JP2001266919A - 燃料電池コージェネレーションシステム - Google Patents

燃料電池コージェネレーションシステム

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JP2001266919A
JP2001266919A JP2000076220A JP2000076220A JP2001266919A JP 2001266919 A JP2001266919 A JP 2001266919A JP 2000076220 A JP2000076220 A JP 2000076220A JP 2000076220 A JP2000076220 A JP 2000076220A JP 2001266919 A JP2001266919 A JP 2001266919A
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fuel cell
air
heat exchange
temperature
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JP2000076220A
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Yoshihiro Nishitsuru
芳寛 西水流
Masahito Watabe
雅仁 渡部
Yasufumi Takahashi
康文 高橋
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Panasonic Ecology Systems Co Ltd
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Matsushita Seiko Co Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池の性能を低下させることなく冷却水
の流量を半減させ、燃料電池の発電の一部により駆動さ
れる送水ポンプの入力を抑え、燃料電池の発電効率を向
上することのできる燃料電池コージェネレーションシス
テムを提供する。 【解決手段】 第一の冷却水路2から流出する冷却水と
冷却水配管111を流れる冷却水をプレート式熱交換器
1により熱交換させ、プレート式熱交換器1より流出し
た冷却水を第一の冷却水路2および第二の冷却水路3に
導き、第一の冷却水路2の入口における冷却水温度と第
二の冷却水路3の入口における冷却水温度を等しくさ
せ、かつ、第一の冷却水路2の出口における冷却水温度
と第二の冷却水路3の出口における冷却水の温度が等し
くなるようにし、燃料電池本体102の性能を低下させ
ることなく冷却水の流量を半減させ、燃料電池本体10
2の発電により賄われている送水ポンプ113への入力
を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の発電効
率向上と性能低下の防止を図るコージェネレーションシ
ステムに関する。
【0002】
【従来の技術】以下に従来の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムの構成および動作について説明する。図1
5、16に示すように、燃料電池システム101は燃料
電池本体102、改質器103、ブロワー104、加湿
器105からなり、燃料電池本体102は複数のセパレ
ータ106を積層することにより構成されている。セパ
レータ106には水素流路107、空気流路108、冷
却水流路109が形成され、水素流路107と空気流路
108は電解質膜・電極接合体(以下MEA)110を
挟み込むように配置される。冷却水流路109は冷却水
配管111と接続され、冷却水配管111は貯湯タンク
112に接続される。冷却水配管111には冷却水を循
環させるための送水ポンプ113が設置されている。原
燃料である都市ガスやLPG等は改質器103において
高温高湿の水素リッチガスに改質され、セパレータ10
6に形成された水素流路107へ供給される。電池反応
に必要となる酸素は空気中に含まれており、空気はブロ
ワー104により加湿器105へ供給され、高温高湿状
態となってセパレータ106に形成された空気流路10
8へ供給される。燃料電池本体102へ供給された水素
リッチガスおよび空気に含まれる酸素はMEA110を
介して化学反応を起こし電気と水を生成する。供給した
水素リッチガスは電池反応により大半の水素が消費さ
れ、少量の未反応水素を含む水蒸気となって排出され
る。供給した空気は電池反応により空気に含まれる酸素
の一部が消費され、高温高湿の空気として排出される。
電気はインバータ114において直流から交流へと変換
され負荷115へ供給される。燃料電池本体102は発
電の過程において発熱するので、燃料電池本体102の
温度を一定に保つためにセパレータ106に設けた冷却
水流路109に冷却水を流す方法が一般に知られてい
る。燃料電池本体102の発電状態を一定に保つために
は、燃料電池本体102へ流入する冷却水温度と燃料電
池本体102から流出する温度をそれぞれ一定にする必
要がある。燃料電池本体102に供給される冷却水の温
度は75℃前後であり、燃料電池本体102内部を通過
する過程で熱を回収することにより5℃前後水温が上昇
した状態で流出される。冷却水配管111は閉回路を形
成し、閉回路内に設けた送水ポンプ113により冷却水
の循環を行う。冷却水配管111の一部は貯湯タンク1
12を経由することになり、80℃前後の温水は貯湯タ
ンク112の温水と熱交換を行い放熱することにより、
75℃前後の温水となって再び燃料電池本体102に供
給される。貯湯タンク112で熱交換を行うことによっ
てできた温水は貯湯タンク112に貯えられ、この温水
を利用しての給湯、暖房などが可能となる。ブロワー1
04、加湿器105、送水ポンプ113など電気を必要
とする周辺機器の電力は燃料電池本体102の発電によ
り作られる電気の一部を利用することにより賄われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の燃料
電池コージェネレーションシステムでは、発電に伴う発
熱による燃料電池本体の温度上昇を抑制するためには冷
却水の水量をできるだけ多くすることが望ましいが、水
量の増加により燃料電池本体の出入口における圧力損失
が増加し、冷却水の循環に用いている送水ポンプの入力
が大きくなる。従って、燃料電池の発電により作られる
電気の一部を利用する送水ポンプの入力の割合が増加す
るため発電効率が低下することになる。逆に送水ポンプ
への入力を抑えるために冷却水の水量を下げていくと、
燃料電池の発熱により冷却水の温度が上昇し過ぎてしま
い燃料電池の性能低下を招くという課題があり、送水ポ
ンプへの入力を抑制し、かつ、燃料電池の性能を低下さ
せることなく発電効率を向上させることが要求されてい
る。
【0004】また、燃料電池から流出した80℃前後の
高温の冷却水は、貯湯タンク内を流れる過程において貯
湯タンク内の水と熱交換を行い熱を放出することにより
温度を下げ、再び燃料電池へと供給されるのだが、燃料
電池に供給する冷却水の温度は75℃前後であるため、
貯湯タンク出入口における温度差は5℃前後としなけれ
ばならず、この温度差分の熱しか貯湯タンク内の水を温
めることに利用されておらず冷却水の持つ熱エネルギー
の利用率は低くなっている。冷却水の持つ熱エネルギー
の利用率を高めようとした場合、貯湯タンク出入口にお
ける冷却水の温度差を大きくとることが望ましいが、貯
湯タンク出口における冷却水の温度が低くなるため燃料
電池に流入する冷却水温度が低下し過ぎ、燃料電池の性
能を低下させてしまうという課題があり、燃料電池の性
能を低下させることなく冷却水の持つ熱エネルギーの利
用率を向上させ貯湯タンクに大量の温水をつくることが
要求されている。
【0005】また、燃料電池に供給する冷却水の温度は
貯湯タンクより流出する冷却水の温度に大きく影響さ
れ、貯湯タンク出口において冷却水温度が目的とする温
度より低くなった場合、燃料電池に供給する過程におい
て昇温する手段がないため、低温状態で燃料電池に供給
されてしまい燃料電池の性能を低下させてしまうという
課題があり、燃料電池に供給する冷却水の温度を適正に
保つことが要求されている。
【0006】また、外部の雰囲気温度が低温状態で燃料
電池システムを起動する際、冷却水が凍結してしまい、
冷却水の循環に支障をきたし燃料電池本体の性能が低下
してしまうという課題が有り、外部雰囲気温度が低温状
態の場合であっても確実に起動できることが要求されて
いる。
【0007】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、燃料電池の性能を低下させることなく燃
料電池本体に流入流出する冷却水の温度を一定に保った
まま冷却水の水量を減らし、冷却水を送水するために必
要な送水ポンプの入力を低減することにより、燃料電池
の発電により作られる電気の一部を利用する送水ポンプ
の入力の割合を減少させ、燃料電池の発電効率を向上す
ることができ、また、貯湯タンク出入口における冷却水
の温度差を大きくとり冷却水の持つ熱エネルギーの利用
率を向上させ貯湯タンクに大量の温水をつくるととも
に、低温となった冷却水と燃料電池から排出される空気
や未反応水素を含む水蒸気が持つ熱との間で熱交換さ
せ、排熱を冷却水の温度上昇に利用することにより燃料
電池の性能を低下させないようにすることができ、ま
た、冷却水と熱交換させる燃料電池から排出される空気
や未反応水素を含む水蒸気の送風量を調節することによ
り冷却水を所定の温度に昇温させ燃料電池に供給するこ
とができ、また、外部雰囲気が低温状態であっても燃料
電池に流れる冷却水が凍結するなどの支障をきたすこと
なく確実に起動することができる燃料電池コージェネレ
ーションシステムを提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池コージ
ェネレーションシステムは上記目的を達成するために、
水素含有ガス流路および空気流路を有する燃料電池本体
と、前記燃料電池本体に水素含有ガスを供給する燃料供
給手段と、前記燃料電池本体に空気を供給する空気供給
手段と、前記空気供給手段により供給された空気を加湿
