燃料電池の排熱を有効に利用することができる燃料電池排熱利用システム、および建物
【課題】 燃料電池の排熱から更に電力を得ることができる燃料電池排熱利用システム、および建物を提供する。
【解決手段】 本発明における燃料電池排熱利用システムは、燃料電池と、水道管から供給される冷水を蓄える冷水タンクと、冷水タンクから冷水を供給する冷水配管と、燃料電池が生成する熱量と、冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う温度差発電装置とを備える。この場合、燃料電池が生成した温水を蓄える温水タンクを更に備えており、温度差発電装置は、温水タンクに蓄えられた温水と、冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う。
【解決手段】 本発明における燃料電池排熱利用システムは、燃料電池と、水道管から供給される冷水を蓄える冷水タンクと、冷水タンクから冷水を供給する冷水配管と、燃料電池が生成する熱量と、冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う温度差発電装置とを備える。この場合、燃料電池が生成した温水を蓄える温水タンクを更に備えており、温度差発電装置は、温水タンクに蓄えられた温水と、冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の排熱を有効に利用することができる燃料電池排熱利用システム、および建物に関する。特に本発明は、燃料電池の排熱から更に電力を得ることができる燃料電池排熱利用システム、および建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、住宅における電力系統の補助電源として燃料電池等が考えられている。燃料電池は、発電に伴い熱を生じるので、生じた熱から温水を生成し、生成した温水を建物で利用するシステムが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】石井弘毅著、燃料電池開発情報センター監修、「燃料電池がわかる本」、第１版、株式会社オーム社、平成１３年９月２５日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、燃料電池の排熱によって温水が余分に生じた場合、余った温水は、建物で利用されずに捨てられている。このように燃料電池の排熱は、必ずしも有効には活用されていないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決するために、本発明の第一の形態における燃料電池排熱利用システムは、燃料電池と、水道管から供給される冷水を蓄える冷水タンクと、冷水タンクから冷水を供給する冷水配管と、燃料電池が生成する熱量と、冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う温度差発電装置とを備えた。これにより、燃料電池の排熱から更に電力を得ることができ、燃料電池の排熱を有効に利用することができる。
【０００６】
冷水タンクは、上方で冷水配管に接続されていてもよい。これにより、温度差発電装置によって温められた、冷水タンクの上部の水を、冷水タンクから排出することができる。
【０００７】
冷水タンクは、下方で水道管に接続されていてもよい。これにより、より冷たい水を、冷水タンクの下部に貯めることができる。
【０００８】
冷水タンクは、冷水配管および水道管の双方に対して開放されていてもよい。これにより、冷水配管の水は、水道管の圧力により加圧されるので、建物の利用者は、蛇口をひねるだけで、冷水を得ることができる。
【０００９】
燃料電池が生成した温水を蓄える温水タンクと、温水タンクから家庭に温水を供給する温水配管とを更に備え、温度差発電装置は、温水タンクに蓄えられた温水と、冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行ってもよい。これにより、燃料電池の排熱から生成された温水を利用して、更に電力を得ることができる。
【００１０】
冷水タンクの上方が温水タンクの下方と接続されていてもよい。これにより温度差発電装置の発電によって温められた水を、冷水から温水タンクへ逃がすことができる。
【００１１】
温水タンクは冷水タンクに対して開放されていてもよい。これにより、温水タンクは冷水タンクの圧力により加圧されるので、建物の利用者は、蛇口をひねるだけで、温水を得ることができる。
【００１２】
温水タンクは、冷水タンクの上に冷水タンクと一体に設けられており、冷水配管は、水道管よりも上方で、温水配管よりも下方において冷水タンクに接続されていてもよい。これにより、温水の量が多い場合には、冷水タンクへ温水を貯めることができ、冷水の量が多い場合には、温水タンクへ冷水を貯めることができる。
【００１３】
本発明の第二の形態における建物は、燃料電池と、水道管から供給される冷水を蓄える冷水タンクと、冷水タンクから冷水を供給する冷水配管と、燃料電池が生成する熱量と、冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う温度差発電装置とを備えた。
【００１４】
本形態における建物は、燃料電池が生成した温水を蓄える温水タンクと、温水タンクから家庭に温水を供給する温水配管とを更に備え、温度差発電装置は、温水タンクに蓄えられた温水と、冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行ってもよい。
【００１５】
温水タンクは、冷水タンクの上に冷水タンクと一体に設けられており、冷水配管は、水道管よりも上方で、温水配管よりも下方において冷水タンクに接続されていてもよい。
【００１６】
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又発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、発明の実施の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にかかる発明を限定するものではなく、又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開発手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池排熱利用システム１００を備えた建物８００を示す。燃料電池排熱利用システム１００は、燃料電池４０、冷水タンク４２、温水タンク４４、温度差発電装置４６、水道管４８、冷水配管５０、温水配管５２、制御部５４、２つの温度センサ５６、５８、および燃料電池冷却用ポンプ６０を有する。
【００１９】
燃料電池４０は、例えば固体高分子型の燃料電池であり、電力を生成すると共に、熱を発生する。本例の燃料電池４０は、例えば、建物８００へ供給される都市ガスやプロパンガスを改質して、燃料となる水素ガスを生成するものであってよく、また外部から供給される水素ガスを燃料とするものであってもよい。
【００２０】
