(57)【要約】本発明に係る固体高分子型燃料電池システムは、熱回収系１９の凝縮熱交換器３８，４０で電気生成系２３からの排流体を熱源とし、給水系６６からの給水を被熱源として熱交換して温水にし、その温水を熱利用部に供給する温水供給手段４１と、上記凝縮熱交換器３８，４０で熱交換中に生成したドレン水を燃料改質系２２に供給する燃料に予混合する気水分離器３０と、上記電気生成系の電池本体３２に水を循環させて熱交換し、その温水を熱利用部に供給する循環路４５とを備えたことを特徴とする。上記構成によれば、燃焼排ガスに含まれるドレン水を効果的かつ十分に回収し、回収したドレン水の有効利用を図る固体高分子型燃料電池システムを提供することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、この水供給手段から供給される水を温水にする凝縮熱交換部と、この凝縮熱交換部からの温水を一旦貯めて熱利用部に供給する温水貯蔵部とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２】
前記凝縮熱交換部は、第１凝縮熱交換器と第２凝縮熱交換器とに区画され、第１凝縮熱交換器を電池本体の燃料極側に接続し、第２凝縮熱交換器を電池本体の少なくとも酸化剤極側に接続したことを特徴とする請求の範囲１記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３】
前記凝縮熱交換部は、気液分離部と第２凝縮熱交換器とに区画され、気液分離部を電池本体の燃料極側に接続し、第２凝縮熱交換器を電池本体の少なくとも酸化剤極側に接続したことを特徴とする請求の範囲１記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１凝縮熱交換器と前記第２凝縮熱交換器とは、ともに底部に共通のドレン水溜めを形成したことを特徴とする請求の範囲２記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項５】
前記気液分離部と前記第２凝縮熱交換器とは、ともに底部に共通のドレン水溜めを形成したことを特徴とする請求の範囲３記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項６】
前記ドレン水溜めは、空気供給手段を備えたことを特徴とする請求の範囲４記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項７】
前記ドレン水溜めは、空気供給手段を備えたことを特徴とする請求の範囲５記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項８】
前記温水貯蔵部は、貯湯槽であることを特徴とする請求の範囲１記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項９】
前記温水貯蔵部は、燃料改質系に供給する燃料の一部および電気生成系から出た未反応燃料のうち、少なくとも一方の燃料を用いて前記凝縮熱交換部から供給される温水を加熱する助燃装置を備えたことを特徴とする請求の範囲１記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１０】
前記温水貯蔵部は、凝縮熱交換部から供給される温水流量を制御する調節弁と、この調節弁に温水の温度信号に基づいて弁開度信号を演算して与える弁開度演算部とを備えたことを特徴とする請求の範囲１記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１１】
前記温水貯蔵部は、浴槽であることを特徴とする請求の範囲１記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１２】
前記浴槽は、壁部に収容した熱交換部を備え、この熱交換部に前記凝縮熱交換部から温水を供給する手段排出すると、前記熱交換部から温水を前記凝縮熱交換部への入口に戻す手段を設けたことを特徴とする請求の範囲１１記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１３】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、この水供給手段から供給される水を温水にする凝縮熱交換部と、この凝縮熱交換部からの温水を湯水として用いる浴槽と、上記凝縮熱交換部からの温水を加熱源として空気を温風にして熱利用部に供給する熱交換器と、この熱交換器を出た温水を上記凝縮熱交換部への水供給部に戻す手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１４】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、この水供給手段から供給される水を温水にする凝縮熱交換部と、この凝縮熱交換部からの温水を一旦貯めて熱利用部に供給する温水貯蔵部とを備える一方、上記電気生成系は、少なくともその電池本体の燃料極側もしくは酸化剤極側の一方に上記凝縮熱交換部で生成された凝縮水の一部を供給するラインを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１５】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合せた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、この水供給手段から供給される水を温水にする凝縮熱交換部と、この凝縮熱交換部からの温水を第１の熱利用部に供給する手段と、上記温水を第１の熱利用部に並行して設けた第２の熱利用部に供給する手段と、第２の熱利用部を通過した水を上記凝縮熱交換部の水供給部へ戻す手段と、第１または第２の熱利用部への供給熱量調節手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１６】
第１の熱利用部の温水上流側には少なくとも温水貯蔵部を備え、上記温水貯蔵部の温水排出部と第２の熱利用部の温水供給部を接続する手段を備えたことを特徴とする請求項１５記載の固体高分子型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、排ガスから凝縮水を効果的に回収するとともに、排ガスから凝縮水を回収する際に用いた熱エネルギの有効活用を図った固体高分子型燃料電池システムに関する。
背景技術
近年、高効率のエネルギ変換装置として、燃料電池システムが脚光を浴びている。燃料電池システムは、幾つかのタイプのものが稼動または研究開発中であるが、その中でも、電解質としてプロトン伝導性を有する高分子膜を用いた固体高分子型燃料電池システムが、コンパクトな構造で高出力密度が得られ、かつ簡略なシステムで運転が可能なので、定置用分散電源だけでなく、宇宙用や車両用の電源として注目されており、その構成として第９図および第１０図に示すものがある。
この固体高分子型燃料電池システムは、大別して電気生成系の電池本体、燃料改質系および熱回収系の三つの要素を備えているが、その中で電気生成系の電池本体として、以下に示す構成を備えている。
固体高分子型の電池本体は、高分子膜１と、ガス拡散電極としてシート状の燃料極２および酸化剤極３とを備えた膜電球複合体４とで構成されている。
膜電極複合体４は、高分子膜１を白金などの触媒を有する拡散電極としての燃料極２と酸化剤極３とで挟んでいる。
また、膜電極複合体４は、シート状の高分子膜１、燃料極２および酸化剤極３を通常、正方形または長方形に形成している。
