WO2004027914A1

WO2004027914A1 - 燃料電池コージェネレーションシステム

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Publication number: WO2004027914A1
Application number: PCT/JP2003/011997
Authority: WO
Inventors: Yoshikazu Tanaka; Akinari Nakamura; Masataka Ozeki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2004-04-01
Also published as: JP2010153390A; CN1643720A; CN1324747C; US7452618B2; EP1542301A4; US20050164056A1; EP1542301A1; EP1542301B1; JPWO2004027914A1; JP4544998B2; JP5150664B2

Abstract

貯湯水と冷却水の温度差が小さいときにも、短時間で冷却水温度が昇温でき、起動に時間がかからない、燃料電池コージェネレーションシステム、を提供すること。燃料電池11と、冷却水経路16上に設けられた冷却水熱交換器13と、冷却水と熱交換する貯湯水の流れる貯湯水経路15と、貯湯タンク31とぐ貯湯水制御手段33と、貯湯水温度測定手段36と、貯湯水流量調節手段38と、貯湯水流量調節手段38を制御する流量制御手段37と、燃料処理手段21、22の排ガスと貯湯水とを熱交換するための排ガス熱交換器23と、を備え、流量制御手段37は、燃料電池11の運転開始時において、貯湯水温度が第1の所定の温度以下の場合は、貯湯水流量調節手段38を制御して貯湯水経路15に流れる貯湯水の流量を低下させる、燃料電池コージェネレーションシステム。

Description

明細書燃料電池コージェネレーションシステム技術分野

本発明は、燃料電池を用いて発電と熱供給を行う燃料電池コージネレーシヨンシステムの運転方法、そのためのプログラム、記録媒体に関する。背景技術

燃料電池コージェネレーションシステムでは、燃料電池を所定の温度まで昇温しないと発電できないため、起動時には予熱をする必要がある c 従来の燃料電池コージエネレーションシステムでは、ヒータを用いで冷却水を加熱し燃料電池を昇温していた。しかし、ヒータを用いた昇温方法では、燃料電池コージェネレーションシステム起動時の消費電力が大きくなるという問題があった。そこで、貯湯タンクに蓄えられた温水を利用して、起動時に燃料電池を昇温する方法を提案されてきた（例えば特開 2 0 0 2— 4 2 8 4 1号公報参照）。その構成を図 4に示す。燃料電池 1 1は、供給される水素リッチなガス（以下、燃料ガス..とする）と空気などの酸化剤'ガスの反応により、電力および熱を発生させる。燃料ガスは、燃料処理手段 2 1において、天然ガスなどの原料を水蒸気を含む雰囲気下で加熱して生成される。空気供給装置 4 1により酸化剤ガスが燃料電池 1 1に供給される。

燃料電池 1 1の内部には、起動時には熱を供給して燃料電池 1 1を^; 温し、発電時には発生する熱を除去し、燃料電池 1 1を所定の温度に維持するための'冷却水を、.冷却水循環ポンプ 1 2により循環させる。燃料電池 1 1を経由した冷却水は冷却水熱交換器 1 3により貯湯水と熱交換きれる。貯湯タンク 3 1には、燃料電池システムより発生した熱を回収するための貯蕩水が蓄えられる。

発電時には、排熱輸送制御手段 3 9により、貯湯タンク 3 1の下部から貯湯水経路 1 5へ貯湯水が取水され、冷却水熱交換器 1 3を経由して冷却水経路 1 6 'を流れる冷却水と熱交換を行う。熱回収した貯湯水は、排熱輸送制御手段 3 9により貯湯タンク 3 1の上部に回帰する。

起動時には、，排熱輸送制御手段 3 9により、貯湯タンク 3 1から貯湯水経路 1 5に至る経路が切り換えられる。ずなわち、貯湯タンク 3 1の上部から貯湯水が取水され、冷却水熱交換器 1 3を経由して冷却水に熱供給を行い、冷却水に熱を供給した貯湯水は、貯湯タンク 3 1の下部に回帰する。このように貯湯タンク 3 1の熱を冷却水に伝えることで燃料電池 1 1の昇温を行う。上記のような燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、貯湯タンク 3 1の温水を用いて燃料電池 1 1を昇温することにより、起動時の消費電力を削減することが可能となった。

