壁部材、建物、および貯湯システム
【課題】建物の壁の強度を確保しつつ壁の内部に貯湯空間を設けること。
【解決手段】建物の壁となる壁部材であって、温水を貯湯する貯湯空間を内部に有し、貯湯空間は、壁部材の壁面と略平行な第１の側面と、第１の側面に対向する第２の側面とを有し、第１の側面と第２の側面とを連結し、かつ貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材を備える。連結部材は略水平に設けられており、当該連結部材の上方に位置する部分空間の下部と、当該連結部材の下方に位置する部分空間の上部とを連通する連通口を有する。
【解決手段】建物の壁となる壁部材であって、温水を貯湯する貯湯空間を内部に有し、貯湯空間は、壁部材の壁面と略平行な第１の側面と、第１の側面に対向する第２の側面とを有し、第１の側面と第２の側面とを連結し、かつ貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材を備える。連結部材は略水平に設けられており、当該連結部材の上方に位置する部分空間の下部と、当該連結部材の下方に位置する部分空間の上部とを連通する連通口を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁部材、建物、および貯湯システムに関する。特に本発明は、温水を貯湯する壁部材、建物、貯湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池発電システムにおいては、改質装置、燃料電池、制御系、補機、電力変換装置などが一つの外装ケース内に収容され、当該ケースが各家庭の屋外などに設置されている（例えば、特許文献１参照。）。また、燃料電池による発電の過程で発生した熱を利用して市水から温水を生成し、当該温水を屋外に設置された貯湯タンクに蓄える。
【特許文献１】特開２００３-１９９２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、集合住宅においては、燃料電池システムを設置することができる屋外のスペースはベランダなどに限られる。このため、集合住宅の貴重なベランダなどの屋外スペースの一部が貯湯タンクによって占有されてしまう。この場合、集合住宅の壁など、構造物の内部に貯湯タンクを設置したりして、集合住宅の屋外のスペースを住民が自由に利用することができるのが望ましい。また、一戸建て住宅においても、住宅の壁など、住宅の構造物の内部に貯湯タンクを設置することで、住居から離れた庭先などの場所に設置した場合に比べて、貯湯タンクの温水を住居内に導く配管の長さを短くすることができる。これにより、外部への熱の損失量を低減することができる。しかし、例えば住宅の壁の内部に貯湯タンクを設置すると壁の強度が低下する。壁の強度を確保すべく壁の厚さを厚くすると、居住空間を圧迫してしまう。
【０００４】
そこで本発明は、上記の課題を解決することができる建物を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の形態によると、建物の壁となる壁部材であって、温水を貯湯する貯湯空間を内部に有し、貯湯空間は、壁部材の壁面と略平行な第１の側面と、第１の側面に対向する第２の側面とを有し、第１の側面と第２の側面とを連結し、かつ貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材を備える。
【０００６】
連結部材は、当該連結部材の上方に位置する部分空間の下部と、当該連結部材の下方に位置する部分空間の上部とを連通する連通口を有する。
【０００７】
第１の側面及び第２の側面は矩形状であり、連結部材は、貯湯空間において第１の側面または第２の側面の矩形の対角を結ぶ方向に設けられてよい。
【０００８】
本発明の第２の形態によると、温水を貯湯する貯湯空間を内部に含む壁を備える建物であって、貯湯空間は、壁の壁面と略平行な第１の側面と、第１の側面に対向する第２の側面とを有し、壁は、第１の側面と第２の側面とを連結し、かつ貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材を有する。
【０００９】
本発明の第３の形態における貯湯システムは、温水を貯湯すべく建物の壁の内部に設けられ、壁の壁面と略平行な第１の側面と、第１の側面に対向する第２の側面とを有する貯湯空間と、第１の側面と第２の側面とを連結し、かつ貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材とを備える。
【００１０】
連結部材は略水平に設けられ、連結部材の上方に位置する部分空間は、連結部材の下方に位置する部分空間より高い温度の温水を貯湯する。
【００１１】
複数の部分空間のうち、一の部分空間に貯湯される温水を、当該一の部分空間よりも下方に位置する部分空間よりも先に熱源からの熱量を用いて加温し、当該一の部分空間に貯湯される温水を加温した後に、当該一の部分空間よりも下方に位置する部分空間を加温する制御部を更に備える。複数の部分空間は、燃料電池によって排出される排熱を用いて加温された温水を貯湯する。
【００１２】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となりうる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、建物の壁の強度を確保しつつ壁の内部に貯湯空間を設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る建物１１０を示す。本実施形態の建物１１０は、燃料電池収納室７４、排気部５２、燃料電池４０、貯湯空間４８、および連結部材６６を備える。
【００１６】
燃料電池収納室７４は、燃料電池４０を内部に収納すべく設けられている。具体的には、燃料電池収納室７４は、建物１１０のテラス６８の内部に設けられる。燃料電池４０は燃料電池収納室７４の内部に設置される。なお、ここでいうテラス６８とは、バルコニー、ベランダなどを含む構造物であってよい。
【００１７】
燃料電池４０は水素を消費して発電する。具体的には、燃料電池４０は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）であってよい。また、燃料電池４０は、都市ガス、プロパンガスなどを改質して水素ガスを生成する改質器から供給される水素ガスを燃料として発電してよく、また外部から供給される水素ガスを燃料として発電してもよい。そして、燃料電池４０は、アノードにおいて発電に利用されずに排出された水素を含むガス、または当該ガスを改質器で燃焼させることによって生成される燃焼ガスを、排気口５４から排ガスとして排気する。なお、燃料電池４０は、改質器を含む燃料電池であってよく、改質器を含まない燃料電池であってもよい。
【００１８】
排気部５２は、燃料電池４０からの排ガスを建物１１０の外部に直接排気すべく、燃料電池４０からの排ガスを排気する排気口５４に対向する位置に設けられ、排気口５４に連結されている。図１の例では、排気部５２はテラス６８の腰壁７２の壁面に設けられる。
【００１９】
このため、燃料電池４０の排ガスを建物１１０から外部に適切に排気することができる。したがって、燃料電池４０の排ガスが居住空間に侵入することを防ぐことができる。なお、排気部５２の下方には、建物１１０の外部から空気を取り入れて燃料電池４０に給気する給気部５３が設けられている。給気部５３を排気部５２の下方に設けることによって、排気部５２からの排ガスが燃料電池４０に吸入される量を低減することができる。
【００２０】