一方、高分子膜１は、燃料極２と酸化剤極３とのそれぞれに供給する反応ガスの混合、干渉を防ぐため、その面積を各電極２，３よりも大きくするとともに、第１１図に示すように、反応ガスとより多く接触させるパッキン５を備えている。さらに、高分子膜１は、反応ガスに直交流させるために、マニホールドとしての貫通孔６を設けている。
他方、膜電極複合体４から電気を取り出すには、反応ガスとしての燃料ガスおよび酸化剤ガスを各電極２，３にそれぞれ供給する必要があるが、この場合、燃料ガスとして水素を主成分とする改質ガス（炭化水素から生成される燃料）が、また、酸化剤ガスとして空気に含まれる酸素がそれぞれ用いられる。
燃料極２に供給される燃料ガスのうち、水素は、以下に示す化学反応が起き、プロトンと電子とになる。
【化１】
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（１）式に示す反応において、プロトンは電解質として機能する高分子膜１の中を燃料極２から酸化剤極３に移動する。また、電子は高分子膜１を移動できないので、外部の電気回路を通って酸化剤極３に移動する。
酸化剤極３では、燃料極２からそれぞれ移動してきたプロトンと電子、それに酸化剤である酸素との間で、以下のような化学反応が起き、水が生成される。この水を一般に生成水と呼ぶ。生成水は酸化剤ガス中に蒸発し、水蒸気となって電池外に排出される。
【化２】
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このとき、両電極２，３に起電力（フェミル順位差）が発生する。この起電力を利用し、かつ各電極２，３に供給する反応ガスが混合・干渉しないようにするために、セパレータ７が第１１図に示すように設けられている。このセパレータ７は燃料極２側および酸化剤極３側と一体化し、単位電池８を形成している。
第１１図は、単位電池８を示す概念図である。単位電池８は、膜電極複合体４、燃料極２、酸化剤極３、セパレータ７およびパッキン５から構成されている。セパレータ７には、反応ガスを各単位電池８に供給する反応ガス供給孔（供給マニホールド）９、各単位電池８から反応ガスを排出させる反応ガス排出孔（排出マニホールド）１０、反応ガス供給孔９と反応ガス排出孔１０とを結ぶ燃料ガス流路１１および酸化剤ガス流路１２とが形成されている。
ところで、一つの膜電極複合体４を含む単位電池８に生じる起電力は、１Ｖ以下であり小さい。このため、単位電池８は、第１２図に示すように、積層に配置し、電気的に直列接続させてスタック１３を構成し、起電力を高くしている。スタック１３は、単位電池８を積層した後、スプリングやロッド等の締付機構を用いて固定している。また、スタック１３には、単位電池８毎に冷却する冷却板（図示せず）が設けられている。なお、スタック１３を冷却する際、冷却板を用いない手段として特開平１−１４０５６２号公報が開示されている。
次に、燃料改質系を説明する。
燃料極２に供給する燃料ガスは、水素が主成分である。しかし、純度の高い水素を供給することは難しい。このため、例えば、第１３図に示すように、メタンＣＨ４、プロパンＣ３Ｈ８、メタノールＣＨ３ＯＨ等の炭化水素燃料に触媒を用いて改質ガスを生成し、電池本体１５に供給する。この改質ガスを生成するシステムを燃料改質系１４と称する。
この燃料改質系１４は、炭化水素系燃料のうち、例えばメタンＣＨ４に水蒸気Ｈ２Ｏを加えて下記の反応式により水素に改質している。
【化３】
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しかし、この反応式は吸熱反応であり、熱を加えないとバランスがとれない。このため、燃料改質系１４は、例えばメタンＣＨ４から改質した水素Ｈ２を電池本体１５に供給した後に余った水素Ｈ２を元に戻し、ここで空気を加えて燃焼させている。
なお、燃料改質系１４には、例えば第１４図に示すように、酸素添加方式として炭化水素系のうち、例えば、メタンＣＨ４に酸素Ｏ２を加えて下記の式（３）により水素Ｈ２と一酸化炭素ＣＯとを生成し、電池本体１５に供給するものがある。
【化４】
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しかし、この方式では、一酸化炭素ＣＯが生成され、運転上、好ましくない。このため、改良形の燃料改質系１４として、例えば、第１５図に示すように、改質反応部１６にＣＯ変成器１７および選択酸化器１８を組み合わせ、炭化水素のうち、例えばメタンＣＨ４に水蒸気Ｈ２Ｏを加え、生成した一酸化炭素ＣＯをＣＯ変成器１７で水蒸気Ｈ２Ｏを加えて下記の式（４）により水素Ｈ２と二酸化炭素ＣＯ２に空気中の酸素Ｏ２を加えて下記の式（５）により二酸化炭素ＣＯ２を生成している。
【化５】
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次に、熱回収系を説明する。
この熱回収系には、電池本体１５に冷却用として供給した冷媒からの熱を利用する手段と、燃料改質系１４から発生した排熱を回収する手段とがある。前者の熱回収系１９は、第１６図に示すように、電池本体１５に冷却用として供給した冷媒が熱を回収して熱媒として熱交換器２０に供給され、ここで別の冷媒と熱交換して給湯や暖房等に熱利用する手段であり、例えば、特開平１０−３１１５６４号公報に開示されている。
また、後者の熱回収系１９は、第１７図に示すように、燃料改質系１４から燃焼排ガスを電池本体１５、ＣＯ変成器１７、ＣＯ選択酸化器１８等を介して熱交換器２０に供給し、ここで冷媒と熱交換して給湯や暖房等に熱利用する手段や、第１８図に示すように、燃料改質系１４からの燃焼排ガスを熱交換器２０を介して電池本体１５に供給する際、熱交換器２０に供給した冷媒が熱媒となったときの給湯等に利用する手段であり、例えば、特開平８−２８７９３２号公報に開示されている。
また、熱回収系１９には、電池本体１５や燃料改質系１４からの水回収も含まれる。特に、電池本体１５は純水を多量に使用する関係上、その本体内の水を自立させることが必要とされる。
水の自立の具体的手段には、例えば、第１９図に示すように、熱回収系１９で、燃焼排ガスと冷媒とを熱交換させ、その際、燃焼排ガスに含まれる水をドレン水（凝縮水）として回収するか、また、例えば、第２０図に示すように、熱回収系１９で、燃焼排ガスと外気とを熱交換させ、その際、熱をファン２１で外気に放出させ、燃焼排ガスからの水をドレン水（凝縮水）として回収し、また、例えば第２１図に示すように、熱回収系１９で、燃焼排ガスと循環する冷媒とで熱交換させ、その際に、燃焼排ガスからの水をドレン水（凝縮水）として回収する手段がある。
このように、従来の固体高分子型燃料電池システムでは、電池本体、燃料改質系および熱回収系を巧みに組み合わせ、高効率のエネルギ変換を行っていた。
第９図〜第２１図で示した従来の固体高分子型燃料電池システムには、幾つかの問題があり、その中でも水自立の際のドレン水（凝縮水）の回収がある。
従来、固体高分子型燃料電池システムは、燃焼排ガスに含まれる水をドレン水として回収する際、上述したように、冷媒や空気等と燃焼排ガスを熱交換させていたが、外気の温度によりドレン水の量に増減ができたり、夏季のように、気温の高いとき、水自立ができなかったり、ガス／ガスの熱交換では伝熱面積が大きくなり過ぎたり、ファン等を使用する場合、温度効率の制限から燃焼排ガスの露点に限界があるなど、種々の不具合、不都合があった。
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、燃焼排ガスに含まれるドレン水を効果的かつ十分に回収し、回収したドレン水の有効利用を図る固体高分子型燃料電池システムを提供することを目的とする。
発明の開示