また、別の例として図 5に示す燃料電池コージエネレーションシステムのように、貯湯水経路 1 5上の冷却水熱交換器 1 3·の上流側に燃料処. 理手段 2 1から発生する熱を回収する排ガス熱交換器 2 3を設置し、排ガスから回収した熱を冷却水熱交換器 1 3を介して冷却水に伝え、燃料電池の昇温を促進することが提案されている（例えば、特開 2 0 0 2— 2 5 5 9 1号公報参照。）。.

しかし、図 4に示す燃料電池コージェネレーションシステムでは、熱交換を行う貯湯水と冷却水の温度差が小さいときには、冷却水の昇温に時間がかかるといった問題があった。

また、図 5に示す燃料電池コージエネレーションシステムのように、排ガスから回収した熱のみを利用して燃料電池の畀温をしても、燃料電池の起動時間を十分に短縮することができなかつだ。そこで、図 4に示す構成と図 5に示す構成を組み合わせた構成も考えられるが、そのような場合でも、燃料電池の温度が目標とする運転温度に達しなかったり、運転温度に達したとしても昇温時間を十分に短縮できないという問題がめっ。発明の開示

本発明は、上記の課題を鑑み、貯湯水と冷却水の温度差が小さいときにも、短時間で燃料電池が昇温でき、起動までの時間を短縮することができる、燃料電池コージェネレーションシステム、燃料電池コージエネレーシヨンシステムの運転方法、そのプロダラム、記録媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第 1の本発明は、燃料処理手段に接続され、冷却水経路を有する燃料電池と、

前記冷却水経路上に設けられた第 1の熱交換手段と、

前記第 1の熱交換手段を介して、前記冷却水と熱交換する貯湯水の流れる貯湯水経路と、

前記貯湯水を蓄える貯湯タンクと、

前記燃料電池の運転開始時に、前記貯湯タンクに蓄えられた貯湯水の熱を、前記貯湯水経路および前記第 1の熱交換手段を介して、前 f己燃料電池に伝えるよう、前記貯湯水を循環させる貯湯水制御手段と、

前記第 1の熱交換手段へ流入する貯湯水の温度を測定するための貯湯水温度測定手段と、

前霄己貯湯水経路に流れる貯湯水の流量を調整するための貯湯水流量調節手段と、

前記貯湯水温度測定手段により測定される貯湯水温度に基づき、前記貯湯水流量調節手段を制御する流量制御手段と、

前記第 1の熱交換手段の上流側の前記貯湯水経路に接続され、前記燃料処理手段の排ガスと熱交換するための第 2の熱交換手段と、を備え、前記流量制御手段は、前記燃料電池の運転開始時において、前記貯湯水温度が第 1の所定の温度以下の場合は、前記貯湯水流量調節手段を制御して前記貯湯水経路に流れる貯湯水の流量を低下させる、燃料電池コージエネレーショシステムである。

第 2の本発明は、前記第 1の所定の温度は、前記燃料電池の運転温度である、第 1の本発明の燃料電池ロージェネレーションシステムである。第 3の本発明は、前記冷却水経路における、前記第 1の熱交換手段の上流側に、冷却水温度測定手段をさらに備え、前記流量制御手段は、前記貯湯水温度が、前記冷却水温度に所定の温度を加えた値未満のときには、前記貯湯水温度が上昇するように前記貯湯水流量調節手段を調整して、前記貯湯水経路を流れる貯湯水の流量をさらに低下させる、第 1の本発明の燃料電池コージエネレーションシステムである。

第 4の本発明は、前記流量制御手段は、前記貯湯水温度が、第 2の所定の温度を上娘として上昇するように、前記貯湯水流量調節手段を調整して、前記貯湯水経路を流れる貯湯水の流量を低下きせ、

前記第 2の所定の温度は、前記第 2の熱交換手段において、前記燃料処理手段から排出される排ガスに含まれる水分を所定量回収するために必要な温度により決定される、第 3の本発明の燃料電池コージエネレーションシステムである。

