JPH10334932A - 燃料電池発電システム及び燃料電池発電システムにおける排熱回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸気からの排熱回収を効率的に行い、かつ、
コストを低減する。 【解決手段】 電池冷却水系として、燃料電池本体１、
気水分離器２、電池冷却水循環ポンプ３、蒸気発生器１
０、温度調整用熱交換器４をを循環する循環系を設け
る。排熱回収系として、蒸気発生器１０、排熱回収装置
７、ポンプ１９を循環する循環系を設ける。蒸気発生器
１０は、電池冷却水系のうち電池冷却水循環ポンプ３の
下流側に設ける。蒸気発生器１０の下流から電池冷却水
の一部を分岐させ、水処理装置８及びポンプ９を経由し
て気水分離器２の下流に還流させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電シス
テム及び燃料電池発電システムにおける排熱回収方法の
改良に関するもので、特に、排熱を効果的に回収するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池発電システムは、都市ガスやプ
ロパンガス等の燃料を改質して得られる水素と、空気な
どから得られた酸素との化学反応を利用して、化学エネ
ルギーを電気エネルギーに変換することによって直流電
力を取り出す発電システムである。このように、燃料電
池発電システムは、化学反応によるエネルギーから直接
電流を得るシステムであるため発電効率が高い。さら
に、温水レベルの低温排熱及び蒸気レベルの高温排熱を
回収して、回収した排熱を全て利用した場合、総合的な
エネルギー利用効率は８０％以上に達する。

【０００３】また、燃料電池発電システムは、燃料の燃
焼を用いないため大気汚染物質の排出が少なく、騒音も
小さいため、次世代のクリーンエネルギーシステムとし
ての評価が高い。なお、回収された排熱のうち、高温排
熱は吸収式冷凍機や蒸気タービンの駆動源等としての利
用価値が高いため、近年蒸気取り出しの要求が強くなっ
ている。

【０００４】ここで、図４，５は、それぞれ、従来の燃
料電池発電システムの構成例を示したものである。すな
わち、燃料電池発電システムでは、図４及び５に示すよ
うに、燃料電池本体１が燃料極１ａ、空気極１ｂ及び電
池冷却板１ｃを有しており、燃料ガスが燃料極１ａへ、
反応用空気が空気極１ｂへ供給されて発電が行われる。
電池冷却板１ｃには、燃料電池から発生する熱を吸収す
るための電池冷却水が通流されており、発電時に発生し
た熱はこの電池冷却水に熱交換させることによって回収
される。加熱された電池冷却水は、気体と液体に２相流
化した状態で気水分離器２に導かれる。この気水分離器
２は、燃料電池本体１での加熱によって気体と液体に２
相流化した電池冷却水を蒸気２ａと冷却水２ｂとに分離
する装置である。

【０００５】図４に示す構成では、ここで分離された蒸
気が改質器と排熱回収装置７に送られ、改質器に送られ
た蒸気は、燃料ガスの改質反応に利用される。一方、排
熱回収装置７は、システム内部の排熱を外部に伝達する
ための熱交換器であり、この排熱回収装置７に送られた
水蒸気は、ここで排熱を奪われることによって凝縮水に
変えられ、水処理装置２８へ送られる。なお、水処理装
置２８は、イオン交換樹脂などを用いて電池冷却水を浄
化する装置である。

【０００６】そして、水処理装置２８で浄化された凝縮
水は、循環ポンプ９で加圧され、気水分離器２の下流に
戻される。戻された凝縮水は、気水分離器２で分離され
た電池冷却水に合流して電池冷却水循環ポンプ３へ送ら
れる。このポンプ３は、電池冷却水を循環させるために
加圧するポンプである。

【０００７】ポンプ３で加圧された電池冷却水は温度調
整用熱交換器４に送られる。この熱交換器４は、電池冷
却水を、電池冷却板１ｃの入口における規定の温度まで
冷却するための装置である。ここで冷却された電池冷却
水は再び電池冷却板１ｃに導かれ、発電による排熱回収
に再び用いられる。

