JP2000285940A - 固体高分子型燃料電池発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水蒸気発生器の必要熱容量を低減でき、シス
テム内で行われる反応に悪影響を及ぼさないで熱を効率
良く回収できる固体高分子型燃料電池発電システムを提
供する。 【解決手段】 水を加熱して水蒸気を発生させる水蒸気
発生器７０と、水蒸気と燃料とから水素及び一酸化炭素
を含む改質ガスを生成する改質器３と、改質ガスに含ま
れる一酸化炭素を変成する一酸化炭素変成器４と、未変
成の一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器５と、当該
一酸化炭素が除去された後の水素と空気中に含まれる酸
素とを反応させて電力を発生させる燃料電池本体６とを
備えた固体高分子型燃料電池発電システムＳにおいて、
改質器３と一酸化炭素変成器４との間に第１熱回収用熱
交換器Ｈ１及び第２熱回収用熱交換器Ｈ２を接続し、こ
れら第１熱回収用熱交換器Ｈ１及び第２熱回収用熱交換
器Ｈ２に水管６６を導き、一酸化炭素変成器４に導かれ
る改質ガスの熱を回収して当該水管６６中の水温を上昇
させて水蒸気発生器７０に供給するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料から生成され
た水素と空気中の酸素とを用いて発電を行う固体高分子
型燃料電池発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、水管を介して供給される水を加
熱して水蒸気を発生させる水蒸気発生器と、この水蒸気
発生器からの水蒸気と燃料供給源からの燃料とを供給し
て加熱下で水素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成す
る改質器と、この改質器からの改質ガスに含まれる一酸
化炭素を変成する一酸化炭素変成器と、この一酸化炭素
変成器からの未変成の一酸化炭素を除去する一酸化炭素
除去器と、この一酸化炭素除去器からの当該一酸化炭素
が除去された後の水素と空気中に含まれる酸素とを反応
させて電力を発生させる燃料電池本体とを備えた固体高
分子型燃料電池発電システムが知られている。

【０００３】この種の固体高分子型燃料電池発電システ
ムでは、前記水蒸気発生器に常温の水が供給され、この
水を水蒸気発生器に内蔵されたバーナで昇温して水蒸気
が生成されていた。

【０００４】また、前記改質器、一酸化炭素変成器、一
酸化炭素除去器、燃料電池本体では、所定の反応温度を
有する化学反応が行われる。改質器における化学反応は
吸熱反応であるので、例えばバーナによって常時加熱し
ながら化学反応を行う。また、前記一酸化炭素変成器、
一酸化炭素除去器で行われる化学反応は発熱反応である
ので、例えば一酸化炭素除去器では、システム起動時の
みバーナを燃焼させて燃焼ガスを発生させ、このとき発
生した燃焼ガスの熱で一酸化炭素除去器の温度を反応温
度まで昇温し、この反応温度まで昇温した後には、発熱
反応の熱により反応温度以上に昇温しないように冷却が
行われる。また、燃料電池本体では、電気化学反応が行
われ、この電気化学反応時の活性化過電圧、濃度過電
圧、抵抗過電圧により熱が発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た固体高分子型燃料電池発電システムでは、水蒸気発生
器に常温の水が供給されるので、水蒸気発生器で水蒸気
を発生させるために必要な熱量が増大するという問題が
ある。

【０００６】また、上述した固体高分子型燃料電池発電
システムで生じる熱を回収する際には、システム内で行
われる化学反応に必要な熱まで回収してしまう虞があ
り、当該システムから効率良く熱を回収するのは困難で
あった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上述した従来の
技術が有する課題を解消し、水蒸気発生器の必要熱容量
を低減でき、システム内で行われる反応に悪影響を及ぼ
さないで熱を効率良く回収できる固体高分子型燃料電池
発電システムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
水管を介して供給される水を加熱して水蒸気を発生させ
る水蒸気発生器と、この水蒸気発生器からの水蒸気と燃
料供給源からの燃料とを供給して加熱下で水素及び一酸
化炭素を含む改質ガスを生成する改質器と、この改質器
からの改質ガスに含まれる前記一酸化炭素を変成する一
酸化炭素変成器と、この一酸化炭素変成器からの未変成
の一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器と、この一酸
化炭素除去器からの当該一酸化炭素が除去された後の前
記水素と空気中に含まれる酸素とを反応させて電力を発
生させる燃料電池本体とを備えた固体高分子型燃料電池
発電システムにおいて、前記改質器と一酸化炭素変成器
との間に第１熱回収用熱交換器を接続し、この第１熱回
収用熱交換器に前記水管を導き、前記一酸化炭素変成器
に導かれる改質ガスの熱を回収して当該水管中の水の温
度を上昇させて前記水蒸気発生器に供給するように構成
したことを特徴とするものである。

