(57)【要約】【課題】燃料電池駆動式冷凍装置（1）において、外気温度が高い場合でも、外部の給水源から燃料電池発電部（4）へ改質水用の給水流路を敷設することなく、燃料電池（4a）の発電に必要な改質水を確保して、燃料電池発電部（4）の駆動の安定化を図る。【解決手段】燃料電池駆動式冷凍装置（1）における冷媒回路（10）の低圧冷媒が流れる冷媒側流路（15a）と燃料電池（4a）から排出される排気ガスが流れる排気ガス側流路（15b）とを備えるとともに該冷媒と排気ガスとの間で熱交換を行って該排気ガス中に含まれる水蒸気を凝縮する排ガス熱交換器（15）と、該排ガス熱交換器（15）で水蒸気から凝縮した凝縮水を上記改質器（4b）に送る送水ポンプ（5d）とを設ける。【選択図】図１
2008293748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を有する冷凍機本体（7）と、電力を発生する燃料電池本体（4a）及び該燃料電池本体（4a）に供給する改質ガスを生成する改質部（4b）を有する燃料電池発電機（4）とを備えた燃料電池駆動式冷凍装置であって、
上記冷媒回路（10）の低圧冷媒が流れる冷媒側流路（15a）と上記燃料電池本体（4a）から排出される排気ガスが流れる排気ガス側流路（15b）とを備えるとともに該冷媒と排気ガスとの間で熱交換を行って該排気ガス中に含まれる水蒸気を凝縮する排ガス熱交換器（15）と、該排ガス熱交換器（15）で水蒸気から凝縮した凝縮水を上記改質部（4b）に送る送水通路（5g,5f）を有する送水手段（5d）とを備えていることを特徴とする燃料電池駆動式冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記排ガス熱交換器（15）の熱交換量を調整する調整手段（14）（35,36）が設けられていることを特徴とする燃料電池駆動式冷凍装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記調整手段は、上記排ガス熱交換器（15）に流入する低圧冷媒の流量を調整する冷媒流量調整弁（14）により構成されていることを特徴とする燃料電池駆動式冷凍装置。
【請求項４】
請求項２において、
上記燃料電池本体（4a）から排出される排気ガスが排ガス熱交換器（15）の排気ガス側流路（15b）をバイパスするバイパス通路（35）が設けられ、
上記調整手段は、上記排気ガス側流路（15b）を流れる排気ガスの流量を調整する排気ガス流量調整弁（36）により構成されていることを特徴とする燃料電池駆動式冷凍装置。
【請求項５】
請求項１において、
上記送水通路（5g,5f）には、上記排ガス熱交換器（15）と上記送水手段（5d）との間に、該排ガス熱交換器（15）で凝縮した凝縮水を貯留する貯留タンク（5b）が設けられていることを特徴とする燃料電池駆動式冷凍装置。
【請求項６】
請求項２から４の何れか１つにおいて、
上記送水通路（5g,5f）には、上記排ガス熱交換器（15）と上記送水手段（5d）との間に、該排ガス熱交換器（15）で凝縮した凝縮水を貯留する貯留タンク（5b）が設けられるとともに、上記調整手段（14）（35,36）を操作する操作部（31a）と、上記貯留タンク（5b）における凝縮水の貯留量を検知する検知部（31b）と、該検知部（31b）により検知された貯留量が設定した貯留量となるように上記操作部（31a）を制御する制御手段（31）とを備えていることを特徴とする燃料電池駆動式冷凍装置。
【請求項７】
請求項５又は６において、
上記貯留タンク（5b）は、該タンク内の凝縮水を中和する中和剤（5c）を備えていることを特徴とする燃料電池駆動式冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を搭載した冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池の排熱を有効に利用したシステム機器が数多く提案されている。その中で、該燃料電池から排出される排気ガスを有効に利用したものがある。
【０００３】
特許文献１には、燃料電池の排熱を利用して給湯を行うコージェネレーション給湯器が開示されている。このコージェネレーション給湯器は、上記燃料電池の排気ガスの熱で温水をつくる温水用熱交換器を備えている。そして、この特許文献１の実施例では、該温水用熱交換器における排気ガス流路の下流側に凝縮水回収用熱交換器（排ガス熱交換器）が設けられ、該凝縮水回収用熱交換器の近傍には送風ファンが設けられている。
【０００４】
この構成によれば、温水用熱交換器で放熱した排気ガスが、上記排ガス熱交換器に流入するとともに、上記送風ファンから送られる空気流により冷却される。この冷却により、該排気ガスに含まれる水蒸気が凝縮して凝縮水となる。この凝縮水は燃料電池に備えられた改質器に改質水として送られる。その結果、該改質器では改質反応により燃料ガスが改質ガスとなる。この改質ガスが燃料電池に送られて、該燃料電池で発電が行われる。ここで、この燃料電池の発電とともに排気ガスが発生する。この排気ガスは、該温水用熱交換器及び凝縮水回収用熱交換器を通過し、該凝縮水回収用熱交換器で、該排気ガスに含まれる水蒸気が凝縮して凝縮水となり、再び燃料電池の改質器に送られる。この動作が繰り返されて、燃料電池に改質水が供給される。
