JP2010238485A - 燃料電池発電装置、及び燃料電池発電装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水自立運転を行いつつ、排熱を効率よく回収できる燃料電池発電装置及びその運転方法を提供する。
【解決手段】改質装置２と、燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３が設けられた燃焼排ガス回収水回収経路Ｌ１０と、燃料電池１と、電池冷却水冷却用熱交換器Ｑ２が設けられた燃料電池冷却水流通経路Ｌ５と、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１が設けられた燃料電池排ガス回収水回収経路Ｌ４と、回収水タンク４と、各系統に回収水を供給する回収水供給経路Ｌ１２と、燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３、電池冷却水冷却用熱交換器Ｑ２、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１に対し、蓄熱槽７内の冷媒を循環させる冷媒循環経路Ｌ１４，Ｌ１５と、予測される回収水の回収量と、回収水の消費量とを比較して、回収水タンク内の水量変化を予測し、回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御する制御装置１００と、を備える燃料電池発電装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の排熱を回収し、水自立運転を行う燃料電池発電装置及びその運転方法に関する。

燃料電池発電装置は、水素と酸素との結合エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電装置である。かかる燃料電池発電装置には、電解質層と、これを挟持する燃料電極及び酸化剤電極からなる単位電池を複数積層した燃料電池が使用されている。また、水素含有ガスとしては、炭化水素を水蒸気改質した改質ガスが使用されることが多く、燃料電池発電装置には、改質装置が併設されていることが多い。

燃料電池での電気化学反応では発電生成水が生じ、また燃料改質装置では吸熱反応である水蒸気改質反応を定常的に行なうための触媒加熱用の燃焼に伴い燃焼生成水が生じる。これらの生成水は、水道水に比べて不純物が極めて少なく、これらの生成水を原水として用いれば、水処理装置の負荷を軽減することができる。このため、これらの生成水を回収して、燃料電池に供給する反応ガス（水素含有ガス、酸化剤ガス）の加湿や、水蒸気改質反応用の供給水とし、外部から水を導入することなく水自立して運転する方法が採用されている。また、燃料電池での電気化学反応に伴って発生した熱や、改質装置の燃焼熱など、燃料電池の発電に伴って排出される排熱を回収し、該排熱を給湯設備や暖房設備などに供給して、熱利用する試みが行われている。

例えば、下記特許文献１には、発電時に生じる排熱を冷媒に回収するための一又は複数の熱交換器と、各熱交換器で回収した排熱を蓄熱するための貯湯タンクと、貯湯タンクと各熱交換器間を循環する冷媒循環回路と、少なくとも一以上の前記熱交換器はバイパス流路を備えた熱交換器であり、かつ、冷媒循環回路は貯湯タンクの蓄熱余力に対応して冷媒の流れを熱交換器側からバイパス流路側に切替え可能に構成した流路制御手段を備えた燃料電池発電システムが開示されている。

また、下記特許文献２には、貯湯タンクに貯留され又は該貯湯タンクから導出される該排熱温水の温度を検知する温度検知器を有する貯湯タンクと、燃料電池から排出されるオフガスと排熱温水とを熱交換する排ガス冷却熱交換器と、燃料電池に導入する酸化剤ガスを加湿する有用水をオフガスから回収し貯留する貯水タンクであって、該貯留された有用水の水位を検知する水位検知器を有する貯水タンクとを備え、温度検知器で検知される排熱温水の温度が所定の温度以上かつ前記水位検知器で検知される水位が所定の水位以上のときに、燃料電池から排出されるオフガスと排熱温水との熱交換を回避するように構成された燃料電池コージェネレーションシステムが開示されている。

特開２００４−３４２４４３号公報 特開２００６−３２１５３号公報

上記特許文献１，２では、貯湯タンク内の冷媒を各熱交換器に通し、発電時に生じる排熱を温水として回収しているが、発電に伴う排熱量が増加して貯湯タンク内の温度が上昇したら、貯湯タンク内の温度が低下するまでは、燃料電池から排出される燃料電池排ガスや、改質装置の燃焼器から排出される燃焼排ガスからの排熱の回収を停止している。このため排熱回収率が悪いという問題があった。

したがって、本発明の目的は、水自立運転を行いつつ、排熱を効率よく回収できる燃料電池発電装置及びその運転方法を提供することにある。

上記目的を達成するにあたり、本発明の燃料電池発電装置の第１は、水素含有ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池に対して電池冷却水を流通させると共に、電池冷却水冷却用熱交換器が設けられた燃料電池冷却水流通経路と、前記燃料電池から排出される燃料電池排ガスを冷却する燃料電池排ガス冷却用熱交換器が設けられた排ガス回収水回収経路と、前記燃料電池排ガス中の水分を少なくとも回収する回収水タンクと、前記回収水タンク内の回収水を燃料電池発電装置の各系統に供給する回収水供給経路と、電池冷却水冷却用熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に対し、蓄熱槽に貯留された冷媒を循環させる冷媒循環経路と、燃料電池の発電負荷と燃料電池排ガス冷却用熱交換器に供給する冷媒温度とから予測される回収水の回収量と、前記回収水供給経路から燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク内の回収水の消費量とを比較して、回収水タンク内の水量変化を予測し、回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の燃料電池発電装置の第２は、炭化水素を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質器及び該改質器に反応熱を供給する燃焼器を有する改質装置と、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスを冷却する燃焼排ガス冷却用熱交換器が設けられた燃焼排ガス回収水回収経路と、前記改質ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池に対して電池冷却水を流通させると共に、電池冷却水冷却用熱交換器が設けられた燃料電池冷却水流通経路と、前記燃料電池から排出される燃料電池排ガスを冷却する燃料電池排ガス冷却用熱交換器が設けられた燃料電池排ガス回収水回収経路と、前記燃料電池排ガス中の水分及び前記燃焼排ガス中の水分を少なくとも回収する回収水タンクと、前記回収水タンク内の回収水を燃料電池発電装置の各系統に供給する回収水供給経路と、燃焼排ガス冷却用熱交換器、電池冷却水冷却用熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に対し、蓄熱槽に貯留された冷媒を循環させる冷媒循環経路と、燃料電池の発電負荷と燃焼排ガス冷却用熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に供給する冷媒温度とから予測される回収水の回収量と、前記回収水供給経路から燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク内の回収水の消費量とを比較して、回収水タンク内の水量変化を予測し、回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の燃料電池発電装置によれば、燃料電池の発電負荷と燃料電池排ガス冷却用熱交換器に供給する冷媒温度とから予測される回収水の回収量と、回収水供給経路から燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク内の回収水の消費量とから（第１の燃料電池発電装置）、或いは、燃料電池の発電負荷と燃焼排ガス冷却水熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に供給する冷媒温度とから予測される回収水の回収量と、回収水供給経路から燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク内の回収水の消費量とから（第２の燃料電池発電装置）、回収水タンク内の水量変化を予測するので、回収水タンク内に、水位センサ等のセンサ設備を設けなくても、回収水タンク内の水量を把握でき、部品点数を削減できる。そして、このようにして予測した回収水タンク内の水位が設定値を下回らないように発電を制御するので、水自立運転を継続しつつ、燃料電池の排熱を無駄なく回収し続けることができる。

