JP3679792B2

JP3679792B2 - 固体高分子形燃料電池発電装置

Info

Publication number: JP3679792B2
Application number: JP2003071136A
Authority: JP
Inventors: 収田島; 勝也小田; 龍次畑山; 竜司湯川; 丈俊黄木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2021-01-12
Also published as: JP2003272647A

Description

【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１７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１５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１７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、４８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７１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７９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２１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ＰＥＦＣ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、ＰＥＦＣ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、前記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、前記プロセスガスバーナへ空気を供給する空気供給手段と、前記水タンク内の水と前記温水との熱交換を行う第１の熱交換器と、前記プロセスガスバーナから排出されたガスと前記温水との熱交換を行う第２の熱交換器と、前記燃料電池の空気極から排出されたガスと前記温水との熱交換を行う第３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の熱交換器と前記第３の熱交換器とを管接続したループ状の第１の管路と、前記第１の管路と分岐するように接続され、前記第１の熱交換器を短絡する第２の管路と、前記第２の管路に設けられ、前記第２の管路に前記温水を流すか否かを調整する温水流量調整手段と、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温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】
例えば、固体高分子形燃料電池発電装置の起動時であって水タンクの水温が所定の温度未満の場合には、第１の熱交換器に排熱回収した温水を循環して送って水タンク中の水を加熱することができる。
【００４９】
また、固体高分子形燃料電池発電装置の起動時であって水タンクの水温が所定の温度以上の場合には、排熱回収した温水を第２の管路を経て貯湯タンクに送ることができる。
【００５０】
そして、固体高分子形燃料電池発電装置の発電時であって、貯湯タンクが未だ温水で満たされてなく、水タンクの水温が所定の温度未満の場合には、排熱回収した温水を第２の管路を経て貯湯タンクに送ることができる。
【００５１】
また、固体高分子形燃料電池発電装置の発電時であって、貯湯タンクが未だ温水で満たされてなく、水タンクの水温が所定の温度以上の場合には、第１の熱交換器に温水を循環して送って水タンク中の水を冷却することができる。
【００５２】
あるいは、固体高分子形燃料電池発電装置の発電時であって、貯湯タンクが温水で充満され、水タンクの水温が所定の温度以上の場合には、空気供給手段を作動して第２の熱交換器を冷却器として使用して、温度を低下させた温水を第１の熱交換器に循環して送って水タンク中の水を冷却することができる。
【００５３】
また、固体高分子形燃料電池発電装置の発電時であって、貯湯タンクが温水で充満され、水タンクの水温が所定の温度未満の場合には、排熱回収した温水を第２の管路を経て貯湯タンクに送ることができる。
【００５４】
本発明の請求項２の固体高分子形燃料電池発電装置は、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温水は、前記貯湯タンクから前記第３の熱交換器、前記第２の熱交換器、前記第１の熱交換器の順に前記第１の管路を循環することを特徴とする。
【００５５】
これにより、第３の熱交換器及び第２の熱交換器にて排熱回収して温度上昇した後の温水、又は、温度が低下された後の温水を第１の熱交換器に送って円滑に水タンク内の温水を所定温度範囲内に保つことが可能となる。
【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、４６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５０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）。
【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ＧＳ１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）。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）。
【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。
【００６６】
特に、水タンク内の水と貯湯タンク内の温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。即ち、例えば、固体高分子形燃料電池発電装置の起動時であって水タンクの水温が所定の温度未満の場合には、第１の熱交換器に排熱回収した温水を循環して送って水タンク中の水を加熱することができる。
【００６７】
また、固体高分子形燃料電池発電装置の起動時であって水タンクの水温が所定の温度以上の場合には、排熱回収した温水を第２の管路を経て貯湯タンクに送ることができる。そして、固体高分子形燃料電池発電装置の発電時であって、貯湯タンクが未だ温水で満たされてなく、水タンクの水温が所定の温度未満の場合には、排熱回収した温水を第２の管路を経て貯湯タンクに送ることができる。
【００６８】
また、固体高分子形燃料電池発電装置の発電時であって、貯湯タンクが未だ温水で満たされてなく、水タンクの水温が所定の温度以上の場合には、第１の熱交換器に温水を循環して送って水タンク中の水を冷却することができる。あるいは、固体高分子形燃料電池発電装置の発電時であって、貯湯タンクが温水で充満され、水タンクの水温が所定の温度以上の場合には、空気供給手段を作動して第２の熱交換器を冷却器として使用して、温度を低下させた温水を第１の熱交換器に循環して送って水タンク中の水を冷却することができる。
【００６９】
また、固体高分子形燃料電池発電装置の発電時であって、貯湯タンクが温水で充満され、水タンクの水温が所定の温度未満の場合には、排熱回収した温水を第２の管路を経て貯湯タンクに送ることができる。
【００７０】
また、本発明の請求項２の発明によれば、温水が、貯湯タンクから第３の熱交換器、第２の熱交換器、第１の熱交換器の順に第１の管路を循環するようにしたので、第３の熱交換器及び第２の熱交換器にて排熱回収して温度上昇した後の温水、又は、温度が低下された後の温水を第１の熱交換器に送って円滑に水タンク内の温水を所定温度範囲内に保つことが可能となる。
【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
４ＣＯ変成器
５ＣＯ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

Claims

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、
前記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、
前記プロセスガスバーナへ空気を供給する空気供給手段と、
前記水タンク内の水と前記温水との熱交換を行う第１の熱交換器と、
前記プロセスガスバーナから排出されたガスと前記温水との熱交換を行う第２の熱交換器と、
前記燃料電池の空気極から排出されたガスと前記温水との熱交換を行う第３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の熱交換器と前記第３の熱交換器とを管接続したループ状の第１の管路と、
前記第１の管路と分岐するように接続され、前記第１の熱交換器を短絡する第２の管路と、
前記第２の管路に設けられ、前記第２の管路に前記温水を流すか否かを調整する温水流量調整手段と、
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。
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
前記温水は、前記貯湯タンクから前記第３の熱交換器、前記第２の熱交換器、前記第１の熱交換器の順に前記第１の管路を循環することを特徴とする請求項１記載の固体高分子形燃料電池発電装置。