(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
起動時に燃料改質装置で改質した改質ガスをＰＧバーナで燃焼し、その燃焼排ガスにより熱交換器を介して温めた温水を循環させて燃料電池を昇温するように構成した燃料電池発電システムにおいて、前記熱交換器から燃料電池に通じると共に、燃料電池から熱交換器に戻る循環経路が形成され、この循環経路における熱交換器より上流側で且つ循環経路に設けられたポンプより下流側に空気抜き弁を設けたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記循環経路における燃料電池より下流側に切換弁を介して分岐路を設け、この分岐路を貯湯タンクに接続した請求項１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、燃料電池により発電する燃料電池発電システムであって、特に起動時における燃料電池の昇温手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池発電システムは、通常図２のように炭化水素系の原燃料を燃料改質装置１で水素主体の改質ガスに改質し、この改質ガスを燃料として燃料電池２のアノード（燃料極）に供給すると共に、空気を酸化剤ガスとしてカソード（空気極）に供給し、固体高分子膜等の電解質を介して電気化学反応が生じることにより発電するものである。
【０００３】
燃料電池２は、適正な運転温度（例えば固体高分子型燃料電池の場合は約８０℃）が定められており、起動時にはできるだけ早く運転温度まで昇温させることが要求される。このため、従来は第１切換弁３を閉じると共に、第２切換弁４を開けて改質ガスをＰＧバーナ５に導入して燃焼させ、その燃焼排ガスを利用して熱交換器６を介して水を温め、この温水を燃料電池２に供給して昇温するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の燃料電池昇温手段によると、燃料電池２が適正な運転温度になるまでにかなり長い時間を要する問題があった。これを解決するために、燃料電池２から排出される温水を熱交換器６に戻す循環経路を形成し、熱交換器６での昇温効率を高めることで燃料電池２を早期に運転温度まで昇温させることが試みられた。しかしながら、温水を循環使用すると温水中の溶存酸素が気泡となり、循環経路に設けるポンプの性能が低下し、送水制御に支障を来たす問題が生じた。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、温水を循環させて燃料電池を昇温する場合に、温水中に生じる気泡を排除できるようにした燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を解決するための本発明の手段は、請求項１に記載したように、起動時に燃料改質装置で改質した改質ガスをＰＧバーナで燃焼し、その燃焼排ガスにより熱交換器を介して温めた温水を循環させて燃料電池を昇温するように構成した燃料電池発電システムにおいて、前記熱交換器から燃料電池に通じると共に、燃料電池から熱交換器に戻る循環経路が形成され、この循環経路における熱交換器より上流側で且つ循環経路に設けられたポンプより下流側に空気抜き弁を設けたことを特徴とする燃料電池発電システムを要旨とする。
又、請求項２のように、前記循環経路における燃料電池より下流側に切換弁を介して分岐路を設け、この分岐路を貯湯タンクに接続したことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明では、燃料電池を昇温する温水の循環経路における熱交換器より上流側で且つ循環経路に設けられたポンプより下流側に空気抜き弁を設けたので、温水中に生じる気泡を排除し、これにより循環経路に設けるポンプの性能及び送水制御を良好に保持することができる。又、循環経路における燃料電池より下流側に切換弁を介して分岐路を設け、この分岐路を貯湯タンクに接続したので、燃料電池が運転温度まで昇温したら、循環経路の切換弁を切り換えて温水を分岐路に流し、貯湯タンクに送り込むことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る燃料電池発電システムの実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。ここで、従来と同一部材は前記と同じ符号を付ける。
