JP2000012063A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気水分離部にて分離される水蒸気の利用構成
を合理的に改善することにより、構成を簡素化してコス
トダウンを図るとともに、排熱利用率を向上させる。 【解決手段】 燃料電池発電部３に循環供給される冷却
水から水蒸気を分離する気水分離部９と、その気水分離
部９にて分離される水蒸気のうち、装置内で使用される
内需分を除いた残部分の一部を、装置外の水蒸気需要部
Ｈにて使用すべく気水分離部９から排出させる外需用排
出手段ＧＥと、残部分の余剰分を気水分離部９から排出
させる余剰用排出手段ＹＥと、燃料電池発電部３から排
出される排ガスから水蒸気分を凝縮させて冷却水として
回収しながら排熱を回収する排熱回収手段Ｗが設けられ
た燃料電池発電装置において、余剰用排出手段ＹＥが、
余剰分の水蒸気を排熱回収手段Ｗに熱源として供給する
ように設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電部に
循環供給される冷却水から水蒸気を分離する気水分離部
と、その気水分離部にて分離される水蒸気のうち、装置
内で使用される内需分を除いた残部分の一部を、装置外
の水蒸気需要部にて使用すべく前記気水分離部から排出
させる外需用排出手段と、前記残部分の余剰分を前記気
水分離部から排出させる余剰用排出手段と、前記燃料電
池発電部から排出される排ガスから水蒸気分を凝縮させ
て前記冷却水として回収しながら排熱を回収する排熱回
収手段が設けられた燃料電池発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃料電池発電装置は、気水分離部
にて分離される水蒸気のうち、改質反応用等の装置内で
使用される内需分を除いた残部分を排出して、気水分離
部内の水蒸気の圧力を調整している。内需分を除いた残
部分の一部は、装置外の水蒸気需要部にて使用するため
に余剰用排出手段により排出するが、その水蒸気需要部
における使用量の変動に対応するために、内需分を除い
た残部分のうち、水蒸気需要部での使用分を除いた余剰
分を余剰用排出手段により排出するようにしてある。
又、排熱回収手段において、燃料電池発電部から排出さ
れる排ガスから排熱を回収するとともに、排ガス中の水
蒸気分を凝縮させてその凝縮水を冷却水として気水分離
部に補給するようになっている。

【０００３】従来は、図４に示すように、余剰用排出手
段ＹＥにて排出した水蒸気を冷却するために、専用の放
熱器４６を設けていた。又、放熱器４６において水蒸気
が凝縮した凝縮水を冷却水として気水分離部９に補給す
るように、専用の補給水路（図示せず）を設けていた。

【０００４】図４に示すように、燃料電池発電部３を水
冷する水冷部７に冷却水を循環供給すべく、水冷部７と
気水分離部９とを、冷却水ポンプ１０を介装した冷却水
往路６及び冷却水復路８にて接続してある。気水分離部
９にて分離された水蒸気を内需用として改質装置（図示
せず）に供給するために、気水分離部９に改質用水蒸気
路１５を接続し、燃料電池発電装置外の水蒸気需要部Ｈ
に供給するために、気水分離部９と水蒸気需要部Ｈとを
外需用水蒸気路３６にて接続し、その外需用水蒸気路３
６に外需用他力式制御弁ＣＶ７を介装してある。従っ
て、外需用排出手段ＧＥは、外需用水蒸気路３６及びそ
れに介装した外需用他力式制御弁ＣＶ７にて構成してあ
る。

【０００５】図４において、外需用水蒸気路３６から分
岐させた分岐路４７を放熱器４６に接続し、その分岐路
４７に余剰用他力式制御弁ＣＶ８を介装して、内需分を
除いた残部分の水蒸気のうち、水蒸気需要部Ｈでの使用
分を除いた余剰分を放熱器４６に供給して放熱するよう
にしてある。外需用他力式制御弁ＣＶ７は気水分離部９
内の水蒸気の圧力を検出する圧力センサＳ２の検出情報
に基づいて、前記圧力が外需分排出用の設定値になるよ
うに自動的に開閉操作され、余剰用他力式制御弁ＣＶ８
は、分岐路４７内の水蒸気の圧力を検出する圧力センサ
Ｓ３の検出情報に基づいて、前記圧力が余剰分排出用の
設定値になるように自動的に開閉操作される。従って、
図４に示す従来技術においては、余剰用排出手段ＹＥ
は、分岐路４７及びそれに介装した余剰用他力式制御弁
ＣＶ８にて構成してある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、余剰用排出手段にて排出された水蒸気を冷却するた
めの専用の放熱器、及び、その放熱器において生成され
た凝縮水を冷却水として回収するための専用の補給水路
を設けていたため、構成が複雑になってコストアップに
つながっていた。又、余剰用排出手段にて排出された水
蒸気は放熱器において放熱されるため、排熱の利用率向
上の面で改善の余地があった。

