JPH0696788A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池において、電池冷却水系から外部へ
の回収熱量を、その熱を利用する側の事情に応じて可変
できるようにする。 【構成】 改質器２から燃料電池本体１に供給される改
質ガスから電池冷却水加熱用熱交換器１２を通して電池
冷却水系に熱伝達する。ここで、制御装置１４が外部の
熱回収量設定信号に基づいて電池冷却水加熱用調節弁１
３を制御することで、その熱伝達量を制御する。これに
より、排熱回収熱交換器４を通して電池冷却水系から外
部へ回収する熱量を、その回収熱を利用する側の事情に
応じて、変動可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池に関し、詳しく
はその燃料電池からの回収熱量の制御に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料電池の一例を図９に示す。図
において、１は燃料電池本体、２は改質器、３は水蒸気
分離器、４は排熱回収熱交換器、５は改質用水蒸気予熱
器、６は燃料予熱器、７は燃焼用空気予熱器、８は燃料
極オフガス予熱器、９は電池冷却水系循環ポンプ、１０
は排熱回収制御弁、１１は圧力センサ、１４は制御装
置、１５はＣＯ変成器、１６は起動用ボイラ、２１はイ
ジェクタを示す。図９では、改質用燃料として都市ガス
を利用した場合を例にとる。

【０００３】この都市ガスは、電池冷却水系で発生した
水蒸気がイジェクタ２１で混入されて改質器２へ送ら
れ、改質器２で水蒸気と反応して水素を生成し、燃料電
池の燃料となる。改質器２で水素を生成する反応は、吸
熱反応であり、７００〜８００［℃］程度で行われるの
で、バーナーにより常時加熱しながら反応が行われる。
このため、改質反応で得られる水素や一酸化炭素等を含
んだ改質ガスは６００［℃］程度の高温のガスである。
従来までは、この高温の改質ガスのもつエネルギーは、
燃料予熱器６，改質用水蒸気予熱器５において、改質器
２へ供給する都市ガスや供給水蒸気の予熱に利用されて
いる。予熱後、改質ガスは、３００［℃］程度となって
ＣＯ変成器１５に導かれ、燃料電池本体１の燃料極へ供
給されている。従って、この改質ガスのもつ熱エネルギ
ーは外部に熱回収されていない。

【０００４】また、前述したように改質器２の温度を７
００〜８００［℃］程度に維持するため改質器２をバー
ナーで常時加熱しているが、このバーナーの燃料として
燃料電池本体１の燃料極から未反応で排出された燃料極
オフガス中の水素を利用している。水素燃焼後の燃焼排
ガスは６００〜７００［℃］程度である。従来までは、
この高温の燃焼排ガスのエネルギーは、燃料極オフガス
予熱器８と燃焼用空気予熱器７において、燃料電池本体
１の燃料極から改質器２へ燃料として導かれる未反応水
素と改質器２への燃焼用空気の予熱に利用されている。
予熱後、燃焼排ガスは、２００〜３００［℃］程度とな
り、燃料電池本体１の空気極からの排ガスと混合された
後、図略の排ガス系の排熱回収熱交換器に導かれてい
る。従って、改質器２の燃焼排ガスも高温度レベルのエ
ネルギーは外部への熱回収に利用されておらず、低温度
レベルとなってから外部へ熱回収されている。

【０００５】一方、電池冷却水系は、燃料電池本体１で
発電時に発する熱とＣＯ変成器１５で反応時に発する熱
を回収した後、電池冷却水系循環ポンプ９により、排熱
回収熱交換器４で２次冷却水へ放熱し、水蒸気分離器３
を通って、再び燃料電池本体１に導かれるループを構成
している。従って、電池冷却水系の排熱回収熱交換器４
で回収する熱は、燃料電池本体１とＣＯ変成器１５で発
生した熱の一部であり、改質ガスや改質器２の燃焼排ガ
スのもつエネルギーは回収していない。上記において、
排熱回収熱交換器４からの回収熱量は、制御装置１４が
圧力センサ１１で測定した水蒸気分離器３内の圧力値が
設定圧力になるように排熱量回収制御弁１０を操作する
ことにより制御される。

