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JP2005332604A - Fluid heating system - Google Patents

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JP2005332604A
JP2005332604A JP2004147510A JP2004147510A JP2005332604A JP 2005332604 A JP2005332604 A JP 2005332604A JP 2004147510 A JP2004147510 A JP 2004147510A JP 2004147510 A JP2004147510 A JP 2004147510A JP 2005332604 A JP2005332604 A JP 2005332604A
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JP
Japan
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stack
reformer
heat
fluid
pipe
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004147510A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Yoshida
正 吉田
Hiroshi Yamauchi
博史 山内
Hiroshi Takahashi
高橋  宏
Toshiyuki Kobayashi
稔幸 小林
Hideki Shinohara
英毅 篠原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid heating system capable of suitably heating fluid like water by efficiently utilizing heat generated at a fuel cell and a reformer. <P>SOLUTION: The fluid heating system comprises a case 10 having an outside space 11A with water circulating inside, composed of an external case 11 and an internal case 12; an FC stack 4; a reformer supplying hydrogen to the FC stack 4; and a heat exchanger 7 connected to a downstream side of the FC stack 4 and the reformer 3, exchanging heat between cathode off-gas, reformer exhaust gas, and water. The fluid heating system is characterized by arranging the FC stack 4, the reformer 3, and the heat exchanger 7 in the case 10. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池および/または改質器で発生する熱を利用して、水などの流体を加熱する流体加熱システムに関する。   The present invention relates to a fluid heating system that heats a fluid such as water using heat generated in a fuel cell and / or a reformer.

近年、家庭用電源、工業用電源として、燃料電池の開発が盛んである。燃料電池は、電力を発生すると共に熱を発生する。そこで、燃料電池の運転に際してエネルギー効率を高めるために、熱を回収して利用するシステムが提案されている。例えば、この熱を利用して水を加熱し、湯を提供する給湯システムである(特許文献1、特許文献2参照)。   In recent years, fuel cells have been actively developed as household power supplies and industrial power supplies. A fuel cell generates electric power and heat. Thus, a system for recovering and using heat has been proposed in order to increase energy efficiency during operation of the fuel cell. For example, it is a hot water supply system that uses this heat to heat water and provide hot water (see Patent Document 1 and Patent Document 2).

図3に示すように、従来の給湯システム101は、燃料電池ユニット101A(以下、FCユニットとする)と、これに併設された貯湯槽101Bとを備えている。FCユニット101Aは、主として、都市ガス、LPGなどの燃料ガス、水および空気から水素を生成する改質器103と、燃料電池が積層してなる燃料電池スタック104(以下、FCスタックとする)と、改質器103およびFCスタック104の熱を利用して水を加熱する熱交換器107と、インバータ108とを備えて構成されている。   As shown in FIG. 3, a conventional hot water supply system 101 includes a fuel cell unit 101A (hereinafter referred to as an FC unit) and a hot water storage tank 101B attached to the fuel cell unit 101A. The FC unit 101A mainly includes a reformer 103 that generates hydrogen from fuel gas such as city gas and LPG, water and air, and a fuel cell stack 104 (hereinafter referred to as an FC stack) formed by stacking fuel cells. The heat exchanger 107 that heats water using the heat of the reformer 103 and the FC stack 104 and the inverter 108 are configured.

そして、給湯システム101を作動させると、FCスタック104は、改質器103から供給される水素と、空気中の酸素とを作用させて発電し、電力を発生する。この電力は、インバータ108を介して出力端子108aに導かれる。この電力の発生と共にFCスタック104は発熱し、FCスタック104のカソード側(燃料極側)から、熱の一部を帯びたカソードオフガスが排出される。そして、このカソードオフガスは、配管104fを経由して外部に排出される。さらに、FCスタック104は、途中位置に循環ポンプを有する配管105bを流通する冷却媒体によって、所定温度に維持されている。さらにまた、改質器103から、その作動熱を帯びた排ガス(以下、改質器排ガスという)が、配管103fを経由して外部に排出される。   When the hot water supply system 101 is operated, the FC stack 104 generates electricity by causing the hydrogen supplied from the reformer 103 and oxygen in the air to act to generate electric power. This electric power is guided to the output terminal 108a through the inverter 108. As the electric power is generated, the FC stack 104 generates heat, and the cathode off gas, which is part of the heat, is discharged from the cathode side (fuel electrode side) of the FC stack 104. And this cathode off gas is discharged | emitted outside via the piping 104f. Further, the FC stack 104 is maintained at a predetermined temperature by a cooling medium that flows through a pipe 105b having a circulation pump at an intermediate position. Furthermore, the exhaust gas having the operating heat (hereinafter referred to as reformer exhaust gas) is discharged from the reformer 103 to the outside through the pipe 103f.

