(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池から排出される未利用排出ガスの少なくとも一部を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器から排出される凝縮水を少なくとも前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の加湿に利用する水利用手段と、
前記凝縮器において排熱を回収する熱媒体が流れる排熱回収配管と、
前記排熱回収配管を流れる前記熱媒体の量を制御するポンプと、
前記凝縮器の凝縮能力を検知する凝縮能力検知手段と、
前記凝縮能力検知手段の検知信号に基づいて前記ポンプの出力を制御する制御手段と、
を備えた、燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記凝縮能力検知手段は、前記凝縮器からの凝縮水の温度を検知する凝縮水温度検知手段である、請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記凝縮能力検知手段は、前記凝縮器に入る前記熱輸送媒体の温度を検知する媒体温度検知手段であるか、又は前記凝縮器から出た前記熱輸送媒体の温度を検知する媒体温度検知手段である、請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記凝縮能力検知手段は、前記熱利用手段の温度を検知する熱利用温度検知手段である、請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記凝縮能力検知手段は、前記熱交換手段において排熱を回収した前記熱輸送媒体の温度を検知する媒体温度検知手段である、請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記凝縮器での凝縮の対象となる未利用排出ガスは、酸化剤ガス及び燃料ガスの内の少なくとも一方である、請求項１記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を用いて発電あるいは排熱の回収を行う燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池を用いた発電装置について、図６を用いて説明する。    図６において、１は燃料電池であり、燃料処理装置２は天然ガスなどの原料を水蒸気改質し、水素を主成分とするガスを生成して燃料電池１に供給する。燃料処理装置２は、改質ガスを生成する改質器３と、改質ガスに含まれる一酸化炭素を水と反応させ二酸化炭素と水素にするための一酸化炭素変成器４とを具備している。燃料側加湿器５では、燃料電池１に供給する燃料ガスを加湿する。６は空気供給装置であり、酸化剤の空気を燃料電池１に供給する。このとき、酸化側加湿器７で供給空気を加湿する。さらに、燃料電池１に水を送って冷却する冷却配管８と、冷却配管８内の水を循環させるポンプ９とを、発電装置は備えている。
【０００３】
また、発電時には、熱交換器１０および循環ポンプ１１により燃料電池１の発電による排熱を排熱回収配管１２を経由して貯湯タンク１３へ排熱回収するように接続されていた。
【０００４】
このような装置を用いて発電を行う時は、燃料処理装置２においてまず改質器３にて天然ガスなどの原料を水蒸気改質するために、また一酸化炭素変成器４にて改質ガスに含まれる一酸化炭素を水と反応させ二酸化炭素と水素にするため、さらに燃料側加湿器５では、燃料電池１に供給する燃料ガスを、酸化側加湿器７では供給空気をそれぞれ加湿するため水を必要とする。この発電のために必要とする水は、外部より市水またはイオン交換水として供給していた。
【０００５】
しかしながら、上記従来の構成は、燃料電池１の燃料ガス配管系、酸化剤ガス配管系において、市水等の一般水を使用した場合塩素イオン等により、また配管系統から溶出する金属イオン等により、燃料処理装置２の改質器３、一酸化炭素変成器４に内蔵された改質触媒、変成触媒が劣化したり、燃料ガス、酸化剤ガスがイオン化し電気伝導度が上昇し燃料電池の発電に支障をきたすという問題点があった。
【０００６】
