燃料電池システム
【課題】 改質器と燃料電池を組み合わせた燃料電池システムの熱効率を高める。
【解決手段】 燃料電池システムは、水蒸気と燃料ガスの混合物から水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器２と、前記改質器２で得られた改質ガスを燃料として発電する燃料電池７と、燃料電池７を冷却する冷却水系統９を備えており、燃料電池７は冷却水系統９を循環する冷却水の一部を蒸発できる温度領域で運転されるように構成され、冷却水系統９に水蒸気を冷却水から分離する蒸気分離器３０が設けられ、前記蒸気分離器３０で分離された水蒸気を原料ガスと混合して前記改質器２に供給するための水蒸気供給系統３５が設けられる。
【解決手段】 燃料電池システムは、水蒸気と燃料ガスの混合物から水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器２と、前記改質器２で得られた改質ガスを燃料として発電する燃料電池７と、燃料電池７を冷却する冷却水系統９を備えており、燃料電池７は冷却水系統９を循環する冷却水の一部を蒸発できる温度領域で運転されるように構成され、冷却水系統９に水蒸気を冷却水から分離する蒸気分離器３０が設けられ、前記蒸気分離器３０で分離された水蒸気を原料ガスと混合して前記改質器２に供給するための水蒸気供給系統３５が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水蒸気と燃料ガスの混合物から水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器と、前記改質器で得られた改質ガスを燃料として発電する燃料電池と、燃料電池を冷却する冷却水系統を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水蒸気と燃料ガスの混合物から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、改質器で生成した水素リッチな改質ガスを燃料として発電する燃料電池を備えた燃料電池システムが知られている。燃料電池には種々の形式のものが存在するが、その中でも固体高分子型の燃料電池（ＰＥＦＣ）が有望視されている。
【０００３】
水素リッチな改質ガスを生成する改質装置が特許文献１に記載されている。この改質装置は、燃料を燃焼して水蒸気を発生する水蒸気発生手段と、水蒸気発生手段で発生した水蒸気と原料ガスを混合した原料−水蒸気混合物を改質触媒の存在下に水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器を備えている。なお原料ガスとしては都市ガス、天然ガス、メタンガスなどが使用される。
【０００４】
改質器には外部加熱型と内部加熱型がある。外部加熱型はバーナ等の燃焼装置で発生した燃焼ガスで改質器の壁面を外部から加熱し、その壁を通して改質器内部に改質反応に必要な熱を供給する方式である。内部加熱型は改質器の原料供給側に酸化触媒を充填した部分酸化反応層を設け、そこに空気を供給して原料ガスの一部を酸化し、その酸化熱を改質反応に必要な熱として利用する方式である。したがって、内部加熱型の改質器を採用する場合は、バーナ等による燃焼装置は改質器に水蒸気を供給する水蒸気発生手段だけに用いられる。
【０００５】
運転温度が７０℃程度の一般的な定置用の固体高分子型の燃料電池を用いて発電する燃料電池システムの場合、現状技術で発電効率３３％（ＨＨＶ）、熱効率４５％（ＨＨＶ）を達成している。しかし、この熱効率は燃料電池の排熱をその冷却水から回収することにより達成されるものであるが、燃料電池の７０℃程度の低温の排熱回収は給湯設備との組み合わせによるシステムに限定されている。
【０００６】
図４は従来の改質装置と、固体高分子型の燃料電池と、給湯設備とを組み合わせた燃料電池システムの例を示すプロセスフロー図である。この例における改質装置１は、外部加熱型の改質器２、水蒸気発生手段３、エジェクターで構成される混合器４、シフトコンバータ５及びＣＯ低減器（ＰＲＯＸ）６を備えている。
【０００７】
図４に示す固体高分子型の燃料電池７は、運転温度が７０℃程度の一般的な定置用の固体高分子型の燃料電池であり、改質装置１から供給される水素リッチな改質ガスと空気を反応させて発電し、その電力はインバータ８を経て家庭内給電系統に供給される。燃料電池７を冷却してその排熱を回収するため、燃料電池７の内部には冷却水系統９の冷却水が流通する。
【０００８】
冷却水系統９は冷却水タンク１０、循環配管１１及びポンプ１２を備え、循環配管１１の途中に貯湯槽１３が設けられる。ポンプ１２を運転すると冷却水タンク１０の冷却水が循環配管１１により燃料電池７に供給され、燃料電池７で熱交換し加熱された冷却水は貯湯槽１３で熱回収されて冷却水タンク１０に戻る。
【０００９】
一方、燃料電池７のアノードから排出するアノード排ガスは水素を２０％程度含有するので、配管１４で改質装置１に供給し熱源として利用される。具体的には、改質装置１を構成する水蒸気発生手段３と外部加熱型の改質器２をそれぞれ加熱するバーナ１５にアノード排ガス（及び配管１６からの空気）が供給される。
【００１０】
水蒸気発生手段３にはポンプ１７および配管１８により純水等の水が供給される。水蒸気発生手段３ではバーナ１５の燃焼により水が加熱されて水蒸気を発生し、その水蒸気が混合器４に供給される。混合器４は供給された水蒸気の吸引力により配管１９から流入する原料ガスを吸引し、生成する原料−水蒸気混合物が改質器２に供給される。なお原料ガスは脱硫装置２０で硫黄成分を除去されてから配管１９を経て混合器４に供給される。
【００１１】
改質器２で原料ガスが改質触媒の存在下に水蒸気改質されて水素リッチな改質ガスを生成する。生成した改質ガスは、シフト触媒を備えたシフトコンバータ５でＣＯ（一酸化炭素）を除去した後、さらにＣＯ低減器６に供給され、そこで僅かに残留するＣＯをｐｐｍオーダまで低減してから燃料電池７に供給される。
【００１２】
図５は従来の改質装置と、固体高分子型の燃料電池と、給湯設備とを組み合わせた燃料電池システムの他の例を示すプロセスフロー図である。この例が図４の例と異なる部分は、改質装置１を構成する改質器が内部加熱型の改質器２とされることのみで、そのほかは同様に構成される。従って同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
内部加熱型の改質器２は、前述のように改質器の原料供給側に酸化触媒を充填した部分酸化反応層を設け、そこに空気を供給して原料ガスの一部を酸化し、その酸化熱を改質反応に必要な熱として利用する方式なので、アノード排ガスを燃焼するバーナ１５は水蒸気発生手段３だけを加熱する。一方、改質器２の酸化用空気は配管２１から供給される。