なお、排気部５２および給気部５３のそれぞれには、雨水等の水が外部から浸入することを防ぐウェザーカバー５１が、建物１１０の外部への開口部から外に向かって延設されている。また、排気部５２は、燃料電池４０の排ガスに含まれる水蒸気等によって排気部５２の排気経路の壁面に発生した露を建物１１０の外部に排出する構造を有している。例えば、排気部５２の底部は、排気口５４から建物１１０の外部に向けて下り勾配で傾斜している。他にも、排気部５２の排気経路全体が、建物１１０の外部に向けて下り勾配で傾斜していてもよい。また、排気部５２における排気経路の壁面は、排気部５２の底部に露が集まる形状、例えば円筒形状になっている。そして、排気部５２と排気口５４との接続部分には、排気口５４から燃料電池４０への水の流入を防止する逆流防止板５５が設けられている。このため、外部から雨水等の水が排気部５２または給気部５３を通って燃料電池４０に浸入したり、排気部５２の内壁に付着した露が燃料電池４０に浸入したりすることによって燃料電池４０が故障する確率を低減することができる。
【００２１】
また、燃料電池４０は、発電に伴って発電セルから発熱する。また、燃料電池４０が改質器を有する場合には、燃料電池４０は改質器において利用されなかった熱を排出する。貯湯空間４８は、燃料電池４０の排熱によって加温された温水を貯湯すべく、建物１１０の壁の内部に設けられる。具体的には、排熱配管８６は燃料電池４０および貯湯空間４８に接続され、燃料電池４０を冷却する冷却水として貯湯空間４８の温水を通流させる。そして排熱配管８６の温水は、排熱ポンプ９９によって貯湯空間４８と燃料電池４０との間を循環する。
【００２２】
以上説明した建物１１０によれば、燃料電池４０の排熱によって加温された温水を貯湯する貯湯空間４８および燃料電池４０を内部に収納するので、燃料電池４０および貯湯空間４８は住民の活動の邪魔にならない位置に設置することができる。
【００２３】
なお、燃料電池収納室７４は、貯湯空間４８に貯湯される温水の下面よりも更に下方に燃料電池４０を設置することができる位置に設けられる。具体的には、燃料電池収納室７４は、建物１１０のテラス６８の床面７３の下部に設けられる。このため、貯湯空間４８に熱量を供給する排熱ポンプ９９が動作を停止した場合でも、貯湯空間４８の下部の水によって燃料電池４０を冷却することができる。
【００２４】
そして、貯湯空間４８は、壁の壁面と略平行な第１の側面６２ａと、第１の側面６２ａに対向する第２の側面６２ｂとを有する。そして、連結部材６６は、第１の側面６２ａと第２の側面６２ｂとを連結し、かつ貯湯空間４８を複数の部分空間（４６aおよび４６ｂ）に分割する。このため、連結部材６６によって腰壁７２の強度を保ちつつ、腰壁７２の内部に貯湯空間４８を設けることができる。なお、貯湯空間４８には、複数の連結部材６６が設けられてもよい。そして、連結部材６６は、当該連結部材６６の上方に位置する部分空間４６aの下部と、当該連結部材６６の下方に位置する部分空間４６ｂの上部とを連通する連通口４２を有する。
【００２５】
貯湯空間４８に温水を貯湯すると、貯湯される温水が高温部と低温部とに分かれて両者の比重差により温度境界層が生じる。この温度境界層の厚さは、貯湯空間４８の横長、縦長にかかわらず略同一となる。したがって、貯湯空間が横長になると、水平方向の断面積が大きい分、温度境界層の容積が大きくなる。そして、この温度境界層を通して高温部から低温部への熱移動により高温部の温度低下も大きくなるので、蓄熱効率が低下してしまう。しかし、本実施形態の建物１１０における貯湯空間４８においては、連結部材６６は連通口４２を有することによってより縦長の空間を形成することができる。このため、腰壁７２の強度を確保しつつ蓄熱効率をより高めることができる。
【００２６】
なお、連結部材６６は、具体的には略水平に設けられる。そして、連結部材６６の上方に位置する部分空間４６aは、連結部材６６の下方に位置する部分空間４６ｂより高い温度の温水を貯湯する。具体的には、複数の部分空間４６のうち、部分空間４６ａに貯湯される温水を、部分空間４６ａよりも下方に位置する部分空間４６よりも先に熱源からの熱量を用いて加温し、部分空間４６ａに貯湯される温水を加温した後に、部分空間４６ａよりも下方に位置する部分空間４６ｂを加温する。例えば、部分空間４６ｂの下部の温水を、燃料電池４０を冷却する冷却水として燃料電池４０に供給する。そして、燃料電池４０において加温されて得られる温水を部分空間４６ａの上部から供給する。
【００２７】
なお、貯湯空間４８は、貯湯空間４８の外部と断熱されているのが望ましい。例えば、貯湯空間４８は、貯湯空間４８と貯湯空間４８の外部とを断熱する建築部材によって形成されてよい。他にも、貯湯空間４８と貯湯空間４８の外部とを断熱する断熱材が、貯湯空間４８の周囲に設けられてもよい。
【００２８】
以上説明したように、建物１１０の内部に燃料電池４０を収納するとともに、燃料電池４０の排熱を用いて生成された温水を建物１１０の内部に効率よく貯湯することができる。なお、燃料電池収納室７４は、建物１１０の床下、天井、階段の下方の空間などであってよい。
【００２９】
図２は、建物の壁となる壁部材６４の一例を示す。壁部材６４は、例えば図１において説明した腰壁７２などの、建物１１０の建造に用いられる部材であってよい。壁部材６４は、貯湯空間４８、連結部材６６、および断熱材６０を備える。貯湯空間４８は、壁部材６４の内部に設けられ、温水を貯湯する。貯湯空間４８の周囲には、断熱材６０が設けられている。
【００３０】
貯湯空間４８は、壁部材６４の壁面と略平行な第１の側面６２ａと、第１の側面６２ａに対向する第２の側面６２ｂとを有する。そして、連結部材６６は、第１の側面６２ａと第２の側面６２ｂとを連結し、かつ貯湯空間４８を複数の部分空間（４６aおよび４６ｂ）に分割する。
【００３１】
なお、連結部材６６は略水平に設けられている。また、連結部材６６は、当該連結部材６６の上方に位置する部分空間４６aの下部と、当該連結部材６６の下方に位置する部分空間４６ｂの上部とを連通する連通口４２を有する。本実施形態においては、連結部材６６は連通口４２を有することによって、連通口４２を有しない場合に比べて縦長の貯湯空間４８を形成することができる。このため、腰壁７２の強度を確保しつつ、蓄熱効率をより高めることができる。
【００３２】
また、断熱材６０は、建物１１０を断熱する部材として機能するとともに、貯湯空間４８を断熱する部材としても機能させることができる。また、内部に水が蓄えられる壁部材６４を建物１１０の壁として用いることによって、建物１１０の耐火性をより高めることができる。
【００３３】
図３は、壁部材６４の変形例を示す。本変形例における壁部材６４は、貯湯空間４８、連結部材６６、および断熱材６０を備える。貯湯空間４８は、壁部材６４の壁面と略平行な第１の側面６２ａと、第１の側面６２ａに対向する第２の側面６２ｂとを有する。なお、本変形例における断熱材６０は、図２で説明した断熱材６０と同一の機能を有するので説明を省略する。
【００３４】
本変形例の壁部材６４においては、第１の側面６２ａおよび第２の側面６２ｂは矩形状である。そして、連結部材６６は、貯湯空間４８において第１の側面６２ａまたは第２の側面６２ｂの矩形の対角を結ぶ方向に設けられる。連結部材６６により、貯湯空間４８は複数の部分空間（４６aおよび４６ｂ）に分割される。そして、連結部材６６は、部分空間４６aおよび部分空間４６ｂを連結する連通口４２を有する。なお、連結部材６６は、本変形例の壁部材６４が壁となる建物を補強する筋交いであってよい。
【００３５】
本変形例の壁部材６４によると、第１の側面６２ａおよび第２の側面６２ｂをより強固に連結することができる。したがって、壁部材６４の強度をより高めることができる。また、本変形例の壁部材６４における連結部材６６には、壁部材６４が壁となる建物を補強する筋交いとしての機能を持たせることができる。
【００３６】
図４は、壁部材６４の更なる変形例を示す。本変形例における壁部材６４は、貯湯空間４８、連結部材６６、および断熱材６０を備える。貯湯空間４８および断熱材６０は、図２で説明した貯湯空間４８および断熱材６０と同一の機能を有するので説明を省略する。本変形例の壁部材６４においては、連結部材６６は壁部材６４として一体に形成されるものであり、第１の側面６２ａと第２の側面６２ｂとを連結し、かつ貯湯空間４８を複数の部分空間（４６aおよび４６ｂ）に分割する。