本発明に係る固体高分子型燃料電池システムは、上述の目的を達成するために、化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、この水供給手段から供給される水を温水にする凝縮熱交換部と、この凝縮熱交換部からの温水を一旦貯めて熱利用部に供給する温水貯蔵部とを備えたものである，事を特徴とするものである。
また、上記観点における，分子型燃料電池システムは、その好適な実施例においては，上述の目的を達成するために、凝縮熱交換器は、第１凝縮熱交換器と第２凝縮熱交換器とに区画し、第１凝縮熱交換器を電池本体の燃料極側に接続し、第２凝縮熱交換器を電池本体の少なくとも酸化剤極側に接続したものである。
また、凝縮熱交換部は、気液分離部と第２凝縮熱交換器とに区画し、気液分離部を電池本体の燃料極側に接続し、第２凝縮熱交換器を電池本体の少なくとも酸化剤極側に接続したものである。
また、第１凝縮熱交換器と第２凝縮熱交換器とは、ともに底部に共通のドレン水溜めを形成したものである。
また、気液分離部と第２凝縮熱交換器とは、ともに底部に共通のドレン水溜めを形成したものである。
また、ドレン水溜めは、空気供給手段を備えたものである。
また、温水貯蔵部は、貯湯槽であることを特徴とするものである。
また、温水貯蔵部は、燃料改質系に供給する燃料の一部および電気生成系から出た未反応燃料のうち、少なくとも一方の燃料を用いて前記凝縮熱交換部から供給される温水を加熱する助燃装置を備えても良い。
また、温水貯蔵部は、凝縮熱交換部から供給される温水流量を制御する調節弁と、この調節弁に温水の温度信号に基づいて弁開度信号を演算して与える弁開度演算部とを備えてもよい。
また、温水貯蔵部は、浴槽であってもよい。
また、この浴槽は、壁部に収容した熱交換部を備え、この熱交換部に前記凝縮熱交換部から温水を供給する手段排出すると，前記熱交換部から温水を前記凝縮熱交換部への入口に戻す手段を設けたことを特徴とする。
さらにまた、本発明の目的は，化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、この水供給手段から供給される水を温水にする凝縮熱交換部と、この凝縮熱交換部からの温水を湯水として用いる浴槽と、上記凝縮熱交換部からの温水を加熱源として空気を温風にして熱利用部に供給する熱交換器と、この熱交換器を出た温水を上記凝縮熱交換部への水供給部に戻す手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システムを提供することにより達成される。
さらにまた、本発明の目的は，化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、この水供給手段から供給される水を温水にする凝縮熱交換部と、この凝縮熱交換部からの温水を一旦貯めて熱利用部に供給する温水貯蔵部とを備える一方、上記電気生成系は、少なくともその電池本体の燃料極側もしくは酸化剤極側の一方に上記凝縮熱交換部で生成された凝縮水の一部を供給するラインを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システムを提供することにより達成される。
さらにまた、本発明の目的は，化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合せた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、この水供給手段から供給される水を温水にする凝縮熱交換部と、この凝縮熱交換部からの温水を第１の熱利用部に供給する手段と、上記温水を第１の熱利用部に並行して設けた第２の熱利用部に供給する手段と、第２の熱利用部を通過した水を上記凝縮熱交換部の水供給部へ戻す手段と、第１または第２の熱利用部への供給熱量調節手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システムを提供することにより達成される。
また、この第２の熱利用部の温水上流側には少なくとも温水貯蔵部を備え、上記温水貯蔵部の温水排出部と第２の熱利用部の温水供給部を接続する手段を備えても良い。
以上の説明のとおり、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムは、燃料改質系、電気生成系、熱回収系を備え、燃料改質系で生成する改質燃料を空気とともに電気生成系で化学反応に基づく電気を発生させ、その際に生成した燃焼排ガスに含まれるドレン水を効果的かつ十分に回収し、回収したドレン水の有効利用し、排ガスを熱回収系に供給し、ここで排ガスを熱源として水供給手段からの水を加熱して温水にし、その温水を熱利用部に供給する一方、排ガスから分離したドレン水を燃料改質系の改質燃料の生成および給湯等のうち、いずれか少なくとも一方で活用することができるので、水自立を図ることができ、熱の有効利用を図ることが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
第１図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第１実施形態を示す概略系統図である。
本実施形態に係る固体高分子型燃料電池システムは、燃料改質系２２に電気生成系２３および熱回収系２４を組み合わせた構成になっている。
燃料改質系２２は、燃料改質部２５、ＣＯ変成器２６、ＣＯ選択酸化器２７、バーナ部２８を収容する改質器２９と、燃料系（図示せず）から燃料として例えばメタンＣＨ４を改質器２９に供給する際、予め水蒸気Ｈ２Ｏと予混合させる気水分離器３０と、ＣＯ選択酸化器２７に空気を供給するブロア３１とを備えている。
また、電気生成系２３は、燃料極、高分子膜、酸化剤極（ともに図示せず）等で単位電池（図示せず）を構成し、単位電池を層状に積み重ねて構成したスタック（図示せず）を収容する電池本体３２と、この電池本体３２の燃料極側に設けられ、加熱部３３ａおよびポンプ３３ｂを介装した循環路４５に水を循環させ、燃料極側で電気を生成する際に発生する熱を利用して加熱部３３ａで水を加熱させ、その温水を例えば便座等の熱利用部に供給する温水ヒータ３４とを備えている。
一方、熱回収系２４は、水供給手段６６、凝縮熱交換部３８、温水貯蔵部４１を備えている。
水供給手段６６は、蛇口３６およびバルブ３７を備え、外部からの水、例えば水道水を凝縮熱交換部３８に供給する構成になっている。
また、凝縮熱交換部３８は第１凝縮熱交換器４０ａと第２凝縮熱交換器４０ｂとに区画し、第１凝縮熱交換器４０ａを電池本体３２の燃料極側に燃料排ガス管３５を介して接続する一方、第２凝縮熱交換器４０ｂを電池本体３２の酸化剤極側に酸化剤排ガス管３９を介して接続する構成になっている。
また、第１凝縮熱交換器４０ａおよび第２凝縮熱交換器４０ｂは、ともに、その底部に共通のドレン水溜め５３を形成するとともに、このドレン水溜め５３に空気を供給するブロア４２を備えている。
また、温水貯蔵部４１は、第１凝縮熱交換器４０ａおよび第２凝縮熱交換器４０ｂで生成した温水を一旦貯めて、例えば尻洗浄等の熱利用部に供給する構成になっている。
このような構成を備えた固体高分子型燃料電池システムにおいて、燃料系から供給された例えばメタンＣＨ４は、気水分離器３０からの水蒸気Ｈ２Ｏが加えられた後、燃料改質系２２の改質器２９に供給される。
この改質器２９は、水蒸気改質方式を採用しており、メタンＣＨ４および水蒸気Ｈ２Ｏの混合媒体を燃料改質部２５、ＣＯ変成器２６、ＣＯ選択酸化器２７を順次通過させる間にブロア３１からＣＯ選択酸化器２７に空気を供給し、水素Ｈ２を主成分とする改質ガスを生成する。改質器２９で生成された改質ガスは、ＣＯの濃度が焼く５０ｐｐｍになっている。
