JP2008243590A - 燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水供給管や水処理装置が凍結することを抑制（防止）できる燃料電池装置を提供する。
【解決手段】燃料電池１と、燃料電池１に供給される改質ガスを生成するために水蒸気改質を行なう改質器４と、外部から供給される水を改質器４に流すための水供給管５と、水供給管５の途中に設けられ改質器４に供給する水量を調整するための給水弁６と、改質器４に供給される水を処理するための水処理装置とを具備し、給水弁６、水処理装置および改質器４が水供給管５により順に接続されるとともに、水処理装置で処理された水を一時的に貯水するための水タンク１０を有する燃料電池装置であって、給水弁６よりも上流側の水供給管５に、かつ給水弁６の近傍に水温センサ１９を有することから、水供給管５や水処理装置が凍結することを的確に抑制（防止）でき、効率よく燃料電池の発電を行なうことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水蒸気改質により生成された改質ガスにより発電を行なう燃料電池装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、水素ガスと酸素含有ガス（通常、空気である）とを用いて電力を得ることができる燃料電池と、この燃料電池を稼動するための補機類とを外装ケースに収納してなる燃料電池装置およびその運転方法が種々提案されている。また燃料電池装置と、湯水を貯える貯湯タンクとを組み合わせ、貯湯タンクの水と燃料電池の発電により生じる排ガスの熱とで熱交換する、コジェネレーションシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

そして、燃料電池の発電に必要な燃料ガス（水素ガス）の生成方法の１つとして水蒸気改質法があるが、この水蒸気改質を用いる燃料電池装置は、一般に、燃料ガスを生成するための改質器、水道水等を処理して純水を生成するための水処理装置、処理した水を一時的に貯水する水タンク、水道水等の水を改質器に供給するための水供給管、水供給管に供給する水量を調整する給水弁、燃料電池の発電により生じる排ガスの熱と水とで熱交換を行なうための熱交換器等を具備する。

そして、燃料電池の発電により生じる排ガスの熱と水とで熱交換を行なう際、排ガスに含まれる水が凝縮水として生じるとともに、この凝縮水を再び水蒸気改質に用いて有効利用することが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

また、このような燃料電池装置において、冬期のような気温が低い季節においては、改質器に水を供給するための水供給管や水処理装置中の水が凍結するおそれがあり、そのような凍結を抑制（防止）すべく、例えば外気温が一定温度を下回った場合に、水供給ラインに水を供給して凍結防止を行なう方法（例えば、特許文献３参照）や、水供給管等をヒータにて加熱する方法（例えば、特許文献４参照）が提案されている。
特開２００６−１７９３８６号公報 特開２００１−１７６５３５号公報 特開２００４−２０７０９３号公報 特開２００３−８６２１３号公報

しかしながら、特許文献３のように、外気温が一定温度を下回った場合に、水供給ラインに水を供給する方法においては、外気温が一定温度を下回るような地域においては、継続して水供給ラインに水が供給されることとなり、水処理装置等の寿命が短くなるといった問題があった。さらには、水供給ラインが凍結するおそれの低い温度であるにもかかわらず、継続して水供給ラインに水が供給され、水処理装置等の寿命が短くなるという問題もあった。

また、特許文献４のように、水供給管をヒータにて加熱する場合にあっては、ヒータを複数設置するもしくは大型のヒータが必要となる場合があり、コストアップにつながるという問題があった。

それゆえ、本発明は、冬期などの気温が低い季節において、水供給管等の凍結を安価に抑制（防止）することができる燃料電池装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池装置は、燃料電池と、該燃料電池に供給される改質ガスを生成するために水蒸気改質を行なう改質器と、外部から供給される水を前記改質器に流すための水供給管と、該水供給管の途中に設けられ前記改質器に供給する水量を調整するための給水弁と、前記改質器に供給される水を処理するための水処理装置とを具備し、前記給水弁、前記水処理装置および前記改質器が前記水供給管により順に接続されるとともに、前記水処理装置で処理された水を一時的に貯水するための水タンクを有する燃料電池装置であって、前記給水弁よりも上流側の前記水供給管に、かつ前記給水弁の近傍に水温センサを有することを特徴とする。

