JP2002216819A

JP2002216819A - 固体高分子形燃料電池発電装置

Info

Publication number: JP2002216819A
Application number: JP2001005782A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tajima; 収田島; Katsuya Oda; 勝也小田; Ryuji Hatayama; 龍次畑山; Ryuji Yugawa; 竜司湯川; Taketoshi Ouki; 丈俊黄木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2002-08-02
Anticipated expiration: 2021-01-12
Also published as: JP3448567B2

Abstract

(57)【要約】【課題】貯湯タンクが温水で満タン状態になり、しか
も外部へ給湯されない場合であっても、装置を停止する
ことなく、燃料電池の冷却水の温度を規定の温度範囲に
維持することができる固体高分子形燃料電池発電装置の
提供。【解決手段】起動時に安定するまで水素を燃焼するプ
ロセスガスバーナに連結された熱交換器で熱交換した温
水Ａを熱交換可能に水タンクへ循環して送るラインを設
け、前記水タンクの水温が所定の温度以上になった場合
には、前記プロセスガスバーナに燃焼用空気を送るファ
ンを作動して前記熱交換器を温水Ａの冷却器として使用
して温水Ａの温度を低下させ、温度を低下させた温水Ａ
を前記ラインに循環して送って冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば家庭用の小
型電源として好適な固体高分子形燃料電池発電装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、天然ガス、都市ガス、メタノー
ル、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料ガスを水素に改質する改
質器と、一酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭
素を除去するＣＯ除去器と、起動時に各反応器が安定す
るまで水素を燃焼するプロセスガスバーナと、このよう
にして得られた水素と空気中の酸素とを化学反応させて
発電する燃料電池と、燃料電池の電極部を冷却するとと
もに反応空気の加湿のためのイオン交換樹脂などの水処
理装置で処理された水（純水）を収納した水タンクと、
前記改質器、燃料電池、プロセスガスバーナなどの排ガ
スの熱を回収して温水とする熱交換器と、この温水を蓄
える貯湯タンクなどを備えた小型電源としての固体高分
子形燃料電池発電装置が提案されている。

【０００３】固体高分子形燃料電池発電装置で使用する
固体高分子電解質膜は含水させることによりプロトン導
電性電解質として機能するもので、固体高分子形燃料電
池においては、反応空気や燃料ガスなどの反応ガスに水
蒸気を飽和に含ませて電極部に供給して運転する方法が
採られている。

【０００４】燃料極に水素を含む燃料ガス、空気極に空
気を供給すると、燃料極では、水素分子を水素イオンと
電子に分解する燃料極反応、空気極では、酸素と水素イ
オンと電子から水を生成する以下の電気化学反応がそれ
ぞれ行われ、燃料極から空気極に向かって外部回路を移
動する電子により電力が負荷に供給されるとともに、空
気極側に水が生成される。

【０００５】図４は、従来の固体高分子形燃料電池発電
装置（ＰＥＦＣ装置ＧＳ）の系統図である。燃料電池６
を用いたＰＥＦＣ装置ＧＳは、例えば、燃料電池６の他
に熱回収装置ＲＤを含んでいる。この熱回収装置ＲＤ
は、貯湯タンク５０、熱交換器３２、４６、７１、ポン
プ３３、４７、７２とを備えた温水の循環路などで連結
されている。

【０００６】燃料電池６は、脱硫器２、改質器３、ＣＯ
変成器４、ＣＯ除去器５などからなる燃料ガス供給装置
および空気ポンプ１１、水タンク２１などからなる反応
空気供給装置ならびに燃料極６ａ、空気極６ｋなどの電
極および水タンク２１、ポンプ４８、冷却部６ｃなどか
らなる燃料電池６の冷却装置を備えている。

【０００７】燃料電池６で発電された電力は図示しない
ＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧され、図示しない配電系統
連携インバータを介して商用電源に接続される、一方、
ここから家庭や事務所などの照明や空調機などの他の電
気機器用の電力として供給される。

【０００８】このような燃料電池６を用いたＰＥＦＣ装
置ＧＳでは、発電と同時に、例えば燃料電池６による発
電時に発生する熱を利用して市水から温水を生成し、こ
の温水を貯湯タンク５０に蓄えて、風呂や台所などに供
給するなど、燃料電池６に使用される燃料がもつエネル
ギーの有効利用を図っている。