【０００７】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、気水分離部にて分離される水蒸
気の利用構成を合理的に改善することにより、構成を簡
素化してコストダウンを図るとともに、排熱利用率を向
上させることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の特徴構
成によれば、余剰用排出手段が、内需分を除いた残部分
の水蒸気のうち、水蒸気需要部での使用分を除いた余剰
分を排熱回収手段に熱源として供給するように設けられ
ている。つまり、燃料電池発電部から排出される排ガス
から水蒸気分を凝縮させて冷却水として回収しながら排
熱を回収するための排熱回収手段は、本来、熱授与側の
流体としては気体である排ガスを対象にして構成してあ
る。そこで、その排熱回収手段に対して、排ガスに加え
て、同じ気体である前記余剰分の水蒸気も熱授与側の流
体として供給するようにして、前記余剰分の水蒸気も凝
縮させて冷却水として回収するとともに前記余剰分の水
蒸気から排熱を回収するようにしてある。従って、従来
の如き専用の放熱器を設ける必要がなく、又、排熱回収
手段には、本来、凝縮水を冷却水として回収するための
構成が設けられていて、従来の如き専用の補給水路を設
ける必要がないので、構成を簡素化してコストダウンを
図ることができるようになった。又、前記余剰分の水蒸
気からも排熱回収することができるので、排熱利用率を
向上させることができるようになった。

【０００９】請求項２に記載の特徴構成によれば、例え
ば、気水分離部内の水蒸気の圧力が外需分排出用の設定
値になると、外需用自力式制御弁は、それに加えられる
水蒸気の圧力を駆動力として自動的に開作動して、気水
分離部にて分離される水蒸気のうち、内需分を除いた残
部分の水蒸気が水蒸気需要部に供給される。尚、外需分
排出用の設定値は、気水分離部内の水蒸気の圧力を維持
すべき値に対応して設定される。気水分離部内の水蒸気
の圧力が、外需分排出用の設定値よりも高く設定した余
剰分排出用の設定値に達するまでは、気水分離部にて分
離される水蒸気のうち、内需分を除いた水蒸気は水蒸気
需要部のみに供給される。水蒸気需要部における水蒸気
の利用量が減少したり、気水分離部内における水蒸気の
発生量が増加して、気水分離部内の水蒸気の圧力が外需
分排出用の設定値よりも高くなって余剰分排出用の設定
値になると、余剰用自力式制御弁がそれに加えられる水
蒸気の圧力を駆動力として自動的に開作動して、内需分
を除いた残部分の水蒸気のうち、水蒸気需要部での使用
分を除いた余剰分が排熱回収手段に熱源として供給され
る。

【００１０】ちなみに、外需用排出手段及び余剰用排出
手段は、気水分離部内の水蒸気の圧力を検出する圧力検
出手段の検出情報に基づいて、前記圧力が予め設定した
設定値になるように自動的に開閉操作される他力式制御
弁を備えて構成することが可能である。この場合は、圧
力検出手段や、その検出情報に基づいて他力式制御弁の
開閉操作を行うための制御手段が必要となる。

【００１１】これに対して、請求項２に記載の特徴構成
によれば、圧力検出手段や制御手段が不要であるので、
コストダウン面での効果が一層顕著となる。又、外需用
自力式制御弁や余剰用自力式制御弁は、夫々に加えられ
る水蒸気の圧力を駆動力として自動的に開閉作動するた
め、他力式制御弁を設けた場合の所謂フィードバック制
御に比べて応答性がよくなるため、請求項２に記載の特
徴構成によれば、気水分離部内の圧力調節の安定性を一
層向上させることができ、ひいては、燃料電池発電部の
温度調節の安定性を一層向上させることができるように
なった。

