JP2000113900A - 固体高分子型燃料電池システム - Google Patents
固体高分子型燃料電池システムInfo
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の燃料電池システムは発電を行う際、発
生した熱を放熱器で外部へ放出するため、これを利用す
ることができない。また、一酸化炭素変成器で変成され
た後の改質ガスは、一酸化炭素が残留する。このため、
被毒の防止には、運転を一定温度以上で行う必要があ
る。しかし、従来は冷却回路の水を加熱する手段を持た
ず、起動時の燃料電池の昇温、低負荷運転時の燃料電池
の温度維持等、燃料電池の温度調整が困難であった。 【解決手段】 固体高分子型燃料電池に熱輸送媒体を循
環させる熱輸送媒体循環回路を結合し、前記燃料電池の
温度を調整することを特徴とする固体高分子型燃料電池
システム。
生した熱を放熱器で外部へ放出するため、これを利用す
ることができない。また、一酸化炭素変成器で変成され
た後の改質ガスは、一酸化炭素が残留する。このため、
被毒の防止には、運転を一定温度以上で行う必要があ
る。しかし、従来は冷却回路の水を加熱する手段を持た
ず、起動時の燃料電池の昇温、低負荷運転時の燃料電池
の温度維持等、燃料電池の温度調整が困難であった。 【解決手段】 固体高分子型燃料電池に熱輸送媒体を循
環させる熱輸送媒体循環回路を結合し、前記燃料電池の
温度を調整することを特徴とする固体高分子型燃料電池
システム。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型の燃
料電池を用いて発電を行う固体高分子型燃料電池システ
ムに関する。
料電池を用いて発電を行う固体高分子型燃料電池システ
ムに関する。
【０００２】
【従来の技術】以下に、従来の固体高分子型燃料電池シ
ステムについて説明する。
ステムについて説明する。
【０００３】従来の固体高分子型燃料電池システムを図
４に示した。図４で、１は燃料電池部であり、燃料処理
装置２は天然ガスなどの原料を水蒸気改質し、水素リッ
チなガスを生成して燃料電池１に供給する。また、燃料
側加湿器５で、燃料電池１に供給する燃料ガスを加湿す
る。６は空気供給装置であり、酸化剤の空気を燃料電池
１に供給する。このとき、酸化側加湿器７で供給空気を
加湿する。燃料処理装置２は、改質ガスを生成する改質
器３と、改質ガスに含まれる一酸化炭素を水と反応させ
二酸化炭素と水素にするための一酸化炭素変成器４とを
具備する。
４に示した。図４で、１は燃料電池部であり、燃料処理
装置２は天然ガスなどの原料を水蒸気改質し、水素リッ
チなガスを生成して燃料電池１に供給する。また、燃料
側加湿器５で、燃料電池１に供給する燃料ガスを加湿す
る。６は空気供給装置であり、酸化剤の空気を燃料電池
１に供給する。このとき、酸化側加湿器７で供給空気を
加湿する。燃料処理装置２は、改質ガスを生成する改質
器３と、改質ガスに含まれる一酸化炭素を水と反応させ
二酸化炭素と水素にするための一酸化炭素変成器４とを
具備する。
【０００４】さらに、燃料電池１に水を送って冷却する
冷却配管８と、配管内の水を循環させる冷却用ポンプ９
と、燃料電池１で発生した熱を外部へ放出する冷却用放
熱器１０を備えている。
冷却配管８と、配管内の水を循環させる冷却用ポンプ９
と、燃料電池１で発生した熱を外部へ放出する冷却用放
熱器１０を備えている。
【０００５】このような装置を用いて発電を行う時は、
燃料電池１の温度を一定に保つため、冷却配管８を通し
て、冷却用ポンプ９で水を循環させ、冷却用放熱器１０
で燃料電池１で発生した熱を外部へ放出する。
燃料電池１の温度を一定に保つため、冷却配管８を通し
て、冷却用ポンプ９で水を循環させ、冷却用放熱器１０
で燃料電池１で発生した熱を外部へ放出する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のような燃料電池
システムでは発電を行う際、燃料電池１で発生した熱を
冷却用放熱器１６で外部へ放出するため、発電の際発生
する熱を利用することができない。
システムでは発電を行う際、燃料電池１で発生した熱を
冷却用放熱器１６で外部へ放出するため、発電の際発生
する熱を利用することができない。
【０００７】また、一酸化炭素変成器４で変成された後
の改質ガスは、少量の一酸化炭素がどうしても残留す
る。このような状況で、燃料電池１の一酸化炭素被毒を
防止するためには、燃料電池システムの運転を、ある一
定温度以上で行う必要がある。しかし、上記従来例のよ
うな燃料電池システムでは、冷却回路８の水を加熱する
手段を持たず、起動時の燃料電池１の昇温、低負荷運転
時の燃料電池１の温度維持等、燃料電池の温度調整が困
難である。
の改質ガスは、少量の一酸化炭素がどうしても残留す
る。このような状況で、燃料電池１の一酸化炭素被毒を
