JP3548043B2 - 燃料電池発電システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料から生成された水素を電気化学反応させて発電を行う燃料電池発電システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、燃料と水蒸気とを反応させて水素、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器と、この改質器からの改質ガスに含まれる前記一酸化炭素を反応させて変成する一酸化炭素変成器と、この一酸化炭素変成器からの未変成の一酸化炭素を反応させて除去する一酸化炭素除去器と、この一酸化炭素除去器からの当該一酸化炭素が除去された後の前記水素と空気中に含まれる酸素とを反応させて電力を発生させる燃料電池本体とを備えた燃料電池発電システムが知られている。
【0003】
この種の燃料電池発電システムにおける前記一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体では、それぞれ常温よりも高い所定の反応温度帯で効率良く化学反応が行われる。従って、システムを起動させるためには、各機器の温度を反応温度帯まで上昇させる必要がある。
【0004】
また、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器では、改質器からの高温の改質ガスを通すことによる昇温及び自己の発熱反応によって温度を上昇させることも可能であるが、この方法によって反応温度帯まで上昇させると、例えば一酸化炭素変成器及び一酸化炭素除去器では2〜3時間を要するという問題がある。
【0005】
この問題を解決するために、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体のそれぞれに昇温手段を設け、この昇温手段により一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体のそれぞれを昇温する燃料電池発電システムが提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の燃料電池発電システムでは、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体のそれぞれに昇温手段を設けると、部品点数が増加してシステム全体が大型化すると共にコストアップを招くという問題がある。
【0007】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、少ない部品点数で、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体を速やかに昇温できる燃料電池システムを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器および燃料電池本体を順に接続し、当該燃料電池本体で、空気中の酸素と、前記改質器で生成され、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した後の水素とを反応させて電力を発生させ、前記燃料電池本体には当該燃料電池本体を冷却するための冷却水を循環させる燃料電池発電システムにおいて、前記一酸化炭素変成器を水を介さずに加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱される熱交換器と、を備え、発電システムの起動時に、前記加熱手段を作動させて、前記一酸化炭素変成器を加熱すると共に、前記熱交換器に前記燃料電池本体の前記冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で前記燃料電池本体を昇温させることを特徴とするものである。
【0009】
この発明によれば、発電システムの起動時に、加熱手段を作動させて、一酸化炭素変成器を加熱すると共に、熱交換器に前記燃料電池本体の冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で燃料電池本体を昇温させるので、一酸化炭素変成器を加熱する加熱手段で燃料電池本体が昇温され、燃料電池本体専用の昇温手段が不要となり、発電システムの小型化が可能になると共に、製造コストを低減できる。
【0010】