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−１５５６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図４または図５に示すような改質装置１と、燃料電池７と、貯湯槽１３等の給湯設備とを組み合わせた従来の燃料電池システムでは、システムとしての有効性を生かすために、給湯の需要変動に適合もしくは追従するような燃料電池の発電パターン（もしくは発電運転パターン）を採用せざるを得ないという問題がある。
【００１６】
具体的には、現在、日本で大規模実証試験が行われている１ＫＷ級の家庭発電用の燃料電池システムを例にとると、標準的な家庭が消費する１日分の湯を貯湯槽で所定温度に昇温するために必要な加熱時間は半日程度でよいので、それに適合させる燃料電池システムの稼働率も低くならざるを得ない。さらに、燃料電池システムの稼働率は、湯の需要量が少ない夏季には一層低下し、このように稼働率の低いことが定置用の燃料電池システムの普及拡大の障害の一つになっている。
【００１７】
さらに、従来の燃料電池システムでは燃料電池のアノード排ガスで水蒸気を発生させているので、他の熱負荷設備の熱源としてアノード排ガスを利用することができない。そこで本発明はこのような従来の燃料電池システムにおける問題を解決することを課題とし、そのための新しい燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記課題を解決する本発明の燃料電池システムは、水蒸気と燃料ガスの混合物から水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器と、前記改質器で得られた改質ガスを燃料として発電する燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷却水系統を備えた燃料電池システムである。そして、前記燃料電池は、冷却水系統を循環する冷却水の一部を蒸発できる温度領域で運転するように構成され、前記冷却水系統に蒸発により生成する水蒸気を冷却水から分離する蒸気分離器が設けられ、前記蒸気分離器で分離された水蒸気を原料ガスと混合して前記改質器に供給するための水蒸気供給系統が設けられていることを特徴とする（請求項１）。
【００１９】
上記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池のアノード排ガスを熱負荷設備に供給するように構成することができる（請求項２）。
【００２０】
上記熱負荷設備はガスヒートポンプ式の冷暖房設備であり、前記アノード排ガスを前記ガスヒートポンプ式の冷暖房設備を構成する水素エンジンの燃料として供給するように構成することができる（請求項３）。
【００２１】
前記熱負荷設備は吸収式ガス冷暖房設備であり、前記アノード排ガスを前記吸収式ガス冷暖房設備の再生器加熱用の燃料として供給するように構成することができる（請求項４）。
【００２２】
前記熱負荷設備はバイオマスエタノール製造設備であり、前記アノード排ガスをバイオマスエタノール製造設備の加熱用の燃料として供給するように構成することができる（請求項５）。
【００２３】
上記バイオマスエタノール製造設備を設けた燃料電池システムにおいて、前記蒸気分離器で分離された水蒸気をバイオマスエタノール製造設備の熱源として供給するための水蒸気供給系統を設けることができる（請求項６）。
【００２４】
上記バイオマスエタノール製造設備を設けた燃料電池システムにおいて、バイオマスエタノール製造設備で生成したエタノールの少なくとも一部を改質器に原料ガスとして供給するように構成することができる（請求項７）。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の燃料電池システムは、請求項１に記載のように、燃料電池が冷却水系統を循環する冷却水の一部を蒸発できる温度領域、例えば１００℃以上、好ましくは１５０℃以上の中温もしくは高温の温度領域で運転するように構成され、燃料電池の冷却水系統に設けられた蒸気分離器で分離した水蒸気を原料ガスと混合して前記改質器に供給するための水蒸気供給系統が設けられている。
【００２６】
このように構成すると、燃料電池の排熱を利用して改質器へ水蒸気を供給できるので、水蒸気発生のための燃料消費が実質的に不要になる。さらに燃料電池のアノード排ガスを水蒸気発生用として消費しなくてよいので、それを他の熱負荷設備の熱源として利用できる。そのため高い熱効率を有する燃料電池システムを構築することが可能になる。さらに、冷却水系統における蒸気分離器が一種のバッファー機能を有するので、水蒸気供給系統による水蒸気供給は冷却水系統の温度変動に大きく影響されることがない。そのため電力需要の変化などに左右されることなく、改質器への水蒸気供給量の制御を独立的に行うことができる。
【００２７】
上記燃料電池システムにおいて、請求項２に記載のように、前記燃料電池のアノード排ガスを熱負荷設備に供給するように構成すると、高い熱効率を有する燃料電池システムを構築することが可能になる。
【００２８】
請求項３に記載のように、前記熱負荷設備がガスヒートポンプ式の冷暖房設備である場合、前記ガスヒートポンプ式の冷暖房設備を構成する水素エンジンの燃料を前記アノード排ガスで賄うことができる。
【００２９】
請求項４に記載のように、前記熱負荷設備が吸収式ガス冷暖房設備である場合、前記吸収式ガス冷暖房設備の再生器加熱用の燃料を前記アノード排ガスで賄うことができる。
【００３０】
請求項５に記載のように、前記熱負荷設備がバイオマスエタノール製造設備である場合、バイオマスエタノール製造設備の加熱用燃料を前記アノード排ガスで賄うことができる。
【００３１】
上記バイオマスエタノール製造設備を設けた燃料電池システムにおいて、請求項６に記載のように、前記蒸気分離器で分離された水蒸気をバイオマスエタノール製造設備の熱源として供給するための水蒸気供給系統を設けることができる。このように構成すると、燃料電池システムの熱効率をさらに向上させることができる。
【００３２】
上記バイオマスエタノール製造設備を設けた燃料電池システムにおいて、請求項７に記載のように、バイオマスエタノール製造設備で生成したエタノールの少なくとも一部を改質器の原料ガスとして供給するように構成することができる。このように構成すると、改質器の原料ガスをバイオマスエタノール製造設備から供給できるので、燃料電池システムのエネルギー消費量を一層低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