防止するためには、燃料電池システムの運転を、ある一
定温度以上で行う必要がある。しかし、上記従来例のよ
うな燃料電池システムでは、冷却回路８の水を加熱する
手段を持たず、起動時の燃料電池１の昇温、低負荷運転
時の燃料電池１の温度維持等、燃料電池の温度調整が困
難である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述したこの
ような従来の固体高分子型燃料電池システムが有する課
題を考慮して、燃料電池の温度調整および、発電により
発生する熱の有効利用を図ることができる固体高分子型
燃料電池システムを提供することを目的とするものであ
る。
ような従来の固体高分子型燃料電池システムが有する課
題を考慮して、燃料電池の温度調整および、発電により
発生する熱の有効利用を図ることができる固体高分子型
燃料電池システムを提供することを目的とするものであ
る。
【０００９】そのため、本発明の固体高分子型燃料電池
システムは、燃料ガスと酸化ガスとを用いて発電を行う
固体高分子型燃料電池と、前記燃料電池へ熱輸送媒体を
循環させる熱輸送媒体循環回路とを有する固体高分子型
燃料電池システムであって、前記熱輸送媒体循環回路
は、前記熱輸送媒体を加熱する加熱手段と、前記熱輸送
媒体を冷却する冷却手段と、前記熱輸送媒体を循環させ
る循環手段とを具備し、前記燃料電池の温度を調整する
ことを特徴とする。
システムは、燃料ガスと酸化ガスとを用いて発電を行う
固体高分子型燃料電池と、前記燃料電池へ熱輸送媒体を
循環させる熱輸送媒体循環回路とを有する固体高分子型
燃料電池システムであって、前記熱輸送媒体循環回路
は、前記熱輸送媒体を加熱する加熱手段と、前記熱輸送
媒体を冷却する冷却手段と、前記熱輸送媒体を循環させ
る循環手段とを具備し、前記燃料電池の温度を調整する
ことを特徴とする。
【００１０】このとき、熱輸送媒体循環回路は、冷却手
段を短絡する短絡経路と、前記冷却手段と前記短絡経路
とに流れる熱輸送媒体の流量を調整する流量調整手段と
を具備することが有用である。
段を短絡する短絡経路と、前記冷却手段と前記短絡経路
とに流れる熱輸送媒体の流量を調整する流量調整手段と
を具備することが有用である。
【００１１】また、 熱輸送媒体循環回路は、燃料電池
で発生した熱の蓄熱手段を具備することが有用である。
で発生した熱の蓄熱手段を具備することが有用である。
【００１２】また、蓄熱手段で蓄熱した熱を用いて、燃
料電池の温度を調整することが有用である。
料電池の温度を調整することが有用である。
【００１３】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明に関
する第１の実施の形態を説明する。
する第１の実施の形態を説明する。
【００１４】固体高分子型燃料電池システムの起動時
は、熱輸送媒体循環回路が具備する加熱手段と循環手段
を用いて、熱輸送媒体循環回路内の熱輸送媒体を加熱し
循環させ、燃料電池を昇温する。また発電時に発生した
熱を放熱し、燃料電池を冷却する場合は、熱輸送媒体循
環回路が具備する冷却手段と循環手段を用いて、熱輸送
媒体循環回路内の熱輸送媒体を冷却する。これで、燃料
電池を冷却する。また低負荷運転時は、熱輸送媒体循環
回路が具備する加熱手段と冷却手段と循環手段を用い
て、一定温度の熱輸送媒体を燃料電池に流入することに
より、燃料電池の温度を一定に維持する。以上の構成に
より、一定の安定した温度で燃料電池を運転することが
でき、一酸化炭素被毒による燃料電池の性能劣化を防止
することができる。
は、熱輸送媒体循環回路が具備する加熱手段と循環手段
を用いて、熱輸送媒体循環回路内の熱輸送媒体を加熱し
循環させ、燃料電池を昇温する。また発電時に発生した
熱を放熱し、燃料電池を冷却する場合は、熱輸送媒体循
環回路が具備する冷却手段と循環手段を用いて、熱輸送
媒体循環回路内の熱輸送媒体を冷却する。これで、燃料
電池を冷却する。また低負荷運転時は、熱輸送媒体循環
回路が具備する加熱手段と冷却手段と循環手段を用い
て、一定温度の熱輸送媒体を燃料電池に流入することに
より、燃料電池の温度を一定に維持する。以上の構成に
より、一定の安定した温度で燃料電池を運転することが
でき、一酸化炭素被毒による燃料電池の性能劣化を防止
することができる。
【００１５】なお、熱輸送媒体循環回路に、冷却手段を
短絡する短絡経路と、冷却手段と短絡経路とに流れる熱
輸送媒体の流量を調整する流量調整手段とを具備する事
ができる。これにより、冷却手段からの放熱量を調整す
ることができ、低負荷運転時における加熱手段の作動を
低減する。
短絡する短絡経路と、冷却手段と短絡経路とに流れる熱
輸送媒体の流量を調整する流量調整手段とを具備する事
ができる。これにより、冷却手段からの放熱量を調整す
ることができ、低負荷運転時における加熱手段の作動を
低減する。
【００１６】（第2の実施の形態）第２の本発明に対す
