JP2006073416A - Absorption-type refrigerator composite fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a more economical fuel cell system by effectively utilizing exhaust heat or exhaust energy exhausted from a fuel cell stack. <P>SOLUTION: The fuel cell system 10 is formed, by combining an SOFC unit 100 and an absorption type refrigerator 500 equipped with a regenerator 54. Fuel electrode exhaust gas which is the exhaust energy exhausted from a fuel cell stack 110 of the SOFC unit 100 and air electrode exhaust air are burned in a combustion chamber 124, and the regenerator 54 of the absorption-type refrigerator 500 is exteriorly heated with combustion exhaust gas EG. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池ユニットから排出される高温燃焼排ガス若しくは燃料極排ガス及び空気極排ガス等の排エネルギーを、吸収式冷凍機により利用することで排熱利用を図る燃料電池システムに関し、特に集合住宅、住宅地域、商用地域の家庭用や業務用の自家用発電設備として分散設置されている燃料電池ユニットに、改質ガス等の燃料供給を集中型燃料ガス供給設備から供給するようにしたシステムにおいて、好適に排熱利用を図ることができるようにした吸収式冷凍機複合型燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system that utilizes exhaust energy such as high-temperature combustion exhaust gas or fuel electrode exhaust gas and air electrode exhaust gas discharged from a fuel cell unit with an absorption refrigeration machine, and more particularly to a housing complex. In a system in which fuel supply such as reformed gas is supplied from a centralized fuel gas supply facility to fuel cell units distributed and installed as residential and commercial power generation facilities for home and business use, The present invention relates to an absorption refrigeration combined fuel cell system capable of suitably utilizing waste heat.

近年、家庭や業務用の電力・熱供給システムとして、固体高分子型燃料電池(PEFC)や固体電解質型燃料電池(SOFC)等の燃料電池システムが導入されつつある。このような燃料電池システムは、都市ガス、LPG又は灯油等を燃料として電気と温水を発生するシステムであり、発電された電気は電力として電気機器に利用される。また、燃料電池の排熱等を利用して生成された湯は貯湯タンクに蓄えられ、需要家内の給油系統に供給される。このように、燃料電池システムは、1台で電気と熱との双方を供給する機能を備えている。現在、家庭用燃料電池としては500W〜1kW、業務用燃料電池としては3〜5kW,30kW級の発電容量の機種が開発されている。   In recent years, fuel cell systems such as polymer electrolyte fuel cells (PEFC) and solid oxide fuel cells (SOFC) are being introduced as power and heat supply systems for homes and businesses. Such a fuel cell system is a system that generates electricity and hot water using city gas, LPG, kerosene, or the like as fuel, and the generated electricity is used as electric power for electric equipment. Moreover, hot water generated using the exhaust heat of the fuel cell is stored in a hot water storage tank and supplied to an oil supply system in a consumer. Thus, the fuel cell system has a function of supplying both electricity and heat by a single unit. Currently, models with power generation capacities of 500 W to 1 kW for household fuel cells and 3 to 5 kW and 30 kW class power generation capacities for commercial fuel cells are being developed.

図12は、家庭用や業務用燃料電池として期待されているPEFCシステム800の構成例を示すブロック図である。このシステム800は大略的に、都市ガス等の燃料ガスGを改質器810に導入して改質ガスを精製し、これをPEFC電池スタック830へ送り発電動作を行わせると共に、排熱回収部850にて低温水を取り出すものである。詳述すると、先ず燃料ガスG中に含まれている腐臭剤が脱硫器801で除去され、該燃料ガスGは熱交換器802で予熱された後、水蒸気Sと混合され、改質器810へ導入される。改質器810はバーナ810aにより加熱されて約800℃程度に保持されており、触媒の作用によって燃料ガスGは水素を主成分とする改質ガスに変換される。この改質ガスは、熱交換器821で温度を下げて一酸化炭素変成器822へ導かれ、ガス中に含まれる一酸化炭素成分が水素と二酸化炭素とに変換され、続いて一酸化炭素選択酸化器823において、ガス中の残留一酸化炭素濃度が10ppm程度に低下される。しかる後改質ガスは、加湿器824を経て電池スタック830の燃料極831へ導入される。該燃料極831において水素成分はイオン化され、電解質833を通過し、空気ブロワ835により空気極832において酸素と化学反応を惹起して発電が行われると共に水が生成される。   FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of a PEFC system 800 that is expected as a household or commercial fuel cell. This system 800 generally introduces a fuel gas G such as city gas into the reformer 810 to purify the reformed gas and send it to the PEFC battery stack 830 to perform a power generation operation as well as an exhaust heat recovery unit. At 850, low-temperature water is taken out. More specifically, the odorant contained in the fuel gas G is first removed by the desulfurizer 801, the fuel gas G is preheated by the heat exchanger 802, mixed with the steam S, and then sent to the reformer 810. be introduced. The reformer 810 is heated by the burner 810a and is maintained at about 800 ° C., and the fuel gas G is converted into a reformed gas containing hydrogen as a main component by the action of the catalyst. This reformed gas is guided to the carbon monoxide converter 822 by lowering the temperature in the heat exchanger 821, and the carbon monoxide component contained in the gas is converted into hydrogen and carbon dioxide, followed by carbon monoxide selection. In the oxidizer 823, the residual carbon monoxide concentration in the gas is reduced to about 10 ppm. Thereafter, the reformed gas is introduced into the fuel electrode 831 of the battery stack 830 through the humidifier 824. The hydrogen component is ionized in the fuel electrode 831, passes through the electrolyte 833, and generates a chemical reaction with oxygen in the air electrode 832 by the air blower 835 to generate electric power and generate water.

電池スタック830にて発生された電力は、インバータ840にて直流DCから交流ACに変換されて家庭や業務用電力機器に供給される。一方、電池スタック830の内部では水素と酸素とが化学反応するために発熱するが、この熱(排熱)が排熱回収部850により取り出されて低温水が生成される。すなわち、電池スタック830に備えられている電池冷却板834には、放熱器851及びポンプ852を備える循環系統により電池冷却水CW3が流通され、電池スタック830を約80℃の一定温度に保つと共に熱が取り出される。昇温された電池冷却水CW3は、熱交換器853において水道水と熱交換をして約30〜40℃に冷却され、これにより約60℃程度の低温水が得られる。この温水は貯湯槽854に貯留され、必要に応じて、台所や洗面所、風呂への給湯用に使用される。   The electric power generated in the battery stack 830 is converted from direct current DC to alternating current AC by the inverter 840 and supplied to home and commercial power equipment. On the other hand, the battery stack 830 generates heat due to a chemical reaction between hydrogen and oxygen, but this heat (exhaust heat) is taken out by the exhaust heat recovery unit 850 to generate low-temperature water. That is, the battery cooling water CW3 is circulated through the circulation system including the radiator 851 and the pump 852 to the battery cooling plate 834 provided in the battery stack 830, and the battery stack 830 is maintained at a constant temperature of about 80 ° C. and heated. Is taken out. The heated battery cooling water CW3 exchanges heat with tap water in the heat exchanger 853 and is cooled to about 30 to 40 ° C., whereby low temperature water of about 60 ° C. is obtained. This hot water is stored in a hot water tank 854, and is used for hot water supply to a kitchen, a washroom, and a bath as needed.

これに加えて、電池スタック830の燃料極831から排出される燃料極排ガスG1、及び空気極832から排出される空気極排空気A1は、改質器バーナ810aに導かれて燃焼され、改質用の熱源として利用される。このようにPEFCシステム800においては、電池スタック830の排熱を利用しての低温水の生成と、燃料極排ガスG1及び空気極排空気A1の改質器810の熱源としての活用により、システムの高効率化が図られている。   In addition to this, the fuel electrode exhaust gas G1 discharged from the fuel electrode 831 of the battery stack 830 and the air electrode exhaust air A1 discharged from the air electrode 832 are guided to the reformer burner 810a and burned to be reformed. It is used as a heat source. Thus, in the PEFC system 800, the generation of low-temperature water using the exhaust heat of the battery stack 830 and the utilization of the fuel electrode exhaust gas G1 and the air electrode exhaust air A1 as the heat source of the reformer 810 High efficiency is achieved.

図13は、高温型燃料電池の代表であるSOFCシステム900の構成例を示すブロック図である。このシステム900においても、都市ガス等の燃料ガスGが脱硫器901,予熱器902を経由して改質器910へ導入され、該改質器910において燃料ガスGが水素を主成分とする改質ガスに変換される点は、前述のPEFCシステム800と同様である。しかし、SOFCの電池スタック930は一酸化炭素成分も燃料として用いうるため、改質ガスはそのまま700〜1000℃程度に保持された電池スタック930の燃料極931へ導入される。導入された改質ガス中の水素成分(及び一酸化炭素成分)は、その大部分が燃料極931において、空気極932から送られてくる酸素イオンと反応して電気を発生する。空気極932には、空気ブロワ935から空気が導入されており、該空気中の酸素が取り込まれてイオン化される。かかる酸素イオンは、電解質933を通して燃料極931へ移動され、水素成分(及び一酸化炭素成分)と化学反応し電気を発生する。発生された電力は、インバータ940にて直流DCから交流ACに変換されて家庭や業務用電力機器に供給される。   FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of an SOFC system 900 that is a representative of a high-temperature fuel cell. Also in this system 900, the fuel gas G such as city gas is introduced into the reformer 910 via the desulfurizer 901 and the preheater 902, and the fuel gas G is reformed mainly containing hydrogen in the reformer 910. It is the same as the PEFC system 800 described above in that it is converted to a quality gas. However, since the SOFC battery stack 930 can also use a carbon monoxide component as a fuel, the reformed gas is introduced as it is into the fuel electrode 931 of the battery stack 930 maintained at about 700 to 1000 ° C. Most of the hydrogen component (and carbon monoxide component) in the introduced reformed gas reacts with oxygen ions sent from the air electrode 932 at the fuel electrode 931 to generate electricity. Air is introduced into the air electrode 932 from an air blower 935, and oxygen in the air is taken in and ionized. Such oxygen ions are transferred to the fuel electrode 931 through the electrolyte 933, and chemically react with the hydrogen component (and the carbon monoxide component) to generate electricity. The generated power is converted from direct current DC to alternating current AC by an inverter 940 and supplied to household and commercial power equipment.

