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JP6952248B2 - Fuel cell system - Google Patents
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JP6952248B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本開示は、燃料電池システムに関する。 The present disclosure relates to a fuel cell system.

電力及び熱の両方を供給可能な燃料電池システムはよく知られている。燃料電池システムの運転に伴って排熱が発生する。排熱は、温水の生成に使用される。温水は、貯湯タンクに貯められ、必要に応じて浴槽又は蛇口に供給される。 Fuel cell systems capable of supplying both power and heat are well known. Waste heat is generated as the fuel cell system operates. Waste heat is used to generate hot water. Hot water is stored in a hot water storage tank and supplied to a bathtub or faucet as needed.

昨今、停電等の非常時にも運転が可能な燃料電池システムの開発が進められている。当業者に知られているように、貯湯タンクの上部から下部まで高温の温水が貯まると、燃料電池システムは運転を継続できない。貯湯タンクの温水を破棄したり浴槽に移したりして貯湯タンクに冷たい市水を補給すれば運転を継続できるものの、非常時には断水が同時に起こっている可能性がある。集合住宅では、停電時に揚水ポンプが止まって断水が起こることもある。 Recently, the development of a fuel cell system that can be operated even in an emergency such as a power outage is underway. As is known to those skilled in the art, the fuel cell system cannot continue to operate when hot hot water accumulates from the top to the bottom of the hot water storage tank. Operation can be continued by replenishing the hot water storage tank with cold city water by discarding the hot water in the hot water storage tank or transferring it to the bathtub, but there is a possibility that the water supply will be cut off at the same time in an emergency. In an apartment house, the pump may stop and the water may be cut off during a power outage.

この問題に対処するべく、特許文献1に記載された発電システムは、貯湯タンクの温水を冷却するための補助ユニットを備えている。非常時において、貯湯タンクの温水を補助ユニットによって冷却すれば、発電システムが運転を継続できない状態に陥ることを防止できる。 In order to deal with this problem, the power generation system described in Patent Document 1 includes an auxiliary unit for cooling the hot water in the hot water storage tank. In an emergency, if the hot water in the hot water storage tank is cooled by the auxiliary unit, it is possible to prevent the power generation system from falling into a state where it cannot continue operation.

特開2010−262833号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-262833

特許文献1に記載された補助ユニットなどの冷却装置は、通常時には使用されないことが多い。そのため、非常時に冷却装置が確実に動作するように、普段から冷却装置の検査を行う必要がある。 Cooling devices such as the auxiliary unit described in Patent Document 1 are often not used in normal times. Therefore, it is necessary to inspect the cooling device on a regular basis so that the cooling device operates reliably in an emergency.

本開示は、非常時にも運転可能な燃料電池システムに関し、温水を冷却するための冷却装置の検査を容易にする技術を提供する。 The present disclosure provides a technique for facilitating inspection of a cooling device for cooling hot water with respect to a fuel cell system that can be operated even in an emergency.

本開示は、
燃料電池ユニットと、
前記燃料電池ユニットの排熱によって生成された温水を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクから前記燃料電池ユニットに供給されるべき水が流れる第1部分と、前記燃料電池ユニットから前記貯湯タンクに戻されるべき前記温水が流れる第2部分と、を有する熱回収経路と、
前記第1部分の第1位置と前記第2部分の第2位置とを接続しているバイパス経路と、
前記第1位置よりも下流側かつ前記第2位置よりも上流側において前記熱回収経路に設けられた、又は、前記バイパス経路に設けられた冷却装置と、
前記温水が前記燃料電池ユニットから前記貯湯タンクに導かれる第1状態と前記温水が前記燃料電池ユニットから前記バイパス経路に導かれる第2状態との間で選択的に切り換えられる流路切換機構と、
を備えた、燃料電池システムを提供する。
This disclosure is
With the fuel cell unit
A hot water storage tank for storing hot water generated by the exhaust heat of the fuel cell unit, and
A heat recovery path having a first portion through which water to be supplied from the hot water storage tank to the fuel cell unit flows, and a second portion through which the hot water to be returned from the fuel cell unit to the hot water storage tank flows.
A bypass path connecting the first position of the first portion and the second position of the second portion,
A cooling device provided in the heat recovery path or provided in the bypass path on the downstream side of the first position and on the upstream side of the second position.
A flow path switching mechanism that selectively switches between a first state in which the hot water is guided from the fuel cell unit to the hot water storage tank and a second state in which the hot water is guided from the fuel cell unit to the bypass path.
Provide a fuel cell system equipped with.

本開示の技術によれば、非常時の冷却装置の検査を容易に行うことができる。 According to the technique of the present disclosure, it is possible to easily inspect the cooling device in an emergency.

図1は、本開示の一実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present disclosure. 図2は、燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an operation method of the fuel cell system. 図3は、冷却装置の検査方法を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an inspection method of the cooling device. 図4は、燃料電池ユニットの変形例を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a modified example of the fuel cell unit. 図5は、冷却装置の変形例を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a modified example of the cooling device. 図6Aは、流路切換機構の変形例を示す構成図である。FIG. 6A is a configuration diagram showing a modified example of the flow path switching mechanism. 図6Bは、流路切換機構の他の変形例を示す構成図である。FIG. 6B is a configuration diagram showing another modification of the flow path switching mechanism.

(本開示の基礎となった知見)
燃料電池システムにおいては、ガスの加湿、水蒸気改質による燃料ガスの生成などの処理に水が使用されている。アノードオフガス、カソードオフガス、燃焼排ガスなどの排気ガスには多量の水蒸気が含まれているので、貯湯タンクに貯められた水で排気ガスを冷却すれば、凝縮水を回収できる。凝縮水を再利用すれば、外部から水を供給することなく、燃料電池システムの運転を継続することが可能である。凝縮水には金属イオンなどの不純物が含まれていないという利点もある。
(Findings underlying this disclosure)
In fuel cell systems, water is used for treatments such as gas humidification and generation of fuel gas by steam reforming. Since the exhaust gas such as the anode off gas, the cathode off gas, and the combustion exhaust gas contains a large amount of water vapor, the condensed water can be recovered by cooling the exhaust gas with the water stored in the hot water storage tank. By reusing the condensed water, it is possible to continue the operation of the fuel cell system without supplying water from the outside. Condensed water also has the advantage of not containing impurities such as metal ions.

貯湯タンクの上部から下部まで高温の温水が貯まると、貯湯タンクの温水で排気ガスを十分に冷却できない。排気ガスを十分に冷却できない場合、凝縮水の回収量が減少する。その結果、燃料電池システムの内部の水が枯渇し、燃料電池システムが運転を継続できない状態に陥る。特許文献1に記載されているように、貯湯タンクの温水を補助ユニットで冷却することは確かに有効である。ただし、補助ユニットなどの冷却装置を使用することは、燃料電池システムのエネルギー効率の観点で不利である。そのため、冷却装置は、通常時には使用されないことが多い。一方、非常時に冷却装置が確実に動作するように、普段から冷却装置の検査を行う必要がある。 When high-temperature hot water accumulates from the top to the bottom of the hot water storage tank, the hot water in the hot water storage tank cannot sufficiently cool the exhaust gas. If the exhaust gas cannot be cooled sufficiently, the amount of condensed water recovered will decrease. As a result, the water inside the fuel cell system is depleted, and the fuel cell system cannot continue to operate. As described in Patent Document 1, it is certainly effective to cool the hot water in the hot water storage tank with the auxiliary unit. However, the use of a cooling device such as an auxiliary unit is disadvantageous from the viewpoint of energy efficiency of the fuel cell system. Therefore, the cooling device is often not used in normal times. On the other hand, it is necessary to inspect the cooling device on a regular basis so that the cooling device operates reliably in an emergency.

特許文献1に記載された発電システムにおいて、補助ユニットが正常に動作するかどうかを検査するためには、運転を継続できない状態又はそれに近い状態を予め準備する必要がある。つまり、貯湯タンクの上部から下部に高温の温水を貯めたのち、補助ユニットが正常に動作するかどうか、及び、発電システムが運転を継続できない状態に陥ることを防止できるかどうかを確認する必要がある。しかし、貯湯タンクの中の水の熱容量は大きいので、貯湯タンクの上部から下部に高温の温水を貯めるのに長い時間がかかる場合がある。このことは、冷却装置の健全性を定期的に検査したり、簡単に検査したりすることの大きな障害となる。 In the power generation system described in Patent Document 1, in order to inspect whether or not the auxiliary unit operates normally, it is necessary to prepare in advance a state in which operation cannot be continued or a state close to it. In other words, after storing hot water from the top to the bottom of the hot water storage tank, it is necessary to check whether the auxiliary unit operates normally and whether the power generation system can be prevented from falling into a state where it cannot continue operation. be. However, since the heat capacity of the water in the hot water storage tank is large, it may take a long time to store hot hot water from the upper part to the lower part of the hot water storage tank. This is a major obstacle to regular or easy inspection of the integrity of the cooling system.

(本開示に係る一態様の概要)
本開示の第1態様に係る燃料電池システムは、
燃料電池ユニットと、
前記燃料電池ユニットの排熱によって生成された温水を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクから前記燃料電池ユニットに供給されるべき水が流れる第1部分と、前記燃料電池ユニットから前記貯湯タンクに戻されるべき前記温水が流れる第2部分と、を有する熱回収経路と、
前記第1部分の第1位置と前記第2部分の第2位置とを接続しているバイパス経路と、
前記第1位置よりも下流側かつ前記第2位置よりも上流側において前記熱回収経路に設けられた、又は、前記バイパス経路に設けられた冷却装置と、
前記温水が前記燃料電池ユニットから前記貯湯タンクに導かれる第1状態と前記温水が前記燃料電池ユニットから前記バイパス経路に導かれる第2状態との間で選択的に切り換えられる流路切換機構と、
を備えたものである。
(Summary of one aspect of the present disclosure)
The fuel cell system according to the first aspect of the present disclosure is
With the fuel cell unit
A hot water storage tank for storing hot water generated by the exhaust heat of the fuel cell unit, and
A heat recovery path having a first portion through which water to be supplied from the hot water storage tank to the fuel cell unit flows, and a second portion through which the hot water to be returned from the fuel cell unit to the hot water storage tank flows.
A bypass path connecting the first position of the first portion and the second position of the second portion,
A cooling device provided in the heat recovery path or provided in the bypass path on the downstream side of the first position and on the upstream side of the second position.
A flow path switching mechanism that selectively switches between a first state in which the hot water is guided from the fuel cell unit to the hot water storage tank and a second state in which the hot water is guided from the fuel cell unit to the bypass path.
It is equipped with.

