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JP6647030B2 - Pure hydrogen type hot water storage unit - Google Patents
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Description

本発明は、純水素型貯湯ユニットに係り、特に、水素燃料バーナを備えた純水素型貯湯ユニットに関する。   The present invention relates to a pure hydrogen hot water storage unit, and more particularly to a pure hydrogen hot water storage unit provided with a hydrogen fuel burner.

従来、家庭用給湯機器の燃料としては、都市ガス(天然ガス)、LPガス、灯油等が一般的であり、改質装置によって都市ガスや灯油等の燃料に含まれる炭化水素から水素を分離して生成し、生成した水素と空気を化学反応させて発電を行う燃料電池(改質型の燃料電池システム)が知られている。   Conventionally, city gas (natural gas), LP gas, kerosene, and the like have been generally used as fuel for household water heaters. Hydrogen is separated from hydrocarbons contained in city gas, kerosene, and other fuels by a reformer. 2. Description of the Related Art A fuel cell (reformation type fuel cell system) that generates power by chemically reacting generated hydrogen with air to generate power is known.

家庭用燃料電池では、発電とともに熱を発生するため、その熱エネルギーを有効に利用してエネルギー効率を向上させた給湯ユニットを構成することができる(例えば、特許文献1)。   In a domestic fuel cell, since heat is generated together with power generation, a hot water supply unit having improved energy efficiency by effectively utilizing the heat energy can be configured (for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載された給湯ユニットは、燃料電池の動作に伴って発生する熱を回収する熱交換器と、この熱交換器によって加熱した湯水を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンクから得られる温水の温度が低い場合には、所定の温度まで加熱してから出湯する給湯器(ボイラ)と、を備えている。かかる構成により、熱交換器によって燃料電池の熱エネルギーを効率よく利用しながら、給湯器によって所定の温度まで加熱して必要な十分な湯水を台所や浴室等へ出湯することができる。   The hot water supply unit described in Patent Literature 1 includes a heat exchanger that collects heat generated by the operation of the fuel cell, a hot water storage tank that stores hot water heated by the heat exchanger, and hot water obtained from the hot water storage tank. When the temperature is low, a water heater (boiler) that heats the water to a predetermined temperature and then taps the hot water is provided. With such a configuration, while using the heat energy of the fuel cell efficiently by the heat exchanger, it is possible to heat the water to a predetermined temperature by the water heater and supply necessary and sufficient hot water to the kitchen or bathroom.

他方、近時、都市ガス等の燃料から水素を生成するのではなく、純水素を燃料(水素燃料)として燃料電池発電を行う技術開発(改質型と区別して純水素型の燃料電池システムという。)が期待されている。純水素型の家庭用燃料電池としては、発電量が1kW未満が主流となり、発電効率を50%程度まで高めて、改質型よりも発電効率を向上させることができる。   On the other hand, recently, technology development for generating fuel cells using pure hydrogen as fuel (hydrogen fuel) instead of generating hydrogen from fuel such as city gas (pure hydrogen type fuel cell system is called .) Is expected. As a pure hydrogen type household fuel cell, the power generation amount is less than 1 kW, and the power generation efficiency can be increased to about 50%, thereby improving the power generation efficiency as compared with the reforming type.

特許第4536022号公報(請求項1、明細書の段落0023から0024、図1)Japanese Patent No. 4536022 (Claim 1, paragraphs 0023 to 0024 of the specification, FIG. 1)

しかしながら、特許文献1に記載された給湯ユニットは、改質型の燃料電池を使用しているため、水素を生成するための改質装置が必要となって機器構造が複雑になり大型化するという問題があった。   However, since the hot water supply unit described in Patent Literature 1 uses a reforming type fuel cell, a reforming device for generating hydrogen is required, which complicates the equipment structure and increases the size. There was a problem.

また、特許文献1に記載された給湯ユニットにおいて、改質型の燃料電池に代えて純水素型の燃料電池を適用しようとすると、給湯器(ボイラ)には都市ガスや灯油等の一般燃料を使用しているため、一般燃料と純水素燃料電池用の水素燃料との二重配管が必要になり、機器構成も複雑になるという問題があった。   Further, in the hot water supply unit described in Patent Literature 1, when an attempt is made to apply a pure hydrogen type fuel cell instead of a reforming type fuel cell, a general fuel such as city gas or kerosene is supplied to a water heater (boiler). Since it is used, a double pipe of a general fuel and a hydrogen fuel for a pure hydrogen fuel cell is required, and there has been a problem that the equipment configuration is complicated.

純水素型の家庭用燃料電池では、発電量が1kW未満の低出力型が主流であるため、燃料電池が発電時に発生する熱のみを熱源として貯湯タンクの湯水を加熱しようとすると、給湯能力が不足する場合があるため、不足する熱量は都市ガス等の一般燃料で補わなければならないという相反する問題があった。   Low-power type fuel cells with a power generation of less than 1 kW are the mainstream of pure hydrogen type household fuel cells. In some cases, there is a conflicting problem that the shortage of heat must be compensated for by a general fuel such as city gas.

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、純水素を燃料とした純水素型貯湯ユニットを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such a background, and has as its object to provide a pure hydrogen type hot water storage unit using pure hydrogen as fuel.

前記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、素と酸素を化学反応させて発電する燃料電池システムと、燃料電池システムに水素を供給する水素供給源と、燃料電池システムから発生した熱によって湯水を加温する熱交換器と、湯水を貯留する貯湯タンクと、水素供給源から供給された水素を燃焼させて湯水を加熱する水素燃料バーナと、を備える純水素型貯湯ユニットであって、貯湯タンクの上部に設けられて、貯留された湯水を出湯する高温貯湯層と、貯湯タンクの下部に貯留された湯水からなる低温貯湯層と、低温貯湯層と高温貯湯層との間に位置して、水素燃料バーナを配設する中温貯湯層とを備え、貯湯タンクの側面であって、低温貯湯層に対応する部分に熱交換器から加温された水を供給する供給口を設けたこと、を特徴とする。 To solve the above problems, the invention according to claim 1, a fuel cell system for generating a hydrogen and oxygen by chemical reaction, and the hydrogen supply source that supplies hydrogen to a fuel cell system, generated from the fuel cell system A pure hydrogen type hot water storage unit including a heat exchanger that heats hot water with heat, a hot water storage tank that stores hot water, and a hydrogen fuel burner that heats hot water by burning hydrogen supplied from a hydrogen supply source. A high-temperature hot water reservoir provided at the upper part of the hot water storage tank to discharge the stored hot water, a low-temperature hot water reservoir composed of the hot water stored at the lower part of the hot water storage tank, and a low-temperature hot water reservoir and a high-temperature hot water reservoir. And a middle-temperature hot water storage layer in which a hydrogen fuel burner is disposed, and a supply port for supplying warmed water from the heat exchanger is provided on a side of the hot water storage tank corresponding to the low-temperature hot water storage layer. feature was that, the To.

