(57)【要約】【課題】冷却装置の数を削減して、排熱処理に要するコストを削減できる燃料電池発電装置を提供する。【解決手段】燃料電池２から排出される排ガス中の水分を回収水として回収する回収水生成装置２１に対して回収水を循環させると共に、その途中に回収水循環ポンプ２３が設けられた回収水循環経路２０と、回収水循環経路２０を流通する回収水を冷却する冷却装置２５と、燃料電池２に対して第１冷却水を循環させると共に、その途中に冷却用熱交換器６が設けられた燃料電池冷却水循環経路１と、第１冷却水の熱を外部の熱需要に供給する排熱回収経路とを備え、冷却用熱交換器６から取り出された第１冷却水の熱は、排熱回収経路を経由して外部の熱需要に供給されると共に、余剰分が回収水循環経路２０を経由して冷却装置２５において外部に放出させるように構成されている燃料電池発電装置。【選択図】図１
2010045012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池（２）を有する燃料電池発電装置において、
前記燃料電池（２）から排出される排ガス中の水分を回収水として回収する回収水生成装置（２１）に対して回収水を循環させると共に、その途中に回収水循環ポンプ（２３）が設けられた回収水循環経路（２０）と、
前記回収水循環経路（２０）を流通する前記回収水を冷却する冷却装置（２５）と、
前記燃料電池（２）に対して第１冷却水を循環させると共に、その途中に冷却用熱交換器（６）が設けられた燃料電池冷却水循環経路（１）と、
前記第１冷却水の熱を外部の熱需要に供給する排熱回収経路とを備え、
前記冷却用熱交換器（６）から取り出された前記第１冷却水の熱は、前記排熱回収経路を経由して外部の熱需要に供給されると共に、余剰分が前記回収水循環経路（２０）を経由して前記冷却装置（２５）において外部に放出させるように構成されていることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記冷却用熱交換器（６）を介して前記第１冷却水と熱交換し、該第１冷却水を冷却する第２冷却水が循環する第２冷却水循環経路（１０）を備え、
前記回収水循環経路から調整バルブ（３２）を介して分岐して伸びた第１中継配管（３１）が前記第２冷却水循環経路（１０）に接続し、
前記第２冷却水循環経路（１０）から分岐して伸びた第２中継配管（３３）が、前記回収水循環経路（２０）の前記調整バルブ（３２）の下流側に接続している、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記第２冷却水循環経路（１０）は、第２冷却水水温検知手段（１６）を備え、
前記第２冷却水水温検知手段（１６）によって検出された前記第２冷却水の温度が予め定められた設定範囲内の値になるように、前記調整バルブ（３２）の開度、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力及び前記冷却装置（２５）の出力から選ばれた少なくとも１つを制御することにより、前記第１中継配管（３１）を通る水量及び／又は水温を調整するように構成されている、請求項２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記第２中継配管（３３）は、第２中継配管冷却水水温検知手段（１５）を備え、
前記第２中継配管冷却水水温検知手段（１５）によって検出された前記第２冷却水の温度が、予め定められた設定範囲内の値になるように、前記調整バルブ（３２）の開度、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力及び前記冷却装置（２５）の出力から選ばれた少なくとも１つを制御することにより、前記第２中継配管（３３）を通る水量及び／又は水温を調整するように構成されている請求項２又は３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記第２冷却水循環経路（１０）の、前記第２中継配管（３３）と前記第１中継配管（３１）との間の経路に排熱回収用熱交換器（５１）が配置され、
前記排熱回収経路は、前記排熱回収用熱交換器（５１）を介して、前記第２冷却水循環経路（１０）を通る第２冷却水と熱交換して外部に熱を取り出すように構成されている、請求項２〜４のいずれか一つに記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記第２冷却水循環経路（１０）の、前記第２中継配管（３３）が接続する経路よりも上流側の経路に排熱回収用熱交換器（５１）が配置され、
前記排熱回収経路は、前記排熱回収用熱交換器（５１）を介して、前記第２冷却水循環経路（１０）を通る第２冷却水と熱交換して外部に熱を取り出すように構成されている、請求項２〜４のいずれか一つに記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
前記回収水循環経路（２０）から調整バルブ（３２）を介して分岐し、前記冷却用熱交換器（６）を通って前記回収水循環経路（２０）に戻される回収水迂回経路（４０）を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項８】
前記回収水迂回経路（４０）に迂回回収水水温検知手段（４１）が設けられ、
前記迂回回収水水温検知手段（４１）によって検出された回収水の温度が、予め定めた設定範囲内の値になるように、前記調整バルブ（３２）の開度、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力及び前記冷却装置（２５）の出力から選ばれた少なくとも１つを制御することにより、前記回収水迂回経路（４０）を通る水量及び／又は水温を調整するように構成されている請求項７に記載の燃料電池発電装置。
【請求項９】
前記燃料電池冷却水循環経路（１）及び前記回収水迂回経路（４０）に、排熱回収用熱交換器（５２，５３）がそれぞれ配置され、
前記排熱回収経路は、前記燃料電池冷却水循環経路（１）に設けられた前記排熱回収用熱交換器（５２）を介して前記燃料電池冷却水循環経路（１）を通る第１冷却水と熱交換して外部に熱を取り出す経路と、前記回収水迂回経路（４０）に設けられた前記排熱回収用熱交換器（５３）を介して前記回収水迂回経路（４０）を通る回収水と熱交換して外部に熱を取り出す経路とで構成されている、請求項７又は８に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１０】
前記冷却用熱交換器（６）に対して第２冷却水を循環させて前記第１冷却水を冷却すると共に、その途中に第２冷却用熱交換器（１７）が設けられた第２冷却水循環経路（１０）と、
前記回収水循環経路（２０）から調整バルブ（３２）を介して分岐し、前記第２冷却用熱交換器（１７）を通って前記回収水循環経路（２０）に戻される回収水第２迂回経路（４５）とを備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１１】
前記第２冷却水循環経路（１０）に第２冷却水水温検知手段（１６）が設けられ、
前記第２冷却水水温検知手段（１６）によって検出された第２冷却水の温度が予め定められた設定範囲内の値になるように、前記調整バルブ（３２）の開度、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力及び前記冷却装置（２５）の出力から選ばれた少なくとも１つを制御することにより、前記回収水第２迂回経路（４５）を通る水量及び／又は水温を調整するように構成されている請求項１０記載の燃料電池発電装置。
【請求項１２】
前記回収水第２迂回経路（４５）に第２迂回回収水水温検知手段（４６）が設けられ、
