JP5584804B2 - 燃料電池システム、および燃料電池システムの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムに関する。

以下に、従来の燃料電池システムについて説明する。

図３に示すように、従来の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤を用いて発電を行う燃料電池１と、天然ガスなどの発電原料に水を添加して改質し水素に富んだ燃料ガスを生成する燃料生成器２と、酸化剤としての空気を燃料電池１に供給するブロア３と、燃料電池１が発生する熱を外部へ取り出す第１の熱媒体として冷却水を燃料電池１へ流通せしめる冷却配管４と、冷却配管４に位置し冷却水を搬送する冷却水ポンプ５と、第１の熱媒体としての冷却水の熱を第２の熱媒体としての市水に伝達する熱交換器６と、市水を貯蔵する貯湯漕７と、熱交換器６と貯湯漕７を接続する市水配管８と、市水を搬送する市水ポンプ９からなる。

燃料電池１は燃料生成器２により生成された水素に富んだ燃料ガスとブロア３が供給する空気から電力と熱を発生させる。燃料生成器２は天然ガスなどの発電原料に水を添加して水素に富んだ燃料ガスを生成するため、天然ガスなどを燃焼させるバーナ（図示せず）により高温（約７００℃）に維持されている。

燃料電池１にて発生した熱は、冷却配管４の中を流れる冷却水によって外部へ搬送される。冷却水の流量は冷却水が燃料電池１から流出するところに設置された燃料電池温度検知器１０が検知する冷却水の温度Ｔｆが目標温度Ｔｒ１（約７０℃）と一致するように冷却水ポンプ５の搬送能力を調節する。ここで、燃料電池１の温度は燃料電池１から流出する温度とほぼ等しいと考えられるので、燃料電池温度検知器１０が検知する温度を燃料電池１の温度と見なす。

冷却水が得た熱は熱交換器６を介して市水配管８の中を流れる市水へ伝達される。市水の流量は市水が熱交換器６から流出するところに設置された市水温度検知器１１が検知する市水の温度Ｔｗが目標温度Ｔr2（約６０℃）と一致するように市水ポンプ９の搬送能力を調節する。

このような燃料電池システムにおいて、燃料電池１の発電を終了する際には、発電原料を燃料生成器２へ供給するのを停止するのと同時に、燃料生成器２と、燃料電池１の原料ガスおよび燃料ガスの流通経路とへ窒素などの不活性ガスを送り、可燃ガスを燃料電池システム内から廃棄することが一般的に行われる。また、発電停止と同時に燃料電池１は熱を発生しなくなるため、冷却水ポンプ５および市水ポンプ９も搬送動作を停止し、冷却水や市水の循環も停止する。

上記従来例のような燃料電池システムにおいて、発電終了後、約７００℃の燃料生成器２内から、燃料ガスの流通経路を経由してきた窒素などの不活性ガスは、燃料電池１を通過して、燃料電池１より外部へ排出される。

しかしながらこの時、燃料生成器２および流通経路に残留している燃料ガスは、その温度をほぼ保ったまま、不活性ガスに後押しされる形で燃料電池１内を通過して外部へ排出されることになる。したがって、燃料電池１の内部は、この燃料ガスが通過する部分だけ高温になることが考えられる。

燃料電池１に固体高分子型を用いている場合は、電解質に用いられる固体高分子膜は湿潤であることが必要であるが、高温かつ加湿されていない不活性ガスが固体高分子膜の近傍を流れると固体高分子膜が部分的に乾燥してしまう事態が発生し、燃料電池１の発電効率を著しく低下させる原因となる。

次に、燃料電池１が発電を停止しても、燃料電池１自身は、しばらくの間は約７０℃程度の温度を保っている。これは環境温度に比べると高い温度であるため、燃料電池１の保有している熱は、冷却水の循環を停止した後は外部へ放出されるのみであり、発電に際して発生した熱を有効に利用するためには発電後も燃料電池１が保有している熱を利用することが必要であった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、発電終了後に燃料電池の発電効率を低下させる事態を引き起こすことのない燃料電池システムを得ることを目的とする。

