(57)【要約】【課題】燃料電池発電装置の運転中に燃料電池スタックを冷却した比較的低温の冷媒が、燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタックの保温に用いられる場合よりも効果的に燃料電池スタックを保温する。【解決手段】燃料電池発電装置の運転中に燃料電池スタック１よりも高温の機器を冷却した冷媒を、燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタック１に供給することにより、燃料電池スタック１の保温を行う。例えば改質器２、ＣＯ変成器、脱硫器などを冷却することにより昇温した冷媒を燃料電池スタック１の保温に用いる。好ましくは、自然対流により循環させることによって、昇温した冷媒を燃料電池スタック１に供給する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタックの保温を行うための燃料電池スタック用保温装置において、前記燃料電池スタックよりも高温の機器を冷却した冷媒を前記燃料電池スタックに供給することを特徴とする燃料電池スタック用保温装置。
【請求項２】
改質器、ＣＯ変成器、および脱硫器の少なくともいずれか一つを冷却した冷媒を前記燃料電池スタックに供給することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック用保温装置。
【請求項３】
前記冷媒を自然対流により循環させることによって前記燃料電池スタックに供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池スタック用保温装置。
【請求項４】
前記燃料電池スタックよりも高温の機器に付設された熱交換用配管と、前記燃料電池スタックの冷媒用配管とを接続するための接続配管を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池スタック用保温装置。
【請求項５】
燃料電池発電装置の運転中に、前記接続配管内の冷媒の流れを遮断し、燃料電池発電装置に外部電源が供給されない時に、前記接続配管を連通させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池スタック用保温装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタック用保温装置に関し、特には、燃料電池発電装置の運転中に燃料電池スタックを冷却した比較的低温の冷媒が、燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタックの保温に用いられる場合よりも効果的に燃料電池スタックを保温することができる燃料電池スタック用保温装置に関する。
【０００２】
詳細には、本発明は、燃料電池発電装置に用いられる燃料電池スタック用保温装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、リン酸形燃料電池が用いられる従来の燃料電池発電装置においては、燃料電池発電装置の運転停止中にリン酸が凍結してしまうのを防止するために、燃料電池スタック用保温装置が備え付けられており、通常、５０℃程度で保温が行われている。燃料電池発電装置の周辺設備の工事や保守、燃料電池発電装置本体の工事や保守、燃料電池発電装置の輸送中等、燃料電池発電装置の運転停止中、従来においては、リン酸凍結の防止策として、例えば次のような保温方法が採用されている。
【０００４】
図５は第１の従来例を示した図である。図５において、８は燃料電池マニホールド、９は燃料電池スタックを保温するための電気ヒータ、１０は燃料電池スタックの上部締め付け板、１１は燃料電池スタックの下部締め付け板である。図５に示すように、第１の従来例では、燃料電池スタックの上部締め付け板１０および下部締め付け板１１に電気ヒータ９が設置されている。燃料電池発電装置の運転停止中には、燃料電池スタックの外部から電源を供給することによって電気ヒータ９を作動させ、それにより、燃料電池スタックの温度低下が防止されている。他の例では、燃料電池スタックの上部締め付け板１０および下部締め付け板１１の代わりに、燃料電池マニホールド８に電気ヒータ９が設置可能である。
【０００５】
図６は第２の従来例を示した図である。図６において、１は燃料電池スタック、３は水蒸気分離器、６はポンプ、１２は冷却水電気ヒータである。図６に示すように、第２の従来例では、燃料電池発電装置の運転中に燃料電池スタック１を冷却するための冷却水が、燃料電池発電装置の運転停止中に、例えば冷却水電気ヒータ１２のような燃料電池発電装置内の電気ヒータ等によって一定温度に加温せしめられ、例えばポンプ６のような燃料電池発電装置内のポンプ等によって燃料電池スタック１内に循環せしめられ、それにより、燃料電池スタック１の温度低下が防止されている。
