(57)【要約】【課題】  ヒータ等の加熱手段を設けること無く加湿した酸化剤ガスを燃料電池に良好に送り出すことができ、更に小型化が可能な燃料電池発電装置を提供する。【解決手段】  排空気から水分を回収する回収水タンク７を設け、この回収水タンク７内に燃料ガス及び酸化剤ガスを加湿する加湿器６を収容し、加湿器６及びその出力側配管６ａを回収水タンク７に導入された排空気の熱により保温させて加湿器６の出力側配管６ａの温度低下を防いだ。回収水タンク７の下方に燃料電池５を冷却するための冷却水槽８を配置し、回収した水はポンプを使用すること無く冷却水槽８に流れ込むようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含有する燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させて電力を生成する燃料電池を備えた燃料電池発電装置であって、
酸化剤ガスの反応後の排ガスから水分を回収する回収水タンクを有すると共に、該回収水タンク内に燃料ガス及び酸化剤ガスを加湿する加湿器を収容し、加湿器及びその出力側配管を回収水タンクに導入された排ガスの熱により保温することを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
燃料電池を冷却するための冷却水槽を有し、回収水タンクで回収された水は、前記冷却水槽に供給される請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
加湿器には燃料電池の冷却に使用した冷却水が供給され、燃料ガス及び酸化剤ガスを前記冷却水により加湿する請求項１又は２記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
冷却水槽を回収水タンクより低い位置に配置して成る請求項３記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池により発電を行う燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池発電装置は、電気化学反応を良好に実施させるために水素を含有する燃料ガス及び酸化剤ガスの双方とも加湿して燃料電池に供給している。例えば、特許文献１では、燃料ガス排出系と酸化剤ガス排出系の双方にリサイクルループを設け、バブラー方式で加湿して反応ガスの安定供給を図っている。
また、安定した発電を維持するために燃料電池温度を所定の温度に維持する等様々な制御が実施され、例えば特許文献２では、排出された空気から水蒸気を回収して供給空気の加湿を行う加湿器を使用して、供給する空気の加熱と加湿を水や加熱装置を別途設けることなく実施している。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−９４８３２号公報
【特許文献２】特開２００５−２５１７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の燃料電池発電装置は、加湿器の出力側配管の温度が低下して結露が発生し易く、この結露の発生はフラッディング現象を引き起こす原因となるため取り除く必要があった。そのため、ヒータ等の熱源が必要であり、総合効率を低下させていたし、温度制御を必要とするので温度センサや温度制御装置も必要であった。また、特許文献２の構成は、効率良く燃料空気を加湿できるが、構成機器が多く大きなスペースが必要であった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、ヒータ等の加熱手段を設けること無く加湿した酸化剤ガスを燃料電池に良好に送り出すことができ、更に小型化が可能な燃料電池発電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】
【０００５】
上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、水素を含有する燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させて電力を生成する燃料電池を備えた燃料電池発電装置であって、酸化剤ガスの反応後の排ガスから水分を回収する回収水タンクを有すると共に、該回収水タンク内に燃料ガス及び酸化剤ガスを加湿する加湿器を収容し、加湿器及びその出力側配管を回収水タンクに導入された排ガスの熱により保温することを特徴とする。
この構成により、加湿器は出力側配管を含めて保温されるので、別途保温手段を設けることなく配管の温度を維持でき、結露の発生を防ぐことができる。従って、そのための温度制御装置も必要無く、装置の簡素化を図ることができる。また、保温のためのエネルギーを別途必要としないので発電効率を上げることができるし、加湿器を回収水タンク内に設置するので、装置全体の小型化を図ることができる。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、燃料電池を冷却するための冷却水槽を有し、回収水タンクで回収された水は、前記冷却水槽に供給されることを特徴とする。
この構成により、水道水等による冷却水槽への水の補充は少なくて済むし、冷却水を所定温度に昇温するエネルギーが少なくて済み、エネルギー効率を上げることができる。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、加湿器には燃料電池の冷却に使用した冷却水が供給され、燃料ガス及び酸化剤ガスを前記冷却水により加湿することを特徴とする。