第 5の本発明は、前記燃料処理手段から排出される排ガスに含まれる水分を回収する回収水タンクをさらに備え、前記第 2の所定の温度は、前記回収された水をシステム內に供給しながら、前記回収水タンク内の所定の水位を維持することができる温度である、第 4の本発明の燃料電池コージエネレーションシステムである。第 6の本発明は、前記燃料処理手段から排出される排ガスに含まれる水分を回収する回収水タンクをさらに備え、

前記回収された水をシステム内に供給しながら、前記回収水タンク内の水位が所定の値を下回った場合は、前記流量制御手段は、前記貯湯水経路を流れる貯湯水の流量の低下を f亭止させるか、前記貯湯水の流量を増加させるように、前記貯湯水流量調節手段を調節する、第 1または 3 の本発明の燃料電池コージエネレーションシステムである。

第 7の本発明は、前記第 1の所定の温度は、 6 0 °C〜8 0 °Cの範囲に設定される、第 1の本発明の燃料電池コージエネレーションシステムである。

第 8の本発明は、前記第 2の所定の温度は、 4 0 °C〜5 0 °Cの範囲に設定される、第 4の本発明燃料電池コージエネレーションシステムである。

第 9の本発明は、前記所定の温度は、 5 °C〜1 0 °Cの範囲に設定される、第 3の本明の燃料電池コージエネレーションシステムである。第 1 0の本発明は、燃料電池の運転開始時に、貯湯タンクに蓄えられた貯湯水の熱を、貯湯水経路および第 1の熱交換手段を介して、前記燃料電池の冷却水経路に伝えるよう、前記貯湯水を循環させる工程と、前記第 1の熱交換手段へ流入する貯湯水の温度を測定する工程と、前記第 1の熱交換手段の上流側の前記貯湯水経路に接続された第 2の熱交換手段を介して燃料処理手段の排ガスの熱を前記貯湯水に伝達する工程と、

前記燃料電池の運転開始時において、前記貯湯水温度が第 1の所定の温度以下の場合は、前記貯湯水経路に流れる貯湯水の流量を低下させる工程と、を備え ¾、燃料電池コージェネレーションシステムの運転方法である。

第 1 1の本発明は、第 1の本発明の燃料電池コージエネレー、ヨンシステムの、前記燃料電池の運転開始時において、前記貯湯水温度測定手段により測定される前記貯湯水温度が第 1の所定の温度以下の場合は、前記貯湯水流量調節手段を制御して前記貯湯水経路に流れる貯湯水の流暈を低下させる、前記貯湯水流量調節手段を制御する流量制御手段、としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。

第 1 2の本発明は、第 1 1の本発明のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体である。

本発明によれば、貯湯水と冷却水の温度差が小さいときにも、短時聞で燃料電池温度が昇温でき、起動までの時間を短縮することができる、燃料電池コージエネレーションシステム、燃料電池コージエネレーションシテムの運転方法、そのプログラム、記録媒体を提供することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1の燃料電池コージエネレーシヨンシステムの構成図である。

図 2は、本発明の実施の形態 2の燃料電池コ一ジエネレーションシステムの構成図である。

図 3は、本発明の実施の形態 4の燃料電池コージェネレーションシステムの構成図である。

図 4は、従来の燃料電池コジェネレーションシステムの構成図である。

図 5は、従来の燃料電池コ^ "ジエネレーションシステムの構成図である,

(符号の説明）

1 1 燃料電池

1 2 冷却水循環ポンプ

1 3 冷却水熱交換器

1 4 冷却水温度測定手段

2 1 燃料処理手段

2 2 燃焼器

2 3 排ガス熱交換器

3 1 貯湯タンク

3 2 貯湯水循環ポンプ

3 3 貯湯水経路切換手段

3 4、 3 5 三方弁

3 6 貯湯水温度測定手段

3 7 流量制御手段

3 8 流量調節手段

3 9 排熱輸送制御手段

4 1 空気供給装置発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について、図 1から図 3を用いて説明する, (実施の形態 1 ) 本発明の実施の形態 1の燃料電池コージエネレーションシステムの構成を図 1に示す。図 1に示す燃料電池コージエネレーションシステムは

