JP2001023668A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池発電装置において、排熱回収構成を
合理的に改善して、装置価格の低減及び排熱回収効率の
向上を図る。 【解決手段】 水素含有ガス及び酸素含有ガスが供給さ
れて、水素含有ガス中の水素と酸素含有ガス中の酸素と
を電気化学反応させて発電する燃料電池発電部４が設け
られ、被加熱水が料電池発電部４の排熱を回収して、貯
湯槽３に貯留されるように構成された燃料電池発電装置
において、被加熱水を冷却水として燃料電池発電部４に
通流させて、被加熱水が燃料電池発電部４の排熱を回収
するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素含有ガス及び
酸素含有ガスが供給されて、水素含有ガス中の水素と酸
素含有ガス中の酸素とを電気化学反応させて発電する燃
料電池発電部が設けられ、被加熱水が前記燃料電池発電
部の排熱を回収して、貯湯槽に貯留されるように構成さ
れた燃料電池発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃料電池発電装置には、図８に示
すように、水素含有ガス路１を通じて供給される水素含
有ガス中の水素と、酸素含有ガス路２を通じて供給され
る酸素含有ガスとしての空気中の酸素とを電気化学反応
させて発電する燃料電池発電部４を設け、被加熱水が燃
料電池発電部４の排熱を回収した後、貯湯槽３に貯湯さ
れるように構成してある。燃料電池発電部４には、冷却
水を通流させて燃料電池発電部４を水冷する水冷部５を
設けてある。

【０００３】従来は、燃料電池発電部４の水冷部５から
排出された冷却水から被加熱水に熱回収させる発電部排
熱回収用熱交換器５１を設けていた。つまり、水冷部５
と発電部排熱回収用熱交換器５１とを、循環ポンプ５２
を介装した冷却水循環路５３にて接続し、発電部排熱回
収用熱交換器５１と貯湯槽３とを、循環ポンプ５４を介
装した被加熱水循環路５５にて接続していた。そして、
発電部排熱回収用熱交換器５１において、料電池発電部
３の排熱を、冷却水を介して被加熱水に回収させ、その
ように熱回収させた被加熱水を貯湯槽３に貯留するよう
にしていた。

【０００４】尚、図８中の１７は、ガス路１６を通じて
供給される炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気と改質反応
させて、水素ガスと一酸化炭素ガスを含有するガスに改
質処理する改質装置であり、図示は省略するが、更に、
改質装置１７にて改質処理されたガスに含まれる一酸化
炭素を低減すべく、変成装置、ＣＯ除去装置等を設けて
あり、そのように一酸化炭素ガス含有量が低減された水
素含有ガスが、水素含有ガス路１を通じて燃料電池発電
部４に供給されるようになっている。図中の１７ｂは、
改質反応に必要な熱を与えるべく、改質装置１７に設け
たバーナであり、そのバーナ１７ｂには、燃料として、
燃料電池発電部４から排出された排水素含有ガスが排水
素含有ガス路７を通じて供給され、燃焼用空気路２５を
通じて燃焼用空気が供給されるようになっている。

【０００５】従来は、排酸素含有ガス路９を通じて燃料
電池発電部４から排出された排酸素含有ガス、及び、排
燃焼ガス路３０を通じて排出されたバーナ１７ｂの燃焼
ガスから冷却水に排熱を回収させる排ガス冷却用交換器
５７を設け、その排ガス冷却用熱交換器５７と、被加熱
水が通流するように被加熱水循環路５５に設けた排ガス
排熱回収用熱交換器５８とを、循環ポンプ５９を介装し
た冷却水循環路６０にて接続してある。そして、排ガス
排熱回収用熱交換器５８において、燃料電池発電部４か
ら排出された排酸素含有ガス及びバーナ１７ｂから排出
された燃焼ガスの熱を、冷却水を介して被加熱水に回収
させるようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来では、燃料電池発
電部４から排出された冷却水から被加熱水に熱回収させ
る発電部排熱回収用熱交換器５１を別に設けていたこと
と、発電部排熱回収用熱交換器５１を設けることにより
装置構成が複雑になることが相俟って、燃料電池発電装
置の価格が高くなるという問題があった。又、冷却水を
介して燃料電池発電部の排熱を被加熱水に回収させるた
め、排熱回収効率が低いという問題があった。