第1態様によれば、バイパス経路を開通して高温の温水を冷却装置に導くことができる。これにより、貯湯タンクを満蓄状態にするまでもなく、冷却装置が正常に動作するかどうかを検査できる。検査に費やされる時間も短時間で済む。そのため、冷却装置の健全性を定期的に検査することが容易であるとともに、検査で消費されるエネルギーも少ない。 According to the first aspect, the bypass path can be opened to guide the hot water to the cooling device. As a result, it is possible to inspect whether or not the cooling device operates normally without filling the hot water storage tank. The time spent on the inspection is short. Therefore, it is easy to regularly inspect the soundness of the cooling device, and the energy consumed in the inspection is small.

本開示の第2態様において、例えば、第1態様に係る燃料電池システムでは、前記流路切換機構は、前記第1位置又は前記第2位置に配置された三方弁を含む。第2態様によれば、温水を熱回収経路にスムーズに循環させることができる。 In the second aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to the first aspect, the flow path switching mechanism includes a three-way valve arranged at the first position or the second position. According to the second aspect, hot water can be smoothly circulated in the heat recovery path.

本開示の第3態様において、例えば、第1又は第2態様に係る燃料電池システムでは、前記冷却装置は、前記熱回収経路の前記第1部分に配置された第1熱交換器を含む。第3態様によれば、水又は温水が冷却装置の第1熱交換器を通るので、水又は温水の温度が下がる可能性がある。水又は温水の温度が第1熱交換器で下がると、水又は温水と熱交換するべき対象(排気ガス)との温度差が拡大するので、燃料電池ユニットにおける熱交換効率の向上を期待できる。 In the third aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to the first or second aspect, the cooling device includes a first heat exchanger arranged in the first portion of the heat recovery path. According to the third aspect, since the water or hot water passes through the first heat exchanger of the cooling device, the temperature of the water or hot water may decrease. When the temperature of water or hot water drops in the first heat exchanger, the temperature difference between the water or hot water and the object (exhaust gas) to be heat exchanged increases, so that the heat exchange efficiency in the fuel cell unit can be expected to improve.

本開示の第4態様において、例えば、第3態様に係る燃料電池システムでは、前記冷却装置は、第2熱交換器と、前記1熱交換器と前記第2熱交換器との間で冷媒を循環させるための冷媒循環経路と、をさらに含む。第4態様によれば、第1熱交換器として、液−液熱交換器を使用できる。液−液熱交換器は、空冷式熱交換器よりも寸法の観点で有利である。 In the fourth aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to the third aspect, the cooling device supplies a refrigerant between the second heat exchanger, the first heat exchanger, and the second heat exchanger. Further includes a refrigerant circulation path for circulation. According to the fourth aspect, a liquid-liquid heat exchanger can be used as the first heat exchanger. Liquid-liquid heat exchangers have a dimensional advantage over air-cooled heat exchangers.

本開示の第5態様において、例えば、第4態様に係る燃料電池システムでは、前記第2熱交換器は、空冷式熱交換器である。第2熱交換器が空冷式熱交換器である場合、冷却装置は、断水時にも十分な冷却能力を発揮できる。 In the fifth aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to the fourth aspect, the second heat exchanger is an air-cooled heat exchanger. When the second heat exchanger is an air-cooled heat exchanger, the cooling device can exhibit sufficient cooling capacity even when the water is cut off.

本開示の第6態様において、例えば、第1〜第5態様のいずれか1つに係る燃料電池システムは、断水時に前記温水が前記バイパス経路に導かれるように前記流路切換機構を制御する制御器をさらに備えている。第6態様によれば、燃料電池ユニットにおいて凝縮水を十分に回収でき、断水であるにもかかわらず燃料電池システムの運転を長時間にわたって継続できる。 In the sixth aspect of the present disclosure, for example, the fuel cell system according to any one of the first to fifth aspects controls the flow path switching mechanism so that the hot water is guided to the bypass path when the water is cut off. It is equipped with more vessels. According to the sixth aspect, the condensed water can be sufficiently recovered in the fuel cell unit, and the operation of the fuel cell system can be continued for a long time even though the water supply is cut off.

本開示の第7態様において、例えば、第6態様に係る燃料電池システムでは、断水時において、前記制御器は、前記貯湯タンクが満蓄状態に達するまで前記温水が前記貯湯タンクに導かれるように前記流路切換機構を制御し、前記貯湯タンクが満蓄状態に達したら前記温水が前記バイパス経路に導かれるように前記流路切換機構を制御する。第7態様によれば、外部への供給電力が増えるので、ユーザの利便性が増す。 In the seventh aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to the sixth aspect, when the water is cut off, the controller guides the hot water to the hot water storage tank until the hot water storage tank reaches the full storage state. The flow path switching mechanism is controlled, and when the hot water storage tank reaches the full storage state, the flow path switching mechanism is controlled so that the hot water is guided to the bypass path. According to the seventh aspect, the power supplied to the outside is increased, so that the convenience of the user is increased.

本開示の第8態様において、例えば、第1〜第7態様のいずれか1つに係る燃料電池システムは、前記熱回収経路又は前記バイパス経路に配置され、前記燃料電池ユニットに供給されるべき前記水の温度を検出する温度センサをさらに備えている。第8態様によれば、冷却装置で冷却される前の温水の温度又は冷却装置で冷却された温水の温度を正確に検出できる。 In the eighth aspect of the present disclosure, for example, the fuel cell system according to any one of the first to seventh aspects is arranged in the heat recovery path or the bypass path and should be supplied to the fuel cell unit. It also has a temperature sensor that detects the temperature of the water. According to the eighth aspect, the temperature of the hot water before being cooled by the cooling device or the temperature of the hot water cooled by the cooling device can be accurately detected.

本開示の第9態様において、例えば、第8態様に係る燃料電池システムでは、前記温度センサは、前記第1位置よりも下流側において、前記熱回収経路の前記第1部分に配置されている。第9態様によれば、冷却装置で冷却される前の温水の温度又は冷却装置で冷却された温水の温度を正確に検出できる。 In the ninth aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to the eighth aspect, the temperature sensor is arranged in the first portion of the heat recovery path on the downstream side of the first position. According to the ninth aspect, the temperature of the hot water before being cooled by the cooling device or the temperature of the hot water cooled by the cooling device can be accurately detected.

本開示の第10態様において、例えば、第6態様に係る燃料電池システムでは、前記制御器は、前記温水が前記バイパス経路に導かれるように前記流路切換機構を制御して前記冷却装置の検査を定期的に実行する。第10態様によれば、冷却装置の健全性を常に保証できるので、非常時に確実に運転することができる信頼性の高い燃料電池システムを提供できる。 In the tenth aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to the sixth aspect, the controller controls the flow path switching mechanism so that the hot water is guided to the bypass path, and inspects the cooling device. Is executed regularly. According to the tenth aspect, since the soundness of the cooling device can always be guaranteed, it is possible to provide a highly reliable fuel cell system that can be reliably operated in an emergency.

本開示の第11態様において、例えば、第10態様に係る燃料電池システムでは、前回の前記検査が終了した時点から一定期間が経過し、かつ、前記燃料電池ユニットが発電中である場合、前記制御部は、今回の前記検査を実行する。第11態様によれば、冷却装置の健全性を常に保証できるので、非常時に確実に運転することができる信頼性の高い燃料電池システムを提供できる。 In the eleventh aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to the tenth aspect, when a certain period of time has elapsed from the time when the previous inspection is completed and the fuel cell unit is generating power, the control The department executes the inspection this time. According to the eleventh aspect, since the soundness of the cooling device can always be guaranteed, it is possible to provide a highly reliable fuel cell system that can be reliably operated in an emergency.

本開示の第12態様において、例えば、第10又は第11態様に係る燃料電池システムでは、前回の前記検査が終了した時点から一定期間が経過し、かつ、前記燃料電池ユニットが停止中である場合、前記制御部は、前記燃料電池ユニットを起動させて今回の前記検査を実行する。第12態様によれば、燃料電池ユニットで発電が行われていなかったとしても、冷却装置の検査を確実に実施することができる。 In the twelfth aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to the tenth or eleventh aspect, a certain period of time has passed from the time when the previous inspection was completed, and the fuel cell unit is stopped. , The control unit activates the fuel cell unit and executes the inspection this time. According to the twelfth aspect, even if the fuel cell unit does not generate electricity, the inspection of the cooling device can be reliably performed.

本開示の第13態様において、例えば、第10〜第12態様のいずれか1つに係る燃料電池システムでは、前記冷却装置の動作が正常でないとき、前記制御器は、前記燃料電池ユニットの発電を停止させること、及び、前記冷却装置に異常があることを外部に報知すること、からなる群より選ばれる少なくとも1つの処理を実行する。第13態様によれば、冷却装置の修理に直ちに着手できるので、冷却装置の健全性を常に保証できる。 In the thirteenth aspect of the present disclosure, for example, in the fuel cell system according to any one of the tenth to twelfth aspects, when the operation of the cooling device is not normal, the controller generates electricity from the fuel cell unit. At least one process selected from the group consisting of stopping and notifying the outside that there is an abnormality in the cooling device is executed. According to the thirteenth aspect, since the repair of the cooling device can be started immediately, the soundness of the cooling device can always be guaranteed.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The present disclosure is not limited to the following embodiments.