【０００９】この発明によれば、改質器と一酸化炭素変
成器との間に接続された第１熱回収用熱交換器で熱が回
収されて温度上昇した水が水蒸気発生器に供給されるの
で、水蒸気発生器に必要な熱量が減少し、熱効率を向上
させることができる。

【００１０】請求項２記載の発明は、水管を介して供給
される水を加熱して水蒸気を発生させる水蒸気発生器
と、この水蒸気発生器からの水蒸気と燃料供給源からの
燃料とを供給して加熱下で水素及び一酸化炭素を含む改
質ガスを生成する改質器と、この改質器からの改質ガス
に含まれる前記一酸化炭素を変成する一酸化炭素変成器
と、この一酸化炭素変成器からの未変成の一酸化炭素を
除去する一酸化炭素除去器と、この一酸化炭素除去器か
らの当該一酸化炭素が除去された後の前記水素と空気中
に含まれる酸素とを反応させて電力を発生させる燃料電
池本体とを備えた固体高分子型燃料電池発電システムに
おいて、前記一酸化炭素除去器と燃料電池本体との間に
第２熱回収用熱交換器を接続し、この第２熱回収用熱交
換器に前記水管を導き、前記燃料電池本体に導かれる水
素の熱を回収して当該水管中の水の温度を上昇させて前
記水蒸気発生器に供給するように構成したことを特徴と
するものである。

【００１１】この発明によれば、一酸化炭素除去器と燃
料電池本体との間に接続された第２熱回収用熱交換器で
熱が回収されて温度上昇した水が水蒸気発生器に供給さ
れるので、水蒸気発生器に必要な熱量が減少し、熱効率
を向上させることができる。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記燃料電池本体を冷却して温度上
昇した水を貯留する水タンクを設け、この水タンク内に
第３熱回収用熱交換器を設けたことを特徴とするもので
ある。

【００１３】この発明によれば、燃料電池本体を冷却し
て温度上昇した水を貯留する水タンクを設け、この水タ
ンク内に第３熱回収用熱交換器を設けたので、水タンク
内の温度上昇した水から熱を回収することができる。

【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項記載の発明において、前記改質器にバーナを
付設し、このバーナの燃焼ガス熱により前記水蒸気と前
記燃料とを加熱し、前記改質器に燃焼排ガスを導くダク
トを接続し、このダクトに第４熱回収用熱交換器を設け
たことを特徴とするものである。

【００１５】この発明によれば、バーナからの燃焼排ガ
スを導くダクトに第４熱回収用熱交換器を設けたので、
ダクトに導かれる燃焼排ガスから熱を回収することがで
きる。

【００１６】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか１項記載の発明において、前記燃料電池本体の排
気空気を導くダクトを設け、このダクトに第５熱回収用
熱交換器を設けたことを特徴とするものである。

【００１７】この発明によれば、燃料電池本体の排気空
気を導くダクトを設け、このダクトに第５熱回収用熱交
換器を設けたので、排気空気から熱を回収することがで
きる。

【００１８】請求項６記載の発明は、請求項１〜５のい
ずれか１項記載の発明において、前記改質器に接続され
た燃焼排ガスを導くダクトと、前記燃料電池本体の排気
空気を導くダクトとを合流し、この合流したダクトに第
６熱回収用熱交換器を設けたことを特徴とするものであ
る。

【００１９】この発明によれば、改質器に接続された燃
焼排ガスを導くダクトと、燃料電池本体の排気空気を導
くダクトとを合流し、この合流したダクトに第６熱回収
用熱交換器を設けたので、改質器からの燃焼排ガスと燃
料電池本体からの排気空気とから同時に熱を回収するこ
とができる。

【００２０】請求項７記載の発明は、請求項１〜６のい
ずれか１項記載の発明において、前記熱回収用熱交換器
の回収熱を給湯設備に利用したことを特徴とするもので
ある。

【００２１】この発明によれば、熱回収用熱交換器の回
収熱を給湯設備に利用したので、回収熱の有効利用を図
ることができる。

【００２２】請求項８記載の発明は、請求項１〜７のい
ずれか１項記載の発明において、前記第１及び／又は第
２熱回収用熱交換器で回収された熱で温度が上昇した水
を貯留するサブ水タンクを設け、このサブ水タンクから
前記温度が上昇した水を前記水蒸気発生器に供給するよ
うに構成したことを特徴とするものである。