するための加湿手段と、前記燃料電池本体の温度を一定
に保つための冷却水回路と、前記冷却水回路に接続され
前記燃料電池本体に冷却水を循環させるための送水手段
を備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体
の内部には第一の冷却水路および第二の冷却水路が形成
され、冷却水は前記第一の冷却水路を流れた後に前記第
二の冷却水路を流れるとともに、冷却水は前記燃料電池
本体の前記第一の冷却水路に流入する冷却水と前記第一
の冷却水路から流出する冷却水の間で熱交換を行い、熱
交換を終えた冷却水が前記第二の冷却水路へ流れるよう
にしたものである。
【0009】また他の手段は、水素含有ガス流路および
空気流路を有する燃料電池本体と、前記燃料電池本体に
水素含有ガスを供給する燃料供給手段と、前記燃料電池
本体に空気を供給する空気供給手段と、前記空気供給手
段により供給された空気を加湿するための加湿手段と、
前記燃料電池本体の温度を一定に保つための冷却水回路
と、前記冷却水回路に接続され前記燃料電池本体に冷却
水を循環させるための送水手段を備えた燃料電池システ
ムにおいて、前記燃料電池本体に形成された第一の冷却
水路および第二の冷却水路と、前記冷却水回路に接続さ
れる熱交換手段と、前記冷却水回路に接続される熱利用
手段を備え、前記第一の冷却水路の入口と前記熱交換手
段を第一の冷却水供給管により接続し、前記第一の冷却
水路の出口および前記熱交換手段を冷却水排出管により
接続し、前記第二の冷却水路の入口と前記熱交換手段を
第二の冷却水供給管により接続し、前記第二の冷却水路
の出口と前記冷却水回路を接続し、前記冷却水回路は前
記熱利用手段を経由し前記熱交換手段と接続され、前記
冷却水回路を流れる冷却水は前記熱交換手段を経由し前
記第一の冷却水供給管を流れ前記第一の冷却水路に流入
し、前記第一の冷却水路から流出した冷却水は前記冷却
水排出管を流れ前記熱交換手段を経由し前記第二の冷却
水供給管を流れ前記第二の冷却水路に流入し、前記第二
の冷却水路から流出した冷却水は前記冷却水回路を流れ
前記熱利用手段を経由し前記熱交換手段へ戻る循環経路
を形成し、前記第一の冷却水路の入口における冷却水の
温度と前記第二の冷却水路の入口における冷却水の温度
が等しくなるようにし、かつ、前記第一の冷却水路の出
口における冷却水の温度と前記第二の冷却水路の出口に
おける冷却水の温度が等しくなるようにしたものであ
る。
【0010】また他の手段は、熱交換手段に流入する冷
却水と、燃料電池本体から排出された高温高湿の空気ま
たは前記燃料電池本体から排出された少量の未反応水素
を含む水蒸気の少なくともいずれか一方との間で熱交換
を行い、熱交換後の昇温された冷却水を前記熱交換手段
に供給するようにしたものである。
【0011】また他の手段は、熱交換手段と熱利用手段
を接続する冷却水回路に第二の熱交換手段を備え、燃料
電池本体から排出された高温高湿の空気を流すための空
気送風回路、または前記燃料電池本体から排出された少
量の未反応水素を含む水蒸気を流すための水素送風回路
の少なくともいずれか一方と前記第二の熱交換手段を接
続し、前記第二の熱交換手段では、前記燃料電池本体か
ら排出された高温高湿の空気または前記燃料電池本体か
ら排出された少量の未反応水素を含む水蒸気の少なくと
もいずれか一方と前記冷却水回路を流れる冷却水の間で
熱交換を行い、熱交換後の昇温された冷却水を前記熱交
換手段に供給するようにしたものである。
【0012】また他の手段は、空気送風回路および水素
送風回路に備えた送風量を調節するための風量切換え手
段と、前記風量切換え手段により分流された送風量の一
部を排気するための排気流路を備え、燃料電池本体から
排出された高温高湿の空気または前記燃料電池本体から
排出された少量の未反応水素を含む水蒸気を前記風量切
換え手段により分流し、高温高湿の空気または少量の未
反応水素を含む水蒸気の一部または全部を第二の熱交換
手段に供給し、残りの高温高湿の空気または少量の未反
応水素を含む水蒸気を前記排気流路に流すようにしたも
のである。
【0013】また他の手段は、熱交換手段より流出し第
一の冷却水供給管を流れる冷却水と、燃料電池本体から
排出された高温高湿の空気または前記燃料電池本体から
排出された少量の未反応水素を含む水蒸気の少なくとも
いずれか一方との間で熱交換を行い、熱交換後の昇温さ
れた冷却水を前記燃料電池本体に形成された第一の冷却
水路へ供給するようにしたものである。
【0014】また他の手段は、熱交換手段と燃料電池本
体に形成された第一の冷却水路の入口を接続する第一の
冷却水供給管に第三の熱交換手段を備え、前記燃料電池
本体から排出された高温高湿の空気を供給するための空
気送風回路、または前記燃料電池本体から排出された少
量の未反応水素を含む水蒸気を供給するための水素送風
回路の少なくともいずれか一方と前記第三の熱交換手段
を接続し、前記第三の熱交換手段では、前記燃料電池本
体から排出された高温高湿の空気または前記燃料電池本
体から排出された少量の未反応水素を含む水蒸気の少な
くともいずれか一方と前記第一の冷却水路を流れる冷却
水の間で熱交換を行い、熱交換後の昇温された冷却水を
前記第一の冷却水供給管へ流し、前記燃料電池本体に形
成された前記第一の冷却水路へ供給するようにしたもの
である。
【0015】また他の手段は、空気送風回路および水素
送風回路に設けた送風量を調節するための風量切換え手
段と、前記風量切換え手段により分流された送風量の一
部を排気するための排気流路を備え、燃料電池本体から
排出された高温高湿の空気または前記燃料電池本体から
排出された少量の未反応水素を含む水蒸気を前記風量切
換え手段により分流し、高温高湿の空気または少量の未
反応水素を含む水蒸気の一部または全部を第三の熱交換
手段に供給し、残りの高温高湿の空気または少量の未反
応水素を含む水蒸気を前記排気流路に流すようにしたも
のである。
【0016】また他の手段は、燃料電池本体から排出さ
れた高温高湿の空気を流すための空気送風回路または前
記燃料電池本体から排出された少量の未反応水素を含む
水蒸気を流すための水素送風回路の少なくともいずれか
一方と熱交換手段とを接続し、前記燃料電池本体から排
出された高温高湿の空気または前記燃料電池本体から排
出された少量の未反応水素を含む水蒸気の少なくともい
ずれか一方と前記熱交換手段を流れる冷却水の間で熱交
換を行うようにしたものである。
【0017】また他の手段は、空気送風回路および水素
送風回路に設けた送風量を調節するための風量切換え手
段と、前記風量切換え手段により分流された送風量の一
部を排気するための排気流路を備え、燃料電池本体から
排出された高温高湿の空気または前記燃料電池本体から
排出された少量の未反応水素を含む水蒸気を前記風量切
換え手段により分流し、高温高湿の空気または少量の未
反応水素を含む水蒸気の一部または全部を熱交換手段に
供給し、残りの高温高湿の空気または少量の未反応水素
を含む水蒸気を前記排気流路に流すようにしたものであ
る。
【0018】また他の手段は、冷却水回路に設けた第四
の熱交換手段と、前記第四の熱交換手段に接続された循
環水回路と、前記循環水回路に設けた第二の送水手段を
備え、前記循環水回路は前記冷却水回路にかえて熱利用
手段に接続され、前記冷却水回路に流す液体を不凍液と
し、前記循環水回路に流す液体を水としたものである。
【0019】本発明によれば、燃料電池の性能を低下さ
せることなく燃料電池本体に流入流出する冷却水の温度
を一定に保ったまま冷却水の水量を減らし、冷却水を送
水するために必要な送水ポンプの入力を低減することで
発電効率を向上することができ、また、貯湯タンク出入
口における冷却水の温度差を大きくとり冷却水の持つ熱
エネルギーの利用率を向上させ貯湯タンクに大量の温水
をつくるとともに、低温となった冷却水と燃料電池から
排出される空気や未反応水素を含む水蒸気が持つ熱との
間で熱交換させ、冷却水の温度上昇に利用することによ
り燃料電池の性能を低下させないようにすることがで
き、また、貯湯タンク出口において冷却水温度が目的と
する温度より低くなった場合であっても、燃料電池に供
給する冷却水の温度を適温に保つことができ、また、外
部雰囲気が低温状態であっても燃料電池に流す冷却水が
凍結するなどの支障をきたすことなく確実に起動するこ
とができる燃料電池コージェネレーションシステムが得
られる。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明は、水素含有ガス流路およ
び空気流路を有する燃料電池本体と、前記燃料電池本体
に水素含有ガスを供給する燃料供給手段と、前記燃料電
池本体に空気を供給する空気供給手段と、前記空気供給
手段により供給された空気を加湿するための加湿手段
と、前記燃料電池本体の温度を一定に保つための冷却水
回路と、前記冷却水回路に接続され前記燃料電池本体に
冷却水を循環させるための送水手段を備えた燃料電池シ
ステムにおいて、前記燃料電池本体には第一の冷却水路
および第二の冷却水路が形成され、冷却水は前記第一の
冷却水路および前記第二の冷却水路をそれぞれ流れ、前
記第一の冷却水路に流入する冷却水と前記第一の冷却水
路から流出する冷却水の間で熱交換を行い、熱交換を終
えた冷却水を前記第二の冷却水路へ流すようにしたもの
であり、前記第一の冷却水路から流出する冷却水は前記
燃料電池本体の発電に伴い発生する熱を回収し昇温され
た状態となっており、前記第一の冷却水路に流入する冷
却水と熱交換を行うことにより、前記第一の冷却水路に
流入する冷却水は昇温される。昇温された冷却水は前記
第一の冷却水路に流入し、前記燃料電池本体の発電に伴
い発生する熱を回収することとなる。一方、前記第一の
冷却水路に流入する冷却水と熱交換を終え温度を下げた
冷却水は前記第二の冷却水路に流入し、前記燃料電池本
体の発電に伴い発生する熱を回収し昇温され前記冷却水
回路へ流出するようにしたものである。
【0021】また、水素含有ガス流路および空気流路を
有する燃料電池本体と、前記燃料電池本体に水素含有ガ
スを供給する燃料供給手段と、前記燃料電池本体に空気
を供給する空気供給手段と、前記空気供給手段により供
給された空気を加湿するための加湿手段と、前記燃料電
池本体の温度を一定に保つための冷却水回路と、前記冷
