(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池冷却機構を組み込んだ燃料電池本体と、該電池冷却機構から排出される二相流を導入して水蒸気と冷却水とに分離する水蒸気分離器と、該水蒸気分離器に貯えられた冷却水を前記電池冷却機構へ循環供給する、冷却水循環ポンプを組み込んだ冷却水循環供給系と、を備える燃料電池発電装置において、
前記冷却水循環供給系が、電池冷却機構へ供給される電池冷却水の温度を検知する温度計と、
前記冷却水循環ポンプより吐出される電池冷却水の一部を分岐させて、外部冷却水が通流する熱交換器で冷却したのち循環ポンプの吸込み側へと循環させる循環回路と、
前記循環回路に組み込まれ、前記循環回路を通流する冷却水の流量を制御する流量調節弁とを有し、
前記温度計の検知信号に基づいて前記電池冷却機構へ供給される電池冷却水の温度が規定値となるよう前記流量調節弁を制御することを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記冷却水循環供給系が、前記水蒸気分離器と前記循環回路との間に、外部より低温の補給水を導入する導入口を備えてなることを特徴とする請求項１に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、電気化学反応を用いて電気エネルギーを得る燃料電池発電装置に係わり、特に燃料電池本体の冷却に用いられる電池冷却系の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来の燃料電池発電装置の電池冷却水系統の基本構成を示すフロー図である。図において、１は模式的に表示した燃料電池本体であり、燃料極１ａ、空気極１ｂ、およびこれらを所定温度に保持するための電池冷却機構１ｃよりなる。また、２は水蒸気分離器、３は冷却水循環ポンプ、４は流量調節弁、５は外部冷却水により冷却される熱交換器、７はオリフィス、８は外部より低温の補給水を供給するための補給水給水ポンプである。
【０００３】
本電池冷却水系統では、発電に伴って燃料電池本体１で生じる発熱を受けて電池冷却機構１ｃより排出される高温の気液二相流を、水蒸気分離器２に導入して水蒸気と冷却水とに分離し、分離された冷却水を冷却水循環ポンプ３の吸込み側へ送り、吐出した冷却水を熱交換器５に通流させて冷却し、再び電池冷却水として電池冷却機構１ｃへ供給している。このとき、温度計６の検知信号によって流量調節弁４を制御することにより熱交換器５に通流させる水量を調節し、電池冷却機構１ｃへの電池供給水の温度を調整している。また、水蒸気分離器２において分離された水蒸気は燃料ガスの改質用水蒸気として取出されるので、取出される水蒸気量を補って水位を一定に保持するために、補給水給水ポンプ８と流量調節弁９とを備えた補給水供給ラインより、低温の補給水を流量制御して連続的に補給している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構成においては、冷却水循環ポンプ３の吸込み側へ水蒸気分離器２で分離された高温の冷却水が導入されるので、冷却水循環ポンプ３でキャビテイションが生じるのを防止するためには、低温の水を同時に導入して吸込む水の温度を常時低温度に保持するか、あるいは、正味吸込み水頭（ＮＰＳＨ）、すなわち水蒸気分離器２の水位と冷却水循環ポンプ３の吸込み口の高低差を十分にとることが必要となる。これに対し、上記の構成では、補給水供給ラインより低温の補給水を供給しているが、補給水は制御上一時的に断となる場合があり、この場合にはキャビテーションが生じてしまうため、水蒸気分離器２を相対的に高い位置に配置して所定のＮＰＳＨが得られるよう構成している。しかしながら、このように構成すると燃料電池発電装置の高さが高くなり、装置高さを屋内設置型の燃料電池発電装置で要求されている装置高さ、例えば2.5ｍ以下に抑えることが極めて困難となり、市場性のあるコンパクトな燃料電池発電装置を製作する際の問題点となっている。 また、上記の構成では、冷却水循環ポンプ３より吐出された水を流量調節弁４、熱交換器５を通流させて電池冷却機構１ｃへ供給しているので圧力損失が大きく、冷却水循環ポンプ３の吐出圧を高くして使用しなければならないという難点があった。
【０００５】
この発明の目的は、上記のごとき従来技術の問題点を解消し、燃料電池本体へ冷却水が安定して循環供給される冷却水循環供給系を備え、かつ、装置高さが低く、特に屋内設置型として効果的な燃料電池発電装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明においては、電池冷却機構を組み込んだ燃料電池本体と、該電池冷却機構から排出される二相流を導入して水蒸気と冷却水とに分離する水蒸気分離器と、該水蒸気分離器に貯えられた冷却水を前記電池冷却機構へ循環供給する、冷却水循環ポンプを組み込んだ冷却水循環供給系と、を備える燃料電池発電装置において、  前記冷却水循環供給系が、電池冷却機構へ供給される電池冷却水の温度を検知する温度計と、  前記冷却水循環ポンプより吐出される電池冷却水の一部を分岐させて、外部冷却水が通流する熱交換器で冷却したのち循環ポンプの吸込み側へと循環させる循環回路と、前記循環回路に組み込まれ、前記循環回路を通流する冷却水の流量を制御する流量調節弁とを有し、前記温度計の検知信号に基づいて前記電池冷却機構へ供給される電池冷却水の温度が規定値となるよう前記流量調節弁を制御することを特徴とする燃料電池発電装置とすることとした。