【００２３】この発明によれば、第１及び／又は第２熱
回収用熱交換器で回収された熱で温度が上昇した水を貯
留するサブ水タンクを設け、このサブ水タンクから温度
が上昇した水を水蒸気発生器に供給するので、第１及び
／又は第２熱回収用熱交換器からサブ水タンクに送られ
る水量に関係なく、水蒸気発生器に供給する水量を調節
することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２５】図１において、符号Ｓは第１の実施形態に
よる固体高分子型燃料電池発電システムを示し、この燃
料電池発電システムＳでは、天然ガス、都市ガス、ナフ
サ等の燃料ガスから水素が生成され、この生成された水
素と空気中の酸素とを化学反応させて発電が行われる。

【００２６】燃料電池発電システムＳは、燃料の供給源
である燃料供給源１と、燃料ガスから硫黄成分を除去す
る脱硫器２と、燃料ガスから水素、二酸化炭素、及び一
酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器３と、この改
質器３からの改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭
素に変成する一酸化炭素変成器４と、この一酸化炭素変
成器４からの未変成の一酸化炭素を除去する一酸化炭素
除去器５と、この一酸化炭素除去器５からの当該一酸化
炭素が除去された後の水素と空気中に含まれる酸素とを
反応させて電力を発生させる固体高分子型の燃料電池本
体６とを備える。燃料電池本体６は、燃料極（アノー
ド）６ａ、空気極（カソード）６ｂ、冷却部６ｃを備え
る。

【００２７】前記燃料供給源１からはガス管１１が延
び、このガス管１１には圧力調整弁１２、開閉弁１３、
及び流量調整弁１３´が設けられ、ガス管１１は脱硫器
２に接続される。また、前記圧力調整弁１２及び開閉弁
１３の間のガス管１１からはガス管１４が分岐して延
び、このガス管１４には圧力調整弁１５が設けられ、ガ
ス管１４はガス管１４ａ及びガス管１４ｂに二股分岐し
ている。ガス管１４ａには開閉弁１６及び流量調整弁１
７が設けられ、ガス管１４ａはバーナ１８に接続され
る。このバーナ１８には送風機１９が取り付けられる。
ガス管１４ｂには開閉弁２０及び流量調整弁２１が設け
られ、ガス管１４ｂはバーナ２２に接続される。このバ
ーナ１８には送風機２３が取り付けられる。

【００２８】脱硫器２からはガス管２４が延び、このガ
ス管２４には熱交換器２５が設けられ、ガス管２４は改
質器３に接続される。この改質器３には温度センサ２６
が設けられる。

【００２９】改質器３からはガス管２７が延び、このガ
ス管２７は前記熱交換器２５を経由し、ガス管２７には
第１熱回収用熱交換器Ｈ１が設けられ、ガス管２７は一
酸化炭素変成器４に接続される。第１熱回収用熱交換器
Ｈ１の出口側には温度センサ２８が設けられる。

【００３０】一酸化炭素変成器４からはガス管２９が延
び、このガス管２９には温度センサ３０が設けられ、ガ
ス管２９は一酸化炭素除去器５に接続される。符号３１
はガス管２９に空気を送り込む空気ポンプを示す。

【００３１】一酸化炭素除去器５は温度センサ５７を備
える。一酸化炭素除去器５からはガス管３２が延び、こ
のガス管３２には第２熱回収用熱交換器Ｈ２、温度セン
サ３３、及び開閉弁３４が設けられ、ガス管３２は燃料
電池本体６の燃料極６ａに接続される。また、前記第２
熱回収用熱交換器Ｈ２及び開閉弁３４の間のガス管３２
からはガス管３５が分岐して延び、このガス管３５には
開閉弁３６が設けられ、ガス管３５は前記バーナ１８に
接続される。燃料極６ａからはガス管３７が延びてメイ
ン水タンク（水タンク）３８に接続され、このメイン水
タンク３８からはガス管３９が延び、このガス管３９に
は開閉弁４０が介装され、ガス管３９は前記ガス管３５
に合流する。