、燃料ガスと空気などの酸化剤ガスを用いて電力および熱の発生を行う燃料電池 1 1と、原料を加熱して燃料ガスを生成し、燃料電池 1 1に供給する燃料処理手段 2 1と、燃料処理手段 2 1内部に配置され原料を加熱するための燃焼器 2 2と、酸化剤ガスを燃料電池 1 1に供給する空気供給装置 4 1と、燃料電池コージェネレーションシステムの運転中に、燃料電池 1 1を所定の温度に保っための冷却水を循環させるための冷却水経路 1 6と、冷却水経路 1 6内において冷却水を循環させるための冷却水循環ポンプ 1 2と、冷却水と貯湯水で熱交換を行う、冷却水経路 1 6上に設けられた、本発明の第 1の熱交換手段の一例である冷却水熱交換器 1 3と、貯湯水を蓄える貯湯タンク 3 1と、三方弁 3 4、 3 5により起動時と発電時で、貯湯タンク 3 1から貯湯水経路 1 5への経路を切り替える、貯湯水経路切換手段 3 3と、貯湯水を循環させる貯湯水循環ポンプ 3 2と、燃焼器 2 2の排気ガスから熱と水を回収し、冷却水熱交換器 1 3の上流側に接続された、本発明の第 2の熱交換手段の一例である排ガス熱交換器 2 3とを備えている。また、排ガス熱交換器 2 3と冷却水熱交換器 1 3の間の貯湯水経路 1 5に、冷却水熱交換器 1 3へ流入する貯湯水の温度を測定する貯湯水温度測定手段 3 6と、貯湯水経路 1 5における貯湯水の流量を制御する指令を出す、流量制御手段 3 7と、流量制御手段 3 7の指令により貯湯水の流量を調節する、本発明の貯湯水流量調節手段の一例である流量調節手段 3 8と、を備えて構成されている。

なお、図 1中の矢印 Aは燃料電池ージエネレーションシステムの発電蓮転時の貯湯水の流れを、矢印 Bは起動時の貯湯水の流れを表している。 - 次に、以上のように構成された燃料電池ージエネレーションシステムについて、その動作を説明する。

まず、発電蓮転時の動作を以下に述べる。

燃料処理手段 2 1は、外部から供給された天然ガスなどの原料を水蒸気を含む雰囲気下で加熱して水素を含む燃料ガスを生成する。燃料処理手段 2 1は燃焼器 2 2により加熱される。排ガス熱交換器 2 3は、燃焼器 2 2から排出された排ガスから、貯湯水に熱を伝達するとともに、排ガスから凝縮水を回収する。

燃料電池 1 1は、生成された燃料ガスと空気供給装置 4 1により供給される酸化剤ガスを用いて発電を行う。冷却水は、冷却水循環ポンプ 1 2により燃料電池 1 1を経由して循環され、発電により発生した熱を除去する。高温になった冷却水は冷却水熱交換器 1 3で貯湯水と熱交換を行い熱を放出する。発電運転時（発電運転中）は、貯湯水経路切換手段 3 3内の三方弁 3 4、 3 5が矢印 A側に切り換えられ、貯湯水は、貯湯タンク 3 1の下部より取水され、貯湯水循環ポンプ 3 2により、排ガス熱交換器 2 3、冷却水熱交換器 1 3の順に各熱交換器を通じて循環され、熱の回収を行う _P 熱回収された貯湯水は、貯湯タンク 3 1の上部へと戻される。このように貯湯タンク 3 1内においては、昇温された貯湯水が貯湯タンク 3 1の上部から次々と供給され、積層沸き上げが行われる c 次に、上記の構成の燃料電池コージェネレーションシステムを起動させるときの動作を以下に述べる。