本発明の燃料電池発電装置の第１及び第２において、前記制御装置は、回収水タンク内の水量が設定値を下回ったら発電を停止するように構成されていることが好ましい。回収水タンク内の水量が設定値を下回ると、水自立運転が継続できなくなり、外部水の補給が必要となる。この態様によれば、水自立運転を継続できなくなる前に発電を停止するので、回収水タンクに外部水の補給を行わずに済み、水処理装置などのかかる負荷を低減できる。また、外部水の補給配管などの設備を削除できるので、装置構成をよりコンパクトにできる。

本発明の燃料電池発電装置の第１において、前記制御装置は、前記予測される回収水タンク内の水量が低下傾向にある場合、燃料電池への空気の供給流量を低減させるように構成されていることが好ましい。

本発明の燃料電池発電装置の第２において、前記制御装置は、前記予測される回収水タンク内の水量が低下傾向にある場合、燃料電池への空気の供給流量を低減させる、及び／又は、前記改質装置の燃焼器への燃焼空気の供給流量を低減させるように構成されていることが好ましい。

上記各態様によれば、冷媒との熱交換により、凝縮しきれずに系外に排出される水の量を低減できるので、回収水の回収量を増加できる。

本発明の燃料電池発電装置の第１及び第２において、前記制御装置は、前記予測される回収水タンク内の水量が低下傾向にある場合、前記冷媒の循環流量を増加させるように構成されていることが好ましい。この態様によれば、燃料電池排ガスや燃焼排ガスの冷却効率を高めることができ、回収水の回収量を増加できる。

一方、本発明の燃料電池発電装置の運転方法の第１は、水素含有ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池に対して電池冷却水を流通させると共に、電池冷却水冷却用熱交換器が設けられた燃料電池冷却水流通経路と、前記燃料電池から排出される燃料電池排ガスを冷却する燃料電池排ガス冷却用熱交換器が設けられた燃料電池排ガス回収水回収経路と、前記燃料電池排ガス中の水分を少なくとも回収する回収水タンクと、前記回収水タンク内の回収水を燃料電池発電装置の各系統に供給する回収水供給経路と、電池冷却水冷却用熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に対し、蓄熱槽に貯留された冷媒を循環させる冷媒循環経路と、を備えた燃料電池発電装置の運転方法であって、燃料電池の発電負荷と燃料電池排ガス冷却用熱交換器に供給する冷媒温度とから回収水の回収量を予測し、この予測した回収水の回収量と、燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク内の回収水の消費量とを比較して、回収水タンク内の水量変化を予測し、予測される回収水タンク内の水量変化に基づき、回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御することを特徴とする。

また、本発明の燃料電池発電装置の運転方法の第２は、炭化水素を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質器及び該改質器に反応熱を供給する燃焼器を有する改質装置と、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスを冷却する燃焼排ガス冷却用熱交換器が設けられた燃焼排ガス回収水回収経路と、前記改質ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池に対して電池冷却水を流通させると共に、電池冷却水冷却用熱交換器が設けられた燃料電池冷却水流通経路と、前記燃料電池から排出される燃料電池排ガスを冷却する燃料電池排ガス冷却用熱交換器が設けられた燃料電池排ガス回収水回収経路と、前記燃料電池排ガス中の水分及び前記燃焼排ガス中の水分を回収する回収水タンクと、前記回収水タンク内の回収水を燃料電池発電装置の各系統に供給する回収水供給経路と、燃焼排ガス冷却用熱交換器、電池冷却水冷却用熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に対し、蓄熱槽に貯留された冷媒を循環させる冷媒循環経路と、を備えた燃料電池発電装置の運転方法であって、燃料電池の発電負荷と燃焼排ガス冷却用熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に供給する冷媒温度とから回収水の回収量を予測し、この予測した回収水の回収量と、燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク内の回収水の消費量とを比較して、回収水タンク内の水量変化を予測し、予測される回収水タンク内の水量変化に基づき、回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御することを特徴とする。

本発明の燃料電池発電装置の運転方法の第１及び第２において、回収水タンク内の水量が設定値を下回ったら発電を停止することが好ましい。

本発明の燃料電池発電装置の運転方法の第１において、前記予測される回収水タンク内の水量が低下傾向にある場合、燃料電池への空気の供給流量を低減させることが好ましい。

本発明の燃料電池発電装置の運転方法の第２において、前記予測される回収水タンク内の水量が低下傾向にある場合、燃料電池への空気の供給流量を低減させる、及び／又は、前記改質装置の燃焼器への燃焼空気の供給流量を低減させることが好ましい。