【００３７】
図５は、貯湯システム１００の構成の一例を示す。本実施形態の貯湯システム１００は、第１の貯湯部４４ａ、第２の貯湯部４４ｂ、接続配管４３、第１の断熱材６０ａ、第２の断熱材６０ｂ、温水加温部５８、加温配管（５６ａ〜ｃ）、貯湯ポンプ９０、排熱配管８８、排熱ポンプ９８、バルブ９２、バルブ９４、給湯配管８２、燃料電池４０、および制御部５０を備える。なお、燃料電池４０は、図１で説明した燃料電池４０と同様の動作をするので説明を省略する。そして、本実施形態の貯湯システム１００は、例えば図１で説明した建物１１０に温水を貯湯する貯湯システム、または図２から図４にかけて説明した壁部材６４に温水を貯湯する貯湯システムとして機能してもよい。
【００３８】
第１の貯湯部４４ａおよび第２の貯湯部４４ｂは、熱源からの熱量を受け取ることによって加温される温水を貯湯する。具体的には、第１の貯湯部４４ａおよび第２の貯湯部４４ｂは、燃料電池４０によって排出される排熱によって加温された温水を貯湯する。第１の断熱材６０ａは第１の貯湯部４４ａの周囲に設けられている。また、第２の断熱材６０ｂは第２の貯湯部４４ｂの周囲に設けられている。
【００３９】
第２の貯湯部４４ｂは、第１の貯湯部４４ａより低い断熱性を持つ。ここでいう断熱性とは、第１の貯湯部４４ａおよび第２の貯湯部４４ｂから、それぞれ第１の断熱材６０ａおよび第２の断熱材６０ｂの外部の空間への熱貫流抵抗の値を指標とするものであってよい。
【００４０】
具体的には、第２の断熱材６０ｂは、第１の断熱材６０ａの断熱性より低い断熱性を持っている。例えば、第２の断熱材６０ｂの厚さは、第１の断熱材６０ａの厚さよりも薄くてよい。また、第２の断熱材６０ｂは、第１の断熱材６０ａよりも低い熱貫流抵抗を持つ部材を含んでもよい。他にも、第１の貯湯部４４ａは、外部に断熱材を有しており、第２の貯湯部４４ｂは、外部に断熱材を含まなくてもよい。例えば第２の貯湯部４４ｂの周囲に第２の断熱材６０ｂが設けられていなくてもよいし、第２の貯湯部４４ｂの周囲の第２の断熱材６０ｂの少なくとも一部に、断熱材が設けられていない部分領域があってもよい。他にも、第２の貯湯部４４ｂの内部に貯湯される温水の体積に対する表面積の比を、第１の貯湯部４４ａの内部に貯湯される温水の体積に対する表面積の比よりも大きくてもよい。
【００４１】
なお、第１の貯湯部４４ａは、第２の貯湯部４４ｂに貯湯される温水よりも高温の温水を貯湯する。具体的には、第１の貯湯部４４ａは、第２の貯湯部４４ｂより上方に設けられており、第１の貯湯部４４ａの下部と第２の貯湯部４４ｂの上部とは接続配管４３によって接続されている。そして、第１の貯湯部４４ａは、第２の貯湯部４４ｂよりも優先的に熱量を受け取ることによって加温された温水を貯湯する。
【００４２】
具体的には、温水加温部５８は、燃料電池４０の排熱を受け取った熱媒体と、第１の貯湯部４４ａおよび／または第２の貯湯部４４ｂに貯湯される温水との熱交換によって、第１の貯湯部４４ａおよび／または第２の貯湯部４４ｂに貯湯される温水を加温する。そして、温水加温部５８は、第１の貯湯部４４ａに貯湯された温水を第２の貯湯部４４ｂよりも先に加温し、第１の貯湯部４４ａに貯湯された温水を加温した後に第２の貯湯部４４ｂに貯湯された温水を加温する。
【００４３】
具体的には、燃料電池４０から排熱を受け取って冷却する冷却水が、排熱ポンプ９８によって排熱配管８８を通って循環している。そして、温水加温部５８には、第２の貯湯部４４ｂの下部から温水を取り出す加温配管５６aと排熱配管８８とが接続されている。そして、加温配管５６aの温水は、貯湯ポンプ９０によって温水加温部５８に供給され、排熱配管８８を流れる冷却水の熱量を温水加温部５８において受け取って加温されて、第１の貯湯部４４ａに供給される。
【００４４】
また、制御部５０は、第１の貯湯部４４ａに温水を更に貯湯できないことを条件として、第２の貯湯部４４ｂに貯湯された温水を加温配管５６ａに取り出して、温水加温部５８により加温させる。例えば、制御部５０は、第１の貯湯部４４ａに温水を更に貯湯できる場合には、バルブ９４を用いて加温配管５６ｂを加温配管５６ａに連通させることによって、第１の貯湯部４４ａの下部の温水を加温配管５６ｂから取り出して温水加温部５８に導く。そして、温水加温部５８において加温された温水は、第１の貯湯部４４ａの上部から供給される。
【００４５】
このとき、制御部５０は、第１の貯湯部４４ａの下部の温水の温度を逐次計測して、当該温水の温度が予め定めた温度以上となったことを条件として、第２の貯湯部４４ｂの温水を温水加温部５８により加温させる。具体的には、第２の貯湯部４４ｂの下部から加温配管５６ａに取り出された温水を温水加温部５８に導いて加温する。そして、温水加温部５８において加温された温水は、第１の貯湯部４４ａの上部から第１の貯湯部４４ａに供給される。なお、制御部５０は、バルブ９２を制御して第２の貯湯部４４ｂの上部に接続される加温配管５６ｃとを連通させて、温水加温部５８において加温された温水を第２の貯湯部４４ｂの上部に供給してもよい。
【００４６】
なお、第１の貯湯部４４ａおよび第２の貯湯部４４ｂは独立した貯湯槽であってよい。例えば、集合住宅の複数の階に貯湯槽が設けられている場合において、一の階に設けられた貯湯槽を貯湯システム１００の第１の貯湯部４４ａとして機能させ、当該貯湯槽よりも下の階に設けられた貯湯槽を貯湯システム１００の第２の貯湯部４４ｂとして機能させてよい。
【００４７】
なお、第１の貯湯部４４ａに貯湯された温水は、給湯配管８２によって給湯需要に給湯される。また、給湯需要によって温水が消費された場合、消費された量の市水が第２の貯湯部４４ｂの下部から供給される。
【００４８】
本実施形態の貯湯システム１００によれば、例えば第１の貯湯部４４ａが規定温度の温水で満杯になった場合など、第１の貯湯部４４ａに燃料電池４０の排熱を提供できない場合でも、燃料電池４０の排熱を第２の貯湯部４４ｂに提供することができる。したがって、排熱配管８８を流れる冷却水が第１の貯湯部４４ａの温水によって十分に冷却されない場合でも、第２の貯湯部４４ｂの温水によって冷却水を冷却することができる。したがって、燃料電池４０の冷却不足によって燃料電池４０の運転が停止される頻度を低減することができる。
【００４９】
図６は、貯湯システム１００の変形例を示す。本変形例の貯湯システム１００は、第１の貯湯部４４ａ、第２の貯湯部４４ｂ、接続配管４３、第１の断熱材６０ａ、第２の断熱材６０ｂ、温水加温部５８、加温配管（５７ａおよび５７ｂ）、貯湯ポンプ（９１ａおよび９１ｂ）、排熱配管８８、排熱ポンプ９８、給湯配管８２、燃料電池４０、および制御部５０を備える。加温配管５７ａは第１の貯湯部４４ａの下部と第１の貯湯部４４ａの上部とを接続する。また、加温配管５７ｂは、第２の貯湯部４４ｂの下部と第２の貯湯部４４ｂの上部とを接続する。なお、本変形例の貯湯システム１００の構成要素のうち、図５における貯湯システム１００の構成要素と同一の符号が付された構成要素は、当該同一の符号が付された構成要素と同一の機能を有するので説明を省略する。
【００５０】
そして、加温配管５７ａは温水加温部５８に接続されており、第１の貯湯部４４ａの下部から取り出された温水を、貯湯ポンプ９１ａによって温水加温部５８を通過させて加温した後に第１の貯湯部４４ａの上部から供給する。また、加温配管５７ｂは温水加温部５８に接続されており、第２の貯湯部４４ｂの下部から取り出された温水を、貯湯ポンプ９１ｂによって温水加温部５８を通過させて加温した後に、第２の貯湯部４４ｂの上部から供給する。このとき、温水加温部５８は、排熱配管８８を通流する冷却水の熱量を加温配管５７ｂの温水よりも先に加温配管５７ａの温水に提供する。
【００５１】
本変形例の貯湯システム１００によれば、例えば第１の貯湯部４４ａが温水で満杯になった場合など、第１の貯湯部４４ａに燃料電池４０の排熱を提供できない場合には、燃料電池４０の排熱は自動的に第２の貯湯部４４ｂに提供される。そして、排熱配管８８を流れる冷却水が温水加温部５８において第１の貯湯部４４ａの下部の温水によって十分に冷却されない場合でも、第２の貯湯部４４ｂの下部の温水によって冷却水を冷却することができる。したがって、燃料電池４０の冷却不足によって燃料電池４０が運転を停止する頻度を低減することができる。
