專利名稱：燃料電池的發電及廢熱供暖系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池的發電及廢熱供暖系統。
背景技術：
現有的燃料電池發電及廢熱供暖系統如下所示(參照專利文獻1)。
圖16是表示現有的燃料電池發電及廢熱供暖系統結構的方框圖。
在圖16中，該燃料發電及廢熱供暖系統具有利用燃料氣體和氧化劑氣體進行發電的燃料電池1；將原料燃料變成改質水蒸氣和一氧化碳，產生燃料氣體的燃料處理裝置2；對供給至燃料電池1的燃料氣體進行加濕的燃料側加濕器5；將氧化劑的空氣供給至燃料電池1的空氣供給裝置6；和對供給空氣進行加濕的氧化側加濕器7。
另外，該燃料電池發電及廢熱供暖系統還具有將不凍液等送至燃料電池1，進行燃料電池1的溫度調整的冷卻管路8；使冷卻水循環的泵9；和使燃料電池1產生的熱與外部熱輸送媒體(自來水等)進行熱交換的熱交換器12。這樣，將熱交換后的外部熱輸送媒體進行的燃料電池的廢熱，貯藏在回收的貯熱水箱等熱利用裝置16中，而且利用廢熱輸送控制裝置17將燃料電池起動時，向著與廢熱回收時相反的方向輸送外部熱輸送媒體，將熱利用裝置16所回收的廢熱，通過熱交換裝置12，廢熱輸送至燃料電池1。
專利文獻1特開2002～042841號公報(第3～6頁，第一圖)。
然而，如上述現有的燃料電池發電及廢熱供暖系統那樣，作為用于起動時給燃料電池1加溫的熱，使用貯存在熱利用裝置中的熱水的方法，在縮短起動時間及能量利用效率這點上最為適合。
但是，由于利用者通常是與熱利用裝置的殘余熱水量沒有關系地利用供給的熱水，這樣，在熱利用裝置中的殘余熱水量少的情況下，通過供給熱水的利用，在熱利用裝置中沒有殘余熱水，出現所謂熱水中斷。特別在熱利用裝置中熱水中斷的情況下，為了確保供給熱水在內部沒有安裝后備的供給熱水裝置等的熱利用裝置中，當熱水中斷時，不能利用供給的熱水，非常不方便。

發明內容
本發明是為了解決上述問題而提出的，其目的是要提供一種可防止熱水中斷，并可提高便利性的燃料電池發電及廢熱供暖系統。
解決問題所用的方法為了解決上述問題，本發明的燃料發電及廢熱供暖系統，它具有燃料電池；使內部熱輸送媒體循環從而使上述燃料電池和上述內部熱輸送媒體進行熱交換的冷卻系統；加熱上述內部熱輸送媒體的內部熱輸送媒體加熱器；利用者可利用地貯存外部熱輸送媒體的熱利用部分；通過上述熱利用部分使該外部熱輸送媒體循環，從而使上述冷卻系統的內部熱輸送媒體與外部熱輸送媒體熱交換的廢熱利用系統；檢測上述熱利用部分的殘存熱量的殘存熱量檢測裝置；以及控制裝置，上述控制裝置判定上述燃料電池起動時，上述檢測出的上述熱利用部分的殘存熱量，是否為作為使上述燃料電池升溫至運轉溫度所必要的熱量的燃料電池升溫熱量以上的某個閾值熱量以上，根據該判定結果，決定通過熱交換將上述熱利用部分的殘存熱量傳遞給上述內部熱輸送媒體，使上述燃料電池升溫的第一升溫動作，和利用上述內部熱輸送媒體加熱器，加熱上述內部熱輸送媒體，使上述燃料電池升溫的第二升溫動作的分配，利用該第一升溫動作及/或該第二升溫動作，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度。
上述控制裝置，在上述殘存熱量在上述閾值熱量以上的情況下，以上述第一升溫動作為主，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度，而在上述殘存熱量不足上述閾值熱量的情況下，以上述第二升溫動作為主，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度。
上述燃料電池發電及廢熱供暖系統具有檢測貯存在上述熱利用部分中的外部熱輸送媒體的溫度的裝置；上述控制裝置，在上述殘存熱量不足上述閾值熱量的情況下，以上述第二升溫動作為主，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度，在上述殘存熱量在上述閾值熱量以上的情況下，判定上述檢測出的外部熱輸送媒體的溫度是否在上述運轉溫度以上，根據該判別定結果，決定上述第一升溫動作和上述第二升溫動作的分配，利用該第一升溫動作及/或者該第二升溫動作，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度。
上述控制裝置，在上述外部熱輸送媒體的溫度在上述運轉溫度以上的情況下，以上述第一升溫動作為主，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度，而在上述外部熱輸送媒體的溫度不足上述運轉溫度的情況下，以上述第二升溫動作為主，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度。
上述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，具有檢測上述燃料電池的外部氣溫的裝置；上述控制裝置，在上述外部熱輸送媒體的溫度在上述運轉溫度的以上的情況下，以上述第一升溫動作為主，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度，而在上述外部熱輸送媒體的溫度不足上述運轉溫度的情況下，判定上述外部熱輸送媒體的溫度是否在上述檢測出的外部的氣溫以上，根據該判定結果，決定上述第一升溫動作和上述第二升溫動作的分配，利用該第一升溫動作及/或者該第二升溫動作，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度。
上述控制裝置，在上述外部熱輸送媒體的溫度在上述檢測出的外部氣溫以上的情況下，將上述第一升溫動作和上述第二升溫動作組合，使上述燃料電池升溫達到上述運轉溫度，而在上述外部熱輸送媒體的溫度不足上述檢測出的外部氣溫的情況下，以上述第二升溫動作為主，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度。
上述閾值熱量由上述燃料電池升溫熱量和規定的熱量構成，上述控制裝置，在上述殘存熱量在上述閾值熱量以上的情況下，以上述第一升溫動作為主，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度，而在上述殘存熱量不足上述閾值熱量的情況下，以上述第二升溫動作為主，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度。
上述規定的熱量是在從上述燃料電池起動時的該起動時刻經過規定時間的起動時間帶中，假定為利用者利用的起動時間帶的利用熱量。
上述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，具有檢測貯存在上述熱利用部分中的外部熱輸送媒體所利用的利用熱量的裝置；取得時刻的裝置；和具有與上述取得的時刻一起，存儲上述檢測出的利用熱量的存儲裝置，上述控制裝置根據與上述時刻一起存儲的上述利用熱量，算出上述起動時間帶的利用熱量。