本発明の燃料電池発電装置の運転方法の第１及び第２において、前記予測される回収水タンク内の水量が低下傾向にある場合、前記冷媒の循環流量を増加させることが好ましい。

本発明によれば、燃料電池の発電負荷と燃料電池排ガス冷却用熱交換器に供給する冷媒温度とから予測される回収水の回収量と、回収水供給経路から燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク内の回収水の消費量とから、或いは、燃料電池の発電負荷と燃焼排ガス冷却水熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に供給する冷媒温度とから予測される回収水の回収量と、回収水供給経路から燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク内の回収水の消費量とから、回収水タンク内の水量変化を予測して、予測した回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御するので、燃料電池の排熱を無駄なく回収し続けながら、水自立運転を継続できる。

本発明の燃料電池発電装置の第１の実施形態の概略構成図である。 同燃料電池発電装置の制御装置で行われる制御フロー図である。 本発明の燃料電池発電装置の第２の実施形態の概略構成図である。 本発明の燃料電池発電装置の第３の実施形態の概略構成図である。 冷媒温度と、燃料電池排ガス冷却用熱交換器及び燃焼排ガス冷却用熱交換器から吐出されるガス温度との関係図である。 燃料電池排ガス冷却用熱交換器に供給する冷媒温度と、回収水タンク内の水量変化との関係図である。

本発明の燃料電池発電装置の第１の実施形態について、図１を用いて説明する。

図中の１は、燃料電池であって、アノード電極１ａ、カソード電極１ｂ、及び冷却水路１ｃを有する。

アノード電極１ａの入口側には、改質装置２の改質器２ａから伸びた改質ガス供給ラインＬ１が連結している。また、アノード電極１ａの出口側からは、アノードオフガス排出ラインＬ２が伸びて、改質装置２に併設された燃焼器２ｂに連結している。

カソード電極１ｂの入口側は、反応空気ブロワＢ１から伸びた空気供給ラインＬ３が連結している。この空気供給ラインＬ３には加湿器３が配置されていて、後述する電池冷却水供給ラインＬ５を流通する電池冷却水によって空気が加湿される。また、カソード電極１ｂの出口側からは、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１が配置されたカソードオフガス排出ラインＬ４が伸びて、回収水タンク４に連結している。燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１では、蓄熱槽７から供給される冷媒との熱交換により、カソードオフガス（燃料電池排ガス）を冷却してガス中の水分を凝縮させる。

冷却水路１ｃの冷却水供給側は、電池冷却水タンク５の下方から伸びた電池冷却水供給ラインＬ５が連結している。この電池冷却水供給ラインＬ５には、冷却水ポンプＰ１、加湿器３、電池冷却水冷却用熱交換器Ｑ２が配置されており、電池冷却水供給ラインＬ５を流通する電池冷却水は、カソード電極１ｂに導入される空気を加湿した後、電池冷却水冷却用熱交換器Ｑ２で冷却されて、冷却水路１ｃに導入されるように構成されている。また、冷却水路１ｃの冷却水排出側からは、電池冷却水排出ラインＬ６が伸びて、電池冷却水タンク５の上部に接続している。

改質装置２は、水蒸気改質触媒が充填された改質器２ａと、バーナが配置された燃焼器２ｂとを備え、バーナで燃焼用燃料を燃焼した際に発生する燃焼熱及び燃焼排ガスで改質器２ａを加熱するように構成されている。

改質器２ａの改質原料の投入側には、原燃料源から伸びた原燃料供給ラインＬ７と、電池冷却水タンク５から伸びた、改質水ポンプＰ２が介装された改質水供給ラインＬ８が連結している。また、改質器２ａの改質ガス吐出側からは、改質ガス供給ラインＬ１が伸びてアノード電極１ａに連結している。

燃焼器２ｂの燃焼燃料導入口側には、アノード電極１ａの出口側から伸びたアノードオフガス排出ラインＬ２と、燃焼空気ブロワＢ２から伸びた燃焼空気供給ラインＬ９とが接続している。また、燃焼器２ｂの燃焼排ガス排出側からは、燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３が配置された燃焼排ガスラインＬ１０が伸びて回収水タンク４と連結している。燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３では、蓄熱槽７から供給される冷媒との熱交換により、燃焼排ガスを冷却して、燃焼排ガス中の水分を凝縮させる。

回収水タンク４には、上述したカソードオフガス排出ラインＬ４と、燃焼排ガスラインＬ１０が接続している。また、回収水タンク４の側壁には、オーバフローラインＬ１１が伸びて、タンク内の水位が一定水位を超えないようにされている。また、回収水タンク４の下部からは、回収水供給ラインＬ１２が伸びて、電池冷却水タンク５に接続している。この回収水供給ラインＬ１２には、上流側から、回収水ポンプＰ３、水処理装置６が配置されている。回収水ポンプＰ３は、電池冷却水タンク５の水位が一定となるように出力を調整する。水処理装置６としては、回収水タンク４で回収した回収水を脱イオン処理する装置であれば特に限定はなく、電気式脱イオン装置、金属イオン除去装置、活性炭フィルタ、水処理樹脂（イオン交換樹脂など）などが挙げられる。これらを単独で使用してもよく、複数を併用してもよい。なかでも、ランニングコストやメンテナンスコストを低減できるという理由から電気式脱イオン装置を使用することが好ましく、電気式脱イオン装置の上流側に金属イオン除去装置を配置し、電気式脱イオン装置の下流側に水処理樹脂を配置することがより好ましい。

蓄熱槽７の下部からは、冷媒供給ラインＬ１３が伸びている。この冷媒供給ラインＬ１３の先端側は、第１循環ポンプＰ４が配置され、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１、燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３の順に通過して蓄熱槽７の上部に接続する第１の冷媒流通ラインＬ１４と、第２循環ポンプＰ５が配置され、電池冷却水冷却用熱交換器Ｑ２を通過して蓄熱槽７の上部に接続する第２の冷媒流通ラインＬ１５とに分岐している。すなわち、蓄熱槽７では、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１、電池冷却水冷却用熱交換器Ｑ２、燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３に対し槽内の冷媒を流通させ、各熱交換器で回収した熱量を蓄熱槽７に蓄熱するように構成されている。また、蓄熱槽７には、外部冷媒の供給ラインＬ１６、冷媒取り出しラインＬ１７が設けられている。