(実施形態)
本実施形態の燃料電池システム100は、燃料電池ユニット10及び貯湯ユニット30を備えている。貯湯ユニット30は、貯湯タンク20を有する。燃料電池ユニット10及び貯湯タンク20は、熱回収経路21によって互いに接続されている。燃料電池ユニット10において生成された温水が貯湯タンク20に貯められる。
(Embodiment)
The fuel cell system 100 of the present embodiment includes a fuel cell unit 10 and a hot water storage unit 30. The hot water storage unit 30 has a hot water storage tank 20. The fuel cell unit 10 and the hot water storage tank 20 are connected to each other by a heat recovery path 21. The hot water generated in the fuel cell unit 10 is stored in the hot water storage tank 20.

燃料電池ユニット10は、燃料電池11、改質器12、熱交換器13及びポンプ14を有する。 The fuel cell unit 10 includes a fuel cell 11, a reformer 12, a heat exchanger 13, and a pump 14.

燃料電池11は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて電力を生成する。改質器12は、都市ガスなどの原料ガスを改質することによって燃料ガスを生成する。燃料ガスは、水素ガスを含む。酸化剤ガスは、典型的には、空気である。燃料電池11の型式は特に限定されない。燃料電池11は、固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、リン酸型燃料電池又は溶融炭酸塩型燃料電池である。純水素ガスが燃料電池11に供給される場合、改質器12は省略されうる。 The fuel cell 11 uses the fuel gas and the oxidant gas to generate electric power. The reformer 12 produces fuel gas by reforming a raw material gas such as city gas. The fuel gas includes hydrogen gas. The oxidant gas is typically air. The model of the fuel cell 11 is not particularly limited. The fuel cell 11 is a solid polymer fuel cell, a solid oxide fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, or a molten carbonate fuel cell. When pure hydrogen gas is supplied to the fuel cell 11, the reformer 12 may be omitted.

熱交換器13は、燃料電池11のアノードオフガス、燃料電池11のカソードオフガス、及び、燃焼排ガスから選ばれる少なくとも1つのガスを冷却して凝縮水を生じさせる冷却器でありうる。複数のガスを個別に冷却できるように、熱交換器13は、複数の部分に分かれていてもよい。貯湯タンク20の下部に貯められた水を冷却媒体として熱交換器13に流すことができるように、熱交換器13が貯湯タンク20に接続されている。凝縮水は、凝縮水タンク(図示せず)に貯められる。凝縮水タンクに貯められた水は、改質器12に供給され、燃料ガスの生成に使用される。燃焼排ガスは、改質器12を昇温するためのバーナの燃焼排ガスである。バーナの燃料には、燃料電池11のアノードオフガスが使用されうる。熱交換器13は、例えば、フィンチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器などの気−液熱交換器である。 The heat exchanger 13 may be a cooler that cools at least one gas selected from the anode off gas of the fuel cell 11, the cathode off gas of the fuel cell 11, and the combustion exhaust gas to generate condensed water. The heat exchanger 13 may be divided into a plurality of parts so that the plurality of gases can be individually cooled. The heat exchanger 13 is connected to the hot water storage tank 20 so that the water stored in the lower part of the hot water storage tank 20 can flow to the heat exchanger 13 as a cooling medium. Condensed water is stored in a condensed water tank (not shown). The water stored in the condensed water tank is supplied to the reformer 12 and used to generate fuel gas. The combustion exhaust gas is the combustion exhaust gas of the burner for raising the temperature of the reformer 12. As the fuel for the burner, the anode off gas of the fuel cell 11 can be used. The heat exchanger 13 is, for example, a gas-liquid heat exchanger such as a fin tube type heat exchanger or a plate type heat exchanger.

熱回収経路21は、第1部分21a及び第2部分21bを含む。第1部分21aは、貯湯タンク20の下部と熱交換器13の入口とを接続している。第2部分21bは、熱交換器13の出口と貯湯タンク20の上部とを接続している。第1部分21aは、熱回収経路21の上流部分を構成している。第2部分21bは、熱回収経路21の下流部分を構成している。第1部分21aは、熱交換器13において加熱されるべき水を熱交換器13に導くための流路である。第1部分21aには、貯湯タンク20から燃料電池ユニット10に供給されるべき水が流れる。第2部分21bは、熱交換器13において加熱された水(温水)を貯湯タンク20に導くための流路である。第2部分21bには、燃料電池ユニット10から貯湯タンク20に戻されるべき温水が流れる。 The heat recovery path 21 includes a first portion 21a and a second portion 21b. The first portion 21a connects the lower part of the hot water storage tank 20 and the inlet of the heat exchanger 13. The second portion 21b connects the outlet of the heat exchanger 13 and the upper part of the hot water storage tank 20. The first portion 21a constitutes an upstream portion of the heat recovery path 21. The second portion 21b constitutes a downstream portion of the heat recovery path 21. The first portion 21a is a flow path for guiding the water to be heated in the heat exchanger 13 to the heat exchanger 13. Water to be supplied from the hot water storage tank 20 to the fuel cell unit 10 flows through the first portion 21a. The second portion 21b is a flow path for guiding the water (hot water) heated in the heat exchanger 13 to the hot water storage tank 20. Hot water to be returned from the fuel cell unit 10 to the hot water storage tank 20 flows through the second portion 21b.

ポンプ14は、熱回収経路21に配置されている。ポンプ14の働きによって、貯湯タンク20から熱交換器13に水が供給され、生成された温水が熱交換器13から貯湯タンク20に戻される。本実施形態では、ポンプ14は、熱回収経路21の第1部分21aに配置されている。ポンプ14は、第2部分21bに配置されていてもよい。 The pump 14 is arranged in the heat recovery path 21. Water is supplied from the hot water storage tank 20 to the heat exchanger 13 by the action of the pump 14, and the generated hot water is returned from the heat exchanger 13 to the hot water storage tank 20. In this embodiment, the pump 14 is arranged in the first portion 21a of the heat recovery path 21. The pump 14 may be located in the second portion 21b.

本実施形態の燃料電池システム100に使用されたポンプのそれぞれは、例えば、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプなどの容積式ポンプである。 Each of the pumps used in the fuel cell system 100 of the present embodiment is a positive displacement pump such as a piston pump, a plunger pump, a gear pump, and a vane pump.

燃料電池システム100は、さらに、バイパス経路22、三方弁23及び冷却装置24を備えている。バイパス経路22、三方弁23及び冷却装置24は、断水時において、燃料電池ユニット10に供給されるべき温水の温度を下げるために使用される。 The fuel cell system 100 further includes a bypass path 22, a three-way valve 23, and a cooling device 24. The bypass path 22, the three-way valve 23, and the cooling device 24 are used to lower the temperature of the hot water to be supplied to the fuel cell unit 10 when the water is cut off.

バイパス経路22は、熱回収経路21の第1部分21aと熱回収経路21の第2部分21bとを接続している。詳細には、バイパス経路22は、第1部分21aの第1位置P1から第2部分21bの第2位置P2まで延びている。バイパス経路22は、燃料電池ユニット10で生成された温水を貯湯タンク20に戻さず、熱回収経路21に循環させるための経路である。 The bypass path 22 connects the first portion 21a of the heat recovery path 21 and the second portion 21b of the heat recovery path 21. Specifically, the bypass path 22 extends from the first position P1 of the first portion 21a to the second position P2 of the second portion 21b. The bypass path 22 is a path for circulating the hot water generated by the fuel cell unit 10 in the heat recovery path 21 without returning it to the hot water storage tank 20.

三方弁23は、熱回収経路21に配置されている。本実施形態において、三方弁23は、熱回収経路21とバイパス経路22との接続位置に配置されている。三方弁23は、温水の流路を切り換える流路切換機構の一例である。詳細には、三方弁23は、温水が燃料電池ユニット10から貯湯タンク20に導かれる第1状態と温水が燃料電池ユニット10からバイパス経路22に導かれる第2状態との間で選択的に切り換えられる。図1に示す例において、三方弁23は、バイパス経路22と熱回収経路21の第2部分21bとの接続位置である第2位置P2に配置されている。ただし、三方弁23は第1位置P1に配置されていてもよい。三方弁23の働きによって、温水を熱回収経路21にスムーズに循環させることができる。ただし、三方弁23は、複数の開閉弁によって置き換えられてもよい。三方弁23は、分配機能又は混合機能を有していてもよい。 The three-way valve 23 is arranged in the heat recovery path 21. In the present embodiment, the three-way valve 23 is arranged at a connection position between the heat recovery path 21 and the bypass path 22. The three-way valve 23 is an example of a flow path switching mechanism for switching the flow path of hot water. Specifically, the three-way valve 23 selectively switches between the first state in which hot water is guided from the fuel cell unit 10 to the hot water storage tank 20 and the second state in which hot water is guided from the fuel cell unit 10 to the bypass path 22. Be done. In the example shown in FIG. 1, the three-way valve 23 is arranged at the second position P2, which is the connection position between the bypass path 22 and the second portion 21b of the heat recovery path 21. However, the three-way valve 23 may be arranged at the first position P1. By the action of the three-way valve 23, hot water can be smoothly circulated in the heat recovery path 21. However, the three-way valve 23 may be replaced by a plurality of on-off valves. The three-way valve 23 may have a distribution function or a mixing function.

断水時において、ユーザは、貯湯タンク20の温水を使用できる。ユーザが温水を使用すると、市水が補給されないので、貯湯タンク20の上部には空間が生じる。そのため、第1位置P1のみに三方弁23が配置されている場合、温水がバイパス経路22に向かわず、貯湯タンク20に戻る可能性がある。貯湯タンク20に温水が戻ることを阻止するためには、追加の開閉弁が必要である。しかし、第2位置P2に三方弁23が配置されている場合、貯湯タンク20の水量によらず、温水を確実にバイパス経路22に導くことができる。貯湯タンク20が空にならない限り、熱回収経路21に水を循環させて燃料電池システム100の運転を継続できる。 When the water is cut off, the user can use the hot water in the hot water storage tank 20. When the user uses hot water, the city water is not replenished, so that a space is created above the hot water storage tank 20. Therefore, when the three-way valve 23 is arranged only in the first position P1, there is a possibility that the hot water does not go to the bypass path 22 and returns to the hot water storage tank 20. An additional on-off valve is required to prevent hot water from returning to the hot water storage tank 20. However, when the three-way valve 23 is arranged at the second position P2, hot water can be reliably guided to the bypass path 22 regardless of the amount of water in the hot water storage tank 20. As long as the hot water storage tank 20 is not emptied, water can be circulated through the heat recovery path 21 to continue the operation of the fuel cell system 100.

