JP2008204860A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器に流通する水量を安定に制御して、燃料電池の温度を所定の範囲内に制御する。
【解決手段】燃料電池部１と、燃料電池部１を冷却する熱媒体が流れる熱媒体流路１４と、貯湯タンク２と、貯湯タンク２の貯湯水が流れる貯湯水流路１５と、熱媒体流路１４を流れる熱媒体と貯湯水流路１５を流れる貯湯水との間で熱交換をする熱交換器５と、熱媒体を貯える冷却水タンク８と、貯湯水の流れに対して熱交換器の下流側の貯湯水流路より分岐して取り出された貯湯水を、冷却水タンク８に供給するための給水路１６と、給水路１６を流れる貯湯水の水量を調整する流量調整器１３とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、水素と酸素を反応させることで電気エネルギーを生み出す。燃料電池システムには、都市ガスなど炭化水素系の原料を水と反応させることにより、燃料となる水素を作る水素生成部を設けられ、ここで生成した水素リッチなガスを燃料電池に供給して発電を行う方式が一般的である。

燃料電池を効率よく発電するためには、燃料電池本体を最適温度に保つことが必要であるため、冷却が必要となる。冷却用の媒体としては多くの場合水が用いられるが、貯湯タンクを設けて、冷却水によって燃料電池外部へ持ち出された熱を利用し、貯湯タンク内の水を湯水化することにより熱エネルギーを回収することが出来る。これにより、燃料電池システムはコージェネレーションシステムとして構築される。

図４に、このような従来の燃料電池システムの構成を示す（例えば、特許文献１、図２を参照）。

図４において、１０１は燃料電池、１０２は改質器、１０３は燃焼部、１０４は貯湯タンク、１０５は熱交換器、１０７は凝縮器、１０８は貯水タンク、１０９は冷却水タンク、１１０は逆浸透膜装置、１１１は貯湯水供給流路、１１２は貯湯水循環流路、１１３ａ、１１３ｂはイオン交換樹脂、１１５は冷却水循環ポンプ、１１６は冷却水供給ポンプ、１１７は改質水供給ポンプ、１１８は送風機、１１９は貯湯水循環ポンプ、１２０はレベルセンサ、１２５は冷却水循環流路、１２６は貯湯水を排出するためのドレインバルブ、１３０は制御部である。

このような燃料電池システムにおいては、水道水としての市水の供給により水量が保たれる貯湯タンク１０４の水を循環させる貯湯水循環流路１１２と、凝縮器１０７にて回収された水を貯蔵する貯水タンク１０８との間に、逆浸透膜装置１１０及びバイパス配管１４０を設けることにより、貯湯水循環流路１１２を循環する水の一部を燃料電池１０１の冷却水として利用するようにしている。

貯湯水循環ポンプ１１９により貯湯タンク１０４から逆浸透膜装置１１０に流入する水は、内部の逆浸透膜を透過した純度の高い水と、逆浸透膜を透過できなかった不純物が濃縮された濃縮水とに分かれて取り出され、純度の高い水はバイパス配管１４０側に、濃縮水は貯湯水循環流路１１２の下流に設けられた熱交換器１０５側にそれぞれ導かれる。

これにより、冷却水タンク１０９に純度の高い水を燃料電池１０１の冷却水として供給する一方、濃縮水は貯湯水循環流路１１２を循環し、熱交換器１０５にて冷却水循環流路１２４を循環する冷却水と熱交換される。冷却水循環流路１２４の冷却水と熱交換した濃縮水を貯湯タンク１０４に貯湯水として貯えることで、燃料電池１０１からの熱エネルギーを回収することができる。他方、貯湯水は給湯等に利用することができる。

一方、熱交換により温度が低下した冷却水は冷却水循環流路１２４を循環して冷却水タンク１０９に帰還し、燃料電池１０１の冷却に再び用いられる。
特開２００２−１３４１２６号公報

上記従来の燃料電池システムにおいて、燃料電池の運転に関連する水タンクである貯水タンク１０８や冷却水タンク１０９内への水の補給は、逆浸透膜装置１１０と貯水タンク１０８との間に設けられた図示しない開閉弁を開放することにより行われる。開閉弁の開放は、上記水タンク内の水が不足した場合になされる。