【０００６】また、燃料電池の起動時に電池冷却水系の
温度を上昇させるために起動用ボイラが設置されている
燃料電池がある。燃料電池本体１での発電反応は２００
［℃］程度で行われるので、発電開始前に、電池冷却水
を２００［℃］近くまで昇温することで燃料電池本体１
を２００［℃］程度にする必要がある。このような電池
冷却水系の昇温方法には、電気ヒータで行う方法とボイ
ラで行う方法の２通りの方法がある。図示のように起動
用ボイラ１６を利用する方が昇温時間が短くて済むとい
う長所があるが、このボイラ１６を設置する分のイニシ
ャルコストがかかるという短所もある。従来までの燃料
電池では、この起動用ボイラ１６は、起動時の電池冷却
水系の温度上昇のみに用いられており、燃料電池発電開
始後は使用されてはいなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように、
従来の燃料電池では、改質ガスや燃焼排ガスのもつ高温
の熱エネルギーを、電池冷却水系の排熱回収熱交換器４
等の熱回収装置から外部へ回収し、利用することはでき
なかった。また、起動用のボイラ１６は、発電前の電池
冷却水系の昇温にしか利用されておらず、電池冷却水系
の熱回収量を変えることには利用されていなかった。そ
のため、電池冷却水系の排熱回収熱交換器４で回収され
る熱量は、その時の発電量により定まってしまい、熱を
利用する側の事情や要求で回収熱量を変化させることは
できなかった。従って、発電負荷が少ない場合には燃料
電池から回収できる熱量も減少してしまうため、従来ま
では、その場合でも電池の排熱を利用した設備が正常に
機能するようにバックアップ用の熱供給設備が必要とな
っていた。

【０００８】本発明は、このような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、回収熱量を制御
することのできる燃料電池を提供することにある。

【０００９】

【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、水素と酸素とを反応
させて発電を行うとともに熱を発する燃料電池本体と、
改質反応によって前記水素を生成する改質器と、前記燃
料電池本体を冷却する電池冷却水を供給する電池冷却水
系と、前記電池冷却水中の水蒸気を分離する水蒸気分離
器と、前記燃料電池本体での反応温度を一定に保つため
に発電時に発する熱を電池冷却水系から外部に回収する
熱回収装置と、水蒸気分離器内の電池冷却水の圧力また
は温度を測定する圧力センサまたは温度センサと、前記
圧力センサまたは温度センサの計測値に基づいて前記熱
回収装置を介して外部へ回収する熱量を制御する回収熱
量制御装置とを具備した燃料電池において、前記電池冷
却水系より高い温度の熱エネルギーを保有するガスまた
は装置等により前記電池冷却水系を加熱する電池冷却水
系加熱装置と、外部からの熱回収量要求値に基づいて設
定される熱回収量設定信号および前記熱回収量設定信号
に基づいて前記電池冷却水系加熱装置での加熱量を制御
する加熱量制御装置と、前記熱回収量設定信号に基づい
て燃料供給量を制御する燃料供給量制御弁とを具備し
て、または、上記に加えて燃料電池起動時に前記電池冷
却水系の昇温を行う起動用ボイラと、外部からの熱回収
量要求値に基づいて設定される熱回収量設定信号に基づ
き前記起動用ボイラから前記電池冷却水への加熱量を制
御する加熱量制御装置を具備して、前記熱回収量設定信
号に基づいて前記熱回収装置からの回収熱量を増減する
構成としたことを特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明の燃料電池では、改質ガスあるいは燃焼
排ガスなどのように電池冷却水系よりも高い温度の熱エ
ネルギーを保有するガスまたは装置から電池冷却水加熱
用熱交換器を通して電池冷却水系に熱伝達し、その熱伝
達量を加熱量制御装置によって外部の熱回収量設定信号
に基づいて制御することにより、あるいは起動用ボイラ
を起動時だけでなく通常の発電運転でも電池冷却水系の
加熱に利用し、外部の熱回収量設定信号に基づいてその
起動用ボイラへの燃料供給量を制御して電池冷却水系へ
の加熱量を制御することにより、電池冷却水系から外部
へ回収した熱量を、その熱を利用する側の事情に応じて
変動可能にする。