冷媒供給ラインＬ１３から引き抜かれる蓄熱槽７内の冷媒の温度、燃料電池１の発電負荷は、それぞれ制御装置１００に送信され、下記式（１）に基づいて、回収水の回収量（Ｗ１）が算出される。
回収水の回収量（Ｗ１）＝熱交換器に導入前のガスに含まれる全水分量（Ｗ_ｉｎ）−熱交換器を通過後のガスに含まれる水蒸気量（Ｗ_ｏｕｔ） ・・・（１）

上記式（１）における、「熱交換器に導入前のガスに含まれる全水分量（Ｗ_ｉｎ）」は、燃料電池の発電負荷によって変動し、また、装置設計により異なるので、燃料電池の発電負荷と、該発電負荷時における燃料電池排ガス中の水分量及び燃焼排ガス中の水分量との関係を予め求めておく。

また、上記式（１）における「熱交換器を通過後のガスに含まれる水蒸気量（Ｗ_ｏｕｔ）」は、各熱交換器に導入する冷媒温度と、各熱交換器から導出されるガス（以下、「出口ガス」という）の温度の関係を予め求めておき、当該温度の冷媒を流通させる際の各出口ガスの温度を求める。そして出口ガスの温度とガス量からその時の飽和水蒸気量を算出する。ここでガス量は原燃料（水素または都市ガスなど）流量と燃焼空気流量、反応空気流量（カソード空気流量）から算出する。

また、回収水ポンプＰ３の出力は制御装置１００に送信され、下記式（２）に基づいて、燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク４内の回収水の消費量（Ｗ２）が算出される。
回収水の消費量（Ｗ２）＝回収水ポンプＰ３による回収水の送液量 ・・・（２）

また、制御装置１００では、上述のように算出された、回収水の回収量（Ｗ１）の値と、回収水の消費量（Ｗ２）の値から、下記式（３）に基づいて、回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ_ａｌｌ）が算出される。
回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ_ａｌｌ）＝起動時最低必要水量（Ｗ_ｂａｓａ）＋起動時に回収水タンク４内に残存する回収水の余剰量（Ｗ０）＋（回収水の回収量の積算量（Ｗ１_{ｔｏｔａｌ}）−回収水の消費量の積算量（Ｗ２_{ｔｏｔａｌ}）） ・・・（３）

なお、「回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ_ａｌｌ）」の上限は、回収水タンク４の容積と、オーバフローラインＬ１１の設置位置とから求められ、オーバフローラインＬ１１以下の水量である。また、「起動時に回収水タンク４内に残存する回収水の余剰量（Ｗ０）」は、前回の発電終了時における回収水の回収量の積算量と、前回の発電終了時における回収水の消費量の積算量との差分から算出できる。

また、制御装置１００は、反応空気ブロワＢ１の出力、燃焼空気ブロワＢ２の出力、第１循環ポンプＰ４の出力、各系統への停止信号の出力を、後述する図２に示すフローチャートに従って制御するようになっている。

次に、上記燃料電池発電装置を用いた、本発明の燃料電池発電装置の運転方法について説明する。

改質装置２の改質器２ａに、原燃料供給ラインＬ７から原燃料と、改質水供給ラインＬ８から改質水とを供給して、水蒸気改質反応により水素に富む改質ガスを生成させる。そして、改質装置２で生成した改質ガスをアノード電極１ａに供給する。なお、水蒸気改質反応は、吸熱反応であることから、改質装置２の燃焼器２ｂに、アノードオフガス排出ラインＬ２からアノードオフガス（燃焼用燃料）と、燃焼空気供給ラインＬ９から燃焼空気を供給し、これらを燃焼して改質器２ａを加熱する。

燃料電池１では、アノード電極１ａに改質ガスを供給し、カソード電極１ｂに空気を供給して、これらを電気化学反応させて発電する。燃料電池１は、発電に伴い発熱するので、電池冷却水タンク５内に貯留された電池冷却水を、電池冷却水冷却用熱交換器Ｑ２で所定温度に冷却した後、冷却水路１ｃに導入して燃料電池１を冷却する。

カソード電極１ｂから排出されるカソードオフガスは、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１で冷却されて、カソードオフガス凝縮水とカソードオフガスと共に、カソードオフガス排出ラインＬ４を通って回収水タンク４に供給される。

アノード電極１ａから排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス排出ラインＬ２を通って燃焼器２ｂへと供せられ、燃焼用燃料として用いられる。

改質装置２の燃焼器２ｂから排出される燃焼排ガスは、燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３で冷却されて、燃焼排ガス凝縮水と燃焼排ガスと共に、燃焼排ガスラインＬ１０を通って回収水タンク４に供給される。

蓄熱槽７では、第１循環ポンプＰ４、第２循環ポンプＰ５を作動させて、第１の冷媒流通ラインＬ１４及び第２の冷媒流通ラインＬ１５に冷媒をそれぞれ流通させる。第１の冷媒流通ラインＬ１４を流通する冷媒は、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１、燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３の順に通過し、それぞれの熱交換器でガス中の熱を奪ってそれぞれのガスから熱量を回収して蓄熱槽７に返送される。燃焼排ガスには、炭酸ガスが多量に含まれているので、燃焼排ガスから回収する凝縮水には、炭酸イオンが比較的高濃度含まれているが、高温の燃焼排ガスに含まれる水分は、低温の燃焼排ガスに含まれる水分に比べ、炭酸ガスの溶解量が少ない。このため、燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３には、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１にて、カソードオフガスとの熱交換により加温された冷媒を流通して、比較的高温で燃焼排ガスから凝縮水を回収するようにすることにより、燃焼排ガスからは、炭酸イオンのより少ない凝縮水を回収でき、後段の水処理装置６にかかる負荷をより低減できる。また、第２の冷媒流通ラインＬ１５を流通する冷媒は、電池冷却水冷却用熱交換器Ｑ２にて、電池冷却水から熱量を回収して蓄熱槽７に返送される。