改質器２９で生成された改質ガスは、電池本体３２の燃料極側に供給されるとともに、電池本体３２の酸化剤極側にブロア４２からの空気が供給される。なおブロア４２は、改質器２９のバーナ部２８および熱回収系２４における第１凝縮熱交換器４０ａおよび第２凝縮熱交換器４０ｂのドレン水溜め５３にも空気を供給している。特に、第１凝縮熱交換器４０ａおよび第２凝縮熱交換器４０ｂのドレン水溜め５３に供給される空気は、ドレン水にバブリングとして与え、ドレン水中のＣＯ２を除去するようになっている。
電池本体３２は、燃料極と酸化剤極とで水Ｈ２Ｏの生成反応を行わせた後、燃料極側の排ガスを燃料排ガス管３５を介して第１凝縮熱交換器４０ａに供給し、ここで、水供給手段６６からの、例えば水道水等の水を加熱して温水にし、その温水を温水貯蔵部４１で貯めた後、例えば尻洗浄等の熱利用部に供給される。なお、第１凝縮熱交換器４０ａに供給される排ガスは、水供給手段からの水を加熱後、排ガス管４６を介して改質器２９のバーナ部２８に燃料源として供給される。
また、電池本体３２は、酸化剤極側の排ガスを、酸化剤排ガス管３９を介して改質器２９のバーナ部２８からの排ガスとともに第２凝縮熱交換器４０ｂに供給し、ここでも上述と同様に、水供給手段６６からの水を加熱して温水にし、その温水を温水貯蔵部４１に供給する一方、ドレン水の一部をポンプ４３を介して気水分離器３０に戻し、残りをブロー管４４で系外にブローさせている。なお、第２凝縮熱交換器４０ｂに供給された排ガスは、水供給手段６６からの水を加熱後、排気として大気に放出される。
また、電池本体３２は、燃料極と酸化剤極とで水Ｈ２Ｏの生成反応中、発生する熱を利用して循環路４５を流れる水（冷却水）を加熱部３３ａで加熱させ、その温水をポンプ３３ｂを介して、温水ヒータ３４に供給し、ここで、例えば便座等の熱利用部の水を加熱させるようになっている。
このように、本実施形態は、改質器２９のバーナ部２８から生成した排ガス、電池本体３２の燃料極から生成した排ガスおよびその酸化剤極から生成した排ガスのそれぞれに含まれる水蒸気を第１および第２凝縮熱交換器４０ａ，４０ｂの熱源として回収させたので、水自立を図ることができ、熱の有効利用を図ることができる。
第２図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第２実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
本実施形態に係る固体高分子型燃料電池システムは、熱回収系２４のうち、凝縮熱交換部３８を気液分離部４７と第２凝縮熱交換器４０ｂとに区画するとともに、気液分離部４７を燃料排ガス管３５を介して電池本体３２の燃料極側に接続し、第２凝縮熱交換器４０ｂを酸化剤排ガス管３９を介して電池本体３２の酸化剤極側に接続したものである。
また、本実施形態に係る固体高分子型燃料電池システムは、水供給手段６６のバルブ３６からの水、例えば水道水を第２凝縮熱交換器４０ｂで熱交換させ、熱交換後の温水を一旦貯えて給湯として熱利用部へ供給する貯湯槽４９に燃料系（図示せず）から燃料管５０を介して例えばメタンＣＨ４等の燃料を燃焼させる助燃装置５１を設けたものである。なお、助燃装置５１は、貯湯槽４９に設けた温度センサ５２の指令により作動するようになっている。
また、本実施形態に係る固体高分子型燃料電池システムは、気液分離部４７と第２凝縮熱交換器４０ｂとのそれぞれの底部に共通のドレン水溜め、５３を備え、ドレン水溜め５３からのドレン水をポンプ４３を介して気水分離器３０に供給するとともに、残りのドレン水をポンプ５４、ドレン水供給管５５を介して電池本体３２の燃料極側に供給し、さらに燃料極側から酸化剤極側に移動する際、電池本体３２内の電池生成に伴う高分子膜、燃料極側および酸化剤極側の熱を除去する、いわゆる潜熱冷却を行わせたものである。なお、他の構成は、第１実施形態の構成部分と同一なので、その重複説明を省略する。
このように、本実施形態は、改質器２９のバーナ部２８から生成された排ガス、電池本体３２の燃料極から生成された排ガスおよびその酸化剤極から生成された排ガスのそれぞれに含まれる水蒸気を気液分離部４７および凝縮熱交換器４８のそれぞれに回収させ、回収したドレン水を貯湯槽４９および電池本体３２の燃料極側のそれぞれに供給するので、水自立を図ることができ、熱の有効利用を図ることができる。
第３図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第３実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
本実施形態に係る固体高分子型燃料電池システムは、凝縮熱交換部３８の第１凝縮熱交換器４０ａおよび第２凝縮熱交換器４０ｂのそれぞれで生成したドレン水を、ポンプ５６を介して電池本体３２の燃料極側に供給し、ここでドレン水により燃料極側および酸化剤極側を蒸発潜熱で冷却させる、いわゆる潜熱冷却方式を行わせる第１ドレン水供給管５７と、そのドレン水をポンプ５８および気液分離部５９を介して水蒸気Ｈ２Ｏとして改質器２９のＣＯ変成器２６に供給する第２ドレン水供給管６０とを設けたものである。
また、本実施形態に係る固体高分子型燃料電池システムは、第１凝縮熱交換器４０ａで生成したガスを貯湯槽４９の助燃装置５１に供給するガス供給管６１を設けるとともに、第２凝縮熱交換器４０ｂから貯湯槽４９に供給する温水の温度を温度センサ５２で検出し、検出信号が予め定められた温度を超えたとき、温度調節弁６２の弁開度を制御する弁開度演算部６３を設けたものである。
また、本実施形態に係る固体高分子型燃料電池システムは、改質器２９に熱交換部６４を設けて改質器２９を冷却させ、その際、加熱された媒体を熱利用部（図示せず）に供給する媒体給排管６５を設けたものである。なお、他の構成は、第１実施形態の構成と同一なので、その説明を省略する。
このように、本実施形態は、第１凝縮熱交換器４０ａおよび第２凝縮熱交換器４０ｂのドレン水溜め５３で生成されたドレン水のうち、一部を電池本体３２の燃料極側に回収させる第１ドレン水供給管５７と、残りをポンプ５８および気液分離部５９を介して水蒸気Ｈ２Ｏとして改質器２９のＣＯ変成器２６に回収させる第２ドレン水供給管６０とを備えたので、水自立を図ることができる。
また、本実施形態は、第１凝縮熱交換器４０ａから生成されたガスを貯湯槽４９の助燃装置５１に供給するガス供給管６１を備える一方、改質器２９に熱交換部６４を設け、熱交換部６４で改質器２９を冷却させる際、得られた加熱媒体を熱利用部に供給する媒体給排管６５を備えたので、熱の有効利用を図ることができる。
第４図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第４実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態および第２実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
本実施形態に係る固体高分子型燃料電池システムは、凝縮熱交換部３８の第２凝縮熱交換器４０ｂにおいて、電池本体３２の酸化剤極側から酸化剤排ガス管３９を介して供給される排ガスを熱源として用い、水供給手段６６からの水を加熱して湯水にし、その湯水を貯えて湯水として利用する浴槽６７と、この浴槽６７の湯水を再加熱させるために、燃料系（図示せず）の燃料管５０から供給される、例えばメタンＣＨ４等の燃料を燃焼させる助燃装置５１と、浴槽６７の入口側に設けられ、浴槽６７の湯温を検出する温度センサ６８の指令で弁開度を調節する温度調節弁６９とを備えたものである。なお、他の構成は、第１実施形態および第２実施形態の構成と同一なので、その説明を省略する。
このように、本実施形態は、凝縮熱交換部３８の第２凝縮熱交換器４０ｂで生成する温水を湯水として利用する浴槽６７を備えるとともに、燃料系の燃料管５０から供給される燃料を燃焼させて湯水を再加熱する助燃装置５１を備える一方、温水の湯温を制御する温度調節弁６９を備えているので、適正な温度制御の下、熱の有効利用を図ることができる。