かかる構成により、本発明に係る純水素型貯湯ユニットは、水素供給源から供給された純水素(以下、「純水素」を水素ガスの意味で使用し、特に改質型の水素と区別する必要がない場合には、単に「水素」という。)を燃料電池に供給して発電するとともに、水素燃料バーナに供給して純水素を燃焼させることで、環境に配慮した二酸化炭素を出さない純水素型貯湯ユニットを構成することができる。   With this configuration, the pure hydrogen type hot water storage unit according to the present invention uses pure hydrogen supplied from a hydrogen supply source (hereinafter, “pure hydrogen” in the sense of hydrogen gas, and particularly needs to be distinguished from reforming type hydrogen). If there is no hydrogen, simply supply "hydrogen" to the fuel cell to generate electricity, and supply it to the hydrogen fuel burner to burn the pure hydrogen, thereby producing environmentally friendly pure hydrogen that does not emit carbon dioxide. A hot water storage unit can be configured.

つまり、本発明に係る純水素型貯湯ユニットは、熱交換器によって前記燃料電池システムから発生した熱( 排熱) を利用して貯湯タンクの低温貯湯層の上部に供給口から供給されて貯留される湯水を加温するとともに、排熱の熱エネルギーが不足する場合には、適宜水素燃料バーナによって貯湯タンクの湯水を加熱することができる。このため、純水素の燃料配管だけでシステムを構成することができるため、都市ガス等の配管を排除して配管や機器構成を簡素化することができる。 That is, the pure hydrogen type hot water storage unit according to the present invention is supplied from the supply port to the upper part of the low temperature hot water storage layer of the hot water storage tank and stored by utilizing the heat (exhausted heat) generated from the fuel cell system by the heat exchanger. When the hot water is heated and the heat energy of the exhaust heat is insufficient, the hot water in the hot water storage tank can be appropriately heated by the hydrogen fuel burner. For this reason, since the system can be configured only with the pure hydrogen fuel piping, the piping for gas and the like can be eliminated, and the piping and equipment configuration can be simplified.

このようにして、本発明に係る純水素型貯湯ユニットは、家庭用燃料電池システムのように発熱量が低い場合であっても、必要に応じて水素燃料バーナを燃焼させることで、湯水の加熱時間を短縮して、貯湯タンクの大容量化を回避しながらエネルギー効率を高めて、十分な給湯能力を確保することができる。   In this way, the pure hydrogen type hot water storage unit according to the present invention can heat the hot water by burning the hydrogen fuel burner as needed even when the calorific value is low as in a home fuel cell system. By shortening the time and avoiding increasing the capacity of the hot water storage tank, it is possible to increase energy efficiency and secure sufficient hot water supply capacity.

本発明の請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の純水素型貯湯ユニットであって、供給口は、水素燃料バーナより下方に設けられていること、を特徴とする。 The invention according to claim 2 of the present invention is the pure hydrogen type hot water storage unit according to claim 1 , wherein the supply port is provided below the hydrogen fuel burner .

かかる構成により、貯湯タンクの低温貯湯層は前記熱交換器で加温し、前記低温貯湯層よりも上部に貯留され低温貯湯槽よりも温度が高い湯水は前記水素燃料バーナで加熱することで、燃料電池から発生するエネルギーを有効に利用してエネルギー効率を高めることができる。 With this configuration, the low-temperature hot water storage layer of the hot water storage tank is heated by the heat exchanger, and the hot water that is stored above the low-temperature hot water storage layer and has a higher temperature than the low-temperature hot water storage tank is heated by the hydrogen fuel burner. Energy efficiency can be improved by effectively utilizing the energy generated from the fuel cell.

本発明の請求項3に係る発明は、熱交換器へ低温貯湯層の湯水を導入する流入流路を貯湯タンクの底面に接続したこと、を特徴とする。 The invention according to claim 3 of the present invention is characterized in that an inflow channel for introducing hot water of the low-temperature hot water storage layer into the heat exchanger is connected to a bottom surface of the hot water storage tank .

かかる構成により、供給口よりも下方となるように接続された流入流路から低温貯湯層の下部に貯湯された湯水を熱交換器へ導入できる。低温貯湯層の下部に貯湯された湯水は、比較的低温であり熱交換器における熱交換効率が良好である。With this configuration, the hot water stored in the lower portion of the low-temperature hot water storage layer can be introduced into the heat exchanger from the inflow passage connected below the supply port. Hot water stored in the lower part of the low-temperature hot water storage layer has a relatively low temperature and good heat exchange efficiency in the heat exchanger.

本発明の請求項4に係る発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の純水素型貯湯ユニットであって、前記貯湯タンクに貯留された湯水の温度を計測する温度センサと、前記貯湯タンクから出湯された湯水、または前記供給口から当該貯湯タンクに新たに流入される湯水の流量を計測する流量計をさらに備え、前記制御装置は、前記温度センサで計測した温度、および前記流量計で計測した流量に基づいて前記貯湯タンクに貯留された湯水から流出する流出熱量を演算し、この流出熱量を補足して前記貯湯タンクに貯留された湯水が所定の温度に到達するように前記水素燃料バーナの燃焼を制御すること、を特徴とする。   The invention according to claim 4 of the present invention is the pure hydrogen type hot water storage unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature sensor measures the temperature of hot water stored in the hot water storage tank. And hot water discharged from the hot water storage tank, or a flow meter for measuring the flow rate of hot water newly flowing into the hot water storage tank from the supply port, the control device, the temperature measured by the temperature sensor, And calculating the amount of heat flowing out of the hot water stored in the hot water storage tank based on the flow rate measured by the flow meter, and supplementing the outflow heat with the hot water stored in the hot water storage tank reaching a predetermined temperature. The combustion of the hydrogen fuel burner is controlled as described above.

ここで、前記貯湯タンクから出湯された湯水の流量は、前記供給口から当該貯湯タンクに新たに流入される湯水の流量と同じとみなすことができる。   Here, the flow rate of hot water discharged from the hot water storage tank can be regarded as the same as the flow rate of hot water newly flowing into the hot water storage tank from the supply port.

請求項4に係る純水素型貯湯ユニットは、前記貯湯タンクに貯留された湯水から流出する流出熱量を演算することで、迅速に貯湯タンクの温度低下を予測して、温度低下が生じないように水素燃料バーナを燃焼させる。   The pure hydrogen hot water storage unit according to claim 4 calculates the amount of heat flowing out of the hot water stored in the hot water storage tank, thereby quickly predicting the temperature decrease of the hot water storage tank so that the temperature does not decrease. Burn the hydrogen fuel burner.

このようにして、請求項4に係る純水素型貯湯ユニットは、給湯能力の低下を抑制して、貯湯タンクの容量を効率的に使用することができるため、貯湯タンクの容量を小型化しながら、給湯能力を向上させることができる。   In this way, the pure hydrogen type hot water storage unit according to claim 4 can suppress the decrease in the hot water supply capacity and efficiently use the capacity of the hot water storage tank. Hot water supply capacity can be improved.

