(57)【要約】【課題】燃料電池が配置されるパッケージおよび貯湯槽が配置されるパッケージの小型化や一般化を図る。【解決手段】貯湯パッケージ５０には貯湯タンク５２とこれに接続される配管だけを配置し、それ以外の構成は本体パッケージ３０内に配置する。そして、本体パッケージ３０内に凝縮器３８や熱交換器３６に供給する貯湯タンク５２の底部からの水をその温度により応じて冷却する冷却ファン４２ａ付きのラジエータ４２を取り付ける。この結果、燃料電池スタック３４からの排ガス中の水蒸気の凝縮や燃料電池スタック３４の冷却を適正に行なうことができると共に貯湯パッケージ５０のシンプル化や小型化，一般化、更に本体パッケージ３０の一般化を図ることができる。【選択図】　　　　図１
2004111208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、貯湯可能な貯湯槽と、前記燃料電池を冷却する冷却媒体との熱交換により前記貯湯槽の水を加温する熱交換器とを備える燃料電池発電システムであって、
前記貯湯槽から前記熱交換器への水管路に放熱器を備え、
前記燃料電池と前記熱交換器と前記放熱器とを第１パッケージ内に配置し、
前記貯湯槽を前記第１パッケージとは異なる第２パッケージ内に配置してなる
燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記放熱器は、冷却ファンを備える請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
炭化水素系の燃料を水蒸気改質反応により水素リッチな前記燃料ガスに改質して前記燃料電池に供給する改質手段を前記第１パッケージ内に備える請求項１または２記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記炭化水素系の燃料は都市ガスである請求項３記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記燃料電池から得られる直流電力を交流電力に変換して商用電源からの配線に供給する電力変換供給手段を備える請求項１ないし４いずれか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、燃料電池発電システムに関し、詳しくは、燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と貯湯可能な貯湯槽と燃料電池を冷却する冷却媒体との熱交換により貯湯槽の水を加温する熱交換器とを備える燃料電池発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃料電池発電システムとしては、燃料電池からの排ガスと貯湯槽からの水とを熱交換器で熱交換させることにより、排ガス中の水蒸気を凝縮させて水を回収すると共に貯湯槽に湯を蓄えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、貯湯槽から熱交換器に供給される水の温度が高いときには、その循環流路にラジエータを組み込んで水を冷却しており、これにより、燃料電池の適正運転の保持とシステム全体のエネルギ効率の向上とを図っている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３２５９８２号公報（図１、第４〜６頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、こうした燃料電池発電システムを一般家庭に設置しようとする試みがなされており、こうしたシステムは、炭化水素系の燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する改質器と燃料電池とを主とした構成とする燃料電池装置と、燃料電池装置に必要な水を供給すると共に燃料電池装置からの熱を用いて加温された水を蓄える貯湯槽を主とした構成とする貯湯装置とから構成される場合が多い。複数のメーカーにより開発された各種の燃料電池発電システムが一般家庭に多数設置することを考えると、システムの小型化とシステムを構成する装置の一般化は、システムの普及に大きな影響力をもつことから、燃料電池装置および貯湯装置の小型化と一般化が望まれる。
【０００５】
本発明の燃料電池発電システムは、燃料電池が配置されるパッケージと貯湯槽が配置されるパッケージとの小型化を図ることを目的の一つとする。また、本発明の燃料電池発電システムは、燃料電池が配置されるパッケージと貯湯槽が配置されるパッケージとの一般化を図ることを目的の一つとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃料電池発電システムは、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の燃料電池発電システムは、
燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、貯湯可能な貯湯槽と、前記燃料電池を冷却する冷却媒体との熱交換により前記貯湯槽の水を加温する熱交換器とを備える燃料電池発電システムであって、
前記貯湯槽から前記熱交換器への水管路に放熱器を備え、
前記燃料電池と前記熱交換器と前記放熱器とを第１パッケージ内に配置し、
前記貯湯槽を前記第１パッケージとは異なる第２パッケージ内に配置してなる
ことを要旨とする。
【０００８】
この本発明の燃料電池発電システムでは、第１パッケージと第２パッケージとにより構成されるから、システムのコンパクト化、即ち小型化を図ることができる。また、本発明の燃料電池発電システムは、第２パッケージには通常の貯湯設備に関するものだけを配置するものとすることができるから、第２パッケージの一般化を図ることができ、これにより第１パッケージの一般化も図ることができる。もとより、燃料電池の適正運転の保持とシステム全体のエネルギ効率の向上とを図ることができる。
【０００９】
こうした本発明の燃料電池発電システムにおいて、前記放熱器は冷却ファンを備えるものとすることもできる。こうすれば、貯湯槽からの水の温度が高いときでも熱交換器に温度の低い水を供給することができる。この結果、燃料電池を適正に運転することができる。
【００１０】
また、本発明の燃料電池発電システムにおいて、炭化水素系の燃料を水蒸気改質反応により水素リッチな前記燃料ガスに改質して前記燃料電池に供給する改質手段を前記第１パッケージ内に備えるものとすることもできる。この場合、前記炭化水素系の燃料は都市ガスであるものとすることもできる。こうすれば、システムを一般家庭への設置に適するものとすることができる。
【００１１】
さらに、本発明の燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池から得られる直流電力を交流電力に変換して商用電源からの配線に供給する電力変換供給手段を備えるものとすることもできる。こすうれば、システムからの電力と商用電源からの電力とを共用することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である燃料電池発電システム２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の燃料電池発電システム２０は、図示するように、本体パッケージ３０と、貯湯タンク５２を備える貯湯パッケージ５０とから構成されている。
【００１３】
本体パッケージ３０には、都市ガス配管から供給される都市ガス（１３Ａ）を水蒸気改質反応により水素リッチな燃料ガスに改質する改質器３２と、改質器３２から供給される燃料ガスと空気との供給を受けて発電する固体高分子型の燃料電池スタック３４と、燃料電池スタック３４の冷却媒体（冷却水など）の循環流路（図中、破線で示す循環流路）に組み込まれて冷却媒体を冷却する熱交換器３６と、燃料電池スタック３４からの排ガス中の水蒸気を凝縮させて水を回収する凝縮器３８と、貯湯タンク５２の底部に接続された冷水管５４から冷水の供給を受けて改質器３２への水の供給や凝縮器３８および熱交換器３６へ冷却水の供給を行なう水系統４０と、燃料電池スタック３４からの直流電力を交流電力に変換して商用電源からの配線に供給する電力変換回路４８と、本体パッケージ３０内の各部をコントロールする制御装置４９とが配置されている。
【００１４】
水系統４０は、貯湯タンク５２の底部に接続された冷水管５４からの水をラジエータ４２，凝縮器３８，熱交換器３６，温水管５６を経由して貯湯タンク５２の頂部に戻す系統と、冷水管５４からの水を水タンク４４，精製器４６を経由して改質器３２に供給する系統とからなり、ラジエータ４２の上流側と水タンク４４の下流側の配管にはポンプ４１，４５が、水タンク４４の上流側には電磁弁４３が取り付けられている。ラジエータ４２には、冷却ファン４２ａが取り付けられており、この冷却ファン４２ａはラジエータ４２への流入水の温度が所定温度（例えば３５℃）以上か否かによりオンオフするサーモスタット４２ｂによって駆動および駆動停止する。
【００１５】
電力変換回路４８は、図示しないが昇圧回路やインバータ回路などの回路と電圧センサや電流センサなどのセンサとにより構成されており、燃料電池スタック３４からの直流電力を商用電源の交流電力と同位相の交流電力に変換して商用電源に接続された図示しない負荷に供給できるよう接続されている。電力変換回路４８からの電力は、負荷によって消費される電力に基づいて商用電源側に電力が供給される現象（いわゆる、逆潮流）が生じないように制御装置４９により制御されている。これにより、商用電源側に影響を与えることなく、一般家庭などの商用電源からの電力を使用するところに設置することができる。
