JP2002170583A - 燃料電池コージェネレーションシステム - Google Patents
燃料電池コージェネレーションシステムInfo
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Abstract
いて、熱回収効率を向上させることを目的とする。 【解決手段】 電池冷却水系12を分岐し改質部2を冷
却する改質冷却水系14と、電池冷却水系12を分岐し
変成部7を冷却する変成冷却水系15と、電池冷却水系
12を分岐し浄化部9を冷却する浄化冷却水系16とを
設けたので、改質部2、変成部7及び浄化部9の余剰な
熱を回収することができ、効率の高い燃料電池コージェ
ネレーションシステムとすることができる。
Description
レーションシステムに関する。
ステムとしては、図5に示されているものがある。以
下、図面を参照しながら上記従来の燃料電池コージェネ
レーションシステムの一例を説明する。
1は燃料電池であり、水素と酸素を原料として発電を行
う。炭化水素などの燃料電池の原料は、改質部2で水蒸
気により改質され水素リッチなガスとなる。この時、改
質部2での反応は温度がある程度上昇しないと起こらな
いため、バーナー3により改質部2の温度を上昇させ
る。
れなかった排水素がオフガス供給系4を流れて供給され
るものが主であり、残りは改質部2の温度を改質部2の
反応温度以上に上昇させるようにガス流量調節弁5によ
り供給される。そしてこれらの燃料ガスの総量に対応し
た空気を燃焼ファン6により供給する。
される水素量が変動し、オフガス供給系4を流れる排水
素量が変化するのでそれに伴い改質部2の温度も変化す
る。ここで温度が低くなる時はガス流量調節弁5により
燃料ガス流量を増加させることにより温度を上昇させ、
温度が高くなると燃焼ファン6の空気流量を増加させ空
気の顕熱を奪うことにより温度を低下させる。これによ
り改質部2の温度をある一定範囲に保つ。
化炭素を含んでおり、このまま燃料電池1に供給すると
効率が悪くなり(一酸化炭素被毒)、劣化してしまう。
これを防ぐため、変成部7及び浄化部9で一酸化炭素濃
度を低くする。
により一酸化炭素濃度を低下させる。変成部7での反応
も、ある一定温度範囲内でないと起こらないため、温度
が上昇した際には変成冷却ファン8により冷却され、一
定温度範囲内に制御される。
数%となっているが、さらに一酸化炭素濃度を低下させ
るため浄化部9で選択酸化反応により数十ppmまで濃
度を低下させる。この時、選択酸化反応は発熱反応であ
り、浄化部9を一定温度範囲に制御するために浄化冷却
ファン10により冷却する。
た水素リッチなガスと、ブロワ11により供給される空
気により燃料電池1は発電する。
れる冷却水により冷却され、温度上昇した冷却水は、熱
回収系13により熱回収され、熱利用される。
来の構成では、改質部2、変成部7及び浄化部9の温度
が高くなった場合にそれぞれを冷却する手段はファンに
よる冷却風であり、それぞれの熱は外部に捨てることに
なる。
であり、水素リッチなガスを生成する部位における余剰
な熱を回収し、その回収した熱を利用する燃料電池コー
ジュネレーションシステムを提供することを目的とす
る。
に、第1の本発明(請求項1に対応)は、少なくとも水
素元素を含む原料から水素リッチなガスを生成する水素
ガス生成部と、その水素ガス生成部を冷却する冷却水を
循環させる水素ガス生成冷却水系と、前記水素ガス生成
部において生成された水素リッチなガスと酸素とを原料
として発電を行う燃料電池と、その燃料電池を冷却する
冷却水を循環させる電池冷却水系と、その電池冷却水系
と熱交換し熱回収を行う熱回収系とを備えたことを特徴
とする燃料電池コージェネレーションシステムである。
質部、変成部及び浄化部で構成される水素ガス生成部の
熱を冷却水により回収することができ、効率の高い燃料
電池コージェネレーションシステムとすることができ
る。
は、前記水素ガス生成冷却水系が前記電池冷却水系から
分岐した系であって、前記水素ガス生成冷却水系を流れ
る冷却水が前記電池冷却水系をも流れることを特徴とす
る第1の本発明に記載の燃料電池コージュネレーション
システムである。
は、前記水素ガス生成冷却水系の一部が前記熱回収系内
に配置され、前記水素ガス生成冷却水系を流れる冷却水
が前記電池冷却水系からの熱を回収することを特徴とす