この構成により、温水で加湿するので燃料ガスや酸化剤ガスを加熱するための装置を別途設ける必要が無いし、そのための電力も節約できる。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項３に記載の発明において、冷却水槽を回収水タンクより低い位置に配置して成ることを特徴とする。
この構成により、ポンプ等の液供給手段を使用することなく冷却水槽に冷却水の補充ができ、装置を簡素化できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、加湿器は出力側配管を含めて空気側排ガスで保温されるので、別途保温手段を設ける必要が無くなり、温度制御のための装置も必要無く、装置の簡素化を図ることができる。また、保温のためのエネルギーを別途必要としないので発電効率を上げることができるし、加湿器を回収水タンク内に設置するので、装置全体の小型化を図ることができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る燃料電池発電装置の実施形態の一例を示し、温水を貯湯する貯湯槽を備えた家庭用発電装置を示している。図１において、１は燃料電池発電装置、２は家庭で使用するための温水を貯湯する貯湯槽、３は貯湯水を加温するための循環ポンプである。
【００１１】
燃料電池発電装置１は、固体高分子型の燃料電池５、燃料電池５に供給する酸化剤ガスである空気（以下、燃料空気と称する）を加湿する加湿器６、空気側排ガスから水分を回収する回収水タンク７、燃料電池５を冷却する冷却水槽８、燃料電池５を通り加熱された冷却水を冷却すると共に貯湯槽２の温水を加熱するための熱交換器９、空気側排ガス（以下、排空気と称する）により温水を更に加熱するための熱交換器１０、冷却水を循環させる循環ポンプ１１、電磁弁１２を備えている。尚、水素を含有する燃料ガスも同様に加湿器６により加湿されて燃料電池に供給され、その排出ガスは改質器の加熱等に利用されるが、燃料ガスの循環経路全体は省略してある。
【００１２】
そして、回収水タンク７と燃料電池５は近接して設置されると共に、加湿器６は回収水タンク７内に配置され、加湿器６の出力側配管６ａは回収水タンク７内で配管されて燃料電池５に接続されている。また、冷却水槽８は回収水タンク７より低い位置に設置され、電磁弁１２を開くことで回収水タンク７に溜まった水は自然に冷却水槽８に流れ込むよう構成されている。
【００１３】
次に、上記構成の燃料電池発電装置の燃料空気及び冷却水の流れと作用を具体的に説明する。先ず大気中の空気が加湿器６に取り込まれる。加湿器６で取り込んだ燃料空気を加湿するための水は（燃料ガスの加湿も合わせて）、燃料電池５を冷却する為に循環させている冷却水が使用され、冷却に使用された直後の温水が使用される。燃料電池５の出口付近（図示Ａ点）の冷却水は燃料電池５の設定温度とほぼ同じ温度となっており、この温水が加湿器６に導入される。加湿器６は、この温水により空気を加湿すると同時に燃料空気を昇温する。
【００１４】
また、燃料電池５から排出される反応後の排空気も同様に燃料電池とほぼ同じ温度で排出される（図示Ｂ点）。この排空気は、加湿器６で加湿されると共に燃料電池５内の化学反応で生成した水を含むため、多量の水分を含んでいる。そのため、回収水タンク７に導かれた排空気は燃料電池５に比べて幾分低い温度となっている回収水に触れることで多くの水分が分離されて回収水タンク７内で回収される。
その結果、回収水タンク７内の回収水温度は、排空気と燃料電池５の冷却水の熱で燃料電池５より僅かに低い温度で一定に保たれ、加湿器６及び加湿器６から燃料電池５までの出力側配管６ａも燃料電池５に近い一定温度に保温される。
【００１５】
こうして回収水タンク７内で水分が回収された排空気は、熱交換器１０を通って冷却され大気中に放出される。このとき熱交換器１０を通って循環ポンプ３で循環されている貯湯槽２の温水は排空気により加熱され、貯湯槽２内の温水は高温状態を維持する。
また、冷却水槽８から送り出されて循環している冷却水は、循環の途中で加湿器６を通過した際に空気に混ざり（燃料ガスを加湿する加湿器を通過することで燃料ガスに混ざり）減少するが、回収水タンク７で回収された温水が電磁弁１２の開閉によって冷却水槽８に供給され、冷却水は補充される。但し、回収水タンク内の温水が不足している場合には、冷却水は水道水等で補充される。
【００１６】
このように、加湿器は出力側配管を含めて保温されるので、別途保温手段を設けることなく配管の温度を維持でき、結露の発生を防ぐことができる。従って、そのための温度制御装置も必要無く、装置の簡素化を図ることができる。また、保温のためのエネルギーを別途必要としないので発電効率を上げることができるし、加湿器を回収水タンク内に設置するので、装置全体の小型化を図ることができる。
更に、回収した水を冷却水槽に戻すので水道水等による冷却水槽への水の補充は少なくて済むし、冷却水槽を回収水タンクより低くしたのでポンプ等の液供給手段を使用せずに電磁弁の開閉操作だけで冷却水槽に冷却水の補充ができ、装置を簡素化できる。
また、燃料ガスや酸化剤ガスは加湿する際に加熱されるので、別途加熱する必要が無く、そのための装置及び電力を節約できるし、温水を冷却水槽に戻すので冷却水を所定温度に昇温するエネルギーが少なくて済み、エネルギー効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る燃料電池発電装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００１８】
１・・燃料電池発電装置、２・・貯湯槽、５・・燃料電池、６・・加湿器、６ａ・・出力側配管、７・・回収水タンク、８・・冷却水槽。
【図１】
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