JPH0668893A - 燃料電池式発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の運転停止時における燃料電池の電解質
の氷結防止にあたり、運転コストの低減を図ることがで
きる燃料電池式発電装置を提供する。 【構成】 燃料電池１の両端部に加熱手段２５，２５を
設け、かつ、燃料電池１内の冷却器２に対する給水配管
３と排水配管４とにバイパス配管２０を設ける。また、
バイパス配管２０中に、装置の運転停止時に、冷却器２
とバイパス配管２０とを含んだ小循環路２２に冷却水を
循環させる小型ポンプ２１を設けている。この小型ポン
プ２１の駆動力により小循環路２２中を循環する冷却水
は、加熱手段２５，１５により加熱されて循環し、冷却
器２を介して燃料電池１の均一加熱ができるとともに、
小循環路２２中の冷却水の保有水量も小さいため、その
加熱量を小さく抑えることができ、運転コストの低減を
図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水冷方式の燃料電池
を有する燃料電池式発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、燃料電池は発電時に起電ロスに
よって発熱するため、何らかの手段によって冷却し、こ
の燃料電池の温度が所定温度以上に上昇しないようにす
る必要がある。図６は例えば特開平２ー２６０３７０号
公報に示された従来の燃料電池式発電装置の燃料電池周
りの冷却系統図であり、図において、１は例えば単電池
が多数上下方向に積層されている燃料電池、２はこの燃
料電池１内に所定数の単電池ごとに挿入されている冷却
器、３は冷却器２に冷却水を供給する給水配管、４は冷
却器２から冷却水を取り出す排水配管、５は排水配管４
の一端部に連結される気水分離器、６は気水分離器５の
下部から取り出され、給水配管３に連結される降水配
管、７は給水配管３中に設けられた冷却水の循環ポン
プ、８は気水分離器５内に設けられた電力使用のドラム
ヒータ、９は気水分離器５、降水配管６、給水配管３、
循環ポンプ７、冷却器２および排水配管４により形成さ
れる冷却水循環路、１０は補給水配管、１１は蒸気配管
である。

【０００３】つぎにこの燃料電池式発電装置の動作を説
明する。燃料電池１を作動させこの燃料電池式発電装置
で発電を開始すると、燃料電池１はその起電ロスにより
発熱され温度が上昇してくる。このため、循環ポンプ７
が起動され気水分離器５内の冷却水が、給水配管３を通
って冷却器２内に送られ、この冷却器２内で蒸発するこ
とにより、燃料電池１の発生熱を吸収し、この燃料電池
１の温度を所定の動作温度に維持する。そして、冷却器
２から排出された気液混相の冷却水は排水配管４を介し
て気水分離器５内に放出され、この気水分離器５にて気
液が分離される。そして、スチームは所定圧に調整され
蒸気配管１１を介してスチームを必要とする負荷側に供
給されるとともに、飽和水は降水配管６を通って循環ポ
ンプ７により再び循環される。

【０００４】また、蒸気配管１１で負荷側に放出された
スチーム分だけ、補給水配管１０を介して新たな冷却水
が補給されるとともに、燃料電池１の負荷変動等によ
り、冷却器２による冷却水の蒸発量が低下してくると、
ドラムヒータ８が作動され、気水分離器５内で不足する
スチームを発生させることにより、負荷側に対するスチ
ームの供給量が一定値に維持される。

【０００５】さて、以上のような水冷式の燃料電池１を
有する燃料電池式発電装置の運転が停止された場合、燃
料電池１内に保持されている電解質、例えばリン酸の氷
結を防止するため、この燃料電池１の温度を所定温度
（例えばリン酸の場合５０〜６０℃）以上に保持してや
る必要がある。このため、装置の運転が停止されても、
ドラムヒータ８を作動させて冷却水の温度を所定温度以
上に保持しつつ、この冷却水を循環ポンプ７により冷却
水循環路９中に循環させ、冷却器２を介して燃料電池１
を所定温度以上に加熱することにより電解質の氷結の防
止が図られている。

【０００６】また、図７で示されるように燃料電池１の
上、下端部に電気ヒータ１２，１２を設け、装置の運転
停止時に電気ヒータ１２，１２を作動させて燃料電池１
の温度を所定値以上に保持して、電解質の氷結の防止が
なされているものもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池式発電装置の運転停止時に、ドラムヒータ８を作動し
て、冷却水循環路９中に冷却水を循環させる場合、この
冷却水循環路９内の保有水量が多いため、ドラムヒータ
８の電力使用量が増加し、運転コストが上昇してしまう
という課題があった。また冷却水循環路９中に冷却水を
循環させるため大型の循環ポンプ７を駆動すれば、その
電力使用量も大きく、これによっても運転コストが上昇
ししてしまうという課題があった。