一般に、燃料極931での水素利用率は70〜80%で、残りは余剰として排出される(燃料極排ガス)。また、空気極932での空気中の酸素利用率は50〜60%で、残りは余剰として排出される(空気極排空気)。このような余剰エネルギーを活用すべく、前記燃料極排ガスと空気極排空気とは、電池スタック930の出口側に配置された燃焼室934に導入されて燃焼される。この燃焼により生じた熱は、電池スタック310の保温に利用される他、改質器910のバーナ部910aに送られて改質反応用熱源として利用され、その後、熱交換器951、952により熱回収される。すなわち、燃焼室934での燃焼により発生した高温燃焼排ガスEGにより、電池スタック保温と改質反応用の熱を利用した後の燃焼排ガスから、高温水熱交換器951において蒸気あるいは90℃程度の高温水HWが、低温水熱交換器952において60℃程度の低温水LWがそれぞれ製造される。このような高温水HW及び低温水LWは、業務用ないしは給湯用に広く利用される。   Generally, the hydrogen utilization rate at the fuel electrode 931 is 70 to 80%, and the remainder is discharged as surplus (fuel electrode exhaust gas). Further, the oxygen utilization rate in the air at the air electrode 932 is 50 to 60%, and the remainder is discharged as surplus (air electrode exhaust air). In order to utilize such surplus energy, the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air are introduced into the combustion chamber 934 disposed on the outlet side of the battery stack 930 and burned. The heat generated by this combustion is used to keep the battery stack 310 warm, and is also sent to the burner unit 910a of the reformer 910 to be used as a heat source for the reforming reaction, and then is heated by the heat exchangers 951 and 952. To be recovered. That is, the high-temperature combustion exhaust gas EG generated by the combustion in the combustion chamber 934 generates steam or a high temperature of about 90 ° C. in the high-temperature water heat exchanger 951 from the combustion exhaust gas after heat retention for the battery stack and the reforming reaction. The water HW is produced in the low-temperature water heat exchanger 952 as low-temperature water LW of about 60 ° C., respectively. Such high-temperature water HW and low-temperature water LW are widely used for business use or hot water supply.

また、上述の高温水熱交換器951で製造されるような蒸気や高温水を、吸収式冷凍機の熱源として使用することも知られている。例えば特許文献1には、電池冷却水の蒸気を、吸収式冷凍機が備える再生器内に配置した熱交換器へ導き、前記再生器内の吸収液と熱交換させる構成が開示されている。
特許第3384005号公報
It is also known to use steam or high-temperature water produced by the above-described high-temperature water heat exchanger 951 as a heat source for the absorption chiller. For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which the steam of battery cooling water is guided to a heat exchanger disposed in a regenerator provided in an absorption chiller, and heat is exchanged with an absorbing liquid in the regenerator.
Japanese Patent No. 338405

燃料電池システムは、上記の通り電気と熱とを同時に発生するもので、両者を有効利用することにより経済性を高くすることができる。しかし、燃料電池からの排熱の利用に関し、公知のシステムによっては十分に排熱利用が図れない場合がある。すなわち、SOFCシステム900では、上述の通り排熱を利用して蒸気あるいは90℃程度の高温水を生成できるので、例えば特許文献1のような手法で、吸収式冷凍機において冷房や暖房の用途に利用することが可能となる。これに対し、PEFCシステム800では、上述の通り60℃程度の低温水しか製造できないため、給湯程度にしか利用できず利用価値が比較的低いという問題がある。また、SOFCシステム900のような高温型燃料電池でも、家庭用で用いられるような小型のものでは排出される排熱温度レベルが低くなり、蒸気は得られにくくなることから、その経済性が低下する場合がある。   As described above, the fuel cell system generates electricity and heat at the same time, and it is possible to increase the economy by effectively using both. However, regarding the utilization of the exhaust heat from the fuel cell, the exhaust heat may not be sufficiently utilized depending on a known system. In other words, the SOFC system 900 can generate steam or high-temperature water of about 90 ° C. using the exhaust heat as described above. It can be used. On the other hand, since the PEFC system 800 can produce only low-temperature water of about 60 ° C. as described above, there is a problem that it can be used only for hot water supply and has a relatively low utility value. In addition, even in a high temperature fuel cell such as the SOFC system 900, the exhaust heat temperature level discharged by a small one used for home use becomes low, and it becomes difficult to obtain steam, so the economic efficiency is lowered. There is a case.

ところで、燃料電池システムを集合住宅の各家庭、多目的商業ビルや工場施設内等の一定のローカルエリア内に存在する小口需要家に個別設置する場合、個別の需要家の熱や電力の負荷変動はまちまちであるので、これらを集合化することで負荷の季節変動量の減少や、最大・最小電力需要幅が縮小される等のメリットが生じる。このため、かかる用途へ燃料電池システムを導入するに際しては、改質装置を持たない比較的小型の燃料電池ユニットを分散して各需要家に設置し、改質ガスは各需要家共通の集中型燃料改質ガス供給装置で精製し、分散配置した各燃料電池ユニットにガス配管で改質ガスを供給する集中改質型の燃料電池システムとすることが望ましい。   By the way, when the fuel cell system is individually installed in a small-sized consumer existing in a certain local area such as in each household of an apartment house, a multipurpose commercial building, or a factory facility, fluctuations in heat and power load of individual consumers are Since they are mixed, there are merits such as a reduction in the amount of seasonal fluctuation of the load and a reduction in the maximum / minimum power demand width. For this reason, when introducing a fuel cell system to such an application, relatively small fuel cell units that do not have a reformer are dispersed and installed in each consumer, and the reformed gas is a centralized type common to each consumer. It is desirable that the fuel cell system is a centralized reforming fuel cell system in which the reformed gas is supplied to the fuel cell units refined by the fuel reformed gas supply device and dispersedly arranged by gas piping.

このような改質装置集中型燃料電池システムを採用した場合、新たな課題として、電池スタックから排出される未利用の水素ガスの有効活用の問題が浮上する。すなわち、各燃料電池ユニットに供給された改質ガスは、電池スタックで全て消費されるわけではなく、電池スタックの燃料極からは20%程度の未利用の水素ガス(燃料極排ガス)が、空気極からは酸素濃度が大気の1/2程度に減少した低酸素濃度空気(空気極排空気)が排出される。これらは、上述の一般的なPEFCシステム800では改質器バーナ810aで燃焼させて利用することが可能であるが、改質装置集中型の構成にすると、このような利用態様が取れなくなってしまう。さらに、SOFCシステム900でも、燃焼室934から排出される高温燃焼排ガスEGの一部を改質用熱源として利用するといった活用が図れないため、改質用熱源相当分の余剰排熱の有効活用が課題となる。   When such a reformer intensive fuel cell system is adopted, a problem of effective utilization of unused hydrogen gas discharged from the battery stack emerges as a new problem. That is, not all of the reformed gas supplied to each fuel cell unit is consumed in the battery stack, and about 20% of unused hydrogen gas (fuel electrode exhaust gas) is air from the fuel electrode of the battery stack. Low oxygen concentration air (air electrode exhaust air) having an oxygen concentration reduced to about ½ of the atmosphere is discharged from the pole. These can be used by being burned by the reformer burner 810a in the above-described general PEFC system 800, but such a utilization mode cannot be obtained if a reformer centralized configuration is adopted. . Furthermore, since the SOFC system 900 cannot be used to use a part of the high-temperature combustion exhaust gas EG discharged from the combustion chamber 934 as a heat source for reforming, it is possible to effectively use surplus exhaust heat corresponding to the heat source for reforming. It becomes a problem.

従って本発明は、電池スタックから排出される排熱や排エネルギーの有効活用を図って一層経済的な燃料電池システムを提供することを目的とし、特に改質装置集中型燃料電池システムのように個別に改質装置を具備しないタイプの燃料電池ユニットを備えた燃料電池システムにおいて、効率的に排エネルギーを有効活用できるシステムを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a more economical fuel cell system by effectively utilizing exhaust heat and energy exhausted from the battery stack, and in particular, an individual fuel cell system such as a reformer intensive fuel cell system. An object of the present invention is to provide a system that can efficiently use waste energy efficiently in a fuel cell system including a fuel cell unit that does not include a reformer.

本発明の請求項1にかかる吸収式冷凍機複合型燃料電池システムは、電池スタック内に燃料ガスを導入して電気を発生する燃料電池ユニットと、再生器を備える吸収式冷凍機とを複合させた燃料電池システムであって、前記燃料電池ユニットの電池スタックから排出される排エネルギーを、前記吸収式冷凍機の再生器を外部的に加熱する加熱源として用いるための排エネルギー利用機構を有することを特徴とする。   An absorption refrigeration combined fuel cell system according to claim 1 of the present invention is a composite of a fuel cell unit that generates electricity by introducing fuel gas into a cell stack, and an absorption refrigeration machine including a regenerator. The fuel cell system has a waste energy utilization mechanism for using the waste energy discharged from the battery stack of the fuel cell unit as a heating source for externally heating the regenerator of the absorption chiller. It is characterized by.

この構成によれば、吸収式冷凍機が備える再生器が、電池スタックから排出される排エネルギーを利用した排エネルギー利用機構により外部的に加熱される構成(例えば、燃料極排ガスと空気極排空気とを燃焼させたバーナで再生器を加熱したり、その高温燃焼排ガスで再生器を加熱したりする)であるので、特許文献1の方法のように蒸気を再生器内部へ熱交換器を介して流通させて内部的に加熱する方法に比べて、排熱の利用性を向上させることができる。すなわち、電池スタックの排熱で副次的に生成される蒸気や高温水を利用するのではなく、電池スタックから排出される排エネルギーそのもので再生器を加熱するので、排熱で蒸気や高温水を生成することが困難な燃料電池ユニットを用いた場合でも、複合化された吸収式冷凍機にて、その排熱(排エネルギー)を容易に有効活用することができるようになる。   According to this configuration, the regenerator included in the absorption chiller is externally heated by the exhaust energy utilization mechanism using the exhaust energy discharged from the battery stack (for example, the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air). The regenerator is heated with a burner that burns and the regenerator is heated with the high-temperature combustion exhaust gas), so that steam is passed through the heat exchanger into the regenerator as in the method of Patent Document 1. Therefore, the utilization of exhaust heat can be improved compared to the method of circulating and heating internally. In other words, the regenerator is heated by the waste energy itself discharged from the battery stack, rather than using the steam or high temperature water that is generated by the waste heat of the battery stack. Even when a fuel cell unit that is difficult to generate is used, the combined heat absorption refrigerator can easily and effectively utilize the exhaust heat (exhaust energy).

