JP2007280638A

JP2007280638A - 固体高分子型燃料電池発電装置

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Publication number: JP2007280638A
Application number: JP2006101953A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Yamanaka; 康朗山中; Hirofumi Kokubu; 洋文國分
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】寒冷地で水タンク、配管の凍結防止と凍結防止用ヒーターの施工部分を削減し、起動時の冷却水のラインの昇温時間を短くする。
【解決手段】固体高分子型燃料電池１７の冷却部２０に、水タンク２７を純水ポンプ２９で接続し、冷却部２０から純水２８を水タンク２７に戻すようにして、純水循環ライン２６を形成する。上記燃料電池１７、純水循環ライン２６を含む発電ユニット２５内に、温水４９を循環させるライン４８を設け、該ライン４８の一部をユニット２５の外部の貯湯槽４３、ラジエータ４４に通すようにする。上記温水循環ライン４８には、カソードオフガスとの熱交換器４７と、水タンク２７へ戻す純水２８との熱交換器３２を設ける。温水循環ライン４８の上記熱交換器４７の上流側と、上記熱交換器３２の下流側とに逆止弁５２と５３を設け、温水循環ライン４８を停止したときに、逆止弁５２と５３との間の温水の動きを止めるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するエネルギー部門で用いる燃料電池のうち、特に、固体高分子型燃料電池を用いた発電装置に関するものである。

燃料電池は、燃料を用いた他の発電方法に比して熱効率が高く、又、環境汚染が少ないため、有効な発電装置として期待されている。特に、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、１００℃以下という低温で発電が行なわれ、出力密度が高く、低温で作動するので、他の形式の燃料電池に比して小型化でき、しかも、起動が容易であること、等の長所があることから、近年、自動車等の輸送体の動力源や小規模な業務用あるいは家庭用等の発電装置として使用されるようになってきている。

上記固体高分子型燃料電池を用いた発電装置（ＰＥＦＣ発電装置）の一般的な構成は、以下のようにしてある。すなわち、電解質としてフッ素系のイオン交換膜が用いられている固体高分子電解質膜の両面をカソード（空気極）とアノード（燃料極）の両ガス拡散電極で挟持させてなるセルを、セパレータを介し積層してスタックとし、且つ冷却部を備えてなる構成として固体高分子型燃料電池を形成する。上記固体高分子型燃料電池におけるアノードの入口側には、改質器、シフトコンバータ、ＣＯ除去器（ＣＯ選択酸化反応器）、加湿器を上流側から順に設けて、燃料供給部より供給される天然ガスやＬＰＧ等の原料を、水蒸気と共に上記改質器へ供給して水蒸気改質を行わせ、得られる改質ガス（燃料ガス）を、シフトコンバータに導いてシフト反応させ、更に、上記ＣＯ除去器にてＣＯ除去処理した後、加湿器を経て上記固体高分子型燃料電池のアノードへ供給されるようにしてある。一方、上記カソードの入口側には、酸化ガスとして空気が、空気ブロワで加圧された後、加湿器を経てから供給されるようにしてある。

かかる構成としてあることにより、上記固体高分子型燃料電池にて、アノード側に供給される燃料ガス中の水素と、カソード側に供給される空気中の酸素とを電気化学反応（燃料電池反応）させて、この際発生する起電力を取り出すようにしてある。

ところで、上記固体高分子型燃料電池における燃料電池反応は発熱反応である。そのために、固体高分子型燃料電池発電装置では、図２に一例を示す如く、上記固体高分子型燃料電池ａのスタックにおける冷却部（図示せず）の入口側に、冷却水タンクｂを、冷却水ポンプｄを備えた冷却水路ｃを介し接続すると共に、上記冷却部の出口側を、ラジエータのような熱交換器ｆを備えた冷却水戻し路ｅを介し上記冷却水タンクｂに接続して、冷却水ｇの循環ラインを形成し、上記冷却水ポンプｄの運転により冷却水タンクｂ内の冷却水ｇを冷却水路ｃを経て固体高分子型燃料電池ａの冷却部へ供給し、該燃料電池ａにおける燃料電池反応で生成する熱を上記冷却水ｇと熱交換させる。所謂、水冷方式によって電池温度を冷却するようにしてある。この熱交換により上記冷却水ｇは７０℃程度の温排水とされることから、該温排水となる冷却水ｇは、冷却水戻し路ｅ上に設けてある熱交換器ｆにて、たとえば、外気と熱交換させることにより保有する熱を外部へ放出させて冷却した後、上記冷却水タンクｂへ戻して上記固体高分子型燃料電池ａの冷却用に循環利用できるようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。