【０００９】上記のＰＥＦＣ装置ＧＳの燃料ガス供給装
置では、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブ
タンなどの原燃料１が脱硫器２に供給され、ここで原燃
料から硫黄成分が除去される。この脱硫器２を経た原燃
料は、昇圧ポンプ１０で昇圧されて改質器３に供給され
る際に、水タンク２１から水ポンプ２２を経て温水が送
られ、熱交換器１７で加熱されて生成した水蒸気と合流
して、供給される。改質器３では、水素、二酸化炭素、
および一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。この改
質器３を経たガスは、ＣＯ変成器４に供給され、ここで
は改質ガスに含まれる一酸化炭素が二酸化炭素に変成さ
れる。このＣＯ変成器４を経たガスは、ＣＯ除去器５に
供給され、ここではＣＯ変成器４を経たガス中の未変成
の一酸化炭素が例えば１０ｐｐｍ以下に低減され、水素
濃度の嵩い水ガス（改質ガス）がパイプ６４を経て燃料
電池６の燃料極６ａに供給される。

【００１０】このとき、水タンク２１から改質器３へ供
給される温水の量を調節することにより改質ガスへの水
分の添加量が調節される。反応空気供給装置では、空気
ポンプ１１から水タンク２１に、空気を供給し、水タン
ク２１内の温水中に反応空気を泡立てつつ気相部５３に
送出することによって加湿が行われる。このようにし
て、燃料電池６における反応が適度に維持されるように
水分を与えられた後の反応空気が水タンク２１からパイ
プ２５を経て燃料電池６の空気極６ｋに供給される。

【００１１】燃料電池６では、燃料極６ａに供給された
改質ガス中の水素と、空気ポンプ１１、水タンク２１の
気相部５３を経て空気極６ｋへ供給された空気中の酸素
との電気化学反応によって発電が行われる。燃料電池６
の冷却装置は、この電気化学反応の反応熱などで燃料電
池６が過熱しないようにするため、燃料電池６の電極６
ａ、６ｋに並置された冷却装置であり、冷却部６ｃに水
タンク２１の温水をポンプ４８で冷却水として循環さ
せ、この冷却水で燃料電池６内の温度が発電に適した温
度（例えば７０〜８０℃程度）に保たれるように制御し
ている。

【００１２】改質器３における化学反応は吸熱反応であ
るので、加熱しながら化学反応を継続させるためのバー
ナ１２を有し、ここにはパイプ１３を介して原燃料が供
給され、ファン１４を介して空気が供給され、パイプ１
５を介して、燃料極６ａを経た未反応水素が供給され
る。本ＰＥＦＣ装置ＧＳの始動時には、バーナ１２にパ
イプ１３を介して原燃料が供給されて燃焼が行われ、起
動後に、燃料電池６の温度が安定したときには、パイプ
１３からの原燃料の供給が断たれ、替わりにパイプ１５
を介して燃料極６ａから排出される未反応水素（オフガ
ス）が供給されて燃焼が継続される。

【００１３】一方、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５で行わ
れる化学反応は発熱反応である。運転中は、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制御が行
われる。このようにして改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ
除去器５および燃料電池６では所定の化学反応と発電が
継続される。

【００１４】上記改質器３とＣＯ変成器４間、ＣＯ変成
器４とＣＯ除去器５間にはそれぞれ熱交換器１８、１９
が接続されている。そして各熱交換器１８、１９には水
タンク２１の温水が、ポンプ２３、２４を介して循環
し、これらの温水で改質器３、ＣＯ変成器４を経たガス
がそれぞれ冷却される。図示しないがＣＯ除去器５と燃
料電池６との間にも熱交換器を接続してＣＯ除去器５を
経たガスを冷却することができる。上記改質器３の排気
系３１には熱交換器１７が接続され、水タンク２１の温
水がポンプ２２を介して供給されると、この熱交換器１
７で水蒸気化し、この水蒸気が原燃料と混合して改質器
３に供給される。