冷却装置24は、熱回収経路21を流れる温水を冷却する役割を担っている。冷却装置24は、第1位置P1よりも下流側かつ第2位置P2よりも上流側において熱回収経路21に設けられている。本実施形態において、冷却装置24は、第1熱交換器40を有する。第1熱交換器40は、熱回収経路21の第1部分21aに配置されている。第1熱交換器40は、例えば、二重管式熱交換器、プレート式熱交換器などの液−液熱交換器である。第1熱交換器40において、温水が冷却されるように、温水と冷媒との間で熱交換が行われる。冷媒の種類は特に限定されない。冷媒は、水、ブライン、オイル、アルコールなどの液冷媒である。 The cooling device 24 plays a role of cooling the hot water flowing through the heat recovery path 21. The cooling device 24 is provided in the heat recovery path 21 on the downstream side of the first position P1 and on the upstream side of the second position P2. In this embodiment, the cooling device 24 has a first heat exchanger 40. The first heat exchanger 40 is arranged in the first portion 21a of the heat recovery path 21. The first heat exchanger 40 is, for example, a liquid-liquid heat exchanger such as a double tube heat exchanger or a plate heat exchanger. In the first heat exchanger 40, heat exchange is performed between the hot water and the refrigerant so that the hot water is cooled. The type of refrigerant is not particularly limited. The refrigerant is a liquid refrigerant such as water, brine, oil, and alcohol.

燃料電池システム100の通常の運転時において、冷却装置24の機能はオフである。ただし、水又は温水が冷却装置24の第1熱交換器40を通るので、水又は温水の温度が下がる可能性がある。水又は温水の温度が第1熱交換器40で下がると、水又は温水と熱交換するべき対象(排気ガス)との温度差が拡大するので、燃料電池ユニット10における熱交換効率の向上を期待できる。燃料電池システム100の通常の運転時において、燃料電池ユニット10によって生成された温水の温度が第1熱交換器40で低下することも回避できる。もちろん、冷却装置24は、熱回収経路21の第2部分21bに設けられていてもよい。 During normal operation of the fuel cell system 100, the function of the cooling device 24 is off. However, since the water or hot water passes through the first heat exchanger 40 of the cooling device 24, the temperature of the water or hot water may drop. When the temperature of water or hot water drops in the first heat exchanger 40, the temperature difference between the water or hot water and the object (exhaust gas) to be heat exchanged increases, so it is expected that the heat exchange efficiency in the fuel cell unit 10 will be improved. can. It is also possible to prevent the temperature of the hot water generated by the fuel cell unit 10 from dropping in the first heat exchanger 40 during normal operation of the fuel cell system 100. Of course, the cooling device 24 may be provided in the second portion 21b of the heat recovery path 21.

冷却装置24は、バイパス経路22に設けられていてもよい。この場合、バイパス経路22を流れる温水が冷却装置24によって冷却されうる。燃料電池システム100の通常の運転時において、温水はバイパス経路22を流れないので、バイパス経路22には水が滞留する。バイパス経路22が短ければ短いほど滞留する水の量が減る。冷却装置24が熱回収経路21に配置されている場合、バイパス経路22を十分に短くすることができる。他方、バイパス経路22に冷却装置24が設けられている場合、熱回収経路21の第1部分21a又は第2部分21bの長さを短縮できるので、燃料電池システム100の通常の運転時における圧力損失を抑制できる。 The cooling device 24 may be provided in the bypass path 22. In this case, the hot water flowing through the bypass path 22 can be cooled by the cooling device 24. During normal operation of the fuel cell system 100, hot water does not flow through the bypass path 22, so that water stays in the bypass path 22. The shorter the bypass path 22, the less water stays. When the cooling device 24 is arranged in the heat recovery path 21, the bypass path 22 can be sufficiently shortened. On the other hand, when the cooling device 24 is provided in the bypass path 22, the length of the first portion 21a or the second portion 21b of the heat recovery path 21 can be shortened, so that the pressure loss during normal operation of the fuel cell system 100 can be shortened. Can be suppressed.

本実施形態において、冷却装置24は、第2熱交換器41及び冷媒循環経路45をさらに有する。第2熱交換器41は、第1熱交換器40において温水によって加熱された冷媒を冷却する役割を担う。冷媒循環経路45は、第1熱交換器40と第2熱交換器41との間で冷媒を循環させるための経路である。 In the present embodiment, the cooling device 24 further includes a second heat exchanger 41 and a refrigerant circulation path 45. The second heat exchanger 41 plays a role of cooling the refrigerant heated by the hot water in the first heat exchanger 40. The refrigerant circulation path 45 is a path for circulating the refrigerant between the first heat exchanger 40 and the second heat exchanger 41.

本実施形態の冷却装置24によれば、第1熱交換器40として、液−液熱交換器を使用できる。液−液熱交換器は、空冷式熱交換器よりも寸法の観点で有利である。第1熱交換器40を貯湯ユニット30の筐体の中に収めることも可能である。その結果、外気温が低いときに熱回収経路21の中の水が凍結することを防止できる。 According to the cooling device 24 of the present embodiment, a liquid-liquid heat exchanger can be used as the first heat exchanger 40. Liquid-liquid heat exchangers have a dimensional advantage over air-cooled heat exchangers. It is also possible to house the first heat exchanger 40 in the housing of the hot water storage unit 30. As a result, it is possible to prevent the water in the heat recovery path 21 from freezing when the outside air temperature is low.

第2熱交換器41は、フィンチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器などの空冷式熱交換器でありうる。第2熱交換器41が空冷式熱交換器である場合、冷却装置24は、断水時にも十分な冷却能力を発揮できる。第2熱交換器41は、貯湯ユニット30の筐体の外部に配置されうる。 The second heat exchanger 41 may be an air-cooled heat exchanger such as a fin tube heat exchanger or a plate heat exchanger. When the second heat exchanger 41 is an air-cooled heat exchanger, the cooling device 24 can exhibit a sufficient cooling capacity even when the water is cut off. The second heat exchanger 41 may be arranged outside the housing of the hot water storage unit 30.

冷媒循環経路45には、シスターンタンク42及びポンプ43が設けられている。シスターンタンク42に冷媒が貯められている。ポンプ43の働きによって、第1熱交換器40と第2熱交換器41との間で冷媒が循環する。冷媒を循環させながら第2熱交換器41のファンを回せば、冷却装置24が所定の冷却能力を発揮する。シスターンタンク42には、オーバーフロー管44が取り付けられていてもよい。 A system turn tank 42 and a pump 43 are provided in the refrigerant circulation path 45. Refrigerant is stored in the systurn tank 42. By the action of the pump 43, the refrigerant circulates between the first heat exchanger 40 and the second heat exchanger 41. If the fan of the second heat exchanger 41 is rotated while circulating the refrigerant, the cooling device 24 exhibits a predetermined cooling capacity. An overflow pipe 44 may be attached to the systurn tank 42.

燃料電池システム100は、さらに、温度センサ26,27及び28を備えている。温度センサ26,27及び28は、熱回収経路21を流れる水の温度を検出する。温度センサ26は、第1位置P1よりも下流側において、熱回収経路21の第1部分21aに配置されている。詳細には、温度センサ26は、第1位置P1と冷却装置24との間において、熱回収経路21の第1部分21aに配置されている。温度センサ26によれば、冷却装置24の第1熱交換器40の入口における温水の温度を正確に検出できる。温度センサ27は、第2位置P2よりも上流側において、熱回収経路21の第2部分21bに配置されている。詳細には、温度センサ27は、燃料電池ユニット10と第2位置P2との間において、熱回収経路21の第2部分21bに配置されている。温度センサ27によれば、燃料電池ユニット10で生成された温水の温度を正確に検出できる。温度センサ28は、冷却装置24と熱交換器13の間において、熱回収経路21の第1部分21aに配置されている。温度センサ28は、燃料電池ユニット10に含まれていてもよいし、貯湯ユニット30に含まれていてもよい。温度センサ28は、燃料電池ユニット10の筐体の内部に位置していてもよいし、貯湯ユニット30の筐体の内部に位置していてもよい。温度センサ28によれば、冷却装置24の第1熱交換器40の出口における温水の温度であって、熱交換器13に供給されるべき温水の温度を正確に検出できる。後述するように、温度センサ26,27及び28の検出値は、冷却装置24の検査においても有効に使用されうる。 The fuel cell system 100 further includes temperature sensors 26, 27 and 28. The temperature sensors 26, 27 and 28 detect the temperature of water flowing through the heat recovery path 21. The temperature sensor 26 is arranged in the first portion 21a of the heat recovery path 21 on the downstream side of the first position P1. Specifically, the temperature sensor 26 is arranged in the first portion 21a of the heat recovery path 21 between the first position P1 and the cooling device 24. According to the temperature sensor 26, the temperature of hot water at the inlet of the first heat exchanger 40 of the cooling device 24 can be accurately detected. The temperature sensor 27 is arranged in the second portion 21b of the heat recovery path 21 on the upstream side of the second position P2. Specifically, the temperature sensor 27 is arranged in the second portion 21b of the heat recovery path 21 between the fuel cell unit 10 and the second position P2. According to the temperature sensor 27, the temperature of the hot water generated by the fuel cell unit 10 can be accurately detected. The temperature sensor 28 is arranged in the first portion 21a of the heat recovery path 21 between the cooling device 24 and the heat exchanger 13. The temperature sensor 28 may be included in the fuel cell unit 10 or the hot water storage unit 30. The temperature sensor 28 may be located inside the housing of the fuel cell unit 10 or may be located inside the housing of the hot water storage unit 30. According to the temperature sensor 28, it is the temperature of the hot water at the outlet of the first heat exchanger 40 of the cooling device 24, and the temperature of the hot water to be supplied to the heat exchanger 13 can be accurately detected. As will be described later, the detected values of the temperature sensors 26, 27 and 28 can also be effectively used in the inspection of the cooling device 24.