前記第２迂回回収水水温検知手段（４６）によって検出された回収水の温度が予め定められた設定範囲内の値になるように、前記調整バルブ（３２）の開度、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力及び前記冷却装置（２５）の出力から選ばれた少なくとも１つを制御することにより、前記回収水第２迂回経路（４５）を通る水量及び／又は水温を調整するように構成されている請求項１０記載の燃料電池発電装置。
【請求項１３】
前記第２冷却水循環経路（１０）及び前記回収水第２迂回経路（４５）に、それぞれ排熱回収用熱交換器（５４，５５）が配置され、
前記排熱回収経路は、前記第２冷却水循環経路（１０）に設けられた前記排熱回収用熱交換器（５４）を介して前記第２冷却水循環経路（１０）を通る第２冷却水と熱交換して外部に熱を取り出す経路と、前記回収水第２迂回経路（４５）に設けられた前記排熱回収用熱交換器（５５）を介して前記回収水第２迂回経路（４５）を通る回収水と熱交換して外部に熱を取り出す経路とで構成されている、請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の燃料電池発電装置。
【請求項１４】
前記回収水循環経路（２０）は、前記冷却装置（２５）と、前記冷却装置（２５）を通流後の前記回収水の水温を検知する回収水水温検知手段（２７）と、前記冷却装置（２５）に通流させる回収水と前記冷却装置（２５）をバイパスさせる回収水との流量比を調整する流量比調整バルブ（２６）と、を備え、
前記回収水水温検知手段（２７）が検知した前記回収水の水温が予め定められた設定範囲内の値になるように、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力、前記流量比調整バルブ（２６）の開度及び前記冷却装置（２５）の出力の少なくとも１つを制御するように構成されている、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の燃料電池発電装置。
【請求項１５】
前記回収水循環経路（２０）は、回収水冷却用熱交換器（２８）と、前記回収水冷却用熱交換器（２８）を通流後の前記回収水の水温を検知する回収水水温検知手段（２７）と、を備え、
前記回収水冷却用熱交換器（２８）の冷媒の循環経路（６０）に前記冷却装置（２５）が配置され、
前記回収水水温検知手段（２７）が検知した前記回収水の水温が予め定められた設定範囲内の値になるように、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力、前記回収水冷却用熱交換器（２８）を通過する前記冷媒の流量及び前記冷却装置（２５）の出力の少なくとも１つを制御するように構成されている、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の排熱を利用できるように構成された燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電装置は、天然ガスを改質して得られる水素と空気中の酸素との結合エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電装置である。かかる燃料電池発電装置には、電解質層と、これを挟持するアノード電極及びカソード電極からなる単位電池を複数積層した燃料電池が使用されている。燃料電池は、発電に伴い発熱することから、冷却水を通流して発電最適温度に維持している。
【０００３】
従来の燃料電池発電装置の一例を図５に基づいて説明すると、図中の１は、燃料電池冷却水循環経路であって、燃料電池２を冷却する第１冷却水の循環経路である。この燃料電池冷却水循環経路１は、燃料電池２、ヒータ３、水蒸気分離器４、電池冷却水循環ポンプ５、冷却用熱交換器６、電池冷却水水温センサ８、電池冷却水調整バルブ９、及びこれら各構成機器を結ぶ配管を備えている。なお、冷却用熱交換器６及び電池冷却水調整バルブ９は、電池冷却水循環ポンプ５に戻るバイパス経路に設けられている。
【０００４】
燃料電池冷却水循環経路１では、作動中の燃料電池２に第１冷却水を流入させて、燃料電池２から発電により生じる熱量を奪って燃料電池２の温度を下げる。燃料電池２から流出した第１冷却水は加温されて高温になっており、この高温の第１冷却水は、ヒータ３を通過して水蒸気分離器４に流入させて冷却し、電池冷却水循環ポンプ５によって、燃料電池２に戻される。このとき、一部の水はバイパス経路を通り、冷却用熱交換器６によって冷却されて燃料電池２に戻される。そして、電池冷却水水温センサ８の検知値に応じて電池冷却水調整バルブ９の開度を調節して、冷却用熱交換器６によって冷却された第１冷却水の流量を調整することで、燃料電池冷却水循環経路１内の第１冷却水の水温を予め定められた所定温度に調整している。
【０００５】
図中の７０は、第２冷却水循環経路であって、第１冷却水を冷却する第２冷却水の循環経路である。この第２冷却水循環経路７０は、第２冷却水循環ポンプ１１、排熱回収用熱交換器７１、冷却装置７３、調整バルブ７４，７５及び各構成機器を結ぶ配管を備えている。
【０００６】
第２冷却水循環経路７０では、冷却用熱交換器６を介し、第１冷却水と熱交換して昇温した第２冷却水の一部または全部が、排熱回収用熱交換器７１及び／又は冷却装置７３を通過した後、第２冷却水循環ポンプ１１によって、冷却用熱交換器６へ圧送されて第２冷却水循環経路７０内を循環している。そして、調整バルブ７４の開度を調整することで、排熱回収用熱交換器７１を流動する第２冷却水の流量と、排熱回収用熱交換器７１を介さないバイパスを流動する冷却水の流量とを調整し、調整バルブ７５の開度を調整することで、冷却装置７３を流動する第２冷却水の流量と、冷却装置７３を介さないバイパスを流動する冷却水の流量とを調整して、第２冷却水循環経路７０を循環する冷却水の温度を予め定められた所定温度に保っている。
【０００７】
図中の８０は、回収水循環経路であって、燃料電池２から排出される排ガスから回収した回収水の循環経路である。この回収水循環経路８０は、回収水生成装置２１、回収水循環ポンプ２３、排熱回収用熱交換器７２、冷却装置２５、調整バルブ７６及び各構成機器を結ぶ配管を備えている。
【０００８】
上記回収水生成装置２１で回収された回収水は、回収水循環ポンプ２３によって排熱回収用熱交換器７２へ圧送され、排熱回収用熱交換器７２を通過し、更にその一部または全部は冷却装置２５を通過して再び回収水生成装置２１に送られる。つまり、調整バルブ７６の開度を調整して、冷却装置２５を流動する回収水の流量と、冷却装置２５を介さないバイパスを流動する冷却水の流量とを調整して、回収水生成装置２１内の回収水の温度を予め定められた所定温度に保っている。
【０００９】
また、第２冷却水循環経路７０では、排熱回収用熱交換器７１を介して、第２冷却水循環経路７０を通る第２冷却水と熱交換することで、約８５℃〜９４℃の高温水を安定して生成することができ、同様に、回収水循環経路８０では、排熱回収用熱交換器７２を介して、回収水循環経路８０を通る回収水と熱交換することで、約４０℃〜５０℃の低温水を安定して生成することができ、生成した高温水や低温水は、ユーザの温水利用などに提供されて、回収された排熱が有効活用されている。
【００１０】
このように、図５に示す従来の燃料電池発電装置は、第２冷却水循環経路７０及び回収水循環経路８０のそれぞれに冷却装置２５，７３を備えており、各々の冷却装置２５，７３にて、各循環経路を循環する水を冷却して、それぞれ個別に温度制御している。
【００１１】