本発明の請求項5に係る発明は、請求項1から4のいずれか1項に記載の純水素型貯湯ユニットであって、前記低温貯湯層に貯留された湯水の温度を計測する低温貯湯層温度センサと、前記水素燃料バーナの燃焼空気を熱交換部に送風して前記湯水を加熱するための送風ファンと、低温貯湯層温度センサによって計測された前記低温貯湯層の湯水の温度が予め設定した所定の上限温度以上になった場合には、前記水素燃料バーナの燃焼を停止させた状態で前記送風ファンを駆動させて前記熱交換部に冷却空気を送風して前記低温貯湯層の湯水が前記所定の上限温度未満になるように冷却する上限温度制御手段と、を備えたことを特徴とする。 An invention according to claim 5 of the present invention is the pure hydrogen hot water storage unit according to any one of claims 1 to 4 , wherein the low-temperature hot water storage unit measures the temperature of hot water stored in the low-temperature hot water storage layer. A temperature sensor, a blower fan for blowing the combustion air of the hydrogen fuel burner to a heat exchange unit to heat the hot water, and a temperature of the hot water of the low-temperature hot water storage layer measured by the low-temperature hot water storage layer temperature sensor is preset. When the temperature becomes equal to or higher than the predetermined upper limit temperature, the cooling fan is driven in a state where the combustion of the hydrogen fuel burner is stopped to blow cooling air to the heat exchange unit, and the hot and cold water in the low-temperature hot water storage layer is discharged. And an upper limit temperature control means for cooling so as to be lower than the predetermined upper limit temperature.

本発明の請求項5に係る純水素型貯湯ユニットは、前記低温貯湯層の湯水が前記所定の上限温度未満になるように冷却する上限温度制御手段を備えたことで、燃料電池システムの稼働中(発電中)に燃料電池システムを冷却する低温貯湯層の湯水の温度が所定の上限温度以上に上昇することがないので、燃料電池システムの冷却能力を確保して、発電効率の低下を抑制することができる。   The pure hydrogen type hot water storage unit according to claim 5 of the present invention includes an upper limit temperature control unit that cools the hot water in the low temperature hot water storage so as to be lower than the predetermined upper limit temperature. Since the temperature of the hot water in the low-temperature storage tank for cooling the fuel cell system during power generation does not rise above a predetermined upper limit temperature, the cooling capacity of the fuel cell system is ensured, and a decrease in power generation efficiency is suppressed. be able to.

また、前記水素燃料バーナの燃焼空気を燃焼室に送風するための送風ファンを使用して前記低温貯湯層の湯水を冷却することで、貯湯タンクの容量を過度に増やすことなく、かつ燃料電池システムを冷却するための冷却及び放熱機構を保有する冷却装置を別途設けることなく必要な燃料電池システムの冷却能力を確保することができる。このため、従来の燃料電池システムに搭載された冷却装置を削減または排除することが可能となる。   Further, by cooling the hot water in the low-temperature hot water storage layer using a blower fan for blowing the combustion air of the hydrogen fuel burner to a combustion chamber, the capacity of the hot water storage tank is not excessively increased, and the fuel cell system is not changed. The required cooling capacity of the fuel cell system can be ensured without separately providing a cooling device having a cooling and heat radiation mechanism for cooling the fuel cell. For this reason, it becomes possible to reduce or eliminate the cooling device mounted on the conventional fuel cell system.

このようにして、本発明の請求項5に係る純水素型貯湯ユニットは、貯湯タンクの大容量化を回避しながら、かつ、燃料電池システムに別途冷却装置を搭載することなく必要十分な範囲で発電能力と給湯能力とをバランスさせてエネルギー効率を高め、必要な発電能力と十分な給湯能力とを効率よく確保することができる。   Thus, the pure hydrogen type hot water storage unit according to claim 5 of the present invention can avoid a large capacity of the hot water storage tank and can provide a fuel cell system within a necessary and sufficient range without separately mounting a cooling device. Energy efficiency is enhanced by balancing power generation capacity and hot water supply capacity, and required power generation capacity and sufficient hot water supply capacity can be efficiently secured.

本発明は、純水素を燃料とした純水素型貯湯ユニットを提供することができる。
本発明に係る純水素型貯湯ユニットは、湯水の加熱時間を短縮して、貯湯タンクの大容量化を回避しながらエネルギー効率を高めて、十分な給湯能力を確保することができる。
The present invention can provide a pure hydrogen type hot water storage unit using pure hydrogen as fuel.
ADVANTAGE OF THE INVENTION The pure hydrogen type hot-water storage unit which concerns on this invention shortens the heating time of hot-water, improves energy efficiency, avoiding increasing the capacity of a hot-water storage tank, and can ensure sufficient hot-water supply capacity.

本発明の第1の実施形態に係る純水素型貯湯ユニットの構成を模式的に示す回路図である。It is a circuit diagram showing typically composition of a pure hydrogen type hot water storage unit concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る純水素型貯湯ユニットの構成を模式的に示す回路図である。It is a circuit diagram showing typically the composition of the pure hydrogen type hot water storage unit concerning a 2nd embodiment of the present invention.

〈第1の実施形態〉
本発明の第1の実施形態に係る純水素型貯湯ユニット1について図1を参照しながら詳細に説明する。参照する図1は、純水素型貯湯ユニットの構成要素を模式的に示す回路図であり、純水素や湯水の流路も簡略化して表示し、構成要素の形状や配置等を示すものではない。
<First embodiment>
A pure hydrogen type hot water storage unit 1 according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 to be referred to is a circuit diagram schematically showing the components of the pure hydrogen type hot water storage unit, in which the flow paths of pure hydrogen and hot water are also shown in a simplified manner, and do not show the shapes and arrangements of the components. .

純水素型貯湯ユニット1は、図1に示すように、湯水U(U1,U2,U3)を貯留して上部から出湯する貯湯タンク2と、水素H1と酸素を化学反応させて発電する燃料電池システム3と、燃料電池システム3に水素H1を供給する水素供給源4と、燃料電池システム3から発生した熱によって湯水U(U1,U2,U3)を加温する熱交換器31と、動作を制御する制御装置5と、水素供給源4から供給された水素H2燃焼させて湯水Uを加熱する水素燃料バーナ6と、を備えている。   As shown in FIG. 1, a pure hydrogen type hot water storage unit 1 stores hot water U (U1, U2, U3) and discharges hot water from above, and a fuel cell that generates power by chemically reacting hydrogen H1 and oxygen. A system 3, a hydrogen supply source 4 for supplying hydrogen H1 to the fuel cell system 3, a heat exchanger 31 for heating the hot water U (U1, U2, U3) by heat generated from the fuel cell system 3, and The control device 5 includes a control device 5 for controlling the fuel supply, and a hydrogen fuel burner 6 for heating the hot water U by burning the hydrogen H2 supplied from the hydrogen supply source 4.