水道管４８は冷水タンク４２に接続されており、冷水タンク４２は、水道管４８から供給される冷水を蓄える。本実施形態においては、温水タンク４４は、冷水タンク４２の上に一体に設けられており、この場合、冷水タンク４２の上方は温水タンク４４の下方と、接続配管５１によって接続されている。これにより、温水タンク４４は冷水タンク４２に対して開放されている。そして、温水タンク４４には、接続配管５１を介して、冷水タンク４２から水が供給される。尚、他の形態としては、冷水タンク４２と温水タンク４４とは、物理的に離れて設置され、接続配管５１によって接続されていてもよい。
【００２１】
ここで、温水タンク４４は、燃料電池４０が生成した温水を蓄える。この場合、燃料電池冷却用ポンプ６０は、燃料電池４０および温水タンク４４のそれぞれの内部に、例えば水などの冷媒を循環させることにより、燃料電池４０で発生した熱を温水タンク４４へ排出する。この場合、燃料電池４０の排熱は、温水タンク４４の上方へ排出される。このように、本例においては、冷水タンク４２の下方から、水道管４８によって水道水が供給され、温水タンク４４の上方において温水が生成されるので、冷水タンク４２には冷水が蓄えられ、温水タンク４４には、冷水タンク４２に貯えられた冷水よりも温かい温水が蓄えられる。
【００２２】
本例の温度差発電装置４６は、温水タンク４４に蓄えられた温水と、冷水タンク４２に蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う。本例の温度差発電装置４６は、２つの蒸発器６２、６４、凝縮器６６、作動媒体循環用ポンプ６８、作動媒体用配管７０、タービン７２および発電機７６を含む。作動媒体用配管７０は、凝縮器６６、作動媒体循環用ポンプ６８、２つの蒸発器６４、６２、およびタービン７２のそれぞれを、この順番に直列に接続する。そして凝縮器６６には、例えばアルコールやアンモニア等を含む作動媒体が予め含まれており、作動媒体循環用ポンプ６８は、この作動媒体を、凝縮器６６、蒸発器６４、６２、およびタービン７２の順に、循環させる。
【００２３】
本例の凝縮器６６は、冷水タンク４２の内部に配置される。そして、作動媒体循環用ポンプ６８は、液化した作動媒体を蒸発器６４へ送出する。蒸発器６４は、温水タンク４４の内部に配置される。蒸発器６４は温水タンク４４の内部に蓄えられた温水を用いて、液化した作動媒体を、蒸発させる。また本例においては、蒸発器６２は、燃料電池冷却用ポンプ６０が循環させる冷媒の方向に沿って、燃料電池４０よりも下流であって、かつ温水タンク４４の上流に配置される。ここで蒸発器６２は、燃料電池４０からの排熱により温度の上昇した、燃料電池４０と温水タンク４４との間で排熱の交換を行うための冷媒を用いて、液化した作動媒体を蒸発させる。
【００２４】
作動媒体用配管７０は、蒸発器６２および蒸発器６４において蒸発した作動媒体をタービン７２へ供給する。タービン７２は発電機７６と接続されており、発電機７６は、電力を発生させる。ここで、蒸発した作動媒体は、作動媒体用配管７０によって凝縮器６６へ送られる。すると、凝縮器６６は、冷水タンク４２の内部に蓄えられた冷水を用いて、蒸発した作動媒体を凝縮する。このように、本例の温度差発電装置４６は、燃料電池４０の排熱から生成された温水を利用して、更に電力を得ることができる。
【００２５】
ここで凝縮器６６は、蒸発した作動媒体を凝縮した場合に、冷水タンクの冷水の温度を上昇させる。この場合、温度差発電装置４６によって温められた水は、冷水タンクの上方へ貯えられる。ここで、本発明の冷水タンク４２は、上方で冷水配管５０に接続されており、冷水配管５０は、冷水タンク４２から冷水を家庭へ供給する。これにより、冷水配管５０は、温められた冷水を、冷水タンク４２から排出することができる。また、冷水タンク４２は、下方で水道管４８に接続されている。これにより、冷水タンク４２はより冷たい水を、冷水タンク４２の下部に貯めることができる。本例において、冷水タンク４２は、冷水配管５０および水道管４８の双方に対して開放されている。これにより、冷水配管５０の水は、水道管４８の圧力により加圧されるので、建物８００の利用者は、蛇口をひねるだけで、冷水を得ることができる。
【００２６】
また、温水配管５２は、温水タンク４４に接続される。この場合、冷水配管５０は、水道管４８よりも上方で、温水配管５２よりも下方において冷水タンク４２に接続されている。そして、温水配管５２は、温水タンク４４から家庭に温水を供給する。この場合、温水タンク４４は冷水タンク４２に対して開放されているので、温水タンク４４は冷水タンク４２の圧力により加圧される。これにより、建物８００の利用者は、蛇口をひねるだけで、温水を得ることができる。また、温水の量が多い場合には、冷水タンク４２へ温水を貯めることができ、冷水の量が多い場合には、温水タンク４４へ冷水を貯めることができる。また本例において、冷水タンク４２の上方は温水タンク４４の下方と接続されているので、温度差発電装置４６の発電によって温められた水を、冷水タンク４２から温水タンク４４へ逃がすことができる。
【００２７】
尚、本例において作動媒体は、冷水タンク４２における冷水の温度よりも高い温度で凝縮し、温水タンク４４における温水の温度よりも低い温度で蒸発するような媒体が用いられる。例えば、燃料電池４０に固体高分子型の燃料電池を用いた場合、温水タンク４４の温水の温度は６０℃から８０℃程度であり、冷水タンク４２の冷水の温度は、水道水の温度、例えば５℃から２５℃程度であるので、沸点が２５℃から６０℃の間にある媒体が作動媒体として用いられてよい。
【００２８】
そして、温度差発電装置４６を用いて発電を行う場合、蒸発器６４における温水の温度は、作動媒体の沸点よりも高い温度であって、かつ、凝縮器６６の冷水の温度は、作動媒体の沸点よりも低い温度であることが必要である。そこで、本例の温度センサ５６は、冷水タンク４２に蓄えられた冷水の温度を検出し、温度センサ５８は、温水タンク４４に蓄えられた温水の温度を検出する。制御部５４は、冷水タンク４２に蓄えられた冷水の温度と、温水タンク４４に蓄えられた温水の温度に基づいて、燃料電池４０および温度差発電装置４６の運転を制御する。本例では、温水タンク４４における温水の温度が、作動媒体の沸点よりも所定値以上高く、かつ冷水タンク４２における冷水の温度が、作動媒体の沸点よりも所定値以上低い場合に、温度差を利用して発電を行う。尚、制御の詳細については、次の図２で説明する。
【００２９】
図２は、燃料電池排熱利用システム１００の動作の一例を示す状態図である。ここで、現在の家庭の消費電力Ｐが、燃料電池４０が発電することのできる最大の電力値Ｐ２よりも大きく、温水タンク４４の温度Ｔａが、作動媒体の沸点よりも所定の温度だけ高い温度Ｔ１以上であって、かつ、冷水タンク４２の温度Ｔｂが、作動媒体の沸点よりも所定の温度だけ低い温度Ｔ２以下である場合には、制御部５４は、燃料電池４０および温度差発電装置４６の両者の運転を行う。ここで、所定の温度とは、例えば１０℃であってよい。これにより本発明の建物８００は、燃料電池４０のみを運転した場合に比べて、より大きな電力を得ることができる。
【００３０】