る第1の本発明に記載の燃料電池コージュネレーション
システムである。
却水は電池冷却水系から分岐した時よりも低い温度とな
り、より急激な変化に対応した素早い制御ができ、より
急激な負荷変動にも対応した燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムとすることができる。
は、前記水素ガス生成冷却水系と熱交換し熱回収を行う
第2熱回収系を備えたことを特徴とする第1の本発明に
記載の燃料電池コージュネレーションシステムである。
は、前記水素ガス生成部が、前記水素元素を含む原料を
改質して水素リッチなガスを生成する改質部と、その改
質部にて生成されたガス中の一酸化炭素を水と反応させ
て一酸化炭素濃度を低下させる変成部と、その変成部に
て低下した一酸化炭素濃度をさらに低下させる浄化部と
で構成されており、前記水素ガス生成冷却水系が、前記
改質部を冷却する冷却水を循環させる改質冷却水系と、
前記変成部を冷却する冷却水を循環させる変成冷却水系
と、前記浄化部を冷却する冷却水を循環させる浄化冷却
水系とで構成されていることを特徴とする第1から第4
のいずれかの本発明に記載の燃料電池コージェネレーシ
ョンシステムである。
は、前記改質部の温度を実質上一定範囲に保つために、
前記改質冷却水系を流れる冷却水の流量を調節する改質
冷却水流量調節手段と、前記変成部の温度を実質上一定
範囲に保つために、前記変成冷却水系を流れる冷却水の
流量を調節する変成冷却水流量調節手段と、前記浄化部
の温度を実質上一定範囲に保つために、前記浄化冷却水
系を流れる冷却水の流量を調節する浄化冷却水流量調節
手段とを備えたことを特徴とする第5の本発明に記載の
燃料電池コージェネレーションシステムである。
ス流量変化にも対応した各反応部の温度制御をすること
ができ、より幅広い負荷変動にも対応した燃料電池コー
ジェネレーションシステムとすることができる。
は、前記改質部、前記変成部、および前記浄化部におけ
る反応温度のうちの1番温度の低い部位から冷却水が、
前記改質部、前記変成部、および前記浄化部における反
応温度のうちの2番目に温度の低い部位に流れ、その2
番目に温度の低い部位から冷却水が、前記改質部、前記
変成部、および前記浄化部における反応温度のうちの1
番温度の高い部位に流れるように、前記改質冷却水系、
前記変成冷却水系、および前記浄化冷却水系が直列に接
続されていることを特徴とする第5または第6の本発明
に記載の燃料電池コージェネレーションシステムであ
る。
より高くすることができ、より高温の熱を得られる燃料
電池コージェネレーションシステムとすることができ
る。
て、図1から図4を用いて説明する。尚、従来と同一構
成については、同一符号を付して、詳細な説明を省略す
る。
燃料電池コージェネレーションシステムであり、図1に
おいて、14は電池冷却水系12の燃料電池1を冷却し
た後の冷却水を分岐した改質冷却水系であり、定常運転
時、改質部2の温度を一定に保つ流量が流れるような経
路の絞りとなっている。15は電池冷却水系12の燃料
電池1を冷却した後の冷却水を分岐した変成冷却水系で
あり、定常運転時、変成部7の温度を一定に保つ流量が
流れるような経路の絞りとなっている。16は電池冷却
水系12の燃料電池1を冷却した後の冷却水を分岐した
浄化冷却水系であり、定常運転時、浄化部9の温度を一
定に保つ流量が流れるような経路の絞りとなっている。
ネレーションシステムについて、以下その動作を説明す
る。
及び浄化部9は、それぞれ改質冷却水系14、変成冷却
水系15、浄化冷却水系16により冷却され、それに伴
い電池冷却水系12を流れる冷却水の温度は燃料電池1
のみを冷却する時よりも上昇する。冷却水温度が上昇す
ることにより、熱回収系13で回収できる熱量も増加す
る。
や給湯に使用したり、システム内の予熱などに利用され
る。
2、変成部7及び浄化部9の余剰な熱を回収することが
できる。
ーションシステムとすることができる。
燃料電池コージェネレーションシステムであり、図2に
おいて、17は改質部2の温度を検出する改質温度検出
手段である。18は電池冷却水系12の燃料電池1を冷
却した後の冷却水を分岐した改質冷却水系であり、改質
部2を冷却する冷却水流量を調節する改質冷却水流量調
節弁19を備えている。20は改質温度制御手段であ