【０００６】
図５に示した第１の従来例および図６に示した第２の従来例のいずれの場合も、燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタックを保温するために、外部電源が必要とされる。
【０００７】
ところが、第１および第２の従来例では、設備の都合上、停電となった場合には、外部電源を確保できなくなってしまい、燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタックを保温できなくなってしまう。停電期間が短時間の場合には、オペレータによって燃料電池スタックの温度を監視することが必要になり、停電期間が長時間にわたる場合には、外部電源としてディーゼル発電機等を設置すること、および、その燃料を用意、供給することなどが必要になり、人的負担が大きくなってしまう。また、計画されている停電などに対しては事前に対応可能であるが、例えば落雷などのような突発的な事故による停電に対しては対応が困難であるため、燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタックが保温できない状態で放置されるおそれがある。
【０００８】
そこで、第３の従来例においては、外部電源を用いることなく燃料電池を保温する方法が提案されている。この種の燃料電池の保温方法の例としては、例えば特開平７−１６９４７６号公報に記載されたものがある。特開平７−１６９４７６号公報に記載された燃料電池の保温方法では、燃料電池発電プラントの運転停止中に、プラント運転に使用するための原燃料を燃焼させることにより、機器の保温操作が行われている。
【０００９】
ところが、特開平７−１６９４７６号公報に記載された燃料電池の保温方法では、燃料電池発電プラントの運転停止中にもかかわらず、機器を保温するために、プラント運転に使用するための原燃料が燃焼せしめられるため、原燃料の必要供給量が増加してしまう。
【００１０】
そこで、第４の従来例においては、燃料電池システムの運転中に機器の冷却に用いられて昇温した冷媒を、燃料電池システムの運転停止中に燃料電池に供給することにより、燃料電池を保温する燃料電池システムが提案されている。この種の燃料電池システムの例としては、例えば特開２０００−３２４６１７号公報に記載されたものがある。
【００１１】
ところが、特開２０００−３２４６１７号公報に記載された燃料電池システムでは、燃料電池システムの運転中に燃料電池を冷却した冷媒が、燃料電池システムの運転停止中に、燃料電池を保温するために燃料電池に供給される。つまり、燃料電池システムの運転中においても比較的低温の燃料電池を冷却した比較的低温の冷媒が、燃料電池システムの運転停止中に、燃料電池を保温するために燃料電池に供給される。そのため、燃料電池システムの運転停止中に高温の媒体が燃料電池に供給される場合よりも燃料電池の保温効果が低くなってしまう。
【００１２】
【特許文献１】特開平７−１６９４７６号公報
【００１３】
【特許文献２】特開２０００−３２４６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前記問題点に鑑み、本発明は、燃料電池発電装置の運転中に燃料電池スタックを冷却した比較的低温の冷媒が、燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタックの保温に用いられる場合よりも効果的に燃料電池スタックを保温することができる燃料電池スタック用保温装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタックの保温を行うための燃料電池スタック用保温装置において、前記燃料電池スタックよりも高温の機器を冷却した冷媒を前記燃料電池スタックに供給することを特徴とする燃料電池スタック用保温装置が提供される。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、改質器、ＣＯ変成器、および脱硫器の少なくともいずれか一つを冷却した冷媒を前記燃料電池スタックに供給することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック用保温装置が提供される。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、前記冷媒を自然対流により循環させることによって前記燃料電池スタックに供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池スタック用保温装置が提供される。