上記構成において、前記燃料電池ユニットが高温型燃料電池ユニットからなり、前記排エネルギー利用機構が、前記高温型燃料電池ユニットの電池スタックから排出される高温燃焼排ガスにより、吸収式冷凍機の再生器を直接加熱する構成とすることができる(請求項2)。この構成によれば、高温型燃料電池ユニットの電池スタックを保温するために、電池スタックに付設されている燃焼室から排出される高温燃焼排ガスが吸収式冷凍機の再生器へ導かれ、該高温燃焼排ガスにより再生器が直接加熱される。   In the above configuration, the fuel cell unit is composed of a high-temperature fuel cell unit, and the exhaust energy utilization mechanism uses a high-temperature combustion exhaust gas discharged from the battery stack of the high-temperature fuel cell unit to It can be set as the structure heated directly (Claim 2). According to this configuration, in order to keep the battery stack of the high-temperature fuel cell unit warm, the high-temperature combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber attached to the battery stack is guided to the regenerator of the absorption refrigeration machine. The regenerator is directly heated by the combustion exhaust gas.

また上記構成において、前記燃料電池ユニットが低温型燃料電池ユニットからなり、前記排エネルギー利用機構が、前記低温型燃料電池ユニットの電池スタックから排出される燃料極排ガス及び空気極排空気を、前記吸収式冷凍機の再生器を加熱する再生器バーナに送って燃焼させる構成とすることができる(請求項3)。この構成によれば、吸収式冷凍機の再生器が備える再生器バーナの燃料として、電池スタックから排出される燃料極排ガス及び空気極排空気が活用される。   In the above configuration, the fuel cell unit includes a low temperature fuel cell unit, and the exhaust energy utilization mechanism absorbs the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air discharged from the battery stack of the low temperature fuel cell unit. The regenerator of the refrigerator can be sent to a regenerator burner for heating and combusted (claim 3). According to this configuration, the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air discharged from the battery stack are utilized as fuel for the regenerator burner provided in the regenerator of the absorption chiller.

上記請求項1〜3のいずれにおいて、燃料電池ユニットが、所定のローカルエリア内に存在する複数の需要家に分散配置されるものであり、各需要家に配置された燃料電池ユニットには、商用ガス供給系統に接続され燃料電池の駆動源となる燃料ガスを一括して精製する集中型燃料ガス供給設備から燃料ガスが供給される構成を備えるものとすることができる(請求項4)。この構成によれば、各需要家に分散配置されている燃料電池ユニットは改質装置が具備されないことになるが、前記改質装置で利用されていた分の排エネルギーが、複合化されている吸収式冷凍機において有効活用されるようになる。   4. The fuel cell unit according to claim 1, wherein the fuel cell unit is distributed among a plurality of consumers existing in a predetermined local area. The fuel gas may be supplied from a centralized fuel gas supply facility that is connected to the gas supply system and collectively purifies the fuel gas serving as the drive source of the fuel cell. According to this configuration, the fuel cell units distributed in each consumer are not provided with the reformer, but the waste energy used in the reformer is combined. Effective use in absorption refrigerators.

また、請求項1〜4のいずれかにおいて、電池スタック内へ導入される燃料ガスの配管系統にバイパス配管系統が設けられ、前記バイパス配管系統は、前記吸収式冷凍機の再生器を加熱する再生器バーナに接続されている構成とすることが望ましい(請求項5)。この構成によれば、電池スタックから排出される排エネルギーのみでは、再生器の加熱熱量に不足が生じてしまうような場合に、バイパス配管系統を経由して供給される燃料ガス(改質ガス)で再生器バーナを動作させるようにすることで、安定的に再生器を加熱できるようになる。   Further, in any one of claims 1 to 4, a bypass piping system is provided in a piping system for a fuel gas introduced into a battery stack, and the bypass piping system regenerates the regenerator of the absorption chiller. It is desirable that the apparatus is connected to the burner (claim 5). According to this configuration, the fuel gas (reformed gas) supplied via the bypass piping system in the case where only the exhaust energy discharged from the battery stack causes a shortage in the amount of heat generated by the regenerator. By operating the regenerator burner, the regenerator can be stably heated.

さらに、請求項1〜5のいずれかにおいて、吸収式冷凍機の再生器を直接加熱した後の燃焼排ガス、若しくは吸収式冷凍機が備える再生器バーナの燃焼排ガスを導出する配管路を、前記燃焼排ガスから低温水排熱を回収するための熱交換器を経由させるようにすることが望ましい(請求項6)。この構成によれば、吸収式冷凍機の再生器を直接加熱した後の燃焼排ガス、或いは再生器バーナの燃焼排ガスの余熱も廃棄されることなく、低温水として回収できるようになり、高い熱回収率を達成できる。   Furthermore, in any one of Claims 1-5, the combustion pipe | tube which derives | leads-out the combustion exhaust gas after directly heating the regenerator of an absorption refrigerating machine, or the regenerator burner with which an absorption refrigerating machine is equipped, It is desirable to pass through a heat exchanger for recovering the low-temperature water exhaust heat from the exhaust gas (claim 6). According to this configuration, the exhaust heat after directly heating the regenerator of the absorption chiller or the residual heat of the exhaust gas of the regenerator burner can be recovered as low-temperature water without being discarded, and high heat recovery Rate can be achieved.

上記構成において、前記熱交換器にて燃焼排ガスから低温水排熱を回収するに際し、燃焼排ガス中に含まれる水分をドレン水として回収する水回収装置を具備させることが望ましい(請求項7)。電池スタック内での化学反応に伴い水が生成され、また燃料極排ガス及び空気極排空気を再生器バーナで燃焼させた場合も燃焼に伴い水蒸気が生成され、これらの水分は吸収式冷凍機の燃焼排ガス中に蒸気として混入しているが、前記熱交換器で燃焼排ガスが冷却されることにより、多くの水分はドレン水として回収可能となる。請求項7の構成によれば、かかるドレン水が水回収装置により回収され、生成水を無駄なく利用できるシステムを構築できるようになる。   In the above-described configuration, it is desirable to provide a water recovery device that recovers moisture contained in the combustion exhaust gas as drain water when recovering the low-temperature water exhaust heat from the combustion exhaust gas by the heat exchanger. Water is generated by the chemical reaction in the battery stack, and when the fuel electrode exhaust gas and air electrode exhaust air are burned by the regenerator burner, water vapor is also generated by combustion, and these moisture is absorbed by the absorption refrigerator. Although it mixes as a vapor | steam in combustion exhaust gas, many water | moisture contents can be collect | recovered as drain water by cooling combustion exhaust gas with the said heat exchanger. According to the structure of Claim 7, this drain water is collect | recovered by the water collection | recovery apparatus, and it becomes possible to construct | assemble the system which can utilize produced | generated water without waste.

本発明の請求項8にかかる吸収式冷凍機複合型燃料電池システムは、商用ガス供給系統に接続され燃料電池の駆動源となる燃料ガスを精製する燃料ガス供給設備と、所定のローカルエリア内に存在する複数の需要家に分散配置された燃料電池ユニットと、再生器を備える吸収式冷凍機ユニットとを具備する燃料電池システムであって、前記燃料ガス供給設備は、前記各需要家にそれぞれ燃料ガスを供給可能とされた各燃料電池ユニット共通の集中型燃料ガス供給設備であり、前記燃料電池ユニットは、少なくとも各需要家内の電力負荷に供給する電力を発電する個別型燃料電池ユニットであり、前記吸収式冷凍機ユニットは、燃料電池システムが備える電池から排出される排エネルギーを、前記吸収式冷凍機の再生器を加熱する加熱源として用いるための排エネルギー利用機構を有することを特徴とする。   An absorption refrigeration combined fuel cell system according to claim 8 of the present invention includes a fuel gas supply facility that is connected to a commercial gas supply system and purifies a fuel gas serving as a drive source of the fuel cell, and a predetermined local area. A fuel cell system comprising fuel cell units distributed to a plurality of existing consumers and an absorption refrigeration unit having a regenerator, wherein the fuel gas supply facility supplies fuel to each consumer. The fuel cell unit is a centralized fuel gas supply facility common to each fuel cell unit capable of supplying gas, and the fuel cell unit is an individual fuel cell unit that generates power to be supplied to at least a power load in each consumer, The absorption refrigeration unit uses exhaust energy discharged from a battery included in the fuel cell system as a heating source for heating the regenerator of the absorption chiller. And having a discharge energy utilization mechanism for there.

請求項1のシステムによれば、電池スタックから排出される排エネルギーそのもので再生器を加熱するので、排熱で蒸気や高温水を生成することが困難な燃料電池ユニットを用いた場合でも、その排熱(排エネルギー)を容易に有効活用することができるようになる。従って、給湯用の低温水しか生成できなかった低温型燃料電池ユニットを採用した場合でも、排熱を利用して吸収式冷凍機を駆動させることができるようになり、効果的な排熱利用が図れるようになる。   According to the system of claim 1, since the regenerator is heated by the exhaust energy itself discharged from the battery stack, even when a fuel cell unit that is difficult to generate steam or high-temperature water by exhaust heat is used. The exhaust heat (exhaust energy) can be easily and effectively utilized. Therefore, even when a low-temperature fuel cell unit that can only generate low-temperature water for hot water supply is adopted, the absorption chiller can be driven using exhaust heat, and effective exhaust heat utilization is achieved. It will be able to plan.

請求項2のシステムによれば、高温型燃料電池ユニットにおいて、その燃焼室から排出される高温燃焼排ガスが吸収式冷凍機の再生器へ導かれ、該高温燃焼排ガスにより再生器が直接加熱される構成であるので、実質的に高温燃焼排ガスを燃焼室から再生器まで導く配管路を付設するだけで排エネルギー利用機構が構築でき、簡易な構成で排熱を一層有効に利用できるようになる。   According to the system of claim 2, in the high-temperature fuel cell unit, the high-temperature combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber is guided to the regenerator of the absorption refrigeration machine, and the regenerator is directly heated by the high-temperature combustion exhaust gas. Since it is a structure, a waste energy utilization mechanism can be constructed | assembled only by attaching the piping path which guides high temperature combustion exhaust gas from a combustion chamber to a regenerator substantially, and exhaust heat can be utilized still more effectively by a simple structure.