【０００７】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、排熱回収構成を合理的に改善し
て、装置価格の低減及び排熱回収効率の向上を図ること
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〕
請求項１に記載の特徴構成は、前記被加熱水を冷却水と
して前記燃料電池発電部に通流させて、前記被加熱水が
前記燃料電池発電部の排熱を回収するように構成されて
いることにある。

【０００９】請求項１に記載の特徴構成によれば、被加
熱水を冷却水として燃料電池発電部に通流させて、燃料
電池発電部の排熱を被加熱水に直接に回収させる。従っ
て、従来設けていた発電部排熱回収用熱交換器が不要に
なるので、装置価格を低減することができると共に、冷
却水を介して燃料電池発電部の排熱を被加熱水に回収さ
せていた従来に比べて、排熱回収効率を向上することが
できるようになった。

【００１０】〔請求項２記載の発明〕請求項２に記載の
特徴構成は、前記被加熱水を、前記燃料電池発電部から
排出された排水素含有ガス又は前記燃料電池発電部から
排出された排酸素含有ガスにて加熱されるように通流さ
せて、前記被加熱水が前記燃料電池発電部の排熱を回収
するように構成されていることにある。

【００１１】請求項２に記載の特徴構成によれば、被加
熱水を、燃料電池発電部から排出された排水素含有ガス
又は燃料電池発電部から排出された排酸素含有ガスにて
加熱されるように通流させて、排水素含有ガス又は排酸
素含有ガスにて排出される燃料電池発電部の排熱を、排
水素含有ガス又は排酸素含有ガスから被加熱水に直接に
回収させる。従って、従来設けていた排ガス排熱回収用
熱交換器も不要になるので、装置価格を更に低減するこ
とができる。又、排水素含有ガス又は排酸素含有ガスに
て排出される燃料電池発電部の排熱を冷却水を介して被
加熱水に回収させていた従来に比べて、排熱回収効率を
更に向上することができるようになった。

【００１２】〔請求項３記載の発明〕請求項３に記載の
特徴構成は、前記被加熱水として水道水をその給水圧に
て通流させるように構成されていることにある。請求項
３に記載の特徴構成によれば、被加熱水を通流させるた
めのポンプ等が不要になるので、装置価格を更に低減す
ることができる。

【００１３】〔請求項４記載の発明〕請求項４に記載の
特徴構成は、前記貯湯槽に湯水が温度成層を形成して貯
留されるように、前記貯湯槽の底部から取り出した前記
被加熱水を前記燃料電池発電部の排熱を回収するように
通流させた後、前記貯湯槽の上部に供給する状態で、前
記被加熱水を循環させる被加熱水循環手段が設けられ、
前記貯湯槽の上部に給湯路が接続されていることにあ
る。

【００１４】請求項４に記載の特徴構成によれば、貯湯
槽の底部から取り出した被加熱水を燃料電池発電部の排
熱を回収するように通流させて加熱した後、貯湯槽の上
部に供給する状態で被加熱水を循環させることにより、
貯湯槽に湯水を温度成層を形成するように貯留して、貯
湯槽上部の高温の湯水を給湯路を通じて湯水需要先に供
給する。従って、貯湯槽に温度成層を形成せずに湯水を
貯留する場合に比べて、高温の湯水を温度が安定した状
態で効率良く需要先に供給することができる。

【００１５】〔請求項５記載の発明〕請求項５に記載の
特徴構成は、前記燃料電池発電部の排熱を回収した後、
前記貯湯槽に貯留される被加熱水の温度を検出する温度
検出手段と、前記被加熱水の通流量を調節する給水量調
節手段と、前記温度検出手段の検出温度が設定温度にな
るように、前記給水量調節手段を制御する制御手段が設
けられていることにある。

【００１６】請求項５に記載の特徴構成によれば、燃料
電池発電部の排熱を回収した後、貯湯槽に貯留される被
加熱水の温度が設定温度になるように、被加熱水の通流
量が調節されるので、貯湯槽からの給湯温度が安定す
る。又、燃料電池発電部の温度も所定の温度になるよう
に調節されるので、発電出力が安定する。