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、前記燃料電池スタックよりも高温の機器に付設された熱交換用配管と、前記燃料電池スタックの冷媒用配管とを接続するための接続配管を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池スタック用保温装置が提供される。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、燃料電池発電装置の運転中に、前記接続配管内の冷媒の流れを遮断し、燃料電池発電装置に外部電源が供給されない時に、前記接続配管を連通させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池スタック用保温装置が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１及び２に記載の燃料電池スタック用保温装置では、燃料電池スタックよりも高温の機器を冷却した冷媒が燃料電池スタックに供給される。詳細には、燃料電池発電装置の運転中に燃料電池スタックよりも高温の機器を冷却することにより比較的高い温度に昇温した冷媒が、燃料電池発電装置の運転停止中に、燃料電池スタックに供給される。更に詳細には、燃料電池発電装置の運転中に、例えば改質器、ＣＯ変成器、脱硫器などのような燃料電池スタックよりも高温の機器を冷却することにより比較的高い温度に昇温した冷媒が、燃料電池発電装置の運転停止中に、燃料電池スタックに供給される。そのため、燃料電池発電装置の運転中に燃料電池スタックを冷却した比較的低温の冷媒が、燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタックの保温に用いられる場合よりも効果的に燃料電池スタックを保温することができる。尚、燃料電池発電装置の運転停止直後には、改質器が約６５０℃の高温になっており、ＣＯ変成器が約２５０℃の高温になっており、脱硫器も燃料電池スタックより高温になっている。
【００２１】
請求項３に記載の燃料電池スタック用保温装置では、燃料電池スタックよりも高温の機器を冷却することにより昇温した冷媒が、自然対流により循環せしめられることによって燃料電池スタックに供給される。そのため、燃料電池スタック保温用媒体を燃料電池スタックに供給するために、例えばポンプのような動力を設ける必要性を排除することができる。
【００２２】
請求項４に記載の燃料電池スタック用保温装置では、燃料電池スタックよりも高温の機器に付設された熱交換用配管と、燃料電池スタックの冷媒用配管とを接続するための接続配管が設けられている。そのため、燃料電池スタックよりも高温の機器を冷却することにより比較的高い温度に昇温した熱交換用配管内の冷媒を燃料電池スタックに接続配管を介して供給することができる。
【００２３】
請求項５に記載の燃料電池スタック用保温装置では、燃料電池発電装置の運転中に、燃料電池スタックよりも高温の機器に付設された熱交換用配管と燃料電池スタックの冷媒用配管とを接続する接続配管内の冷媒の流れが遮断される。そのため、燃料電池発電装置の運転中に、燃料電池スタックよりも高温の機器を冷却することにより比較的高温に昇温した冷媒が接続配管を介して燃料電池スタックに供給されるのに伴って燃料電池スタックが昇温せしめられてしまうのを回避することができる。好ましくは、燃料電池発電装置の運転中に、接続配管内の冷媒の流れは、接続配管内の少なくとも１ヵ所において遮断される。また、燃料電池発電装置の運転停止中であって、燃料電池発電装置に外部電源が供給されない時に、接続配管が自動的に連通せしめられる。
【００２４】
つまり、請求項１〜５に記載の燃料電池スタック用保温装置では、燃料電池発電装置の運転停止中に、外部電源を用いて燃料電池スタックが保温されるのではなく、燃料電池発電装置の運転中に燃料電池スタックよりも高温の機器を冷却することにより比較的高い温度に昇温した冷媒によって燃料電池スタックが保温される。そのため、外部電源を用いることなく、燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタックを保温することができる。
【００２５】
