JP2003100325A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エジェクタを用いるガス供給方式において、燃
料電池の負荷に応じて、燃料電池へのガス供給量を調節
しながら燃料電池の運転を行なう。 【解決手段】発電を行なう燃料電池１と、水を有するガ
ス加湿部４、５と、ガス加湿部４、５を途中に接続し前
記水が循環する循環管路２０−１〜３、２１−１〜３
と、循環管路２０−１〜３、２１−１〜３の途中に接続
され、前記水を循環管路２０−１〜３、２１−１〜３で
循環させる循環水ポンプ８、９と、循環管路２０−１〜
３、２１−１〜３の途中に接続され、内部を流れる前記
水のフローにより、燃料電池１内のガスを燃料電池１か
ら循環管路２０−１〜３、２１−１〜３へ向けて吸い出
すエジェクタ６、７と、燃料電池１の出力電流に基づい
て循環水ポンプ８、９の回転数を制御する制御部３１と
を具備する燃料電池システムを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に関し、
特に、燃料電池へのガスの供給量を容易に制御可能な燃
料電池システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気化学セルの1つである固体高分子電
解質膜を用いた固体高分子形燃料電池は、低温稼動、高
効率、低公害などの特性を有する。そのため、固体高分
子形燃料電池は、環境負荷低減に役立つ電源として、移
動体用電源（主に車載用）や定置型電源（主にビル・家
庭用）として開発が進められている。

【０００３】固体高分子形燃料電池では、燃料ガス及び
酸化剤ガス共に加湿して使用するため、マスフローメー
タなどではガスの供給を制御するのが困難である。従っ
て、各ガスの供給に際しては、エジェクタにより負圧を
形成し、そこへガスを吸い出す方式を用いるのが有効で
ある。通常、エジェクタでは、ポンプにより一定流量の
流体を流し、一定の負圧を形成して行なうので、吸い出
されるガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）の流量は一定と
なる。従って、燃料電池に対する外部負荷の少ない（発
電量の少ない）場合には、過剰なガスが供給されること
になり、必ずしも効率的とはいえない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、エジェクタを用いるガス供給方式において、燃料電
池の負荷に応じて、燃料電池へのガス供給量を調節可能
な燃料電池システムを提供することである。

【０００５】また、本発明の別の目的は、エジェクタを
用いるガス供給方式において、燃料電池における燃料利
用率が一定の運転を行うことが可能な燃料電池システム
を提供することである。

【０００６】また、本発明の別の目的は、エジェクタを
用いるガス供給方式において、燃料電池における酸素利
用率が一定の運転を行うことが可能な燃料電池システム
を提供することである。

【０００７】また、本発明の別の目的は、エジェクタを
用いるガス供給方式において、燃料電池の高効率な運転
を行うことが可能な燃料電池システムを提供することで
ある。

【０００８】また、本発明の別の目的は、エジェクタを
用いるガス供給方式において、燃料電池を低コストで運
転を行うことが可能な燃料電池システムを提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以下に、［発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特
許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応
関係を明らかにするために付加されたものである。ただ
し、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。

【００１０】従って、上記課題を解決するための本発明
の燃料電池システムは、発電を行なう燃料電池（１）
と、水を有するガス加湿部（４、５）と、前記ガス加湿
部（４、５）を途中に接続し前記水が循環する循環管路
（２０−１〜３、２１−１〜３）と、前記循環管路（２
０−１〜３、２１−１〜３）の途中に接続され、前記水
を前記循環管路（２０−１〜３、２１−１〜３）で循環
させる循環水ポンプ（８、９）と、前記循環管路（２０
−１〜３、２１−１〜３）の途中に接続され、内部を流
れる前記水のフローにより、前記燃料電池（１）内のガ
スを前記燃料電池（１）から前記循環管路（２０−１〜
３、２１−１〜３）へ向けて吸い出すエジェクタ（６、
７）と、前記燃料電池（１）の出力電流に基づいて前記
循環水ポンプ（８、９）の回転数を制御する制御部（３
１）とを具備する。

【００１１】また、本発明の燃料電池システムは、前記
ガス加湿部（４、５）から前記燃料電池（１）を経由
し、前記エジェクタ（６、７）に接続するガス供給管
（２２−１〜２、２３−１〜２）とを更に具備し、前記
ガス加湿部（４、５）は、前記水を用いて、供給ガスと
しての水素又は酸素を加湿して加湿ガスとし、前記燃料
電池（１）は、前記加湿ガスを用いて発電を行なう。

【００１２】更に、本発明の燃料電池システムは、前記
制御部（３１）が、更に、前記燃料電池（１）の出力電
流に加えて、前記燃料電池（１）の燃料利用率又は酸素
利用率の少なくとも一方に基づいて、前記循環水ポンプ
（８、９）の回転数を制御する。

【００１３】更に、本発明の燃料電池システムは、前記
循環管路（２０−１〜３）に、その一部を迂回するよう
に接続された迂回管路（２９−１〜７）と、前記迂回管
路（２９−１〜７）の途中に接続され、前記迂回管路
（２９−１〜７）を通る流体の熱を放熱可能な放熱部
（１７）とを更に具備する。

【００１４】更に、本発明の燃料電池システムは、前記
迂回管路（２９−１〜７）を具備する前記循環管路（２
０−１〜３）は、前記燃料電池（１）の内部を通過す
る。

【００１５】更に、本発明のコジェネレーションシステ
ムは、上記各項のいずれか一項に記載の燃料電池システ
ムと、前記燃料電池システムの排熱を利用する設備とを
具備する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明である燃料電池システムに
ついて、添付の図面を用いて説明する。本実施例では、
燃料電池において、エジェクタを用いて水素ガス及び酸
素ガスを使用するシステムを例に示して説明するが、ガ
スをエジェクタを用いて流通させる他のシステムにおい
ても適用可能である。

【００１７】（実施例１）本発明である燃料電池システ
ムの第一の実施の形態について、添付の図面を参照して
説明する。図１は、燃料電池システムの第一の実施の形
態における構成を示す図である。本実施例における燃料
電池システムは、燃料電池１、水素貯蔵タンク２、酸素
貯蔵タンク３、水素加湿部４、酸素加湿部５、水素エジ
ェクタ６、酸素エジェクタ７、循環水ポンプＡ８、循環
水ポンプＢ９、水素元弁１０、酸素元弁１１、水素調圧
弁１２、酸素調圧弁１３、第１排水弁１４、第２排水弁
１５、冷却水ポンプ１６、放熱部１７、冷却水タンク１
９、第１循環水ラインＡ２０−１、第１循環水ラインＢ
２０−２、第１循環水ラインＣ２０−３、第２循環水ラ
インＡ２１−１、第２循環水ラインＢ２１−２、第２循
環水ラインＣ２１−３、水素供給ラインＡ２２−１、水
素供給ラインＢ２２−２、酸素供給ラインＡ２３−１、
酸素供給ラインＢ２３−２、水素導入ラインＡ２４−
１、水素導入ラインＢ２４−２、水素導入ラインＣ２４
−３、酸素導入ラインＡ２５−１、酸素導入ラインＢ２
５−２、酸素導入ラインＣ２５−３、第１給排水ライン
Ａ２６−１、第１給排水ラインＢ２６−２、第２給排水
ラインＡ２７−１、第２給排水ラインＢ２７−２、冷却
水ラインＡ２８−１、冷却水ラインＢ２８−２、冷却水
ラインＣ２８−３、冷却水ラインＤ２８−４、電流計３
０、制御部３１を具備する。