【００５２】
図７は、貯湯システム１００の更なる変形例を示す。貯湯システム１００は、第１の貯湯部４４ａ、第２の貯湯部４４ｂ、接続配管４３、第１の断熱材６０ａ、第２の断熱材６０ｂ、温水加温部（５８ａおよび５８ｂ）、排熱配管８８、排熱ポンプ９８、および給湯配管８２を備える。なお、本変形例の貯湯システム１００の構成要素のうち、図５の貯湯システム１００において同一の符号が付された構成要素は、当該同一の符号が付された構成要素とそれぞれ同一の機能を有するので説明を省略する。
【００５３】
温水加温部５８ａは、第１の貯湯部４４ａに貯湯された温水を加温すべく、第１の貯湯部４４ａの下部に設けられている。また、温水加温部５８ｂは、第２の貯湯部４４ｂに貯湯された温水を加温すべく、第２の貯湯部４４ｂの下部に設けられている。そして、排熱配管８８は、温水加温部５８ａおよび温水加温部５８ｂを直列的に接続している。排熱配管８８の内部においては、燃料電池４０の排熱により加温された熱媒体が排熱ポンプ９８によって循環している。そして、排熱配管８８は、燃料電池４０の排熱により加温された熱媒体を、第１の貯湯部４４ａに設けられた温水加温部５８aに導いて第１の貯湯部４４ａに貯湯される温水を加温した後に、第２の貯湯部４４ｂに設けられた温水加温部５８ｂに導いて第２の貯湯部４４ｂに貯湯される温水を加温する。
【００５４】
本変形例の貯湯システム１００によれば、例えば第１の貯湯部４４ａが温水で満杯になった場合など、第１の貯湯部４４ａに燃料電池４０の排熱を提供できない場合には、燃料電池４０の排熱は自動的に第２の貯湯部４４ｂに提供される。また、排熱配管８８を流れる冷却水が第１の貯湯部４４ａの下部の温水によって十分に冷却されない場合でも、第２の貯湯部４４ｂの下部の温水によって冷却水を冷却することができる。したがって、燃料電池４０の冷却不足によって燃料電池４０が運転を停止する頻度を低減することができる。
【００５５】
なお、図５から図７にかけて説明した貯湯システム１００は、図１で説明した建物１１０に温水を貯湯する貯湯システム、または図２から図４にかけて説明した壁部材６４に温水を貯湯する貯湯システムとして機能させてもよい。例えば、図５から図６にかけて説明した貯湯システム１００における第１の貯湯部４４ａ、第２の貯湯部４４ｂ、および接続配管４３を、それぞれ図１から図４にかけて説明した建物１１０または壁部材６４における部分空間４６a、部分空間４６ｂ、および連通口４２として機能させてよい。また、貯湯システム１００における第１の断熱材６０aおよび第２の断熱材６０ｂを、図２から図４にかけて説明した壁部材６４における断熱材６０として機能させてもよい。
【００５６】
図８は、建物１１０における燃料電池収納室７４の配置の他の一例を示す。本例の建物１１０は、燃料電池収納室７４、燃料電池４０、および排気部５２の位置を除いて図１で説明した建物１１０と同一である。燃料電池収納室７４は、建物１１０のテラス６８の壁面に設けられており、燃料電池収納室７４内に燃料電池４０が設置されている。そして、テラス６８の壁面に設けられた排気部５２は、燃料電池４０からの排ガスを建物１１０の外部に直接排気すべく、燃料電池４０からの排ガスを排気する排気口５４に対向する位置に設けられ、かつ、排気口５４に連結されている。なお、燃料電池収納室７４は、テラス６８の壁面の他に、建造物の基礎の壁面などに設けられてもよい。なお、燃料電池収納室７４は、例えば建物１１０の基礎で囲まれる床下空間であってもよい。
【００５７】
図９は、建物１１０の変形例を示す。本変形例における建物１１０は、内部に燃料電池収納室７４が設けられる塀７０である。本変形例における塀７０の各構成要素のうち、図１の建物１１０において同一の符号が付された構成要素は、図１の建物１１０において同一の符号が付された構成要素とそれぞれ同一の機能を有するので説明を省略する。また、建物１１０は他にも、建造物の壁であってよい。また、壁部材６４は、当該建造物の壁、塀７０などの、建造物の構造物に用いられる部材であってよい。
【００５８】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】建物１１０の一例を示す図である。
【図２】壁部材６４の一例を示す図である。
【図３】壁部材６４の変形例を示す図である。
【図４】壁部材６４の更なる変形例を示す図である。
【図５】貯湯システム１００の構成の一例を示す図である。
【図６】貯湯システム１００の変形例を示す図である。
【図７】貯湯システム１００の更なる変形例を示す図である。
【図８】燃料電池収納室７４の配置の他の一例を示す図である。
【図９】建物１１０の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
４０ 燃料電池
４２ 連通口
４３ 接続配管
４４ａ 第１の貯湯部
４４ｂ 第２の貯湯部
４６ 部分空間
４８ 貯湯空間
５０ 制御部
５１ ウェザーカバー
５２ 排気部
５３ 給気部
５４ 排気口
５５ 逆流防止板
５６ 加温配管
５７ 加温配管
５８ 温水加温部
６０ 断熱材
６０ａ 第１の断熱材
６０ｂ 第２の断熱材
６２ａ 第１の側面
６２ｂ 第２の側面
６４ 壁部材
６６ 連結部材
６８ テラス
７０ 塀
７２ 腰壁
７３ 床面
７４ 燃料電池収納室
８２ 給湯配管
８６ 排熱配管
８８ 排熱配管
９８ 排熱ポンプ
９９ 排熱ポンプ
１００ 貯湯システム
１１０ 建物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁部材、建物、および貯湯システムに関する。特に本発明は、温水を貯湯する壁部材、建物、貯湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池発電システムにおいては、改質装置、燃料電池、制御系、補機、電力変換装置などが一つの外装ケース内に収容され、当該ケースが各家庭の屋外などに設置されている（例えば、特許文献１参照。）。また、燃料電池による発電の過程で発生した熱を利用して市水から温水を生成し、当該温水を屋外に設置された貯湯タンクに蓄える。
【特許文献１】特開２００３-１９９２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、集合住宅においては、燃料電池システムを設置することができる屋外のスペースはベランダなどに限られる。このため、集合住宅の貴重なベランダなどの屋外スペースの一部が貯湯タンクによって占有されてしまう。この場合、集合住宅の壁など、構造物の内部に貯湯タンクを設置したりして、集合住宅の屋外のスペースを住民が自由に利用することができるのが望ましい。また、一戸建て住宅においても、住宅の壁など、住宅の構造物の内部に貯湯タンクを設置することで、住居から離れた庭先などの場所に設置した場合に比べて、貯湯タンクの温水を住居内に導く配管の長さを短くすることができる。これにより、外部への熱の損失量を低減することができる。しかし、例えば住宅の壁の内部に貯湯タンクを設置すると壁の強度が低下する。壁の強度を確保すべく壁の厚さを厚くすると、居住空間を圧迫してしまう。
【０００４】
そこで本発明は、上記の課題を解決することができる建物を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の形態によると、建物の壁となる壁部材であって、温水を貯湯する貯湯空間を内部に有し、貯湯空間は、壁部材の壁面と略平行な第１の側面と、第１の側面に対向する第２の側面とを有し、第１の側面と第２の側面とを連結し、かつ貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材を備える。
【０００６】