上述控制裝置取得經過規定期間的平均值，算出上述起動時間帶的利用熱量。
上述規定的熱量由固定量和修正量組成，上述控制裝置根據上述算出的起動時間帶的利用熱量，改變上述修正量。
上述燃料電池發電及廢熱供暖系統，具有檢測上述燃料電池的外部氣溫的裝置，上述控制裝置根據上述檢測出的外部氣溫，改變上述規定的熱量。
上述燃料電池發電及廢熱供暖系統，具有檢測上述利用的外部熱輸送媒體的溫度的裝置，上述控制裝置根據上述檢測出的被利用的外部熱輸送媒體的溫度在規定值以下的頻度，改變上述規定的熱量。
上述外部熱輸送媒體為水，并且上述熱利用部分為貯熱水槽。
上述貯熱水槽為層疊沸騰類型的結構。
上述控制裝置，在上述殘存熱量在上述閾值熱量以上的情況下，只利用上述第一升溫動作，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度，而在上述殘存熱量不足上述閾值熱量的情況下，只利用上述第二升溫動作，使上述燃料電池升溫至上述運轉溫度。


圖1為表示本發明的實施例1的燃料電池發電及廢熱供暖系統的結構的方框圖；圖2為表示圖1的燃料電池發電及廢熱供暖系統的升溫裝置選擇動作的流程圖；圖3為表示實施例1的變形例1的燃料電池發電及廢熱供暖系統的升溫裝置選擇動作的流程圖；圖4為表示實施例1的變形例2的燃料電池發電及廢熱供暖系統的升溫裝置選擇動作的流程圖；圖5為表示一天中殘存熱量隨時間變化的圖形；圖6為表示一天中利用者利用的熱量隨時間變化的圖形；圖7為表示實施例1的變形例3的燃料電池發電及廢熱供暖系統的升溫裝置選擇動作的流程圖；
圖8為表示本發明的實施例2的燃料電池發電及廢熱供暖系統結構的方框圖；圖9為表示圖8的燃料電池發電及廢熱供暖系統升溫裝置選擇動作的流程圖；圖10為表示相對于外界氣溫變化，起動時間帶中利用熱量的變化的圖形；圖11為表示實施例2的變形例1的燃料電池發電及廢熱供暖系統升溫裝置選擇動作的流程圖；圖12為表示各個月的平均起動時間帶中利用熱量隨時間變化的圖形；圖13為表示本發明的實施例3的燃料電池發電及廢熱供暖系統結構的方框圖；圖14為表示圖13的燃料電池發電及廢熱供暖系統升溫選擇動作的流程圖；圖15為表示本發明的實施例4的燃料電池發電及廢熱供暖系統結構的方框圖；圖16為表示現有的燃料電池發電及廢熱供暖系統結構的方框圖。
符號說明1燃料電池；2燃料處理裝置；3改質器；4變換器；5燃料測加溫器；6空氣供給裝置；7氧化氣體測加溫器；8冷卻水管路；9冷卻水泵；12熱交換器；13流量調整閥；14流量調整閥；15a，15b管路；16熱利用部分(貯熱水池)；17循環方向切換裝置(廢熱輸送控制裝置)；18第一熱交換溫度傳感器；19第二熱交換溫度傳感器；20貯水泵；21第一流路切換閥；22第二流路切換閥；23輸出側分支接頭；24吸入側分支接頭；31，32，33管路；100冷卻水加熱器；101A～101C第一～第三水槽溫度傳感器；102流量計(利用熱量檢測裝置)；103計時部分；104存儲部分；105計算部分；106外界氣溫傳感器；107供給熱水溫度傳感器；201控制裝置；202通風管溫度傳感器。
具體實施例方式
以下參照

本發明的優選實施例。
(實施例1)
圖1為表示本發明的實施例1的燃料電池發電及廢熱供暖系統結構的方框圖。
在圖1中，燃料電池發電及廢熱供暖系統的結構大致分為硬件結構和控制系統結構。
首先，說明硬件結構。該燃料電池發電及廢熱供暖系統具有利用燃料氣體和氧化劑氣體進行發電的燃料電池1；由原料和水生成燃料氣體，將該燃料氣體供給燃料電池1的燃料處理裝置2，在中途給供給至燃料電池1的燃料氣體加濕的燃料側加濕器5；將作為氧化劑的空氣供給至燃料電池1的空氣供給裝置6；和在中途給供給至該燃料電池1的空氣加濕的氧化劑側加濕器7。燃料處理裝置2具有將原料進行水蒸氣改質，生成燃料氣體的改質器3；和轉換該生成的燃料氣體的變換器4。
另外，該燃料電池發電及廢熱供暖系統還具有冷卻燃料電池1的冷卻系統，和利用由該冷卻系統回收的廢熱的廢熱利用系統。
該冷卻系統具有兩端與燃料電池1的冷卻水流路1a的入口和出口連接、作為內部熱輸送媒體的冷卻水(這里為不凍液)流通的冷卻水管路8；安裝在冷卻水管路8中途、使冷卻水循環的冷卻水泵9；和設在冷卻水管路8的中途，使冷卻水保持的熱與外部熱輸送媒體(這里為貯藏的熱水(自來水))交換的熱交換器12。熱交換器12的二個熱交換用流路中的一個，與冷卻水管路8連接。
另外，設置管路31，使位于管路8的熱交換器12的兩側的部分連接；并在該管路31的中途，安裝加熱冷卻水的冷卻水加熱器100和流量調整閥13。另外，在該管路8和管路31的連接部分與熱交換器12之間的部分上，設置管路8的流量調整閥14。冷卻水加熱器100可用電阻加熱方式的加熱器構成，也可由與電力系統連接的電源(圖中沒有示出)供給的電流進行發熱構成。
上述廢熱利用系統具有作為熱利用部分的貯熱水槽16；一對管路15a，15b；循環方向切換裝置17。作為貯熱水槽16的利用方式，可采用層疊沸騰方式。具體地是，將貯熱水槽16作成筒狀，其中心軸在垂直方向延伸。貯熱水槽16的上端和熱交換器12的一對熱交換用流路的另一端之間，用管路15a連接。另外，貯熱水槽16的下端和熱交換器12的一對熱交換用流路的另一側的另一端之間，用管路15b連接。還在管路15b的中途，安裝循環方向切換裝置17。
循環方向切換裝置17具有作為外部熱輸送媒體循環裝置的貯水泵20；分別與貯水泵20的輸出口和吸入口連接的輸出側分支接頭23和吸入側分支接頭24；與管路15b的熱交換器12側的部分，輸出側分支接頭23和吸入側公支接頭24連接的第一流路切換閥21；和與管路15b的貯熱水槽16的部分，吸入側分支接頭24和輸出側分支接頭23連接的第二流路切換閥22。利用這個結構，循環方向切換裝置17通過切換第一流路切換閥21，使管路15b的熱交換器側的部分與吸入側分支接頭24連接；通過切換第二流路切換閥22，使管路15b的貯熱水槽16的部分與輸出側的分支接頭24連接，可以從貯熱水槽16的上端取出貯存水，沿著送往貯熱水槽16的下端的方向(箭頭B的方向)循環。另外，可通過切換第一流路切換閥21，使管路15b的熱交換器側的部分與輸出側分支接頭23連接，通過切換第二流路切換閥22，使管路15b的貯熱水槽16側的部分，與吸入側分支接頭24連接，可從貯熱水槽16的下端取出貯存水，沿送入貯熱水槽16的上端的方向(箭頭A方向)循環。
另外，廢熱利用系統具有用于供給自來水，與貯熱水槽16的下端連接的管路32；和與貯熱水槽16的上端連接的，用于將貯存水供給至利用者的管路33。這樣，從管路32送入貯熱水槽16中的自來水，由燃料電池1排出的熱變成溫水，可將該溫水從管路33取出，供給至利用者。