請求項3のシステムによれば、低温型燃料電池ユニットにおいて、吸収式冷凍機の再生器が備える再生器バーナの燃料として、電池スタックから排出される燃料極排ガス及び空気極排空気が活用される構成であるので、実質的に燃料極排ガス及び空気極排空気を電池スタックの排出側から再生器バーナまで導く配管路を付設するだけで排エネルギー利用機構が構築でき、簡易な構成で排熱を一層有効に利用できるようになる。   According to the system of claim 3, in the low-temperature fuel cell unit, the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air discharged from the cell stack are utilized as the fuel for the regenerator burner provided in the regenerator of the absorption chiller. Because of this configuration, a waste energy utilization mechanism can be constructed simply by installing a pipe line that leads the fuel electrode exhaust gas and air electrode exhaust air from the discharge side of the battery stack to the regenerator burner. It can be used more effectively.

請求項4のシステムによれば、各需要家に分散配置されている燃料電池ユニットは改質装置が具備されないことになるが、前記改質装置で利用されていた分の排エネルギーが、複合化されている吸収式冷凍機において有効活用されるようになる。従って、小口需要家の集合体に対して様々なメリットが期待できる改質装置集中型燃料電池システムを導入した場合にあっても、各燃料電池ユニットから排出される排エネルギーを、個別に複合化されている吸収式冷凍機にて活用し、各需要家内での暖房用や冷房用の熱を供給するよう構成することで、システムの経済性を一層向上できるようになる。さらに、集中型改質ガス供給装置を使用した場合、この改質ガス中に硫黄分が含まれていないことから、吸収式冷凍機からの排出ガス温度を80℃程度まで低下させても硫黄腐食がほとんど発生しなくなるので排出ガス温度を通常の130℃から80℃程度に減少でき、これにより排ガス中に含まれている水蒸気分の潜熱も回収でき、熱回収効率を向上させ得る。   According to the system of claim 4, the fuel cell units distributed in each consumer are not provided with the reformer, but the waste energy used in the reformer is combined. It will be used effectively in the absorption chiller that is being used. Therefore, even when a reformer-intensive fuel cell system is introduced that can be expected to have various benefits for a small group of consumers, the waste energy discharged from each fuel cell unit is individually combined. It is possible to further improve the economic efficiency of the system by utilizing the absorption refrigeration machine and supplying heat for heating and cooling in each consumer. Furthermore, when a centralized reformed gas supply device is used, sulfur content is not included in the reformed gas, so sulfur corrosion does not occur even if the exhaust gas temperature from the absorption refrigerator is reduced to about 80 ° C. As a result, the exhaust gas temperature can be reduced from the normal 130 ° C. to about 80 ° C., whereby the latent heat of the water vapor contained in the exhaust gas can be recovered and the heat recovery efficiency can be improved.

請求項5のシステムによれば、バイパス配管系統を経由して供給される燃料ガス(改質ガス)で再生器バーナを動作させ得るので、吸収式冷凍機の運転負荷が燃料電池電力負荷に制約されることがなくなり、冷房暖房需要に適した運転負荷を選定できるようになる。   According to the system of claim 5, since the regenerator burner can be operated with the fuel gas (reformed gas) supplied via the bypass piping system, the operating load of the absorption chiller is limited to the fuel cell power load. Thus, it becomes possible to select an operation load suitable for the cooling and heating demand.

請求項6のシステムによれば、吸収式冷凍機の再生器を直接加熱した後の燃焼排ガス、或いは再生器バーナの燃焼排ガスの余熱も廃棄されることなく、低温水として回収できることから、高い熱回収率を達成できるようになる。   According to the system of claim 6, since the exhaust gas after directly heating the regenerator of the absorption chiller or the residual heat of the exhaust gas of the regenerator burner can be recovered as low-temperature water without being discarded, high heat A recovery rate can be achieved.

請求項7のシステムによれば、燃焼排ガス中に含まれている蒸気が、ドレン水として水回収装置により回収されるので、生成水を無駄なく利用できるシステムとすることができる。   According to the system of the seventh aspect, the steam contained in the combustion exhaust gas is recovered as drain water by the water recovery device, so that the generated water can be used without waste.

請求項8のシステムによれば、所定のローカルエリア内に存在する複数の需要家群に対して燃料ガスを集中型燃料ガス供給設備にて供給するようにした燃料電池システムを採用した場合でも、個別の燃料電池ユニットに複合化されている吸収式冷凍機で排エネルギーが有効活用されるので、極めて経済性に優れた燃料電池システムを構築できるという効果を奏する。   According to the system of claim 8, even when a fuel cell system is used in which fuel gas is supplied to a plurality of consumer groups existing in a predetermined local area with a centralized fuel gas supply facility, Since the exhaust energy is effectively utilized by the absorption chiller combined with the individual fuel cell units, the fuel cell system can be constructed with extremely high economic efficiency.

以下、本発明にかかる吸収式冷凍機複合型燃料電池システムの実施形態につき、図面に基づいて詳細に説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。   Hereinafter, embodiments of an absorption refrigeration combined fuel cell system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and may be changed as appropriate. Can be implemented.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態にかかる燃料電池システムS10の構成を示すブロック図である。この燃料電池システムS10は、高温型燃料電池ユニットとしての固体電解質型燃料電池(SOFC)ユニット100と吸収式冷凍機500とを複合させたシステム構成とされている。当該燃料電池システムS10は、前記SOFCユニット100の電池スタック110から排出される排エネルギーを、前記吸収式冷凍機500が具備する再生器54を外部的に加熱する加熱源として用いるための排エネルギー利用機構として、電池スタック110(燃焼室124)から排出される高温燃焼排ガスにより、吸収式冷凍機500の再生器を直接加熱する方式を採用している。以下、各部の構成を詳述する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system S10 according to the first embodiment of the present invention. The fuel cell system S10 has a system configuration in which a solid oxide fuel cell (SOFC) unit 100 as a high-temperature fuel cell unit and an absorption refrigerator 500 are combined. The fuel cell system S10 uses the waste energy discharged from the battery stack 110 of the SOFC unit 100 as a heat source for externally heating the regenerator 54 included in the absorption chiller 500. As a mechanism, a method of directly heating the regenerator of the absorption chiller 500 with high-temperature combustion exhaust gas discharged from the battery stack 110 (combustion chamber 124) is adopted. Hereinafter, the configuration of each part will be described in detail.

前記SOFCユニット100は、都市ガス等の燃料ガスGから硫黄分を除去する脱硫器101、SOFC電池スタック110、改質ガスを精製する改質器120、燃焼室124、空気予熱器130、ブロワ等を備える送気装置140及びインバータ160などで構成されている。またSOFC電池スタック110は、燃料極121、空気極122及び電解質123から構成されている。このようなSOFCユニット100は内部改質型と呼ばれ、実際は電池スタックに改質触媒を入れて燃料を改質しながら同時に発電する方式であり、数十kW級までの小型機に多用されている。   The SOFC unit 100 includes a desulfurizer 101 that removes sulfur from a fuel gas G such as city gas, a SOFC battery stack 110, a reformer 120 that purifies reformed gas, a combustion chamber 124, an air preheater 130, a blower, and the like. The air supply device 140 including the inverter 160 and the like. The SOFC battery stack 110 includes a fuel electrode 121, an air electrode 122, and an electrolyte 123. Such an SOFC unit 100 is called an internal reforming type, and is actually a system in which a reforming catalyst is placed in a battery stack to simultaneously generate power while reforming the fuel, and is often used in small machines up to tens of kW class Yes.

前記脱硫器101と改質器120との間は、脱硫後の燃料ガスを送る配管系統としての主配管路102で接続されており、該主配管路102中には弁102Bが設けられている。また主配管路102からはバイパス配管路(バイパス配管系統)103が分岐されており、該バイパス配管路103の終端部は吸収式冷凍機500の再生器バーナ50aに接続されている。なお、該バイパス配管路103の中間部にも、弁103Bが設けられている。このような配管構成により、燃料ガスGは、主配管路102により水蒸気Sを添加されて改質器120へ導入され、該改質器120で水素リッチな改質ガスに変換されてSOFC電池スタック110の燃料極121へ導入されると共に、該バイパス配管路103により吸収式冷凍機500の再生器バーナ50aへ供給されることとなる。両者への燃料ガス供給量は、前記弁102B及び弁103Bの開閉制御並びに開度制御により適宜調整される。   The desulfurizer 101 and the reformer 120 are connected by a main piping 102 as a piping system for sending desulfurized fuel gas, and a valve 102B is provided in the main piping 102. . Further, a bypass piping (bypass piping system) 103 is branched from the main piping 102, and the terminal end of the bypass piping 103 is connected to the regenerator burner 50 a of the absorption chiller 500. A valve 103 </ b> B is also provided at an intermediate portion of the bypass piping 103. With such a piping configuration, the fuel gas G is added with the steam S through the main piping 102 and introduced into the reformer 120, and is converted into a hydrogen-rich reformed gas by the reformer 120, and the SOFC battery stack. 110 is introduced into the fuel electrode 121 of 110, and is supplied to the regenerator burner 50a of the absorption refrigerating machine 500 through the bypass piping 103. The amount of fuel gas supplied to both is appropriately adjusted by opening / closing control and opening degree control of the valve 102B and valve 103B.

また、前記送気装置140とSOFC電池スタック110の空気極122との間は、空気予熱器130を経由する送気用の配管路141で接続されている。この配管路141には、吸収式冷凍機500の再生器バーナ50aに至る、弁142Bを備える分岐配管路142が接続されている。このような配管構成により、送気装置140により取り込まれた空気Aは、配管路141を経由して、空気予熱器130で加温された状態で空気極122へ導入されると共に、弁142Bが開状態とされているときは再生器バーナ50aへ送られるものである。   Further, the air supply device 140 and the air electrode 122 of the SOFC battery stack 110 are connected by an air supply piping 141 that passes through an air preheater 130. The pipe 141 is connected to a branch pipe 142 having a valve 142B that reaches the regenerator burner 50a of the absorption chiller 500. With such a piping configuration, the air A taken in by the air supply device 140 is introduced into the air electrode 122 through the piping 141 while being heated by the air preheater 130, and the valve 142B is When it is in the open state, it is sent to the regenerator burner 50a.

さらに、前記燃焼室124には、当該燃焼室124で燃焼された高温燃焼排ガスEGを吸収式冷凍機500の再生器へ導くための燃焼排ガス配管路150が取り付けられている。この燃焼排ガス配管路150は空気予熱器130を経由しており、高温燃焼排ガスEGが保有している熱が、空気予熱器130を同様に経由する配管路141を流通する空気Aに授受されるようになっている。   Further, the combustion chamber 124 is provided with a combustion exhaust gas pipe 150 for guiding the high temperature combustion exhaust gas EG burned in the combustion chamber 124 to the regenerator of the absorption chiller 500. The combustion exhaust gas pipe line 150 passes through the air preheater 130, and the heat held by the high temperature combustion exhaust gas EG is transferred to the air A flowing through the pipe line 141 passing through the air preheater 130 in the same manner. It is like that.