り、改質温度検出手段17の検出する温度を反応の起こ
る、ある一定温度範囲内に保つよう改質冷却水流量調節
弁19を制御する。
検出手段である。22は電池冷却水系12の燃料電池1
を冷却した後の冷却水を分岐した変成冷却水系であり、
変成部7を冷却する冷却水流量を調節する変成冷却水流
量調節弁23を備えている。24は変成温度制御手段で
あり、変成温度検出手段21の検出する温度を反応の起
こる、ある一定温度範囲内に保つよう変成冷却水流量調
節弁23を制御する。
検出手段である。26は電池冷却水系12の燃料電池1
を冷却した後の冷却水を分岐した浄化冷却水系であり、
浄化部9を冷却する冷却水流量を調節する浄化冷却水流
量調節弁27を備えている。28は浄化温度制御手段で
あり、浄化温度検出手段25の検出する温度を反応の起
こる、ある一定温度範囲内に保つよう浄化冷却水流量調
節弁27を制御する。
ネレーションシステムについて、以下その動作を説明す
る。
変成冷却水流量調節弁23及び浄化冷却水流量調節弁2
7はそれぞれ改質温度検出手段17、変成温度検出手段
21及び浄化温度検出手段25の検出する温度を一定に
するような開度で保持されている。
料電池1に供給する水素の必要量は燃料電池1の電流に
比例して増減する。各反応部を流れるガス流量が変化す
るため、熱負荷が変化し、改質部2、変成部7及び浄化
部9の温度は一定流量の冷却水では制御不可能となる。
度制御手段20、変成温度制御手段24及び浄化温度制
御手段28がそれぞれの反応部の温度を一定範囲内に保
つように改質冷却水流量調節弁19、変成冷却水流量調
節弁23及び浄化冷却水流量調節弁27を調節する。
部2、変成部7及び浄化部9の温度は一定に保たれる。
電池コージェネレーションシステムとすることができ
る。
と同様に、これまで捨てていた改質部2、変成部7及び
浄化部9の余剰な熱を回収することができるという効果
が得られる。
を調節する手段として弁を例にして説明したが、水ポン
プなどの流量調節機能のあるものであればどのようなも
のでも同様の効果が得られる。
燃料電池コージェネレーションシステムであり、図3に
おいて、29は電池冷却水系12の燃料電池1を冷却し
た後の冷却水を分岐した改質冷却水系であり、改質温度
検出手段17、改質冷却水流量調節弁19及び改質温度
制御手段20により冷却水の流量が制御されることによ
り改質部2を冷却し、改質部2の温度を反応の起こる、
一定温度範囲内に制御する。
却した後の冷却水を分岐した変成冷却水系であり、変成
温度検出手段21、変成冷却水流量調節弁23及び変成
温度制御手段24により冷却水の流量が制御されること
により変成部7を冷却し、変成部7の温度を反応の起こ
る、一定温度範囲内に制御する。
却した後の冷却水を分岐した浄化冷却水系であり、浄化
温度検出手段25、浄化冷却水流量調節弁27及び浄化
温度制御手段28により冷却水の流量が制御されること
により浄化部9を冷却し、浄化部9の温度を反応の起こ
る、一定温度範囲内に制御する。
電池冷却水系12上流側から浄化冷却水系31、変成冷
却水系30、改質冷却水系29の順に直列となってい
る。
ネレーションシステムについて、以下その動作を説明す
る。
び浄化部9の反応温度は、触媒によって変化するが、通
常改質部2が一番高く、次いで変成部7であり反応温度
が一番低いのが浄化部9である。
とすると、冷却水温度はそれぞれの冷却水系で熱交換し
た最高の温度までしか上昇しない。
の分岐が反応温度の低い順に浄化部9、変成部7、改質
部2となるので冷却水は徐々に温度上昇し、改質部冷却
水系29で改質部2と熱交換する前の冷却水は温度が高
くなり最終的には分岐を並列にした場合に比べても高く
なる。
をより高くすることができる。
コージェネレーションシステムとすることができる。
1、2と同様に、これまで捨てていた改質部2、変成部
7及び浄化部9の余剰な熱を回収することができるとい
う効果が得られる。
燃料電池コージェネレーションシステムであり、図4に
おいて、32は電池冷却水系12と熱交換し、温水とし
て熱利用する貯湯水系である。
却した後の冷却水を分岐した改質冷却水系であり、改質
温度検出手段17、改質冷却水流量調節弁19及び改質
温度制御手段20により冷却水の流量が制御されること
により改質部2を冷却し、改質部2の温度を反応の起こ
る、一定温度範囲内に制御する。