【００１５】ＰＥＦＣ装置ＧＳには、プロセスガスバー
ナ（ＰＧバーナ）３４が備えられている。ＰＥＦＣ装置
ＧＳの起動時には、改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去
器５を経た改質ガスの組成が燃料電池６の運転に適した
安定した規定値に達していないので、それが安定するま
では、このガスを燃料電池６に供給することができな
い。そこで、各反応器が安定するまでは、ガス組成が規
定値に達していないガスをこのＰＧバーナ３４に導いて
燃焼させる。３７はＰＧバーナ３４に燃焼用空気を送る
ファンである。

【００１６】そして、各反応器が安定しガス中のＣＯ濃
度が規定値（例えば、１０〜２０ｐｐｍ以下）に達した
後、燃料電池６に導入して発電を行う。燃料電池６での
発電に使用できなかった未反応ガスは、当初ＰＧバーナ
３４に導いて燃焼し、燃料電池６の温度が安定した後
は、燃料電池６からのオフガスをパイプ１５経由、改質
器３のバーナ１２に導入して燃焼させる。

【００１７】すなわち、ＰＥＦＣ装置ＧＳの起動後、各
反応器が温度的に安定するまでは、開閉弁９１が閉じら
れ、改質ガスは管路３５および開閉弁３６を経てＰＧバ
ーナ３４に供給される。

【００１８】各反応器が温度的に安定した場合、今度は
燃料電池６の温度が作動温度（例えば７０〜８０℃）近
くの温度域で安定するまで、開閉弁９１が開かれ、開閉
弁９２が閉じられて、改質ガスが管路３８および開閉弁
３９を経てＰＧバーナ３４に供給され、そこで燃焼され
る。

【００１９】燃料電池６の温度が作動温度で安定し、連
続して発電が行われるようになった場合、開閉弁９１、
開閉弁９２が開かれ、開閉弁３６、開閉弁３９が閉じら
れて、燃料電池６を経た未反応ガス（オフガス）は管路
１５を経てバーナ１２に供給される。

【００２０】貯湯タンク５０には水道管６１を経て市水
が供給される。この貯湯タンク５０に供給された市水
は、ＰＥＦＣ装置ＧＳから発生する排熱によって加熱さ
れ、この昇温された温水は、温水供給管６２を通じて外
部に給湯される。例えば排気系３１には、熱交換器１７
の他に、さらに別の熱交換器３２が接続され、この熱交
換器３２には貯湯タンク５０の水が、ポンプ３３を介し
て循環し、廃熱回収が行われる。

【００２１】またＰＧバーナ３４の排気系４５には、熱
交換器４６が接続され、この熱交換器４６には、ポンプ
４７を介して貯湯タンク５０の水が循環され貯湯タンク
５０に熱回収が行われる。水タンク２１には、ポンプ２
３、２４、４８によって熱交換器１８、１９を経て戻る
水や燃料電池６の冷却部６ｃを循環する冷却水が水管７
３を経て流入する一方、水タンク２１に水を供給する水
補給装置６８が接続されている。水補給装置６８は電動
弁５６と供給タンク６７およびポンプ７４などから構成
されている。供給タンク６７は市水補給装置６９および
燃料電池６から生じる水をパイプ７０を経て一旦貯えて
水タンク２１に水を供給できるようにしたタンクであ
る。

【００２２】燃料電池６から生じる水には、例えば、燃
料電池６の空気極６ｋから排出されたガスを熱交換器７
１に導き、この熱交換器７１中をポンプ７２によって貯
湯タンク５０との間を循環する水で冷却することによっ
て得られたドレン水や燃料極６ａから排出されたガスに
含まれている水がある。

【００２３】市水補給装置６９は、電動弁７６を有する
水道管５２を介して水源７８に接続されており、供給タ
ンク６７の水量が減って水位が低下したことを水位計７
９が検知したときに液面制御装置７７が電動弁７６を開
き、水源７８の水圧を利用して水道管５２、水処理装置
（イオン交換樹脂）５１を経て供給タンク６７に水を補
給し、水タンク２１に水を供給するのに支障のない水量
を保持する装置である。水タンク２１には、タンク内の
上部に常に空気部分（気相部）５３が形成されるように
水の水位を保つ液面制御装置ＬＣおよび水タンク２１内
の水温を設定範囲に保つ温度調節装置ＴＣとを有してい
る。