【００３２】本実施形態による固体高分子型燃料電池発
電システムＳは、前記メイン水タンク３８の他に、純水
タンク４１と、サブ水タンク４２とを備える。

【００３３】純水タンク４１は内部の純水の水位を検知
する水位センサ４３を備え、純水タンク４１からは水管
４４が延び、この水管４４には水ポンプ４５及び開閉弁
４６が設けられ、水管４４はメイン水タンク３８に接続
される。このメイン水タンク３８内には第３熱回収用熱
交換器Ｈ３が設けられ、メイン水タンク３８は内部の水
の水位を検知する水位センサ４７を備える。メイン水タ
ンク３８からは水管５１が延び、この水管５１には水ポ
ンプ５２が設けられ、水管５１は燃料電池本体６の冷却
部６ｃに接続される。この冷却部６ｃからは水管５３が
メイン水タンク３８に延びて接続される。また、メイン
水タンク３８からは水管５４が延び、この水管５４には
水ポンプ５５が設けられ、水管５４は一酸化炭素除去器
５に取り付けられた熱交換器５６内を経由してメイン水
タンク３８に接続される。

【００３４】また、前記純水タンク４１からは水管６１
が延び、この水管６１には水ポンプ６２が設けられ、水
管６１は水管６１ａと水管６１ｂとに二股分岐する。水
管６１ａには流量調整弁６３が設けられ、水管６１ａは
前記第２熱回収用熱交換器Ｈ２を経由してサブ水タンク
４２に接続される。また、水管６１ｂには流量調整弁６
４が設けられ、水管６１ｂは第１熱回収用熱交換器Ｈ１
を経由してサブ水タンク４２に接続される。このサブ水
タンク４２は内部の水の水位を検知する水位センサ６５
を備え、サブ水タンク４２からは水管６６が延び、この
水管６６には水ポンプ６７及び開閉弁６８が設けられ、
水管６６は水蒸気発生器７０に接続される。この水蒸気
発生器７０からは水蒸気管７１が延び、この水蒸気管７
１には熱交換器７２が設けられ、水蒸気管７１は前記ガ
ス管２４に接続される。

【００３５】改質器３からは排気ダクト８１が延び、こ
の排気ダクト８１には第４熱回収用熱交換器Ｈ４が接続
される。複合化された一酸化炭素変成器４及び一酸化炭
素除去器５からは排気ダクト８２が延び、この排気ダク
ト８２は排気ダクト８１に接続される。燃料電池本体６
の空気極６ｂには吸込ダクト８３が接続され、この吸込
ダクト８３には空気ポンプ８４及び熱交換器８５が設け
られる。また、燃料電池本体６の空気極６ｂからは排気
ダクト８６が延び、この排気ダクト８６は熱交換器８５
を経由して排気ダクト８１に接続される。

【００３６】（水素を含む改質ガスの生成）固体高分子
型燃料電池発電システムＳの運転が開始されると、燃料
供給源１から流量調整弁１３´で流量が調整された燃料
ガスがガス管１１を通じて脱硫器２に送られ、この脱硫
器２で燃料ガスから硫黄成分が除去される。この脱硫さ
れた燃料ガスには水蒸気発生器７０で発生した水蒸気が
水蒸気管７１を介して混入され、燃料ガス及び水蒸気は
ガス管２４を通じて改質器３に送られる。改質器３では
バーナ１８が常時燃焼され、このバーナ１８の燃焼ガス
熱により改質器３の触媒層は７００〜８００℃に加熱さ
れ、水蒸気と燃料ガスとから水蒸気改質反応により水
素、二酸化炭素、及び一酸化炭素を含む改質ガスが生成
される。この高温の改質ガスはガス管２７を通り、熱交
換器２５で改質器３に送られる前の燃料ガスを昇温し、
第１熱回収用熱交換器Ｈ１を経由して、一酸化炭素変成
器４に送られる。

【００３７】起動時は、ガス管１１、１４、１４ａを介
して燃料ガスをバーナ１８に導入して改質器３の温度を
所定の温度まで昇温する。尚、起動時には、改質器３の
温度を７００〜８００℃に制御することを行わず、起動
時は改質器３の温度を上昇させるだけである。

【００３８】通常運転時（発電時）には、ガス管３７、
メイン水タンク３８、ガス管３９、３５を通ってバーナ
１８へ燃料電池未反応ガスが導入され、この燃料電池未
反応ガスを全量バーナ１８で燃焼させる。バーナ１８か
らの熱量が不足して改質器３の温度が７００〜８００℃
に保持できない場合には、ガス管１１、１４、１４ａを
介して燃料ガスがバーナ１８に導入される。このとき、
温度センサ２６が検出する改質器３の温度に基づいて流
量調整弁１７の開度が調整されて燃料ガスの流量が制御
され、この流量制御された燃料ガスを追い炊きとして燃
焼させ、改質器３の温度を７００〜８００℃に保持す
る。