【０００８】このような構成の燃料電池発電システムに
おける排熱回収の手法は、気水分離器２から得られた余
剰分の高温蒸気から直接排熱を回収することから、直接
取り出し方法と呼ばれる。なお、電池冷却板１ｃ、気水
分離器２、電池冷却水循環ポンプ３及び温度調整用熱交
換器４を有する循環系を、電池冷却水系と呼ぶ。

【０００９】しかし、図４に示した直接取り出し方法の
場合、電池冷却水系と排熱回収装置７が、冷却水が相互
に通流する同一の配管系として構成される。したがっ
て、排熱回収側（２次系）で生じた凝縮水を電池冷却水
（１次系）側に戻すことになる。この凝縮水には、リン
酸を主体とする不純物が含まれている。このため、この
ような配管系の一体化は、水質の劣悪な水を、２次系か
ら１次系に流入させることを意味し、そのままでは燃料
電池本体１を含む１次系を腐食する可能性がある。その
ため、従来では、この腐食を避けるために高性能の水処
理装置２８を設ける必要があった。

【００１０】しかし、このような構成では、システムに
占める水処理装置２８の容積が大きくなるため、システ
ム全体の小型化が困難であった。また、水処理装置２８
の設備費用が高額になるだけでなく、イオン交換樹脂の
交換など水処理にかかる継続費用も増大するので、コス
ト削減が困難であった。

【００１１】図５は、このような水質悪化が生じないよ
うにした別の構成例を示すもので、図４で示した構成例
と同一の部材については、同一の符号を付し、説明は省
略する。図５に示す構成の特徴は、電池冷却水系の他
に、これと隔離された排熱回収用の循環系（排熱回収
系）を設けた点である。

【００１２】すなわち、図５では、気水分離器２で分離
された冷却水が電池冷却系を循環し、電池冷却水系の気
水分離器２とポンプ３の間には、蒸気発生器１０が設け
られている。この蒸気発生器１０は、電池冷却水系から
排熱を回収するための熱交換器であり、蒸気発生器１０
の高温加熱側（１次側）は、電池冷却水系の一部とし
て、電池冷却水が通流されている。また、蒸気発生器１
０の低温被加熱側（２次側）は排熱回収系の一部となっ
ている。図５における排熱回収系は、蒸気発生器１０か
ら排熱回収装置７及び循環ポンプ１９を経て蒸気発生器
１０に戻る循環系である。なお、循環ポンプ１９は、排
熱回収系内で２次冷却水を循環させるためのポンプであ
り、排熱回収系の熱媒体すなわち２次冷却水は、このポ
ンプによって排熱回収系内を循環している。これら排熱
回収系と電池冷却水系とは、相互に物質の通流なく構成
される。

【００１３】このような従来例では、電池冷却水（１次
系）の排熱が、蒸気発生器１０において、１次系とは物
質の通流のない排熱回収系の媒体に伝達されて回収され
るので、２次系の水質の悪い水が１次系に流入すること
がない。このため、特別に高性能な水処理装置は不要と
なり、コストが低減される。このような構成の燃料電池
発電システムにおける排熱回収の手法は、発電時の熱を
蒸気発生器１０の被加熱媒体で間接的に回収することか
ら、間接取り出し方法と呼ばれる。

【００１４】なお、電池冷却系は、燃料電池本体１を直
接冷却する点で１次系又は１次冷却系とも呼び、電池冷
却系すなわち１次冷却系の冷却水は電池冷却水又は２次
冷却水と呼ぶことができる。また、排熱回収系は、１次
冷却系の冷却水を介して燃料電池本体１が産み出した熱
を間接的に回収することから２次系又は２次冷却系とも
呼び、排熱回収系すなわち２次冷却系の熱媒体は２次冷
却水と呼ぶことができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示した間接取り出し方法にも、温度レベルの高い蒸気を
得にくいという問題点が存在していた。すなわち、図５
に示した構成は、気水分離器２で分離された水の持つ熱
エネルギーを、電池冷却水系と隔離された排熱回収系の
媒体に伝達することにより、この媒体から蒸気を発生さ
せるという間接的なものである。このため、熱交換の効
率に限界があり、温度レベルの高い蒸気を得ることは困
難であった。