また、燃料ガス供給系、酸化剤ガス供給系において、市水等の一般水の塩素イオン等や配管系統からの金属イオン等を除去するためイオン交換樹脂等のイオン除去手段を具備した場合、運転時間に応じてイオン除去能力を確保するためイオン除去手段の定期的メンテを必要とし、定期交換する必要があったり、定期交換を削減するため大きなイオン除去手段を具備しなければならないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を考慮し、イオン除去手段を具備することなく、燃料電池の発電に支障を生じさせない燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池から排出される未利用排出ガスの少なくとも一部を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器から排出される凝縮水を少なくとも前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の加湿に利用する水利用手段と、  前記凝縮器において排熱を回収する熱媒体が流れる排熱回収配管と、
前記排熱回収配管を流れる前記熱媒体の量を制御するポンプと、
前記凝縮器の凝縮能力を検知する凝縮能力検知手段と、
前記凝縮能力検知手段の検知信号に基づいて前記ポンプの出力を制御する制御手段と、
を備えた、燃料電池発電装置である。
【００１１】
上記構成により、凝縮器により燃料電池から排出される未利用排出ガス中の水蒸気を凝縮し水回収するとともに、凝縮能力検知手段により凝縮器の凝縮能力を常時監視し、凝縮能力保有時には制御手段により循環手段の出力を制御し燃料電池の排熱を回収して熱利用手段に蓄える。また、凝縮能力低下時には循環手段を停止させ排熱回収を終了させる。このため、燃料処理装置の改質器による水蒸気改質するための水、また一酸化炭素変成器による改質ガスに含まれる一酸化炭素を水と反応させ二酸化炭素と水素にするための水、さらに燃料側加湿器での、燃料電池に供給する燃料ガスを加湿する水、酸化側加湿器での供給空気を加湿するため水を凝縮器による凝縮で得られた回収水により、外部より供給することなく自給可能となる。
【００１２】
また、外部より水（市水）を供給した場合の塩素イオン等や配管系統からの金属イオン等による燃料処理装置の改質器、一酸化炭素変成器に内蔵された改質触媒、変成触媒の劣化を回避することができる。また、燃料ガス、酸化剤ガスがイオン化し電気伝導度が上昇し燃料電池の発電に支障をきたすことも回避できる。
【００１３】
さらに、燃料ガス供給系、酸化剤ガス供給系において、市水等の一般水の塩素イオン等を除去するためイオン交換樹脂等のイオン除去手段を大幅に縮小もしくは、運転時間に応じたイオン除去能力の劣化を少なくすることによるイオン除去手段の定期的メンテの削減・不要化が実現できる。
【００１４】
第２の本発明は、前記凝縮能力検知手段は、前記凝縮器からの凝縮水の温度を検知する凝縮水温度検知手段である、第１の本発明の燃料電池発電装置である。
【００１６】
第３の本発明は、前記凝縮能力検知手段は、前記凝縮器に入る前記熱輸送媒体の温度を検知する媒体温度検知手段であるか、又は前記凝縮器から出た前記熱輸送媒体の温度を検知する媒体温度検知手段である、第１の本発明の燃料電池発電装置である。
【００１７】
第３の本発明では、凝縮器へ入る熱輸送媒体の入口温度または凝縮器から出た熱輸送媒体の出口温度が所定温度以下であれば凝縮能力保有時とし、制御手段により循環手段の出力を制御し燃料電池の排熱を熱利用手段に蓄える。また、入口温度または出口温度が所定温度以上であれば凝縮能力低下時とし、循環手段を停止させ排熱回収を終了させるものである。
【００１８】
第４の本発明は、前記凝縮能力検知手段は、前記熱利用手段の温度を検知する熱利用温度検知手段である、第１の本発明の燃料電池発電装置である。
【００１９】
第４の本発明では、熱利用温度検知手段によって検知された温度が所定温度以下であれば凝縮能力保有時とし、制御手段により循環手段の出力を制御し燃料電池の排熱を熱利用手段に蓄える。また、熱利用温度検知手段によって検知された温度が所定温度以上であれば凝縮能力低下時とし、循環手段を停止させ排熱回収を終了させるものである。
【００２０】
第５の本発明は、前記凝縮能力検知手段は、前記熱交換手段において排熱を回収した前記熱輸送媒体の温度を検知する媒体温度検知手段である、第１の本発明の燃料電池発電装置である。
【００２１】