請求項2記載の発明は、改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器および燃料電池本体を順に接続し、当該燃料電池本体で、空気中の酸素と、前記改質器で生成され、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した後の水素とを反応させて電力を発生させ、前記燃料電池本体には当該燃料電池本体を冷却するための冷却水を循環させる燃料電池発電システムにおいて、前記一酸化炭素除去器を水を介さずに加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱される熱交換器と、を備え、発電システムの起動時に、前記加熱手段を作動させて、前記一酸化炭素除去器を加熱すると共に、前記熱交換器に前記燃料電池本体の前記冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で前記燃料電池本体を昇温させることを特徴とすることを特徴とするものである。
【0011】
この発明によれば、発電システムの起動時に、加熱手段を作動させて、一酸化炭素除去器を加熱すると共に、熱交換器に燃料電池本体の冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で燃料電池本体を昇温させるので、一酸化炭素除去器を加熱する加熱手段で燃料電池本体が昇温され、燃料電池本体専用の昇温手段が不要となり、発電システムの小型化が可能になると共に、製造コストを低減できる。
【0012】
請求項3記載の発明は、改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器および燃料電池本体を順に接続し、当該燃料電池本体で、空気中の酸素と、前記改質器で生成され、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した後の水素とを反応させて電力を発生させ、前記燃料電池本体には当該燃料電池本体を冷却するための冷却水を循環させる燃料電池発電システムにおいて、熱交換器と前記一酸化炭素変成器と前記一酸化炭素除去器とを収納する箱体と、前記熱交換器と前記一酸化炭素変成器と前記一酸化炭素除去器とを同時に水を介さずに加熱する加熱手段と、を備え、発電システムの起動時に、前記加熱手段を作動させて、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器を加熱すると共に、前記熱交換器に前記燃料電池本体の前記冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で前記燃料電池本体を昇温させることを特徴とするものである。
【0013】
この発明によれば、発電システムの起動時に、加熱手段を作動させて、一酸化炭素変成器および一酸化炭素除去器を加熱すると共に、熱交換器に前記燃料電池本体の冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で燃料電池本体を昇温させるので、一酸化炭素変成器および一酸化炭素除去器を加熱する加熱手段で燃料電池本体が昇温され、例えば1個の加熱手段で一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体の昇温が可能になり、発電システムを小型化できると共に、製造コストを低減できる。
【0014】
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項記載の燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池本体を冷却するための前記冷却水を貯留するタンクと、当該タンクに接続され、前記燃料電池本体に前記冷却水を循環させる第1循環ポンプと、前記タンクに接続され、前記熱交換器に水を循環させる第2循環ポンプと、を備え、発電システムの起動時に、前記第1、第2循環ポンプを運転させて、前記燃料電池本体の温度が所定の温度に上昇した場合、前記第1循環ポンプを運転したまま、前記第2循環ポンプを停止させる制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【0015】
この発明によれば、発電システムの起動時に、燃料電池本体の温度が所定の温度に上昇した場合、第1循環ポンプを運転したまま、第2循環ポンプを停止させるので、燃料電池本体の温度が所定の温度に上昇した時にタンク内の水の温度上昇が停止されて、燃料電池本体を昇温する運転から冷却する運転に移行させることができる。
【0016】
請求項5記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項記載の燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池本体を冷却するための前記冷却水を貯留するタンクと、当該タンクに接続され、前記燃料電池本体に前記冷却水を循環させる第1循環ポンプと、前記タンクに接続され、前記熱交換器に水を循環させる第2循環ポンプと、を備え、発電システムの起動時に、前記第2循環ポンプを運転させて、前記タンク内の水温が第1の温度に上昇した場合、さらに前記第1循環ポンプを運転し、第1の温度よりも高い第2の温度に上昇した場合、前記第1循環ポンプを運転したまま、前記第2循環ポンプを停止させる制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【0017】