【０００５】
ここで、例えば、燃料電池を搭載した燃料電池駆動式冷凍装置に上記排ガス熱交換器を設けて、該燃料電池の排気ガスから改質水を回収し、燃料電池の駆動のために再利用することは可能である。
【特許文献１】特開２００５−２９１６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記排ガス熱交換器において、外気温度が高くなると、送風ファンから送られる空気温度も高くなるため、該排ガス熱交換器内を通過する排気ガスが冷却されにくくなる。排気ガスが冷却されにくくなると、該排気ガスから得られる凝縮水分量が減少するため、燃料電池へ供給する改質水の不足を招く。水蒸気改質方式の改質器を備えた燃料電池において、この改質水の不足は、該改質器での炭素析出等の不具合を引き起こし、結果として該燃料電池の駆動ができなくなるおそれがある。
【０００７】
したがって、外気温度が高い場合には、燃料電池発電機の発電に必要な改質水を確保する必要があり、別途、外部の給水源から燃料電池発電機へ改質水用の給水流路を敷設しなければならない。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記排ガス熱交換器を備えた燃料電池駆動式冷凍装置において、外気温度が高い場合でも、外部の給水源から燃料電池発電機へ改質水用の給水流路を敷設することなく、燃料電池発電機の発電に必要な改質水を確保し、該燃料電池の駆動の安定化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を有する冷凍機本体（7）と、電力を発生する燃料電池本体（4a）及び該燃料電池本体（4a）に供給する改質ガスを生成する改質部（4b）を有する燃料電池発電機（4）とを備えた燃料電池駆動式冷凍装置を前提としている。
【００１０】
そして、上記燃料電池駆動式冷凍装置において、上記冷媒回路（10）の低圧冷媒が流れる冷媒側流路（15a）と上記燃料電池本体（4a）から排出される排気ガスが流れる排気ガス側流路（15b）とを備えるとともに、該冷媒と排気ガスとの間で熱交換を行って該排気ガス中に含まれる水蒸気を凝縮する排ガス熱交換器（15）と、該排ガス熱交換器（15）で水蒸気から凝縮した凝縮水を上記改質部（4b）に送る送水通路（5g,5f）を有する送水手段（5d）とを備えていることを特徴としている。
【００１１】
第１の発明では、上記排ガス熱交換器（15）が、従来とは違い、空気で排気ガスを冷却せずに上記冷媒回路（10）の低圧冷媒で排気ガスを冷却する。そして、上記送水通路（5g,5f）及び送水手段（5d）により、この排ガス熱交換器（15）で得られた凝縮水が改質水として上記改質部（4b）に送られる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、上記排ガス熱交換器（15）の熱交換量を調整する調整手段（14）（35,36）が設けられていることを特徴としている。
【００１３】
第２の発明では、上記調整手段（14）（35,36）により、上記排ガス熱交換器（15）における排気ガスの冷却量を調整することができる。つまり、この冷却量の調整により、該排ガス熱交換器（15）で得られる凝縮水量を増減することが可能となる。
【００１４】
第３の発明は、第２の発明において、上記調整手段は、上記排ガス熱交換器（15）に流入する低圧冷媒の流量を調整する冷媒流量調整弁（14）により構成されていることを特徴としている。ここで、上記排ガス熱交換器（15）を接続する上記冷媒回路（10）には、該利用側熱交換器（16）と並列に排ガス熱交換器（15）を設けてもよい。
【００１５】
第３の発明では、上記冷媒流量調整弁（14）で低圧冷媒の流量を調整することにより、排気ガスの冷却量を調整して、該排ガス熱交換器（15）で得られる凝縮水量を増減させている。又、第３の発明において、上記排ガス熱交換器（15）と利用側熱交換器（16）とが並列に設置されていれば、該低圧冷媒を排ガス熱交換器（15）と利用側熱交換器（16）とに分配できるとともに、上記冷媒流量調整弁（14）の調整により、その分配量を変更することができる。
【００１６】
第４の発明は、第２の発明において、上記燃料電池本体（4a）から排出される排気ガスが、排ガス熱交換器（15）の排気ガス側流路（15b）をバイパスするバイパス通路（35）が設けられ、上記調整手段は、上記排気ガス側流路（15b）を流れる排気ガスの流量を調整する排気ガス流量調整弁（36）により構成されていることを特徴としている。
【００１７】
第４の発明では、上記排気ガス流量調整弁（36）で、上記排ガス熱交換器（15）を通過する排気ガスの流量を調整することにより、該排ガス熱交換器（15）で得られる凝縮水量を増減させることができる。
【００１８】
第５の発明は、第１の発明において、上記送水通路（5g）には、上記排ガス熱交換器（15）と上記送水手段（5d）との間に、該排ガス熱交換器（15）で凝縮した凝縮水を貯留する貯留タンク（5b）が設けられていることを特徴としている。
【００１９】
第５の発明では、上記貯留タンク（5b）を設けることにより、上記排ガス熱交換器（15）で得られた改質水を、そのまま上記改質部（4b）へ戻すのではなく、一旦該貯留タンク（5b）に貯留することができる。