第５の本発明では、媒体温度検知手段によって検知された熱輸送媒体の温度を利用することにより循環手段の出力値を取得し、循環手段の出力値が所定値以下であれば凝縮能力保有時とし、制御手段によりそのまま循環手段の出力を制御し燃料電池の排熱を熱利用手段に蓄える。また、循環手段への出力値が所定値以上であれば凝縮能力低下時とし、制御手段により循環手段を停止させ排熱回収を終了させるものである。
【００２２】
第６の本発明は、前記凝縮器での凝縮の対象となる未利用排出ガスは、酸化剤ガス及び燃料ガスの内の少なくとも一方である、第１の本発明の燃料電池発電装置である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の構成図である。
【００２５】
図１において、図６で示した従来の燃料電池を用いた発電装置と同じ機能を有するものについては、同一符号を付与しており、それらの機能の詳細は、図６のものに準ずるものとして説明を省略する。
【００２６】
１４は、燃料電池１から排出される未利用排出ガス（酸化剤ガス）中の水蒸気を凝縮し熱交換する凝縮器であり、１５は、凝縮器１４から排出された凝縮水を、燃料処理装置２の改質器３での水蒸気改質のため、また一酸化炭素変成器４で改質ガス中の一酸化炭素を水と反応させ二酸化炭素と水素にするため、また燃料側加湿器５で、燃料電池１に供給する燃料ガスを、酸化側加湿器７で供給空気をそれぞれ加湿するための水利用手段であり、凝縮水を蓄える凝縮水タンク１６と凝縮水を燃料処理装置２および燃料側加湿器５、空気側加湿器７へ供給する凝縮水ポンプ１７とで構成されている。
【００２７】
１８は、凝縮器１４の凝縮能力を検知する凝縮能力検知手段であり、凝縮器１４からの単位時間当たりの凝縮水量を常時監視している。
【００２８】
１９は、熱輸送媒体循環手段（以下、循環ポンプ１１とする）の出力を制御して熱輸送媒体（循環水）の循環水量を制御し、熱利用手段（以下、貯湯タンクとする）１３へ排熱回収配管１２を介して燃料電池１の排熱を回収させ、かつ凝縮能力検知手段１８の凝縮能力検知信号を入力する制御手段である。
【００２９】
次に動作、作用について説明する。
【００３０】
燃料電池発電装置の運転（発電）時には、燃料電池１の発電による熱をポンプ９を介して冷却水として循環させ、熱交換手段１０により排熱回収配管１２を流れる熱輸送媒体（貯湯タンク１３に貯えられた市水の循環水）に熱搬送させる。
【００３１】
また、空気供給装置６により、酸化剤ガスは酸化側加湿器７で加湿され、燃料電池１に供給される。燃料電池１による発電に寄与しなかった未利用ガスは、凝縮器１４により熱交換手段１０と同様に排熱回収配管１２を流れる熱輸送媒体（市水の循環水）に熱交換するとともに水分が凝縮され、水利用手段１５の凝縮水タンク１６に凝縮水として回収される。
【００３２】
制御手段１９は、凝縮能力検知手段１８からの凝縮能力検知信号を入力し、凝縮器１４の凝縮能力が所定値以上、すなわち貯湯タンク１３への排熱回収による高温の湯量が少ない場合、つまり貯湯タンク１３から凝縮器１４へ入る循環水温が低温時には、循環ポンプ１１の出力を制御し燃料電池１の排熱を排熱回収配管１２を介して排熱回収する。
【００３３】
排熱回収は、燃料電池１の発電時の動作温度（高分子電解質型燃料電池の場合約７０〜８０℃）にほぼ等しい冷却配管８中の冷却水の温度、熱容量に比べ、燃料電池１から排出される未利用ガスのほうが露点も低く熱容量も少ないため、貯湯タンク１３からの循環水の熱交換をまず凝縮器１４、次に熱交換手段１０の順序で行う。
【００３４】
次に、凝縮器１４の凝縮能力が所定値以下、すなわち貯湯タンク１３への排熱回収による高温の湯量が多くなった場合、つまり、貯湯タンク１３の湯熱量が増加し凝縮器１４へ入る循環水温が高温になった時には、制御手段１９は、凝縮能力検知手段１８からの凝縮能力検知信号が所定値以下になったことを入力し、凝縮器１４の凝縮能力低下に伴う凝縮水回収量低下を確認し、循環ポンプ１１の出力を停止させ、燃料電池１の発電および排熱回収を停止させる。
【００３５】
従って、凝縮器１４により燃料電池１から排出される未利用排出ガスを凝縮し水回収するとともに、凝縮能力検知手段１８により凝縮器の凝縮能力を常時監視し、凝縮能力保有時には制御手段１９により循環ポンプ１１の出力を制御し燃料電池１の排熱を貯湯タンク１３に蓄え、また、凝縮能力低下時には循環ポンプ１１を停止させ排熱回収を終了させる。