すなわち、蓄熱槽７は、槽内の冷媒を循環させ、燃料電池排ガスや燃焼排ガスを冷却し、それぞれのガス中の水分を凝縮すると共に、電池冷却水、燃料電池排ガス、燃焼排ガスから回収した熱量を蓄熱槽７に蓄熱する。そして、蓄熱槽７に回収した熱量は、槽内の冷媒と共に冷媒取出しラインＬ１７から引き抜かれて給湯設備や暖房設備に供される。また、蓄熱槽７には、新たな冷媒が供給ラインＬ１６から供給される。

蓄熱槽７において、熱の回収量と、給湯設備や暖房設備における熱の消費量との収支バランスが取れていれば、蓄熱槽７内の冷媒温度が増加することはないが、熱の回収量が、消費量よりも多くなると、蓄熱槽内の冷媒温度が上昇する。冷媒温度が上昇することにより、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１、燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３において、燃料電池排ガスや燃焼排ガスの冷却効率が低下することにより、回収水の回収量が低下する。そして、回収水の回収量が低下して、回収水の消費量を下回った状態で運転し続けると最終的に水自立運転が破たんする。

本発明では、燃料電池１の発電負荷と燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１及び燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３に供給する冷媒温度とから回収水の回収量を予測し、この予測した回収水の回収量と、燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク内の回収水の消費量とを比較して、回収水タンク内の水量変化を予測し、予測される回収水タンク内の水量変化に基づき、回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御する。

すなわち、図２に示すように、燃料電池１の発電負荷と、冷媒供給ラインＬ１３から引き抜かれる蓄熱槽７内の冷媒温度が入力され（ステップＳ１）、前述した式（１）〜（３）に基づいて、回収水の回収量（Ｗ１）、回収水の消費量（Ｗ２）、回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ_ａｌｌ）が算出される。

そして、回収水の回収量（Ｗ１）の値と、回収水の消費量（Ｗ２）の値との比較が行われ（ステップＳ２）、回収水の回収量（Ｗ１）≧回収水の消費量（Ｗ２）の場合は、水自立運転が可能であると判断して、発電を継続する（ステップＳ３）。

一方、回収水の回収量（Ｗ１）＜回収水の消費量（Ｗ２）の場合は、回収水タンク４内の水量は低下傾向にあり、次に、回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ_ａｌｌ）と、起動時最低必要水量（Ｗ_ｂａｓａ）との比較が行われる（ステップＳ４）。

回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ_ａｌｌ）≦起動時最低必要水量（Ｗ_ｂａｓａ）の場合は、水自立運転ができないと判断し、燃料電池発電装置に停止信号を送信し（ステップＳ５）、燃料電池発電装置の運転を停止して制御終了とする。

回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ_ａｌｌ）＞起動時最低必要水量（Ｗ_ｂａｓａ）の場合は、反応空気ブロワＢ１、燃焼空気ブロワＢ２に対し、出力低下信号を送信し（ステップＳ６）、カソード電極１ｂへの空気供給量、燃焼器２ｂへの燃焼空気供給量を低下させる。これにより、冷媒との熱交換により、ガス中の水分が凝縮しきれずに系外に排出される水分量を低減できるので、結果として回収水の回収量を増加できる。

そして、再度、燃料電池１の発電負荷と、冷媒供給ラインＬ１３から引き抜かれる蓄熱槽７内の冷媒温度が入力され（ステップＳ７）、前述した式（１）〜（３）に基づいて、回収水の回収量（Ｗ１）、回収水の消費量（Ｗ２）、回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ_ａｌｌ）が算出される。次いで、回収水の回収量（Ｗ１）の値と、回収水の消費量（Ｗ２）の値との比較が行われ（ステップＳ８）、回収水の回収量（Ｗ１）≧回収水の消費量（Ｗ２）の場合は、反応空気ブロワＢ１、燃焼空気ブロワＢ２の出力を戻し（ステップＳ９）、発電を継続する。回収水の回収量（Ｗ１）＜回収水の消費量（Ｗ２）の場合は、次に、反応空気ブロワＢ１、燃焼空気ブロワＢ２の出力が限界まで低下されているか判断し（ステップＳ１０）、限界まで達していなければ、反応空気ブロワＢ１、燃焼空気ブロワＢ２の出力を更に低下させる。一方、限界まで達していた場合は、第１循環ポンプＰ４の出力を増加させる（ステップＳ１１）。これにより、第１冷媒流通ラインを流通する冷媒の循環流量が増加するので、燃料電池排ガスや燃焼排ガスの冷却効率が上昇し、回収水の回収量が増加する。

そして、再度、燃料電池１の発電負荷と、冷媒供給ラインＬ１３から引き抜かれる蓄熱槽７内の冷媒温度が入力され（ステップＳ１２）、前述した式（１）〜（３）に基づいて、回収水の回収量（Ｗ１）、回収水の消費量（Ｗ２）、回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ_ａｌｌ）が算出される。次いで、回収水の回収量（Ｗ１）の値と、回収水の消費量（Ｗ２）の値との比較が行われ（ステップＳ１３）、回収水の回収量（Ｗ１）≧回収水の消費量（Ｗ２）の場合は、第１循環ポンプＰ４の出力を定常状態に戻し（ステップＳ１４）、発電を継続する。また、回収水の回収量（Ｗ１）＜回収水の消費量（Ｗ２）の場合は、次に第１循環ポンプＰ４の出力が限界に達しているか判断し（ステップＳ１５）、限界まで達していなければ、第１循環ポンプＰ４の出力を更に増大させる。一方、限界まで達していた場合は、このままの状態で発電を継続し、回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ_ａｌｌ）が、起動時最低必要水量（Ｗ_ｂａｓａ）を下回るまで運転を継続し（ステップＳ１６）する。

このようにこの実施形態によれば、燃料電池１の発電負荷と、蓄熱槽７から燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１に供給する冷媒の温度と、回収水ポンプＰ３の出力とから、回収水タンク内の水量及び回収水タンク４内の水量変化を予測できるので、回収水タンク４内に水位センサ等の設備は特に不要であり、装置コストをより低減できる。そして、予測した回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御するので、燃料電池の排熱を無駄なく回収し続けながら、水自立運転を継続できる。また、回収水タンク４内の水量が低下傾向にある場合であっても、回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ_ａｌｌ）が、起動時最低必要水量（Ｗ_ｂａｓａ）を下回るまで、負荷を低下させることなく発電を継続できるので、蓄熱槽７には、より多量の熱量を蓄熱できる。