其次，說明控制系統的結構。燃料電池發電及廢熱供暖系統具有控制裝置201；作為殘存熱量檢測裝置的第一～第三水槽溫度傳感器101A～101C；作為利用熱量檢測裝置的流量計102；檢測燃料電池1的通風管的溫度的通風管溫度傳感器202；第一熱交換溫度傳感器18和第二熱交換溫度傳感器19。控制裝置201由計算裝置構成，它具有計算部分105，存儲部分104和計時部分103。作為該計算裝置使用微機，計算部分105由CPU，存儲部分104由ROM，RAM等半導體存儲器分別構成。
第一～第三溫度傳感器101A～101C由熱敏電阻或熱電偶構成，可以檢測貯熱水槽16的垂直方向的溫度分布。第一～第三溫度傳感器101A～101C分別位于貯熱水槽16的上部16a，中部16b和下部16c的各個表面的中心。
第一～第三溫度傳感器101A～101C的輸出(溫度檢測信號)分別輸入至控制裝置201的計算部分105中。
通風管溫度傳感器202由熱敏電阻或熱電偶構成，配置在燃料電池1的通風管上。通風管溫度傳感器202的輸出(溫度檢測信號)輸入至控制裝置201的計算部分105中。
流量計102配置在將貯存水供給至利用者的管路33上，其輸出(流量檢測信號)輸入至控制裝置201的計算部分105中。
第一和第二熱交換溫度傳感器18，19分別由熱敏電阻構成。第一熱交換溫度傳感器18配置在管路15a與熱交換器12的連接部分附近；而第二熱交換溫度傳感器19則配置在管路15b與熱交換器12的連接部分附近。第一和第二熱交換溫度傳感器18，19的輸出(溫度檢測信號)，輸入至控制裝置201的計算部分105中。
另一方面，該計算部分105控制冷卻水加熱器100的接通斷開和循環方向切換裝置17的動作。
另外，圖中沒有示出，燃料電池發電及廢熱供暖系統的所需要的傳感器的輸出，輸入至該計算部分105中；同時，燃料電池發電及廢熱供暖系統的所要的結構元件，由該計算部分105控制。這樣，計算部分105根據各個輸入進行計算和處理，并根據這個將控制信號輸出給各個結構元件，這樣來控制包含后述的升溫裝置選擇控制的燃料電池發電及廢熱供暖系統的動作。
其次，說明以上這樣構成的燃料電池發電及廢熱供暖系統的動作。如上所述，該動作由控制裝置201的控制進行。控制裝置201本身常時(正確地說，是設置燃料電池發電及廢熱供暖系統以后的常時)動作。
首先，說明一般的動作。作為燃料電池發電及廢熱供暖系統的動作模式，有起動模式，運轉模式和停止模式。在起動模式中，通過規定動作使燃料電池發電及廢熱供暖系統圓滑而安全地上升，在運轉模式中，進行發電，而在停止模式中，由規定的動作使燃料電池發電及廢熱供暖系統圓滑而安全地停止。
具體地是，在圖1中，在運轉模式下，將原料氣體和水供給至改質器3，生成由富含氫的改質氣體構成的燃料氣體。該燃料氣體供給至變換器4，利用轉移反應，提高氫氣的濃度，其次供給至燃料側加濕器5，利用它加濕，接著供給至電池1的燃料極(圖中沒有示出)。
另一方面，由空氣供給裝置6將作為氧化氣體的空氣供給至氧化側加濕器7，進行加濕，其次，供給至燃料電池1的空氣極(圖中沒有示出)。該氧化氣體利用它與燃料極的燃料反應，產生電和熱。
在反應中未使用的燃料和氧化氣體，排出至燃料電池1的外部。產生的電，由圖中沒有示出的輸出部分供給負荷等。
另一方面，在冷卻系統和廢熱利用系統中，在運轉模式下，流量調整閥13全閉，同時，流量調整閥14全開，冷卻水泵9使冷卻水通過燃料電池1的內部流路1a，管路8和熱交換器12循環。這樣，燃料電池1產生的熱(廢熱)由冷卻水回收，同時，使燃料電池1冷卻。回收的熱在熱交換器12中傳到貯存水中。
另外，在循環方向切換裝置17中，切換第一流路切換閥21，使管路15b的熱交換器側的部分與輸出側分支接頭23連接；同時，切換第二流路切換閥22，使管路15b的貯熱水槽16側的部分與吸入側分支接頭24連接，貯存的水，通過貯水泵20，沿著箭頭A的方向(即從貯熱水槽16的下端取出，送入貯熱水槽16的上端的方向)循環。這樣，在熱交換器12中，熱從冷卻水傳遞給貯存的水(回收)，同時，冷卻水被貯存的水冷卻。這樣，傳遞了熱的貯存水，利用本身升溫，層疊貯存在水槽16中，使溫度從下向上升高。這樣貯存的貯存水，通過管路33和龍頭等供水末端，被利用者適時地利用(消費)。再從管路32向貯熱水槽16供給普通的水，以補充消費的貯存水。
下面，利用圖1和圖2，說明具有本發明的特征的燃料電池發電及廢熱供暖系統的升溫裝置選擇動作。圖2為表示圖1的燃料電池發電及廢熱供暖系統的升溫裝置選擇動作的流程圖。
參見圖1和圖2可看出，在升溫裝置選擇動作中，控制裝置201的計算部分105計算貯熱水槽16的殘存熱量Q(步驟S1)。具體地如下進行。
在圖1和圖2中，貯熱水槽16的上部16a，中部16b和下部16c的溫度分別從第一～～第三水槽溫度傳感器101A～101C輸入至計算部分105中。計算部分105如下這樣算出貯熱水槽16的殘存熱量Q。首先。將貯熱水槽16的上部16a的體積和從第一水槽溫度傳感器101A輸入的貯熱水槽16的上部16a的溫度的積，乘以規定系數，從而算出貯熱水槽16的上部16a的殘存熱量。再將貯熱水槽16的中部16b的體積和從第二水槽溫度傳感器101B輸入的貯熱水槽16的中部16b的溫度的積，乘以規定系數，這樣算出貯熱水槽16的中部的殘存熱量。再將貯熱水槽16的下部16c的體積和從第三水槽溫度傳感器101C輸入的貯熱水槽16的下部16c的溫度的積，乘以規定系數，這樣算出貯熱水槽16的下部16c的殘存熱量。將貯熱水槽16的各個部分的殘存熱量合計起來，得到貯熱水槽16的殘存熱量Q。貯熱水槽16的各個部分16a～16c的體積用實驗測定。
其次，計算部分105計算將燃料電池1升溫至運轉溫度所必要的熱量(以下稱為燃料電池升溫熱量)QF(步驟S2)。具體地是，通風管的溫度檢測信號從通風管溫度傳感器202輸入至計算部分105中，計算部分105變換該溫度檢測信號，得到通風管的溫度。另一方面，將燃料電池1的運轉溫度和通風管的熱容量存儲在控制裝置201的存儲部分104中，計算部分105從存儲部分104中讀出它們，將燃料電池1的運轉溫度和輸入的通風管溫度之差，乘以通風管的熱容量，這樣算出燃料電池的升溫熱量QF。在簡化計算的情況下，可不考慮通風管的溫度，將燃料電池升溫熱量QF作為固定值，存儲在存儲部分104中，適當讀出它們也可以。
其次，計算部分105判定燃料電池1是否處于起動時(步驟S3)。如上所述，控制裝置105常時動作(接通)，要停止起動，則要除去燃料電池發電及廢熱供暖系統的控制裝置201部分。因此，所謂“燃料電池1的起動時”是指從控制裝置201，將用于開始起動模式的控制信號輸出至燃料電池1的時刻。但是，步驟S3的判定對象的“時刻”，不必限定在“起動時刻”，根據設計，可以選擇起動模式中的適當時刻。
在不是起動時刻的情況下回到步驟S1。另一方面，在為起動時刻的情況下，判定貯熱水槽16的殘存熱量Q是否在燃料電池的升溫熱量QF以上(閾值熱量，以下稱為升溫裝置選擇閾值QLT)(步驟S4)。