却水回路に接続され前記燃料電池本体に冷却水を循環さ
せるための送水手段を備えた燃料電池システムにおい
て、前記燃料電池本体に形成された第一の冷却水路およ
び第二の冷却水路と、前記冷却水回路に接続される熱交
換手段と、前記冷却水回路に接続される熱利用手段を備
え、前記第一の冷却水路の入口と前記熱交換手段を第一
の冷却水供給管により接続し、前記第一の冷却水路の出
口および前記熱交換手段を冷却水排出管により接続し、
前記第二の冷却水路の入口と前記熱交換手段を第二の冷
却水供給管により接続し、前記第二の冷却水路の出口と
前記冷却水回路を接続し、前記冷却水回路は前記熱利用
手段を経由し前記熱交換手段と接続される構成となって
おり、前記冷却水回路を流れる冷却水は前記熱交換手段
を経由し前記第一の冷却水供給管を流れ前記燃料電池本
体に形成された前記第一の冷却水路に流入する。前記第
一の冷却水路から流出した冷却水は前記冷却水排出管を
流れ前記熱交換手段を経由し前記第二の冷却水供給管へ
流出する。前記第一の冷却水路から流出した冷却水は前
記燃料電池本体が発電する際に発生する熱を回収するこ
とにより昇温した状態となっており、前記熱交換手段に
おいて前記冷却水回路を流れてきた冷却水と熱交換を行
う。前記冷却水回路を流れてきた冷却水は昇温され前記
第一の冷却水供給管を流れ前記第一の冷却水路に流入す
る。前記冷却水排出管を流れてきた冷却水は温度を下げ
た状態となり前記第二の冷却水供給管へ流出する。前記
第二の冷却水供給管を流れる冷却水は前記燃料電池本体
に形成された前記第二の冷却水路に流入し、前記燃料電
池本体が発電する際に発生する熱を回収し昇温した状態
で前記冷却水回路へ流出する。前記冷却水回路を流れる
冷却水と前記第一の冷却水路から流出し前記冷却水排出
管を流れる冷却水を前記熱交換手段において熱交換させ
ることにより、前記第一の冷却水供給管を流れ前記第一
の冷却水路に流入する熱交換後の冷却水の温度と、前記
熱交換手段を通り前記第二の冷却水供給管を流れる熱交
換後の冷却水の温度すなわち前記第二の冷却水路に流入
する冷却水の温度が等しくなるようにし、かつ、前記第
一の冷却水路から前記冷却水排出管に流出する熱交換前
の冷却水の温度と前記第二の冷却水路から前記冷却水回
路に流出する冷却水の温度が等しくなるようにしたもの
である。前記第二の冷却水路から流出した冷却水は前記
冷却水回路を流れ前記熱利用手段を経由し前記熱交換手
段へ戻る。冷却水は前記熱利用手段において放熱し、温
度を下げた状態で前記冷却水回路を流れ再び前記熱交換
手段に流入するという作用を有する。
【0022】また、熱交換手段に流入する冷却水と、燃
料電池本体から排出された高温高湿の空気または前記燃
料電池本体から排出された少量の未反応水素を含む水蒸
気の少なくともいずれか一方との間で熱交換を行うよう
にしたものであり、冷却水は燃料電池本体から排出され
た高温高湿の空気または前記燃料電池本体から排出され
た少量の未反応水素を含む水蒸気の少なくともいずれか
一方との間で熱交換を行う過程において熱を回収し昇温
され前記熱交換手段に流入するという作用を有する。
【0023】また、熱交換手段と熱利用手段を接続する
冷却水回路に第二の熱交換手段を備え、燃料電池本体か
ら排出された高温高湿の空気を流すための空気送風回
路、または前記燃料電池本体から排出された少量の未反
応水素を含む水蒸気を流すための水素送風回路の少なく
ともいずれか一方と前記第二の熱交換手段を接続したも
のであり、前記燃料電池本体から排出された高温高湿の
空気は前記空気送風回路を流れ前記第二の熱交換手段に
供給され、前記燃料電池本体から排出された少量の未反
応水素を含む水蒸気は水素送風回路を流れ前記第二の熱
交換手段に供給される。前記第二の熱交換手段におい
て、前記燃料電池本体から排出された高温高湿の空気ま
たは前記燃料電池本体から排出された少量の未反応水素
を含む水蒸気の少なくともいずれか一方と前記冷却水回
路を流れる冷却水の間で熱交換を行い、冷却水は高温高
湿の空気または少量の未反応水素を含む水蒸気の少なく
ともいずれか一方より熱を回収することにより昇温さ
れ、昇温された冷却水は前記熱交換手段に供給されると
いう作用を有する。
【0024】また、空気送風回路および水素送風回路に
送風量を調節するための風量切換え手段と、前記風量切
換え手段により分流された送風量の一部を排気するため
の排気流路を備え、燃料電池本体から排出された高温高
湿の空気または前記燃料電池本体から排出された少量の
未反応水素を含む水蒸気を前記風量切換え手段により分
流し、高温高湿の空気または少量の未反応水素を含む水
蒸気の一部または全部を第二の熱交換手段に供給し、残
りの高温高湿の空気または少量の未反応水素を含む水蒸
気を排気流路に流すようにした構成となっており、前記
空気送風回路を流れる高温高湿の空気は前記風量切換え
手段により分流され、高温高湿の空気の一部は前記第二
の熱交換手段へ流れ、冷却水回路を流れる冷却水と熱交
換を行い冷却水を昇温し、残りの高温高湿の空気は前記
排気流路を流れ冷却水と熱交換することなく排気され
る。前記水素送風回路を流れる少量の未反応水素を含む
水蒸気は前記風量切換え手段により分流され、少量の未
反応水素を含む水蒸気に一部は前記第二の熱交換手段へ
流れ、冷却水回路を流れる冷却水と熱交換を行い冷却水
を昇温し、残りの少量の未反応水素を含む水蒸気は前記
排気流路を流れ冷却水と熱交換することなく排気される
という作用を有する。
【0025】また、熱交換手段より流出し第一の冷却水
供給管を流れる冷却水と、燃料電池本体から排出された
高温高湿の空気または前記燃料電池本体から排出された
少量の未反応水素を含む水蒸気の少なくともいずれか一
方との間で熱交換を行うようにしたものであり、冷却水
は熱交換を行うことにより高温高湿の空気または少量の
未反応水素を含む水蒸気から熱を回収し昇温され前記燃
料電池本体に形成された前記第一の冷却水路へ流入する
という作用を有する。
【0026】また、熱交換手段と燃料電池本体に形成さ
れた第一の冷却水路の入口を接続する第一の冷却水供給
管に第三の熱交換手段を備え、前記燃料電池本体から排
出された高温高湿の空気を供給するための空気送風回
路、または前記燃料電池本体から排出された少量の未反
応水素を含む水蒸気を供給するための水素送風回路の少
なくともいずれか一方と前記第三の熱交換手段を接続し
たものであり、前記燃料電池本体から排出された高温高
湿の空気は前記空気送風回路を流れ前記第三の熱交換手
段に供給され、前記燃料電池本体から排出された少量の
未反応水素を含む水蒸気は前記水素送風回路を流れ前記
第三の熱交換手段に供給される。前記第三の熱交換手段
では、高温高湿の空気または少量の未反応水素を含む水
蒸気の少なくともいずれか一方と前記第一の冷却水路を
流れる冷却水の間で熱交換を行い、冷却水は高温高湿の
空気または少量の未反応水素を含む水蒸気より熱を回収
し昇温され前記第一の冷却水供給管を流れ前記第一の冷
却水路へ供給されるという作用を有する。
【0027】また、空気送風回路および水素送風回路に
送風量を調節するための風量切換え手段と、前記風量切
換え手段により分流された送風量の一部を排気するため
の排気流路を備え、燃料電池本体から排出された高温高
湿の空気または前記燃料電池本体から排出された少量の
未反応水素を含む水蒸気を前記風量切換え手段により分
流し、高温高湿の空気または少量の未反応水素を含む水
蒸気の一部または全部を第三の熱交換手段に供給し、残
りの高温高湿の空気または少量の未反応水素を含む水蒸
気を排気流路に流すようにした構成となっており、前記
空気送風回路を流れる高温高湿の空気は前記風量切換え
手段により分流され、高温高湿の空気の一部は前記第三
の熱交換手段へ流れ、冷却水回路を流れる冷却水と熱交
換を行い冷却水を昇温し、残りの高温高湿の空気は前記
排気流路を流れ冷却水と熱交換することなく排気され
る。前記水素送風回路を流れる少量の未反応水素を含む
水蒸気は前記風量切換え手段により分流され、少量の未
反応水素を含む水蒸気の一部は前記第三の熱交換手段へ
流れ、冷却水回路を流れる冷却水と熱交換を行い冷却水
を昇温し、残りの少量の未反応水素を含む水蒸気は前記
排気流路を流れ冷却水と熱交換することなく排気される
という作用を有する。
【0028】また、燃料電池本体から排出された高温高
湿の空気を流すための空気送風回路または前記燃料電池
本体から排出された少量の未反応水素を含む水蒸気を流
すための水素送風回路の少なくともいずれか一方と熱交
換手段とを接続した構成となっており、前記燃料電池本
体から排出された高温高湿の空気は前記空気送風回路を
流れ前記熱交換手段に供給され、前記燃料電池本体から
排出された少量の未反応水素を含む水蒸気は前記水素送
風回路を流れ前記熱交換手段に供給される。冷却水回路
を流れる冷却水および冷却水排出管を流れる冷却水は前
記熱交換手段に供給された高温高湿の空気または少量の
未反応水素を含む水蒸気と熱交換を行い熱を回収し昇温
され、第一の冷却水供給管および第二の冷却水供給管に
流れ出し、それぞれ第一の冷却水路および第二の冷却水
路へ流入するという作用を有する。
【0029】また、空気送風回路および水素送風回路に
設けた送風量を調節するための風量切換え手段と、前記
風量切換え手段により分流された送風量の一部を排気す
るための排気流路を備え、燃料電池本体から排出された
高温高湿の空気または前記燃料電池本体から排出された
少量の未反応水素を含む水蒸気を前記風量切換え手段に
より分流し、高温高湿の空気または少量の未反応水素を
含む水蒸気の一部または全部を熱交換手段に供給し、残
りの高温高湿の空気または少量の未反応水素を含む水蒸
気を排気流路に流すようにした構成となっており、前記
燃料電池本体から排出された高温高湿の空気は前記空気
送風回路を流れ前記熱交換手段に導かれる過程において
前記風量切換え手段により分流され、高温高湿の空気の
一部は前記熱交換手段へ流れ、冷却水回路を流れる冷却
水と熱交換を行い冷却水を昇温し、残りの高温高湿の空
気は前記排気流路を流れ冷却水と熱交換することなく排
気される。また、前記燃料電池本体から排出された少量
の未反応水素を含む水蒸気は前記水素送風回路を流れ前
記熱交換手段に導かれる過程において前記風量切換え手
段により分流され、少量の未反応水素を含む水蒸気の一
部は前記熱交換手段へ流れ、冷却水回路を流れる冷却水