純水素型貯湯ユニット1は、水素供給源4から供給される水素H(H1,H2)を使用して、給水口21から貯湯タンク2に供給された常温の水道水W1を熱交換器31、および水素燃料バーナ6によって所定の温度に加熱して出湯する給湯システムであり、特に家庭用の燃料電池システム3に好適に適用することができる。   The pure hydrogen hot water storage unit 1 uses the hydrogen H (H1, H2) supplied from the hydrogen supply source 4 to convert the normal temperature tap water W1 supplied from the water supply port 21 to the hot water storage tank 2 into the heat exchanger 31, And a hot water supply system in which the hot water is heated to a predetermined temperature by the hydrogen fuel burner 6, and can be suitably applied to the household fuel cell system 3 in particular.

貯湯タンク2は、下部に配設された給水口21と、湯水U3の温度を計測する温度センサ22と、貯湯タンク2から出湯された湯水U3の流量を計測する流量計23と、を備えている。
貯湯タンク2には、給水口21から水道水W1が供給される。貯湯タンク2に供給されて貯湯された水道水W1は、熱交換器31によって加温されるとともに、水素燃料バーナ6によって加熱されて、所定の容量の湯水U(U1,U2,U3)が貯留されるようになっている。
Hot water storage tank 2 includes a water supply port 21 disposed at a lower portion, a temperature sensor 22 for measuring the temperature of hot water U3, and a flow meter 23 for measuring a flow rate of hot water U3 discharged from hot water storage tank 2. I have.
Tap water W1 is supplied from the water supply port 21 to the hot water storage tank 2. Tap water W1 supplied to hot water storage tank 2 and stored therein is heated by heat exchanger 31 and heated by hydrogen fuel burner 6 to store a predetermined volume of hot water U (U1, U2, U3). It is supposed to be.

貯湯タンク2に貯留された湯水U(U1,U2,U3)は、貯湯タンク2の下部に貯留された湯水U1からなる低温貯湯層U1と、貯湯タンク2の上部に貯留された湯水U3からなる高温貯湯層U3と、貯湯タンク2の中間部であり低温貯湯層U1と高温貯湯層U3の間に形成される中温貯湯層U2と、に区分される。   Hot water U (U1, U2, U3) stored in hot water storage tank 2 includes low-temperature hot water storage layer U1 formed of hot water U1 stored in a lower portion of hot water storage tank 2, and hot water U3 stored in an upper portion of hot water storage tank 2. It is divided into a high-temperature hot-water storage layer U3 and a middle-temperature hot-water storage layer U2 which is an intermediate portion of the hot-water storage tank 2 and is formed between the low-temperature hot-water storage layer U1 and the high-temperature hot-water storage layer U3.

高温貯湯層U3からは、高温の湯水U3が出湯される。高温の湯水U3が出湯されると、水道水W1の水圧によって出湯された流量だけ給水口21から水道水W1が流入する。このようにして、貯湯タンク2は、所定容量の湯水U(U1,U2,U3)を貯留する。   Hot water U3 is discharged from the hot water storage layer U3. When the hot water U3 is discharged, tap water W1 flows in from the water supply port 21 by the flow rate of the tap water by the pressure of the tap water W1. In this way, hot water storage tank 2 stores hot water U (U1, U2, U3) having a predetermined capacity.

温度センサ22は、高温貯湯層U3から出湯される高温の湯水U3の温度を計測する。
流量計23は、高温貯湯層U3から出湯された高温の湯水U3の流量を計測する。
なお、本実施形態においては、流量計23によって高温貯湯層U3から出湯される高温の湯水U3の流量を計測したが、これに限定されるものではなく、高温貯湯層U3から出湯された湯水の流量と給水口21から貯湯タンク2に流入する水道水W1の流量は同じであるから、図示しない流量計によって貯湯タンク2に新たに流入する水道水W1の流量を計測してもよい。
Temperature sensor 22 measures the temperature of hot water U3 discharged from hot water storage layer U3.
The flow meter 23 measures the flow rate of the hot water U3 discharged from the hot water storage layer U3.
In the present embodiment, the flow rate of the high-temperature hot water U3 discharged from the high-temperature hot water storage layer U3 is measured by the flow meter 23. However, the present invention is not limited to this. Since the flow rate and the flow rate of the tap water W1 flowing into the hot water storage tank 2 from the water supply port 21 are the same, the flow rate of the tap water W1 newly flowing into the hot water storage tank 2 may be measured by a flow meter (not shown).

貯湯タンク2から高温の湯水U3が出湯されると、制御装置5は、利用者が設定した供給温度に応じて混合弁(不図示)を介して、水道水W1と混合して温度を調整してから台所や浴室等の種々の給湯栓24へ給湯するようになっている。
貯湯タンク2の構成や動作は、特に限定されるものではないので、詳細な説明は省略する。
When hot water U3 is discharged from hot water storage tank 2, controller 5 mixes with tap water W1 via a mixing valve (not shown) according to the supply temperature set by the user to adjust the temperature. After that, hot water is supplied to various hot water taps 24 such as a kitchen and a bathroom.
The configuration and operation of the hot water storage tank 2 are not particularly limited, and a detailed description thereof will be omitted.

低温貯湯層U1には、低温貯湯層U1の下部に水道水W1が流入される。このため、低温貯湯層U1の下部は、低温貯湯層U1の上部よりも低温の湯水(水道水W2)が貯留される。   Tap water W1 flows into the low-temperature hot water storage layer U1 below the low-temperature hot water storage layer U1. For this reason, hot water (tap water W2) is stored at a lower portion of the low-temperature hot water storage layer U1 than at an upper portion of the low-temperature hot water storage layer U1.

なお、貯湯タンク2に貯留された湯水U(U1,U2,U3)は、湯水U1,U2,U3のそれぞれの温度や量、貯湯タンク2の容量や使用状況等によって領域や境界が流動的であり、厳格に区別されるものではないが、説明の便宜上、形式的に湯水U1,U2,U3を区分するが、特に湯水U1,U2,U3を区別する必要がない場合には、総称して湯水U(U1,U2,U3)と表示する。   The area and boundaries of the hot water U (U1, U2, U3) stored in the hot water storage tank 2 are fluid depending on the temperature and amount of the hot water U1, U2, U3, the capacity of the hot water storage tank 2, the usage status, and the like. Yes, although it is not strictly distinguished, for convenience of explanation, hot water U1, U2, U3 are formally divided, but when it is not particularly necessary to distinguish hot water U1, U2, U3, collectively Hot water U (U1, U2, U3) is displayed.

燃料電池システム3は、家庭内で使用する電力を賄うための発電システムであり、水素と酸素を化学反応させて発電する燃料電池32と、燃料電池32に水素H1を供給する水素供給流路33と、を備えている。燃料電池32は、水素H1と酸素が化学反応する過程で発熱するため、化学反応を促進させるために冷却水を循環させて冷却する。   The fuel cell system 3 is a power generation system for supplying electric power used at home, and includes a fuel cell 32 that generates power by chemically reacting hydrogen and oxygen, and a hydrogen supply flow path 33 that supplies hydrogen H1 to the fuel cell 32. And Since the fuel cell 32 generates heat in the course of the chemical reaction between the hydrogen H1 and oxygen, it cools by circulating cooling water to promote the chemical reaction.