温度センサ26又は温度センサ27は、バイパス経路22に配置されていてもよい。この場合、バイパス経路22を流れる温水の温度を正確に検出できる。 The temperature sensor 26 or the temperature sensor 27 may be arranged in the bypass path 22. In this case, the temperature of the hot water flowing through the bypass path 22 can be accurately detected.

温度センサ28によって検出された水の温度が閾値温度以下(例えば、45℃以下)であるとき、燃料電池ユニット10が水不足に陥るおそれが無く、燃料電池11の運転を継続可能である。温度センサ28によって検出された水の温度が閾値温度よりも高いとき、燃料電池ユニット10が水不足に陥る可能性がある。燃料電池ユニット10が水不足に陥るおそれがあるとき、貯湯タンク20の温水を一部破棄又は浴槽に放出し、市水を貯湯タンク20に補給してもよい。電力需要に応じて、発電を停止させてもよい。 When the temperature of the water detected by the temperature sensor 28 is equal to or lower than the threshold temperature (for example, 45 ° C. or lower), there is no possibility that the fuel cell unit 10 will run out of water, and the operation of the fuel cell 11 can be continued. When the temperature of water detected by the temperature sensor 28 is higher than the threshold temperature, the fuel cell unit 10 may run out of water. When there is a risk that the fuel cell unit 10 will run out of water, the hot water in the hot water storage tank 20 may be partially discarded or discharged into the bathtub, and city water may be replenished in the hot water storage tank 20. Power generation may be stopped according to the power demand.

本実施形態の燃料電池システム100に使用された温度センサのそれぞれは、例えば、サーミスタを用いた温度センサ又は熱電対を用いた温度センサである。 Each of the temperature sensors used in the fuel cell system 100 of the present embodiment is, for example, a temperature sensor using a thermistor or a temperature sensor using a thermocouple.

貯湯タンク20は、燃料電池11の運転に伴って発生する排熱によって生成された温水を貯留するための容器である。貯湯タンク20は、断熱性及び耐圧性を有する容器によって構成されている。貯湯タンク20には、複数の温度センサ25a〜25eが設けられている。温度センサ25a〜25eは、鉛直方向に沿って概ね等間隔で配置されている。温度センサ25a〜25eは、貯湯タンク20の内部に配置されていてもよく、貯湯タンク20の表面上に配置されていてもよい。 The hot water storage tank 20 is a container for storing hot water generated by waste heat generated by the operation of the fuel cell 11. The hot water storage tank 20 is composed of a container having heat insulation and pressure resistance. The hot water storage tank 20 is provided with a plurality of temperature sensors 25a to 25e. The temperature sensors 25a to 25e are arranged at substantially equal intervals along the vertical direction. The temperature sensors 25a to 25e may be arranged inside the hot water storage tank 20 or may be arranged on the surface of the hot water storage tank 20.

温度センサ25a〜25eは、貯湯タンク20に貯められた温水の温度を検出する。高温の温水が貯湯タンク20の上部に貯められる。温水が使用されると市水が貯湯タンク20の下部に補給される。そのため、貯湯タンク20の内部には温水の温度成層が形成される。温度センサ25a〜25eの検出値によって、貯湯タンク20の蓄熱状態を把握できる。 The temperature sensors 25a to 25e detect the temperature of the hot water stored in the hot water storage tank 20. Hot hot water is stored in the upper part of the hot water storage tank 20. When hot water is used, city water is replenished to the lower part of the hot water storage tank 20. Therefore, a temperature stratification of hot water is formed inside the hot water storage tank 20. The heat storage state of the hot water storage tank 20 can be grasped from the detected values of the temperature sensors 25a to 25e.

貯湯タンク20の下部には、市水の給水経路47が接続されている。貯湯タンク20の温水が消費されると、給水経路47を通じて市水が貯湯タンク20に補給される。したがって、貯湯タンク20には市水の給水圧力が加わっている。 A water supply path 47 for city water is connected to the lower part of the hot water storage tank 20. When the hot water in the hot water storage tank 20 is consumed, city water is replenished to the hot water storage tank 20 through the water supply route 47. Therefore, the water supply pressure of city water is applied to the hot water storage tank 20.

貯湯タンク20の上部には、給湯経路60が接続されている。給湯経路60は、貯湯タンク20に貯められた温水を浴槽、蛇口などのユースポイントに供給するための流路であり、貯湯タンク20からユースポイントまで延びている。 A hot water supply path 60 is connected to the upper part of the hot water storage tank 20. The hot water supply route 60 is a flow path for supplying hot water stored in the hot water storage tank 20 to a use point such as a bathtub or a faucet, and extends from the hot water storage tank 20 to the use point.

給水経路47には、流量センサ51、温度センサ52、圧力センサ53、減圧弁54及び逆止弁55が設けられている。逆止弁55と圧力センサ53との間において、給水経路47から分岐経路57が分岐している。分岐経路57は、給湯経路60に合流している(図示せず)。分岐経路57には、混合弁58が配置されている。混合弁58を制御して貯湯タンク20の温水と市水とを適切な比率で混合すれば、適切な温度の温水をユースポイントに供給できる。 The water supply path 47 is provided with a flow rate sensor 51, a temperature sensor 52, a pressure sensor 53, a pressure reducing valve 54, and a check valve 55. A branch path 57 branches from the water supply path 47 between the check valve 55 and the pressure sensor 53. The branch path 57 joins the hot water supply path 60 (not shown). A mixing valve 58 is arranged in the branch path 57. If the mixing valve 58 is controlled to mix the hot water in the hot water storage tank 20 and the city water in an appropriate ratio, hot water at an appropriate temperature can be supplied to the use point.

圧力センサ53は、例えば、ピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサである。通常時において、圧力センサ53には市水の圧力(例えば、0.15〜0.5MPa)が加わっている。断水時には、圧力センサ53の検出値は、通常時の値を大幅に下回る。圧力センサ53の検出値に基づき、断水かどうかを特定できる。市水の圧力を検出できる限り、圧力センサ53の位置は特に限定されない。 The pressure sensor 53 is, for example, a semiconductor pressure sensor that utilizes the piezoresistive effect. In a normal state, the pressure of city water (for example, 0.15 to 0.5 MPa) is applied to the pressure sensor 53. When the water is cut off, the value detected by the pressure sensor 53 is significantly lower than the value at the normal time. Based on the detected value of the pressure sensor 53, it is possible to identify whether or not the water is cut off. The position of the pressure sensor 53 is not particularly limited as long as the pressure of the city water can be detected.

貯湯タンク20の下部には、排水経路62が接続されている。排水経路62には、開閉弁63が設けられている。開閉弁63は、手動式であってもよい。例えば、長期不在のとき、排水経路62を通じて、貯湯タンク20の水を全て抜くことができる。排水経路62には分岐排水経路64が接続されている。分岐排水経路64は、例えば、浴槽等に接続されている経路である。分岐排水経路64を通じて、貯湯タンク20の水を浴槽等に短時間で移すことができる。熱回収経路21から取水経路65が分岐しており、取水経路65の先端には蛇口61が取り付けられている。熱回収経路21及び取水経路65は細い経路なので、取水経路65及び蛇口61を通じて、ペットボトルなどの容器に貯湯タンク20の水をゆっくり移すことができる。 A drainage path 62 is connected to the lower part of the hot water storage tank 20. The drainage path 62 is provided with an on-off valve 63. The on-off valve 63 may be a manual type. For example, when absent for a long period of time, all the water in the hot water storage tank 20 can be drained through the drainage path 62. A branch drainage route 64 is connected to the drainage route 62. The branch drainage route 64 is, for example, a route connected to a bathtub or the like. The water in the hot water storage tank 20 can be transferred to a bathtub or the like in a short time through the branch drainage path 64. The water intake path 65 branches from the heat recovery path 21, and a faucet 61 is attached to the tip of the water intake path 65. Since the heat recovery path 21 and the water intake path 65 are narrow paths, the water in the hot water storage tank 20 can be slowly transferred to a container such as a PET bottle through the water intake path 65 and the faucet 61.

熱回収経路21、バイパス経路22、冷媒循環経路45、給水経路47、給湯経路60、排水経路62、分岐排水経路64及び取水経路65は、それぞれ、少なくとも1つの配管によって構成されている。配管は、ステンレス管などの金属配管であってもよいし、樹脂配管であってもよい。必要に応じて、フィルタ、逆止弁、流量センサ、開閉弁などの部品が各流路に設けられていてもよい。 The heat recovery path 21, the bypass path 22, the refrigerant circulation path 45, the water supply path 47, the hot water supply path 60, the drainage path 62, the branch drainage path 64, and the water intake path 65 are each composed of at least one pipe. The pipe may be a metal pipe such as a stainless steel pipe or a resin pipe. If necessary, components such as a filter, a check valve, a flow rate sensor, and an on-off valve may be provided in each flow path.

燃料電池システム100は、さらに、制御器70を備えている。制御器70は、例えば、A/D変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置などを含むDSP(Digital Signal Processor)である。温度センサ26、温度センサ27、温度センサ28、圧力センサ53などの計測機器の検出信号が制御器70に入力される。制御器70は、各種計測機器の計測結果に基づき、三方弁23、第2熱交換器41、ポンプ43などの制御対象を制御する。制御器70には、燃料電池システム100を適切に運転するためのプログラムが格納されている。 The fuel cell system 100 further includes a controller 70. The controller 70 is, for example, a DSP (Digital Signal Processor) including an A / D conversion circuit, an input / output circuit, an arithmetic circuit, a storage device, and the like. Detection signals of measuring devices such as the temperature sensor 26, the temperature sensor 27, the temperature sensor 28, and the pressure sensor 53 are input to the controller 70. The controller 70 controls the controlled objects such as the three-way valve 23, the second heat exchanger 41, and the pump 43 based on the measurement results of various measuring devices. The controller 70 stores a program for properly operating the fuel cell system 100.