【００１６】さらに、図５の構成例に示したように、気
水分離器２と電池冷却水循環ポンプ３の間に蒸気発生器
１０を設ける場合、次のような問題点も存在した。すな
わち、蒸気発生器１０に向かう冷却水が十分高圧でも、
蒸気発生器１０内に設けられた伝熱管などを通過する際
の抵抗や温度低下などのため、蒸気発生器１０の出口で
は送水圧力が低下する。蒸気発生器１０におけるこのよ
うな圧力損失が大きい場合、ポンプ３の吸収圧が相対的
に水の飽和蒸気圧以下に低下するため、冷却水中に気泡
が生じ、ポンプ３でのキャビテーションが発生しやすく
なるという問題点が存在した。

【００１７】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたもので、その目的は、蒸気
からの排熱回収を効率的に行い、かつ、コストが低廉な
燃料電池発電システム及び燃料電池発電システムにおけ
る排熱回収方法を提供することである。

【００１８】より具体的には、本発明の目的は、電池冷
却水系と物質の通流がない熱媒体に熱交換器で排熱を回
収することによって１次系の腐食を防止するとともに、
排熱回収用の熱交換器を１次系の循環ポンプの下流に設
けることによって、循環ポンプでのキャビテーションを
防止することである（請求項１，７）。また、本発明の
他の目的は、水処理装置の上流側から回収した排熱で浄
化後の電池冷却水を再加熱することによって、電池冷却
水系内の電池冷却水や蒸気の温度を高温に維持すること
である（請求項２）。

【００１９】また、本発明の他の目的は、改質器のバー
ナ燃焼排ガスの排熱も、電池冷却水の一部に回収するこ
とによって排熱回収効率を向上させることである（請求
項４，８）。また、本発明の他の目的は、バーナ燃焼排
ガスの排熱を回収するための電池冷却水を、最も低温で
ある熱交換器下流から分岐させることによって、バーナ
燃焼排ガスからの排熱吸収を最大限に行うことである
（請求項５）。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、燃料電池本体から発生する熱を
電池冷却水に吸収させる電池冷却水系と、前記電池冷却
水を循環させるための循環ポンプと、前記電池冷却水か
ら排熱を回収するための熱交換器と、を備えた燃料電池
発電システムにおいて、前記電池冷却水系は、前記熱交
換器の熱媒体と通流のない閉じた系として構成され、前
記熱交換器は、前記循環ポンプの下流に設けられたこと
を特徴とする。請求項７の燃料電池発電システムにおけ
る排熱回収方法は、請求項１の発明を方法の観点から把
握したもので、燃料電池本体から発生する熱を電池冷却
水に吸収させる冷却プロセスと、前記電池冷却水を循環
させるために加圧する加圧プロセスと、前記電池冷却水
から排熱を熱媒体に回収するための熱交換プロセスと、
を含む燃料電池発電システムにおける排熱回収方法にお
いて、前記冷却プロセスと前記熱交換プロセスは、前記
電池冷却水と前記熱媒体との通流なく行われ、前記熱交
換プロセスは、前記加圧プロセスによって加圧された後
の前記電池冷却水に対して行われることを特徴とする。
請求項１，７の発明では、１次系である電池冷却水系
と、２次系である熱交換器の熱媒体との間に物質の通流
がないので、燃料電池本体を含む１次系が腐食されるこ
とがない。このため、特別に高性能の水処理装置は不要
となり、コストが低減される。また、熱交換器は循環ポ
ンプの下流側に設けるので、熱交換器の圧力損失によっ
て循環ポンプにキャビテーションが生じることもない。
このため、安定した運転が可能となり、システムの信頼
性が向上する。