すなわち、請求項１〜５に記載の燃料電池スタック用保温装置では、外部電源を用いることなく燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタックを保温することができるため、外部電源としてディーゼル発電機等を設置し、その燃料を用意、供給するのに伴って人的負担が大きくなってしまうのを回避することができる。詳細には、突発的な停電が発生した場合であっても、短期間であれば燃料電池スタックを十分に保温することができ、その後の対応も容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１および図２は本発明の燃料電池スタック用保温装置の第１の実施形態の概略構成図である。詳細には、図１は燃料電池発電装置の運転中における第１の実施形態の燃料電池スタック用保温装置を示した図、図２は燃料電池発電装置の運転停止中（停電時）における第１の実施形態の燃料電池スタック用保温装置を示した図である。図１および図２において、図５および図６に示した参照番号と同一の参照番号は図５および図６に示した部品または部分と同一の部品または部分を示しており、２は改質器、４は三方弁、７は改質器２の周りに配置された断熱材である。１３は改質器２に付設された熱交換用配管、１４は燃料電池発電装置の運転中に燃料電池スタック１を冷却するための冷媒用配管、１５は熱交換用配管１３と冷媒用配管１４とを接続するための接続配管である。
【００２７】
図１および図２に示すように、第１の実施形態の燃料電池スタック用保温装置では、断熱材７によって改質器２が覆われ、その断熱材７中に熱交換用配管１３が埋設され、その熱交換用配管１３が、既設の燃料電池スタック１の冷却水循環ライン、つまり、冷媒用配管１４に三方弁４を介して接続されている。
【００２８】
燃料電池発電装置の運転中においては、三方弁４が図１に示した状態に切換えられ、冷却水電気ヒータ１２は作動されない。その結果、ポンプ６によって冷却水が循環せしめられると、冷媒用配管１４内の冷却水によって燃料電池スタック１が冷却される。
【００２９】
次いで、外部電源が供給可能な状態で燃料電池発電装置の運転が停止せしめられると、三方弁４が図１に示した状態のまま維持され、冷却水電気ヒータ１２が作動される。その結果、冷却水電気ヒータ１２によって加熱された冷却水がポンプ６によって循環せしめられると、冷媒用配管１４内の温かい冷却水によって燃料電池スタック１が保温される。
【００３０】
一方、外部電源が供給できない状態で燃料電池発電装置の運転が停止せしめられると、三方弁４が図２に示した状態に切換えられ、熱交換用配管１３と冷媒用配管１４とが接続配管１５を介して接続される。その結果、燃料電池発電装置の運転中に改質器２を冷却することにより昇温した熱交換用配管１３内の温かい冷却水が、自然対流によって循環せしめられ、接続配管１５を介して冷媒用配管１４内に供給される。それにより、冷媒用配管１４内に供給された温かい冷却水によって燃料電池スタック１が保温される。
【００３１】
燃料電池発電装置の運転が停止せしめられてから３日経過後においても、改質器２の温度は、燃料電池スタック１の保温温度よりも充分高い（数倍の）温度を有するため、第１の実施形態の燃料電池スタック用保温装置では、この温度差を利用して、冷却水を自然対流により循環させて、燃料電池スタック１の保温を行っている。そのため、第１の実施形態の燃料電池スタック用保温装置によれば、短期間（１〜２日程度）の停電時には、燃料電池スタック１を十分に保温することができる。
【００３２】
第１の実施形態の燃料電池スタック用保温装置では、燃料電池発電装置の運転中に燃料電池スタック１よりも高温の改質器２を冷却することにより比較的高い温度に昇温した冷却水が、図２に示したように燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタック１に供給される。そのため、燃料電池発電装置の運転中に燃料電池スタックを冷却した比較的低温の冷媒が、燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタックの保温に用いられる場合よりも効果的に燃料電池スタックを保温することができる。
【００３３】
詳細には、第１の実施形態の燃料電池スタック用保温装置では、燃料電池スタック１よりも高温の改質器２を冷却することにより昇温した冷却水が、図２に示したように、自然対流により循環せしめられることによって燃料電池スタック１に供給される。そのため、改質器２から燃料電池スタック１に冷却水を供給するために、例えばポンプのような動力を設ける必要性を排除することができる。
【００３４】
更に、第１の実施形態の燃料電池スタック用保温装置では、燃料電池発電装置の運転中に、図１に示したように、燃料電池スタック１よりも高温の改質器２に付設された熱交換用配管１３と燃料電池スタック１の冷媒用配管１４とを接続する接続配管１５内の冷却水の流れが遮断される。そのため、燃料電池発電装置の運転中に、燃料電池スタック１よりも高温の改質器２を冷却することにより比較的高温に昇温した冷却水が接続配管１５を介して燃料電池スタック１に供給されるのに伴って燃料電池スタック１が昇温せしめられてしまうのを回避することができる。
【００３５】