【００３６】
このため、燃料処理装置２の改質器３や一酸化炭素変成器４への改質・変成のための水、燃料側加湿器５、酸化側加湿器７での供給ガス、供給空気を加湿するため水を凝縮器１４による凝縮で得られた回収水により、外部より供給することなく自給が可能となる。
【００３７】
また、外部より水（市水）を供給した場合の塩素イオン等による燃料処理装置２の改質器３、一酸化炭素変成器４に内蔵された改質触媒、変成触媒の劣化を回避することができる。また、燃料ガス、酸化剤ガスがイオン化し電気伝導度が上昇し燃料電池の発電に支障きたすことを回避できる。さらに、燃料ガス供給系、酸化剤ガス供給系において、市水等の一般水の塩素イオン等を除去するためイオン交換樹脂等のイオン除去手段を大幅に縮小もしくは、運転時間に応じたイオン除去能力の劣化を少なくすることによるイオン除去手段の定期的メンテの削減・不要化が実現できる。なお、このようにするためには、凝縮水タンク１６には純度の高い水をあらかじめ蓄えておく必要がある。
【００３８】
なお、本実施の形態の燃料電池発電装置において、燃料電池運転時、燃料電池１と化学反応後の未利用排出ガス温度として６０〜６５℃の加湿排出ガス空気が得られ、凝縮器１４で熱輸送媒体として水と熱交換した場合、熱輸送媒体の流量を約０．８〜１．０Ｌ／ｍｉｎ時に約１５〜２０℃の温度上昇が得られた。この凝縮器１４で熱交換後、さらに熱交換手段１０で熱交換することにより、冷却水循環温度（約７０〜８０℃）付近まで昇温することができる。従って、燃料電池１の排熱回収効率が一段と向上する。
【００３９】
また、上記実施の形態では、凝縮器１４を燃料電池１の未利用排出ガスのうち、酸化剤ガスのみを凝縮する構成としているが、燃料ガスの未利用排出ガスを凝縮する構成を付加することによっても同様の効果を有することは言うまでもない。あるいは、燃料ガスのみを対象に凝縮してもよい。
【００４０】
また、水利用手段１５に、イオン交換樹脂を配置し、そのイオン交換樹脂を用いて凝縮水タンク１６から燃料処理装置２、燃料側加湿器５、酸化側加湿器７に供給する水の純度を高めてもよい。その際、イオン交換樹脂は、例えば凝縮水ポンプ１７の下流側に配置することができる。このようにイオン交換樹脂を用いると、凝縮水タンク１６に市水を少量供給する必要が生じて実際に市水を供給したとしても、燃料処理装置２、燃料側加湿器５、酸化側加湿器７には純度の高い水が供給されるという効果が現れる。
【００４１】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の構成図である。
図２において、図６で示した従来の燃料電池発電装置および、図１で示した実施の形態１の燃料電池発電装置と同じ機能を有するものについては、同一符号を付与しており、それらの機能の詳細は、図６，図１のものに準ずるものとして説明を省略する。
【００４２】
２０は、熱交換手段１０に接続された排熱回収配管１２の出口側の熱輸送媒体の温度を検知する排熱回収温度検出手段であり、貯湯タンク１３への排熱回収温度を制御手段１９へ出力するように接続されている。
【００４３】
次に動作、作用について説明する。
【００４４】
燃料電池発電装置の運転（発電）時には、燃料電池１の発電による熱をポンプ９を介して冷却水として循環させ、熱交換手段１０により排熱回収配管１２を流れる熱輸送媒体（貯湯タンク１３に貯えられた市水の循環水）に熱搬送させる。
【００４５】
また、空気供給装置６により、酸化剤ガスは酸化側加湿器７で加湿され、燃料電池１に供給される。燃料電池１による発電に寄与しなかった未利用ガスは、凝縮器１４により熱交換手段１０と同様に排熱回収配管１２を流れる熱輸送媒体（市水の循環水）に熱交換するとともに水分が凝縮され、水利用手段１５の凝縮水タンク１６に凝縮水として回収される。
【００４６】
制御手段１９は、凝縮能力検知手段１８からの凝縮能力検知信号を入力し、凝縮器１４の凝縮能力が所定値以上、すなわち貯湯タンク１３への排熱回収による高温の湯量が少ない場合、すなわち、貯湯タンク１３から凝縮器１４へ入る循環水温が低温時には、排熱回収温度検出手段２０による排熱回収温度が所定温度（高分子電解質型燃料電池の場合約６０〜８０℃）になるように循環ポンプ１１の出力を制御し燃料電池１の排熱を排熱回収配管１２を介して排熱回収する。すなわち、貯湯タンク１３の上層部より所定の貯湯温度（約６０〜８０℃）にて積層状に貯湯される。
