(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて電力と熱を発生させる燃料電池と、燃料電池で発生した熱を回収するための冷却水を循環させる冷却配管と、外部給湯負荷に供給するための湯水を貯える貯湯タンクと、前記冷却水が回収した熱を前記貯湯タンク内の水に移動させる熱交換器と、一端が前記貯湯タンクの上部に、他端が貯湯タンクの底部にそれぞれ連結され、前記貯湯タンク内の水を前記熱交換器に循環させる排熱回収配管と、排熱回収配管に設けられ、貯湯タンク内の水を熱交換器を通して貯湯タンクに戻す循環ポンプと、前記燃料電池の温度または前記冷却水の温度を検出する電池温度検出器と、前記循環ポンプの出力を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記電池温度検出器により検出された温度が、前記燃料電池の温度上昇によって運転停止動作が行われる第１の所定温度よりも低い第２の所定温度未満の場合、前記燃料電池の発電量に応じて前記循環ポンプの出力を制御し、
前記電池温度検出器により検出された温度が前記第２の所定温度以上になった場合、前記循環ポンプの出力を強制的に所定値以上に制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記第２の所定温度が、前記燃料電池の運転温度の上限値であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて電力と熱を発生させる燃料電池と、燃料電池で発生した熱を回収するための冷却水を循環させる冷却配管と、外部給湯負荷に供給するための湯水を貯える貯湯タンクと、前記冷却水が回収した熱を前記貯湯タンク内の水に移動させる熱交換器と、一端が前記貯湯タンクの上部に、他端が貯湯タンクの底部にそれぞれ連結され、前記貯湯タンク内の水を前記熱交換器に循環させる排熱回収配管と、排熱回収配管に設けられ、貯湯タンク内の水を熱交換器を通して貯湯タンクに戻す循環ポンプと、前記燃料電池の温度または前記冷却水の温度を検出する電池温度検出器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記電池温度検出器により検出された温度が、前記燃料電池の温度上昇によって運転停止動作が行われる第１の所定温度よりも低い第２の所定温度未満の場合、前記燃料電池の発電量に応じて前記循環ポンプの出力を制御し、
前記電池温度検出器により検出された温度が前記第２の所定温度以上になった場合、前記循環ポンプの出力を強制的に所定値以上に制御することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【請求項４】
前記第２の所定温度が、前記燃料電池の運転温度の上限値であることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【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と排熱の回収を行う燃料電池システムに関する。
【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５を参照しながら説明する。
この発電装置は、燃料電池１、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、および酸化剤の空気を燃料電池１に供給するための空気供給装置６を有する。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からなる。燃料電池１と燃料処理装置２の間には、燃料電池１に供給する燃料ガスを加湿する燃料加湿器５が備えられ、空気供給装置６と燃料電池１との間には、供給する空気を加湿する酸化側加湿器７が備えられている。燃料電池１には、発電により生じた熱を回収する冷却水を循環させる冷却配管８が接続され、冷却配管８には、冷却配管８内の冷却水を熱交換器１０に通すポンプ９が設けられている。熱交換器１０に排熱回収配管１２が接続され、冷却水が回収した熱を貯湯タンク１３内の水に移動させる。排熱回収配管１２は、一端が貯湯タンク１３の上部に、他端が貯湯タンク１３の底部に接続され、循環ポンプ１１により、貯湯タンク内の底面近くの水を熱交換器１０を通して貯湯タンク１３の上部に戻す。
【０００３】
従来の燃料電池システムの動作について説明する。
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する。そして、このガスは、燃料側加湿器５で加湿された後、燃料電池１に供給される。一方、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は、上記のようにして供給される燃料と酸化剤とを反応させて発電する。