熱交換器107は、配管103fの一部と、配管104fの一部と、配管105bの一部と、途中位置に循環ポンプ121aとを有し貯湯槽101B内の水を循環させる配管121の一部と、を備えて構成されている。
したがって、FCスタック104の発電中に、循環ポンプ121aを稼動させることで、配管103fを流通する改質器排ガスの熱、配管104fを流通するカソードオフガスの熱、および、配管105bを流通する冷却媒体の熱を、配管121を流通する水に移動させることで、水を所定に加熱し、湯として貯湯槽101Bに戻すことができるようになっている。
このようにして、貯湯槽101Bの水を所定に加熱し、湯として、貯湯槽101Bに貯溜可能となっている。
特開2002−289242号公報(0015〜0029、図1) 特開2002−289234号公報(0011〜0022、図1)
The heat exchanger 107 has a part of the pipe 121f that has a part of the pipe 103f, a part of the pipe 104f, a part of the pipe 105b, and a circulation pump 121a in the middle, and circulates the water in the hot water storage tank 101B. And a portion.
Therefore, by operating the circulation pump 121a during the power generation of the FC stack 104, the heat of the reformer exhaust gas flowing through the pipe 103f, the heat of the cathode offgas flowing through the pipe 104f, and the cooling medium flowing through the pipe 105b This heat is transferred to the water flowing through the pipe 121 so that the water can be heated to a predetermined level and returned as hot water to the hot water storage tank 101B.
In this way, the water in the hot water storage tank 101B can be heated to a predetermined level and stored as hot water in the hot water storage tank 101B.
JP 2002-289242 A (0015-0029, FIG. 1) JP 2002-289234 A (0011-0022, FIG. 1)

しかしながら、給湯システム101は、改質器103およびFCスタック104で発生する熱は、これらの中間に配置された熱交換器107を介して回収されるため、熱損失が生じるという問題があった。すなわち、改質器103およびFCスタック104と、貯湯槽101Bとが、離れているため、改質器103、FCスタック104から放射される放射熱を利用することはできなかった。
また、貯湯槽101B内の水を循環させるため、動力源として循環ポンプ121aを設けねばならず、給湯システム101のエネルギー効率の悪化原因となっていた。
However, the hot water supply system 101 has a problem that heat loss occurs because the heat generated in the reformer 103 and the FC stack 104 is recovered through the heat exchanger 107 disposed between them. That is, since the reformer 103 and the FC stack 104 are separated from the hot water storage tank 101B, the radiant heat radiated from the reformer 103 and the FC stack 104 cannot be used.
Moreover, in order to circulate the water in the hot water storage tank 101B, the circulation pump 121a must be provided as a power source, which is a cause of deterioration in energy efficiency of the hot water supply system 101.

そこで、本発明は、前記問題を解決するため、燃料電池、改質器で発生する熱を効率的に利用し、水などの流体を好適に加熱可能とする流体加熱システムを提供することを課題とする。   Therefore, in order to solve the above problems, the present invention aims to provide a fluid heating system that efficiently uses heat generated in a fuel cell and a reformer and can suitably heat a fluid such as water. And

前記課題を解決するための手段として、本発明は、内部を流体が流通する空間を有する筺体と、燃料電池および当該燃料電池に水素を供給する改質器の少なくとも一方からなる発熱体と、を具備した流体加熱システムであって、前記発熱体が、前記筺体内に配置されたことを特徴とする流体加熱システムである。   As means for solving the above-mentioned problems, the present invention comprises a housing having a space through which a fluid flows and a heating element comprising at least one of a fuel cell and a reformer that supplies hydrogen to the fuel cell. A fluid heating system provided, wherein the heating element is arranged in the housing.

