JPH0541231A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池における電池冷却水からの排熱回収
を、電池冷却水の温度あるいは圧力が一定になるように
しながら行う場合において、その排熱回収を安定に行え
るようにする。 【構成】 燃料電池の電池冷却水循環回路に使用される
気水分離器５内に上部を開口した仕切り板３０を設け、
電池冷却水循環空間３２とは分離された補給水供給空間
３１を作る。気水分離器５への補給水は、一旦補給水供
給空間３１に貯え、電池冷却水循環空間３２の高温の電
池冷却水で加熱した後、仕切り板３０上縁から電池冷却
水循環空間３２に補給する。これにより、電池冷却水の
温度や圧力が低温の補給水により変動するのを抑制し、
電池冷却水からの排熱回収を安定にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池の電池冷却水
の補給構造に関するもので、特に電池冷却水の温度ある
いは圧力が一定になるように電池冷却水を補給する燃料
電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４に基本的な燃料電池発電システムお
よび燃料電池発電システムからの排熱を利用した冷房シ
ステムの構成を示す。燃料電池発電システム１は主に、
改質器２、電池スタック３、電池冷却水配管４から構成
され、電池冷却水配管４には排熱回収用熱交換器６、気
水分離器５′が設けられている。気水分離器５′には水
位検出手段７が設けられると共に、改質用水蒸気供給管
８、電池冷却水補給管９、電池冷却水補給ポンプ１０、
補給水タンク１１が接続されている。水位検出手段７と
電池冷却水補給ポンプ１０はオンオフコントローラ４０
に信号伝送線３３を介して接続されている。また燃料電
池発電システム１からの排熱を利用した冷房システムは
主に、吸収式冷凍機系統配管２０、吸収式冷凍機２１、
排熱回収用温水制御弁２２から構成される。

【０００３】次に、この燃料電池発電システム１の電池
冷却水からの排熱回収方法および電池冷却水補給方法に
ついて説明する。燃料電池発電システム１の電池スタッ
ク３で発生した熱を奪った電池冷却水は排熱回収用熱交
換器６に導かれ、その熱を配管２０を通る排熱回収用温
水に与えて吸収式冷凍機２１に供給した後、気水分離器
５′に導かれ、都市ガス等の燃料を改質して水素を製造
する際に必要となる燃料改質用水蒸気を、改質用水蒸気
供給管８を通して改質器２へ供給する。燃料改質のため
に電池冷却水から失われた水蒸気分は、補給水タンク１
１から電池冷却水補給ポンプ１０により気水分離器５′
に供給される。電池冷却水補給ポンプ１０は気水分離器
５′の水位検出手段７が低水位を検出すると運転を開始
し、高水位を検出すると運転を停止する。

【０００４】一方、電池冷却水温度は、その温度が高く
なると電池スタック３に使用されている触媒が焼結し、
その温度が低くなると発電効率が低下する等の問題が生
じる。そこで従来例では、電池冷却水の温度あるいは圧
力が設定値以下になった場合には、排熱回収用温水制御
弁２２をバイパス側にして排熱回収を停止し、設定値以
上になった場合には、排熱回収用温水制御弁２２を熱回
収側にして排熱回収を行って、電池冷却水の温度あるい
は圧力を一定に保つように制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような燃料電池システムにおける電池冷却水からの排
熱回収方法および電池冷却水補給方法では、電池冷却水
の温度あるいは圧力に基づいて排熱回収用温水制御弁２
２を制御しているため、図５の電池冷却水補給水量と排
熱回収量の関係図に示すように、低温の補給水が気水分
離器５′に供給されると、電池冷却水の温度あるいは圧
力が低下して排熱回収用温水制御弁２２がバイパス側に
なり排熱回収量が低下したり、排熱回収が行えなくなっ
たりして、吸収式冷凍機２１が安定して運転できないと
いう欠点があった。