次に図面に基づいて本発明の最良の実施形態を説明する。図１は本発明の燃料電池システムの１例を示すプロセスフロー図である。なお図１の実施形態において図５の従来例と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３４】
本実施形態では、改質装置１を構成する改質器２として図５の例と同様な内熱型の改質器２を用いている。しかし燃料電池７は運転温度領域が１５０℃程度である中温型の固体高分子型の燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いている。そして燃料電池７を冷却する冷却水系統９には、図５の例のような冷却水タンク１０は設けないが、代わりに蒸気分離器３０が設けられる。
【００３５】
燃料電池７から蒸気分離器３０に戻る循環配管１１には、温度調整器３４または圧力調整部３４ａからの制御信号により駆動する三方調整弁３１が設けられる。三方調整弁３１の接続部Ｂは配管３２を介して図５の例と同様な給湯設備としての貯湯槽１３の入口側に連通し、貯湯槽１３の出口側は配管３３を介して蒸気分離器３０に連通している。
【００３６】
上記のように本実施形態では、燃料電池７から流出する冷却水が蒸気分離器３０に流入し、そこで水蒸気を発生させて熱回収すると共に、燃料電池７から流出する冷却水の少なくとも一部を貯湯槽１３に熱源として供給し熱回収している。なお貯湯槽１３（及び三方調整弁３１）は必要に応じて省略することもできる。
【００３７】
上記のように貯湯槽１３による熱回収を行うようにシステムを構成した場合は、蒸気分離器３０における水蒸気発生が確実に行われるように三方調整弁３１を制御することができる。例えば燃料電池７から流出する冷却水の温度が低くなった場合には、蒸気分離器３０の温度または圧力が低下するので、温度調整器３４または圧力調整部３４ａからの制御信号により、貯湯槽１３を循環する冷却水の流量を減らすように三方調整弁３１を制御することができる。
【００３８】
蒸気分離器３０で分離した水蒸気は水蒸気供給系統３５を経て改質装置１を構成する混合器４に供給される。水蒸気供給系統３５は蒸気分離器３０の上部と混合器４の蒸気供給部との間を連通する配管３６と、配管３６に設けた蒸気制御弁３７と、蒸気制御弁３７を制御する流量制御部３８が設けられる。なお蒸気分離器３０に必要に応じて純水等の水を補給するため、ポンプ３０ａを設けた配管３０ｂが接続される。流量制御部３８は蒸気制御弁３７に制御信号を出力するが、例えば燃料電池７の負荷に応じた水蒸気量が改質器２に供給されるように蒸気制御弁３７に制御信号を出力することができる。
【００３９】
本実施形態では、熱負荷設備としてのガスヒートポンプ式の冷暖房設備４０に燃料電池７のアノード排ガスを熱源（もしくは燃料源）として供給している。具体的には、燃料電池７のアノード排ガスを配管４６により前記冷暖房設備４０を構成する水素エンジン４１に燃料として供給する。ガスヒートポンプ式の冷暖房設備４０は、水素を燃料として回転する水素エンジン４１、水素エンジン４１で駆動されるコンプレッサ４２、コンプレッサで圧縮された作動媒体を蒸発させる蒸発器４３、作動媒体の膨張弁４４および凝縮器４５等を備えている。
【００４０】
次に、図１の燃料電池システムの作用を説明する。配管１９から供給した原料ガスと配管３６から供給した水蒸気が混合器４で混合され、混合器４の出口から流出する原料−水蒸気混合物が改質器２に供給される。改質器２に供給された原料ガスの一部は酸化触媒の作用により燃焼し、改質器２内部を改質反応温度（例えば７００℃程度）に昇温する。残りの大部分の原料ガスは改質触媒の作用により水蒸気と反応して水蒸気改質され、水素リッチな改質ガスを生成する。
【００４１】
生成した改質ガスにはＣＯが含まれているので、シフト触媒を充填したシフトコンバータ５でＣＯを除去され、さらに改質ガスに残留するＣＯがＣＯ低減器６でＰＰｍオーダまで低減された後、アンモニア除去器６ａで原料ガス由来のアンモニアが除去されてから燃料電池７に供給される。
【００４２】
燃料電池７は供給される改質ガスに含まれる水素と、別に供給される空気中の酸素とを反応させて発電し、その電力はインバータ８で交流に変換されて家庭内の受電系統などに供給される。一方、燃料電池７は蒸気分離器３０から循環配管１１で送られてくる冷却水で冷却され、内部の熱交換により加熱されて燃料電池７から流出する冷却水は、循環配管１１に設けた三方調整弁３１を経て蒸気分離器３０に戻り、一部は三方調整弁３１から分かれて貯湯槽１３を経由してから蒸気分離器３０に戻る。
【００４３】
蒸気分離器３０で分離された水蒸気は、水蒸気供給系統３５により改質装置１の混合器４に供給される。その際、水蒸気供給系統３５に設けた流量調整部３７からの制御信号により、蒸気制御弁３８の開度が調整されて混合器４への水蒸気供給量が制御される。一方、燃料電池７から排出するアノード排ガスは未反応の水素が２０％程度含まれているが、配管４６からガスヒートポンプ式の冷暖房設備４０に供給することにより、未反応の水素が熱源として回収される。
【００４４】
図２は本発明の燃料電池システムの他の例を示すプロセスフロー図である。なお図２の実施形態において図１の例と異なる部分は、燃料電池７から排出されるアノード排ガスが吸収式ガス冷暖房設備５０に供給されることであり、そのほかは同様に構成される。従って図１と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４５】
本実施形態では、燃料電池７のアノード排ガスを熱負荷設備としての吸収式ガス冷暖房設備５０の熱源（もしくは燃料）として供給している。具体的には、燃料電池７のアノード排ガスを配管４６により吸収式ガス冷暖房設備５０を構成する再生器５１の加熱用燃料として供給している。このように構成することにより、燃料電池７から排出するアノード排ガスは、配管４６から吸収式ガス冷暖房設備５０に供給され、未反応の水素が熱源として回収される。
【００４６】
なお、本実施形態における吸収式ガス冷暖房設備５０は、再生器５１、再生器５１で生成する水蒸気を凝縮する凝縮器５２、凝縮器５２で凝縮した水を蒸発させる蒸発器５３、吸収器５４および冷却塔５５及び凝縮器５２に循環する作動媒体で冷暖房を行う室内機５６を備えている。
【００４７】