なお、図２中における符号ｈは固体高分子型燃料電池ａのアノード（図示せず）へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給ライン、ｉは酸化ガスとしての空気を上記燃料電池ａのカソード（図示せず）へ供給するための空気供給ライン、ｊは上記固体高分子型燃料電池ａのアノードオフガスラインｋ上に設けた燃料側凝縮器ｌ及びカソードオフガスラインｍ上に設けた空気側凝縮器ｎにて凝縮させた凝縮水（ドレン）を溜めるための凝縮水タンク、ｏは上記凝縮水タンクｊの水を冷却水タンクｂへ供給するために設けた水供給ポンプｐ付きの水供給路、ｑは冷却水タンクｂ内の余剰の冷却水ｇを凝縮水タンクｊへ放出させるための水排出路である。

従来の固体高分子型燃料電池では、燃料電池自体における燃料電池反応による生成熱を熱源として、起動当初から徐々に電池温度が上昇するようにしてある。このため、起動当初、あるいは、発電負荷が１０〜２０数％程度と低負荷の場合には、固体高分子型燃料電池の電池温度が低く、このように電池温度が低い場合は、電極触媒の活性が低いことから、電圧特性、すなわち、電池の性能が低下してしまうという現象が生じる問題がある。又、この電極触媒の活性が低くて電圧特性が低いという現象は、発電負荷が高いほど電池性能に悪影響を及ぼすようになるため、電池温度が上昇してくるまでは負荷上げを行なうことができず、したがって、１００％負荷（定格）に達するまでに時間を要することから、起動時間が長くなると共に、電池内部における消費電力が増加してしまうという問題もある。そのため、起動時に発電ユニットの昇温時間を短かくすることが望まれている。

本出願人は、起動当初や発電負荷が低い場合であっても、固体高分子型燃料電池の電池温度を強制的に昇温させることができるようにするために、図３に示す如きものを出願している。すなわち、固体高分子型燃料電池１の冷却部１ａの入口側に、電池冷却水タンク２を、電池冷却水ポンプ４、熱交換器５、ラジエータ６を上流側より順に備えた電池冷却水ライン３を介して接続すると共に、上記冷却水１ａの出口側を上記電池冷却水タンク２に、電池冷却水戻しライン７を介し接続して、冷却水（純水）８を循環させるようにしている。更に、水を補給するための上水ライン１３と温水を需要先へ供給する給湯ライン１４が接続されている貯湯槽１０を設けて、温水１２を、温水ポンプ１１を有する温水ライン９、上記熱交換器５を経て貯湯槽１０へ戻すようにしてある。１５は電池温度検出器、１６は該電池温度検出器１５から入力される温度検出信号に応じて上記温水ライン９上の温水ポンプ１１へ指令を与える制御器である。

上記構成としたものでは、起動当初や発電負荷が低い場合のように、燃料電池反応による生成熱のみでは固体高分子型燃料電池１の電池温度が低い場合には、固体高分子型燃料電池発電装置の前回の運転時に昇温されて貯湯槽１０に貯えられている温水１２を熱源として、熱交換器５で冷却水８と間接的に熱交換させることにより電池温度を強制的に且つ速やかに昇温させることができるようにしてある。これにより、定格運転に達するまでに要する起動時間の短縮化が図れると共に、内部消費電力の削減化も図ることもできるという利点を有している（特願２００４−２９８６５１号、平成１６年１０月１３日出願）。