しかしながら、従来の燃料電池システムでは、貯湯水循環流路１１２とバイパス配管１４０との分岐点Ａは、貯湯水循環流路１１２において熱交換器１０５よりも上流側に位置しているため、上記補給動作を行なう際に貯湯タンク１０４から流れる水は熱交換器１０５とバイパス配管１４０側に向かう純度の高い水とに分岐する。このため熱交換器１０５を流通する貯湯水の流量は、貯湯水循環ポンプ１１９の出力から当初想定される値（目標流量値）から変動する。

熱交換器１０５の熱交換率の安定性は、冷却水循環経路１２５及び貯湯水循環流路１１２をそれぞれ流れる水の流量の安定性に基づくため、熱交換器１０５を流れる貯湯水の量が目標流量値から変動すると、熱交換器１０５の熱交換率も変動する。熱交換器１０５の熱交換率は、冷却水タンク１０９に帰還する冷却水の温度に影響を与えるため、熱交換器１０５の熱交換率が不安定になると、燃料電池１０１の温度を所定の範囲内に制御することが困難になっていた。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、貯湯水循環流路内の貯湯水を用いて燃料電池の運転に関連する水タンクに水の補給動作を行なう際に、熱交換器に流入する水量を安定に制御して、燃料電池の温度を安定な温度範囲に制御することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、第１の本発明は、燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する熱媒体が流れる熱媒体流路と、
貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの貯湯水が流れる貯湯水流路と、
前記貯湯水流路内に前記貯湯水を流すための貯湯ポンプと、
前記熱媒体流路を流れる熱媒体と前記貯湯水流路を流れる貯湯水との間で熱交換をする熱交換器と、
前記燃料電池の運転に関連する水を貯える水タンクと、
前記貯湯水の流れに対して前記熱交換器の下流側の前記貯湯水流路より分岐して取り出された貯湯水を、前記水タンクに供給するための給水路と、
前記給水路を流れる貯湯水の水量を調整する流量調整器とを備えた燃料電池システムである。

また、第２の本発明は、前記水タンク内の水位を検知する水位センサと、
前記水位センサにより検知された水位が低下すると、前記貯湯水流路内の前記貯湯水を前記水タンクに供給するよう前記流量調整器を制御する制御器とを備えた、第１の本発明の燃料電池システムである。

また、第３の本発明は、少なくとも前記貯湯水流路と前記給水路との接続部が、前記熱交換器の下流側出口の位置よりも高い位置に設置されている、第１又は第２の本発明の燃料電池システムである。

また、第４の本発明は、前記熱交換器の下流側の前記貯湯水流路の少なくとも一部が、前記貯湯水流路と前記給水路との接続部よりも低い位置に設けられている、第１〜第３のいずれかの本発明の燃料電池システムである。

また、第５の本発明は、前記貯湯水流路の、前記給水路との前記接続部における流路断面積は、前記接続部の上流側の前記貯湯水流路の流路断面積よりも大きい、第１〜第４のいずれかの本発明の燃料電池システムである。

また、第６の本発明は、前記貯湯水流路の、前記給水路との前記接続部における流路断面積は、前記接続部の下流側の前記貯湯水流路の流路断面積よりも大きい、第１〜第５のいずれかの本発明の燃料電池システムである。

また、第７の本発明は、前記流量調整器により前記給水路を流れる貯湯水量は、前記貯湯水流路を流れる貯湯水量以下とする、第１〜第４のいずれかの本発明の燃料電池システムである。

また、第８の本発明は、前記水タンクは、少なくとも前記燃料電池からの排出ガスから回収された水分を貯える水タンクである、第１の本発明の燃料電池システムである。

本発明によれば、熱交換器に流入する水量を安定に制御して、燃料電池の温度を安定な温度範囲に制御することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す模式的な図である。