【０００６】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、燃料電池における電池
冷却水からの排熱回収を安定して行えるようにする燃料
電池を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の燃料電池においては、燃料を改質して得ら
れる水素と空気中の酸素を反応させて電気エネルギーと
熱エネルギーを発生させる燃料電池において、前記燃料
電池の電池冷却水循環回路に設けられ電池冷却水補給口
を有する気水分離器の内部を、該電池冷却水補給口を含
む空間と、電池冷却水循環水の供給口および排出口を含
む空間とを分割する仕切り板が設けられかつ該仕切り板
の上部が前記２つの空間を連通する構造を有するとする
か、または、気水分離器の内部に前記電池冷却水補給口
に連通し前記電池冷却水循環水と熱交換するのに十分な
形状の突出部を有する構成としている。

【０００８】

【作用】本発明の燃料電池では、気水分離器内に設けた
仕切り板あるいは熱交換用の突出部により、電池冷却水
が循環する空間とは分離されて、一旦補給水を貯える補
給水供給空間を作り、電池冷却水が循環している空間に
直接低温の補給水を供給せず、上記補給水供給空間に一
旦貯えて、気水分離器を循環している高温の電池冷却水
の熱エネルギーにより徐々に加熱し、補給水の温度を電
池冷却水の温度に近付けた後、電池冷却水の循環回路に
補給する。これにより、電池冷却水の温度あるいは圧力
の変動を抑制し、電池冷却水からの排熱回収を安定化さ
せている。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。

【００１０】図１は本発明の第１の実施例の要部の構成
を示す図である。ここでは、気水分離器５を中心とした
部分のみ示してある。例えば冷房システムと組み合わせ
た燃料電池システムの構成は、図４の気水分離器５′を
図１の気水分離器５とした構成を採れば良い。従って、
図１中において、図４と共通している部分には同一番号
を付してある。その図１中、４は電池冷却水配管、５は
気水分離器、６は排熱回収用熱交換器、７は水位検出手
段、８は改質用水蒸気供給管、９は電池冷却水補給管、
１０は電池冷却水補給ポンプ、１１は補給水タンク、３
０は気水分離器の仕切り板、３１は補給水供給空間、３
２は電池冷却水循環空間、３３は信号伝送線、３５は電
池冷却水補給口、３６は電池冷却水循環水の供給口、３
７は電池冷却水循環水の排出口、４０はオンオフコント
ローラである。

【００１１】本実施例では、気水分離器５の構造を以下
のようにする。気水分離器５の内部において、仕切り板
３０を設け、電池冷却水補給口３５を含む補給水供給空
間３１と、電池冷却水循環水の供給口３６とその排出口
３７を含む電池冷却水循環空間３２とに分割する。ただ
し、この仕切り板３０の上部は開口していて前記２つの
空間３１，３２を連通する構造とする。電池冷却水補給
口３５は補給水供給空間３１の下方に配置し、電池冷却
水循環水の排出口３７は電池冷却水循環空間３２の下方
に配置する。水位検出手段７の検出部は電池冷却水循環
空間３２側に配置する。

【００１２】このような気水分離器５に対し、電池冷却
水配管４の一端側を排熱回収用熱交換器６を介して電池
冷却水循環水の供給口３６に接続し、その配管４の他端
側を電池冷却水循環水の排出口３７に接続する。一方、
電池冷却水補給口３５には、補給水タンク１１から電池
冷却水補給ポンプ１０を介して電池冷却水補給管９を接
続する。水位検出手段７の水位検出信号は信号伝送線３
３を通してオンオフコントローラ４０に入力され、その
水位検出信号に基づいてオンオフコントローラ４０は補
給水ポンプ３０をオンオフし、補給水を補給水供給空間
３１へ供給する。

【００１３】以上のように構成した第１の実施例の動作
および作用を述べる。気水分離器５の水位検出手段７が
低水位を検出すると、オンオフコントローラ４０の制御
により電池冷却水補給ポンプ１０が補給水を気水分離器
５の補給水供給空間３１に補給し始める。このとき補給
水は、補給水供給空間３１に一旦貯えられて、隣接する
電池冷却水循環空間３２を流れる高温の電池冷却水循環
水からの熱伝導・輻射、水蒸気の対流により電池冷却水
循環水の温度に近付けられる。こうして昇温された補給
水が、仕切り板３０の上縁を乗り越えて電池冷却水循環
空間３２に供給される。このような電池冷却水の補給を
行うことにより、電池冷却水の低温の補給水が直接電池
冷却水循環回路に補給されず、電池冷却水から徐々に熱
エネルギーを奪いながら昇温し、電池冷却水温度に近付
いた補給水を電池冷却水循環回路に補給できる。この結
果、電池冷却水の循環回路の温度あるいは圧力の変動を
小さく抑えることができ、図４で示した電池冷却水系か
らの排熱回収が安定して行えるようになる。