【００２１】請求項２の発明は、請求項１記載の燃料電
池発電システムにおいて、前記電池冷却水系から一部分
岐させた電池冷却水を浄化する水処理装置と、前記水処
理装置の上流側における前記電池冷却水から、当該水処
理装置の下流側における電池冷却水に排熱を伝達させる
第２の熱交換器と、を有することを特徴とする。請求項
２の発明では、水処理装置の上流側では電池冷却水から
排熱が奪われるので、水処理装置への送水は水処理装置
の性能が許容する所定の温度以下とすることができる。
一方、上流側の排熱の伝達先は浄化後の電池冷却水であ
り、浄化後の電池冷却水は再加熱後に電池冷却水系へ戻
されるように構成されている。このため、電池冷却水系
内の電池冷却水の温度と、排熱回収によって作られる蒸
気の温度を高温に維持し、電池冷却水系からの排熱回収
効率を高レベルに維持することができる。

【００２２】請求項３の発明は、請求項２記載の燃料電
池発電システムにおいて、前記水処理装置によって浄化
された電池冷却水を、前記電池冷却水系のうち、前記熱
交換器の下流に還流させるように構成したことを特徴と
する。請求項３の発明では、水処理装置で浄化された電
池冷却水は、気水分離器の下流ではなく熱交換器の下流
に還流するので、熱交換器の入口温度の低下がなく、熱
交換器における排熱回収効率が高レベルに維持される。

【００２３】請求項４の発明は、請求項１記載の燃料電
池発電システムにおいて、改質器のバーナ燃焼排ガスの
排熱を、前記電池冷却水から一部分岐させた電池冷却水
に回収するための第３の熱交換器と、二相流化した電池
冷却水を水と蒸気とに分離し、分離された水を前記熱交
換器に提供する気水分離器と、を有し、前記第３の熱交
換器で排熱を回収した前記電池冷却水を前記気水分離器
に還流させるように構成したことを特徴とする。請求項
８の発明は、請求項４の発明を方法の観点から把握した
もので、請求項７記載の燃料電池発電システムにおける
排熱回収方法において、改質器のバーナ燃焼排ガスの排
熱を、前記熱交換プロセスにおける電池冷却水から一部
分岐させた電池冷却水に回収するための第２の熱交換プ
ロセスと、二相流化した電池冷却水を水と蒸気とに分離
し、分離された水を前記熱交換プロセスに提供する気水
分離プロセスと、を含み、前記第２の熱交換プロセスで
排熱を回収した前記電池冷却水を前記気水分離プロセス
に投入することを特徴とする。請求項４，８の発明で
は、電池冷却水の一部にバーナ燃焼排ガスの排熱も回収
させて気水分離器に還流させ、その熱量分も熱交換器で
一括回収することができるため、排熱回収効率が向上す
る。

【００２４】請求項５の発明は、請求項４記載の燃料電
池発電システムにおいて、前記第３の熱交換器への電池
冷却水の分岐位置を、前記熱交換器の下流に設けたこと
を特徴とする。請求項５の発明では、バーナ排ガスの排
熱を回収するための電池冷却水を熱交換器の下流から分
岐させるが、熱交換器の下流における電池冷却水は電池
冷却水系で最も低温であり、気水分離器の器内圧力の飽
和温度との差が大きい。このため、バーナ燃焼排ガスか
らの排熱吸収を最大限に行うことが可能となり、排熱回
収効率が向上する。

【００２５】請求項６の発明は、請求項４記載の燃料電
池発電システムにおいて、前記第３の熱交換器は、前記
電池冷却水系から一部分岐させた電池冷却水を冷却水と
して用いる一酸化炭素変成器と並列に設置されたことを
特徴とする。請求項６の発明では、バーナ排ガスの排熱
を回収する第３の熱交換器は、一酸化炭素変成器に対し
て、下流ではなく並列に設置される。このため、電池冷
却水流量を増加させることができ、熱交換器での熱回収
量が増加し、蒸気効率が上昇する。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の複数の実施の形態
について、図面を参照して具体的に説明する。

【００２７】〔１．第１の実施の形態〕 （１）構成 第１の実施の形態は、請求項１，７に対応するもので、
図１は、第１の実施の形態の燃料電池発電システムの構
成図である。なお、図５に示した従来例と同一の部材に
ついては、同一の番号を付し説明は省略する。第１の実
施の形態は、図５に示した従来例と同様に、電池冷却水
系及び排熱回収系を有するが、第１の実施の形態の特徴
は、蒸気発生器１０が循環ポンプ３の下流に設けられて
いることである。