【００２０】
第６の発明は、第２から第４の何れか１つの発明において、上記送水通路（5g）には、上記排ガス熱交換器（15）と上記送水手段（5d）との間に、該排ガス熱交換器（15）で凝縮した凝縮水を貯留する貯留タンク（5b）が設けられるとともに、上記調整手段（14）（35,36）を操作する操作部（31a）と、上記貯留タンク（5b）における凝縮水の貯留量を検知する検知部（31b）と、該検知部（31b）により検知された貯留量が設定した貯留量となるように上記操作部（31a）を制御する制御手段（31）とを備えていることを特徴としている。
【００２１】
第６の発明では、上記貯留タンク（5b）における凝縮水の貯留量に基いて、上記調整手段（14）（35,36）により排ガス熱交換器（15）の熱交換量を調整することができる。つまり、検知した水の貯留量が設定した貯留量より多ければ、排ガス熱交換器（15）の熱交換量を減少させ、逆に少なければ、排ガス熱交換器（15）の熱交換量を増加させる制御を行うことができる。
【００２２】
第７の発明は、第５又は第６の発明において、上記貯留タンク（5b）は、該タンク内の凝縮水を中和する中和剤（5c）を備えていることを特徴としている。ここで、上記排気ガスから得られた凝縮水は、該排気ガスの影響で強酸性を帯びている場合がある。
【００２３】
第７の発明では、上記貯留タンク（5b）に上記中和剤（5c）を設けることにより、該貯留タンク（5b）内に貯留した強酸性の凝縮水を中和することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、上記排ガス熱交換器（15）が、上記冷媒回路（10）の低圧冷媒で上記排気ガスの冷却を行うように構成されている。このため、従来のように空気で排気ガスの冷却を行う場合と比べて、外気温度の影響を受けにくくなる。つまり、外気温度が高くても、空気で冷却する場合と比べて排気ガスに対する冷却量が低下しにくくなり、該排ガス熱交換器（15）における凝縮水分量の減少を抑えることができる。
【００２５】
したがって、外気温度が高い場合でも、該排ガス熱交換器（15）の凝縮水分量の減少が抑えられるので、外部の給水源から燃料電池発電機（4）へ改質水用の給水流路を敷設することなく、燃料電池発電機（4）の発電に必要な改質水を確保し、該燃料電池の駆動の安定化を図ることができる。
【００２６】
第２の発明によれば、上記調整手段（14）（35,36）により、上記排ガス熱交換器（15）で得られる凝縮水量を増減することができる。したがって、上記燃料電池発電機（4）の発電負荷に変動が生じた場合であっても、その変動に応じて該調整手段（14）（35,36）を調整し、発電負荷に対して必要な量だけ改質水を上記改質部（4b）へ供給することが可能となる。
【００２７】
第３の発明によれば、上記冷媒流量調整弁（14）によって、上記排ガス熱交換器（15）における排気ガスの冷却量を調整することにより、該排気ガスから必要な量だけ凝縮水を得ることができる。又、上記冷媒回路（10）において、排ガス熱交換器（15）と利用側熱交換器（16）とが並列に配置されていれば、冷凍機本体（7）の冷凍負荷及び燃料電池発電機（4）の発電負荷の状況に応じて、上記低圧冷媒の分配量を調節することが可能となる。
【００２８】
第４の発明によれば、上記排ガス流量調整弁によって、上記排ガス熱交換器（15）における排気ガスの冷却量を調整することにより、該排気ガスから必要な量だけ凝縮水を得ることができる。つまり、第４の発明は、第３の発明とは違い、低圧冷媒の流量調整を行わずに排気ガスの冷却量を調整することができる。したがって、上記冷凍機本体（7）の冷却能力を変動させることなく該排気ガスから必要な量だけ凝縮水を得ることができる。
【００２９】
第５の発明によれば、上記改質水を上記貯留タンク（5b）に貯留することができるので、冷凍機本体（7）を停止させている場合であっても、該貯留タンク（5b）に貯留された改質水量の範囲内で、上記改質部（4b）に改質水を供給することができる。したがって、冷凍機本体（7）を停止中であっても、燃料電池本体（4a）を駆動することが可能となる。
【００３０】
第６の発明によれば、上記制御手段（31）により、上記貯留タンク（5b）の凝縮水を設定した貯留量に保つことができるので、該貯留タンク（5b）内の凝縮水を、該貯留タンク（5b）からオーバフローさせることなく、効率よく上記改質部（4b）に供給することができる。
【００３１】
第７の発明によれば、上記貯留タンク（5b）に上記中和剤（5c）を設けることにより、該タンク内に流入する強酸性の凝縮水を中和することができるので、上記冷凍装置の内部であって、該凝縮水が接触する部分の劣化を防ぐことができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
図１は、この実施形態に係る燃料電池駆動式冷凍装置（1）の構成図である。
【００３４】