【０００８】また、燃料電池１の上、下端部を電気ヒー
タ１２，１２により加熱する場合は、図８で示されるよ
うに、燃料電池１の上、下端部に比べ、中間部の温度が
上昇しにくいため、中間部の温度を所定温度以上に確保
するために、上、下端部を不要に加熱する必要があり、
電力使用量の増大を招いて運転コストの上昇を招いてし
まうとともに、電気ヒータ１２，１２の大型化にともな
い装置の大型化を招いてしまうという課題があった。

【０００９】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、装置の運転停止時における
燃料電池の電解質の氷結防止にあたり、運転コストをの
低減を図ることができるとともに、装置のコンパクト化
をも図ることができる燃料電池式発電装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明
は、燃料電池内に取り付けられた冷却器と、冷却器への
給水を行なう給水配管と、冷却器からの排水を行なう排
水配管とを有した冷却水循環路に、装置の運転時に循環
ポンプを介して冷却水を循環させることにより、冷却器
により燃料電池の冷却がなされる燃料電池式発電装置に
おいて、燃料電池の両端部に加熱手段を設け、かつ、燃
料電池の一側に給水配管と排水配管とを連結するバイパ
ス配管を設けるとともに、バイパス配管中に、装置の運
転停止時に、冷却器とバイパス配管とを含んだ小循環路
に加熱手段を介して加熱される冷却水を循環させる小型
ポンプを設けたことである。

【００１１】この発明の第２の発明は、燃料電池内に取
り付けられた冷却器と、冷却器への給水を行なう給水配
管と、冷却器からの排水を行なう排水配管とを有した冷
却水循環路に、装置の運転時に循環ポンプを介して冷却
水を循環させることにより、冷却器により燃料電池の冷
却がなされる燃料電池式発電装置において、燃料電池の
一側に給水配管と排水配管とを連結するバイパス配管を
設けるとともに、バイパス配管中に加熱手段を設け、装
置の運転停止時に、冷却器とバイパス配管を含んだ小循
環路に加熱手段により加熱される冷却水を循環させる小
型ポンプを設けたことである。

【００１２】この発明の第３の発明は、燃料電池内に取
り付けられた冷却器と、冷却器への給水を行なう給水配
管と、冷却器からの排水を行なう排水配管とを有した冷
却水循環路に、装置の運転時に循環ポンプを介して冷却
水を循環させることにより、冷却器により燃料電池の冷
却がなされる燃料電池式発電装置において、燃料電池の
一側に給水配管と排水配管とを連結するバイパス配管を
設けるとともに、バイパス配管中に、燃料電池の運転停
止時に、冷却器とバイパス配管を含んだ小循環路に冷却
水を加熱しつつ循環させる小型加熱ポンプを設けたこと
である。

【００１３】

【作用】この発明の第１の発明では、燃料電池による発
電がなされる装置の運転中は循環ポンプにより冷却水を
給水配管、冷却器および排水配管を有した冷却水循環路
に循環させ、冷却器を介して燃料電池の冷却を行なう。
また、装置の運転が停止された場合は、加熱手段を作動
させ燃料電池を加熱するとともに、バイパス配管中に設
けられた小型ポンプを作動させ、バイパス配管と冷却器
を含んだ小循環路に冷却水を循環させる。このことによ
り、加熱手段により燃料電池に与えられた熱は冷却器を
介して冷却水側にも伝えられ、燃料電池は全体が均一に
所定温度に加熱され、燃料電池の電解質の氷結が防止さ
れる。この場合、加熱手段は燃料電池の両端部に取り付
けられるものであっても、冷却器を介して燃料電池の均
一加熱ができるとともに、小循環路中の冷却水の保有水
量も小さいため、その加熱量を小さなものですますこと
ができる。

【００１４】この発明の第２の発明では、装置の運転が
停止された場合に、バイパス配管中に設けられた小型ポ
ンプと加熱手段を作動させ、バイパス配管と冷却器を含
んだ小循環路に冷却水を循環させる。このことにより、
加熱手段で加熱された冷却水が冷却器に流れ燃料電池は
所定温度に加熱され、その電解質の氷結が防止される。