このような流体加熱システムによれば、燃料電池および改質器の少なくとも一方からなる発熱体が筺体内に配置されているため、発熱体から発生する放射熱は、循環ポンプなどの動力源を備えずに、筺体内部を流通する流体に伝わるため、熱損失が発生しにくくなる。したがって、燃料電池および改質器の少なくとも一方からなる発熱体にて発生する熱を効率的に利用し、流体を加熱することができる。   According to such a fluid heating system, since the heating element including at least one of the fuel cell and the reformer is disposed in the casing, the radiant heat generated from the heating element includes a power source such as a circulation pump. Without being transmitted to the fluid flowing through the inside of the housing, heat loss is less likely to occur. Therefore, it is possible to efficiently use the heat generated by the heating element composed of at least one of the fuel cell and the reformer to heat the fluid.

本発明によれば、熱を効率的に利用し、水などの流体を好適に加熱可能とする流体加熱システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fluid heating system which utilizes heat efficiently and enables fluids, such as water, to be heated suitably can be provided.

次に、本発明の一実施形態について、図1を参照して詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る給湯システムの構成を示す図である。   Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a hot water supply system according to the present embodiment.

≪給湯システムの構成≫
図1に示すように、本実施形態に係る給湯システム1(流体加熱システム)は、特許請求の範囲における流体を水とし、改質器3およびFCスタック4で発生する熱を利用して、水を加熱するシステムである。給湯システム1は、主として、筺体10と、発熱体である改質器3およびFCスタック4と、熱交換器7とを備えて構成されている。
なお、本実施形態において、特許請求の範囲における排出流体は、改質器3から排出される改質器排ガスと、FCスタック4から排出されるカソードオフガスとに相当する。
≪Configuration of hot water supply system≫
As shown in FIG. 1, a hot water supply system 1 (fluid heating system) according to the present embodiment uses water as a fluid in claims and uses heat generated in the reformer 3 and the FC stack 4 to produce water. It is a system to heat. The hot water supply system 1 mainly includes a housing 10, a reformer 3 and an FC stack 4 that are heating elements, and a heat exchanger 7.
In the present embodiment, the exhaust fluid in the claims corresponds to the reformer exhaust gas discharged from the reformer 3 and the cathode off-gas discharged from the FC stack 4.

<筺体>
筺体10は、内部が空洞であり、外形が円柱状の外筺体11と、この内側に配置され、内部が空洞であり、外形が円柱状の内筺体12とを備えている。すなわち、筺体10は、外筺体11と内筺体12との間に形成される空間11A(以下、外側空間という)と、内筺体12内の空洞との二重構造を有している。外筺体11の下部には水の入口となる配管11aが、外筺体11の上部には加熱された水(つまり、湯)の出口となる配管11bがそれぞれ設けられており、外側空間11Aに水が流通するようになっている。配管11aの上流側は、開閉弁(図示しない)を介して、上水道などの水源に接続しており、配管11bの下流側は、開閉弁(図示しない)を介して、浴槽などの湯を利用する設備に接続している。したがって、前記2つの開閉弁を操作することで、外側空間11Aに湯を貯溜することも可能となっている。
内筺体12は、その内部に隔壁12aを有しており、前記空洞は上室12Aと下室12Bとに分割されている。なお、外筺体11および内筺体12は、熱伝導率が高く、耐腐食性を有する材料から形成されることが好ましい。
<Housing>
The casing 10 includes an outer casing 11 having a hollow inside and a cylindrical outer shape, and an inner casing 12 disposed inside and hollow inside and having a cylindrical outer shape. That is, the housing 10 has a double structure of a space 11 </ b> A (hereinafter referred to as an outer space) formed between the outer housing 11 and the inner housing 12 and a cavity in the inner housing 12. A pipe 11a serving as an inlet for water is provided at the lower part of the outer casing 11, and a pipe 11b serving as an outlet for heated water (that is, hot water) is provided at the upper part of the outer casing 11, respectively. Has come to circulate. The upstream side of the pipe 11a is connected to a water source such as a water supply via an on-off valve (not shown), and the downstream side of the pipe 11b uses hot water such as a bathtub via an on-off valve (not shown). Connected to the equipment. Therefore, hot water can be stored in the outer space 11A by operating the two on-off valves.
The inner casing 12 has a partition wall 12a therein, and the cavity is divided into an upper chamber 12A and a lower chamber 12B. The outer casing 11 and the inner casing 12 are preferably formed from a material having high thermal conductivity and corrosion resistance.