【０００８】
さらに、前記冷却水循環供給系の前記水蒸気分離器と前記循環回路との間に、外部より低温の補給水を導入する導入口を設けることとした。
【００１１】
上記のごとくとすれば、冷却水循環ポンプの吸込み側に、循環回路に組み込まれた熱交換器により冷却された冷却水が循環供給されるので、冷却水循環ポンプの吸込み側に入る冷却水は低温に維持される。したがって、冷却水循環ポンプは、正味吸込み水頭（ＮＰＳＨ）、すなわち水蒸気分離器の水位と冷却水循環ポンプの吸込み口の高低差を大きく採らずとも、キャビテイションを生じることなく安定に作動する。したがって、本構成とすれば装置高さを低く抑えることができる。
【００１２】
また、規定温度に保持した電池冷却水が電池冷却機構へ安定して供給され、燃料電池本体が規定の運転温度に保持されることとなる。
【００１５】
さらに、また、外部より低温の補給水を導入する構成を上記のごとくすれば、例えば改質用水蒸気のごとく系外に冷却水の一部が取出される場合にも、不足分を効果的に補うことが可能となり、さらに低温の補給水を導入することとすれば、冷却水循環ポンプの吸込み側に入る冷却水はより低温に維持されるので、冷却水循環ポンプを一層安定に作動させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
＜実施例１＞
図１は、本発明による燃料電池発電装置の実施例１の電池冷却水系統の基本構成を示すフロー図である。本実施例の電池冷却水系統の特徴は、冷却水循環ポンプ３の吐出側と吸込み側との間に、流量調節弁４と外部冷却水で冷却する熱交換器５とを備えた循環回路が配され、冷却水がこの循環回路を循環して流れるよう構成されている点にある。すなわち、電池冷却水系統では、本冷却水循環ポンプ３より吐出した冷却水の一部を電池冷却水として燃料電池本体１の電池冷却機構１ｃへ送り、残余の冷却水は循環回路を通流させて冷却水循環ポンプ３の吸込み側へ戻し、水蒸気分離器２より送られる高温の冷却水、および補給水給水ポンプ８より供給される補給水と合流させて冷却水循環ポンプ３の吸込み側へ送るよう構成されている。このとき、電池冷却機構１ｃへ送られる電池冷却水の温度を検知する温度計６の検知信号により流量調節弁４の開度を制御し、これによって電池冷却水の流量を調整することにより、燃料電池本体の温度が発電電流に対応した規定の温度となるよう調整される。
【００１７】
上記のごとく、本構成では、水蒸気分離器２より送られる高温の冷却水と補給水に加えて、循環回路の熱交換器５で低温に冷却された循環水が冷却水循環ポンプ３の吸込み側へ送られるので、吸込まれる冷却水の温度は常時低温に保持されることとなる。したがって、冷却水循環ポンプ３は、従来例のように正味吸込み水頭（ＮＰＳＨ）を大きく採らなくとも、また、一時的に補給水が断となっても、キャビテイションを生じることなく安定して運転できることとなり、本構成の電池冷却水系統を用いれば、装置高さが低く、屋内設置が可能な燃料電池発電装置を構成することができる。
【００１８】
また、本構成では、冷却水循環ポンプ３の吸込み側の冷却水の温度が常時低温に保持されるので、軸受けに加わる負担が軽減し、長寿命化が可能となる。また、従来例の構成と異なり、熱交換器５と流量調節弁４が冷却水循環ポンプ３と並列に配されているので、系の圧力損失が低減され、冷却水循環ポンプ３の吐出圧も低くてよく、より安定に作動するシステムが得られることとなる。
【００１９】
なお、図１に示した構成においては、水蒸気分離器２より改質用水蒸気として取出される水量を補うために、水位計２ａの検知信号をＶＶＶＦインバータ１０へと送り、このＶＶＶＦインバータ１０により補給水給水ポンプ８の回転数を制御して外部から取り込む補給水の流量を調整し、水蒸気分離器２の水位を一定に保持している。
【００２３】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、燃料電池発電装置を、請求項１に記載のごとく構成することとしたので、低温に冷却された循環水が冷却水循環ポンプ３の吸込み側へ送られ、燃料電池本体へ電池冷却水を供給する冷却水循環ポンプ３が、正味吸込み水頭（ＮＰＳＨ）が小さくとも、キャビテイションを生じることなく安定して運転できることとなり、装置高さが低く、特に屋内設置型として効果的な燃料電池発電装置が得られることとなった。
【００２５】
また、請求項２に記載のごとく構成することとすれば、冷却水循環ポンプをより一層安定に作動させることが可能となるので、装置高さが低く、特に屋内設置型として効果的な燃料電池発電装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池発電装置の実施例１の電池冷却水系統の基本構成を示すフロー図
【図２】従来の燃料電池発電装置の電池冷却水系統の基本構成を示すフロー図
【符号の説明】
１ 燃料電池本体
１ｃ 電池冷却機構
２ 水蒸気分離器
２ａ 水位計
３ 冷却水循環ポンプ
４ 流量調節弁
５ 熱交換器
６ 温度計
８ 補給水給水ポンプ
１０ ＶＶＶＦインバータ
【図１】
0004333931.tif 000002
【図２】
0004333931.tif 000003