燃料電池１は、発電と同時に熱を発生する。この熱は、冷却配管８内の冷却水に回収され、ポンプ９により熱交換器１０へ供給される。そして、この熱は熱交換器１０より排熱回収配管１２を経由し、貯湯タンク１３へ回収される。排熱回収配管１２内の水の流量は、燃料電池１の発電量に応じて増減する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の構成では、熱交換器１０において、熱交換時の水蒸気や気泡の発生などにより排熱回収配管１２内の圧力損失に変化が生じる。一方、発電量が低下する場合は、貯湯タンク１３の水を高温で維持するために、循環ポンプ１１の出力を低下させて、排熱回収配管１２内の水の流量を低下させることが必要となる。この場合にも、水蒸気、気泡の発生および気泡の滞留などにより排熱回収配管１２内の圧力損失が増加し、流量変動が起こりやすくなる。
【０００５】
排熱回収配管１２は、市水が循環するため、配管中のごみや錆等の詰まり等により配管内の圧力損失が増加する可能性がある。このような場合、循環ポンプ１１の出力を増大させても、流量は増加せず、熱が充分に回収されないため、冷却配管８内の冷却水の温度が上昇し、燃料電池１の発電に支障をきたすという問題点がある。
また、循環ポンプ１１の故障や排熱回収配管１２の詰まり、漏れ、排熱回収不良等による異常を常時監視し、異常時には速やかに対処できることが望まれている。
【０００６】
さらに、排熱回収配管１２内のごみや錆等による詰まり等によって圧力損失が増加し、排熱回収配管１２内の水の流量が低下するのを避けるため、循環ポンプ１１の出力を一定値以上に保つように制御することが考えられる。しかし、このように制御すると、貯湯タンク１３へ送られる水の温度が低下するため、貯湯タンク１３内上層部の水の温度が低下する。よって、貯湯タンク１３内の水が全量沸き上がらなければ、給湯利用できないなど利便性が損なわれるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記の従来の課題を解決するため、燃料電池で発生した熱を回収する冷却配管と熱交換する排熱回収配管の圧力損失による燃料電池の異常な温度上昇がなく、高温の水を安定して供給することができる燃料電池システム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】
本発明の燃料電池システムは、燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて電力と熱を発生させる燃料電池と、燃料電池で発生した熱を回収するための冷却水を循環させる冷却配管と、外部給湯負荷に供給するための湯水を貯える貯湯タンクと、前記冷却水が回収した熱を前記貯湯タンク内の水に移動させる熱交換器と、一端が前記貯湯タンクの上部に、他端が貯湯タンクの底部にそれぞれ連結され、前記貯湯タンク内の水を前記熱交換器に循環させる排熱回収配管と、排熱回収配管に設けられ、貯湯タンク内の水を熱交換器を通して貯湯タンクに戻す循環ポンプと、前記燃料電池の温度または前記冷却水の温度を検出する電池温度検出器と、前記循環ポンプの出力を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記電池温度検出器により検出された温度が、前記燃料電池の温度上昇によって運転停止動作が行われる第１の所定温度よりも低い第２の所定温度未満の場合、前記燃料電池の発電量に応じて前記循環ポンプの出力を制御し、前記電池温度検出器により検出された温度が前記第２の所定温度以上になった場合、前記循環ポンプの出力を強制的に所定値以上に制御することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて電力と熱を発生させる燃料電池と、燃料電池で発生した熱を回収するための冷却水を循環させる冷却配管と、外部給湯負荷に供給するための湯水を貯える貯湯タンクと、前記冷却水が回収した熱を前記貯湯タンク内の水に移動させる熱交換器と、一端が前記貯湯タンクの上部に、他端が貯湯タンクの底部にそれぞれ連結され、前記貯湯タンク内の水を前記熱交換器に循環させる排熱回収配管と、排熱回収配管に設けられ、貯湯タンク内の水を熱交換器を通して貯湯タンクに戻す循環ポンプと、前記燃料電池の温度または前記冷却水の温度を検出する電池温度検出器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記電池温度検出器により検出された温度が、前記燃料電池の温度上昇によって運転停止動作が行われる第１の所定温度よりも低い第２の所定温度未満の場合、前記燃料電池の発電量に応じて前記循環ポンプの出力を制御し、前記電池温度検出器により検出された温度が前記第２の所定温度以上になった場合、前記循環ポンプの出力を強制的に所定値以上に制御することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