このように構成されたSOFCユニット100において、燃料極121へ導入された改質ガス中の水素成分(及び一酸化炭素成分)は、その大部分が燃料極121において、空気極122から送られてくる酸素イオンと反応して電気を発生する。空気極122には、前述の通り送気装置140から空気が導入されており、該空気中の酸素が取り込まれてイオン化される。かかる酸素イオンは、電解質123を通して燃料極121へ移動し、水素成分(及び一酸化炭素成分)と化学反応し電気を発生する。ここで発生される電力は直流であることから、インバータ160にて直流−交流変換した上で、需要家内に存在する各種電力機器に対してその駆動電源として供給される。   In the SOFC unit 100 configured as described above, most of the hydrogen component (and carbon monoxide component) in the reformed gas introduced into the fuel electrode 121 is sent from the air electrode 122 in the fuel electrode 121. It reacts with the coming oxygen ions and generates electricity. As described above, air is introduced into the air electrode 122 from the air supply device 140, and oxygen in the air is taken in and ionized. Such oxygen ions move to the fuel electrode 121 through the electrolyte 123, and chemically react with the hydrogen component (and carbon monoxide component) to generate electricity. Since the electric power generated here is a direct current, the inverter 160 converts the direct current into an alternating current and then supplies it as a drive power to various electric power devices existing in the consumer.

一般に、燃料極121での水素利用率は70〜80%で、残りは余剰として排出される(燃料極排ガス)。また、空気極122での空気中の酸素利用率は50〜60%で、残りは余剰として排出される(空気極排空気)。このような余剰エネルギーを活用すべく、前記燃料極排ガスと空気極排空気とは、SOFC電池スタック110の出口側に配置された燃焼室124に導入されて燃焼される。この燃焼により生じた熱は、専らSOFC電池スタック110の保温と内部改質反応の熱源に利用されるが、その燃焼排ガスEGは高い熱エネルギーを保有していることから、前述の燃焼排ガス配管路150で吸収式冷凍機500の再生器へ導かれて熱回収される。なお、図示は省略しているが、燃焼排ガス配管路150に分岐配管路を設けるか、燃焼室124から別途の燃焼排ガス配管路を導出する等して熱交換機器内を燃焼排ガスEGが経由するようにし、当該熱交換機器にて高温水及び/又は低温水が生成され、需要家内の熱需要機器に供給するようなシステム構成にすることも可能である。   Generally, the hydrogen utilization rate at the fuel electrode 121 is 70 to 80%, and the remainder is discharged as surplus (fuel electrode exhaust gas). Further, the oxygen utilization rate in the air at the air electrode 122 is 50 to 60%, and the remainder is discharged as surplus (air electrode exhaust air). In order to utilize such surplus energy, the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air are introduced into the combustion chamber 124 disposed on the outlet side of the SOFC battery stack 110 and burned. The heat generated by this combustion is exclusively used as a heat source for the SOFC battery stack 110 and a heat source for the internal reforming reaction, but the combustion exhaust gas EG has high thermal energy. At 150, the heat is recovered by being guided to the regenerator of the absorption refrigerator 500. Although not shown in the figure, the flue gas EG passes through the heat exchange device by providing a branch pipe line in the flue gas pipe line 150 or by deriving a separate flue gas pipe line from the combustion chamber 124. Thus, it is also possible to adopt a system configuration in which high-temperature water and / or low-temperature water is generated by the heat exchange device and supplied to the heat demand device in the consumer.

図2は、吸収式冷凍機500の内部構成の一例を示すブロック図である。この吸収式冷凍機500は一重効用吸収式冷凍機であって、大略的に凝縮器51、蒸発器52、吸収器53及び再生器54の4つの容器から構成されている。これらの容器は4つの配管551〜554で循環的に連結され、密封循環系とされている。   FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of the internal configuration of the absorption chiller 500. The absorption chiller 500 is a single-effect absorption chiller, and generally includes four containers: a condenser 51, an evaporator 52, an absorber 53, and a regenerator 54. These containers are cyclically connected by four pipes 551 to 554 to form a sealed circulation system.

凝縮器51は水蒸気を凝縮して水を生成するもので、再生器54と配管551で連結されて水蒸気の流通が可能とされていると共に、蒸発器52と配管552で連結され、水の流通が可能とされている。さらに、凝縮器51の内部には、水蒸気を冷却して凝縮させる冷却水CW2を流通させる配管561が配置されている。   The condenser 51 condenses water vapor to generate water. The condenser 51 is connected to the regenerator 54 by a pipe 551 so that the water vapor can be circulated, and is connected to the evaporator 52 by a pipe 552 to circulate water. Is possible. Further, a pipe 561 for circulating cooling water CW2 for cooling and condensing the water vapor is disposed inside the condenser 51.

蒸発器52は、水の気化作用により冷熱を生成するためのもので、その内部には、冷却水CW1を流通させる伝熱管52aが配置されている。この伝熱管52aには、前記凝縮器51から配管552を介して送られてくる水が滴下されるようになっている。また、蒸発器52と吸収器53とは配管553で連結され、前記伝熱管52a表面で蒸発した水蒸気が、蒸発器52から吸収器53へ向けて移動可能とされている。   The evaporator 52 is for generating cold heat by the vaporization action of water, and a heat transfer tube 52a through which the cooling water CW1 is circulated is disposed. Water sent from the condenser 51 through the pipe 552 is dropped into the heat transfer pipe 52a. Further, the evaporator 52 and the absorber 53 are connected by a pipe 553 so that the water vapor evaporated on the surface of the heat transfer tube 52 a can move from the evaporator 52 toward the absorber 53.

吸収器53は、その容器内に水分吸収能を有する臭化リチウム溶液等の吸収液が貯留されており、前記蒸発器52から移動されてくる水蒸気を吸収するものである。この吸収器53は、再生器54と配管554で連結されており、再生器54に貯留されている濃縮された吸収液(臭化リチウム溶液)が配管554を介して滴下されるようになっている。また、吸収器53の下部からは還流配管562が延出され、該還流配管562の終端は再生器54の上部に接続されており、吸収器53内の臭化リチウム溶液が再生器54へ還流可能とされている。さらに、吸収器53内には冷却水CW2を流通させる前記配管561も経由されている。   The absorber 53 stores an absorption liquid such as a lithium bromide solution having a water absorption capacity in the container, and absorbs water vapor transferred from the evaporator 52. The absorber 53 is connected to the regenerator 54 by a pipe 554, and the concentrated absorbent (lithium bromide solution) stored in the regenerator 54 is dropped through the pipe 554. Yes. A reflux pipe 562 extends from the lower part of the absorber 53, and the end of the reflux pipe 562 is connected to the upper part of the regenerator 54, and the lithium bromide solution in the absorber 53 is refluxed to the regenerator 54. It is possible. Further, the pipe 561 for circulating the cooling water CW2 is also passed through the absorber 53.

再生器54は、臭化リチウム溶液中に吸収されている水分を加熱分離し、臭化リチウム溶液を濃縮するものである。このような加熱分離を行うため、再生器54を外部的に加熱して内部の臭化リチウム溶液を加熱するための再生器バーナ50aが具備されている。これに加えて、本実施形態では、SOFC電池スタック110の燃焼室124から燃焼排ガスEGを導く燃焼排ガス配管路150の終端部が再生器54の近傍に配置され、燃焼排ガスEGによって再生器54が外部的に加熱可能とされている。   The regenerator 54 heats and separates the moisture absorbed in the lithium bromide solution and concentrates the lithium bromide solution. In order to perform such heat separation, a regenerator burner 50a for heating the regenerator 54 externally to heat the internal lithium bromide solution is provided. In addition to this, in this embodiment, the end portion of the combustion exhaust gas pipe 150 that guides the combustion exhaust gas EG from the combustion chamber 124 of the SOFC battery stack 110 is disposed in the vicinity of the regenerator 54, and the regenerator 54 is caused by the combustion exhaust gas EG. Heating is possible externally.

このように構成された吸収式冷凍機500の動作を説明する。まず、密閉した容器からなる凝縮器51が6.5mmHg程度の真空状態にされ(つまり、当該4つの容器からなる循環系が真空状態とされ)、凝縮器51内の水(冷媒水)が配管552を経由して蒸発器52に送られ、蒸発器52の内部に配管されている伝熱管52aに前記冷媒水が滴下される。蒸発器52内は真空状態とされているため、伝熱管52a表面に付着した水滴は、熱管52aから気化熱を奪いながら約5℃で蒸発する。このため、伝熱管52aを流れる冷却水CW1は冷却され、冷房用の冷水(冷却水CW1)が製造される。   The operation of the absorption chiller 500 configured as described above will be described. First, the condenser 51 made of a sealed container is brought into a vacuum state of about 6.5 mmHg (that is, the circulation system made up of the four containers is made into a vacuum state), and water (refrigerant water) in the condenser 51 is piped. The refrigerant water is sent to the evaporator 52 via 552, and the refrigerant water is dropped into the heat transfer pipe 52a piped inside the evaporator 52. Since the inside of the evaporator 52 is in a vacuum state, water droplets adhering to the surface of the heat transfer tube 52a evaporate at about 5 ° C. while taking heat of vaporization from the heat tube 52a. For this reason, the cooling water CW1 flowing through the heat transfer tube 52a is cooled, and cooling cold water (cooling water CW1) is produced.

そして、蒸発した水蒸気は、配管553を通って吸収器53に移動され、吸収器53の容器内に貯留されている臭化リチウム溶液に吸収される。このような水蒸気の吸収が続くと、臭化リチウム溶液の濃度が薄くなり、水蒸気の吸収能力が低下することになる。そこで、還流配管562にて希釈された臭化リチウム溶液を再生器54に還流させる一方で、配管554を介して再生器54から濃縮された臭化リチウム溶液が吸収器53へ滴下供給されるようになっている。   The evaporated water vapor is moved to the absorber 53 through the pipe 553 and absorbed by the lithium bromide solution stored in the container of the absorber 53. If absorption of such water vapor continues, the concentration of the lithium bromide solution becomes thin, and the water vapor absorption capacity decreases. Therefore, while the lithium bromide solution diluted in the reflux pipe 562 is refluxed to the regenerator 54, the concentrated lithium bromide solution is supplied dropwise to the absorber 53 from the regenerator 54 via the pipe 554. It has become.

