(57)【要約】【課題】燃料電池発電システムの停止時に、燃料電池発電装置内循環水の凍結を防止し、さらに貯湯槽内のレジオネラ菌感染の対策を図る。【解決手段】燃料電池発電装置は、燃料電池本体２と、貯湯槽９に熱を供給する排熱回収水循環系統２９と、燃料電池本体２を加湿または冷却する電池冷却水循環系統２８と、燃料電池本体２で発生する熱を排熱回収水に伝達する電池冷却水熱交換器６と、空気供給配管３１を燃料電池本体の上流部で分岐させ、燃料電池本体２をバイパスして空気を流通させ、燃料極２ａから排出されるガスと合流するように形成される酸化剤極バイパス系統２０ｂと、燃料極２ａから排出されるガスを酸化剤極２ｂから排出される排空気または酸化剤極バイパス系統２０ｂを流通する空気により燃焼させる燃焼器５と、この燃焼による熱を排熱回収水に伝達する燃焼排ガス熱交換器７と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極および酸化剤極を有する燃料電池本体と、
前記燃料極に水素またはその混合ガスを供給する水素供給配管と、
前記酸化剤極に空気を供給する空気供給配管と、
貯湯槽に熱を供給し排熱回収水ポンプが配置される排熱回収水循環系統と、
前記燃料電池本体を加湿または冷却し電池冷却水系ポンプが配置される電池冷却水循環系統と、
前記燃料電池本体で発生する熱を前記電池冷却水循環系統を介して排熱回収水循環系統に伝達する電池冷却水熱交換器と、
前記空気供給配管において前記燃料電池本体の上流部で分岐され、前記燃料電池本体をバイパスして空気を流通させ、前記燃料極から排出される可燃成分を含んだガスと合流するように形成される酸化剤極バイパス系統と、
前記燃料極から排出される可燃成分を含んだガスを前記酸化剤極から排出される排空気または前記酸化剤極バイパス系統を流通する空気により燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器で燃料を燃焼させて得られた熱を前記排熱回収水循環系統に伝達する燃焼排ガス熱交換器と、
を具備することを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記燃料電池発電装置内の空気温度、前記排熱回収水循環系統内の水温、および前記電池冷却水循環系統内の水温を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段によりこれらの温度のいずれかが凍結温度以下となる温度を検出したときに、前記排熱回収水ポンプを駆動して前記排熱回収水循環系統内の排熱回収水を循環させて、前記燃料極から排出される可燃成分を含んだガス、および前記酸化剤極バイパス系統を流通する空気を、前記燃焼器に供給し燃焼させて、この燃焼で得られた熱を前記排熱回収水循環系統に伝達するように制御する第１の熱伝達制御手段と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記温度検出手段により前記燃料電池装置内の空気温度、前記排熱回収水循環系統内の水温、および前記電池冷却水循環系統内の水温のいずれかが凍結温度以下となる温度を検出したときに、前記電池冷却水ポンプを駆動して前記電池冷却水循環系統内の電池冷却水を循環させて、前記燃焼器で燃料を燃焼させて得られた熱を、前記電池冷却熱交換器により前記排熱回収水を介して前記電池冷却水循環系統に伝達するように制御する第２の熱伝達制御手段を具備することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記水素供給配管において前記燃料電池本体の上流部で分岐され、前記燃料電池本体をバイパスし前記燃焼器に接続するように構成される燃料極バイパス系統を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記酸化剤極に空気を供給する酸化剤ガス供給装置は、前記空気供給配管内に空気を流通させるためのブロワを有し、このブロワの回転数を制御することにより、前記燃焼器の発熱量を制御する発熱量制御手段を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記燃焼器は、常温において触媒により水素を燃焼させる手段を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
