(57)【要約】【課題】安定して発電することのできる燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】燃料電池１で発生する熱を、循環流路３１内を流れる循環水に熱交換させて燃料電池１から排出すると共に、その循環水の一部を循環流路３１から排水し、その排水量に相当する水量の新液を循環流路３１内に導入する燃料電池発電システムにおいて、上記新液を収容する水タンク２１を、上記循環流路３１外に設けると共に、上記循環流路３１からの循環水の排水量に相当する水量の新液を、上記水タンク２１から導入流路３２を介して上記循環流路３１内に導入するよう形成してなる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池で発生した熱を、循環流路内を流れる循環水に熱交換させて排出すると共に、その循環水の一部を循環流路から排水しつつ、その排水した循環水の水量に相当する水量の新液を循環流路内に導入する燃料電池発電システムにおいて、上記新液を収容する開放系の水タンクを、上記循環流路外に配設すると共に、上記開放系の水タンク及び上記循環流路を連通する導入流路を設け、上記循環流路からの循環水の排水量に相当する水量の新液を、上記水タンクから上記導入流路を介して上記循環流路に導入するよう成したことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
上記燃料電池に導入する改質ガス、又は上記燃料電池が排出する排ガス中に含有される水成分を気水分離すると共に、その気水分離した水成分を上記開放系の水タンクに供給する気水分離器と、上記循環流路に導入する新液を浄化する浄化装置をも設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
上記循環流路から排水する循環水が流れる排水流路、又は上記導入流路に、水を送出するポンプを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
上記開放系の水タンクに収容した新液の水位を検出する水位検出手段をも設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
上記循環流路から排水する循環水の水量に応じて、上記開放系の水タンクに新液を補給することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
上記導入流路内の新液、又は上記開放系の水タンクに補給する新液を加熱する加熱手段をも設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
上記加熱手段は、上記燃料電池のカソードが排出する空気、又はアノードが排出する排ガスと熱交換して、上記導入流路内の新液、又は上記開放系の水タンクに補給する新液を加熱することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池発電システム。
【請求項８】
上記加熱手段は、上記排水流路から排水する循環水と熱交換して、上記導入流路内の新液、又は上記開放系の水タンクに補給する新液を加熱することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項９】
上記加熱手段は、上記循環流路内の循環水と熱交換して、上記導入流路内の新液、又は上記開放系の水タンクに補給する新液を加熱することを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池で発生する熱を、循環水に熱交換して排熱する燃料電池発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、炭化水素系の原燃料を利用して発電を行う燃料電池発電システムがある。このシステムでは、燃料電池が、酸素を含むガスと改質ガスとを電気化学的に反応させることで、電気を発生させている。この電気化学的反応は発熱を伴うため、燃料電池は電気を発生するにつれて高温になっていく。しかしながら、燃料電池は、一定温度のもとで、より効率的に電気を発生させることができる。そのため、発生した熱を燃料電池から排出するようにしないと、発電効率が低下してしまうことがある。例えば、燃料電池の中でも、取り扱い性の良さから注目度が高い固体高分子型の燃料電池では、７０〜８０℃程度が効率的に発電できる温度である。
【０００３】