特開２００２−１４１０９５号公報

ところが、上記図３の如き固体高分子型燃料電池発電装置は、寒冷地対策として考えられたものではない。

寒冷地で固体高分子型燃料電池発電装置を用いる場合には、発電ユニット内に冷却水８として純水を用いていることから、図３において、装置停止時に、冷却水ライン３や冷却水戻しライン７で冷却水が凍結したり、あるいは、冷却水タンク２内の冷却水が凍結するおそれがある。

そのため、寒冷地で用いる場合には、寒冷地対策として、冷却水の凍結を防止するために冷却水ライン３や冷却水戻しライン７の配管や冷却水タンク２にヒーターを巻き付けるようにすることが一般的に考えられる。

しかし、冷却水が流れる配管すべてにヒーターを巻き付けることは不経済でもあると共に、ヒーターを設置する作業に多大の労力を要することになる。

そこで、本発明者等は、固体高分子型燃料電池発電装置を寒冷地に設置して冷却水（純水）が凍結するおそれがある場合に、冷却水の凍結を防止し且つヒーターを巻く部分を少なくしてヒーターの量を減少できるようにするための工夫、研究を重ねた結果、凍結エリアを小さくしてヒーターの量を減らせることを見い出すと共に、起動時も簡単な構成で冷却水のタンクやラインの昇温時間を短かくできることを見い出して本発明をなした。

したがって、本発明の目的とするところは、寒冷地で固体高分子型燃料電池発電装置を使用する場合に、装置停止時の循環冷却水の凍結防止とヒーターの使用量を大幅に減少させると共に、燃料電池発電装置起動時の冷却水のタンクやラインの昇温時間を短縮できるようにした固体高分子型燃料電池発電装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、固体高分子型燃料電池を含む発電ユニット内に、水タンク内の冷却水をポンプで加圧して上記固体高分子型燃料電池の冷却部に供給すると共に、該冷却部から排出された冷却水を上記水タンクに戻すようにして循環させる冷却水の循環ラインを設け、且つ上記水タンク内の温度及び／又はユニット内の温度を検出する温度計と、該温度計からの検出値が凍結のおそれがある温度であるか否かを判断する制御器と、該制御器からの指令により開閉されるように上記水タンクの排水ラインに設けてある開閉弁とを備えた構成とし、更に、上記構成に、固体高分子型燃料電池のカソード出口側のカソードオフガスラインと、上記冷却水を水タンクへ戻すラインにそれぞれ熱交換器を設けて、カソードオフガスライン上の熱交換器から冷却水戻しライン上の熱交換器の順に経由する温水又は不凍液の循環ラインを貯湯槽を通して設け、上記カソードオフガスライン上の熱交換器と上記冷却水を水タンクへ戻すライン上の熱交換器との間における温水又は不凍液の熱逃げ防止を図るようにした構成を備えたものとする。

又、温水又は不凍液の熱逃げ防止を、温水又は不凍液の循環ラインにおける上流側熱交換器の上流側と、下流側熱交換器の下流側に逆止弁を設けて行うようにしたり、あるいは、温水又は不凍液の循環ラインの配管を一旦上げてから下げる配置として温水又は不凍液を溜めるようにして行うようにする構成とする。