【００１６】
制御装置４９は、負荷の消費電力に基づいて都市ガス配管から改質器３２に供給される都市ガスの流量を調整すると共に改質器３２に供給される水の流量を調整することによるシステムにおける発電電力の制御や改質器３２や燃料電池スタック３４の温度制御など種々の制御を行なっている。これらの制御については、本発明の中核をなさないから、その詳細な説明は省略する。
【００１７】
貯湯パッケージ５０には、図示するように、水道管からの給水管が底部に取り付けられると共に給湯管が頂部に取り付けられた貯湯タンク５２が配置されており、貯湯タンク５２の底部と頂部には、本体パッケージ３０に接続される冷水管５４と温水管５６とが取り付けられている。貯湯パッケージ５０は、貯湯タンク５２に冷水管５４や温水管５６が取り付けられていることを除けばシンプルな構成となっており、小型化および一般化に適したものとなっている。
【００１８】
以上説明した実施例の燃料電池発電システム２０によれば、貯湯パッケージ５０を貯湯タンク５２とこれに接続される配管だけの構成とし、それ以外の構成を本体パッケージ３０内に配置したから、貯湯パッケージ５０のシンプル化や小型化，一般化を図ることができる。これにより、燃料電池発電システム２０の小型化を図ることができると共に本体パッケージ３０の一般化も図ることができる。もとより、凝縮器３８や熱交換器３６に供給する貯湯タンク５２の底部からの水はその温度により必要に応じてラジエータ４２で冷却されるから、凝縮器３８における燃料電池スタック３４からの排ガス中の水蒸気の凝縮や燃料電池スタック３４の冷却を適正に行なうことができる。また、燃料電池スタック３４からの熱を用いて貯湯タンク５２内の水を加温して給湯するから、システム全体のエネルギ効率を高めることができる。
【００１９】
実施例の燃料電池発電システム２０では、サーモスタット４２ｂのオンオフにより冷却ファン４２ａを駆動および駆動停止するものとしたが、サーモスタット４２ｂに代えて温度センサを取り付け、制御装置４９により温度センサにより検出された温度に基づいて冷却ファン４２ａを駆動制御するものとしてもよい。
【００２０】
実施例の燃料電池発電システム２０では、ラジエータ４２に冷却ファン４２ａを取り付けるものとしたが、ラジエータ４２の性能によっては冷却ファン４２ａを取り付けないものとしても差し支えない。
【００２１】
実施例の燃料電池発電システム２０では、都市ガス（１３Ａ）を改質器３２に供給して水素リッチな燃料ガスを生成するものとしたが、都市ガス（１２Ａ）やガスボンベに充填されたプロパンガスを改質器３２に供給して燃料ガスを生成するものとしてもよく、これらのガス以外の炭化水素系の燃料を改質器３２に供給して燃料ガスを生成するものとしてもよい。
【００２２】
実施例の燃料電池発電システム２０では、都市ガス（１３Ａ）を改質器３２により水素リッチな燃料ガスとして燃料電池スタック３４に供給するものとしたが、水素リッチな燃料ガスや純水素を蓄える水素タンクから燃料電池スタック３４にに供給するものとしてもよい。
【００２３】
実施例の燃料電池発電システム２０では、システムで得られる電力を商用電源に接続された負荷に供給できるよう接続したが、商用電源に接続されていない負荷に電力を供給するものとしてもよい。
【００２４】
実施例の燃料電池発電システム２０では、貯湯タンク５２としては常時満水で温度のみ変化させるクローズタイプのもの用いたが、貯湯タンクとして貯湯量が変化するタイプのものを用いるものとしてもよい。
【００２５】
実施例の燃料電池発電システム２０では、燃料電池スタック３４として固体高分子型の燃料電池を用いたが、固体高分子型の燃料電池に限られず、如何なるタイプの燃料電池であっても構わない。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である燃料電池発電システム２０の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
２０　燃料電池発電システム、３０　本体パッケージ、３２　改質器、３４　燃料電池スタック、３６　熱交換器、３８　凝縮器、４０　水系統、４１　ポンプ、４２　ラジエータ、４２ａ　冷却ファン、４２ｂ　サーモスタット、４３　電磁弁、４４　水タンク、４５　ポンプ、４６　精製器、４８　電力変換回路、４９　制御装置、５０　貯湯パッケージ、５２　貯湯タンク、５４　冷水管、５６　温水管。
【図１】
2004111208.tif 000003