このような燃料電池装置においては、給水弁よりも上流側の水供給管に、かつ給水弁の近傍に水温センサを設けたことから、外部より水供給管に供給された水（水道水等）の水温を測定することができ、給水弁の近傍の水供給管中の水の水温を測定することで、改質器に供給される前の水温を測定できる。ここで、水供給管中の水の水温と外気温とには温度差があり、水温センサにより水供給管中の水の水温を的確に測定することができることで、冬期などの気温が低い季節において、水供給管中の水が凍結するおそれについて、的確に判別することができる。

また、給水弁が閉じている場合において、冬期などの気温が低い季節において、外部（水道等）と給水弁とを接続する水供給管中に滞留する水の水温はより温度が下がりやすいため、給水弁よりも上流側の水供給管、すなわち外部（水道等）と給水弁とを接続する水供給管に、かつ給水弁の近傍に水温センサを有することで、水供給管中の特に凍結を生じやすい部位の水の水温を測定することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記水タンクに貯水された水を前記給水弁と前記水処理装置とを接続する前記水供給管に供給するための還流管を有することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、例えば冬期のような水供給管中の水が凍結するおそれがある場合に、水タンクに貯水された水を、還流管により給水弁と水処理装置とを接続する水供給管に供給（還流）することができる。

それにより、水供給管や水処理装置等の凍結を抑制（防止）することができるとともに、凍結の抑制（防止）にあたり、外部（水道等）より供給される水の使用量を減らすことができる。それゆえ、効率のよい燃料電池装置とすることができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記水処理装置が複数の水処理手段から構成され、前記燃料電池からの排ガスと内部を流通する水とで熱交換する熱交換器と、前記熱交換器で生じた凝縮水を、前記水処理手段同士を接続する前記水供給管または前記水タンクに供給するための凝縮水供給管とを有し、該凝縮水供給管に、前記凝縮水を前記給水弁と前記水処理装置とを接続する前記水供給管に供給するための分岐管が設けられるとともに、前記凝縮水供給管および前記分岐管の少なくとも一方に、その管内を流れる凝縮水の流量を調整する凝縮水調整弁を設けてなることが好ましい。

このような燃料電池装置においては、燃料電池の発電により生じる排ガスと内部を流通する水とで熱交換することで生じる凝縮水を、水処理手段同士を接続する水供給管または水タンクに供給することで、水（凝縮水）を有効活用することができる。

さらに、凝縮水供給管に設けられた分岐管に凝縮水を供給することで、給水弁と水処理装置とを接続する水供給管に凝縮水を供給することができることから、水供給管等の凍結を抑制することができる。

ここで、熱交換により生じる凝縮水の水温は低温となるが、水道水等の水温よりも高い場合が多い。それゆえ、水道水等よりも温かい凝縮水を水供給管等に供給することにより、水供給管等の凍結をより抑制することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記水温センサの測定する水温が所定温度を所定時間下回った場合に、前記給水弁を開いて水を供給する制御を行なう給水弁制御部を有することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、給水弁制御部が、水温センサが測定する水供給管中の水の水温が所定温度を所定時間下回った場合に、給水弁を開いて水を水供給管に供給する制御を行なう。それにより、水供給管等が凍結するおそれのある場合に、水供給管に水を流すことで、水供給管中の水の水温が上昇し、水供給管等が凍結することを抑制できる。したがって、冬期などの気温が低い季節において、水供給管等の凍結を容易に抑制することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記還流管に、前記水タンクより供給される水を制御する還流管弁を有するとともに、前記水温センサの測定する水温が所定温度を所定時間下回った場合に、前記還流管弁を開いて水を供給する制御を行なう還流管弁制御部を有することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、還流管弁制御部が、水温センサが測定する水供給管中の水の水温が所定温度を所定時間下回った場合に、給水弁と水処理装置とを接続する水供給管に水タンクの水を供給するよう、還流管に設けられる還流管弁を制御する。

それにより、水供給管中の水の水温が所定温度を所定時間下回った場合に、還流管弁を開くように制御することで、水タンク中に貯水された水を水供給管や水処理装置等に供給することができることから、水供給管や水処理装置等の凍結を抑制（防止）することができるとともに、凍結の抑制（防止）にあたり、外部（水道等）より供給される水の使用量を減らすことができる。それゆえ、効率のよい燃料電池装置とすることができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記水温センサの測定する水温が所定温度を所定時間下回った場合に、前記凝縮水調整弁を、前記凝縮水を前記分岐管に流すように制御する凝縮水制御部を有することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、凝縮水制御部が、水温センサが測定する水供給管中の水の水温が所定温度を所定時間下回った場合に、給水弁と水処理装置とを接続する水供給管に、熱交換器で生じる凝縮水を流すよう、凝縮水供給管に設けられる凝縮水調整弁を制御する。すなわち、凝縮水が分岐管を流れるように、凝縮水調整弁を制御する。