この発明によれば、水タンク内の水温が所定の第1の温度に上昇した時に第1循環水ポンプによって水タンクから燃料電池本体への水の循環を開始するので、第1の温度を燃料電池本体を昇温可能な温度に設定すれば、発電システム起動直後の燃料電池本体の冷却が防止されて効率良く燃料電池本体を昇温することができると共に、無駄な第1循環ポンプの運転が防止されて消費エネルギを抑制できる。また、水タンク内の水温が所定の第2の温度に上昇した時に第2循環ポンプによる水タンクから熱交換器への水の循環が停止されるので、燃料電池本体の温度が第2の温度に上昇した時にタンク内の水の温度上昇が停止されて、燃料電池本体を冷却する運転に移行させることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0019】
図1は、本実施形態による燃料電池発電システムを示し、この燃料電池発電システムでは、天然ガス、都市ガス、ナフサ等の燃料ガスから水素が生成され、この生成された水素と空気中の酸素とを電気化学反応させて発電が行われる。
【0020】
燃料電池発電システムは、燃料の供給源である燃料供給源1と、燃料ガスから硫黄成分を除去する脱硫器2と、燃料ガスから水素、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器3と、この改質器3からの改質ガスに含まれる一酸化炭素を変成する一酸化炭素変成器4と、この一酸化炭素変成器4からの未変成の一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器5と、この一酸化炭素除去器5からの当該一酸化炭素が除去された後の水素と空気中に含まれる酸素とを反応させて電力を発生させる固体高分子型の燃料電池本体6とを備える。燃料電池本体6は、燃料極(アノード)6a、空気極(カソード)6b、冷却部6cを備える。
【0021】
前記燃料供給源1からはガス管11が延び、このガス管11には圧力調整弁12、開閉弁13及び流量調整弁13´が設けられ、ガス管11は脱硫器2に接続される。また、前記圧力調整弁12及び開閉弁13の間のガス管11からはガス管14が分岐して延び、このガス管14には圧力調整弁15が設けられ、ガス管14はガス管14a及びガス管14bに二股分岐する。ガス管14aには開閉弁16及び流量調整弁17が設けられ、ガス管14aは改質器3のバーナ18に接続される。このバーナ18には当該バーナ18に空気を供給する送風機19が取り付けられる。ガス管14bには開閉弁20及び流量調整弁21が設けられ、ガス管14bは一酸化炭素変成器4及び一酸化炭素除去器5を加熱するバーナ(加熱手段)22に接続される。このバーナ22には当該バーナ22に空気を供給する送風機23が取り付けられる。また、前記脱硫器2からはガス管24が延び、このガス管24には予熱用熱交換器25が設けられ、ガス管24は改質器3に接続される。この改質器3には温度センサ26が設けられる。符号91は排気ダクトを示す。改質器3からはガス管27が延び、このガス管27は前記予熱用熱交換器25を経由する。また、ガス管27には熱回収用熱交換器28が設けられ、この熱回収用熱交換器28の出口側ガス管27には温度センサ29が設けられ、ガス管27は一酸化炭素変成器4に接続される。一酸化炭素変成器4には温度センサ31が設置され、当該一酸化炭素変成器4からはガス管30が延び、このガス管30は一酸化炭素除去器5に接続される。符号32はガス管30に空気を送り込む空気ポンプを示す。一酸化炭素除去器5には温度センサ33が取り付けられると共にメインタンク水昇温用熱交換器63が取り付けられる。尚、一酸化炭素変成器4及び一酸化炭素除去器5は箱体100に収納され、この箱体100には前記バーナ22が取り付けられる。符号92は排気ダクトを示す。一酸化炭素除去器5からはガス管34が延び、このガス管34には熱回収用熱交換器35、温度センサ36、及び開閉弁37が設けられ、ガス管34は燃料電池本体6の燃料極6aに接続される。熱回収用熱交換器35及び開閉弁37の間のガス管34からはガス管38が分岐して延び、このガス管38には開閉弁39が設けられ、ガス管38は前記バーナ18に接続される。燃料極6aからはガス管40が延びてメイン水タンク(タンク)41に接続され、このメイン水タンク41からはガス管42が延び、このガス管42には開閉弁43が介装され、ガス管42は前記ガス管38の前記開閉弁39の下流側に合流する。空気極6bには吸込ダクト93が接続され、この吸込ダクト93には送風機94及び予熱用熱交換器95が設けられる。符号96は排気ダクトを示す。また、燃料電池本体6は当該燃料電池本体6の温度を検出する温度センサ97を備える。
【0022】