すなわち再生器54では、還流された低濃度臭化リチウム溶液が、再生器バーナ50aによる熱若しくは燃焼排ガスEGによる再生器54の外部的な加熱により昇温され、臭化リチウム溶液中に吸収されている水分が追い出される。この結果、再生器54で再び濃縮された臭化リチウム溶液が得られるようになり、再び吸収器53で利用可能となるものである。そして、再生器54で追い出された水蒸気は、配管551を通って凝縮器51へ送られ、配管561内を流通する冷却水CW2により冷却されて凝縮され、水になる。凝縮器51の下部には、かかる凝縮水が溜まり、この水は配管552を通って蒸発器52で再利用される。なお、配管561の出口側における冷却水CW2は40〜60℃程度の低温水となることから、需要家において給湯用などに利用される。   That is, in the regenerator 54, the refluxed low-concentration lithium bromide solution is heated by heat from the regenerator burner 50a or external heating of the regenerator 54 by the combustion exhaust gas EG and absorbed in the lithium bromide solution. Moisture is expelled. As a result, a lithium bromide solution concentrated again in the regenerator 54 can be obtained, and can be used again in the absorber 53. The water vapor expelled by the regenerator 54 is sent to the condenser 51 through the pipe 551, and is cooled and condensed by the cooling water CW2 flowing through the pipe 561 to become water. The condensed water collects in the lower part of the condenser 51, and this water is reused in the evaporator 52 through the pipe 552. In addition, since the cooling water CW2 in the exit side of the piping 561 turns into low temperature water about 40-60 degreeC, it is utilized for the hot water supply etc. in a consumer.

以上の通り構成された燃料電池システムS10によれば、SOFCユニット100の運転時において、燃焼室124における燃料極排ガスと空気極排空気との燃焼反応により生じた高温の燃焼排ガスEGが、燃焼排ガス配管150により、例えば吸収式冷凍機500が備える再生器バーナ50aの燃焼室へ導かれ、これにより再生器54が外部的に加熱される。再生器54の内部では、この熱を受けて、前述の通り臭化リチウム溶液中に吸収されている水分が追い出される。従って、吸収式冷凍機500を作動させるために必要な再生器54の加熱源として、SOFC電池スタック110の排エネルギーが活用されるので、極めて経済的に吸収式冷凍機500を運用することができる。   According to the fuel cell system S10 configured as described above, the high-temperature combustion exhaust gas EG generated by the combustion reaction between the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air in the combustion chamber 124 during the operation of the SOFC unit 100 is the combustion exhaust gas. The pipe 150 leads, for example, to the combustion chamber of the regenerator burner 50a included in the absorption refrigerator 500, and thereby the regenerator 54 is heated externally. The regenerator 54 receives this heat and expels moisture absorbed in the lithium bromide solution as described above. Accordingly, since the exhaust energy of the SOFC battery stack 110 is used as a heating source for the regenerator 54 necessary for operating the absorption chiller 500, the absorption chiller 500 can be operated extremely economically. .

また、前記燃焼排ガスEGのみでは加熱熱量が不足する場合、或いはSOFCユニット100の運転状態と関係なく吸収式冷凍機500を運転する場合には、再生器バーナ50aを用いての再生器54の加熱が可能とされている。この場合、バイパス配管路103に備えられている弁103Bを開き、再生器バーナ50aに脱硫後の燃料ガスG1が供給される。同時に、配管路142に備えられている弁142Bを開き、空気Aも再生器バーナ50aに供給され、この空気Aと燃料ガスG1とが再生器バーナ50aで燃焼され、再生器54が加熱される。このようなバイパス系統を具備させることで、SOFCユニット100の運転状況に拘わらず、再生器54を安定的に加熱でき、従って吸収式冷凍機500も安定的に運転できるようになる。これにより、燃料電池容量に対して冷房容量が大きくなる場合や、夏季等の冷熱需要が特に大きくなる場合に対応可能となる。なお、燃焼排ガスEGの温度が吸収式冷凍機500の熱源として利用するには低すぎる場合は、再生器バーナ50aの燃焼ガスと混合して、吸収式冷凍機500の熱源として利用するようにしても良い。   Further, when the amount of heating heat is insufficient with only the combustion exhaust gas EG, or when the absorption chiller 500 is operated regardless of the operating state of the SOFC unit 100, the heating of the regenerator 54 using the regenerator burner 50a. Is possible. In this case, the valve 103B provided in the bypass piping 103 is opened, and the desulfurized fuel gas G1 is supplied to the regenerator burner 50a. At the same time, the valve 142B provided in the pipe line 142 is opened, the air A is also supplied to the regenerator burner 50a, the air A and the fuel gas G1 are burned by the regenerator burner 50a, and the regenerator 54 is heated. . By providing such a bypass system, the regenerator 54 can be stably heated regardless of the operating state of the SOFC unit 100, and thus the absorption chiller 500 can also be stably operated. As a result, it is possible to cope with a case where the cooling capacity becomes larger than the fuel cell capacity, or a case where the demand for cooling heat becomes particularly large in summer. If the temperature of the combustion exhaust gas EG is too low to be used as the heat source of the absorption chiller 500, it is mixed with the combustion gas of the regenerator burner 50a and used as the heat source of the absorption chiller 500. Also good.

ところで、都市ガスや石油系燃料を使用して燃焼させた場合、その燃焼排ガスの温度が130℃程度以下に低下しないようにして配管系統から排出する必要がある。仮に、都市ガスを燃焼させた燃焼排ガスで再生器54を加熱するよう構成した場合、当該燃焼排ガスは、130℃程度以下にならないようにして吸収式冷凍機500から排出する必要がある。これは、100℃以下にすると、都市ガスや石油系燃料中に含まれている硫黄成分が水分と伴に水滴化して壁面に付着(結露)して、煙道配管が低温腐食するからである。   By the way, when it is burned using city gas or petroleum fuel, it is necessary to discharge from the piping system so that the temperature of the combustion exhaust gas does not decrease to about 130 ° C. or lower. If the regenerator 54 is configured to be heated with combustion exhaust gas obtained by burning city gas, the combustion exhaust gas needs to be discharged from the absorption chiller 500 so as not to be about 130 ° C. or lower. This is because when the temperature is 100 ° C. or lower, sulfur components contained in city gas and petroleum-based fuels form water droplets along with moisture and adhere to the wall surface (condensation), and the flue pipes corrode at low temperature. .

しかし、燃料電池の場合は、都市ガス等の燃料からは脱硫器101により硫黄分が除去されており、硫黄分結露による低温腐食の問題は発生しない。このため、燃焼排ガスEGの吸収式冷凍機500からの出口温度は80℃程度まで下げることが可能となり、排熱の有効利用が行い易くなる。特に、燃料電池の燃焼排ガス中には電池スタック内部で生成したかなりの水蒸気が含まれているため、100℃以下に冷却することにより水の潜熱をも回収して利用することが可能となる。   However, in the case of a fuel cell, the sulfur content is removed from the fuel such as city gas by the desulfurizer 101, and the problem of low temperature corrosion due to the sulfur content condensation does not occur. For this reason, the exit temperature of the combustion exhaust gas EG from the absorption refrigerator 500 can be lowered to about 80 ° C., and the exhaust heat can be effectively used easily. In particular, since the combustion exhaust gas of the fuel cell contains a considerable amount of water vapor generated inside the cell stack, the latent heat of water can be recovered and utilized by cooling to 100 ° C. or lower.

図3は、このような事情を考慮した、上記第1実施形態の変形実施形態にかかる燃料電池システムS11の構成を示すブロック図である。この燃料電池システムS11は、燃焼排ガスEGから低温水排熱並びに水を回収する排熱・水回収部600が追加されている点において、先に説明した燃料電池システムS10と相違している。以下、この相違点について説明する。   FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the fuel cell system S11 according to the modified embodiment of the first embodiment in consideration of such circumstances. The fuel cell system S11 is different from the fuel cell system S10 described above in that a low-temperature water exhaust heat and an exhaust heat / water recovery unit 600 that recovers water from the combustion exhaust gas EG are added. Hereinafter, this difference will be described.

前記排熱・水回収部600は、低温水熱交換器61、生成水回収タンク(水回収装置)62、これらの間を結ぶ生成水配管641、水流通配管642及び弁63から構成されている。低温水熱交換器61の内部には、吸収式冷凍機500から排出される燃焼排ガスEGが燃焼排ガス配管151により導かれ、該燃焼排ガスEGが保有する熱が取り出し可能とされている。生成水配管641は低温水熱交換器61の下部に取り付けられており、低温水熱交換器61で生成される水を生成水回収タンク62へ導くものである。また水流通配管642は、水(水道水及び生成水)を流通させるものであり、低温水熱交換器61を経由することで、前記燃焼排ガスEGから水に熱が授受されるようになっている。   The exhaust heat / water recovery unit 600 includes a low-temperature water heat exchanger 61, a generated water recovery tank (water recovery device) 62, a generated water pipe 641, a water circulation pipe 642 and a valve 63 connecting them. . Inside the low-temperature water heat exchanger 61, the combustion exhaust gas EG discharged from the absorption chiller 500 is guided by the combustion exhaust gas pipe 151, and the heat held by the combustion exhaust gas EG can be taken out. The generated water pipe 641 is attached to the lower part of the low-temperature water heat exchanger 61 and guides the water generated by the low-temperature water heat exchanger 61 to the generated water recovery tank 62. The water circulation pipe 642 circulates water (tap water and product water), and heat is transferred to the water from the combustion exhaust gas EG via the low-temperature water heat exchanger 61. Yes.

このような構成において、吸収式冷凍機500(再生器54)から排出される80〜100℃の燃焼排ガスEGは、燃焼排ガス配管151により低温水熱交換器61に導かれ、水流通配管642内を流通する水と熱交換を行うことで、40〜60℃程度の低温水LWが製造される。このような熱交換後、燃焼排ガスEGは燃焼排ガス配管152により排気される。一方、製造された低温水LWは、弁63を介して、適宜需要家の給湯設備へ供給される。従って、この燃料電池システムS11によれば、吸収式冷凍機500から排出される燃焼排ガスEGから余熱を回収して有効活用できるので、より効率的な燃料電池システムとすることができる。なお、当該燃料電池システムS11において、空気予熱器130を、SOFC電池スタック110から排出される燃焼排ガスEGの排熱温度に応じて、吸収式冷凍機500と低温水熱交換器61との間に設置するようにしても良い。   In such a configuration, the 80 to 100 ° C. combustion exhaust gas EG discharged from the absorption chiller 500 (regenerator 54) is guided to the low-temperature water heat exchanger 61 by the combustion exhaust gas pipe 151, and inside the water circulation pipe 642. The low temperature water LW of about 40-60 degreeC is manufactured by performing heat exchange with the water which distribute | circulates. After such heat exchange, the combustion exhaust gas EG is exhausted through the combustion exhaust gas pipe 152. On the other hand, the produced low-temperature water LW is appropriately supplied to the hot water supply facility of the customer via the valve 63. Therefore, according to the fuel cell system S11, the remaining heat can be recovered and effectively used from the combustion exhaust gas EG discharged from the absorption chiller 500, so that a more efficient fuel cell system can be obtained. In the fuel cell system S11, the air preheater 130 is placed between the absorption refrigerator 500 and the low-temperature water heat exchanger 61 according to the exhaust heat temperature of the combustion exhaust gas EG discharged from the SOFC battery stack 110. You may make it install.