燃料電池を冷却して一定温度に保つ方法の一つに、流体状の熱媒体、例えば純水を利用するものがある。これは、燃料電池内部に、燃料電池と熱交換可能な流路を形成し、その流路内に純水を通すことで、燃料電池と純水とに熱交換させ、燃料電池を冷却するようにしている。またこの方法では、純水を一度利用するだけで廃棄することは少なく、純水の流路を環状に形成し、その環状の流路内を何度も繰り返し循環させるようにして利用することが多い。
【０００４】
しかしながら、純水のような低導電率の熱媒体を用いた場合であっても、何度も循環させて繰り返し用いていると、燃料電池や流路、その他の構成部材の成分が、不純物として純水内に溶出してきて、純水の導電率を高くしてしまうことがある。純水の導電率が高くなると、燃料電池の破損、発電能力の低下等の問題を引き起こす可能性があるため、定期的もしくは連続的に熱媒体を浄化して、熱媒体の導電率を低く維持することが必要となる。
【０００５】
このような熱媒体の浄化対策を施したものとして、図１１に示すような燃料電池発電システムがある（例えば、特許文献１参照）。このものは、図１１に示すように、浄化した水の流れる循環流路３１を環状に形成すると共に、その循環流路３１の一部に、新液を補給する水タンク９１を形成している。この浄化した水（以下、循環水）は、循環流路３１内を何度も繰り返し流れ、燃料電池１を冷却する。循環水は、循環流路３１内を繰り返し流れるうちに、次第に不純物が混ざり始め、導電率が高くなってくる。そのときには、循環水の一部を循環流路３１から排出する。そして、その排出した循環水の量に相当する水量の低導電率の新液を、循環流路３１の一部をなす水タンク９１に、市水を貯めた貯水タンク９２から補給する。これにより、導電率の高くなった循環水は、低導電率の新液と混合することで、再びその導電率が低くなる。このような浄化対策を施すことにより、循環水の導電率を高くすることなく、低導電率に維持することが可能となり、燃料電池１に安定して発電を行わせることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１３４１２６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このものでは、水タンク９１が循環流路３１の一部をなしているため、水タンク９１に新液を補給した場合、高温の循環水中に、その循環水より低温の浄化水が混合することになるので、水タンク９１内の水温が急激に低下してしまうことになる。燃料電池１は一定温度において、より効率的に発電できるので、このような水温変動が発生すると、発電が著しく不安定になってしまうことがある。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、より安定して発電することのできる燃料電池発電システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の燃料電池発電システムは、燃料電池で発生した熱を、循環流路内を流れる循環水に熱交換させて排出すると共に、その循環水の一部を循環流路から排水しつつ、その排水した循環水の水量に相当する水量の新液を循環流路内に導入する燃料電池発電システムにおいて、上記新液を収容する開放系の水タンクを、上記循環流路外に配設すると共に、上記開放系の水タンク及び上記循環流路を連通する導入流路を設け、上記循環流路からの循環水の排水量に相当する水量の新液を、上記水タンクから上記導入流路を介して上記循環流路に導入するよう成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記燃料電池に導入する改質ガス、又は上記燃料電池が排出する排ガス中に含有される水成分を気水分離すると共に、その気水分離した水成分を上記開放系の水タンクに供給する気水分離器と、上記循環流路に導入する新液を浄化する浄化装置をも設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記循環流路から排水される循環水が流れる排水流路、又は上記導入流路に、水を送出するポンプを設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおいて、上記開放系の水タンクに収容した新液の水位を検出する水位検出手段をも設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおいて、上記循環流路から排水する循環水の水量に応じて、新液を上記開放系の水タンクに補給することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおいて、上記導入流路内の新液、又は上記開放系の水タンクに補給する新液を加熱する加熱手段をも設