<改質器>
改質器3は、水素を発生させる機器であって、下室12Bに配置されている。改質器3の上流側には、都市ガス、LPGなどの燃料ガスを導入する配管3aと、水を導入する配管3bと、空気を導入する配管3cがそれぞれ接続されている。改質器3の内部には、触媒が装填されており、この触媒存在下において、触媒燃焼反応、部分酸化反応などにより、燃料ガスと水と空気中の酸素とを作用させて、水素を生成可能となっている。
一方、改質器3の下流側には、発生した水素をFCスタック4に導く配管3eと、前記改質反応により生じた二酸化炭素などの改質器排ガス(排出流体)を、外部に排出する配管3fとが接続されている。
<Reformer>
The reformer 3 is a device that generates hydrogen and is disposed in the lower chamber 12B. On the upstream side of the reformer 3, a pipe 3a for introducing a fuel gas such as city gas and LPG, a pipe 3b for introducing water, and a pipe 3c for introducing air are respectively connected. Inside the reformer 3, a catalyst is loaded, and in the presence of this catalyst, hydrogen is generated by the action of fuel gas, water and oxygen in the air by catalytic combustion reaction, partial oxidation reaction, etc. It is possible.
On the other hand, on the downstream side of the reformer 3, a pipe 3e that guides the generated hydrogen to the FC stack 4 and reformer exhaust gas (exhaust fluid) such as carbon dioxide generated by the reforming reaction is discharged to the outside. The pipe 3f is connected.

また、下室12B内には断熱材(図示しない)が充填されており、高温で作動する改質器3の熱により、水が過剰に加熱されないようになっている。すなわち、改質器3で発生する熱を完全に遮断し、水の加熱を防止するのではなく、断熱材の充填量を調整して、水が所定に加熱されるように設定することが好ましい。また、場合によっては、内筺体12の壁を薄くして、改質器3の熱が水に伝わりやすくしてもよい。   Further, the lower chamber 12B is filled with a heat insulating material (not shown) so that the water is not excessively heated by the heat of the reformer 3 operating at a high temperature. That is, it is preferable not to completely block the heat generated in the reformer 3 and prevent the water from being heated, but to adjust the filling amount of the heat insulating material so that the water is heated to a predetermined level. . In some cases, the wall of the inner casing 12 may be thinned so that the heat of the reformer 3 is easily transferred to water.

<FCスタック>
本実施形態に係るFCスタック4は、複数の固体高分子型燃料電池(PEFC)が積層されたものである。
FCスタック4の上流側には、改質器3で発生した水素をFCスタック4のアノード側(燃料極側)に導く配管3eと、配管3cの途中位置に接続し、FCスタック4のカソード側(空気極側)に空気を導く配管4aとが接続されている。そして、FCスタック4は、水素と空気中の酸素とにより、電気化学反応を生じさせて電力を発生すると共に、熱を発生可能となっている。FCスタック4の出力端子(図示しない)には、インバータ(図示しない)を介する配線が接続されており、電流を取り出し可能となっている。FCスタック4の下流側には、アノード側から排出される未反応の水素を含むアノードオフガスを改質器3に供給する配管4eと、カソード側から排出されるカソードオフガス(排出流体)を外部に導く配管4fとが接続されている。
また、作動中、発熱するFCスタック4を所定温度に冷却(調整)するため、内部を冷却媒体が流通し、途中位置に循環ポンプ5aを有する配管5bがFCスタック4に設けられている。そして、FCスタック4の作動中、循環ポンプ5aを作動させることで、FCスタック4を所定に冷却(調整)可能となっている。
さらに、配管4aの途中位置に加湿器を設け、FCスタック4のカソード側に加湿された空気を供給し、FCスタック4を安定して作動させるようにしてもよい。
<FC stack>
The FC stack 4 according to this embodiment is formed by stacking a plurality of polymer electrolyte fuel cells (PEFC).
On the upstream side of the FC stack 4, a pipe 3 e that leads hydrogen generated in the reformer 3 to the anode side (fuel electrode side) of the FC stack 4 and a midway position of the pipe 3 c are connected to the cathode side of the FC stack 4. A pipe 4a for guiding air to the (air electrode side) is connected. The FC stack 4 generates electric power by generating an electrochemical reaction with hydrogen and oxygen in the air, and can generate heat. A wiring through an inverter (not shown) is connected to an output terminal (not shown) of the FC stack 4 so that a current can be taken out. On the downstream side of the FC stack 4, a pipe 4 e for supplying an anode off gas containing unreacted hydrogen discharged from the anode side to the reformer 3 and a cathode off gas (exhaust fluid) discharged from the cathode side to the outside. A pipe 4f for guiding is connected.
Further, in order to cool (adjust) the FC stack 4 that generates heat to a predetermined temperature during operation, a cooling medium circulates inside and a pipe 5b having a circulation pump 5a is provided in the FC stack 4 in the middle position. Then, the FC stack 4 can be cooled (adjusted) to a predetermined level by operating the circulation pump 5a during the operation of the FC stack 4.
Furthermore, a humidifier may be provided in the middle of the pipe 4a, and the humidified air may be supplied to the cathode side of the FC stack 4 to operate the FC stack 4 stably.