另外，在貯熱水槽16的殘存熱量Q在燃料電池升溫QF以上的情況下，由該殘存熱量Q使燃料電池1升溫(步驟S5)，而當貯熱水槽16的殘存表面熱量Q不足燃料電池的升溫QF時，由冷卻水加熱器100使燃料電池1升溫(步驟S6)。
以下，具體地說明這些升溫動作。首先，在利用貯熱水槽16的殘存熱量Q使燃料電池1升溫的情況下，全部打開冷卻系統的流量調整閥14，全部關閉流量調整閥13，而且冷卻水泵9動作。另外，在循環方向切換裝置17中，切換第一流路切換閥21，使管路15b的熱交換器側的部分與吸入側分支接頭24連接；同時切換第二流路切換閥22，使管路15b的貯熱水槽16側的部分與輸出側分支接頭23連接；而且貯水泵20工作。這樣，貯存水由貯水泵20沿著箭頭B的方向(即從貯熱水槽16的上端取出，送至貯熱水槽16的下端的方向)循環，在熱交換器中，貯存在貯熱水槽16中的熱，從貯存水傳給冷卻水。傳遞有熱的冷卻水，在燃料電池1的內部流路1a中流動，利用該熱使燃料電池1升溫。
另一方面，當利用冷卻水加熱器100使燃料電池1升溫時，冷卻系統的流量調整閥14全閉，流量調整閥13全開，而且冷卻水泵9工作。另一方面，在循環方向切換裝置17中，貯水泵20停止。這樣，由冷卻水加熱器100加熱的冷卻水，在燃料電池1的內部流路1a中流動，燃料電池1升溫。
如上所述，在本實施例中，由于只有在貯熱水槽16的殘存熱量Q在燃料電池1升溫所必要的熱量QF以上的情況下，才不用冷卻水加熱器100，而用貯熱水槽16的殘存熱量Q使燃料電池1升溫，因此可以防止因燃料電池1升溫引起的熱水中斷。
其次，說明本實施例的變形例1。
圖3為表示本變形例的燃料電池發電及廢熱供暖系統升溫裝置選擇動作的流程圖。
在本變形例中，由控制裝置201的控制進行的升溫裝置選擇動作與圖2的升溫裝置選擇動作不同，其他與圖1和圖2的結構相同。具體地是，如圖1和圖3所示，在控制裝置201的計算部分105在步驟S2中計算燃料電池升溫熱量QF后，取得貯存水溫度TW和燃料電池運轉溫度TO。即計算部分105使用規定的變換式，將從第一水槽溫度傳感器101A輸入的貯熱水槽16的上部的溫度檢測信號變換成溫度，利用該溫度作為貯存水的溫度TW。另外，在控制裝置201的存儲部分104中預先存儲燃料電池1的運轉溫度TO，計算部分105從存儲部分104讀出該燃料電池的運轉溫度TO，而取得該溫度。
另外，在計算部分105判定在步驟S4中，殘存熱量Q在燃料電池升溫熱量QF以上時，然后判定貯存水溫度TW是否在燃料電池運轉溫度TO以上(步驟S12)。當貯存水溫度TW在燃料電池運轉溫度TO以上時，利用殘存熱量Q使燃料電池1升溫；當貯存水的溫度TW小于燃料電池的運轉溫度TO時，利用冷卻水100使燃料電池1升溫。其他與圖2的外溫裝置選擇動作相同。
這樣，可以可靠地將燃料電池1升溫至規定的運轉溫度TO。
下面說明本實施例的變形例2。
圖4為表示本變形例的燃料電池發電及廢熱供暖系統的升溫裝置選擇動作的流程圖，圖5為表示殘存熱量一天中隨時間變化的圖形，圖6為利用者利用的熱量一天中隨時間變化的一個例子的圖形。
在本變形例中，控制裝置201的控制進行的升溫裝置的選擇動作與圖2的升溫裝置選擇動作不同，其他與圖1和圖2的結構相同。具體地說，如圖1和圖4所示，控制裝置201的計算部分105，利用已述的方法，在步驟S1中算出殘存熱量Q，再將算出的殘存熱量Q，與從計時部分103輸入的時刻一起，存儲在存儲部分104中。該殘存熱量Q，作為一天的殘存熱量，以一天為單位存儲。該數據從現在起保存規定的日數，經過規定日數時，順次消去(改寫)。
其次，計算部分105在步驟S2中計算燃料電池升溫熱量QF，然后，在步驟S13中，計算利用熱量E。即通過管路33利用的貯存水(以下稱為供給熱水)的流量，逐次從流量計102輸入至控制裝置201的計算部分105中。另外，將從第一水槽溫度傳感器101A來的貯熱水槽16上部16a的溫度逐次輸入至計算部分105中。計算部分105將從流量計102輸入的供給熱水的流量和從第一水槽溫度傳感器101A輸入的貯熱水槽16的上部16a的溫度的積，乘以規定系數，算出利用者利用的熱量E。將這個利用熱量E，與從計時部分103輸入的時刻一起，存儲在存儲部分104中。該利用熱量E作為一天中利用者利用的熱量，以一天為單位存儲。該數據從現在起保存規定的日數，經過規定的日數時，順次消去(改寫)。
其次，計算部分105判定燃料電池發電及廢熱供暖系統起動否(步驟S3)，重復步驟S1，2，13，3，至起動為止。當起動時，判定貯熱水槽16的殘存熱量Q是否在燃料電池升溫熱量QF，和利用熱量E中的起動時間帶內的利用熱量ESA的合計值以上(步驟S4)。
當殘存熱量Q在燃料電池升溫熱量QF和起動時間帶內的利用熱量ESA的合計值以上時，利用殘存熱量Q使燃料電池1升溫(步驟S5)；而當殘存熱量Q不足燃料電池升溫熱量QF與起動時間帶內利用熱量ESA的合計值時，利用冷卻水加熱器100使燃料電池1升溫(步驟S5)。
其次，詳細說明步驟S4的升溫選擇判定。通過重復步驟S1，2，13，4～6的動作S，計算部分105將一天內利用熱量隨時間的變化和一日內殘存熱量隨時間的變化存儲在存儲部分104中。
該利用熱量E(這里，實質上意味著供給熱水利用量)，如圖6實線所示，在1日內隨時間變化。在圖6中，在午前6點和白天12點，從傍晚至夜晚的18點～24點的時間帶中有熱利用，特別是在18點～24點的時間帶中利用熱量ES1多。在這種情況下，如圖5中實線所示，貯熱水槽16的殘存熱量Q隨時間變化，一天結束時(24點)最終成為Q1的熱量。
在本變形例中，設定為使燃料電池發電及廢熱供暖系統自動地起動和停止。早晨6點(時刻t1)起動，夜里24點停止。另外，在本變形例中，成為升溫裝置選擇的判定基準的利用熱量E，由考慮利用者的生活方式來決定。具體地是，以在起動時間帶(期間tA(時間t1～t2))的利用熱量ES2作為判定基準的熱量(以下稱為起動時間帶的利用熱量ESA)。在本說明書中，所謂“起動時間帶”是指從“燃料電池發電及廢熱供暖系統起動，至與其同時或以后開始的熱利用至超過規定時間停止的時間帶”。作為該規定時間，在本變形例中，使用60分鐘。但是，在熱利用的頻度因利用者利用熱的形式或利用者的多少而不同，因此，“起動時間帶”不是僅限于該規定時間(60分)。例如，在熱利用頻度多或利用者人數多的情況下，必需延長規定時間；相反，在熱利用頻度少或利用者人數少的情況下，必需縮短規定時間。這樣，可規定與使用情況一致的“起動時間帶”。
因此，在某日的殘存熱量Q和利用熱量E隨時間的變化，如圖5和圖6中的實線所示的情況下，計算部分105在步驟S4中判定，在次日起動時(時刻T1)，作為殘存熱量的Q的Q1是否是作為起動時間帶利用熱量ESA的利用熱量ES2和燃料電池升溫熱量QF的合計值以上。這里假設該殘存熱量Q1比利用熱量ES2和燃料電池升溫熱量QF的合計值小。在這種情況下，計算部分105判定殘存熱量Q不足燃料電池升溫熱量QF和起動時間帶的利用熱量ESA的合計值，利用冷卻水加熱器100使燃料電池1升溫(步驟S6)。這樣，當燃料電池1起動時，在根據生活方式估計有利用熱量(ES2)的情況下，可防止熱水中斷。另外，在圖5中，時間tA中的殘存熱量Q的減少量QL1相當于利用熱量ES2和燃料電池升溫熱量QF的合計值。