燃料電池発電システムは、前記メイン水タンク41の他に、純水タンク51と、サブ水タンク52とを備える。純水タンク51は内部の純水の水位を検出する水位センサ53を有する。純水タンク51からは水管54が延び、この水管54には水ポンプ55及び開閉弁56が設けられ、水管54はメイン水タンク41に接続される。このメイン水タンク41はタンク内の水の水位を検知する水位センサ57を備える。メイン水タンク41からは往き水管58aが延び、この往き水管58aには第1循環ポンプ59が設けられ、往き水管58aは燃料電池本体6の冷却部6cに接続される。この冷却部6cからは戻り水管58bがメイン水タンク41に延びて接続される。また、メイン水タンク41からは往き水管61aが延び、この往き水管61aには第2循環ポンプ62が設けられ、往き水管61aはメインタンク水昇温用熱交換器63に接続される。このメインタンク水昇温用熱交換器63からは戻り水管61bが延び、この戻り水管61bはメイン水タンク41に接続される。
【0023】
また、純水タンク51からは水管71が延び、この水管71には水ポンプ72が設けられ、水管71は水管71aと水管71bとに二股分岐する。水管71aには流量調整弁73が設けられ、水管71aは熱回収用熱交換器35を経由して前記サブ水タンク52に接続される。熱回収用熱交換器35からはドレン管74が延び、このドレン管74はサブ水タンク52に接続される。また、水管71bには流量調整弁75が設けられ、水管71bは熱回収用熱交換器28を経由してサブ水タンク52に接続される。このサブ水タンク52は内部の水の水位を検知する水位センサ76を備える。サブ水タンク52からは水管77が延び、この水管77には水ポンプ78、開閉弁79、流量センサ80が設けられ、水管77は改質器3に取り付けられた水蒸気発生器81に接続される。この水蒸気発生器81からは水蒸気管82が延び、この水蒸気管82には過熱用熱交換器83が設けられ、水蒸気管82は前記ガス管24に接続される。
【0024】
(水素を含む改質ガスの生成)
燃料電池発電システムの運転が開始されると、燃料供給源1から流量調整弁13´で流量が制御された燃料ガスがガス管11を通じて脱硫器2に送られ、この脱硫器2で燃料ガスから硫黄成分が除去される。この脱硫された燃料ガスには水蒸気発生器81で発生した水蒸気が水蒸気管82を介して混入され、燃料ガス及び水蒸気はガス管24を通じて改質器3に送られる。改質器3ではバーナ18が常時燃焼され、このバーナ18の燃焼ガス熱により例えば700〜800℃に加熱され、水蒸気と燃料ガスとから水蒸気改質反応により水素、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。この高温の改質ガスはガス管27を通り、予熱用熱交換器25で改質器3に送られる前の燃料ガスを予熱し、熱回収用熱交換器28を経由して、一酸化炭素変成器4に送られる。
【0025】
燃料極6aからガス管40に導出された改質ガスには燃料極6aの化学反応で未反応だった水素が含まれるので、燃料電池未反応ガスとして、ガス管40、メイン水タンク41、ガス管42、ガス管38を通じてバーナ18に供給される。この燃料電池未反応ガスは、バーナ18で全量燃焼され、改質器3の温度が一定になるよう流量調整弁13´で改質原燃料が調節される。万一、熱量が不足して改質器3の温度が所定の温度に保持できない場合(急に負荷が増加した場合)にのみ、ガス管14、14aを介して燃料ガスをバーナ18に導入して追い炊きとして燃焼させる。また、起動時は、ガス管14、14aを介して燃料ガスをバーナ18に導入して、改質器3の温度を所定温度まで昇温させる。起動時には、改質器3の温度を700〜800℃に制御することは行わない。
【0026】
(改質ガスに含まれる一酸化炭素の除去)
一酸化炭素変成器4では改質ガス中に含まれる一酸化炭素が水蒸気改質されて二酸化炭素に変成され、改質ガス中の一酸化炭素濃度は1%程度に低減される。そして、改質ガスは、ガス管30を通り、空気ポンプ32が運転されて空気が混入され、一酸化炭素除去器5に送られる。この一酸化炭素除去器5では、改質ガス中の一酸化炭素が選択酸化反応(発熱反応)により二酸化炭素に転換され、この改質ガスの一酸化炭素濃度は10ppm程度に低減される。一酸化炭素濃度が低減された改質ガス(例えば160℃程度)は、ガス管34を通り、熱回収用熱交換器35を経由して、燃料電池本体6の燃料極6aに送られる。
【0027】
(改質ガス中の水素と空気中の酸素による発電)
燃料電池本体6では、一酸化炭素除去器5から供給される改質ガスが燃料電池本体6の燃料極6aに導入され、一方、燃料電池本体6の空気極6bには送風機94の運転によって空気が導入される。そして、燃料極6aに導入された改質ガス中の水素と空気極6bに導入された空気中の酸素との間で電気化学反応が行われて発電される。
【0028】
空気極6bから排気ダクト96に導かれた空気は燃料電池本体6の発熱反応によって温度が上昇しており、この温度が上昇した排気空気は予熱用熱交換器95で空気極6bに導入される前の空気を予熱した後、外部に放出される。