制御器70は、単一のマイクロコンピュータによって構成されていてもよく、複数のマイクロコンピュータによって構成されていてもよい。さらに、燃料電池システム100が複数の制御器を有していてもよい。 The controller 70 may be composed of a single microcomputer or a plurality of microcomputers. Further, the fuel cell system 100 may have a plurality of controllers.

次に、燃料電池システム100の運転について説明する。制御器70は、図2のフローチャートに示す各処理を定期的に実行する。 Next, the operation of the fuel cell system 100 will be described. The controller 70 periodically executes each process shown in the flowchart of FIG.

ステップS1において、断水かどうかを判断する。具体的には、圧力センサ53の検出値が閾値以下かどうかを判断する。断水時には水圧が大幅に低下するので、圧力センサ53の検出値から断水かどうかを容易に判断できる。閾値は、通常時の水圧を考慮に入れて、断水が起こったことを確実に検出できる値に設定されうる。 In step S1, it is determined whether or not the water supply is cut off. Specifically, it is determined whether or not the detected value of the pressure sensor 53 is equal to or less than the threshold value. Since the water pressure drops significantly when the water is cut off, it can be easily determined from the detection value of the pressure sensor 53 whether or not the water is cut off. The threshold can be set to a value that can reliably detect that a water outage has occurred, taking into account the normal water pressure.

次に、ステップS2において、貯湯タンク20が満蓄状態に達しているかどうか判断する。具体的には、温度センサ26の検出値又は温度センサ28の検出値が閾値温度以下(例えば、45℃以下)かどうかを判断する。 Next, in step S2, it is determined whether or not the hot water storage tank 20 has reached the full storage state. Specifically, it is determined whether or not the detected value of the temperature sensor 26 or the detected value of the temperature sensor 28 is equal to or lower than the threshold temperature (for example, 45 ° C. or lower).

貯湯タンク20が満蓄状態に達している場合、ステップS3において、ポンプ43及び第2熱交換器41のファンを動かして冷却装置24を起動する。ステップS4において、温水がバイパス経路22に導かれるように三方弁23を制御する。温水が冷却装置24の第1熱交換器40において冷却されるので、低温の温水(例えば、40℃未満)が燃料電池ユニット10の熱交換器13に供給される。その結果、凝縮水を十分に回収でき、断水であるにもかかわらず燃料電池システム100の運転を長時間にわたって継続できる。ステップS3の処理とステップS4の処理との順序は、図2に示す順序と逆であってもよい。 When the hot water storage tank 20 has reached the full state, in step S3, the fans of the pump 43 and the second heat exchanger 41 are moved to start the cooling device 24. In step S4, the three-way valve 23 is controlled so that the hot water is guided to the bypass path 22. Since the hot water is cooled in the first heat exchanger 40 of the cooling device 24, low temperature hot water (for example, less than 40 ° C.) is supplied to the heat exchanger 13 of the fuel cell unit 10. As a result, the condensed water can be sufficiently recovered, and the operation of the fuel cell system 100 can be continued for a long time even though the water is cut off. The order of the processing in step S3 and the processing in step S4 may be reversed from the order shown in FIG.

貯湯タンク20が満蓄状態に達していない場合、ステップS5において、温水が貯湯タンク20に導かれるように三方弁23を制御する。ステップS6において、冷却装置24を停止させる。ステップS5の処理とステップS6の処理との順序は、図2に示す順序と逆であってもよい。 When the hot water storage tank 20 has not reached the full storage state, the three-way valve 23 is controlled so that the hot water is guided to the hot water storage tank 20 in step S5. In step S6, the cooling device 24 is stopped. The order of the processing in step S5 and the processing in step S6 may be reversed from the order shown in FIG.

本実施形態によれば、断水が起こったとしても、満蓄状態に達するまで、温水が貯湯タンク20に貯められる。このようにすれば、停電と断水が同時に起こっている場合において、冷却装置24によって電力が消費されずに済む。冷却装置24によって電力が消費されない場合、外部への供給電力が増加する。これにより、ユーザの利便性が増す。 According to the present embodiment, even if the water is cut off, hot water is stored in the hot water storage tank 20 until the full storage state is reached. In this way, when a power failure and a water outage occur at the same time, the cooling device 24 does not consume electric power. When the power is not consumed by the cooling device 24, the power supplied to the outside increases. This increases user convenience.

ただし、満畜状態に達した後も貯湯タンク20と燃料電池ユニット10との間で温水を循環させてもよい。バイパス経路22を使用することは必須ではない。冷却装置24の働きによって、低温の温水が燃料電池ユニット10に供給されうる。 However, hot water may be circulated between the hot water storage tank 20 and the fuel cell unit 10 even after the livestock state is reached. It is not mandatory to use the bypass route 22. By the action of the cooling device 24, low temperature hot water can be supplied to the fuel cell unit 10.

次に、冷却装置24を検査する方法について説明する。制御器70は、図3のフローチャートに沿って冷却装置24が正常に動作するかどうかを検査する。 Next, a method of inspecting the cooling device 24 will be described. The controller 70 inspects whether or not the cooling device 24 operates normally according to the flowchart of FIG.

ステップS11において、冷却装置24の検査が1回目かどうかを判断する。冷却装置24の検査が1回目である場合、つまり、過去に検査を全く実施したことがない場合、ステップS12において、冷却装置24の検査を実施する。検査は、断水時と同じ状況を作ることから始まる。すなわち、温水がバイパス経路22に導かれるように三方弁23を制御する。ポンプ43及び第2熱交換器41のファンを動かして冷却装置24を起動する。このようにすれば、貯湯タンク20の蓄熱状態によらず、冷却装置24の検査を直ちに実施できる。仮に、貯湯タンク20の全体が冷水で満たされていたとしても、燃料電池ユニット10が所定の運転状態に達した時点で検査を行うことができる。「所定の運転状態に達した時点」とは、例えば、第1熱交換器40の入口における温水の温度(温度センサ26の検出値)が所定温度(50℃)に達した時点である。ステップS12の処理は、例えば、燃料電池システム100の試運転とともに行われる。 In step S11, it is determined whether or not the inspection of the cooling device 24 is the first time. When the inspection of the cooling device 24 is the first time, that is, when the inspection has not been performed at all in the past, the inspection of the cooling device 24 is performed in step S12. The inspection begins by creating the same situation as when the water was cut off. That is, the three-way valve 23 is controlled so that the hot water is guided to the bypass path 22. The fans of the pump 43 and the second heat exchanger 41 are operated to start the cooling device 24. In this way, the inspection of the cooling device 24 can be immediately performed regardless of the heat storage state of the hot water storage tank 20. Even if the entire hot water storage tank 20 is filled with cold water, the inspection can be performed when the fuel cell unit 10 reaches a predetermined operating state. The “time when a predetermined operating state is reached” is, for example, a time when the temperature of hot water (detected value of the temperature sensor 26) at the inlet of the first heat exchanger 40 reaches a predetermined temperature (50 ° C.). The process of step S12 is performed together with, for example, a trial run of the fuel cell system 100.

本実施形態によれば、全自動で冷却装置24の検査が行われる。ただし、メンテナンス担当者又はシステム管理者が外部から制御器70に命令を与えることによって、任意のタイミングで冷却装置24の検査を実行することも可能である。 According to this embodiment, the cooling device 24 is inspected fully automatically. However, it is also possible for the maintenance person or the system administrator to execute the inspection of the cooling device 24 at an arbitrary timing by giving a command to the controller 70 from the outside.

次に、ステップS13において、冷却装置24の動作が正常かどうかを判断する。具体的には、温度センサ26の検出値及び温度センサ28の検出値から冷却装置24の動作が正常かどうかを判断する。温度センサ26の検出値は、第1熱交換器40の入口における水温に概ね一致する。温度センサ28の検出値は、第1熱交換器40の出口における水温に概ね一致する。温度センサ26の検出値と温度センサ28の検出値との差に基づき、冷却装置24の動作が正常かどうかを判断できる。具体的には、温度センサ28の検出値から温度センサ26の検出値を減じることによって、冷却装置24での温水の温度低下を算出する。例えば、低下した温度が閾値温度以上(例えば、10℃以上)のとき、冷却装置24の動作が正常である。低下した温度が閾値温度未満のとき、冷却装置24の動作は正常でない。 Next, in step S13, it is determined whether or not the operation of the cooling device 24 is normal. Specifically, it is determined whether or not the operation of the cooling device 24 is normal from the detected value of the temperature sensor 26 and the detected value of the temperature sensor 28. The detected value of the temperature sensor 26 substantially matches the water temperature at the inlet of the first heat exchanger 40. The detected value of the temperature sensor 28 substantially matches the water temperature at the outlet of the first heat exchanger 40. Based on the difference between the detected value of the temperature sensor 26 and the detected value of the temperature sensor 28, it can be determined whether or not the operation of the cooling device 24 is normal. Specifically, the temperature drop of the hot water in the cooling device 24 is calculated by subtracting the detected value of the temperature sensor 26 from the detected value of the temperature sensor 28. For example, when the lowered temperature is equal to or higher than the threshold temperature (for example, 10 ° C. or higher), the operation of the cooling device 24 is normal. When the lowered temperature is less than the threshold temperature, the operation of the cooling device 24 is not normal.

冷却装置24の動作が正常かどうかを判断する方法は、上記の方法に限定されない。例えば、燃料電池システム100の起動後において、温度センサ28の検出値が所定時間にわたって上限温度(例えば、40℃)を下回っている場合、冷却装置24の動作は正常であると言える。また、温度センサ28の検出値が上限温度(例えば、40℃)を下回っていることを条件に加えてもよい。 The method for determining whether or not the operation of the cooling device 24 is normal is not limited to the above method. For example, if the detected value of the temperature sensor 28 is below the upper limit temperature (for example, 40 ° C.) for a predetermined time after the fuel cell system 100 is started, it can be said that the operation of the cooling device 24 is normal. Further, it may be added that the detected value of the temperature sensor 28 is below the upper limit temperature (for example, 40 ° C.).