この燃料電池コージエネレ一ションシステムの起動を行うには、 .燃料電池 1 1および燃料処理手段 2 1が所定の反応可能温度に達することが必要である。そのためそれぞれの予熱が必要となる。燃料処理手段 2 1 は、燃焼器 2 2により加熱されて昇温する。起動時、貯湯水経路切換手段 3 3内の三方弁 3 4、 3 5が矢印 B側に切り換えられる。これにより、貯湯タンク 3 1に蓄えられた貯湯水の熱を、燃料電池 1 1に伝えるよう、貯湯水を循環させる貯湯水経路 1 5を切り替える。すなわち、貯湯タンク 3 1の上部に蓄えられた昇温されている貯湯水が取り出され、貯湯水循環ポンプ 3 2により、貯湯水経路 1 5を循環する。貯湯水経路 1 5を流れる貯湯水は、排ガス熱交換器 2 3で排ガスから熱の回収を行い、貯湯水の温度が上昇する。温度が上昇した貯湯水は、冷却水熱交換器 1 3で冷却水経路 1 6を循環する冷却水と熱交換することにより冷却水を加熱する。その後、冷却水に熱を与えた貯湯水は、貯湯タンク 3 1の下部へと戻される。他方、加熱された冷却水は、燃料電池.1 1内部を流通することにより、燃料電池' 1 1は発電に必要な所定の目標温度（本発明の第 1の所定の温度の一例として燃'料電池の運転温度）まで昇温する流量制御手段 3 7は、貯湯水温度測定手段 3 6で測定される、冷却水熱交換器 1 3の入り口における貯湯水温度が、目標温度以下の場合は、流量調節手段 3 8を調整して貯湯水経路 1 5を流れる貯湯水流量を低下させる。貯湯水経路 1 5を流れる貯湯水の流量が減少する結果、排ガス熱交換器 2 3で貯湯水が回収する熱量が増加して、貯湯水温度が上昇し、冷却水放熱器 1 3における貯湯水経路 1 5側の貯湯水の'温度と冷却水経路 1 6側の冷却水との温度差が大きくなり、貯湯タンク 3 1に蓄えられていた熱および/または燃料処理手段 2 1において発生した熱を効率的に燃料電池 1 1に伝達することができる。従って、その結果、燃料電池 1 1が起動するために必要な温度に達するまでの時間を短縮することができる。

また、貯湯水温度を上昇させる際に、貯湯水温度と目標温度とが少なくとも所定の温度差を確保できるように貯湯水流量の低下量を設定する _c そして、燃料電池 1 1が目標温度に到達し、発電準備が完了している場合は、三方弁 3 4、 3 5を切り替えて、通常運転に入る。このような、目標温度の例としては、燃料電池 1 1が高分子電解質型の場合、 6 0〜8 0 °Cが挙げられる。そして、貯湯水温度と目標温度との差の好ましい例としては、例えば、 5〜 1 0 °Cが挙げられる。

このような燃料電池コージヱネレーションシステムによれば、発電運転中に貯湯タンク 3 1に蓄えられた貯湯水の熱を利用して、起動時に燃料電池 1 1の昇温を行うことができる。その結果、起動時の消費電力を低減することができ、燃料電池コージエネレーションシステムの効率を向上することが可能となる。また、排ガスからの熱回収を行い、貯湯水の温度をさらに上げて冷却水熱交換器 1 3で冷却水と熱交換することにより、貯湯水と冷却水の温度差を大きくすることができ、燃料電池 1 1 の昇温に要する時間を短くすることができる。

加えて、貯湯タンク 3 1に蓄えられた貯湯水の温度が、燃料電池 1 1 の昇温目標温度より低い場合でも、排ガス熱交換器 2 3にて燃焼器 2 2 からの排ガスの熱を回収して、目標温度まで燃料電池 1 1の畀温を行うことが可能となる。

さらに、貯湯水流量を調節して冷却水熱交換器 1 3の貯湯水温度を一定以上に保つことができ、燃料電池 1 1の昇温時間を短くすることができる。さらに、冷却水熱交換器 1 3での貯湯水と冷却水の温度差を一定以上に保つ場合は、さらに燃料電池 1 1の昇温時間を短くすることができる。

本実施の形態のコージェネレーションシステムによれば、例えば、燃料電池システムが家庭で使用される場合、燃料電池の起動中であっても、貯湯タンク 3 1からの熱の使用が制限されることが少なく、家庭内で熱を十分に使用することができる。