図３は本発明の燃料電池システムのさらに他の例を示すプロセスフロー図である。なおこの実施形態の特徴部分は、燃料電池７から排出されるアノード排ガスが熱負荷設備としてのバイオマスエタノール製造設備６０に供給されること、バイオマスエタノール製造設備６０で生成したエタノールの少なくとも一部を改質器２に原料ガスとして供給すること、および燃料電池７の排熱を水蒸気に変換した一部をバイオマスエタノール製造設備６０の熱源として供給することであり、そのほかは図１の例と同様に構成される。従って図１と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
バイオマスエタノール製造設備６０は、バイオマスの原料となる木片等を粉砕・乾燥する粉砕乾燥装置６１、糖化装置６２、発酵装置６３、蒸留装置６４及び脱水装置６５を備えている。本実施形態では、燃料電池７のアノード排ガスを熱負荷設備としてのバイオマスエタノール製造設備６０の熱源（もしくは燃料）として供給している。
【００４９】
具体的には、燃料電池７のアノード排ガスを配管４６によりバイオマスエタノール製造設備６０を構成する蒸留装置６４の蒸留操作の熱源として供給している。なおバイオマス原料に木質が使用される場合、糖化装置６２は３００℃程度の温度が必要になるので、その熱源として、アノード排ガスを点線で示すように糖化装置６２の加熱用バーナに供給することもできる。
【００５０】
バイオマスエタノール製造設備６０を構成する粉砕乾燥装置６１（例えば１０５℃）、糖化装置６２（例えば９０℃）及び発酵装置６３（例えば６０℃）には、それぞれ所定の温度に制御するための熱交換器が設けられる。そこで本実施形態では、蒸気分離器３０で分離された水蒸気を水蒸気供給系統３５で改質装置１の混合器４に供給すると共に、バイオマスエタノール製造設備６０の粉砕乾燥装置６１、糖化装置６２及び発酵装置６３の各熱交換器に別の水蒸気供給系統６６で水蒸気の一部を供給している。
【００５１】
水蒸気供給系統６６は、蒸気分離器３０の上部とバイオマスエタノール製造設備６０の前記各装置とを連通する配管６７、配管６７に設けた蒸気制御弁６８及び蒸気制御弁６８を制御する流量制御部６９を有する。なお蒸気制御弁６８と流量制御部６９の作用は前記水蒸気供給系統３５における蒸気制御弁３８と流量制御部３７の作用と同様である。
【００５２】
本実施形態では上記のように、燃料電池７から排出するアノード排ガスが配管４６からバイオマスエタノール製造設備６０に供給されてその熱回収が行われる。また燃料電池７の排熱を水蒸気に変換してバイオマスエタノール製造設備６０の熱源として供給することにより、燃料電池７の排熱の熱回収が行われる。
【００５３】
一方、バイオマスエタノール製造設備６０で生成したエタノールの少なくとも一部は、配管６７ａ、混合器４を経由して改質器２に原料ガスとして供給されるので、改質器２には他から原料ガスを供給する必要がなくなるか、または他から改質器２に供給する原料ガスの量を減少させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池の排熱を回収しアノード排ガスを熱負荷設備の熱源として用いる家庭用などの燃料電池システムとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の燃料電池システムの１例を示すプロセスフロー図。
【図２】本発明の燃料電池システムの他の例を示すプロセスフロー図。
【図３】本発明の燃料電池システムのさらに他の例を示すプロセスフロー図。
【００５６】
【図４】従来の燃料電池システムの１例を示すプロセスフロー図。
【図５】従来の燃料電池システムの他の例を示すプロセスフロー図。
【符号の説明】
【００５７】
１ 改質装置
２ 改質器
３ 水蒸気発生手段
４ 混合器
５ シフトコンバータ
６ ＣＯ低減器
７ 燃料電池
８ インバータ
９ 冷却水系統
１０ 冷却水タンク
【００５８】
１１ 循環配管
１２ ポンプ
１３ 貯湯槽
１４ 配管
１５ バーナ
１６ 配管
１７ ポンプ
１８，１９ 配管
２０ 脱硫装置
２１ 配管
【００５９】
３０ 蒸気分離器
３０ａ ポンプ
３０ｂ 配管
３１ 三方調整弁
３２，３３ 配管
３４ 温度調整器
３４ａ 圧力調整部
３５ 水蒸気供給系統
３６ 配管
３７ 蒸気制御弁
３８ 流量制御部
【００６０】
４０ ガスヒートポンプ式の冷暖房設備
４１ 水素エンジン
４２ コンプレッサ
４３ 蒸発器
４４ 膨張弁
４５ 凝縮器
４６ 配管
【００６１】
５０ 吸収式ガス冷暖房設備
５１ 再生器
５２ 凝縮器
５３ 蒸発器
５４ 吸収器
５５ 冷却塔
５６ 室内機
【００６２】
６０ バイオマスエタノール製造設備
６１ 粉砕乾燥装置
６２ 糖化装置
６３ 発酵装置
６４ 蒸留装置
６５ 脱水装置
６６ 水蒸気供給系統
６７ 配管
６７ａ 配管
６８ 蒸気制御弁
６９ 流量制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は水蒸気と燃料ガスの混合物から水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器と、前記改質器で得られた改質ガスを燃料として発電する燃料電池と、燃料電池を冷却する冷却水系統を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水蒸気と燃料ガスの混合物から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、改質器で生成した水素リッチな改質ガスを燃料として発電する燃料電池を備えた燃料電池システムが知られている。燃料電池には種々の形式のものが存在するが、その中でも固体高分子型の燃料電池（ＰＥＦＣ）が有望視されている。
【０００３】
水素リッチな改質ガスを生成する改質装置が特許文献１に記載されている。この改質装置は、燃料を燃焼して水蒸気を発生する水蒸気発生手段と、水蒸気発生手段で発生した水蒸気と原料ガスを混合した原料−水蒸気混合物を改質触媒の存在下に水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器を備えている。なお原料ガスとしては都市ガス、天然ガス、メタンガスなどが使用される。
【０００４】
改質器には外部加熱型と内部加熱型がある。外部加熱型はバーナ等の燃焼装置で発生した燃焼ガスで改質器の壁面を外部から加熱し、その壁を通して改質器内部に改質反応に必要な熱を供給する方式である。内部加熱型は改質器の原料供給側に酸化触媒を充填した部分酸化反応層を設け、そこに空気を供給して原料ガスの一部を酸化し、その酸化熱を改質反応に必要な熱として利用する方式である。したがって、内部加熱型の改質器を採用する場合は、バーナ等による燃焼装置は改質器に水蒸気を供給する水蒸気発生手段だけに用いられる。
【０００５】