另一方面，在如圖6中的點劃線所示那樣，上述某日的18點～24點的時間帶中的利用熱量ES3較少的情況下，則如圖5點劃線所示，貯熱水槽16的殘存熱量Q最終成為Q2。這里假設該殘存熱量Q2比利用熱量ES3和燃料電池升溫熱量QF的合計值大。在這種情況下，次日早上起動時，計算部分105在步驟4中，判定殘存熱量Q在燃料電池升溫熱量QF和起動時間帶的利用熱量ESA的合計值以上，因此，利用殘存熱量Q起動燃料電池1。這樣，燃料電池的發電及廢熱供暖系統可確保期間tA的利用熱量ES2，并使燃料電池1升溫。結果，在期間tA，會產生與基于供給熱水的利用熱量ES2和燃料電池升溫熱量QF的合計值相當的殘存熱量Q的減少QL2，在供給熱水結束時，在t2不會有熱水中斷。
這樣，利用本變形例，根據運轉時在貯熱水槽16中貯存的殘存熱量Q，當燃料電池1起動時，不會產生利用者的供給熱水利用的不足，并可以有效地利用回收的廢熱。
在上述說明中，使用前日的起動時間帶tA的利用熱量ES2作為起動時間帶的利用熱量ESA，當結構簡單時，也可以將起動時間帶的利用熱量ESA作為固定值。
下面說明本實施例的變形例3。在變形例2中，考慮利用者的生活方式，設定判定升溫裝置選擇的閾值QLT，具體地是使用前日的起動時間帶tA中的利用熱量ES2作為起動時間帶的利用熱量ESA。但是，由于單個的利用熱量ES2因日子不同而變動，特別是在當日與前日之間變動大的情況下，會有不能適當地防止熱水中斷的情況。本變形例可解決這個問題。
圖7為表示本變形例的燃料電池發電及廢熱供暖系統的升溫裝置選擇動作的流程圖。
本變形例與變形例2有以下幾點不同。即如圖7所示，在步驟S3中，當判定為非起動時，計算部分105算出起動時間帶的利用熱量ESA(這里是作為起動時間帶的期間tA的利用熱量ES2)的每個規定期間的平均值ESAA，將該算出的起動時間帶的利用熱量ESA的平均值(以下稱為平均起動時間帶的利用熱量)ESAA存儲在存儲部分104中。作為上述規定期間，可以使用1星期，1個月或季節等。在每個比上述規定期間長的期間中，更新該平均起動時間帶的利用熱量ESAA。
另外，在步驟S4中，判定殘存熱量Q是否在燃料電池升溫熱量QF和平均起動時間帶的利用熱量ESAA的合計值以上。其他與變形例2相同。
采用這樣的本變形例，由于在升溫裝置選擇閾值OLT中，使用平均值ESAA作為所考慮的起動時間帶的利用熱量ESA，因此，升溫裝置選擇閾值QLT的變化小，在當日和前日之間的變動大的情況下，可以減少熱水的中斷。
(實施例2)在實施例1的變形例2和3中，考慮利用者的生活方式，來設定升溫裝置選擇閾值QLT，但利用者的生活方式，受季節變化的影響而變動。例如，一般早晨供給熱水和暖房等利用的熱量，在外界氣溫越低時，越增加。本發明的實施例2表示通過估計季節變化引起的起動時間帶的利用熱量的變化，來設定升溫裝置選擇閾值QLT的例子。
圖8為表示本發明的實施例2的燃料電池發電及廢熱供暖系統的結構的方框圖。在圖8中，與圖1相同或相當的部分用相同的符號表示，省略其說明。
本實施例中，將檢測外界氣溫的外界氣溫傳感器106配置在適當地方，將該外界氣溫傳感器106的溫度檢測信號輸入至控制裝置201的計算部分105中。計算部分105考慮該檢測的外界氣溫，選擇升溫裝置。作為外界氣溫傳感器106，使用熱敏電阻等溫度傳感器。此外的各點與實施例1(圖1和圖2的結構)相同。
其次，說明以上這樣構成的燃料電池發電及廢熱供暖系統的動作。圖9為表示圖8的燃料電池發電及廢熱供暖系統的升溫裝置選擇動作的流程圖。在圖9中，與圖4相同或相當的步驟用相同的符號表示，省略其說明。
在圖8和圖9中，本實施例中，計算部分105在步驟S2中計算燃料電池升溫熱量QF后，在步驟S15中，計算外界氣溫的修正量QH。另外，在步驟S4中，判定殘存熱量Q是否在燃料電池升溫熱量QF和基準起動時間帶的利用熱量QA和該修正量QH的合計值以上。其他與實施例1的圖1和圖2的結構相同。
以下，詳細說明與實施例1的不同點。
圖10為表示相對于外界氣溫TA變化的起動時間帶的利用熱量ESA的變化(以下稱為外界氣溫～起動時間帶利用熱量特性)的圖形。
一般，起動時間帶tA的利用熱量，隨著外界氣溫降低而增大。在本實施例中，預先將外界氣溫～起動時間帶的利用熱量特性存儲在控制裝置201的存儲部分104中。該外界氣溫～起動時間帶利用熱量特性用實驗和模擬等方法求出。圖10為表示該外界氣溫～起動時間帶熱量特性的一個例子。利用該外界氣溫～起動時間帶熱量特性，將設定升溫裝置選擇閾值QLT用的基準起動時間帶的利用熱量QA存儲在存儲部分104中。該基準的起動時間帶利用熱量QA可以設定為任意值，這里，在該外界氣溫～起動時間帶利用熱量特性中，設定為與標準的外界氣溫對應的起動時間帶的利用熱量。
在步驟S15中，計算部分105將從外界氣溫傳感器106輸入的外界氣溫檢測信號變換為溫度，取得外界氣溫TA，又從存儲部分104讀出外界氣溫～起動時間帶利用熱量特性和基準的起動時間帶利用熱量QA。另外，取得與外界氣溫～起動時間帶利用熱量特性上的外界氣溫TA(圖10中為TA1)對應的起動時間帶利用熱量ESA(圖10中為ESA1)與基準的起動時間帶利用熱量QA之差ΔESA作為修正量QH。
在步驟S4中，當殘存熱量Q在燃料電池升溫熱量QF和基準起動時間帶利用熱量QA及該修正量QH的合計值以上時，即Q≥QF+QA+QH＝QLT時，利用殘存熱量Q使燃料電池升溫(步驟S5)。
另一方面，當殘存熱量Q不足燃料電池升溫熱量QF、基準的起動時間帶利用熱量QA和該修正量QH的合計時，即Q＜QF+QA+QH＝QLT時，利用冷卻水加熱器100使燃料電池升溫(步驟S6)。
如上所述，根據本實施例，即使季節變化使起動時間帶tA的利用熱量變化，由于自動地跟蹤修正升溫裝置選擇閾值QLT，因此燃料電池起動時不會造成熱水中斷，可以提供很方便而節能量的發電及廢熱供暖系統。
如上述說明中，利用實驗等方法求出外界氣溫～起動時間帶利用熱量特性，起動時間帶利用熱量ESA與實施例1同樣求出，將該起動時間帶利用熱量ESA和用外界氣溫傳感器106檢測的外界氣溫TA存儲積蓄在存儲部分104中。計算部分105用回歸分析等方法，統計處理該積蓄的起動時間帶利用熱量ESA和外界氣溫TA，得到外界氣溫～起動時間帶利用熱量特性。
其次，說明本實施例的變形例1。
在本變形例中，在圖8中省略檢測外界氣溫的外界氣溫傳感器106。計算部分105計算按月的平均起動時間帶利用熱量。根據該按月的平均起動時間帶利用熱量，選擇升溫裝置，結果可以考慮外界氣溫來選擇升溫裝置。此外各點與圖8和圖9的結構相同。
以下詳細說明與圖8和圖9結構的不同點。