なお、ステップＳ６〜Ｓ９における反応空気ブロワＢ１、燃焼空気ブロワＢ２の出力の制御と、ステップＳ１０〜Ｓ１３における第１循環ポンプＰ４の出力の制御は、順番を入れ替えて行ってもよく、どちらか一方のみの制御であってもよい。また、この実施形態では、ステップＳ６〜Ｓ９において、反応空気ブロワＢ１及び燃焼空気ブロワＢ２の出力を制御することとしたが、いずれか一方の出力を制御するようにしてもよい。

本発明の燃料電池発電装置の第２の実施形態について、図３を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同一箇所には、同一符号を付してその説明を省略する。

この実施形態の燃料電池発電装置は、アノード電極１ａの入口側に、水素含有ガス供給源から伸びた水素含有ガス供給ラインＬ２０が接続している。

また、アノード電極１ａの出口側から伸びたアノードオフガス排出ラインＬ２は、燃焼装置８に接続している。このアノードオフガス排出ラインＬ２のアノード電極１ａと燃焼装置８との間には、逆止弁Ｖ１が配置されたバイパス配管Ｌ２１が伸び、水素含有ガス供給ラインＬ２０に接続している。

この実施形態の燃料電池発電装置では、回収水タンク４には、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１にて、カソードオフガスを冷却して回収された凝縮水が回収され、蓄熱槽７には、カソードオフガスから回収した熱量と、電池冷却水から回収した熱量が蓄熱される。

また、制御装置１００’では、回収水の回収量（Ｗ１’）、回収水の消費量（Ｗ２’）、回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ’_ａｌｌ）を、下式（１’）〜（３’）に基づいて算出する。

回収水の回収量（Ｗ１’）＝燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１に導入前のカソードガスに含まれる全水分量（Ｗ’_ｉｎ）−燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１を通過後のカソードガスに含まれる水蒸気量（Ｗ’_ｏｕｔ） ・・・（１’）
回収水の消費量（Ｗ２’）＝回収水ポンプＰ３の出力 ・・・（２’）
回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ’_ａｌｌ）＝起動時最低必要水量（Ｗ’_ｂａｓａ）＋起動時に回収水タンク４内に残存する回収水の余剰量（Ｗ０’）＋（回収水の回収量の積算量（Ｗ１’_{ｔｏｔａｌ}）−回収水の消費量の積算量（Ｗ２’_{ｔｏｔａｌ}）） ・・・（３’）

また、制御装置１００’は、反応空気ブロワＢ１の出力、第１循環ポンプＰ４の出力、各系統への停止信号の出力を、上述した図２に示すフローチャート（ただし「Ｂ２」を除く）に従って制御するようになっている。

したがって、この実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、燃料電池１の発電負荷と、蓄熱槽７内の冷媒温度と、回収水ポンプＰ３の出力とから、回収水タンク内の水量及び回収水タンク４内の水量変化を予測でき、予測した回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御するので、燃料電池の排熱を無駄なく回収し続けながら、水自立運転を継続できる。

本発明の燃料電池発電装置の第３の実施形態について、図４を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同一箇所には、同一符号を付してその説明を省略する。

この実施形態の燃料電池発電装置は、アノード電極１ａの入口側に、水素含有ガス供給源から伸びた水素含有ガス供給ラインＬ２０が接続している。この水素含有ガス供給ラインＬ２０には、途中にアノードオフガス燃焼ガス冷却用熱交換器Ｑ４が配置されている。

また、アノード電極１ａの出口側から伸びたアノードオフガス排出ラインＬ２は、燃焼装置８に接続している。このアノードオフガス排出ラインＬ２のアノード電極１ａと燃焼装置８との間には、逆止弁Ｖ１が配置されたバイパス配管Ｌ２１が伸び、水素含有ガス供給ラインＬ２０に接続している。

また、燃焼装置８からは、アノードオフガス燃焼ガス冷却用熱交換器Ｑ４が介装されたアノードオフガス燃焼ガス排出ラインＬ２２が伸びて、気水分離器９に接続している。

気水分離器９の気相側からは、排気ラインＬ２３が伸びて、系外に気水分離後のアノードオフガス燃焼ガスを排気するように構成されている。また、気水分離器９の液相側からは、凝縮水回収ラインＬ２４が伸びて、回収水タンク４に接続している。

この実施形態の燃料電池発電装置では、回収水タンク４には、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１にて、カソードオフガスを冷却して回収された凝縮水と、気水分離器９にて、アノードオフガス燃焼ガスを気水分離して、凝縮水を回収する。また、蓄熱槽７には、カソードオフガスから回収した熱量と、電池冷却水から回収した熱量が蓄熱される。

また、制御装置１００’’では、回収水の回収量（Ｗ１’’）、回収水の消費量（Ｗ２’’）、回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ’’_ａｌｌ）を、下式（１’’）〜（３’’）に基づいて算出する。

回収水の回収量（Ｗ１’’）＝燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１に導入前のカソードガスに含まれる全水分量（Ｗ’’_ｉｎ）＋気水分離器９の液相側から回収される水分量（Ｗ_ｌｉｑ）−燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１を通過後のカソードオフガスに含まれる水蒸気量（Ｗ_ｏｕｔ） ・・・（１’’）
回収水の消費量（Ｗ２’’）＝回収水ポンプＰ３の出力 ・・・（２’’）
回収水タンク４内の回収水の水量（Ｗ’’_ａｌｌ）＝起動時最低必要水量（Ｗ’’_ｂａｓａ）＋起動時に回収水タンク４内に残存する回収水の余剰量（Ｗ０’’）＋（回収水の回収量の積算量（Ｗ１’’_{ｔｏｔａｌ}）−回収水の消費量の積算量（Ｗ２’’_{ｔｏｔａｌ}）） ・・・（３’’）