【００１２】請求項３に記載の特徴構成によれば、外需
用他力式制御弁は、圧力検出手段の検出圧力が外需分排
出用の設定値になるように自動的に開閉操作されるの
で、気水分離部にて分離される水蒸気のうち、内需分を
除いた残部分の水蒸気が水蒸気需要部に供給される。
尚、外需分排出用の設定値は、気水分離部内の水蒸気の
圧力を維持すべき値に対応して設定される。気水分離部
内の水蒸気の圧力が、外需分排出用の設定値よりも高く
設定した余剰分排出用の設定値に達するまでは、気水分
離部にて分離される水蒸気のうち、内需分を除いた水蒸
気は水蒸気需要部のみに供給される。水蒸気需要部にお
ける水蒸気の利用量が減少したり、気水分離部内におけ
る水蒸気の発生量が増加して、圧力検出手段の検出圧力
が余剰分排出用の設定値に達すると、検出圧力がその設
定値になるように余剰用他力式制御弁が自動的に開閉操
作されるので、内需分を除いた残部分の水蒸気のうち、
水蒸気需要部での使用分を除いた余剰分が排熱回収手段
に熱源として供給される。

【００１３】従って、気水分離部内の水蒸気の目標圧力
を変更して、運転条件を変更するときは、ハードの変更
なしに、外需分排出用及び余剰分排出用夫々の設定値を
ソフト的に変更設定することだけで対応できるので、運
転条件の変更を容易に行うことができるようになった。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図１及び図２に基づいて、
本発明をリン酸型の燃料電池発電装置に適用した場合の
実施の形態を説明する。燃料電池発電装置には、燃料ガ
ス路１を通じて供給される燃料ガス中の水素と、空気路
２を通じて供給される反応用空気中の酸素とを電気化学
反応させて発電する燃料電池発電部３を設けてある。燃
料電池発電部３には、水素と酸素との電気化学反応が発
熱反応であることから、冷却水往路６を通じて供給され
る冷却水により、燃料電池発電部３を水冷する水冷部７
を設けてある。その水冷部７から冷却水が冷却水復路８
に排出される。そして、冷却水往路６及び冷却水復路８
夫々を気水分離装置（気水分離部に相当する）９に接続
し、並びに、冷却水往路６に冷却水ポンプ１０を介装し
て、気水分離装置９から冷却水を水冷部７に供給すると
ともに、水冷部７から冷却水を気水分離装置９に戻し
て、気水分離装置９において冷却水から水蒸気を分離す
るようにしてある。

【００１５】その気水分離装置９にて分離される水蒸気
のうち、装置内で使用される内需分を除いた残部分の一
部を、装置外の水蒸気需要部Ｈにて使用すべく気水分離
装置９から排出させる外需用排出手段ＧＥと、前記残部
分の余剰分を気水分離装置９から排出させる余剰用排出
手段ＹＥを設けてある。更に、燃料電池発電部３から排
出される排ガスから水蒸気分を凝縮させて前記冷却水と
して回収しながら排熱を回収する排熱回収手段Ｗを設け
てある。そして、本発明においては、余剰用排出手段Ｙ
Ｅを、前記余剰分の水蒸気を排熱回収手段Ｗに熱源とし
て供給するように設けてある。

【００１６】燃料電池発電部３について説明を加える。
燃料電池発電部３は、図示は省略するが、リン酸を含有
した電解質層の一方の面に燃料極を、他方の面に酸素極
を夫々備えたセルの複数を積層して構成してあり、各セ
ルの燃料極に燃料ガスが供給され、並びに、各セルの酸
素極に反応用空気が供給されて、各セルにおいて水素と
酸素とを電気化学反応させて発電させるようになってい
る。又、各セルの燃料極から燃料極排ガスが燃料極排ガ
ス路４に対して排出され、各セルの酸素極から酸素極排
ガスが酸素極排ガス路５に対して排出されるようになっ
ている。尚、各セルの酸素極から酸素極排ガス路５に排
出される酸素極排ガスには、水素と酸素との電気化学反
応により生成した水蒸気が含まれ、各セルの燃料極から
燃料極排ガス路４に排出される燃料極排ガスには水素ガ
スが残留している。