連結部材は、当該連結部材の上方に位置する部分空間の下部と、当該連結部材の下方に位置する部分空間の上部とを連通する連通口を有する。
【０００７】
第１の側面及び第２の側面は矩形状であり、連結部材は、貯湯空間において第１の側面または第２の側面の矩形の対角を結ぶ方向に設けられてよい。
【０００８】
本発明の第２の形態によると、温水を貯湯する貯湯空間を内部に含む壁を備える建物であって、貯湯空間は、壁の壁面と略平行な第１の側面と、第１の側面に対向する第２の側面とを有し、壁は、第１の側面と第２の側面とを連結し、かつ貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材を有する。
【０００９】
本発明の第３の形態における貯湯システムは、温水を貯湯すべく建物の壁の内部に設けられ、壁の壁面と略平行な第１の側面と、第１の側面に対向する第２の側面とを有する貯湯空間と、第１の側面と第２の側面とを連結し、かつ貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材とを備える。
【００１０】
連結部材は略水平に設けられ、連結部材の上方に位置する部分空間は、連結部材の下方に位置する部分空間より高い温度の温水を貯湯する。
【００１１】
複数の部分空間のうち、一の部分空間に貯湯される温水を、当該一の部分空間よりも下方に位置する部分空間よりも先に熱源からの熱量を用いて加温し、当該一の部分空間に貯湯される温水を加温した後に、当該一の部分空間よりも下方に位置する部分空間を加温する制御部を更に備える。複数の部分空間は、燃料電池によって排出される排熱を用いて加温された温水を貯湯する。
【００１２】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となりうる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、建物の壁の強度を確保しつつ壁の内部に貯湯空間を設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る建物１１０を示す。本実施形態の建物１１０は、燃料電池収納室７４、排気部５２、燃料電池４０、貯湯空間４８、および連結部材６６を備える。
【００１６】
燃料電池収納室７４は、燃料電池４０を内部に収納すべく設けられている。具体的には、燃料電池収納室７４は、建物１１０のテラス６８の内部に設けられる。燃料電池４０は燃料電池収納室７４の内部に設置される。なお、ここでいうテラス６８とは、バルコニー、ベランダなどを含む構造物であってよい。
【００１７】
燃料電池４０は水素を消費して発電する。具体的には、燃料電池４０は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）であってよい。また、燃料電池４０は、都市ガス、プロパンガスなどを改質して水素ガスを生成する改質器から供給される水素ガスを燃料として発電してよく、また外部から供給される水素ガスを燃料として発電してもよい。そして、燃料電池４０は、アノードにおいて発電に利用されずに排出された水素を含むガス、または当該ガスを改質器で燃焼させることによって生成される燃焼ガスを、排気口５４から排ガスとして排気する。なお、燃料電池４０は、改質器を含む燃料電池であってよく、改質器を含まない燃料電池であってもよい。
【００１８】
排気部５２は、燃料電池４０からの排ガスを建物１１０の外部に直接排気すべく、燃料電池４０からの排ガスを排気する排気口５４に対向する位置に設けられ、排気口５４に連結されている。図１の例では、排気部５２はテラス６８の腰壁７２の壁面に設けられる。
【００１９】
このため、燃料電池４０の排ガスを建物１１０から外部に適切に排気することができる。したがって、燃料電池４０の排ガスが居住空間に侵入することを防ぐことができる。なお、排気部５２の下方には、建物１１０の外部から空気を取り入れて燃料電池４０に給気する給気部５３が設けられている。給気部５３を排気部５２の下方に設けることによって、排気部５２からの排ガスが燃料電池４０に吸入される量を低減することができる。
【００２０】
なお、排気部５２および給気部５３のそれぞれには、雨水等の水が外部から浸入することを防ぐウェザーカバー５１が、建物１１０の外部への開口部から外に向かって延設されている。また、排気部５２は、燃料電池４０の排ガスに含まれる水蒸気等によって排気部５２の排気経路の壁面に発生した露を建物１１０の外部に排出する構造を有している。例えば、排気部５２の底部は、排気口５４から建物１１０の外部に向けて下り勾配で傾斜している。他にも、排気部５２の排気経路全体が、建物１１０の外部に向けて下り勾配で傾斜していてもよい。また、排気部５２における排気経路の壁面は、排気部５２の底部に露が集まる形状、例えば円筒形状になっている。そして、排気部５２と排気口５４との接続部分には、排気口５４から燃料電池４０への水の流入を防止する逆流防止板５５が設けられている。このため、外部から雨水等の水が排気部５２または給気部５３を通って燃料電池４０に浸入したり、排気部５２の内壁に付着した露が燃料電池４０に浸入したりすることによって燃料電池４０が故障する確率を低減することができる。
【００２１】
また、燃料電池４０は、発電に伴って発電セルから発熱する。また、燃料電池４０が改質器を有する場合には、燃料電池４０は改質器において利用されなかった熱を排出する。貯湯空間４８は、燃料電池４０の排熱によって加温された温水を貯湯すべく、建物１１０の壁の内部に設けられる。具体的には、排熱配管８６は燃料電池４０および貯湯空間４８に接続され、燃料電池４０を冷却する冷却水として貯湯空間４８の温水を通流させる。そして排熱配管８６の温水は、排熱ポンプ９９によって貯湯空間４８と燃料電池４０との間を循環する。
【００２２】
以上説明した建物１１０によれば、燃料電池４０の排熱によって加温された温水を貯湯する貯湯空間４８および燃料電池４０を内部に収納するので、燃料電池４０および貯湯空間４８は住民の活動の邪魔にならない位置に設置することができる。
【００２３】
なお、燃料電池収納室７４は、貯湯空間４８に貯湯される温水の下面よりも更に下方に燃料電池４０を設置することができる位置に設けられる。具体的には、燃料電池収納室７４は、建物１１０のテラス６８の床面７３の下部に設けられる。このため、貯湯空間４８に熱量を供給する排熱ポンプ９９が動作を停止した場合でも、貯湯空間４８の下部の水によって燃料電池４０を冷却することができる。
【００２４】
そして、貯湯空間４８は、壁の壁面と略平行な第１の側面６２ａと、第１の側面６２ａに対向する第２の側面６２ｂとを有する。そして、連結部材６６は、第１の側面６２ａと第２の側面６２ｂとを連結し、かつ貯湯空間４８を複数の部分空間（４６aおよび４６ｂ）に分割する。このため、連結部材６６によって腰壁７２の強度を保ちつつ、腰壁７２の内部に貯湯空間４８を設けることができる。なお、貯湯空間４８には、複数の連結部材６６が設けられてもよい。そして、連結部材６６は、当該連結部材６６の上方に位置する部分空間４６aの下部と、当該連結部材６６の下方に位置する部分空間４６ｂの上部とを連通する連通口４２を有する。
【００２５】
貯湯空間４８に温水を貯湯すると、貯湯される温水が高温部と低温部とに分かれて両者の比重差により温度境界層が生じる。この温度境界層の厚さは、貯湯空間４８の横長、縦長にかかわらず略同一となる。したがって、貯湯空間が横長になると、水平方向の断面積が大きい分、温度境界層の容積が大きくなる。そして、この温度境界層を通して高温部から低温部への熱移動により高温部の温度低下も大きくなるので、蓄熱効率が低下してしまう。しかし、本実施形態の建物１１０における貯湯空間４８においては、連結部材６６は連通口４２を有することによってより縦長の空間を形成することができる。このため、腰壁７２の強度を確保しつつ蓄熱効率をより高めることができる。
【００２６】