【００１１】

【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。

【００１２】図１に本発明の第１の実施例の構成を示
す。本実施例は、改質ガスのもつ熱エネルギーを熱交換
器を介して電池冷却水系に熱伝達することで、電池冷却
水系からの排熱回収量を制御するシステム構成であり、
その熱伝達量は、電池冷却水流量を制御することで行う
場合の例である。

【００１３】図において、１は燃料電池本体、２は改質
器、３は水蒸気分離器、４は排熱回収熱交換器、５は改
質用水蒸気予熱器、６は燃料予熱器、７は燃焼用空気予
熱器、８は燃料極オフガス予熱器、９は電池冷却水系循
環ポンプ、１０は排熱回収制御弁、１１は圧力センサ、
１２は電池冷却水加熱用熱交換器、１３は電池冷却水加
熱用調節弁、１４は制御装置、１５はＣＯ変成器、１６
は起動用ボイラ、１７は燃料供給量制御弁、２０は温度
センサ、２１はイジェクタを示す。

【００１４】燃料電池本体１は、水素と酸素が水の電気
分解の逆の反応をすることで発電をしている。燃料とな
る水素と酸素のうち、酸素は空気中から供給され、水素
は都市ガスやメタノール等の改質用燃料を改質して供給
される。ここでは、改質用燃料として都市ガスを利用し
た場合について説明する。

【００１５】供給された都市ガスは、イジェクタ２１に
おいて電池冷却水系の水蒸気分離器３から供給された水
蒸気と混合されて改質器２に導かれ、改質反応して水素
を生成する。この反応は、吸熱反応であり、７００から
８００［℃］程度で行われるので、バーナーにより常時
加熱しながら反応が行われる。このため、都市ガスと水
蒸気が反応して得られる水素や一酸化炭素等で構成され
る改質ガスは、６００［℃］程度の高温のガスである。
この高温の改質ガスを電池冷却水加熱用熱交換器１２に
導いて、電池冷却水系に熱を伝達する。電池冷却水系へ
の熱伝達量は制御装置１４の信号を受けて電池冷却水加
熱用調節弁１３により調節される。制御装置１４から電
池冷却水加熱用調節弁１３への信号は外部から制御装置
１４に与えられる熱回収量設定信号に基づく。電池冷却
水加熱用熱交換器１２を出た改質ガスは、燃料予熱器
６，改質用水蒸気予熱器５へ導びかれて残りの熱で、改
質器２へ供給する都市ガスや改質用水蒸気の予熱を行
う。改質器２へ供給する都市ガスや改質用水蒸気の予熱
が十分でない場合には、改質器２でのバーナーからの加
熱量を増やさなければならない。そのために、バーナー
の燃料すなわち燃料極オフガス中の水素を増加させる必
要があり、その結果として、都市ガス供給量を増加させ
る。すなわち、従来、発電した電流値に基づいて都市ガ
ス供給量を制御していたのに加えて、熱回収量設定信号
も加味して都市ガス供給量を制御する。つまり、熱回収
量設定値が増加した場合には都市ガス供給量も増やし、
熱回収量設定値が減少した場合には都市ガス供給量も減
少させるように制御する。また、電池冷却水加熱用熱交
換器１２で電池冷却水系に熱を与えすぎて、改質器２の
触媒層入口での温度が低下することがないように、触媒
層入口での温度を温度センサ２０により検出して、この
温度を制御装置１４に送信し、この温度も加味して電池
冷却水加熱用調節弁１３を操作する。