また、下記特許文献１には、燃料電池と、改質器と、燃料電池及び改質器から排出される熱を温度レベルの異なる冷却水により熱交換して排出する低温水用熱交換器及び高温水用熱交換器と、を備えた燃料電池発電装置の排熱処理をするに当り、低温水用熱交換器及び高温水用熱交換器における温度レベルの異なる冷却水を、空冷ファンにより一括冷却する空冷式冷却器における低温水用冷却器及び高温水用冷却器にそれぞれ循環して冷却し、空冷式冷却器における冷却空気を、低温水用冷却器側から高温水用冷却器側に通流して冷却することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２８００３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図５に示すような従来の燃料電池発電装置では、２つの冷却水系を循環する水温を制御するため、それぞれの循環経路に冷却装置を配置していたので、装置のコストや定期メンテナンスの工数が増えて費用や手間がかかり、さらに設置に必要な占有空間も大きくなっていた。
【００１４】
また、上記特許文献１では、低温水用熱交換器及び高温水用熱交換器における温度レベルの異なる冷却水を、空冷ファンにより一括冷却する空冷式冷却器における低温水用冷却器及び高温水用冷却器にそれぞれ循環させて、１台の冷却装置にて冷却しているが、低温水と高温水とを同時に冷却しているので、冷却対象の水量が多くなることから冷却装置の出力を大きくする必要があり、運転コストがかかる問題があった。また、高温水と低温水との温度差が大きいと、十分に冷却できなかったり、過剰冷却することがあり、温度制御が困難な場合があった。
【００１５】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、冷却装置の数を削減して、排熱処理に要するコストを削減できる燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の燃料電池発電装置は、燃料ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池（２）を有する燃料電池発電装置において、
前記燃料電池（２）から排出される排ガス中の水分を回収水として回収する回収水生成装置（２１）に対して回収水を循環させると共に、その途中に回収水循環ポンプ（２３）が設けられた回収水循環経路（２０）と、
前記回収水循環経路（２０）を流通する前記回収水を冷却する冷却装置（２５）と、
前記燃料電池（２）に対して第１冷却水を循環させると共に、その途中に冷却用熱交換器（６）が設けられた燃料電池冷却水循環経路（１）と、
前記第１冷却水の熱を外部の熱需要に供給する排熱回収経路とを備え、
前記冷却用熱交換器（６）から取り出された前記第１冷却水の熱は、前記排熱回収経路を経由して外部の熱需要に供給されると共に、余剰分が前記回収水循環経路（２０）を経由して前記冷却装置（２５）において外部に放出させるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の燃料電池発電装置によれば、冷却用熱交換器から取り出された第１冷却水の熱を外部の熱需要に供給して燃料電池から排出された排熱を回収すると共に、余剰分をの熱を、回収水循環経路を経由して冷却装置において外部に放出させる。このため、燃料電池の排熱を回収して有効利用しつつ、燃料電池を冷却する第１冷却水を積極的に冷却することができて、燃料電池の発電効率を下げることなく安定して運転することができる。そして、第１冷却水や回収水に含まれる燃料電池から排出された排熱を、回収水循環経路に設置した冷却装置で冷却するので、冷却装置を複数台設ける必要がなく、装置全体をより小型化にでき、更には、冷却装置のランニングコストやメンテナンス工数を削減できる。
【００１８】
本発明の燃料電池発電装置の好ましい態様の第１は、図１，２に示すように、
前記冷却用熱交換器（６）を介して前記第１冷却水と熱交換し、該第１冷却水を冷却する第２冷却水が循環する第２冷却水循環経路（１０）を備え、
前記回収水循環経路から調整バルブ（３２）を介して分岐して伸びた第１中継配管（３１）が前記第２冷却水循環経路（１０）に接続し、
前記第２冷却水循環経路（１０）から分岐して伸びた第２中継配管（３３）が、前記回収水循環経路（２０）の前記調整バルブ（３２）の下流側に接続していることである。
【００１９】
この態様によれば、低温である回収水を、高温である第２冷却水循環経路へ通流させることができるので、第２冷却水循環経路を循環する第２冷却水の水温を下げることができる。また、第１中継配管を通じて第２冷却水循環経路に還流された回収水と同量の第２冷却水が、第２中継配管を通じて回収水循環経路に還流されて冷却装置で冷却されるので、簡易な構成で、第２冷却水の水温を制御して、燃料電池を冷却する第１冷却水を設定温度に維持できる。また、第２冷却水循環経路は、第１中継配管から低温の回収水が流入し、第２中継配管から高温の第２冷却水が流出するため、第２冷却水の温度変動を速やかに吸収して設定温度に保つことができる。
【００２０】
本発明の燃料電池発電装置は、上記第１の態様において、
前記第２冷却水循環経路（１０）は、第２冷却水水温検知手段（１６）を備え、
前記第２冷却水水温検知手段（１６）によって検出された前記第２冷却水の温度が予め定められた設定範囲の値になるように、前記調整バルブ（３２）の開度、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力及び前記冷却装置（２５）の出力から選ばれた少なくとも１つを制御することにより、前記第１中継配管（３１）を通る水量及び／又は水温を調整するように構成されていることが好ましい。
【００２１】
この態様によれば、第２冷却水水温検知手段によって検出された第２冷却水の温度が高すぎる場合には、第１中継配管を通る水量を多くする、及び／又は冷却装置の出力を高めて水温を低下させ、低すぎる場合には、第１中継配管を通る水量を少なくするか、及び／又は冷却装置の出力を低下させて水温を上昇させることにより、第２冷却水循環経路を流通する第２冷却水の温度を調整することができ、それによって冷却水循環経路を通る冷却水の温度も調整することができる。
【００２２】
本発明の燃料電池発電装置は、上記第１の態様において、
前記第２中継配管（３３）は、第２中継配管冷却水水温検知手段（１５）を備え、
前記第２中継配管冷却水水温検知手段（１５）によって検出された前記第２冷却水の温度が、予め定められた設定範囲の値になるように、前記調整バルブ（３２）の開度、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力及び前記冷却装置（２５）の出力から選ばれた少なくとも１つを制御することにより、前記第２中継配管（３３）を通る水量及び／又は水温を調整するように構成されていることが好ましい。
【００２３】
この態様によれば、第２中継配管冷却水水温検知手段によって検出された第２冷却水の温度が高すぎる場合には、第２中継配管を通る水量を多くする、及び／又は冷却装置の出力を高めて水温を低下させ、低すぎる場合には、第２中継配管を通る水量を少なくするか、及び／又は冷却装置の出力を低下させて水温を上昇させることにより、回収水の温度を調整することができる。
【００２４】
本発明の燃料電池発電装置は、上記第１の態様において、図１に示すように、
前記第２冷却水循環経路（１０）の、前記第２中継配管（３３）と前記第１中継配管（３１）との間の経路に排熱回収用熱交換器（５１）が配置され、
前記排熱回収経路は、前記排熱回収用熱交換器（５１）を介して、前記第２冷却水循環経路（１０）を通る第２冷却水と熱交換して外部に熱を取り出すように構成されていることが好ましい。
【００２５】
この態様によれば、第２冷却水と熱交換して熱を取り出すので、燃料電池の排熱を有効利用できる。また、第２冷却水の設定温度を変更するだけで、容易に使用者のニーズに応じた熱量を取出すことができるので、所望の水温の温水等を安定して使用者に提供することができる。
【００２６】
本発明の燃料電池発電装置は、上記第１の態様において、図２に示すように、
前記第２冷却水循環経路（１０）の、前記第２中継配管（３３）が接続する経路よりも上流側の経路に排熱回収用熱交換器（５１）が配置され、
前記排熱回収経路は、前記排熱回収用熱交換器（５１）を介して、前記第２冷却水循環経路（１０）を通る第２冷却水と熱交換して外部に熱を取り出すように構成されていることが好ましい。