【００２８】すなわち、電池冷却水系は、燃料電池本体
１から電池冷却水（１次冷却水）の二相流を気水分離器
２に導き、ここで分離された電池冷却水を電池冷却水循
環ポンプ３で加圧し、蒸気発生器１０及び温度調整用熱
交換器４を経て、燃料電池１に循環させる循環系であ
る。また、排熱回収系は、蒸気発生器１０で排熱を回収
した熱媒体（２次冷却水）を排熱回収装置７とポンプ１
９を経て、蒸気発生器１０に循環させる循環系である。

【００２９】これら二つの循環系間で排熱を伝達する装
置が蒸気発生器１０（請求項１にいう熱交換器に相当す
る）であるが、第１の実施の形態では、この蒸気発生器
１０が、電池冷却水系のうち電池冷却水循環ポンプ３
（請求項１にいう循環ポンプに相当する）の下流側に設
けられている。また、第１の実施の形態では、蒸気発生
器１０の下流から電池冷却水の一部を分岐させ、水処理
装置８及びポンプ９を経由して気水分離器２の下流に還
流させている。

【００３０】なお、１次冷却水及び２次冷却水として
は、典型的には水が用いられるが、いずれも燃料電池の
種類や作動温度などの諸条件に応じて他の種類の熱媒体
を用いることも可能であり、１次冷却水と２次冷却水と
で異なった種類の熱媒体を用いてもよい。

【００３１】（２）作用及び効果 上記のような構成を有する第１の実施の形態は、次のよ
うな作用を有する。すなわち、燃料電池本体１で発電時
に発生した熱は、電池冷却板１ｃを通る電池冷却水を加
熱するという熱交換（請求項７にいう冷却プロセス）に
よって回収され、加熱された電池冷却水から気水分離器
２で分離された冷却水２ｂが、電池冷却水循環ポンプ３
で加圧される。加圧された電池冷却水の帯びる排熱が、
ポンプ３の下流に設けられた蒸気発生器１０において、
２次側の熱媒体に伝達され（請求項７にいう熱交換プロ
セス）、この伝達で発生した蒸気が排熱回収装置７で利
用される。蒸気発生器１０で排熱を回収された電池冷却
水は、熱交換器４で電池冷却板１ｃ入口温度に温度調整
されたうえ、再び電池冷却板１ｃに導かれる。

【００３２】このサイクルのうち、蒸気発生器１０では
圧力損失が生じるが、第１の実施の形態では、ポンプ３
は蒸気発生器１０の上流に位置するため、圧力損失によ
ってポンプにおけるキャビテーションが発生するおそれ
はなく、安定した運転が実現される。また、このこと
は、圧力損失の大きな蒸気発生器１０を設けることが可
能であることを意味する。すなわち、圧力損失が大きい
蒸気発生器は、細密かつ長大な伝熱管を有するものであ
り、単位容積あたりの熱交換効率が優れた熱交換器であ
る。このため、蒸気発生器の容積を小型化することが可
能となる。このため、第１の実施の形態によれば、安定
した運転を実現しながら、優れた熱交換効率やシステム
の小型化が達成される。

【００３３】なお、蒸気発生器１０の下流から一部分岐
した電池冷却水は、水処理装置８で浄化された後、ポン
プ９の加圧によって気水分離器２の下流に還流する。ま
た、ポンプ３下流のうち具体的にどの位置に蒸気発生器
１０を設けるかは自由である。

【００３４】〔２．第２の実施の形態〕 （１）構成 第２の実施の形態は、請求項２，３に対応するもので、
第２の実施の形態の構成を図２に示す。なお、第１の実
施の形態と同一の部材については同一の符号を付し、説
明は省略する。図２に示す第２の実施の形態の特徴は、
第１の実施形態で示した特徴に加え、給水予熱器１７
（請求項２にいう第２の熱交換器に相当するもの）を設
けた点にある。