図１に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システムは、水素リッチなガスと、酸素を含有したガス（本実施の形態では、空気とする）を反応して電気を生み出す燃料電池部１と、燃料電池部１から発生した熱を回収し湯として貯える貯湯タンク２と、燃料電池部１に供給する水素リッチなガスを、炭化水素系の原料（本実施の形態では、都市ガスとする）と水から生成する水素生成部３と、燃料電池部１で使用されなかった水素リッチなガスもしくは原料を燃やして水素生成部３を加熱する燃焼部４と、燃料電池部１での発電時に発生した熱を貯湯タンク２に熱交換するための熱交換器５と、燃料電池システムより発生するガス中から回収された水が流れる回収水流路６０及び回収水流路６０に接続された回収水タンク６と、回収水タンク６の水の純度を高めるためのイオン交換樹脂７とを備える。なお、回収水タンク６の内部には、貯えられた冷却水の水位をモニターする水位センサ６ａが設けられており、水位センサ６ａは、例えばフロートスイッチにより実現される。又、燃焼部４から排出される排ガス流路、燃料電池部１の水素ガス流路１７のオフガス排出側であるアノードオフガス流路、及び燃料電池部１の空気排出側であるカソードオフガス流路のそれぞれに凝縮器６１、６２、６３が設けられており、各凝縮器６１〜６３により各オフガスからの回収された水分が回収水流路６０を流れて回収水タンク６に貯えられる。

さらに、本実施の形態に係る燃料電池システムは、燃料電池システムに供給する純度の高い水を貯める冷却水タンク８と、貯湯タンク２の水を熱交換器５へ供給するための貯湯ポンプ９と、冷却水タンク８の水を燃料電池部１の冷却水として循環させるための冷却水循環ポンプ１０と、回収水タンク６の水を冷却水タンク８に供給するための冷却水供給ポンプ１１と、冷却水タンク８及びイオン交換樹脂７の水が逆流することを防止する冷却水弁１２とを備える。

さらに、本実施の形態に係る燃料電池システムは、貯湯ポンプ９により貯湯タンク２から熱交換器５へ供給された水の一部を回収水タンク６に供給する流量調整器１３と、冷却水タンク８から冷却水循環ポンプ１０により熱交換器５を通って循環する経路である熱媒体流路１４と、貯湯タンク２から貯湯ポンプ９により熱交換器５を通って循環する経路である貯湯水流路１５と、貯湯水流路１５から分岐して流量調整器１３により回収水タンク６へ水が供給される経路である給水路１６と、水素生成部３から燃料電池部１を経由して燃焼部４へと水素リッチなガスを流通する水素ガス流路１７と、水位センサ６ａの検出した水位に基づいて、流量調整器１３の動作を制御する制御器１８とを備えている。

このとき給水路１６は、貯湯水流路１５において、図中矢印にて示す貯湯水の流れに対して熱交換器５の配置位置より下流側の分岐点Ｂにて接続された構成となっている。

なお、上述した構成において、燃料電池部１は本発明の燃料電池に相当し、貯湯タンク２は本発明の貯湯タンクに相当し、貯湯ポンプ９は本発明の貯湯ポンプに相当し、貯湯水流路１５は本発明の貯湯水流路に相当し、熱交換器５は本発明の熱交換器に相当する。又、回収水タンク６は本発明の水タンクに相当し、給水路１６は本発明の給水路に相当し、流量調整器１３は本発明の流量調整器に相当する。

又、水位センサ６ａは本発明の水位センサに相当し、制御器１８は本発明の制御器に相当する。

以上のように構成された本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムについて、以下、その動作について説明する。

燃料電池システムの基本的な動作は、大きく分けて、（１）水素生成部３で水素リッチなガスを生成する動作と、（２）燃料電池部１において水素リッチなガスと空気から電気と熱を生み出す動作と、（３）燃料電池部１から発生した熱を貯湯タンク２に回収する動作と、（４）燃料電池システムから回収した水及び外部から供給した水を各部に供給する動作と、に分けられる。以下、説明する。

上記（１）の動作においては、水素生成部３は、冷却水タンク８から供給された水を加熱して得られた水蒸気と外部から供給される原料とから、改質触媒を用いた改質反応により水素リッチなガスを生成する。この改質反応は吸熱反応であるため、反応に必要な熱は燃焼部４にて原料もしくは水素リッチなガスを燃焼することで水素生成部３に与える。このようにして生み出された水素リッチなガスは燃料電池部１に供給され、上記（２）の動作に使用される。