【００４７】
排熱回収は、燃料電池１の発電時の動作温度（高分子電解質型燃料電池の場合約７０〜８０℃）にほぼ等しい冷却配管８中の冷却水の温度、熱容量に比べ、燃料電池１から排出される未利用ガスのほうが露点も低く熱容量も少ないため、貯湯タンク１３からの循環水の熱交換をまず凝縮器１４、次に熱交換手段１０の順序で行う。
【００４８】
次に、凝縮器１４の凝縮能力が所定値以下、すなわち貯湯タンク１３への排熱回収による高温の湯量が多くなった場合、すなわち、貯湯タンク１３の貯湯量が満タンに近づき凝縮器１４へ入る循環水温が高温になった時には、制御手段１９は、凝縮能力検知手段１８からの凝縮能力検知信号が所定値以下になったことを入力し、すなわち貯湯タンク１３への排熱回収による貯湯が満了に近づいたことと、凝縮器１４の凝縮能力低下に伴う凝縮水回収量低下を確認し、循環ポンプ１１の出力を停止させ、燃料電池１の発電および排熱回収を停止させる。
【００４９】
従って、凝縮器１４により燃料電池１から排出される未利用排出ガスを凝縮し水回収するとともに、凝縮能力検知手段１８により凝縮器１４の凝縮能力を常時監視し、凝縮能力保有時には制御手段１９により循環ポンプ１１の出力を制御し燃料電池１の排熱を貯湯タンク１３に蓄え、また、凝縮能力低下時には循環ポンプ１１を停止させ排熱回収を終了させる。
【００５０】
このため、燃料処理装置２の改質器３や一酸化炭素変成器４への改質・変成のための水、燃料側加湿器５、酸化側加湿器７での供給ガス、供給空気を加湿するため水を凝縮器１４による凝縮で得られた回収水により、外部より供給することなく自給と可能となる。
【００５１】
また、外部より水（市水）を供給した場合の塩素イオン等や配管系統から溶出する金属イオン等による燃料処理装置２の改質器３、一酸化炭素変成器４に内蔵された改質触媒、変成触媒の劣化を回避することができる。また、燃料ガス、酸化剤ガスがイオン化し電気伝導度が上昇し燃料電池の発電に支障きたすことを回避できる。また、燃料ガス供給系、酸化剤ガス供給系において、市水等の一般水の塩素イオン等を除去するためイオン交換樹脂等のイオン除去手段を大幅に縮小もしくは、運転時間に応じたイオン除去能力の劣化を少なくすることによるイオン除去手段の定期的メンテの削減・不要化が実現できる。なお、このようにするためには、凝縮水タンク１６には純度の高い水をあらかじめ蓄えておく必要がある。
【００５２】
さらに、排熱回収温度検知手段２０により排熱回収温度を所定温度になるように制御手段１９により、循環ポンプ１１の出力を制御するので、貯湯タンク１３への貯湯が上層部より積層状に行えるため、給湯配管口を貯湯タンク１３の上部から取り出す通常の給湯配管構成において、貯湯湯温が常時高温（６０〜８０℃）で確保でき、かつ貯湯タンク１３全量を使用し湯切れした場合においても、貯湯タンク１３全体を均一に貯湯する方式に比較して、短時間の発電で必要最小限の貯湯量の確保できる。
【００５３】
なお、本実施の形態の燃料電池発電装置において、燃料電池運転時、燃料電池１と化学反応後の未利用排出ガス温度として６０〜６５℃の加湿排出ガス空気が得られ、凝縮器１４で熱輸送媒体として水と熱交換した場合、熱輸送媒体の流量を約０．８〜１．０Ｌ／ｍｉｎ時に約１５〜２０℃の温度上昇が得られた。この凝縮器１４で熱交換後、さらに熱交換手段１０で熱交換することにより、冷却水循環温度（約７０〜８０℃）付近まで昇温することができる。従って、燃料電池１の排熱回収効率が一段と向上する。
【００５４】
また、上記実施の形態では、凝縮器１４を燃料電池１の未利用排出ガスのうち、酸化剤ガスのみを凝縮する構成としているが、燃料ガスの未利用排出ガスを凝縮する構成を付加することによっても同様の効果を有することは言うまでもない。あるいは、燃料ガスのみを対象に凝縮してもよい。
【００５５】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の構成図である。
【００５６】
図３において、図６で示した従来の燃料電池発電装置および、図１で示した実施の形態１の燃料電池発電装置と同じ機能を有するものについては、同一符号を付与しており、それらの機能の詳細は、図６，図１のものに準ずるものとして説明を省略する。
【００５７】
２１は、凝縮器１４の凝縮能力を検知する凝縮能力検知手段であり、凝縮器１４への熱輸送媒体の入口温度を検知する凝縮器温度検知手段としてのサーミスタである。