【００１７】次に、燃料電池発電部３に燃料ガスを供給
するための構成について説明する。天然ガス等の炭化水
素系の原燃料ガスを、原燃料ガス路１１を通じて脱硫装
置１２に供給して脱硫し、その脱硫原燃料ガスを、ガス
路１３を通じてエジェクタ１４に送り、そのエジェクタ
１４おいて、脱硫原燃料ガスと気水分離装置９から改質
用水蒸気路１５を通じて送られてくる水蒸気と混合させ
て、ガス路１６を通じて改質装置１７に送る。改質装置
１７において、原燃料ガスと水蒸気とを改質反応させ
て、水素ガス及び一酸化炭素ガスを含有する改質ガスを
生成し、その改質ガスをガス路１８を通じて変成装置１
９に送る。変成装置１９において、改質ガス中の一酸化
炭素ガスと水蒸気とを変成反応させることにより、水素
ガス及び二酸化炭素ガスを含有する変成ガスを生成し、
その変成ガスを燃料ガスとして燃料ガス路１を通じて燃
料電池発電部３に供給する。図中の２５は、ガス路１８
を通流する改質ガスと、原燃料ガス路１１を通流する原
燃料ガス、及び、ガス路１６を通流する水蒸気混合脱硫
原燃料ガスの夫々とを熱交換させて、それら原燃料ガス
及び水蒸気混合脱硫原燃料ガスを予熱する熱交換器であ
る。又、原燃料ガス路１１には、原燃料ガスの供給を断
続する電磁弁ＳＶ１、及び、原燃料ガスの供給量を調節
する比例制御弁ＣＶ１を介装してある。

【００１８】空気路２を通じて反応用空気を燃料電池発
電部３に供給するために、空気路２に、空気供給用のブ
ロア２０を接続し、又、空気路２に、燃料電池発電部３
への反応用空気の供給量を調節するために、比例制御弁
ＣＶ２を介装してある。

【００１９】脱硫装置１２においては、原燃料ガス中の
硫黄を水素と反応させて硫化水素を生成して脱硫するこ
とから、燃料ガス路１から分岐させた脱硫用ガス路２１
を原燃料ガス路１１に接続して、脱硫装置１２に供給す
る原燃料ガスに、水素ガスを含有する変成ガスを混合さ
せるようにしてある。原燃料ガスに混合させる変成ガス
の量を調節するために、脱硫用ガス路２１には手動弁Ｈ
Ｖ１を介装してある。

【００２０】改質装置１７における改質反応は吸熱反応
であることから、改質装置１７には、反応熱を与えるた
めのバーナ２２を設けてある。燃料極排ガス路４及び空
気路２夫々をバーナ２２に接続して、バーナ２２におい
て、燃料電池発電部３から排出される燃料極排ガスを燃
焼させるようにしてある。又、燃料ガス路１から三方電
動弁ＴＶ１を介して分岐させた燃焼用ガス路２３を燃料
極排ガス路４に接続して、適宜、変成ガスを燃焼用とし
てバーナ２２に供給できるようにしてある。バーナ２２
に接続した空気路２には、バーナ２２への燃焼用空気の
供給量を調節するために、比例制御弁ＣＶ３を介装して
ある。

【００２１】変成装置１９における変成反応は発熱反応
であることから、変成装置１９には、供給される冷却水
により水冷作用する水冷部２４を設けてあり、その水冷
部２４にも気水分離装置９から冷却水を供給するととも
に、水冷部２４から冷却水を気水分離装置９に戻すよう
に、水冷部２４に、冷却水往路６及び冷却水復路８を接
続してある。変成装置１９の水冷部２４に接続した冷却
水往路６には、水冷部２４への冷却水の供給量を調節す
るために、手動弁ＨＶ２を介装してある。