さらにこの燃料電池システムS11は、燃焼排ガスEG中に含まれる水分を生成水回収タンク62にて回収する機能も備えている。一般に、燃料電池スタック内で生成される水は、燃料極排ガスや空気極排空気に混入して電池スタックから排出される。この燃料電池システムS11のように高温型燃料電池であるSOFCユニット100と吸収式冷凍機500とを複合させたシステムの場合は、燃料極排ガスや空気極排空気は燃焼室124のバーナで燃焼され、SOFC電池スタック110内で反応せず残留した水素やメタンは燃焼してさらに水を生成することになる。   Further, the fuel cell system S11 also has a function of recovering moisture contained in the combustion exhaust gas EG in the generated water recovery tank 62. In general, water generated in the fuel cell stack is mixed with fuel electrode exhaust gas or air electrode exhaust air and discharged from the cell stack. In the case of a system in which the SOFC unit 100, which is a high-temperature fuel cell, and the absorption chiller 500 are combined like the fuel cell system S11, the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air are burned by the burner in the combustion chamber 124. The hydrogen and methane remaining without reacting in the SOFC battery stack 110 are combusted to generate more water.

この燃焼室124で生成される水は、燃焼排ガス温度が高いために蒸気として燃焼排ガスEG中に含まれることとなるが、燃焼排ガスEGは前述の通り低温水熱交換器61において水と熱交換されるので、低温水熱交換器61の出口側における燃焼排ガスEGの温度は100℃以下になる。従って、燃焼排ガスEG中に含有されている蒸気は、ドレン水として凝縮し、低温水熱交換器61の底部に貯留されるようになる。   The water generated in the combustion chamber 124 is contained in the combustion exhaust gas EG as steam because the combustion exhaust gas temperature is high. The combustion exhaust gas EG exchanges heat with water in the low-temperature water heat exchanger 61 as described above. Therefore, the temperature of the combustion exhaust gas EG on the outlet side of the low-temperature water heat exchanger 61 becomes 100 ° C. or less. Therefore, the steam contained in the combustion exhaust gas EG is condensed as drain water and stored at the bottom of the low-temperature water heat exchanger 61.

燃料電池スタックへ導入される改質ガスは、改質触媒や電池セル触媒への硫黄による被毒を防止するために硫黄分が除去されている。この燃料電池システムS11にあっても、脱硫器101を設けてSOFC電池スタック110へ燃料ガスが導入される前に、硫黄分が除去される構成とされている。従って、水素と酸素が反応した生成水や、改質ガスが燃焼した燃焼排ガス中にも硫黄分は含まれていないことになる。このため、上記ドレン水は純水に近く、回収して利用することが可能である。而してこの実施形態では、低温水熱交換器61の下部から生成水配管641にてドレン水を抜き取り、生成水回収タンク62へ回収する構成としている。この生成水回収タンク62に貯留された水は、ポンプにより例えば水道水と混合して水流通配管642を通じて低温水熱交換器61へ導入され、給湯用途に供される。   The reformed gas introduced into the fuel cell stack has a sulfur content removed to prevent poisoning of the reforming catalyst and the battery cell catalyst by sulfur. Even in the fuel cell system S11, the sulfur content is removed before the fuel gas is introduced into the SOFC cell stack 110 by providing the desulfurizer 101. Therefore, sulfur is not contained in the produced water in which hydrogen and oxygen are reacted or in the combustion exhaust gas in which the reformed gas is combusted. For this reason, the drain water is close to pure water and can be recovered and used. Thus, in this embodiment, the drain water is extracted from the lower portion of the low-temperature water heat exchanger 61 through the generated water pipe 641 and is recovered in the generated water recovery tank 62. The water stored in the generated water recovery tank 62 is mixed with, for example, tap water by a pump and introduced into the low-temperature water heat exchanger 61 through the water circulation pipe 642 and used for hot water supply.

以上のように、排熱・水回収部600を備えた燃料電池システムS11は、再生器54の加熱源として、硫黄分が含まれていない燃焼排ガスEGを用いることに着目し、燃焼排ガスEGの活用性を大幅に向上させたシステムである。すなわち、腐臭剤を含む都市ガスや石油系燃料を再生器54の加熱源として用いた場合は、煙道配管の腐食の問題に鑑み燃焼排ガスの温度を130℃以下にできないことから、当該燃焼排ガスの排熱利用は自ずと制限されることになる。これに対し、この燃料電池システムS11では、燃焼排ガスEG中に硫黄分は含まれていないことから、燃焼排ガスEGをドレン水が生成される程度の低温まで利用することが可能となり、排熱回収効率が一層改善されるものである。   As described above, the fuel cell system S11 including the exhaust heat / water recovery unit 600 uses the combustion exhaust gas EG that does not contain sulfur as a heating source of the regenerator 54. This system has greatly improved usability. That is, when city gas or petroleum-based fuel containing a odorant is used as a heating source for the regenerator 54, the temperature of the combustion exhaust gas cannot be reduced to 130 ° C. or less in view of the problem of corrosion of the flue pipe. The use of waste heat is naturally restricted. On the other hand, in this fuel cell system S11, since the sulfur content is not contained in the combustion exhaust gas EG, it becomes possible to use the combustion exhaust gas EG to a low temperature at which drain water is generated, and exhaust heat recovery. Efficiency is further improved.

図4は、図3に示した実施形態の変形実施形態にかかる燃料電池システムS12の構成を示すブロック図である。この燃料電池システムS12は、都市ガス等の燃料ガスを各需要家で個別に脱硫、改質して燃料電池ユニット(SOFCユニット100)に導入するのではなく、予め脱硫、改質された燃料ガス(改質ガスRG)をSOFC電池スタック110に供給するようにした点で、先の燃料電池システムS11と相違する。従って、この燃料電池システムS12には、脱硫器101及び改質器120が備えられていない。   FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system S12 according to a modified embodiment of the embodiment shown in FIG. In this fuel cell system S12, fuel gas such as city gas is not desulfurized and reformed individually by each consumer and introduced into the fuel cell unit (SOFC unit 100), but is desulfurized and reformed in advance. This is different from the previous fuel cell system S11 in that (reformed gas RG) is supplied to the SOFC battery stack 110. Therefore, the fuel cell system S12 is not provided with the desulfurizer 101 and the reformer 120.

すなわち、燃料ガスが改質ガスRGに変換された状態で配管路104にて供給されており、弁104Bを開くことで前記改質ガスRGが主配管路102を通してSOFC電池スタック110の燃料極121に導入されるよう構成されている。なお、弁102B及び弁103Bを操作することで、バイパス配管路103を通して、改質ガスRGが再生器バーナ50aへ導入可能とされている。   That is, the fuel gas is supplied to the reformed gas RG in a state where it is supplied through the piping 104, and the reformed gas RG is opened through the main piping 102 by opening the valve 104 </ b> B so that the fuel electrode 121 of the SOFC battery stack 110. It is configured to be introduced. Note that the reformed gas RG can be introduced into the regenerator burner 50a through the bypass piping 103 by operating the valve 102B and the valve 103B.

この燃料電池システムS12のような構成は、所定のローカルエリア内に存在する複数の需要家に改質装置を備えない燃料電池ユニットを個別に分散配置し、これら燃料電池ユニット共通の集中型燃料ガス供給設備を設置して、該集中型燃料ガス供給設備から脱硫、改質された燃料ガス(改質ガスRG)を供給する構成とすることで達成可能となる。   In the configuration such as the fuel cell system S12, fuel cell units that do not include a reformer are separately distributed to a plurality of consumers existing in a predetermined local area, and a centralized fuel gas common to these fuel cell units is provided. This can be achieved by installing a supply facility and supplying a desulfurized and reformed fuel gas (reformed gas RG) from the centralized fuel gas supply facility.

この点につき、図5及び図6に基づいて大略的に説明する。図5は、一般的な燃料電池システムを示すブロック図である。このシステムにおいて、燃料電池システム部70は、燃料電池部71と、改質装置72と、これらの動作を制御する制御部73と、燃料電池部71の排熱を利用して温水を生成する貯湯槽74とからなる。そして、燃料電池部71で発電される電気は、需要家内の電気機器75で利用され、また貯湯槽74内の温水は給湯設備等の熱需要機器76で利用されるようになっている。かかるシステムでは、都市ガス等の原燃料が改質装置72へ導入され、該改質装置72にて改質ガスが精製されて燃料電池部71に供給される。つまり、各需要家が個別に備える燃料電池システム部70に、それぞれ改質装置72が具備されており、各々の需要家ごとに改質ガスを精製する構成である。先に図1及び図3に示した実施形態は、このような個別改質型の燃料電池システムである。   This point will be briefly described with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram showing a general fuel cell system. In this system, the fuel cell system unit 70 includes a fuel cell unit 71, a reformer 72, a control unit 73 that controls these operations, and hot water storage that generates hot water using the exhaust heat of the fuel cell unit 71. And a tank 74. The electricity generated by the fuel cell unit 71 is used by an electric device 75 in the consumer, and the hot water in the hot water storage tank 74 is used by a heat demanding device 76 such as a hot water supply facility. In such a system, raw fuel such as city gas is introduced into the reformer 72, and the reformed gas is purified by the reformer 72 and supplied to the fuel cell unit 71. In other words, the reformer 72 is provided in each of the fuel cell system units 70 individually provided for each consumer, and the reformed gas is purified for each consumer. The embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 3 is such an individual reforming fuel cell system.