それにより、水道水等よりも水温の高い凝縮水を、給水弁と水処理装置をと接続する水供給管に供給することから、水供給管に水の流れが生じ、水供給管等の凍結をより抑制することができる。

本発明の燃料電池装置は、水蒸気改質を行なう燃料電池装置において、外部より供給される水を改質器に流すための水供給管と、水供給管の途中に設けられた給水弁とを具備し、水供給管の給水弁より上流側かつ近傍に水温センサを設けることで、水供給管中の水が凍結するおそれについて、的確に判別することができる。そして、その場合に給水弁を開く等により水供給管に水を流すことで、水供給管の凍結を抑制（防止）することができる。

図１は、本発明の燃料電池装置の構成の一例を示した構成図である。本発明の燃料電池装置は、発電を行なう発電ユニット、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニット、これらのユニット間を水が循環するための循環配管から構成されている。

図１に示す燃料電池装置は、燃料電池１、天然ガスや灯油等の被改質ガスを供給する被改質ガス供給手段２、酸素含有ガスを燃料電池１に供給するための酸素含有ガス供給手段３、燃料ガスと水蒸気により水蒸気改質する改質器４を具備している。

ここで、改質器４に純水を供給する手段である水供給手段Ｘは、外部から供給される水を改質器４に流すための水供給管５、水供給管５の途中に設けられ改質器４に供給する水量を調整するための給水弁６、改質器４に供給する水を処理するための水処理装置を具備している。さらに、水処理装置としては、水を浄化するための活性炭フィルタ装置７、活性炭フィルタ装置７により浄化された水をさらに浄化するための逆浸透膜装置８（以下、ＲＯ膜装置とする）、浄化された水を純水にするためのイオン交換樹脂装置９の各水処理手段を具備しており、給水弁６、水処理装置および改質器４が水供給管５によりこの順で接続されている。なお、以下、水処理装置という場合には、各水処理手段すべてを含むものとし、各水処理手段については、それぞれの名称にて説明するものとする。そして、水処理装置（イオン交換樹脂装置９）と改質器４との間に、イオン交換樹脂装置９により処理された水（純水）を一時的に貯水する水タンク１０が配置されている。なお、図１において水タンク１０は、イオン交換樹脂９と改質器４との間に配置したが、例えば、ＲＯ膜装置８とイオン交換樹脂装置９との間に配置することもできる。

そして燃料電池１、被改質ガス供給装置２、酸素含有ガス供給手段３、改質器４および水供給手段Ｘにて、主たる発電部が構成される。

さらに、上記した主たる発電部に加え、燃料電池１にて発電された直流電力を交流電力に切り替え外部負荷に供給するためのパワーコンディショナ１２、燃料電池１の発電により生じた排ガス（排熱）と水とで熱交換する熱交換器１３、熱交換器１３の出口に設けられ熱交換器１３の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１５、水を循環させるための循環ポンプ１６、循環ポンプ１６の運転を制御する制御装置１４、により発電ユニットが構成されている。

また貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク１８を具備して構成されている。

さらに、熱交換器１３と貯湯タンク１８との間で水を循環させるための循環配管１７が設けられており、発電ユニット、貯湯ユニット、循環配管１７をあわせて燃料電池装置が構成される。

なお、図中の矢印は、燃料ガス、酸素含有ガス、水の流れ方向を示したものであり、また破線は制御装置１４に伝送される主な信号経路、または制御装置１４より伝送される主な信号経路を示している。また、同一の構成については同一の番号を付するものとし、以下同様である。さらに、図示していないが、被改質ガス供給手段２と改質器４の間に、被改質ガスを加湿するための被改質ガス加湿器を設けることも可能である。

また、燃料電池１としては、各種燃料電池が知られているが、燃料電池を小型化する上で、固体酸化物形燃料電池とすることができる。それにより、燃料電池のほか、燃料電池の動作に必要な補機類を小型化することができ、燃料電池装置を小型化することができる。またあわせて、家庭用燃料電池で求められる変動する負荷に追従する負荷追従運転を行なうことができる。