【００２２】排熱回収手段Ｗについて説明を加える。水
回収装置２７に、燃料電池発電部３からの酸素極排ガス
を導く酸素極排ガス路５、及び、バーナ２２から排出さ
れる水蒸気を含んだ燃焼排ガスを導く燃焼排ガス路２６
を接続し、更に、水回収装置２７内の上部に、散水具３
９を配置し、水回収装置２７内下部の貯水部と散水具３
９とを、散水用ポンプ４０を介装した散水路４１にて接
続し、その散水路４１に、散水路４１を通流する凝縮水
と温水回収路４２を通流する水とを熱交換させる熱交換
器４３を介装してある。つまり、水回収装置２７内下部
に溜まっている凝縮水を、熱交換器４３において温水回
収路４２を通流する水との熱交換により冷却して、散水
具３９から散水し、散水した凝縮水と酸素極排ガス路５
及び燃焼排ガス路２６から供給される排ガスとを熱交換
させることにより、排ガス中の水蒸気を凝縮させるとと
もに、散水した凝縮水に排ガスの顕熱及び水蒸気の凝縮
熱を与える。排ガス中の水蒸気が凝縮した凝縮水は流下
して水回収装置２７内下部の貯水部に溜まる。そして、
熱交換器４２において、凝縮水の熱量を温水回収路４２
を通流する水に与えて、温水回収路４２を通じて温水と
して排熱を回収するようになっている。従って、排熱回
収手段Ｗは、水回収装置２７及び熱交換器４３を備えて
構成してある。

【００２３】水回収装置２７にて凝縮させた凝縮水を冷
却水として気水分離装置９に補給すべく、水回収装置２
７にて凝縮させた凝縮水を導く補給水路２８を気水分離
装置９に接続してある。その補給水路２８には、補給水
用ポンプ２９、濾過装置３０、及び、電磁弁ＳＶ２を夫
々介装してある。

【００２４】尚、図中の３５は、燃焼排ガス路２６を通
流する燃焼排ガスと、空気路２を通流する燃焼用空気、
及び、燃料極排ガス路４を通流する燃料極排ガスの夫々
とを熱交換させて、燃焼排ガスを冷却する（換言すれ
ば、バーナ２２に供給する燃焼用空気及び燃料極排ガス
を予熱する）熱交換器である。

【００２５】気水分離装置９について説明を加える。図
２にも示すように、気水分離装置９は、内部に蒸発面ｓ
を形成する状態で液体を貯留する密閉容器５０と、その
密閉容器５０内の液体を加熱する電気ヒータ６０を備え
て構成してある。電気ヒータ６０は、燃料電池発電装置
の起動時に、密閉容器５０内の冷却水を加熱するために
使用する。密閉容器５０は、長手方向を上下方向に向け
て配置した２本の縦向き円筒状部５１，５２と、長手方
向を横方向に向けて配置して、２本の縦向き円筒状部５
１，５２夫々に連通する横向き円筒状部５３とにより形
成し、蒸発面ｓが横向き円筒状部５３内に位置するよう
に、密閉容器５０内に液体を貯留するように構成してあ
る。

【００２６】２本の縦向き円筒状部５１，５２うちの一
方の縦向き円筒状部５１は、他方の縦向き円筒状部５２
よりも、横向き円筒状部５３より上方の部分が長くなる
ようにしてあり、その縦向き円筒状部５１の上端部に、
水蒸気排出部５０ｖを設け、その下端部に冷却水を排出
する冷却水排出部５０ｒを設けてある。縦向き円筒状部
５２の内部に、その長手方向に沿って長尺状の電気ヒー
タ６０を設け、縦向き円筒状部５２の下端部に冷却水供
給部５０ｉを設けてある。冷却水排出部５０ｒに冷却水
往路６を接続し、冷却水供給部５０ｉに冷却水復路８を
接続してある。

【００２７】次に、図２に基づいて、気水分離装置９の
製作方法について説明する。２個のティーａ，ｂを、側
面視においてＨ字状になるように溶接接続し、一方のテ
ィーａの上部の開口にキャップｃを、下部の開口に直円
筒管ｄを夫々溶接接続し、並びに、他方のティーｂの上
部の開口に直円筒管ｅを、下部の開口に直円筒管ｆを夫
々溶接接続するとともに、直円筒管ｅの上部の開口端、
及び、直円筒管ｆの下部の開口端を閉塞することによ
り、長手方向を上下方向に向けて配置した２本の縦向き
円筒状部５１，５２、及び、長手方向を横方向に向けて
配置して、２本の縦向き円筒状部５１，５２夫々に連通
する横向き円筒状部５３を形成してある。直円筒管ｄ，
ｅ，ｆは、直線状で、内径が長手方向の全長にわたって
一定な円筒管を示す。更に、直円筒管ｄの下部の開口端
から、電気ヒータ６０を挿入し、その電気ヒータ６０の
座部で直円筒管ｄの開口端を閉塞してある。上述のよう
に、密閉容器５０は、市販の管部材及び管継手部材を用
いて形成してあり、そのことによりコストダウンを図っ
ている。