【００３５】すなわち、浄化のため水処理装置８に送水
される上流側の電池冷却水をブロー水と呼ぶが、給水予
熱器１７は、このブロー水を高温加熱側、水処理装置８
の下流側における電池冷却水を低温加熱側として構成さ
れる熱交換器である。この給水予熱器１７の役割は、上
流側のブロー水の排熱を、浄化されて電池冷却水系へ戻
される下流側の電池冷却水に伝達することである。な
お、水処理装置８が処理できる水の温度によっては、電
池冷却水の一部は給水予熱器１７を経由させずに水処理
装置８へ直送してもよく、その場合の直送路を図２に破
線で示す。

【００３６】（２）作用及び効果 上記のような構成を有する第２の実施の形態では、給水
予熱器１７によって、水処理装置８の上流側における電
池冷却水から、水処理装置８の下流側における電池冷却
水に排熱が伝達される。すなわち、水処理装置８への送
水は、水処理装置８の性能上、例えば６０℃以下にする
必要があるが、水処理装置８の上流側では電池冷却水か
ら排熱が奪われるので、水処理装置８への送水は水処理
装置８の性能が許容する所定の温度以下とすることがで
きる。

【００３７】一方、水処理装置８で浄化された電池冷却
水が、６０℃以下という低温のまま電池冷却水系へ還流
した場合は、電池冷却水の温度を低下させる原因にな
る。この場合、蒸気発生器１０の入口温度を下げること
になるので、排熱回収の結果得られる蒸気の温度の低下
を招き、排熱回収効率が低下する。

【００３８】これに対して、第２の実施の形態では、水
処理装置８から電池冷却水系へ還流する冷却水は、給水
予熱器１７において、ブロー水の排熱によって再加熱さ
れた後、電池冷却水系へ戻されることになる。この結
果、第２の実施の形態では、電池冷却水系全体の温度低
下を防止することによって、排熱回収系で得られる蒸気
の温度も高温に維持し、排熱回収効率を高レベルに維持
することができる（請求項２）。

【００３９】特に、第２の実施の形態では、図２に示す
ように、水処理装置８によって浄化された電池冷却水
は、気水分離器２の下流ではなく蒸気発生器１０の下流
に還流されるので（請求項３）、蒸気発生器１０の入口
温度の低下も生じない。このため、蒸気発生器１０にお
ける排熱回収効率が高レベルに維持される。なお、蒸気
発生器１０で得られる蒸気の具体的な温度は、諸条件に
よるが、一例として１６０℃程度の高温の蒸気を得るこ
とが可能である。

【００４０】〔３．第３の実施の形態〕 （１）構成 第３の実施の形態は請求項４〜６，８に対応するもの
で、第３の実施の形態の構成を図３に示す。なお、上記
各実施の形態と同一の部材については同一の符号を付
し、説明は省略する。図３に示す第３の実施の形態の特
徴は、第１及び第２の実施形態に示した構成に加え、バ
ーナ排ガス熱回収器１８を一酸化炭素変成器２０と並列
に設けた点である。

【００４１】すなわち、一酸化炭素変成器２０は、燃料
電池本体１から生じる排ガスから一酸化炭素を除去する
装置で、電池冷却水系のうち蒸気発生器１０の下流から
電池冷却水の一部を分岐させ、冷却水として用いてい
る。また、この一酸化炭素変成器２０で冷却に用いられ
た後の電池冷却水は、気水分離器２に還流されている。

【００４２】また、第３の実施の形態は、図示しないバ
ーナ付き改質器を有する。ここで、改質器は、燃料ガス
を改質して水素に富んだ発電用の改質ガスを得る装置で
あり、バーナは、発電後の改質ガスの残留水素を燃焼さ
せることによって改質反応用のエネルギーを改質器に提
供する燃焼装置である。