熱交換器31は、燃料電池32から発生した熱によって加熱された冷却水(不図示)と貯湯タンク2の給水口21からの低温貯湯層U1の下部に貯留された湯水U1(水道水W2)とを熱交換して、低温貯湯層U1の湯水U1を加温する装置である。
熱交換器31は、湯水U1(水道水W2)を導入する流入流路31aと、燃料電池32を冷却して加温された冷却水と水道水W2とを熱交換して水道水W2を加温する熱交換部31bと、加温された水道水W3をポンプPによって低温貯湯層U1の上部に供給する供給流路31cと、低温貯湯層U1の上部に形成された水道水W3の供給口31dと、を備えている。
The heat exchanger 31 includes cooling water (not shown) heated by the heat generated from the fuel cell 32 and hot water U1 (tap water W2) stored in the lower part of the low-temperature hot water storage layer U1 from the water supply port 21 of the hot water storage tank 2. To heat the hot water U1 in the low-temperature hot water storage layer U1.
The heat exchanger 31 exchanges heat between the inflow passage 31a for introducing the hot water U1 (tap water W2) and the cooling water heated by cooling the fuel cell 32 and the tap water W2 to add the tap water W2. A heat exchange section 31b to be heated, a supply flow path 31c for supplying the heated tap water W3 to the upper portion of the low-temperature hot water storage layer U1 by the pump P, and a supply port of the tap water W3 formed at the upper portion of the low-temperature hot water storage layer U1. 31d.

なお、本実施形態においては、低温貯湯層U1の下部に貯留された湯水(水道水W2)を流入流路31aを通って熱交換部31bに導入したが、これに限定されるものではなく、低温貯湯層U1の下部に供給される水道水W1を低温貯湯層U1の下部に供給する流路と熱交換部31bに導入する流路に分岐してそれぞれに供給してもよい。
燃料電池システム3の構成は、特に限定されるものではないので詳細な説明は省略する。
In the present embodiment, the hot water (tap water W2) stored in the lower part of the low-temperature hot water storage layer U1 is introduced into the heat exchange unit 31b through the inflow passage 31a, but is not limited thereto. The tap water W1 supplied to the lower part of the low-temperature hot water storage layer U1 may be branched and supplied to a flow path for supplying the lower part of the low-temperature hot water storage layer U1 and a flow path for introducing the heat exchange part 31b.
Since the configuration of the fuel cell system 3 is not particularly limited, a detailed description will be omitted.

水素供給源4は、燃料電池32や水素燃料バーナ6に水素H(H1,H2)を供給する手段であり、特に限定されるものではなく、水素H(H1,H2)を貯留する水素タンクや水素ステーションに連結されたパイプライン等に連結して適用することができる。   The hydrogen supply source 4 is a unit that supplies hydrogen H (H1, H2) to the fuel cell 32 and the hydrogen fuel burner 6, and is not particularly limited, and may be a hydrogen tank that stores hydrogen H (H1, H2), The present invention can be applied to a pipeline or the like connected to a hydrogen station.

制御装置5は、温度センサ22で計測した湯水U3の温度および流量計23で計測した流量に基づいて貯湯タンク2に貯留された湯水U(U1,U2,U3)から流出する流出熱量を演算して、貯湯タンク2に貯留されたU(U1,U2,U3)が所定の温度に到達するように水素燃料バーナ6の燃焼を制御する。   Control device 5 calculates the amount of heat flowing out of hot water U (U1, U2, U3) stored in hot water storage tank 2 based on the temperature of hot water U3 measured by temperature sensor 22 and the flow rate measured by flow meter 23. Thus, the combustion of the hydrogen fuel burner 6 is controlled so that U (U1, U2, U3) stored in the hot water storage tank 2 reaches a predetermined temperature.

つまり、純水素型貯湯ユニット1は、制御装置5によって、貯湯タンク2に貯留された湯水U(U1,U2,U3)から流出する流出熱量を演算することで、迅速に貯湯タンク2に貯留された湯水U(U1,U2,U3)の温度低下を予測する。そして、温度低下が生じないように水素燃料バーナ6を燃焼させることで、流出熱量に相当する熱量を補足して給湯能力の低下を抑制することができる。   That is, the pure hydrogen hot water storage unit 1 is quickly stored in the hot water storage tank 2 by the control device 5 calculating the amount of heat flowing out of the hot water U (U1, U2, U3) stored in the hot water storage tank 2. The temperature drop of hot and cold water U (U1, U2, U3) is predicted. Then, by burning the hydrogen fuel burner 6 so that the temperature does not decrease, the amount of heat corresponding to the amount of outflow heat can be complemented to suppress a decrease in the hot water supply capacity.

このようにして、純水素型貯湯ユニット1は、貯湯タンク2の容量を効率的に使用することができるため、貯湯タンク2の容量を小型化しながら、給湯能力を向上させることができる。   In this way, the pure hydrogen hot water storage unit 1 can efficiently use the capacity of the hot water storage tank 2, so that the capacity of the hot water storage tank 2 can be reduced while improving the hot water supply capacity.

水素燃料バーナ6は、水素供給源4から水素H2を導入する水素導入口61と、水素H2と酸素とを混合して火炎62aを噴射するバーナ部62と、噴射された火炎62aを拡散させる燃焼室63と、火炎62aの熱エネルギーによって貯湯タンク2に貯留された湯水U(U1,U2,U3)を加熱する熱交換部63aと、を備えている。   The hydrogen fuel burner 6 includes a hydrogen inlet 61 that introduces hydrogen H2 from the hydrogen supply source 4, a burner unit 62 that mixes hydrogen H2 and oxygen to inject a flame 62a, and combustion that diffuses the injected flame 62a. It has a chamber 63 and a heat exchange unit 63a for heating the hot water U (U1, U2, U3) stored in the hot water storage tank 2 by the heat energy of the flame 62a.

水素燃料バーナ6は、バーナ部62や燃焼室63が低温貯湯層U1と高温貯湯層U3の間の中温貯湯層U2に位置するように、供給流路31cの供給口よりも上方に配設されている。水素燃料バーナ6の熱交換部63aは、高温貯湯層U3に位置するように配設されている。かかる構成により、燃焼室63で拡散された火炎62aによる燃焼ガスが熱交換部63aを上昇して効率的かつ迅速に高温貯湯層U3の湯水U3を加熱することができる。   The hydrogen fuel burner 6 is disposed above the supply port of the supply flow path 31c so that the burner section 62 and the combustion chamber 63 are located in the middle-temperature hot water storage layer U2 between the low-temperature hot water storage layer U1 and the high-temperature hot water storage layer U3. ing. The heat exchange section 63a of the hydrogen fuel burner 6 is disposed so as to be located in the high-temperature hot water storage layer U3. With this configuration, the combustion gas diffused by the flame 62a in the combustion chamber 63 rises up the heat exchange section 63a, and can efficiently and quickly heat the hot water U3 of the high-temperature hot water storage layer U3.