【００１５】この発明の第３の発明では、装置の運転が
停止された場合に、バイパス配管中に設けられた小型加
熱ポンプを作動させ、バイパス配管と冷却器を含んだ小
循環路に冷却水を加熱しつつ循環させる。このことによ
り、冷却水は小型加熱ポンプで加熱されつつ冷却器に流
れ、燃料電池は所定温度に加熱されてその電解質の氷結
が防止される。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１．この実施例１はこの発明の第１の発明に係る
一実施例である。図１はこの発明の実施例１を示す燃料
電池式発電装置の燃料電池１周りの冷却系統図であり、
図６で示される従来の燃料電池式発電装置と同一または
相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００１７】図において、２０は給水配管３と排水配管
４とを連結する小サイズのバイパス配管、２１はこのバ
イパス配管２０中に設けられた小容量の小型ポンプ、２
２は燃料電池１中の冷却器２およびバイパス配管２０等
を含んで構成される冷却水の小循環路、２３はバイパス
配管２０の両端部側に設けられたバルブ、２４は小循環
路２２に隣接する給水配管３および排水配管４に設けら
れたバルブ、２５は燃料電池１の上、下端部に設けられ
たこの燃料電池１の加熱手段となる電気ヒータである。

【００１８】つぎにこの燃料電池式発電装置の動作を説
明する。装置の運転中はバルブ２３，２３は閉じられる
とともに、バルブ２４，２４が開けられて、冷却水は冷
却水循環路９中を循環できるようになっている。そして
装置の運転により燃料電池１により電力が取り出される
とともに、循環ポンプ７の駆動により、冷却水が冷却水
循環路９中を循環して、燃料電池１はその発生熱がスチ
ームとして気水分離器５側に回収されることにより、一
定の動作温度に維持される。

【００１９】つぎに装置の運転が停止されると、バルブ
２３，２３が開けられ、バルブ２４，２４が閉じられ
て、小循環路２２が形成されるとともに、小型ポンプ２
１が駆動され、冷却水は小循環路２２中を循環される。
この場合、電気ヒータ２５，２５が作動され、この電気
ヒータ２５，２５により燃料電池１の上、下端部側が加
熱されるが、燃料電池１内の複数の冷却器２内を流れる
冷却水もこの電気ヒータ２５，２５によって加熱され温
水にかえられるため、電気ヒータ２５，２５によって与
えられる燃料電池１の上、下端部側の熱はこの冷却器２
により燃料電池１の中間部側にも直ちに引き込まれ、燃
料電池１は内部の電解質（例えばリン酸）が氷結しない
所定温度に均一に加熱される。

【００２０】すなわち、装置の運転停止時に燃料電池１
を所定温度に加熱保持するにあたり、保有水量の少ない
小循環路２２に対して、この小循環路２２内の冷却水を
電気ヒータ２５，２５により所定温度に加熱し、この冷
却水を必要最小限の量だけ小型ポンプ２１により循環さ
せるようにしているため、冷却水の保有水量の多い冷却
水循環路９に所定温度の温水を循環ポンプ７により多量
に循環させる従来の場合に比べ、その冷却水の加熱およ
びポンプの駆動に要する電力消費量を著しく小さなもの
とすることができ、運転コストの低減を図ることができ
る。また、電気ヒータ２５，２５で燃料電池１を加熱す
る場合においても、冷却器２を介して均熱化が図られる
ため、この電気ヒータ２５，２５の容量も最小限のもの
ですますことができ、装置の小型・コンパクト化を図る
ことができる。

【００２１】実施例２．この実施例２はこの発明の第２
の発明に係る一実施例である。図２はこの発明の実施例
２を示す燃料電池式発電装置の燃料電池周りの冷却系統
図である。この実施例２では燃料電池１の上、下端部に
電気ヒータ２５，２５は設けず、バイパス配管２０の小
型ポンプ２１の下流側に燃料電池１の加熱手段となる加
熱装置２６を設けている。なお、他の構成は上記実施例
１の燃料電池式発電装置と同一である。

【００２２】そして、この実施例２においても、装置の
運転が停止されると、バルブ２３，２３を開け、バルブ
２４，２４を閉めて、小循環路２２を形成し、小型ポン
プ２１を駆動させるとともに、加熱装置２６を作動さ
せ、小循環路２２内の冷却水を所定温度に加熱しつつ循
環させれば、冷却器２を介して燃料電池１をその運転停
止中に所定温度以上に保つことができ、燃料電池１中の
電解質の氷結を防止できる。この場合においても、加熱
装置２６は小循環路２２内の冷却水を所定温度に加熱で
きる容量を有しておればよく、上記実施例１と同様な効
果を得ることができる。とくにこの実施例２では、上記
実施例１の場合に比べて加熱装置２６により直接冷却水
を加熱しているため、燃料電池１内に温度差は全く生じ
ないとともに、加熱手段のさらなる小容量化およびコン
パクト化を図ることができる。