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項６に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記加熱手段は、上記燃料電池のカソードが排出する空気、又はアノードが排出する排ガスと熱交換して、上記導入流路内の新液、又は上記開放系の水タンクに補給する新液を加熱することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項６又は請求項７に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記加熱手段は、上記排水流路から排水する循環水と熱交換して、上記導入流路内の新液、又は上記開放系の水タンクに補給する新液を加熱することを特徴とする。
【００１７】
請求項９に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおいて、上記加熱手段は、上記循環流路内の循環水と熱交換して、上記導入流路内の新液、又は上記開放系の水タンクに補給する新液を加熱することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１９】
本発明に係わる燃料電池発電システムの第１の実施の形態を、図１を参照して以下に説明する。図１において、１は燃料電池、１１は燃料電池１のカソード（空気極）、１２は燃料電池１のアノード（燃料極）、３１は循環流路、１３は燃料電池１内部に形成されて循環流路３１の一部をなす冷却流路、２１は開放系の水タンク、３２は水タンク２１と循環流路３１とを連通する導入流路、３３は循環流路３１から排出する循環水が通過する排水流路、６１は改質装置、６２は循環流路３１内の循環水から熱を回収する熱回収装置を示している。
【００２０】
開放系の水タンク２１は、中空形状のタンクであって、その上面が大気に開放してある。すなわち、そのタンク上面の開放部を介して、タンク内外が連通する状態にしてある。そのため、水タンク２１に新液を収容した場合、その新液にかかる気圧は大気圧になる。なお、開放部は、必ずしもタンク上面に設ける必要はなく、タンクの周壁の一部に設けるようにしてもよいが、その開放部は、水タンク２１の上部側に位置するほど、水タンクの貯水量が大きくなり好ましい。もし、開放部が水タンク２１の下部側にあれば、その開放部から新液が流れ出てしまい、貯水できる水量が少なくなってしまう。
【００２１】
一方、水タンク２１の下面には、導入流路３２に接続する孔を設けている。すなわち、この孔を介して、水タンク２１内に貯留した新液を導入流路３２内に流すようにしている。なお、この導入流路３２を接続する孔の位置は、必ずしもタンク下面に設ける必要はなく、タンクの周壁に設けるようにしてもよいが、開放部の位置よりも下面側であり、好ましくは、水タンク２１の下面近傍である。このように、開放系の水タンク２１内に新液を収容するようにしたので、新液を水タンク２１から排水するとき、ポンプなどを使用することなく、水タンク２１の下部に設けた孔から自然に流出する。
【００２２】
また、このようにして形成した開放系の水タンク２１は、図１に示すように、循環流路３１の外側に設ける、すなわち、循環流路３１を流れる循環水が、水タンク２１に流れ込むことがないようにしており、循環流路３１と水タンク２１とは導入流路３２を介して連通させている。これにより、水タンク２１に新液を補給した際に、循環流路３１内に一度に導入してしまうことを防止できる。
【００２３】
以下、本実施形態の燃料電池発電システムの動作について説明する。まず、炭化水素系の原燃料を、改質装置６１に供給すると、その原燃料を水蒸気改質反応により、水素リッチな改質ガスに改質して燃料電池１のアノード１２に供給する。また、カソード１１には、電気化学的反応に必要な、酸素を含むガス又は空気を、例えば送風機により供給する。燃料電池１は、アノード１２とカソード１１との間で、改質ガスと酸素とを電気化学的に反応させ、電気を発生させる。この電気の発生と共に熱も発生するが、さらに二酸化炭素、水蒸気、窒素等を含有する排ガスも発生する。
【００２４】
この電気化学的反応により発生した熱が、燃料電池１を高温にするが、燃料電池１内部の冷却流路１３を流れる循環水が、燃料電池１の高温になった部分と熱交換することにより、燃料電池１から熱を奪う。これにより、燃料電池１の温度は低下し、継続して効率よく発電を行うことができる。
【００２５】
