JP2003272647A - 固体高分子形燃料電池発電装置及びその制御方法 - Google Patents

固体高分子形燃料電池発電装置及びその制御方法

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JP2003272647A JP2003071136A JP2003071136A JP2003272647A JP 2003272647 A JP2003272647 A JP 2003272647A JP 2003071136 A JP2003071136 A JP 2003071136A JP 2003071136 A JP2003071136 A JP 2003071136A JP 2003272647 A JP2003272647 A JP 2003272647A
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Ryuji Hatayama
龍次 畑山
Ryuji Yugawa
竜司 湯川
Taketoshi Ouki
丈俊 黄木
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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。
【0006】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。
【0007】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。
【0008】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。
【0009】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。
【0010】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。
【0011】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。
【0012】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1
7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。
【0013】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。
【0014】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。
【0015】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。
【0016】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。
【0017】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6a、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。
【0018】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。
【0019】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。
【0020】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。
【0021】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。
【0022】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。
【0023】上記改質器3の排気系31には熱交換器1
7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17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。
【0024】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。
【0025】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。
【0026】37はPGバーナ34に燃焼用空気を送る
ファンである。
【0027】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。
【0028】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。
【0029】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。
【0030】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。
【0031】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。
【0032】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。
【0033】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。
【0034】水タンク21には、ポンプ23、24、4
8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73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。
【0035】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。
【0036】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。
【0037】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。
【0038】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。
【0039】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。
【0040】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。
【0041】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。
【0042】この水温制御は、必要に応じて水タンク2
1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。
【0043】
【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。
【0044】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、PEF
C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。
【0045】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。
【0046】
【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、原燃料ガスを
改質する改質装置と、前記改質装置から供給される燃料
ガスと酸化剤ガスとで化学反応を起こして起電力を生じ
る燃料電池と、燃料電池へ供給する冷却水を収納する水
タンクと、温水を蓄える貯湯タンクと、を含む固体高分
子形燃料電池発電装置であって、前記水タンク内の水と
熱交換を行う第1の熱交換器と、前記貯湯タンクと前記
第1の熱交換器とを管接続したループ状の第1の管路
と、を備えることを特徴とする。
【0047】本発明の請求項1によれば、水タンク内の
水と貯湯タンク内の水との熱交換が行えるので、温度を
所定温度範囲内に保つことが可能となる。
【0048】本発明の請求項2の固体高分子形燃料電池
発電装置は、原燃料ガスを改質する改質装置と、前記改
質装置から供給される燃料ガスと酸化剤ガスとで化学反
応を起こして起電力を生じる燃料電池と、燃料電池へ供
給する冷却水を収納する水タンクと、温水を蓄える貯湯
タンクと、起動時に前記改質装置が安定するまで水素を
燃焼するプロセスガスバーナと、を含む固体高分子形燃
料電池発電装置であって、前記水タンク内の水と熱交換
を行う第1の熱交換器と、前記プロセスガスバーナの熱
を回収する第2の熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第
1の熱交換器と前記第2の熱交換器とを管接続したルー
プ状の第1の管路と、を備えることを特徴とする。
【0049】本発明の請求項2によれば、起動時に、第
2の熱交換器にて回収した熱を水タンク内の水へ供給で
きるので、水タンク内の水温を上昇させることが可能と
なる。
【0050】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2記載の固体高分子形燃料電池発電
装置において、前記第1の管路に設けられ、前記第1の
熱交換器を短絡する第2の管路と、前記第1の熱交換器
を短絡するか否かを切替える管路切替手段と、を備える
ことを特徴とする。
【0051】本発明の請求項3によれば、第1の熱交換
器にて授受を行いたくない場合には、管路切替手段によ
り第1の熱交換器を短絡させることが可能となる。
【0052】本発明の請求項4の固体高分子形燃料電池
発電装置の制御方法は、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、前記水タンクの水温が所定の
温度以上のときに、前記第1の熱交換器により前記冷却
水から熱を回収することで前記水タンクの温度を所定温
度範囲内に保持することを特徴とする。
【0053】本発明の請求項5の固体高分子形燃料電池
発電装置の制御方法は、請求項2記載の固体高分子形燃
料電池発電装置において、前記燃料電池の起動時であっ
て前記水タンクの水温が所定の温度未満のときに、前記
第2の熱交換器により前記プロセスガスバーナから熱を
回収し、前記第1の熱交換器により前記冷却水へ熱を供
給することで前記水タンクの温度を所定温度範囲内に保
持することを特徴とする。
【0054】本発明の請求項6の固体高分子形燃料電池
発電装置の制御方法は、請求項3記載の固体高分子形燃
料電池発電装置において、前記燃料電池の起動時であっ
て前記水タンクの水温が所定の温度未満のとき、あるい
は、前記燃料電池の発電時であって前記水タンクの水温
が所定の温度以上のときには、前記管路切替手段により
前記第1の熱交換器を短絡させず、前記水タンクの温度
を所定温度範囲内に保持することを特徴とする。
【0055】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。
【0056】
【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。
【0057】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。
【0058】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。
【0059】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。
【0060】(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)。また燃料電池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)。
【0061】(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)。また燃料電池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3
7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)。
【0062】(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)。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8
1、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)。
【0063】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。
【0064】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。
【0065】
【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 4 CO変成器 5 CO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 DD06 KK48 MM16