冷却装置24の動作が正常である場合、検査は終了する。冷却装置24の動作が正常でない場合、ステップS14において、冷却装置24に異常があることを外部に報知する。外部に異常を報知する方法は特に限定されない。例えば、異常ランプを点灯させてもよいし、タッチパネルなどの入出力デバイスに異常を知らせるメッセージを表示してもよいし、音声によって異常があることを報知してもよい。さらに、制御器70がインターネット等の通信網に接続されている場合、冷却装置24に異常があることをメンテナンス担当者の端末に通知してもよい。冷却装置24に異常があることを外部に報知する処理に代えて、又は、冷却装置24に異常があることを外部に報知する処理とともに、燃料電池ユニット10の発電を停止させてもよい。このようにすれば、冷却装置24の修理に直ちに着手できるので、冷却装置24の健全性を常に保証できる。ただし、冷却装置24に異常があったとしても、燃料電池システム100の通常の運転には支障は無い。そのため、発電を自動的に停止させたのち、ユーザの操作によって発電を再開することが可能である。 If the operation of the cooling device 24 is normal, the inspection ends. If the operation of the cooling device 24 is not normal, in step S14, an abnormality is notified to the outside of the cooling device 24. The method of notifying the abnormality to the outside is not particularly limited. For example, the abnormality lamp may be turned on, a message notifying the input / output device such as a touch panel may be displayed, or the presence of the abnormality may be notified by voice. Further, when the controller 70 is connected to a communication network such as the Internet, the terminal of the maintenance person may be notified that there is an abnormality in the cooling device 24. Instead of the process of notifying the outside that there is an abnormality in the cooling device 24, or together with the process of notifying the outside that there is an abnormality in the cooling device 24, the power generation of the fuel cell unit 10 may be stopped. In this way, the repair of the cooling device 24 can be started immediately, so that the soundness of the cooling device 24 can always be guaranteed. However, even if there is an abnormality in the cooling device 24, there is no problem in the normal operation of the fuel cell system 100. Therefore, after automatically stopping the power generation, it is possible to restart the power generation by the user's operation.

冷却装置24の検査が2回目以降である場合、ステップS15において、冷却装置24を検査すべき旨の指示が入力されたかどうかを判断する。例えば、冷却装置24に異常が見つかり、修理完了後、試運転が必要である。このような場合において、外部から制御器70に命令を与え、冷却装置24の検査を直ちに実施することができる。 When the inspection of the cooling device 24 is performed for the second time or later, it is determined in step S15 whether or not an instruction to inspect the cooling device 24 is input. For example, after an abnormality is found in the cooling device 24 and the repair is completed, a trial run is required. In such a case, a command can be given to the controller 70 from the outside, and the inspection of the cooling device 24 can be performed immediately.

次に、ステップS16において、条件1が成立したかどうかを判断する。条件1が成立している場合、ステップS17において、冷却装置24の今回の検査を実施する。条件1は、例えば、前回の検査が終了した時点から一定期間が経過し、かつ、燃料電池ユニット10が発電中であることである。「一定期間」は、特に限定されず、例えば、25〜30日間である。つまり、本実施形態によれば、所定のスケジュールに沿って、定期的に冷却装置24の検査が行われる。このようにすれば、冷却装置24の健全性を常に保証できるので、非常時に確実に運転することができる信頼性の高い燃料電池システム100を提供できる。 Next, in step S16, it is determined whether or not the condition 1 is satisfied. If condition 1 is satisfied, the current inspection of the cooling device 24 is performed in step S17. Condition 1 is, for example, that a certain period of time has passed from the time when the previous inspection was completed, and the fuel cell unit 10 is generating electricity. The "fixed period" is not particularly limited, and is, for example, 25 to 30 days. That is, according to the present embodiment, the cooling device 24 is inspected periodically according to a predetermined schedule. In this way, since the soundness of the cooling device 24 can always be guaranteed, it is possible to provide a highly reliable fuel cell system 100 that can be reliably operated in an emergency.

条件1が成立していない場合、ステップS18において、条件2が成立したかどうかを判断する。条件2が成立している場合、ステップS19において、燃料電池システム100を起動し、ステップS17において、冷却装置24の今回の検査を実施する。条件2は、例えば、前回の検査が終了した時点から一定期間が経過し、かつ、燃料電池ユニット10が停止中であることである。「一定期間」は、特に限定されず、例えば、30日間である。このようにすれば、燃料電池ユニット10で発電が行われていなかったとしても、冷却装置24の検査を確実に実施することができる。 If the condition 1 is not satisfied, it is determined in step S18 whether or not the condition 2 is satisfied. When the condition 2 is satisfied, the fuel cell system 100 is started in step S19, and the current inspection of the cooling device 24 is carried out in step S17. Condition 2 is, for example, that a certain period of time has passed from the time when the previous inspection was completed and the fuel cell unit 10 is stopped. The "fixed period" is not particularly limited, and is, for example, 30 days. In this way, even if the fuel cell unit 10 is not generating electricity, the inspection of the cooling device 24 can be reliably performed.

条件1も条件2も成立していない場合、検査のタイミングではないので、現在の動作(運転又は停止)を継続する(ステップS20)。 If neither condition 1 nor condition 2 is satisfied, it is not the inspection timing, and the current operation (operation or stop) is continued (step S20).

以上の通り、本実施形態によれば、バイパス経路22を開通して高温の温水を冷却装置24に導くことができる。これにより、貯湯タンク20を満蓄状態にするまでもなく、冷却装置24が正常に動作するかどうかを検査できる。検査に費やされる時間も短時間で済む。そのため、冷却装置24の健全性を定期的に検査することが容易であるとともに、検査で消費されるエネルギーも少ない。 As described above, according to the present embodiment, the bypass path 22 can be opened to guide the hot water to the cooling device 24. As a result, it is possible to inspect whether or not the cooling device 24 operates normally without having to fill the hot water storage tank 20 in a fully stored state. The time spent on the inspection is short. Therefore, it is easy to regularly inspect the soundness of the cooling device 24, and the energy consumed in the inspection is small.

(変形例)
図4に示すように、燃料電池11が固体高分子型燃料電池であるとき、燃料電池ユニット10は、熱交換器15及び冷却水回路16をさらに備えていてもよい。熱交換器15は、燃料電池11の排熱によって貯湯タンク20の水を加熱する役割を担っている。熱交換器15は、燃料電池11の冷却水と貯湯タンク20の水との間で熱交換を生じさせる。熱交換器15は、例えば、二重管式熱交換器、プレート式熱交換器などの液−液熱交換器である。
(Modification example)
As shown in FIG. 4, when the fuel cell 11 is a solid polymer fuel cell, the fuel cell unit 10 may further include a heat exchanger 15 and a cooling water circuit 16. The heat exchanger 15 plays a role of heating the water in the hot water storage tank 20 by the exhaust heat of the fuel cell 11. The heat exchanger 15 causes heat exchange between the cooling water of the fuel cell 11 and the water of the hot water storage tank 20. The heat exchanger 15 is, for example, a liquid-liquid heat exchanger such as a double tube heat exchanger or a plate heat exchanger.

冷却水回路16は、燃料電池11と熱交換器15との間で冷却水を循環させるための流路であり、燃料電池11と熱交換器15とを接続している。冷却水回路16によって、燃料電池11を効率的に冷却できるとともに、燃料電池11の排熱を温水の形で燃料電池11の外部に取り出すことができる。冷却水回路16には、ポンプ17及び冷却水タンク18が設けられている。 The cooling water circuit 16 is a flow path for circulating cooling water between the fuel cell 11 and the heat exchanger 15, and connects the fuel cell 11 and the heat exchanger 15. The cooling water circuit 16 can efficiently cool the fuel cell 11 and take out the waste heat of the fuel cell 11 to the outside of the fuel cell 11 in the form of hot water. The cooling water circuit 16 is provided with a pump 17 and a cooling water tank 18.

熱回収経路21は、熱交換器13と熱交換器15とを接続する第3部分21cを含んでいてもよい。熱回収経路21において、熱交換器13が上流側に位置し、熱交換器15が下流側に位置している。このような配置によれば、貯湯タンク20の水は、熱交換器13及び熱交換器15の順番で加熱される。熱交換器13により低い温度の水が供給される。熱交換器13において、少なくとも1つのガスを十分に冷却できるので、凝縮水を十分に回収できる。第3部分21cは、熱交換器13の出口と熱交換器15の入口とを接続している。 The heat recovery path 21 may include a third portion 21c that connects the heat exchanger 13 and the heat exchanger 15. In the heat recovery path 21, the heat exchanger 13 is located on the upstream side and the heat exchanger 15 is located on the downstream side. According to such an arrangement, the water in the hot water storage tank 20 is heated in the order of the heat exchanger 13 and the heat exchanger 15. Water at a lower temperature is supplied by the heat exchanger 13. In the heat exchanger 13, at least one gas can be sufficiently cooled, so that the condensed water can be sufficiently recovered. The third portion 21c connects the outlet of the heat exchanger 13 and the inlet of the heat exchanger 15.