【0029】
(熱回収用熱交換器による熱の回収)
純粋タンク41の水は、水ポンプ72が運転されて水管71、71aを通じて熱回収用熱交換器35に導入されて、熱回収用熱交換器35を通る改質ガスから熱を回収した後、サブ水タンク52に送られる。熱回収用熱交換器35に送られる水の流量は、当該熱回収用熱交換器35の出口側改質ガスの温度を検出する温度センサ36の検出温度が例えば70℃になるように流量調整弁73の開度が調節されて温度制御される。また、純水タンク51の純水は、水ポンプ72が運転されて熱回収用熱交換器28に供給され、改質器3からの改質ガス(例えば500℃程度)から熱を回収し、サブ水タンク52に送られる。熱回収用熱交換器28に送られる水の流量は、当該熱回収用熱交換器28出口側の改質ガスの温度を検出する温度センサ29の検出温度が例えば230℃になるように流量調整弁75の開度が調節されて温度制御される。これらの熱回収用熱交換器28及び熱回収用熱交換器35からサブ水タンクに送られた温水(例えば60〜90℃程度)はサブ水タンク52に貯留される。この貯留された温水は水ポンプ78の運転により水蒸気発生器81に供給される。前記水ポンプ78の運転は、流量調整弁13´を通る改質用源燃料とのスチーム/カーボン比(S/C)が2.5〜3.5になるように制御される。水蒸気発生器81で発生した水蒸気は、水蒸気管82を介して過熱用熱交換器83に送られ、この過熱用熱交換器83で改質器3からの燃焼排ガスによって過熱(スーパーヒート)された後、ガス管24内の燃料ガスに混入される。
【0030】
(一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体の昇温)
本実施形態では、システム起動時に、バーナ22の燃焼が行われ、バーナ22からの燃焼ガス熱によって一酸化炭素変成器4、一酸化炭素除去器5、燃料電池本体6の昇温される。
【0031】
発電システムの起動時には、一酸化炭素変成器4及び一酸化炭素除去器5は、バーナ22の燃焼運転が行われ、このバーナ22の燃焼ガスが箱体100内に供給され、一酸化炭素変成器4及び一酸化炭素除去器5が同時に加熱される。このとき、バーナ22にはガス管14及び14bを介して燃料供給源1からの燃料ガスが供給され、温度センサ31が検出する一酸化炭素変成器4内の触媒温度に基づいて流量調整弁21の開度が調整され、燃料ガスの流量が制御され、バーナ22の燃焼量が調節される。
【0032】
発電システムの起動時には、第2循環ポンプ62が駆動されて、メイン水タンク41から往き水管61aを介して水がメインタンク水昇温用熱交換器63に供給される。このメインタンク水昇温用熱交換器63では水とバーナ22の燃焼ガスとで熱交換が行われ、このメインタンク水昇温用熱交換器63で温度が上昇した温水が戻り水管61bを介してメイン水タンク41に戻されて、メイン水タンク41内の水の温度が上昇する。尚、往き水管61a及び戻り水管61bを循環する水量は、一酸化炭素除去器5の温度を検出する温度センサ33の検出温度に基づいて第2循環ポンプ62の運転を制御してを調節される。また、発電システムの起動時には、第1循環ポンプ59が駆動されて、メイン水タンク41内の温水が往き水管58aを介して燃料電池本体6の冷却部6cに供給され、燃料電池本体6が昇温される。燃料電池本体6を昇温した後の水は戻り水管58bを通じてメイン水タンク41に戻される。
【0033】
本実施形態では、燃料電池本体6の温度が上昇して、燃料電池本体6の温度を検出する温度センサ97が所定の温度(例えば80℃)を検出した時には、第1循環ポンプ59を運転させたまま、第2循環ポンプ62を停止させる制御手段を備える。この制御手段によって、メイン水タンク41からメインタンク水昇温用熱交換器63への水の循環のみが停止され、メイン水タンク41の水温上昇が停止され、燃料電池本体6の昇温が停止される。
【0034】
燃料電池本体6内の電気化学反応は発熱反応であるので、燃料電池本体6の温度が所定の温度を検出された後も、第1循環ポンプ59の運転は継続され、燃料電池本体6にメイン水タンク41の水を循環させる。
【0035】
この実施形態では、発電システムの起動時に、バーナ22を燃焼運転させて、一酸化炭素変成器4および一酸化炭素除去器5を加熱すると共に、メインタンク水昇温用熱交換器63に燃料電池本体6を昇温するための温水を循環させて、燃料電池本体6を昇温させるので、バーナ22によって一酸化炭素変成器4、一酸化炭素除去器5、燃料電池本体6の昇温が行われ、発電システムを小型化できると共に、製造コストを低減できる。
【0036】
また、発電システムの起動時に、燃料電池本体6の温度が所定の温度に上昇した場合、第1循環ポンプ59を運転したまま、第2循環ポンプ62を停止させる制御手段を備えるので、燃料電池本体6の温度が所定の温度に上昇した時にメイン水タンク41内の水の温度上昇が停止して燃料電池本体6の昇温が停止され、燃料電池本体6を冷却する運転に切り換えることができる。