【００１８】本発明の燃料電池システムは、燃料電池
（１）への水素ガス及び酸素ガスの供給に際しては、エ
ジェクタ（６、７）により負圧を形成し、両ガスを吸い
出す方式を用いる。ただし、負圧を形成するためにエジ
ェクタ（６、７）に対してポンプ（８、９）により流す
液体の流量は、燃料電池１にかかる負荷（電流）により
変動することが可能である。従って、例えば予め設定し
たガス利用率になるように、水素ガス及び酸素ガスを制
御することが出来る。そして、より効率の高い発電が可
能となる。

【００１９】本発明の燃料電池システムの第一の実施の
形態に関わる各構成について説明する。燃料電池１は、
水素ガス及び水蒸気と酸素ガスの供給を受けて、電池反
応（電気化学反応）により発電を行なう。本実施例で
は、水素加湿部４から加湿された水素ガス、酸素加湿部
５から加湿された酸素ガスの供給を受けて、発電を行な
う固体高分子形燃料電池である。電解質として固体高分
子電解質膜を用いる。水素側が負極、酸素側が正極とな
る。発電時は、発熱反応などにより温度が上昇する。そ
れを抑制するために、冷却水を用いて内部を冷却する。

【００２０】水素貯蔵タンク２は、水素ガスを貯蔵す
る、燃料電池１における水素ガス供給源である。純水が
水素ガスと共に貯蔵される場合もある。図示しない圧力
計を有する。水素ガスは、燃料電池１の運転圧よりも高
圧であり、かつ、その量は燃料電池１の運転に必要十分
な量である。

【００２１】酸素貯蔵タンク３は、酸素ガスを貯蔵す
る。燃料電池１における酸素ガス供給源である。純水が
酸素ガスと共に貯蔵される場合もある。図示しない圧力
計を有する。酸素ガスは、燃料電池１の運転圧よりも高
圧であり、かつ、その量は燃料電池１の運転に必要十分
な量である。

【００２２】ガス加湿部としての水素加湿部４は、水素
貯蔵タンク２から水素ガスの供給を受けて、その水素ガ
スを内部の純水中に通すことにより加湿する。一方、内
部の純水は、第１循環水ライン２０（−１〜３）（後
述）を循環し、その途中にある水素エジェクタ６（後
述）により、負圧を形成する。加湿された水素である加
湿ガスとしての加湿水素は、その負圧により水素供給ラ
イン２２（−１〜２）（後述）経由で、燃料電池１（の
燃料極（負極）側）へ吸い出される。内部の純水を第１
加湿水とも記す。

【００２３】ガス加湿部としての酸素加湿部５は、酸素
貯蔵タンク３から酸素ガスの供給を受けて、その酸素ガ
スを内部の純水中に通すことにより加湿する。一方、内
部の純水は、第２循環水ライン２１（−１〜３）（後
述）を循環し、その途中にある酸素エジェクタ７（後
述）により、負圧を形成する。加湿された酸素である加
湿ガスとしての加湿酸素は、その負圧により酸素供給ラ
イン２３（−１〜２）（後述）経由で、燃料電池１（の
空気極（正極）側）へ吸い出される。内部の純水を第２
加湿水とも記す。

【００２４】エジェクタとしての水素エジェクタ６は、
内部を循環する媒体の流速により発生する負圧を用い
て、外部から別の物質を吸引する。本実施例では、内部
を循環する純水により、水素加湿部４の水素ガスを燃料
電池１へ吸い出す。

【００２５】エジェクタとしての酸素エジェクタ７は、
内部を循環する媒体の流速により発生する負圧を用い
て、外部から別の物質を吸引する。本実施例では、内部
を循環する純水により、酸素加湿部５の酸素ガスを燃料
電池１へ吸い出す。

【００２６】循環水ポンプＡ８は、水素エジェクタ６に
より水素加湿部４中の水素ガスを燃料電池１へ吸い出す
ための、循環する純水の流れを形成する。循環水ポンプ
Ａ８の回転数は、インバータ制御により可変である。従
って、循環する純水の流量を循環水ポンプＡ８の回転数
により制御できる。それにより、燃料電池１へ吸い出す
水素ガスの流量を制御可能である。回転数は、制御部３
１（後述）により制御される。

【００２７】循環水ポンプＢ９は、酸素エジェクタ７に
より酸素加湿部５中の酸素ガスを燃料電池１へ吸い出す
ための、循環する純水の流れを形成する。循環水ポンプ
Ａ８の回転数は、インバータ制御により可変である。従
って、循環する純水の流量を、循環水ポンプＢ９の回転
数により制御できる。それにより、燃料電池１へ吸い出
す酸素ガスの流量を制御可能である。回転数は、制御部
３１（後述）により制御される。

【００２８】水素元弁１０は、水素貯蔵タンク２から水
素加湿部４へ水素ガスを供給する際に開く。水素調圧弁
１２は、水素貯蔵タンク２中の高圧の水素ガスを、設定
された圧力（燃料電池１の運転圧）に減圧して、燃料電
池１側へ供給する自立式圧力調節弁である。すなわち、
燃料電池１が水素ガスを消費するので、燃料電池１側の
圧力が低下する。それに対して、圧力が設定された圧力
（運転圧）に回復するように、水素ガスを供給する（消
費した分の水素ガスを供給する）。

【００２９】酸素元弁１１は、酸素貯蔵タンク３から酸
素加湿部５へ酸素ガスを供給する際に開く。酸素調圧弁
１３は、酸素貯蔵タンク３中の高圧の酸素ガスを、設定
された圧力（燃料電池１の運転圧）に減圧して、燃料電
池１側へ供給する自立式圧力調節弁である。すなわち、
燃料電池１が酸素ガスを消費するので、燃料電池１側の
圧力が低下する。それに対して、圧力が設定された圧力
（運転圧）に回復するように、酸素ガスを供給する（消
費した分の酸素ガスを供給する）。

【００３０】第１排水弁１４は、水素加湿部４の純水量
を調整する。すなわち、水素加湿部４の余分の純水を外
部へ排出する場合、及び外部から純水の供給を受ける場
合において、開閉を行なう弁である。第２排水弁１５
は、酸素加湿部５の純水量を調整する。すなわち、酸素
加湿部５の余分の純水を外部へ排出する場合、及び外部
から純水の供給を受ける場合において、開閉を行なう弁
である。

【００３１】冷却水ポンプ１６は、冷却水タンク１９に
貯蔵されている水を、冷却水として燃料電池１へ供給
（循環）し、燃料電池１を冷却する。放熱部１７は、燃
料電池１の冷却水として循環し、高温化した冷却水タン
ク１９内の水について、その温度を低下させる熱交換器
である。水の熱は、図示しない低温の熱媒体により奪わ
れる。そして、放熱部１７中の水の温度は低下する。熱
媒体は他の設備等に熱を供給し、コジェネレーションを
行なう。冷却水タンク１９は、燃料電池１を冷却するた
めの水を貯蔵する。