運転温度が７０℃程度の一般的な定置用の固体高分子型の燃料電池を用いて発電する燃料電池システムの場合、現状技術で発電効率３３％（ＨＨＶ）、熱効率４５％（ＨＨＶ）を達成している。しかし、この熱効率は燃料電池の排熱をその冷却水から回収することにより達成されるものであるが、燃料電池の７０℃程度の低温の排熱回収は給湯設備との組み合わせによるシステムに限定されている。
【０００６】
図４は従来の改質装置と、固体高分子型の燃料電池と、給湯設備とを組み合わせた燃料電池システムの例を示すプロセスフロー図である。この例における改質装置１は、外部加熱型の改質器２、水蒸気発生手段３、エジェクターで構成される混合器４、シフトコンバータ５及びＣＯ低減器（ＰＲＯＸ）６を備えている。
【０００７】
図４に示す固体高分子型の燃料電池７は、運転温度が７０℃程度の一般的な定置用の固体高分子型の燃料電池であり、改質装置１から供給される水素リッチな改質ガスと空気を反応させて発電し、その電力はインバータ８を経て家庭内給電系統に供給される。燃料電池７を冷却してその排熱を回収するため、燃料電池７の内部には冷却水系統９の冷却水が流通する。
【０００８】
冷却水系統９は冷却水タンク１０、循環配管１１及びポンプ１２を備え、循環配管１１の途中に貯湯槽１３が設けられる。ポンプ１２を運転すると冷却水タンク１０の冷却水が循環配管１１により燃料電池７に供給され、燃料電池７で熱交換し加熱された冷却水は貯湯槽１３で熱回収されて冷却水タンク１０に戻る。
【０００９】
一方、燃料電池７のアノードから排出するアノード排ガスは水素を２０％程度含有するので、配管１４で改質装置１に供給し熱源として利用される。具体的には、改質装置１を構成する水蒸気発生手段３と外部加熱型の改質器２をそれぞれ加熱するバーナ１５にアノード排ガス（及び配管１６からの空気）が供給される。
【００１０】
水蒸気発生手段３にはポンプ１７および配管１８により純水等の水が供給される。水蒸気発生手段３ではバーナ１５の燃焼により水が加熱されて水蒸気を発生し、その水蒸気が混合器４に供給される。混合器４は供給された水蒸気の吸引力により配管１９から流入する原料ガスを吸引し、生成する原料−水蒸気混合物が改質器２に供給される。なお原料ガスは脱硫装置２０で硫黄成分を除去されてから配管１９を経て混合器４に供給される。
【００１１】
改質器２で原料ガスが改質触媒の存在下に水蒸気改質されて水素リッチな改質ガスを生成する。生成した改質ガスは、シフト触媒を備えたシフトコンバータ５でＣＯ（一酸化炭素）を除去した後、さらにＣＯ低減器６に供給され、そこで僅かに残留するＣＯをｐｐｍオーダまで低減してから燃料電池７に供給される。
【００１２】
図５は従来の改質装置と、固体高分子型の燃料電池と、給湯設備とを組み合わせた燃料電池システムの他の例を示すプロセスフロー図である。この例が図４の例と異なる部分は、改質装置１を構成する改質器が内部加熱型の改質器２とされることのみで、そのほかは同様に構成される。従って同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
内部加熱型の改質器２は、前述のように改質器の原料供給側に酸化触媒を充填した部分酸化反応層を設け、そこに空気を供給して原料ガスの一部を酸化し、その酸化熱を改質反応に必要な熱として利用する方式なので、アノード排ガスを燃焼するバーナ１５は水蒸気発生手段３だけを加熱する。一方、改質器２の酸化用空気は配管２１から供給される。
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−１５５６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図４または図５に示すような改質装置１と、燃料電池７と、貯湯槽１３等の給湯設備とを組み合わせた従来の燃料電池システムでは、システムとしての有効性を生かすために、給湯の需要変動に適合もしくは追従するような燃料電池の発電パターン（もしくは発電運転パターン）を採用せざるを得ないという問題がある。
【００１６】
具体的には、現在、日本で大規模実証試験が行われている１ＫＷ級の家庭発電用の燃料電池システムを例にとると、標準的な家庭が消費する１日分の湯を貯湯槽で所定温度に昇温するために必要な加熱時間は半日程度でよいので、それに適合させる燃料電池システムの稼働率も低くならざるを得ない。さらに、燃料電池システムの稼働率は、湯の需要量が少ない夏季には一層低下し、このように稼働率の低いことが定置用の燃料電池システムの普及拡大の障害の一つになっている。
【００１７】
さらに、従来の燃料電池システムでは燃料電池のアノード排ガスで水蒸気を発生させているので、他の熱負荷設備の熱源としてアノード排ガスを利用することができない。そこで本発明はこのような従来の燃料電池システムにおける問題を解決することを課題とし、そのための新しい燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記課題を解決する本発明の燃料電池システムは、水蒸気と燃料ガスの混合物から水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器と、前記改質器で得られた改質ガスを燃料として発電する燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷却水系統を備えた燃料電池システムである。そして、前記燃料電池は、冷却水系統を循環する冷却水の一部を蒸発できる温度領域で運転するように構成され、前記冷却水系統に蒸発により生成する水蒸気を冷却水から分離する蒸気分離器が設けられ、前記蒸気分離器で分離された水蒸気を原料ガスと混合して前記改質器に供給するための水蒸気供給系統が設けられていることを特徴とする（請求項１）。
【００１９】
上記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池のアノード排ガスを熱負荷設備に供給するように構成することができる（請求項２）。
【００２０】
上記熱負荷設備はガスヒートポンプ式の冷暖房設備であり、前記アノード排ガスを前記ガスヒートポンプ式の冷暖房設備を構成する水素エンジンの燃料として供給するように構成することができる（請求項３）。
【００２１】
前記熱負荷設備は吸収式ガス冷暖房設備であり、前記アノード排ガスを前記吸収式ガス冷暖房設備の再生器加熱用の燃料として供給するように構成することができる（請求項４）。
【００２２】
前記熱負荷設備はバイオマスエタノール製造設備であり、前記アノード排ガスをバイオマスエタノール製造設備の加熱用の燃料として供給するように構成することができる（請求項５）。
【００２３】
上記バイオマスエタノール製造設備を設けた燃料電池システムにおいて、前記蒸気分離器で分離された水蒸気をバイオマスエタノール製造設備の熱源として供給するための水蒸気供給系統を設けることができる（請求項６）。