冷却流路１３内で、燃料電池１と熱交換して高温になった循環水は、熱回収装置６２を通過するときに、熱回収されて水温が低下する。そして、再び燃料電池１に向かって循環流路３１内を流れるが、その循環水の一部を排水流路３３から排出する。この循環水の排水動作により、循環流路３１内は、排水前に比較して循環水の水量が減るため、水圧が下がる。この水圧の低下に応じて、水タンク２１内の新液が導入流路３２を介して、循環流路３１に導入される。水タンク２１は開放系であるので、新液にかかっている圧力は大気圧である。従って、循環流路３１内の水圧低下を補う新液の水量は、循環水の排水量に相当するものとなる。すなわち、この燃料電池システムでは、循環水の排水動作に対応して、循環水の排水量に相当するだけの新液が、循環流路３１内に自然に導入するようになっている。このようにすることで、循環流路３１内に、大量の新液を一気に導入することなく、必要なだけの新液を、排水量に対応させて導入することができるので、循環水の温度を急激に低下させることがなく、循環水の体積変化を緩衝することも可能で、燃料電池１を始めとした循環流路３１の構成材料を、破損から保護することができる。このようにして、循環流路３１内から古い循環水を少しづつ排水すると共に、その排水量に応じて水タンク２１内の新液を、循環流路３１内に導入するので、循環水を常に低導電率に維持することができ、安定して発電させることが可能となる。
【００２６】
なお、循環水の排水動作は、連続的でも断続的でもどちらでも構わないが、連続的に行えば、新液も水タンク２１から循環流路３１内に連続的に導入することになるので、循環水の水温変動をより小さく抑えることができ、好ましい。逆に断続的に排水動作を行うようにすれば、新液も水タンク２１から断続的に導入することになるので、連続的に排水する場合に比べて、新液の消費量をより少なくすることができ、好ましい。
【００２７】
また、水タンク２１に収容する新液は、浄化水以外でも、低導電率の熱媒体であればどのようなものでも良く、例えば、不純物等が少ないイオン交換水、純水を用いることができる。
【００２８】
また、熱回収装置６２の熱交換の能率を制御するようにすれば、循環水の水温を制御することができ、好ましい。
【００２９】
上記のように、水タンク２１を循環流路３１の外に設けたので、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池１に安定して発電動作させることが可能となる。
【００３０】
（第２実施形態）
本発明の燃料電池発電システムに係る第２の実施の形態について、図２を参照して以下に説明する。本実施形態で、第１実施形態と異なる点は、アノード１２及びカソード１１が排出する排ガスの排気流路３４に気水分離器５１を設けると共に、導入流路３２の途中にイオン交換樹脂槽２２を設けていることである。
【００３１】
アノード１２及びカソード１１が排出する排ガスは、高温状態であると共に、改質ガスや空気、電気化学的反応により発生した水蒸気、窒素等を含有している。そこで、この高温状態の排ガスの温度を、例えば熱交換器５２で調整すると、含有していた水成分が凝縮するので、この凝縮水を気水分離器５１で気水分離する。そして、この気水分離した凝縮水を水タンク２１に補給して、新液として再利用する。しかし、凝縮水は若干のイオンを含んでいるので、そのまま循環流路３１内に導入すると、循環水の導電率を高くしてしまう。そこで、導入流路３２にイオン交換樹脂槽２２を設け、導入流路３２を通過する新液の脱イオン化処理をする。これにより、脱イオン化した凝縮水を循環流路３１内に導入することができるので、水タンク２１に補給する浄化水の補給量を、その凝縮水分だけ減少させることが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池１に安定して発電動作させることが可能となる。
【００３２】
なお、イオン交換樹脂槽２２の浄化方法は、物理的浄化方法や化学的浄化方法などあり、特に限定するものはないが、メッシュや中空紙膜などを用いた粒子成分の除去と、物理的なイオン交換樹脂を用いてのイオン成分の除去とを組み合わせて行っている。
【００３３】
また、本実施形態の別の形態としては、図３に示すように、気水分離器５１を設ける位置を、アノード１２及びカソード１１の排ガスの排気流路３４から、改質装置６１が排出する改質ガスの燃料流路３５に変更したものもある。このものでは、改質ガスの温度を、例えば熱交換器５２で調整した際に凝縮する凝縮水を、気水分離器５１で気水分離し、その気水分離した凝縮水を水タンク２１に補給するようにしている。そして、水タンク２１に収容した新液を、イオン交換樹脂槽２２を通してから循環流路３１に導入するようにしているので、脱イオン化して清浄にした凝縮水を循環流路３１内に導入することができ、その凝縮水の分だけ、水タンク２１への浄化水の補給量を低減することが可能となると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池１に安定して発電動作させることが可能となる。