本発明の固体高分子型燃料電池発電装置によれば、次の如き優れた効果を奏し得る。
（１）固体高分子型燃料電池を含む発電ユニット内に、水タンク内の冷却水をポンプで加圧して上記固体高分子型燃料電池の冷却部に供給すると共に、該冷却部から排出された冷却水を上記水タンクに戻すようにして循環させる冷却水の循環ラインを設け、且つ上記水タンク内の温度及び／又はユニット内の温度を検出する温度計と、該温度計からの検出値が凍結のおそれがある温度であるか否かを判断する制御器と、該制御器からの指令により開閉されるように上記水タンクの排水ラインに設けてある開閉弁とを備えた構成としてあるので、発電ユニット内の温度や水タンク内の温度が凍結するような温度まで下がっても、ユニット内に残存する水がなくなるようにしていることから、凍結による配管閉塞、割れ等を防止することができる。
（２）上記（１）のように凍結のおそれがある温度まで気温が下がったときには、自動的にユニット内の水を排水することから、凍結防止用のヒーターを巻く領域を少なくすることができ、水を抜かないで凍結防止用ヒーターで加熱する場合に比して、凍結防止用ヒーターの施工部分を大幅に削減でき、又、これに伴い凍結防止対策時での消費電力を削減することができる。
（３）上記（１）の構成に、更に固体高分子型燃料電池のカソード出口側のカソードオフガスラインと、上記冷却水を水タンクへ戻すラインにそれぞれ熱交換器を設けて、カソードオフガスライン上の熱交換器から冷却水戻しライン上の熱交換器の順に経由する温水又は不凍液の循環ラインを貯湯槽を通して設け、上記カソードオフガスライン上の熱交換器と上記冷却水を水タンクへ戻すライン上の熱交換器との間における温水又は不凍液の熱逃げ防止を図るようにした構成を備えたものとすることにより、発電装置起動時等、温水又は不凍液循環ライン停止時の排熱回収温水又は不凍液の循環ラインの熱対流による熱逃げ（熱漏れ）を防止して、冷却水の循環ラインの昇温時間を短かくすることができる。
（４）温水又は不凍液の循環ラインの熱対流による熱逃げ防止を温水又は不凍液の循環ラインにおける上流側熱交換器の上流側と下流側熱交換器の下流側に逆止弁を設けたり、又は配管を一旦上げてから下げる配置とすることにより、排熱回収温水又は不凍液を動かさないようにすることができて、熱対流による熱逃げをより確実に防止できて、上記（３）と同様に、冷却水の循環ラインの昇温時間を短かくすることができる。
（５）上記（３）及び（４）により昇温のため動力を使用しないので、昇温に有するエネルギーを削減することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の一形態を示すもので、前記したように、電解質としてフッ素系のイオン交換膜を用いている固体高分子電解質の両面をカソード１８とアノード１９の両ガス拡散電極で挟持させてなるセルを、セパレータを介し積層し、且つ冷却部２０を備えてなる固体高分子型燃料電池１７を構成する。該固体高分子型燃料電池１のアノード１９及びカソード１８の入口側には、加湿器２１を設置し、該加湿器２１の上流側には、図示してないが、天然ガス等の改質原料ガスを水素リッチガスに水蒸気改質する改質器と、該改質器で改質された改質ガスをシフト反応させる低温シフトコンバータと、該低温シフトコンバータでシフト反応された改質ガス中のＣＯ濃度を低減させるＣＯ除去器（ＣＯ選択酸化反応器）とからなる燃料処理装置が設置してある。これにより、上記固体高分子型燃料電池１７のアノード１９には、上記ＣＯ除去処理された改質ガス２２が加湿器２１を経て供給され、一方、上記カソード１８には、酸化ガスとしての空気が空気ブロアで加圧されてから加湿器２１を経て供給される。カソード１８から排出されたカソードオフガスは、カソードオフガスライン２３を経て気水分離器２４へ導かれて気水分離されるようにしてある。

上記のような構成における固体高分子型燃料電池の発電ユニット２５内には、水タンク２７と、該水タンク２７内の冷却水（純水）２８を加圧して送る純水ポンプ２９とを設置して、該純水ポンプ２９を有する純水ライン３０を、上記水タンク２７と固体高分子型燃料電池１７の冷却部２０との間に配して、純水ポンプ２９により純水２８を冷却部２０に導入させるようにする。更に、該冷却部２０から排出された純水２８を加湿器２１の冷却部３１へ供給するようにすると共に、該加湿器２１の冷却部３１と上記水タンク２７とを、途中に熱交換器３２を有する純水戻しライン３３にて接続して、純水２８を循環させるようにする純水循環ライン２６を形成する。又、上記水タンク２７には、固体高分子型燃料電池発電装置の発電ユニット２５の外側から給水するライン３４を接続し、該水タンク２７から排水する排水ライン３５を設けて、両ライン３４と３５の途中に、それぞれ開閉弁３６と３７を設ける。

上記水タンク２７には、水タンク２７内の温度を検出するための水タンク内温度計３８を設けると共に、上記発電ユニット２５内の温度を検出するユニット内温度計３９を適宜設置して、各温度計３８，３９による検出値を制御器４０へ入力させるようにする。