圖11為表示本變形例的燃料電池發電及廢熱供暖系統的升溫裝置選擇動作流程圖。圖12為表示本變形例的燃料電池發電及廢熱供暖系統的按月平均起動時間帶的利用熱量隨時間變化的圖形。
在圖8和圖11中，在本變形例中，計算部分105在步驟S2中計算燃料電池升溫熱量QF后，在步驟S13中，與實施例1的變形例2同樣，計算利用熱量E。
然后，在步驟S15中，計算外界氣溫的修正量QH。在步驟S3中判定為非起動的情況下，以后在步驟S14′中，作成按月的起動時間帶利用熱量變化曲線。其他與圖9的升溫裝置選擇動作相同。
具體地是，在步驟S14′中，計算部分105在步驟S13中計算的利用熱量E中，在按每月合計計算起動時間帶利用熱量ESA后，將其值用月的天數除，算出每月的平均起動時間帶利用熱量(以下稱為按月的平均起動時間帶利用熱量)ESAA，將它與該月一起(有關聯)存儲在存儲部分104中。例如，保存從現在起至過去的1年時間的該數據，經過一年，就順序消去(寫上新的數據)。另外，如圖12所示，計算部分105在時間軸～按月平均起動時間帶利用熱量ESAA軸平面上，用直線連接過去1年中的各月平均時間帶利用熱量ESAA的圖(圖之間用直線插補)，作成一年間的按月平均起動時間帶的利用熱量ESAA隨時間變化的曲線(以下稱為按月起動時間帶的利用熱量變化曲線)，將它存儲在存儲部分104中。
另一方面，利用該按月的起動時間帶利用熱量變化曲線，將設定升溫裝置選擇閾值QLT用的基準起動時間帶的利用熱量QA存儲在存儲部分104中。該基準起動時間帶利用熱量QA可以設定為任意的值，在該按月的起動時間帶利用熱量變化曲線中，設定標準的按月起動時間帶的利用熱量。
另外，在步驟S15中，計算部分105從計時部分103取得現在時刻，再從存儲部分104讀出按月的起動時間帶利用熱量變化曲線和基準起動時間帶利用熱量QA。取得與按月起動時間帶利用熱量變化曲線上的現在時刻t(圖12中的t3)對應的按月平均起動時間帶的利用熱量ESAA(圖12中的ESAA1)和基準起動時間帶利用熱量QA之差ΔESAA作為修正量QH。
在步驟S4中，當殘存熱量Q在燃料電池升溫熱量QF和基準起動時間帶利用熱量QA及該修正量QH的合計值以上時，即Q≥QF+QA+QH＝QLT時，利用殘存熱量Q使燃料電池升溫(步驟S5)。
另一方面，當殘存熱量Q不足燃料電池升溫熱量QF、基準起動時間帶利用熱量QA和該修正量QH的合計值時，即Q＜QF+QA+QH＝QLT時，利用冷卻水加熱器100使燃料電池升溫(步驟S6)。
這樣，利用本變形例，即使由于季節變化使起動時間帶的利用熱量變化，由于可以自動地跟蹤修正升溫裝置選擇閾值QLT，因此燃料電池起動時，不會使熱水中斷，可以提供很方便而且節省能量的發電及廢熱供暖系統。而且可以省略外界氣溫傳感器106。
在上述說明中，利用實時計算求出按月的起動時間帶利用熱量隨時間變化的曲線，但在結構簡單的情況下，可以預先用實驗等方法求出該變化曲線，存儲在存儲部分104中。
如上所述，可以根據外界氣溫～起動時間帶利用熱量特性和按月起動時間帶利用熱量隨時間變化的曲線中的任何一個，求出修正量QH，也可以根據兩者求出。在這種情況下，可以根據外界氣溫～起動時間帶利用熱量特性和按月的起動時間帶利用熱量隨時間變化的曲線，分別求出修正量QH′，QH″，通過按規定比率加權計算該修正量QH′，QH″，可求出修正量QH。
(實施例3)圖13為表示本發明的實施例3的燃料電池發電及廢熱供暖系統結構的方框圖。在圖13中，與圖8相同或相當的部分用相同的符號表示，省略其說明。
如圖13所示，在本實施例中，檢測供給熱水溫度的供給熱水溫度傳感器107配置在供給利用貯熱水槽16中的貯存水的管路33上。該供給熱水溫度傳感器107的輸出，輸入至控制裝置201的計算部分105中。計算部分105考慮該檢測的供給熱水的溫度，選擇升溫裝置。其他與實施例2相同。
其次，說明以上結構的燃料電池發電及廢熱供暖系統的動作。
圖14為表示圖13的燃料電池發電及廢熱供暖系統的升溫裝置選擇動作的流程圖。
在圖14中，與圖9相同或相當的步驟用相同的符號表示，省略其說明。
如圖14所示，在本實施例中，計算部分105在步驟S15中，計算外界氣溫的修正量QH后，在步驟S16中，計算考慮熱水中斷的修正系數Kh。具體地是，將溫度檢測信號從供給熱水傳感器107輸入至計算部分105中，計算部分105變換該溫度檢測信號，取得供給熱水溫度。另一方面，將供給熱水的溫度的規定閾值預先存儲在存儲部分104中。該閾值設定為自來水的通常溫度。計算部分105從存儲部分104讀出該閾值，與上述取得的供給熱水溫度比較。當供給熱水溫度在閾值以下時，則判定發生熱水中斷。當發生熱水中斷時，供給熱水的溫度降低至自來水的溫度。
另外，在步驟S16中，根據計算的修正量QH算出累計的修正系數Kh。該修正系數Kh為1.0以上的值，根據每隔一定時間(例如一天)發生的熱水中斷次數相應地增加。
在步驟S4中，計算部分105判定殘存熱量Q是否在燃料電池升溫熱量QF、基準的起動時間帶利用熱量QA、修正量QH和修正系數Kh的積的合計值以上。
當殘存熱量Q為燃料電池升溫熱量QF、基準起動時間帶利用熱量QA、修正量QH和修正系數Kh的積的合計值以上時，即Q≥QF+QA+QH·Kh＝QLT時，利用殘存熱量Q使燃料電池升溫(步驟S5)。
另一方面，當殘存熱量Q不足燃料電池升溫熱量QF，基準起動時間帶利用熱量QA、與修正量QH和修正系數Kh的積的合計值時，即Q＜QF+QA+QH·Kh＝QLT時，利用冷卻水加熱器100使燃料電池升溫(步驟S6)這樣，利用本實施例，在萬一由于利用者的利用熱量增加，發生熱水中斷的情況下，由于可以即刻進行對應的處理(自動增加升溫裝置選擇閾值QLT，控制跟蹤實際情況地對發電及廢熱供暖系統進行控制)，不會產生燃料電池1起動時的熱利用再次不足，可以提供非常方便，而節省能量的發電及廢熱供暖系統。
在實施例2的變形例1中，與上述相同，可以應用上述結構，在這種情況下，將在上述步驟S16中求出的修正系數Kh，與在實施例2的變形例1中計算的修正量QH相乘，在步驟S4中，判定殘存熱量Q是否在燃料電池升溫熱量QF，基準起動時間帶利用熱量QA，與修正量QH和修正系數Kh的積的合計值以上。
(實施例4)本發明的實施例4是實施例1的變形例1的進一步變形。本實施例的燃料電池發電及廢熱供暖系統的硬件，與圖8所示的實施例2的燃料電池發電及廢熱供暖系統相同。即在實施例的變形例1的燃料電池發電及廢熱供暖系統的硬件結構中(圖1)，附加外界氣溫傳感器106。控制裝置201的計算部分105考慮外界氣溫和貯存水的溫度，選擇升溫裝置。其他與實施例1的變形例1相同。
以下具體地說明。
圖15為表示本發明的實施例4的發電及廢熱供暖系統的升溫裝置選擇動作的流程圖。在圖15中，與圖3相同的步驟用相同的符號表示，省略其說明。
如圖8和圖15所示，在本實施例中，在步驟S11中，計算部分105取得貯存水溫度TW和燃料電池運轉溫度TO后，在步驟S17中，計算部分105變換從外界氣溫傳感器106輸入的溫度檢測信號，取得外界氣溫。
