(57)【要約】【課題】燃料電池と太陽電池とを併用する試みにおける、太陽電池による電力の燃料電池本体への安定的な供給、燃料電池本体の制御への直接的な使用あるいは燃料電池本体の反応に関わる補機への直接的な使用等に伴う困難性を避けつつ、燃料電池発電システム１内で発生する排熱を処理する空冷式排熱処理装置６の使用機器に必要な別電源を供給することができる燃料電池用排熱処理システム３０を提供する。【解決手段】太陽電池発電装置は燃料電池発電システム１の反応ガスまたは冷却水用の補機電源および制御電源には用いず、燃料電池から発生する排熱を冷却処理する付帯機器である空冷式排熱処理装置６専用に使用する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電システムで発生する排熱を排熱処理装置により処理する燃料電池用排熱処理システムであって、前記排熱処理装置の電源に太陽電池モジュールにより発電された電力を用いることを特徴とする燃料電池用排熱処理システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用排熱処理システムにおいて、前記排熱処理装置の電源に、前記太陽電池モジュールにより発電された電力と切替可能に他の電力装置からの電力を用いることを特徴とする燃料電池用排熱処理システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池用排熱処理システムにおいて、前記排熱処理装置は空冷式であり、該排熱処理装置の電源は、該空冷式排熱処理装置の循環ポンプ、冷却ファン、冷却ファンモータ、流量制御弁、制御装置及び凍結防止ヒータのいずれか１つ以上に用いられることを特徴とする燃料電池用排熱処理システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池用排熱処理システムにおいて、前記太陽電池モジュールにより発電された電力が前記排熱処理装置の電源として用いる以上の余剰電力を生じた場合、該余剰電力を前記燃料電池発電システムの補助バッテリーの充電又は外部電力系統への供給に用いることを特徴とする燃料電池用排熱処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システムで発生する排熱を排熱処理装置により処理する燃料電池用排熱処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
リン酸形燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell : ＰＡＦＣ）、固体高分子形燃料電池（固体電解質形燃料電池。Polymer Electrolyte Fuel Cell : ＰＥＦＣ）等の燃料電池は、発電する際に熱を発生する。このため、燃料電池の発電における発熱（排熱）は冷却する必要があり、そのための装置として排熱処理装置が存在する。
【０００３】
燃料電池発電システム内で排熱処理装置により冷却される冷却水系には以下のようなものがある。燃料電池本体の温度をコントロールするために電極反応により発生する熱を冷却する電池冷却水系、都市ガス等の燃料ガスを水素リッチなガスへ改質する改質装置の燃焼後の排ガスを冷却し水回収するための排ガス冷却水系等がある。これらの冷却水系の冷却は、熱交換器を介して外部の空冷式排熱処理装置で行っている。
【０００４】
図２は、従来の燃料電池発電システム１における空冷式排熱処理装置６を示す。図２において、符号１は燃料電池発電システム、２は電池冷却水系（不図示）からの高温水用の高温水熱交換器、４ａは高温水を循環させるための高温水循環ポンプ、８は空冷式排熱処理装置６内の高温水用冷却器、５ａは高温水用流量制御弁、３は排ガス冷却水系（不図示）からの低温水用の低温水熱交換器、４ｂは低温水を循環させるための低温水循環ポンプ、９は空冷式排熱処理装置６内の低温水用冷却器、５ｂは低温水用流量制御弁、７は空冷式冷却ファン、１０は冷却ファンモータである。
【０００５】