この燃料電池駆動式冷凍装置（1）は、図１に示すように、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を有する冷凍部（冷凍機本体）（7）と、該冷凍部（7）に電力を供給可能な燃料電池発電部（燃料電池発電機）（4）とで構成されている。ここで、上記冷凍部（7）は熱源部と利用部とで構成され、該熱源部には熱源側冷媒回路（10a）が、該利用部には利用側冷媒回路（10b）がそれぞれ設けられている。又、該熱源側冷媒回路（10a）及び利用側冷媒回路（10b）は、それぞれが該冷凍部（7）の冷媒回路（10）の一部であり、熱源側冷媒回路（10a）及び利用側冷媒回路（10b）に設けられた端部（10c,10d）同士を連絡配管（17）で接続することにより全体として該冷凍部（7）の冷媒回路（10）が構成されている。
【００３５】
−燃料電池駆動式冷凍装置の構成−
上記燃料電池駆動式冷凍装置（1）は、屋外に設置された室外ユニット（2）と冷却対象空間に設置された室内ユニット（3）と、室外ユニット（2）及び室内ユニット（3）の運転制御を行うコントローラ（30）とを備えている。
【００３６】
〈室外ユニット〉
上記室外ユニット（2）は、上記冷凍部（7）の熱源部と、上記燃料電池発電部（4）と、本発明の特徴である排ガス熱交換器（15）を有する改質水回収部（5）とを備えている。
【００３７】
《熱源部》
上記熱源部は、上述したように熱源側冷媒回路（10a）を備えている。該熱源側冷媒回路（10a）は、圧縮機（11）と熱源側熱交換器（12）と膨張弁（13）と排ガス熱交換器（15）とが冷媒配管で接続されてなる。又、該熱源側冷媒回路（10a）の両端には上記利用側冷媒回路（10b）を接続するためのガス端（10c）及び液端（10d）が設けられている。
【００３８】
上記圧縮機（11）は、図示しないインバータの出力側に接続されており、該インバータは、該圧縮機（11）に搭載された圧縮機モータ（図示無し）に電流を供給するとともに、その電流の周波数が変更可能に構成されている。そして、この電流の周波数の変更により、該圧縮機（11）は、ある範囲内で自在に圧縮機モータの回転数が変更され、容量可変に構成されている。
【００３９】
又、該インバータの入力側には、上記燃料電池発電部（4）と商用電源（図示無し）とが接続されている。この商用電源は、該燃料電池発電部（4）だけでは圧縮機（11）の駆動に対応できない場合に用いるものである。又、この圧縮機（11）の吸入側に接続された吸入配管（11b）の端部は上記熱源側冷媒回路（10a）のガス端（10c）を構成し、該圧縮機（11）の吐出側に接続された吐出配管（11a）の端部には上記熱源側熱交換器（12）が接続されている。
【００４０】
上記熱源側熱交換器（12）は、図示は省略しているが、伝熱管が複数パスに配列されるとともに該伝熱管と直交して多数のアルミフィンが配置されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されている。そして、冷媒が上記伝熱管の管内を流れ、該熱源側熱交換器（12）の近傍に設置された室外ファン（19）に吸い込まれる空気が上記アルミフィン間を流れることにより、両者が熱交換を行うように構成されている。そして、この熱源側熱交換器（12）の冷媒出口側に接続された熱交換器出口配管（12a）の端部には上記膨張弁（13）が接続されている。
【００４１】
上記膨張弁（13）は、弁開度が調節可能な電動膨張弁であり、その開度は適宜、上記コントローラ（30）から送られる電気信号によって変更可能に構成されている。ここで、上記膨張弁（13）の出口側に接続された膨張弁出口配管（13a）の端部は分岐している。この分岐した端部のうち、一方の端部は上記熱源側冷媒回路（10a）の液端（10d）を構成している。又、他方の端部は冷媒用流量調整弁（冷媒流量調整弁）（14）に接続されている。
【００４２】
上記冷媒用流量調整弁（14）は、弁開度が調節可能な電動弁で構成され、冷媒用流量調整弁（14）の下流側に接続された排ガス熱交換器入口配管（20a）に接続された排ガス熱交換器（15）における冷媒量を調整するためのものである。そして、その弁開度は適宜、上記コントローラ（30）に設けられたオーバフロー防止制御部（制御手段）（31）から送られる電気信号によって変更可能に構成されている。
【００４３】
上記排ガス熱交換器（15）は、冷媒流路（冷媒側流路）（15a）とガス流路（排気ガス側流路）（15b）とを備え、各流路を流れる流体同士を熱交換させるものである。該冷媒流路（15a）の入口側には、上述した排ガス熱交換器入口配管（20a）が接続され、出口側には、排ガス熱交換器出口配管（20b）が接続されている。この排ガス熱交換器出口配管（20b）の端部は、上記吸入配管（11b）上に連通している。
【００４４】
《燃料電池発電部》
上記燃料電池発電部（4）は、燃料ガス（例えば、都市ガス等）を改質して得た水素と空気中の酸素とを反応させて電力を発生させるものであり、脱硫器（4c）と改質器（改質部）（4b）と燃料電池（燃料電池本体）（4a）と気化器（4i）とを備えている。又、上記燃料電池発電部（4）は、燃料ガスを導入するための燃料ガス配管（4h）、空気を導入するための空気配管（4f）、上記改質器（4b）が行う改質反応に必要な改質水を供給するための改質水配管（5f）、及び燃料ガスと空気との反応で発生する排気ガスを排出する排気ガス配管（5e）が設けられている。
【００４５】