【００１６】改質器２へ供給する都市ガスや改質用水蒸
気を予熱した後、改質ガスは、３００［℃］程度となっ
てＣＯ変成器１５に導かれる。ＣＯ変成器１５では、改
質反応時に水素と一緒に生成された一酸化炭素を二酸化
炭素に変換する反応が行われる。この反応は、発熱反応
であり、反応熱は、燃料電池冷却水系で回収される。Ｃ
Ｏ変成器１５を出た改質ガスは、次に、燃料電池本体１
の燃料極に導かれる。燃料電池本体１で、改質器２で生
成された水素の一部（定格発電量の場合で８０［％］程
度）が発電反応に利用される。燃料電池本体１での発電
反応は、２００［℃］程度で行われる発熱反応なので、
電池冷却水系で反応熱を回収する。燃料電池本体１で未
反応だった残りの水素（定格発電量の場合で２０［％］
程度）は、改質器２の温度を７００〜８００［℃］程度
に維持するための加熱用の燃料として利用され、改質器
バーナーで燃焼する。水素燃焼後の燃焼排ガスは６００
〜７００［℃］程度である。この高温の燃焼排ガスのエ
ネルギーは、燃料極オフガス予熱器８，燃焼用空気予熱
器７において、改質器２へ供給される燃焼用空気と、燃
料として導かれる未反応水素との予熱に利用される。予
熱後、燃焼排ガスは、２００〜３００［℃］程度とな
り、燃料電池本体１の空気極からの排ガスと混合された
後、図略の排ガス系の排熱回収熱交換器に導かれる。排
ガス系の排熱回収熱交換器で低温レベルで排熱回収され
た後、排ガスは大気へ放出される。

【００１７】一方、燃料電池本体１で発電の際に発生し
た熱とＣＯ変成器１５で反応の際に発生した熱は電池冷
却水を水蒸気にすることで電池冷却水系に回収する。回
収した熱の一部は、水蒸気のまま改質反応を行うために
前述したように水蒸気分離器３からイジェクタ２１を介
して改質器２へ送られる。また、改質器２へ水蒸気を供
給することによる電池冷却水系での不純物の濃縮を防ぐ
ために、電池冷却水の一部を図略の水処理装置にブロー
ダウンする。このブローダウン水とともに回収熱の一部
も排出される。残りの熱は排熱回収熱交換器４で凝縮し
て外部に放熱する。ここでの放熱は排ガス系と比較して
温度レベルが高く、１６０〜１７０［℃］程度である。
排熱回収熱交換器４での回収熱量は排熱回収制御弁１０
を操作することにより制御する。排熱回収制御弁１０
は、水蒸気分離器３の圧力（または温度でも良い）を検
出して、検出圧力（温度）が設定圧力（温度）と一致す
るように、検出圧力（温度）が高い場合には排熱回収量
が多くなるように、検出圧力（温度）が低い場合には排
熱回収量が少なくなるように操作する。このため、燃料
電池本体１およびＣＯ変成器１５から回収した熱のうち
改質器２等で利用される水蒸気の持ち出すエネルギーと
ブローダウン水の持ち出すエネルギー以外は、排熱回収
熱交換器４から外部に放熱する。

【００１８】従って、以上をまとめると、燃料電池から
の回収熱量は、改質ガスと熱交換する冷却水加熱用熱交
換器１２へ流れる電池冷却水流量を操作することで制御
することができる。回収熱量を多くしたい場合には、改
質ガスと熱交換する電池冷却水流量を多くすることで電
池冷却水系と改質ガスとの交換熱量を多くする。その結
果、電池冷却水系の圧力（温度）が上昇し、排熱回収熱
交換器４からの回収熱量が増加する。逆に、回収熱量を
少なくしたい場合には電池冷却水と改質ガスとの交換熱
量を少なくする。その結果、電池冷却水系の圧力（温
度）が下がり、排熱回収熱交換器４からの回収熱量が減
少する。なお、排熱回収量の増減に応じて都市ガス供給
量が増減することになり、発電量には何等影響を及ぼす
ことはない。