なお、連結部材６６は、具体的には略水平に設けられる。そして、連結部材６６の上方に位置する部分空間４６aは、連結部材６６の下方に位置する部分空間４６ｂより高い温度の温水を貯湯する。具体的には、複数の部分空間４６のうち、部分空間４６ａに貯湯される温水を、部分空間４６ａよりも下方に位置する部分空間４６よりも先に熱源からの熱量を用いて加温し、部分空間４６ａに貯湯される温水を加温した後に、部分空間４６ａよりも下方に位置する部分空間４６ｂを加温する。例えば、部分空間４６ｂの下部の温水を、燃料電池４０を冷却する冷却水として燃料電池４０に供給する。そして、燃料電池４０において加温されて得られる温水を部分空間４６ａの上部から供給する。
【００２７】
なお、貯湯空間４８は、貯湯空間４８の外部と断熱されているのが望ましい。例えば、貯湯空間４８は、貯湯空間４８と貯湯空間４８の外部とを断熱する建築部材によって形成されてよい。他にも、貯湯空間４８と貯湯空間４８の外部とを断熱する断熱材が、貯湯空間４８の周囲に設けられてもよい。
【００２８】
以上説明したように、建物１１０の内部に燃料電池４０を収納するとともに、燃料電池４０の排熱を用いて生成された温水を建物１１０の内部に効率よく貯湯することができる。なお、燃料電池収納室７４は、建物１１０の床下、天井、階段の下方の空間などであってよい。
【００２９】
図２は、建物の壁となる壁部材６４の一例を示す。壁部材６４は、例えば図１において説明した腰壁７２などの、建物１１０の建造に用いられる部材であってよい。壁部材６４は、貯湯空間４８、連結部材６６、および断熱材６０を備える。貯湯空間４８は、壁部材６４の内部に設けられ、温水を貯湯する。貯湯空間４８の周囲には、断熱材６０が設けられている。
【００３０】
貯湯空間４８は、壁部材６４の壁面と略平行な第１の側面６２ａと、第１の側面６２ａに対向する第２の側面６２ｂとを有する。そして、連結部材６６は、第１の側面６２ａと第２の側面６２ｂとを連結し、かつ貯湯空間４８を複数の部分空間（４６aおよび４６ｂ）に分割する。
【００３１】
なお、連結部材６６は略水平に設けられている。また、連結部材６６は、当該連結部材６６の上方に位置する部分空間４６aの下部と、当該連結部材６６の下方に位置する部分空間４６ｂの上部とを連通する連通口４２を有する。本実施形態においては、連結部材６６は連通口４２を有することによって、連通口４２を有しない場合に比べて縦長の貯湯空間４８を形成することができる。このため、腰壁７２の強度を確保しつつ、蓄熱効率をより高めることができる。
【００３２】
また、断熱材６０は、建物１１０を断熱する部材として機能するとともに、貯湯空間４８を断熱する部材としても機能させることができる。また、内部に水が蓄えられる壁部材６４を建物１１０の壁として用いることによって、建物１１０の耐火性をより高めることができる。
【００３３】
図３は、壁部材６４の変形例を示す。本変形例における壁部材６４は、貯湯空間４８、連結部材６６、および断熱材６０を備える。貯湯空間４８は、壁部材６４の壁面と略平行な第１の側面６２ａと、第１の側面６２ａに対向する第２の側面６２ｂとを有する。なお、本変形例における断熱材６０は、図２で説明した断熱材６０と同一の機能を有するので説明を省略する。
【００３４】
本変形例の壁部材６４においては、第１の側面６２ａおよび第２の側面６２ｂは矩形状である。そして、連結部材６６は、貯湯空間４８において第１の側面６２ａまたは第２の側面６２ｂの矩形の対角を結ぶ方向に設けられる。連結部材６６により、貯湯空間４８は複数の部分空間（４６aおよび４６ｂ）に分割される。そして、連結部材６６は、部分空間４６aおよび部分空間４６ｂを連結する連通口４２を有する。なお、連結部材６６は、本変形例の壁部材６４が壁となる建物を補強する筋交いであってよい。
【００３５】
本変形例の壁部材６４によると、第１の側面６２ａおよび第２の側面６２ｂをより強固に連結することができる。したがって、壁部材６４の強度をより高めることができる。また、本変形例の壁部材６４における連結部材６６には、壁部材６４が壁となる建物を補強する筋交いとしての機能を持たせることができる。
【００３６】
図４は、壁部材６４の更なる変形例を示す。本変形例における壁部材６４は、貯湯空間４８、連結部材６６、および断熱材６０を備える。貯湯空間４８および断熱材６０は、図２で説明した貯湯空間４８および断熱材６０と同一の機能を有するので説明を省略する。本変形例の壁部材６４においては、連結部材６６は壁部材６４として一体に形成されるものであり、第１の側面６２ａと第２の側面６２ｂとを連結し、かつ貯湯空間４８を複数の部分空間（４６aおよび４６ｂ）に分割する。
【００３７】
図５は、貯湯システム１００の構成の一例を示す。本実施形態の貯湯システム１００は、第１の貯湯部４４ａ、第２の貯湯部４４ｂ、接続配管４３、第１の断熱材６０ａ、第２の断熱材６０ｂ、温水加温部５８、加温配管（５６ａ〜ｃ）、貯湯ポンプ９０、排熱配管８８、排熱ポンプ９８、バルブ９２、バルブ９４、給湯配管８２、燃料電池４０、および制御部５０を備える。なお、燃料電池４０は、図１で説明した燃料電池４０と同様の動作をするので説明を省略する。そして、本実施形態の貯湯システム１００は、例えば図１で説明した建物１１０に温水を貯湯する貯湯システム、または図２から図４にかけて説明した壁部材６４に温水を貯湯する貯湯システムとして機能してもよい。
【００３８】
第１の貯湯部４４ａおよび第２の貯湯部４４ｂは、熱源からの熱量を受け取ることによって加温される温水を貯湯する。具体的には、第１の貯湯部４４ａおよび第２の貯湯部４４ｂは、燃料電池４０によって排出される排熱によって加温された温水を貯湯する。第１の断熱材６０ａは第１の貯湯部４４ａの周囲に設けられている。また、第２の断熱材６０ｂは第２の貯湯部４４ｂの周囲に設けられている。
【００３９】
第２の貯湯部４４ｂは、第１の貯湯部４４ａより低い断熱性を持つ。ここでいう断熱性とは、第１の貯湯部４４ａおよび第２の貯湯部４４ｂから、それぞれ第１の断熱材６０ａおよび第２の断熱材６０ｂの外部の空間への熱貫流抵抗の値を指標とするものであってよい。
【００４０】
具体的には、第２の断熱材６０ｂは、第１の断熱材６０ａの断熱性より低い断熱性を持っている。例えば、第２の断熱材６０ｂの厚さは、第１の断熱材６０ａの厚さよりも薄くてよい。また、第２の断熱材６０ｂは、第１の断熱材６０ａよりも低い熱貫流抵抗を持つ部材を含んでもよい。他にも、第１の貯湯部４４ａは、外部に断熱材を有しており、第２の貯湯部４４ｂは、外部に断熱材を含まなくてもよい。例えば第２の貯湯部４４ｂの周囲に第２の断熱材６０ｂが設けられていなくてもよいし、第２の貯湯部４４ｂの周囲の第２の断熱材６０ｂの少なくとも一部に、断熱材が設けられていない部分領域があってもよい。他にも、第２の貯湯部４４ｂの内部に貯湯される温水の体積に対する表面積の比を、第１の貯湯部４４ａの内部に貯湯される温水の体積に対する表面積の比よりも大きくてもよい。
【００４１】
なお、第１の貯湯部４４ａは、第２の貯湯部４４ｂに貯湯される温水よりも高温の温水を貯湯する。具体的には、第１の貯湯部４４ａは、第２の貯湯部４４ｂより上方に設けられており、第１の貯湯部４４ａの下部と第２の貯湯部４４ｂの上部とは接続配管４３によって接続されている。そして、第１の貯湯部４４ａは、第２の貯湯部４４ｂよりも優先的に熱量を受け取ることによって加温された温水を貯湯する。
【００４２】
具体的には、温水加温部５８は、燃料電池４０の排熱を受け取った熱媒体と、第１の貯湯部４４ａおよび／または第２の貯湯部４４ｂに貯湯される温水との熱交換によって、第１の貯湯部４４ａおよび／または第２の貯湯部４４ｂに貯湯される温水を加温する。そして、温水加温部５８は、第１の貯湯部４４ａに貯湯された温水を第２の貯湯部４４ｂよりも先に加温し、第１の貯湯部４４ａに貯湯された温水を加温した後に第２の貯湯部４４ｂに貯湯された温水を加温する。
【００４３】
具体的には、燃料電池４０から排熱を受け取って冷却する冷却水が、排熱ポンプ９８によって排熱配管８８を通って循環している。そして、温水加温部５８には、第２の貯湯部４４ｂの下部から温水を取り出す加温配管５６aと排熱配管８８とが接続されている。そして、加温配管５６aの温水は、貯湯ポンプ９０によって温水加温部５８に供給され、排熱配管８８を流れる冷却水の熱量を温水加温部５８において受け取って加温されて、第１の貯湯部４４ａに供給される。