また、本発明は、発電終了後にも燃料電池の保持する熱を利用することができる燃料電池システムを得ることを目的とする。

第１の本発明は、燃料と酸化剤との供給を受けて電力を発生する固体高分子型燃料電池と、
前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池が有する熱を担持する第１の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
前記冷却循環系内にて前記第１の熱媒体を循環させる第１の熱媒体循環手段と、
前記第１の熱媒体から伝達された熱を担持する第２の熱媒体が流れる熱媒体経路と、
前記熱媒体経路内の前記第２の熱媒体を循環させる第２の熱媒体循環手段と、
前記第１の熱媒体と前記第２の熱媒体との間で熱交換を行い、前記第１の熱媒体が担持した熱を前記第２の熱媒体へ伝達する熱交換器と、
前記第１の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
前記固体高分子型燃料電池の発電が停止した後も、または前記固体高分子型燃料電池への前記燃料と前記酸化剤との供給が停止した後も、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を動作させ、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より大きい場合は、前記第１の熱媒体循環手段の搬送能力を大きくし、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より小さい場合は、前記第１の熱媒体循環手段の搬送能力を小さくするよう制御し、その後、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を停止させる制御を行うコントローラと、
を備える燃料電池システムである。

第２の本発明は、燃料と酸化剤との供給を受けて電力を発生する固体高分子型燃料電池と、
前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池が有する熱を担持する第１の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
前記冷却循環系内にて前記第１の熱媒体を循環させる第１の熱媒体循環手段と、
前記第１の熱媒体から伝達された熱を担持する第２の熱媒体が流れる熱媒体経路と、
前記第２の熱媒体経路内の前記第２の熱媒体を循環させる第２の熱媒体循環手段と、
前記第１の熱媒体と前記第２の熱媒体との間で熱交換を行い、前記第１の熱媒体が担持した熱を前記第２の熱媒体へ伝達する熱交換器と、
前記第２の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
前記固体高分子型燃料電池の発電が停止した後も、または前記固体高分子型燃料電池への前記燃料と前記酸化剤との供給が停止した後も、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を動作させ、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より大きい場合は、前記第２の熱媒体循環手段の搬送能力を大きくし、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より小さい場合は、前記第２の熱媒体循環手段の搬送能力を小さくするよう制御し、その後、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を停止させる制御を行うコントローラと、
を備える燃料電池システムである。

第３の本発明は、前記コントローラは、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を停止させたときの前記第２の熱媒体の温度がしきい温度よりも低くなるよう制御する、第１又は第２の本発明の燃料電池システムである。

第４の本発明は、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段の動作時に、前記熱交換器を通過した第２の熱媒体を貯える貯湯漕を備え、
前記しきい温度は、前記第２の熱媒体を貯湯槽へ貯める温度として望まれる温度に設定される、第３の本発明の燃料電池システムである。

第５の本発明は、燃料と酸化剤との供給を受けて電力を発生する固体高分子型燃料電池と、
前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池が有する熱を担持する第１の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
前記冷却循環系内にて前記第１の熱媒体を循環させる第１の熱媒体循環手段と、
前記第１の熱媒体から伝達された熱を担持する第２の熱媒体が流れる熱媒体経路と、
前記熱媒体経路内の前記第２の熱媒体を循環させる第２の熱媒体循環手段と、
前記第１の熱媒体と前記第２の熱媒体との間で熱交換を行い、前記第１の熱媒体が担持した熱を前記第２の熱媒体へ伝達する熱交換器と、
前記第１の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記固体高分子型燃料電池の発電が停止した後も、または前記固体高分子型燃料電池への前記燃料と前記酸化剤との供給が停止した後も、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を動作させ、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より大きい場合は、前記第１の熱媒体循環手段の搬送能力を大きくし、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より小さい場合は、前記第１の熱媒体循環手段の搬送能力を小さくするよう制御し、その後、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を停止させる、
燃料電池システムの運転方法である。

第６の本発明は、燃料と酸化剤との供給を受けて電力を発生する固体高分子型燃料電池と、
前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池が有する熱を担持する第１の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
前記冷却循環系内にて前記第１の熱媒体を循環させる第１の熱媒体循環手段と、
前記第１の熱媒体から伝達された熱を担持する第２の熱媒体が流れる熱媒体経路と、
前記熱媒体経路内の前記第２の熱媒体を循環させる第２の熱媒体循環手段と、
前記第１の熱媒体と前記第２の熱媒体との間で熱交換を行い、前記第１の熱媒体が担持した熱を前記第２の熱媒体へ伝達する熱交換器と、
前記第２の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記固体高分子型燃料電池の発電が停止した後も、または前記固体高分子型燃料電池への前記燃料と前記酸化剤との供給が停止した後も、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を動作させ、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より大きい場合は、前記第２の熱媒体循環手段の搬送能力を大きくし、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より小さい場合は、前記第２の熱媒体循環手段の搬送能力を小さくするよう制御し、その後、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を停止させる、
燃料電池システムの運転方法である。
第７の本発明は、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を停止させたときの前記第２の熱媒体の温度がしきい温度よりも低い、第５又は第６の本発明の燃料電池システムの運転方法である。
第８の本発明は、前記第１の熱媒体循環動作及び前記第２の熱媒体循環手段の動作時に、前記熱交換器を通過した第２の熱媒体が貯湯漕に供給され、前記しきい温度は、前記第２の熱媒体を貯湯槽へ貯める温度として望まれる温度である、第７の本発明の燃料電池システムの運転方法である。