図１において、１は燃料改質装置であり、図示は省略したが改質器とＣＯ変成器とＣＯ除去器とから構成され、都市ガス等の原燃料を水素主体の改質ガスに改質する。即ち、脱硫後の原燃料を改質器で水蒸気改質し、次いでＣＯ変成器で改質ガス中の大部分のＣＯをＣＯ２に変成し、更にＣＯ除去器で選択酸化してＣＯ濃度を低減する。
【０００９】
改質器に関連して改質器バーナ１ａが設けられ、起動時にはこの改質器バーナ１ａに原燃料を供給して燃焼させることで改質器の触媒を昇温させる。燃料電池２の運転時には、アノードから排出される未反応改質ガスを改質器バーナ１ａに供給して燃焼させる。燃焼に必要な空気はファン（図略）により改質器バーナ１ａに供給される。
【００１０】
燃料改質装置１で改質される改質ガスは、起動時には未だ安定していないため前記のように第１切換弁３を閉じて燃料電池２には供給せず、第２切換弁４を開いてＰＧバーナ５に供給して燃焼する。このＰＧバーナ５での燃焼排ガスを利用して熱交換器６により温水を作り、この温水を燃料電池２に供給することで燃料電池２を運転温度まで昇温する。
【００１１】
燃料電池２を効率良く昇温させるため、熱交換器６から燃料電池２に通じると共に、燃料電池２から熱交換器６に戻る循環経路７が形成されている。この循環経路７において、熱交換器６より上流側には空気抜き弁８が設けられ、第３切換弁９を介して水供給路１０が接続され、燃料電池２より下流側には第４切換弁１１を介して分岐路１２が設けられ、この分岐路１２は貯湯タンク１３に接続されている。又、循環経路７の要所にはポンプ１４が設けられる。
【００１２】
熱交換器６で温められた温水は、循環経路７を循環しながら燃料電池２を短時間で昇温させる。循環する温水も徐々に高温になり、温水中に含まれている溶存酸素が気泡となって混入する現象が生じるが、循環経路７中には前記のように空気抜き弁８が設けられていることから温水中の気泡は排出される。これにより、温水を熱交換器６に送り込むポンプ１４が気泡によって阻害されることはなく、ポンプ性能の低下を来たしたり、或は送水制御に支障を来たすようなことがなくなる。
【００１３】
燃料電池２が運転温度まで昇温した時点で、第４切換弁１１を切り換えて温水を分岐路１２側に誘導し、貯湯タンク１３内に流入させる。燃料改質装置１での改質ガスが安定すると、第２切換弁４が閉じてＰＧバーナ５への改質ガス供給が停止され、同時に第１切換弁３が開いて燃料電池２のアノードへの改質ガス供給が開始する。そして、燃料電池２のカソードには反応空気が供給されて燃料電池２の運転段階に入る。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、燃料電池発電システムにおいて、起動時にＰＧバーナで燃焼した燃焼排ガスを利用し熱交換器を介して温水を作り、この温水で燃料電池を所定の温度まで昇温する場合において、前記熱交換器から燃料電池に通じると共に、燃料電池から熱交換器に戻る循環経路が形成され、この循環経路における熱交換器より上流側で且つ循環経路に設けられたポンプより下流側に空気抜き弁を設けたので、温水中に発生する溶存酸素の気泡を排除することができる。これにより、循環経路に設けられたポンプの性能及び送水制御を良好に保持し、循環温水による燃料電池の昇温を効率良く行うことができ、この結果電池昇温時間を短縮する効果が得られる。又、循環経路における燃料電池より下流側に切換弁を介して分岐路を設け、この分岐路を貯湯タンクに接続したので、燃料電池の昇温後の温水を貯湯タンクに送り込むことで、熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの要部を示す説明図
【図２】従来の燃料電池発電システムの要部を示す説明図
【符号の説明】
１…燃料改質装置
２…燃料電池
３…第１切換弁
４…第２切換弁
５…ＰＧバーナ
６…熱交換器
７…循環経路
８…空気抜き弁
９…第３切換弁
１０…水供給路
１１…第４切換弁
１２…分岐路
１３…貯湯タンク
１４…ポンプ
【図１】
0003976575.tif 000002
【図２】
0003976575.tif 000003