JP2016100189A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】ファン及びポンプの総消費電力が小さくなるように制御することで、実際にユーザーが使用できる発電量の高い燃料電池システムを提供することを目的とする。
【解決手段】燃料電池１０１と、貯湯タンク１０２と、貯湯タンク１０２内の水が循環する排熱回収経路１０３と、排熱回収経路１０３内の水を循環させるポンプ１０４と、排熱回収経路１０３内の水と燃料電池１０１から排出される排熱とを熱交換する熱交換器１０５と、排熱回収経路１０３内の水と外気とを熱交換するラジエータ１０６と、ラジエータ１０６に外気を送るファン１０７と、ファン１０７とポンプ１０４の総消費電力が小さくなるように、ファン１０７及びポンプ１０４を制御する制御器１１０と、を備える、燃料電池システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、発電部の本体である燃料電池に、水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給し、水素と酸素との電気化学反応を進行させ、これによって発生した化学的なエネルギーを、電気的なエネルギーとして取り出すシステムである。

また、燃料電池システムは、発電運転の際に発生する熱エネルギーを貯湯タンクに湯として回収し、その熱を給湯や暖房等に利用することで、高いエネルギー利用効率を実現することができる。

ところで、このような燃料電池システムを屋内に設置し、貯湯槽（貯湯タンク）に燃料電池システムからの排熱が満杯に溜まりきった場合（熱余り時）には、放熱ファンを作動させて、屋内に排熱を送風する屋内設置式燃料電池発電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されている燃料電池発電システムでは、貯湯槽に接続されている排熱利用ラインに放熱ファンを備える放熱器が配設されていて、熱余り時には、放熱ファンを作動させることにより、屋内に排熱を送風している。

特開２００９−０２１０４７号公報

しかしながら、排熱を屋内に放出するためには、放熱ファンだけでなく、排熱利用ライン内の温水を循環させるポンプを作動させる必要がある。特許文献１に開示されている燃料電池発電システムでは、放熱ファン及びポンプが消費する電力量と、放熱ファンにより放熱する熱量と、を考慮していないため、エネルギー効率の観点から改善の余地があった。

本発明の一態様は、このような事情に鑑みてなされたものであり、排熱回収経路に設けられているラジエータファン及び水循環ポンプの総消費電力が小さくなるように制御することで、実際にユーザーが使用できる発電量を高くすることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様の燃料電池システムは、水素と酸素の化学反応によって電気を発生させる燃料電池と、貯湯タンクと、前記貯湯タンクに接続され、該貯湯タンク内の水が循環する排熱回収経路と、前記排熱回収経路内の水を循環させるポンプと、前記排熱回収経路内の水と前記燃料電池から排出される排熱とを熱交換する熱交換器と、前記排熱回収経路内の水と外気とを熱交換するラジエータと、前記ラジエータに外気を送るラジエータファンと、前記ラジエータファンと前記ポンプの総消費電力が小さくなるように、前記ラジエータファン及び前記ポンプを制御する制御器と、を備える。

本発明の燃料電池システムによれば、ファン及びポンプの総消費電力を小さくすることにより、実際にユーザーが使用できる発電量を高くすることができる。

図１は、本実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示す燃料電池システムにおけるファンとポンプの回転数と消費電力の関係の一例を示すグラフである。 図３は、ファンとポンプの動力比が所定値のときに、ラジエータの放熱量とファンとポンプの総消費電力（Ｗ）の関係を示すグラフである。 。図４は、図３に示すグラフを基に、ラジエータから放熱される熱量と総消費電力（Ｗ）が最も小さくなるＷｒの関係を示すグラフ（第１データ）である。 図５は、本実施の形態１に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。 図６は、本実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 図７は、本実施の形態２に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。

本発明の第１の態様の燃料電池システムは、水素と酸素の化学反応によって電気を発生させる燃料電池と、貯湯タンクと、貯湯タンクに接続され、該貯湯タンク内の水が循環する排熱回収経路と、排熱回収経路内の水を循環させるポンプと、排熱回収経路内の水と燃料電池から排出される排熱とを熱交換する熱交換器と、排熱回収経路内の水と外気とを熱交換するラジエータと、ラジエータに外気を送るファンと、ファンとポンプの総消費電力が小さくなるように、ファン及びポンプを制御する制御器と、を備える。

