特許 7391758 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-27

(45)【発行日】2023-12-05

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20231128BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20231128BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20231128BHJP

   F24H 1/00 20220101ALI20231128BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/00 Z

H01M8/0432

F24H1/00 631A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020075015

(22)【出願日】2020-04-20

(65)【公開番号】P2021174592

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2023-02-09

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 令和１年１０月３１日 リモコン取扱説明書（浴室リモコンＦＣ－７１８－ＳＯ－ＦＮ）（台所リモコンＭＣ－Ｈ７１８Ｆ－ＳＯＥＮ－ＦＮ）（増設リモコンＳＣ－７１７ＥＬ）

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000170130

【氏名又は名称】パーパス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 素生

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 裕介

(72)【発明者】

【氏名】伴野 卓也

(72)【発明者】

【氏名】小野 一弥

(72)【発明者】

【氏名】佐野 宏貴

【審査官】笹岡 友陽

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－３３３２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２１５７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０２５６８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／００

Ｈ０１Ｍ ８／０４３２

Ｆ２４Ｈ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス燃料を用いて発電する燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールからの排熱を利用して加熱された水を蓄える貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの湯温を計測する温度計と、
前記温度計により計測された湯温と上水の温度とに基づいて、蓄熱表示部への蓄熱状態表示を制御する表示制御部と、
を備え、
前記表示制御部は、上水温度よりもΔＴ℃高い温度を第１基準温度、前記第１基準温度よりも高い温度を第２基準温度とすると、前記第１基準温度よりも低い低温表示、前記第１基準温度以上且つ前記第２基準温度以下の中温表示、及び前記第２基準温度よりも高い高温表示、の３つの蓄熱状態表示を区別して前記蓄熱表示部へ表示する、
燃料電池システム。

【請求項2】

前記ΔＴ℃は、０℃～６０℃の範囲内である、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記第２基準温度は、３２℃～７５℃の範囲内である、請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記蓄熱表示部は、同一表示部分について色を異ならせることにより、前記蓄熱状態表示を行うこと、を特徴とする、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システムに係り、特に、電気エネルギーと共に熱エネルギーを供給するコージェネレーションの燃料電池システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、燃料電池システムにおいて、燃料電池で発電すると共に、燃料電池からの排熱により水を加熱し、貯湯タンクで蓄熱を行うコージェネレーションシステムが提案されている。貯湯タンクに貯留された湯は、湯の使用量や発電状態により所定の温度以上の湯量が変化する。

【0003】

例えば、特許文献１には、温度調整スイッチでの操作に対応したレベルが表示される表示部が開示されている。しかしながら、タンク内の湯温に応じた表示は行われていない。ユーザーに対して、湯の適切な使用について指標を示すことが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許６５０２５６２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので有り、貯湯タンクの湯温に基づいて、ユーザーに、適切な湯の使用の指標を示すことが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の請求項１に記載の燃料電池システムは、ガス燃料を用いて発電する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールからの排熱を利用して加熱された水を蓄える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの湯温を計測する温度計と、前記温度計により計測された湯温と上水の温度とに基づいて、蓄熱表示部への蓄熱状態表示を制御する表示制御部と、を備えている。

【0007】

請求項１に係る燃料電池システムによれば、貯湯タンクの湯温と上水の温度とに基づいて、蓄熱表示部への蓄熱状態表示が行われる。したがって、単なる貯湯タンクの湯温だけでなく、上水と貯湯タンクの湯温とに基づいて、適切な湯の使用指標をユーザーへ示すことができる。

【0008】

本発明の請求項１に記載の燃料電池システムは、前記表示制御部は、上水温度よりもΔＴ℃高い温度を第１基準温度、前記第１基準温度よりも高い温度を第２基準温度とすると、前記第１基準温度よりも低い低温表示、前記第１基準温度以上且つ前記第２基準温度以下の中温表示、及び前記第２基準温度よりも高い高温表示、の３つの蓄熱状態表示を区別して前記蓄熱表示部へ表示する。

【0009】

請求項１に係る燃料電池システムによれば、蓄熱表示部には、低温表示、中温表示、高温表示が区別されて表示される。低温表示は、上水温度よりもΔＴ℃高い第１基準温度よりも低い温度に対応した表示である。中温表示は、第１基準温度以上且つ第１基準温度よりも高い第２基準温度以下の温度に対応した表示である。高温表示は、第２基準温度よりも高い温度の表示である。