【００１７】〔請求項６載の発明〕請求項６に記載の特
徴構成は、前記燃料電池発電部が、高分子電解質層を備
えたセルにて構成されていることにある。つまり、燃料
電池発電部が高分子電解質層を備えたセルにて構成され
た、所謂、高分子電解質型の燃料電池発電装置は、例え
ば、燃料電池発電部がリン酸電解質層を備えたセルにて
構成された、所謂、リン酸型の燃料電池発電装置に比べ
て、燃料電池発電部の動作温度が低い。例えば、リン酸
型の燃料電池発電部の動作温度が１８０〜２００°Ｃ程
度であるのに対して、高分子電解質型の燃料電池発電部
の動作温度は７０〜８０°Ｃ程度である。従って、高分
子電解質型の燃料電池発電部において、燃料電池発電部
の排熱を冷却水を介して被加熱水に回収する従来の構成
では、排熱回収後の被加熱水の温度が低いため、貯湯槽
からの給湯温度が低いという欠点があった。そこで、高
分子電解質型の燃料電池発電部において、本発明を実施
すると、燃料電池発電部の排熱を被加熱水に直接に回収
させることにより、排熱回収後の被加熱水の温度が高く
なり、貯湯槽からの給湯温度を高くすることができるの
で、好適である。

【００１８】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕以下、図１、図
２、図４ないし図７に基づいて、本発明を高分子電解質
型の燃料電池発電装置に適用した場合の第１の実施の形
態を説明する。図１及び図２に示すように、燃料電池発
電装置には、燃料ガス路１を通じて供給される燃料ガス
（水素含有ガスに相当する）中の水素と、反応用空気路
２を通じて供給される反応用空気（酸素含有ガスに相当
する）中の酸素とを電気化学反応させて発電する燃料電
池発電部４を設け、被加熱水が燃料電池発電部４の排熱
を回収した後、貯湯槽３に貯留されるように構成してあ
る。貯湯槽３に貯留されている湯水は、給湯路３７を通
じて湯水需要先に供給するように構成してある。

【００１９】燃料電池発電部４には、冷却水を通流させ
て燃料電池発電部４を水冷する水冷部５を設けてある。
本発明においては、被加熱水を冷却水として水冷部５に
通流させて、被加熱水が燃料電池発電部４の排熱を回収
するように構成してある。つまり、燃料電池発電部４の
排熱を回収した後、貯湯槽３に供給するように、被加熱
水を通流させる被加熱水路６を、被加熱水が水冷部５を
通流するように水冷部５に接続してある。

【００２０】又、燃料電池発電部４から排燃料ガス路７
を通じて排出される排燃料ガスにより、被加熱水路６を
通流する被加熱水を加熱する排燃料ガス用熱交換器８、
燃料電池発電部４から排反応用空気路９を通じて排出さ
れる排反応用空気により、被加熱水路６を通流する被加
熱水を加熱する排空気用熱交換器１０を設け、燃料電池
発電部４の排熱を、燃料電池発電部４から排出された排
燃料ガス及び排反応用空気から被加熱水に直接に回収さ
せるように構成してある。

【００２１】詳細は後述するが、天然ガス等の原燃料ガ
スを水蒸気改質する改質装置１７のバーナ１７ｂに、排
燃料ガス路７を接続して、燃料電池発電部４から排出さ
れた排燃料ガスをバーナ１７ｂにて燃焼させるようにし
てある。そして、そのバーナ１７ｂから排燃焼ガス路３
０を通じて排出された燃焼ガスにより、被加熱水路６を
通流する被加熱水を加熱する排燃焼ガス用熱交換器３３
を設け、バーナ１７ｂの排熱を、被加熱水に直接に回収
させるように構成してある。

【００２２】被加熱水路６には水道を接続して、被加熱
水として水道水をその給水圧にて被加熱水路６を通流さ
せるようにしてある。又、被加熱水路６には、被加熱水
路６への給水量を調節する比例弁３４（給水量調節手段
に相当する）、及び、燃料電池発電部４の排熱を回収し
た後、貯湯槽３に貯留される被加熱水の温度を検出する
温度センサ３５（温度検出手段に相当する）を設けてあ
る。そして、温度センサ３５の検出温度が設定温度（例
えば、８０°Ｃ）になるように、比例弁３４の開度を調
節する制御装置３６（制御手段に相当する）を設けてあ
る。

【００２３】図４ないし図７に基づいて、燃料電池発電
部４について説明を加える。先ず、燃料電池のセルＣに
ついて説明を加える。セルＣは、高分子膜４１の一方の
面に酸素極４２、集電板４４及び酸素極側セパレータ４
５を配置し、且つ、他方の面に燃料極４３、集電板４４
及び燃料極側セパレータ４６を配置して構成してある。
そして、そのようなセルＣの複数を、積層状態に並置
し、並びに、積層方向の両端部夫々に電力取り出し用の
集電部４７を設けて、燃料電池発電部４を構成してあ
る。