【００２４】液面制御装置ＬＣは、水位計５４と電動弁
５６の制御装置を備えて水タンク２１内の水量を常時監
視しつつ、反応用空気が、水タンク２１の中を通過する
際に適度に加湿されて燃料電池６に供給されるようにタ
ンク内に水を貯え、かつ上部に気相部５３が形成される
ように水量を制御し、水位が低下した場合はポンプ７４
を運転し、電動弁５６の開度を調節して供給タンク６７
からパイプ８４を経て処理水を導入し、水タンク２１内
の水位を設定範囲に保つようにしている。５５は、水位
計５４による水位の検出が泡立ちなどにより不安定にな
るのを防止する消波板である。

【００２５】温度調節装置ＴＣは、燃料電池６の空気極
６ｋに反応空気を供給する際に、水タンク２１内で適度
に加湿が行えるように水の温度を例えば６０〜８０℃の
温度範囲（設定温度）に保つ装置である。この水温制御
は、必要に応じて水タンク２１に備えられたヒータなど
の加熱装置６３を制御するなどして行われる。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】以上のような構成のＰ
ＥＦＣ装置ＧＳは、発電と熱利用のコジェネレーション
システムの形態をとるので、燃料電池の発電効率が図ら
れるばかりでなく、このシステムで使用される水の有効
な再利用が図られる効果がある。しかし、燃料電池６の
運転中に貯湯タンク５０が規定温度の温水で満タン状態
になり、しかも温水供給管６２を通じて外部へ給湯され
ない場合は、ＰＥＦＣ装置ＧＳの排熱回収ができなくな
り、燃料電池６の冷却水の温度を規定の温度範囲に維持
するためには、別にラジエータなどの冷却手段を新たに
設置するか、運転を停止する必要があった。ラジエータ
などの冷却手段を新たに設置するとコストがかかるとと
もに小型化に支障きたす問題があった。

【００２７】本発明の目的は、従来の上記問題を解決
し、別にラジエータなどの冷却手段を新たに設置するこ
となく、運転中に貯湯タンク５０が規定温度の温水で満
タン状態になり、しかも温水供給管６２を通じて外部へ
給湯されないような場合であっても、燃料電池発電装置
を停止することなく燃料電池６の冷却水の温度を規定の
温度範囲に維持することができる、例えば家庭用などに
使用できる小型電源として好適な固体高分子形燃料電池
発電装置を提供することである。

【００２８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の請求
項１の固体高分子形燃料電池発電装置は、天然ガス、都
市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料ガスを
水素に改質する改質器と、一酸化炭素を変成するＣＯ変
成器と、一酸化炭素を除去するＣＯ除去器と、起動時に
各反応器が安定するまで水素を燃焼するプロセスガスバ
ーナと、水素によって発電する燃料電池と、燃料電池を
冷却するための水を収納した水タンクと、前記改質器、
燃料電池、プロセスガスバーナなどの排ガスの熱を回収
して温水とする熱交換器と、この温水を蓄える貯湯タン
クとを備えた固体高分子形燃料電池発電装置であって、
前記水タンク中の水を必要に応じて加熱あるいは冷却す
るために前記プロセスガスバーナに連結された熱交換器
で熱交換した温水Ａを熱交換可能に前記水タンクへ循環
して送るラインを設け、前記水タンクの水温が所定の温
度以上になった場合には、温水Ａを前記ラインに循環し
て送って水タンク中の水を冷却するか、あるいは前記プ
ロセスガスバーナに燃焼用空気を送るファンを作動して
前記プロセスガスバーナに連結された熱交換器を冷却器
として使用して温水Ａの温度を低下させ、温度を低下さ
せた温水Ａを前記ラインに循環して送って水タンク中の
水を冷却し、前記水タンクの温水の温度を所定温度範囲
内に保持することを特徴とする。

【００２９】本発明の請求項２の固体高分子形燃料電池
発電装置は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池発電
装置において、燃料電池の起動時には前記プロセスガス
バーナを燃焼させ、前記水タンクの水温が所定の温度未
満の場合には前記ラインに前記温水Ａを循環して送って
水タンク中の水を加熱し、前記水タンクの水温が所定の
温度以上の場合には前記温水Ａを前記水タンクへ送らな
いことを特徴とする。