ここで、図１に示した燃料電池装置を用いて、本発明の燃料電池装置の運転方法について説明する。

燃料電池１の発電に用いられる改質ガス（燃料ガス）を得るための改質器４で使用される水（純水）は、外部より水供給管５に供給されたのち、給水弁６が開放され、水供給管５を通して活性炭フィルタ装置７に給水される。活性炭フィルタ装置７にて処理された水は、続いてＲＯ膜装置８に給水される。ＲＯ膜装置８にて処理された水は、続いてイオン交換樹脂装置９に給水され純水が生成される。生成された純水は、一時的に水タンク１０に貯水され、改質器４で必要となる水の量に応じて水ポンプ１１により改質器４に供給される。

改質器４においては、水ポンプ１１により供給された純水と、被改質ガス供給手段２より供給される被改質ガスとにより水蒸気改質を行なう。改質器４にて生成された改質ガス（燃料ガス）は、燃料電池１に供給され、酸素含有ガス供給手段３より供給される酸素含有ガスと反応して、燃料電池１の発電が行なわれる。そして、燃料電池１の発電で生じた電力は、パワーコンディショナ１２を通じて外部負荷に供給される。

一方、燃料電池１の発電により生じた排ガス（排熱）は、主に燃料電池１の温度を高めるもしくは維持するために使用された後、燃料電池１より熱交換器１３に供給され、外部に放出される。

熱交換器１３に供給された排ガスは、熱交換器１３内を流通（循環）する水とで熱交換される。そして熱交換された水（湯水）は、循環配管１７を循環して貯湯タンク１８に貯湯される。そして、熱交換器１３にて熱交換された後の排ガスは、燃料電池装置の外部に排気される。

ここで、例えば冬期のような寒い時期においては、水供給管５や水処理装置等が凍結するおそれがあり、水供給管５の破損や水処理装置等の破損・故障等を生じるおそれがある。さらに、水供給管５や水処理装置等が凍結することにより、改質器４に水を供給することができなくなるため、改質器４や燃料電池１の故障を引き起こす場合がある。それゆえ、水供給管５や水処理装置等の凍結を抑制（防止）することが好ましい。

ここで、図１においては、外部より供給される水を改質器４に供給するための水供給管５の途中に設けられた給水弁６よりも上流側の水供給管５に、かつ給水弁６の近傍、すなわち水道等と給水弁６とを接続する水供給管５に、かつ給水弁６の近傍に位置に水温センサ１９を具備する。

燃料電池１の発電にあわせて、水ポンプ１１により水タンク１０に貯水されている水が改質器４に供給される。ここで、水タンク１０は所定の範囲の貯水量が設定されており、貯水量が一定の範囲を下回った場合に給水弁６が開かれ、給水弁６を流れる水は各水処理装置にて処理された後、水タンク１０に貯水される。そして、貯水量が一定の範囲に達すると、給水弁６が閉じられ、水タンク１０への水の供給が停止される。それゆえ、給水弁６が閉じられている間は、水供給管５において水の流れが停止することとなり、水供給管５中に水が滞留することとなる。

ここで、特に外気温が低い冬期などにおいては、給水弁６が閉じられている間は水供給管５における水の流れが停止するため、水供給管５（水供給管５中の水）が凍結する、もしくは各水処理装置が凍結するといったおそれがある。

ここで、外気温にあわせて給水弁６の開閉を制御することも考えられるが、外気温にあわせて制御を行なう場合には、外気温が継続して一定温度を下回るような地域においては、継続して水供給管５に水が供給されることとなり、水処理装置等の寿命が短くなるおそれがある。また、外気温と水供給管５中の水の水温には温度差があるため、水供給管５が凍結するおそれが低い温度の場合でも、継続して水供給管５に水が供給され、水処理装置の寿命が短くなる（劣化が早まる）といった問題もあった。また、各水処理装置で処理された水が水タンク１０に貯水されるが、この場合に水タンク１０の所定の貯水量を超える場合には、その所定量を超えた水は水タンク１０より排水されるため、効率が低下するという問題もあった。