FCスタック4は、内筺体12の上室12Aに配置されている。これにより、従来、FCスタック4の運転温度を所定に保つため、FCスタック4の外周面を覆うように保温材を設ける必要があったが、本実施形態では内筺体12の外側を所定温度の水が流通・貯溜し、この水がFCスタック4の保温層としての機能を奏すため、前記保温材は不要となり、安価で給湯システム1を構築可能となる。
また、保温材を設けないことによって、FCスタック4自体からの放射熱が水へ伝わりやすくもなる。さらに、給湯システム1が寒冷地に設置された場合であっても、FCスタック4を取り囲む外側空間11Aを流通・貯溜する水によって、FCスタック4の凍結が防止される。さらにまた、給湯システム1の外気温が低下しても、FCスタック4は容易に起動可能となる。また、水の比熱は高く、一旦所定温度ととなった水の温度は低下しにくいため、運転停止時におけるFCスタック4の温度降下率の大幅な低減を防止でき、例えば、夜間停止後の温度降下を小さくし、翌日の運転開始時の立ち上げ時間の短縮につなげることもできる。
The FC stack 4 is disposed in the upper chamber 12A of the inner casing 12. Thus, conventionally, in order to keep the operating temperature of the FC stack 4 at a predetermined value, it has been necessary to provide a heat insulating material so as to cover the outer peripheral surface of the FC stack 4. Since water is distributed and stored, and this water functions as a heat insulating layer of the FC stack 4, the heat insulating material is not required, and the hot water supply system 1 can be constructed at low cost.
Further, by not providing the heat insulating material, the radiant heat from the FC stack 4 itself is easily transmitted to the water. Further, even when the hot water supply system 1 is installed in a cold region, the FC stack 4 is prevented from freezing by the water flowing and stored in the outer space 11A surrounding the FC stack 4. Furthermore, even if the outside air temperature of the hot water supply system 1 decreases, the FC stack 4 can be easily started. In addition, since the specific heat of water is high and the temperature of water that has once reached a predetermined temperature is unlikely to decrease, it is possible to prevent a significant reduction in the temperature drop rate of the FC stack 4 when the operation is stopped. It is also possible to reduce the descent and shorten the startup time at the start of operation the next day.