【００３４】
（第３実施形態）
本発明の燃料電池発電システムに係る第３の実施の形態について、図４を参照して以下に説明する。本実施形態で、第１実施形態と異なる点は、水タンク２１と循環流路３１とを連通する導入流路３２に、水を送出するポンプ４１を設けていることである。なお、第１実施形態と同じものには同じ符号を付している。
【００３５】
このように、導入流路３２にポンプ４１を設けることで、安定して循環流路３１内に新液を導入することが可能となり、循環水の温度をより一定に保つことが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池１に安定して発電動作させることが可能となる。
【００３６】
また、ポンプ４１の送出量を制御できるようにすれば、循環流路３１内に導入する新液の水量を自由に変更することが可能となり、例えば、新液の導入量を多くするようにすれば、循環流路３１内の圧力が、大きく増加するので、その増加圧力を戻すように、排水流路３３から大量の循環水を排水する。これにより、循環流路３１内における循環水中の新液の率が高くなるので、循環水の導電率をより低く保つことができる。逆に、新液の導入量を少なくするようにすれば、循環流路３１内の圧力増加が小さいので、排水流路３３からの排水量も少なくなり、導電率を大きく低減させるには至らないものの、新液の消費量を低減することが可能となる。
【００３７】
本実施形態の別の形態としては、図５に示すようにポンプ４１の位置を、導入流路３２から排水流路３３に変更したものもある。このように、ポンプ４１を排水流路３３に設けるようにすれば、排出する循環水の量を制御することができる。例えば、排水量を多くすれば、循環流路３１内の負圧が大きくなるので、その負圧を戻すように、水タンク２１から大量の新液を導入する。これにより、循環流路３１内の新液量が多くなり、循環水の導電率を低くすることが可能となる。逆に、排水量を少なくすれば、循環流路３１内の負圧も小さくなり、新液の導入量も減少するので、新液の消費量を低減することが可能となる。このように、排水する循環水の量を制御することは、間接的には、新液の導入量を制御していることになるので、この場合も、安定して循環流路３１内に新液を導入することが可能となり、循環水の温度をより一定に保つことが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池１に安定して発電動作させることが可能となる。
【００３８】
（第４実施形態）
本発明の燃料電池発電システムに係る第４の実施の形態を、図６を参照して以下に説明する。本実施形態で、第１実施形態と異なる点は、水タンク２１内の水位を検出する水位検出手段２４と、水位検出手段２４が検出した水位に応じて、水タンク２１に補給する浄化水の水量を制御する水量制御手段２５を設けたことである。なお、第１実施形態と同じものには同じ符号を付している。
【００３９】
水量制御手段２５は、水タンク２１に補給する浄化水の補給流路３６に配置してあり、その流路内の水の流れを遮断弁により、流通／遮蔽自在に変更する。このように、水タンク２１内の水位に応じて、水タンク２１に補給する浄化水の水量を制御するようにすれば、水タンク２１内の新液の水量を略一定範囲内に維持することが可能となり、循環流路３１に安定して新液を導入することができると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池１に安定して発電動作させることが可能となる。
【００４０】
なお、水位検出手段２４には、水位を検出することができるものであれば、どのようなものでもよく、例えば、フロート式や光学式の水位センサを用いることができるが、より簡単に、水位の高低だけを検出できるようなものでもよい。
【００４１】
また、本実施形態の別の形態としては、排水流路３３から排水する循環水の排水量に応じて、水タンク２１に新液を補給するようにしたものがある。このものは、排水流路３３に水量計を配設すると共に、その水量計で測定した結果に応じて遮断弁の開閉時間を制御するポンプを備えて構成している。すなわち、ポンプから水タンク２１に送出する水の水圧と、その断面積から、１秒間あたりの送出水量を算出できるので、遮断弁の開放時間を、水量計の測定結果に対応させて調節するようにしている。このようにすれば、排水する水量と、水タンク２１に補給する水量とを略一致させることができ、循環水を循環流路３１内に安定して導入することが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池１に安定して発電動作させることが可能となる。