上記（２）の動作においては、燃料電池部１は、図示しないブロアなどの空気供給手段から供給された空気と、水素生成部３から供給された水素リッチなガスを反応させることにより、電気と熱を発生する。そして、発電に使用されなかった水素リッチなガスは水素ガス流路１７を通って燃焼部４に送られ、燃焼部４で燃料として燃やされ、水素生成部３の加熱に使われる。燃料電池部１で発生した熱は、燃料電池部１の温度を所定の温度に制御するため、熱媒体流路１４を流通する水により冷却される。

上記（３）の動作においては、冷却水タンク８から冷却水循環ポンプ１０により熱媒体流路１４を流通する水が、熱媒体として、燃料電池部１で発生する熱を回収することにより、燃料電池部１を冷却する。この回収された熱は熱交換器５で、貯湯タンク２から貯湯ポンプ９により貯湯水流路１５を流通する水に伝熱される。これにより、貯湯タンク２に燃料電池部１から発生した熱を回収することが可能となる。

上記（４）の動作は、以下のようになる。図には記載しないが、燃焼部４から発生する燃焼排ガス中の水や、燃料電池部１から排出されるカソード排空気中の水や、燃料電池部１で使用されなかった水素リッチなガス中の水等の水は回収水タンク６に回収され、貯められる。これらの水は冷却水供給ポンプ１１によりイオン交換樹脂７へ送られ、含有する金属イオン等を除去し、純度の高い水にした後、冷却水タンク８に貯められる。なお、回収水タンク６の水と冷却水タンク８の水を仕切るために冷却水弁１２を設ける。

このようにして、冷却水タンク８に貯められた水は再び燃料電池部１、水素生成部３の各部に供給されて、電気や熱を生成するために使われる。

各部から回収した水のみでは十分に水を賄えない場合、貯湯水流路１５に設けられた給水路１６から流量調整器１３により回収水タンク６へ水を補給する。

このとき、本実施の形態による燃料電池システムにおいては、給水路１６の貯湯水流路１５からの分岐位置は、図中矢印にて示す貯湯水の流れに対して熱交換器５の配置位置より下流側の分岐点Ｂにて接続された構成となっている。

これにより、貯湯タンク２から貯湯ポンプ９によって導かれた水は、全て熱交換器５に導入され、熱媒体流路１４を循環する熱媒体としての水と熱交換する。

熱交換後、熱交換器５から流出した水の一部は給水路１６に分岐し、残りは貯湯タンク２へ帰還する。

この動作において、熱交換器５には、貯湯ポンプ９の動作に応じた一定水量の水が通過することとなり、流量調整器１３による給水路１６への水量の変化の影響を受けることがない。したがって、熱交換器５の熱交換率は安定化し、燃料電池部１の温度を安定化、すなわち所定の範囲内に制御することが可能となる。

これにより、燃料電池部１にて安定に電気エネルギーと熱エネルギーを生成することが可能となる。

次に、給水路１６側の動作をさらに説明する。

上述したように、回収水タンク６内には水位センサ６ａが設置されており、その水位が所定値以下となった場合、これを検出した制御器１８は、回収水タンク６に水を補給するために、流量調整器１３を制御して、給水路１６を通して貯湯水流路１５の水を回収水タンク６へ送る。水を補給することで、回収水タンク６内の水位が所定値より上となった場合は、制御器１８は、流量調整器１３による水の供給を停止する。このようにして、常に回収水タンク６に水が存在するように制御する。

水位センサ６ａとしてフロートスイッチを用いた場合、回収水タンク６内の、当該所定値に対応する位置でスイッチがＯＮとなり通電するように設定すれば、水位の低下によってスイッチがＯＮとなると、制御器１８はフロートスイッチからの電流を検知して、流量調整器１３を起動させることができる。一方、給水路１６からの給水によって回収水タンク６内の水位が上昇し、スイッチがＯＦＦとなれば、制御器１８はフロートスイッチからの電流が流れなくなったことを検知して、流量調整器１３を停止させる制御を行う。