上記構成により、ファン及びポンプの総消費電力を小さくすることができるので、実際にユーザーが使用できる発電量を高くすることができる。このため、燃料電池システムのエネルギー効率を向上させることができる。

また、本発明の第２の態様の燃料電池システムは、ラジエータから放熱される放熱量と、ファンとポンプの総消費電力が最小となるポンプとファンの動力比と、の相関関係である第１データを記憶している記憶器をさらに備え、制御器は、貯湯タンクが満蓄状態のときに、燃料電池の発電運転を実行するために必要なラジエータから放熱される熱量である第１放熱量を算出し、第１放熱量と第１データとから、ファンとポンプの消費電力が最小となるファンとポンプの動力比である第１動力比を算出し、該第１動力比となるように、ファンとポンプを制御する。

上記構成により、ファン及びポンプのそれぞれの回転数に対する消費電力特性に応じて、ファン及びポンプの総消費電力が小さくなるようにすることができ、実際にユーザーが使用できる発電量を高くすることができる。

また、本発明の第３の態様の燃料電池システムは、第１データが、所定の放熱量において変曲点を有するグラフで構成されている。

また、本発明の第４の態様の燃料電池システムは、排熱回収経路に設けられているヒータと、燃料電池の出力を検出する第１出力検出器と、ヒータの出力を検出する第２出力検出器と、をさらに備え、制御器は、第１及び第２出力検出器が検出した出力を基に第１放熱量を算出する。

また、本発明の第５の態様の燃料電池システムは、排熱回収経路内の水が、貯湯タンクをバイパスするように排熱回収経路に配設されているバイパス経路と、バイパス経路の上流端に配設されている三方弁と、をさらに備える。

上記構成により、貯湯タンクが満蓄の場合、三方弁でバイパス経路に水が流れるように切り替えることで、貯湯タンク内の温度が過昇することなく運転を継続することができる。

また、本発明の第６の態様の燃料電池システムは、ラジエータがバイパス経路に設けられている。

上記構成により、バイパス経路に水が流れていないときに、ポンプの消費電力を低減させることができ、燃料電池システムのエネルギー効率を向上させることができる。

また、本発明の第７の態様の燃料電池システムは、ラジエータの入口温度を検出する第１温度検出器と、ラジエータの出口温度を検出する第２温度検出器と、をさらに備える。

以下、実施の形態の具体例について図面を参照して説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。

（実施の形態１）
［燃料電池システムの構成］
図１は、本実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００は、燃料電池１０１、貯湯タンク１０２、排熱回収経路１０３、ポンプ１０４、熱交換器１０５、ラジエータ１０６、ファン１０７、及び制御器１１０を備えている。制御器１１０は、ファン１０７とポンプ１０４の総消費電力が小さくなるように、ファン１０７及びポンプ１０４を制御するように構成されている。

燃料電池１０１には、原料及び水を用いて、改質反応により水素ガスを生成する改質器１０８が接続されている。燃料電池１０１では、改質器１０８から供給された水素と、図示されない空気供給器から供給された空気中の酸素と、の化学反応によって、電気と熱が発生する。

なお、燃料電池１０１としては、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、又はリン酸形燃料電池等の各種の燃料電池を用いることができ、その構成の詳細な説明は省略する。また、改質器１０８も従来の燃料電池システムに使用されている改質器を用いることができ、その構成の詳細な説明は省略する。

また、燃料電池１０１には、燃料電池１０１から取り出す電力を制御する第１出力検出器１１１が接続されている。第１出力検出器１１１は、燃料電池１０１から取り出した電力（出力電力）を制御器１１０に出力するように構成されている。

さらに、燃料電池１０１には、燃料電池１０１で発生した熱を回収する排熱経路１０９が接続されている。排熱経路１０９の途中には、熱交換器１０５が配設されている。熱交換器１０５は、排熱経路１０９を通流するガス（空気等）又は水と、排熱回収経路１０３を通流する水と、熱交換するように構成されている。

なお、排熱経路１０９は、熱交換器１０５で熱交換したガス又は水が、燃料電池システム１００外に排出されるように構成されていてもよく、燃料電池１０１と熱交換器１０５を循環するように構成されていてもよい。

排熱回収経路１０３は、その上流端が貯湯タンク１０２の下部に接続されていて、その下流端が貯湯タンク１０２の上部に接続されていて、貯湯タンク１０２内の水が循環するように構成されている。また、排熱回収経路１０３の途中には、ラジエータ１０６、ポンプ１０４、熱交換器１０５、及びヒータ１１２が、この順で配設されていて、ポンプ１０４が作動することにより、排熱回収経路１０３内の水が循環するように構成されている。