る実施の形態を説明する。
る実施の形態を説明する。
【００１７】固体高分子型燃料電池システムの起動時の
昇温、低負荷運転時の温度維持等の温度調整について
は、第1の実施の形態と同じである。固体高分子型燃料
電池システムの運転時に、熱輸送媒体循環回路の蓄熱手
段を作動させることにより、燃料電池で発生した熱を蓄
熱することができる。蓄熱した熱は随時必要に応じて熱
利用装置を通して給湯やヒータなどの熱源に利用するこ
とが可能である。また、予め蓄熱した熱を熱輸送媒体循
環回路内の熱輸送媒体の昇温に用いることにより、加熱
手段の作動を低減することが可能である。
昇温、低負荷運転時の温度維持等の温度調整について
は、第1の実施の形態と同じである。固体高分子型燃料
電池システムの運転時に、熱輸送媒体循環回路の蓄熱手
段を作動させることにより、燃料電池で発生した熱を蓄
熱することができる。蓄熱した熱は随時必要に応じて熱
利用装置を通して給湯やヒータなどの熱源に利用するこ
とが可能である。また、予め蓄熱した熱を熱輸送媒体循
環回路内の熱輸送媒体の昇温に用いることにより、加熱
手段の作動を低減することが可能である。
【００１８】
【実施例】次に、本発明の具体的実施例について図面を
参照しながら説明する。
参照しながら説明する。
【００１９】（実施例１）図１は、請求項１に記載した
第１の本発明の具体的実施例である固体高分子型燃料電
池システムを示す構成図である。本実施例における固体
高分子型燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスを用
いて発電を行う固体高分子型の燃料電池１と、原料を水
蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質器３
および前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を変成した
後、前記改質ガスを前記燃料ガスとして燃料電池１へ供
給する一酸化炭素変成器４を有する燃料処理装置２と、
燃料電池１に供給する燃料ガスを加湿する燃料側加湿器
５と、酸化剤の空気を燃料電池１に供給する空気供給装
置６と、供給空気を加湿する酸化側加湿器７と、燃料電
池１に熱輸送媒体を送って燃料電池１の温度調整をする
配管１１と、配管１１内の熱輸送媒体を循環させるポン
プ１２と、燃料電池１で発生した熱を外部へ放出する放
熱器１３と、配管１１を流れる熱輸送媒体を加熱する加
熱手段としての加熱器１４とで構成する。
第１の本発明の具体的実施例である固体高分子型燃料電
池システムを示す構成図である。本実施例における固体
高分子型燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスを用
いて発電を行う固体高分子型の燃料電池１と、原料を水
蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質器３
および前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を変成した
後、前記改質ガスを前記燃料ガスとして燃料電池１へ供
給する一酸化炭素変成器４を有する燃料処理装置２と、
燃料電池１に供給する燃料ガスを加湿する燃料側加湿器
５と、酸化剤の空気を燃料電池１に供給する空気供給装
置６と、供給空気を加湿する酸化側加湿器７と、燃料電
池１に熱輸送媒体を送って燃料電池１の温度調整をする
配管１１と、配管１１内の熱輸送媒体を循環させるポン
プ１２と、燃料電池１で発生した熱を外部へ放出する放
熱器１３と、配管１１を流れる熱輸送媒体を加熱する加
熱手段としての加熱器１４とで構成する。
【００２０】上記の各部材は、図4で示した従来の固体
高分子型燃料電池システムのものと同じ機能を有するも
のについては、同一符号を付与しており、それらの機能
の詳細は、図4で示した従来の固体高分子型燃料電池シ
ステムでのものと同じである。また、配管１１、ポンプ
１２、放熱器１３、加熱器１４は、本実施例の熱輸送媒
体循環回路を構成する。
高分子型燃料電池システムのものと同じ機能を有するも
のについては、同一符号を付与しており、それらの機能
の詳細は、図4で示した従来の固体高分子型燃料電池シ
ステムでのものと同じである。また、配管１１、ポンプ
１２、放熱器１３、加熱器１４は、本実施例の熱輸送媒
体循環回路を構成する。
【００２１】次に、本実施例における熱輸送媒体循環回
路の動作を説明する。起動時は、熱輸送媒体循環回路内
の加熱器１４およびポンプ１２を作動させ、熱輸送媒体
を昇温することにより、燃料電池１を昇温する。燃料電
池システムの運転中に、燃料電池１において発生した熱
を放熱するときは、放熱器１３を作動させることによ
り、熱輸送媒体は外気と熱交換し、熱を外部へ放出す
る。低負荷運転時において燃料電池１の温度を維持する
場合、加熱器１４を作動させ、燃料電池１入口の熱輸送