【００４２】
（第５実施形態）
本発明の燃料電池発電システムに係る第５の実施の形態を、図７を参照して以下に説明する。本実施形態で、第１実施形態と異なる点は、燃料電池１のカソード１１が排出する排ガスの排気流路３４に設けた熱交換器５２と、導入流路３２に設けた熱交換器５４とを備えることである。
【００４３】
熱交換器５２は、カソード１１が排出する高温状態の排ガスと熱交換することで、その排ガスから熱を奪い、熱交換器５４に伝熱する。熱交換器５４は、熱交換器５２から得た熱を、導入流路３２を通過する新液に付与し、その新液を加熱する。このようにすることで、循環水に比較すれば低温の新液を、循環流路３１内に導入する前に加熱して、循環水の水温に近づけることができるので、新液の導入による循環水の水温変動をより低減することが可能となると共に、燃料電池発電システム全体において熱を効率的に利用することが可能となり、新液の加熱にかかるエネルギーをより低減させることが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池１に安定して発電動作させることが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態の別の形態として、図８に示すように熱交換器５２を、カソード１１が排出する排ガスの排気流路３４から、アノード１２が排出する排ガスの排気流路３４に変更したものがある。このようにしても、新液の加熱にかかるエネルギーをより低減させることが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池１に安定して発電動作させることが可能となる。
【００４５】
なお、上記第５実施形態において、カソード１１が排出する排ガスの排気流路３４に熱交換器５２を設けるだけでなく、アノード１２が排出する排ガスの排気流路３４にも熱交換器５２を設けるようにすれば、二つの熱交換器５２が熱交換した熱を、熱交換器５４に伝えることが可能となるので、より効率的に新液を加熱することができ、好ましい。
【００４６】
本実施形態のさらに別の形態として、図９に示すように、導入流路３２及び排水流路３３間で熱交換する熱交換器５３を設けたものがある。これは、熱交換器５３が、排水流路３３を通過する、新液に比較すれば高温な循環水と熱交換して、その熱を奪うと共に、その奪った熱を導入流路３２を通過する新液に付与して、加熱している。このようにすることでも、新液の加熱にかかるエネルギーをより低減させることが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池１に安定して発電動作させることが可能となる。
【００４７】
なお、本実施形態では、熱交換器５２，５３で奪った熱で、循環流路３１への導入直前の新液を加熱するようにしていたが、熱交換器５３，５４を、水タンク２１への浄化水の補給流路３６に配設して、水タンク２１に浄化水を補給する時点で、その浄化水に、熱交換器５２，５３で奪った熱を付与して加熱するようにしてもよい。
【００４８】
（第６実施形態）
本発明の燃料電池発電システムに係る第６の実施の形態について、図１０を参照して以下に説明する。本実施形態で、第１実施形態と異なる点は、循環流路３１内を流れる循環水と熱交換する熱交換器５２と、その熱交換器５２で交換した熱を、水タンク２１に補給する浄化水に付与して加熱する熱交換器５４とを備えることである。
【００４９】
このように形成することで、熱交換器５２が、新液よりも高温な循環水から熱を奪い、その熱を水タンク２１に補給する浄化水に付与して加熱するので、循環水と新液との水温の差を小さくすることができる。従って、その加熱した新液を循環流路３１内に導入したときに、循環水の水温変動をより低減することが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池１に安定して発電動作させることが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態では、熱交換器５２で奪った熱を、水タンク２１に補給する浄化水に付与して加熱するようにしていたが、熱交換器５４を導入流路３２に配設して、熱交換器５２で奪った熱を、導入流路３２を通過する時点で、新液に付与して加熱するようにしてもよい。
【００５１】
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限らず、種々の形態で実施することができる。