【００２７】
この態様によれば、第２冷却水と熱交換して熱を取り出すので、燃料電池の排熱を有効利用できる。また、第２冷却水の設定温度を変更するだけで、容易に使用者のニーズに応じた熱量を取出すことができるので、所望の水温の温水等を安定して使用者に提供することができる。更には、第２中継配管が排熱回収用熱交換器の下流側に設けられているので、回収水循環経路には、排熱回収用熱交換器で熱交換後の第２冷却水を導入でき、排熱回収用熱交換器にてより多くの熱量を回収できる。
【００２８】
本発明の燃料電池発電装置の好ましい態様の第２は、図３に示すように、
前記回収水循環経路（２０）から調整バルブ（３２）を介して分岐し、前記冷却用熱交換器（６）を通って前記回収水循環経路（２０）に戻される回収水迂回経路（４０）を備えることである。
【００２９】
この態様によれば、燃料電池を冷却して昇温した第１冷却水は、冷却用熱交換器を介した回収水迂回経路を通る回収水との熱交換により冷却されて燃料電池に戻されるので、燃料電池を冷却し続けることができる。また、昇温した第１冷却水との熱交換によって暖められた回収水は、冷却装置にて冷却されるので、再び回収水迂回経路を通して第１冷却水の冷却に使用することができる。
【００３０】
本発明の燃料電池発電装置は、上記第２の態様において、
前記回収水迂回経路（４０）に迂回回収水水温検知手段（４１）が設けられ、
前記迂回回収水水温検知手段（４１）によって検出された回収水の温度が、予め定めた設定範囲内の値になるように、前記調整バルブ（３２）の開度、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力及び前記冷却装置（２５）の出力から選ばれた少なくとも１つを制御することにより、前記回収水迂回経路（４０）を通る水量及び／又は水温を調整するように構成されていることが好ましい。
【００３１】
この態様によれば、迂回回収水水温検知手段によって検出された回収水の温度が高すぎる場合には、回収水迂回経路を通る水量を多くする、及び／又は冷却装置の出力を高めて水温を低下させ、低すぎる場合には、回収水迂回経路を通る水量を少なくするか、及び／又は冷却装置の出力を低下させて水温を上昇させることにより、回収水の温度を調整することができる。
【００３２】
本発明の燃料電池発電装置は、上記第２の態様において、
前記燃料電池冷却水循環経路（１）及び前記回収水迂回経路（４０）に、排熱回収用熱交換器（５２，５３）がそれぞれ配置され、
前記排熱回収経路は、前記燃料電池冷却水循環経路（１）に設けられた前記排熱回収用熱交換器（５２）を介して前記燃料電池冷却水循環経路（１）を通る第１冷却水と熱交換して外部に熱を取り出す経路と、前記回収水迂回経路（４０）に設けられた前記排熱回収用熱交換器（５３）を介して前記回収水迂回経路（４０）を通る回収水と熱交換して外部に熱を取り出す経路とで構成されていることが好ましい。
【００３３】
この態様によれば、第１冷却水及び回収水と熱交換して熱を取り出すので、燃料電池の排熱を有効利用できる。また、第１冷却水と回収水は、それぞれ温度が異なることから、例えば、異なる温度の温水等を同時に回収できる。
【００３４】
本発明の燃料電池発電装置の好ましい態様の第３は、図４に示すように、
前記冷却用熱交換器（６）に対して第２冷却水を循環させて前記第１冷却水を冷却すると共に、その途中に第２冷却用熱交換器（１７）が設けられた第２冷却水循環経路（１０）と、
前記回収水循環経路（２０）から調整バルブ（３２）を介して分岐し、前記第２冷却用熱交換器（１７）を通って前記回収水循環経路（２０）に戻される回収水第２迂回経路（４５）とを備えることである。
【００３５】
この態様によれば、燃料電池を冷却して昇温した第１冷却水は、冷却用熱交換器を介した第２冷却水との熱交換により冷却されて燃料電池に戻されるので、燃料電池を冷却し続けることができる。また、回収水循環経路を通る回収水の全部又は一部を、回収水第２迂回経路を通すことにより、第２冷却用熱交換器を介して第２冷却水と熱交換されるので、それによって第１冷却水との熱交換によって昇温した第２冷却水は冷却され、再び第１冷却水の冷却に使用することができる。また、第２冷却水との熱交換によって昇温した回収水は、回収水循環経路に戻されて冷却装置により冷却されるので、再び回収水第２迂回経路を通して第２冷却水の冷却に使用することができる。
【００３６】
本発明の燃料電池発電装置は、上記第３の態様において、
前記第２冷却水循環経路（１０）に第２冷却水水温検知手段（１６）が設けられ、
前記第２冷却水水温検知手段（１６）によって検出された第２冷却水の温度が予め定められた設定範囲内の値になるように、前記調整バルブ（３２）の開度、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力及び前記冷却装置（２５）の出力から選ばれた少なくとも１つを制御することにより、前記回収水第２迂回経路（４５）を通る水量及び／又は水温を調整するように構成されていることが好ましい。
【００３７】
この態様によれば、第２冷却水水温検知手段によって検出された第２冷却水の温度が高すぎる場合には、回収水第２迂回経路を通る水量を多くするか、及び／又は冷却装置の出力を高めて水温を低下させ、低すぎる場合には、回収水第２迂回経路を通る水量を少なくするか、及び／又は冷却装置の出力を低下させて水温を上昇させることにより、第２冷却水の温度を調整することができ、それによって、冷却水循環経路を流通する第１冷却水の温度も調整できる。
【００３８】
本発明の燃料電池発電装置は、上記第３の態様において、
前記回収水第２迂回経路（４５）に第２迂回回収水水温検知手段（４６）が設けられ、
前記第２迂回回収水水温検知手段（４６）によって検出された回収水の温度が予め定められた設定範囲内の値になるように、前記調整バルブ（３２）の開度、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力及び前記冷却装置（２５）の出力から選ばれた少なくとも１つを制御することにより、前記回収水第２迂回経路（４５）を通る水量及び／又は水温を調整するように構成されていることが好ましい。
【００３９】
この態様によれば、第２迂回回収水水温検知手段によって検出された回収水の温度が高すぎる場合には、回収水第２迂回経路を通る水量を多くするか、及び／又は冷却装置の出力を高めて水温を低下させ、低すぎる場合には、回収水第２迂回経路を通る水量を少なくするか、及び／又は冷却装置の出力を低下させて水温を上昇させることにより、回収水の温度を調整することができる。
【００４０】
本発明の燃料電池発電装置は、上記第３の態様において、
前記第２冷却水循環経路（１０）及び前記回収水第２迂回経路（４５）に、それぞれ排熱回収用熱交換器（５４，５５）が配置され、
前記排熱回収経路は、前記第２冷却水循環経路（１０）に設けられた前記排熱回収用熱交換器（５４）を介して前記第２冷却水循環経路（１０）を通る第２冷却水と熱交換して外部に熱を取り出す経路と、前記回収水第２迂回経路（４５）に設けられた前記排熱回収用熱交換器（５５）を介して前記回収水第２迂回経路（４５）を通る回収水と熱交換して外部に熱を取り出す経路とで構成されていることが好ましい。
【００４１】
この態様によれば、第２冷却水及び回収水と熱交換して熱を取り出すので、燃料電池の排熱を有効利用できる。
【００４２】
本発明の燃料電池発電装置は、図１，３，４に示すように
前記回収水循環経路（２０）は、前記冷却装置（２５）と、前記冷却装置（２５）を通流後の前記回収水の水温を検知する回収水水温検知手段（２７）と、前記冷却装置（２５）に通流させる回収水と前記冷却装置（２５）をバイパスさせる回収水との流量比を調整する流量比調整バルブ（２６）と、を備え、
