収配管３に、熱回収経路用圧力逃がし弁１８を配置して構成されている。このとき、熱回収経路用圧力逃がし弁１８を、熱回収用熱交換器４の下流側で、熱回収配管３における比較的高い領域１８Ｂに設けるものである。具体的には、例えば、熱回収経路用圧力逃がし弁１８は、貯湯タンク１から送られた水が鉛直方向の下から上に流れるように燃料電池ユニット２１内に配置された熱回収用熱交換器４の出口に接続した配管近傍に設ける。ここで、比較的高い領域１８Ｂとは、貯湯ユニット２２や燃料電池ユニット２１が静置された状態で、第２開閉弁１７と熱回収用熱交換器４間で熱回収配管３の上側の領域である。このとき、熱回収経路用圧力逃がし弁１８を比較的高い領域１８Ｂの最上部に設けることが好ましいが、比較的高い領域１８Ｂ内であれば、特に最上部に設ける必要はない。これにより、熱回収経路８内の空気を排出するエア抜き栓としての機能を付与できる。
これらの機能を有する熱回収経路用圧力逃がし弁１８としては、実施の形態１と同様に、例えば両端を開放した中空のシリンダ形状を有し、その内部で弁体をバネ力により付勢する構造のものを用いることが好ましい。このとき、内圧の上昇でバネ力に抗して自動的に弁体が移動することにより、熱回収経路８の一部を開放し、シリンダを通じて外部に内圧が開放される。
以下に、熱回収経路用圧力逃がし弁１８をエア抜き栓として兼用する効果について説明する。
通常、貯湯タンク１から送られた比較的低温の水には若干の空気が溶存している。そのため、この水を熱回収用熱交換器４で加熱すると、溶存した空気が細かい気泡となって発生する場合がある。そして、熱回収経路８内に残留した空気は、水の流れを阻害したり、熱回収用熱交換器４の伝熱面に付着して熱交換性能を劣化させる場合がある。そこで、熱回収経路用圧力逃がし弁１８をエア抜き栓として用いることにより、上記課題を解消できるものである。
本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムによれば、水の加熱時に発生するエアの排出と、メンテナンス異常時の圧力逃がしとを、きわめて簡単な構成で実現できる。また、熱回収経路用圧力逃がし弁１８を熱回収配管の高い位置に配置することにより、熱回収配管３および熱回収用熱交換器４のエア抜きを容易に行うことができる。なぜなら、水の加熱時に発生するエアは、その密度が水より小さいため、熱回収配管内を上昇し、かつ上方に溜まりやすいことによるものである。その結果、信頼性の高い燃料電池コージェネレーションシステムを提供することができる。
なお、上記実施の形態では、熱回収経路用圧力逃がし弁１８を水抜き栓またはエア抜き栓と兼用する構成および設置する例で説明したが、これに限られない。例えば、単に熱回収経路用圧力逃がし弁１８として用いてもよい。その場合、熱回収経路用圧力逃がし弁１
８は、第１開閉弁１６および第２開閉弁１７の熱回収用熱交換器４側の熱回収経路８であれば、燃料電池ユニット２１内部、貯湯ユニット２２内部、またはこれらを接続する熱回収配管３内のいずれの位置に設けても構わない。
なお、各実施の形態では、熱回収用熱交換器４が、燃料電池７の排熱を回収する例で説明したが、これに限られない。例えば、燃料電池コージェネレーションシステム内に設けられた水素製造装置（図示せず）の排ガスの排熱や、燃料電池７のアノードやカソードの排熱を回収する構成としてよい。
本発明によれば、簡単な構成で、メンテナンス時の安全性を確保し、高い信頼性が要望される燃料電池コージェネレーションシステムなどの技術分野に有用である。
本発明の実施の形態１における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図 本発明の実施の形態２における燃料電池コージェネレーションシステムの構成図 従来の燃料電池コージェネレーションシステムの構成図
１ 貯湯タンク
２ 貯湯循環ポンプ
３ 熱回収配管
４ 熱回収用熱交換器
５ 冷却水循環ポンプ
６ 冷却水配管
７ 燃料電池
８ 熱回収経路
９ 給水入口管
１０ 減圧弁
１１ 第１給水管
１２ 第２給水管
１３ 出湯管
１４ 混合弁
１５ 給湯出口管
１６ 第１開閉弁
１７ 第２開閉弁
１８ 熱回収経路用圧力逃がし弁
１８Ａ，１８Ｂ 領域
１９ 貯湯タンク用圧力逃がし弁
２０ 冷却水経路
２１ 燃料電池ユニット
２２ 貯湯ユニット

Claims (7)