【００２８】２本の縦向き円筒状部５１，５２及び横向
き円筒状部５３夫々の内径は、１５０ｍｍ未満に設定し
てある。ちなみに、出力が５０ｋＷの燃料電池発電装置
用の気水分離装置を対象にした場合、例えば、内径が１
２５ｍｍの管部材及び管継手部材を用いて密閉容器５０
を形成して、２本の縦向き円筒状部５１，５２及び横向
き円筒状部５３夫々の内径を１２５ｍｍに設定してあ
る。又、水蒸気排出部５０ｖを設けた方の縦向き円筒状
部５１の全長（即ち、全高）は、１６７０ｍｍ程度に設
定してある。そして、その縦向き円筒状部５１の下端か
ら１２５０ｍｍの高さの位置（横向き円筒状部５３内）
に蒸発面ｓが位置するように、密閉容器５０内に液体を
貯留するようにしてある。又、縦向き円筒状部５１の上
端（即ち、蒸発面ｓから４２０ｍｍの高さの位置）に水
蒸気排出部５０ｖを設け、下端近くに冷却水排出部５０
ｒを設け、縦向き円筒状部５２において、縦向き円筒状
部５１の下端から２５０ｍｍの高さの位置に冷却水供給
部５０ｉを設けてある。つまり、冷却水排出部５０ｒか
ら液体を吸い込む冷却水ポンプ１０のキャビテーション
を防止するために、吸い込みヘッドを確保してある。

【００２９】横向き円筒状部５３内に位置するように設
定した上限水位を越える気水分離装置９内の冷却水を水
回収装置２７に供給して、気水分離装置９内の水位を前
記上限水位以下に維持すべく、スチームトラップ３１を
介装したオーバーフロー水路３２を、気水分離装置９と
水回収装置２７の底部とに接続してある。又、補給水用
ポンプ２９にて気水分離装置９に供給される水の圧力を
水補給調節用の設定値に維持すべく、補給水路２８から
分岐させた補給調節用水路３３をオーバーフロー水路３
２に接続するとともに、その補給調節用水路３３に、開
作動する圧力を前記水補給調節用の設定値に設定した自
力式制御弁ＲＶ３を介装してある。更に、気水分離装置
９内の水を適宜水回収装置２７に供給するために、手動
弁ＨＶ３を介装した水路３４を、気水分離装置９の液相
部とオーバーフロー水路３２とに接続してある。つま
り、気水分離装置９内の水位を横向き円筒状部５３内に
位置する所定の基準水位に維持するように、冷却水ポン
プ１０及び補給水ポンプ２９を運転しているものの、種
々の運転条件の変動により、水位が前記基準水位を越え
ても、オーバーフロー水路３２を通じて排水して、水位
が前記上限水位を越えないようにしてある。

【００３０】気水分離装置９の水蒸気排出部５０ｖに
は、気水分離装置９にて分離された水蒸気を、内需用の
改質反応用として改質装置１７に供給するための改質用
水蒸気路１５に加えて、燃料電池発電装置外の水蒸気需
要部Ｈに供給するための外需用水蒸気路３６、排熱回収
及び冷却水回収のために水回収装置２７に供給するため
の余剰水蒸気路３７，３８を夫々接続してある。改質用
水蒸気路１５には、改質装置１７への改質用水蒸気の供
給量を調節するために、比例制御弁ＣＶ４を介装してあ
る。外需用水蒸気路３６には、開作動する圧力を、気水
分離装置９内の水蒸気の圧力を維持するための第１設定
値（外需分排出用の設定値に相当する）に設定した外需
用自力式制御弁ＲＶ１を介装し、余剰水蒸気路３７に
は、開作動する圧力を前記第１設定値よりも若干（例え
ば、０．５ｋＰａ程度）高い第２設定値（余剰分排出用
の設定値に相当する）に設定した余剰用自力式制御弁Ｒ
Ｖ２を介装し、更に、余剰水蒸気路３８には電磁弁ＳＶ
３を介装してある。外需用自力式制御弁ＲＶ１及び余剰
用自力式制御弁ＲＶ２は、加えられる水蒸気の圧力が夫
々に対応させて設定した設定値に達すると、その水蒸気
の圧力を駆動力として自動的に開作動し、加えられる水
蒸気の圧力が高くなるほど開度が大きくなって、水蒸気
の通過量が多くなるように構成されている。