それゆえ、本発明においては、外部より供給される水を改質器４に供給するための水供給管５の途中に設けられた給水弁６よりも上流側の水供給管５に、かつ給水弁６の近傍、すなわち水道等と給水弁６とを接続する水供給管５に、かつ給水弁６の近傍に位置に水温センサ１９を設けることで、水供給管５に供給される水（水道水等）の水温を測定することができ、水供給管５が凍結するおそれについて、的確に判断することができる。

特に、冬期などの寒い時期においては、水道等と給水弁６とを接続する水供給管５中に滞留する水の水温はより温度が下がりやすく、水供給管５の中でも凍結を生じやすい水供給管５であるため、この位置に水温センサ１９を設けることは有用である。

さらに、水温センサ１９により測定される水供給管５中の水の水温が所定温度を所定時間下回った場合に、給水弁６を開いて水供給管５に水を流す制御を行なう給水弁制御部１４を具備することにより、水供給管５や各水処理装置が凍結することをより抑制（防止）できる。

ここで、水供給管５中の水温が所定温度を所定時間下回った場合とは、燃料電池装置の大きさや形状等により異なるが、例えば水温が４℃以下の状態が５〜１０分以上継続して続く場合等を設定することができ、適宜変更することができる。

すなわち、水温センサ１９は、外部と給水弁６とを接続する水供給管５中の水の水温を監視し、その水温を給水弁制御部１４に伝送する。給水弁制御部１４は、水温センサ１９で測定された水温が、所定温度を所定時間下回った場合に、給水弁６を開く信号を伝送する。それにより、水供給管５中の水が流れることで、水供給管５中を流れる水の水温が上昇し、水供給管５や水処理装置が凍結することを適切に抑制（防止）でき、水処理装置の寿命を長くすることができる。

なお、給水弁制御部１４は、給水弁６の開閉だけを制御する制御部として設置しても良いが、燃料電池装置の小型化のため、各種制御機能を有する制御装置に給水弁６の開閉を制御する制御部を有している制御装置とすることが好ましい。以降説明する各制御部についても同様であり、各制御部を有する制御装置を意味するため、制御部の符号は制御装置として同一の番号を用いるものとする。

また、水温センサ１９により測定される水供給管５中の水温が所定温度を所定時間下回った場合に給水弁６を開くが、給水弁６を開いた後、水温センサ１９により測定される水供給管５中の水温が所定温度以上の水温を所定時間経過した場合に、給水弁６を閉じる制御を行なうことが好ましい。それにより、給水弁６を適切に開閉することができ、より効率よく水供給管５や水処理装置等の凍結を抑制（防止）できる。

図２は、水タンク１０に貯水された水を、給水弁６と活性炭フィルタ装置７とを接続する水供給管５に還流するための還流管２２を具備する燃料電池装置の一例を示したものである。

例えば冬期のように、水供給管５や水処理装置が凍結するおそれがある場合に、給水弁６を開いて水供給管５に水を流すことで、水供給管５や水処理装置の凍結を抑制（防止）できるが、水タンク１０の貯水量が満水となっている場合に、凍結抑制の目的で給水弁６を開いて水供給管５に水を流すと、その水は各水処理装置で処理された後、水タンク１０よりそのまま排水される場合がある。すなわち、水処理装置で処理された水が、改質器４には供給されずに、そのまま排水されるという無駄を生じる場合がある。

それゆえ、図２においては、水タンク１０に貯水された水を、給水弁６と活性炭フィルタ装置７とを接続する水供給管５に還流するための還流管２２を設けている。それにより、水タンク１０に貯水された水を用いて、水供給管５や水処理装置等の凍結を抑制（防止）することから、水供給管５や水処理装置等の凍結を抑制（防止）するにあたり、外部（水道等）より供給される水の使用量を減らすことができ、より効率よく燃料電池装置を稼動することができる。

なお、還流管２２はその一端は給水弁６と活性炭フィルタ装置７とを接続する水供給管５に接続されていることが最も好ましいが、その他各水処理装置を接続する水供給管５等に接続することもできる。また、図２において還流管２２には、水タンク１０より水供給管５に供給される水量を制御すべく、還流管弁２０が設けられている。

ここで、還流管２２により水供給管５に水タンク１０に貯水されている水を還流する手段について説明する。水温センサ１９は、外部（水道等）と給水弁６とを接続する水供給管５中の水の水温を監視し、その水温を還流管弁制御部１４に伝送する。還流管弁制御部１４は、水温センサ１９で測定された水温が所定温度を所定時間下回った場合に、還流管２２に配置された還流管弁２０に対し水タンク１０に貯水された水を水供給管５に還流するよう還流管弁２０を開く信号を伝送する。それにより、水供給管５中に水が流れることで、水供給管５中の水の水温が上昇し、水供給管５や水処理装置が凍結することを適切に抑制（防止）でき、水処理装置の寿命を長くすることができる。