【００５２】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に記載の燃料電池発電システムは、燃料電池で発生した熱を、循環流路内を流れる循環水に熱交換させて排出すると共に、その循環水の一部を循環流路から排水しつつ、その排水した循環水の水量に相当する水量の新液を循環流路内に導入する燃料電池発電システムにおいて、上記新液を収容する開放系の水タンクを、上記循環流路外に配設すると共に、上記開放系の水タンク及び上記循環流路を連通する導入流路を設け、上記循環流路からの循環水の排水量に相当する水量の新液を、上記水タンクから上記導入流路を介して上記循環流路に導入するよう成したので、新液を循環流路内に導入したとき、循環水の水温変動を低減することができ、燃料電池に安定して発電させることが可能になる、という効果を奏する。
【００５３】
本発明の請求項２記載の燃料電池発電システムによれば、請求項１の発明において、上記燃料電池に導入する改質ガス、又は上記燃料電池が排出する排ガス中に含有される水成分を気水分離すると共に、その気水分離した水成分を上記開放系の水タンクに供給する気水分離器と、上記循環流路に導入する新液を浄化する浄化装置をも設けたことを特徴とする。
【００５４】
本発明の請求項３記載の燃料電池発電システムによれば、請求項１又は請求項２の発明において、上記循環流路から排水する循環水が流れる排水流路、又は上記導入流路に、水を送出するポンプを設けたことを特徴とする。
【００５５】
本発明の請求項４記載の燃料電池発電システムによれば、請求項１乃至請求項３のいずれかの発明において、上記開放系の水タンクに収容した新液の水位を検出する水位検出手段をも設けたので、上記の効果に加えて、循環流路に安定して新液を導入することが可能になる、という効果を奏する。
【００５６】
本発明の請求項５記載の燃料電池発電システムによれば、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、上記循環流路から排水する循環水の水量に応じて、新液を上記開放系の水タンクに補給するので、上記の効果に加えて、循環水の水温変動をより低減することが可能になる、という効果を奏する。
【００５７】
本発明の請求項６乃至請求項９記載の燃料電池発電システムによれば、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明において、新液を加熱手段により加熱してから循環流路内に導入するので、上記の効果に加えて、循環水と新液との水温差を小さくすることができ、循環水の水温変動をより低減することが可能になる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる燃料電池発電システムの第１の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明に係わる燃料電池発電システムの第２の実施の形態を示す図である。
【図３】上記燃料電池発電システムにおける別の形態を示す図である。
【図４】本発明に係わる燃料電池発電システムの第３の実施の形態を示す図である。
【図５】上記燃料電池発電システムにおける別の形態を示す図である。
【図６】本発明に係わる燃料電池発電システムの第４の実施の形態を示す図である。
【図７】本発明に係わる燃料電池発電システムの第５の実施の形態を示す図である。
【図８】上記燃料電池発電システムにおける別の形態を示す図である。
【図９】上記燃料電池発電システムにおけるさらに別の形態を示す図である。
【図１０】本発明に係わる燃料電池発電システムの第６の実施の形態を示す図である。
【図１１】従来の燃料電池発電システムを示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　燃料電池
１１　　　　　　　　カソード
１２　　　　　　　　アノード
２１　　　　　　　　水タンク
２２　　　　　　　　イオン交換樹脂槽
２４　　　　　　　　水位検出手段
２５　　　　　　　　水量制御手段
３１　　　　　　　　循環流路
３２　　　　　　　　導入流路
３３　　　　　　　　排水流路
３４　　　　　　　　排気流路
３５　　　　　　　　燃料流路
３６　　　　　　　　補給流路
４１　　　　　　　　ポンプ
５１　　　　　　　　気水分離器
５２，５３，５４　　熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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