【００３１】つまり、適宜、電磁弁ＳＶ３を作動制御し
て、気水分離装置９内の水蒸気を水回収装置２７に供給
することができる。尚、通常の運転時は、電磁弁ＳＶ３
を閉弁状態になるように制御する。気水分離装置９内の
水蒸気の圧力が前記第１設定値に達すると、外需用自力
式制御弁ＲＶ１が自動的に開作動して、気水分離装置９
から水蒸気が水蒸気需要部Ｈに供給される。更に、気水
分離装置９内での水蒸気の発生量が増大したり、水蒸気
需要部Ｈでの水蒸気の利用量が減少して、気水分離装置
９内の水蒸気の圧力が上昇して前記第２設定値に達する
と、余剰用自力式制御弁ＲＶ２が自動的に開作動して、
気水分離装置９から余剰水蒸気路３７を通じて水蒸気が
水回収装置２７に供給される。つまり、気水分離装置９
にて分離される水蒸気のうち、改質反応用として使用さ
れる分（内需用）を除いた残部分の一部が、水蒸気需要
部Ｈに供給すべく外需用自力式制御弁ＲＶ１にて排出さ
れ、前記残部分の余剰分が、水回収装置２７に熱源とし
て供給すべく余剰用自力式制御弁ＲＶ２にて排出される
のである。

【００３２】従って、外需用排出手段ＧＥは、外需用水
蒸気路３６、及び、それに介装した外需用自力式制御弁
ＲＶ１を備えて構成し、余剰用排出手段ＹＥは、余剰水
蒸気路３７、及び、それに介装した余剰用自力式制御弁
ＲＶ２を備えて構成してある。前記第１設定値は、気水
分離装置９内の水蒸気の圧力を維持するための所定の目
標圧力（例えば、燃料電池発電部３の温度を維持するた
めの所定の目標温度に対応する飽和蒸気圧）に設定す
る。

【００３３】従って、水回収装置２７においては、余剰
水蒸気路３７，３８を通じて供給される水蒸気の熱量
も、水回収装置２７内の凝縮水に与えられることになる
ので、余剰水蒸気路３７，３８を通じて供給される水蒸
気の熱量は、温水回収路４２を通じて温水として回収す
ることができる。又、余剰水蒸気路３７，３８を通じて
供給される水蒸気を凝縮させて、その凝縮水も冷却水と
して、気水分離装置９に供給するようにしてある。

【００３４】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。 （イ） 外需用排出手段ＧＥ及び余剰用排出手段ＹＥ夫
々の具体構成は、上記の実施形態において例示した構成
に限定されるものではない。例えば、図３に示すよう
に、外需用排出手段ＧＥを、気水分離装置９内の水蒸気
の圧力を検出する圧力センサＳ１（圧力検出手段に相当
する）の検出情報に基づいて、気水分離装置９内の水蒸
気の圧力が外需分排出用の設定値になるように自動的に
開閉操作される外需用比例制御弁（外需用他力式制御弁
に相当する）ＣＶ５を備えて構成し、余剰用排出手段Ｙ
Ｅを、圧力センサＳ１の検出情報に基づいて、気水分離
装置９内の水蒸気の圧力が余剰分排出用の設定値になる
ように自動的に開閉操作される余剰用比例制御弁（余剰
用他力式制御弁に相当する）ＣＶ６を備えて構成しても
よい。尚、余剰分排出用の設定値は外需分排出用の設定
値よりも若干（例えば、０．５ｋＰａ程度）高くなるよ
うに設定される。図３中の４４は、圧力センサＳ１の検
出情報に基づいて外需用比例制御弁ＣＶ５及び余剰用比
例制御弁ＣＶ６夫々の開閉操作を行う制御装置である。
この制御装置４４は、説明は省略するが、外需用比例制
御弁ＣＶ５及び余剰用比例制御弁ＣＶ６以外の、比例制
御弁、電磁弁、三方電動弁、ポンプ等の作動制御も行っ
て、燃料電池発電装置の各種制御を司る。又、４５は、
制御用の各種設定値を変更設定する設定部であり、この
設定部４５により、余剰分排出用の設定値及び外需分排
出用の設定値を変更設定することができる。