【００３２】電流計３０は、燃料電池１から取り出され
る電力の内、電流を計測する。計測結果は、常時、制御
部３１へ出力される。

【００３３】制御部３１は、燃料電池１の出力電流に基
づいて、循環水ポンプＡ８の回転数を制御する。例え
ば、出力電流に比例させて、回転数を増減する。それに
より、出力電流が少なく、必要な水素ガスおよび酸素ガ
スが少ない場合に、回転数を減少する制御により各ガス
供給を減少することが可能になる。回転数の減少によ
り、エネルギー効率が向上する。

【００３４】また、制御部３１は、燃料電池１の出力電
流に加えて、燃料電池１の燃料利用率に基づいて、循環
水ポンプＡ８の回転数を制御することも可能である。例
えば、制御部３１は、燃料電池１の出力電流と、循環水
ポンプＡ８の回転数と、燃料電池１の燃料利用率との関
係を示す水素運転情報を、図示しない記憶部に保持す
る。また、燃料電池１の運転での予め設定された燃料利
用率を、図示しない記憶部に保持する。そして、燃料電
池１の実際の運転中に流れる電流（電流計３０により測
定）と、水素運転情報（図示し無い記憶部に保持）と、
予め設定された燃料利用率（図示し無い記憶部に保持）
と基づいて、循環水ポンプＡ８の回転数を予め設定され
た燃料利用率になるように制御する。

【００３５】同様に、制御部３１は、燃料電池１に流れ
る電流と、循環水ポンプＢ９の回転数と、燃料電池１の
酸素利用率との関係を示す酸素運転情報を、図示しない
記憶部に保持する。また、燃料電池１の運転での予め設
定された酸素利用率を、図示しない記憶部に保持する。
そして、燃料電池１の実際の運転中に流れる電流（電流
計３０により測定）と、酸素運転情報（図示し無い記憶
部に保持）と、予め設定された燃料利用率（図示し無い
記憶部に保持）と基づいて、循環水ポンプＢ９の回転数
を予め設定された酸素利用率になるように制御する。

【００３６】ここで、水素運転情報、酸素運転情報、予
め設定された燃料利用率及び予め設定された酸素利用率
について説明する。水素運転情報について説明する。図
２は、燃料電池に流れる電流と循環水ポンプの回転数と
の関係を示すグラフである。縦軸は、循環水ポンプの回
転数ωであり、横軸は、燃料電池に流れる電流Ｉであ
る。ただし、電流Ｉの増減は、外部負荷の変動を示して
いる。また、回転数ωは、加湿水素の流量を示してい
る。そして、曲線Ａは、燃料利用率を一定（例えば５０
％）に維持した状態で、電流Ｉを流すために必要な循環
水ポンプＡ８の回転数を示している。すなわち、様々な
外部負荷（電流Ｉに対応）に対して、燃料利用率一定
（曲線Ａ上の点）の運転をするために必要な加湿水素の
流量（回転数ωに対応）を示している。

【００３７】ここで、燃料利用率（％）＝（発電に必要
な水素ガスの流量）／（燃料電池に供給する水素ガスの
流量）×１００で表される。そして、発電に必要な水素
ガスの流量は、電流Ｉに比例する。従って、電流Ｉが変
化したときに、燃料利用率を一定とするためには、電流
Ｉの変化に合わせて燃料電池に供給する水素ガスの流量
を変化させる必要がある。すなわち、例えば、電流Ｉが
減少すれば、それに比例して発電に必要な水素ガスの流
量が減少する。従って、燃料利用率を一定とするために
は、燃料電池に供給する水素ガスの流量は、発電に必要
な水素ガスの流量に比例して減少する。

【００３８】また、燃料利用率が、曲線Ａに比較して高
い場合には、同じ電流Ｉにおいて、発電に必要な水素ガ
スの流量が少なくなることから、曲線Ｃのようになる。
逆に、燃料利用率が曲線Ａに比較して低い場合には、曲
線Ｂのようになる。すなわち、同じ電流Ｉ_０（外部負
荷）でも、燃料利用率に応じて、Ｐ_Ｃ（Ｉ_０、ω_Ｃ）：
曲線Ｃ（燃料利用率 高）、Ｐ_Ａ（Ｉ_０、ω_Ａ）：曲線
Ａ（燃料利用率 中）、Ｐ_Ｂ（Ｉ_０、ω_Ｂ）：曲線Ｂ
（燃料利用率 低）となる。

【００３９】水素運転情報は、図２に示される情報であ
る。対応関係は、燃料電池（１）に流れる電流＝電流
Ｉ、循環水ポンプ（Ａ８）の回転数＝回転数ω、燃料電
池（１）の燃料利用率＝燃料利用率である。すなわち、
図２のグラフに示すような情報（データ）である。種々
の利用率について保持されている。

【００４０】酸素運転情報は、上記水素運転情報と同様
（ただし、上記説明の水素を酸素に、水素ガスを酸素ガ
スに、燃料を酸素に、循環水ポンプＡ８を循環水ポンプ
Ｂ９に、それぞれ読み替える）であるので、その説明を
省略する。

【００４１】予め設定された燃料利用率及び予め設定さ
れた酸素利用率は、燃料電池１の運転に際して、事前に
決定した燃料利用率及び酸素利用率であり、運転の基準
となる。各利用率が高いほど、高効率な運転を行なって
いることになる。定常運転時には一定であるが、状況に
応じて変更する。また、予め設定された各利用率は、あ
る程度の幅（例えば±５以内など）を有していても良
い。

【００４２】また、制御部３１は、上記図２に示される
情報を燃料電池１の運転中にリアルタイムに計算して算
出し、同様に燃料電池１の出力電流と燃料電池１の燃料
利用率に基づいて、循環水ポンプＡ８の回転数を制御す
ることも可能である。

【００４３】次に、上記の各構成を接続する各配管につ
いて説明する。水素ガスを水素加湿部４へ供給する配管
について説明する。水素導入ラインＡ２４−１は、一端
部を水素貯蔵タンク２に、他端部を水素元弁１０に接続
している。水素導入ラインＢ２４−２は、一端部を水素
元弁１０に、他端部を水素調圧弁１２に接続している。
水素導入ラインＣ２４−３は、一端部を水素調圧弁１２
に、他端部を水素加湿部４に接続している。水素貯蔵タ
ンク２の水素ガスは、水素導入ラインＡ２４−１−水素
元弁１０−水素導入ラインＢ２４−２−水素調圧弁１２
−水素導入ラインＣ２４−３経由で、水素加湿部４に供
給される。

【００４４】次に、酸素ガスを酸素加湿部５へ供給する
配管について説明する。酸素導入ラインＡ２５−１は、
一端部を酸素貯蔵タンク３に、他端部を酸素元弁１１に
接続している。酸素導入ラインＢ２５−２は、一端部を
酸素元弁１１に、他端部を酸素調圧弁１３に接続してい
る。酸素導入ラインＣ２５−３は、一端部を酸素調圧弁
１３に、他端部を酸素加湿部５に接続している。酸素貯
蔵タンク３の酸素ガスは、酸素導入ラインＡ２５−１−
酸素元弁１１−酸素導入ラインＢ２５−２−酸素調圧弁
１３−酸素導入ラインＣ２５−３経由で、酸素加湿部５
に供給される。