燃料極および酸化剤極を有する燃料電池本体と、前記酸化剤極に空気を供給する空気供給配管と、前記燃料極から排出される可燃成分を含んだガスを前記酸化剤極から排出される排空気により燃焼させる燃焼器と、貯湯槽に熱を供給する排熱回収水循環系統と、前記燃料電池本体を加湿または冷却する電池冷却水循環系統と、を有する燃料電池発電装置の運転方法において、
前記燃料電池発電装置の発電停止時に、前記燃料電池発電装置内の空気温度、前記排熱回収水循環系統内の水温、および前記電池冷却水循環系統内の水温のいずれかが凍結温度以下となる温度を検出したときに、
前記空気供給配管において前記燃料電池本体の上流部で分岐され、前記燃料極から排出される可燃成分を含んだガスが流通する系統と合流するように構成された酸化剤極バイパス系統に空気を流通させて、
前記排熱回収水循環系統に配置された貯湯槽バイパス系統に排熱回収水を流通させて、
前記排熱回収水循環系統に配置された排熱回収水ポンプを駆動して前記排熱回収水循環系統に排熱回収水を循環させて、
前記燃焼器により前記燃料極から排出される可燃成分を含んだガスを前記酸化剤極バイパス系統を流通する空気により燃焼させて、
前記燃焼器から発生する熱を燃料排ガス熱交換器により前記排熱回収水循環系統に伝達させて、
前記燃焼器から発生する熱を、電池冷却水熱交換器により排熱回収水循環系統を介して前記電池冷却水循環系統に伝達させること、
を特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項８】
燃料極および酸化剤極を有する燃料電池本体と、前記燃料極に水素またはその混合ガスを供給する水素供給配管と、前記酸化剤極に空気を供給する空気供給配管と、前記燃料極から排出される可燃成分を含んだガスを前記酸化剤極から排出される排空気により燃焼させる燃焼器と、貯湯槽に熱を供給する排熱回収水循環系統と、を有する燃料電池発電装置の運転方法において、
前記燃料電池発電装置の発電停止時に、前記空気供給配管において前記燃料電池本体の上流部で分岐され、前記燃焼器に接続するように構成される酸化剤極バイパス系統に空気を流通させて、
前記水素供給配管において前記燃料電池本体の上流部で分岐され、前記燃料電池本体をバイパスし前記燃焼器に接続するように構成される燃料極バイパス系統に水素またはその混合ガスを流通させて、
前記燃焼器により前記燃料極バイパス系統を流通する水素またはその混合ガスを前記酸化剤極バイパス系統を流通する空気により燃焼させて、
前記排熱回収水循環系統に配置された排熱回収水ポンプを駆動して前記排熱回収水循環系統および貯湯槽に排熱回収水を循環させて、
前記燃焼器から発生する熱を燃料排ガス熱交換器により排熱回収水に伝達させること、
を特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムは、燃料である水素と酸化剤である酸素とを電気化学的に反応させて直接電気を取り出すものであり、高い効率で電気エネルギーを取り出すことができると同時に、静かで有害な排ガスを出さないという環境性に優れた特長を有するシステムである。最近では小型のＰＥＦＣ（固体高分子形燃料電池）の開発が活発化し、家庭用燃料電池発電システムの普及も間近な状況となっている。
【０００３】
この家庭用あるいは小規模事業用向けの比較的小型の燃料電池発電システムは、電力と発電に伴う排熱を供給する熱電併給、いわゆるコージェネレーション装置として使用される。
【０００４】
現在は燃料供給基盤の制約より、都市ガスやＬＰガス、灯油等の炭化水素系燃料により発電する燃料電池発電システムを中心に開発が進められている。将来的には水素供給基盤の整備が計画されており、水素循環型の社会が到来すると考えられ、燃料電池発電システムは水素循環型社会の重要な構成要素となることが期待されている。すなわち純水素型の燃料電池コージェネレーション発電装置が家庭および小規模事業者のエネルギーを供給するようになる。
【０００５】