以下、本発明の燃料電池スタック用保温装置の第２の実施形態について説明する。図３および図４は本発明の燃料電池スタック用保温装置の第２の実施形態の概略構成図である。詳細には、図３は燃料電池発電装置の運転中における第２の実施形態の燃料電池スタック用保温装置を示した図、図４は燃料電池発電装置の運転停止中（停電時）における第２の実施形態の燃料電池スタック用保温装置を示した図である。図３および図４において、図１および図２並びに図５および図６に示した参照番号と同一の参照番号は図１および図２並びに図５および図６に示した部品または部分と同一の部品または部分を示しており、５は電磁弁である。つまり、第２の実施形態の燃料電池スタック用保温装置では、図１および図２に示した第１の実施形態の燃料電池スタック用保温装置の三方弁４の代わりに、電磁弁５が設けられている。
【００３６】
燃料電池発電装置の運転中においては、電磁弁５が図３に示した状態に切換えられ、冷却水電気ヒータ１２は作動されない。その結果、ポンプ６によって冷却水が循環せしめられると、冷媒用配管１４内の冷却水によって燃料電池スタック１が冷却される。
【００３７】
次いで、外部電源が供給可能な状態で燃料電池発電装置の運転が停止せしめられると、電磁弁５が図３に示した状態のまま維持され、冷却水電気ヒータ１２が作動される。その結果、冷却水電気ヒータ１２によって加熱された冷却水がポンプ６によって循環せしめられると、冷媒用配管１４内の温かい冷却水によって燃料電池スタック１が保温される。
【００３８】
一方、外部電源が供給できない状態で燃料電池発電装置の運転が停止せしめられると、電磁弁５が図４に示した状態に切換えられる。その結果、燃料電池発電装置の運転中に改質器２を冷却することにより昇温した温かい熱交換用配管１３内の冷却水が、自然対流によって循環せしめられ、接続配管１５を介して冷媒用配管１４内に供給される。それにより、冷媒用配管１４内に供給された温かい冷却水によって燃料電池スタック１が保温される。
【００３９】
第２の実施形態の燃料電池スタック用保温装置によれば、上述した第１の実施形態の燃料電池スタック用保温装置とほぼ同様の効果を奏することができる。
【００４０】
上述した第１および第２の実施形態の燃料電池スタック用保温装置では、燃料電池発電装置の運転中に燃料電池スタック１よりも高温の改質器２を冷却することにより比較的高い温度に昇温した冷媒が、燃料電池発電装置の運転停止中に燃料電池スタック１に供給されているが、他の実施形態では、改質器２の代わりに、燃料電池スタック１よりも高温の任意の機器を冷却することにより昇温した冷媒を燃料電池スタック１に供給して燃料電池スタック１を保温することも可能である。例えばＣＯ変成器（図示せず）、脱硫器（図示せず）等を冷却することにより昇温した冷媒を燃料電池スタック１に供給して燃料電池スタック１を保温することも可能である。この実施形態によっても、第１および第２の実施形態とほぼ同様の効果を奏することができる。
【００４１】
また、上述した第１および第２の実施形態の燃料電池スタック用保温装置では、改質器２を冷却することにより昇温した冷媒が、自然対流により循環せしめられることによって燃料電池スタック１に供給されているが、他の実施形態では、代わりに、例えば機械式ポンプのような他の任意の手段によって、改質器２を冷却した冷媒を燃料電池スタック１に供給することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】燃料電池発電装置の運転中における第１の実施形態の燃料電池スタック用保温装置を示した図である。
【図２】燃料電池発電装置の運転停止中（停電時）における第１の実施形態の燃料電池スタック用保温装置を示した図である。
【図３】燃料電池発電装置の運転中における第２の実施形態の燃料電池スタック用保温装置を示した図である。
【図４】燃料電池発電装置の運転停止中（停電時）における第２の実施形態の燃料電池スタック用保温装置を示した図である。
【図５】第１の従来例を示した図である。
【図６】第２の従来例を示した図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    燃料電池スタック
２    改質器
３    水蒸気分離器
４    三方弁
５    電磁弁
６    ポンプ
７    断熱材
８    燃料電池マニホールド
９    電気ヒータ
１０    上部締め付け板
１１    下部締め付け板
１２    冷却水電気ヒータ
１３    熱交換用配管
１４    冷媒用配管
１５    接続配管
【図１】
2005183237.tif 000003
【図２】
2005183237.tif 000004
【図３】
2005183237.tif 000005
【図４】
2005183237.tif 000006
【図５】
2005183237.tif 000007
【図６】
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