上記脱硫器（4c）は、図示しない脱硫室を備え、該脱硫室内には燃焼ガスを脱硫する脱硫剤が充填されている。又、該脱硫室には、燃料ガスが流出入する流出入管が設けられている。ここで、該流入管は上記燃料電池発電部（4）の燃料ガス配管（4h）を構成し、該流出管は後述する改質器流入管（4g）を構成する。
【００４６】
上記改質器（4b）は、図示しない改質ガス通路を備えている。この改質ガス通路の上流側には改質器流入管（4g）が接続され、下流側には改質器流出管（4d）が接続されている。尚、該改質器流出管（4d）は上記燃料電池（4a）に設けられた改質ガス口に連通している。そして、上記改質器（4b）には、図示しない改質反応室が設置されている。ここで、該改質反応室内には水蒸気改質反応に活性を示す触媒が備えられている。又、該改質反応室には、改質蒸気流入口が設けられている。
【００４７】
上記燃料電池（4a）は、固体酸化物型燃料電池で構成されており、図示しないが、酸化物イオン伝導性を有する酸化物セラミックスからなる電解質と、該電解質を挟んで配置された燃料極及び空気極とを備えている。上記燃料極及び空気極はそれぞれ多孔質体で形成されるとともに、該燃料極には改質ガス管（図示なし）が、該空気極には空気管（図示なし）がそれぞれ接続されている。そして、該改質ガス管は上記改質器流出管（4d）に、該空気管は上記空気配管（4f）にそれぞれ接続されている。又、該燃料電池（4a）には、排気ガス口が設けられている。
【００４８】
上記気化器（4i）は、ガス流路（図示なし）と水流路（図示なし）とを備えた熱交換器で構成され、ガス流路を流れる高温のガスにより、水流路を流れる水を気化させて水蒸気を発生させるものである。ここで、上記ガス流路の出口側には上記排気ガス配管（5e）が接続され、入口側は上記燃料電池（4a）の排気ガス口と連通している。一方、上記水流路の入口側には上記改質水配管（5f）が接続され、出口側は上記改質反応室の改質蒸気流入口と連通している。
【００４９】
《改質水回収部》
上記改質水回収部（5）は、上記燃料電池発電部（4）における燃料電池（4a）の排気ガスから改質器（4b）に必要な改質水を回収するものであり、排ガス熱交換器（15）と貯留タンク（5b）と送水ポンプ（送水手段）（5d）とを備えている。
【００５０】
上記排ガス熱交換器（15）は、冷媒流路（15a）とガス流路（15b）とを備えて、該冷媒流路（15a）を流れる冷媒により、該ガス流路（15b）を流れる排気ガスを冷却するものである。そして、この冷却により、該排気ガス中の水蒸気が凝縮して凝縮水（改質水）を得るように構成される。ここで、該ガス流路（15b）の入口側は、上記排気ガス配管（5e）に接続され、該ガス流路（15b）の出口側は、後述する上記貯留タンク（5b）に設けられた排気ガス流入配管（5a）に接続されている。
【００５１】
上記貯留タンク（5b）は、上記排ガス熱交換器（15）から流出する凝縮水を含む排気ガスを、凝縮水と排気ガスとに分離した後、該排気ガスを外部に排出する一方、該凝縮水を改質水として貯留するものである。上記貯留タンク（5b）には、上部に排気ガス流入配管（5a）と排気ガス流出配管（5h）が、下部に改質水流出配管（5g）がそれぞれ設けられている。ここで、該排気ガス流出配管（5h）の下流端は屋外に開口し、該改質水流出配管（5g）は上記送水ポンプ（5d）の吸込側に接続されている。又、上記送水ポンプ（5d）の吐出側は上記改質水配管（5f）が接続されている。
【００５２】
上記貯留タンク（5b）内には、酸性水を中和する中和剤（5c）（例えば、炭酸カルシウム等）と、貯留した改質水の水位を検知する水位センサ（32）とが設けられている。尚、該水位センサ（32）は上記コントローラ（30）の上記オーバフロー防止制御部（31）に電気配線で接続されている。
【００５３】
〈コントローラ〉
上記コントローラ（30）は、上述したようにオーバフロー防止制御部（31）を備えている。該オーバフロー防止制御部（31）は上記水位センサ（32）の電気信号を検知する検知器（検知部）（31b）と、上記冷媒用流量調整弁（14）を操作する操作器（操作部）（31a）とを備えており、該検知器（31b）の入力側には上記水位センサ（32）が、上記操作器（31a）の出力側には上記冷媒用流量調整弁（14）がそれぞれ接続されている。又、上記検知器（31b）と操作器（31a）とは電気的に接続されており、該検知器（31b）の信号により該操作器（31a）が動作するように構成されている。
【００５４】
〈室内ユニット〉
上記室内ユニット（3）は、上記冷凍部（7）の利用部を備え、該利用部は利用側冷媒回路（10b）を有している。該利用側冷媒回路（10b）は、該利用側冷媒回路（10b）の両端に、上記熱源側冷媒回路（10a）を接続するためのガス端（10c）と液端（10d）とが設けられ、該ガス端（10c）と液端（10d）との間には利用側熱交換器（16）が設けられている。
【００５５】
上記利用側熱交換器（16）は、図示は省略しているが、伝熱管が複数パスに配列されるとともに該伝熱管と直交して多数のアルミフィンが配置されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されている。そして、冷媒が上記伝熱管の管内を流れ、該利用側熱交換器（16）の近傍に設置された室内ファン（18）に吸い込まれる空気が上記アルミフィン間を流れることにより、両者が熱交換を行うように構成されている。