また、還流管弁制御部１４は、還流管弁２０を開き水供給管５に水タンク１０の水を還流するよう制御するが、水タンク１０の水を還流した後、所定時間経過した場合に、還流管弁２０を閉じる制御を行なうことが好ましい。それにより、還流管弁２０を適切に開閉することができ、水タンク１０中の水が不足することを抑制でき、より効率よく水供給管５や水処理装置等の凍結を抑制（防止）できる。

なお、このような構成においては、給水弁６は、例えばヒータによりバルブを温める、もしくは還流管弁２０の開閉とあわせて給水弁６の開閉を行なう等により、凍結を抑制（防止）することができる。

なお、図２においては、燃料電池１の発電により生じる排ガスと水とで熱交換した場合に生じる凝縮水を、ＲＯ膜装置８とイオン交換樹脂装置９とを接続する水供給管５に流すための凝縮水供給管２１が設けられている例を示している。

ここで、燃料電池１の発電により生じる排ガスと、熱交換器１３内を循環する水とで熱交換して生じる凝縮水は、ＲＯ膜装置８で処理された水と同等の水質となるため、ＲＯ膜装置８とイオン交換樹脂装置９とを接続する水供給管５に接続することで、効率よく凝縮水を再利用することができる。また、この凝縮水は熱交換器１３内にて熱交換された際に生じる水であるため、その水温は低いものの多くの場合水道水等よりも温度は高く、水タンク１０に貯水される水の温度も水道水等よりも高くなり（少なくとも同温以上）、より効率的に水供給管５や水処理装置が凍結することを適切に抑制（防止）でき、水処理装置の寿命を長くすることができる。

図３は、凝縮水供給管２１に、給水弁６と活性炭フィルタ装置７とを接続する水供給管５に接続される分岐管２４が設けられているとともに、凝縮水供給管２１と分岐管２４の分岐部に、凝縮水供給管２１および分岐管２４の少なくとも一方を流れる凝縮水の流量を調整する凝縮水調整弁２３を設けた燃料電池装置の一例を示したものである。

このような燃料電池装置においては、凝縮水調整弁２３を制御することにより、熱交換器１３にて生じる凝縮水を、ＲＯ膜装置８とイオン交換樹脂装置９とを接続する水供給管５に供給するとともに、分岐管２２に供給することで、給水弁６と活性炭フィルタ装置７とを接続する水供給管５に凝縮水を供給することができる。それにより、水供給管５や水処理装置の凍結を抑制（防止）することができる。

ここで、上述したように凝縮水は多くの場合水道水等よりも水温が高いため、水供給管５や水処理装置が凍結することをより効果的に抑制（防止）でき、水処理装置の寿命を長くすることができる。

なお、凝縮水調整弁２３は、凝縮水供給管２１と分岐管２４の分岐部や、凝縮水供給管２１および分岐管２４の少なくとも一方に設けることができ、例えば、電磁弁、三方弁、エア駆動バルブ等を用いることができる。

ここで分岐管２４より水供給管５に凝縮水を供給する手段について説明する。水温センサ１９は、水道等と給水弁６とを接続する水供給管５中の水の水温を監視し、その水温を凝縮水制御部１４に伝送する。凝縮水制御部１４は、水温センサ１９で測定された水温が、所定温度を所定時間下回った場合に、凝縮水供給管２１を流れる凝縮水が分岐管２４に流れるよう凝縮水調整弁２３を制御する。なおこの際、凝縮水供給管２１を流れる凝縮水の全量が分岐管２４に流れるように制御してもよく、また凝縮水供給管２１を流れる凝縮水の一部が分岐管２４に流れるように制御してもよい。それにより、水道水等よりも温かい凝縮水が水供給管５中を流れることで、より効率よく水供給管５や水処理装置等の凍結を抑制（防止）できる。また、所定温度を所定時間下回った場合とは、上述したのと同様に設定することができる。

なお、このような構成においては、給水弁６は、例えばヒータによりバルブを温める、もしくは凝縮水調整弁２３とあわせて給水弁６の開閉を行なう等により、凍結を抑制（防止）することができる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