【００５８】
次に動作、作用について説明する。
【００５９】
燃料電池発電装置の運転（発電）時には、燃料電池１の発電による熱をポンプ９を介して冷却水として循環させ、熱交換手段１０により排熱回収配管１２を流れる熱輸送媒体（貯湯タンク１３に貯えられた市水の循環水）に熱搬送させる。
【００６０】
また、空気供給装置６により、酸化剤ガスは酸化側加湿器７で加湿され、燃料電池１に供給される。燃料電池１による発電に寄与しなかった未利用ガスは、凝縮器１４により熱交換手段１０と同様に排熱回収配管１２を流れる熱輸送媒体（市水の循環水）に熱交換するとともに水分が凝縮され、水利用手段１５の凝縮水タンク１６に凝縮水として回収される。
【００６１】
制御手段１９は、凝縮器温度検知手段２１からの凝縮能力検知信号（熱輸送媒体の凝縮器入口温度）を入力し、排ガス側の温度（６０℃〜６５℃）と比べて充分低いとき、すなわち貯湯タンク１３への排熱回収による高温の湯量が少ない場合には、凝縮器１４の凝縮能力が所定値以上と判断し、循環ポンプ１１の出力を制御し燃料電池１の排熱を排熱回収配管１２を介して排熱回収する。
【００６２】
次に、凝縮器１４の凝縮能力が所定値以下、すなわち貯湯タンク１３への排熱回収による高温の湯量が多くなった場合には、凝縮器温度検知手段２１の凝縮能力検知信号（熱輸送媒体の凝縮器入口温度）が所定値以上となり、凝縮器１４の凝縮能力低下に伴う凝縮水回収量低下を確認し、循環ポンプ１１の出力を停止させ、燃料電池１の発電および排熱回収を停止させる。
【００６３】
従って、凝縮器１４により燃料電池１から排出される未利用排出ガスを凝縮し水回収するとともに、凝縮器温度検知手段２１により凝縮器１４の凝縮能力を常時監視し、凝縮能力保有時には制御手段１９により循環ポンプ１１の出力を制御し燃料電池１の排熱を貯湯タンク１３に蓄え、また、凝縮能力低下時には循環ポンプ１１を停止させ排熱回収を終了させる。
【００６４】
このため、実施の形態１と同様の作用、効果が得られる。
【００６５】
また、実施の形態２に応用すれば、実施の形態２と同様の作用、効果が得られる。
【００６６】
さらに、凝縮器温度検知手段を凝縮器１４の入口に１本のサーミスタを付加するという簡単な構成で実現できるので燃料電池発電装置の小型化、合理化が可能である。
【００６７】
なお、上記実施の形態では、凝縮器１４の凝縮能力を検知する凝縮器温度検知手段を凝縮器１４への熱輸送媒体の入口温度を検知する構成としているが、凝縮器１４の熱輸送媒体の出口温度を検知する構成としても同様の効果を有することは言うまでもない。
【００６８】
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における燃料電池発電装置の構成図である。
【００６９】
図４において、図６で示した従来の燃料電池発電装置および、図１で示した実施の形態１の燃料電池発電装置と同じ機能を有するものについては、同一符号を付与しており、それらの機能の詳細は、図６，図１のものに準ずるものとして説明を省略する。
【００７０】
２２，２３，２４は、凝縮器１４の凝縮能力を検知する凝縮能力検知手段であり、貯湯タンク１３の排熱回収による蓄熱温度分布を把握するために設けられた複数の熱利用温度検知手段としてのサーミスタである。
【００７１】
次に動作、作用について説明する。
【００７２】
燃料電池発電装置の運転（発電）時には、燃料電池１の発電による熱をポンプ９を介して冷却水として循環させ、熱交換手段１０により排熱回収配管１２を流れる熱輸送媒体（貯湯タンク１３に貯えられた市水の循環水）に熱搬送させる。
【００７３】
また、空気供給装置６により、酸化剤ガスは酸化側加湿器７で加湿され、燃料電池１に供給される。燃料電池１による発電に寄与しなかった未利用ガスは、凝縮器１４により熱交換手段１０と同様に排熱回収配管１２を流れる熱輸送媒体（市水の循環水）に熱交換するとともに水分が凝縮され、水利用手段１５の凝縮水タンク１６に凝縮水として回収される。
【００７４】
制御手段１９は、熱利用温度検知手段２２，２３，２４からの蓄熱温度分布検知信号を入力し、凝縮器１４の凝縮能力が所定値以上、すなわち貯湯タンク１３への排熱回収による高温の湯量が少ない場合（熱利用温度検知手段２２，２３，２４のうち排熱回収配管１２の循環水吸い込み側に近い熱利用温度検知手段２４の検知温度が所定値以下）には、循環ポンプ１１の出力を制御し燃料電池１の排熱を排熱回収配管１２を介して排熱回収する。