また、現在の家庭の消費電力Ｐが、温度差発電装置４６が発電することのできる最大の電力Ｐ１よりも大きく、Ｐ２以下である場合、制御部５４は、温水タンク４４の温度Ｔａおよび、冷水タンク４２の温度Ｔｂに関わらず、温度差発電装置４６による発電は行わずに、燃料電池４０で発電を行う。また、温水タンク４４の温度Ｔａが、Ｔ１よりも低いか、或いは、冷水タンク４２の温度ＴｂがＴ２よりも高い場合には、家庭の電力の需要がある場合には、制御部５４は、温度差発電装置４６による発電は行わずに、燃料電池４０で発電を行う。この場合、例えば、家庭の消費電力ＰがＰ２よりも大きい場合には、水道管４８は、燃料電池４０で不足した分の電力として、外部の商用電力を家庭へ供給させる。
【００３１】
消費電力Ｐが、Ｐ１以下であり、温水タンク４４の温度Ｔａが、Ｔ１以上であって、かつ、冷水タンク４２の温度ＴｂがＴ２以下である場合には、制御部５４は、温度差発電装置４６のみで発電を行う。これにより、燃料電池４０における原燃料の消費を抑えることができる。そして、電力の需要が無い場合には、燃料電池４０および温度差発電装置４６のいずれにおいても発電を行わない。
【００３２】
尚、本例において、燃料電池４０を動作させている場合には、蒸発器６２の温度は、常にＴ１よりも高い。従って、例えば消費電力ＰがＰ２よりも大きく、冷水タンク４２の温度ＴｂがＴ２よりも低い場合に、温水タンク４４の温水の温度がＴ１よりも低くても、蒸発器６２は作動媒体を気化することができるので、制御部５４は温度差発電装置４６の運転を開始することができる。このように、本発明の燃料電池排熱利用システム１００は、燃料電池４０の排熱から更に電力を得ることができるので、燃料電池４０の排熱を有効に利用することができる。
【００３３】
尚、他の例において温度差発電装置４６は、作動媒体を減圧する減圧手段を更に有しても良い。この場合、減圧手段は、例えば蒸発器６２とタービン７２との間に設けられ、温水タンク４４の温水により暖められた作動媒体を減圧することにより、作動媒体を蒸発させる。ここで、蒸発器６２および６４は、例えば、作動媒体を液体の状態のままで加圧および加熱し、減圧手段は、作動媒体を加圧された圧力よりも低い圧力に減圧してよい。これにより、蒸気となった作動媒体、或いは、蒸気と液体の混合体となった作動媒体がタービン７２へ供給され、発電機７６は電力を得ることができる。尚、減圧手段は、例えば減圧弁であってよい。
【００３４】
また、本例の燃料電池排熱利用システム１００は、作動媒体を用いてタービン７２を動作させることで発電を行ったが、他の例においては、熱電素子を用いることにより発電を行ってもよい。この場合、温度差発電装置４６は、タービン７２、発電機７６、２つの蒸発器６２、６４、凝縮器６６、作動媒体用配管７０、作動媒体循環用ポンプ６８に代えて、熱電素子を有する。ここで、本例の熱電素子は、異なる２種類の金属が一端で結合され、結合されていない各他端には、起電力を取り出す為の端子がそれぞれ接続されている。結合部および各他端は、冷水タンク４２および温水タンク４４へそれぞれ設置される。ここで、冷水タンク４２の冷水および温水タンク４４の温水により、結合部と各他端との間には温度差が生じるので、これにより熱電素子は温度差に応じた起電力を発生させる。発生した起電力は、各他端に接続された端子により外部へ取り出され、適切な変圧を行われた後、家庭へ供給される。このように本例の燃料電池排熱利用システム１００は、熱電素子を用いて電力を得ることができる。
【００３５】
尚、熱電素子は温度差が大きい場合により大きな起電力を発生させるので、熱電素子の結合部および各他端のそれぞれは、温度差が大きな箇所に設けられることが好ましい。例えば熱電素子の結合部および各他端のそれぞれは、冷水タンク４２の下方、および温水タンク４４の上方にそれぞれ設けられてよい。これにより、熱電素子はより大きな電力を得ることができる。尚、結合部および各他端のそれぞれは、生じる起電力の方向によって、適宜、冷水タンク４２または温水タンク４４のいずれかに設けられてよい。このように、熱電素子を用いることにより、燃料電池排熱利用システム１００は、より簡易な構成の温度差発電装置４６を用いて電力を得ることができる。
【００３６】
図３は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池排熱利用システム１０５を備えた建物８００を示す。燃料電池排熱利用システム１０５は、燃料電池４０、貯湯タンク６７、冷水配管５０、温水配管５２、水道管４８、制御部５４、２つの温度センサ５７、５９、および温度差発電装置８０を有する。温度差発電装置８０は、作動媒体循環用ポンプ６９、蒸発器６４、作動媒体用配管７０、タービン７２、発電機７６、および凝縮器６６を含む。尚、図３において、図１と同じ符号を付した構成は、図１における構成と同一又は同様の機能を有するので、説明を省略する。
【００３７】
温度差発電装置８０が有する作動媒体用配管７０は、蒸発器６４、タービン７２、凝縮器６６、および作動媒体循環用ポンプ６９と、この順に直列に接続される。ここで、蒸発器６４は燃料電池４０の内部に配置され、凝縮器６６は貯湯タンク６７の内部に配置される。作動媒体用配管７０は、内部に作動媒体を有しており、作動媒体循環用ポンプ６９は、作動媒体用配管７０の内部に含まれる作動媒体を、凝縮器６６、作動媒体循環用ポンプ６８、蒸発器６４、蒸発器６２、およびタービン７２に循環させる。
【００３８】
本例の凝縮器６６は、貯湯タンク６７の内部に配置されている。これにより凝縮器６６は、貯湯タンク６７の内部に蓄えられた水を用いて、蒸発した作動媒体を凝縮する。この場合、凝縮器６６は、貯湯タンク６７の上部から下部へ向かって作動媒体が循環するように、貯湯タンク６７の内部に配置される。貯湯タンク６７の上部には、より温かい温水が貯えられ、貯湯タンク６７の下部には、より冷たい水が貯えられているので、蒸発した作動媒体を効率よく凝縮することができる。作動媒体循環用ポンプ６９は、液体の作動媒体を蒸発器６４へ送出する。
【００３９】
蒸発器６４は、燃料電池４０の内部に配置される。蒸発器６４は燃料電池４０の排熱を用いて、凝縮した作動媒体を蒸発させる。作動媒体用配管７０は、蒸発した作動媒体をタービン７２へ供給する。気化した作動媒体は、作動媒体用配管７０によって凝縮器６６へ送られ、再び、貯湯タンク６７の水により凝縮される。このように本発明の温度差発電装置８０は、燃料電池４０と貯湯タンク６７との温度差を用いて発電を行うと共に、燃料電池４０で生じた熱を、貯湯タンク６７へ排出する。
【００４０】
尚、貯湯タンク６７は、上部で温水配管５２と接続され、下部で冷水配管５０および水道管４８と接続されている。ここで、水道管４８は、冷水配管５０よりも更に下部で、貯湯タンク６７と接続される。この場合、貯湯タンク６７は、貯湯タンク６７の下部から貯湯タンク６７の上部へ向かって、より高い温度の水を貯えている。温水配管５２、冷水配管５０および水道管４８は、この順番で、貯湯タンク６７の上部から下部へ配置されているので、温水配管５２は、温水を利用者へ提供することができ、また冷水配管５０は、温水配管５２が供給する温水よりも冷たい水を利用者へ提供することができる。
【００４１】
温度センサ５７は、貯湯タンク６７の冷水の温度を測定し、温度センサ５９は、燃料電池４０の内部の温度を測定する。制御部５４は、貯湯タンク６７に蓄えられた水の温度と、燃料電池４０の内部の温度に基づいて、燃料電池４０および温度差発電装置８０の運転を制御する。尚、制御の詳細は、図４で説明する。