【００２４】
上記バイオマスエタノール製造設備を設けた燃料電池システムにおいて、バイオマスエタノール製造設備で生成したエタノールの少なくとも一部を改質器に原料ガスとして供給するように構成することができる（請求項７）。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の燃料電池システムは、請求項１に記載のように、燃料電池が冷却水系統を循環する冷却水の一部を蒸発できる温度領域、例えば１００℃以上、好ましくは１５０℃以上の中温もしくは高温の温度領域で運転するように構成され、燃料電池の冷却水系統に設けられた蒸気分離器で分離した水蒸気を原料ガスと混合して前記改質器に供給するための水蒸気供給系統が設けられている。
【００２６】
このように構成すると、燃料電池の排熱を利用して改質器へ水蒸気を供給できるので、水蒸気発生のための燃料消費が実質的に不要になる。さらに燃料電池のアノード排ガスを水蒸気発生用として消費しなくてよいので、それを他の熱負荷設備の熱源として利用できる。そのため高い熱効率を有する燃料電池システムを構築することが可能になる。さらに、冷却水系統における蒸気分離器が一種のバッファー機能を有するので、水蒸気供給系統による水蒸気供給は冷却水系統の温度変動に大きく影響されることがない。そのため電力需要の変化などに左右されることなく、改質器への水蒸気供給量の制御を独立的に行うことができる。
【００２７】
上記燃料電池システムにおいて、請求項２に記載のように、前記燃料電池のアノード排ガスを熱負荷設備に供給するように構成すると、高い熱効率を有する燃料電池システムを構築することが可能になる。
【００２８】
請求項３に記載のように、前記熱負荷設備がガスヒートポンプ式の冷暖房設備である場合、前記ガスヒートポンプ式の冷暖房設備を構成する水素エンジンの燃料を前記アノード排ガスで賄うことができる。
【００２９】
請求項４に記載のように、前記熱負荷設備が吸収式ガス冷暖房設備である場合、前記吸収式ガス冷暖房設備の再生器加熱用の燃料を前記アノード排ガスで賄うことができる。
【００３０】
請求項５に記載のように、前記熱負荷設備がバイオマスエタノール製造設備である場合、バイオマスエタノール製造設備の加熱用燃料を前記アノード排ガスで賄うことができる。
【００３１】
上記バイオマスエタノール製造設備を設けた燃料電池システムにおいて、請求項６に記載のように、前記蒸気分離器で分離された水蒸気をバイオマスエタノール製造設備の熱源として供給するための水蒸気供給系統を設けることができる。このように構成すると、燃料電池システムの熱効率をさらに向上させることができる。
【００３２】
上記バイオマスエタノール製造設備を設けた燃料電池システムにおいて、請求項７に記載のように、バイオマスエタノール製造設備で生成したエタノールの少なくとも一部を改質器の原料ガスとして供給するように構成することができる。このように構成すると、改質器の原料ガスをバイオマスエタノール製造設備から供給できるので、燃料電池システムのエネルギー消費量を一層低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
次に図面に基づいて本発明の最良の実施形態を説明する。図１は本発明の燃料電池システムの１例を示すプロセスフロー図である。なお図１の実施形態において図５の従来例と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３４】
本実施形態では、改質装置１を構成する改質器２として図５の例と同様な内熱型の改質器２を用いている。しかし燃料電池７は運転温度領域が１５０℃程度である中温型の固体高分子型の燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いている。そして燃料電池７を冷却する冷却水系統９には、図５の例のような冷却水タンク１０は設けないが、代わりに蒸気分離器３０が設けられる。
【００３５】
燃料電池７から蒸気分離器３０に戻る循環配管１１には、温度調整器３４または圧力調整部３４ａからの制御信号により駆動する三方調整弁３１が設けられる。三方調整弁３１の接続部Ｂは配管３２を介して図５の例と同様な給湯設備としての貯湯槽１３の入口側に連通し、貯湯槽１３の出口側は配管３３を介して蒸気分離器３０に連通している。
【００３６】
上記のように本実施形態では、燃料電池７から流出する冷却水が蒸気分離器３０に流入し、そこで水蒸気を発生させて熱回収すると共に、燃料電池７から流出する冷却水の少なくとも一部を貯湯槽１３に熱源として供給し熱回収している。なお貯湯槽１３（及び三方調整弁３１）は必要に応じて省略することもできる。
【００３７】
上記のように貯湯槽１３による熱回収を行うようにシステムを構成した場合は、蒸気分離器３０における水蒸気発生が確実に行われるように三方調整弁３１を制御することができる。例えば燃料電池７から流出する冷却水の温度が低くなった場合には、蒸気分離器３０の温度または圧力が低下するので、温度調整器３４または圧力調整部３４ａからの制御信号により、貯湯槽１３を循環する冷却水の流量を減らすように三方調整弁３１を制御することができる。
【００３８】
蒸気分離器３０で分離した水蒸気は水蒸気供給系統３５を経て改質装置１を構成する混合器４に供給される。水蒸気供給系統３５は蒸気分離器３０の上部と混合器４の蒸気供給部との間を連通する配管３６と、配管３６に設けた蒸気制御弁３７と、蒸気制御弁３７を制御する流量制御部３８が設けられる。なお蒸気分離器３０に必要に応じて純水等の水を補給するため、ポンプ３０ａを設けた配管３０ｂが接続される。流量制御部３８は蒸気制御弁３７に制御信号を出力するが、例えば燃料電池７の負荷に応じた水蒸気量が改質器２に供給されるように蒸気制御弁３７に制御信号を出力することができる。
【００３９】
本実施形態では、熱負荷設備としてのガスヒートポンプ式の冷暖房設備４０に燃料電池７のアノード排ガスを熱源（もしくは燃料源）として供給している。具体的には、燃料電池７のアノード排ガスを配管４６により前記冷暖房設備４０を構成する水素エンジン４１に燃料として供給する。ガスヒートポンプ式の冷暖房設備４０は、水素を燃料として回転する水素エンジン４１、水素エンジン４１で駆動されるコンプレッサ４２、コンプレッサで圧縮された作動媒体を蒸発させる蒸発器４３、作動媒体の膨張弁４４および凝縮器４５等を備えている。
【００４０】