【0010】

このように、温度表示を区別して行うことにより、よりわかりやすく、適切な湯の使用指標をユーザーへ示すことができる。

【0011】

本発明の請求項２に記載の燃料電池システムは、前記ΔＴ℃は、０℃～６０℃の範囲内である。

【0012】

第１基準温度を、このような上水温度よりもΔＴ℃高い範囲内に設定することにより、蓄熱表示部に低温表示が行われている時には、蓄熱量が少なく湯の使用に適していない状態であることを示すことができる。

【0013】

本発明の請求項３に記載の燃料電池システムは、前記第２基準温度は、３２℃～７５℃の範囲内である。

【0014】

第２基準温度を、このような範囲内に設定することにより、蓄熱表示部に高温表示が行われている時には、蓄熱量が多く湯の使用を積極的に行うことが提案されている状態であることを示すことができる。

【0015】

本発明の請求項４に記載の燃料電池システムは、前記蓄熱表示部は、同一表示部分について色を異ならせることにより、前記蓄熱状態表示を行うこと、を特徴とする。

【0016】

請求項４に記載の燃料電池システムによれば、異なる色を用いることにより、わかりやすい蓄熱状態表示を行うことができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、貯湯タンクの湯温に基づいて、ユーザーに、湯の適切な使用について指標を示すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。

【図2】本実施形態に係るコントローラの構成を示すブロック図である。

【図3】本実施形態に係る操作リモコンの正面図である。

【図4】本実施形態に係る蓄熱状態表示処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の一例について詳細に説明する。

【0020】

図１には、本実施形態に係る燃料電池システム１０の概略図が示されている。

【0021】

燃料電池システム１０は、燃料電池ユニット１２を備えている。燃料電池ユニット１２には、貯湯タンク１４が併設されており、燃料電池システム１０は、所謂コージェネレーションシステムである。

【0022】

なお、本実施形態では、燃料電池ユニット１２に貯湯タンク１４が設けられている構成を一例としているが、燃料電池ユニット１２と貯湯タンク１４とは、別々のユニットであってもよい。

【0023】

燃料電池ユニット１２は、コントローラ１６、脱硫器２０、燃料電池（ＦＣ）モジュール２２、インバータ２８、熱交換器３０、貯湯タンク１４を備えている。

【0024】

脱硫器２０は、ガス供給管１８から供給されるガス（例えば、都市ガス１３Ａ）に含まれている硫黄分や硫黄化合物を除去する。

【0025】

燃料電池モジュール２２は、内部に改質部及び発電部を有している。改質部では、脱硫器２０を経たガスが、水素を主成分とするガスに改質される。発電部では、水素を利用して発電を行う。燃料電池モジュール２２の発電部からの電力は、インバータ２８によって交流に変換された後、家屋４８内の家電２４（家庭電化製品）や照明２６等の電力負荷で消費される。

【0026】

貯湯タンク１４には、湯が貯留されている。当該湯は、燃料電池モジュール２２から排出される高温の排ガスと熱交換器３０での熱交換により加熱される。貯湯タンク１４の湯は、直接または間接的に熱交換を行うことにより、家屋４８の内部の給湯設備４９（シャワー、風呂、シンク等）への給湯用、及び床暖房や空調設備等での熱交換用として利用される。貯湯タンク１４に貯留された湯をこのように利用することにより、発電に伴って発生する熱を利用できることから、別途燃料を用いて湯を加熱し、給湯、熱交換を行う場合と比較して、省エネルギーとなる。

【0027】

（コントローラ１６の構成）

【0028】

図２に示されるように、コントローラ１６は、ＣＰＵ３４、ＲＡＭ３６、ＲＯＭ３８、ストレージ３５、Ｉ／Ｏ４０、及びこれらを接続するデータバスやコントロールバス等のバスを備える。ＲＯＭ３８には、後述する蓄熱状況表示処理のプログラム、第１基準温度Ｔ１、第２基準温度Ｔ２などのデータが格納されている。

【0029】

Ｉ／Ｏ４０には、燃料電池ユニット１２の制御対象機器１２Ｄが接続されている。コントローラ１６の制御により、制御対象機器１２Ｄのそれぞれの動作が制御される。また、Ｉ／Ｏ４０には、リモコンパネル４６、タンク温度計１５、上水温度計１７、が接続されている。