(実施の形態 2 )

図 2は、本発明の実施の形態 2における燃料電池コージエネレーションシステムを示す構成図である。実施の形態 1と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。本実施の形態における燃料電池コージヱネレーシヨンシステムは、冷却水熱交換器 1 3の上流側に設置された、冷却水熱交換器 1 3の入り口における、冷却水温度を測定するための、冷却水温度測定手段 1 4をさらに構成要素として備えている。そして、流量制御手段 3 7は、貯湯水温度および冷却水温度に基づいて、貯湯水経路 1 5を流れる貯湯水の流量を流量調節手段 3 8により調節させる機能をさらに有する。

以上のように構成された本実施の形態の燃料電池コージエネレーションシステムの、起動時における動作を以下に述べる。なお、実施の形態 1における同様の動作についてはその説明を省略する。

貯湯タンク 3 1に蓄えられ、昇温している貯湯水は、冷却水熱交換器 1 3で冷却水と熱交換することにより冷却水を加熱する。このとき、冷却水温度測定手段 1 4で測定された冷却水温度と貯湯水温度測定手段 3 6で測定された貯湯水温度の温度差が所定の値以上になり、なおかつ、そのような条件を満たしながら貯湯水温度が最低になるように、流量制御手段 3 7は流量調節手段 3 8を制御して貯湯水流量を調節する。すなわち、冷却水温度と貯湯水温度との温度差が、所定の温度差未満のとき (すなわち、貯湯水温度が冷却水温度に所定の温度を加えた値未満のとき）は、流量制御手段 3 7は、流量調節手段 3 8に指令を出し、貯湯水経路 1 5に流れる貯湯水の流量を低下させる。

しかし、このとき、貯湯水温度が、第 2の所定の温度以下になるように、流量制御手段 3 7は、流量調節手段 3 8に貯湯水の流量を設定する。ここで、第 2の所定の温度とは、排ガス熱交換器 2 3において、燃料処理手段 2 1から排出される排ガスに含まれる水分を所定量回収するために必要な温度の上限値である。このような上限値の例としては、 4〇〜 5 0 °Cが挙げられる。

排ガス熱交換器 2 3および冷却水熱交換器 1 3で熱交換され貯湯水は、貯湯タンク 3 1の下部へと戻される。

本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムの構成によれば、貯湯水流量を調節して冷却水熱交換器 1 3の貯湯水温度と冷却水温度の差を一定以上に保つことができ、なおかつ排ガス熱交換器 2 3の貯湯水出口温度（つまり冷却水熱交換器 1 3の貯湯入口温度）を第 2の所定の温度以下にすることが可能となる。その結果、燃料電池 1 1の昇温時間を短縮し、かつ、排ガス熱交換器 2 3における水回収量を所定量以上に維持することができる。

なお、以上の'実施の形態 1、 2における説明では、貯湯水流量を流量調節手段 3 8にて調節するとして説明したが、本発明の貯湯水流量調節手段は、貯湯水循環ポンプ 3 2と一体化した構成であり、貯湯水ポンプ 3 2の操作量により貯湯水流量が調節される構成であってもよい。その場合は、流量.制御手段 3 7が、貯湯水流量を低下させる指令を出した場合に、その指令に応じて貯湯水ポンプ 3 2の操作量が調節される構成であればよく、その場合も土記と同様の効果が得られる。

(実施の形態 3 )

図 3は、本発明の実施の形態 4における燃料電池コージエネレーションシステムを示す構成図である。実施の形態 1〜 3と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。本実施の形態における燃料電池コージェネレーションシステムは、排ガ熱交換器 2 3に接続されている回収水タンク 5 1を備えている。回収水タンク 5 1の内部には、排ガス熱交換器 2 3から回収される水の水量（水位〉を検知するための永量測定手段 5 2が設置されている。水量測定手段 5 2は、流量制御手段 3 7に接続されている。 11997

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次に、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムの動作を説明する。