【００２４】酸素極側セパレータ４５は、酸素極４２側
の面に、反応用空気を通流させる酸素極側流路を形成す
る酸素極側ガス通流溝４５ｓを形成し、反対側の面に、
冷却水流路を形成する冷却水通流溝４５ｗを形成してあ
る。燃料極側セパレータ４６は、燃料極４３側の面に、
燃料ガスを通流させる燃料極側流路を形成する燃料極側
ガス通流溝４６ｆを形成し、反対側の面に、酸素極側セ
パレータ４５の冷却水通流溝４５ｗと面対称となる冷却
水流路形成用の冷却水通流溝４６ｗを形成してある。

【００２５】更に、高分子膜４１、酸素極側セパレータ
４５及び燃料極側セパレータ４６の夫々には、それらを
重ねたときに夫々が積層方向に連なる状態で、厚さ方向
に貫通する６個の孔４１ｈ，４５ｈ，４６ｈを形成して
ある。積層方向視において、高分子膜４１、酸素極側セ
パレータ４５及び燃料極側セパレータ４６の夫々に形成
する６個の孔４１ｈ，４５ｈ，４６ｈのうち、２個は酸
素極側ガス通流溝４５ｓの通流経路の両端部に各別に重
なり、別の２個は燃料極側ガス通流溝４６ｆの通流経路
の両端部に各別に重なり、残りの２個は冷却水通流溝４
５ｗ，４６ｗの通流経路の両端部に各別に重なる。

【００２６】従って、燃料電池発電部４には、高分子膜
４１、酸素極側セパレータ４５及び燃料極側セパレータ
４６夫々の孔４１ｈ，４５ｈ，４６ｈが積層方向に連な
って形成される通路が６本形成されるが、それらのうち
の２本は、各酸素極側ガス通流溝４５ｓの通流経路の両
端部に各別に連通し、別の２本は、各燃料極側ガス通流
溝４６ｓの通流経路の両端部に各別に連通し、残りの２
本は、各冷却水通流溝４５ｗ，４６ｗの通流経路の両端
部に各別に連通している。尚、各酸素極側ガス通流溝４
５ｓの通流経路の両端部に各別に連通する２本の通路
を、酸素極側連通路Ｔｓと、各燃料極側ガス通流溝４６
ｆの通流経路の両端部に各別に連通する２本の通路を燃
料極側連通路Ｔｆと、各冷却水通流溝４５ｗ，４６ｗの
通流経路の両端部に各別に連通する２本の通路を冷却水
側連通路Ｔｗと夫々称する。

【００２７】高分子膜４１は、フッ素樹脂系のイオン交
換膜（ナフィオン等）にて形成してある。酸素極４２及
び燃料極４３は、カーボンから成る多孔状の導電材にて
形成し、白金から成る電極触媒を担持してある。集電板
４４は、多孔状のカーボンペーパ等にて形成し、酸素極
側セパレータ４５及び燃料極側セパレータ４６は、カー
ボン等から成る緻密な気密性の導電材にて形成してあ
る。

【００２８】更に、図７に示すように、燃料電池発電部
３の積層方向の両端部夫々に端板４９を設けてある。一
方の端板４９には、２本の酸素極側連通路Ｔｓのうちの
一方の端部に連通接続する空気用接続部４８ｓ、２本の
燃料極側連通路Ｔｆのうちの一方の端部に連通接続する
燃料ガス用接続部４８ｆ、及び、２本の冷却水連通路Ｔ
ｗのうちの一方の端部に連通接続する冷却水用接続部４
８ｗを備えてある。又、他方の端板４９には、２本の酸
素極側連通路Ｔｓのうちの他方の端部に連通接続する空
気用接続部４８ｓ、２本の燃料極側連通路Ｔｆのうちの
他方の端部に連通接続する燃料ガス用接続部４８ｆ、及
び、２本の冷却水連通路Ｔｗのうちの他方の端部に連通
接続する冷却水用接続部４８ｗを備えてある。

【００２９】尚、２個の空気用接続部４８ｓのうち、一
方は反応用空気の供給用として、他方は反応用空気の排
出用として用い、２個の燃料ガス用接続部４８ｆのう
ち、一方は燃料ガスの供給用として、他方は燃料ガスの
排出用として用い、並びに、２個の冷却水用接続部４８
ｗのうち、一方は冷却水の供給用として、他方は冷却水
の排出用として用いる。