<熱交換器>
熱交換器7は、改質器3およびFCスタック4の下流側に接続しており、改質器3およびFCスタック4で発生した熱を、外側空間11Aを流通する水に伝える機器である。熱交換器7は、筺体10内に配置されており、主として、改質器3から排出される改質器排ガスが流通する配管3fの一部と、FCスタック4から排出されるカソードオフガスが流通する配管4fの一部と、FCスタック4を所定温度に冷却する冷却媒体が流通する配管5bの一部とを備えている。さらに具体的には、熱交換器7は、これら一部が内筺体12の外周面を覆うように、螺旋状、ジグザグに配置されることによって構成されており、内筺体12の外周面を覆うような円筒状を呈している。
したがって、改質器排ガス、カソードオフガスおよび冷却媒体は、熱交換器7を経由する部分において、内筺体12の外周面に沿って流通することになる。これにより、改質器排ガス、カソードオフガスおよび冷却媒体の熱は、外側空間11Aを流通・貯溜する水に、好適に伝わり、その結果として、水を加熱して湯とすることができるようになっている。
このように、本実施形態では、従来の循環ポンプ121a(図3参照)などの動力源を必要としないため、給湯システム1の運転コストを抑えることができる。
<Heat exchanger>
The heat exchanger 7 is connected to the downstream side of the reformer 3 and the FC stack 4, and is a device that transfers heat generated in the reformer 3 and the FC stack 4 to water flowing through the outer space 11A. The heat exchanger 7 is disposed in the housing 10, and mainly a part of the pipe 3f through which the reformer exhaust gas discharged from the reformer 3 flows and the cathode off-gas discharged from the FC stack 4 flow. And a part of the pipe 5b through which a cooling medium for cooling the FC stack 4 to a predetermined temperature flows. More specifically, the heat exchanger 7 is configured by being spirally arranged in a zigzag so that a part of the heat exchanger 7 covers the outer peripheral surface of the inner casing 12, and covers the outer peripheral surface of the inner casing 12. It has such a cylindrical shape.
Therefore, the reformer exhaust gas, the cathode off gas, and the cooling medium circulate along the outer peripheral surface of the inner casing 12 in a portion that passes through the heat exchanger 7. As a result, the heat of the reformer exhaust gas, the cathode off gas, and the cooling medium is suitably transmitted to the water flowing and stored in the outer space 11A, and as a result, the water can be heated to be hot water. ing.
Thus, in this embodiment, since the power sources, such as the conventional circulation pump 121a (refer FIG. 3), are not required, the operating cost of the hot water supply system 1 can be suppressed.

≪給湯システム1の動作≫
続いて、給湯システム1の動作について説明する。
≪Operation of hot water supply system 1≫
Subsequently, the operation of the hot water supply system 1 will be described.

改質器3に、燃料ガス、水、空気が導入されると、触媒燃焼反応などにより水素が発生する。この水素は配管3eを経由して、FCスタック4のアノード側に供給される。一方、触媒反応により改質器3内で発生した改質器排ガスは、配管3fを経由して、給湯システム1の外部に排出される。   When fuel gas, water, or air is introduced into the reformer 3, hydrogen is generated by a catalytic combustion reaction or the like. This hydrogen is supplied to the anode side of the FC stack 4 via the pipe 3e. On the other hand, the reformer exhaust gas generated in the reformer 3 by the catalytic reaction is discharged to the outside of the hot water supply system 1 through the pipe 3f.

そして、FCスタック4では、改質器3からアノード側に供給された水素と、配管4aを経由してカソード側に供給された空気中の酸素とが電気化学反応を生じ、FCスタック4が発電可能な状態となる。そして、FCスタック4の出力端子に接続するインバータなどを介して電流を取り出すと、前記電気化学反応が進行し、FCスタック4が発電する。   In the FC stack 4, hydrogen supplied from the reformer 3 to the anode side and oxygen in the air supplied to the cathode side via the pipe 4 a cause an electrochemical reaction, and the FC stack 4 generates power. It becomes possible. And if an electric current is taken out via the inverter etc. which are connected to the output terminal of FC stack 4, the said electrochemical reaction will advance and FC stack 4 will generate electric power.

このようにFCスタック4の発電よる電力の発生と共に、前記電気化学反応は発熱反応であるため、FCスタック4が発熱する。FCスタック4にて発生した熱の一部は、放射熱として、内筺体12を介して、外側空間11Aの水に伝わり、この水を加熱する。また、熱の一部はカソードオフガスと共に排出され、配管4fを経由し給湯システム1の外部に導かれる。さらに、熱の一部は、配管5bを循環する冷却媒体に吸収されて循環する。
なお、FCスタック4のアノード側から排出される未反応の水素を含むアノードオフガスは、配管4eを経由して改質器3に導入され、改質器3において燃料として使用される。
As described above, with the generation of electric power by the power generation of the FC stack 4, the electrochemical reaction is an exothermic reaction, so that the FC stack 4 generates heat. Part of the heat generated in the FC stack 4 is transmitted as radiant heat to the water in the outer space 11A via the inner casing 12, and heats this water. A part of the heat is discharged together with the cathode off gas, and is led to the outside of the hot water supply system 1 through the pipe 4f. Furthermore, a part of the heat is absorbed and circulated by the cooling medium circulating in the pipe 5b.
The anode off-gas containing unreacted hydrogen discharged from the anode side of the FC stack 4 is introduced into the reformer 3 via the pipe 4e and used as fuel in the reformer 3.

このようなFCスタック4の発電に並行して、配管11aから外側空間11Aに水が導入される。   In parallel with such power generation of the FC stack 4, water is introduced from the pipe 11a into the outer space 11A.