都市ガス、ＬＰガス、および灯油等の炭化水素系燃料により発電する燃料電池発電システムや、純水素型燃料電池発電システムは、発電停止中にパッケージ内の配管に滞留している電池冷却水および排熱回収水等の凍結防止が必要になる場合がある。従来は、これらの凍結を防止するために、スペースヒータ等のパッケージ内空気用電気ヒータおよび排熱回収水加熱用電気ヒータ等の補助熱源器を設置する方法がとられる。
【０００６】
また、各家庭等に設置される燃料電池発電システムにおいて、熱の需要がない状態が続き燃料電池発電システムを数日間停止する場合には、貯湯槽に蓄えられた温水の温度が低下し、レジオネラ菌等の感染が発生する可能性がある。よって、燃料電池発電システムが数日間停止し、貯湯槽の温度が低下していると判断された場合には、レジオネラ菌の感染を予防するために、貯湯槽内の温水を再加熱する必要がある。
【０００７】
貯湯槽等の温度が低下し、レジオネラ菌の感染を予防する例としては、特許文献１および特許文献２に開示されているように、電気ヒータ等の補助熱源器を用いて貯湯槽内の水を再加熱する方法が一般的である。
【特許文献１】特開２００４−２５７７００号公報
【特許文献２】特開２００６−３４９３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
炭化水素系燃料により発電する燃料電池発電システムや、純水素型燃料電池発電システムにおいて、従来の凍結防止方法およびレジオネラ菌の感染防止対策には、以下の問題がある。
【０００９】
燃料電池パッケージ内に設置される温度検出手段により凍結防止運転が必要と判断された場合の加熱手段は、パッケージ内空気用電気ヒータや排熱回収水加熱用電気ヒータ等をパッケージ内に設置する必要がある。パッケージ内空気用電気ヒータを選定する場合には、パッケージ内空気用電気ヒータの表面温度が高くなりすぎることを防止するためにワット密度の低いヒータを選定する必要がある。
【００１０】
これは、パッケージ内空気用電気ヒータの表面積が大きくなるため、パッケージのコンパクト化の妨げになるとともに、パッケージ内空気用電気ヒータや排熱回収水加熱用電気ヒータを設置することで、コストアップの要因となる。さらに、パッケージ内空気用電気ヒータや排熱回収水加熱用電気ヒータの電力消費によるエネルギー損失が大きくなる等の問題が生じる。
【００１１】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、純水素型燃料電池発電システムにおいて、電気ヒータ等の補助熱源器を設置することなく、凍結防止対策またはレジオネラ菌の感染予防対策を行うことが可能となり、コンパクト化、低コスト化、およびエネルギー損失低減が可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池発電装置は、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池本体と、前記燃料極に水素またはその混合ガスを供給する水素供給配管と、前記酸化剤極に空気を供給する空気供給配管と、貯湯槽に熱を供給し排熱回収水ポンプが配置される排熱回収水循環系統と、前記燃料電池本体を加湿または冷却し電池冷却水系ポンプが配置される電池冷却水循環系統と、前記燃料電池本体で発生する熱を前記電池冷却水循環系統を介して排熱回収水循環系統に伝達する電池冷却水熱交換器と、前記空気供給配管において前記燃料電池本体の上流部で分岐され、前記燃料電池本体をバイパスして空気を流通させ、前記燃料極から排出される可燃成分を含んだガスと合流するように形成される酸化剤極バイパス系統と、前記燃料極から排出される可燃成分を含んだガスを前記酸化剤極から排出される排空気または前記酸化剤極バイパス系統を流通する空気により燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器で燃料を燃焼させて得られた熱を前記排熱回収水循環系統に伝達する燃焼排ガス熱交換器と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池発電装置の運転方法は、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