以上説明したところから明らかなように、本発明は、発電終了後に燃料電池の発電効率を低下させる事態を引き起こすことのない燃料電池システムを提供することができる。

また、燃料電池で発生した熱を効率よく外部へ取り出し、有効な形態で熱を利用する燃料電池システムを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムの発電中および発電停止後の運転形態を示すフローチャートを示す図である。 本発明の第２の実施の形態における燃料電池システムの発電中および発電停止後の運転形態を示すフローチャートを示す図である。 従来のおよび本発明の実施の形態における燃料電池システムを示す構成図である。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態による燃料電池システムの構成要素は従来例と同じ図３で示され、同じ構成要素については同じ番号を付与している。

図３に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤を用いて発電を行う燃料電池１と、天然ガスなどの発電原料に水を添加して改質し水素に富んだ燃料ガスを生成する燃料生成器２と、酸化剤としての空気を燃料電池１に供給するブロア３と、燃料電池１が発生する熱を外部へ取り出す第１の熱媒体として冷却水を燃料電池１へ流通せしめる冷却配管４と、冷却配管４に位置し冷却水を搬送する冷却水ポンプ５と、第１の熱媒体としての冷却水の熱を第２の熱媒体としての市水に伝達する熱交換器６と、市水を貯蔵する貯湯漕７と、熱交換器６と貯湯漕７を接続する市水配管８と、市水を搬送する市水ポンプ９とを備えている。

また、図１は、本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムの発電中および発電停止後の冷却水ポンプ５と市水ポンプ９の運転形態を示すフローチャートである。

以上のような構成を有する本実施の形態による燃料電池システムの動作を、以下に説明する。

燃料電池１は、燃料生成器２により生成された水素に富んだ燃料ガスとブロア３が供給する空気とから、電力および熱を発生させる。

燃料生成器２は、天然ガスなどの発電原料に水を添加して水素に富んだ燃料ガスを生成するため、天然ガスなどを燃焼させるバーナ（図示せず）により高温（約７００℃）に維持されている。

燃料電池１にて発生した熱は、冷却配管４の中を流れる冷却水によって外部へ搬送される。冷却水の流量は、冷却水が燃料電池１から流出するところに設置された燃料電池温度検知器１０が検知する冷却水の温度Ｔｆが目標温度Ｔｒ１（約７０℃）と一致する冷却水ポンプ５の搬送能力を調節する。ここで、燃料電池１の温度は燃料電池１から流出する温度とほぼ等しいと考えられるので、燃料電池温度検知器１０が検知する温度を燃料電池１の温度と見なしてもよい。

冷却水が得た熱は、熱交換器６を介して市水配管８の中を流れる市水へ伝達される。市水の流量は、市水が熱交換器６から流出するところに設置された市水温度検知器１１が検知する市水の温度Ｔｗが、目標温度Ｔr2（約６０℃）と一致するように市水ポンプ９の搬送能力を調節する。

次に、燃料電池１の発電を終了する際には、原料ガスおよび水を燃料生成器２へ供給するのを停止するのと同時に、燃料生成器２から燃料電池１への原料ガスおよび燃料ガスの流通経路と、燃料電池１内における原料ガスおよび燃料ガスの流通経路との両方に窒素などの不活性ガスを送り、燃料生成器、流通経路および燃料電池１内に残留する可燃ガスを燃料電池システム内から排出する。