【００３０】そして、供給用の空気用接続部４８ｓから
反応用空気を、供給用の燃料ガス用接続部８ｆから燃料
ガスを、並びに、供給用の冷却水用接続部８ｗから冷却
水を夫々供給する。すると、反応用空気ガスは、各図中
において実線矢印にて示すように、一方の酸素極側連通
路Ｔｓから各セルＣの酸素極側流路に供給され、酸素極
側流路を通流してから、他方の酸素極側連通路Ｔｓに流
出し、その酸素極側連通路Ｔｓを通流して排出用の空気
用接続部４８ｓから排出される。又、燃料ガスは、各図
中において二点鎖線矢印にて示すように、一方の燃料極
側連通路Ｔｆから各セルＣの燃料極側流路に供給され、
燃料極側流路を通流してから、他方の燃料極側連通路Ｔ
ｆに流出し、その燃料極側連通路Ｔｆを通流して排出用
の燃料ガス用接続部４８ｆから排出される。又、冷却水
は、各図中において一点鎖線矢印にて示すように、一方
の冷却水連通路Ｔｗから各セルＣの冷却水流路に供給さ
れて、冷却水流路を通流してから、他方の冷却水連通路
Ｔｗに流出し、その冷却水連通路Ｔｗを通流して排出用
の冷却水用接続部４８ｗから排出される。

【００３１】そして、各セルＣにおいては、後述するよ
うに加湿された燃料ガス中に含まれる水分によって高分
子膜４１が湿らされる状態で、反応用空気中の酸素と燃
料ガス中の水素との電気化学反応により発電される。
又、冷却水の通流により、各セルＣの温度が所定の温度
に維持される。燃料電池発電部４で発電された直流電力
は、インバータＩによって交流電力に変換されて給電さ
れる。

【００３２】従って、冷却水流路を形成する冷却水通流
溝４５ｗ及び冷却水通流溝４６ｗが水冷部５として機能
するように構成してある。

【００３３】次に、図２に基づいて、燃料電池発電部４
に燃料ガスを供給するための構成について説明する。天
然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスを、原燃料ガス路１
１を通じて脱硫装置１２に供給して脱硫し、その脱硫原
燃料ガスを、ガス路１３を通じてエジェクタ１４に送
り、そのエジェクタ１４おいて、脱硫原燃料ガスと後述
の改質用水蒸気路１５を通じて送られてくる水蒸気と混
合させて、ガス路１６を通じて改質装置１７に送る。改
質装置１７において、バーナ１７ｂの燃焼熱を反応熱と
して、原燃料ガスと水蒸気とを改質反応させて、水素ガ
ス及び一酸化炭素ガスを含有するガスに改質処理し、そ
の改質処理後のガスをガス路１８を通じて変成装置１９
に送り、変成装置１９において、送られてきたガス中の
一酸化炭素ガスと水蒸気とを変成反応させて、水素ガス
及び二酸化炭素ガスを含有するガスに変成処理し、その
変成処理後のガスをガス路２０を通じてＣＯ除去装置２
１に送り、ＣＯ除去装置２１において、送られてきたガ
ス中の一酸化炭素ガスを選択酸化用空気路２２からの空
気により選択的に酸化する。そして、このように生成さ
れた一酸化炭素ガス含有量の少ない水素含有ガスを燃料
ガスとして、加湿器２３にて加湿した後、燃料ガス路１
を通じて供給用の燃料ガス用接続部４８ｆから燃料電池
発電部４に供給する。

【００３４】空気供給用のブロア２４を設け、そのブロ
ア２４と燃料電池発電部４の供給用の空気用接続部４８
ｓとを反応用空気路２にて接続し、ブロア２４とガス路
２０とを選択酸化用空気路２２にて接続し、ブロア２４
と改質装置１７のバーナ１７ｂとを燃焼用空気路２５に
て接続してある。

【００３５】燃料電池発電部４から排出された排燃料ガ
スを改質装置１７のバーナ１７ｂに供給すべく、燃料電
池発電部４の排出用の燃料ガス用接続部４８ｆとバーナ
１７ｂとを排燃料ガス路７にて接続し、燃料電池発電部
４から排出された排反応用空気を導くべく、排出用の空
気用接続部４８ｓに排反応用空気路９を接続してある。
尚、改質装置１７における改質反応に必要な反応熱を与
えるに当たって、排燃料ガスだけでは不足する分を補う
べく、改質装置１７のバーナ１７ｂには、原燃料ガス補
給用のガス補給路２６を接続してある。又、バーナ１７
ｂには、燃焼ガスを排出させるための排燃焼ガス路３０
を接続してある。