貯湯タンク１０２の下部には、第４温度検出器１２４が設けられている。第４温度検出器１２４は、貯湯タンク１０２内の温度を検出して、制御器１１０に出力するように構成されている。

ラジエータ１０６は、ファン１０７から供給される外気と、ラジエータ１０６内を通流する水と、を熱交換させるように構成されている。また、排熱回収経路１０３におけるラジエータ１０６の上流側には、第１温度検出器１２１が設けられていて、排熱回収経路１０３におけるラジエータ１０６の下流側には、第２温度検出器１２２が設けられている。

第１温度検出器１２１は、ラジエータ１０６に流入する水の温度を検出して、検出した温度を制御器１１０に出力するように構成されている。また、第２温度検出器１２２は、ラジエータ１０６から流出する水の温度を検出して、検出した温度を制御器１１０に出力するように構成されている。

ヒータ１１２は、燃料電池１０１で発電された電力を燃料電池システム１００の使用者で消費されなかった余剰電力が通電されるように構成されている。また、ヒータ１１２には、第２出力検出器１１３が設けられている。第２出力検出器１１３は、ヒータ１１２に通電された電力（ヒータ１１２の出力）を検出し、検出した出力を制御器１１０に出力するように構成されている。

また、燃料電池システム１００には、第３温度検出器１２３が設けられている。第３温度検出器１２３は、外気の温度、より詳細には、ファン１０７からラジエータ１０６に送風される空気の温度を検出し、検出した温度を制御器１１０に出力するように構成されている。

制御器１１０は、燃料電池システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。制御器１１０は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理器と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶器１１０ａを備えている。

記憶器１１０ａには、ラジエータ１０６から放熱される放熱量と、ファン１０７とポンプ１０４の総消費電力が最小となるファン１０７とポンプ１０４の動力比と、の相関関係である第１データが記憶されている。

そして、制御器１１０は、演算処理器が、記憶器１１０ａに格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、情報を処理し、燃料電池システム１００に関する各種の制御を行う。

なお、制御器１１０は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して燃料電池システム１００の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器１１０は、マイクロコントロールで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。

［燃料電池システムの動作及び作用効果］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の動作及び作用効果について、図１〜図５を参照しながら説明する。なお、燃料電池システム１００の一般的動作（起動、発電、及び停止動作等）については、従来の燃料電池システムと同様に実行されるため、その詳細な説明は省略する。

まず、図２〜図４を参照しながら、制御器１１０の記憶器１１０ａに記憶されている第１データについて、説明する。

図２は、図１に示す燃料電池システムにおけるファンとポンプの回転数と消費電力の関係の一例を示すグラフである。図３は、ファンとポンプの動力比（以下、Ｗｒという）が所定値のときに、ラジエータの放熱量とファンとポンプの総消費電力（Ｗ）の関係を示すグラフである。図４は、図３に示すグラフを基に、ラジエータから放熱される熱量（以下、ラジエータの放熱量という）と総消費電力（Ｗ）が最も小さくなるＷｒの関係を示すグラフ（第１データ）である。

図２に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、ファン１０７とポンプ１０４は、回転数が小さい場合には、ポンプ１０４の方がファン１０７よりも消費電力が大きい。一方、回転数が大きくなると、ファン１０７の方がポンプ１０４よりも消費電力が大きくなる。

図２に示すファン１０７とポンプ１０４の回転数と消費電力の関係のときに、ポンプ１０４とファン１０７の動力比（ポンプ１０４／ファン１０７；以下、Ｗｒという）を所定値として、ファン１０７とポンプ１０４の総消費電力（Ｗ）に対するラジエータ１０６の放熱量を算出し、プロットしたのが、図３である。

なお、ラジエータ１０６の放熱量は、第１温度検出器１２１及び第２温度検出器１２２、が検出した温度と、ポンプ１０４の回転数と、から算出することができる。

また、図３においては、Ｗｒを０．２間隔で、０．２〜１．０までの範囲で、ファン１０７とポンプ１０４の総消費電力（Ｗ）に対するラジエータ１０６の放熱量を算出したが、これに限定されない。Ｗｒの間隔をより小さく（例えば、０．１間隔、０．００１間隔等）して、ラジエータ１０６の放熱量を算出してもよく、Ｗｒの間隔（例えば、０．３間隔、０．５間隔等）を大きくして、ラジエータ１０６の放熱量を算出してもよい。また、Ｗｒの範囲も０．２〜１．０の範囲ではなく、例えば、０．１〜２．０の範囲等としてもよい。