【００４２】
図４は、燃料電池排熱利用システム１０５の動作の一例を示す状態図である。本例の制御部５４は、貯湯タンク６７の温度Ｔｄに基づいて、貯湯タンク６７の熱量を算出する。一例として、制御部５４は、貯湯タンク６７の温度Ｔｄから水道管４８によって給水される温度を減じた値に、貯湯された水量を乗じることにより、制御部５４の熱量を算出する。また、制御部５４は、貯湯タンク６７の熱量の基準値Ｑ１を予め有する。尚、熱量の基準値Ｑ１とは、燃料電池４０の排熱を温水として貯湯タンク６７に貯えることのできる最大の熱量であってもよいし、燃料電池４０の排熱を温水として貯湯タンク６７に貯えることのできる最大の熱量から、所定の割合の熱量だけ減じた熱量であってもよい。
【００４３】
ここで、現在の家庭の消費電力Ｐが、燃料電池４０が発電することのできる最大の電力Ｐ３よりも大きく、かつ貯湯タンク６７の熱量ＱがＱ１よりも小さい場合であって、かつ、燃料電池４０の温度Ｔｃが、作動媒体の沸点よりも所定の温度だけ高い温度Ｔ１以上であって、かつ貯湯タンク６７の温度Ｔｄが、作動媒体の沸点よりも所定の温度だけ低い温度Ｔ２以下である場合には、制御部５４は、燃料電池４０および温度差発電装置８０によって発電を行う。
【００４４】
また、消費電力ＰがＰ３以下であり、かつ貯湯タンク６７の熱量ＱがＱ１よりも小さい場合には、燃料電池４０の温度Ｔｃおよび貯湯タンク６７の温度Ｔｄに関わらず、制御部５４は、温度差発電装置８０の発電を停止し、燃料電池４０で発電を行わせる。
【００４５】
或いは、貯湯タンク６７の熱量ＱがＱ１よりも小さい場合であって、かつ、燃料電池４０の温度ＴｃがＴ１よりも低いか、又は、貯湯タンク６７の温度ＴｄがＴ２よりも高い場合には、制御部５４は、作動媒体用配管７０の発電を停止し、燃料電池４０で発電を行わせる。尚、本例において温度差発電装置８０の発電を停止する場合、制御部５４は、発電機７６による発電を停止させるが、作動媒体循環用ポンプ６９による作動媒体の循環は停止させない。本例において、温度Ｔ１は、作動媒体の沸点よりも１０℃高く、温度Ｔ２は作動媒体の沸点よりも１０℃低いので、温度差発電装置８０が温度差を用いた発電ができない場合であっても、燃料電池排熱利用システム１０５は、作動媒体用配管７０の内部の作動媒体を循環させることにより、燃料電池４０による発電を続けることができる。
【００４６】
そして、貯湯タンク６７の熱量ＱがＱ１よりも大きい場合いは、制御部５４は、燃料電池４０および温度差発電装置８０の発電を停止させる。このように、本発明の燃料電池排熱利用システム１０５は、燃料電池４０の排熱を利用することにより、更に電力を得ることができる。そして、電力の需要が無い場合には、燃料電池４０および温度差発電装置８０のいずれにおいても発電を行わない。
【００４７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれることが、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】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池排熱利用システム１００を備えた建物８００を示す。
【図２】燃料電池排熱利用システム１００の動作の一例を示す状態図である。
【図３】発明の他の実施形態に係る燃料電池排熱利用システム１０５を備えた建物８００を示す
【図４】燃料電池排熱利用システム１０５の動作の一例を示す状態図である。
【符号の説明】
【００４９】
４０・・・燃料電池、４２・・・冷水タンク、４４・・・温水タンク、４６・・・温度差発電装置、４８・・・水道管、５０・・・冷水配管、５１・・・接続配管、５２・・・温水配管、５４・・・制御部、５６、５７、５８、５９・・・温度センサ、６０・・・燃料電池冷却用ポンプ、６２・・・蒸発器、６４・・・蒸発器、６６・・・凝縮器、６７・・・貯湯タンク、６８、６９・・・作動媒体循環用ポンプ、７０・・・作動媒体用配管、７２・・・タービン、７６・・・発電機、８０・・・温度差発電装置、１００、１０５燃料電池排熱利用システム、８００・・・建物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の排熱を有効に利用することができる燃料電池排熱利用システム、および建物に関する。特に本発明は、燃料電池の排熱から更に電力を得ることができる燃料電池排熱利用システム、および建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、住宅における電力系統の補助電源として燃料電池等が考えられている。燃料電池は、発電に伴い熱を生じるので、生じた熱から温水を生成し、生成した温水を建物で利用するシステムが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】石井弘毅著、燃料電池開発情報センター監修、「燃料電池がわかる本」、第１版、株式会社オーム社、平成１３年９月２５日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、燃料電池の排熱によって温水が余分に生じた場合、余った温水は、建物で利用されずに捨てられている。このように燃料電池の排熱は、必ずしも有効には活用されていないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決するために、本発明の第一の形態における燃料電池排熱利用システムは、燃料電池と、水道管から供給される冷水を蓄える冷水タンクと、冷水タンクから冷水を供給する冷水配管と、燃料電池が生成する熱量と、冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う温度差発電装置とを備えた。これにより、燃料電池の排熱から更に電力を得ることができ、燃料電池の排熱を有効に利用することができる。
【０００６】
冷水タンクは、上方で冷水配管に接続されていてもよい。これにより、温度差発電装置によって温められた、冷水タンクの上部の水を、冷水タンクから排出することができる。
【０００７】
冷水タンクは、下方で水道管に接続されていてもよい。これにより、より冷たい水を、冷水タンクの下部に貯めることができる。
【０００８】
冷水タンクは、冷水配管および水道管の双方に対して開放されていてもよい。これにより、冷水配管の水は、水道管の圧力により加圧されるので、建物の利用者は、蛇口をひねるだけで、冷水を得ることができる。
【０００９】
燃料電池が生成した温水を蓄える温水タンクと、温水タンクから家庭に温水を供給する温水配管とを更に備え、温度差発電装置は、温水タンクに蓄えられた温水と、冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行ってもよい。これにより、燃料電池の排熱から生成された温水を利用して、更に電力を得ることができる。
【００１０】
冷水タンクの上方が温水タンクの下方と接続されていてもよい。これにより温度差発電装置の発電によって温められた水を、冷水から温水タンクへ逃がすことができる。
【００１１】