【0030】

リモコンパネル４６は、燃料電池システム１０が設置される対象の家屋４８（図１参照）の内部に設置され、利用者が燃料電池システム１０に関して指令を入力するための機能や、燃料電池システム１０の状態を表示する機能を有する。リモコンパネル４６には、貯湯タンク１４における蓄熱状態が蓄熱表示部６６（図３参照）に表示される。

【0031】

タンク温度計１５は、貯湯タンク１４に設けられ、貯湯タンク１４に蓄えられた湯の上側の湯温を測定する。タンク温度計１５で測定された温度をタンク湯温Ｗ１とする。上水温度計１７は、上水の温度を測定する。ここでの上水は、貯湯タンク１４へ直接供給される上水であってもよいし、貯湯タンク１４の湯と熱交換により加熱される上水であってもよい。上水温度計１７は、貯湯タンク１４の湯により加熱される上水の温度を測定できるのであれば、上水を直接的に貯湯タンク１４へ供給する配管に設けてもよいし、他の設備（例えばバックアップ給湯器）などに供給される上水の温度を測定できる箇所に設けてもよい。上水温度計１７で測定された温度を上水温度Ｗ２とする。

【0032】

図１に示されるように、ガス供給管１８には、マイコンメータ５０が取り付けられている。マイコンメータ５０の下流側には、分岐部Ｂ１が設けられ、その一方の枝管１８Ａが燃料電池ユニット１２へガスを供給し、他方の枝管１８Ｂが家屋４８内のガス機器（コンロ５２、ガスファンヒータ５４等）へガスを供給する。

【0033】

マイコンメータ５０は、供給するガスの流量を計測すると共に、ガスの供給における異常を監視する複数の機能（異常流出監視機能、感震機能、圧力監視機能、長時間使用監視機能、微量漏洩監視機能等）を有している。

【0034】

ここで、第１基準温度Ｔ１、第２基準温度Ｔ２、及び蓄熱状態について説明する。第１基準温度Ｔ１は、上水温度Ｗ２よりもΔＴ℃高い温度である。ΔＴ℃は、上水の予熱により得られる熱量が、当該予熱に必要なコスト（補機の消費電力）または予熱に必要なエネルギーと同程度になるように設定される。ΔＴ℃としては、０℃～６０℃の範囲内であることが好ましい。

【0035】

また、第２基準温度Ｔ２は、第１基準温度Ｔ１よりも高い温度、且つ、給湯設定温度を出湯するための最低温度である。第２基準温度Ｔ２としては、３２℃～７５℃の範囲内であることが好ましい。第１基準温度Ｔ１及び第２基準温度Ｔ２は、後述する蓄熱状況表示処理での判断に用いられる。

【0036】

貯湯タンクの蓄熱状態は、リモコンパネル４６の蓄熱表示部６６に表示され、タンク温度計１５で測定されたタンク湯温Ｗ１が、第１基準温度Ｔ１よりも低い低温表示Ｌ、第１基準温度Ｔ１以上で第２基準温度Ｔ２よりも低い中温表示Ｍ、第２基準温度Ｔ２以上の高温表示Ｈ、の３種類を区別して表示する。本実施形態では、一例として、低温表示Ｌを青、中温表示Ｍを黄、高温表示Ｈを赤、の色で表示する。なお、３種類の異なる蓄熱状態を、色以外の表示としてもよい。例えば、アルファベット「Ｌ、Ｍ、Ｈ」で区別してもよいし、「低、中、高」、で区別する表示としてもよい。

【0037】

図３は、本実施の形態に係るリモコンパネル４６の正面図である。

【0038】

図３に示されるように、リモコンパネル４６は外観が矩形状で、メインパネル５６の上部には、タッチパネル部６４が配置されている。

【0039】

タッチパネル部６４は、時刻や運転状況、設定された数値等が表示されると共に、表示面の一部又は全部に重なるように、タッチパッド部が敷設され、ユーザーのタッチ操作を認識することができるようになっている。図３においてメインパネル５６の表示は運転状況画面の一例で有り、タッチパッド部である「画面切替」にタッチすることにより、メインパネル５６を各種の別画面に切り替えることができる。

【0040】

また、タッチパネル部６４よりも下側のメインパネル５６は、複数の操作スイッチ群の配置領域６８となっている。操作スイッチ群は、所謂ハードスイッチであり、給湯及び発電に関わる操作スイッチが配列されている。