また、制御装置１００’’は、反応空気ブロワＢ１の出力、第１循環ポンプＰ４の出力、各系統への停止信号の出力を、上述した図２に示すフローチャート（ただし「Ｂ２」は除く）に従って制御するようになっている。

上記式（１’’）において、気水分離器９の液相側から回収される水分量（Ｗ_ｌｉｑ）は、アノードオフガス燃焼ガスに含まれる水分量から気水分離器出口ガスに含まれる水分量の差から求める。ここで気水分離器出口ガスに含まれる水分量は、気水分離器出口ガスの温度とガス量からその時の飽和水蒸気量を求める。ここでガス量は原燃料（水素）流量と燃焼空気流量から算出する。

したがって、この実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、燃料電池１の発電負荷と、蓄熱槽７内の冷媒温度と、回収水ポンプＰ３の出力とから、回収水タンク内の水量及び回収水タンク４内の水量変化を予測でき、予測した回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御するので、燃料電池の排熱を無駄なく回収し続けながら、水自立運転を継続できる。更には、この実施形態では、アノード電極１ａには、アノードオフガス燃焼ガスとの熱交換によって加温された水素含有ガスが供給されるので、水素含有ガスを導入しても燃料電池１の温度が低下し難く、発電反応を安定して実施できる。

なお、この実施形態では、アノードオフガス燃焼ガス冷却用熱交換器Ｑ４の冷媒として水素含有ガスを用いたが、水素含有ガスの代わりに蓄熱槽７内の冷媒を流通して、アノードオフガス燃焼ガスの熱量を蓄熱槽７で回収するようにしてもよい。

図１に示す定格１ｋＷの燃料電池発電装置を用いて発電処理を行った。この回収水タンク４における起動時最低必要水量（Ｗ_ｂａｓａ）は１５０ｇで、起動時には２７０ｇの回収水が貯留されていた。
１ｋＷで発電を行ったところ、燃焼器２ｂから吐出される燃焼排ガス中の水分量は７．２ｇ／ｍｉｎ、カソード電極１ｂから吐出されるカソードオフガス（燃料電池排ガス）の水分量は２２．０ｇ／ｍｉｎであった。また、アノード電極１ａから吐出されるアノードオフガス（燃料電池排ガス）をドレントラップを通して水分を回収したところ、回収水量は４．１ｇ／ｍｉｎであった。
また、改質器２ａにおける回収水（改質水）の消費量は１１．９ｇ／ｍｉｎ、加湿器３における回収水（加湿水）の消費量は１２．８ｇ／ｍｉｎであった。

次に、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１に導入する燃料電池排ガス温度を６９．５℃、燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３に導入する燃焼排ガス温度を７３．８℃、２５〜４０℃の冷媒を、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１から燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３の順に通して、燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３から吐出される冷媒が６０．４℃となるように冷媒流量を変化させて、各熱交換器から吐出されるガス温度、冷媒温度を調べた。結果を表１，図５に示す。

次に、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１に供給する冷媒温度を２５〜４０℃に変化させて、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１、燃焼排ガス冷却用熱交換器Ｑ３から吐出されるガス中の水分量を調べた。結果を表２に記す。

上記結果に基づき、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１に供給する冷媒温度と、回収水タンク４の不足水量（ｇ／ｍｉｎ）を調べたとろ、図６に示す関係が得られ、下式（４）で表された。
回収水タンク４の不足水量（ｇ／ｍｉｎ）＝０．１９０２×（燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１に供給する冷媒温度）−６．９４ ・・・（４）

燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１に供給する冷媒温度が３６．５℃未満で発電をおこなうことで、水自立運転できた。
また、燃料電池排ガス冷却用熱交換器Ｑ１に供給する冷媒温度が４１．８℃で発電したところ、水タンク内の水量が１ｇ／ｍｉｎで減少し、１２０分後には回収水タンク４内の水量が起動時最低必要水量（Ｗ_ｂａｓａ）に達したので、発電を停止した。

１：燃料電池
１ａ：アノード電極
１ｂ：カソード電極
１ｃ：冷却水路
２：改質装置
２ａ：改質器
２ｂ：燃焼器
３：加湿器
４：回収水タンク
５：電池冷却水タンク
６：水処理装置
７：蓄熱槽
８：燃焼装置
９：気水分離器
１００，１００’，１００’’：制御装置
Ｌ１：改質ガス供給ライン
Ｌ２：アノードオフガス排出ライン
Ｌ３：空気供給ライン
Ｌ４：カソードオフガス排出ライン
Ｌ５：回収水供給ライン
Ｌ５：電池冷却水供給ライン
Ｌ６：電池冷却水排出ライン
Ｌ７：原燃料供給ライン
Ｌ８：改質水供給ライン
Ｌ９：燃焼空気供給ライン
Ｌ１０：燃焼排ガスライン
Ｌ１１：オーバフローライン
Ｌ１２：回収水供給ライン
Ｌ１３：冷媒供給ライン
Ｌ１４：第１の冷媒流通ライン
Ｌ１５：第２の冷媒流通ライン
Ｌ１６：外部水供給ライン
Ｌ１７：温水取り出しライン
Ｌ２０：水素含有ガス供給ライン
Ｌ２１：バイパス配管
Ｌ２２：アノードオフガス燃焼ガス排出ライン
Ｌ２３：排気ライン
Ｌ２４：凝縮水回収ライン
Ｂ１：反応空気ブロワ
Ｂ２：燃焼空気ブロワ
Ｐ１：冷却水ポンプ
Ｐ２：改質水ポンプ
Ｐ３：回収水ポンプ
Ｐ４：第１循環ポンプ
Ｐ５：第２循環ポンプ
Ｑ１：燃料電池排ガス冷却用熱交換器
Ｑ２：電池冷却水冷却用熱交換器
Ｑ３：燃焼排ガス冷却用熱交換器
Ｑ４：アノードオフガス燃焼ガス冷却用熱交換器
Ｖ１：逆止弁

Claims (12)