【００３９】（改質ガス中の一酸化炭素濃度の低減）一
酸化炭素変成器４では改質ガス中に含まれる一酸化炭素
が水蒸気と反応して二酸化炭素に変成され、改質ガス中
の一酸化炭素濃度は１％程度に低減される。そして、改
質ガスは、ガス管２９を通り、空気ポンプ２９が運転さ
れて空気が混入され、一酸化炭素除去器５に送られる。
この一酸化炭素除去器５では、改質ガス中の一酸化炭素
が選択酸化反応（発熱反応）により二酸化炭素に転換さ
れ、この改質ガスの一酸化炭素濃度は１０ｐｐｍ程度に
低減される。一酸化炭素濃度が低減された改質ガス（１
６０℃程度）は、ガス管３２を通り、第２熱回収用熱交
換器Ｈ２を経由して、燃料電池本体６の燃料極６ａに送
られる。

【００４０】また、バーナ２２はシステム起動時のみ燃
焼が行われる。システム起動時には、バーナ２２にはガ
ス管１４及び１４ｂを介して燃料供給源１からの燃料ガ
スが供給され、一酸化炭素変成器４の触媒層に設置され
た温度センサ３０が検出する温度に基づいて流量調整弁
２１の開度が調整されて燃料ガスの流量が制御され、一
酸化炭素変成器４の触媒温度を２００〜３００℃まで昇
温する。

【００４１】（改質ガス中の水素と空気中の酸素とによ
る発電）燃料電池本体６では、一酸化炭素除去器５から
供給される改質ガスが燃料電池本体６の燃料極６ａに導
入され、一方、燃料電池本体６の空気極６ｂには空気ポ
ンプ８４の運転によって空気が導入される。そして、燃
料極６ａに導入された改質ガス中の水素と空気極６ｂに
導入された空気中の酸素との間で電気化学反応が行われ
て発電される。尚、燃料電池本体６では、電気化学反応
時の活性化過電圧、濃度過電圧、抵抗過電圧により熱が
発生する。

【００４２】燃料極６ａからガス管５３に導出された改
質ガスには燃料極６ａの電気化学反応で未反応だった水
素が含まれるので、燃料電池未反応ガスとして、上述し
たように、ガス管３７、メイン水タンク３８、ガス管３
９、３５を通じてバーナ１８に供給される。また、空気
極６ｂから排気ダクト８６に導出された空気は、燃料電
池本体６の発熱反応によって温度上昇しており、この温
度上昇した排気空気は熱交換器８５で空気極６ｂに導入
される前の空気を昇温した後、この空気は第５熱回収用
熱交換器Ｈ５を経由して排気ダクト８１を通じて外部に
放出される。

【００４３】燃料電池本体６は、一旦昇温された後はメ
イン水タンク３８の水が燃料電池本体６を循環して当該
燃料電池本体６の温度を約８０℃に保持する。すなわ
ち、水ポンプ５２の運転によりメイン水タンク３８の水
が水管５１を通じて冷却部６ｃに送られて燃料電池本体
６を冷却し、この冷却によって昇温した水は水管５３を
通じてメイン水タンク３８に戻る。

【００４４】（熱回収）本実施形態では、第１熱回収用
熱交換器Ｈ１及び第２熱回収用熱交換器Ｈ２に常温の水
（純水）が導入されて改質ガスから熱が回収される。

【００４５】純粋タンク４１の水は、水ポンプ６２が運
転されて水管６１に送られ、水管６１ａを通じて第２熱
回収用熱交換器Ｈ２に導入されて第２熱回収用熱交換器
Ｈ２を通る改質ガス（１６０℃程度）から熱を回収した
後、サブ水タンク４２に送られる。第２熱回収用熱交換
器Ｈ２に送られる水の流量は、当該第２熱回収用熱交換
器Ｈ２の出口側改質ガスの温度を検出する温度センサ３
３の検出温度が例えば７０℃になるように流量調整弁６
３の開度が調節されて温度制御される。また、純水タン
ク４１の純水は、水ポンプ６２が運転されて第１熱回収
用熱交換器Ｈ１に供給され、改質器３からの改質ガス
（５００℃程度）から熱を回収し、サブ水タンク４２に
送られる。第１熱回収用熱交換器Ｈ１に送られる水の流
量は、当該第１熱回収用熱交換器Ｈ１出口側の改質ガス
の温度を検出する温度センサ２８の検出温度が例えば２
３０℃になるように流量調整弁６４の開度が調節されて
温度制御される。