以上のように構成された本発明の実施形態に係る純水素型貯湯ユニット1の動作について図1を参照しながら説明する。
純水素型貯湯ユニット1は、水素供給源4から供給された水素H1を燃料電池32に供給して発電し、熱交換器31によって燃料電池32から発生した熱(排熱)を利用して貯湯タンク2に貯留される湯水U(U1)を加温する。
The operation of the pure hydrogen hot water storage unit 1 according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIG.
The pure hydrogen type hot water storage unit 1 supplies hydrogen H1 supplied from the hydrogen supply source 4 to the fuel cell 32 to generate power, and uses heat (exhausted heat) generated from the fuel cell 32 by the heat exchanger 31 to store hot water. The hot water U (U1) stored in the tank 2 is heated.

また、水素供給源4から供給された水素H2を水素燃料バーナ6に供給して水素H2を燃焼させることで、排熱の熱エネルギーが不足する場合には、適宜水素燃料バーナ6によって貯湯タンク2の湯水U(U1,U2,U3)を加熱することができる。   When the heat energy of the exhaust heat is insufficient by supplying the hydrogen H2 supplied from the hydrogen supply source 4 to the hydrogen fuel burner 6 and burning the hydrogen H2, the hot water storage tank 2 is appropriately provided by the hydrogen fuel burner 6. Hot water U (U1, U2, U3) can be heated.

このようにして、本発明の実施形態に係る純水素型貯湯ユニット1は、家庭用の燃料電池システム3のように発熱量が低い場合であっても、必要に応じて水素燃料バーナ6を燃焼させることで、湯水U(U1,U2,U3)の加熱時間を短縮して、貯湯タンク2の大容量化を回避しながらエネルギー効率を高めて、十分な給湯能力を確保することができる。
また、純水素の燃料配管だけでシステムを構成することができるため、都市ガス等の配管を排除して配管や機器構成を簡素化することができる。
In this way, the pure hydrogen hot water storage unit 1 according to the embodiment of the present invention burns the hydrogen fuel burner 6 as necessary even when the calorific value is low like the fuel cell system 3 for home use. By doing so, the heating time of hot water U (U1, U2, U3) can be shortened, energy efficiency can be increased while avoiding increase in capacity of hot water storage tank 2, and sufficient hot water supply capacity can be secured.
In addition, since the system can be configured using only the pure hydrogen fuel pipe, the pipe for city gas and the like can be eliminated, and the pipe and the equipment configuration can be simplified.

〈第2の実施形態〉
続いて、本発明の第2の実施形態に係る純水素型貯湯ユニット1Aについて、図2を参照しながら詳細に説明する。
以下の説明において、本発明の第2の実施形態に係る純水素型貯湯ユニット1Aは、主として低温貯湯層温度センサ25と上限温度制御手段51とを備えた点で前記した第1の実施形態に係る純水素型貯湯ユニット1(図1参照)と相違するため、以下の説明においては、純水素型貯湯ユニット1共通する構成については同じ符号を付して重複する詳細な説明は省略する。
<Second embodiment>
Next, a pure hydrogen hot water storage unit 1A according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
In the following description, the pure hydrogen type hot water storage unit 1A according to the second embodiment of the present invention mainly includes the low temperature hot water storage layer temperature sensor 25 and the upper limit temperature control means 51. Since this is different from the pure hydrogen type hot water storage unit 1 (see FIG. 1), in the following description, the same reference numerals are given to the components common to the pure hydrogen type hot water storage unit 1 and the duplicate detailed description will be omitted.

本発明の第2の実施形態に係る純水素型貯湯ユニット1Aは、低温貯湯層に貯留された湯水U1の温度を計測する低温貯湯層温度センサ25と、水素燃料バーナ6の燃焼空気を熱交換部である燃焼室63および熱交換部63aに送風するための送風ファン6aと、低温貯湯層の湯水U1の上限温度を管理する上限温度制御手段51と、を備えている。   The pure hydrogen type hot water storage unit 1A according to the second embodiment of the present invention exchanges heat between the low-temperature hot water storage layer temperature sensor 25 that measures the temperature of the hot water U1 stored in the low-temperature hot water storage layer and the combustion air of the hydrogen fuel burner 6. A blower fan 6a for blowing air to the combustion chamber 63 and the heat exchanging unit 63a, and an upper limit temperature control unit 51 for managing the upper limit temperature of the hot water U1 in the low temperature hot water storage layer.

低温貯湯層温度センサ25は、貯湯タンク2の低温貯湯層U1に配設されているが、低温貯湯層に貯留された湯水U1の温度を計測することができれば、これに限定されるものではなく低温貯湯層U1から流入量路31aに流れ込んだ湯水(水道水W2)の温度を計測してもよい。   The low-temperature hot water storage layer temperature sensor 25 is provided in the low-temperature hot water storage layer U1 of the hot water storage tank 2, but is not limited to this as long as the temperature of the hot water U1 stored in the low-temperature hot water storage layer can be measured. The temperature of the hot water (tap water W2) flowing from the low-temperature hot water storage layer U1 into the inflow passage 31a may be measured.

送風ファン6aは、水素燃料バーナ6に設けられ、バーナ部62から噴射された火炎の熱エネルギー(燃焼空気)を燃焼室63および熱交換部63aに送り込むための送風装置であり、水素供給源4から水素導入口61を通って水素H2がバーナ部62へ供給され火炎が生成されている場合には、バーナ部62で生成された火炎の熱エネルギー(燃焼空気)を燃焼室63および熱交換部63aに送り込んで低温貯湯層の湯水U1を加温する機能を奏する。   The blower fan 6 a is provided in the hydrogen fuel burner 6 and is a blower for sending thermal energy (combustion air) of the flame injected from the burner section 62 to the combustion chamber 63 and the heat exchange section 63 a. When hydrogen H2 is supplied to the burner 62 through the hydrogen inlet 61 to generate a flame, the heat energy (combustion air) of the flame generated in the burner 62 is transferred to the combustion chamber 63 and the heat exchange section. It has a function of heating the hot water U1 in the low-temperature hot water storage layer by sending it to the low-temperature hot water storage layer 63a.

他方、水素燃料バーナ6におけるバーナ部62の燃焼を停止させた状態では、バーナ部62で火炎が生成されていないため、常温の冷却空気を燃焼室63および熱交換部63aに送り込むことで、低温貯湯層の湯水U1を冷却する送風冷却装置としての機能を奏する。
具体的には、送風冷却装置として機能させた場合には、バーナ部62への水素H2の供給を停止してバーナ部62の燃焼を停止した状態で送風ファン6aを駆動することで、低温貯湯層の湯水U1よりも低温の冷却空気を熱交換器として機能する燃焼室63および熱交換部63aに送り込むことができるため、低温貯湯層の湯水U1を冷却することができる。
On the other hand, in a state in which the combustion of the burner section 62 in the hydrogen fuel burner 6 is stopped, no flame is generated in the burner section 62, so that the normal-temperature cooling air is sent into the combustion chamber 63 and the heat exchange section 63 a to reduce the temperature. It functions as a blower cooling device that cools the hot water U1 in the hot water storage layer.
Specifically, when functioning as a blower cooling device, the supply of hydrogen H2 to the burner section 62 is stopped, and the combustion fan 6a is driven in a state where the combustion of the burner section 62 is stopped, so that the low-temperature hot water storage is performed. Since the cooling air lower in temperature than the hot water U1 of the layer can be sent to the combustion chamber 63 and the heat exchange section 63a functioning as a heat exchanger, the hot water U1 of the low-temperature hot water storage layer can be cooled.