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原燃料ガスを改質する改質装置と、前記改
    質装置から供給される燃料ガスと酸化剤ガスとで化学反
    応を起こして起電力を生じる燃料電池と、燃料電池へ供
    給する冷却水を収納する水タンクと、温水を蓄える貯湯
    タンクと、を含む固体高分子形燃料電池発電装置であっ
    て、 前記水タンク内の水と熱交換を行う第1の熱交換器と、 前記貯湯タンクと前記第1の熱交換器とを管接続したル
    ープ状の第1の管路と、を備えることを特徴とする固体
    高分子形燃料電池発電装置。
  2. 【請求項2】原燃料ガスを改質する改質装置と、前記改
    質装置から供給される燃料ガスと酸化剤ガスとで化学反
    応を起こして起電力を生じる燃料電池と、燃料電池へ供
    給する冷却水を収納する水タンクと、温水を蓄える貯湯
    タンクと、起動時に前記改質装置が安定するまで水素を
    燃焼するプロセスガスバーナと、を含む固体高分子形燃
    料電池発電装置であって、 前記水タンク内の水と熱交換を行う第1の熱交換器と、 前記プロセスガスバーナの熱を回収する第2の熱交換器
    と、 前記貯湯タンクと前記第1の熱交換器と前記第2の熱交
    換器とを管接続したループ状の第1の管路と、を備える
    ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電装置。
  3. 【請求項3】請求項2記載の固体高分子形燃料電池発電
    装置において、 前記第1の管路に設けられ、前記第1の熱交換器を短絡
    する第2の管路と、 前記第1の熱交換器を短絡するか否かを切替える管路切
    替手段と、を備えることを特徴とする固体高分子形燃料
    電池発電装置。
  4. 【請求項4】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、 前記水タンクの水温が所定の温度以上のときに、前記第
    1の熱交換器により前記冷却水から熱を回収することで
    前記水タンク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の制御方法。
  5. 【請求項5】請求項2記載の固体高分子形燃料電池発電
    装置において、 前記燃料電池の起動時であって前記水タンクの水温が所
    定の温度未満のときに、前記第2の熱交換器により前記
    プロセスガスバーナから熱を回収し、前記第1の熱交換
    器により前記冷却水へ熱を供給することで前記水タンク
    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の制御方法。
  6. 【請求項6】請求項3記載の固体高分子形燃料電池発電
    装置において、 前記燃料電池の起動時であって前記水タンクの水温が所
    定の温度未満のとき、あるいは、前記燃料電池の発電時
    であって前記水タンクの水温が所定の温度以上のときに
    は、前記管路切替手段により前記第1の熱交換器を短絡
    させず、前記水タンク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の制
    御方法。
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JP2005135630A (ja) * 2003-10-28 2005-05-26 Ebara Ballard Corp 燃料電池コージェネレーションシステム
JP2005142040A (ja) * 2003-11-07 2005-06-02 Ebara Ballard Corp 燃料電池システム
JP2005190967A (ja) * 2003-12-26 2005-07-14 Ebara Ballard Corp 燃料電池システムの起動方法および燃料電池システム
JP2006172770A (ja) * 2004-12-13 2006-06-29 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池システム、燃料電池システム制御方法および建造物

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