【００４６】第１熱回収用熱交換器Ｈ１及び第２熱回収
用熱交換器Ｈ２からサブ水タンク４２に送られた温水
（例えば６０〜９０℃程度）はサブ水タンク４２に貯留
される。この貯留された温水は水ポンプ６７の運転によ
り水蒸気発生器７０に供給される。前記水ポンプ６７の
運転（回転数）は、水蒸気発生器７０で発生する水蒸気
と原燃料（燃料ガス）との割合、すなわち水蒸気／炭素
比（Ｓ／Ｃ比）が２．５〜３．５になるように制御され
る。

【００４７】水蒸気発生器７０で発生した水蒸気は、水
蒸気管７１を介して熱交換器７２に送られ、この熱交換
器７２で改質器３からの燃焼排ガスによって昇温された
後、ガス管２４内の燃料ガスに混入される。

【００４８】このように、熱回収用熱交換器Ｈ１、Ｈ２
で熱が回収されて高温の水が水蒸気発生器７０に供給さ
れるので、水蒸気発生器７０に必要な熱量が減少し、熱
効率を向上させることができる。

【００４９】本実施形態では、第３熱回収用熱交換器Ｈ
３、第４熱回収用熱交換器Ｈ４、第５熱回収用熱交換器
Ｈ５に常温の水が導入されて貯留水又は排ガスから熱が
回収される。

【００５０】第３熱回収用熱交換器Ｈ３を備えるメイン
水タンク３８の水は、水管５４を通じて一酸化炭素除去
器５の熱交換器５６を循環し、システム起動時にはバー
ナ２２の燃焼ガスによって高温となった水がメイン水タ
ンク３８に戻ると共にバーナ２２の停止後（通常運転
時）には一酸化炭素除去器５の発熱反応によって昇温し
た水が戻る。このときには、一酸化炭素除去器５の温度
を検出する温度センサ５７の検出温度が例えば１６０〜
１８０℃に保持されるように水ポンプ５５の運転が制御
される。また、メイン水タンク３８の水は、燃料電池本
体６の冷却部６ｃに循環し、燃料電池本体６を冷却した
温水がメイン水タンク３８に戻る。このようにして昇温
したメイン水タンク３８内の水から第３熱回収用熱交換
器Ｈ３の水管９３を介して導入される常温の水によって
熱が回収される。

【００５１】また、改質器３のバーナ１８の燃焼により
発生した高温の燃焼ガスは、改質器３内で燃料ガスや水
蒸気等を昇温した後、熱交換器７２で水蒸気を昇温して
燃焼排ガスとなり、この燃焼排ガス（例えば４５０〜６
００℃程度）は排気ダクト８１を通じて第４熱回収用熱
交換器Ｈ４を経由して外部に放出される。第４熱回収用
熱交換器Ｈ４には常温の水が水管９４を介して導入さ
れ、この常温の水によって燃焼排ガスの熱が回収され
る。

【００５２】また、一酸化炭素変成器４及び一酸化炭素
除去器５で発生する熱、すなわちバーナ２２の燃焼ガス
熱、一酸化炭素変成器４の発熱反応による熱、一酸化炭
素除去器５の発熱反応による熱等を含む排ガスは、排気
ダクト８２を通じて改質器３からの燃焼排ガスに合流す
る。

【００５３】燃料電池本体６の空気極６ｂで昇温した排
気空気は熱交換器８５で空気極６ｂに導入される前の空
気を昇温した後、第５熱回収用熱交換器Ｈ５を経由して
排気ダクト８１内の排ガスに合流して外部に放出され
る。第５熱回収用熱交換器Ｈ５には常温の水が水管９５
を介して導入され、この常温の水によって排気空気の熱
が回収される。

【００５４】第２の実施形態として、図２に示すよう
に、熱回収用熱交換器として、前記第１熱回収用熱交換
器Ｈ１と、前記第２熱回収用熱交換器Ｈ２と、前記第４
熱回収用熱交換器Ｈ４と、前記第５熱回収用熱交換器Ｈ
５とを設け、これらの熱回収用熱交換器Ｈ１、Ｈ２、Ｈ
４、Ｈ５で熱を回収することも可能である。

【００５５】第３の実施形態として、図３に示すよう
に、燃料電池本体６の空気極６ｂからの排気空気と改質
器３からの燃焼排ガスとが導かれる排気ダクト８７に空
気極６ｂからの排気空気と改質器３からの燃焼排ガスと
から熱を回収する第６熱回収用熱交換器Ｈ６を設け、更
に、熱回収熱交換器として、前記第１熱回収用熱交換器
Ｈ１と、前記第２熱回収用熱交換器Ｈ２と、前記第３熱
回収用熱交換器Ｈ３とを設け、これらの熱回収用熱交換
器Ｈ６、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３で熱を回収することも可能で
ある。尚、符号９６は常温の水を第６熱回収用熱交換器
Ｈ６内に導く水管を示す。