【００１９】第１の実施例における排熱回収熱交換器４
からの回収熱量を図７に示す。図中、Ａは本実施例を適
用した時の最大回収熱量、Ｃは従来の回収熱量を示す。
図に示すように、従来までの排熱の回収熱量Ｃは燃料電
池発電量によって一対一で定まっていたのに対して、本
発明を適用することにより発電量を変えずに回収熱量
を、図中のＣからＡまでの間で変化させることができ
る。また、図に示すように負荷１００［％］発電時で、
従来の回収熱量に対して５０［％］程度まで回収熱量を
増加させることができる。

【００２０】図２に本発明の第２の実施例の構成を示
す。本実施例は、改質ガス側の流量を制御することで改
質ガスから電池冷却水系への熱伝達量を制御し、電池冷
却水系からの回収熱量を制御するシステム構成であり、
他は第１の実施例と同様である。

【００２１】図において、１は燃料電池本体、２は改質
器、３は水蒸気分離器、４は排熱回収熱交換器、５は改
質用水蒸気予熱器、６は燃料予熱器、７は燃焼用空気予
熱器、８は燃料極オフガス予熱器、９は電池冷却水系循
環ポンプ、１０は排熱回収制御弁、１１は圧力センサ、
１２は電池冷却水加熱用熱交換器、１３は電池冷却水加
熱用調節弁、１４は制御装置、１５はＣＯ変成器、１６
は起動用ボイラ、１７は燃料供給量制御弁、２０は温度
センサ、２１はイジェクタを示す。本実施例が第１の実
施例と異なる点は、電池冷却水加熱用調節弁１３が電池
冷却水加熱用熱交換器１２の改質ガス側にバイパス可能
に設けられている点である。

【００２２】制御方法としては、第１の実施例と同様
に、回収熱量を多くしたい場合には、電池冷却水と熱交
換する熱交換器１２を流れる改質ガス流量を増加させる
ことで回収熱量を増加させることができる。逆に、回収
熱量を減少させたい場合には、熱交換器１２を流れる改
質ガス流量を減少させることで回収熱量を減少させるこ
とができる。

【００２３】図３に本発明の第３の実施例の構成を示
す。本実施例は、改質器燃焼排ガスのもつ熱エネルギー
を熱交換器を介して電池冷却水系に熱伝達することで電
池冷却水系からの熱回収量を制御するシステム構成であ
り、その熱伝達量は、電池冷却水流量を制御することで
行う場合の例である。

【００２４】図において、１は燃料電池本体、２は改質
器、３は水蒸気分離器、４は排熱回収熱交換器、５は改
質用水蒸気予熱器、６は燃料予熱器、７は燃焼用空気予
熱器、８は燃料極オフガス予熱器、９は電池冷却水系循
環ポンプ、１０は排熱回収制御弁、１１は圧力センサ、
１２は電池冷却水加熱用交換器、１３は電池冷却水加熱
用調節弁、１４は制御装置、１５はＣＯ変成器、１６は
起動用ボイラ、１７は燃料供給量制御弁、２１はイジェ
クタを示す。

【００２５】本実施例について、第１の実施例の構成と
比較して異なる点は、加熱用熱交換器１２が改質器２の
燃焼排ガス側に設けられる点であり、図１の温度センサ
２０が省略されている点である。

【００２６】第１の実施例にも示したように、改質器バ
ーナーでの水素燃焼後の燃焼排ガスは６００〜７００
［℃］程度である。この高温の燃焼排ガスのエネルギー
を電池冷却水加熱用熱交換器１２に導いて、電池冷却水
系に熱を伝達する。電池冷却水系への熱伝達量は、第１
の実施例と同様に、制御装置１４の信号を受けて電池冷
却水加熱用調節弁１３により調節される。制御装置１４
から電池冷却水加熱用調節弁１３への信号は外部から制
御装置１４に与えられる熱回収量設定信号に基づく。電
池冷却水加熱用熱交換器１２を出た燃焼排ガスは、燃料
極オフガス予熱器８，燃焼用空気予熱器７に導びかれ、
残りの熱で、改質器２へ供給する燃焼用空気と、燃料と
なる燃料極での未反応水素の予熱を行う。改質器２へ供
給する燃焼用空気や未反応水素の予熱が十分でない場合
には、改質器２でのバーナーからの加熱量が不足する。
そのために、バーナーの燃料となる燃料極オフガス中の
水素を増加させる必要があり、その結果として、都市ガ
ス供給量を増加させる。すなわち、第１の実施例と同様
に、従来、発電した電流値に基づいて都市ガス供給量を
制御していたのに加えて、熱回収量設定信号も加味して
都市ガス供給量を制御する。都市ガス供給量の制御方法
も第１の実施例と同様に行う。