媒体の温度を一定に保つことにより燃料電池１の温度を
維持する。
路の動作を説明する。起動時は、熱輸送媒体循環回路内
の加熱器１４およびポンプ１２を作動させ、熱輸送媒体
を昇温することにより、燃料電池１を昇温する。燃料電
池システムの運転中に、燃料電池１において発生した熱
を放熱するときは、放熱器１３を作動させることによ
り、熱輸送媒体は外気と熱交換し、熱を外部へ放出す
る。低負荷運転時において燃料電池１の温度を維持する
場合、加熱器１４を作動させ、燃料電池１入口の熱輸送
媒体の温度を一定に保つことにより燃料電池１の温度を
維持する。
【００２２】改質ガスを用いる燃料電池システムの運転
において、燃料電池１の温度が６０℃を下回ると、燃料
電池１は一酸化炭素被毒され、性能が著しく劣化する。
従来例の場合、加熱手段がないため燃料電池１の性能劣
化は避けられない。ところが、加熱手段を具備する本実
施例の固体高分子型燃料電池システムにおいて、加熱器
１４として電気容量が１ｋＷのヒータを、熱輸送媒体と
して純水（２７℃、２．５Ｌ）を用いて燃料電池１を昇
温したところ、約２０分後に燃料電池１の温度が７０℃
に達することが確認でき、その後の運転において安定し
た燃料電池システムの運転を実現できた。なお、昇温の
時間を短縮するには、加熱器１４として電気容量のより
大きいヒータを用いることにより可能となる。また、低
負荷運転時においても、加熱器１４内の熱輸送媒体の温
度が７２℃となるように加熱器１４を温度制御作動させ
ると、燃料電池１の温度は７０℃で安定することが確認
できた。
において、燃料電池１の温度が６０℃を下回ると、燃料
電池１は一酸化炭素被毒され、性能が著しく劣化する。
従来例の場合、加熱手段がないため燃料電池１の性能劣
化は避けられない。ところが、加熱手段を具備する本実
施例の固体高分子型燃料電池システムにおいて、加熱器
１４として電気容量が１ｋＷのヒータを、熱輸送媒体と
して純水（２７℃、２．５Ｌ）を用いて燃料電池１を昇
温したところ、約２０分後に燃料電池１の温度が７０℃
に達することが確認でき、その後の運転において安定し
た燃料電池システムの運転を実現できた。なお、昇温の
時間を短縮するには、加熱器１４として電気容量のより
大きいヒータを用いることにより可能となる。また、低
負荷運転時においても、加熱器１４内の熱輸送媒体の温
度が７２℃となるように加熱器１４を温度制御作動させ
ると、燃料電池１の温度は７０℃で安定することが確認
できた。
【００２３】（実施例２）図２は、請求項２に記載した
第２の本発明の具体的実施例である固体高分子型燃料電
池システムを示す構成図である。本実施例の固体高分子
型燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスを用いて発
電を行う固体高分子型の燃料電池１と、原料を水蒸気改
質して水素リッチな改質ガスを生成する改質器３および
前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を変成した後、前記
改質ガスを前記燃料ガスとして燃料電池１へ供給する一
酸化炭素変成器４を有する燃料処理装置２と、燃料電池
１に供給する燃料ガスを加湿する燃料側加湿器５と、酸
化剤の空気を燃料電池１に供給する空気供給装置６と、
供給空気を加湿する酸化側加湿器７と、燃料電池１に熱
輸送媒体を送って燃料電池１の温度調整をする配管２１
と、配管２１内の熱輸送媒体を循環させるポンプ２２
と、燃料電池１で発生した熱を外部へ放出する放熱器２
３と、配管２１を流れる熱輸送媒体を加熱する加熱手段
としての加熱器２４と、放熱器２３を短絡する短絡経路
２５と、放熱器２３と短絡経路２５とを流れる熱輸送媒
体の流量を調整する流量調整手段としての流量調整弁２
６，２７とで構成する。
第２の本発明の具体的実施例である固体高分子型燃料電
池システムを示す構成図である。本実施例の固体高分子
型燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスを用いて発
電を行う固体高分子型の燃料電池１と、原料を水蒸気改
質して水素リッチな改質ガスを生成する改質器３および
前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を変成した後、前記
改質ガスを前記燃料ガスとして燃料電池１へ供給する一
酸化炭素変成器４を有する燃料処理装置２と、燃料電池
１に供給する燃料ガスを加湿する燃料側加湿器５と、酸
化剤の空気を燃料電池１に供給する空気供給装置６と、
供給空気を加湿する酸化側加湿器７と、燃料電池１に熱
輸送媒体を送って燃料電池１の温度調整をする配管２１
と、配管２１内の熱輸送媒体を循環させるポンプ２２
と、燃料電池１で発生した熱を外部へ放出する放熱器２
３と、配管２１を流れる熱輸送媒体を加熱する加熱手段
としての加熱器２４と、放熱器２３を短絡する短絡経路