と熱交換を行い冷却水を昇温し、残りの少量の未反応水
素を含む水蒸気は前記排気流路を流れ冷却水と熱交換す
ることなく排気されるという作用を有する。
【0030】また、冷却水回路に設けた第四の熱交換手
段と、前記第四の熱交換手段に接続された循環水回路
と、前記循環水回路に設けた第二の送水手段を備え、前
記循環水回路は前記冷却水回路にかえて熱利用手段に接
続され、前記冷却水回路に流す液体を不凍液とし、前記
循環水回路に流す液体を水とした構成となっており、前
記第四の熱交換手段において、前記冷却水回路を流れる
不凍液と前記循環水回路を流れる水は熱交換を行う。前
記熱交換手段に流入する不凍液は前記熱交換手段に流入
する水よりも高温であるため、不凍液は前記熱交換手段
において放熱し、温度を下げた状態で前記冷却水回路へ
流出する。一方、前記熱交換手段に流入した水は不凍液
の持つ熱を回収し昇温され前記循環水回路へ流出する。
前記循環水回路へ流出した水は熱利用手段において熱を
放出し、温度を下げた状態となって循環水回路を流れ再
び前記熱交換手段へと流入する。前記循環水回路を流れ
る水の循環は前記第二の送水手段により行われるという
作用を有する。
【0031】以下、本発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。
【0032】
【実施例】(実施例1)図1は本実施例のシステム構成
図であり、燃料電池システム101は燃料電池本体10
2、改質器103、ブロワー104、加湿器105から
なっており、熱交換手段としてプレート式熱交換器1を
備え、熱利用手段として貯湯タンク112を備えた構成
となっている。図2に示すように、燃料電池本体102
は複数のセパレータ106を積層することにより構成さ
れており、セパレータ106には水素流路107、空気
流路108が形成され、水素流路107、空気流路10
8はMEA110を挟み込むように配置される。図3お
よび図4に示すように、第一の冷却水流路2、第二の冷
却水流路3はセパレータ106の同一面上に形成されて
おり、第一の冷却水流路2の冷却水流入側には第一の冷
却水供給管4が接続され、第一の冷却水流路2の冷却水
流出側には冷却水排出管5が接続される。第一の冷却水
供給管4の他端はプレート式熱交換器1に形成された第
一の熱交換流路6の出口側に接続され、冷却水排出管5
の他端はプレート式熱交換器1に形成された第二の熱交
換流路7の入口側に接続されている。第二の冷却水流路
3の冷却水流入側には第二の冷却水供給管8が接続さ
れ、第二の冷却水流路3の冷却水流出側には冷却水配管
111が接続され、第二の冷却水供給管8の他端はプレ
ート式熱交換器1に形成された第二の熱交換流路7の出
口に接続されている。冷却水配管111は貯湯タンク1
12を経由し、プレート式熱交換器1に形成された第一
の熱交換流路6の入口に接続され閉回路を形成する。プ
レート式熱交換器1と貯湯タンク112をつなぐ冷却水
配管111には送水ポンプ113が接続される構成とな
っている。
【0033】上記構成において、原燃料である都市ガス
やLPG等は改質器103において水素リッチガスに改
質され、高温高湿状態となって燃料電池本体102を構
成するセパレータ106の水素流路107へ供給され
る。電池反応に必要となる酸素は空気中に含まれてお
り、空気はブロワー104により加湿器105へ供給さ
れ、高温高湿状態となって燃料電池本体102を構成す
るセパレータ106の空気流路108へ供給される。燃
料電池本体102へ供給された水素リッチガスおよび空
気に含まれる酸素はMEA110を介して化学反応を起
こし、電気と水を生成する。燃料電池本体102は発電
の過程において発熱するため、セパレータ106に設け
た第一の冷却水流路2および第二の冷却水流路3に冷却
水を流し、冷却水により熱を回収することにより燃料電
池本体102の温度を一定に保つようにしている。燃料
電池本体102の発電状態を一定に保つためには、燃料
電池本体102へ流入する冷却水温度と燃料電池本体1
02から流出する温度をそれぞれ一定にする必要があ
り、燃料電池本体102に供給される冷却水の温度は7
5℃程度が望ましく、燃料電池本体102内部を通過す
る過程で熱を回収することにより5℃前後温度が上昇し
た状態で流出する。流出した約80℃の冷却水は冷却水
配管111を流れ、貯湯タンク112を経由する過程に
おいて放熱し貯湯タンク112に貯められた温水と熱交
換を行う。貯湯タンク112内の温水は冷却水より熱を
奪い温度を高め、冷却水は放熱により温度を下げ70℃
前後の状態で冷却水配管111を流れる。70℃前後の
冷却水は送水ポンプ113によりプレート式熱交換器1
へ送水され、プレート式熱交換器1に形成された第一の
熱交換流路6より流入し、プレート式熱交換器1に形成
された第二の熱交換流路7内を流れる80℃前後の冷却
水と熱交換を行うことにより約75℃となり、第一の冷
却水供給管4を通って燃料電池本体102を構成するセ
パレータ106の第一の冷却水路2に送られる。冷却水
は第一の冷却水路2を通過する過程で熱を回収し約80
℃となり、冷却水排出管5を流れプレート式熱交換器1
に形成された第二の熱交換流路7へ送られ、第一の熱交
換流路6を流れる約70℃の冷却水と熱交換を行うこと
により約75℃となり、第二の冷却水供給管8を通って
燃料電池本体102を構成するセパレータ106の第二
の冷却水路3へ送られる。約75℃の冷却水は第二の冷
却水路3を通過する過程において熱を回収し約80℃と
なり冷却水配管111へ流出し再び貯湯タンクへと流れ
る。熱交換を行うことによってできた75℃前後の温水
は貯湯タンク112に貯えられ、この温水を利用しての
給湯、暖房などが可能となる。冷却水の流れる流路を第
一の冷却水流路2と第二の冷却水流路3の二つに分割
し、かつ、プレート式熱交換器1を設け燃料電池本体2
に流入流出する冷却水の熱交換を行うことにより、燃料
電池本体2に流入流出する冷却水の流量および温度条件
は従来のままでありながら、冷却水の総循環量を半分に
することができるため、冷却水を送水するために必要と
なる送水ポンプ113の入力を抑えることが可能とな
り、燃料電池本体102の発電により作られる電気のう
ち送水ポンプ113へ供給される割合を抑制することが
できるため発電効率の向上が可能となる。
【0034】なお、実施例では熱交換手段としてプレー
ト式熱交換器を用いたがそれぞれの流路を流れる冷却水
が混ざり合うことなく熱交換できればよく、プレート式
熱交換器にかえて二重管やシェル&チューブ式熱交換
器、あるいはスパイラル式熱交換器を用いてもよく、そ
の作用効果に差異を生じない。また、送水ポンプをプレ
ート式熱交換器と貯湯タンクをつなぐ冷却水配管に設け
たが燃料電池本体と貯湯タンクをつなぐ冷却水配管に設
けてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【0035】(実施例2)図5は本実施例のシステム構
成図である。なお、実施例1と同一のものについては同
一番号を付し詳細な説明は省略する。貯湯タンク112
とプレート式熱交換器1を接続する冷却水配管111に
は第二の熱交換手段としてのフィン・チューブ式熱交換
器9が接続され、フィン・チューブ式熱交換器9はケー
シング10により囲われている。燃料電池本体102を
構成しているセパレータ106の空気流路108の出口
とケーシング10は空気送風配管11により接続され、
セパレータ106の水素流路107の出口とケーシング
10は水素送風配管12により接続されている。ケーシ
ング10の内部にはパンチングメタル13が二枚平行に
挿入され、パンチングメタル13と直交するように仕切
板14を設けた構成となっている。
【0036】上記構成において、燃料電池本体102を
構成するセパレータ106の空気流路108から排出さ
れる電池反応を終えた高温高湿の空気は空気送風配管1
1を通りフィン・チューブ式熱交換器9を囲うケーシン
グ10へ送られ、また、燃料電池本体102を構成する
セパレータ106の水素流路107から排出される電池
反応を終えた少量の未反応水素を含む水蒸気は水素送風
配管12を通りフィン・チューブ式熱交換器9を囲うケ
ーシング10へ送られる。ケーシング10に流入した高
温高湿の空気および少量の未反応水素を含む水蒸気はケ
ーシング10の内部に挿入されたパンチングメタル13
に衝突し拡散し、フィン・チューブ式熱交換器9を通過
することとなる。ケーシング10に流入した高温高湿の
空気および少量の未反応水素を含む水蒸気はケーシング
10の内部に設けられた仕切板14により、お互いに混
合することなくフィン・チューブ式熱交換器9を通過す
ることができる。電池反応を終えた空気および少量の未
反応水素を含む水蒸気は電池の発電に伴う発熱により8
0℃前後の高温状態となっており、フィン・チューブ式
熱交換器9を通過する過程で冷却水と熱交換を行い、冷
却水は70℃前後に昇温されプレート式熱交換器1へ流
入することとなる。貯湯タンク112において冷却水の
放熱量を増やし温水生成量を増加させ、冷却水配管11
1を流れる冷却水温度を従来に比べ低くした場合におい
ても、燃料電池本体102から排出される高温高湿の空
気および少量の未反応水素を含む水蒸気が持つ熱を回収
することにより冷却水を所定の温度まで昇温させプレー
ト式熱交換器1へ供給することができるため、発電効率
を低下させることなく冷却水の持つ熱エネルギーにより
温水生成量を増加させることができ、発電と熱利用を合
わせた総合効率を向上することが可能となる。
【0037】なお、実施例では高温高湿の空気と少量の
未反応水素を含む水蒸気の両方をフィン・チューブ式熱
交換器に供給する構成としたが、いずれか一方のみの構
成としてもよく、その作用効果に差異を生じない。ま
た、第二の熱交換手段としてフィン・チューブ式熱交換
器を用いたがシェル&チューブ式熱交換器を用いてもよ
く、その作用効果に差異を生じない。また、高温高湿の
空気および少量の未反応水素を含む水蒸気を均一に拡散
させる手段としてパンチングメタルを用いたが、熱交換
器に供給される空気が均一に拡散されていればよく、空
気の流入部にじゃま板を設けるあるいは整流格子を用い
てもよく、その作用効果に差異を生じない。また、パン
チングメタルを二枚平行に設けたが枚数に限定はなく、
一枚あるいは三枚以上としてもよく、その作用効果に差