図２に示されるように、電池冷却水系からの高温水の排熱は高温水熱交換器２によって回収され、高温水循環ポンプ４ａにより空冷式排熱処理装置６内の高温水用冷却器８へ送出される。続いて、冷却ファンモータ１０で回転された空冷式冷却ファン７により冷却された後、高温水用流量制御弁５ａを介して高温水熱交換器２へ戻される。同様にして、排ガス冷却水系からの低温水の排熱は低温水熱交換器３によって回収され、低温水循環ポンプ４ｂにより空冷式排熱処理装置６内の低温水用冷却器９へ送出される。続いて、冷却ファンモータ１０で回転された空冷式冷却ファン７により冷却された後、低温水用流量制御弁５ｂを介して低温水熱交換器３へ戻される。以上のように、電池冷却水系の高温水の排熱と排ガス冷却系の低温水の排熱との二種類の温度の異なる排熱は、空冷式排熱処理装置６の空冷式冷却ファン７により冷却され、再度高温水熱交換器２または低温水熱交換器３へ戻されて高温水熱交換器２または低温水熱交換器３熱交換器の冷却媒体に利用される。
【０００６】
上述の空冷式排熱処理装置６を稼動させるためには、使用機器として、高温水循環ポンプ４ａおよび低温水循環ポンプ４ｂ、冷却ファンモータ１０、空冷式冷却ファン７、高温水用流量制御弁５ａおよび低温水用流量制御弁５ｂ、空冷式排熱処理装置６全体の制御装置、凍結防止ヒータ等の動力源として電力供給が必要である。
【０００７】
例えば、ＰＡＦＣ１００ＫＷ発電装置の空冷式排熱処理装置６に必要な使用機器は、０．５〜１．５ＫＷの循環ポンプが２台（高温水循環ポンプ４ａおよび低温水循環ポンプ４ｂ）、０．５ＫＷの空冷式冷却ファン７が５台、２００Ｗの外気保護用凍結防止ヒータ、その池、高温水用流量制御弁５ａおよび低温水用流量制御弁５ｂ、シーケンサ、リレー等がある。これらの使用機器に必要な総電力量は５〜１０ＫＷとなり、これは１００ＫＷの発電電力の１０％に相当する。この総電力量は、燃料電池本体の動作に必要なポンプ、制御弁および空気ブロワ等の補機で失われる発電電力に対する５〜１０％の電力量と同等の電力量である。
【０００８】
一方、従来から燃料電池と自然エネルギー（太陽電池等）とを併用する試みが行なわれている。特許文献１には、燃料電池と太陽電池とを組み合わせて植物栽培環境の２４時間調節を行う農業用ビニルハウスについて記載されている。この農業用ビニルハウスでは昼間は太陽電池の電力を優先して使用している。特許文献２には、燃料電池と太陽電池とを備えた給電システムについて記載されている。この給電システムでは太陽電池からの余剰電力により水を分解して水素を発生させ、燃料電池に供給している。特許文献３には、燃料電池の電解槽が太陽電池と風力発電装置とに接続され、水を電気分解して水素を生成し、燃料電池へ送気する発電システムが記載されている。以上のように、従来の燃料電池と太陽電池とを併用する試みでは、太陽電池による電力は燃料電池本体へ供給されたり、燃料電池本体の制御に直接的に用いられたり、あるいは燃料電池本体の反応に関わる補機に直接的に用いられたりしていた。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２５８３９０号公報
【特許文献２】特開２００２−７５３８８号公報
【特許文献３】特開２００１−２６６９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、燃料電池発電システム１内で発生する排熱を空冷式排熱処理装置６により冷却する場合、空冷式排熱処理装置６を稼動させるために、使用機器として、高温水循環ポンプ４ａおよび低温水循環ポンプ４ｂ、冷却ファンモータ１０、空冷式冷却ファン７、高温水用流量制御弁５ａおよび低温水用流量制御弁５ｂ、空冷式排熱処理装置６全体の制御装置、凍結防止ヒータ等が必要となる。これらの使用機器に必要な総電力量は発電電力の１０％に相当するため、冷却に必要なエネルギーとして発電電力の１０％に相当する別電源が必要となるという問題があった。
【００１１】