図5に示すように、変形例に係る冷却装置74は、冷却経路75、熱交換器76及び流路切換機構77によって構成されている。冷却経路75は、熱回収経路21の第1部分21aから分岐し、第1部分21aに合流している。冷却経路75は、熱回収経路21の第2部分21bから分岐し、第2部分21bに合流していてもよい。熱交換器76は、冷却経路75に配置されている。熱交換器76は、フィンチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器などの空冷式熱交換器でありうる。流路切換機構77は、例えば、冷却経路75と熱回収経路21との接続位置に配置された三方弁である。流路切換機構77は、複数の開閉弁で構成されていてもよい。本変形例によれば、熱交換器が1つで済むので安価である。流路切換機構77は、状態Aと状態Bとを選択的にとりうる。流路切換機構77が状態Aのとき、温水が冷却経路75に導かれる。流路切換機構77が状態Bのとき、温水が冷却経路75を流れることが禁止される。 As shown in FIG. 5, the cooling device 74 according to the modified example includes a cooling path 75, a heat exchanger 76, and a flow path switching mechanism 77. The cooling path 75 branches from the first portion 21a of the heat recovery path 21 and joins the first portion 21a. The cooling path 75 may branch from the second portion 21b of the heat recovery path 21 and join the second portion 21b. The heat exchanger 76 is arranged in the cooling path 75. The heat exchanger 76 may be an air-cooled heat exchanger such as a fin tube type heat exchanger or a plate type heat exchanger. The flow path switching mechanism 77 is, for example, a three-way valve arranged at a connection position between the cooling path 75 and the heat recovery path 21. The flow path switching mechanism 77 may be composed of a plurality of on-off valves. According to this modification, only one heat exchanger is required, which is inexpensive. The flow path switching mechanism 77 can selectively take the state A and the state B. When the flow path switching mechanism 77 is in the state A, hot water is guided to the cooling path 75. When the flow path switching mechanism 77 is in the state B, hot water is prohibited from flowing through the cooling path 75.

ただし、図1に示す実施形態によれば、冷却装置24がオフのときに第1熱交換器40に水が滞留しないので、衛生上有利である。 However, according to the embodiment shown in FIG. 1, water does not stay in the first heat exchanger 40 when the cooling device 24 is off, which is advantageous in terms of hygiene.

図6Aに示すように、バイパス経路22の両端(第1位置P1及び第2位置P2)のそれぞれに三方弁23が配置されていると、ユーザが貯湯タンク20の温水を使用して貯湯タンク20が空になったとしても、燃料電池システム100の運転を継続できる。本変形例では、2つの三方弁23によって流路切換機構が構成されている。 As shown in FIG. 6A, when the three-way valves 23 are arranged at both ends (first position P1 and second position P2) of the bypass path 22, the user uses the hot water of the hot water storage tank 20 to use the hot water storage tank 20. Even if the fuel cell system 100 is emptied, the operation of the fuel cell system 100 can be continued. In this modification, the flow path switching mechanism is configured by the two three-way valves 23.

図6Bに示すように、本変形例では、3つの開閉弁78a〜78cによって流路切換機構が構成されている。三方弁78aは、貯湯タンク20と第1位置P1との間において熱回収経路21に配置されている。三方弁78bは、第2位置P2と貯湯タンク20との間において熱回収経路21に配置されている。三方弁78cは、バイパス経路22に配置されている。 As shown in FIG. 6B, in this modification, the flow path switching mechanism is configured by the three on-off valves 78a to 78c. The three-way valve 78a is arranged in the heat recovery path 21 between the hot water storage tank 20 and the first position P1. The three-way valve 78b is arranged in the heat recovery path 21 between the second position P2 and the hot water storage tank 20. The three-way valve 78c is arranged in the bypass path 22.

本開示の技術は、燃料電池システムなどのコジェネレーションシステムに有用である。 The technique of the present disclosure is useful for cogeneration systems such as fuel cell systems.

10 燃料電池ユニット
11 燃料電池
12 改質器
13 熱交換器
14 ポンプ
20 貯湯タンク
21 熱回収経路
21a 第1部分
21b 第2部分
21c 第3部分
22 バイパス経路
23 三方弁
24 冷却装置
25a〜25e,26,27,28 温度センサ
30 貯湯ユニット
40 第1熱交換器
41 第2熱交換器
42 シスターンタンク
43 ポンプ
44 オーバーフロー管
45 冷媒循環経路
47 給水経路
51 流量センサ
52 温度センサ
53 圧力センサ
54 減圧弁
55 逆止弁
57 分岐経路
58 混合弁
60 給湯経路
62 排水経路
63 開閉弁
70 制御器
74 冷却装置
75 冷却経路
76 熱交換器
77 流路切換機構
78a,78b,78c 開閉弁
100 燃料電池システム
P1 第1位置
P2 第2位置
10 Fuel cell unit 11 Fuel cell 12 Reformer 13 Heat exchanger 14 Pump 20 Hot water storage tank 21 Heat recovery path 21a 1st part 21b 2nd part 21c 3rd part 22 Bypass path 23 Three-way valve 24 Cooling device 25a to 25e, 26 , 27, 28 Temperature sensor 30 Hot water storage unit 40 1st heat exchanger 41 2nd heat exchanger 42 Systurn tank 43 Pump 44 Overflow pipe 45 Coolant circulation path 47 Water supply path 51 Flow sensor 52 Temperature sensor 53 Pressure sensor 54 Pressure reducing valve 55 Reverse Stop valve 57 Branch path 58 Mixing valve 60 Hot water supply path 62 Drainage path 63 On-off valve 70 Controller 74 Cooling device 75 Cooling path 76 Heat exchanger 77 Flow switching mechanism 78a, 78b, 78c On-off valve 100 Fuel cell system P1 1st position P2 2nd position

Claims (12)

燃料電池ユニットと、
前記燃料電池ユニットの排熱によって生成された温水を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクから前記燃料電池ユニットに供給されるべき水が流れる第1部分と、前記燃料電池ユニットから前記貯湯タンクに戻されるべき前記温水が流れる第2部分と、を有する熱回収経路と、
前記第1部分の第1位置と前記第2部分の第2位置とを接続しているバイパス経路と、
前記第1位置よりも下流側かつ前記第2位置よりも上流側において前記熱回収経路に設けられた、又は、前記バイパス経路に設けられた冷却装置と、
前記温水が前記燃料電池ユニットから前記貯湯タンクに導かれる第1状態と前記温水が前記燃料電池ユニットから前記バイパス経路に導かれる第2状態との間で選択的に切り換えられる流路切換機構と、
前記冷却装置の検査を実行する際、及び、断水時、からなる群より選ばれる少なくとも1つの場合に前記温水が前記バイパス経路に導かれるように前記流路切換機構を制御する制御器と、
を備えた、燃料電池システム。
With the fuel cell unit
A hot water storage tank for storing hot water generated by the exhaust heat of the fuel cell unit, and
A heat recovery path having a first portion through which water to be supplied from the hot water storage tank to the fuel cell unit flows, and a second portion through which the hot water to be returned from the fuel cell unit to the hot water storage tank flows.
A bypass path connecting the first position of the first portion and the second position of the second portion,
A cooling device provided in the heat recovery path or provided in the bypass path on the downstream side of the first position and on the upstream side of the second position.
A flow path switching mechanism that selectively switches between a first state in which the hot water is guided from the fuel cell unit to the hot water storage tank and a second state in which the hot water is guided from the fuel cell unit to the bypass path.
A controller that controls the flow path switching mechanism so that the hot water is guided to the bypass path when the inspection of the cooling device is performed and at least one case selected from the group consisting of when the water is cut off.
A fuel cell system equipped with.
前記流路切換機構は、前記第1位置又は前記第2位置に配置された三方弁を含む、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 flow path switching mechanism includes a three-way valve arranged at the first position or the second position. 前記冷却装置は、前記熱回収経路の前記第1部分に配置された第1熱交換器を含む、請求項1又は2に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the cooling device includes a first heat exchanger arranged in the first portion of the heat recovery path. 前記冷却装置は、第2熱交換器と、前記1熱交換器と前記第2熱交換器との間で冷媒を循環させるための冷媒循環経路と、をさらに含む、請求項3に記載の燃料電池システム。 The third aspect of claim 3, wherein the cooling device further includes a second heat exchanger and a refrigerant circulation path for circulating a refrigerant between the first heat exchanger and the second heat exchanger. Fuel cell system. 前記第2熱交換器は、空冷式熱交換器である、請求項4に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 4, wherein the second heat exchanger is an air-cooled heat exchanger. 断水時において、前記制御器は、前記貯湯タンクが満蓄状態に達するまで前記温水が前記貯湯タンクに導かれるように前記流路切換機構を制御し、前記貯湯タンクが満蓄状態に達したら前記温水が前記バイパス経路に導かれるように前記流路切換機構を制御する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 When the water is cut off, the controller controls the flow path switching mechanism so that the hot water is guided to the hot water storage tank until the hot water storage tank reaches the full state, and when the hot water storage tank reaches the full state, the controller controls the flow path switching mechanism. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the flow path switching mechanism is controlled so that hot water is guided to the bypass path. 前記熱回収経路又は前記バイパス経路に配置され、前記燃料電池ユニットに供給されるべき前記水の温度を検出する温度センサをさらに備えた、請求項1〜のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 6 , further comprising a temperature sensor arranged in the heat recovery path or the bypass path and detecting the temperature of the water to be supplied to the fuel cell unit. system. 前記温度センサは、前記第1位置よりも下流側において、前記熱回収経路の前記第1部分に配置されている、請求項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 7 , wherein the temperature sensor is arranged in the first portion of the heat recovery path on the downstream side of the first position. 前記制御器は、前記検査を定期的に実行する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8, wherein the controller periodically performs the inspection. 前回の前記検査が終了した時点から一定期間が経過し、かつ、前記燃料電池ユニットが発電中である場合、前記制御は、今回の前記検査を実行する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 Certain period has elapsed from when the last of the inspection is completed, and if the fuel cell unit is in the power generation, the controller executes the time of the inspection, either one of claims 1 to 9 1 The fuel cell system described in the section. 前回の前記検査が終了した時点から一定期間が経過し、かつ、前記燃料電池ユニットが停止中である場合、前記制御は、前記燃料電池ユニットを起動させて今回の前記検査を実行する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 Certain period has elapsed from when the last of the inspection is completed, and if the fuel cell unit is stopped, the controller executes the time of the inspection by activating the fuel cell unit, wherein Item 2. The fuel cell system according to any one of Items 1 to 10. 前記冷却装置の動作が正常でないとき、前記制御器は、前記燃料電池ユニットの発電を停止させること、及び、前記冷却装置に異常があることを外部に報知すること、からなる群より選ばれる少なくとも1つの処理を実行する、請求項1〜11のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 At least selected from the group consisting of stopping the power generation of the fuel cell unit and notifying the outside that there is an abnormality in the cooling device when the operation of the cooling device is not normal. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 11 , wherein one process is performed.
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