異を生じない。
【0038】(実施例3)図6は本実施例のシステム構
成図であり、図7は風量切換え手段および排気流路の詳
細な説明図である。なお、実施例1および実施例2と同
一のものについては同一番号を付し詳細な説明は省略す
る。空気送風配管11および水素送風配管12はそれぞ
れ分岐され、分岐部分には排気流路として排気配管15
が接続されている。また、分岐部分には風量切換え手段
としてダンパ16を設けた構成となっている。
【0039】上記構成において、燃料電池本体102を
構成するセパレータ106の空気流路108から排出さ
れる電池反応を終えた高温高湿の空気は空気送風配管1
1を通りフィン・チューブ式熱交換器9を囲うケーシン
グ10へ送られ、燃料電池本体102を構成するセパレ
ータ106の水素流路107から排出される電池反応を
終えた少量の未反応水素を含む水蒸気は水素送風配管1
2を通りフィン・チューブ式熱交換器9へ送られる。空
気送風配管11および水素送風配管12の途中に設けら
れたダンパ16の角度を変えることによりフィン・チュ
ーブ式熱交換器9への送風量と排気配管15への送風量
の比率を任意に設定することができる。貯湯タンク11
2における温水の温度が比較的高く、温水生成量を増加
させる必要がないような場合、すなわち貯湯タンク11
2において、冷却水配管111を流れる冷却水と温水の
間での熱交換量が小さい場合、貯湯タンク112より流
出する冷却水の温度は比較的高めとなる。従って、冷却
水配管111を流れフィン・チューブ式熱交換器9に流
入する冷却水の温度も比較的高めとなり、フィン・チュ
ーブ式熱交換器9において、高温高湿の空気および少量
の未反応水素を含む水蒸気と冷却水との温度差が小さく
なり、熱交換量も小さくする必要がある。このような時
は空気送風配管11および水素送風配管12の途中に設
けられたダンパ16を水平方向に倒し、空気送風配管1
1および水素送風配管12の水平断面に対する仰角を小
さくすることにより、フィン・チューブ式熱交換器9へ
接続される空気送風配管11および水素送風配管12の
流路が狭まりフィン・チューブ式熱交換器9への送風量
が抑えられ、排気配管15への送風量が増加されること
になる。フィン・チューブ式熱交換器9への送風量が抑
えられることにより、フィン・チューブ式熱交換器9に
おいて冷却水との熱交換量を小さくすることができるこ
とになる。冷却水は高温高湿の空気および少量の未反応
水素を含む水蒸気から熱を回収し昇温され、所定の温度
となってプレート式熱交換器1へ流入することとなる。
一方、貯湯タンク112における温水の温度が比較的低
く、温水生成量を増加させる必要があるような場合、す
なわち貯湯タンク112において、冷却水配管111を
流れる冷却水と温水の間での熱交換量が大きい場合、貯
湯タンク112より流出する冷却水の温度は比較的低め
となる。従って、冷却水配管111を流れフィン・チュ
ーブ式熱交換器9に流入する冷却水の温度も比較的低め
となり、フィン・チューブ式熱交換器9において、高温
高湿の空気および少量の未反応水素を含む水蒸気と冷却
水との温度差が大きくなり、熱交換量も大きくする必要
がある。このような時は空気送風配管11および水素送
風配管12の途中に設けられたダンパ16を垂直方向に
倒し、空気送風配管11および水素送風配管12の水平
断面に対する仰角を大きくすることにより、分岐部分に
おける排気配管15の流路が狭まり排気配管15への送
風量が抑えられ、フィン・チューブ式熱交換器9への送
風量が増加されることになる。フィン・チューブ式熱交
換器9への送風量が増加されることにより、フィン・チ
ューブ式熱交換器9において冷却水との熱交換量を大き
くすることができることになる。冷却水は高温高湿の空
気および少量の未反応水素を含む水蒸気から熱を回収し
昇温され、所定の温度となってプレート式熱交換器1へ
流入することとなる。貯湯タンク112の出口における
冷却水温度が温水温度変化により変わるような場合であ
っても、フィン・チューブ式熱交換器9への送風量をダ
ンパ16で調節することによりプレート式熱交換器1へ
流入する冷却水の温度を一定に保つことができるため発
電効率が低下することはない。
【0040】なお、実施例では、高温高湿の空気と少量
の未反応水素を含む水蒸気の両方をフィン・チューブ式
熱交換器に供給する構成としたが、いずれか一方のみの
構成としてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【0041】(実施例4)図8は本実施例のシステム構
成図である。なお、実施例1、実施例2および実施例3
と同一のものについては同一番号を付し詳細な説明は省
略する。プレート式熱交換器1と燃料電池本体102に
形成された第一の冷却水路2の入口を接続している第一
の冷却水供給管4に第三の熱交換手段としてフィン・チ
ューブ式熱交換器17を設け、フィン・チューブ式熱交
換器17はケーシング18により囲われている。燃料電
池本体102を構成しているセパレータ106の空気流
路108の出口とケーシング18は空気送風配管11に
より接続され、セパレータ106の水素流路107の出
口とケーシング18は水素送風配管12により接続され
ている。ケーシング18の内部にはパンチングメタル1
9が二枚平行に挿入され、パンチングメタル19と直交
するように仕切板20を設けた構成となっている。
【0042】上記構成において、燃料電池本体102を
構成するセパレータ106の空気流路108から排出さ
れる電池反応を終えた高温高湿の空気は空気送風配管1
1を通り、フィン・チューブ式熱交換器9を囲うケーシ
ング10およびフィン・チューブ式熱交換器17を囲う
ケーシング18へ送られる。また、燃料電池本体102
を構成するセパレータ106の水素流路107から排出
される電池反応を終えた少量の未反応水素を含む水蒸気
は水素送風配管12を通り、フィン・チューブ式熱交換
器9を囲うケーシング10およびフィン・チューブ式熱
交換器17を囲うケーシング18へ送られる。ケーシン
グ10に流入した高温高湿の空気および少量の未反応水
素を含む水蒸気はケーシング10の内部に挿入されたパ
ンチングメタル13に衝突し拡散し、フィン・チューブ
式熱交換器9を通過し、ケーシング18に流入した高温
高湿の空気および少量の未反応水素を含む水蒸気はケー
シング18の内部に挿入されたパンチングメタル19に
衝突し拡散し、フィン・チューブ式熱交換器17を通過
する。ケーシング10およびケーシング18に流入した
高温高湿の空気および少量の未反応水素を含む水蒸気は
それぞれの内部に設けられた仕切板14、仕切板20に
より、お互いに混合することなくフィン・チューブ式熱
交換器9およびフィン・チューブ式熱交換器17を通過
することになる。貯湯タンク112において、貯えられ
ている温水と冷却水配管111の接触面積を増加させ
る、あるいは低温域の温水と冷却水配管111を接触さ
せることにより、冷却水配管111を流れる冷却水と温
水の熱交換効率が高まり貯湯タンク112の温水生成量
が増加する。その結果、貯湯タンク112より流出する
冷却水温度は低くなり、低温となった冷却水は冷却水配
管111を流れフィン・チューブ式熱交換器9に流入
し、高温高湿の空気および少量の未反応水素を含む水蒸
気と熱交換することにより昇温される。昇温された冷却
水は冷却水配管111を流れプレート式熱交換器1に流
入し、冷却水排出管5よりプレート式熱交換器1に流入
してきた冷却水と熱交換し昇温され、第一の冷却水供給
管4を流れフィン・チューブ式熱交換器17へと導かれ
る。冷却水はフィン・チューブ式熱交換器17におい
て、空気送風配管11および水素送風配管12より供給
される高温高湿の空気および少量の未反応水素を含む水
蒸気と熱交換することによりさらに昇温され、75℃前
後の温度となって燃料電池本体102に形成された第一
の冷却水路2へ流入し燃料電池本体102を一定の温度
に保ち、発電効率を低下させることなく冷却水の持つ熱
エネルギーにより温水生成量を増加させることができ、
発電と熱利用を合わせた総合効率を向上することが可能
となる。
【0043】なお、本実施例では高温高湿の空気と少量
の未反応水素を含む水蒸気の両方を第三の熱交換手段で
あるフィン・チューブ式熱交換器に供給する構成とした
が、いずれか一方のみの構成としてもよく、その作用効
果に差異を生じない。
【0044】(実施例5)図9は本実施例のシステム構
成図である。なお、実施例1、実施例2、実施例3およ
び実施例4と同一のものについては同一番号を付し詳細
な説明は省略する。燃料電池本体102を構成している
セパレータ106の空気流路108の出口とケーシング
18を接続している空気送風配管11と、セパレータ1
06の水素流路107の出口とケーシング18を接続し
ている水素送風配管12はそれぞれ分岐され、分岐部分
には排気流路として排気配管21が接続されている。ま
た、分岐部分には風量切換え手段としてダンパ22を設
けた構成となっている。
【0045】上記構成において、燃料電池本体102を
構成するセパレータ106の空気流路108から排出さ
れる電池反応を終えた高温高湿の空気は空気送風配管1
1を通りフィン・チューブ式熱交換器9を囲うケーシン
グ10およびフィン・チューブ式熱交換器17を囲うケ
ーシング18へ送られ、燃料電池本体102を構成する
セパレータ106の水素流路107から排出される電池
反応を終えた少量の未反応水素を含む水蒸気は水素送風
配管12を通りフィン・チューブ式熱交換器9を囲うケ
ーシング10およびフィン・チューブ式熱交換器17を
囲うケーシング18へ送られる。フィン・チューブ式熱
交換器9に接続される空気送風配管11およびフィン・
チューブ式熱交換器17に接続される空気送風配管11
にはそれぞれダンパ16、ダンパ22が設けられてお
り、ダンパ16、ダンパ22の角度を変えることにより
フィン・チューブ式熱交換器9およびフィン・チューブ
式熱交換器17への送風量と排気配管15および排気配
管21への送風量の比率を任意に設定することができ
る。同様にフィン・チューブ式熱交換器9に接続される
水素送風配管12およびフィン・チューブ式熱交換器1
7に接続される水素送風配管12にはそれぞれダンパ1
6、ダンパ22が設けられており、ダンパ16、ダンパ
22の角度を変えることによりフィン・チューブ式熱交