【００５６】
−燃料電池駆動式冷凍装置の運転動作−
本実施形態に係る燃料電池駆動式冷凍装置（1）の運転動作について説明する。
【００５７】
〈冷凍部の運転動作〉
上記冷凍部（7）の運転が開始すると、まず上記圧縮機（11）が起動する。該圧縮機（11）が起動すると、該圧縮機（11）内で圧縮された高圧ガス冷媒が吐出する。吐出した高圧ガス冷媒は、上記熱源側熱交換器（12）に流入する。上記熱源側熱交換器（12）へ流入した高圧ガス冷媒は、室外ファン（19）から送られる室外空気に放熱して凝縮し、高圧液冷媒となって該熱源側熱交換器（12）を流出する。上記熱源側熱交換器（12）を流出した高圧液冷媒は、膨張弁（13）に流入する。上記膨張弁（13）へ流入した高圧冷媒は、所定の圧力に減圧されて低圧冷媒となり、該膨張弁（13）を流出する。該膨張弁（13）を流出した低圧冷媒は分岐して、一方は上記冷媒用流量調整弁（14）へ、他方は上記液端（10d）を介して室内ユニット（3）の利用側熱交換器（16）へ流入する。
【００５８】
上記冷媒用流量調整弁（14）へ分岐した低圧冷媒は、その流量が該冷媒用流量調整弁（14）により調整された後、上記排ガス熱交換器（15）の冷媒流路（15a）に流入する。該排ガス熱交換器（15）の冷媒流路（15a）へ流入した低圧冷媒は、該排ガス熱交換器（15）のガス流路（15b）を流れる排気ガスから吸熱して低圧ガス冷媒となり、該冷媒流路（15a）を流出する。ここで、この冷媒用流量調整弁（14）の弁開度は、上述したように、コントローラ（30）のオーバフロー防止制御部（31）によって変更可能に構成されている。
【００５９】
具体的に、オーバフロー防止制御部（31）の検知器（31b）において、上記貯留タンク（5b）内に設置された水位センサ（32）により該貯留タンク（5b）の水位が検知される。そして、該検知器（31b）で検知された水位が所定の水位より高い場合には、該貯留タンク（5b）内の水がオーバフローするおそれがあると判定し、上記操作器（31a）を介して上記冷媒用流量調整弁（14）の弁開度を閉じて、排ガス熱交換器（15）に向かう冷媒の流量を抑える。これにより、該排ガス熱交換器（15）に対する排気ガスの冷却量が抑えられ、貯留タンク（5b）へ送られる凝縮水が減少し、結果として、該貯留タンク（5b）に貯留した凝縮水がオーバフローするのを防止できる。逆に、該検知器（31b）で検知された水位が所定の水位より低い場合には、上記冷媒用流量調整弁（14）の弁開度を開いて排ガス熱交換器（15）への冷媒流量を増加する。これにより、該排ガス熱交換器（15）に対する排気ガスの冷却量が増加して、該貯留タンク（5b）へ送られる凝縮水が増加し、上記燃料電池発電部（4）に必要な改質水を確保できる。
【００６０】
一方、上記利用側熱交換器（16）の方へ流れた低圧冷媒は、上記室内ファン（18）から送られる室内空気から吸熱し蒸発して、低圧ガスとなり該利用側熱交換器（16）を流出する。尚、この低圧冷媒の蒸発により上記室内空気は冷却される。
【００６１】
上記排ガス熱交換器（15）及び利用側熱交換器（16）から流出した低圧ガス冷媒は、合流して上記圧縮機（11）に吸入される。そして、吸入された低圧ガス冷媒は圧縮されて高圧ガス冷媒となり、再び該圧縮機（11）から吐出される。  
【００６２】
このように、冷凍部（7）の冷媒回路（10）内を冷媒が循環することにより、上記室内ユニット（3）が設置された冷却対象空間内を冷却する。
【００６３】
〈燃料電池発電部の運転動作〉
上記燃料電池発電部（4）では、燃料ガス供給源（図示なし）の燃料ガスが上記燃料ガス配管（4h）を介して上記脱硫器（4c）へ流入する。この燃料ガスには付臭剤として硫黄化合物が添加されており、上記脱硫室内の脱流剤によって硫黄化合物が除去される。そして、硫黄化合物が除去された燃料ガスは、上記改質器（4b）へ流入する。
【００６４】
上記改質器（4b）に流入した燃料ガスは、上記改質反応室に流入する。尚、この改質反応室には上記気化器（4i）で発生した水蒸気も流入する。そして、該改質反応室では、流入した燃料ガス及び水蒸気により、水蒸気改質反応が起こり、水素リッチな改質ガスが生成する。このようにして、生成した改質ガスは、上記燃料電池（4a）へ流入する。
【００６５】
上記燃料電池（4a）に流入した改質ガスは、上記改質ガス管を通過して上記燃料極に送られる。又、上記燃料電池（4a）には、上記空気管を介して外部の空気が上記空気極に送られる。該空気極に供給された空気中の酸素が、空気極内の気孔を通って固体電解質との界面近傍に到達し、この部分で、空気極から電子を受け取って酸化物イオンにイオン化される。この酸化物イオンは、上記燃料極に向かって固体電解質内を拡散移動する。燃料極との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部分で、燃料ガスと反応して反応生成物を生じ、燃料極に電子を放出する。この電子によって発電が行われ、燃料電池（4a）から直流電力が出力される。そして、出力された直流電流は上記冷凍部（7）に供給される。尚、上記冷凍部（7）に供給された直流電流の一部は、上記熱源部のインバータにも供給され、上記圧縮機（11）の駆動に利用される。