【００２３】実施例３．この実施例３はこの発明の第２
の発明に係る他の実施例である。上記実施例２では、小
循環路２２内に加熱装置２６を配設し、燃料電池１の運
転停止中に冷却水を所定温度に加熱しつつ小循環路２２
内を循環させるものとしているが、この実施例３では、
図３で示されるように、加熱装置２６に温度コントロー
ラ２７を設け、この温度コントローラ２７により、燃料
電池１の温度を測定しつつ加熱装置２６をコントロール
するものとし、燃料電池１をその運転停止中一定の温度
に保持させることができ、燃料電池の加熱に過不足を生
じさせることはない。

【００２４】実施例４．この実施例４はこの発明の第３
の発明に係る一実施例である。図４はこの発明の実施例
４を示す燃料電池式発電装置の燃料電池周りの冷却系統
図である。この実施例４では冷却器２やバイパス配管２
０等から形成される小循環路２２中に別途特別な加熱手
段は設けず、この小循環路２２中に冷却水を必要最小限
の量だけ循環させる小容量の小型ポンプ等に加熱手段と
しての機能をも保持させている。なお、他の構成は上記
実施例１の燃料電池式発電装置と同一である。

【００２５】すなわち、小型ポンプを、冷却水の循環の
ほかその動作熱により冷却水の加熱もできる小型加熱ポ
ンプ（例えばポンプ効率の低いポンプ等）とし、かつ、
バイパス配管２０等も小径として流動抵抗を大きくし
て、ここを通る冷却水を摩擦熱により充分に加熱できよ
うにする。

【００２６】したがって、この実施例４においても、装
置の運転が停止されると、バルブ２３，２３を開け、バ
ルブ２４，２４を閉めて、小循環路２２を形成し、小型
加熱ポンプ２８を駆動させれば、小循環路２２中を循環
する冷却水は小型加熱ポンプ２８等により加熱され、冷
却器２を介して燃料電池１を所定の温度以上に保つこと
ができ、燃料電池１中の電解質の氷結が防止できて、上
記実施例１と同様な効果を得ることができる。この場
合、別途特別な加熱手段が不要となるだけ、装置の小型
化をも図ることができる。

【００２７】実施例５．この実施例５はこの発明の第３
の発明に係る他の実施例である。この実施例５では、図
５で示されるように、バルブ２３，２４を一体とした３
方弁２９，を小循環路２２と給水配管３および排水配管
４間に設けるようにし、この３方弁２９，２９の動作に
より、装置の運転時にはバイパス配管２０を閉じて冷却
水循環路９を開通させ、装置の運転停止時には給水配管
３および排水配管４を一部閉じて小循環路２２を開通さ
せるようにすれば、バルブ操作の容易化を図ることがで
きる。なお、この３方弁２９，２９は上記実施例１乃至
実施例３の燃料電池式発電装置に設けてもよいのは勿論
である。

【００２８】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２９】この発明の第１の発明によれば、燃料電池
内に取り付けられた冷却器と、冷却器への給水を行なう
給水配管と、冷却器からの排水を行なう排水配管とを有
した冷却水循環路に、装置の運転時に循環ポンプを介し
て冷却水を循環させることにより、冷却器により燃料電
池の冷却がなされる燃料電池式発電装置において、燃料
電池の両端部に加熱手段を設け、かつ、燃料電池の一側
に給水配管と排水配管とを連結するバイパス配管を設け
るとともに、バイパス配管中に、装置の運転停止時に、
冷却器とバイパス配管とを含んだ小循環路に加熱手段を
介して加熱される冷却水を循環させる小型ポンプを設け
たため、装置の運転停止時における燃料電池の電解質の
氷結防止にあたり、加熱手段と小型ポンプの容量を小さ
くでき、運転コストの低減を図ることができるととも
に、併せて装置のコンパクト化をも図ることができる。

【００３０】またこの発明の第２の発明によれば、燃料
電池内に取り付けられた冷却器と、冷却器への給水を行
なう給水配管と、冷却器からの排水を行なう排水配管と
を有した冷却水循環路に、装置の運転時に循環ポンプを
介して冷却水を循環させることにより、冷却器により燃
料電池の冷却がなされる燃料電池式発電装置において、
燃料電池の一側に給水配管と排水配管とを連結するバイ
パス配管を設けるとともに、バイパス配管中に加熱手段
を設け、装置の運転停止時に、冷却器とバイパス配管を
含んだ小循環路に加熱手段により加熱される冷却水を循
環させる小型ポンプを設けたため、装置の運転停止時に
おける燃料電池の電解質の氷結防止にあたり、第１の発
明と同様に運転コストの低減を図ることができるととも
に、併せて装置のコンパクト化をも図ることができる。