以上までの動作は従来例の燃料電池システムと同様であるが、以後の動作については、図１のフローチャートを参照して説明を行う。

まず、燃料電池温度検知器１０は、燃料電池１の温度に相当する、燃料電池１から流出する冷却水の温度Ｔｆを検知する（００１）。

検知した温度Ｔｆが、予め定めた目標温度Ｔr1より高い場合には、冷却水ポンプ５の冷却水搬送能力を大きくし、逆に、検知した温度Ｔｆが目標温度Ｔr1より低い場合には冷却水ポンプ５の冷却水搬送能力を小さくする（００２）。ここで、冷却水ポンプ５の冷却水搬送能力を決定するためには、一般的に用いられるＰＩＤコントローラを用いて、冷却水の温度Ｔｆが目標温度Ｔr1に一致するように冷却水ポンプ５の冷却水搬送動力を演算して、冷却水ポンプ５を運転すればよい。

続いて、市水温度検知器１１は、熱交換器６から流出する市水の温度Ｔｗを検知する（００３）。

検知した温度Ｔｗが、予め定めた目標温度Ｔr2より高い場合には、市水ポンプ９の市水搬送能力を大きくし、逆に、検知した温度Ｔｗが目標温度Ｔr2より低い場合には、市水ポンプ９の市水搬送能力を小さくする（００４）。ここで、市水ポンプ９の市水搬送能力を決定するためには、一般的に用いられるＰＩＤコントローラを用いて、市水の温度Ｔｗが目標温度Ｔr2に一致するように市水ポンプ９の市水搬送動力を演算して、市水ポンプ９を運転すればよい。

次に、燃料電池システムが発電停止されているかどうかを、図示しないシステムのコントローラが判断し（００５）、発電継続中であれば再び処理００１へ戻り、上記フローに基づく運転を繰り返す。

一方、燃料電池１の発電が停止される場合は、燃料発生器２からの燃料ガスの供給およびブロア３からの空気の供給は停止し、燃料生成器２および燃料電池１への不活性ガスの導入が開始されるが、燃料電池温度検知器１０は、冷却水の温度Ｔｆと、予め定めたしきい温度Ｔｅ１（約６０℃）とを比較して（００６）、冷却水の温度Ｔｆがしきい温度Ｔｅ１（約６０℃）よりも高い場合には処理００１へ戻り、上記フローに基づく運転を繰り返す。

冷却水の温度Ｔｆがしきい温度Ｔe1（約６０℃）よりも低くなった場合には、冷却水ポンプ５と市水ポンプ９の運転を停止する。

以上のように、本実施の形態においては、燃料電池１が発する熱を外部へ搬送するための冷却水ポンプ５と市水ポンプ９は、燃料電池１が発電停止しても運転しつづけるため、燃料生成器２と燃料電池１の原料ガスおよび燃料ガスの流通経路へ窒素などの不活性ガスを燃料電池１へ送っても、不活性ガスおよび不活性ガスにより搬送される高熱の残留燃料ガスが保持している熱は、冷却水を通して外部へ排出されるため、燃料電池１が部分的にも高温になることはない。そのため、燃料電池１に固体高分子型を用いていても固体高分子膜が部分的に乾燥してしまう事態が発生せず、燃料電池１の発電効率を著しく低下させる事態は発生しない。

また、燃料電池システムの発電を停止する時点において、冷却水ポンプ５と市水ポンプ９は燃料電池１が発電停止しても運転しつづけ、冷却水の温度Ｔｆがしきい温度Ｔe1より低くなった時点で停止するようにすることにより、燃料電池１の発電時に発生していた熱を効率よく回収することが可能になる。

また、冷却水の温度Ｔｆがしきい温度Ｔe1より低い場合には冷却水ポンプ５と市水ポンプ９を停止するため、貯湯している市水の温度を必要以上に低下させることがなく、利用価値の高い温度で市水の貯湯を維持させることが可能である。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図面を参照して説明する。

本実施の形態も、第１の実施の形態と同じく、従来例の燃料電池システムと同様の構成を有するため、説明には図３を用い、この詳細な説明は本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムのものに準ずるものとする。

また、図２は、本発明の第２の実施の形態における燃料電池システムの発電中および発電停止後の冷却水ポンプ５と市水ポンプ９の運転形態を示すフローチャートである。

以上のような構成を有する本実施の形態による燃料電池システムの動作を、以下に説明する。

まず、燃料電池温度検知器１０は、燃料電池１の温度に相当する燃料電池１から流出する冷却水の温度Ｔｆを検知する（００１）。

検知した温度Ｔｆが、予め定めた目標温度Ｔr1より高い場合には、冷却水ポンプ５の冷却水搬送能力を大きくし、逆に、検知した温度Ｔｆが目標温度Ｔr1より低い場合には冷却水ポンプ５の冷却水搬送能力を小さくする（００２）。ここで、冷却水ポンプ５の冷却水搬送能力を決定するためには、一般的に用いられるＰＩＤコントローラを用いて、冷却水の温度Ｔｆが目標温度Ｔr1に一致するように冷却水ポンプ５の冷却水搬送動力を演算して冷却水ポンプ５を運転すればよい。