【００６６】
そして、この発電により、燃料電池（4a）から排出された排気ガスは、上記気化器（4i）のガス流路に流入する。該ガス流路に流入した排気ガスは、該気化器（4i）の水流路を流れる水に放熱して、該ガス流路を流出する。
【００６７】
〈改質水回収部の運転動作〉
上記改質水回収部（5）において、上記燃料電池発電部（4）の排気ガス配管（5e）から流出した排気ガスが、上記排ガス熱交換器（15）のガス流路（15b）に流入する。ガス流路（15b）に流入した排気ガスは、該排ガス熱交換器（15）の冷媒流路（15a）を流れる冷媒により冷却される。ここで、この冷却により、排気ガス中の水蒸気が凝縮して凝縮水が得られる。そして、冷却された排気ガスは凝縮水とともに、該排ガス熱交換器（15）のガス流路（15b）から流出する。
【００６８】
上記排ガス熱交換器（15）を流出した排気ガス及び凝縮水は、上記貯留タンク（5b）内へ流入する。流入した排気ガス及び凝縮水は、該貯留タンク（5b）内で分離され、排気ガスは排気ガス流出配管（5h）から外部へ排気される。一方、凝縮水は改質水として貯留タンク（5b）内に貯留される。ここで、この貯留された改質水は、排ガス中に含まれる水蒸気が凝縮したものであり、酸性状態にある。この酸性状態の改質水は、該貯留タンク（5b）内の中和剤（5c）により中和される。そして、中和された改質水は、下流側にある送水ポンプ（5d）により、上記改質水配管（5f）を介して上記気化器（4i）の水流路に流入する。
【００６９】
該水流路に流入した改質水は、排気ガスにより加熱されて、水蒸気となり、上記改質部（4b）の改質反応室に流入する。そして、該改質反応室で水蒸気と燃料ガスとが反応して改質ガスが生成される。生成した改質ガスは、上記燃料電池（4a）に流入して発電に利用された後、排気ガスとなり、気化器（4i）のガス通路を通過して再び上記排ガス熱交換器（15）のガス流路（15b）に流入する。
【００７０】
このように、排気ガスに含まれる水蒸気が循環することにより、反応に必要な水蒸気が、上記改質器（4b）に供給される。
【００７１】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、上記排ガス熱交換器（15）を設けることにより、冷凍部（7）の低圧冷媒で排気ガスを冷却することができる。これにより、従来のように空気で冷却を行う場合と比べて、外気温度の影響を受けにくくなる。つまり、外気温度が高くても、空気で冷却を行う場合と比べて、燃料電池発電部（4）に必要な改質水を確保しやすくなる。これにより、外部の給水源から燃料電池発電部（4）へ改質水用の給水流路を敷設することなく、該燃料電池の駆動の安定化を図ることができるので、例えば、ビルの屋上等のように改質水の給水流路を敷設することが困難な場所であっても、本冷凍装置を設置することができる。又、外部の給水源から改質水用の給水流路を敷設しないので、本冷凍機の設置工事コストを抑えることができる。
【００７２】
又、上記排ガス熱交換器（15）に流れる冷媒を調整するための冷媒用流量調整弁（14）を設けることにより、該排ガス熱交換器（15）で得られる凝縮水量を増減することができる。したがって、上記燃料電池発電機（4）の発電負荷に変動が生じた場合であっても、その変動に応じて該冷媒用流量調整弁（14）を調整し、発電負荷に対して必要な量だけ改質水を上記改質部（4b）へ供給することが可能となる。
【００７３】
又、上記排ガス熱交換器（15）で得られた凝縮水を改質水として上記貯留タンク（5b）に貯留することができる。これにより、例えば、冷凍部（7）を停止させている場合であっても、該貯留タンク（5b）に貯留された改質水量の範囲内で、上記燃料電池本体（4a）部に改質水を供給することができる。したがって、該冷凍部（7）を停止中であっても、該燃料電池本体（4a）部を駆動することが可能となる。又、この貯留タンク（5b）に設置された水位センサ（32）の水位に基いて、上記オーバフロー防止制御部（31）による制御が行われるので、該貯留タンク（5b）に貯留された改質水を外へオーバフローさせることもない。
【００７４】
又、上記貯留タンク（5b）に上記中和剤（5c）を設けることにより、該タンク内に貯留する強酸性の凝縮水を中和することができる。したがって、上記燃料電池駆動式冷凍機の内部であって、該凝縮水が接触する部分の劣化を防ぐことが可能となる。  
【００７５】
−実施形態の変形例−
実施形態の変形例では、図２に示すように、上記冷媒用流量調整弁（14）の代わりに、上記排ガス熱交換器（15）のガス流路（15b）を排気ガスがバイパスするためのバイパス通路（35）と、該バイパス通路（35）を流れる排気ガスの流量を調整する排気ガス流量調整弁（36）とを設けている。これにより、該排気ガス流量調整弁（36）の弁開度を大きくすれば、バイパス通路（35）を流れる排気ガスは増加して該排ガス熱交換器（15）に流れる排気ガスの量は減少する。一方、該排気ガス流量調整弁（36）の弁開度を小さくすれば、バイパス通路（35）を流れる排気ガスは減少して該排ガス熱交換器（15）に流れる排気ガスの量は増加する。ここで、該排気ガス流量調整弁（36）は、上記オーバフロー防止制御部（31）の上記操作器（31a）の出力側に接続されている。