温水タンクは冷水タンクに対して開放されていてもよい。これにより、温水タンクは冷水タンクの圧力により加圧されるので、建物の利用者は、蛇口をひねるだけで、温水を得ることができる。
【００１２】
温水タンクは、冷水タンクの上に冷水タンクと一体に設けられており、冷水配管は、水道管よりも上方で、温水配管よりも下方において冷水タンクに接続されていてもよい。これにより、温水の量が多い場合には、冷水タンクへ温水を貯めることができ、冷水の量が多い場合には、温水タンクへ冷水を貯めることができる。
【００１３】
本発明の第二の形態における建物は、燃料電池と、水道管から供給される冷水を蓄える冷水タンクと、冷水タンクから冷水を供給する冷水配管と、燃料電池が生成する熱量と、冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う温度差発電装置とを備えた。
【００１４】
本形態における建物は、燃料電池が生成した温水を蓄える温水タンクと、温水タンクから家庭に温水を供給する温水配管とを更に備え、温度差発電装置は、温水タンクに蓄えられた温水と、冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行ってもよい。
【００１５】
温水タンクは、冷水タンクの上に冷水タンクと一体に設けられており、冷水配管は、水道管よりも上方で、温水配管よりも下方において冷水タンクに接続されていてもよい。
【００１６】
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又発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、発明の実施の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にかかる発明を限定するものではなく、又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開発手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池排熱利用システム１００を備えた建物８００を示す。燃料電池排熱利用システム１００は、燃料電池４０、冷水タンク４２、温水タンク４４、温度差発電装置４６、水道管４８、冷水配管５０、温水配管５２、制御部５４、２つの温度センサ５６、５８、および燃料電池冷却用ポンプ６０を有する。
【００１９】
燃料電池４０は、例えば固体高分子型の燃料電池であり、電力を生成すると共に、熱を発生する。本例の燃料電池４０は、例えば、建物８００へ供給される都市ガスやプロパンガスを改質して、燃料となる水素ガスを生成するものであってよく、また外部から供給される水素ガスを燃料とするものであってもよい。
【００２０】
水道管４８は冷水タンク４２に接続されており、冷水タンク４２は、水道管４８から供給される冷水を蓄える。本実施形態においては、温水タンク４４は、冷水タンク４２の上に一体に設けられており、この場合、冷水タンク４２の上方は温水タンク４４の下方と、接続配管５１によって接続されている。これにより、温水タンク４４は冷水タンク４２に対して開放されている。そして、温水タンク４４には、接続配管５１を介して、冷水タンク４２から水が供給される。尚、他の形態としては、冷水タンク４２と温水タンク４４とは、物理的に離れて設置され、接続配管５１によって接続されていてもよい。
【００２１】
ここで、温水タンク４４は、燃料電池４０が生成した温水を蓄える。この場合、燃料電池冷却用ポンプ６０は、燃料電池４０および温水タンク４４のそれぞれの内部に、例えば水などの冷媒を循環させることにより、燃料電池４０で発生した熱を温水タンク４４へ排出する。この場合、燃料電池４０の排熱は、温水タンク４４の上方へ排出される。このように、本例においては、冷水タンク４２の下方から、水道管４８によって水道水が供給され、温水タンク４４の上方において温水が生成されるので、冷水タンク４２には冷水が蓄えられ、温水タンク４４には、冷水タンク４２に貯えられた冷水よりも温かい温水が蓄えられる。
【００２２】
本例の温度差発電装置４６は、温水タンク４４に蓄えられた温水と、冷水タンク４２に蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う。本例の温度差発電装置４６は、２つの蒸発器６２、６４、凝縮器６６、作動媒体循環用ポンプ６８、作動媒体用配管７０、タービン７２および発電機７６を含む。作動媒体用配管７０は、凝縮器６６、作動媒体循環用ポンプ６８、２つの蒸発器６４、６２、およびタービン７２のそれぞれを、この順番に直列に接続する。そして凝縮器６６には、例えばアルコールやアンモニア等を含む作動媒体が予め含まれており、作動媒体循環用ポンプ６８は、この作動媒体を、凝縮器６６、蒸発器６４、６２、およびタービン７２の順に、循環させる。
【００２３】
本例の凝縮器６６は、冷水タンク４２の内部に配置される。そして、作動媒体循環用ポンプ６８は、液化した作動媒体を蒸発器６４へ送出する。蒸発器６４は、温水タンク４４の内部に配置される。蒸発器６４は温水タンク４４の内部に蓄えられた温水を用いて、液化した作動媒体を、蒸発させる。また本例においては、蒸発器６２は、燃料電池冷却用ポンプ６０が循環させる冷媒の方向に沿って、燃料電池４０よりも下流であって、かつ温水タンク４４の上流に配置される。ここで蒸発器６２は、燃料電池４０からの排熱により温度の上昇した、燃料電池４０と温水タンク４４との間で排熱の交換を行うための冷媒を用いて、液化した作動媒体を蒸発させる。
【００２４】
作動媒体用配管７０は、蒸発器６２および蒸発器６４において蒸発した作動媒体をタービン７２へ供給する。タービン７２は発電機７６と接続されており、発電機７６は、電力を発生させる。ここで、蒸発した作動媒体は、作動媒体用配管７０によって凝縮器６６へ送られる。すると、凝縮器６６は、冷水タンク４２の内部に蓄えられた冷水を用いて、蒸発した作動媒体を凝縮する。このように、本例の温度差発電装置４６は、燃料電池４０の排熱から生成された温水を利用して、更に電力を得ることができる。
【００２５】
ここで凝縮器６６は、蒸発した作動媒体を凝縮した場合に、冷水タンクの冷水の温度を上昇させる。この場合、温度差発電装置４６によって温められた水は、冷水タンクの上方へ貯えられる。ここで、本発明の冷水タンク４２は、上方で冷水配管５０に接続されており、冷水配管５０は、冷水タンク４２から冷水を家庭へ供給する。これにより、冷水配管５０は、温められた冷水を、冷水タンク４２から排出することができる。また、冷水タンク４２は、下方で水道管４８に接続されている。これにより、冷水タンク４２はより冷たい水を、冷水タンク４２の下部に貯めることができる。本例において、冷水タンク４２は、冷水配管５０および水道管４８の双方に対して開放されている。これにより、冷水配管５０の水は、水道管４８の圧力により加圧されるので、建物８００の利用者は、蛇口をひねるだけで、冷水を得ることができる。
【００２６】
