【手続補正書】
【提出日】平成19年10月23日(2007.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質装置と、
熱媒体が流通する熱媒体回路と、
前記熱媒体回路上に設けられて前記熱媒体が前記燃料電池と熱交換可能である第１熱交換器とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記熱媒体回路上に前記第１熱交換器の上流に設けられて前記熱媒体が前記改質装置において発生する排熱を回収することにより同改質装置と熱交換可能である第２熱交換器を備え、
前記燃料電池の温度または前記熱媒体の温度に基づいて前記熱媒体回路内の熱媒体流量を制御し、
前記燃料電池システムの起動時には、前記熱媒体の温度が所定温度となるように前記熱媒体流量を制御し、
前記燃料電池システムの定常運転時には、前記燃料電池の温度が、前記燃料電池システムの起動時の前記燃料電池の温度よりも高い定常運転温度となるように前記熱媒体流量を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記燃料電池システムの定常運転時には、前記燃料電池システムの起動時よりも前記熱媒体流量を増加させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１において、前記定常運転温度は前記燃料電池が高効率にて発電する温度であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１において、前記所定温度は、前記定常運転温度よりも低く、前記燃料電池が発電を開始可能な温度である発電開始可能温度よりも高いことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質装置と、
熱媒体が流通する熱媒体回路と、
前記熱媒体回路上に設けられて前記熱媒体が前記燃料電池と熱交換可能である第１熱交換器とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記熱媒体回路上に前記第１熱交換器の上流に設けられて前記熱媒体が前記改質装置において発生する排熱を回収することにより同改質装置と熱交換可能である第２熱交換器と、前記熱媒体回路上に前記第1熱交換器の下流に設けた貯湯槽と、前記熱媒体回路上に設けて前記貯湯槽をバイパスするバイパス路と、該バイパス路に設けた第1開閉弁と、前記貯湯槽と上流側のバイパス分岐点との間の前記熱媒体回路上に設けた第２開閉弁と、をさらに備え、
前記燃料電池システムの起動時において前記燃料電池の温度が所定温度未満である場合、前記第１開閉弁を開状態とするとともに前記第２開閉弁を閉状態とし、前記燃料電池の温度が前記所定温度以上である場合、前記第１開閉弁を閉状態とするとともに前記第２開閉弁を開状態とすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１または請求項５において、前記第１熱交換器は、前記燃料電池を冷却する冷媒が流通する冷媒回路と前記熱媒体回路との間で熱交換を行うものであることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１または請求項５において、前記第２熱交換器は、前記熱媒体が前記改質装置を流通する高温かつ蒸気を含んだ気体から熱量を回収して同気体を凝縮する凝縮器であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１または請求項５において、前記燃料電池システムの起動後、前記燃料電池の温度に基づいて前記燃料電池の発電を開始することを特徴とする燃料電池システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質装置と、熱媒体が流通する熱媒体回路と、熱媒体回路上に設けられて熱媒体が燃料電池と熱交換可能である第１熱交換器とを備えた燃料電池システムにおいて、熱媒体回路上に第１熱交換器の上流に設けられて熱媒体が改質装置において発生する排熱を回収することにより同改質装置と熱交換可能である第２熱交換器を備え、燃料電池の温度または熱媒体の温度に基づいて熱媒体回路内の熱媒体流量を制御し、燃料電池システムの起動時には、熱媒体の温度が所定温度となるように熱媒体流量を制御し、燃料電池システムの定常運転時には、燃料電池の温度が、燃料電池システムの起動時の燃料電池の温度よりも高い定常運転温度となるように熱媒体流量を制御することである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、燃料電池システムの定常運転時には、燃料電池システムの起動時よりも熱媒体流量を増加させることである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、定常運転温度は燃料電池が高効率にて発電する温度であることである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、所定温度は、定常運転温度よりも低く、燃料電池が発電を開始可能な温度である発電開始可能温度よりも高いことである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質装置と、熱媒体が流通する熱媒体回路と、熱媒体回路上に設けられて熱媒体が燃料電池と熱交換可能である第１熱交換器とを備えた燃料電池システムにおいて、熱媒体回路上に第１熱交換器の上流に設けられて熱媒体が改質装置において発生する排熱を回収することにより同改質装置と熱交換可能である第２熱交換器と、熱媒体回路上に第1熱交換器の下流に設けた貯湯槽と、熱媒体回路上に設けて貯湯槽をバイパスするバイパス路と、該バイパス路に設けた第1開閉弁と、貯湯槽と上流側のバイパス分岐点との間の熱媒体回路上に設けた第２開閉弁と、をさらに備え、燃料電池システムの起動時において燃料電池の温度が所定温度未満である場合、第１開閉弁を開状態とするとともに第２開閉弁を閉状態とし、燃料電池の温度が所定温度以上である場合、第１開閉弁を閉状態とするとともに第２開閉弁を開状態とすることである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項５において、第１熱交換器は、燃料電池を冷却する冷媒が流通する冷媒回路と熱媒体回路との間で熱交換を行うものであることである。