また、図３及び図４に示すように、ラジエータ１０６の放熱量がＱａ未満までは、ファン１０７とポンプ１０４の総消費電力（Ｗ）が最小となるＷｒは０．２である。同様に、ラジエータ１０６の放熱量がＱａ以上、かつ、Ｑｂ未満までは、ファン１０７とポンプ１０４の総消費電力（Ｗ）が最小となるＷｒは０．４である。

また、ラジエータ１０６の放熱量がＱｂ以上、かつ、Ｑｃ未満までは、ファン１０７とポンプ１０４の総消費電力（Ｗ）が最小となるＷｒは０．６であり、ラジエータ１０６の放熱量がＱｃ以上、かつ、Ｑｄ未満までは、ファン１０７とポンプ１０４の総消費電力（Ｗ）が最小となるＷｒは０．８である。

さらに、ラジエータ１０６の放熱量がＱｄ以上のときは、ファン１０７とポンプ１０４の総消費電力（Ｗ）が最小となるＷｒは１．０である。そして、図４に示すように、ラジエータ１０６の放熱量が高くなるにつれて、総消費電力Ｗが最小となるＷｒの値も高くなる。

なお、本実施の形態１においては、図４に示すように、ラジエータの放熱量と総消費電力（Ｗ）が最も小さくなるＷｒの関係を示すグラフは、放熱量Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ、Ｑｄで、変曲点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを有するグラフとなるが、これに限定されない。例えば、ラジエータの放熱量と総消費電力（Ｗ）が最も小さくなるＷｒの関係を示すグラフは、図４に示すグラフを基に、階段状のグラフとなるように変形してもよい。また、Ｗｒの間隔を微分することにより、滑らかな曲線を有するグラフとしてもよい。

また、本実施の形態１においては、ラジエータ１０６の放熱量がＱａのとき、ファン１０７とポンプ１０４の総消費電力（Ｗ）が最も小さくなるＷｒを０．４としたが、０．２としてもよい。同様に、ラジエータ１０６の放熱量がＱｂ、Ｑｃ、及びＱｄにおいても、それぞれ、ファン１０７とポンプ１０４の総消費電力（Ｗ）が最も小さくなるＷｒを０．４、０．６及び０．８としてもよい。

さらに、本実施の形態１においては、制御器１１０の記憶器１１０ａに記憶されている第１データを図４に示すグラフで記憶する形態を採用したが、これに限定されない。記憶器１１０ａが、図４に示すグラフの各値をテーブルに表し、該テーブルを第１データとして記憶している形態を採用してもよい。

次に、図１〜図５を参照しながら、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の動作の一例について、説明する。

図５は、本実施の形態１に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。

図５に示すように、制御器１１０は、燃料電池システムの発電運転中（スタート）に、第４温度検出器１２４から貯湯タンク１０２内の水の温度を取得する（ステップＳ１０１）。

次に、制御器１１０は、ステップＳ１０１で取得した貯湯タンク１０２内の水の温度から、貯湯タンク１０２が満蓄状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

ここで、満蓄状態とは、燃料電池１０１で発生した熱を、排熱回収経路１０３を通流する水が吸収することができない状態をいう。具体的には、排熱回収経路１０３を通流する水が、熱交換器１０５において、燃料電池１０１で発生した熱を回収した熱媒体（排熱経路１０９を通流するガス又は水）から熱を受け取ることができない状態をいう。

制御器１１０は、貯湯タンク１０２が満蓄状態ではないと判定した場合（ステップＳ１０２でＮｏ）には、ステップＳ１０１に戻り、満蓄状態であると判定するまで、ステップＳ１０１とステップＳ１０２を繰り返す。一方、制御器１１０は、貯湯タンク１０２が満蓄状態であると判定した場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、制御器１１０は、第１出力検出器１１１から燃料電池１０１の出力を取得する。ついで、制御器１１０は、熱交換器１０５から放熱されるべき熱量である放熱量Ｑｅｘを算出する（ステップＳ１０４）。具体的には、制御器１１０は、ステップＳ１０３で取得した燃料電池１０１の出力と、該出力を基に排熱経路１０９を通流する熱媒体の流量及び温度を算出して、放熱量Ｑｅｘを算出する。