前記回収水水温検知手段（２７）が検知した前記回収水の水温が予め定められた設定範囲内の値になるように、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力、前記流量比調整バルブ（２６）の開度及び前記冷却装置（２５）の出力の少なくとも１つを制御するように構成されていることが好ましい。
【００４３】
本発明の燃料電池発電装置は、図２に示すように、
前記回収水循環経路（２０）は、回収水冷却用熱交換器（２８）と、前記回収水冷却用熱交換器（２８）を通流後の前記回収水の水温を検知する回収水水温検知手段（２７）と、を備え、
前記回収水冷却用熱交換器（２８）の冷媒の循環経路（６０）に前記冷却装置（２５）が配置され、
前記回収水水温検知手段（２７）が検知した前記回収水の水温が予め定められた設定範囲内の値になるように、前記回収水循環ポンプ（２３）の出力、前記回収水冷却用熱交換器（２８）を通過する前記冷媒の流量及び前記冷却装置（２５）の出力の少なくとも１つを制御するように構成されていることが好ましい。
【００４４】
上記各態様によれば、回収水循環経路を流通する回収水を所定の温度に保つことができる。また、回収水の温度変動を速やかに自動で小さくすることができ、回収水生成装置の生成効率を下げることなく安定して運用することができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の燃料電池発電装置によれば、燃料電池の排熱を回収して有効利用しつつ、燃料電池を冷却する第１冷却水を積極的に冷却することができて、燃料電池の発電効率を下げることなく安定して運転することができる。そして、第１冷却水や回収水に含まれる燃料電池から排出された排熱は、回収水循環経路に設置した冷却装置で冷却できることから、冷却装置を複数台設ける必要がなく、より小型化が可能であり、更には、冷却装置のランニングコストやメンテナンス工数を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の燃料電池発電装置の第１の実施形態の構成図である。
【図２】本発明の燃料電池発電装置の第２の実施形態の構成図である。
【図３】本発明の燃料電池発電装置の第３の実施形態の構成図である。
【図４】本発明の燃料電池発電装置の第４の実施形態の構成図である。
【図５】従来の燃料電池発電装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の燃料電池発電装置の第１の実施形態を表わす構成図である。図１に示すように、本実施形態の燃料電池発電装置は、燃料電池冷却水循環経路１、第２冷却水循環経路１０、回収水循環経路２０、第１中継配管３１、第２中継配管３３、及び制御部１００ａを備える。
【００４８】
燃料電池冷却水循環経路１は、燃料電池２を冷却する第１冷却水の循環経路であって、燃料電池２、ヒータ３、水蒸気分離器４、電池冷却水循環ポンプ５、冷却用熱交換器６、電池冷却水水温センサ８、電池冷却水調整バルブ９、及びこれら各構成機器を結ぶ配管を備えている。
【００４９】
すなわち、燃料電池２の冷却水流出側２ａから伸びた配管１ａには、上流側からヒータ３、水蒸気分離器４、電池冷却水循環ポンプ５、電池冷却水水温センサ８がそれぞれ配置されて燃料電池２の冷却水導入側２ｂに接続している。また、電池冷却水循環ポンプ５と電池冷却水水温センサ８との間の配管は分岐してバイパス管１ｂが伸び、水蒸気分離器４と電池冷却水循環ポンプ５との間に接続している。このバイパス管１ｂには、上流側から冷却用熱交換器６、電池冷却水調整バルブ９がそれぞれ配置されている。
【００５０】
燃料電池冷却水循環経路１では、作動中の燃料電池２に第１冷却水を流入させて、燃料電池２から発電により生じる熱量を奪って燃料電池２の温度を下げる。燃料電池２から流出した第１冷却水は加温されて高温になっており、この高温の第１冷却水は、ヒータ３を通過して水蒸気分離器４に流入する。水蒸気分離器４は、燃料電池からの排熱によって加温されて高温となった冷却水から水蒸気を分離する装置であって、気化した第１冷却水（水蒸気）はここで分離される。水蒸気分離器４で分離された水蒸気は、改質器（図示せず）などに導入して、水蒸気改質反応などの利用に供される。水蒸気分離器４によって分離された冷却水の一部は、バイパス管１ｂを通って冷却用熱交換器６によって更に冷却されて、燃料電池２に再び流入する。その際、電池冷却水水温センサ８の検知値に応じて電池冷却水調整バルブ９の開度を調節して、冷却用熱交換器６によって冷却された第１冷却水の流量を調整することで、燃料電池冷却水循環経路１内の第１冷却水の水温を予め定められた所定温度に調整している。なお、燃料電池２の起動時において、燃料電池２に流入する第１冷却水が低温であると、起動時における燃料電池２の出力効率が下がる。このため、ヒータ３は、起動時に燃料電池２に流入する冷却水を温めるために備えられており、定常運転操作時は停止していることが多い。
【００５１】
第２冷却水循環経路１０は、冷却用熱交換器６を介して、燃料電池冷却水循環経路１を流通する第１冷却水と熱交換して該第１冷却水を冷却する、第１冷却水の冷媒となる第２冷却水の循環経路であって、冷却用熱交換器６、排熱回収用熱交換器５１、第２冷却水水温センサ１６、冷却水循環ポンプ１１、及びこれら各構成機器を結ぶ配管を備えている。
【００５２】
すなわち、冷却用熱交換器６の第２冷却水流出側６ａから伸びた配管１０ａには、上流側から排熱回収用熱交換器５１、第２冷却水水温センサ１６、冷却水循環ポンプ１１がそれぞれ配置されて、冷却用熱交換器６の第２冷却水導入側６ｂに接続している。また、冷却用熱交換器６と排熱回収用熱交換器５１との間の配管には、第２中継配管冷却水水温センサ１５が配置された第２中継配管３３が分岐して伸び、回収水循環経路２０に接続している。また、排熱回収用熱交換器５１と第２冷却水水温センサ１６との間の配管には、後述する回収水循環経路２０から伸びた第１中継配管３１が接続している。
【００５３】
上記排熱回収用熱交換器５１では、第１冷却水との熱交換により昇温した第２冷却水の熱量を、排熱回収用熱交換器５１の冷媒である外部水などに与えて温水等を回収する。
【００５４】
回収水循環経路２０は、燃料電池２から排出される排ガスから回収した回収水の循環経路であって、回収水生成装置２１、回収水循環ポンプ２３、第１調整バルブ３２、第２調整バルブ２６、エアフィンクーラ２５、回収水水温センサ２７、及び上記各構成機器を結ぶ配管を備えている。
【００５５】
上記回収水生成装置２１の上部には、燃料電池２のカソード極から伸びた燃料電池オフガス排気経路７が接続しており、回収水生成装置２１内にカソードオフガスなどの排ガスが導入される。なお、特に図示しないが、改質器を更に備える燃料電池発電装置の場合においては、改質器のバーナ部から伸びたバーナ燃焼排ガス経路が接続しており、バーナ燃焼排ガスが導入されるように構成されている。また、回収水生成装置２１の内部には、上部に散水装置２２が配置されおり、回収水生成装置２１内に導入された排ガスを、散水装置２２から回収水を散水して、冷却し水分を凝縮するように構成されている。また、散水装置２２の下方には脱炭酸塔が配置され、ここで排ガスから回収された水分水が脱炭酸処理されて、底部の回収タンクに回収水として回収される。なお、排ガス中のガス成分は、回収水生成装置２１の上部から系外に排気される。
【００５６】
回収水生成装置２１の底部（回収タンク）から伸びた配管２０ａには、上流側から回収水循環ポンプ２３、第１調整バルブ３２、第２調整バルブ２６、エアフィンクーラ２５、回収水水温センサ２７がそれぞれ配置されて、回収水生成装置２１の上部の散水装置２２に接続している。
【００５７】
また、第１調整バルブ３２を介して第１中継配管３１が伸び、前述したように第２冷却水循環経路１０の排熱回収用熱交換器５１と第２冷却水水温センサ１６との間の配管に接続している。この第１調整バルブ３２は、第１中継配管３１方向への開度を０〜１００％の間で調整可能とし、第１中継配管３１方向への開度が大きくなるに従って、エアフィンクーラ２５方向の配管へ接続された弁の開度が小さくなるよう構成されている。