そうすると、熱交換器7において、改質器排ガス、カソードオフガスおよび配管5b内を循環する冷却媒体と、水との間で熱交換される。つまり、改質器排ガス、カソードオフガスおよび前記冷却媒体の熱が、水に移動し、水が加熱されて湯となる。   Then, in the heat exchanger 7, heat is exchanged between the reformer exhaust gas, the cathode off gas, and the cooling medium circulating in the pipe 5b and water. That is, the heat of the reformer exhaust gas, the cathode off gas, and the cooling medium moves to water, and the water is heated to become hot water.

さらに具体的には、FCスタック4を構成する固体高分子型燃料電池(PEFC)の運転温度は、一般に、70〜80℃であるため、70〜80℃のカソードオフガスが配管4f内を流通し、同温度の冷却媒体が配管5b内を流通する。これらと、配管3f内を流通する改質器排ガスにより、水は加熱され、60〜70℃の湯となる。   More specifically, since the operating temperature of the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) constituting the FC stack 4 is generally 70 to 80 ° C., a cathode off gas of 70 to 80 ° C. circulates in the pipe 4f. The cooling medium having the same temperature flows through the pipe 5b. Water is heated by these and the reformer exhaust gas flowing through the pipe 3f to be hot water of 60 to 70 ° C.

そして、湯は配管11bから外部に排出され、例えば、浴室用の湯や、床暖房用の湯として使用される。   And hot water is discharged | emitted outside from the piping 11b, for example, is used as hot water for bathrooms, or hot water for floor heating.

このように、給湯システム1によれば、従来の循環ポンプ121a(図3参照)を必要としないため、低コストで運転可能なだけでなく、改質器3、FCスタック4からの放射熱を利用することができる。また、熱交換器7を筺体10内であって内筺体12の外周面に備えたため、改質器排ガス、カソードオフガス、冷却媒体の熱を好適に利用して、水を加熱することができる。すなわち、改質器3およびFCスタック4で発生する熱を無駄なく利用可能であるため、熱損失はほとんど発生しない。   As described above, according to the hot water supply system 1, since the conventional circulation pump 121a (see FIG. 3) is not required, not only can it be operated at a low cost, but also the radiant heat from the reformer 3 and the FC stack 4 can be reduced. Can be used. Further, since the heat exchanger 7 is provided in the casing 10 and on the outer peripheral surface of the inner casing 12, the heat of the reformer exhaust gas, the cathode off gas, and the cooling medium can be suitably used to heat water. That is, since heat generated in the reformer 3 and the FC stack 4 can be used without waste, almost no heat loss occurs.

以上、本発明の好適な実施形態について一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。   As mentioned above, although an example was described about suitable embodiment of this invention, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably.

前記した実施形態では、燃料電池を固体高分子型燃料電池(PEFC)としたが、燃料電池の種類はこれに限定されず、その他に例えば、固体酸化物形燃料電池(SOFC)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)、リン酸形燃料電池(PAFC)などであってもよい。   In the above-described embodiment, the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). However, the type of the fuel cell is not limited to this, and for example, a solid oxide fuel cell (SOFC), a molten carbonate, etc. A fuel cell (MCFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), etc. may be used.

前記した実施形態では、加熱対象を水としたが、加熱する対象はこれに限定されず、その他に例えば、空気、油などであってもよい。   In the above-described embodiment, the heating target is water, but the heating target is not limited to this, and for example, air, oil, or the like may be used.

前記した実施形態では、FCスタック4が上室12Aに、改質器3が下室12Bに配置された縦型(塔型)の給湯システム1としたが、FCスタック4と改質器3との配置はこれに限定されず、例えば、内筺体12内にFCスタック4と改質器3とが横置きで配置された横型の給湯システム1であってもよい。   In the above-described embodiment, the vertical (tower-type) hot water supply system 1 in which the FC stack 4 is disposed in the upper chamber 12A and the reformer 3 is disposed in the lower chamber 12B is described, but the FC stack 4, the reformer 3, However, the horizontal hot water supply system 1 in which the FC stack 4 and the reformer 3 are horizontally disposed in the inner casing 12 may be used.