つまり、燃焼室63および熱交換部63aは、熱交換器として機能するため、送風ファン6aによって、低温の冷却空気を燃焼室63および熱交換部63aに送り込むことで、中温貯湯層U2ないし高温貯湯層U3が冷却される。このようにして、冷却された中温貯湯層の湯水U2および高温貯湯層の湯水U3が循環して低温貯湯層U1まで降下するので、低温貯湯層の湯水U1が冷却される。   That is, since the combustion chamber 63 and the heat exchange section 63a function as a heat exchanger, low-temperature cooling air is sent into the combustion chamber 63 and the heat exchange section 63a by the blower fan 6a, so that the medium-temperature hot water storage layer U2 or the high-temperature hot water storage Layer U3 is cooled. In this way, the cooled hot water U2 of the medium-temperature hot water storage layer and the hot water U3 of the high-temperature hot water storage layer circulate and descend to the low-temperature hot water storage layer U1, so that the cold water U1 of the low-temperature hot water storage layer is cooled.

上限温度制御手段51は、低温貯湯層温度センサ25によって計測された低温貯湯層の湯水U1の温度が予め設定した所定の上限温度以上になった場合には、水素燃料バーナ6の燃焼を停止させた状態で送風ファン6aを駆動させて燃焼室63に冷却空気を送風して低温貯湯層の湯水U1が所定の上限温度未満になるように冷却して低温貯湯層の湯水U1の上限温度を管理する。   The upper limit temperature control means 51 stops the combustion of the hydrogen fuel burner 6 when the temperature of the hot water U1 in the low temperature hot water storage layer measured by the low temperature hot water storage layer temperature sensor 25 becomes equal to or higher than a predetermined upper limit temperature. In this state, the blower fan 6a is driven to blow cooling air into the combustion chamber 63 to cool the hot water U1 in the low-temperature hot water storage layer to a temperature lower than a predetermined upper limit temperature and manage the upper limit temperature of the hot water U1 in the low-temperature hot water storage layer. I do.

所定の上限温度は、燃料電池システム3を効率よく冷却して必要な発電能力を確保することができるように燃料電池システム3の発電能力等を考慮して予め設定される。所定の上限温度は、例えば、60℃とすることができる。   The predetermined upper limit temperature is set in advance in consideration of the power generation capability of the fuel cell system 3 and the like so that the fuel cell system 3 can be cooled efficiently and the required power generation capability can be secured. The predetermined upper limit temperature can be, for example, 60 ° C.

以上のように構成された本発明の第2の実施形態に係る純水素型貯湯ユニット1Aは、以下のような作用効果を奏する。
本発明の第2の実施形態に係る純水素型貯湯ユニット1Aは、低温貯湯層の湯水U1が所定の上限温度未満になるように冷却する上限温度制御手段51を備えたことで、燃料電池システム3の稼働中(発電中)に燃料電池システム3を冷却する低温貯湯層の湯水U1の温度が所定の上限温度以上に上昇することがないので、燃料電池システム3の冷却能力を確保して、発電効率の低下を抑制することができる。
The pure hydrogen hot water storage unit 1A according to the second embodiment of the present invention configured as described above has the following operational effects.
The pure hydrogen type hot water storage unit 1A according to the second embodiment of the present invention is provided with the upper limit temperature control means 51 for cooling the hot water U1 of the low temperature hot water storage so as to be lower than the predetermined upper limit temperature. Since the temperature of the hot water U1 in the low-temperature hot water reservoir that cools the fuel cell system 3 during operation (during power generation) of the fuel cell 3 does not rise above a predetermined upper limit temperature, the cooling capacity of the fuel cell system 3 is secured, A decrease in power generation efficiency can be suppressed.

また、水素燃料バーナ6の燃焼空気を燃焼室63に送風するための送風ファン6aを使用して低温貯湯層の湯水U1を冷却することで、貯湯タンク2の容量を過度に増やすことなく、かつ燃料電池システムを冷却するための冷却及び放熱機構を保有する冷却装置を別途設けることなく燃料電池システム3の冷却能力を確保することができる。このため、構成を簡素化させ、かつ必要な発電能力と十分な給湯能力とを効率よく確保することができる。   Further, by cooling the hot water U1 in the low-temperature hot water storage layer using the blower fan 6a for blowing the combustion air of the hydrogen fuel burner 6 to the combustion chamber 63, the capacity of the hot water storage tank 2 is not excessively increased, and The cooling capacity of the fuel cell system 3 can be ensured without separately providing a cooling device having a cooling and heat radiation mechanism for cooling the fuel cell system. Therefore, the configuration can be simplified, and the required power generation capacity and sufficient hot water supply capacity can be efficiently secured.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されず、適宜変形して実施することが可能である。例えば、前記した実施形態においては、貯湯タンク2に貯留された湯水Uを熱交換器31や水素燃料バーナ6によって加熱したが、これに限定されるものではなく、さらに太陽熱温水器や太陽光発電器等を組み合わせて適用することもできる。   As described above, the embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified and implemented. For example, in the above-described embodiment, the hot and cold water U stored in the hot water storage tank 2 is heated by the heat exchanger 31 and the hydrogen fuel burner 6, but is not limited thereto. It can also be applied in combination with a vessel or the like.

また、前記した実施形態においては、熱交換器31によって低温貯湯層U1の湯水U1を加温し、水素燃料バーナ6によって高温貯湯層U3の湯水U3を加熱したが、これに限定されるものではなく、燃料電池システム3の出力等を考慮して適宜、熱交換器31によって中温貯湯層U2や高温貯湯層U3を加温するとともに、水素燃料バーナ6によって高温貯湯層U3の湯水U3を加熱できるようにしてもよい。   Further, in the above-described embodiment, the hot water U1 in the low-temperature hot water storage layer U1 is heated by the heat exchanger 31, and the hot water U3 in the high-temperature hot water storage layer U3 is heated by the hydrogen fuel burner 6, but the invention is not limited to this. Instead, the medium-temperature hot water storage layer U2 and the high-temperature hot water storage layer U3 can be appropriately heated by the heat exchanger 31 in consideration of the output of the fuel cell system 3 and the hot water U3 of the high-temperature hot water storage layer U3 can be heated by the hydrogen fuel burner 6. You may do so.