換器9およびフィン・チューブ式熱交換器17への送風
量と排気配管15および排気配管21への送風量の比率
を任意に設定することができる。冷却水配管111を流
れる冷却水がプレート式熱交換器1において熱交換を終
え第一の冷却水供給管4に流出する際、目標とする75
℃前後の温度に対しやや低い温度となっているような場
合、フィン・チューブ式熱交換器17において、高温高
湿の空気および少量の未反応水素を含む水蒸気と冷却水
との熱交換量を小さくする必要がある。このような時は
空気送風配管11および水素送風配管12の途中に設け
られたダンパ22を水平方向に倒し、空気送風配管11
および水素送風配管12の水平断面に対する仰角を小さ
くすることにより、フィン・チューブ式熱交換器17へ
の送風量が抑えられ、排気配管22への送風量が増加さ
れることになる。フィン・チューブ式熱交換器17への
送風量が抑えられることにより、フィン・チューブ式熱
交換器17において冷却水との熱交換量を小さくするこ
とができることになる。冷却水は高温高湿の空気および
少量の未反応水素を含む水蒸気から熱を回収し昇温さ
れ、所定の温度となってプレート式熱交換器1へ流入す
ることとなる。一方、冷却水配管111を流れる冷却水
がプレート式熱交換器1において熱交換を終え第一の冷
却水供給管4に流出する際、目標とする75℃前後の温
度に対しかなり低い温度となっているような場合、フィ
ン・チューブ式熱交換器17において、高温高湿の空気
および少量の未反応水素を含む水蒸気と冷却水との熱交
換量を大きくする必要がある。このような時は空気送風
配管11および水素送風配管12の途中に設けられたダ
ンパ22を垂直方向に倒し、空気送風配管11および水
素送風配管12の水平断面に対する仰角を大きくするこ
とにより、排気配管22への送風量が抑えられ、フィン
・チューブ式熱交換器17への送風量が増加されること
になる。フィン・チューブ式熱交換器17への送風量が
増加されることにより、フィン・チューブ式熱交換器1
7において冷却水との熱交換量を大きくすることができ
ることになる。冷却水は高温高湿の空気および少量の未
反応水素を含む水蒸気から熱を回収し昇温され、所定の
温度となってプレート式熱交換器1へ流入することとな
る。プレート式熱交換器1の出口における冷却水温度が
目標とする温度に対して低くなるような場合であって
も、フィン・チューブ式熱交換器17への空気および少
量の未反応水素を含む水蒸気の送風量をダンパ22で調
節することにより第一の冷却水路2へ流入する冷却水の
温度を一定に保つことができるため発電効率が低下する
ことはない。
【0046】なお、実施例では、高温高湿の空気と少量
の未反応水素を含む水蒸気の両方をフィン・チューブ式
熱交換器17に供給する構成としたが、いずれか一方の
みの構成としてもよく、その作用効果に差異を生じな
い。
【0047】(実施例6)図10は本実施例のシステム
構成図、図11は熱交換手段の詳細な説明図、図12は
熱交換手段に供給される空気および少量の未反応水素を
含む水蒸気の流れを示す図である。なお、実施例1、実
施例2、実施例3、実施例4および実施例5と同一のも
のについては同一番号を付し詳細な説明は省略する。熱
交換手段としてのフィン・チューブ式熱交換器23はケ
ーシング24により囲われており、燃料電池本体102
を構成しているセパレータ106の空気流路108の出
口とケーシング24は空気送風配管11により接続さ
れ、燃料電池本体102を構成しているセパレータ10
6の水素流路107の出口とケーシング24は水素送風
配管12により接続されている。ケーシング24の内部
にはパンチングメタル25が二枚平行に挿入され、パン
チングメタル25と直交するように仕切板26を設けて
いる。フィン・チューブ式熱交換器23は第一の熱交換
流路27と第二の熱交換流路28を有し、第一の冷却水
供給管4はフィン・チューブ式熱交換器23を構成する
第一の熱交換流路27の冷却水流出側とセパレータ10
6に形成された第一の冷却水流路2の冷却水流入側を接
続し、冷却水排出管5はセパレータ106に形成された
第一の冷却水流路2の冷却水流出側とフィン・チューブ
式熱交換器23を構成する第二の熱交換流路28の冷却
水流入側を接続する。第二の冷却水供給管8はフィン・
チューブ式熱交換器23を構成する第二の熱交換流路2
8の流出側とセパレータ106に形成された第二の冷却
水流路3の冷却水流入側を接続し、フィン・チューブ式
熱交換器23を構成する第一の熱交換流路27の冷却水
流入側には冷却水配管111が接続される構成となって
いる。
【0048】上記構成において、燃料電池本体102を
構成するセパレータ106の空気流路106から排出さ
れる電池反応を終えた高温高湿の空気およびセパレータ
106の水素流路107から排出される電池反応を終え
た少量の未反応水素を含む水蒸気はそれぞれ空気送風配
管11および水素送風配管12を通りフィン・チューブ
式熱交換器23を覆うケーシング24へ送られることに
なる。燃料電池本体102を構成するセパレータ106
の空気流路106から排出される電池反応を終えた高温
高湿の空気は空気送風配管11を通りフィン・チューブ
式熱交換器23を覆うケーシング24へ送られ、ケーシ
ング24に流入した高温高湿の空気はケーシング24の
内部に挿入されたパンチングメタル25に衝突し拡散し
てフィン・チューブ式熱交換器23を通過する。また、
ケーシング24に流入した少量の未反応水素を含む水蒸
気はケーシング24の内部に挿入されたパンチングメタ
ル25に衝突し拡散してフィン・チューブ式熱交換器2
3を通過する。ケーシング24の内部に設置した仕切板
26により、フィン・チューブ式熱交換器23を通過す
る高温高湿の空気および少量の未反応水素を含む水蒸気
は互いに混合することなく排出される。電池反応を終え
た高温高湿の空気および少量の未反応水素を含む水蒸気
は電池の発電に伴う発熱により80℃前後の高温状態と
なっており、フィン・チューブ式熱交換器23を通過す
る過程でフィン・チューブ式熱交換器23の内に形成さ
れた第一の熱交換流路27および第二の熱交換流路28
を流れる冷却水と熱交換を行い冷却水は昇温されること
となる。ケーシング24には高温の空気も空気送風配管
11より流入するが、ケーシング24には仕切板26が
設けてあるため高温高湿の空気と少量の未反応水素を含
む水蒸気が混合することはない。貯湯タンク112より
流出する低温となった冷却水は冷却水配管111を流
れ、フィン・チューブ式熱交換器23を構成する第一の
熱交換流路27に流入する。一方、フィン・チューブ式
熱交換器23を構成する第二の熱交換流路28には燃料
電池本体102の冷却により80℃前後まで昇温された
冷却水が流入する。第二の熱交換流路28を流れる80
℃前後の冷却水は熱を奪われることにより温度を下げ7
5℃前後となって第二の冷却水供給管8へ流出する。ま
た、第一の熱交換流路27を流れる冷却水は第二の熱交
換流路28を流れる80℃前後の冷却水より熱を回収す
るとともにフィン・チューブ式熱交換器23を通過する
高温高湿の空気および少量の未反応水素を含む水蒸気よ
り熱を奪い昇温され75℃前後となって第一の冷却水供
給管4へ流出する。第一の冷却水供給管4および第二の
冷却水供給管8に流出した冷却水はいずれも75℃前後
の温度となっており、セパレータ106に形成された第
一の冷却水路2および第二の冷却水路3へ流れ込み燃料
電池本体102の冷却に使用されることとなる。貯湯タ
ンク112において冷却水の放熱量を増やし温水生成量
を増加させ、冷却水配管111を流れる冷却水温度を従
来に比べ低くした場合においても、燃料電池本体102
から排出される高温高湿の空気および少量の未反応水素
を含む水蒸気が持つ熱を回収することにより所定の温度
まで昇温させ燃料電池本体102へ供給することができ
るため、発電効率を低下させることなく冷却水の持つ熱
エネルギーにより温水生成量を増加させることができ、
発電と熱利用を合わせた総合効率を向上することが可能
となる。
【0049】なお、実施例では熱交換手段としてフィン
・チューブ式熱交換器を用いたが、二重管を用いてもよ
く、その作用効果に差異を生じない。また、高温高湿の
空気と少量の未反応水素を含む水蒸気の両方をフィン・
チューブ式熱交換器に供給する構成としたが、いずれか
一方のみの構成としてもよく、その作用効果に差異を生
じない。
【0050】(実施例7)図13は本実施例のシステム
構成図である。なお、実施例1、実施例2、実施例3、
実施例4、実施例5および実施例6と同一のものについ
ては同一番号を付し詳細な説明は省略する。燃料電池本
体102を構成しているセパレータ106の空気流路1
08の出口とケーシング24を接続している空気送風配
管11と、セパレータ106の水素流路107の出口と
ケーシング24を接続している水素送風配管12はそれ
ぞれ分岐され、分岐部分には排気流路として排気配管2
9が接続されている。また、分岐部分には風量切換え手
段としてダンパ30を設けた構成となっている。
【0051】上記構成において、燃料電池本体102を
構成するセパレータ106の空気流路108から排出さ
れる電池反応を終えた高温高湿の空気は空気送風配管1
1を通りフィン・チューブ式熱交換器23を囲うケーシ
ング24へ送られ、燃料電池本体102を構成するセパ
レータ106の水素流路107から排出される電池反応
を終えた少量の未反応水素を含む水蒸気は水素送風配管
12を通りフィン・チューブ式熱交換器23へ送られ
る。空気送風配管11および水素送風配管12の途中に
設けられたダンパ30の角度を変えることによりフィン
・チューブ式熱交換器23への送風量と排気配管29へ
の送風量の比率を任意に設定することができる。貯湯タ
ンク112における温水の温度が比較的高く、温水生成
量を増加させる必要がないような場合、すなわち貯湯タ
ンク112において、冷却水配管111を流れる冷却水
と温水の間での熱交換量が小さい場合、貯湯タンク11
2より流出する冷却水の温度は比較的高めとなる。従っ
て、冷却水配管111を流れフィン・チューブ式熱交換
器23に流入する冷却水の温度も比較的高めとなり、フ
ィン・チューブ式熱交換器23において、高温高湿の空
気および少量の未反応水素を含む水蒸気と冷却水との温
度差が小さくなり、熱交換量も小さくする必要がある。
このような時は空気送風配管11および水素送風配管1