【００５８】
また、第２調整バルブ２６には、エアフィンクーラ２５の上流側の配管が分岐して伸びたバイパス配管２０ｂが接続しており、第２調整バルブ２６のそれぞれの開口弁の開度を調整することで、エアフィンクーラ２５へ流す回収水の流量と、エアフィンクーラ２５をバイパスして流す回収水の流量比を調整するように構成されている。
【００５９】
制御部１００ａは、第２中継配管冷却水水温センサ１５、第２冷却水水温センサ１６及び回収水水温センサ２７からの温度測定値、回収水循環ポンプ２３の出力値を受信して、第２冷却水循環経路１０を流通する第２冷却水の温度、第２中継配管３３を流通する回収水の温度、回収水循環経路２０を流通する回収水の温度が設定範囲となるように、第１調整バルブ３２、第２調整バルブ２６、回収水循環ポンプ２３及びエアフィンクーラ２５に出力信号を送信する。
【００６０】
次に、制御部１００ａで行われる制御について説明する。
【００６１】
第２冷却水水温センサ１６の検出値は、制御部１００ａへ送られ、予め制御部１００ａに記憶された上限値と比較される。上記検出値が設定値よりも大きい場合は、回収水循環経路２０から第１中継配管３１を通って第２冷却水循環経路１０に流入する回収水の流量を増加させる方向に第１調整バルブ３２の開度を調整する指令を、また逆に第２冷却水水温センサ１６の検出値が設定値よりも小さい場合は、回収水循環経路２０から第１中継配管３１を通って第２冷却水循環経路１０に流入する回収水の流量を減少させる方向に第１調整バルブ３２の開度を調整する指令を、第１調整バルブ３２に送信する。回収水循環経路２０に設けた回収水生成装置２１の回収水タンク内の回収水の温度は、第２冷却水循環経路１０を循環する第２冷却水の温度よりも低いので、回収水の第２冷却水循環経路１０への流入量を調整することで、第２冷却水の温度を調整できる。そして、排熱回収用熱交換器５１から取り出される温水の需要が少ない場合など、第１調整バルブ３２の第１中継配管３１方向への開度が１００％に達してもなお、第２冷却水水温センサ１６の検出値が制御部１００ａに記憶された設定値より大きい場合は、回収水循環ポンプ２３に出力を増大させる指令を送信し、回収水循環ポンプ２３から送出される回収水の流量を増やし、回収水循環経路２０から第２冷却水循環経路１０に流入する回収水の流量を増加させる。
【００６２】
また、第２中継配管冷却水水温センサ１５の検出値は、制御部１００ａへ送られ、予め制御部１００ａに記憶された上限値と比較される。そして、検出値が上限値よりも大きい場合は、回収水循環経路２０の回収水循環ポンプ２３の出力を上げる指令を、第２中継配管冷却水水温センサ１５の検出値が上限値以下の場合は、回収水循環経路２０の回収水循環ポンプ２３の出力を下げる指令を、回収水循環ポンプ２３へ送信する。第２中継配管３３では、回収水循環経路２０から第１中継配管３１を通って第２冷却水循環経路１０に流入したのと同流量の第２冷却水が、第２中継配管３３を通って第２冷却水循環経路１０から回収水循環経路２０へ還流するので、回収水循環ポンプ２３の出力を調整することで、第２冷却水及び回収水の温度を調整できる。
【００６３】
また、回収水水温センサ２７の検出値は、制御部１００ａへ送られ、予め制御部１００ａに記憶された上限値と比較される。検出値が上限値よりも大きい場合は、エアフィンクーラ２５に送られる回収水の流量を増大する方向に第２調整バルブ２６の開度を調整する指令を、検出値が設定値よりも小さい場合は、エアフィンクーラ２５をバイパスして散水装置２２へ送られる回収水の流量を増大する方向に第２調整バルブ２６の開度を調整する指令を、第２調整バルブ２６に送信する。また、第２調整バルブ２６のエアフィンクーラ２５方向の開度が１００％となっても回収水水温センサ２７の検出値が所定温度を超える場合は、制御部１００ａは、エアフィンクーラ２５に出力を増大させる指令を送信し、エアフィンクーラ２５の出力を上げて、回収水循環経路２０の回収水を積極的に冷却させて、回収水水温センサ２７が検知する回収水循環経路２０の回収水の温度が所定温度となるように制御する。また、エアフィンクーラ２５の出力を上限まで増大させても回収水水温センサ２７の検出値が所定温度を超える場合は、回収水循環ポンプ２３の出力を上げる指令を、回収水循環ポンプ２３に送信し、エアフィンクーラ２５における回収水の処理量を増大させる。
【００６４】
次に、上記実施形態の燃料電池発電装置の排熱回収用熱交換器５１から、中温水（約６５℃）又は高温水（約８５℃）を取り出す場合について、例を挙げて説明する。
【００６５】
排熱回収用熱交換器５１から約６５℃の中温水を取り出す場合は、制御部１００ａは、第２冷却水水温センサ１６の検出温度が６５℃となるよう第１調整バルブ３２の開度を制御する。第１調整バルブ３２の第１中継配管３１方向への開度が１００％に達しても第２冷却水水温センサ１６の検出値が６５℃以上になる場合は、回収水循環経路２０の回収水循環ポンプ２３の出力を上げて第１中継配管３１に流入する冷却水の流量を増加させる。また、第２冷却水循環経路１０は、第１中継配管３１に流入した量の回収水循環経路２０の回収水と同量第２冷却水が、第２中継配管３３を介して回収水循環経路２０へ流出する。そのため、回収水循環経路２０の冷却水が、昇温する。そこで、第２中継配管冷却水水温センサ１５の検出値が７５℃に達したら回収水循環ポンプ２３の回転数を上げて回収水の流量を増加して、エアフィンクーラ２５へ送る冷却水の温度を下げる。
【００６６】
排熱回収用熱交換器５１から約８５℃の高温水を取り出す場合は、制御部１００ａが、第２冷却水水温センサ１６の検出値が８５℃になるよう第１調整バルブ３２の開度を制御するように、第１調整バルブ３２の開度に関する設定値を変更する。また、第２中継配管冷却水水温センサ１５の検出が９５℃以上になる場合は、制御部１００ａが、回収水循環ポンプ２３の出力を上げる制御を行うように、回収水循環ポンプ２３に関する設定値を変更する。これらの設定値を変更する以外は、中温水を取り出す場合と同じ制御を行う。
【００６７】
このように、各温度センサ１５，１６が検知した温度に対する設定温度を変更するだけで、使用者のニーズに応じた水温の温水を安定して提供することができる。また、冷却水の温度制御をおこなうにあたり、図５に示す従来例の燃料電池発電装置と比較して、エアフィンクーラ７３を不要とすることができるので、装置構成をよりコンパクト化でき、その結果メンテナンスコストなどを低減できる。
【００６８】
なお、この実施例形態では、冷却装置としてエアフィンクーラを使用した例を示して説明したが、エアフィンクーラ以外の冷却装置を使用することができることは言うまでもない。
【００６９】
（第２の実施形態）
本発明の燃料電池発電装置の第２の実施形態について、図２を用いて説明する。なお、上記第１の実施形態と同一箇所には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００７０】
この実施形態では、第２冷却水循環経路１０は、冷却用熱交換器６の第２冷却水流出側６ａから伸びた配管１０ａに上流側から排熱回収用熱交換器５１、逆流防止弁１９、第２冷却水水温センサ１６、冷却水循環ポンプ１１がそれぞれ配置されて、冷却用熱交換器６の第２冷却水導入側６ｂに接続している。そして、排熱回収用熱交換器５１と逆流防止弁１９との間の配管には、第２中継配管冷却水水温センサが配置された第２中継配管３３が分岐して伸び、回収水循環経路２０に接続している。また、排熱回収用熱交換器５１と逆流防止弁１９との間の配管には、回収水循環経路２０から伸びた第１中継配管３１が接続している。
【００７１】
また、回収水循環経路２０は、回収水生成装置２１の底部（回収タンク）から伸びた配管２０ａに、上流側から回収水循環ポンプ２３、第１調整バルブ３２、回収水冷却用熱交換器２８、回収水水温センサ２７がそれぞれ配置されて、回収水生成装置２１の上部の散水装置に接続している。