上記制御器４０は、上記排水ライン３５上の開閉弁３７に指令を与えて自動的に開閉動作をさせるようにするもので、該制御器４０には、水タンク２７内の温度やユニット２５内の温度が凍結に至るような低温になると自動的に上記開閉弁３７を開き、又、水タンク２７内の温度やユニット２５内の温度が凍結のおそれのない温度になると自動的に開閉弁３７を閉じるように、予め設定温度が入力されている。この制御器４０に入力されている設定温度は、水タンク２７内や純水ライン３０、純水戻しライン３３の純水２８が凍結するおそれがある温度よりもやや高い温度、たとえば、４℃位とした設定温度４１と、それよりもやや高い値とした設定温度４２としてあり、各温度計３８又は３９のいずれかの検出値が、制御器４０の設定温度４１，４２と比較され、設定温度４１に達すると、自動的に開閉弁３７を開動作させ、一方、設定温度４２に達すると、自動的に開閉弁３７を閉動作させるようにしてある。なお、上記気水分離器２４で分離された水は、上記水タンク２７内に入るようにしてある。

更に、上記固体高分子型燃料電池発電装置の発電ユニット２５の外側には、貯湯槽４３とラジエータ４４を設置して、貯湯槽４３内に熱交換器４５を設ける。又、上記発電ユニット２５内には、温水ポンプ４６、カソードオフガスライン２３に熱交換器４７を設け、上記貯湯槽４３内の熱交換器４５、ラジエータ４４、温水ポンプ４６、熱交換器４７、上記純水戻しライン３３上の熱交換器３２を順に経て上記貯湯槽４３内の熱交換器４５へ接続する温水循環ライン４８を形成する。該温水循環ライン４８の温水４９を貯湯槽４３内の熱交換器４５で、下部から上水ライン５０を経て供給される水５１と熱交換して水５１を温めて湯とし、貯湯槽４３に湯を溜めるようにし、排熱回収した温水４９を循環させるようにする。

更に又、上記発電ユニット２５内に位置する上記温水循環ライン４８における温水ポンプ４６下流側の熱交換器４７の上流側と、該熱交換器４７の下流側の熱交換器３２の下流側の２個所に、本発明の特徴をなす逆止弁５２と５３をそれぞれ設け、２つの逆止弁５２と５３の間に位置する２つの熱交換器４７，３２を含む温水ラインの熱により純水循環ライン２６の昇温を行わせるようにする。

なお、給水ライン３４上の開閉弁３６は、水タンク２７へ給水を必要とするときは開動作され、排水ライン３５上の開閉弁３７が開いてユニット内の水を自動的に排水しているときは閉じられて水タンク２７への給水を停止するようにしてある。そのため、給水ライン３４及び排水ライン３５は凍結防止を行うようにする。５４は水タンク２７への給水ライン３４及び排水ライン３５各配管に取り付けた凍結防止用ヒーターである。５５は給湯ラインである。

上記構成としてあるので、本発明の固体高分子型燃料電池発電装置を、寒冷地で使用するときは、水タンク２７及び純水ライン３０、純水戻しライン３３に凍結防止用のヒーターを巻きつけることなく使用して凍結させないようにする。

以下、本発明の作用を詳述する。

本発明の固体高分子型燃料電池発電装置の発電ユニット２５内は、水タンク２７内の温度が水タンク内温度計３８で検出されており、又、ユニット２５内の温度はユニット内温度計３９で検出されている。各温度計３８，３９からの検出値は常に制御器４０に入力されて、予め設定してある設定温度４１，４２と比較されている。