2の途中に設けられたダンパ30を水平方向に倒し、空
気送風配管11および水素送風配管12の水平断面に対
する仰角を小さくすることにより、フィン・チューブ式
熱交換器23へ接続される空気送風配管11および水素
送風配管12の流路が狭まりフィン・チューブ式熱交換
器23への送風量が抑えられ、排気配管29への送風量
が増加されることになる。フィン・チューブ式熱交換器
23への送風量が抑えられることにより、フィン・チュ
ーブ式熱交換器23において冷却水との熱交換量を小さ
くすることができることになる。冷却水は高温高湿の空
気および少量の未反応水素を含む水蒸気から熱を回収し
昇温され、75℃前後の温度となって第一の冷却水供給
管4および第二の冷却水供給管8を流れ、セパレータ1
06に形成された第一の冷却水路2および第二の冷却水
路3へ流れ込み燃料電池本体102の冷却に使用される
こととなる。一方、貯湯タンク112における温水の温
度が比較的低く、温水生成量を増加させる必要があるよ
うな場合、すなわち貯湯タンク112において、冷却水
配管111を流れる冷却水と温水の間での熱交換量が大
きい場合、貯湯タンク112より流出する冷却水の温度
は比較的低めとなる。従って、冷却水配管111を流れ
フィン・チューブ式熱交換器23に流入する冷却水の温
度も比較的低めとなり、フィン・チューブ式熱交換器2
3において、高温高湿の空気および少量の未反応水素を
含む水蒸気と冷却水との温度差が大きくなり、熱交換量
も大きくする必要がある。このような時は空気送風配管
11および水素送風配管12の途中に設けられたダンパ
30を垂直方向に倒し、空気送風配管11および水素送
風配管12の水平断面に対する仰角を大きくすることに
より、分岐部分における排気配管29の流路が狭まり排
気配管29への送風量が抑えられ、フィン・チューブ式
熱交換器23への送風量が増加されることになる。フィ
ン・チューブ式熱交換器23への送風量が増加されるこ
とにより、フィン・チューブ式熱交換器23において冷
却水との熱交換量を大きくすることができることにな
る。冷却水は高温高湿の空気および少量の未反応水素を
含む水蒸気から熱を回収し昇温され、75℃前後の温度
となって第一の冷却水供給管4および第二の冷却水供給
管8を流れ、セパレータ106に形成された第一の冷却
水路2および第二の冷却水路3へ流れ込み燃料電池本体
102の冷却に使用されることとなる。貯湯タンク11
2の出口における冷却水温度が温水温度変化により変わ
るような場合であっても、フィン・チューブ式熱交換器
23への送風量をダンパ30で調節することにより、燃
料電池本体102へ流入する冷却水の温度を一定に保つ
ことができるため発電効率が低下することはない。
【0052】なお、実施例では、高温高湿の空気と少量
の未反応水素を含む水蒸気の両方をフィン・チューブ式
熱交換器に供給する構成としたが、いずれか一方のみの
構成としてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【0053】(実施例8)図14は本実施例のシステム
構成図である。なお、実施例1、実施例2、実施例3、
実施例4、実施例5、実施例6および実施例7と同一の
ものについては同一番号を付し詳細な説明は省略する。
図に示すように冷却水配管111は第四の熱交換手段で
あるプレート式熱交換器31を経由するように接続さ
れ、冷却水配管111には不凍液が流れている。貯湯タ
ンク112には循環水配管32が接続されており、循環
水配管32は冷却水配管111と同様にプレート式熱交
換器31を経由するように接続される。循環水配管32
には第二の送水手段である送水ポンプ33が接続され、
循環水配管32には貯湯タンク112に貯えられている
温水が流れている。
【0054】上記構成において、例えば低温状態から燃
料電池を起動させようとした場合、冷却水配管111、
第一の冷却水供給管4、冷却水排出管5、第二の冷却水
供給管8または第一の冷却水路2や第二の冷却水路3に
とどまっている冷却水の一部が凍結してしまい十分な流
量を確保することが困難となるが、冷却水配管111に
は不凍液を流しているため凍結せず、低温状態からの起
動であっても燃料電池システム101の性能に支障をき
たすことはない。第二の冷却水路3より流出した約80
℃の高温となった不凍液は冷却水配管111を流れプレ
ート式熱交換器31に流入する。一方、貯湯タンク11
2に貯えられている温水のうち底部に近い低温となった
温水は送水ポンプ33により循環水配管32を送水され
プレート式熱交換器31へと流入する。プレート式熱交
換器31に流入した高温の不凍液と低温水は熱交換を行
い、不凍液は温度を下げ冷却水配管111へ流出し、低
温水は昇温され循環水配管32へ流出する。不凍液およ
び温水は互いに異なる流路を流れるため混合することは
ない。昇温された温水は循環水配管32を流れ再び貯湯
タンク112へ戻ることにより、常に貯湯タンク112
に温水を貯えることができる。貯湯タンク112に貯え
られた温水は給湯や暖房として利用することが可能とな
る。燃料電池システム101が低温の状況におかれてい
る場合であっても燃料電池本体102に流れる冷却水が
凍結するなどの支障をきたすことなく確実に起動するこ
とができる。
【0055】なお、実施例では不凍液と温水の熱交換手
段としてプレート式熱交換器を用いたが、不凍液と温水
が互いに交じり合うことがなければよく、二重管やシェ
ル&チューブ式熱交換器、あるいはスパイラル式熱交換
器を用いてもよく、その作用効果に差異を生じない。ま
た、循環水配管に接続する送水ポンプは熱交換後の昇温
された温水が流れる循環水配管に接続してもよく、その
作用効果に差異を生じない。
【0056】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、燃料
電池の性能を低下させることなく燃料電池本体に流入流
出する冷却水の温度を一定に保ったまま冷却水の水量を
減らし、冷却水を送水するために必要な送水ポンプの入
力を低減することにより、燃料電池の発電により作られ
る電気の一部を利用する送水ポンプの入力の割合を減少
させ、燃料電池の発電効率を向上することができる燃料
電池コージェネレーションシステムを提供できる。
【0057】また、貯湯タンク出入口における冷却水の
温度差を大きくとり冷却水の持つ熱エネルギーの利用率
を向上させ貯湯タンクに大量の温水をつくるとともに、
低温となった冷却水と燃料電池から排出される空気や未
反応水素を含む水蒸気が持つ熱とを熱交換させ、冷却水
の温度上昇に利用することにより燃料電池の性能を低下
させないようにすることができる燃料電池コージェネレ
ーションシステムを提供できる。
【0058】また、外部雰囲気が低温状態であっても燃
料電池に流れる冷却水が凍結するなどの支障をきたすこ
となく確実に起動することができる燃料電池コージェネ
レーションシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムの構成図
【図2】同燃料電池本体の分解図
【図3】同冷却水用セパレータの冷却水流路を示す図
【図4】同プレート式熱交換器の説明図
【図5】本発明の実施例2の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムの構成図
【図6】本発明の実施例3の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムの構成図
【図7】同ダンパおよび排気配管の詳細な説明図
【図8】本発明の実施例4の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムの構成図
【図9】本発明の実施例5の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムの構成図
【図10】本発明の実施例6の燃料電池コージェネレー
ションシステムの構成図
【図11】同フィン・チューブ式熱交換器の説明図
【図12】同フィン・チューブ式熱交換器を通過する空
気および水素の流れを示す図
【図13】本発明の実施例7の燃料電池コージェネレー
ションシステムの構成図
【図14】本発明の実施例8の燃料電池コージェネレー
ションシステムの構成図
【図15】従来の燃料電池コージェネレーションシステ
ムの構成図
【図16】同燃料電池本体の分解図
【符号の説明】 1 プレート式熱交換器 2 第一の冷却水流路 3 第二の冷却水流路 4 第一の冷却水供給管 5 冷却水排出管 8 第二の冷却水供給管 9 フィン・チューブ式熱交換器 11 空気送風配管 12 水素送風配管 15 排気配管 16 ダンパ 17 フィン・チューブ式熱交換器 21 排気配管 22 ダンパ 23 フィン・チューブ式熱交換器 29 排気配管 30 ダンパ 31 プレート式熱交換器 32 循環水配管 33 送水ポンプ 101 燃料電池システム 102 燃料電池本体 103 改質器 104 ブロワー 105 加湿器 111 冷却水配管 112 貯湯タンク 113 送水ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 康文 大阪府大阪市城東区今福西6丁目2番61号 松下精工株式会社内 Fターム(参考) 3L070 BB08 5H027 AA02 BA01 CC06 DD06 KK28 KK46 KK48 MM16

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素含有ガス流路および空気流路を有す
    る燃料電池本体と、前記燃料電池本体に水素含有ガスを
    供給する燃料供給手段と、前記燃料電池本体に空気を供
    給する空気供給手段と、前記空気供給手段により供給さ
    れた空気を加湿するための加湿手段と、前記燃料電池本
    体の温度を一定に保つための冷却水回路と、前記冷却水
    回路に接続され前記燃料電池本体に冷却水を循環させる
    ための送水手段を備えた燃料電池システムにおいて、前
    記燃料電池本体は冷却水を流すための流路を少なくとも
    二つ以上備え、それぞれの流路を流れる冷却水は交じり
    合うことがないよう構成され、それぞれの流路から流出
    する冷却水と、異なる水路に流入する冷却水の間で熱交
    換を行うようにしたことを特徴とする燃料電池コージェ