【００４４】
また、制御部５０は、第１の貯湯部４４ａに温水を更に貯湯できないことを条件として、第２の貯湯部４４ｂに貯湯された温水を加温配管５６ａに取り出して、温水加温部５８により加温させる。例えば、制御部５０は、第１の貯湯部４４ａに温水を更に貯湯できる場合には、バルブ９４を用いて加温配管５６ｂを加温配管５６ａに連通させることによって、第１の貯湯部４４ａの下部の温水を加温配管５６ｂから取り出して温水加温部５８に導く。そして、温水加温部５８において加温された温水は、第１の貯湯部４４ａの上部から供給される。
【００４５】
このとき、制御部５０は、第１の貯湯部４４ａの下部の温水の温度を逐次計測して、当該温水の温度が予め定めた温度以上となったことを条件として、第２の貯湯部４４ｂの温水を温水加温部５８により加温させる。具体的には、第２の貯湯部４４ｂの下部から加温配管５６ａに取り出された温水を温水加温部５８に導いて加温する。そして、温水加温部５８において加温された温水は、第１の貯湯部４４ａの上部から第１の貯湯部４４ａに供給される。なお、制御部５０は、バルブ９２を制御して第２の貯湯部４４ｂの上部に接続される加温配管５６ｃとを連通させて、温水加温部５８において加温された温水を第２の貯湯部４４ｂの上部に供給してもよい。
【００４６】
なお、第１の貯湯部４４ａおよび第２の貯湯部４４ｂは独立した貯湯槽であってよい。例えば、集合住宅の複数の階に貯湯槽が設けられている場合において、一の階に設けられた貯湯槽を貯湯システム１００の第１の貯湯部４４ａとして機能させ、当該貯湯槽よりも下の階に設けられた貯湯槽を貯湯システム１００の第２の貯湯部４４ｂとして機能させてよい。
【００４７】
なお、第１の貯湯部４４ａに貯湯された温水は、給湯配管８２によって給湯需要に給湯される。また、給湯需要によって温水が消費された場合、消費された量の市水が第２の貯湯部４４ｂの下部から供給される。
【００４８】
本実施形態の貯湯システム１００によれば、例えば第１の貯湯部４４ａが規定温度の温水で満杯になった場合など、第１の貯湯部４４ａに燃料電池４０の排熱を提供できない場合でも、燃料電池４０の排熱を第２の貯湯部４４ｂに提供することができる。したがって、排熱配管８８を流れる冷却水が第１の貯湯部４４ａの温水によって十分に冷却されない場合でも、第２の貯湯部４４ｂの温水によって冷却水を冷却することができる。したがって、燃料電池４０の冷却不足によって燃料電池４０の運転が停止される頻度を低減することができる。
【００４９】
図６は、貯湯システム１００の変形例を示す。本変形例の貯湯システム１００は、第１の貯湯部４４ａ、第２の貯湯部４４ｂ、接続配管４３、第１の断熱材６０ａ、第２の断熱材６０ｂ、温水加温部５８、加温配管（５７ａおよび５７ｂ）、貯湯ポンプ（９１ａおよび９１ｂ）、排熱配管８８、排熱ポンプ９８、給湯配管８２、燃料電池４０、および制御部５０を備える。加温配管５７ａは第１の貯湯部４４ａの下部と第１の貯湯部４４ａの上部とを接続する。また、加温配管５７ｂは、第２の貯湯部４４ｂの下部と第２の貯湯部４４ｂの上部とを接続する。なお、本変形例の貯湯システム１００の構成要素のうち、図５における貯湯システム１００の構成要素と同一の符号が付された構成要素は、当該同一の符号が付された構成要素と同一の機能を有するので説明を省略する。
【００５０】
そして、加温配管５７ａは温水加温部５８に接続されており、第１の貯湯部４４ａの下部から取り出された温水を、貯湯ポンプ９１ａによって温水加温部５８を通過させて加温した後に第１の貯湯部４４ａの上部から供給する。また、加温配管５７ｂは温水加温部５８に接続されており、第２の貯湯部４４ｂの下部から取り出された温水を、貯湯ポンプ９１ｂによって温水加温部５８を通過させて加温した後に、第２の貯湯部４４ｂの上部から供給する。このとき、温水加温部５８は、排熱配管８８を通流する冷却水の熱量を加温配管５７ｂの温水よりも先に加温配管５７ａの温水に提供する。
【００５１】
本変形例の貯湯システム１００によれば、例えば第１の貯湯部４４ａが温水で満杯になった場合など、第１の貯湯部４４ａに燃料電池４０の排熱を提供できない場合には、燃料電池４０の排熱は自動的に第２の貯湯部４４ｂに提供される。そして、排熱配管８８を流れる冷却水が温水加温部５８において第１の貯湯部４４ａの下部の温水によって十分に冷却されない場合でも、第２の貯湯部４４ｂの下部の温水によって冷却水を冷却することができる。したがって、燃料電池４０の冷却不足によって燃料電池４０が運転を停止する頻度を低減することができる。
【００５２】
図７は、貯湯システム１００の更なる変形例を示す。貯湯システム１００は、第１の貯湯部４４ａ、第２の貯湯部４４ｂ、接続配管４３、第１の断熱材６０ａ、第２の断熱材６０ｂ、温水加温部（５８ａおよび５８ｂ）、排熱配管８８、排熱ポンプ９８、および給湯配管８２を備える。なお、本変形例の貯湯システム１００の構成要素のうち、図５の貯湯システム１００において同一の符号が付された構成要素は、当該同一の符号が付された構成要素とそれぞれ同一の機能を有するので説明を省略する。
【００５３】
温水加温部５８ａは、第１の貯湯部４４ａに貯湯された温水を加温すべく、第１の貯湯部４４ａの下部に設けられている。また、温水加温部５８ｂは、第２の貯湯部４４ｂに貯湯された温水を加温すべく、第２の貯湯部４４ｂの下部に設けられている。そして、排熱配管８８は、温水加温部５８ａおよび温水加温部５８ｂを直列的に接続している。排熱配管８８の内部においては、燃料電池４０の排熱により加温された熱媒体が排熱ポンプ９８によって循環している。そして、排熱配管８８は、燃料電池４０の排熱により加温された熱媒体を、第１の貯湯部４４ａに設けられた温水加温部５８aに導いて第１の貯湯部４４ａに貯湯される温水を加温した後に、第２の貯湯部４４ｂに設けられた温水加温部５８ｂに導いて第２の貯湯部４４ｂに貯湯される温水を加温する。
【００５４】
本変形例の貯湯システム１００によれば、例えば第１の貯湯部４４ａが温水で満杯になった場合など、第１の貯湯部４４ａに燃料電池４０の排熱を提供できない場合には、燃料電池４０の排熱は自動的に第２の貯湯部４４ｂに提供される。また、排熱配管８８を流れる冷却水が第１の貯湯部４４ａの下部の温水によって十分に冷却されない場合でも、第２の貯湯部４４ｂの下部の温水によって冷却水を冷却することができる。したがって、燃料電池４０の冷却不足によって燃料電池４０が運転を停止する頻度を低減することができる。
【００５５】
なお、図５から図７にかけて説明した貯湯システム１００は、図１で説明した建物１１０に温水を貯湯する貯湯システム、または図２から図４にかけて説明した壁部材６４に温水を貯湯する貯湯システムとして機能させてもよい。例えば、図５から図６にかけて説明した貯湯システム１００における第１の貯湯部４４ａ、第２の貯湯部４４ｂ、および接続配管４３を、それぞれ図１から図４にかけて説明した建物１１０または壁部材６４における部分空間４６a、部分空間４６ｂ、および連通口４２として機能させてよい。また、貯湯システム１００における第１の断熱材６０aおよび第２の断熱材６０ｂを、図２から図４にかけて説明した壁部材６４における断熱材６０として機能させてもよい。
【００５６】
図８は、建物１１０における燃料電池収納室７４の配置の他の一例を示す。本例の建物１１０は、燃料電池収納室７４、燃料電池４０、および排気部５２の位置を除いて図１で説明した建物１１０と同一である。燃料電池収納室７４は、建物１１０のテラス６８の壁面に設けられており、燃料電池収納室７４内に燃料電池４０が設置されている。そして、テラス６８の壁面に設けられた排気部５２は、燃料電池４０からの排ガスを建物１１０の外部に直接排気すべく、燃料電池４０からの排ガスを排気する排気口５４に対向する位置に設けられ、かつ、排気口５４に連結されている。なお、燃料電池収納室７４は、テラス６８の壁面の他に、建造物の基礎の壁面などに設けられてもよい。なお、燃料電池収納室７４は、例えば建物１１０の基礎で囲まれる床下空間であってもよい。