《実施例１》
図１は本発明の実施例１における燃料電池システムの構成図である。
図１において、図５で示した従来の燃料電池システム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５のものに準ずるものとして説明を省略する。
【００１２】
１４は、燃料電池１より生じた熱を回収する冷却水の温度を検出するサーミスタ等の電池温度検出器であり、冷却配管８の燃料電池１からの出口側に設置されている。１５は、電池温度検出器１４が検出する冷却水の温度が運転温度の上限値未満の時は、燃料電池１の発電量に応じて排熱回収配管１２内の水の流量が所定流量になるように循環ポンプ１１の出力を制御し、この温度が運転温度の上限値以上になると燃料電池１の発電量に関係なく循環ポンプ１１の出力を強制的に冷却水温度が燃料電池１または冷却配管８に配したポンプ９や電池温度検出器１４等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する制御装置である。
【００１３】
次に動作および作用について説明する。
燃料電池システムの運転時には、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。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。一方、燃料電池１の発電により生じた熱は、冷却配管８内を流れる冷却水に回収される。冷却水はポンプ９により循環し、冷却水に回収された熱は、熱交換器１０を介して排熱回収配管１２内を循環する水に移動する。
【００１４】
制御装置１５は、電池温度検出器１４が検出する冷却水の温度が運転温度の上限値未満であるときは、燃料電池１の発電量に応じて熱回収配管１２内の水の流量が所定流量となるように循環ポンプ１１の出力を制御する。
また、制御装置１５は、冷却水の温度が運転温度の上限値以上になると、循環ポンプの出力を強制的に冷却水温度が燃料電池１または冷却配管８に配したポンプ９や電池温度検出器１４等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する。
【００１５】
例えば、高分子電解質型燃料電池を用いて、７０〜８５℃で通常運転している場合であれば、運転温度が上限値の９０℃以上になった時、循環ポンプ１１の出力を強制的に増加させ、冷却水温度が燃料電池１または冷却配管８に配したポンプ９や電池温度検出器１４等の部材の劣化が激しくなる１００℃付近にまで到達しない値に制御し、かつ迅速に通常運転温度に復帰させる。
【００１６】
このような構成にすることにより、排熱回収配管１２での気泡の発生やごみの詰まり等による圧力損失の増大を防ぐことができ、それにともなう燃料電池１の温度上昇を阻止できる。また、燃料電池１の温度上昇による緊急停止等の運転停止動作をしなくてすむため、長時間に渡り安定した発電を継続できる。
【００１７】
なお、上記実施例では、電池温度検出器１４は、燃料電池１より熱を回収した冷却水の温度を検出する構成としているが、燃料電池１自身の内部または表面温度等を検出する構成としてもよい。
【００１８】
《参考例１》
参考例１は、図１における制御装置１５の機能が実施例１と異なる。
すなわち、参考例１における制御装置１５は以下のような機能を有する。
循環ポンプ１１の出力の単位時間当たりの変化をΔＷとし、電池温度検出器１４が検出する冷却水温度の単位時間当たりの変化をΔＴとする。この循環ポンプ１１の出力変化ΔＷと冷却水の温度変化ΔＴの比ΔＴ／ΔＷは、燃料電池１の通常運転時には、一定範囲内に収まる。しかし、排熱回収配管１２内の気泡の発生やゴミの詰まり等により圧力損失が増大し、冷却水温度が上昇すると、ΔＴ／ΔＷ値は通常運転時の上限値を超える。このようにΔＴ／ΔＷが、通常運転時の上限値以上である状態がΔＴ／ΔＷが上限値を超えてから冷却水の温度が運転温度の上限値に達する程度の所定時間継続すると、循環ポンプ１１の出力を強制的に冷却水温度が燃料電池１または冷却配管８に配したポンプ９や電池温度検出器１４等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する。また、ΔＴ／ΔＷが通常運転時の下限値以下である状態が、ΔＴ／ΔＷ値が下限値以下となってから冷却水の温度が運転温度の下限値よりも若干高い温度に達する程度の所定時間継続すると、循環ポンプ１１の出力を強制的に運転温度の下限値を下回らない値に制御する。
【００１９】
次に、動作および作用について説明する。