次に、制御器１１０は、ヒータ１１２が作動しているか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ここで、ヒータ１１２が作動しているか否かを判定するのは以下の理由による。

例えば、燃料電池システム１００の使用者が、エアコンを停止した場合等には、電力の使用が減少するため、燃料電池１０１で発電した電力の一部が余剰となることがある。このような場合に、余剰電力が系統電源へ逆潮流することになるが、日本では、逆潮流することが認められていない。このため、一時的に余剰電力が発生した場合には、ヒータ１１２にて余剰電力を消費して、逆潮流しないようにしている。

そして、制御器１１０は、ヒータ１１２が作動していると判定した場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ）には、ステップＳ１０６に進み、ヒータ１１２が作動していないと判定した場合（ステップＳ１０５でＮｏ）には、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０６では、制御器１１０は、第２出力検出器１１３からヒータ１１２の出力を取得し、ヒータ１１２から放熱される熱量である放熱量Ｑｈを算出する。ついで、制御器１１０は、燃料電池１０１が発電するために、ラジエータ１０６から放熱されるべき熱量である放熱量（第１放熱量）Ｑ１をＱｅｘ＋Ｇｈとして、算出し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０９に進む。

一方、ステップＳ１０８では、制御器１１０は、ラジエータ１０６の放熱量Ｑ１をＱｅｘとして算出し、ステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９では、制御器１１０は、ステップＳ１０７又はステップＳ１０８で算出したラジエータ１０６の放熱量Ｑ１から、ファン１０７及びポンプ１０４の総消費電力（Ｗ）が最小となるＷｒ（第１動力比）を算出する。

具体的には、制御器１１０は、図４に示す第１データと、ラジエータ１０６の放熱量Ｑ１と、から、ファン１０７及びポンプ１０４の総消費電力（Ｗ）が最小となるＷｒを決定する。例えば、ラジエータ１０６の放熱量Ｑ１が、放熱量Ｇｂ以上、かつ、放熱量Ｑｃ未満である場合、制御器１１０は、図４に示す第１データから、ファン１０７及びポンプ１０４の総消費電力（Ｗ）が最小となるＷｒは０．６と決定する。

次に、制御器１１０は、ステップＳ１０９で算出したＷｒから、ファン１０７の回転数Ｆ１及びポンプ１０４の回転数Ｐ１を算出し、当該回転数となるように、ファン１０７及びポンプ１０４を制御（調整）する（ステップＳ１１０）。そして、制御器１１０は、ファン１０７及びポンプ１０４を制御すると、スタートに戻る。

このように構成された、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、貯湯タンク１０２が満蓄状態になった場合に、燃料電池１０１の発電運転を実行するために必要なファン１０７及びポンプ１０４の総消費電力を小さくすることにより、実際にユーザーが使用できる発電量を高くすることができる。

また、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、ファン１０７及びポンプ１０４の総消費電力を小さくすることにより、燃料電池システム１００のエネルギー効率を向上させることができる。

（実施の形態２）
［燃料電池システムの構成］
図６は、本実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。

図６に示すように、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、バイパス経路１３１と、三方弁１３２と、をさらに備えている点が異なる。

具体的には、バイパス経路１３１は、排熱回収経路１０３内の水が、貯湯タンク１０２をバイパスするように排熱回収経路１０３に配設されている。より詳細には、バイパス経路１３１は、その上流端が、排熱回収経路１０３におけるヒータ１１２と貯湯タンク１０２との間の経路に接続されていて、その下流端が、排熱回収経路１０３における貯湯タンク１０２とポンプ１０４との間に接続されている。

また、三方弁１３２は、バイパス経路１３１の上流端と排熱回収経路１０３との接続点に配設されていて、排熱回収経路１０３を通流する水の通流先を貯湯タンク１０２又はバイパス経路１３１に切り替えるように構成されている。

さらに、本実施の形態２においては、ラジエータ１０６がバイパス経路１３１の途中に配設されていて、ラジエータ１０６に流入する水の温度を検出する第１温度検出器１２１及びラジエータ１０６から流出する水の温度を検出する第２温度検出器１２２もバイパス経路１３１に配設されている。

［燃料電池システムの動作及び作用効果］
次に、図７を参照しながら、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００の動作及び作用効果について、説明する。