【0041】

なお、図３に示すリモコンパネル４６は、タッチパネル部６４、及び操作スイッチ群の配置位置、数、機能、形状等は、型式、年式、バージョン等によって変更される場合があり、図３のリモコンパネル４６の形状に限定されるものではない。

【0042】

次に、本実施形態の燃料電池システム１０における、蓄熱状態表示処理について説明する。蓄熱状態表示処理は、燃料電池システム１０の運転中、図４に示すフローに基づいた処理が継続して行われる。

【0043】

まずステップＳ１２で、蓄熱表示部６６に低温表示Ｌの青色を表示し、ステップＳ１４で、タンク湯温Ｗ１を取得してタンク湯温Ｗ１が第１基準温度Ｔ１よりも低いか否かを判断する。判断が肯定された場合には、ステップＳ１２へ戻り、低温表示Ｌを継続する。判断が否定された場合、すなわち、取得したタンク湯温Ｗ１が第１基準温度Ｔ１以上の場合には、ステップＳ１６で、蓄熱表示部６６に中温表示Ｍの黄色を表示する。

【0044】

次に、ステップＳ１８で、タンク湯温Ｗ１を取得してタンク湯温Ｗ１が第１基準温度Ｔ１－Ｔ０℃よりも低いか否かを判断する。ここでのＴ０℃は、２℃～３℃程度で設定される。これにより、上水温度やタンク湯温Ｗ１に２℃～３℃程度のバラツキや温度低下があっても、蓄熱表示が維持され、安定した表示を行うことができる。

【0045】

ステップＳ１８での判断が肯定された場合には、ステップＳ１２へ戻り、低温表示Ｌを行う。

【0046】

ステップＳ１８での判断が否定された場合には、ステップＳ２０で、タンク湯温Ｗ１を取得してタンク湯温Ｗ１が第２基準温度Ｔ２よりも低いか否かを判断する。判断が肯定された場合には、ステップＳ１６へ戻り、中温表示Ｍを継続する。判断が否定された場合、すなわち、取得したタンク湯温Ｗ１が第２基準温度Ｔ２以上の場合には、ステップＳ２２で、蓄熱表示部６６に高温表示Ｈの赤色を表示する。

【0047】

次に、ステップＳ２４で、タンク湯温Ｗ１を取得してタンク湯温Ｗ１が第２基準温度Ｔ２－Ｔ０℃よりも低いか否かを判断する。判断が肯定された場合には、ステップＳ１６へ戻り、中温表示Ｍを行う。判断が否定された場合には、ステップＳ２２へ戻り、高温表示Ｈを継続する。

【0048】

本実施形態の燃料電池システム１０では、タンク湯温Ｗ１だけでなく、上水温度Ｗ２を加味した温度（第１基準温度Ｔ１）に基づいて、蓄熱表示を行うので、より適切な湯の使用指標をユーザーへ示すことができる。例えば、ユーザーは、蓄熱表示部６６に高温表示Ｈの赤色が表示されている場合には、積極的に湯を使用することが推奨される。また、蓄熱表示部６６に中温表示Ｍの黄色が表示されている場合には、省エネルギーのまま湯の使用は可能であるが、風呂の湯張りなどの大量の湯の使用を控えることが推奨される。また、蓄熱表示部６６に低温表示Ｌの青色が表示されている場合には、湯の使用は時間をおいて行うことが推奨される。

【0049】

なお、一般的に、給湯の際にバックアップ熱源機が単独で上水を加熱するか（Ａ）、貯湯タンク１４の湯で上水を予熱した後にバックアップ熱源機で加熱するか（Ｂ）、の制御が行われる。この場合に、タンク湯温Ｗ１と上水温度Ｗ２との温度差に応じて（Ａ）と（Ｂ）の制御を切り替える場合には、当該温度差をΔＴ℃とすることにより、第１基準温度Ｔ１と連動させることができる。

【0050】

また、異なる色を用いて蓄熱表示部６６に表示することにより、わかりやすい蓄熱状態表示を行うことができる。

【0051】

なお、本実施形態では、蓄熱状態を３つに区別して表示したが、２種類の区別で表示しても、４種類以上の区別で表示してもよい。

【符号の説明】

【0052】

１０ 燃料電池システム
１４ 貯湯タンク
１６ コントローラ
２２ 燃料電池モジュール
Ｗ１ タンク湯温
Ｗ２ 上水温度
Ｔ１ 第１基準温度
Ｔ２ 第２基準温度
Ｌ 低温表示
Ｍ 中温表示
Ｈ 高温表示

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】