続いて、市水温度検知器１１は、熱交換器６から流出する市水の温度Ｔｗを検知する（００３）。検知した温度Ｔｗが、予め定めた目標温度Ｔr2より高い場合には、市水ポンプ９の市水搬送能力を大きくし、逆に、検知した温度Ｔｗが目標温度Ｔr2より低い場合には、市水ポンプ９の市水搬送能力を小さくする（００４）。ここで、市水ポンプ９の市水搬送能力を決定するためには、一般的に用いられるＰＩＤコントローラを用いて、市水の温度Ｔｗが目標温度Ｔr2に一致するように市水ポンプ９の市水搬送動力を演算して市水ポンプ９を運転すればよい。

そして、燃料電池システムが発電停止されているかどうかを、図示しないシステムのコントローラが判断し（００５）、発電継続中であれば再び処理００１へ戻り、上記フローに基づく運転を繰り返す。

一方、燃料電池１の発電が停止された場合には、市水の温度Ｔｗと、予め定めたしきい温度Ｔｅ２（約５５℃）とを比較して（００６）、市水の温度Ｔｗがしきい温度Ｔｅ２（約５５℃）よりも高い場合には処理００１へ戻り、上記フローに基づく運転を繰り返す。

市水の温度Ｔｗがしきい温度Ｔe2（約５５℃）よりも低くなった場合には、冷却水ポンプ５と市水ポンプ９の運転を停止する。

以上のように、本実施の形態においては、燃料電池システムの発電を停止する時点において、燃料電池１が発する熱を外部へ搬送するための冷却水ポンプ５と市水ポンプ９は燃料電池１が発電停止しても運転しつづけ、市水の温度Ｔｗがしきい温度Ｔe2より低くなった時点で停止するようにすることにより、燃料電池１の発電時に発生し、発電の停止後に燃料電池１内に保たれていた熱も効率よく回収することが可能になる。

また、市水の温度Ｔｗがしきい温度Ｔe2より低い場合には、冷却水ポンプ５と市水ポンプ９を停止するため、貯湯している市水の温度を必要以上に低下させることがなく、利用価値の高い温度で市水の貯湯を維持させることが可能である。

また、冷却水ポンプ５と市水ポンプ９を停止するタイミングを、熱を実際に利用する市水の温度で決めるため、正確な貯湯温度の管理が可能となる。

さらに、第１の実施の形態と同様、発電停止に際して燃料生成器２と燃料電池１の原料ガスおよび燃料ガスの流通経路へ窒素などの不活性ガスを燃料電池１へ送っても、不活性ガスおよび不活性ガスにより搬送される高熱の残留燃料ガスが保持している熱は冷却水を通して外部へ排出されるため、燃料電池１が部分的にも高温になることはない。そのため、燃料電池１に固体高分子型を用いていても固体高分子膜が部分的に乾燥してしまう事態が発生せず、燃料電池１の発電効率を著しく低下させる事態は発生しない。

なお、本発明の第１の実施の形態、第２の実施の形態において、燃料電池１の目標温度Ｔr1を７０℃、市水の目標温度Ｔr2を６０℃としているが目標温度Ｔr1は燃料電池１の発電が効率良く行われる温度に設定されるべきで７０℃に限るものではなく、目標温度Ｔr2も市水を貯湯タンク７へ貯める温度として望まれる温度に設定されるべきで６０℃に限るものではない。

また、本発明の第１の実施の形態で、冷却水ポンプ５と市水ポンプ９の運転を停止するしきい温度Ｔe1を６０℃としたが、市水を貯湯タンク７へ貯める温度として望まれる温度に熱交換器６でのロスを考えて数度上に設定されるべきで６０℃に限るものではない。

さらに、本発明の第２の実施の形態で、冷却水ポンプ５と市水ポンプ９の運転を停止するしきい温度Ｔe2を５５℃としたが、市水を貯湯タンク７へ貯める温度として望まれる温度に設定されるべきで５５℃に限るものではない。