【００１４】次に、本発明の第２の実施例を説明する。
図２は、その構成を示す図である。本実施例は、第１の
実施例の仕切り板３０の両面に熱交換用のフィンを取り
付けたものである。第１の実施例で示したような気水分
離器５の構造の場合、気水分離器５内の補給水供給空間
３１に電池冷却水循環空間３２から充分に熱エネルギー
が供給されない場合がある。そこで、伝熱を促進させる
ためのフィン３８を、図２のように仕切り板３０に設け
ても良い。

【００１５】次に、本発明の第３の実施例を説明する。
図３は、その構成を示す図である。本実施例では、上記
第１および第２の実施例で示したような仕切り板３０を
気水分離器５内に設けずに、電池冷却水補給管９の先の
気水分離器５内に突出部として例えば熱交換用チューブ
３９を設ける。このような構造によって、電池冷却水補
給水をこの熱交換用チューブ３９内空間に一旦貯え、あ
るいはその空間を通過するときに、気水分離器５内の高
温の電池冷却水により徐々に加熱することができ、第１
の実施例と同様の効果が得られる。このときの熱交換用
チューブ３９の長さは、熱交換するのに十分な長さとす
る。

【００１６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
燃料電池によれば、電池冷却水に補給される低温の補給
水を気水分離器の補給水供給空間あるいは突出部に一旦
貯え、気水分離器のもう一方の空間あるいは残りの空間
を循環している高温の電池冷却水の熱エネルギーにより
徐々に加熱して補給水の温度を電池冷却水の温度に近付
けた後、電池冷却水循環回路に補給するようにしたの
で、電池冷却水の温度あるいは圧力の変動幅を小さく抑
えることができる。この結果、燃料電池からの排熱回収
が安定して行えるようになり、例えば燃料電池排熱を熱
源とした吸収式冷凍機の冷房能力を一定に保てるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図

【図２】本発明の第２の実施例を示す構成図

【図３】本発明の第３の実施例を示す構成図

【図４】基本的な燃料電池発電システムの構成図

【図５】従来の電池冷却水補給方法による電池冷却水補
給水量と排熱回収量の関係を示す図

【符号の説明】

１…燃料電池発電システム、２…改質器、３…電池スタ
ック、４…電池冷却水配管、５…気水分離器、６…排熱
回収用熱交換器、７…水位検出手段、８…改質用水蒸気
供給管、９…電池冷却水補給管、１０…電池冷却水補給
ポンプ、１１…補給水タンク、２０…吸収式冷凍機系統
配管、２１…吸収式冷凍機、２２…排熱回収用温水制御
弁、３０…気水分離器の仕切り板、３１…補給水供給空
間、３２…電池冷却水循環空間、３３…信号伝送線、３
５…電池冷却水補給口、３６…電池冷却水循環水の供給
口、３７…電池冷却水循環水の排出口、３８…熱交換用
チューブ、４０…オンオフコントローラ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を改質して得られる水素と空気中の
   酸素を反応させて電気エネルギーと熱エネルギーを発生
   させる燃料電池において、前記燃料電池の電池冷却水循
   環回路に設けられ電池冷却水補給口を有する気水分離器
   の内部を、該電池冷却水補給口を含む空間と、電池冷却
   水循環水の供給口および排出口を含む空間とを分割する
   仕切り板が設けられかつ該仕切り板の上部が前記２つの
   空間を連通する構造を有することを特徴とする燃料電
   池。
2. 【請求項２】 燃料ガスを改質して得られる水素と空気
   中の酸素を反応させて電気エネルギーと熱エネルギーを
   発生させる燃料電池において、前記燃料電池の電池冷却
   水循環回路に設けられ電池冷却水補給口を有する気水分
   離器の内部に、前記電池冷却水補給口に連通し前記電池
   冷却水循環水と熱交換するのに十分な形状の突出部を有
   することを特徴とする燃料電池。