貯湯タンク 3 1に蓄えられ、昇温している貯湯水は、冷却水熱交換器 1 3で冷却水と熱交換することにより冷却水を加熱する。このとき、冷却水温度測定手段 1 4で測定された冷却水温度と貯¾水温度測定手段 3 6で測定された貯湯水温度の温度差が所定の値以上になり、なおかつ、そのような条件を満たしながら回収水タンク 5 1内の水位を維持するように、流量制御手段 3 7は流量調節手段 3 8を制御して貯湯水流量を調節する。すなわち、冷却水温度と貯湯水温度との温度差が、所定の温度差以下のときは、流量制御手段 3 7は、流量調節手段 3 8に指令を出し、貯湯水経路 1 5に流れる貯湯水の流量を低下させる。

回収水タンク 5 1に回収された水は、.燃料電池コ一ジエネレーションシステムの各部に供給される。従って、排ガス熱交換器 2 3から回収される水の流量（所定時間内に回収水タンク 5 1に入る水量）と、回収水タンク 5 1から各部に供給される水の流量（上記所定時間内に回収水タンク 5 1から出る水量）が均衡しているときに、回収水タンク 5 1の水位は一定となる。回収数タンク 5 1から供給される水の镩量に比べて、排ガス熱交換器 2 3から回収される水の流量が少ないと.き、回収水タンク 5 1の水位は低下する。

水量測定手段 5 2が回収水タンク 5 1内の水位が所定の値以下になつたことを検出したときは、流量制御手段 3 7は、流量調節手段 3 8を調節し、貯湯水経路 1 5を流れる貯湯水の流量の低下量を調整し、回収水タンク 5 1に回収される水の量を增加させ、回収水タンク 5 1内の水位が所定の水位になるように制御する。タンク 5 1内の水位が所定の値に達しないときは、流量制御手段 3 7は、流量調節手段 3 8を調節して、貯湯水経路 1 5を流れる貯湯水の流量を、冷却水温度と貯湯水温度との差が所定値以上であることを条件として、増加させる。貯湯水流量が增加すれば、貯湯^;温度が低下するので、排ガス熱交換器 2 3における凝縮水の回収が増加する。言い換えれば、回収^:タンク 5 1内のタンクの水位を所定の値に維持することを限界として、冷却水温度と貯湯水 m度の差が所定値以上となるように、貯湯水流量を低下させる。その結果、回収水タンク 5 1に入る水の流量が、回収水タンク 5 1を出る水の流量よりも增加するため、回収水タンク 5 1内の水位が増加する。

このように、本実施の形態の燃料電池コージェネレーションシステムによれば、起動時における燃料電池の昇温時間を短縮しながら、排ガス熱交換器 2 3において回収される水量をシステムの運転に必要な量に確保することができる。

なお、実施の形態 2においては、貯湯水温度が第 2の所定の温度以下になるようにして、排ガス熱交換器 2 3において回収される水鹭を維持することを説明したが、第 2の所定温度は、本実施の形態において説明した、回収水タンク 5 1内における所定の水位を確保するときの、貯湯水の温度に相当する。

以上のように本発明の燃料電池コージエネレーションシステムの構成によれば、発電運転の起動時に貯湯タンクに蓄えられた温水の熱を利用して、燃料電池の昇温に要する時間を短くすることができる。

なお、以上までの説明において、本発明の貯湯タンクは、積層沸き上げ式であるとして説明してきたが、他の方式の貯湯タンクであってもよく、その場合も上記と同様の効果を得ることができる。

また、以上までの説明では、本発明の燃料電池コージェネレーションシステムの運転中は、燃料電池 1 1から発生する熱が貯湯タンク 3 1に全て蓄えられるとしてきたが、燃料電池 1 1から発生する熱の一部が貯湯タンク 3 1に蓄えられてもよく、本発明の燃料電池コージエネレーシヨンシステムの起動時に、貯湯タンク 3 1から常温よりも高い貯湯水が供給されれぼ、上記と同様の効果を得ることができる。さらに、貯湯タンク 3 1に蓄えられている貯湯水が、常温よりもいくなくても、排ガス熱交換器 2 3において熱交換することができるので、その場合も上記と同様の効果を得ることができる。