池本体と、前記酸化剤極に空気を供給する空気供給配管と、前記燃料極から排出される可燃成分を含んだガスを前記酸化剤極から排出される排空気により燃焼させる燃焼器と、貯湯槽に熱を供給する排熱回収水循環系統と、前記燃料電池本体を加湿または冷却する電池冷却水循環系統と、を有する燃料電池発電装置の運転方法において、前記燃料電池発電装置の発電停止時に、前記燃料電池発電装置内の空気温度、前記排熱回収水循環系統内の水温、および前記電池冷却水循環系統内の水温のいずれかが凍結温度以下となる温度を検出したときに、前記空気供給配管において前記燃料電池本体の上流部で分岐され、前記燃料極から排出される可燃成分を含んだガスが流通する系統と合流するように構成された酸化剤極バイパス系統に空気を流通させて、前記排熱回収水循環系統に配置された貯湯槽バイパス系統に排熱回収水を流通させて、前記排熱回収水循環系統に配置された排熱回収水ポンプを駆動して前記排熱回収水循環系統に排熱回収水を循環させて、前記燃焼器により前記燃料極から排出される可燃成分を含んだガスを前記酸化剤極バイパス系統を流通する空気により燃焼させて、前記燃焼器から発生する熱を燃料排ガス熱交換器により前記排熱回収水循環系統に伝達させて、前記燃焼器から発生する熱を、電池冷却水熱交換器により排熱回収水循環系統を介して前記電池冷却水循環系統に伝達させること、を特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池発電装置の運転方法は、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池本体と、前記燃料極に水素またはその混合ガスを供給する水素供給配管と、前記酸化剤極に空気を供給する空気供給配管と、前記燃料極から排出される可燃成分を含んだガスを前記酸化剤極から排出される排空気により燃焼させる燃焼器と、貯湯槽に熱を供給する排熱回収水循環系統と、を有する燃料電池発電装置の運転方法において、前記燃料電池発電装置の発電停止時に、前記空気供給配管において前記燃料電池本体の上流部で分岐され、前記燃焼器に接続するように構成される酸化剤極バイパス系統に空気を流通させて、前記水素供給配管において前記燃料電池本体の上流部で分岐され、前記燃料電池本体をバイパスし前記燃焼器に接続するように構成される燃料極バイパス系統に水素またはその混合ガスを流通させて、前記燃焼器により前記燃料極バイパス系統を流通する水素またはその混合ガスを前記酸化剤極バイパス系統を流通する空気により燃焼させて、前記排熱回収水循環系統に配置された排熱回収水ポンプを駆動して前記排熱回収水循環系統および貯湯槽に排熱回収水を循環させて、前記燃焼器から発生する熱を燃料排ガス熱交換器により排熱回収水に伝達させること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、純水素型燃料電池発電システにおいて、電気ヒータ等の補助熱源器を設置することなく、凍結防止対策またはレジオネラ菌の感染予防対策を行うことが可能となり、コンパクト化、低コスト化、およびエネルギー損失低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を用いて本発明について実施形態を説明する。なお、同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は本発明に係る純水素型燃料電池発電システムの第１の実施形態を示す系統図である。
【００１８】
本実施形態の純水素型燃料電池発電システムは、燃料電池パッケージ１と貯湯槽９を主な構成要素とする。燃料電池パッケージ１は、水素およびその混合ガス等を燃料とし空気を酸化剤として発電する燃料電池本体２、燃焼器５等から構成される。
【００１９】
さらに、燃料電池本体２内に配置される燃料極２ａに水素またはその混合ガス等を供給する水素供給配管３０、燃料電池本体２内に配置される酸化剤極２ｂに空気を供給する空気供給配管３１が配置されている。燃焼器５では、燃料極２ａから排出される可燃成分を含んだガスを酸化剤極２ｂから排出される排空気により燃焼させる。
【００２０】