【００４５】次に、燃料電池１へ水素ガスを供給する配
管（ガス供給管）について説明する。水素供給ラインＡ
２２−１は、一端部を水素加湿部４に、他端部を燃料電
池１に接続している。水素供給ラインＢ２２−２は、一
端部を燃料電池１に、他端部を水素エジェクタ６に接続
している。水素加湿部４の加湿された水素ガスは、水素
供給ラインＡ２２−１経由で燃料電池１に供給され、水
素供給ラインＢ２２−２−水素エジェクタ６−第１循環
水ラインＣ２０−３で、水素加湿部４に還流する（一部
は燃料電池１で消費）。

【００４６】次に、燃料電池１へ酸素ガスを供給する配
管（ガス供給管）について説明する。酸素供給ラインＡ
２３−１は、一端部を酸素加湿部５に、他端部を燃料電
池１に接続している。酸素供給ラインＢ２３−２は、一
端部を燃料電池１に、他端部を酸素エジェクタ７に接続
している。酸素加湿部５の加湿された酸素ガスは、酸素
供給ラインＡ２３−１経由で燃料電池１に供給され、酸
素供給ラインＢ２３−２−酸素エジェクタ７−循環水ラ
インＣ４８−３で、酸素加湿部５に還流する（一部は燃
料電池１で消費）。

【００４７】次に、水素ガスを燃料電池１へ吸い出すた
めの第１加湿水を循環する配管（循環管路）について説
明する。第１循環水ラインＡ２０−１は、一端部を水素
加湿部４に、他端部を循環水ポンプＡ８に接続してい
る。第１循環水ラインＢ２０−２は、一端部を循環水ポ
ンプＡ８に、他端部を水素エジェクタ６に接続してい
る。第１循環水ラインＣ２０−３は、一端部を水素エジ
ェクタ６に、他端部を水素加湿部４に接続している。水
素加湿部４の第１加湿水（冷却水）は、第１循環水ライ
ンＡ２０−１−循環水ポンプＡ８−第１循環水ラインＢ
２０−２−水素エジェクタ６−第１循環水ラインＣ２０
−３経由で水素加湿部４に還流する。

【００４８】次に、酸素ガスを燃料電池１へ吸い出すた
めの第２加湿水を循環する配管（循環管路）について説
明する。第２循環水ラインＡ２１−１は、一端部を酸素
加湿部５に、他端部を循環水ポンプＢ９に接続してい
る。第２循環水ラインＢ２１−２は、一端部を循環水ポ
ンプＢ９に、他端部を酸素エジェクタ７に接続してい
る。第２循環水ラインＣ２１−３は、一端部を酸素エジ
ェクタ７に、他端部を酸素加湿部５に接続している。酸
素加湿部５の加湿水の一部は、第２循環水ラインＡ２１
−１−循環水ポンプＢ９−第２循環水ラインＢ２１−２
−酸素エジェクタ７−第２循環水ラインＣ２１−３経由
で、酸素加湿部５に還流する。

【００４９】次に、燃料電池１の冷却を行なう冷却水の
配管について説明する。冷却水ラインＡ２８−１は、一
端部を放熱部１７に、他端部を燃料電池１に接続してい
る。冷却水ラインＢ２８−２は、一端部を燃料電池１
に、他端部を冷却水タンク１９に接続している。冷却水
ラインＣ２８−３は、一端部を冷却水タンク１９に、他
端部を冷却水ポンプ１６に接続している。冷却水ライン
Ｄ２８−４は、一端部を冷却水ポンプ１６に、他端部を
放熱部１７に接続している。冷却水タンク１９の冷却水
は、冷却水ラインＣ２８−３−冷却水ポンプ１６−冷却
水ラインＤ２８−４−放熱部１７−冷却水ラインＡ２８
−１−燃料電池１−冷却水ラインＢ２８−２経由で、冷
却水タンク１９へ還流する。

【００５０】次に、水素加湿部４の加湿水等の出入りを
行なう配管について説明する。第１給排水ラインＡ２６
−１は、一端部を水素加湿部４に、他端部を第１排水弁
１４に接続している。第１給排水ラインＢ２６−２は、
一端部を第１排水弁１４に、他端部を外部の給排水部
（図示せず）に接続している。加湿水等は、第１給排水
ラインＡ２６−１−第１排水弁１４−第１給排水ライン
Ｂ２６−２を経由して、外部の給排水部との間で、給排
水される。

【００５１】次に、酸素加湿部５の加湿水、生成水等の
出入りを行なう配管について説明する。第２給排水ライ
ンＡ２７−１は、一端部を酸素加湿部５に、他端部を第
２排水弁１５に接続している。第２給排水ラインＢ２７
−２は、一端部を第２排水弁１５に、他端部を外部の給
排水部（図示せず）に接続している。加湿水、生成水等
は、第２給排水ラインＡ２７−１−第２排水弁１５−第
２給排水ラインＢ２７−２を経由して、外部の給排水部
との間で、給排水される。

【００５２】次に、本発明である燃料電池システムの第
一の実施の形態における動作（運転方法）について説明
する。 （１）立上げ 通常、立上げ前は、燃料電池１の負極側には不活性ガス
が封入されている。正極側には酸素ガスが残存してい
る。また、水素貯蔵タンク２及び酸素貯蔵タンク３に
は、必要充分な量の水素ガス及び酸素ガスが貯蔵されて
いる。また、運転に際し、制御部３１は、水素運転情
報、酸素運転情報、予め設定された燃料利用率、予め設
定された酸素利用率の情報を保持している。

【００５３】加湿水を供給する。制御部３１は、第１
排水弁１４を開き、外部の給排水部（図示せず）から純
水を水素加湿部４へ供給する。同様に、第２排水弁１５
を開き、外部の給排水部（図示せず）から純水を酸素加
湿部５へ供給する。燃料電池１の運転に必要な量の供給
の終了後、各弁を閉止する。なお、燃料電池１の運転中
に連続的に純水を供給することも可能である。

【００５４】水素ガス及び酸素ガスを供給する。制御
部３１は、所望の圧力の水素ガスを、水素貯蔵タンク２
から水素加湿部４へ導入する。その際、水素元弁１０を
開口すると共に、水素調圧弁１２で圧力を調整（減圧）
し、水素加湿部４内を常圧から運転圧へ少しづつ昇圧し
ながら行なう。同時に、所望の圧力の酸素ガスを、酸素
貯蔵タンク３から酸素加湿部５へ導入する。その際、酸
素元弁１１を開口すると共に、酸素調圧弁１３で圧力を
調整（減圧）し、酸素加湿部５内を常圧から運転圧へ少
しづつ昇圧しながら行なう。水素ガスと酸素ガスとは、
常時同圧で各加湿部に入るようにする。なお、新規装置
の立ち上げ時は、燃料電池発電に関わる系（燃料電池
１、水素加湿部４、酸素加湿部５）を、全て不活性ガス
（窒素やアルゴンなど）で内部のガスを置換する。そし
てその後、上記のガス導入を行なう。