【００２７】第３の実施例における排熱回収熱交換器４
からの回収熱量を図８に示す。図中、Ｂは本実施例を適
用した時の最大回収熱量、Ｃは従来の回収熱量である。
第１の実施例における回収熱量を示した図７と同様に、
従来までの排熱の回収熱量Ｃは燃料電池発電量によって
一対一で定まっていたのに対して、本発明を適用するこ
とにより、発電量を変えずに回収熱量をＣからＢの間で
変化させることができる。また、図に示すように負荷１
００［％］発電時で、従来の回収熱量Ｃに対して７０
［％］程度まで回収熱量を増加させることができる。

【００２８】また、第１の実施例と第３の実施例を同時
に実施することも可能であり、その場合には、負荷１０
０［％］発電時で、従来の回収熱量に対して１２０
［％］程度まで回収熱量を増加させることができる。

【００２９】図４に本発明の第４の実施例の構成を示
す。本実施例は、改質器燃焼排ガス側の流量を制御する
ことで、改質器燃焼排ガスから電池冷却水系への熱伝達
量を制御し、電池冷却水系からの回収熱量を制御するシ
ステム構成であり、他は第３の実施例と同様である。

【００３０】図において、１は燃料電池本体、２は改質
器、３は水蒸気分離器、４は排熱回収熱交換器、５は改
質用水蒸気予熱器、６は燃料予熱器、７は燃焼用空気予
熱器、８は燃料極オフガス予熱器、９は電池冷却水系循
環ポンプ、１０は排熱回収制御弁、１１は圧力センサ、
１２は電池冷却水加熱用熱交換器、１３は電池冷却水加
熱用調節弁、１４は制御装置、１５はＣＯ変成器、１６
は起動用ボイラ、１７は燃料供給量制御弁、２１はイジ
ェクタを示す。本実施例が第３の実施例と異なる点は、
電池冷却水加熱用調節弁１３が電池冷却水加熱用熱交換
器１２の改質器燃焼排ガス側にバイパス可能に設けられ
ている点である。

【００３１】制御方法としては、第３の実施例と同様
に、回収熱量を多くしたい場合には、電池冷却水と熱交
換する熱交換器１２を流れる燃焼排ガス流量を増加させ
ることで回収熱量を増加させることができる。逆に、回
収熱量を減少させたい場合には、熱交換器１２を流れる
燃焼排ガス流量を減少させることで回収熱量を減少させ
ることができる。

【００３２】図５に本発明の第５の実施例の構成を示
す。本実施例は、運転中においても起動用ボイラを利用
して、ボイラから電池冷却水系への加熱量を制御し、こ
の加熱量に応じて、排熱回収熱交換器からの熱回収量を
制御するシステム構成である。

【００３３】図において、１は燃料電池本体、２は改質
器、３は水蒸気分離器、４は排熱回収熱交換器、５は改
質用水蒸気予熱器、６は燃料予熱器、７は燃焼用空気予
熱器、８は燃料極オフガス予熱器、９は電池冷却水系循
環ポンプ、１０は排熱回収制御弁、１１は圧力センサ、
１４は制御装置、１５はＣＯ変成器、１６は起動用ボイ
ラ、１７は燃料供給量制御弁、１９は起動用ボイラ用燃
料供給量制御弁、２１はイジェクタを示す。本実施例
は、上記各実施例で用いた電池冷却水加熱用熱交換器お
よび電池冷却水加熱用調節弁を使用せず、その替わりに
起動用ボイラ１６への燃料供給経路の途中に制御装置１
４で制御される起動用ボイラ用燃料供給量制御弁１９を
設ける。