【００４３】そして、電池冷却水系のうち蒸気発生器１
０の下流から一部分岐させた電池冷却水が、バーナ排ガ
ス熱回収器１８の低温被加熱側を経由して気水分離器２
に導かれている。バーナ排ガス熱回収器１８は、前記バ
ーナから排出されるバーナ燃焼排ガスに含まれる排熱を
回収するための装置であり、請求項４にいう第３の熱交
換器に相当する。バーナ排ガス熱回収器１８の高温加熱
側（１次側）にはバーナ燃焼排ガスが通流している。な
お、この電池冷却水をバーナ排ガス熱回収器１８に向け
て分岐させている蒸気発生器１０の下流では（請求項
５）、電池冷却水の温度が電池冷却水系内で最も低く、
例えば１４０℃程度である。

【００４４】このようなバーナ排ガス熱回収器１８は、
一酸化炭素変成器２０と並立すなわち並列に設けられて
いる。なお、燃料電池発電システムに一酸化炭素変成器
とバーナ排ガス熱回収器を設ける場合、従来では、一酸
化炭素変成器に対して下流側に直列に、バーナ排ガス熱
回収器を設けていた。

【００４５】（２）作用及び効果 上記のような構成を有する第３の実施の形態では、バー
ナ排ガス熱回収器１８において、高温加熱側のバーナ燃
焼排ガスは、例えば４５０℃程度の高温である。このた
め、低温被加熱側の電池冷却水も加熱されて高温となる
（請求項８にいう第２の熱交換プロセス）。加熱された
電池冷却水は、気水分離器２の器内圧力の飽和温度、例
えば１８０℃程度や、一部が沸騰して二相流となる程度
の高温となる。そして、加熱された電池冷却水は気水分
離器に戻されて蒸気と水に分離され（請求項８にいう気
水分離プロセス）、分離された高温の水はポンプ３を経
由して蒸気発生器１０に送られ、排熱が排熱回収系に回
収される。

【００４６】このように、分岐された電池冷却水にバー
ナ燃焼排ガスから熱を回収させて気水分離器２に還流さ
せることによって、バーナ燃焼排ガスの熱量分も蒸気発
生器１０で回収することが可能となるため、システム全
体の排熱回収効率が向上する。特に、第３の実施の形態
では、電池冷却水からの分岐位置を、電池冷却水系で最
も温度の低い部分（例えば１４０℃程度）である蒸気発
生器１０の下流としている（請求項５）。このため、バ
ーナ排ガス熱回収器１８に流入する低温被加熱側媒体温
度と、気水分離器２の器内圧力の飽和温度との差が大き
くなり、熱量を多く回収することが可能となるので、排
熱回収効率が向上する。

【００４７】さらに、第３の実施の形態では、バーナ排
ガス熱回収器１８を一酸化炭素変成器２０と並列に設置
しているので、両者併せた電池冷却水流量が従来よりも
増加する。この結果、蒸気発生器１０での排熱回収量が
増加するので、システム全体のエネルギー利用効率が向
上する。

【００４８】〔４．他の実施の形態〕なお、本発明は、
上記各実施の形態に限定されるものではなく、次に例示
するような他の実施の形態をも包含するものである。例
えば、燃料電池本体、熱交換器、循環ポンプや水処理装
置などのタイプや、電池冷却水やその他の熱媒体の成分
組成、各構成機器の具体的な配置や配管構成などの具体
的要素は、自由に定めることができる。また、第２及び
第３の熱交換器は必ずしも必須ではなく、電池冷却水を
分岐及び還流させる位置も変更することができるし、第
３の熱交換器を一酸化炭素変成器と直列に設けることも
できる。

【００４９】また、上記各実施例で示した具体的温度は
例示に過ぎず、システム内の各位置における温度は、燃
料電池の種類やその他のシステム構成に応じて異なるも
のである。また、本発明は、従来の燃料電池発電システ
ムに対して、機器の追加及びシステム構成の変更によっ
て適用することもできるので、温度レベルの高い蒸気を
効率よく利用することによって、排熱回収効率の優れた
燃料電池発電システムが容易かつ低廉に実現することが
できる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料電池運転による余剰熱を電池冷却水系とは分離した
２次系の熱媒体で間接的に回収できるので、水処理コス
トが低減される。また、そのための熱交換器を電池冷却
水の循環ポンプの下流に設けたので、キャビテーション
が防止され、安定した運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池発電システムの第１の実施の
形態を示す構成図