【００５５】加湿水及び水素ガス及び酸素ガスを循環
する。制御部３１は、水素加湿部４の加湿水が十分な量
になった時点で、循環水ポンプＡ８を起動する。そし
て、水素加湿部４の下部から第１加湿水を送出し、第１
循環水ラインＡ２０−１〜第１循環水ラインＣ２０−３
を介して、第１加湿水を、水素加湿部４と循環水ポンプ
Ａ８と水素エジェクタ６との間で循環させる。その際、
途中の水素エジェクタ６中を循環する第１加湿水が通過
する流れにより、水素加湿部４中の水素ガス（加湿水
素）が吸い出される。水素加湿部４から吸い出された水
素ガス（加湿水素）は、燃料電池１の負極側を通り、水
素エジェクタ６へ入り、水素加湿部１へ還流する。ま
た、制御部３１は、酸素加湿部５の加湿水が十分な量に
なった時点で、循環水ポンプＢ９を起動する。そして、
酸素加湿部５の下部から第２加湿水を送出し、第２循環
水ラインＡ２１−１〜第２循環水ラインＣ２１−３を介
して、第２加湿水を酸素加湿部５と循環水ポンプＢ９と
酸素エジェクタ７との間で循環させる。その際、酸素エ
ジェクタ７中を環する第２加湿水が通過する流れによ
り、酸素加湿部５中の酸素ガス（加湿酸素）が吸い出さ
れる。酸素加湿部５から吸い出された酸素ガス（加湿酸
素）は、燃料電池１の正極側を通り、酸素エジェクタ７
へ入り、酸素加湿部５へ還流する。

【００５６】発電を行なう。運転圧の水素ガスは、水
素エジェクタ６の作用により、燃料電池１の負極側へ供
給されている。また、運転圧の酸素ガスは、酸素エジェ
クタ７の作用により、燃料電池１の正極側へ供給されて
いる。両ガスの燃料電池１への供給により、発電が可能
な状態（起電力が発生している状態）になる。そして、
制御部３１は、燃料電池１を外部負荷へ電気的に接続す
ることにより発電を開始する。燃料電池１の負極側へ供
給された水素ガスは、水素イオンとなり電子を放出す
る。水素イオンは、電解質へ浸透し、主にオキソニウム
イオン（Ｈ_３Ｏ^＋）やＨ ^＋＋ｎＨ_２Ｏの形で、正極側へ
移動し、そこで電子と酸素分子と結合して水分子とな
り、酸素加湿部５へ送出される。消費される水素ガスと
酸素ガスの体積比は概ね２：１である。電力は図示しな
い集電装置により取り出され、外部の負荷により消費さ
れる。

【００５７】（２）定常運転 定常運転の場合には、上述の（１）のプロセスで、制
御部３１は、燃料電池１への水素ガス及び酸素ガスの供
給により、発電を行なう。発電した電力は、図示しない
集電部から外部へ取り出される。発電の制御は以下のよ
うにして行なう。

【００５８】制御部３１は、常時電流計３０から電流Ｉ
（燃料電池１が接続している外部負荷の状態）を受信し
ている。そして、その情報（電流Ｉ）と、図２に例示さ
れるような既述の水素運転情報と、予め設定された燃料
利用率とに基づいて、循環水ポンプＡ８の回転数を求め
る。例えば、図２において、予め設定された燃料利用率
をあらわす曲線が曲線Ａとし、その時の電流がＩ_０であ
るとする。その場合、曲線Ａにおける、Ｉ＝Ｉ_０の点で
あるＰ_Ａ点が求める点となり、その時の循環水ポンプＡ
８の回転数はω_Ａと求まる。制御部３１は、循環ポンプ
Ａ８の回転数がその回転数になるように、循環水ポンプ
Ａ８を制御する。以上のような制御により、その電流Ｉ
に対応した水素ガスが、燃料電池１へ供給されることに
なり、予め設定された燃料利用率での運転が可能とな
る。

【００５９】同様に、制御部３１は、電流Ｉと図２に例
示されるような既述の酸素運転情報と、予め設定された
酸素利用率とに基づいて、循環水ポンプＢ９の回転数を
求める。制御部３１は、循環ポンプＢ９の回転数がその
回転数になるように、循環水ポンプＢ９を制御する。以
上のような制御により、その電流Ｉに対応した酸素ガス
が、燃料電池１へ供給されることになり、予め設定され
た酸素利用率での運転が可能となる。なお、循環水ポン
プＡ８及び循環水ポンプＢ９の制御は、フィードバック
制御、ＰＩＤ制御などで行なう。

【００６０】運転中は、燃料電池１では、電気抵抗損な
どにより熱が発生する。そのため、負極側及び正極側の
各加湿水が加熱され、水素加湿部４及び酸素加湿部５内
の加湿水も温度が上昇する。それに対処するため、燃料
電池１での温度上昇を抑制するために、冷却水タンク１
９の冷却水を循環させる。冷却水の受け取る熱量は、放
熱部１７により除去される。

【００６１】（３）停止 外部負荷への接続等を停止し、電力の取り出しを停止
する。 循環水ポンプＡ８及び循環ポンプＢ９を停止し、加湿
水素及び加湿酸素の燃料電池１への供給を停止する。 水素貯蔵タンク２及び酸素貯蔵タンク３からの水素ガ
ス及び酸素ガスの供給を停止する。すなわち、水素元弁
１０及び酸素元弁１１を閉止する。その他、ガスや液体
の逆流や移動を防ぐために、必要な弁（図示しない弁も
含む）を閉止する。 水素供給ライン２２及び燃料電池１の負極側の内部を
不活性ガスで置換する。 以上で、停止動作が終了する。

【００６２】本発明により、低負荷（低電流Ｉ）での発
電時において、循環水ポンプの回転数を低下させ、不必
要なガス供給を避けることが出来るので、ポンプ消費電
力が大幅に低減でき、効率的なシステム運用が可能とな
る。

【００６３】また、水素ガス流量及び酸素ガス流量を電
流Ｉに応じて変化できるので、定利用率運転を行うこと
が可能となる。すなわち、燃料電池の効率を一定に保つ
安定的な運転を行なうことが可能となる。

【００６４】水素加湿部４及び酸素加湿部５から燃料電
池１へ、それぞれ水素ガス及び酸素ガスを供給し、未使
用のガスを水素加湿部４及び酸素加湿部５へ還流し再利
用する。従って、各ガスを無駄なく有効に利用出来る。
また、還流方法は、加湿用の水の一部を循環し、その流
れを用いてエジェクタで吸引することにより行なうの
で、構造的に複雑でなく、操作が容易で安定性が高い。

【００６５】水素貯蔵タンク２から水素加湿部４、及び
酸素貯蔵タンク３から酸素加湿部５へのガス供給は、自
立式の圧力調節弁（水素調圧弁１２及び酸素調圧弁１
３）により行なわれる。従って、一度運転圧を設定すれ
ば、発電に伴う燃料電池１でのガス消費量を圧力変化と
してとらえ、常時自動的に燃料電池１側へガス補給を行
なうことが出来る。そして、燃料電池１の側を常に適正
な圧力（運転圧）に保つことが可能となる。