    ネレーションシステム。
  2. 【請求項2】 水素含有ガス流路および空気流路を有す
    る燃料電池本体と、前記燃料電池本体に水素含有ガスを
    供給する燃料供給手段と、前記燃料電池本体に空気を供
    給する空気供給手段と、前記空気供給手段により供給さ
    れた空気を加湿するための加湿手段と、前記燃料電池本
    体の温度を一定に保つための冷却水回路と、前記冷却水
    回路に接続され前記燃料電池本体に冷却水を循環させる
    ための送水手段を備えた燃料電池システムにおいて、前
    記燃料電池本体の内部には第一の冷却水路および第二の
    冷却水路が形成され、冷却水は前記第一の冷却水路を流
    れた後に前記第二の冷却水路を流れるとともに、冷却水
    は前記燃料電池本体の前記第一の冷却水路に流入する冷
    却水と前記第一の冷却水路から流出する冷却水の間で熱
    交換を行い、熱交換を終えた冷却水が前記第二の冷却水
    路へ流れるようにしたことを特徴とする燃料電池コージ
    ェネレーションシステム。
  3. 【請求項3】 水素含有ガス流路および空気流路を有す
    る燃料電池本体と、前記燃料電池本体に水素含有ガスを
    供給する燃料供給手段と、前記燃料電池本体に空気を供
    給する空気供給手段と、前記空気供給手段により供給さ
    れた空気を加湿するための加湿手段と、前記燃料電池本
    体の温度を一定に保つための冷却水回路と、前記冷却水
    回路に接続され前記燃料電池本体に冷却水を循環させる
    ための送水手段を備えた燃料電池システムにおいて、前
    記燃料電池本体に形成された第一の冷却水路および第二
    の冷却水路と、前記冷却水回路に接続される熱交換手段
    と、前記冷却水回路に接続される熱利用手段とを備え、
    前記第一の冷却水路の入口と前記熱交換手段を第一の冷
    却水供給管により接続し、前記第一の冷却水路の出口お
    よび前記熱交換手段を冷却水排出管により接続し、前記
    第二の冷却水路の入口と前記熱交換手段を第二の冷却水
    供給管により接続し、前記第二の冷却水路の出口と前記
    冷却水回路を接続し、前記冷却水回路は前記熱利用手段
    を経由し前記熱交換手段と接続され、前記冷却水回路を
    流れる冷却水は前記熱交換手段を経由し前記第一の冷却
    水供給管を流れ前記第一の冷却水路に流入し、前記第一
    の冷却水路から流出した冷却水は前記冷却水排出管を流
    れ前記熱交換手段を経由し前記第二の冷却水供給管を流
    れ前記第二の冷却水路に流入し、前記第二の冷却水路か
    ら流出した冷却水は前記冷却水回路を流れ前記熱利用手
    段を経由し前記熱交換手段へ戻る循環経路を形成し、前
    記第一の冷却水路の入口における冷却水の温度と前記第
    二の冷却水路の入口における冷却水の温度が等しくなる
    ようにし、かつ、前記第一の冷却水路の出口における冷
    却水の温度と前記第二の冷却水路の出口における冷却水
    の温度が等しくなるようにしたことを特徴とする燃料電
    池コージェネレーションシステム。
  4. 【請求項4】 熱交換手段に流入する冷却水と、燃料電
    池本体から排出された高温高湿の空気または前記燃料電
    池本体から排出された少量の未反応水素を含む水蒸気の
    少なくともいずれか一方との間で熱交換を行い、熱交換
    後の昇温された冷却水を前記熱交換手段に供給するよう
    にしたことを特徴とする請求項1、2または3記載の燃
    料電池コージェネレーションシステム。
  5. 【請求項5】 熱交換手段と熱利用手段を接続する冷却
    水回路に第二の熱交換手段を備え、燃料電池本体から排
    出された高温高湿の空気を流すための空気送風回路、ま
    たは前記燃料電池本体から排出された少量の未反応水素
    を含む水蒸気を流すための水素送風回路の少なくともい
    ずれか一方と前記第二の熱交換手段を接続し、前記第二
    の熱交換手段では前記燃料電池本体から排出された高温
    高湿の空気または前記燃料電池本体から排出された少量
    の未反応水素を含む水蒸気の少なくともいずれか一方と
    前記冷却水回路を流れる冷却水の間で熱交換を行い、熱
    交換後の昇温された冷却水を前記熱交換手段に供給する
    ようにしたことを特徴とする請求項3記載の燃料電池コ
    ージェネレーションシステム。
  6. 【請求項6】 空気送風回路および水素送風回路に設け
    た送風量を調節するための風量切換え手段と、前記風量
    切換え手段により分流された送風量の一部を排気するた
    めの排気流路を備え、燃料電池本体から排出された高温
    高湿の空気または前記燃料電池本体から排出された少量
    の未反応水素を含む水蒸気を前記風量切換え手段により
    分流し、高温高湿の空気または少量の未反応水素を含む
    水蒸気の一部または全部を第二の熱交換手段に供給し、
    残りの高温高湿の空気または少量の未反応水素を含む水
    蒸気を前記排気流路に流すようにしたことを特徴とする
    請求5項記載の燃料電池コージェネレーションシステ
    ム。
  7. 【請求項7】 熱交換手段より流出し第一の冷却水供給
    管を流れる冷却水と、燃料電池本体から排出された高温
    高湿の空気または前記燃料電池本体から排出された少量
    の未反応水素を含む水蒸気の少なくともいずれか一方と
    の間で熱交換を行い、熱交換後の昇温された冷却水を前
    記燃料電池本体に形成された第一の冷却水路へ供給する
    ようにしたことを特徴とする請求項1、2、3、4また
    は5記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
  8. 【請求項8】 熱交換手段と燃料電池本体に形成された
    第一の冷却水路の入口を接続する第一の冷却水供給管に
    第三の熱交換手段を備え、前記燃料電池本体から排出さ
    れた高温高湿の空気を供給するための空気送風回路、ま
    たは前記燃料電池本体から排出された少量の未反応水素
    を含む水蒸気を供給するための水素送風回路の少なくと
    もいずれか一方と前記第三の熱交換手段を接続し、前記
    第三の熱交換手段では、前記燃料電池本体から排出され
    た高温高湿の空気または前記燃料電池本体から排出され
    た少量の未反応水素を含む水蒸気の少なくともいずれか
    一方と前記第一の冷却水路を流れる冷却水の間で熱交換
    を行い、熱交換後の昇温された冷却水を前記第一の冷却
    水供給管へ流し、前記燃料電池本体に形成された前記第
    一の冷却水路へ供給することを特徴とする請求項1、
    2、5または6記載の燃料電池コージェネレーションシ
    ステム。
  9. 【請求項9】 空気送風回路および水素送風回路に設け
    た送風量を調節するための風量切換え手段と、前記風量
    切換え手段により分流された送風量の一部を排気するた
    めの排気流路を備え、燃料電池本体から排出された高温
    高湿の空気または前記燃料電池本体から排出された少量
    の未反応水素を含む水蒸気を前記風量切換え手段により
    分流し、高温高湿の空気または少量の未反応水素を含む
    水蒸気の一部または全部を第三の熱交換手段に供給し、
    残りの高温高湿の空気または少量の未反応水素を含む水
    蒸気を前記排気流路に流すようにしたことを特徴とする
    請求項1、2、5、6または8記載の燃料電池コージェ
    ネレーションシステム。
  10. 【請求項10】 燃料電池本体から排出された高温高湿
    の空気を流すための空気送風回路または前記燃料電池本
    体から排出された少量の未反応水素を含む水蒸気を流す
    ための水素送風回路の少なくともいずれか一方と熱交換
    手段とを接続し、前記燃料電池本体から排出された高温
    高湿の空気または前記燃料電池本体から排出された少量
    の未反応水素を含む水蒸気の少なくともいずれか一方と
    前記熱交換手段を流れる冷却水の間で熱交換を行うよう
    にしたことを特徴とする請求項1または2記載の燃料電
    池コージェネレーションシステム。
  11. 【請求項11】 空気送風回路および水素送風回路に設
    けた送風量を調節するための風量切換え手段と、前記風
    量切換え手段により分流された送風量の一部を排気する
    ための排気流路を備え、燃料電池本体から排出された高
    温高湿の空気または前記燃料電池本体から排出された少
    量の未反応水素を含む水蒸気を前記風量切換え手段によ
    り分流し、高温高湿の空気または少量の未反応水素を含
    む水蒸気の一部または全部を熱交換手段に供給し、残り
    の高温高湿の空気または少量の未反応水素を含む水蒸気
    を前記排気流路に流すようにしたことを特徴とする請求
    項10記載の燃料電池コージェネレーションシステム。
  12. 【請求項12】 冷却水回路に設けた第四の熱交換手段
    と、前記第四の熱交換手段に接続された循環水回路と、
    前記循環水回路に設けた第二の送水手段を備え、前記循
    環水回路は前記冷却水回路にかえて熱利用手段に接続さ
    れ、前記冷却水回路に流す液体を不凍液とし、前記循環
    水回路に流す液体を水としたことを特徴とする請求項
    1、2、5、6、8、9、10または11記載の燃料電
    池コージェネレーションシステム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1821044A1 (de) * 2006-02-17 2007-08-22 Heinz Schilling KG Vorrichtung und Verfahren zur thermischen Stromerzeugung
CN100346512C (zh) * 2004-01-28 2007-10-31 三星Sdi株式会社 燃料电池系统
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