また、本発明の貯湯水制御手段は、三方弁 3 4， 3 5を用いて構成される、として説明してきたが、本発明の貯湯水制御手段は、他の手段により、貯湯タンク 3 1から貯湯水経路 1 5へ至る経路が切り替えられてもよく、その場合も上記と同様の効果を得ることができる。

また、本発明の第 2の熱交換手段は、排ガス熱交換器 2 3として、燃料処理手段とは、別の構成であるとして説明してきたが、本発明の第 2 の熱交換手段は、例えば、本発明の燃料処理手段と一体化されて構成されていてもよく、本発明の燃料処理手段から排出される排気ガスと貯湯水とが熱交換される構成であれば、上記と同様の効果を得ることができる。

また、以上までの説明において、本発明の第 1の所定の温度は燃料電池の運転温度であるとしたが、燃料電池の運転温度よりも高くてもよい _c さらに、貯湯水温度を本発明の第 2の所定の温度以下に制御する場合は、本発明の第 1の所定の温度は一時的に運転温度よりも低くなる場合もある。

なお、本発明は、上述した本発明の燃料電池コジネレーシヨンシステムの流量制御手'段の全部または一部の手段または装攆の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムも含む。

また、本発明は、上述した本発明の燃料電池コージェネレーションシステムの流量制御手段の全部または一部の手段または装置の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した媒体であり、コンピュータにより読み取り可能且つ、読み取られた上記プログラムが上記コンピュータと協働して上記機能を実行する媒体も含む。

また、本発明の一部の手段または装置とは、それらの複数の手段または装置のうちの、幾つかの手段または装置を意味し、あるいは、一つの手段または装置のうちの、一部の機能または一部の動作を意味するものである。

また、本発明の一部の手段または装置とは、それらの複数の手段または装置のうちの、幾つかの手段または装置を意味し、あるいは、一つの手段または装置のうちの、一部の手段のまたは装置を意味し、あるいは、一つの手段のうちの一部の機能を意味するものである。

また、本発明のプログラムを記録した、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体も本発明に含まれる。

また、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作す.る態様であってもよい。

また、.本発明のプログラムの一利用形態は、伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読み取られ、コンピュータと協働して動作する態様であってもよレ、。

また、記録媒体としては、 R OM等が含まれ、伝送媒体としては、ィンターネット等の伝送媒体、光、電波、音波等が含まれる。

また、上述した本発明のコンピュータは、 C P U等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、 O S、更に周辺機器を含むものであってもよい。

なお、以上説明したように、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現してもよいし、ハードウェア的に実現してもよい。産業上の利用可能性

本発明にかかる、燃料電池コージェネレーションシステム、燃料電池コージェネレーションシステムの運転方法、そのプログラム、記録媒体によれば、貯湯水と冷却水の温度差が小さいときにも、短時間で冷却水温度が昇温でき、起動に時間がかかる時間を短縮することができ、貯湯タンクを有した燃料電池コージエネレーションシステム等において有用である。

Claims

請求の範囲

1 . 燃料処理手段に接続され、冷却水経路を有する燃料電池と、前記冷却水経路上に設けられた第 1の熱交換手段と、

前記貯湯水を蓄える貯湯タンクと、

前記燃料電池の蓮転開始時に、前記貯湯タンクに蓄えられた貯湯水の熱を、前記貯湯水経路および前記第 1の熱交換手段を介して、前記燃料電池に伝えるよう、前記貯湯水を循環させる貯湯水制御手段と、

前記貯湯水経路に流れる貯湯水の流量を調整するための貯湯水流量調節手段と、

前記第 1の熟交換手段.の上流側の前記貯湯水経路に接続され、前記燃料処理手段の排ガスと熱交痪するための第 2の熱交換手段と、を備え、前記流量制御手段は、前記燃料電池の運転開始時において、前記貯湯

^Κ'温度が第 1の所定の温度以下の場合は、前記貯湯水流量調節手段を制御して前記貯镲水経路に流れる貯湯水の流量を低下させる、燃料電池コ

^"ジェ ^レーションシステム。

2 . 前記第 1の所定の温度は、前記燃料電池の運転温度である、請求の範囲 1に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。