２５と、放熱器２３と短絡経路２５とを流れる熱輸送媒
体の流量を調整する流量調整手段としての流量調整弁２
６，２７とで構成する。
【００２４】上記の各部材は、図4で示した従来の固体
高分子型燃料電池システムのものと同じ機能を有するも
のについては、同一符号を付与しており、それらの機能
の詳細は、図4で示した従来の固体高分子型燃料電池シ
ステムでのものと同じである。また、配管２１、ポンプ
２２、放熱器２３、加熱器２４、短絡経路２５、流量調
整弁２６、２７は、本実施例の熱輸送媒体循環回路を構
成する。なお、流量調整弁２７を常に閉とすると、実施
例１と同等の熱輸送媒体循環回路となる。
高分子型燃料電池システムのものと同じ機能を有するも
のについては、同一符号を付与しており、それらの機能
の詳細は、図4で示した従来の固体高分子型燃料電池シ
ステムでのものと同じである。また、配管２１、ポンプ
２２、放熱器２３、加熱器２４、短絡経路２５、流量調
整弁２６、２７は、本実施例の熱輸送媒体循環回路を構
成する。なお、流量調整弁２７を常に閉とすると、実施
例１と同等の熱輸送媒体循環回路となる。
【００２５】次に、本実施例における熱輸送媒体循環回
路の動作を説明する。燃料電池システムの起動時には、
流量調整弁２７を開、２６を閉とし、加熱器２４および
ポンプ２２を作動させ、燃料電池１を昇温する。燃料電
池システムの運転中に、燃料電池１において発生した熱
を放熱するときは、流量調整弁２６を開、２７を閉とす
る。冷却ポンプ２２により熱輸送媒体循環回路を循環す
る熱輸送媒体は、燃料電池１で発生した熱を放熱器２３
で外気と熱交換することにより外部へ放出する。低負荷
運転時において燃料電池１の温度を維持するために熱輸
送媒体の放熱量を調整する場合、流量調整弁２６、２７
を適切な開度の開とする。
路の動作を説明する。燃料電池システムの起動時には、
流量調整弁２７を開、２６を閉とし、加熱器２４および
ポンプ２２を作動させ、燃料電池１を昇温する。燃料電
池システムの運転中に、燃料電池１において発生した熱
を放熱するときは、流量調整弁２６を開、２７を閉とす
る。冷却ポンプ２２により熱輸送媒体循環回路を循環す
る熱輸送媒体は、燃料電池１で発生した熱を放熱器２３
で外気と熱交換することにより外部へ放出する。低負荷
運転時において燃料電池１の温度を維持するために熱輸
送媒体の放熱量を調整する場合、流量調整弁２６、２７
を適切な開度の開とする。
【００２６】低負荷運転時は、上記の方法での燃料電池
１の温度維持が困難な場合、流量調整弁２７を開、２６
を閉とし、加熱器２４を作動させ、燃料電池１入口にお
ける熱輸送媒体の温度を一定に保つことにより、燃料電
池１の温度を維持する。
１の温度維持が困難な場合、流量調整弁２７を開、２６
を閉とし、加熱器２４を作動させ、燃料電池１入口にお
ける熱輸送媒体の温度を一定に保つことにより、燃料電
池１の温度を維持する。
【００２７】本実施例の固体高分子型燃料電池システム
は、燃料電池の昇温および低負荷運転時の温度維持につ
いて、実施例１記載の具体的効果と同じ効果が得られ
た。さらに、流量調整弁２６，２７を作動することによ
り、低負荷運転時には放熱量を調整することができ、加
熱器２４の作動を低減することができた。
は、燃料電池の昇温および低負荷運転時の温度維持につ
いて、実施例１記載の具体的効果と同じ効果が得られ
た。さらに、流量調整弁２６，２７を作動することによ
り、低負荷運転時には放熱量を調整することができ、加
熱器２４の作動を低減することができた。
【００２８】（実施例３）図３は、請求項３と請求項４
に記載した第３の本発明の具体的実施例である固体高分
子型燃料電池システムを示す構成図である。
に記載した第３の本発明の具体的実施例である固体高分
子型燃料電池システムを示す構成図である。
【００２９】本実施例における固体高分子型燃料電池シ
ステムは、燃料ガスと酸化ガスを用いて発電を行う固体
高分子型の燃料電池１と、原料を水蒸気改質して水素リ
ッチな改質ガスを生成する改質器３および前記改質ガス
に含まれる一酸化炭素を変成した後、前記改質ガスを前
記燃料ガスとして燃料電池１へ供給する一酸化炭素変成
器４を有する燃料処理装置２と、燃料電池１に供給する
燃料ガスを加湿する燃料側加湿器５と、酸化剤の空気を
燃料電池１に供給する空気供給装置６と、供給空気を加
湿する酸化側加湿器７と、燃料電池１に熱輸送媒体を送
って燃料電池１の温度調整をする配管３１と、配管３１
内の熱輸送媒体を循環させるポンプ３２と、燃料電池１
で発生した熱を外部へ放出する放熱器３３と、配管３１
を流れる熱輸送媒体を加熱する加熱手段としての加熱器
３４、と燃料電池１で発生した熱を蓄熱する蓄熱手段と
しての蓄熱器３５と、放熱器３３および蓄熱器３５を短
絡する短絡経路３６と、放熱器３３と蓄熱器３５と短絡
経路３６とに流れる熱輸送媒体の流量を調整する流量調