【００３０】本発明の請求項３の固体高分子形燃料電池
発電装置は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池発電
装置において、燃料電池の発電時には前記プロセスガス
バーナを停止させ、前記水タンクの水温が所定の温度未
満の場合には前記ラインに前記温水Ａを送らず、前記水
タンクの水温が所定の温度以上の場合には前記温水Ａを
送って熱回収することにより、前記水タンクの温水の温
度を一定に保持することを特徴とする。

【００３１】本発明の請求項４の固体高分子形燃料電池
発電装置は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池発電
装置において、燃料電池の発電時で前記プロセスガスバ
ーナは作動せず、かつ貯湯タンクが温水で充満した場
合、前記水タンクの水温が所定の温度未満の場合には前
記ラインに前記温水Ａを送らず、前記水タンクの水温が
所定の温度以上の場合には、前記プロセスガスバーナに
燃焼用空気を送るファンのみを作動させて前記プロセス
ガスバーナに連結された熱交換器を温水Ａを冷却する冷
却器として使用して、温水Ａの温度を低下させ、温度が
低下した温水Ａを前記ラインに送って前記水タンクの温
水を冷却し、前記水タンクの温水の温度を所定温度範囲
内に保持することを特徴とする。

【００３２】本発明の固体高分子形燃料電池発電装置
は、運転中に貯湯タンク５０が規定温度の温水で満タン
状態になり、しかも温水供給管６２を通じて外部へ給湯
されないような場合であっても、前記プロセスガスバー
ナに燃焼用空気を送るファンのみを作動して前記プロセ
スガスバーナに連結された熱交換器を温水Ａを冷却する
冷却器として使用して温水Ａの温度を低下させ、温度が
低下した温水Ａを前記ラインに送って冷却するようにし
たので、別にラジエータなどの冷却手段を新たに設置す
ることなく、燃料電池発電装置を停止することなく、燃
料電池６の冷却水の温度を規定の温度範囲に維持するこ
とができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。図１〜３は、本発明の固体高
分子形燃料電池発電装置の実施形態を説明する系統図で
ある。図１〜３において、図４に示した構成部分と同じ
構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複した
説明を省略する。

【００３４】図１に示した本発明の固体高分子形燃料電
池発電装置ＧＳ１は、排気系３１の熱交換器３２、排気
系４５の熱交換器４６および燃料電池６の空気極ｋから
排出されたガスの熱交換器７１の後に、さらに熱交換器
ＨＥＸを設置し、貯湯タンク５０中の水をポンプＰによ
りこの熱交換器ＨＥＸを経て、熱交換器７１、３２、４
６に送って熱交換して排熱回収した温水Ａを、直接水タ
ンク２１へ熱交換可能に循環して送るラインＬ１を設け
てある。そして、前記温水ＡをラインＬ１を経て水タン
ク２１へ送らなくてもよい場合に温水Ａを貯湯タンク５
０へ送るラインＬ２が併設されており、ラインＬ１には
開閉弁８２、ラインＬ２には開閉弁８１がそれぞれ設け
てある。そして、水管７３には冷却水の温度を示す温度
計Ｔが設けてある。本発明の固体高分子形燃料電池発電
装置ＧＳ１はこのような熱回収装置ＲＤ１を備えた以外
は図４に示した固体高分子形燃料電池発電装置ＧＳと同
様になっている。

【００３５】（本発明の固体高分子形燃料電池発電装置
ＧＳ１を起動する場合）燃料電池６の起動時には、ファ
ン３７、ＰＧバーナ３４を作動し、水タンク２１の水温
（温度計Ｔで測定される水温）が所定の温度未満の場合
（例えば８０℃未満）には、開閉弁８１を閉じ、開閉弁
８２を開けて、ラインＬ１に排熱回収した温水Ａを循環
して送って水タンク２１中の水を加熱する（図２参照。
開閉弁８１、８２の開閉状態、ファン３７およびＰＧバ
ーナ３４を作動するか停止するかは図２中の表を参
照）。