次に、図１の燃料電池システムの作用を説明する。配管１９から供給した原料ガスと配管３６から供給した水蒸気が混合器４で混合され、混合器４の出口から流出する原料−水蒸気混合物が改質器２に供給される。改質器２に供給された原料ガスの一部は酸化触媒の作用により燃焼し、改質器２内部を改質反応温度（例えば７００℃程度）に昇温する。残りの大部分の原料ガスは改質触媒の作用により水蒸気と反応して水蒸気改質され、水素リッチな改質ガスを生成する。
【００４１】
生成した改質ガスにはＣＯが含まれているので、シフト触媒を充填したシフトコンバータ５でＣＯを除去され、さらに改質ガスに残留するＣＯがＣＯ低減器６でＰＰｍオーダまで低減された後、アンモニア除去器６ａで原料ガス由来のアンモニアが除去されてから燃料電池７に供給される。
【００４２】
燃料電池７は供給される改質ガスに含まれる水素と、別に供給される空気中の酸素とを反応させて発電し、その電力はインバータ８で交流に変換されて家庭内の受電系統などに供給される。一方、燃料電池７は蒸気分離器３０から循環配管１１で送られてくる冷却水で冷却され、内部の熱交換により加熱されて燃料電池７から流出する冷却水は、循環配管１１に設けた三方調整弁３１を経て蒸気分離器３０に戻り、一部は三方調整弁３１から分かれて貯湯槽１３を経由してから蒸気分離器３０に戻る。
【００４３】
蒸気分離器３０で分離された水蒸気は、水蒸気供給系統３５により改質装置１の混合器４に供給される。その際、水蒸気供給系統３５に設けた流量調整部３７からの制御信号により、蒸気制御弁３８の開度が調整されて混合器４への水蒸気供給量が制御される。一方、燃料電池７から排出するアノード排ガスは未反応の水素が２０％程度含まれているが、配管４６からガスヒートポンプ式の冷暖房設備４０に供給することにより、未反応の水素が熱源として回収される。
【００４４】
図２は本発明の燃料電池システムの他の例を示すプロセスフロー図である。なお図２の実施形態において図１の例と異なる部分は、燃料電池７から排出されるアノード排ガスが吸収式ガス冷暖房設備５０に供給されることであり、そのほかは同様に構成される。従って図１と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４５】
本実施形態では、燃料電池７のアノード排ガスを熱負荷設備としての吸収式ガス冷暖房設備５０の熱源（もしくは燃料）として供給している。具体的には、燃料電池７のアノード排ガスを配管４６により吸収式ガス冷暖房設備５０を構成する再生器５１の加熱用燃料として供給している。このように構成することにより、燃料電池７から排出するアノード排ガスは、配管４６から吸収式ガス冷暖房設備５０に供給され、未反応の水素が熱源として回収される。
【００４６】
なお、本実施形態における吸収式ガス冷暖房設備５０は、再生器５１、再生器５１で生成する水蒸気を凝縮する凝縮器５２、凝縮器５２で凝縮した水を蒸発させる蒸発器５３、吸収器５４および冷却塔５５及び凝縮器５２に循環する作動媒体で冷暖房を行う室内機５６を備えている。
【００４７】
図３は本発明の燃料電池システムのさらに他の例を示すプロセスフロー図である。なおこの実施形態の特徴部分は、燃料電池７から排出されるアノード排ガスが熱負荷設備としてのバイオマスエタノール製造設備６０に供給されること、バイオマスエタノール製造設備６０で生成したエタノールの少なくとも一部を改質器２に原料ガスとして供給すること、および燃料電池７の排熱を水蒸気に変換した一部をバイオマスエタノール製造設備６０の熱源として供給することであり、そのほかは図１の例と同様に構成される。従って図１と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
バイオマスエタノール製造設備６０は、バイオマスの原料となる木片等を粉砕・乾燥する粉砕乾燥装置６１、糖化装置６２、発酵装置６３、蒸留装置６４及び脱水装置６５を備えている。本実施形態では、燃料電池７のアノード排ガスを熱負荷設備としてのバイオマスエタノール製造設備６０の熱源（もしくは燃料）として供給している。
【００４９】
具体的には、燃料電池７のアノード排ガスを配管４６によりバイオマスエタノール製造設備６０を構成する蒸留装置６４の蒸留操作の熱源として供給している。なおバイオマス原料に木質が使用される場合、糖化装置６２は３００℃程度の温度が必要になるので、その熱源として、アノード排ガスを点線で示すように糖化装置６２の加熱用バーナに供給することもできる。
【００５０】
バイオマスエタノール製造設備６０を構成する粉砕乾燥装置６１（例えば１０５℃）、糖化装置６２（例えば９０℃）及び発酵装置６３（例えば６０℃）には、それぞれ所定の温度に制御するための熱交換器が設けられる。そこで本実施形態では、蒸気分離器３０で分離された水蒸気を水蒸気供給系統３５で改質装置１の混合器４に供給すると共に、バイオマスエタノール製造設備６０の粉砕乾燥装置６１、糖化装置６２及び発酵装置６３の各熱交換器に別の水蒸気供給系統６６で水蒸気の一部を供給している。
【００５１】
水蒸気供給系統６６は、蒸気分離器３０の上部とバイオマスエタノール製造設備６０の前記各装置とを連通する配管６７、配管６７に設けた蒸気制御弁６８及び蒸気制御弁６８を制御する流量制御部６９を有する。なお蒸気制御弁６８と流量制御部６９の作用は前記水蒸気供給系統３５における蒸気制御弁３８と流量制御部３７の作用と同様である。
【００５２】
本実施形態では上記のように、燃料電池７から排出するアノード排ガスが配管４６からバイオマスエタノール製造設備６０に供給されてその熱回収が行われる。また燃料電池７の排熱を水蒸気に変換してバイオマスエタノール製造設備６０の熱源として供給することにより、燃料電池７の排熱の熱回収が行われる。
【００５３】
一方、バイオマスエタノール製造設備６０で生成したエタノールの少なくとも一部は、配管６７ａ、混合器４を経由して改質器２に原料ガスとして供給されるので、改質器２には他から原料ガスを供給する必要がなくなるか、または他から改質器２に供給する原料ガスの量を減少させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池の排熱を回収しアノード排ガスを熱負荷設備の熱源として用いる家庭用などの燃料電池システムとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の燃料電池システムの１例を示すプロセスフロー図。
【図２】本発明の燃料電池システムの他の例を示すプロセスフロー図。
【図３】本発明の燃料電池システムのさらに他の例を示すプロセスフロー図。
【００５６】
【図４】従来の燃料電池システムの１例を示すプロセスフロー図。
【図５】従来の燃料電池システムの他の例を示すプロセスフロー図。
【符号の説明】
【００５７】
１ 改質装置
２ 改質器
３ 水蒸気発生手段
４ 混合器
５ シフトコンバータ