また、上記の各実施の形態において、燃料電池１は本発明の燃料電池の一例であり、冷却配管４は本発明の冷却循環系の一例である。また冷却水ポンプ５は本発明の熱媒体循環手段の一例であり、熱交換器６および市水ポンプ９は本発明の放熱手段または熱交換器の一例であり、燃料電池温度検出器１０および市水温度検知機１１は本発明の温度検出手段の一例である。また冷却配管４内を搬送される冷却水は本発明の第１の熱媒体の一例であり、市水配管８内を搬送される市水は本発明の第２の熱媒体の一例である。

しかしながら、本発明は上記の実施の形態の構成に限定されるものではなく、本発明の温度検出手段は、燃料電池１の温度を直接測定して、その温度を得るようにしても良い。また熱交換器１１の温度を測定するようにしてもよい。市水配管８の温度を測定するようにしてもよい。要するに、本発明の温度検出手段は、燃料電池の温度を直接的または間接的に検出することができる、または本発明の第２の熱媒体の温度を検出できればよく、その測定部位によって限定されることはない。

また、本発明の第１の熱媒体は、冷却水（Ｈ₂０）に限定する必要はなく、他に不凍液
など、絶縁性で、燃料電池の熱を充分に担持可能な媒体であればよい。

また、本発明の放熱手段は、貯湯層７および市水配管８を省略して、熱交換器６が空気中に熱を放出するような構成であってもよい。この場合、熱媒体循環手段に対応するポンプ５だけが、所定のしきい値になるまで動作することになる。また、放熱手段が、熱媒体の循環など、放熱のための動作を行うような構成であっても、熱媒体循環手段だけが、燃料電池への燃料および酸化剤の供給停止後も、動作するものであってもよい。

以上のような本発明は、燃料電池１の発電停止後、冷却水の温度Ｔｒがしきい温度Ｔe1（約６０℃）より低くなる、もしくは、市水の温度Ｔｗがしきい温度Ｔe2（約５５℃）より低くなるまで、冷却水ポンプ５と市水ポンプ９の運転を継続することにより、発電中に燃料電池１が発生した熱を効率よく回収することが可能となる。冷却水もしくは市水の温度がしきい温度より低くなった時に冷却水ポンプ５と市水ポンプ９を停止するため、貯湯している市水の温度を必要以上に低下させることがなく、利用価値の高い温度で市水の貯湯を維持させることが可能である。

また、発電停止後に原料ガス、燃料ガス経路を通過してきた不活性ガスによる燃料電池１の温度上昇を招かないため、燃料電池１に固体高分子型を用いていても固体高分子膜が部分的に乾燥してしまう事態が発生せず、燃料電池１の発電効率を著しく低下させる事態は発生せず、信頼性の高い燃料電池システムの提供が可能となる。

１ 燃料電池
２ 燃料生成器
３ ブロア
４ 冷却配管
５ 冷却水ポンプ
６ 熱交換器
７ 貯湯漕
８ 市水配管
９ 市水ポンプ
１０ 燃料電池温度検知器
１１ 市水温度検知器

Claims (8)