制御装置１５は、燃料電池１の発電量に応じて排熱回収配管１２内の水の流量が所定流量となるように循環ポンプ１１の出力を制御するとともに、電池温度検出器１４が検出する冷却水の温度を監視する。循環ポンプ１１の出力が発電量の増加に応じて連続的に増加するとともに、電池温度検出器１４が検出する冷却水の温度が連続的に上昇する場合がある。この時、上記ΔＴ／ΔＷが通常運転時の上限値以上である状態が、ΔＴ／ΔＷ値が上限値を超えてから冷却水の温度が運転温度の上限値に達する程度の所定時間継続すると、制御装置１５は、循環ポンプ１１の出力を強制的に冷却水温度が燃料電池１または冷却配管８に配したポンプ９や電池温度検出器１４等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する。
【００２０】
また、循環ポンプ１１の出力が発電量の減少に応じて連続的に減少するとともに、排熱回収配管１２内の水の温度が連続的に低下する場合がある。このとき、ΔＴ／ΔＷが通常運転時の下限値以下である状態が、ΔＴ／ΔＷ値が下限値以下となってから冷却水の温度が運転温度の下限値よりも若干高い温度に低下する程度の所定時間継続すると、制御装置１５は、循環ポンプ１１の出力を強制的に冷却水の温度が運転温度の下限値を下回らない値に制御する。
【００２１】
このような構成にすることにより、実施例１と同様の効果が得られるだけでなく、燃料電池１の温度が連続的に低下した時に、循環ポンプ１１の出力を強制的に冷却水の温度が運転温度の下限値を下回らない値に制御しても燃料電池１の温度に変化がなければ、循環ポンプ１１や電池温度検出器１４の故障等のような発電装置における排熱回収系の故障として検出でき、異常発生時には迅速に対処できる。
【００２２】
《参考例２》
図２は本参考例における燃料電池システムの構成図である。
図２において、図１で示した燃料電池システム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、それらの機能の説明は省略する。
【００２３】
１７は、熱交換器１０で排熱を回収した排熱回収配管１２内の水の温度を検出するサーミスタ等の排熱回収温度検出器であり、排熱回収配管１２の熱交換器１０からの出口側に設置されている。
１８は、実施例１の制御装置１５と同様に、電池温度検出器１４が検出する冷却水の温度が運転温度の上限値未満の時は、燃料電池１の発電量に応じて排熱回収配管１２内の水の流量が所定流量になるように循環ポンプ１１の出力を制御し、この温度が運転温度の上限値以上になると燃料電池１の発電量に関係なく循環ポンプ１１の出力を強制的に冷却水温度が燃料電池１または冷却配管８に配したポンプ９や電池温度検出器１４等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する機能を有する制御装置である。
【００２４】
また、制御装置１８は、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度がほぼ一定となるように循環ポンプ１１の出力を制御する機能を有する。すなわち、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度が燃料電池１の運転温度の上限値と関連した設定温度の上限値以上になると、その温度を下げるために、循環ポンプ１１の出力を上げて、排熱回収配管１２内の水の流量を増加させる。また、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度が燃料電池１の運転温度の下限値と関連した設定温度の下限値以下となると、その温度を上げるために循環ポンプ１１の出力を下げて、排熱回収配管１２内の水の流量を減少させる。このようにして、排熱回収配管１２内の水の温度をほぼ一定に維持する。
【００２５】
次に動作および作用について説明する。
制御装置１８は、実施例１と同様に、電池温度検出器１４が検出する冷却水の温度が運転温度の上限値未満の時は、燃料電池１の発電量に応じて排熱回収配管１２内の水の流量が所定流量になるように循環ポンプ１１の出力を制御し、この温度が運転温度の上限値以上になると燃料電池１の発電量に関係なく循環ポンプ１１の出力を強制的に冷却水温度が燃料電池１または冷却配管８に配したポンプ９や電池温度検出器１４等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する。
【００２６】
また、制御装置１８は、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度が燃料電池１の運転温度の上限値と関連した設定温度の上限値以上になると、その温度を下げるために、循環ポンプ１１の出力を上げて、排熱回収配管１２内の水の流量を増加させる。また、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度が燃料電池１の運転温度の下限値と関連した設定温度の下限値以下になると、その温度を上げるために循環ポンプ１１の出力を下げて、排熱回収配管１２内の水の流量を減少させる。このようにして、排熱回収配管１２内の水の温度をほぼ一定に制御する。