在步驟S3中，計算部分105判定殘存熱量Q是否在燃料電池升溫熱量QF以上。當殘存熱量Q不足燃料電池升溫熱量QF時，用冷卻水加熱器100時使燃料電池1升溫。當殘存熱量Q在燃料電池升溫熱量QF以上時，進入步驟S12。
在步驟S12中，計算部分105判定貯存水溫度TW是否在燃料電池運轉溫度TO以上。當貯存水溫度TW為燃料電池運轉溫度TO以上時，利用殘存熱量Q使燃料電池1升溫(步驟S5)，當貯存水溫度TW不足燃料電池運轉溫度TO時，進入步驟S18。
在步驟S18中，計算部分105判定貯存水溫度TW是否在外界氣溫TA以上。當貯存水溫度TW不足外界氣溫TA時，用冷卻水加熱器100使燃料電池1升溫。另一方面，當貯存水溫度TW為外界氣溫TA以上時，用殘存熱量Q和冷卻水加熱器100二者(組合)使燃料電池1升溫。在這種情況下，計算部分105首先利用殘存熱量Q使燃料電池1升溫，然后在通風管溫度傳感器202檢測的通風管溫度接近貯存水溫度TW的時刻，停止用殘存熱量Q使燃料電池1升溫。以后，利用冷卻水加熱器100使燃料電池1升溫。
(實施例5)本發明的實施例5是在實施例1～3中，如下這樣改變燃料電池1的升溫動作。
即在實施例1～3的升溫裝置選擇動作的步驟S5中，并用利用殘存熱量Q使燃料電池1升溫，和利用冷卻水加熱器100使燃料電池1升溫，以前者為主后者為輔(前者所占的比例比后者所占的比例大)。另外，在步驟S6中，并用利用冷卻水加熱器100使燃料電池1升溫，和利用殘存熱量Q使燃料電池1升溫，以前者為主，后者為輔(前者所占比例比后者所占比例大)。在這種情況下，利用殘存熱量Q使燃料電池1升溫動作，和利用冷卻水加熱器100使燃料電池1升溫動作的比率(分配)，由時間分配或冷卻水流量分配決定。
在圖1，8，13中，在按時間分配決定用殘存熱量Q使燃料電池1升溫，和利用冷卻水加熱器100使燃料電池1升溫的比率情況下，可以切換利用殘存熱量Q使燃料電池1升溫和利用冷卻水加熱器100使燃料電池1升溫，達到兩者的時間所決定的比率。
另一方面，在由冷卻水的流量分配決定利用殘存熱量Q使燃料電池1升溫和利用冷卻水加熱器100使燃料電池1升溫的比率的情況下，可同時開放流量調整閥13和流量調整閥14，調整二者的閥的開度，使通過二者的冷卻水的流量的比率成為該決定的比率。另外，冷卻水泵9和冷卻水加熱器10工作，同時，貯水泵20工作，控制循環方向切換裝置17，使貯存的水按B方向循環。
這種結構可以得到與實施例1～3大致相同的效果。但是，在實施例1～3中，只利用殘存熱量起動燃料電池1時，在并用冷卻水加熱器100時燃料電池發電及廢熱供暖系統的能量效率低。另一方面，在實施例1～3中，當只利用冷卻水加熱器100起動燃料電池1時，在并用殘存熱量Q的情況下，利用者在起動時間帶tA中可利用的熱量(這里為供給熱水量)減少。
另外，在實施例1～5中，以在垂直方向設置間隔，將多個溫度傳感器貼在貯熱水槽16的表面上構成殘存熱量檢測裝置101；但如圖1，8，13所示，也可以用分別配置在熱交換器12的出口和入口(在按箭頭A方向使貯存水流動時)的熱交換器出口溫度傳感器18和熱交換器入口溫度傳感器19，及配置在廢熱回收管路15a，15b上的圖中沒有示出的流量計構成的該殘存熱量檢測裝置。在計算部分105中，可從熱交換器出口溫度傳感器18和熱交換器入口溫度傳感器19的溫度差，與用流量計檢測的、在廢熱回收管路15a，15b的流動的貯存水的流量的積，計算廢熱回收熱量，也可從該廢熱回收熱量中減去利用熱量E，計算殘余的熱量。
另外，在實施例1～5中，表示在供給熱水地利用回收的廢熱的情況，在暖房或干燥等時利用該回收的廢熱的情況下，同樣可采用本發明來得到同樣的效果。
另外，在實施例1～5中，貯熱水槽16是層疊沸騰式的，但也可以利用層疊沸騰式以外的形式構成貯熱水槽。
另外，在實施例1～5中，分別利用不凍液作為內部熱輸送媒體，水作為外部熱輸送媒體，但也可以使用它們以外的熱輸送媒體。
在實施例1～5中，利用一個控制裝置201控制燃料電池發電及廢熱供暖系統全體的動作和升溫裝置選擇動作，但也可以和燃料電池發電及廢熱供暖系統的多個所需要的構成元件對應，配置多個控制裝置，使該多個控制裝置共同工作，控制各個構成元件和燃料電池發電及廢熱供暖系統全體的動作。因此，在本說明書中，所謂控制裝置是指單獨的控制裝置和由共同工作的多個控制裝置組成的控制裝置組兩者。
另外，在實施例1～5中，控制裝置201利用由內部存儲器構成的存儲部分104作為存儲裝置，但利用信息記錄媒體、和安裝該信息記錄媒體并將信息寫入其中和讀出的信息記錄媒體驅動裝置作為存儲裝置也可以。
產業上利用的可能性本發明的燃料電池發電及廢熱供暖系統可作為能防止熱水中斷，提高方便性的燃料電池發電及廢熱供暖系統等使用。
權利要求
1.一種燃料電池發電及廢熱供暖系統，它具有燃料電池；使內部熱輸送媒體循環從而使所述燃料電池和所述內部熱輸送媒體進行熱交換的冷卻系統；加熱所述內部熱輸送媒體的內部熱輸送媒體加熱器；利用者可利用地貯存外部熱輸送媒體的熱利用部分；通過所述熱利用部分使該外部熱輸送媒體循環，從而使所述冷卻系統的內部熱輸送媒體與外部熱輸送媒體熱交換的廢熱利用系統；檢測所述熱利用部分的殘存熱量的殘存熱量檢測裝置；以及控制裝置，所述控制裝置判定所述燃料電池起動時，所述檢測出的所述熱利用部分的殘存熱量，是否為作為使所述燃料電池升溫至運轉溫度所必要的熱量的燃料電池升溫熱量以上的某個閾值熱量以上，根據該判定結果，決定通過熱交換將所述熱利用部分的殘存熱量傳遞給所述內部熱輸送媒體，使所述燃料電池升溫的第一升溫動作，和利用所述內部熱輸送媒體加熱器，加熱所述內部熱輸送媒體，使所述燃料電池升溫的第二升溫動作的分配，利用該第一升溫動作及/或該第二升溫動作，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度。
2.如權利要求1所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，所述控制裝置，在所述殘存熱量在所述閾值熱量以上的情況下，以所述第一升溫動作為主，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度，而在所述殘存熱量不足所述閾值熱量的情況下，以所述第二升溫動作為主，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度。
3.如權利要求1所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，具有檢測貯存在所述熱利用部分中的外部熱輸送媒體的溫度的裝置；所述控制裝置，在所述殘存熱量不足所述閾值熱量的情況下，以所述第二升溫動作為主，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度，在所述殘存熱量在所述閾值熱量以上的情況下，判定所述檢測出的外部熱輸送媒體的溫度是否在所述運轉溫度以上，根據該判別定結果，決定所述第一升溫動作和所述第二升溫動作的分配，利用該第一升溫動作及/或者該第二升溫動作，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度。