【００７２】
そして、回収水冷却用熱交換器２８の冷媒（以下、回収水冷媒と記す）の冷媒循環経路６０に、エアフィンクーラ２５、冷媒循環ポンプ６１が配置され、回収水冷却用熱交換器２８を介して回収水と回収水冷媒とを熱交換して、回収水を冷却するように構成されている。また、回収水との熱交換によって昇温した回収水冷媒は、エアフィンクーラ２５で冷却されて、再び回収水冷却用熱交換器２８に導入される。
【００７３】
この燃料電池発電装置における制御部１００ｂでは、第２中継配管冷却水水温センサ１５、第２冷却水水温センサ１６及び回収水水温センサ２７からの温度測定値、回収水循環ポンプ２３の出力値を受信して、第２冷却水循環経路１０を流通する第２冷却水の温度、第２中継配管３３を流通する回収水の温度、回収水循環経路２０を流通する回収水の温度が設定範囲となるように、第１調整バルブ３２、回収水循環ポンプ２３及びエアフィンクーラ２５に出力信号を送信する。
【００７４】
次に、制御部１００ｂで行われる制御について説明する。
【００７５】
第２冷却水水温センサ１６の検出値は、制御部１００ｂへ送られ、予め制御部１００ｂに記憶された上限値と比較される。検出値が上限値よりも大きい場合は、回収水循環経路２０から第１中継配管３１を通って第２冷却水循環経路１０に流入する回収水の流量を増加させる方向に第１調整バルブ３２の開度を調整する指令を、また逆に検出値が設定値よりも小さい場合は、回収水循環経路２０から第１中継配管３１を通って第２冷却水循環経路１０に流入する回収水の流量を減少させる方向に第１調整バルブ３２の開度を調整する指令を、第１調整バルブ３２に送信する。そして、第１調整バルブ３２の第１中継配管３１方向への開度が１００％に達してもなお、第２冷却水水温センサ１６の検出値が制御部１００ｂに記憶された設定値より大きい場合は、回収水循環ポンプ２３に出力を増大させる指令を送信し、回収水循環ポンプ２３から送出される回収水の流量を増やし、回収水循環経路２０から第２冷却水循環経路１０に流入する回収水の流量を増加させる。
【００７６】
また、第２中継配管冷却水水温センサ１５の検出値は、制御部１００ｂへ送られ、予め制御部１００ｂに記憶された上限値と比較される。検出値が上限値よりも大きい場合は、回収水循環経路２０の回収水循環ポンプ２３の出力を上げる指令を、検出値が上限値以下の場合は、回収水循環経路２０の回収水循環ポンプ２３の出力を下げる指令を回収水循環ポンプ２３へ送信する。
【００７７】
また、回収水水温センサ２７の検出値は、制御部１００ｂへ送られ、予め制御部１００ｂに記憶された上限値と比較される。検出値が上限値よりも大きい場合は、エアフィンクーラ２５の出力を上げる指令を、検出値が上限値以下の場合は、エアフィンクーラ２５の出力を下げる指令を、エアフィンクーラ２５に送信する。すなわち、冷媒循環経路６０を流通する回収水冷媒の温度を調整することで、回収水水温センサ２７が検知する回収水循環経路２０の回収水の温度が所定温度となるように制御する。また、エアフィンクーラ２５の出力を上限まで増大させても回収水水温センサ２７の検出値が所定温度を超える場合は、回収水循環ポンプ２３の出力を上げる指令を、回収水循環ポンプ２３に送信し、回収水冷却用熱交換器２８における回収水の処理量を増大させる。
【００７８】
この実施形態では、第１中継配管３１が排熱回収用熱交換器５１の下流に配置されているので、回収水循環経路２０には、排熱回収用熱交換器５１で熱交換後の第２冷却水を導入でき、排熱回収用熱交換器５１にてより多くの排熱を回収できる。また、回収水循環経路２０には、排熱回収用熱交換器５１で熱交換後の第２冷却水を通流させるので、より低温の回収水を返送でき、エアフィンクーラ２５の負荷をより低減できる。
【００７９】
また、排ガス中には炭酸ガスなどが含まれていることから、回収水循環経路２０を流通する回収水は酸性になっていることが多いため、回収水の流路となる配管は耐酸性素材で構成する必要があり、安価で熱伝導性が良い銅系材料は使用できないが、この実施形態では、エアフィンクーラ２５の冷媒の流路には、回収水が流入しないため、エアフィンクーラ２５の構成素材として、銅系材料を使用することができる。このため、エアフィンクーラ２５の冷却効率を高めることができ、回収水の冷却に要するコストをより低減できる。
【００８０】
（第３の実施形態）
本発明の燃料電池発電装置の第３の実施形態について、図３を用いて説明する。なお、上記第１の実施形態と同一箇所には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
この実施形態では、燃料電池冷却水循環経路１の電池冷却水循環ポンプ５と電池冷却水水温センサ８との間の配管が分岐して伸びたバイパス管１ｂに、上流側から排熱回収用熱交換器５２、冷却用熱交換器６、電池冷却水調整バルブ９がそれぞれ配置されて、燃料電池冷却水循環経路１の、水蒸気分離器４と電池冷却水循環ポンプ５との間の配管に接続している。
【００８２】
上記冷却用熱交換器６には、回収水循環経路２０から第１調整バルブ３２を介して分岐し、冷却用熱交換器６を通って回収水循環経路２０に戻される回収水迂回経路４０が配置されている。すなわち、回収水循環経路２０を循環する回収水の一部または全部を、第１冷却水の冷媒として利用できるように構成されている。この、回収水迂回経路４０の冷却用熱交換器６の下流側には、迂回回収水水温センサ４１、排熱回収用熱交換器５３がそれぞれ配置されて、回収水循環経路２０の第１調整バルブ３２の下流側に接続している。
【００８３】
上記排熱回収用熱交換器５２では、燃料電池２の冷却時に発電発熱量を受け取って昇温した第１冷却水の熱量を、排熱回収用熱交換器５２の冷媒である外部水などに与えて温水等を回収する。
【００８４】
上記冷却用熱交換器６では、燃料電池２の発電発熱量から排熱回収用熱交換器５２で回収された熱量を差し引いた分の熱量を、回収水迂回経路４０を流通する回収水（以下、「迂回回収水」と記す）との熱交換により、迂回回収水に与えることができる。
【００８５】
上記排熱回収用熱交換器５３では、冷却用熱交換器６での第１冷却水との熱交換により昇温した迂回回収水の熱量を、排熱回収用熱交換器５３の冷媒である外部水などに与えて温水等を回収する。ここで回収される熱量は、燃料電池２の発電発熱量から排熱回収用熱交換器５２で回収された熱量を差し引いた分の熱量以下であることから、排熱回収用熱交換器５２よりも低温の温水などが回収される。
【００８６】
この燃料電池発電装置における制御部１００ｃでは、迂回回収水水温センサ４１及び回収水水温センサ２７からの温度測定値、回収水循環ポンプ２３の出力値を受信して、冷却用熱交換器６から流出する迂回回収水の温度が設定範囲となるように、第１調整バルブ３２、回収水循環ポンプ２３及びエアフィンクーラ２５に出力信号を送信する。
【００８７】
次に、制御部１００ｃで行われる制御について説明する。
【００８８】
迂回回収水水温センサ４１の検出値は、制御部１００ｃへ送られ、予め制御部１００ｃに記憶された上限値と比較される。検出値が設定値よりも大きい場合は、回収水迂回経路４０を流通する回収水の流量を増加させる方向に第１調整バルブ３２の開度を調整する指令を、また逆に検出値が設定値よりも小さい場合は、回収水迂回経路４０を流通する回収水の流量を減少させる方向に第１調整バルブ３２の開度を調整する指令を、第１調整バルブ３２に送信する。そして、第１調整バルブ３２の回収水迂回経路４０方向への開度が１００％に達してもなお、検出値が制御部１００ｃに記憶された設定値より大きい場合は、回収水循環ポンプ２３に出力を増大させる指令を送信し、回収水循環ポンプ２３から送出される回収水の流量を増やして回収水循環経路２０から回収水迂回経路４０を流通する回収水の流量を増加させる。
【００８９】