  1. 第１開閉弁と、燃料電池の排熱を回収する熱回収用熱交換器と、第２開閉弁と、貯湯タンクとを熱回収配管により順次環状に連接した熱回収経路を備えた燃料電池コージェネレーションシステムであって、
    前記第１開閉弁、前記第２開閉弁と前記熱回収用熱交換器とを接続する前記熱回収配管において、前記第１開閉弁および前記第２開閉弁よりも前記熱回収用熱交換器側の前記熱回収配管内の圧力が所定圧力を超えた場合に開く熱回収経路用圧力逃がし弁を設けた燃料電池コージェネレーションシステム。
  2. 前記貯湯タンク内の圧力が所定圧力を超えた場合に開く貯湯タンク用圧力逃がし弁を備え、前記熱回収経路用圧力逃がし弁が開動作する所定圧力を前記貯湯タンク用圧力逃がし弁が開動作する所定圧力より高くした請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
  3. 前記熱回収経路用圧力逃がし弁を、前記熱回収経路内の水を排出する水抜き栓としても機能するように構成した請求項１または２に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
  4. 前記熱回収経路用圧力逃がし弁は、前記熱回収用熱交換器の上流側で、前記熱回収配管における比較的低い領域に設けられる請求項３に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
  5. 前記熱回収経路用圧力逃がし弁を、前記熱回収経路内の空気を排出するエア抜き栓としても機能するように構成した請求項１または２に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
  6. 前記熱回収経路用圧力逃がし弁は、前記熱回収用熱交換器の下流側で、前記熱回収配管における比較的高い領域に設けられる請求項５記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
  7. 前記燃料電池および前記熱回収用熱交換器を収納する燃料電池ユニットと、前記貯湯タンクを収納する貯湯ユニットと、を少なくとも備え、
    前記熱回収経路用圧力逃がし弁は、前記燃料電池ユニットと前記貯湯ユニットとを接続する前記熱回収配管に配置される請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5750570B2 (ja) * 2011-01-27 2015-07-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池システム
US9689624B2 (en) * 2011-11-18 2017-06-27 GM Global Technology Operations LLC Method for mitigating thermal propagation of batteries using heat pipes
KR101336498B1 (ko) * 2011-11-25 2013-12-03 현대하이스코 주식회사 부품 간소화 및 제어 안정성이 우수한 온수저장 장치 및 이를 이용한 연료전지 시스템
KR101352320B1 (ko) * 2011-12-22 2014-01-17 포스코에너지 주식회사 연료전지 기반의 열회수 장치 및 그 동작 방법
AU2013200499B2 (en) * 2012-07-30 2015-04-09 Rheem Australia Pty Limited A Water Heating System
JP5868810B2 (ja) * 2012-08-09 2016-02-24 株式会社コロナ 給湯装置
JPWO2014045593A1 (ja) * 2012-09-20 2016-08-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 コージェネレーションシステム及びコージェネレーションシステムの運転方法
KR101439428B1 (ko) * 2012-12-28 2014-09-11 주식회사 경동나비엔 연료전지를 이용한 보일러 시스템
GB201302761D0 (en) * 2013-02-18 2013-04-03 Ideal Boilers Ltd Water heating apparatus
JP6101602B2 (ja) * 2013-08-28 2017-03-22 東芝燃料電池システム株式会社 コジェネレーションシステムおよびその運転方法
JP6800790B2 (ja) * 2017-03-21 2020-12-16 愛三工業株式会社 車両用燃料電池システム
KR102440551B1 (ko) * 2017-12-21 2022-09-06 주식회사 경동나비엔 온수공급장치 및 온수공급장치의 폐열 활용 방법
JP2020087631A (ja) * 2018-11-21 2020-06-04 株式会社東芝 燃料電池システム
CN111169326B (zh) * 2020-01-14 2021-10-26 中车株洲电力机车有限公司 燃料电池热交换***及氢能有轨电车

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002280031A (ja) * 2001-03-15 2002-09-27 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池コージェネレーションシステム
JP2003185261A (ja) * 2001-12-25 2003-07-03 Corona Corp 貯湯式給湯風呂装置
JP2003240346A (ja) * 2002-02-13 2003-08-27 Tokyo Gas Co Ltd 温水供給装置及びその制御方法
JP2007071516A (ja) * 2005-09-09 2007-03-22 Sanden Corp 給湯システム
JP2007303719A (ja) * 2006-05-10 2007-11-22 Noritz Corp 熱回収装置、並びに、コージェネレーションシステム

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3620701B2 (ja) * 1999-04-14 2005-02-16 本田技研工業株式会社 コジェネレーション装置
US6682844B2 (en) * 2001-04-27 2004-01-27 Plug Power Inc. Release valve and method for venting a system
KR100409134B1 (ko) * 2001-10-11 2003-12-12 (주)세티 연료전지 코제네레이션 시스템
JP3976575B2 (ja) * 2002-01-29 2007-09-19 三洋電機株式会社 燃料電池発電システム
JP4803845B2 (ja) 2002-08-20 2011-10-26 独立行政法人産業技術総合研究所 半導体強誘電体記憶デバイスの製造方法
JP4887158B2 (ja) * 2004-11-25 2012-02-29 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
JP4940559B2 (ja) * 2005-02-18 2012-05-30 パナソニック株式会社 燃料電池システム
RU2300654C1 (ru) * 2005-12-09 2007-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационно-исследовательский центр "Стирлинг-технологии" Когенерационная установка с двигателем стирлинга на местном топливе

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002280031A (ja) * 2001-03-15 2002-09-27 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池コージェネレーションシステム
JP2003185261A (ja) * 2001-12-25 2003-07-03 Corona Corp 貯湯式給湯風呂装置
JP2003240346A (ja) * 2002-02-13 2003-08-27 Tokyo Gas Co Ltd 温水供給装置及びその制御方法
JP2007071516A (ja) * 2005-09-09 2007-03-22 Sanden Corp 給湯システム
JP2007303719A (ja) * 2006-05-10 2007-11-22 Noritz Corp 熱回収装置、並びに、コージェネレーションシステム

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