第５図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第５実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態および第２実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
本実施形態に係る固体高分子型燃料電池システムは、電池本体３２の燃料極側から燃料排ガス管３５を介して接続する第１凝縮熱交換器４０ａと、電池本体３２の酸化剤極側から酸化剤排ガス管３９を介して接続する第２凝縮熱交換器４０ｂとのそれぞれに、水供給手段６６の蛇口３６、バルブ７０，７１を介して供給する例えば水道水等の水を加熱して温水にし、その温水の一部を湯水として貯える浴槽６７と、その温水の残りを湯水の加熱用として用いるために、浴槽６７の壁部７２内に埋設する熱交換部７３と、この熱交換部７３から出た温水を水供給手段６６の蛇口３６の出口側にポンプ７８を介装して戻す温水戻し管７４とを備えたものである。
また、本実施形態に係る固体高分子型燃料電池システムは、凝縮熱交換部３８の第１凝縮熱交換器３８および第２凝縮熱交換器４０で生成された温水を湯水として浴槽６７に供給する湯水管７９と、この湯水管７９に設けた温度センサ６８の指令で弁開度を調節する温度調節弁６９を備えたものである。なお、他の構成は、第１実施形態および第２実施形態の構成と同一なので、その説明を省略する。
このように、本実施形態は、水供給手段６６からの水を第１凝縮熱交換器４０ａおよび第２凝縮熱交換器４０ｂで温水にし、その温水を湯水として浴槽６７に供給する際、その一部を温度調節弁６９で制御し、残りを湯水加熱用として壁部７２内に設けた熱交換部７３に供給し、再加熱後の温水を水供給手段６６に戻す温水戻し管７５を設けているので、適正な温度制御の下、熱の有効利用を図ることができる。
なお、本実施形態は、水供給手段６６からの水を第１凝縮熱交換器４０ａおよび第２凝縮熱交換器４０ｂで温水に生成し、その温水を湯水として、浴槽６７に供給する際、その一部を湯水の再加熱用として用いたが、この例に限らず、例えば、第６図に示すように、凝縮熱交換部３８の第２凝縮熱交換器４０ｂからの温水を浴槽６７に供給する際、その一部を温度センサ７５の制御の下、槽外に設けた熱交換器７６に供給し、ファン７７から吸い込んだ空気を昇温させ、その昇温させた温風を例えば乾燥室あるいは浴室等の熱利用部に供給してもよい。なお、ファン７７からの空気を昇温させた温水は、温水戻し管７４を介して給水系６６に戻される。
さらにまた，第７図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第７実施形態を示す概略系統図である。なお、第１及び第６実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
本実施形態に係る固体高分子型燃料電池システムは、凝縮熱交換部３８の第２凝縮熱交換器４０ｂにおいて、電池本体３２の酸化剤極側から酸化剤排ガス管３９を介して供給される排ガスを熱源として用い、水供給手段６６からの水を加熱して温水とし、配管７９、８４、８５を通じて温水貯蔵部４１に供給した後、配管８９を介し必要に応じて給湯やシャワー等の第１の熱利用部に供給する。
一方、温水貯蔵部４１と並行して第２の熱利用部として、配管８６を通じて第２の熱利用部である床暖房用の熱交換器７６を設け、床に熱を供給後、配管８８並びにポンプ７８を介して凝縮熱交換部３８の水供給部に戻す構造を採用している。この熱交換器７６の用途は床暖房に限るものではなく、壁に内蔵された暖房、温風供給手段等にも適用できる。
更には、凝縮熱交換部３８を通過した温水の温度（熱量）調節手段として、バルブ８３、ポンプ７８並びに配管８７を通じて空冷用の熱交換器８１が備えてあり、上記温水はポンプ７８の動力により空冷用の熱交換器８１に導かれ、そこでファン８２により供給された空気で冷却された後に配管８８より凝縮熱交換部３８の水供給部に戻される。
熱交換器８１及びファン８２は、第１並びに第２の熱利用部で熱利用しない場合、もしくは利用熱量を低減したい場合に利用する。その制御手段として、温水貯蔵部４１並びに床暖房用の熱交換器７６に供給する温水の温度を温度センサ７５で感知し、バルブ８０並びに８３の開度、及びポンプ７８の回転数にフィードバックさせて制御する。またその際、水供給手段のバルブ３６の開度を制御してもよい。
このように、本実施形態は、水供給手段６６からの水を第２凝縮熱交換器４０ｂで温水にし、その温水を温水貯蔵部４１を介して第１の熱利用部に供給する、もしくは並行する第２の熱利用部に供給する際、その温水の温度または流量を、空冷用の熱交換器８１や温度センサ７５等の温度調節手段を設けているので、適正な温度制御の下、熱の有効利用を図ることができる。
また、第８図に示すように、温水貯蔵部４１から床暖房用の熱交換器７６の温水上流側である配管８６に接続する手段として、配管９２及びバルブ９３を設けることにより、固体高分子型燃料電池システムを起動していない場合もしくは起動してから発電に至るまでの間において、ポンプ７８の動力により温水貯蔵部４１に貯めた温水を床暖房用の熱交換器７６に供給することができるようになる。更に、温水貯蔵部４１内の水も循環されるために腐食等を防止できる。またこのとき、配管９２は温水貯蔵部４１に直接接続するのではなく、配管８９に接続してもよい。
産業上の利用可能性
以上の説明のとおり、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムは、燃料改質系、電気生成系、熱回収系を備え、燃料改質系で生成する改質燃料を空気とともに電気生成系で化学反応に基づく電気を発生させ、その際に生成した排ガスを熱回収系に供給し、ここで排ガスを熱源として水供給手段からの水を加熱して温水にし、その温水を熱利用部に供給する一方、排ガスから分離したドレン水を燃料改質系の改質燃料の生成および給湯等のうち、いずれか少なくとも一方で活用するので、水自立を図ることができ、熱の有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第１実施形態を示す概略系統図。
第２図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第１実施形態を示す概略系統図。
第３図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第３実施形態を示す概略系統図。
第４図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第４実施形態を示す概略系統図。
第５図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第５実施形態を示す概略系統図。
第６図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第６実施形態を示す概略系統図。
第７図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第７実施形態を示す概略系統図。
第８図は、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの第８実施形態を示す概略系統図。
第９図は、従来の固体高分子型燃料電池の膜電極複合体を示す概念図。
第１０図は、第８図のＡ矢視方向から見た平面図。
第１１図は、従来の固体高分子型燃料電池の単位電池を示す概念図。