【0037】
別の実施形態として、発電システムの起動時に、第2循環ポンプ62を駆動し、メイン水タンク41内の水温を検出する温度センサ57の検出温度が燃料電池本体6を昇温可能な第1の温度(例えば60℃)に上昇した時に、更に第1循環ポンプ59を駆動し、その後、メイン水タンク41内の水温が上昇して温度センサ57の検出温度が第2の温度(例えば80℃)に到達した時に、第1循環ポンプ59を駆動したまま、第2循環ポンプを停止させるように制御手段を構成してもよい。
【0038】
この別の実施形態では、メイン水タンク41内の水温が燃料電池本体6を昇温可能な第1の温度に到達した時に、メイン水タンク41から燃料電池本体6への水の循環が開始されるので、発電システム起動直後の燃料電池本体6の冷却が防止されて効率良く燃料電池本体6を昇温できると共に、無駄な第1循環ポンプ59の運転が防止されて消費エネルギを抑制できる。
【0039】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものでないことは明らかである。上述の実施形態では、発電システムの起動時に一酸化炭素変成器4と一酸化炭素除去器5の両方を加熱するバーナ22の熱を蓄えたメイン水タンク41の水によって燃料電池本体6が昇温されるが、一酸化炭素変成器4のみを加熱するバーナ(加熱手段)、或いは一酸化炭素除去器5のみを加熱するバーナ(加熱手段)の熱を蓄えたメイン水タンク41の水によって燃料電池本体6を昇温してもよい。
【0040】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、発電システムの起動時に、加熱手段を作動させて、一酸化炭素変成器を加熱すると共に、熱交換器に前記燃料電池本体の冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で燃料電池本体を昇温させるので、一酸化炭素変成器を加熱する加熱手段で燃料電池本体が昇温され、燃料電池本体専用の昇温手段が不要となり、発電システムの小型化が可能になると共に、製造コストを低減できる。
【0041】
請求項2記載の発明によれば、発電システムの起動時に、加熱手段を作動させて、一酸化炭素除去器を加熱すると共に、熱交換器に燃料電池本体の冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で燃料電池本体を昇温させるので、一酸化炭素除去器を加熱する加熱手段で燃料電池本体が昇温され、燃料電池本体専用の昇温手段が不要となり、発電システムの小型化が可能になると共に、製造コストを低減できる。
【0042】
請求項3記載の発明によれば、発電システムの起動時に、加熱手段を作動させて、一酸化炭素変成器および一酸化炭素除去器を加熱すると共に、熱交換器に前記燃料電池本体の冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で燃料電池本体を昇温させるので、一酸化炭素変成器および一酸化炭素除去器を加熱する加熱手段で燃料電池本体が昇温され、例えば1個の加熱手段で一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体の昇温が可能になり、発電システムを小型化できると共に、製造コストを低減できる。
【0043】
請求項4記載の発明によれば、発電システムの起動時に、燃料電池本体の温度が所定の温度に上昇した場合、第1循環ポンプを運転したまま、第2循環ポンプを停止させるので、燃料電池本体の温度が所定の温度に上昇した時にタンク内の水の温度上昇が停止されて、燃料電池本体を昇温する運転から冷却する運転に移行させることができる。
【0044】
請求項5記載の発明によれば、水タンク内の水温が所定の第1の温度に上昇した時に第1循環水ポンプによって水タンクから燃料電池本体への水の循環を開始するので、第1の温度を燃料電池本体を昇温可能な温度に設定すれば、発電システム起動直後の燃料電池本体の冷却が防止されて効率良く燃料電池本体を昇温することができると共に、無駄な第1循環ポンプの運転が防止されて消費エネルギを抑制できる。また、水タンク内の水温が所定の第2の温度に上昇した時に第2循環ポンプによる水タンクから熱交換器への水の循環が停止されるので、燃料電池本体の温度が第2の温度に上昇した時にタンク内の水の温度上昇が停止されて、燃料電池本体を冷却する運転に移行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態による燃料電池発電システムを示す図である。
【符号の説明】
1 燃料供給源
2 脱硫器
3 改質器
4 一酸化炭素変成器
5 一酸化炭素除去器
6 燃料電池本体
22 バーナ(加熱手段)
38 メイン水タンク(タンク)
58a 往き水管
58b 戻り水管
59 第1循環ポンプ
61a 往き水管
61b 戻り水管