一方、上述の従来からの燃料電池と太陽電池とを併用する試みでは、太陽電池による電力は燃料電池本体へ供給されたり、燃料電池本体の制御に直接的に用いられたり、あるいは燃料電池本体の反応に関わる補機に直接的に用いられたりしていた。しかし、太陽電池による発電は天候に左右されるため、常に安定な発電量を維持することはできない。このため、従来からの燃料電池発電システムと太陽電池とを併用する試みにおいて、太陽電池による電力の燃料電池本体への安定的な供給、燃料電池本体の制御への直接的な使用あるいは燃料電池本体の反応に関わる補機への直接的な使用等は困難であるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、燃料電池と太陽電池とを併用する試みにおける、太陽電池による電力の燃料電池本体への安定的な供給、燃料電池本体の制御への直接的な使用あるいは燃料電池本体の反応に関わる補機への直接的な使用等に伴う困難性を避けつつ、燃料電池発電システム内で発生する排熱を処理する排熱処理装置の使用機器に必要な別電源を供給することができる燃料電池用排熱処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の燃料電池用排熱処理システムは、燃料電池発電システムで発生する排熱を排熱処理装置により処理する燃料電池用排熱処理システムであって、前記排熱処理装置の電源に太陽電池モジュールにより発電された電力を用いることを特徴とする。
【００１４】
ここで、この発明の燃料電池用排熱処理システムにおいて、前記排熱処理装置の電源に、前記太陽電池モジュールにより発電された電力と切替可能に他の電力装置からの電力を用いることができる。
【００１５】
ここで、この発明の燃料電池用排熱処理システムにおいて、前記排熱処理装置は空冷式であり、該排熱処理装置の電源は、該空冷式排熱処理装置の循環ポンプ、冷却ファン、冷却ファンモータ、流量制御弁、制御装置及び凍結防止ヒータのいずれか１つ以上に用いられるものとすることができる。
【００１６】
ここで、この発明の燃料電池用排熱処理システムにおいて、前記太陽電池モジュールにより発電された電力が前記排熱処理装置の電源として用いる以上の余剰電力を生じた場合、該余剰電力を前記燃料電池発電システムの補助バッテリーの充電又は外部電力系統への供給に用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
燃料電池発電システムにおいて電気・熱エネルギーを得るためには、燃料電池発電システム内で発生する排熱を処理する空冷式排熱処理装置のような補機および付帯機器（使用機器）に別電源が必要となる。本発明の燃料電池用排熱処理装置によれば、このロス分と言えるエネルギーについて省エネルギー化するため、自然エネルギーである太陽光を利用した太陽電池発電装置（屋根用太陽電池モジュール等）を利用することができる。但し、天候に左右される太陽光であるため、従来技術のような、太陽電池による電力の燃料電池本体への供給、燃料電池本体の制御への直接的な使用あるいは燃料電池本体の反応に関わる補機への直接的な使用等は避けて、一定または単純な制御で稼動している付帯機器である空冷式排熱処理装置専用に使用する。この結果、複雑な制御バランスを要する燃料電池発電システム１本体に介在させず、天候に左右される自然エネルギーを利用した太陽電池発電システムの有効利用を図ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、各実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
一般に、燃料電池用排熱処理装置は空冷式冷却ファンを用いて冷却するため、屋外に設置するのが通例である。同様に、太陽電池発電装置は太陽光を利用するため、屋外に設置して利用するのが通例である。本発明の燃料電池用排熱処理システムは、この両者を利用して、燃料電池用排熱処理装置の電源に太陽電池発電装置（太陽電池モジュール）により発電された電力を用いることを特徴とするシステムである。
【００２０】