却した後の冷却水を分岐した変成冷却水系であり、変成
温度検出手段21、変成冷却水流量調節弁23及び変成
温度制御手段24により冷却水の流量が制御されること
により変成部7を冷却し、変成部7の温度を反応の起こ
る、一定温度範囲内に制御する。
却した後の冷却水を分岐した浄化冷却水系であり、浄化
温度検出手段25、浄化冷却水流量調節弁27及び浄化
温度制御手段28により冷却水の流量が制御されること
により浄化部9を冷却し、浄化部9の温度を反応の起こ
る、一定温度範囲内に制御する。
し、各熱交換部で熱交換した高温の温水を貯湯する。但
し、熱交換は、浄化冷却水系35、変成冷却水系34、
改質冷却水系33、電池冷却水系の順に行う。
ネレーションシステムについて、以下その動作を説明す
る。
び浄化部9の温度を一定範囲内に保つように改質冷却水
系33、変成冷却水系34及び浄化冷却水系35を冷却
水が流れる。
は、燃料電池1に供給する水素の必要量は燃料電池1の
電流に比例して急激に増加する。従って、各反応部を流
れるガス流量が多くなることから反応による熱量も増加
し、必要な冷却量も急激に増加する。
比較的温度の低い固体高分子型燃料電池においても70
℃から80℃である。それに対して貯湯水系32の水温
は高々30℃と低く、電池冷却水系12の冷却水を利用
した場合に比べて大きな冷却効果が得られる。
岐した方が急激な変化にも素早く対応し、各反応部の温
度を制御する事が可能となる。
料電池コージェネレーションシステムとすることができ
る。
ないし3と同様に、これまで捨てていた改質部2、変成
部7及び浄化部9の余剰な熱を回収することができると
いう効果が得られる。
4および浄化冷却水系35を流れる冷却水は、電池冷却
水系12からの熱を回収している。
ッチなガスを生成する水素ガス生成部の構成部の一例と
して、改質部2、変成部7および浄化部9を用いたが、
水素ガス生成部は、改質部2、変成部7および浄化部9
で構成されるものと限定されず、例えば、改質部2のみ
で構成されていてもよい。または、改質部2と変成部7
とで構成されていてもよい。または、改質部2、変成部
7および浄化部9と、さらに一酸化炭素濃度を低下させ
る構成部とで、水素ガス生成部が構成されていてもよ
い。要するに、水素ガス生成部は、少なくとも水素元素
を含む原料から水素リッチなガスを生成するものであ
る。
ス生成部における余剰な熱を回収するために、水素ガス
生成部を冷却する冷却水を循環させる水素ガス生成冷却
水系の一例として、改質部2、変成部7および浄化部9
それぞれを冷却する冷却水を循環させる各冷却水系を用
いた。
改質冷却水系、変成冷却水系、および浄化冷却水系は、
電池冷却水系12から分岐した系であるとしたが、例え
ば実施の形態4に示すように、改質冷却水系、変成冷却
水系、および浄化冷却水系は、電池冷却水系12から分
岐した系ではなく、電池冷却水系12と独立した系であ
ってもよい。そのさい、改質冷却水系、変成冷却水系、
および浄化冷却水系で構成される水素ガス生成冷却水系
と熱交換し熱回収を行う第2の熱回収系を設けてもよ
い。
に、各反応部の冷却による温度制御を、電池冷却水を分
岐して行うことにより余剰な熱を回収することができ
る。従って、効率の高い燃料電池コージェネレーション
システムとすることができる。
り負荷が変動した場合にも各反応部の温度を一定範囲内
に保つことができる。従って、より幅広い負荷変動にも
対応した燃料電池コージェネレーションシステムとする
ことができる。
することができる。従って、より効率の高い燃料電池コ
ージェネレーションシステムとすることができる。
く急激な負荷変動があった場合にも素早く制御すること
ができる。従って、急激な負荷変動にも対応できる燃料
電池コージェネレーションシステムとすることができ
る。
に、本発明は、水素リッチなガスを生成する部位におけ
る余剰な熱を回収し、その回収した熱を利用する燃料電
池コージュネレーションシステムを提供することができ
る。
ーションシステムのシステム図
ーションシステムのシステム図
ーションシステムのシステム図
ーションシステムのシステム図
Claims (7)
- 【請求項1】 少なくとも水素元素を含む原料から水素
リッチなガスを生成する水素ガス生成部と、その水素ガ
ス生成部を冷却する冷却水を循環させる水素ガス生成冷
却水系と、前記水素ガス生成部において生成された水素