【００３１】さらにこの発明の第３の発明によれば、燃
料電池内に取り付けられた冷却器と、冷却器への給水を
行なう給水配管と、冷却器からの排水を行なう排水配管
とを有した冷却水循環路に、装置の運転時に循環ポンプ
を介して冷却水を循環させることにより、冷却器により
燃料電池の冷却がなされる燃料電池式発電装置におい
て、燃料電池の一側に給水配管と排水配管とを連結する
バイパス配管を設けるとともに、バイパス配管中に、燃
料電池の運転停止時に、冷却器とバイパス配管を含んだ
小循環路に冷却水を加熱しつつ循環させる小型加熱ポン
プを設けたため、装置の運転停止時における燃料電池の
電解質の氷結防止にあたり、第１の発明と同様に運転コ
ストの低減を図ることができるとともに、併せて装置の
コンパクト化をも図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に関する燃料電池式発電装
置の燃料電池周りの冷却系統図である。

【図２】この発明の実施例２に関する燃料電池式発電装
置の燃料電池周りの冷却系統図である。

【図３】この発明の実施例３に関する燃料電池式発電装
置の燃料電池周りの冷却系統図である。

【図４】この発明の実施例４に関する燃料電池式発電装
置の燃料電池周りの冷却系統図である。

【図５】この発明の実施例５に関する燃料電池式発電装
置の燃料電池周りの冷却系統図である。

【図６】従来の燃料電池式発電装置の燃料電池周りの冷
却系統図である。

【図７】従来の燃料電池式発電装置の上、下端部に電気
ヒータが取り付けられた燃料電池を示す図である。

【図８】図７の燃料電池内の温度分布を示す図である。

【符号の説明】

１ 燃料電池 ２ 冷却器 ３ 給水配管 ４ 排水配管 ７ 循環ポンプ ９ 冷却水循環路 ２０ バイパス配管 ２１ 小型ポンプ ２２ 小循環路 ２５ 電気ヒータ（加熱手段） ２６ 加熱装置（加熱手段） ２８ 小型加熱ポンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池内に取り付けられた冷却器と、
   前記冷却器への給水を行なう給水配管と、前記冷却器か
   らの排水を行なう排水配管とを有した冷却水循環路に、
   装置の運転時に循環ポンプを介して冷却水を循環させる
   ことにより、前記冷却器により前記燃料電池の冷却がな
   される燃料電池式発電装置において、前記燃料電池の両
   端部に加熱手段を設け、かつ、前記燃料電池の一側に前
   記給水配管と前記排水配管とを連結するバイパス配管を
   設けるとともに、前記バイパス配管中に、装置の運転停
   止時に、前記冷却器と前記バイパス配管とを含んだ小循
   環路に前記加熱手段を介して加熱される冷却水を循環さ
   せる小型ポンプを設けたことを特徴とする燃料電池式発
   電装置。
2. 【請求項２】 燃料電池内に取り付けられた冷却器と、
   前記冷却器への給水を行なう給水配管と、前記冷却器か
   らの排水を行なう排水配管とを有した冷却水循環路に、
   装置の運転時に循環ポンプを介して冷却水を循環させる
   ことにより、前記冷却器により前記燃料電池の冷却がな
   される燃料電池式発電装置において、前記燃料電池の一
   側に前記給水配管と前記排水配管とを連結するバイパス
   配管を設けるとともに、前記バイパス配管中に加熱手段
   を設け、装置の運転停止時に、前記冷却器と前記バイパ
   ス配管を含んだ小循環路に前記加熱手段により加熱され
   る冷却水を循環させる小型ポンプを設けたことを特徴と
   する燃料電池式発電装置。
3. 【請求項３】 燃料電池内に取り付けられた冷却器と、
   前記冷却器への給水を行なう給水配管と、前記冷却器か
   らの排水を行なう排水配管とを有した冷却水循環路に、
   装置の運転時に循環ポンプを介して冷却水を循環させる
   ことにより、前記冷却器により前記燃料電池の冷却がな
   される燃料電池式発電装置において、前記燃料電池の一
   側に前記給水配管と前記排水配管とを連結するバイパス
   配管を設けるとともに、前記バイパス配管中に、燃料電
   池の運転停止時に、前記冷却器と前記バイパス配管を含
   んだ小循環路に冷却水を加熱しつつ循環させる小型加熱
   ポンプを設けたことを特徴とする燃料電池式発電装置。