第１２図は、従来の固体高分子型燃料電池のスタックを示す概念図。
第１３図は、従来の固体高分子型燃料電池における水蒸気添加方式の燃料改質系を示す概念図。
第１４図は、従来の固体高分子型燃料電池における酸素添加方式の燃料改質系を示す概念図。
第１５図は、従来の固体高分子型燃料電池における他の燃料改質系を示す概念図。
第１６図は、従来の固体高分子型燃料電池における熱回収系を示す概念図。
第１７図は、従来の水蒸気添加方式の燃料改質系における熱回収系を示す概念図。
第１８図は、従来の水蒸気添加方式の燃料改質系における熱回収系を示す概念図。
第１９図は、従来の水蒸気添加方式の燃料改質系における他の熱回収系を示す概念図。
第２０図は、従来の水蒸気添加方式の燃料改質系における他の熱回収系を示す概念図。
第２１図は、従来の水蒸気添加方式の燃料改質系における他の熱回収系を示す概念図。
【図１】
2002023661.tif 000008
【図２】
2002023661.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2002023661.tif 000020
【図１４】
2002023661.tif 000021
【図１５】
2002023661.tif 000022
【図１６】
2002023661.tif 000023
【図１７】
2002023661.tif 000024
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2002023661.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成14年10月21日(2002.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
削除
【請求項２】
削除
【請求項３】
削除
【請求項４】
削除
【請求項５】
削除
【請求項６】
削除
【請求項７】
削除
【請求項８】
削除
【請求項９】
削除
【請求項１０】
削除
【請求項１１】
削除
【請求項１２】
削除
【請求項１３】
削除
【請求項１４】
削除
【請求項１５】
削除
【請求項１６】
削除
【請求項１７】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、電気生成系より排出される既反応ガスに含まれる水蒸気を凝縮すると共に前記既反応ガスのもつエネルギにより前記水供給手段から供給される水を昇温する凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部からの温水を一旦貯めて熱利用部に供給する温水貯蔵部とを備え、前記凝縮熱交換部は、第１凝縮熱交換器と第２凝縮熱交換器とに区画形成され、前記第１凝縮熱交換器を電池本体の燃料極側に接続し、前期２凝縮熱交換器を少なくとも電池本体の酸化剤極側に接続したことを特徴とする、固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１８】
前記第１凝縮熱交換器と前記第２凝縮熱交換器とは、ともに底部に共通のドレン水溜めを形成したことを特徴とする請求の範囲１７記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１９】
前記ドレン水溜めは、空気供給手段を備えたことを特徴とする請求の範囲１８記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２０】
前記温水貯蔵部は、貯湯槽であることを特徴とする請求の範囲１７記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２１】
前記温水貯蔵部は、燃料改質系に供給する燃料の一部および電気生成系から出た未反応燃料のうち、少なくとも一方の燃料を用いて前記凝縮熱交換部から供給される温水を加熱する助燃装置を備えたことを特徴とする請求の範囲１７記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２２】
前記温水貯蔵部は、凝縮熱交換部から供給される温水流量を制御する調節弁と、前記調節弁に温水の温度信号に基づいて弁開度信号を演算して与える弁開度演算部とを備えたことを特徴とする請求の範囲１７記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２３】
前記温水貯蔵部は、浴槽であることを特徴とする請求の範囲１７記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２４】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、電気生成系より排出される既反応ガスに含まれる水蒸気を凝縮すると共に前記既反応ガスのもつエネルギにより前記水供給手段から供給される水を昇温する凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部からの温水を一旦貯めて熱利用部に供給する温水貯蔵部とを備え、前記凝縮熱交換部は、気液分離部と第２凝縮熱交換器とに区画形成され、前記気液分離部を電池本体の燃料極側に接続し、前記第２凝縮熱交換器を少なくとも電池本体の酸化剤極側に接続したことを特徴とする、固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２５】
前記気液分離部と前記第２凝縮熱交換器とは、ともに底部に共通のドレン水溜めを形成したことを特徴とする請求の範囲２４記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２６】
前記ドレン水溜めは、空気供給手段を備えたことを特徴とする請求の範囲２５記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２７】
前記温水貯蔵部は、貯湯槽であることを特徴とする請求の範囲２４記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２８】
前記温水貯蔵部は、燃料改質系に供給する燃料の一部および電気生成系から出た未反応燃料のうち、少なくとも一方の燃料を用いて前記凝縮熱交換部から供給される温水を加熱する助燃装置を備えたことを特徴とする請求の範囲２４記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２９】
前記温水貯蔵部は、凝縮熱交換部から供給される温水流量を制御する調節弁と、この調節弁に温水の温度信号に基づいて弁開度信号を演算して与える弁開度演算部とを備えたことを特徴とする請求の範囲２４記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３０】
前記温水貯蔵部は、浴槽であることを特徴とする請求の範囲２４記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３１】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、電気生成系より排出される既反応ガスに含まれる水蒸気を凝縮すると共に前記既反応ガスのもつ熱エネルギにより前記水供給手段から供給される水を昇温する前記水供給手段から供給される水を昇温する凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部から排出される加温水から熱エネルギを放出する熱交換手段と、前記熱交換手段から排出される水を前記水供給手段に戻す水還流手段からなり、前記凝縮熱交換部は、第１凝縮熱交換器と第２凝縮熱交換器とに区画形成され、前記第１凝縮熱交換器と電池本体の燃料極側を接続し、前記第２凝縮熱交換器と少なくとも電池本体の酸化剤極側とを接続したことを特徴とする、固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３２】