【００３４】以上の構成により、外部からの熱回収量要
求値に基づいて設定される熱回収量設定信号に応じて、
ボイラ１６から電池冷却水系への加熱量を制御する。こ
の加熱量を制御するために、制御装置１４がボイラ用燃
料供給量制御弁１９を熱回収量設定信号に基づいて制御
し、その供給量を制御する。電池冷却水系からの回収熱
量を増加させる場合には、ボイラ１６への燃料供給量を
増加させることによりボイラ１６から電池冷却水系への
加熱量を増加させる。その結果、電池冷却水系の圧力
（温度）が上昇するため、排熱回収熱交換器４から排熱
回収量が増加する。逆に、回収熱量を減少させる場合に
は、ボイラ１６への燃料供給量を減少させることにより
ボイラ１６から電池冷却水への加熱量を減少させる。そ
の結果、電池冷却水系の圧力（温度）が下がるため、排
熱回収熱交換器４からの排熱回収量が減少する。

【００３５】図６に本発明の第６の実施例の構成を示
す。本実施例は、第１の実施例と同様に改質ガスのもつ
熱エネルギーを熱交換器を介して電池冷却水系に熱伝達
することで電池冷却水系からの排熱回収量を制御するシ
ステム構成であり、第１の実施例と異なる点は電池冷却
水からの熱回収を熱交換器を介してではなく、水蒸気分
離器から直接蒸気を取り出すことにより行っている点で
ある。第２の実施例から第５の実施例に関しても、同様
に水蒸気分離器から直接水蒸気を取り出すことで熱回収
する方法を適用できるが、ここでは第１の実施例を適用
した場合の説明だけを行う。

【００３６】図において、１は燃料電池本体、２は改質
器、３は水蒸気分離器、４は排熱回収熱交換器、５は改
質用水蒸気予熱器、６は燃料予熱器、７は燃焼用空気予
熱器、８は燃料極オフガス予熱器、９は電池冷却水系循
環ポンプ、１１は圧力センサ、１２は電池冷却水加熱用
交換器、１３は電池冷却水加熱用調節弁、１４は制御装
置、１５はＣＯ変成器、１６は起動用ボイラ、１７は燃
料供給量制御弁、１８は水蒸気取り出し量制御弁、２０
は温度センサ、２１はイジェクタを示す。

【００３７】燃料電池からの回収熱量は、改質ガスと熱
交換する冷却水加熱用熱交換器１２へ流れる電池冷却水
流量を調節弁１３で操作することで制御することができ
る。回収熱量を多くしたい場合には、改質ガスと熱交換
する電池冷却水流量を多くすることで電池冷却水系と改
質ガスとの交換熱量を多くする。その結果、電池冷却水
系の圧力（温度）が上昇し、水蒸気取り出し量調節弁１
８の開度が大きくなり、取り出し水蒸気量が増加するこ
とで、回収熱量が増加する。逆に、回収熱量を少なくし
たい場合には電池冷却水と改質器燃焼排ガスとの交換熱
量を少なくする。その結果、電池冷却水系の圧力（温
度）が下がり、水蒸気取り出し量調節弁１８の開度が小
さくなり、取り出し水蒸気量が減少することで、回収熱
量も減少する。なお、排熱回収量の増減に応じて都市ガ
ス供給量が増減することになり、発電量には何等影響を
及ぼすことはない点は第１の実施例と同様である。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明の燃
料電池により、電池冷却水系の熱回収装置からの回収熱
量を、発電量とは独立に、熱利用側の事情に合わせて制
御できるようになる。また、発電負荷が減少しても熱回
収量を維持することができるため、従来、熱回収量が減
少する場合のために用意されたバックアップ用の熱供給
設備が不要となる。