【００３６】排燃料ガス路７には、通流する排燃料ガス
中の水分を凝縮分離するための気水分離器２７を設け、
排反応用空気路９には、通流する排反応用空気中の水分
を凝縮分離するための気水分離器２８を設け、それら両
気水分離器２７，２８にて分離された凝縮水を貯留する
気水分離器２９を設けてある。そして、気水分離器２９
の液相部とエジェクタ１４とを改質用水蒸気路１５にて
接続するとともに、その改質用水蒸気路１５に、そこを
通流する水を改質装置１７から排出されてガス路１８を
通流する高温の改質処理ガスによる加熱により蒸発させ
る水蒸発用熱交換器３１を設けて、気水分離器２９にて
貯留されている水を蒸発させて、その水蒸気を改質反応
用としてエジェクタ１４に供給するようにしてある。
尚、水蒸発用熱交換器３１は、改質装置１７から排出さ
れてガス路１８を通流する高温の改質処理ガスにより、
ガス路１３を通流して改質装置１７に供給される原燃料
ガスを予熱する機能を備えている。尚、図２中の３２
は、気水分離器２９に純水を補給する補給水路である。

【００３７】図１及び図２に示すように、排燃焼ガス路
３０には、排燃焼ガスから排熱を回収するための排燃焼
ガス用熱交換器３３を設け、排燃料ガス路７において、
気水分離器２７よりも上流側には、排燃料ガスから排熱
を回収するための排燃料ガス用熱交換器８を設け、排反
応用空気路９において、気水分離器２８よりも上流側に
は、排反応用空気から排熱を回収するための排空気用熱
交換器１０を設けてある。そして、被加熱水を、排燃焼
ガス用熱交換器３３、排燃料ガス用熱交換器８、排空気
用熱交換器１０、燃料電池発電部４の水冷部５を順に通
流させて、貯湯槽３に供給するように、被加熱水路６に
て、排燃焼ガス用熱交換器３３、排燃料ガス用熱交換器
８、排空気用熱交換器１０、供給用の冷却水用接続部４
８ｗ、排出用の冷却水用接続部４８ｗ、貯湯槽３の湯水
受入口３ｉを順に接続してある。従って、被加熱水は、
排燃焼ガス用熱交換器３３において排燃焼ガスから排熱
を回収し、排燃料ガス用熱交換器８において排燃料ガス
から排熱を回収し、排空気用熱交換器１０において排反
応用空気から排熱を回収し、並びに、水冷部５において
冷却水として通流して燃料電池発電部４の排熱を回収し
た後、湯水受入口３ｉから貯湯槽３に供給される。

【００３８】従って、燃料電池発電部４の排熱を被加熱
水に直接回収させ、並びに、排燃料ガス及び排反応用空
気にて排出される燃料電池発電部４の排熱を、排燃料ガ
ス及び排反応用空気から被加熱水に直接回収させること
に加えて、改質装置１７のバーナ１７ｂの燃焼ガスから
被加熱水に排熱を直接回収させるようにしてあるので、
排熱回収効率を一層向上することができると共に、貯湯
槽３からの給湯温度を一層高くすることができる。

【００３９】〔第２実施形態〕以下、図３に基づいて、
本発明を高分子電解質型の燃料電池発電装置に適用した
場合の第２の実施の形態を説明する。第２実施形態にお
いては、燃料電池発電部４、その燃料電池発電部４に燃
料ガス及び反応用空気夫々を供給するための構成は、上
記の第１実施形態と同様に構成し、更に、第１実施形態
と同様に、排燃焼ガス用熱交換器３３、排燃料ガス用熱
交換器８、排空気用熱交換器１０を設けてある。

【００４０】そして、貯湯槽３に湯水が温度成層を形成
して貯留されるように、貯湯槽３の底部の湯水取り出し
口３ｏから取り出した被加熱水を燃料電池発電部４の排
熱を回収するように通流させた後、貯湯槽３の上部の湯
水受入口３ｉに供給する状態で、被加熱水を循環させる
被加熱水循環手段L を設けてある。又、貯湯槽３内に満
水状態で湯水を貯留すべく、水道水をその給水圧で供給
する給水路４０を槽底部に接続し、槽上部に給湯路３７
を接続し、給水路４０からの給水圧にて、槽上部の湯を
給湯路３７から給湯するように構成してある。