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池発電
システムを示す構成図

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池発電
システムを示す構成図

【図４】従来の燃料電池発電システムの一例を示す構成
図

【図５】従来の燃料電池発電システムの他の例を示す構
成図

【符号の説明】

１…燃料電池本体 １ａ…燃料極 １ｂ…空気極 １ｃ…電池冷却板 ２…気水分離器 ３…電池冷却水循環ポンプ ４…温度調整用熱交換器 ７…排熱回収装置 ８，２８…水処理装置 ９…循環ポンプ １０…蒸気発生器 １７…給水予熱器 １８…バーナ排ガス熱回収器 １９…循環ポンプ ２０…一酸化炭素変成器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池本体から発生する熱を電池冷却
   水に吸収させる電池冷却水系と、前記電池冷却水を循環
   させるための循環ポンプと、前記電池冷却水から排熱を
   回収するための熱交換器と、を備えた燃料電池発電シス
   テムにおいて、 前記電池冷却水系は、前記熱交換器の熱媒体と通流なく
   構成され、 前記熱交換器は、前記循環ポンプの下流に設けられたこ
   とを特徴とする燃料電池発電システム。
2. 【請求項２】 前記電池冷却水系から一部分岐させた電
   池冷却水を浄化する水処理装置と、 前記水処理装置の上流側における前記電池冷却水から、
   当該水処理装置の下流側における電池冷却水に排熱を伝
   達させる第２の熱交換器と、を有することを特徴とする
   請求項１記載の燃料電池発電システム。
3. 【請求項３】 前記水処理装置によって浄化された電池
   冷却水を、前記電池冷却水系のうち、前記熱交換器の下
   流に還流させるように構成したことを特徴とする請求項
   ２記載の燃料電池発電システム。
4. 【請求項４】 改質器のバーナ燃焼排ガスの排熱を、前
   記電池冷却水から一部分岐させた電池冷却水に回収する
   ための第３の熱交換器と、 二相流化した電池冷却水を水と蒸気とに分離し、分離さ
   れた水を前記熱交換器に提供する気水分離器と、を有
   し、 前記第３の熱交換器で排熱を回収した前記電池冷却水を
   前記気水分離器に還流させるように構成したことを特徴
   とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
5. 【請求項５】 前記第３の熱交換器への電池冷却水の分
   岐位置を、前記熱交換器の下流に設けたことを特徴とす
   る請求項４記載の燃料電池発電システム。
6. 【請求項６】 前記第３の熱交換器は、前記電池冷却水
   系から一部分岐させた電池冷却水を冷却水として用いる
   一酸化炭素変成器と並列に設置されたことを特徴とする
   請求項４記載の燃料電池発電システム。
7. 【請求項７】 燃料電池本体から発生する熱を電池冷却
   水に吸収させる冷却プロセスと、前記電池冷却水を循環
   させるために加圧する加圧プロセスと、前記電池冷却水
   から排熱を熱媒体に回収するための熱交換プロセスと、
   を含む燃料電池発電システムにおける排熱回収方法にお
   いて、 前記冷却プロセスと前記熱交換プロセスは、前記電池冷
   却水と前記熱媒体との通流なく行われ、 前記熱交換プロセスは、前記加圧プロセスによって加圧
   された後の前記電池冷却水に対して行われることを特徴
   とする燃料電池発電システムにおける排熱回収方法。
8. 【請求項８】 改質器のバーナ燃焼排ガスの排熱を、前
   記熱交換プロセスにおける電池冷却水から一部分岐させ
   た電池冷却水に回収するための第２の熱交換プロセス
   と、 二相流化した電池冷却水を水と蒸気とに分離し、分離さ
   れた水を前記熱交換プロセスに提供する気水分離プロセ
   スと、を含み、 前記第２の熱交換プロセスで排熱を回収した前記電池冷
   却水を前記気水分離プロセスに投入することを特徴とす
   る請求項７記載の燃料電池発電システムにおける排熱回
   収方法。