【００７６】
この変形例の構成によれば、上記排ガス熱交換器（15）を流れる排気ガスの流量を調整することにより、上記貯留タンク（5b）の水がオーバフローしないようにすることができる。
【００７７】
つまり、上記オーバフロー防止制御部（31）において、該貯留タンク（5b）がオーバフローするおそれがある場合には、排気ガス流量調整弁（36）の弁開度を大きくする。弁開度を大きくすると、上記排ガス熱交換器（15）で得られる凝縮水量が減少して、該貯留タンク（5b）に流入する凝縮水の流量が減り、該貯留タンク（5b）でのオーバフローを抑えることができる。逆に、該貯留タンク（5b）がオーバフローするおそれがない場合には、排気ガス流量調整弁（36）の弁開度を小さくする。弁開度を小さくすると、上記排ガス熱交換器（15）で得られる凝縮水量が増加して、該貯留タンク（5b）に流入する凝縮水の流量が増え、燃料電池発電部（4）に必要な改質水量を確保することができる。
【００７８】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００７９】
本実施形態では、上記燃料電池（4a）を固体電解質型燃料電池で構成したが、これに限定する必要はなく、例えば、固体高分子型燃料電池で構成してもよい。但し、上記燃料電池（4a）を固体高分子型燃料電池で構成する場合は、上記改質器（4b）において、改質反応室の下流側に変成反応室及びＣＯ選択酸化反応室を設置する。ここで、該改質反応室内には水蒸気改質反応に活性を示す触媒もしくは部分酸化反応に対して活性を示す触媒が、該変成反応室には水素ガスシフト反応に活性を示す触媒が、該ＣＯ選択酸化反応室には選択酸化反応に活性を示す触媒がそれぞれ備えられている。
【００８０】
次に、上記改質器（4b）における燃料ガスの改質操作について説明する。上記改質器（4b）に流入した燃料ガスは、まず上記改質反応室に流入する。尚、この改質反応室には上記気化器（4i）で発生した水蒸気も流入する。そして、該改質反応室では、流入した燃料ガス及び水蒸気により、部分酸化もしくは水蒸気改質反応の一方又は両方を含む反応が起こり、水素リッチな改質ガスが生成する。次に、この水素リッチな改質ガスは変成反応室に流入する。該変成反応室では、流入した改質ガスにより水素ガスシフト反応が起こり、改質ガス中のＣＯ濃度が低減する。そして、ＣＯ濃度が低減した改質ガスはＣＯ選択酸化反応室に流入する。該ＣＯ選択酸化反応室では、流入した改質ガスによりＣＯ選択酸化反応が起こり、改質ガス中のＣＯ濃度がさらに低減する。
【００８１】
このように、上記燃料電池（4a）を固体高分子型燃料電池で構成すると、改質ガス中のＣＯ濃度が大幅に低減する点が、上記燃料電池（4a）を固体電解質型燃料電池で構成する場合と異なる。
【００８２】
又、本実施形態では、上記冷凍部（7）は冷凍運転のみを行うように構成されているが、これに限定される必要はなく、該冷凍部（7）の冷媒回路（10）内に、冷媒の流れ方向を可逆に変更可能な流路切替弁を設けることにより、該冷凍部（7）を冷暖房可能に構成してもよい。
【００８３】
又、本実施形態では、上記室外ユニット（2）に冷凍部（7）と上記燃料電池発電部（4）と上記改質水回収部（5）とを搭載したが、これに限定される必要はなく、例えば、図３に示すように、冷凍部（7）を搭載した第１室外ユニット（2a）と、上記燃料電池発電部（4）及び上記改質水回収部（5）を搭載した第２室外ユニット（2b）とに分離して設置してもよい。
【００８４】
又、上記実施形態の変形例では、上記冷媒用流量調整弁（14）の代わりに上記排気ガス流量調整弁（36）を設けたが、上記冷媒用流量調整弁（14）と上記排気ガス流量調整弁（36）とを両方とも設置してもよい。尚、上記排ガス熱交換器（15）における排気ガスの冷却量の調整は、上記冷媒用流量調整弁（14）と上記排気ガス流量調整弁（36）とに限定されない。
【００８５】
以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上説明したように、本発明は、燃料電池を備えた冷凍装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池駆動式冷凍装置の構成図である。
【図２】実施形態の変形例に係る燃料電池駆動式冷凍装置の構成図である。
【図３】その他の実施形態に係る燃料電池駆動式冷凍装置の構成図である。
【符号の説明】
【００８８】
1  燃料電池駆動式冷凍装置
2  室外ユニット
3  室内ユニット
4  燃料電池発電部（燃料電池発電機）
4a  燃料電池（燃料電池本体）
4b  改質器（改質部）
5  改質水回収部
5b  貯留タンク
5d  送水ポンプ（送水手段）
5g  改質水流出配管（送水通路）
5f  改質水配管（送水通路）
7  冷凍部（冷凍機本体）
10  冷媒回路
14  冷媒用流量調整弁（冷媒流量調整弁）
15  排ガス熱交換器
30  コントローラ
31  オーバフロー防止制御部（制御手段）
31a  操作器（操作部）
31b  検知器（検知部）
【図１】
2008293748.tif 000003
【図２】
2008293748.tif 000004
【図３】
2008293748.tif 000005