【００４１】説明を加えると、湯水取り出し口３ｏから
取り出した被加熱水を、排燃焼ガス用熱交換器３３、排
燃料ガス用熱交換器８、排空気用熱交換器１０、燃料電
池発電部４の水冷部５の順に通流させて、湯水受入口３
ｉから貯湯槽３に供給するように、被加熱水循環路３８
にて、湯水取り出し口３ｏ、排燃焼ガス用熱交換器３
３、排燃料ガス用熱交換器８、排空気用熱交換器１０、
燃料電池発電部４の供給用の冷却水用接続部４８ｗ、排
出用の冷却水用接続部４８ｗ、貯湯槽３の湯水受入口３
ｉを順に接続してある。又、被加熱水循環路３８には、
循環用ポンプ３９を設けてある。従って、被加熱水循環
手段Ｌは、被加熱水循環路３８と、その被加熱水循環路
３８に設けた循環用ポンプ３９にて構成してある。

【００４２】そして、循環用ポンプ３９の通水作用によ
り、湯水取り出し口３ｏから取り出した被加熱水を、排
燃焼ガス用熱交換器３３、排燃料ガス用熱交換器８、排
空気用熱交換器１０、燃料電池発電部４の水冷部５の順
に通流させて加熱した後、湯水受入口３ｉから供給する
ことにより、貯湯槽３内の上側に湯を、貯湯槽３内の下
側に水を分離貯留するようにしてある。貯湯槽３内の湯
層と水層との境界は、給湯路３７からの給湯量が少なく
なると槽下方に、多くなると槽上方に移動する如く、給
湯路３７からの給湯量に応じて槽上下方向に移動する。

【００４３】被加熱水循環路３８には、燃料電池発電部
４の排熱を回収した後、貯湯槽３に貯留される被加熱水
の温度を検出する温度センサ３５を設け、制御装置３６
は、温度センサ３５の検出温度が設定温度（例えば、８
０°Ｃ）になるように、被加熱水の通流量を調節すべ
く、循環用ポンプ３９を制御するように構成してある。
従って、循環用ポンプ３９が、給水量調節手段として機
能する。

【００４４】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。 （イ） 上記の実施形態においては、水冷部５において
燃料電池発電部４の排熱を被加熱水に直接回収させるこ
とに加えて、排燃料ガスから排熱を被加熱水に直接回収
するための排燃料ガス用熱交換器８、排反応用空気から
排熱を被加熱水に直接回収するための排空気用熱交換器
１０、及び、排燃焼ガスから排熱を被加熱水に直接回収
するための排燃焼ガス用熱交換器３３を設ける場合につ
いて例示した。これに代えて、排燃料ガス用熱交換器
８、排空気用熱交換器１０及び排燃焼ガス用熱交換器３
３の全てを省略したり、いずれか二つを省略したり、い
ずれか一つを省略しても良い。

【００４５】（ロ） 被加熱水を、排燃焼ガス用熱交換
器３３、排燃料ガス用熱交換器８、排空気用熱交換器１
０及び水冷部５夫々に通流させる場合、通流させる順序
は、上記の実施形態において例示した、排燃焼ガス用熱
交換器３３、排燃料ガス用熱交換器８、排空気用熱交換
器１０、水冷部５の順に限定されるものではない。例え
ば、排燃料ガス用熱交換器８、排空気用熱交換器１０、
排燃焼ガス用熱交換器３３、水冷部５の順としても良
い。

【００４６】（ハ） 上記の実施形態において設けた温
度センサ３５に代えて、燃料電池発電部４の温度を検出
する温度センサを設け、制御装置３６を、その燃料電池
発電部４の温度を検出する温度センサの検出温度が設定
温度になるように、比例弁３４又は循環用ポンプ３９の
作動を制御するように構成しても良い。

【００４７】（ニ） 本発明を適用することができる高
分子電解質型の燃料電池発電装置の構成は、上記の実施
形態において例示した構成に限定されるものではない。
例えば、上記の実施形態では、１個のセルＣ置きに冷却
水を通流させる水冷部５を備えさせる場合について例示
したが、これに代えて、複数のセルＣ置きに水冷部５を
備えさせるように構成しても良い。