この場合には、水道水W3の供給口31dを低温貯湯層U1よりも上部の中温貯湯層U2や高温貯湯層U3に配設して、熱交換器31によって加温された水道水W3をポンプPによって中温貯湯層U2や高温貯湯層U3に供給する。   In this case, the supply port 31d for the tap water W3 is disposed in the middle-temperature hot water storage layer U2 or the high-temperature hot water storage layer U3 above the low-temperature hot water storage layer U1, and the tap water W3 heated by the heat exchanger 31 is pumped. P supplies the medium-temperature hot water storage layer U2 and the high-temperature hot water storage layer U3.

1,1A 純水素型貯湯ユニット
2 貯湯タンク
3 燃料電池システム
4 水素供給源
5 制御装置
6 水素燃料バーナ
6a 送風ファン
21 給水口
22 温度センサ
23 流量計
25 低温貯湯層温度センサ
31 熱交換器
32 燃料電池
51 上限温度制御手段
61 水素導入口
62 バーナ部
63 燃焼室
63a 熱交換部
H1,H2 水素
P ポンプ
U 湯水
U1 低温貯湯層(湯水)
U2 中温貯湯層(湯水)
U3 高温貯湯層(湯水)
W1,W2,W3 水道水
1, 1A Pure hydrogen type hot water storage unit 2 Hot water storage tank 3 Fuel cell system 4 Hydrogen supply source 5 Control device 6 Hydrogen fuel burner 6a Ventilation fan 21 Water supply port 22 Temperature sensor 23 Flow meter 25 Low temperature hot water storage layer temperature sensor 31 Heat exchanger 32 Fuel Battery 51 Upper limit temperature control means 61 Hydrogen inlet port 62 Burner section 63 Combustion chamber 63a Heat exchange section H1, H2 Hydrogen P pump U Hot water U1 Low temperature hot water storage (hot water)
U2 Medium temperature hot water reservoir (hot water)
U3 High-temperature hot water reservoir (hot water)
W1, W2, W3 tap water

Claims (5)

素と酸素を化学反応させて発電する燃料電池システムと、
前記燃料電池システムに前記水素を供給する水素供給源と、
前記燃料電池システムから発生した熱によって湯水を加温する熱交換器と、
湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記水素供給源から供給された水素を燃焼させて前記湯水を加熱する水素燃料バーナと、
を備える純水素型貯湯ユニットであって、
前記貯湯タンクの上部に設けられて、貯留された湯水を出湯する高温貯湯層と、
前記貯湯タンクの下部に貯留された湯水からなる低温貯湯層と、
前記低温貯湯層と前記高温貯湯層との間に位置して、前記水素燃料バーナを配設する中温貯湯層とを備え、
前記貯湯タンクの側面であって、前記低温貯湯層に対応する部分に前記熱交換器から加温された水を供給する供給口を設けたこと、
を特徴とする純水素型貯湯ユニット。
A fuel cell system for generating a hydrogen and oxygen by chemical reaction,
A hydrogen supply source for supplying the hydrogen to the fuel cell system,
A heat exchanger that heats hot and cold water by heat generated from the fuel cell system,
A hot water storage tank for storing hot water,
A hydrogen fuel burner that heats the hot water by burning hydrogen supplied from the hydrogen supply source;
A pure hydrogen type hot water storage unit comprising:
A high-temperature hot water storage layer provided at an upper portion of the hot water storage tank for discharging the stored hot water;
A low-temperature hot water storage layer comprising hot water stored at the lower part of the hot water storage tank,
A medium-temperature hot-water storage layer provided with the hydrogen fuel burner, located between the low-temperature hot-water storage layer and the high-temperature hot-water storage layer,
A supply port for supplying heated water from the heat exchanger is provided on a side surface of the hot water storage tank and corresponding to the low-temperature hot water storage layer,
A pure hydrogen type hot water storage unit characterized by the following.
前記供給口は、前記水素燃料バーナより下方に設けられていること、
を特徴とする請求項1に記載の純水素型貯湯ユニット。
The supply port is provided below the hydrogen fuel burner;
The pure hydrogen type hot water storage unit according to claim 1, characterized in that:
前記熱交換器へ前記低温貯湯層の湯水を導入する流入流路を前記貯湯タンクの底面に接続したこと、
を特徴とする請求項1または2に記載の純水素型貯湯ユニット。
An inflow passage for introducing hot water from the low-temperature hot water storage layer to the heat exchanger is connected to a bottom surface of the hot water storage tank;
The pure hydrogen type hot water storage unit according to claim 1 or 2, wherein:
前記貯湯タンクに貯留された湯水の温度を計測する温度センサと、
前記貯湯タンクから出湯された湯水、または当該貯湯タンクに新たに流入される湯水の流量を計測する流量計と
動作を制御する制御装置と、
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記温度センサで計測した温度、および前記流量計で計測した流量に基づいて前記貯湯タンクに貯留された湯水から流出する流出熱量を演算し、この流出熱量を補足して前記貯湯タンクに貯留された湯水が所定の温度に到達するように前記水素燃料バーナの燃焼を制御すること、
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の純水素型貯湯ユニット。
A temperature sensor for measuring the temperature of the hot water stored in the hot water storage tank,
A flow meter for measuring the hot water flow rate of the newly flowing into the hot water has been hot and cold water or the hot water storage tank, from the hot water storage tank,
A control device for controlling the operation;
Further comprising
The control device includes:
Based on the temperature measured by the temperature sensor and the flow rate measured by the flow meter, the amount of heat flowing out of the hot water stored in the hot water storage tank is calculated, and the outflow heat is complemented and stored in the hot water storage tank. Controlling the combustion of the hydrogen fuel burner so that the hot water reaches a predetermined temperature;
The pure hydrogen type hot water storage unit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
前記低温貯湯層に貯留された湯水の温度を計測する低温貯湯層温度センサと、
前記水素燃料バーナの燃焼空気を熱交換部に送風して前記湯水を加熱するための送風ファンと、
低温貯湯層温度センサによって計測された前記低温貯湯層の湯水の温度が予め設定した所定の上限温度以上になった場合には、前記水素燃料バーナの燃焼を停止させた状態で前記送風ファンを駆動させて前記熱交換部に冷却空気を送風して前記低温貯湯層の湯水が前記所定の上限温度未満になるように冷却する上限温度制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の純水素型貯湯ユニット。
A low-temperature hot water reservoir temperature sensor that measures the temperature of hot water stored in the low-temperature hot water reservoir,
A blower fan for blowing the combustion air of the hydrogen fuel burner to a heat exchange unit to heat the hot and cold water,
When the temperature of the hot water in the low-temperature hot water storage layer measured by the low-temperature hot water storage layer temperature sensor becomes equal to or higher than a predetermined upper limit temperature, the blower fan is driven in a state in which the combustion of the hydrogen fuel burner is stopped. Upper limit temperature control means for blowing cooling air to the heat exchange section to cool the hot water in the low temperature hot water storage layer to be lower than the predetermined upper limit temperature,
The pure hydrogen type hot water storage unit according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
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