【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】本発明の第４の実施例を示す構成図

【図５】本発明の第５の実施例を示す構成図

【図６】本発明の第６の実施例を示す構成図

【図７】上記第１の実施例における排熱回収熱交換器か
らの回収熱量を示す図

【図８】上記第３の実施例における排熱回収熱交換器か
らの回収熱量を示す図

【図９】従来例の実施例を示す構成図

【符号の説明】

１…燃料電池本体 ２…改質器 ３…水蒸気分離器 ４…排熱回収熱交換器 ５…改質用水蒸気予熱器 ６…燃料予熱器 ７…燃焼用空気予熱器 ８…燃料極オフガス予熱器 ９…電池冷却水系循環ポンプ １０…排熱回収制御弁 １１…圧力センサ １２…電池冷却水加熱用熱交換器 １３…電池冷却水加熱用調節弁 １４…制御装置 １５…ＣＯ変成器 １６…起動用ボイラ １７…燃料供給量制御弁 １８…水蒸気取り出し量制御弁 １９…起動用ボイラ用燃料供給量制御弁 ２０…温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安達 博 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 田村 豊一 東京都港区海岸１丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 西崎 邦博 東京都港区海岸１丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素と酸素とを反応させて発電を行うと
   ともに熱を発する燃料電池本体と、改質反応によって前
   記水素を生成する改質器と、前記燃料電池本体を冷却す
   る電池冷却水を供給する電池冷却水系と、前記電池冷却
   水中の水蒸気を分離する水蒸気分離器と、前記燃料電池
   本体での反応温度を一定に保つために発電時に発する熱
   を前記電池冷却水系から外部に回収する熱回収装置と、
   前記水蒸気分離器内の電池冷却水の圧力または温度を測
   定する圧力センサまたは温度センサと、前記圧力センサ
   または温度センサの計測値に基づいて前記熱回収装置を
   介して外部へ回収する熱量を制御する回収熱量制御装置
   とを具備した燃料電池において、 前記電池冷却水系より高い温度の熱エネルギーを保有す
   るガスまたは装置等により前記電池冷却水系を加熱する
   電池冷却水系加熱装置と、外部からの熱回収量要求値に
   基づいて設定される熱回収量設定信号および前記熱回収
   量設定信号に基づいて前記電池冷却水系加熱装置での加
   熱量を制御する加熱量制御装置と、前記熱回収量設定信
   号に基づいて燃料供給量を制御する燃料供給量制御弁と
   を具備して、前記熱回収量設定信号に基づいて前記熱回
   収装置からの回収熱量を増減する構成としたことを特徴
   とする燃料電池。
2. 【請求項２】 前記電池冷却水系より高い温度の熱エネ
   ルギーを保有するガスまたは装置として改質ガスを利用
   したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
3. 【請求項３】 前記電池冷却水系より高い温度の熱エネ
   ルギーを保有するガスまたは装置として改質器からの燃
   焼排ガスを利用したことを特徴とする請求項１記載の燃
   料電池。
4. 【請求項４】 水素と酸素とを反応させて発電を行うと
   ともに熱を発する燃料電池本体と、改質反応によって前
   記水素を生成する改質器と、前記燃料電池本体を冷却す
   る電池冷却水を供給する電池冷却水系と、前記電池冷却
   水中の水蒸気を分離する水蒸気分離器と、前記燃料電池
   本体での反応温度を一定に保つために発電時に発する熱
   を前記電池冷却水系から外部に回収する熱回収装置と、
   前記水蒸気分離器内の電池冷却水の圧力または温度を測
   定する圧力センサまたは温度センサと、前記圧力センサ
   または温度センサの計測値に基づいて前記熱回収装置を
   介して外部への回収する熱量を制御する回収熱量制御装
   置と、燃料電池起動時に前記電池冷却水系の昇温を行う
   ために設置された起動用ボイラとを具備した燃料電池に
   おいて、 外部からの熱回収量要求値に基づいて設定される熱回収
   量設定信号に基づき前記起動用ボイラから前記電池冷却
   水への加熱量を制御する加熱量制御装置を具備して、前
   記熱回収量設定信号に基づいて前記熱回収装置からの回
   収熱量を増減させる構成としたことを特徴とする燃料電
   池。