図１は本発明の実施例１における燃料電池用排熱処理装置システム３０を示す。図１で図２と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。図１において、符号２０は太陽光、２１は燃料電池発電システム１が設置された建屋、２２は建屋２１の屋根に取り付けられた屋根用太陽電池モジュール、２３は建屋２１の壁に取り付けられた壁用太陽電池モジュール、２４ａは建屋２１の屋外に設置された空冷式排熱処理装置６の装置パネルに取り付けられた装置パネル付け太陽電池モジュール、１１は建屋２１の屋外に設置された屋外用燃料電池本体、２４ｂは屋外用燃料電池本体１１の装置パネルに取り付けされた装置パネル付け太陽電池モジュール、２４ｃは屋外用燃料電池本体１１の屋根に取り付けされた屋根付け太陽電池モジュール、２５は建屋２１の屋外に設置された屋外設置太陽電池モジュール、３２は高温水熱交換器２から排熱を送り出す高温水配管、３３は低温水熱交換器３から排熱を送り出す低温水配管である。
【００２１】
図１に示されるように、燃料電池発電システム１の高温水熱交換器２および低温水熱交換器３から各々外部へ取り出した高温水配管３２および低温水配管３３を空冷式排熱処理装置６へ導き、高温水用冷却器８（図１参照）側で９０℃から４０℃程度に、低温水用冷却器９（図１参照）側で６０℃から４０℃程度に冷却を行う。
【００２２】
この冷却のための電源（動力源）として、昼間だけではあるが太陽光２０により発電が可能な太陽電池発電装置（屋根用太陽電池モジュール２２、壁用太陽電池モジュール２３、装置パネル付け太陽電池モジュール２４ａおよび２４ｂ、屋根付け太陽電池モジュール２４ｃ、屋外設置太陽電池モジュール２５等）を空冷式排熱処理装置６の運転に必要な台数分設置して、動力源として利用する。天候により発電電力量が一定でない太陽電池発電であり、夜間では利用ができないことを考慮して、通常の電力供給（他の電力装置）と併用が可能な電力切り替え変換器を用いて、燃料電池用排熱処理装置システム３０が停止してしまうことを防止する保護機能を備えるようにしておく。
【００２３】
燃料電池発電システム１の発電が停止している場合には、上記太陽電池発電装置で発電された電力は同じく電力切り替え変換器を介して、燃料電池発電システム１の補助バッテリーの充電または外部電力系統への供給に用いることにより他の設備機器に利用できるようにしておく。太陽電池発電装置により発電された電力が空冷式排熱処理装置６の電源として用いる以上の余剰電力を生じた場合も同様に、その余剰電力を燃料電池発電システム１の補助バッテリーの充電または外部電力系統への供給に用いることにより他の設備機器に利用できるようにしておく。
【００２４】
次に、具体的な装置等について説明する。空冷式排熱処理装置６の周囲、燃料電池発電システム１が設置されている建屋２１の屋根、周囲もしくは壁等に、１００ＫＷＰＡＦＣに対して１０ＫＷ程度の屋根用太陽電池モジュール２２等を設置する。空冷式排熱処理装置６への通常の電力供給と併せて太陽電池発電装置で発電した電力も切り替えて使用できる電力切り替え変換器を介して空冷式排熱処理装置６の運転制御を行う。
【００２５】
次に、各装置のサイズの概略を比較説明する。
１．ＰＡＦＣ１００ＫＷ発電装置は縦横幅が約４ｍ×２ｍで高さ２．５ｍ。
２．ＰＡＦＣ発電装置用の空冷式排熱処理装置６は縦横幅が約４．５ｍ×１ｍで高さ２ｍ。
３．１０ＫＷ相当の屋根用太陽電池発電モジュール２２等の面積は縦横幅が約８ｍ×８ｍの平板形。
【００２６】
ＰＡＦＣ本体は空冷式排熱処理装置６および屋根用太陽電池モジュール２２等と同様に屋外に設置することも可能である。屋根用太陽電池モジュール２２等の設置場所は平板形である特徴を生かして、以下のような所に設置することが可能である。
１．屋根用太陽電池モジュール２２等は小サイズに分割設置が可能であるため、ＰＡＦＣ発電装置の建屋２１がある場合は、建屋２１の屋根または壁等へ分割設置して、空冷式排熱処理装置６へ電力を供給する。
２．同様に、ＰＡＦＣ本体が屋外設置の場合は、屋外設置される周囲の建屋以外に、ＰＡＦＣ本体の周囲のパネルまたはその屋根等へ分散設置する。空冷式排熱処理装置６自体にも取り付ける。
３．屋根用太陽電池モジュール２２等のみを設置する場合は、ＰＡＦＣ発電装置の近傍の敷地内に分割して設置する。
【００２７】