また、温水配管５２は、温水タンク４４に接続される。この場合、冷水配管５０は、水道管４８よりも上方で、温水配管５２よりも下方において冷水タンク４２に接続されている。そして、温水配管５２は、温水タンク４４から家庭に温水を供給する。この場合、温水タンク４４は冷水タンク４２に対して開放されているので、温水タンク４４は冷水タンク４２の圧力により加圧される。これにより、建物８００の利用者は、蛇口をひねるだけで、温水を得ることができる。また、温水の量が多い場合には、冷水タンク４２へ温水を貯めることができ、冷水の量が多い場合には、温水タンク４４へ冷水を貯めることができる。また本例において、冷水タンク４２の上方は温水タンク４４の下方と接続されているので、温度差発電装置４６の発電によって温められた水を、冷水タンク４２から温水タンク４４へ逃がすことができる。
【００２７】
尚、本例において作動媒体は、冷水タンク４２における冷水の温度よりも高い温度で凝縮し、温水タンク４４における温水の温度よりも低い温度で蒸発するような媒体が用いられる。例えば、燃料電池４０に固体高分子型の燃料電池を用いた場合、温水タンク４４の温水の温度は６０℃から８０℃程度であり、冷水タンク４２の冷水の温度は、水道水の温度、例えば５℃から２５℃程度であるので、沸点が２５℃から６０℃の間にある媒体が作動媒体として用いられてよい。
【００２８】
そして、温度差発電装置４６を用いて発電を行う場合、蒸発器６４における温水の温度は、作動媒体の沸点よりも高い温度であって、かつ、凝縮器６６の冷水の温度は、作動媒体の沸点よりも低い温度であることが必要である。そこで、本例の温度センサ５６は、冷水タンク４２に蓄えられた冷水の温度を検出し、温度センサ５８は、温水タンク４４に蓄えられた温水の温度を検出する。制御部５４は、冷水タンク４２に蓄えられた冷水の温度と、温水タンク４４に蓄えられた温水の温度に基づいて、燃料電池４０および温度差発電装置４６の運転を制御する。本例では、温水タンク４４における温水の温度が、作動媒体の沸点よりも所定値以上高く、かつ冷水タンク４２における冷水の温度が、作動媒体の沸点よりも所定値以上低い場合に、温度差を利用して発電を行う。尚、制御の詳細については、次の図２で説明する。
【００２９】
図２は、燃料電池排熱利用システム１００の動作の一例を示す状態図である。ここで、現在の家庭の消費電力Ｐが、燃料電池４０が発電することのできる最大の電力値Ｐ２よりも大きく、温水タンク４４の温度Ｔａが、作動媒体の沸点よりも所定の温度だけ高い温度Ｔ１以上であって、かつ、冷水タンク４２の温度Ｔｂが、作動媒体の沸点よりも所定の温度だけ低い温度Ｔ２以下である場合には、制御部５４は、燃料電池４０および温度差発電装置４６の両者の運転を行う。ここで、所定の温度とは、例えば１０℃であってよい。これにより本発明の建物８００は、燃料電池４０のみを運転した場合に比べて、より大きな電力を得ることができる。
【００３０】
また、現在の家庭の消費電力Ｐが、温度差発電装置４６が発電することのできる最大の電力Ｐ１よりも大きく、Ｐ２以下である場合、制御部５４は、温水タンク４４の温度Ｔａおよび、冷水タンク４２の温度Ｔｂに関わらず、温度差発電装置４６による発電は行わずに、燃料電池４０で発電を行う。また、温水タンク４４の温度Ｔａが、Ｔ１よりも低いか、或いは、冷水タンク４２の温度ＴｂがＴ２よりも高い場合には、家庭の電力の需要がある場合には、制御部５４は、温度差発電装置４６による発電は行わずに、燃料電池４０で発電を行う。この場合、例えば、家庭の消費電力ＰがＰ２よりも大きい場合には、水道管４８は、燃料電池４０で不足した分の電力として、外部の商用電力を家庭へ供給させる。
【００３１】
消費電力Ｐが、Ｐ１以下であり、温水タンク４４の温度Ｔａが、Ｔ１以上であって、かつ、冷水タンク４２の温度ＴｂがＴ２以下である場合には、制御部５４は、温度差発電装置４６のみで発電を行う。これにより、燃料電池４０における原燃料の消費を抑えることができる。そして、電力の需要が無い場合には、燃料電池４０および温度差発電装置４６のいずれにおいても発電を行わない。
【００３２】
尚、本例において、燃料電池４０を動作させている場合には、蒸発器６２の温度は、常にＴ１よりも高い。従って、例えば消費電力ＰがＰ２よりも大きく、冷水タンク４２の温度ＴｂがＴ２よりも低い場合に、温水タンク４４の温水の温度がＴ１よりも低くても、蒸発器６２は作動媒体を気化することができるので、制御部５４は温度差発電装置４６の運転を開始することができる。このように、本発明の燃料電池排熱利用システム１００は、燃料電池４０の排熱から更に電力を得ることができるので、燃料電池４０の排熱を有効に利用することができる。
【００３３】
尚、他の例において温度差発電装置４６は、作動媒体を減圧する減圧手段を更に有しても良い。この場合、減圧手段は、例えば蒸発器６２とタービン７２との間に設けられ、温水タンク４４の温水により暖められた作動媒体を減圧することにより、作動媒体を蒸発させる。ここで、蒸発器６２および６４は、例えば、作動媒体を液体の状態のままで加圧および加熱し、減圧手段は、作動媒体を加圧された圧力よりも低い圧力に減圧してよい。これにより、蒸気となった作動媒体、或いは、蒸気と液体の混合体となった作動媒体がタービン７２へ供給され、発電機７６は電力を得ることができる。尚、減圧手段は、例えば減圧弁であってよい。
【００３４】
また、本例の燃料電池排熱利用システム１００は、作動媒体を用いてタービン７２を動作させることで発電を行ったが、他の例においては、熱電素子を用いることにより発電を行ってもよい。この場合、温度差発電装置４６は、タービン７２、発電機７６、２つの蒸発器６２、６４、凝縮器６６、作動媒体用配管７０、作動媒体循環用ポンプ６８に代えて、熱電素子を有する。ここで、本例の熱電素子は、異なる２種類の金属が一端で結合され、結合されていない各他端には、起電力を取り出す為の端子がそれぞれ接続されている。結合部および各他端は、冷水タンク４２および温水タンク４４へそれぞれ設置される。ここで、冷水タンク４２の冷水および温水タンク４４の温水により、結合部と各他端との間には温度差が生じるので、これにより熱電素子は温度差に応じた起電力を発生させる。発生した起電力は、各他端に接続された端子により外部へ取り出され、適切な変圧を行われた後、家庭へ供給される。このように本例の燃料電池排熱利用システム１００は、熱電素子を用いて電力を得ることができる。
【００３５】
尚、熱電素子は温度差が大きい場合により大きな起電力を発生させるので、熱電素子の結合部および各他端のそれぞれは、温度差が大きな箇所に設けられることが好ましい。例えば熱電素子の結合部および各他端のそれぞれは、冷水タンク４２の下方、および温水タンク４４の上方にそれぞれ設けられてよい。これにより、熱電素子はより大きな電力を得ることができる。尚、結合部および各他端のそれぞれは、生じる起電力の方向によって、適宜、冷水タンク４２または温水タンク４４のいずれかに設けられてよい。このように、熱電素子を用いることにより、燃料電池排熱利用システム１００は、より簡易な構成の温度差発電装置４６を用いて電力を得ることができる。
【００３６】
図３は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池排熱利用システム１０５を備えた建物８００を示す。燃料電池排熱利用システム１０５は、燃料電池４０、貯湯タンク６７、冷水配管５０、温水配管５２、水道管４８、制御部５４、２つの温度センサ５７、５９、および温度差発電装置８０を有する。温度差発電装置８０は、作動媒体循環用ポンプ６９、蒸発器６４、作動媒体用配管７０、タービン７２、発電機７６、および凝縮器６６を含む。尚、図３において、図１と同じ符号を付した構成は、図１における構成と同一又は同様の機能を有するので、説明を省略する。