【００６６】（実施例２）次に、本発明である燃料電池
システムの第二の実施の形態について、添付図面を参照
して説明する。図３は、燃料電池システムの第二の実施
の形態における構成を示す図である。本実施例における
燃料電池システムは、燃料電池１、水素貯蔵タンク２、
酸素貯蔵タンク３、水素加湿部４、酸素加湿部５、水素
エジェクタ６、酸素エジェクタ７、循環水ポンプＡ８、
循環水ポンプＢ９、水素元弁１０、酸素元弁１１、水素
調圧弁１２、酸素調圧弁１３、第１排水弁１４、第２排
水弁１５、放熱部１７、第２循環水ラインＡ２１−１、
第２循環水ラインＢ２１−２、第２循環水ラインＣ２１
−３、水素供給ラインＡ２２−１、水素供給ラインＢ２
２−２、酸素供給ラインＡ２３−１、酸素供給ラインＢ
２３−２、水素導入ラインＡ２４−１、水素導入ライン
Ｂ２４−２、水素導入ラインＣ２４−３、酸素導入ライ
ンＡ２５−１、酸素導入ラインＢ２５−２、酸素導入ラ
インＣ２５−３、第１給排水ラインＡ２６−１、第１給
排水ラインＢ２６−２、第２給排水ラインＡ２７−１、
第２給排水ラインＢ２７−２、第１循環水ラインＡ２９
−１、第１循環水ラインＢ２９−２、第１循環水ライン
Ｃ２９−３、第１循環水ラインＤ２９−４、第１循環水
ラインＥ２９−５、第１循環水ラインＦ２９−６第１循
環水ラインＧ２９−７、電流計３０、制御部３１、三方
弁３２を具備する。

【００６７】本実施例の燃料電池システムは、燃料電池
（１）へ水素ガスを吸い出すために使用する水素エジェ
クタ（６）を含む第１循環水ライン（２９）に流れる第
１加湿水に、燃料電池（１）を冷却する冷却水の機能を
併せ持っていることが、実施例１と異なる点である。

【００６８】本発明の燃料電池システムの実施の形態に
関わる各構成について説明する。水素加湿部４は、内部
の純水（第１加湿水）を燃料電池１の冷却にも利用す
る。その他は、実施例１と同様であるのでその説明を省
略する。

【００６９】循環水ポンプＡ８は、循環する純水の流れ
を形成するが、その純水は、冷却水として燃料電池１へ
供給（循環）し、燃料電池１を冷却する。その他は、実
施例１と同様であるのでその説明を省略する。

【００７０】放熱部１７は、循環水ポンプＡ８により第
１循環水ラインＡ２９−１〜第１循環水ラインＧ２９−
７を循環し、燃料電池１を冷却する第１加湿水（水素加
湿部４より）について、その温度を低下させる熱交換器
である。水の熱は、図示しない低温の熱媒体により奪わ
れる。そして、放熱部１７中の水の温度は低下する。熱
媒体は他の設備等に熱を供給し、コジェネレーションを
行なう。

【００７１】三方弁３２は、水素加湿部４と燃料電池１
と水素エジェクタ６との間を循環する純水（第１加湿
水）について、冷却のため放熱部１７へ向かう一部の純
水の流量を調節する。

【００７２】制御部３１は、水素加湿部４の第１循環水
ラインＡ２９−１〜第１循環水ラインＧ２９−７を循環
する第１加湿水に対して、以下の制御を行なう。 （ａ）全体の流量の制御 これは、水素エジェクタ６により吸い出す加湿水素の流
量を、第１加湿水の流量により制御するものである。実
施例１に説明した通りなので、その説明を省略する。 （ｂ）放熱部１７へ分流する流量の制御 これは、燃料電池１の冷却にも用いられる第１加湿水に
ついて、蓄積した熱を除去する量を、放熱部１７への第
１加湿水の流量により制御するものである。制御部３１
は、水素加湿部４の温度計（図示せず）による加湿水温
度と、第１加湿水の全体の流量と、予め設定された基準
加湿水温度（図示しない記憶部に保持）と、放熱部１７
の能力とに基づいて、放熱部１７を通すべき第１加湿水
の流量を計算する。すなわち、第１加湿水の全体の流
量と加湿水温度と基準加湿水温度とに基づいて、除去す
べき熱量である除去熱量を計算し、除去熱量と放熱部
１７の能力とに基づいて、放熱部１７に流す第１循環水
の流量を計算する。そして、計算結果に基づいて、三方
弁３２の第１循環水ラインＧ２９−７側の弁の開度を制
御する。それにより、水素加湿部４の第１加湿水の温度
を低く保ち、燃料電池１の冷却を適正に行なえるように
する。

【００７３】また、制御部３１は、酸素加湿部５の第２
循環水ラインＡ２１−１〜Ｃ２１−３を循環する第２加
湿水に対して、その流量の制御を行なう。これは、酸素
エジェクタ７により吸い出す加湿酸素の流量を、第２加
湿水の流量により制御するものである。実施例１に説明
した通りなので、その説明を省略する。

【００７４】燃料電池１、水素貯蔵タンク２、酸素貯蔵
タンク３、酸素加湿部５、第１エジェクタとしての水素
エジェクタ６、第２エジェクタとしての酸素エジェクタ
７、第２ポンプとしての循環水ポンプＢ９、水素元弁１
０、水素調圧弁１２、酸素元弁１１、酸素調圧弁１３、
第１排水弁１４、第２排水弁１５、電流計３０について
は、実施例１と同様であるのでその説明を省略する。

【００７５】次に、上記の各構成を接続する各配管につ
いて説明する。燃料電池１へ水素ガスを供給する配管
（ガス供給管）について説明する。水素供給ラインＡ２
２−１は、一端部を水素加湿部４に、他端部を燃料電池
１に接続している。水素供給ラインＢ２２−２は、一端
部を燃料電池１に、他端部を水素エジェクタ６に接続し
ている。水素加湿部４の加湿された水素ガスは、水素供
給ラインＡ２２−１経由で燃料電池１に供給され、水素
供給ラインＢ２２−２−水素エジェクタ６−第１循環水
ラインＦ２９−６で、水素加湿部４に還流する（一部は
燃料電池１で消費）。