【００７５】
次に、凝縮器１４の凝縮能力が所定値以下、すなわち貯湯タンク１３への排熱回収による高温の湯量が多くなった場合（熱利用温度検知手段２２，２３，２４のうち排熱回収配管１２の循環水吸い込み側に近い熱利用温度検知手段２４の検知温度が所定値以上）には、排熱回収配管１２の循環水温度上昇に伴う凝縮器１４の凝縮能力低下（凝縮水回収量低下）を予測し、循環ポンプ１１の出力を停止させ、燃料電池１の発電および排熱回収を停止させる。
【００７６】
従って、凝縮器１４により燃料電池１から排出される未利用排出ガスを凝縮し水回収するとともに、熱利用温度検知手段２２，２３，２４により凝縮器１４の凝縮能力を常時監視し、凝縮能力保有時には制御手段１９により循環ポンプ１１の出力を制御し燃料電池１の排熱を貯湯タンク１３に蓄え、また、凝縮能力低下時には循環ポンプ１１を停止させ排熱回収を終了させる。
【００７７】
このため、実施の形態１と同様の作用、効果が得られる。
【００７８】
また、実施の形態２に応用すれば、実施の形態２と同様の作用、効果が得られる。
【００７９】
さらに、凝縮器温度検知手段を熱利用手段（貯湯タンク）の蓄熱温度分布を把握する熱利用温度検知手段としてのサーミスタと兼用することができるので、燃料電池発電装置の小型化、合理化が可能である。
【００８０】
（実施の形態５）
図５は本発明の実施の形態５における燃料電池発電装置の構成図である。
【００８１】
図５において、図６で示した従来の燃料電池発電装置および、図２で示した実施の形態２の燃料電池発電装置と同じ機能を有するものについては、同一符号を付与しており、それらの機能の詳細は、図６，図２のものに準ずるものとして説明を省略する。
【００８２】
凝縮能力検知手段の構成は、制御手段１９が熱交換手段１０に接続された排熱回収配管１２の出口側の熱輸送媒体の温度を検知する排熱回収温度検出手段２０からの排熱回収温度を入力し、排熱回収温度が所定温度（６０〜８０℃）になるように循環ポンプ１１の出力を制御するようになっているため、循環ポンプ１１への出力値と排熱回収配管１２のうち循環ポンプ１１の吸い込み側の循環水温度とが相関関係を有することを利用して凝縮能力を検知する構成としている。すなわち、凝縮能力が高い場合は、凝縮器１４の排ガス側の温度より凝縮器１４の熱輸送媒体側の温度の方が充分低く冷たいという場合であるから、上記排熱回収温度を所定温度（６０〜８０℃）に維持するためには、循環ポンプ１１はゆっくり回ることになる。逆に 凝縮能力が低い場合は、凝縮器１４の排ガス側の温度より凝縮器１４の熱輸送媒体側の温度の方が充分には低くなく、高温であるという場合であるから、上記排熱回収温度を所定温度（６０〜８０℃）に維持するためには、循環ポンプ１１は早く回ることになる。
【００８３】
従って、循環ポンプ１１への回転速度指令をみれば、凝縮能力が分かることになる。
【００８４】
次に動作、作用について説明する。
【００８５】
燃料電池発電装置の運転（発電）時には、燃料電池１の発電による熱をポンプ９を介して冷却水として循環させ、熱交換手段１０により排熱回収配管１２を流れる熱輸送媒体（貯湯タンク１３に貯えられた市水の循環水）に熱搬送させる。
【００８６】
また、空気供給装置６により、酸化剤ガスは酸化側加湿器７で加湿され、燃料電池１に供給される。燃料電池１による発電に寄与しなかった未利用ガスは、凝縮器１４により熱交換手段１０と同様に排熱回収配管１２を流れる熱輸送媒体（市水の循環水）に熱交換するとともに水分が凝縮され、水利用手段１５の凝縮水タンク１６に凝縮水として回収される。
【００８７】
制御手段１９は、排熱回収配管１２の出口側の熱輸送媒体の温度を検知する排熱回収温度検出手段２０からの排熱回収温度を入力し、凝縮器１４の凝縮能力が所定値以上、すなわち貯湯タンク１３への排熱回収による高温の湯量が少ない場合、つまり、常に排熱回収温度が所定温度（６０〜８０℃）になるように出力する循環ポンプ１１の出力値が所定値以下の場合には、循環ポンプ１１の出力を制御し燃料電池１の排熱を排熱回収配管１２を介して排熱回収する。
【００８８】