本実施形態の純水素型燃料電池発電システムにおける燃料、酸化剤、および燃料電池パッケージ１内を循環する水の流れについて以下に説明する。
【００２１】
パイプライン、貯蔵設備、または中央設置燃料処理装置等の燃料供給装置３２により、燃料となる水素または水素を豊富に含む混合ガスが、水素供給配管３０を流通し燃料電池パッケージ１に供給される。燃料電池パッケージ１に供給された燃料は、燃料極入口遮断弁１２を開けることにより燃料電池本体２へ供給される。さらに燃料は、燃料電池本体２内部の燃料極２ａへ流入し、その一部が発電に使用される。
【００２２】
燃料電池本体２に供給された燃料の残りの一部は、燃料電池本体２の燃料極２ａから排出される。排ガスに含まれる発電に使用されなかった燃料は、燃料極出口遮断弁１３を介して燃料極排気流量調整弁１９により流量を調整し燃焼器５へ供給され、燃焼に使用される。なお、本実施形態で使用する燃焼器５は、触媒燃焼器とする。
【００２３】
一方、大気中の空気等の酸化剤ガスは燃料電池パッケージ１に供給され、酸化剤フィルタ３により不純物や粉塵等が除去される。不純物等が除去された酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給装置４により、空気供給配管３１の発電用酸化剤供給系統２０ａおよび酸化剤極入口遮断弁１４を介して燃料電池本体２内部の酸化剤極２ｂに流入し、その一部が発電に使用される。酸化剤極２ｂから排気された排ガスに含まれる発電に使用されなかった酸化剤ガスは、酸化剤極出口遮断弁１５を介して、燃焼器５へ供給され燃焼に使用される。
【００２４】
なお、酸化剤流量は酸化剤ガス供給装置４の可変速制御等により調整可能であり、その流量は燃料電池本体２の発電量に関するパラメータとして定義される。
【００２５】
燃料極排気流量調整弁１９により流量調整された燃料極２ａからの排気と酸化剤極２ｂからの排気は、予め混合された状態で燃焼器５に供給される。燃焼器５から排出される排気ガスは、燃焼排ガス熱交換器７および凝縮器８を流通し燃料電池パッケージの外へ排気される。
【００２６】
発電を停止している間は、酸化剤極２ｂの前後に設置される酸化剤極入口遮断弁１４および酸化剤極出口遮断弁１５を閉じておくことにより、酸化剤極２ｂへの空気の混入を防ぐ構成としている。
【００２７】
凝縮器８に貯められた水は、電池冷却水循環系統２８に設置される電池冷却水系ポンプ１１により燃料電池本体２内部の冷却極２ｃに導かれ、燃料電池本体２の冷却に使用される。
【００２８】
また、排熱回収水循環系統２９およびこれに設置された排熱回収水ポンプ１０により、燃料電池パッケージ１および貯湯槽９に排熱回収水を循環させている。燃料電池本体２で加熱されて冷却極２ｃから排出される冷却水は、電池冷却水循環系統２８を流通し電池冷却水熱交換器６に流入される。電池冷却水熱交換器６は、電池冷却水循環系統２８から排熱回収水循環系統２９へ熱交換を行い、貯湯槽９の加熱に利用される。また、燃焼器５から排気される燃焼排ガスは燃焼排ガス熱交換器７に供給される。燃焼排ガス熱交換器７は、排熱回収水循環系統２９へ熱交換を行い貯湯槽９の加熱に利用される。
【００２９】
本実施形態における純水素型燃料電池発電システムが発電を停止している間に、この純水素型燃料電池発電システムが設置された環境の気温低下等により排熱回収水等が凍結温度になることを防止する方法について、説明する。
【００３０】
燃料電池パッケージ１内に設置されるパッケージ内空気温度検出手段１６、電池冷却水循環系統２８に設置される電池冷却水温度検出手段１７、および排熱回収水循環系統２９に設置される排熱回収水温度検出手段１８の少なくとも１つにより凍結防止運転が必要と判断された場合、燃料電池発電システム制御装置３３等により、排熱回収水ポンプ１０を駆動させ、排熱回収水循環系統２９内の排熱回収水を循環させる。
【００３１】
次に、例えば燃料電池発電システム制御装置３３により、排熱回収水循環系統２９に設置された貯湯槽入口バイパス弁２２および貯湯槽出口バイパス弁２４を貯湯槽バイパス系統２３に流れる方向に開き、燃料電池パッケージ１内を循環させる。
【００３２】