整手段としての流量調整弁３７，３８，３９とで構成す
る。
ステムは、燃料ガスと酸化ガスを用いて発電を行う固体
高分子型の燃料電池１と、原料を水蒸気改質して水素リ
ッチな改質ガスを生成する改質器３および前記改質ガス
に含まれる一酸化炭素を変成した後、前記改質ガスを前
記燃料ガスとして燃料電池１へ供給する一酸化炭素変成
器４を有する燃料処理装置２と、燃料電池１に供給する
燃料ガスを加湿する燃料側加湿器５と、酸化剤の空気を
燃料電池１に供給する空気供給装置６と、供給空気を加
湿する酸化側加湿器７と、燃料電池１に熱輸送媒体を送
って燃料電池１の温度調整をする配管３１と、配管３１
内の熱輸送媒体を循環させるポンプ３２と、燃料電池１
で発生した熱を外部へ放出する放熱器３３と、配管３１
を流れる熱輸送媒体を加熱する加熱手段としての加熱器
３４、と燃料電池１で発生した熱を蓄熱する蓄熱手段と
しての蓄熱器３５と、放熱器３３および蓄熱器３５を短
絡する短絡経路３６と、放熱器３３と蓄熱器３５と短絡
経路３６とに流れる熱輸送媒体の流量を調整する流量調
整手段としての流量調整弁３７，３８，３９とで構成す
る。
【００３０】上記の各部材は、図4で示した従来の固体
高分子型燃料電池システムのものと同じ機能を有するも
のについては、同一符号を付与しており、それらの機能
の詳細は、図4で示した従来の固体高分子型燃料電池シ
ステムでのものと同じである。また、配管３１、ポンプ
３２、放熱器３３、加熱器３４、蓄熱器３５、短絡経路
３６、流量調整弁３７、３８、３９は、本実施例の熱輸
送媒体循環回路を構成する。なお、流量調整弁３８、３
９を常に閉とすると実施例１と同等の熱輸送媒体循環回
路となり、流量調整弁３８を常に閉とすると実施例２と
同等の熱輸送媒体循環回路となる。
高分子型燃料電池システムのものと同じ機能を有するも
のについては、同一符号を付与しており、それらの機能
の詳細は、図4で示した従来の固体高分子型燃料電池シ
ステムでのものと同じである。また、配管３１、ポンプ
３２、放熱器３３、加熱器３４、蓄熱器３５、短絡経路
３６、流量調整弁３７、３８、３９は、本実施例の熱輸
送媒体循環回路を構成する。なお、流量調整弁３８、３
９を常に閉とすると実施例１と同等の熱輸送媒体循環回
路となり、流量調整弁３８を常に閉とすると実施例２と
同等の熱輸送媒体循環回路となる。
【００３１】次に、本実施例における熱輸送媒体循環回
路の動作を説明する。燃料電池システムの起動時には、
流量調整弁３９を開、３７、３８を閉とし、加熱器３４
およびポンプ３２を作動させ、燃料電池１を昇温する。
燃料電池システムの運転中に、燃料電池１において発生
した熱を放熱するときは、流量調整弁３７を開、３８、
３９を閉とする。冷却ポンプ３２により熱輸送媒体循環
回路を循環する熱輸送媒体は、燃料電池１で発生した熱
を放熱器３３で外気と熱交換することにより外部へ放出
する。燃料電池１において発生した熱を蓄熱するとき
は、流量調整弁３８を開、３７、３９を閉とする。冷却
ポンプ３２により熱輸送媒体循環回路を循環する熱輸送
媒体は、蓄熱器３５で熱交換をすることにより、蓄熱器
３５に蓄熱される。放熱量および蓄熱量を調整する場合
は、流量調整弁３７、３８、３９の開度を適切に調整す
る。低負荷運転時において燃料電池１の温度が低下する
場合は、流量調整弁３７、３８、３９の開度を適切に調
整するとともに、加熱器３４を作動させ、燃料電池１入
口における熱輸送媒体の温度を一定に保つことることに
より、燃料電池１の温度を維持する。
路の動作を説明する。燃料電池システムの起動時には、
流量調整弁３９を開、３７、３８を閉とし、加熱器３４
およびポンプ３２を作動させ、燃料電池１を昇温する。
燃料電池システムの運転中に、燃料電池１において発生
した熱を放熱するときは、流量調整弁３７を開、３８、
３９を閉とする。冷却ポンプ３２により熱輸送媒体循環
回路を循環する熱輸送媒体は、燃料電池１で発生した熱
を放熱器３３で外気と熱交換することにより外部へ放出
する。燃料電池１において発生した熱を蓄熱するとき
は、流量調整弁３８を開、３７、３９を閉とする。冷却
ポンプ３２により熱輸送媒体循環回路を循環する熱輸送
媒体は、蓄熱器３５で熱交換をすることにより、蓄熱器
３５に蓄熱される。放熱量および蓄熱量を調整する場合
は、流量調整弁３７、３８、３９の開度を適切に調整す
る。低負荷運転時において燃料電池１の温度が低下する
場合は、流量調整弁３７、３８、３９の開度を適切に調
整するとともに、加熱器３４を作動させ、燃料電池１入
口における熱輸送媒体の温度を一定に保つことることに
より、燃料電池１の温度を維持する。
【００３２】本実施例の固体高分子型燃料電池システム
は、流量調整弁３７、３８、３９を作動させることによ
り、実施例１および実施例２と同等の熱輸送媒体循環回
路を形成することができる。そのため、実施例１および
実施例２の具体的効果と同じ効果が得られる。また、固