【００４８】水冷部５として、上記の実施形態では、酸
素極側セパレータ４５に冷却水通流溝４５ｗを、及び、
燃料極側セパレータ４６に冷却水通流溝４６ｗを夫々形
成する場合について例示した。これに代えて、冷却水通
流溝４５ｗ及び冷却水通流溝４６ｗを省略して、セルＣ
の間に、水冷部５として、冷却水を通流させる金属製の
管路、又は、金属製のチャンバーを設けても良い。

【００４９】（ホ） 上記の実施形態において例示した
天然ガス以外に、アルコール等種々の炭化水素系の原燃
料から改質処理等により生成した水素含有ガスを燃料ガ
スとして用いることができる。又、炭化水素系の原燃料
を用いて水素含有ガスを生成するための構成（改質装置
１７、変成装置１９及びＣＯ除去装置２１等）を省略し
て、純水素ガスを燃料ガスとして用いても良い。

【００５０】（ヘ） 本発明は、燃料電池発電部４が高
分子電解質層を備えたセルＣにて構成された高分子電解
質型の燃料電池発電装置以外に、例えば、燃料電池発電
部４がリン酸電解質層を備えたセルＣにて構成されたリ
ン酸型の燃料電池発電装置にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態にかかる燃料電池発電装置におけ
る排熱回収構成を示す要部の図

【図２】第１実施形態にかかる燃料電池発電装置の全体
構成を示す図

【図３】第２実施形態にかかる燃料電池発電装置におけ
る排熱回収構成を示す要部の図

【図４】実施形態にかかる燃料電池発電装置における燃
料電池発電部のセルの構成を示す斜視図

【図５】実施形態にかかる燃料電池発電装置における燃
料電池発電部の要部の分解斜視図

【図６】実施形態にかかる燃料電池発電装置における燃
料電池発電部の要部の分解斜視図

【図７】実施形態にかかる燃料電池発電装置における燃
料電池発電部の全体概略構成を示す図

【図８】従来の燃料電池発電装置における排熱回収構成
を示す要部の図

【符号の説明】

３ 貯湯槽 ４ 燃料電池発電部 ３４ 給水量調節手段 ３５ 温度検出手段 ３６ 制御手段 ３７ 給湯路 ３９ 給水量調節手段 Ｃ セル Ｌ 被加熱水循環手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東口 誠作 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 立森 正史 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC08 5H027 AA06 BA01 BA09 CC06 DD06 KK41 MM16

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素含有ガス及び酸素含有ガスが供給さ
   れて、水素含有ガス中の水素と酸素含有ガス中の酸素と
   を電気化学反応させて発電する燃料電池発電部が設けら
   れ、 被加熱水が前記燃料電池発電部の排熱を回収して、貯湯
   槽に貯留されるように構成された燃料電池発電装置であ
   って、 前記被加熱水を冷却水として前記燃料電池発電部に通流
   させて、前記被加熱水が前記燃料電池発電部の排熱を回
   収するように構成されている燃料電池発電装置。
2. 【請求項２】 前記被加熱水を、前記燃料電池発電部か
   ら排出された排水素含有ガス又は前記燃料電池発電部か
   ら排出された排酸素含有ガスにて加熱されるように通流
   させて、前記被加熱水が前記燃料電池発電部の排熱を回
   収するように構成されている請求項１記載の燃料電池発
   電装置。
3. 【請求項３】 前記被加熱水として水道水をその給水圧
   にて通流させるように構成されている請求項１又は２記
   載の燃料電池発電装置。
4. 【請求項４】 前記貯湯槽に湯水が温度成層を形成して
   貯留されるように、前記貯湯槽の底部から取り出した前
   記被加熱水を前記燃料電池発電部の排熱を回収するよう
   に通流させた後、前記貯湯槽の上部に供給する状態で、
   前記被加熱水を循環させる被加熱水循環手段が設けら
   れ、 前記貯湯槽の上部に給湯路が接続されている請求項１又
   は２記載の燃料電池発電装置。
5. 【請求項５】 前記燃料電池発電部の排熱を回収した
   後、前記貯湯槽に貯留される被加熱水の温度を検出する
   温度検出手段と、 前記被加熱水の通流量を調節する給水量調節手段と、 前記温度検出手段の検出温度が設定温度になるように、
   前記給水量調節手段を制御する制御手段が設けられてい
   る請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池発電装
   置。
6. 【請求項６】前記燃料電池発電部が、高分子電解質層を
   備えたセルにて構成されている請求項１〜５のいずれか
   １項に記載の燃料電池発電装置。