さらに、酸化剤極バイパス遮断弁２１を開き、酸化剤ガス供給装置４のブロワ等を駆動させ、酸化剤極バイパス系統２０ｂに空気等の酸化剤を流通させる。酸化剤は、酸化剤極バイパス遮断弁２１を介して、燃焼器５に供給される。すなわち、酸化剤極２ｂに酸化剤を送ることなく、燃焼器５に酸化剤を供給することが可能となる。
【００３３】
一方、燃料極入口遮断弁１２および燃料極出口遮断弁１３を開き、燃料極排気流量調整弁１９を一定開度で開けることにより、燃焼器５に水素等の燃料を供給し、燃料を燃焼させて熱を発生させる。
【００３４】
排熱回収水ポンプ１０の駆動により排熱回収水循環系統２９内を流通する排熱回収水は、燃焼排ガス熱交換器７および凝縮器８により、燃焼排ガスから熱が伝達され、排熱回収水循環系統２９内を循環する排熱回収水の凍結を防止することが可能となる。
【００３５】
したがって、純水素型燃料電池発電システムが凍結する環境に設置される場合においても、例えばパッケージ内空気用電気ヒータおよび排熱回収水加熱用電気ヒータ等の設置は不要となり、燃料電池パッケージ１のコンパクト化および燃料電池パッケージ内機器点数削減によるコストダウンが可能となる。さらに、パッケージ内空気用電気ヒータ等の設置によるエネルギー損失低減も可能となる。
【００３６】
また、本実施形態の燃焼器５に触媒燃焼器を適用する場合、使用する触媒は、排ガス浄化処理用の貴金属系触媒、例えばＰｂ等を用いることにより、常温においても水素等が燃焼するため、触媒燃焼器をヒータ等によって予め加熱する必要がなく、燃料電池発電システムの排気に水素が含まれることもない。
【００３７】
本実施形態では、排熱回収水循環系統２９の排熱回収水の凍結防止に加え、さらに電池冷却水循環系統２８を流通する電池冷却水等の凍結防止を行うことができる。このための構成と作用について次に説明する。
【００３８】
パッケージ内空気温度検出手段１６、電池冷却水循環系統２８に設置される電池冷却水温度検出手段１７、および排熱回収水循環系統２９に設置される排熱回収水温度検出手段１８の少なくとも１つにより凍結防止運転が必要と判断された場合は、上述の作用に加え、燃料電池発電システム制御装置３３等により電池冷却水系ポンプ１１を駆動させる。
【００３９】
燃焼器５における燃料の燃焼により発生する熱が、燃焼排ガス熱交換器７および凝縮器８により、排熱回収水循環系統２９内の排熱回収水に伝達され、さらに、電池冷却水熱交換器６を介して、排熱回収水から電池冷却水循環系統２８内の電池冷却水に熱が伝達される。
【００４０】
純水素型燃料電池発電システムが発電中においては、電池冷却水熱交換器６は、燃料電池本体２で回収した熱を電池冷却水から排熱回収水に伝達する目的で設置される。本実施形態のように、純水素型燃料電池発電システムが発電停止中の場合においては、電池冷却水熱交換器６は、排熱回収水から電池冷却水を加熱することに利用されている。
【００４１】
本実施形態により、純水素型燃料電池発電システムが発電停止中に、燃料電池パッケージ１内に滞留している排熱回収水および電池冷却水等が凍結するリスクのある温度まで、外気温が低下した場合においても、燃料電池パッケージ１内にヒータ等を設置することなく、凍結しない状態を維持することが可能である。
【００４２】
［第２の実施形態］
本発明に係る純水素型燃料電池発電システムの第２の実施形態について以下に説明する。本実施形態は、第１の実施形態による排熱回収水および電池冷却水等の凍結防止に加え、レジオネラ菌の感染防止対策の機能を有している。
【００４３】
図２は本実施形態を示す系統図である。本実施形態の主な構成は、第１の実施形態の構成に加え、水素供給配管３０において、少なくとも燃料電池本体２の上流側で分岐してバイパスするように構成された燃料極バイパス系統２５が配置されている。この系統に、例えば燃料極バイパス遮断弁２６および流量固定オリフィス２７等を配置して水素等の流量を制御することも可能である。
【００４４】
本実施形態におけるレジオネラ菌の感染防止方法について、以下に説明する。
【００４５】
燃料極入口遮断弁１２および燃料極出口遮断弁１３を閉じて、燃料極バイパス遮断弁２６を開くことにより、燃焼器５に供給できる水素等の流量が増加する。したがって、燃焼器５で発生する熱量を高めることができ、排熱回収水循環系統２９内の排熱回収水への熱伝達量を増加させることが可能となる。なお、本実施形態では、貯湯槽入口バイパス弁２２および貯湯槽出口バイパス弁２４を貯湯槽９に流れる方向に設定する。