体高分子型燃料電池システムを燃料電池の発電端におい
て出力電力１．８ｋＷの運転を行った場合、熱輸送媒体
には１．６ｋＷ相当の熱量増加が確認できた。このと
き、効率９０％の蓄熱器によって蓄熱することにより、
１．４ｋＷの熱を蓄熱できる。蓄熱した熱は、随時必要
に応じて熱利用装置（図示せず）を通して給湯やヒータ
などの熱源に利用することが可能である。
は、流量調整弁３７、３８、３９を作動させることによ
り、実施例１および実施例２と同等の熱輸送媒体循環回
路を形成することができる。そのため、実施例１および
実施例２の具体的効果と同じ効果が得られる。また、固
体高分子型燃料電池システムを燃料電池の発電端におい
て出力電力１．８ｋＷの運転を行った場合、熱輸送媒体
には１．６ｋＷ相当の熱量増加が確認できた。このと
き、効率９０％の蓄熱器によって蓄熱することにより、
１．４ｋＷの熱を蓄熱できる。蓄熱した熱は、随時必要
に応じて熱利用装置（図示せず）を通して給湯やヒータ
などの熱源に利用することが可能である。
【００３３】なお、燃料電池システムの起動時には、ま
ず、流量調整弁３８を開、３７、３９を閉とし、予め蓄
熱器３５に蓄熱した熱または、予め蓄熱器３５に蓄熱し
た熱と加熱器３４を用いることにより燃料電池１を昇温
し、ついで、流量調整弁３９を開、３７、３８を閉と
し、燃料電池１を昇温することもできる。上記方法によ
り、蓄熱された余剰熱を有効利用することができるとと
もに、加熱器の作動を低減することができた。
ず、流量調整弁３８を開、３７、３９を閉とし、予め蓄
熱器３５に蓄熱した熱または、予め蓄熱器３５に蓄熱し
た熱と加熱器３４を用いることにより燃料電池１を昇温
し、ついで、流量調整弁３９を開、３７、３８を閉と
し、燃料電池１を昇温することもできる。上記方法によ
り、蓄熱された余剰熱を有効利用することができるとと
もに、加熱器の作動を低減することができた。
【００３４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、燃料電池の温度調整および、発電により発生する熱
の有効利用を図ることができる固体高分子型燃料電池シ
ステムを提供することができる。
は、燃料電池の温度調整および、発電により発生する熱
の有効利用を図ることができる固体高分子型燃料電池シ
ステムを提供することができる。
【図１】本発明の第１の実施例の固体高分子型燃料電池
システムを示す構成図
システムを示す構成図
【図２】本発明の第２の実施例の固体高分子型燃料電池
システムを示す構成図
システムを示す構成図
【図３】本発明の第３の実施例の固体高分子型燃料電池
システムを示す構成図
システムを示す構成図
【図４】従来の固体高分子型燃料電池システムを示す構
成図
成図
１ 燃料電池 ２ 燃料処理装置 ３ 改質器 ４ 一酸化炭素変成器 ５ 燃料側加湿器 ６ 空気供給装置 ７ 酸化側加湿器 ８ 冷却配管 ９ ポンプ １０ 放熱器 １１ 配管 １２ ポンプ １３ 放熱器 １４ 加熱器 ２１ 配管 ２２ ポンプ ２３ 放熱器 ２４ 加熱器 ２５ 短絡経路 ２６ 流量調整弁 ２７ 流量調整弁 ３１ 配管 ３２ ポンプ ３３ 放熱器 ３４ 加熱器 ３５ 蓄熱器 ３６ 短絡経路 ３７ 流量調整弁 ３８ 流量調整弁 ３９ 流量調整弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾関 正高 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA17 CC06 KK46 MM16
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料ガスと酸化ガスとを用いて発電を行
う固体高分子型燃料電池と、前記燃料電池へ熱輸送媒体
を循環させる熱輸送媒体循環回路とを有する固体高分子
型燃料電池システムであって、前記熱輸送媒体循環回路
は、前記熱輸送媒体を加熱する加熱手段と、前記熱輸送
媒体を冷却する冷却手段と、前記熱輸送媒体を循環させ
る循環手段とを具備し、前記燃料電池の温度を調整する
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。 - 【請求項２】 熱輸送媒体循環回路は、冷却手段を短絡
する短絡経路と、前記冷却手段と前記短絡経路とに流れ
る熱輸送媒体の流量を調整する流量調整手段とを具備す
ることを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電
池システム。 - 【請求項３】 熱輸送媒体循環回路は、燃料電池で発生
した熱の蓄熱手段を具備することを特徴とする請求項２
記載の固体高分子型燃料電池システム。 - 【請求項４】 蓄熱手段で蓄熱した熱を用いて、燃料電
池の温度を調整することを特徴とする請求項３記載の固