【００５７】
図９は、建物１１０の変形例を示す。本変形例における建物１１０は、内部に燃料電池収納室７４が設けられる塀７０である。本変形例における塀７０の各構成要素のうち、図１の建物１１０において同一の符号が付された構成要素は、図１の建物１１０において同一の符号が付された構成要素とそれぞれ同一の機能を有するので説明を省略する。また、建物１１０は他にも、建造物の壁であってよい。また、壁部材６４は、当該建造物の壁、塀７０などの、建造物の構造物に用いられる部材であってよい。
【００５８】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】建物１１０の一例を示す図である。
【図２】壁部材６４の一例を示す図である。
【図３】壁部材６４の変形例を示す図である。
【図４】壁部材６４の更なる変形例を示す図である。
【図５】貯湯システム１００の構成の一例を示す図である。
【図６】貯湯システム１００の変形例を示す図である。
【図７】貯湯システム１００の更なる変形例を示す図である。
【図８】燃料電池収納室７４の配置の他の一例を示す図である。
【図９】建物１１０の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
４０ 燃料電池
４２ 連通口
４３ 接続配管
４４ａ 第１の貯湯部
４４ｂ 第２の貯湯部
４６ 部分空間
４８ 貯湯空間
５０ 制御部
５１ ウェザーカバー
５２ 排気部
５３ 給気部
５４ 排気口
５５ 逆流防止板
５６ 加温配管
５７ 加温配管
５８ 温水加温部
６０ 断熱材
６０ａ 第１の断熱材
６０ｂ 第２の断熱材
６２ａ 第１の側面
６２ｂ 第２の側面
６４ 壁部材
６６ 連結部材
６８ テラス
７０ 塀
７２ 腰壁
７３ 床面
７４ 燃料電池収納室
８２ 給湯配管
８６ 排熱配管
８８ 排熱配管
９８ 排熱ポンプ
９９ 排熱ポンプ
１００ 貯湯システム
１１０ 建物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の壁となる壁部材であって、
温水を貯湯する貯湯空間を内部に有し、
前記貯湯空間は、前記壁部材の壁面と略平行な第１の側面と、前記第１の側面に対向する第２の側面とを有し、
前記第１の側面と前記第２の側面とを連結し、かつ前記貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材
を備える壁部材。
【請求項２】
前記連結部材は、当該連結部材の上方に位置する部分空間の下部と、当該連結部材の下方に位置する部分空間の上部とを連通する連通口を有する請求項２に記載の壁部材。
【請求項３】
前記第１の側面及び前記第２の側面は矩形状であり、
前記連結部材は、前記貯湯空間において前記第１の側面または前記第２の側面の矩形の対角を結ぶ方向に設けられる請求項１に記載の壁部材。
【請求項４】
温水を貯湯する貯湯空間を内部に含む壁を備える建物であって、
前記貯湯空間は、前記壁の壁面と略平行な第１の側面と、前記第１の側面に対向する第２の側面とを有し、
前記壁は、前記第１の側面と前記第２の側面とを連結し、かつ前記貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材
を有する建物。
【請求項５】
温水を貯湯すべく建物の壁の内部に設けられ、前記壁の壁面と略平行な第１の側面と、前記第１の側面に対向する第２の側面とを有する貯湯空間と
前記第１の側面と前記第２の側面とを連結し、かつ前記貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材と
を備える貯湯システム。
【請求項６】
前記連結部材は略水平に設けられ、
前記連結部材の上方に位置する部分空間は、前記連結部材の下方に位置する部分空間より高い温度の温水を貯湯する請求項５に記載の貯湯システム。
【請求項７】
前記複数の部分空間のうち、一の部分空間に貯湯される温水を、当該一の部分空間よりも下方に位置する部分空間よりも先に熱源からの熱量を用いて加温し、当該一の部分空間に貯湯される温水を加温した後に、当該一の部分空間よりも下方に位置する部分空間を加温する制御部
を更に備える請求項６に記載の貯湯システム。
【請求項８】
前記複数の部分空間は、燃料電池によって排出される排熱を用いて加温された温水を貯湯する請求項７に記載の貯湯システム。
【請求項１】
建物の壁となる壁部材であって、
温水を貯湯する貯湯空間を内部に有し、
前記貯湯空間は、前記壁部材の壁面と略平行な第１の側面と、前記第１の側面に対向する第２の側面とを有し、
前記第１の側面と前記第２の側面とを連結し、かつ前記貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材
を備える壁部材。
【請求項２】
前記連結部材は、当該連結部材の上方に位置する部分空間の下部と、当該連結部材の下方に位置する部分空間の上部とを連通する連通口を有する請求項２に記載の壁部材。
【請求項３】
前記第１の側面及び前記第２の側面は矩形状であり、
前記連結部材は、前記貯湯空間において前記第１の側面または前記第２の側面の矩形の対角を結ぶ方向に設けられる請求項１に記載の壁部材。
【請求項４】
温水を貯湯する貯湯空間を内部に含む壁を備える建物であって、
前記貯湯空間は、前記壁の壁面と略平行な第１の側面と、前記第１の側面に対向する第２の側面とを有し、
前記壁は、前記第１の側面と前記第２の側面とを連結し、かつ前記貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材
を有する建物。
【請求項５】
温水を貯湯すべく建物の壁の内部に設けられ、前記壁の壁面と略平行な第１の側面と、前記第１の側面に対向する第２の側面とを有する貯湯空間と
前記第１の側面と前記第２の側面とを連結し、かつ前記貯湯空間を複数の部分空間に分割する連結部材と
を備える貯湯システム。
【請求項６】
前記連結部材は略水平に設けられ、
前記連結部材の上方に位置する部分空間は、前記連結部材の下方に位置する部分空間より高い温度の温水を貯湯する請求項５に記載の貯湯システム。
【請求項７】
前記複数の部分空間のうち、一の部分空間に貯湯される温水を、当該一の部分空間よりも下方に位置する部分空間よりも先に熱源からの熱量を用いて加温し、当該一の部分空間に貯湯される温水を加温した後に、当該一の部分空間よりも下方に位置する部分空間を加温する制御部
を更に備える請求項６に記載の貯湯システム。
【請求項８】
前記複数の部分空間は、燃料電池によって排出される排熱を用いて加温された温水を貯湯する請求項７に記載の貯湯システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２７４７４８（Ｐ２００６−２７４７４８Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９８９５５（Ｐ２００５−９８９５５）
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００１９８７８７）積水ハウス株式会社 (748)
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（３０２０６４７６２）株式会社日本総合研究所 (367)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００１９８７８７）積水ハウス株式会社 (748)
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（３０２０６４７６２）株式会社日本総合研究所 (367)
【Ｆターム（参考）】
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