前記水還流手段は浴槽を含み、前記凝縮熱交換部から排出される加温水から熱エネルギを放出する熱交換手段はこの浴槽の壁部に収容した熱交換部であることを特徴とする請求の範囲３１記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３３】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、電気生成系より排出される既反応ガスに含まれる水蒸気を凝縮すると共に前記既反応ガスのもつ熱エネルギにより前記水供給手段から供給される水を昇温する前記水供給手段から供給される水を昇温する凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部から排出される加温水から熱エネルギを放出する熱交換手段と、前記熱交換手段から排出される水を前記水供給手段に戻す水還流手段からなり、前記凝縮熱交換部は、気液分離部と第２凝縮熱交換器とに区画形成され、前記気液分離部と電池本体の燃料極側を接続し、前記第２凝縮熱交換器と少なくとも電池本体の酸化剤極側とを接続したことを特徴とする、固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３４】
前記水還流手段は浴槽を含み、前記凝縮熱交換部から排出される加温水から熱エネルギを放出する熱交換手段はこの浴槽の壁部に収容した熱交換部であることを特徴とする請求の範囲３３記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３５】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、前記水供給手段から供給される水を昇温する凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部からの温水を湯水として用いる浴槽と、上記凝縮熱交換部からの温水を加熱源として空気を温風にして熱利用部に供給する熱交換器と、この熱交換器を出た温水を上記凝縮熱交換部への水供給部に戻す手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３６】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、前記水供給手段から供給される水を昇温にする凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部からの温水を一旦貯めて熱利用部に供給する温水貯蔵部とを備える一方、上記電気生成系は、少なくともその電池本体の燃料極側もしくは酸化剤極側の一方に上記凝縮熱交換部で生成された凝縮水の一部を供給するラインを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３７】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合せた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、前記水供給手段から供給される水を昇温にする凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部からの温水を第１の熱利用部に供給する手段と、上記温水を第１の熱利用部に並行して設けた第２の熱利用部に供給する手段と、第２の熱利用部を通過した水を上記凝縮熱交換部の水供給部へ戻す手段と、第１または第２の熱利用部への供給熱量調節手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３８】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、前記水供給手段から供給される水を昇温にする凝縮熱交換部と、上記凝縮熱交換部からの温水を加熱源として家屋の床又は壁を暖める熱交換器と、この熱交換器を出た温水を蒸気凝縮熱交換部への水供給部に戻す手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
【手続補正書】
【提出日】平成14年10月21日(2002.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
削除
【請求項２】
削除
【請求項３】
削除
【請求項４】
削除
【請求項５】
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【請求項６】
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【請求項７】
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【請求項８】
削除
【請求項９】
削除
【請求項１０】
削除
【請求項１１】
削除
【請求項１２】
削除
【請求項１３】
削除
【請求項１４】
削除
【請求項１５】
削除
【請求項１６】
削除
【請求項１７】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、電気生成系より排出される既反応ガスに含まれる水蒸気を凝縮すると共に前記既反応ガスのもつエネルギにより前記水供給手段から供給される水を昇温する凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部からの温水を一旦貯めて熱利用部に供給する温水貯蔵部とを備え、前記凝縮熱交換部は、第１凝縮熱交換器と第２凝縮熱交換器とに区画形成され、前記第１凝縮熱交換器を電池本体の燃料極側に接続し、前期２凝縮熱交換器を少なくとも電池本体の酸化剤極側に接続したことを特徴とする、固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１８】
前記第１凝縮熱交換器と前記第２凝縮熱交換器とは、ともに底部に共通のドレン水溜めを形成したことを特徴とする請求の範囲１７記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１９】
前記ドレン水溜めは、空気供給手段を備えたことを特徴とする請求の範囲１８記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２０】
前記温水貯蔵部は、貯湯槽であることを特徴とする請求の範囲１７記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２１】
前記温水貯蔵部は、燃料改質系に供給する燃料の一部および電気生成系から出た未反応燃料のうち、少なくとも一方の燃料を用いて前記凝縮熱交換部から供給される温水を加熱する助燃装置を備えたことを特徴とする請求の範囲１７記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２２】
前記温水貯蔵部は、凝縮熱交換部から供給される温水流量を制御する調節弁と、前記調節弁に温水の温度信号に基づいて弁開度信号を演算して与える弁開度演算部とを備えたことを特徴とする請求の範囲１７記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２３】