この間、貯湯水流路１５側においては、熱交換器５には、貯湯ポンプ９の動作に応じた一定水量の水が通過しているため、燃料電池部１の温度は安定化されている。

冷却水タンク８の制御は、冷却水タンク８に設けた水位センサ８ａをもとに、冷却水タンク８に水が所定の水位より上である状態を維持するために、水位センサ８ａで検出される水位が所定値以下になった場合、回収水タンク６から冷却水供給ポンプ１１により水を供給する。このとき、制御器１８は、冷却水タンク８の水位センサ８ａの水位に基づき冷却水供給ポンプ１１の動作を制御することになるが、回収水タンク６から冷却水タンク８へ供給されることで減少する水量を補うため、冷却水供給ポンプ１１の動作とともに流量調整器１３を制御し、給水路１６より回収水タンク６に水を補給しても構わない。

なお、流量調整器１３は、給水路１６の流量を調整できるものであれば具体的な構成に限定されない。ポンプなどで圧送するものであっても構わないし、電磁弁のような開閉弁であってもよいし、ニードル弁のような流量調整弁であっても構わない。本実施の形態では電磁弁を用いて行った。

なお、給水路１６を経由して回収水タンク６へ供給する水量は、貯湯タンク２から熱交換器５へ貯湯ポンプ９により送られる水量よりも少なくする必要がある。熱交換器５を通過する水量を一定に保つためである。本実施の形態では、貯湯タンク２から熱交換器５へ送られる水量は、約０．１〜０．５Ｌ／ｍｉｎである。よって、給水路１６を流れる水量は約０．１Ｌ／ｍｉｎとした。ただし、貯湯水流路１５の、貯湯タンク２から熱交換器５を経由して給水路１６との分岐点Ｂに達するまでの上流側の配管の圧力損失に比べて、下流側である給水路１６との分岐点Ｂから貯湯タンク２までの配管の圧力損失が十分に小さい（本実施の形態では、１／１０倍以下の圧力損失とした）ならば、流量調整器１３により回収水タンク６へ送られる水は、上流側ではなく下流側の貯湯水流路１５を通って、直接貯湯タンク２の水を用いるため、流量調整器１３による給水量は約０．１Ｌ／ｍｉｎに限るものではない。

又、本実施の形態は、図１に示すように、給水路１６は、貯湯水流路１５での水の流れに対して下流側に位置する熱交換器５の出口の位置よりも高い位置に設けるようにしたことを特徴とする。

これは以下の理由による。すなわち、貯湯タンク２から熱交換器５に送られた水は、熱交換器５における熱交換により加熱される。水は加熱されることにより溶存可能なガス量が減少するため、溶けきれなくなった酸素などの空気が気泡として発生してしまう。この気泡は熱交換器５に溜まると伝熱を妨げる要因となる。又、気泡が貯湯水流路１５の配管に溜まると、流路を閉塞することがある。又、配管内の水封が崩れることで、水を安定した流量で送ることが出来なくなる。

この気泡を除去するためには、貯湯水流路１５の、熱交換器５の下流側の任意の箇所にエア抜き栓を付けることで対応することができる。しかし、エア抜き栓を付けると部品点数が増えるために、燃料電池システムのコストアップになってしまう。

そこで、本実施の形態においては、上記の構成とすることにより、給水路１６にてエア抜きを行うことで、エア抜き栓を用いずに、熱交換器５にて発生した気泡を貯湯水流路１５から抜くことが可能となる。熱交換器５で発生した気泡は、より高い位置にある給水路１６の配管に溜まり易くなり、流量調整器１３での回収水タンクへの給水とともに、気泡が回収水タンク６へと運ばれていく。

なお、給水路１６の配管全体を熱交換器５の出口側より高い位置に設ける他、給水路１６と貯湯水流路１５との分岐点Ｂに相当する配管の接続部のみを、熱交換器５の出口側よりも高い位置に設けるようにしてもよい。これによっても給水路１６側へ気泡を逃がし安くすることが可能となる。

又、貯湯水流路１５で発生した気泡を給水路１６の配管に溜まり易くするためには、上記図１の構成に限定せず、図２に示すように、給水路１６との分岐点Ｂに対応する配管の接続部よりも水の流れに対して下流側になる貯湯水流路１５の配管の一部を、当該接続部よりも低くするようにしてもよい。こうすることで、水の浮力により気泡は給水路１６に移動し易くなり、エア抜き性能を向上させることが可能となる。

さらに、貯湯水流路１５の、給水路１６との分岐点Ｂに対応する配管の接続部の位置を熱交換器５の下流側とすることにより、貯湯タンク２で使用する水道水中に含有する塩素を加熱して除去し易くなるというメリットがある。