前記した実施形態では、図1に示すように、水が、配管11aから外側空間11Aに排出された後、熱交換器7により、所定温度に加熱されるとしたが、例えば、図2に示すように、配管11aの下流側に配管Pを接続し、この配管Pを熱交換器7を経由した後、外側空間11Aに水を吐出するように配置してもよい。このように配管Pを設けると、熱交換率はさらに高まる。また、配管Pの下流端から吐出する水によって、外側空間11A内に貯溜する水が撹拌されやすくなり、筺体10内で湯の温度差が生じにくくなる。   In the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, water is heated to a predetermined temperature by the heat exchanger 7 after being discharged from the pipe 11 a to the outer space 11 </ b> A. As described above, the pipe P may be connected to the downstream side of the pipe 11a, and the pipe P may be disposed so as to discharge water to the outer space 11A after passing through the heat exchanger 7. When the pipe P is provided in this way, the heat exchange rate is further increased. In addition, the water discharged from the downstream end of the pipe P is likely to stir the water stored in the outer space 11 </ b> A, and the temperature difference of the hot water is less likely to occur in the housing 10.

前記した実施形態では、発熱体であるFCスタック4と改質器3の両方が、内筺体12内に配置された構成としたが、FCスタック4および改質器3の少なくとも一方が筺体10内に配置されればよい。   In the above-described embodiment, both the FC stack 4 and the reformer 3 that are heating elements are arranged in the inner casing 12, but at least one of the FC stack 4 and the reformer 3 is in the casing 10. Should just be arranged.

前記した実施形態では、二重構造を有する筺体10の内筺体12の内部に、改質器3およびFCスタック4を配置して給湯システム1を構成したが、二重構造の筺体10を使用せず、改質器3およびFCスタック4に適宜なシーリングを施し、防水仕様にして、そのまま筺体10の内部に配置してもよい。   In the above-described embodiment, the hot water supply system 1 is configured by arranging the reformer 3 and the FC stack 4 inside the inner casing 12 of the casing 10 having a double structure. Alternatively, the reformer 3 and the FC stack 4 may be appropriately sealed to have a waterproof specification, and may be disposed inside the housing 10 as it is.

本実施形態に係る給湯システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the hot water supply system which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る給湯システムの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the hot water supply system which concerns on this embodiment. 従来の給湯システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional hot water supply system.

符号の説明Explanation of symbols

1 給湯システム
3 改質器(発熱体)
4 FCスタック(発熱体)
7 熱交換器
10 筺体
1 Hot water supply system 3 Reformer (heating element)
4 FC stack (heating element)
7 Heat exchanger 10 Housing

Claims (4)

内部を流体が流通する空間を有する筺体と、
燃料電池および当該燃料電池に水素を供給する改質器の少なくとも一方からなる発熱体と、を具備した流体加熱システムであって、
前記発熱体が、前記筺体内に配置されたことを特徴とする流体加熱システム。
A housing having a space through which fluid flows;
A fluid heating system comprising a fuel cell and a heating element comprising at least one of a reformer for supplying hydrogen to the fuel cell,
The fluid heating system, wherein the heating element is disposed in the housing.
前記発熱体の下流側に接続されると共に、前記筺体内に配置され、前記発熱体から排出される排出流体と前記筺体内を流通する流体との間で熱交換する熱交換器を、さらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の流体加熱システム。   A heat exchanger connected to the downstream side of the heating element and disposed in the housing and exchanging heat between a fluid discharged from the heating element and a fluid flowing through the housing; The fluid heating system according to claim 1. 前記流体を前記熱交換器内に流通させて、当該流体と前記排出流体との間で熱交換した後、前記筺体内に供給する配管を、さらに備えたことを特徴とする請求項2に記載の流体加熱システム。   3. The pipe according to claim 2, further comprising a pipe that circulates the fluid in the heat exchanger and exchanges heat between the fluid and the exhausted fluid, and then supplies the fluid into the housing. Fluid heating system. 前記流体は、水であ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項に記載の流体加熱システム。   The fluid heating system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fluid is water.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017528882A (en) * 2014-09-19 2017-09-28 ワット フュエル セル コーポレーション Thermal management of fuel cell units and systems

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011014272A (en) * 2009-06-30 2011-01-20 Jx Nippon Oil & Energy Corp Fuel cell system
JP2017528882A (en) * 2014-09-19 2017-09-28 ワット フュエル セル コーポレーション Thermal management of fuel cell units and systems
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