1. 水素含有ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池と、
   前記燃料電池に対して電池冷却水を流通させると共に、電池冷却水冷却用熱交換器が設けられた燃料電池冷却水流通経路と、
   前記燃料電池から排出される燃料電池排ガスを冷却する燃料電池排ガス冷却用熱交換器が設けられた燃料電池排ガス回収水回収経路と、
   前記燃料電池排ガス中の水分を少なくとも回収する回収水タンクと、
   前記回収水タンク内の回収水を燃料電池発電装置の各系統に供給する回収水供給経路と、
   電池冷却水冷却用熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に対し、蓄熱槽に貯留された冷媒を循環させる冷媒循環経路と、
   燃料電池の発電負荷と燃料電池排ガス冷却用熱交換器に供給する冷媒温度とから予測される回収水の回収量と、前記回収水供給経路から燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク内の回収水の消費量とを比較して、回収水タンク内の水量変化を予測し、回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とする燃料電池発電装置。
2. 炭化水素を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質器及び該改質器に反応熱を供給する燃焼器を有する改質装置と、
   前記燃焼器から排出される燃焼排ガスを冷却する燃焼排ガス冷却用熱交換器が設けられた燃焼排ガス回収水回収経路と、
   前記改質ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池と、
   前記燃料電池に対して電池冷却水を流通させると共に、電池冷却水冷却用熱交換器が設けられた燃料電池冷却水流通経路と、
   前記燃料電池から排出される燃料電池排ガスを冷却する燃料電池排ガス冷却用熱交換器が設けられた燃料電池排ガス回収水回収経路と、
   前記燃料電池排ガス中の水分及び前記燃焼排ガス中の水分を少なくとも回収する回収水タンクと、
   前記回収水タンク内の回収水を燃料電池発電装置の各系統に供給する回収水供給経路と、
   燃焼排ガス冷却用熱交換器、電池冷却水冷却用熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に対し、蓄熱槽に貯留された冷媒を循環させる冷媒循環経路と、
   燃料電池の発電負荷と燃焼排ガス冷却用熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に供給する冷媒温度とから予測される回収水の回収量と、前記回収水供給経路から燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク内の回収水の消費量とを比較して、回収水タンク内の水量変化を予測し、回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とする燃料電池発電装置。
3. 前記制御装置は、回収水タンク内の水量が設定値を下回ったら発電を停止するように構成されている、請求項１又は２に記載の燃料電池発電装置。
4. 前記制御装置は、前記予測される回収水タンク内の水量が低下傾向にある場合、燃料電池への空気の供給流量を低減させるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
5. 前記制御装置は、前記予測される回収水タンク内の水量が低下傾向にある場合、燃料電池への空気の供給流量を低減させる、及び／又は、前記改質装置の燃焼器への燃焼空気の供給流量を低減させるように構成されている、請求項２に記載の燃料電池発電装置。
6. 前記制御装置は、前記予測される回収水タンク内の水量が低下傾向にある場合、前記冷媒の循環流量を増加させるように構成されている、請求項１又は２に記載の燃料電池発電装置。
7. 水素含有ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池に対して電池冷却水を流通させると共に、電池冷却水冷却用熱交換器が設けられた燃料電池冷却水流通経路と、前記燃料電池から排出される燃料電池排ガスを冷却する燃料電池排ガス冷却用熱交換器が設けられた燃料電池排ガス回収水回収経路と、前記燃料電池排ガス中の水分を少なくとも回収する回収水タンクと、前記回収水タンク内の回収水を燃料電池発電装置の各系統に供給する回収水供給経路と、電池冷却水冷却用熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に対し、蓄熱槽に貯留された冷媒を循環させる冷媒循環経路と、を備えた燃料電池発電装置の運転方法であって、
   燃料電池の発電負荷と燃料電池排ガス冷却用熱交換器に供給する冷媒温度とから回収水の回収量を予測し、
   この予測した回収水の回収量と、燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク内の回収水の消費量とを比較して、回収水タンク内の水量変化を予測し、
   予測される回収水タンク内の水量変化に基づき、回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御することを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
8. 炭化水素を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質器及び該改質器に反応熱を供給する燃焼器を有する改質装置と、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスを冷却する燃焼排ガス冷却用熱交換器が設けられた燃焼排ガス回収水回収経路と、前記改質ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池に対して電池冷却水を流通させると共に、電池冷却水冷却用熱交換器が設けられた燃料電池冷却水流通経路と、前記燃料電池から排出される燃料電池排ガスを冷却する燃料電池排ガス冷却用熱交換器が設けられた燃料電池排ガス回収水回収経路と、前記燃料電池排ガス中の水分及び前記燃焼排ガス中の水分を少なくとも回収する回収水タンクと、前記回収水タンク内の回収水を燃料電池発電装置の各系統に供給する回収水供給経路と、燃焼排ガス冷却用熱交換器、電池冷却水冷却用熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に対し、蓄熱槽に貯留された冷媒を循環させる冷媒循環経路と、を備えた燃料電池発電装置の運転方法であって、
   燃料電池の発電負荷と燃焼排ガス冷却用熱交換器及び燃料電池排ガス冷却用熱交換器に供給する冷媒温度とから回収水の回収量を予測し、
   この予測した回収水の回収量と、燃料電池発電装置の各系統に供給される回収水タンク内の回収水の消費量とを比較して、回収水タンク内の水量変化を予測し、
   予測される回収水タンク内の水量変化に基づき、回収水タンク内の水量が設定値を下回らないように発電を制御することを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
9. 回収水タンク内の水量が設定値を下回ったら発電を停止する、請求項７又は８に記載の燃料電池発電装置の運転方法。
10. 前記予測される回収水タンク内の水量が低下傾向にある場合、燃料電池への空気の供給流量を低減させる、請求項７に記載の燃料電池発電装置の運転方法。
11. 前記予測される回収水タンク内の水量が低下傾向にある場合、燃料電池への空気の供給流量を低減させる、及び／又は、前記改質装置の燃焼器への燃焼空気の供給流量を低減させる、請求項８に記載の燃料電池発電装置の運転方法。
12. 前記予測される回収水タンク内の水量が低下傾向にある場合、前記冷媒の循環流量を増加させる、請求項７又は８に記載の燃料電池発電装置の運転方法。