図７は、本実施の形態２に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。

図７に示すように、本実施の形態２に係る燃料電池システムの動作は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的動作は同じであるが、ステップＳ１０２とステップＳ１０３の間に、ステップＳ１０２Ａが実行される点が異なる。

具体的には、制御器１１０は、制御器１１０は、貯湯タンク１０２が満蓄状態であると判定した場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、排熱回収経路１０３を通流する水の通流先をバイパス経路１３１に切り替えるように、三方弁１３２を制御し（ステップＳ１０２Ａ）、ステップＳ１０３に進む。

これにより、貯湯タンク１０２が満蓄状態ではない場合には、ラジエータ１０６に水が通流することがないので、ラジエータ１０６から熱が放出されることを抑制することができる。このため、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００では、実施の形態１に係る燃料電池システム１００に比して、燃料電池１０１から排出された熱をより有効に活用することができる。

また、貯湯タンク１０２が満蓄状態ではない場合には、ラジエータ１０６に水が通流することがないので、ポンプ１０４の所要動力を低減させることができる。このため、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００では、実施の形態１に係る燃料電池システム１００に比して、エネルギー効率を向上させることができる。

さらに、貯湯タンク１０２が満蓄状態である場合には、貯湯タンク１０２をバイパスさせることにより、排熱回収経路１０３を通流する水の圧力損失を低減することができ、ポンプ１０４の所要動力を低減させることができる。このため、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００では、実施の形態１に係る燃料電池システム１００に比して、エネルギー効率を向上させることができる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。

本発明の一態様の燃料電池システムは、ファン及びポンプの総消費電力を小さくすることにより、実際にユーザーが使用できる発電量を高くすることができるため、燃料電池の分野で有用である。

１００ 燃料電池システム
１０１ 燃料電池
１０２ 貯湯タンク
１０３ 排熱回収経路
１０４ ポンプ
１０５ 熱交換器
１０６ ラジエータ
１０７ ファン
１０８ 改質器
１０９ 排熱経路
１１０ 制御器
１１０ａ 記憶器
１１１ 第１出力検出器
１１２ ヒータ
１１３ 第２出力検出器
１２１ 第１温度検出器
１２２ 第２温度検出器
１２３ 第３温度検出器
１２４ 第４温度検出器
１３１ バイパス経路
１３２ 三方弁

Claims (7)

1. 水素と酸素の化学反応によって電気を発生させる燃料電池と、
   貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクに接続され、該貯湯タンク内の水が循環する排熱回収経路と、
   前記排熱回収経路内の水を循環させるポンプと、
   前記排熱回収経路内の水と前記燃料電池から排出される排熱とを熱交換する熱交換器と、
   前記排熱回収経路内の水と外気とを熱交換するラジエータと、
   前記ラジエータに外気を送るファンと、
   前記ファンと前記ポンプの総消費電力が小さくなるように、前記ファン及び前記ポンプを制御する制御器と、を備える、燃料電池システム。
2. 前記ラジエータから放熱される放熱量と、前記ファンと前記ポンプの総消費電力が最小となる前記ポンプと前記ファンの動力比と、の相関関係である第１データを記憶している記憶器をさらに備え、
   前記制御器は、前記貯湯タンクが満蓄状態のときに、前記燃料電池の発電運転を実行するために必要な前記ラジエータから放熱される熱量である第１放熱量を算出し、
   前記第１放熱量と前記第１データとから、前記ファンと前記ポンプの消費電力が最小となる前記ファンと前記ポンプの動力比である第１動力比を算出し、
   前記第１動力比となるように、前記ファンと前記ポンプを制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記第１データは、所定の放熱量において変曲点を有するグラフで構成されている、請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記排熱回収経路に設けられているヒータと、
   前記燃料電池の出力を検出する第１出力検出器と、
   前記ヒータの出力を検出する第２出力検出器と、をさらに備え、
   前記制御器は、前記第１及び第２出力検出器が検出した出力を基に前記第１放熱量を算出する、請求項２又は３に記載の燃料電池システム。
5. 前記排熱回収経路内の水が、前記貯湯タンクをバイパスするように前記排熱回収経路に配設されているバイパス経路と、
   前記バイパス経路の上流端に配設されている三方弁と、をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
6. 前記ラジエータは、前記バイパス経路に設けられている、請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記ラジエータの入口温度を検出する第１温度検出器と、
   前記ラジエータの出口温度を検出する第２温度検出器と、をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
   

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