【００３６】また燃料電池６の起動時には、ファン３
７、ＰＧバーナ３４を作動し、水タンク２１の水温（温
度計Ｔで測定される水温）が所定の温度以上の場合（例
えば８０℃以上）には、開閉弁８１を開け、開閉弁８２
を閉じて、排熱回収した温水ＡをラインＬ２を経て貯湯
タンク５０に送る（図３参照。開閉弁８１、８２の開閉
状態、ファン３７およびＰＧバーナ３４を作動するか停
止するかは図３中の表を参照）。

【００３７】（本発明の固体高分子形燃料電池発電装置
ＧＳ１の発電時の場合）燃料電池６の発電時には、ファ
ン３７、ＰＧバーナ３４の作動を停止し、そして貯湯タ
ンク５０が未だ温水で満たされていない状態の場合、水
タンク２１の水温（温度計Ｔで測定される水温）が所定
の温度未満の場合（例えば８０℃未満）には、開閉弁８
１を開け、開閉弁８２を閉じてラインＬ１に温水Ａを送
らず、ラインＬ２を経て貯湯タンク５０に排熱回収した
温水Ａを送る（図３参照。開閉弁８１、８２の開閉状
態、ファン３７およびＰＧバーナ３４を作動するか停止
するかは図３中の表を参照）。

【００３８】また燃料電池６の発電時には、ファン３
７、ＰＧバーナ３４の作動を停止し、そして貯湯タンク
５０が未だ温水で満たされていない状態の場合、水タン
ク２１の水温（温度計Ｔで測定される水温）が所定の温
度以上の場合（例えば８０℃以上）には、開閉弁８１を
閉じ、開閉弁８２を開けてラインＬ１に温水Ａを循環し
て送って水タンク２１中の水を冷却する（図２参照。開
閉弁８１、８２の開閉状態、ファン３７およびＰＧバー
ナ３４を作動するか停止するかは図２中の表を参照）。

【００３９】（本発明の固体高分子形燃料電池発電装置
ＧＳ１の発電時であって貯湯タンク５０が温水で充満さ
れた場合）燃料電池６の発電中に貯湯タンク５０が規定
温度の温水で満タン状態になり、しかも温水供給管６２
を通じて外部へ給湯されない場合は、ＰＥＦＣ装置ＧＳ
１の排熱回収ができなくなるので、水タンク２１の水温
（温度計Ｔで測定される水温）が所定の温度以上の場合
（例えば８０℃以上）には、ＰＧバーナ３４に燃焼用空
気を送るファン３７のみを作動してＰＧバーナ３４に連
結された熱交換器４６を温水Ａの冷却器として使用して
温水Ａの温度を低下させ、温度を低下させた温水Ａを、
開閉弁８１を閉じ、開閉弁８２を開けてラインＬ１に循
環して送って水タンク２１中の水を冷却する（図２参
照。開閉弁８１、８２の開閉状態、ファン３７およびＰ
Ｇバーナ３４を作動するか停止するかは図２中の表を参
照）。

【００４０】そして、水タンク２１の水温（温度計Ｔで
測定される水温）が所定の温度未満の場合（例えば８０
℃未満）には、開閉弁８１を開け、開閉弁８２を閉じて
ラインＬ１に温水Ａを送らず、ラインＬ２を経て貯湯タ
ンク５０に排熱回収した温水Ａを送る（図３参照。開閉
弁８１、８２の開閉状態、ファン３７およびＰＧバーナ
３４を作動するか停止するかは図３中の表を参照）。

【００４１】開閉弁８１、８２の開閉、ファン３７およ
びＰＧバーナ３４の作動あるいは停止などは手動で行う
こともできるが、図示しない制御装置により自動的に行
うことが好ましい。

【００４２】なお、上記実施形態の説明は、本発明を説
明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発
明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本
発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範
囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

【００４３】

【発明の効果】本発明の固体高分子形燃料電池発電装置
は、発電と熱利用のコジェネレーションシステムの形態
をとるので、燃料電池の発電効率が図られるばかりでな
く、このシステムで使用される水の有効な再利用が図ら
れる効果があるとともに、運転中に貯湯タンクが温水で
満タン状態になり、しかも温水供給管を通じて外部へ給
湯されないような場合であっても、燃料電池発電装置を
停止することなく、水タンクに別にラジエータなどの冷
却手段を新たに設置することなく、燃料電池の冷却水の
温度を規定の温度範囲に維持することができる、小型化
可能であるという顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体高分子形燃料電池発電装置の
一実施形態を示す系統図である。