寒冷地で気温が下がり、上記水タンク内温度計３８からの検出値又はユニット内温度計３９からの検出値のいずれかが制御器４０に設定されている低温の方の設定温度４１に一致する状況になると、ユニット内の純水２８が凍結する前に、水タンク２７内や純水ライン３０及び純水戻しライン３３に残っている純水、すなわち、ユニット２５内に残っている水を自動的に排水するよう、制御器４０からの指令で排水ライン３５上の開閉弁３７を開くようにする。これにより、上記ユニット２５内の水２８は自動的に排水ライン３５を通して排水され、排水残存量を出来るだけ少なくなるようにする。このようにして水タンク２７内や純水ライン３０内、純水戻しライン３３内での凍結や閉塞のおそれをなくすようにして凍結エリアを小さくするようにする。これに伴い、凍結防止用のヒーター５４で水タンク２７や純水ライン３０及び純水戻しライン３３を加熱する必要性をなくして、給水ライン３４及び排水ライン３５の極く限られた範囲の敷設ですみ、凍結防止用ヒーター５４の敷設範囲を大幅に小さくすることが可能となり、ヒーター５４の量を減少させることが可能となる。

発電ユニット２５内の温度が上昇して水タンク内温度計３８やユニット内温度計３９からの検出値が、制御器４０の高い方の設定温度４２に一致するようになると、該制御機４０からの指令により排水ライン３５上の開閉弁３７が自動的に閉じられる。これによりユニット２５には純水２８が供給されるよう給水ライン３４の開閉弁３６が開かれ、純水２８が水タンク２７に供給される。水タンク２７に供給された純水２８は、純水ポンプ２９により昇圧されて純水ライン３０、純水戻しライン３３に供給されて満たされるようになる。

上記のように純水２８が循環させられる本発明の固体高分子型燃料電池発電装置の運転時は、温水ポンプ４６の作動により温水４９は、逆止弁５２を通り、熱交換器４７でカソードオフガスライン２３を通るカソードオフガスと熱交換することにより排熱を回収して昇温させられて湯の状態になる。続いて熱交換器３２で熱交換してから、逆止弁５３を通り、湯の状態で貯湯槽４３内の熱交換器４５に達する。ここで、貯湯槽４３へ上水ライン５０から供給される水５１を温めて湯にすることにより、温水循環ライン４８の温水４９は熱を奪われて冷たい水となる。

上記貯湯槽４３内の熱交換器４５で熱を奪われて貯湯槽４３の外側へ取り出された冷たい水は、ラジエータ４４で温められて温水となり、温水ポンプ４６により昇圧されて循環させられる。これにより温水循環ライン４８で排熱回収した温水４９により貯湯槽４３で湯が順次作られて留められることになる。

ところで、固体高分子型燃料電池発電装置の起動時等では、発電ユニット２５内の温度は低くなっているので、早く昇温させて、水タンク２７を含め６０〜７０℃程度で運転させるようにすることが望まれる。

本発明では、固体高分子型燃料電池１で発生した熱を純水戻しライン３３、水タンク２７、純水ライン３０を通して繰り返し循環させるようにして、純水循環ライン２６の温度を上げるようにする。この際、温水循環ライン４８は停止するが、本発明では、該温水循環ライン４８の熱交換器４７の上流側と熱交換器３２の下流側の２個所に逆止弁５２と５３が設けてあって、該逆止弁５２と５３の間で温水が動かないようにして溜められているので、温度を下げるエリアを小さくできて、熱逃げを抑え、熱交換器３２での熱交換により、熱対流による純水戻しライン３３からの熱漏れ（熱逃げ）を防止することができて、上記純水２８の循環ライン２６の昇温時間を短かくすることができる。

因に、温水循環ライン４８に逆止弁５２，５３が設けてない場合は、該温水循環ライン４８に仕切りがないため、温められた温水４９の熱が逃げることから、熱対流で純水循環ライン２６からの熱漏れが防止できない。寒冷地ほどその現象は顕著であることが判明している。

かかる熱対流による熱漏れを防ぐために、水タンク２７にヒーターを巻いて温めるようにすることが考えられるが、温水循環ライン４８の熱逃げがあることから純水循環ライン２６の昇温を短時間に行うことには難がある。

この点、本発明では、温水循環ライン４８に逆止弁５２，５３を設けて、この間で温水を溜めて熱逃げを防止するようにしているので、熱対流による純水循環ライン２６の熱漏れを防止できる利点がある。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、たとえば、水タンク内温度計３８とユニット内温度計３９を設けた場合を示したが、いずれか一方のでもよく、又、逆止弁５２，５３を温水循環ライン４８に設ける場合を示したが、電動遮断弁等を用いるようにしてもよく、更に、逆止弁５２，５３を設けることに代えて、温水循環ライン４８を一旦上げてから下げるような配置としてポケットを作るようにし、温水を溜めるようにして熱逃げを防ぐようにしてもよい。