4.如權利要求3所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，所述控制裝置，在所述外部熱輸送媒體的溫度在所述運轉溫度以上的情況下，以所述第一升溫動作為主，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度，而在所述外部熱輸送媒體的溫度不足所述運轉溫度的情況下，以所述第二升溫動作為主，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度。
5.如權利要求1所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，具有檢測所述燃料電池的外部氣溫的裝置；所述控制裝置，在所述外部熱輸送媒體的溫度在所述運轉溫度的以上的情況下，以所述第一升溫動作為主，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度，而在所述外部熱輸送媒體的溫度不足所述運轉溫度的情況下，判定所述外部熱輸送媒體的溫度是否在所述檢測出的外部的氣溫以上，根據該判定結果，決定所述第一升溫動作和所述第二升溫動作的分配，利用該第一升溫動作及/或者該第二升溫動作，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度。
6.如權利要求5所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，所述控制裝置，在所述外部熱輸送媒體的溫度在所述檢測出的外部氣溫以上的情況下，將所述第一升溫動作和所述第二升溫動作組合，使所述燃料電池升溫達到所述運轉溫度，而在所述外部熱輸送媒體的溫度不足所述檢測出的外部氣溫的情況下，以所述第二升溫動作為主，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度。
7.如權利要求1所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，所述閾值熱量由所述燃料電池升溫熱量和規定的熱量構成，所述控制裝置，在所述殘存熱量在所述閾值熱量以上的情況下，以所述第一升溫動作為主，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度，而在所述殘存熱量不足所述閾值熱量的情況下，以所述第二升溫動作為主，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度。
8.如權利要求7所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，所述規定的熱量是在從所述燃料電池起動時的該起動時刻經過規定時間的起動時間帶中，假定為利用者所利用的起動時間帶的利用熱量。
9.如權利要求8所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，具有檢測貯存在所述熱利用部分中的外部熱輸送媒體所利用的利用熱量的裝置；取得時刻的裝置；和具有與所述取得的時刻一起，存儲所述檢測出的利用熱量的存儲裝置，所述控制裝置根據與所述時刻一起存儲的所述利用熱量，算出所述起動時間帶的利用熱量。
10.如權利要求9所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，所述控制裝置取得經過規定期間的平均值，算出所述起動時間帶的利用熱量。
11.如權利要求9所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，所述規定的熱量由固定量和修正量組成，所述控制裝置根據所述算出的起動時間帶的利用熱量，改變所述修正量。
12.如權利要求7所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，具有檢測所述燃料電池的外部氣溫的裝置，所述控制裝置根據所述檢測出的外部氣溫，改變所述規定的熱量。
13.如權利要求7所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，具有檢測所述利用的外部熱輸送媒體的溫度的裝置，所述控制裝置根據所述檢測出的利用的外部熱輸送媒體的溫度在規定值以下的頻度，改變所述規定的熱量。
14.如權利要求1所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，所述外部熱輸送媒體為水，并且所述熱利用部分為貯熱水槽。
15.如權利要求14所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，所述貯熱水槽為層疊沸騰類型的結構。
16.如權利要求2所述的燃料電池發電及廢熱供暖系統，其特征為，所述控制裝置，在所述殘存熱量在所述閾值熱量以上的情況下，只利用所述第一升溫動作，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度，而在所述殘存熱量不足所述閾值熱量的情況下，只利用所述第二升溫動作，使所述燃料電池升溫至所述運轉溫度。
全文摘要
本發明的燃料電池發電及廢熱供暖系統具有燃料電池；使內部熱輸送媒體循環從而使燃料電池和內部熱輸送媒體進行熱交換的冷卻系統；加熱內部熱輸送媒體的內部熱輸送媒體加熱器；利用者可利用地貯存外部熱輸送媒體的熱利用部分；通過熱利用部分使該外部熱輸送媒體循環，從而使冷卻系統的內部熱輸送媒體與外部熱輸送媒體熱交換的廢熱利用系統；檢測熱利用部分的殘存熱量的殘存熱量檢測裝置；以及控制裝置。控制裝置判定燃料電池起動時檢測出的熱利用部分的殘存熱量，是否超過作為使燃料電池外溫至運轉溫度所必要的熱量的燃料電池升溫熱量以上的某個閾值熱量；根據該判定結果，決定通過熱交換將熱利用部分的殘存熱量傳遞給內部熱輸送媒體，使燃料電池升溫的第一升溫動作；和利用內部熱輸送媒體加熱器，加熱內部熱輸送媒體，使燃料電池升溫的第二升溫動作的分配；利用該第一升溫動作或該第二升溫動作，使燃料電池升溫至運轉溫度。
文檔編號H01M8/00GK1577932SQ20041007089
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月23日 優先權日2003年7月23日
發明者宮內伸二, 上田哲也, 山本義明 申請人:松下電器產業株式會社