【００３７】
温度差発電装置８０が有する作動媒体用配管７０は、蒸発器６４、タービン７２、凝縮器６６、および作動媒体循環用ポンプ６９と、この順に直列に接続される。ここで、蒸発器６４は燃料電池４０の内部に配置され、凝縮器６６は貯湯タンク６７の内部に配置される。作動媒体用配管７０は、内部に作動媒体を有しており、作動媒体循環用ポンプ６９は、作動媒体用配管７０の内部に含まれる作動媒体を、凝縮器６６、作動媒体循環用ポンプ６８、蒸発器６４、蒸発器６２、およびタービン７２に循環させる。
【００３８】
本例の凝縮器６６は、貯湯タンク６７の内部に配置されている。これにより凝縮器６６は、貯湯タンク６７の内部に蓄えられた水を用いて、蒸発した作動媒体を凝縮する。この場合、凝縮器６６は、貯湯タンク６７の上部から下部へ向かって作動媒体が循環するように、貯湯タンク６７の内部に配置される。貯湯タンク６７の上部には、より温かい温水が貯えられ、貯湯タンク６７の下部には、より冷たい水が貯えられているので、蒸発した作動媒体を効率よく凝縮することができる。作動媒体循環用ポンプ６９は、液体の作動媒体を蒸発器６４へ送出する。
【００３９】
蒸発器６４は、燃料電池４０の内部に配置される。蒸発器６４は燃料電池４０の排熱を用いて、凝縮した作動媒体を蒸発させる。作動媒体用配管７０は、蒸発した作動媒体をタービン７２へ供給する。気化した作動媒体は、作動媒体用配管７０によって凝縮器６６へ送られ、再び、貯湯タンク６７の水により凝縮される。このように本発明の温度差発電装置８０は、燃料電池４０と貯湯タンク６７との温度差を用いて発電を行うと共に、燃料電池４０で生じた熱を、貯湯タンク６７へ排出する。
【００４０】
尚、貯湯タンク６７は、上部で温水配管５２と接続され、下部で冷水配管５０および水道管４８と接続されている。ここで、水道管４８は、冷水配管５０よりも更に下部で、貯湯タンク６７と接続される。この場合、貯湯タンク６７は、貯湯タンク６７の下部から貯湯タンク６７の上部へ向かって、より高い温度の水を貯えている。温水配管５２、冷水配管５０および水道管４８は、この順番で、貯湯タンク６７の上部から下部へ配置されているので、温水配管５２は、温水を利用者へ提供することができ、また冷水配管５０は、温水配管５２が供給する温水よりも冷たい水を利用者へ提供することができる。
【００４１】
温度センサ５７は、貯湯タンク６７の冷水の温度を測定し、温度センサ５９は、燃料電池４０の内部の温度を測定する。制御部５４は、貯湯タンク６７に蓄えられた水の温度と、燃料電池４０の内部の温度に基づいて、燃料電池４０および温度差発電装置８０の運転を制御する。尚、制御の詳細は、図４で説明する。
【００４２】
図４は、燃料電池排熱利用システム１０５の動作の一例を示す状態図である。本例の制御部５４は、貯湯タンク６７の温度Ｔｄに基づいて、貯湯タンク６７の熱量を算出する。一例として、制御部５４は、貯湯タンク６７の温度Ｔｄから水道管４８によって給水される温度を減じた値に、貯湯された水量を乗じることにより、制御部５４の熱量を算出する。また、制御部５４は、貯湯タンク６７の熱量の基準値Ｑ１を予め有する。尚、熱量の基準値Ｑ１とは、燃料電池４０の排熱を温水として貯湯タンク６７に貯えることのできる最大の熱量であってもよいし、燃料電池４０の排熱を温水として貯湯タンク６７に貯えることのできる最大の熱量から、所定の割合の熱量だけ減じた熱量であってもよい。
【００４３】
ここで、現在の家庭の消費電力Ｐが、燃料電池４０が発電することのできる最大の電力Ｐ３よりも大きく、かつ貯湯タンク６７の熱量ＱがＱ１よりも小さい場合であって、かつ、燃料電池４０の温度Ｔｃが、作動媒体の沸点よりも所定の温度だけ高い温度Ｔ１以上であって、かつ貯湯タンク６７の温度Ｔｄが、作動媒体の沸点よりも所定の温度だけ低い温度Ｔ２以下である場合には、制御部５４は、燃料電池４０および温度差発電装置８０によって発電を行う。
【００４４】
また、消費電力ＰがＰ３以下であり、かつ貯湯タンク６７の熱量ＱがＱ１よりも小さい場合には、燃料電池４０の温度Ｔｃおよび貯湯タンク６７の温度Ｔｄに関わらず、制御部５４は、温度差発電装置８０の発電を停止し、燃料電池４０で発電を行わせる。
【００４５】
或いは、貯湯タンク６７の熱量ＱがＱ１よりも小さい場合であって、かつ、燃料電池４０の温度ＴｃがＴ１よりも低いか、又は、貯湯タンク６７の温度ＴｄがＴ２よりも高い場合には、制御部５４は、作動媒体用配管７０の発電を停止し、燃料電池４０で発電を行わせる。尚、本例において温度差発電装置８０の発電を停止する場合、制御部５４は、発電機７６による発電を停止させるが、作動媒体循環用ポンプ６９による作動媒体の循環は停止させない。本例において、温度Ｔ１は、作動媒体の沸点よりも１０℃高く、温度Ｔ２は作動媒体の沸点よりも１０℃低いので、温度差発電装置８０が温度差を用いた発電ができない場合であっても、燃料電池排熱利用システム１０５は、作動媒体用配管７０の内部の作動媒体を循環させることにより、燃料電池４０による発電を続けることができる。
【００４６】
そして、貯湯タンク６７の熱量ＱがＱ１よりも大きい場合いは、制御部５４は、燃料電池４０および温度差発電装置８０の発電を停止させる。このように、本発明の燃料電池排熱利用システム１０５は、燃料電池４０の排熱を利用することにより、更に電力を得ることができる。そして、電力の需要が無い場合には、燃料電池４０および温度差発電装置８０のいずれにおいても発電を行わない。
【００４７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれることが、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】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池排熱利用システム１００を備えた建物８００を示す。
【図２】燃料電池排熱利用システム１００の動作の一例を示す状態図である。
【図３】発明の他の実施形態に係る燃料電池排熱利用システム１０５を備えた建物８００を示す
【図４】燃料電池排熱利用システム１０５の動作の一例を示す状態図である。
【符号の説明】
【００４９】
４０・・・燃料電池、４２・・・冷水タンク、４４・・・温水タンク、４６・・・温度差発電装置、４８・・・水道管、５０・・・冷水配管、５１・・・接続配管、５２・・・温水配管、５４・・・制御部、５６、５７、５８、５９・・・温度センサ、６０・・・燃料電池冷却用ポンプ、６２・・・蒸発器、６４・・・蒸発器、６６・・・凝縮器、６７・・・貯湯タンク、６８、６９・・・作動媒体循環用ポンプ、７０・・・作動媒体用配管、７２・・・タービン、７６・・・発電機、８０・・・温度差発電装置、１００、１０５燃料電池排熱利用システム、８００・・・建物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
水道管から供給される冷水を蓄える冷水タンクと、
前記冷水タンクから冷水を供給する冷水配管と、