燃料電池発電システム１において電気・熱エネルギーを得るためには、燃料電池発電システム１内で発生する排熱を処理する空冷式排熱処理装置６のような補機および付帯機器（使用機器）に別電源が必要となる。本発明の実施例１によれば、このロス分と言えるエネルギーについて省エネルギー化するため、自然エネルギーである太陽光を利用した太陽電池発電装置（屋根用太陽電池モジュール２２等）を利用することができる。但し、天候に左右される太陽光であるため、従来技術のような、太陽電池による電力の燃料電池本体への供給、燃料電池本体の制御への直接的な使用あるいは燃料電池本体の反応に関わる補機への直接的な使用等は避けて、一定または単純な制御で稼動している付帯機器である空冷式排熱処理装置６専用に使用する。
【００２８】
本発明の燃料電池用排熱処理システム３０は、自然エネルギーを利用した太陽電池発電装置の応用分野を広めるため、新エネルギーの一つである燃料電池発電システム１と組み合わせたものということができる。燃料電池発電システム１はガスエネルギーを電力へ変換するため、反応スピードが異なるガス流量供給、冷却水流量制御、発生電力の直流−交流変換等の複雑な制御が存在する。そこで、本発明の燃料電池用排熱処理システム３０では、太陽電池発電装置は燃料電池発電システム１の反応ガスまたは冷却水用の補機電源および制御電源には用いず、燃料電池から発生する排熱を冷却処理する付帯機器である空冷式排熱処理装置６の専用電源として使用する。この空冷式排熱処理装置６の電源は、空冷式排熱処理装置６の循環ポンプ４ａ等、冷却ファン７、冷却ファンモータ１０、流量制御弁５ａ等、制御装置（不図示）および凍結防止ヒータ（不図示）のいずれか１つ以上に用いられる。この結果、複雑な制御バランスを要する燃料電池発電システム１本体に介在させず、天候に左右される自然エネルギーを利用した太陽電池発電システムの有効利用を図ることができる。
【００２９】
以上より、本発明の実施例１によれば、燃料電池と太陽電池とを併用する試みにおける、太陽電池による電力の燃料電池本体への安定的な供給、燃料電池本体の制御への直接的な使用あるいは燃料電池本体の反応に関わる補機への直接的な使用等に伴う困難性を避けつつ、燃料電池発電システム１内で発生する排熱を処理する空冷式排熱処理装置６の使用機器に必要な別電源を供給することができる燃料電池用排熱処理システム３０を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の活用例として、天候に左右される自然エネルギーを利用した太陽電池発電システムを、複雑な制御バランスを要する燃料電池発電システム本体に介在させずに有効利用を図ることができるような燃料電池発電システムへの適用が挙げられる。燃料電池としてはリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）が適用対象として挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１における燃料電池用排熱処理装置システム３０を示す図である。
【図２】従来の燃料電池発電システム１における空冷式排熱処理装置６を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  燃料電池発電システム、  ２  高温水熱交換器、  ３  低温水熱交換器、  ４ａ  高温水循環ポンプ、  ４ｂ  低温水循環ポンプ、  ５ａ  高温水用流量制御弁、  ５ｂ  低温水用流量制御弁、  ６  空冷式排熱処理装置、  ７  空冷式冷却ファン、  ８  高温水用冷却器、  ９  低温水用冷却器、  １０  冷却ファンモータ、  １１  屋外用燃料電池本体、  ２０  太陽光、  ２１  建屋、  ２２  屋根用太陽電池モジュール、  ２３  壁用太陽電池モジュール、  ２４ａ、２４ｂ  装置パネル付け太陽電池モジュール、  ２４ｃ  屋根付け太陽電池モジュール、  ２５  屋外設置太陽電池モジュール、  ３０  燃料電池用排熱処理装置システム、  ３２  高温水配管、  ３３  低温水配管。
【図１】
2006228481.tif 000003
【図２】
2006228481.tif 000004