【００２７】
特に、発電量が少ない時には、排熱回収配管１２内の水の流量が低下するため、循環ポンプ１１の出力を低下させて排熱回収配管１２内の水の温度を所定温度に維持する。このとき、排熱回収配管１２での気泡の発生やごみの詰まり等により圧力損失が増加する。しかし、制御装置１８は、気泡の発生やゴミの詰まり等による排熱回収配管１２内の圧力損失の増大により、電池温度が運転温度の上限値以上に上昇した場合に、循環ポンプ１１の出力を強制的に冷却水温度が燃料電池１または冷却配管８に配したポンプ９や電池温度検出器１４等の部材の劣化が激しくなる温度に到達しない値に制御する機能を有している。また、燃料電池の温度上昇による緊急停止等の運転停止動作をしなくてすむため、長時間に渡り安定した発電を継続できる。
【００２８】
なお、本参考例の制御装置は実施例１の制御装置の機能を含んでいるが、その代わりに参考例１の制御装置の機能を具備してもよい。
【００２９】
《参考例３》
図３は本参考例における燃料電池システムの構成図である。
図３において、図２で示した参考例２の燃料電池システム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、それらの機能の説明は、省略する。
【００３０】
１９は、循環ポンプ１１の出口側から熱交換器１０の入口側への排熱回収配管１２から分岐し、電磁弁等の弁２０を介して貯湯タンク１３に接続されたバイパス配管である。
２１は、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度がほぼ一定となるように循環ポンプ１１の出力を制御する機能を有する制御装置である。すなわち、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度が燃料電池１の運転温度の上限値と関連した設定温度の上限値以上になると、その温度を下げるために、循環ポンプ１１の出力を上げて、排熱回収配管１２内の水の流量を増加させる。また、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度が燃料電池１の運転温度の下限値と関連した設定温度の下限値以下になると、その温度を上げるために循環ポンプ１１の出力を下げて、排熱回収配管１２内の水の流量を減少させる。このようにして、排熱回収配管１２内の水の温度をほぼ一定に維持する。
【００３１】
さらに、制御装置２１は、燃料電池の発電量が低下し、電池温度検出器１４が検出する冷却水の温度が運転温度の下限値よりも若干高い温度以下となると、弁２０を開いて、バイパス配管１９を開放する機能を有する。
【００３２】
次に動作および作用について説明する。
制御装置２１は、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度が燃料電池１の運転温度の上限値と関連した設定温度の上限値以上になると、温度を下げるために循環ポンプ１１の出力を上げて、排熱回収配管１２内の水の流量を増加させる。また、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度が燃料電池１の運転温度の下限値と関連した設定温度の下限値以下になると、その温度を上げるために循環ポンプ１１の出力を下げて、排熱回収配管１２内の水の流量を減少させる。このようにして、排熱回収配管１２内の水の温度をほぼ一定に制御する。
また、発電量が低下し、電池温度検出器１４が検出する冷却水の温度が運転温度の下限値よりも若干高い温度以下になると弁２０を開いて、バイパス配管１９を開放する。
【００３３】
弁２０が開いてバイパス配管１９が開放されると、循環ポンプ１１により供給された水の一部がバイパス配管１９を経由して貯湯タンク１３内に戻るため、熱交換器１０へ供給される水が減少する。従って、発電量が低下した場合でも熱交換器１０により熱を回収した排熱回収配管１２内の水の温度を高温に維持できる。
【００３４】
よって、貯湯タンク１３に高温の水が安定して供給され、貯湯タンク１３内の水が全量沸き上がるまで待たずに、必要量沸き上がった段階で給湯利用できる。
また、本参考例の制御装置の機能と実施例１または参考例１の制御装置の機能とを組み合わせた制御装置を用いてもよい。
なお、上記参考例では、制御装置は、発電量を監視する方法として、電池温度検出器が検出する冷却水の温度を監視する構成としたが、燃料電池の発電量を直接監視する構成としてもよい。
【００３５】
《参考例４》
図４は本参考例における燃料電池システムの構成図である。