【００７６】次に、燃料電池１を冷却し、かつ水素ガス
を燃料電池１へ吸い出すための冷却水（第１加湿水）を
循環する配管（循環管路）について説明する。第１循環
水ラインＡ２９−１は、一端部を水素加湿部４に、他端
部を循環水ポンプＡ８に接続している。第１循環水ライ
ンＢ２９−２は、一端部を循環水ポンプＡ８に、他端部
は放熱部１７に接続している。第１循環水ラインＣ２９
−３は、第１循環水ラインＢ２９−２の途中から分岐
し、その一方を三方弁３２に接続している。第１循環水
ラインＤ２９−４は、一端部を三方弁３２に、他端部を
燃料電池１に接続している。第１循環水ラインＥ２９−
５は、一端部を燃料電池１に、他端部を水素エジェクタ
６に接続している。第１循環水ラインＦ２９−６は、一
端部を水素エジェクタ６に、他端部を水素加湿部４に接
続している。第１循環水ラインＧ２９−７は、一端部を
放熱部１７に、他端部を三方弁３２に接続している。水
素加湿部４の第１加湿水（冷却水）は、第１循環水ライ
ンＡ２９−１−循環水ポンプＡ８−第１循環水ラインＢ
２９−２の途中−第１循環水ラインＣ２９−３−三方弁
３２−第１循環水ラインＤ２９−４経由で燃料電池１に
入り、冷却を行なう。しかる後、第１循環水ラインＥ２
９−５−水素エジェクタ６−第１循環水ラインＦ２９−
６経由で水素加湿部４に還流する。また、第１加湿水の
一部は、迂回管路（第１循環水ラインＢ２９−２の途中
（第１循環水ラインＣ２９−３との分岐点）−放熱部１
７−第１循環水ラインＧ２９−７−三方弁３２の経路）
を取り、迂回管路の途中に接続された放熱部１７での放
熱によりその温度を低下させる。

【００７７】水素ガスを水素加湿部４へ供給する配管
（水素導入ラインＡ２４−１〜水素導入ラインＣ２４−
３）、酸素ガスを酸素加湿部５へ供給する配管（酸素導
入ラインＡ２５−１〜酸素導入ラインＣ２５−３）、燃
料電池１へ酸素ガスを供給する配管（酸素供給ラインＡ
２３−１〜酸素供給ラインＢ２３−２）、酸素ガスを燃
料電池１へ吸い出すための第２加湿水を循環する配管
（第２循環水ラインＡ２１−１〜第２循環水ラインＢ２
１−２）、水素加湿部４の加湿水等の出入りを行なう配
管（第１給排水ラインＡ２６−１〜第１給排水ラインＢ
２６−２）及び酸素加湿部５の加湿水、生成水等の出入
りを行なう配管（第２給排水ラインＡ２７−１〜第２給
排水ラインＢ２７−２）については、実施例１と同様で
あるので、その説明を省略する。

【００７８】次に、本発明の燃料電池システムの実施の
形態における動作について説明する。燃料電池１の運転
方法について説明する。 （１）立上げ 立上げのプロセスについては、実施例１と同様であるの
でその説明を省略する。

【００７９】（２）定常運転 定常運転の場合には、上述の（１）のプロセスで、制
御部３１は、燃料電池１への水素ガス及び酸素ガスの供
給により、発電を行なう。発電した電力は、図示しない
集電部から外部へ取り出される。発電の制御は以下のよ
うにして行なう。

【００８０】制御部３１は、第１循環水ラインＡ２９−
１〜第１循環水ラインＧ２９−７を循環する第１加湿水
に対して、全体の流量を循環水ポンプＡ８の回転数で制
御する。それにより、燃料電池１へ供給する水素の流量
を制御する。制御方法については、実施例１と同様であ
るのでその説明を省略する。この制御により、予め設定
された燃料利用率での運転が可能となる。

【００８１】同様に、制御部３１は、第２循環水ライン
Ａ２１−１〜第２循環水ラインＣ２１−３を循環する第
２加湿水に対して、全体の流量を循環水ポンプＢ９の回
転数で制御する。それにより、燃料電池１へ供給する酸
素の流量を制御する。制御方法については、実施例１と
同様であるのでその説明を省略する。この制御により、
予め設定された酸素利用率での運転が可能となる。な
お、循環水ポンプＡ８及び循環水ポンプＢ９の制御は、
フィードバック制御、ＰＩＤ制御などで行なう。

【００８２】運転中は、燃料電池１では、電気抵抗損な
どにより熱が発生する。そのため、負極側及び正極側の
各加湿水が加熱され、水素加湿部４及び酸素加湿部５内
の加湿水も温度が上昇する。それに対処するため、燃料
電池１の冷却水として水素加湿部４の第１加湿水の一部
を燃料電池１に循環させ、燃料電池１での温度上昇を抑
制する。温度上昇した第１加湿水については、放熱部１
７へ循環させて熱を逃がす。

【００８３】すなわち、制御部３１は、然るべき流量の
第１加湿水が第１循環水ライン２９へ供給されるよう
に、循環水ポンプＡ８の回転数を制御する。水素加湿部
４を出て循環水ポンプＡ８を経由した第１加湿水は、第
１循環水ラインＢ２９−２の途中から、その一部が第１
循環水ラインＣ２９−３へ分岐する。そして、第１循環
水ラインＣ２９−３の第１加湿水は、三方弁３２を経由
して燃料電池１へ入り、燃料電池１を冷却して、水素エ
ジェクタ６で水素ガスを吸引しながら水素加湿部４へ戻
る。一方、分岐せずに第１循環水ラインＢ２９−２へ進
んだ第１加湿水は、放熱部１７に入り、十分な低温の媒
体により熱を奪われ、温度が低下する。その後、第１循
環水ラインＧ２９−７経由で三方弁３２に入り、第１循
環水ラインＣ２９−３経由の第１加湿水と合流する。こ
れにより、燃料電池１へ向かう加湿水の温度が低下し、
燃料電池１を冷却する能力が向上する。

【００８４】ここで、放熱部１７へ向かう第１加湿水の
流量は、三方弁３２の冷却水ラインＧ２９−７側の弁の
開度により調節する。すなわち、制御部３１は、水素加
湿部４の加湿水温度と、第１循環水ラインＡ２９−１〜
第１循環水ラインＧ２９−７を循環する第１加湿水の全
体の流量、予め設定された基準加湿水温度と、放熱部１
７の能力とに基づいて、放熱部１７を通すべき第１加湿
水の流量を計算する。そして、計算結果に基づいて、三
方弁３２の第１循環水ラインＧ２９−７側の弁の開度を
制御する。制御は、フィードバック制御、ＰＩＤ制御な
どを用いる。

【００８５】（３）停止 停止動作は、実施例１と同様であるのでその説明を省略
する。

【００８６】水素加湿部４内の加湿水の一部を燃料電池
１の冷却にまわすので、冷却専用の冷却水タンクや冷却
水ポンプが不要となり、装置構成がより簡便で低コスト
化が可能になる。また、放熱部１７へ回す第１加湿水の
量を制御出来るので、第１加湿水の温度を効率的に管理
することが可能となる。そして、燃料電池１の運転温度
を適切温度に保つことが可能となる。