前記温水貯蔵部は、浴槽であることを特徴とする請求の範囲１７記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２４】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、電気生成系より排出される既反応ガスに含まれる水蒸気を凝縮すると共に前記既反応ガスのもつエネルギにより前記水供給手段から供給される水を昇温する凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部からの温水を一旦貯めて熱利用部に供給する温水貯蔵部とを備え、前記凝縮熱交換部は、気液分離部と第２凝縮熱交換器とに区画形成され、前記気液分離部を電池本体の燃料極側に接続し、前記第２凝縮熱交換器を少なくとも電池本体の酸化剤極側に接続したことを特徴とする、固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２５】
前記気液分離部と前記第２凝縮熱交換器とは、ともに底部に共通のドレン水溜めを形成したことを特徴とする請求の範囲２４記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２６】
前記ドレン水溜めは、空気供給手段を備えたことを特徴とする請求の範囲２５記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２７】
前記温水貯蔵部は、貯湯槽であることを特徴とする請求の範囲２４記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２８】
前記温水貯蔵部は、燃料改質系に供給する燃料の一部および電気生成系から出た未反応燃料のうち、少なくとも一方の燃料を用いて前記凝縮熱交換部から供給される温水を加熱する助燃装置を備えたことを特徴とする請求の範囲２４記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２９】
前記温水貯蔵部は、凝縮熱交換部から供給される温水流量を制御する調節弁と、この調節弁に温水の温度信号に基づいて弁開度信号を演算して与える弁開度演算部とを備えたことを特徴とする請求の範囲２４記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３０】
前記温水貯蔵部は、浴槽であることを特徴とする請求の範囲２４記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３１】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、電気生成系より排出される既反応ガスに含まれる水蒸気を凝縮すると共に前記既反応ガスのもつ熱エネルギにより前記水供給手段から供給される水を昇温する前記水供給手段から供給される水を昇温する凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部から排出される加温水から熱エネルギを放出する熱交換手段と、前記熱交換手段から排出される水を前記水供給手段に戻す水還流手段からなり、前記凝縮熱交換部は、第１凝縮熱交換器と第２凝縮熱交換器とに区画形成され、前記第１凝縮熱交換器と電池本体の燃料極側を接続し、前記第２凝縮熱交換器と少なくとも電池本体の酸化剤極側とを接続したことを特徴とする、固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３２】
前記水還流手段は浴槽を含み、前記凝縮熱交換部から排出される加温水から熱エネルギを放出する熱交換手段はこの浴槽の壁部に収容した熱交換部であることを特徴とする請求の範囲３１記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３３】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、電気生成系より排出される既反応ガスに含まれる水蒸気を凝縮すると共に前記既反応ガスのもつ熱エネルギにより前記水供給手段から供給される水を昇温する前記水供給手段から供給される水を昇温する凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部から排出される加温水から熱エネルギを放出する熱交換手段と、前記熱交換手段から排出される水を前記水供給手段に戻す水還流手段からなり、前記凝縮熱交換部は、気液分離部と第２凝縮熱交換器とに区画形成され、前記気液分離部と電池本体の燃料極側を接続し、前記第２凝縮熱交換器と少なくとも電池本体の酸化剤極側とを接続したことを特徴とする、固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３４】
前記水還流手段は浴槽を含み、前記凝縮熱交換部から排出される加温水から熱エネルギを放出する熱交換手段はこの浴槽の壁部に収容した熱交換部であることを特徴とする請求の範囲３３記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３５】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、前記水供給手段から供給される水を昇温する凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部からの温水を湯水として用いる浴槽と、上記凝縮熱交換部からの温水を加熱源として空気を温風にして熱利用部に供給する熱交換器と、この熱交換器を出た温水を上記凝縮熱交換部への水供給部に戻す手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３６】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、前記水供給手段から供給される水を昇温にする凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部からの温水を一旦貯めて熱利用部に供給する温水貯蔵部とを備える一方、上記電気生成系は、少なくともその電池本体の燃料極側もしくは酸化剤極側の一方に上記凝縮熱交換部で生成された凝縮水の一部を供給するラインを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３７】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合せた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、前記水供給手段から供給される水を昇温にする凝縮熱交換部と、前記凝縮熱交換部からの温水を第１の熱利用部に供給する手段と、上記温水を第１の熱利用部に並行して設けた第２の熱利用部に供給する手段と、第２の熱利用部を通過した水を上記凝縮熱交換部の水供給部へ戻す手段と、第１または第２の熱利用部への供給熱量調節手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３８】
化学的に電気を生成する電気生成系に燃料改質系と熱回収系を組み合わせた固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記熱回収系は、水供給手段と、前記水供給手段から供給される水を昇温にする凝縮熱交換部と、上記凝縮熱交換部からの温水を加熱源として家屋の床又は壁を暖める熱交換器と、この熱交換器を出た温水を蒸気凝縮熱交換部への水供給部に戻す手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
【国際調査報告】
2002023661.tif 000029
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