図４において、図３で示した参考例３の燃料電池システム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、それらの機能の説明は、省略する。
【００３６】
２２は、循環ポンプ１１の出口側から熱交換器１０の入口側への排熱回収配管１２より分岐し、貯湯タンク１３に接続するバイパス配管１９に設けられた弁であり、バイパス配管１９を経由する水の流量を調整することができる。
２３は、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度がほぼ一定となるように循環ポンプ１１の出力を制御する機能を有する制御装置である。すなわち、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度が燃料電池１の運転温度の上限値に関連した設定温度の上限値以上になると、その温度を下げるために、循環ポンプ１１の出力を上げて、排熱回収配管１２内の水の流量を増加させる。また、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度が燃料電池１の運転温度の下限値と関連した設定温度の下限値以下になると、その温度を上げるために循環ポンプ１１の出力を下げて、排熱回収配管１２内の水の流量を減少させる。このようにして、排熱回収配管１２内の水の温度をほぼ一定に維持する。
【００３７】
また、制御装置２３は、燃料電池１の発電量が低下して、電池温度検出器１４が検出する冷却水の温度が運転温度の下限値よりも若干高い温度以下になると、電池温度検出器１４が検出する冷却水の温度が低くなるにつれて、バイパス配管１９の水の流量が増加するように弁２２を制御する。
【００３８】
次に動作および作用について説明する。
制御装置２３は、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度が燃料電池１の運転温度の上限値と関連した設定温度の上限値以上になると、温度を下げるために循環ポンプ１１の出力を上げて、排熱回収配管１２内の水の流量を増加させる。また、排熱回収温度検出器１７が検出する排熱回収配管１２内の水の温度が燃料電池１の運転温度の下限値と関連した設定温度の下限値以下になると、その温度を上げるために循環ポンプ１１の出力を下げて、排熱回収配管１２内の水の流量を減少させる。このようにして、排熱回収配管１２内の水の温度をほぼ一定に制御する。
【００３９】
また、制御装置２３は、燃料電池１の発電量が低下して、電池温度検出器１４が検出する冷却水の温度が運転温度の下限値よりも若干高い温度以下になると、電池温度検出器１４が検出する冷却水の温度が低くなるにつれて、バイパス配管１９の水の流量が増加するように弁２２を制御する。
このとき、循環ポンプ１１により供給された水の一部は、バイパス配管１９を経由して貯湯タンク１３内に戻るため、熱交換器１０へ供給される水の流量が減少する。従って、発電量が低下した場合でも熱交換器１０により熱を回収した水の排熱回収配管１２内の水の温度を高温に維持できる。
【００４０】
よって、貯湯タンク１３に高温の水が安定して供給され、貯湯タンク１３内の水が全量沸き上がるまで待たずに、必要量沸き上がった段階で給湯利用できる。
なお、図１〜４中のポンプ９は、制御装置１５、１８、２１、または２３により発電時に作動するように制御され、作動中は一定に出力される。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、燃料電池で発生した熱を回収する冷却配管と熱交換する排熱回収配管の圧力損失による燃料電池の異常な温度上昇がなく、高温の水を安定して供給することができる燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１および参考例１における燃料電池システムのブロック構成図。
【図２】  参考例２における燃料電池システムのブロック構成図。
【図３】  参考例３における燃料電池システムのブロック構成図。
【図４】  参考例４における燃料電池システムのブロック構成図。
【図５】  従来の燃料電池システムのブロック構成図。
【符号の説明】
１  燃料電池
２  燃料処理装置
３  改質器
４  一酸化炭素変成器
５  燃料加湿器
６  空気供給装置
７  酸化側加湿器
８  冷却配管
９  ポンプ
１０  熱交換器
１１  循環ポンプ
１２  排熱回収配管
１３  貯湯タンク
１４  電池温度検出器
１５、１８、２１、２３  制御装置
１７  排熱回収温度検出器
１９  バイパス配管
２０、２２  弁
【図１】
0004050919.tif 000002
【図２】
0004050919.tif 000003
【図３】
0004050919.tif 000004
【図４】
0004050919.tif 000005
【図５】
0004050919.tif 000006