これについて、以下、説明する。熱交換器５で加熱された水は流量調整器１３により回収水タンク６に供給される。

回収水タンク６は、燃料電池部１を通ったカソード空気や、燃焼部４より発生した燃焼排ガス中の水を回収するために、大気と連通した構造を有している。そのため、流量調整器１３により回収水タンクに送られた水も大気と同圧に下がるため、加熱されていた水はより塩素を放出し易くなる。

このように回収水タンク６に供給される水の塩素を低減することで、回収水タンク６の水を冷却水タンク８に供給する時、イオン交換樹脂７にかかる負荷を低減することが可能となる。これにより、イオン交換樹脂７の寿命を延ばし、耐久性能を向上させることができる。

又、給水路１６に気泡が溜まり易くするためには、給水路１６と貯湯水流路１５との分岐点Ｂに対応する配管の接続部の流路断面積をその前後の流路断面積よりも大きく構成したほうが良い。流路断面積を大きくし気泡が溜まる空間を前後の配管よりも広く設けることで、その空間に気泡がより溜まり易くなる。このとき、接続部の流路断面積は、接続部の両方にて流路の他の部分より大きくなくともよい。接続部の上流側に対してのみ大きいとしてもよいし、下流側に対してのみ大きいとしてもよい。

以上述べたように、本実施の形態の燃料電池システムでは、熱交換器５に流れる水量を変動させることなく、燃料電池部１への冷却に必要な水を給水でき、かつ、貯湯水流路１５内の気泡を除去することが可能となり、熱交換器に送る水量を安定に制御することができるため、燃料電池部１の温度を安定に制御することが可能となり、燃料電池部１での発電を安定して行うことができる。それゆえ、燃料電池システムから電力エネルギーと熱エネルギーを安定して供給することが可能となり、信頼性の高い燃料電池システムを実現する事が可能となる。

さらに、イオン交換樹脂の寿命を延ばし、耐久性能を向上させることも可能となる。

（実施の形態２）
従来の技術等で述べたように、燃料電池システムで用いられる水は、装置内で発生した水を凝縮により回収して、これを再利用するようにしたり、外部の水を供給するなどして賄われている。

実施の形態１においてもこれと同様に、冷却水タンク８に補給する水は、システム内で凝縮により回収した燃焼部４から発生する燃焼排ガス中の水や、燃料電池部１から排出されるカソード排空気中の水や、燃料電池部１で使用されなかった水素リッチなガス中の水、及び貯湯タンク２から給水路１６を経て導入した水を全て回収水タンク６に一度集めた後、イオン交換樹脂７で純度を高めた後に利用することとしていた。

これに対し、本実施の形態２に係る燃料電池システムは、冷却水タンク８への水の補給が必要な場合、貯湯水流路１５から分岐した水が給水路より直接冷却水タンク８へ供給される点で、実施の形態１と異なる。

以下、実施の形態２について図面を参照して説明する。

図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を示す模式的な図である。

図３に示すように、本実施の形態においては、給水路１６の、流量調整器１３から下流側は、実施の形態１のように回収水タンク６に接続されず、流量調整器１３から直接冷却水タンク８に接続する構成としている。

なお、冷却水タンク８と流量調整器１３との間には、更にイオン交換樹脂１９を設け、通過する水の金属イオン等を除去し、純度を高めるようにしている。

これにより、冷却水タンク８の水位センサ８ａで検出された水位が低下して冷却水タンク８へ水が補給される場合に、流量調整器１３を制御するだけで冷却水タンク８への水補給が実行でき、実施の形態１のように回収水タンク６から冷却水タンク８へ水を補給するために冷却水供給ポンプ１１を動作させる必要がなくなり、余分な動作及び電力を消費することがなくなりより効率的な水補給動作が可能になる。

また、本実施の形態においては、冷却水タンク８を給水路１６と貯湯水流路１５との分岐点Ｂよりも上方に配置し、分岐点Ｂから上方に位置する冷却水タンク８に給水路１６が延びる構成としている。