また、回収水水温センサ２７の検出値は、制御部１００ｃへ送られ、予め制御部１００ｃに記憶された上限値と比較される。検出値が上限値よりも大きい場合は、エアフィンクーラ２５に送られる回収水の流量を増大する方向に第２調整バルブ２６の開度を調整する指令を、検出値が設定値よりも小さい場合は、エアフィンクーラ２５をバイパスして散水装置２２へ送られる回収水の流量を増大する方向に第２調整バルブ２６の開度を調整する指令を、第２調整バルブ２６に送信する。また、第２調整バルブ２６のエアフィンクーラ２５方向の開度が１００％となっても回収水水温センサ２７の検出値が所定温度を超える場合は、制御部１００ｃは、エアフィンクーラ２５に出力を増大させる指令を送信する。また、エアフィンクーラ２５の出力を上限まで増大させても回収水水温センサ２７の検出値が所定温度を超える場合は、回収水循環ポンプ２３の出力を上げる指令を、回収水循環ポンプ２３に送信し、エアフィンクーラ２５における回収水の処理量を増大させる。
【００９０】
この実施形態によれば、異なる温度範囲の温水等を同時に得ることができる。また、上記実施形態同様、冷却水の温度制御をおこなうにあたり、図５に示す従来例の燃料電池発電装置と比較して、エアフィンクーラ７３を不要とすることができるので、装置構成をよりコンパクト化でき、その結果メンテナンスコストなどを低減できる。
【００９１】
（第４の実施形態）
本発明の燃料電池発電装置の第４の実施形態について、図４を用いて説明する。なお、上記第１の実施形態と同一箇所には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００９２】
この実施形態では、第２冷却水循環経路１０は、冷却用熱交換器６の第２冷却水流出側６ａから伸びた配管１０ａに、上流側から排熱回収用熱交換器５４、第２冷却用熱交換器１７、第２冷却水水温センサ１６、冷却水循環ポンプ１１がそれぞれ配置されて、冷却用熱交換器６の第２冷却水導入側６ｂに接続している。
【００９３】
上記第２冷却用熱交換器１７には、回収水循環経路２０から第１調整バルブ３２を介して分岐し、第２冷却用熱交換器１７を通って回収水循環経路２０に戻される回収水第２迂回経路４５が配置されている。すなわち、回収水循環経路２０を循環する回収水の一部または全部を、第２冷却水の冷媒として利用できるように構成されている。この、回収水第２迂回経路４５の第２冷却用熱交換器１７の下流側の配管４５ａには、第２迂回回収水水温センサ４６、排熱回収用熱交換器５５がそれぞれ配置されて、回収水循環経路２０の第１調整バルブ３２の下流側に接続している。
【００９４】
上記排熱回収用熱交換器５４では、第１冷却水との熱交換により昇温した第２冷却水の熱量を、排熱回収用熱交換器５４の冷媒である外部水などに与えて温水等を回収する。
【００９５】
上記第２冷却用熱交換器１７では、燃料電池２の発電発熱量から排熱回収用熱交換器５４で回収された熱量を差し引いた分の熱量を、回収水第２迂回経路４５を流通する回収水（以下、「第２迂回回収水」と記す）と熱交換して第２迂回回収水に与える。
【００９６】
上記排熱回収用熱交換器５５では、第２冷却用熱交換器１７での第２冷却水との熱交換により昇温した第２迂回回収水の熱量を、排熱回収用熱交換器５５の冷媒である外部水などに与えて温水等を回収する。ここで回収される熱量は、燃料電池２の発電発熱量から排熱回収用熱交換器５４で回収された熱量を差し引いた分の熱量以下であることから、排熱回収用熱交換器５４よりも比較的低温の温水などが回収される。
【００９７】
この燃料電池発電装置における制御部１００ｄでは、第２冷却水水温センサ１６、第２迂回回収水水温センサ４６及び回収水水温センサ２７からの温度測定値、回収水循環ポンプ２３の出力値を受信して、第２冷却水及び第２迂回回収水の温度が設定範囲となるように、第１調整バルブ３２、回収水循環ポンプ２３及びエアフィンクーラ２５に出力信号を送信する。
【００９８】
次に、制御部１００ｄで行われる制御について説明する。
【００９９】
第２冷却水水温センサ１６の検出値は、制御部１００ｄへ送られ、予め制御部１００ｄに記憶された上限値と比較される。検出値が設定値よりも大きい場合は、回収水第２迂回経路４５を流通する回収水の流量を増加させる方向に第１調整バルブ３２の開度を調整する指令を、また逆に検出値が設定値よりも小さい場合は、回収水第２迂回経路４５を流通する回収水の流量を減少させる方向に第１調整バルブ３２の開度を調整する指令を、第１調整バルブ３２に送信する。そして、第１調整バルブ３２の回収水第２迂回経路４５方向への開度が１００％に達してもなお、第２冷却水水温センサ１６の検出値が制御部１００ｄに記憶された設定値より大きい場合は、回収水循環ポンプ２３に出力を増大させる指令を送信し、回収水循環ポンプ２３から送出される回収水の流量を増やして回収水循環経路２０から回収水第２迂回経路４５に流入する回収水の流量を増加させる。
【０１００】
また、第２迂回回収水水温センサ４６の検出値は、制御部１００ｄへ送られ、予め制御部１００ｄに記憶された上限値と比較される。検出値が上限値よりも大きい場合は、回収水循環ポンプ２３の出力を上げる指令を、検出値が上限値以下の場合は、回収水循環ポンプ２３の出力を下げる指令を、回収水循環ポンプ２３へ送信する。
【０１０１】
また、回収水水温センサ２７の検出値は、制御部１００ｄへ送られ、予め制御部１００ｄに記憶された上限値と比較される。検出値が上限値よりも大きい場合は、エアフィンクーラ２５に送られる回収水の流量を増大する方向に第２調整バルブ２６の開度を調整する指令を、検出値が設定値よりも小さい場合は、エアフィンクーラ２５をバイパスして散水装置２２へ送られる回収水の流量を増大する方向に第２調整バルブ２６の開度を調整する指令を、第２調整バルブ２６に送信する。また、第２調整バルブ２６のエアフィンクーラ２５方向の開度が１００％となっても回収水水温センサ２７の検出値が所定温度を超える場合は、制御部１００ｄは、エアフィンクーラ２５に出力を増大させる指令を送信する。また、エアフィンクーラ２５の出力を上限まで増大させても回収水水温センサ２７の検出値が所定温度を超える場合は、回収水循環ポンプ２３の出力を上げる指令を、回収水循環ポンプ２３に送信し、エアフィンクーラ２５における回収水の処理量を増大させる。
【０１０２】
この実施形態によれば、異なる温度範囲の温水等を同時に得ることができる。また、上記実施形態同様、冷却水の温度制御をおこなうにあたり、図５に示す従来例の燃料電池発電装置と比較して、エアフィンクーラ７３を不要とすることができるので、装置構成をよりコンパクト化でき、その結果メンテナンスコストなどを低減できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１：燃料電池冷却水循環経路
２：燃料電池
３：ヒータ
４：水蒸気分離器
５：電池冷却水循環ポンプ
６：冷却用熱交換器
７：燃料電池オフガス排気経路
８：電池冷却水水温センサ
９：電池冷却水調整バルブ
１０：冷却水循環経路
１１：冷却水循環ポンプ
１５：中継配管冷却水水温センサ
１６：冷却水水温センサ
１７：第２冷却用熱交換器
１９：逆流防止弁
２０：回収水循環経路
２１：回収水生成装置
２２：散水装置
２３：回収水循環ポンプ
２５：エアフィンクーラ
２６：第２調整バルブ
２７：回収水水温センサ
２８：回収水冷却用熱交換器
３１：第１中継配管
３２：第１調整バルブ
３３：第２中継配管
４０：回収水迂回経路
４１：迂回回収水水温センサ
４５：回収水第２迂回経路
４６：第２迂回回収水水温センサ
５１〜５５：排熱回収用熱交換器
６０：冷媒循環経路
６１：冷媒循環ポンプ
１００ａ〜１００ｄ：制御部
【図１】
2010045012.tif 000003
【図２】
2010045012.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010045012.tif 000006
【図５】
2010045012.tif 000007