【００４６】
例えば、純水素型燃料電池発電システムを設置した家庭において、熱の需要がない状態が続き、純水素型燃料電池発電システムが数日間停止状態となる場合には、貯湯槽９に蓄えられた温水の温度が低下するため、レジオネラ菌等の感染が発生する可能性がある。
【００４７】
このような場合、電気ヒータおよびボイラー等の補助熱源器により、貯湯槽９内の滞留水を再加熱し、レジオネラ菌等を死滅させる方法がとられることが多い。これに対して、本実施形態では、補助熱源器等を設置することなく、燃料電池パッケージ１内に配置された燃焼器５により、レジオネラ菌等を死滅させることが可能となる。
【００４８】
レジオネラ菌を死滅させるためには、貯湯槽９内の滞留水の水温を例えば６５度以上に再加熱する必要がある。このため、第１の実施形態に基づく凍結防止対策よりも多くの熱を排熱回収水に伝達する必要がある。
【００４９】
本実施形態では、燃料極２ａおよび燃料極排気流量調整弁１９をバイパスする燃料極バイパス系統２５により燃焼器５に水素等を供給することで、燃焼器５における燃焼熱量を高めることができる。したがって、排熱回収水に伝達する熱量を高めることが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態では、燃焼器５における燃焼温度が、適した温度となるように、酸化剤ガス供給装置４のブロワ等の回転数を制御することが可能である。
【００５１】
例えば、５ＮＬ／ｍｉｎの水素を燃焼器５で燃焼させ、発生した熱が、燃焼排ガス熱交換器７により、排熱回収水に放熱損失なしで熱伝達される場合、例えば冬季の排熱回収水の温度である約５度を、約６５度まで加熱する場合には、排熱回収水量は約０．２５４Ｌ／ｍｉｎとなり、例えば、１５０Ｌの貯湯槽９内の滞留水全ての温度を約６５度まで加熱するためには、約９．８時間を必要とする。例えば、８００Ｗ電気ヒータによる排熱回収水循環系統２９の加熱により、同様の貯湯槽９内の滞留水を加熱する場合には、約１３時間を必要とする。
【００５２】
なお、上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。上記実施形態では、純水素型燃料電池発電システムについて説明しているが、炭化水素系燃料により発電する燃料電池発電システムについても、適用することが可能である。
【００５３】
さらに、本実施形態で説明した凍結防止方法およびレジオネラ菌感染予防対策は、燃料電池発電システム以外においても適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る純水素型燃料電池発電システムの第１の実施形態を示す系統図である。
【図２】本発明に係る純水素型燃料電池発電システムの第２の実施形態を示す系統図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…燃料電池パッケージ、２…燃料電池本体、２ａ…燃料極、２ｂ…酸化剤極、２ｃ…冷却極、３…酸化剤フィルタ、４…酸化剤ガス供給装置、５…燃焼器、６…電池冷却水熱交換器、７…燃焼排ガス熱交換器、８…凝縮器、９…貯湯槽、１０…排熱回収ポンプ、１１…電池冷却水系ポンプ、１２…燃料極入口遮断弁、１３…燃料極出口遮断弁、１４…酸化剤極入口遮断弁、１５…酸化剤極出口遮断弁、１６…パッケージ内空気温度検出手段、１７…電池冷却水温度検出手段、１８…排熱回収水温度検出手段、１９…燃料極排気量調整弁、２０ａ…発電用酸化剤供給系統、２０ｂ…酸化剤極バイパス系統、２１…酸化剤極バイパス遮断弁、２２…貯湯槽入口バイパス弁、２３…貯湯槽バイパス系統、２４…貯湯槽出口バイパス弁、２５…燃料極バイパス系統、２６…燃料極バイパス遮断弁、２７…流量固定オリフィス、２８…電池冷却水循環系統、２９…排熱回収水循環系統、３０…水素供給配管、３１…空気供給配管、３２…燃料供給装置、３３…燃料電池発電システム制御装置
【図１】
2008300314.tif 000003
【図２】
2008300314.tif 000004