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項５において、第２熱交換器は、熱媒体が改質装置を流通する高温かつ蒸気を含んだ気体から熱量を回収して同気体を凝縮する凝縮器であることである。
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項５において、燃料電池システムの起動後、燃料電池の温度に基づいて燃料電池の発電を開始することである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、燃料電池システムの起動に際して、第２熱交換器は、システム起動とともに起動している改質装置から排熱を回収し、その排熱によって熱媒体回路を流通する熱媒体を昇温する。この昇温された熱媒体は、第２熱交換器の下流に位置する第１熱交換器に到達し、第１熱交換器は熱媒体と燃料電池との間で熱交換することにより燃料電池を昇温する。したがって、燃料電池システムの低温起動時に、改質装置の排熱を有効利用して燃料電池を暖機することにより、システム全体の大型化をともなうことなく、システムの運転効率を向上させることができる。
さらに、燃料電池の温度または熱媒体の温度に基づいて熱媒体回路内の熱媒体流量を制御することにより、改質装置との熱交換を燃料電池を暖機する上で最適化することができる。
さらに、燃料電池システムの起動時には、熱媒体の温度が所定温度となるように熱媒体流量を制御し、燃料電池システムの定常運転時には、燃料電池の温度が、燃料電池システムの起動時の燃料電池の温度よりも高い定常運転温度となるように熱媒体流量を制御するので、起動時には燃料電池に熱負荷をかけることなく燃料電池を適切に暖機しすなわち燃料電池を効率的に暖機し、かつ、定常運転時には定常運転温度で高効率にて発電しその際自己発熱して高温である燃料電池の排熱を適切な流量の熱媒体で効率よく回収することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、燃料電池システムの定常運転時には、燃料電池システムの起動時よりも熱媒体流量を増加させるので、発電による自己発熱によって高温となる燃料電池を冷却させることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１に係る発明において、定常運転温度は燃料電池が高効率にて発電する温度であるので、定常運転時において、燃料電池を高効率にて発電させることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１に係る発明において、所定温度は、定常運転温度よりも低く、燃料電池が発電を開始可能な温度である発電開始可能温度よりも高いので、燃料電池に熱負荷をかけることなく、燃料電池を適切に暖機することができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、燃料電池システムの起動に際して、第２熱交換器は、システム起動とともに起動している改質装置から排熱を回収し、その排熱によって熱媒体回路を流通する熱媒体を昇温する。この昇温された熱媒体は、第２熱交換器の下流に位置する第１熱交換器に到達し、第１熱交換器は熱媒体と燃料電池との間で熱交換することにより燃料電池を昇温する。したがって、燃料電池システムの低温起動時に、改質装置の排熱を有効利用して燃料電池を暖機することにより、システム全体の大型化をともなうことなく、システムの運転効率を向上させることができる。
さらに、熱媒体回路上に第1熱交換器の下流に設けた貯湯槽と、熱媒体回路上に設けて貯湯槽をバイパスするバイパス路と、このバイパス路に設けた第1開閉弁と、貯湯槽と上流側のバイパス分岐点との間の熱媒体回路上に設けた第２開閉弁と、をさらに備え、当該燃料電池システムの起動時において燃料電池の温度が所定温度未満である場合、第１開閉弁を開状態とするとともに第２開閉弁を閉状態とし、燃料電池の温度が所定温度以上である場合、第１開閉弁を閉状態とするとともに第２開閉弁を開状態とする。これにより、燃料電池の暖機時には、貯湯槽内の熱媒体を使用せず熱媒体回路とバイパス路内の熱媒体を使用して燃料電池を昇温し、燃料電池の暖機が完了した後、発電による自己発熱によって高温となる燃料電池を冷却して一定の温度に維持する際には、貯湯槽内の熱媒体を使用して燃料電池を冷却する。したがって、貯湯槽の温度層を乱すことなく、高い熱効率にて燃料電池を暖機・冷却することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項１または請求項５に係る発明において、第１熱交換器は、燃料電池を冷却する冷媒が流通する冷媒回路と熱媒体回路との間で熱交換を行うものであるので、簡単な構成で確実に熱媒体と燃料電池との間で熱交換をすることができる。
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項１または請求項５において、第２熱交換器は、熱媒体が改質装置を流通する高温かつ蒸気を含んだ気体から熱量を回収して同気体を凝縮する凝縮器であるので、従来の構成を有効利用することにより大型化することなく簡単な構成で確実に燃料電池を昇温するための熱媒体を昇温することができる。
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項１または請求項５において、燃料電池システムの起動後、燃料電池の温度に基づいて燃料電池の発電を開始するので、燃料電池システムの起動後、燃料電池の温度に基づいて燃料電池の発電を開始することにより、燃料電池の暖機を判断することができ、フラッディング等なく安定起動が可能である。