リッチなガスと酸素とを原料として発電を行う燃料電池
と、その燃料電池を冷却する冷却水を循環させる電池冷
却水系と、その電池冷却水系と熱交換し熱回収を行う熱
回収系とを備えたことを特徴とする燃料電池コージェネ
レーションシステム。 - 【請求項2】 前記水素ガス生成冷却水系が前記電池冷
却水系から分岐した系であって、前記水素ガス生成冷却
水系を流れる冷却水が前記電池冷却水系をも流れること
を特徴とする請求項1に記載の燃料電池コージュネレー
ションシステム。 - 【請求項3】 前記水素ガス生成冷却水系の一部が前記
熱回収系内に配置され、前記水素ガス生成冷却水系を流
れる冷却水が前記電池冷却水系からの熱を回収すること
を特徴とする請求項1に記載の燃料電池コージュネレー
ションシステム。 - 【請求項4】 前記水素ガス生成冷却水系と熱交換し熱
回収を行う第2熱回収系を備えたことを特徴とする請求
項1に記載の燃料電池コージュネレーションシステム。 - 【請求項5】 前記水素ガス生成部が、前記水素元素を
含む原料を改質して水素リッチなガスを生成する改質部
と、その改質部にて生成されたガス中の一酸化炭素を水
と反応させて一酸化炭素濃度を低下させる変成部と、そ
の変成部にて低下した一酸化炭素濃度をさらに低下させ
る浄化部とで構成されており、 前記水素ガス生成冷却水系が、前記改質部を冷却する冷
却水を循環させる改質冷却水系と、前記変成部を冷却す
る冷却水を循環させる変成冷却水系と、前記浄化部を冷
却する冷却水を循環させる浄化冷却水系とで構成されて
いることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載
の燃料電池コージェネレーションシステム。 - 【請求項6】 前記改質部の温度を実質上一定範囲に保
つために、前記改質冷却水系を流れる冷却水の流量を調
節する改質冷却水流量調節手段と、 前記変成部の温度を実質上一定範囲に保つために、前記
変成冷却水系を流れる冷却水の流量を調節する変成冷却
水流量調節手段と、 前記浄化部の温度を実質上一定範囲に保つために、前記
浄化冷却水系を流れる冷却水の流量を調節する浄化冷却
水流量調節手段とを備えたことを特徴とする請求項5に
記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 - 【請求項7】 前記改質部、前記変成部、および前記浄
化部における反応温度のうちの1番温度の低い部位から
冷却水が、前記改質部、前記変成部、および前記浄化部
における反応温度のうちの2番目に温度の低い部位に流
れ、 その2番目に温度の低い部位から冷却水が、前記改質
部、前記変成部、および前記浄化部における反応温度の
うちの1番温度の高い部位に流れるように、 前記改質冷却水系、前記変成冷却水系、および前記浄化
冷却水系が直列に接続されていることを特徴とする請求
項5または6に記載の燃料電池コージェネレーションシ
ステム。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2000363585A JP2002170583A (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | 燃料電池コージェネレーションシステム |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000363585A JP2002170583A (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | 燃料電池コージェネレーションシステム |
Publications (2)
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Family Applications (1)
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JP2000363585A Pending JP2002170583A (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | 燃料電池コージェネレーションシステム |
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