例えば、図３で示した構成において、分岐管２４の一端を水温センサ１９と給水弁６との間の水供給管５に接続することも可能である。この場合、水温センサ１９が測定する水温に基づき、給水弁６が開かれる際、あわせて分岐管２４に凝縮水を流すことで、給水弁６や水供給管５の凍結を、効率的に抑制（防止）することができる。

また、水温センサ１９を水道等と給水弁６とを接続する水供給管５に配置したが、例えば、給水弁６と活性炭フィルタ装置７とを接続する水供給管５に配置することも可能である。この場合、還流管２２や分岐管２４の一端は、給水弁６と水温センサ１９との間に接続されるようにすることが好ましい。

また、水供給手段として、活性炭フィルタ装置７、ＲＯ膜装置８、イオン交換樹脂装置９、水タンク１０を順に配置したが、例えばその順序を、活性炭フィルタ装置７、ＲＯ膜装置８、水タンク１０、イオン交換樹脂装置９とすることもできる。この場合は、凝縮水供給管２１の一端を水タンク１０に接続することが好ましい。

また、本発明においては、水供給管５に供給される外部の水として、主に水道より供給される水道水を主体に説明をしたが、外部より供給される水としては水道に限られるものではなく、給水管５に安定にかつ一定の水を供給できるものであれば、他のもの（貯水タンクに貯水された水等）を用いてもよい。

本発明の燃料電池装置の構成を示す構成図である。 水タンクの水を水供給管に還流する還流管を設けた本発明の燃料電池装置の他の構成の一例を示す構成図である。 燃料電池の排ガスを熱交換した際に生じる凝縮水を、分岐管により水供給管に供給する本発明の燃料電池装置のさらに他の構成の一例を示す構成図である。

符号の説明

１：燃料電池
２：燃料供給装置
３：酸素含有ガス供給装置
４：改質器
５：水供給管
６：給水弁
７：活性炭フィルタ装置
８：ＲＯ膜装置
９：イオン交換樹脂装置
１０：水タンク
１１：水ポンプ
１３：熱交換器
１４：制御装置
１９：水温センサ
２０：還流ポンプ
２１：凝縮水供給管
２２：還流管
２３：凝縮水調整弁
２４：分岐管

Claims (6)

1. 燃料電池と、該燃料電池に供給される改質ガスを生成するために水蒸気改質を行なう改質器と、外部から供給される水を前記改質器に流すための水供給管と、該水供給管の途中に設けられ前記改質器に供給する水量を調整するための給水弁と、前記改質器に供給される水を処理するための水処理装置とを具備し、前記給水弁、前記水処理装置および前記改質器が前記水供給管により順に接続されるとともに、前記水処理装置で処理された水を一時的に貯水するための水タンクを有する燃料電池装置であって、前記給水弁よりも上流側の前記水供給管に、かつ前記給水弁の近傍に水温センサを有することを特徴とする燃料電池装置。
2. 前記水タンクに貯水された水を前記給水弁と前記水処理装置とを接続する前記水供給管に供給するための還流管を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
3. 前記水処理装置が複数の水処理手段から構成され、前記燃料電池からの排ガスと内部を流通する水とで熱交換する熱交換器と、前記熱交換器で生じた凝縮水を、前記水処理手段同士を接続する前記水供給管または前記水タンクに供給するための凝縮水供給管とを有し、該凝縮水供給管に、前記凝縮水を前記給水弁と前記水処理装置とを接続する前記水供給管に供給するための分岐管が設けられるとともに、前記凝縮水供給管および前記分岐管の少なくとも一方に、その管内を流れる凝縮水の流量を調整する凝縮水調整弁を設けてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池装置。
4. 前記水温センサの測定する水温が所定温度を所定時間下回った場合に、前記給水弁を開いて水を供給する制御を行なう給水弁制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
5. 前記還流管に、前記水タンクより供給される水を制御する還流管弁を有するとともに、前記水温センサの測定する水温が所定温度を所定時間下回った場合に、前記還流管弁を開いて水を供給する制御を行なう還流管弁制御部を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
6. 前記水温センサの測定する水温が所定温度を所定時間下回った場合に、前記凝縮水調整弁を、前記凝縮水を前記分岐管に流すように制御する凝縮水制御部を有することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池装置。

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