【００８７】なお、本実施例における、燃料電池１を冷
却するラインは、水素加湿部１に関わる第１循環水ライ
ン２９に設置されている。しかし、酸素加湿部５に関わ
る第２循環水ライン２１に、同様に設置することも可能
である。その場合における、燃料電池１を冷却し、かつ
酸素ガスを燃料電池１へ吸い出すための冷却水（第２加
湿水）を循環する配管（循環管路）について説明する
（図示せず）。第２循環水ラインＡ２１−１は、一端部
を酸素加湿部５に、他端部を循環水ポンプＢ９に接続し
ている。第２循環水ラインＢ２１−２は、一端部を循環
水ポンプＢ９に、他端部は放熱部１７に接続している。
第２循環水ラインＣ２１−３は、第２循環水ラインＢ２
１−２の途中から分岐し、その一方を三方弁３２に接続
している。第２循環水ラインＤ２１−４は、一端部を三
方弁３２に、他端部を燃料電池１（の図示しない冷却
部）に接続している。第２循環水ラインＥ２１−５は、
一端部を燃料電池１（の図示しない冷却部）に、他端部
を酸素エジェクタ７に接続している。第２循環水ライン
Ｆ２１−６は、一端部を酸素エジェクタ７に、他端部を
酸素加湿部５に接続している。第２循環水ラインＧ２１
−７は、一端部を放熱部１７に、他端部を三方弁３２に
接続している。酸素加湿部５の第２加湿水（冷却水）
は、第２循環水ラインＡ２１−１−循環水ポンプＢ９−
第２循環水ラインＢ２１−２の途中−第２循環水ライン
Ｃ２１−３−三方弁３２−第２循環水ラインＤ２１−４
経由で燃料電池１に入り、冷却を行なう。しかる後、第
２循環水ラインＥ２１−５−酸素エジェクタ７−第２循
環水ラインＦ２１−６経由で酸素加湿部５に還流する。
また、第２加湿水の一部は、迂回管路（第２循環水ライ
ンＢ２１−２の途中（第２循環水ラインＣ２１−３との
分岐点）−放熱部１７−第２循環水ラインＧ２１−７−
三方弁３２の経路）を取り、迂回管路の途中に接続され
た放熱部１７での放熱によりその温度を低下させる。

【００８８】本発明において、上記燃料電池１の排熱
を、放熱部１７において、熱交換により取り出すことに
より、排熱を利用する設備とコンバインしたコジェネレ
ーションシステムを組むことが可能となる。排熱を利用
する設備として、ヒートポンプ、吸収式冷凍機、ボイ
ラ、暖房用熱交換器などがある。

【００８９】本発明において、電流計３０の測定値（燃
料電池１に流れる電流）に基づいて、循環水ポンプの回
転数を決定している。しかし、燃料電池１の電圧、電
力、負荷のインピーダンスなどの値に基づいて、循環水
ポンプの回転数を決定・制御することも可能である。例
えば、燃料電池１において、電圧は電流の関数である
（電圧と電流との関係は、予め実験或いはシミュレーシ
ョンにより求め、制御部３１に記憶しておく）ので、電
圧により電流が判る。また、電力は、電流×電圧であ
り、電圧は電流の関数なので、電力も電流の関数とな
り、電流が判る。負荷のインピーダンスについては、予
め実験或いはシミュレーションにより負荷と電流との関
係を求め、制御部３１に記憶しておく。そうすることに
より、インピーダンスの値から電流を求めることが出来
る。電流値が求まれば、既述の方法で循環水ポンプの回
転数を決定可能である。

【００９０】

【発明の効果】本発明の燃料電池システムにより、エジ
ェクタを用いるガス供給方式においても、燃料電池の負
荷に応じて、燃料電池へのガス供給量を調節しながら燃
料電池の運転を行なうことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池システムの第一の実施の形態
における構成を示す図である。

【図２】本発明の燃料電池システムの実施の形態に関わ
る燃料電池の電流とポンプの回転数とガス利用率との関
係を示す図である。

【図３】本発明の燃料電池システムの第二の実施の形態
における構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 燃料電池 ２ 水素貯蔵タンク ３ 酸素貯蔵タンク ４ 水素加湿部 ５ 酸素加湿部 ６ 水素エジェクタ ７ 酸素エジェクタ ８ 循環水ポンプＡ ９ 循環水ポンプＢ １０ 水素元弁 １１ 酸素元弁 １２ 水素調圧弁 １３ 酸素調圧弁 １４ 第１排水弁 １５ 第２排水弁 １６ 冷却水ポンプ １７ 放熱部 １９ 冷却水タンク ２０−１ 第１循環水ラインＡ ２０−２ 第１循環水ラインＢ ２０−３ 第１循環水ラインＣ ２１−１ 第２循環水ラインＡ ２１−２ 第２循環水ラインＢ ２１−３ 第２循環水ラインＣ ２２−１ 水素供給ラインＡ ２２−２ 水素供給ラインＢ ２３−１ 酸素供給ラインＡ ２３−２ 酸素供給ラインＢ ２４−１ 水素導入ラインＡ ２４−２ 水素導入ラインＢ ２４−３ 水素導入ラインＣ ２５−１ 酸素導入ラインＡ ２５−２ 酸素導入ラインＢ ２５−３ 酸素導入ラインＣ ２６−１ 第１給排水ラインＡ ２６−２ 第１給排水ラインＢ ２７−１ 第２給排水ラインＡ ２７−２ 第２給排水ラインＢ ２８−１ 冷却水ラインＡ ２８−２ 冷却水ラインＢ ２８−３ 冷却水ラインＣ ２８−４ 冷却水ラインＤ ２９−１ 第１循環水ラインＡ ２９−２ 第１循環水ラインＢ ２９−３ 第１循環水ラインＣ ２９−４ 第１循環水ラインＤ ２９−５ 第１循環水ラインＥ ２９−６ 第１循環水ラインＦ ２９−７ 第１循環水ラインＧ ３０ 電流計 ３１ 制御部 ３２ 三方弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷 俊宏 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 DD05 KK21 KK56 MM01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発電を行なう燃料電池と、 水を有するガス加湿部と、 前記ガス加湿部を途中に接続し、前記水が循環する循環
   管路と、 前記循環管路の途中に接続され、前記水を前記循環管路
   で循環させる循環水ポンプと、 前記循環管路の途中に接続され、内部を流れる前記水の
   フローにより、前記燃料電池内のガスを前記燃料電池か
   ら前記循環管路へ向けて吸い出すエジェクタと、 前記燃料電池の出力電流に基づいて前記循環水ポンプの
   回転数を制御する制御部と、 を具備する、 燃料電池システム。
2. 【請求項２】前記ガス加湿部から前記燃料電池を経由
   し、前記エジェクタに接続するガス供給管とを更に具備
   し、 前記ガス加湿部は、前記水を用いて、供給ガスとしての
   水素又は酸素を加湿して加湿ガスとし、 前記燃料電池は、前記加湿ガスを用いて発電を行なう、 請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 【請求項３】前記制御部は、更に、前記燃料電池の出力
   電流に加えて、前記燃料電池の燃料利用率又は酸素利用
   率の少なくとも一方に基づいて、前記循環水ポンプの回
   転数を制御する、 請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 【請求項４】前記循環管路に、その一部を迂回するよう
   に接続された迂回管路と、 前記迂回管路の途中に接続され、前記迂回管路を通る流
   体の熱を放熱可能な放熱部と、 を更に具備する、 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池システ
   ム。
5. 【請求項５】前記迂回管路を具備する前記循環管路は、
   前記燃料電池の内部を通過する、 請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 【請求項６】請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃
   料電池システムと、 前記燃料電池システムの排熱を利用する設備と、 を具備するコジェネレーションシステム。