【００３５】図３に示す別実施形態においては、外需用
比例制御弁ＣＶ５及び余剰用比例制御弁ＣＶ６夫々を制
御するための制御情報は、気水分離装置９内の水蒸気の
圧力を検出する圧力センサＳ１から得るように構成する
場合について例示した。これに代えて、外需用水蒸気路
３６内の水蒸気の圧力を検出する圧力センサ、又は、余
剰水蒸気路３７内の水蒸気の圧力を検出する圧力センサ
夫々から得るように構成してもよい。

【００３６】（ロ） 排熱回収手段Ｗの具体構成は、上
記の実施形態において例示した構成に限定されるもので
はない。例えば、酸素極排ガス路５及び燃焼排ガス路２
６から供給される排ガスと、冷却塔から供給される冷却
水とを熱交換させるように構成して、冷却水にて排ガス
を冷却して水蒸気を凝縮させるとともに、排ガスの熱量
を冷却水に与えて、その冷却水から排熱を回収するよう
にしてもよい。

【００３７】（ハ） 気水分離装置９の具体構成は、上
記の実施形態において例示した構成に限定されるもので
はない。例えば、密閉容器５０を、軸芯を横方向に向け
て配置した円筒状体だけで形成したものでもよい。

【００３８】（ニ） 本発明を適用することができる燃
料電池発電装置の形式としては、上記の実施形態におい
て例示したリン酸型に限定されるものではなく、固体電
解質型等、種々の形式の燃料電池発電装置で用いること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池発電装置の全体構成を示すブロック図

【図２】気水分離装置の一部切り欠き側面図

【図３】別実施形態における燃料電池発電装置の全体構
成を示すブロック図

【図４】従来の燃料電池発電装置の概略ブロック図

【符号の説明】

３ 燃料電池発電部 ９ 気水分離部 ＣＶ５ 外需用他力式制御弁 ＣＶ６ 余剰用他力式制御弁 ＧＥ 外需用排出手段 Ｈ 水蒸気需要部 ＲＶ１ 外需用自力式制御弁 ＲＶ２ 余剰用自力式制御弁 Ｓ１ 圧力検出手段 ＹＥ 余剰用排出手段 Ｗ 排熱回収手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 立森 正史 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 Ｆターム(参考） 5H027 AA04 BA01 BA06 BA09 BA16 CC06 KK08 MM16

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池発電部に循環供給される冷却水
   から水蒸気を分離する気水分離部と、 その気水分離部にて分離される水蒸気のうち、装置内で
   使用される内需分を除いた残部分の一部を、装置外の水
   蒸気需要部にて使用すべく前記気水分離部から排出させ
   る外需用排出手段と、 前記残部分の余剰分を前記気水分離部から排出させる余
   剰用排出手段と、 前記燃料電池発電部から排出される排ガスから水蒸気分
   を凝縮させて前記冷却水として回収しながら排熱を回収
   する排熱回収手段が設けられた燃料電池発電装置であっ
   て、 前記余剰用排出手段が、前記余剰分の水蒸気を前記排熱
   回収手段に熱源として供給するように設けられている燃
   料電池発電装置。
2. 【請求項２】 前記外需用排出手段が、前記気水分離部
   にて生成された水蒸気の圧力を開閉作動の駆動力とする
   外需用自力式制御弁を備えて構成され、 前記余剰用排出手段が、前記気水分離部にて生成された
   水蒸気の圧力を開閉作動の駆動力とする余剰用自力式制
   御弁を備えて構成され、 前記余剰用自力式制御弁が開作動する圧力が前記外需用
   自力式制御弁が開作動する圧力よりも高くなるように設
   定されている請求項１記載の燃料電池発電装置。
3. 【請求項３】 前記外需用排出手段が、前記気水分離部
   内の水蒸気の圧力を検出する圧力検出手段の検出情報に
   基づいて、前記圧力が外需分排出用の設定値になるよう
   に自動的に開閉操作される外需用他力式制御弁を備えて
   構成され、 前記余剰用排出手段が、前記気水分離部内の水蒸気の圧
   力を検出する圧力検出手段の検出情報に基づいて、前記
   圧力が余剰分排出用の設定値になるように自動的に開閉
   操作される余剰用他力式制御弁を備えて構成され、 前記余剰分排出用の設定値が前記外需分排出用の設定値
   よりも高くなるように設定されている請求項１記載の燃
   料電池発電装置。