62 第2循環ポンプ
63 メインタンク水昇温用熱交換器(熱交換器)
Claims (5)
- 改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器および燃料電池本体を順に接続し、当該燃料電池本体で、空気中の酸素と、前記改質器で生成され、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した後の水素とを反応させて電力を発生させ、前記燃料電池本体には当該燃料電池本体を冷却するための冷却水を循環させる燃料電池発電システムにおいて、
前記一酸化炭素変成器を水を介さずに加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱される熱交換器と、を備え、
発電システムの起動時に、前記加熱手段を作動させて、前記一酸化炭素変成器を加熱すると共に、前記熱交換器に前記燃料電池本体の前記冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で前記燃料電池本体を昇温させることを特徴とする燃料電池発電システム。 - 改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器および燃料電池本体を順に接続し、当該燃料電池本体で、空気中の酸素と、前記改質器で生成され、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した後の水素とを反応させて電力を発生させ、前記燃料電池本体には当該燃料電池本体を冷却するための冷却水を循環させる燃料電池発電システムにおいて、
前記一酸化炭素除去器を水を介さずに加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱される熱交換器と、を備え、
発電システムの起動時に、前記加熱手段を作動させて、前記一酸化炭素除去器を加熱すると共に、前記熱交換器に前記燃料電池本体の前記冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で前記燃料電池本体を昇温させることを特徴とすることを特徴とする燃料電池発電システム。 - 改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器および燃料電池本体を順に接続し、当該燃料電池本体で、空気中の酸素と、前記改質器で生成され、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した後の水素とを反応させて電力を発生させ、前記燃料電池本体には当該燃料電池本体を冷却するための冷却水を循環させる燃料電池発電システムにおいて、
熱交換器と前記一酸化炭素変成器と前記一酸化炭素除去器とを収納する箱体と、
前記熱交換器と前記一酸化炭素変成器と前記一酸化炭素除去器とを同時に水を介さずに加熱する加熱手段と、を備え、
発電システムの起動時に、前記加熱手段を作動させて、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器を加熱すると共に、前記熱交換器に前記燃料電池本体の前記冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で前記燃料電池本体を昇温させることを特徴とする燃料電池発電システム。 - 前記燃料電池本体を冷却するための前記冷却水を貯留するタンクと、当該タンクに接続され、前記燃料電池本体に前記冷却水を循環させる第1循環ポンプと、前記タンクに接続され、前記熱交換器に水を循環させる第2循環ポンプと、を備える燃料電池発電システムにおいて、
発電システムの起動時に、前記第1、第2循環ポンプを運転させて、前記燃料電池本体の温度が所定の温度に上昇した場合、前記第1循環ポンプを運転したまま、前記第2循環ポンプを停止させる制御手段を設けたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の燃料電池発電システム。 - 前記燃料電池本体を冷却するための前記冷却水を貯留するタンクと、当該タンクに接続され、前記燃料電池本体に前記冷却水を循環させる第1循環ポンプと、前記タンクに接続され、前記熱交換器に水を循環させる第2循環ポンプと、を備える燃料電池発電システムにおいて、
発電システムの起動時に、前記第2循環ポンプを運転させて、前記タンク内の水温が第1の温度に上昇した場合、さらに前記第1循環ポンプを運転し、第1の温度よりも高い第2の温度に上昇した場合、前記第1循環ポンプを運転したまま、前記第2循環ポンプを停止させる制御手段を設けたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の燃料電池発電システム。
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