又、上記の実施の形態では、温水４９を循環させる場合を例示したが、温水４９に代えて不凍液を用いて循環させ、排熱を回収した不凍液で貯湯槽４３で水を温めるようにしたり、起動時に純水２８の循環ライン２６の昇温に寄与させるようにしてもよいこと、さらに、上記の実施の形態ではカソードオフガス２３を熱交換器４７で温水循環ライン４８と熱交換していたが、カソードオフガス２３に加えて、アノードオフガス１９ａとも、熱交換器４７で温水循環ライン４８と熱交換しても良いなど、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得るようにすることは勿論である。

本発明の固体高分子型燃料電池発電装置の実施の一形態を示す要部の概要図である。従来の固体高分子型燃料電池発電装置の一例を示す概要図である。本出願人が既に出願している固体高分子型燃料電池発電装置の要部を示す概要図である。

符号の説明

１７固体高分子型燃料電池
１８カソード
１９アノード
２０冷却部
２１加湿器
２３カソードオフガスライン
２５発電ユニット
２６純水循環ライン（冷却水循環ライン）
２７水タンク
２８冷却水（純水）
２９純水ポンプ（ポンプ）
３２熱交換器
３３純水戻しライン（冷却水戻しライン）
３５排水ライン
３７開閉弁
３８水タンク内温度計
３９ユニット内温度計
４０制御器
４３貯湯槽
４６温水ポンプ
４７熱交換器
４８温水循環ライン（温水又は不凍液の循環ライン）
４９温水（温水又は不凍液）
５２逆止弁
５３逆止弁

Claims

固体高分子型燃料電池を含む発電ユニット内に、水タンク内の冷却水をポンプで加圧して上記固体高分子型燃料電池の冷却部に供給すると共に、該冷却部から排出された冷却水を上記水タンクに戻すようにして循環させる冷却水の循環ラインを設け、且つ上記水タンク内の温度及び／又はユニット内の温度を検出する温度計と、該温度計からの検出値が凍結のおそれがある温度であるか否かを判断する制御器と、該制御器からの指令により開閉されるように上記水タンクの排水ラインに設けてある開閉弁とを備えた構成を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置。
固体高分子型燃料電池を含む発電ユニット内に、水タンク内の冷却水をポンプで加圧して上記固体高分子型燃料電池の冷却部に供給すると共に、該冷却部から排出された冷却水を上記水タンクに戻すようにして循環させる冷却水の循環ラインを設け、且つ上記水タンク内の温度及び／又はユニット内の温度を検出する温度計と、該温度計からの検出値が凍結のおそれがある温度であるか否かを判断する制御器と、該制御器からの指令により開閉されるように上記水タンクの排水ラインに設けてある開閉弁とを備え、更に、固体高分子型燃料電池のカソード出口側のカソードオフガスラインと、上記冷却水を水タンクへ戻すラインにそれぞれ熱交換器を設けて、カソードオフガスライン上の熱交換器から冷却水戻しライン上の熱交換器の順に経由する温水又は不凍液の循環ラインを貯湯槽を通して設け、上記カソードオフガスライン上の上流側熱交換器と上記冷却水を水タンクへ戻すライン上の下流側熱交換器との間における温水又は不凍液の熱逃げ防止を図るようにした構成を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置。
温水又は不凍液の熱逃げ防止を、温水又は不凍液の循環ラインにおける上流側熱交換器の上流側と、下流側熱交換器の下流側に逆止弁を設けて行うようにする請求項２記載の固体高分子型燃料電池発電装置。
温水又は不凍液の熱逃げ防止を、温水又は不凍液の循環ラインの配管を一旦上げてから下げる配置として温水又は不凍液を溜めるようにして行うようにする請求項２記載の固体高分子型燃料電池発電装置。