【図２】図１に示した本発明による固体高分子形燃料電
池発電装置の熱回収装置の温水の流れの一実施形態を示
す説明図である。

【図３】図１に示した本発明による固体高分子形燃料電
池発電装置の熱回収装置の温水の流れの他の実施形態を
示す説明図である。

【図４】従来の固体高分子形燃料電池発電装置の系統図
である。

【符号の説明】

３改質器４ＣＯ変成器５ＣＯ除去器６燃料電池１０、２３〜２５、２８、４３、４７ポンプ２１水タンク３４プロセスガスバーナ１７、１８、１９、３２、７１熱交換器３７プロセスガスバーナに燃焼用空気を送るファン４６プロセスガスバーナに連結された熱交換器５０貯湯タンクＬ１温水Ａを熱交換可能に水タンクへ循環して送るラ
インＬ２温水Ａを貯湯タンクへ送るラインＧＳ、ＧＳ１固体高分子形燃料電池発電装置ＲＤ、ＲＤ１熱回収装置ＨＥＸ熱交換器Ｔ温度計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者畑山龍次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)発明者湯川竜司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 KK41 MM01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰ
Ｇ、ブタンなどの燃料ガスを水素に改質する改質器と、
一酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去
するＣＯ除去器と、起動時に各反応器が安定するまで水
素を燃焼するプロセスガスバーナと、水素によって発電
する燃料電池と、燃料電池を冷却するための水を収納し
た水タンクと、前記改質器、燃料電池、プロセスガスバ
ーナなどの排ガスの熱を回収して温水とする熱交換器
と、この温水を蓄える貯湯タンクとを備えた固体高分子
形燃料電池発電装置であって、前記水タンク中の水を必要に応じて加熱あるいは冷却す
るために前記プロセスガスバーナに連結された熱交換器
で熱交換した温水Ａを熱交換可能に前記水タンクへ循環
して送るラインを設け、前記水タンクの水温が所定の温
度以上になった場合には、温水Ａを前記ラインに循環し
て送って水タンク中の水を冷却するか、あるいは前記プ
ロセスガスバーナに燃焼用空気を送るファンを作動して
前記プロセスガスバーナに連結された熱交換器を冷却器
として使用して温水Ａの温度を低下させ、温度を低下さ
せた温水Ａを前記ラインに循環して送って水タンク中の
水を冷却し、前記水タンクの温水の温度を所定温度範囲
内に保持することを特徴とする固体高分子形燃料電池発
電装置。
【請求項２】燃料電池の起動時には前記プロセスガス
バーナを燃焼させ、前記水タンクの水温が所定の温度未
満の場合には前記ラインに前記温水Ａを循環して送って
水タンク中の水を加熱し、前記水タンクの水温が所定の
温度以上の場合には前記温水Ａを前記水タンクへ送らな
いことを特徴とする請求項１記載の固体高分子形燃料電
池発電装置。
【請求項３】燃料電池の発電時には前記プロセスガス
バーナを停止させ、前記水タンクの水温が所定の温度未
満の場合には前記ラインに前記温水Ａを送らず、前記水
タンクの水温が所定の温度以上の場合には前記温水Ａを
送って熱回収することにより、前記水タンクの温水の温
度を一定に保持することを特徴とする請求項１記載の固
体高分子形燃料電池発電装置。
【請求項４】燃料電池の発電時で前記プロセスガスバ
ーナは作動せず、かつ貯湯タンクが温水で充満した場
合、前記水タンクの水温が所定の温度未満の場合には前
記ラインに前記温水Ａを送らず、前記水タンクの水温が
所定の温度以上の場合には、前記プロセスガスバーナに
燃焼用空気を送るファンのみを作動させて前記プロセス
ガスバーナに連結された熱交換器を温水Ａを冷却する冷
却器として使用して、温水Ａの温度を低下させ、温度が
低下した温水Ａを前記ラインに送って前記水タンクの温
水を冷却し、前記水タンクの温水の温度を所定温度範囲
内に保持するすることを特徴とする請求項１記載の固体
高分子形燃料電池発電装置。