６ ＣＯ低減器
７ 燃料電池
８ インバータ
９ 冷却水系統
１０ 冷却水タンク
【００５８】
１１ 循環配管
１２ ポンプ
１３ 貯湯槽
１４ 配管
１５ バーナ
１６ 配管
１７ ポンプ
１８，１９ 配管
２０ 脱硫装置
２１ 配管
【００５９】
３０ 蒸気分離器
３０ａ ポンプ
３０ｂ 配管
３１ 三方調整弁
３２，３３ 配管
３４ 温度調整器
３４ａ 圧力調整部
３５ 水蒸気供給系統
３６ 配管
３７ 蒸気制御弁
３８ 流量制御部
【００６０】
４０ ガスヒートポンプ式の冷暖房設備
４１ 水素エンジン
４２ コンプレッサ
４３ 蒸発器
４４ 膨張弁
４５ 凝縮器
４６ 配管
【００６１】
５０ 吸収式ガス冷暖房設備
５１ 再生器
５２ 凝縮器
５３ 蒸発器
５４ 吸収器
５５ 冷却塔
５６ 室内機
【００６２】
６０ バイオマスエタノール製造設備
６１ 粉砕乾燥装置
６２ 糖化装置
６３ 発酵装置
６４ 蒸留装置
６５ 脱水装置
６６ 水蒸気供給系統
６７ 配管
６７ａ 配管
６８ 蒸気制御弁
６９ 流量制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気と燃料ガスの混合物から水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器２と、前記改質器２で得られた改質ガスを燃料として発電する燃料電池７と、前記燃料電池７を冷却する冷却水系統９を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池７は冷却水系統９を循環する冷却水の一部を蒸発できる温度領域で運転されるように構成され、前記冷却水系統９に蒸発により生成する水蒸気を冷却水から分離する蒸気分離器３０が設けられ、前記蒸気分離器３０で分離された水蒸気を原料ガスと混合して前記改質器２に供給するための水蒸気供給系統３５が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記燃料電池７のアノード排ガスを熱負荷設備に供給するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２において、前記熱負荷設備はガスヒートポンプ式の冷暖房設備４０であり、前記アノード排ガスを前記ガスヒートポンプ式の冷暖房設備４０を構成する水素エンジン４１の燃料として供給するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２において、前記熱負荷設備は吸収式ガス冷暖房設備５０であり、前記アノード排ガスを前記吸収式ガス冷暖房設備５０の再生器５１の加熱用燃料として供給するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項２において、前記熱負荷設備はバイオマスエタノール製造設備６０であり、前記アノード排ガスをバイオマスエタノール製造設備６０の加熱用燃料として供給するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５において、前記蒸気分離器３０で分離された水蒸気をバイオマスエタノール製造設備６０の熱源として供給するための水蒸気供給系統６６が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、バイオマスエタノール製造設備６０で生成したエタノールの少なくとも一部を改質器２に原料ガスとして供給するように構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１】
水蒸気と燃料ガスの混合物から水素リッチな改質ガスを生成する内部加熱型の改質器２と、前記改質器２で得られた改質ガスを燃料として発電する燃料電池７と、前記燃料電池７を冷却する冷却水系統９を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池７は冷却水系統９を循環する冷却水の一部を蒸発できる温度領域で運転されるように構成され、前記冷却水系統９に蒸発により生成する水蒸気を冷却水から分離する蒸気分離器３０が設けられ、前記蒸気分離器３０で分離された水蒸気を原料ガスと混合して前記改質器２に供給するための水蒸気供給系統３５が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記燃料電池７のアノード排ガスを熱負荷設備に供給するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２において、前記熱負荷設備はガスヒートポンプ式の冷暖房設備４０であり、前記アノード排ガスを前記ガスヒートポンプ式の冷暖房設備４０を構成する水素エンジン４１の燃料として供給するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２において、前記熱負荷設備は吸収式ガス冷暖房設備５０であり、前記アノード排ガスを前記吸収式ガス冷暖房設備５０の再生器５１の加熱用燃料として供給するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項２において、前記熱負荷設備はバイオマスエタノール製造設備６０であり、前記アノード排ガスをバイオマスエタノール製造設備６０の加熱用燃料として供給するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５において、前記蒸気分離器３０で分離された水蒸気をバイオマスエタノール製造設備６０の熱源として供給するための水蒸気供給系統６６が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、バイオマスエタノール製造設備６０で生成したエタノールの少なくとも一部を改質器２に原料ガスとして供給するように構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２３０９２７（Ｐ２００９−２３０９２７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７２４２５（Ｐ２００８−７２４２５）
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００２２２４８４）株式会社ティラド (289)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００２２２４８４）株式会社ティラド (289)
【Ｆターム（参考）】
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