【００５６】第４の実施形態として、図４に示すよう
に、熱回収熱交換器として、前記第１熱回収用熱交換器
Ｈ１と、前記第２熱回収用熱交換器Ｈ２と、前記第６熱
回収用熱交換器Ｈ６とを設け、これらの熱回収用熱交換
器Ｈ１、Ｈ２、Ｈ６により熱を回収することも可能であ
る。

【００５７】熱回収用熱交換器Ｈ３〜Ｈ６における熱回
収によって得られた温水は、図示を省略した給湯用タン
クに貯留されて給湯設備に利用される。

【００５８】以上の実施形態では、熱回収用熱交換器Ｈ
１〜Ｈ６には常温の水が導入されて熱が回収されるの
で、低温の熱源（例えば６０〜７０℃）からでも熱が回
収可能となり、熱の回収効率を向上させることができ
る。

【００５９】また、前述の熱回収用熱交換器Ｈ１、Ｈ２
ではシステム反応に必要な熱を残すように温度制御され
て熱が回収されると共に、熱回収用熱交換器Ｈ３〜Ｈ６
では固体高分子型燃料電池発電システムＳで不要となっ
た熱が回収されるので、改質器３、一酸化炭素変成器
４、一酸化炭素除去器５、燃料電池本体６等における化
学反応の温度制御に影響を及ぼさずに効率良く熱が回収
できる。

【００６０】また、第１及び第２熱回収用熱交換器Ｈ
１、Ｈ２で回収された熱で昇温した水がサブ水タンク４
２に貯留され、このサブ水タンク４２から昇温した水が
水蒸気発生器７０に供給されるので、第１及び第２熱回
収用熱交換器Ｈ１、Ｈ２からサブ水タンクに送られる水
量に関係なく、水蒸気発生器７０に供給する水量を調節
することができる。

【００６１】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明はこれに限定されるものでないことは明
らかである。本実施形態では、サブ水タンク４２が設け
られているが、サブ水タンク４２はメイン水タンク３８
に統合してもよい。また、第４熱回収用熱交換器Ｈ４、
第５熱回収用熱交換器Ｈ５、第６熱回収用熱交換器Ｈ６
はどのように組み合わせてシステム内に設けてもよい。

【００６２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、改質器と
一酸化炭素変成器との間に接続された第１熱回収用熱交
換器で熱が回収されて温度上昇した水が水蒸気発生器に
供給されるので、水蒸気発生器に必要な熱量が減少し、
熱効率を向上させることができる。

【００６３】請求項２記載の発明によれば、一酸化炭素
除去器と燃料電池本体との間に接続された第２熱回収用
熱交換器で熱が回収されて温度上昇した水が水蒸気発生
器に供給されるので、水蒸気発生器に必要な熱量が減少
し、熱効率を向上させることができる。

【００６４】請求項３記載の発明によれば、燃料電池本
体を冷却して温度上昇した水を貯留する水タンクを設
け、この水タンク内に第３熱回収用熱交換器を設けたの
で、水タンク内の温度上昇した水から熱を回収すること
ができる。

【００６５】請求項４記載の発明によれば、バーナから
の燃焼排ガスを導くダクトに第４熱回収用熱交換器を設
けたので、ダクトに導かれる燃焼排ガスから熱を回収す
ることができる。

【００６６】請求項５記載の発明によれば、燃料電池本
体の排気空気を導くダクトを設け、このダクトに第５熱
回収用熱交換器を設けたので、排気空気から熱を回収す
ることができる。

【００６７】請求項６記載の発明によれば、改質器に接
続された燃焼排ガスを導くダクトと、燃料電池本体の排
気空気を導くダクトとを合流し、この合流したダクトに
第６熱回収用熱交換器を設けたので、改質器からの燃焼
排ガスと燃料電池本体からの排気空気とから同時に熱を
回収することができる。

【００６８】請求項７記載の発明によれば、熱回収用熱
交換器の回収熱を給湯設備に利用したので、回収熱の有
効利用を図ることができる。

【００６９】請求項８記載の発明によれば、第１及び／
又は第２熱回収用熱交換器で回収された熱で温度が上昇
した水を貯留するサブ水タンクを設け、このサブ水タン
クから温度が上昇した水を水蒸気発生器に供給するの
で、第１及び／又は第２熱回収用熱交換器からサブ水タ
ンクに送られる水量に関係なく、水蒸気発生器に供給す
る水量を調節することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態による固体高分子型燃料電池発
電システムを示す図である。