これにより、以下の効果が得られる。すなわち、実施の形態１のように回収水タンク６に対して給水する構成とした場合、回収水タンク６は給水路１６及び回収水流路６０から回収した水を全て集める必要があるため、通常、燃料電池システムの最下部に設ける必要がある。この場合、必然的に、給水路１６中の水は下方向に流れることになり、エア抜け性の確保が問題となる。

これに対し、本実施の形態２のように冷却水タンク８に給水する構成とすることにより、冷却水タンク８はシステム内部の配置に自由度があるので、給水する位置である分岐点Ｂよりも上方向に設置することができる。この場合、給水路１６の水は上方向に流れる構成になり水の流れとともにエアも給水路１６上方に移動するため、最終的には給水路１６出口から排出されやすくなる。つまり、給水路１６のエア抜け性を良好にすることができる。

なお、本実施の形態の、図３に示す構成例においては、冷却水タンク８が本発明の水タンクに、又水位センサ８ａが本発明の水位センサに相当することとなる。

又、上記の各実施の形態においては、給水路１６上の流量調整器１３は、水位センサ６ａ又は８ａの水位検出に基づき、制御器１８により制御されるものとしたが、制御器１８及び各水位センサ６ａ、８ａは省略した構成としてもよい。この場合、燃料電池システムの運転時間に応じたＯＮ−ＯＦＦ制御や燃料電池での発電量に応じたＯＮ−ＯＦＦ制御等を行なっても構わない。

本発明に係る燃料電池システムは、熱交換器に流通する水量を安定に制御して、燃料電池の温度を所定の範囲内に制御することができる効果を有し、発電装置として種々の用途で利用可能であり、例えば、家庭用燃料電池コージェネレーションシステム等として有効である。

本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの他の構成例を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を示す模式図である。 従来の技術に係る燃料電池システムの構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 燃料電池部
２ 貯湯タンク
３ 水素生成部
４ 燃焼部
５ 熱交換器
６ 回収水タンク
６ａ 水位センサ
７ イオン交換樹脂
８ 冷却水タンク
８ａ 水位センサ
９ 貯湯ポンプ
１０ 冷却水循環ポンプ
１１ 冷却水供給ポンプ
１２ 冷却水弁
１３ 流量調整器
１４ 熱媒体流路
１５ 貯湯水流路
１６ 給水路
１６ｓ 下流経路
１７ 水素ガス流路
１８ 制御器
１９ イオン交換樹脂
６１、６２、６３ 凝縮器
Ａ 分岐点
Ｂ 分岐点

Claims (8)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池を冷却する熱媒体が流れる熱媒体流路と、
   貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクの貯湯水が流れる貯湯水流路と、
   前記貯湯水流路内に前記貯湯水を流すための貯湯ポンプと、
   前記熱媒体流路を流れる熱媒体と前記貯湯水流路を流れる貯湯水との間で熱交換をする熱交換器と、
   前記燃料電池の運転に関連する水を貯える水タンクと、
   前記貯湯水の流れに対して前記熱交換器の下流側の前記貯湯水流路より分岐して取り出された貯湯水を、前記水タンクに供給するための給水路と、
   前記給水路を流れる貯湯水の水量を調整する流量調整器とを備えた燃料電池システム。
2. 前記水タンク内の水位を検知する水位センサと、
   前記水位センサにより検知された水位が低下すると、前記貯湯水流路内の前記貯湯水を前記水タンクに供給するよう前記流量調整器を制御する制御器とを備えた、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 少なくとも前記貯湯水流路と前記給水路との接続部が、前記熱交換器の下流側出口の位置よりも高い位置に設置されている、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 前記熱交換器の下流側の前記貯湯水流路の少なくとも一部が、前記貯湯水流路と前記給水路との接続部よりも低い位置に設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
5. 前記貯湯水流路の、前記給水路との前記接続部における流路断面積は、前記接続部の上流側の前記貯湯水流路の流路断面積よりも大きい、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
6. 前記貯湯水流路の、前記給水路との前記接続部における流路断面積は、前記接続部の下流側の前記貯湯水流路の流路断面積よりも大きい、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
7. 前記流量調整器により前記給水路を流れる貯湯水量は、前記貯湯水流路を流れる貯湯水量以下とする、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
8. 前記水タンクは、少なくとも前記燃料電池からの排出ガスから回収された水分を貯える水タンクである、請求項１に記載の燃料電池システム。

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