1. 燃料と酸化剤との供給を受けて電力を発生する固体高分子型燃料電池と、
   前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池が有する熱を担持する第１の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
   前記冷却循環系内にて前記第１の熱媒体を循環させる第１の熱媒体循環手段と、
   前記第１の熱媒体から伝達された熱を担持する第２の熱媒体が流れる熱媒体経路と、
   前記熱媒体経路内の前記第２の熱媒体を循環させる第２の熱媒体循環手段と、
   前記第１の熱媒体と前記第２の熱媒体との間で熱交換を行い、前記第１の熱媒体が担持した熱を前記第２の熱媒体へ伝達する熱交換器と、
   前記第１の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
   前記固体高分子型燃料電池の発電が停止した後も、または前記固体高分子型燃料電池への前記燃料と前記酸化剤との供給が停止した後も、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を動作させ、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より大きい場合は、前記第１の熱媒体循環手段の搬送能力を大きくし、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より小さい場合は、前記第１の熱媒体循環手段の搬送能力を小さくするよう制御し、その後、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を停止させる制御を行うコントローラと、
   を備える燃料電池システム。
2. 燃料と酸化剤との供給を受けて電力を発生する固体高分子型燃料電池と、
   前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池が有する熱を担持する第１の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
   前記冷却循環系内にて前記第１の熱媒体を循環させる第１の熱媒体循環手段と、
   前記第１の熱媒体から伝達された熱を担持する第２の熱媒体が流れる熱媒体経路と、
   前記第２の熱媒体経路内の前記第２の熱媒体を循環させる第２の熱媒体循環手段と、
   前記第１の熱媒体と前記第２の熱媒体との間で熱交換を行い、前記第１の熱媒体が担持した熱を前記第２の熱媒体へ伝達する熱交換器と、
   前記第２の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
   前記固体高分子型燃料電池の発電が停止した後も、または前記固体高分子型燃料電池への前記燃料と前記酸化剤との供給が停止した後も、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を動作させ、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より大きい場合は、前記第２の熱媒体循環手段の搬送能力を大きくし、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より小さい場合は、前記第２の熱媒体循環手段の搬送能力を小さくするよう制御し、その後、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を停止させる制御を行うコントローラと、
   を備える燃料電池システム。
3. 前記コントローラは、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を停止させたときの前記第２の熱媒体の温度がしきい温度よりも低くなるよう制御する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段の動作時に、前記熱交換器を通過した第２の熱媒体を貯える貯湯漕を備え、
   前記しきい温度は、前記第２の熱媒体を貯湯槽へ貯める温度として望まれる温度に設定される、請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 燃料と酸化剤との供給を受けて電力を発生する固体高分子型燃料電池と、
   前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池が有する熱を担持する第１の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
   前記冷却循環系内にて前記第１の熱媒体を循環させる第１の熱媒体循環手段と、
   前記第１の熱媒体から伝達された熱を担持する第２の熱媒体が流れる熱媒体経路と、
   前記熱媒体経路内の前記第２の熱媒体を循環させる第２の熱媒体循環手段と、
   前記第１の熱媒体と前記第２の熱媒体との間で熱交換を行い、前記第１の熱媒体が担持した熱を前記第２の熱媒体へ伝達する熱交換器と、
   前記第１の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
   を備える燃料電池システムの運転方法であって、
   前記固体高分子型燃料電池の発電が停止した後も、または前記固体高分子型燃料電池への前記燃料と前記酸化剤との供給が停止した後も、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を動作させ、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より大きい場合は、前記第１の熱媒体循環手段の搬送能力を大きくし、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より小さい場合は、前記第１の熱媒体循環手段の搬送能力を小さくするよう制御し、その後、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を停止させる、
   燃料電池システムの運転方法。
6. 燃料と酸化剤との供給を受けて電力を発生する固体高分子型燃料電池と、
   前記固体高分子型燃料電池内を通過するように設けられた、前記固体高分子型燃料電池が有する熱を担持する第１の熱媒体が内部を循環する冷却循環系と、
   前記冷却循環系内にて前記第１の熱媒体を循環させる第１の熱媒体循環手段と、
   前記第１の熱媒体から伝達された熱を担持する第２の熱媒体が流れる熱媒体経路と、
   前記熱媒体経路内の前記第２の熱媒体を循環させる第２の熱媒体循環手段と、
   前記第１の熱媒体と前記第２の熱媒体との間で熱交換を行い、前記第１の熱媒体が担持した熱を前記第２の熱媒体へ伝達する熱交換器と、
   前記第２の熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
   を備える燃料電池システムの運転方法であって、
   前記固体高分子型燃料電池の発電が停止した後も、または前記固体高分子型燃料電池への前記燃料と前記酸化剤との供給が停止した後も、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を動作させ、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より大きい場合は、前記第２の熱媒体循環手段の搬送能力を大きくし、前記温度検出手段によって検出された温度が予め定められた目標温度より小さい場合は、前記第２の熱媒体循環手段の搬送能力を小さくするよう制御し、その後、前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を停止させる、
   燃料電池システムの運転方法。
7. 前記第１の熱媒体循環手段及び前記第２の熱媒体循環手段を停止させたときの前記第２の熱媒体の温度がしきい温度よりも低い、請求項５又は６に記載の燃料電池システムの運転方法。
8. 前記第１の熱媒体循環動作及び前記第２の熱媒体循環手段の動作時に、前記熱交換器を通過した第２の熱媒体が貯湯漕に供給され、前記しきい温度は、前記第２の熱媒体を貯湯槽へ貯める温度として望まれる温度である、請求項７に記載の燃料電池システムの運転方法。

Images