【図２】第２の実施形態による固体高分子型燃料電池発
電システムを示す図である。

【図３】第３の実施形態による固体高分子型燃料電池発
電システムを示す図である。

【図４】第４の実施形態による固体高分子型燃料電池発
電システムを示す図である。

【符号の説明】

Ｓ 固体高分子型燃料電池発電システム １ 燃料供給源 ２ 脱硫器 ３ 改質器 ４ 一酸化炭素変成器 ５ 一酸化炭素除去器 ６ 燃料電池本体 １８ バーナ ２７ 熱交換器 ３８ メイン水タンク（水タンク） ４２ サブ水タンク ５６ 熱交換器 ６１ａ 水管 ６１ｂ 水管 ６６ 水管 ７０ 水蒸気発生器 Ｈ１〜Ｈ６ 熱回収用熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤生 昭 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 黄木 丈俊 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA16 BA17 CC06 DD06

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水管を介して供給される水を加熱して水
   蒸気を発生させる水蒸気発生器と、この水蒸気発生器か
   らの水蒸気と燃料供給源からの燃料とを供給して加熱下
   で水素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器
   と、この改質器からの改質ガスに含まれる前記一酸化炭
   素を変成する一酸化炭素変成器と、この一酸化炭素変成
   器からの未変成の一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去
   器と、この一酸化炭素除去器からの当該一酸化炭素が除
   去された後の前記水素と空気中に含まれる酸素とを反応
   させて電力を発生させる燃料電池本体とを備えた固体高
   分子型燃料電池発電システムにおいて、 前記改質器と一酸化炭素変成器との間に第１熱回収用熱
   交換器を接続し、この第１熱回収用熱交換器に前記水管
   を導き、前記一酸化炭素変成器に導かれる改質ガスの熱
   を回収して当該水管中の水の温度を上昇させて前記水蒸
   気発生器に供給するように構成したことを特徴とする固
   体高分子型燃料電池発電システム。
2. 【請求項２】 水管を介して供給される水を加熱して水
   蒸気を発生させる水蒸気発生器と、この水蒸気発生器か
   らの水蒸気と燃料供給源からの燃料とを供給して加熱下
   で水素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器
   と、この改質器からの改質ガスに含まれる前記一酸化炭
   素を変成する一酸化炭素変成器と、この一酸化炭素変成
   器からの未変成の一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去
   器と、この一酸化炭素除去器からの当該一酸化炭素が除
   去された後の前記水素と空気中に含まれる酸素とを反応
   させて電力を発生させる燃料電池本体とを備えた固体高
   分子型燃料電池発電システムにおいて、 前記一酸化炭素除去器と燃料電池本体との間に第２熱回
   収用熱交換器を接続し、この第２熱回収用熱交換器に前
   記水管を導き、前記燃料電池本体に導かれる水素の熱を
   回収して当該水管中の水の温度を上昇させて前記水蒸気
   発生器に供給するように構成したことを特徴とする固体
   高分子型燃料電池発電システム。
3. 【請求項３】 前記燃料電池本体を冷却して温度上昇し
   た水を貯留する水タンクを設け、この水タンク内に第３
   熱回収用熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１又
   は２記載の固体高分子型燃料電池発電システム。
4. 【請求項４】 前記改質器にバーナを付設し、このバー
   ナの燃焼ガス熱により前記水蒸気と前記燃料とを加熱
   し、前記改質器に燃焼排ガスを導くダクトを接続し、こ
   のダクトに第４熱回収用熱交換器を設けたことを特徴と
   する請求項１〜３のいずれか１項記載の固体高分子型燃
   料電池発電システム。
5. 【請求項５】 前記燃料電池本体の排気空気を導くダク
   トを設け、このダクトに第５熱回収用熱交換器を設けた
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の固
   体高分子型燃料電池発電システム。
6. 【請求項６】 前記改質器に接続された燃焼排ガスを導
   くダクトと、前記燃料電池本体の排気空気を導くダクト
   とを合流し、この合流したダクトに第６熱回収用熱交換
   器を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１
   項記載の固体高分子型燃料電池発電システム。
7. 【請求項７】 前記熱回収用熱交換器の回収熱を給湯設
   備に利用したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか
   １項記載の固体高分子型燃料電池発電システム。
8. 【請求項８】 前記第１及び／又は第２熱回収用熱交換
   器で回収された熱で温度が上昇した水を貯留するサブ水
   タンクを設け、このサブ水タンクから前記温度が上昇し
   た水を前記水蒸気発生器に供給するように構成したこと
   を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の固体高
   分子型燃料電池発電システム。