次に、凝縮器１４の凝縮能力が所定値以下、すなわち貯湯タンク１３への排熱回収による高温の湯量が多くなった場合、つまり、常に排熱回収温度が所定温度（６０〜８０℃）になるように出力する循環ポンプ１１の出力値が所定値以上の場合には、排熱回収配管１２の循環水温度上昇に伴う凝縮器１４の凝縮能力低下（凝縮水回収量低下）を予測し、循環ポンプ１１の出力を停止させ、燃料電池１の発電および排熱回収を停止させる。
【００８９】
従って、凝縮器１４により燃料電池１から排出される未利用排出ガスを凝縮し水回収するとともに、排熱回収温度検出手段２０からの排熱回収温度を入力し、循環ポンプ１１の出力を制御する制御手段１９により凝縮器１４の凝縮能力を常時監視し、凝縮能力保有時には制御手段１９により循環ポンプ１１の出力を制御し燃料電池１の排熱を貯湯タンク１３に蓄え、また、凝縮能力低下時には循環ポンプ１１を停止させ排熱回収を終了させる。
【００９０】
このため、実施の形態２と同様の作用、効果が得られる。
【００９１】
さらに、凝縮器温度検知手段２０は、制御手段１９が排熱回収配管１２の出口側の熱輸送媒体の温度を検知する排熱回収温度検出手段からの排熱回収温度を入力し、排熱回収温度が所定温度（６０〜８０℃）になるように循環ポンプ１１の出力を制御することを利用して、循環ポンプへの出力値と排熱回収配管のうち循環ポンプの吸い込み側の循環水温度が相関関係となるために、制御手段１９を凝縮器温度検知手段と兼用することができるので、燃料電池発電装置のさらなる小型化、合理化が可能である。
【００９２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、イオン除去手段を具備することなく、燃料電池の発電に支障を生じさせない燃料電池発電装置を提供することができる。
【００９３】
さらに説明すると、本発明の燃料電池発電装置によれば、次の効果が得られる。
【００９４】
凝縮器の凝縮能力を常時監視し、凝縮能力保有時に燃料電池の排熱を熱利用手段に蓄える構成としているため、燃料処理装置の改質器や一酸化炭素変成器への改質・変成のための水、燃料側加湿器、酸化側加湿器での供給ガス、供給空気を加湿するため水を凝縮器による凝縮で得られた回収水により、外部より供給することなく自給と可能となる。
【００９５】
また、外部より水（市水）を供給した場合の塩素イオン等や配管系統から溶出する金属イオン等による燃料処理装置の改質器、一酸化炭素変成器に内蔵された改質触媒、変成触媒の劣化を回避することができる。
【００９６】
また、燃料ガス、酸化剤ガスがイオン化し電気伝導度が上昇し燃料電池の発電に支障きたすことを回避できる。
【００９７】
また、燃料ガス供給系、酸化剤ガス供給系において、市水等の一般水の塩素イオン等を除去するためイオン交換樹脂等のイオン除去手段を大幅に縮小もしくは、運転時間に応じたイオン除去能力の劣化を少なくすることによるイオン除去手段の定期的メンテの削減・不要化が実現できる。
【００９８】
さらに、排熱回収温度検知手段により排熱回収温度を所定温度になるように制御手段により、循環ポンプの出力を制御するので、貯湯タンクへの貯湯が上層部より積層状に行えるため、給湯配管口を貯湯タンクの上部から取り出す通常の給湯配管構成において、貯湯湯温が常時高温（６０〜８０℃）で確保でき、かつ貯湯タンク全量を使用し湯切れした場合においても、短時間の発電で必要最小限の貯湯量の確保できる。従って、タンク全量の水を一律に昇温させる場合に比べ、短時間で利用可能温度の湯が得られ、利便性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置のブロック構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置のブロック構成図である。
【図４】本発明の実施の形態４における燃料電池発電装置のブロック構成図である。
【図５】本発明の実施の形態５における燃料電池発電装置のブロック構成図である。
【図６】従来の燃料電池発電装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
１  燃料電池
１０  熱交換手段
１１  熱輸送媒体循環手段
１３  熱利用手段
１４  凝縮器
１５  水利用手段
１８  凝縮能力検知手段
１９  制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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