体高分子型燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28765098A JP3580147B2 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | 固体高分子型燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28765098A JP3580147B2 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | 固体高分子型燃料電池システム |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004169727A Division JP3858913B2 (ja) | 2004-06-08 | 2004-06-08 | 燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000113900A true JP2000113900A (ja) | 2000-04-21 |
| JP3580147B2 JP3580147B2 (ja) | 2004-10-20 |
Family
ID=17719962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28765098A Expired - Lifetime JP3580147B2 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | 固体高分子型燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3580147B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002246054A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-30 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2005166540A (ja) * | 2003-12-04 | 2005-06-23 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池冷却システム |
| JP2007026903A (ja) * | 2005-07-15 | 2007-02-01 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2008112741A (ja) * | 2008-01-21 | 2008-05-15 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2012023054A (ja) * | 2011-09-29 | 2012-02-02 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
-
1998
- 1998-10-09 JP JP28765098A patent/JP3580147B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002246054A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-30 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2005166540A (ja) * | 2003-12-04 | 2005-06-23 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池冷却システム |
| JP4677715B2 (ja) * | 2003-12-04 | 2011-04-27 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池冷却システム |
| JP2007026903A (ja) * | 2005-07-15 | 2007-02-01 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2008112741A (ja) * | 2008-01-21 | 2008-05-15 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2012023054A (ja) * | 2011-09-29 | 2012-02-02 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3580147B2 (ja) | 2004-10-20 |
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