前記燃料電池が生成する熱量と、前記冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う温度差発電装置と
を備える燃料電池排熱利用システム。
【請求項２】
前記冷水タンクは、上方で前記冷水配管に接続されている請求項１に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項３】
前記冷水タンクは、下方で前記水道管に接続されている請求項２に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項４】
前記冷水タンクは、前記冷水配管および前記水道管の双方に対して開放されている請求項３に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項５】
前記燃料電池が生成した温水を蓄える温水タンクと、
前記温水タンクから家庭に温水を供給する温水配管と、
を更に備え、
前記温度差発電装置は、前記温水タンクに蓄えられた温水と、前記冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う請求項４に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項６】
前記冷水タンクの上方が前記温水タンクの下方と接続されている請求項５に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項７】
前記温水タンクは前記冷水タンクに対して開放されている請求項６に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項８】
前記温水タンクは、前記冷水タンクの上に前記冷水タンクと一体に設けられており、
前記冷水配管は、前記水道管よりも上方で、前記温水配管よりも下方において前記冷水タンクに接続されている請求項７に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項９】
燃料電池と、
水道管から供給される冷水を蓄える冷水タンクと、
前記冷水タンクから冷水を供給する冷水配管と、
前記燃料電池が生成する熱量と、前記冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う温度差発電装置と
を備える建物。
【請求項１０】
前記燃料電池が生成した温水を蓄える温水タンクと、
前記温水タンクから家庭に温水を供給する温水配管と、
を更に備え、
前記温度差発電装置は、前記温水タンクに蓄えられた温水と、前記冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う請求項９に記載の建物。
【請求項１１】
前記温水タンクは、前記冷水タンクの上に前記冷水タンクと一体に設けられており、
前記冷水配管は、前記水道管よりも上方で、前記温水配管よりも下方において前記冷水タンクに接続されている請求項１０に記載の建物。
【請求項１】
燃料電池と、
水道管から供給される冷水を蓄える冷水タンクと、
前記冷水タンクから冷水を供給する冷水配管と、
前記燃料電池が生成する熱量と、前記冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う温度差発電装置と
を備える燃料電池排熱利用システム。
【請求項２】
前記冷水タンクは、上方で前記冷水配管に接続されている請求項１に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項３】
前記冷水タンクは、下方で前記水道管に接続されている請求項２に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項４】
前記冷水タンクは、前記冷水配管および前記水道管の双方に対して開放されている請求項３に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項５】
前記燃料電池が生成した温水を蓄える温水タンクと、
前記温水タンクから家庭に温水を供給する温水配管と、
を更に備え、
前記温度差発電装置は、前記温水タンクに蓄えられた温水と、前記冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う請求項４に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項６】
前記冷水タンクの上方が前記温水タンクの下方と接続されている請求項５に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項７】
前記温水タンクは前記冷水タンクに対して開放されている請求項６に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項８】
前記温水タンクは、前記冷水タンクの上に前記冷水タンクと一体に設けられており、
前記冷水配管は、前記水道管よりも上方で、前記温水配管よりも下方において前記冷水タンクに接続されている請求項７に記載の燃料電池排熱利用システム。
【請求項９】
燃料電池と、
水道管から供給される冷水を蓄える冷水タンクと、
前記冷水タンクから冷水を供給する冷水配管と、
前記燃料電池が生成する熱量と、前記冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う温度差発電装置と
を備える建物。
【請求項１０】
前記燃料電池が生成した温水を蓄える温水タンクと、
前記温水タンクから家庭に温水を供給する温水配管と、
を更に備え、
前記温度差発電装置は、前記温水タンクに蓄えられた温水と、前記冷水タンクに蓄えられた冷水との温度差を利用して発電を行う請求項９に記載の建物。
【請求項１１】
前記温水タンクは、前記冷水タンクの上に前記冷水タンクと一体に設けられており、
前記冷水配管は、前記水道管よりも上方で、前記温水配管よりも下方において前記冷水タンクに接続されている請求項１０に記載の建物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−１２７３９（Ｐ２００６−１２７３９Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９２１９０（Ｐ２００４−１９２１９０）
【出願日】平成１６年６月２９日（２００４．６．２９）
【出願人】（０００２３６３３３）シナネン株式会社 (12)
【出願人】（０００００４６７３）パナホーム株式会社 (319)
【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１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２９日（２００４．６．２９）
【出願人】（０００２３６３３３）シナネン株式会社 (12)
【出願人】（０００００４６７３）パナホーム株式会社 (319)
【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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