しかし、このような個別改質型の燃料電池システムを一戸建住宅等に導入した場合、負荷変動に追従することが困難となり、効率的な燃料電池システムの運転が行えないという不都合がある。すなわち、一戸建住宅等の小口需要家では、一般に絶えず大きな電力負荷変動が生じているが、改質装置を持つタイプの家庭用燃料電池の負荷追従性能は10%/分程度が限界であり、瞬時の負荷変動に追従して運用させることはできない。このため、家庭用燃料電池は電力系統と系統連系を行い、急激な負荷変化分は商用電力系統からの供給を受けるか、バッテリ等のバックアップ電源を併設して、急激な負荷変化分については前記バックアップ電源で対応する構成とする必要がある。また、改質装置は起動時間が長く、電力や熱需要に対して燃料電池システムの起動停止を頻繁に行うことができず、深夜などの電力負荷や熱需要が少ないときにも燃料電池を効率の低い最低負荷で運転する必要性があり、経済性が悪化するという問題がある。   However, when such an individual reforming type fuel cell system is introduced into a detached house or the like, it is difficult to follow the load fluctuation, and there is a disadvantage that the efficient operation of the fuel cell system cannot be performed. That is, in small-sized customers such as detached houses, generally large power load fluctuations are constantly occurring, but the load follow-up performance of a home fuel cell with a reformer is limited to about 10% / min. It cannot be operated following instantaneous load fluctuations. For this reason, household fuel cells are connected to the power system, and sudden load changes are supplied from the commercial power system, or backup power sources such as batteries are installed, It is necessary to adopt a configuration corresponding to the backup power source. In addition, the reformer has a long start-up time, and the fuel cell system cannot be started and stopped frequently in response to power and heat demand, and the fuel cell is efficient even when the power load and heat demand are low, such as at midnight. Therefore, there is a problem that the economy is deteriorated.

そこで、図6に示すような集中改質型の燃料電池システムが有用となる。この集中改質型燃料電池システムは、所定のローカルエリア内(例えば集合住宅や一定範囲の地区内に存在する一戸建住宅群)に存在する(小口)需要家A、Bには、それぞれ燃料電池ユニット700a、700bが個別に備えられているが、これら燃料電池ユニット700a、700bに対して、共通の集中型燃料ガス供給設備(集中型改質装置77)から例えば改質ガス等が一元的に供給される構成である。   Therefore, a concentrated reforming fuel cell system as shown in FIG. 6 is useful. This intensive reforming fuel cell system is a fuel cell for each of consumers A and B existing in a predetermined local area (for example, a single-family house group existing in an apartment house or a certain area). The units 700a and 700b are individually provided. For these fuel cell units 700a and 700b, for example, reformed gas or the like is unified from a common centralized fuel gas supply facility (centralized reformer 77). It is the structure supplied.

すなわち、燃料電池ユニット700a、700bは、燃料電池部701a、701b、制御部703a、703b及び貯湯槽704a、704bからなり、個別の改質装置は具備されておらず、制御部77Aの制御下において集中型改質装置77にて原燃料から改質ガスを精製し、これを需要家A、Bに向けて供給する構成である。そして、各燃料電池ユニット700a、700bで発生された電力や熱は、各需要家A、Bが備えている電気機器711a、711bや熱需要機器712a、712bにて消費されるものである。図4に示す燃料電池システムS12は、このような集中改質型燃料電池システムにおいて、上記燃料電池ユニット700a、700bに相当するものとして好適に用いられるシステムである。   That is, the fuel cell units 700a and 700b are composed of fuel cell units 701a and 701b, control units 703a and 703b, and hot water storage tanks 704a and 704b, and are not provided with individual reformers, and under the control of the control unit 77A. The reformed gas is purified from the raw fuel by the centralized reformer 77 and supplied to the consumers A and B. And the electric power and heat which generate | occur | produced in each fuel cell unit 700a, 700b are consumed by the electric equipment 711a, 711b and heat demand equipment 712a, 712b with which each consumer A, B is equipped. The fuel cell system S12 shown in FIG. 4 is a system that is suitably used as an equivalent to the fuel cell units 700a and 700b in such a concentrated reforming fuel cell system.

家庭用等の各小口需要家での熱利用に対しては、熱需要箇所である需要家内に燃料電池設備を設置して熱を取り出すようにすることが、熱供給配管が不要にでき、また熱損失も抑制できるという観点から最も経済的である。一方、燃料ガス供給装置はスケールメリットが大きく、効率が高く、小さい燃料ガス変動に対しても余力のある集中型を設置するほうが実用的である。このような点に鑑みて本発明では、各需要家サイトには改質装置のない小型燃料電池ユニット700a、700bを分散して設置する一方で、改質ガスの供給については集中型燃料ガス供給装置(集中型改質装置77)にて一括供給し、需要家毎に独自で電力負荷(電気機器711a、711b)や熱負荷(熱需要機器712a、712b)に対して運転できるシステム構成としたものである。   For heat use by small consumers such as households, it is possible to eliminate the need for heat supply piping by installing fuel cell equipment in the consumer, which is the heat demand point, and extracting heat. It is the most economical from the viewpoint that heat loss can be suppressed. On the other hand, it is more practical to install a fuel gas supply apparatus having a large scale merit, high efficiency, and a centralized type that has the capacity for small fuel gas fluctuations. In view of such points, in the present invention, small fuel cell units 700a and 700b having no reformer are distributed and installed at each customer site, while the supply of reformed gas is a concentrated fuel gas supply. The system configuration is such that the equipment (central reforming device 77) is supplied in a lump and can be operated independently for each customer with respect to the power load (electric equipment 711a, 711b) and the heat load (heat demand equipment 712a, 712b). Is.

かかる構成によれば、各小型燃料電池ユニット700a、700bは個別に運転しても、数台、数十台、数百台の小型燃料電池ユニット全体としての燃料ガス供給量は平滑化される(つまり、全体としてみれば急激な負荷変動は生じない)ために、集合化した燃料ガス供給装置では緩やかな運転が可能となり、経済的な運用を行うことが可能となる。なお図5及び図6の説明において、説明の便宜上、図5のように改質装置を具備するものを「燃料電池システム」と呼び、図6のように集中改質型で個別には改質装置を具備していないものを「燃料電池ユニット」と呼んでいるが、本明細書のその他の説明において「燃料電池ユニット」という時は、改質装置を具備するもの又は改質装置を具備しないものの双方の概念を含むものである。   According to such a configuration, even if each small fuel cell unit 700a, 700b is individually operated, the fuel gas supply amount as a whole of several, tens, hundreds of small fuel cell units is smoothed ( In other words, sudden load fluctuation does not occur as a whole), so that the aggregated fuel gas supply apparatus can be operated gently and can be economically operated. In the description of FIGS. 5 and 6, for convenience of explanation, a device equipped with a reformer as shown in FIG. 5 is called a “fuel cell system” and is reformed individually in a centralized reforming type as shown in FIG. A device that does not have a device is called a “fuel cell unit”, but in the other description of this specification, the term “fuel cell unit” includes a reformer or does not have a reformer. It includes both concepts of things.

このように集中改質型燃料電池システムには様々な利点があるが、各小型燃料電池ユニット700a、700bは改質装置を備えていないことから、電池スタックから排出される燃料極排ガス及び空気極排空気の活用が問題となる。すなわち、改質装置を備える一般的な燃料電池ユニットでは、前記燃料極排ガス及び空気極排空気を改質バーナで燃焼させたり、燃焼室で燃焼させた燃焼排ガスを、改質器での改質反応の熱として活用したりすることが可能であるが、集中改質型燃料電池システムではこのような活用ができないことになる。そこで本実施形態にかかる燃料電池システムS12のように、燃焼室124で燃料極排ガス及び空気極排空気を燃焼させ、その燃焼排ガスEGを再生器54の加熱源として活用することで、有効活用することが可能となるものである。従って、本発明にかかる吸収式冷凍機複合型燃料電池システムは、特に図6に示すような集中改質型燃料電池システムにおいて特に有用である。   As described above, the central reforming fuel cell system has various advantages. However, since the small fuel cell units 700a and 700b are not provided with a reforming device, the fuel electrode exhaust gas and the air electrode discharged from the cell stack. Utilization of exhaust air becomes a problem. That is, in a general fuel cell unit having a reformer, the fuel electrode exhaust gas and air electrode exhaust air are burned by a reformer burner, or combustion exhaust gas burned in a combustion chamber is reformed by a reformer. It can be used as heat of reaction, but such a utilization cannot be performed in a central reforming fuel cell system. Thus, as in the fuel cell system S12 according to the present embodiment, the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air are burned in the combustion chamber 124, and the combustion exhaust gas EG is used as a heating source of the regenerator 54 for effective use. Is possible. Therefore, the absorption refrigerating machine combined fuel cell system according to the present invention is particularly useful in a concentrated reforming fuel cell system as shown in FIG.

なお、この燃料電池システムS12では、燃焼室124から排出される高温燃焼排ガスEGは改質反応用の熱源として使用されないことから、ガス排出熱量は約20%程度増加する。従って、図1若しくは図3に示した燃料電池システムS10、S11に比べて排熱量が多くなることから、燃料電池容量に対して吸収式冷凍機容量を大きくすることができる。   In this fuel cell system S12, the high-temperature combustion exhaust gas EG discharged from the combustion chamber 124 is not used as a heat source for the reforming reaction, so the amount of heat discharged from the gas increases by about 20%. Accordingly, since the amount of exhaust heat is larger than that of the fuel cell systems S10 and S11 shown in FIG. 1 or FIG. 3, the absorption refrigerator capacity can be increased with respect to the fuel cell capacity.

(第2実施形態)
図7は、本発明の第2実施形態にかかる燃料電池システムS20の構成を示すブロック図である。この燃料電池システムS20は、低温型燃料電池ユニットとしての固体高分子型燃料電池(PEFC)ユニット200と吸収式冷凍機500とを複合させたシステム構成とされている。当該燃料電池システムS20は、前記PEFCユニット200のPEFC電池スタック210から排出される排エネルギーを、前記吸収式冷凍機500が具備する再生器を外部的に加熱する加熱源として用いるための排エネルギー利用機構として、PEFC電池スタック210から排出される燃料極排ガス及び空気極排空気を、前記吸収式冷凍機500の再生器を加熱する再生器バーナ50aに送って燃焼させる方式を採用している。以下、各部の構成を詳述する。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system S20 according to the second embodiment of the present invention. The fuel cell system S20 has a system configuration in which a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) unit 200 as a low-temperature fuel cell unit and an absorption refrigerator 500 are combined. The fuel cell system S20 uses the waste energy discharged from the PEFC battery stack 210 of the PEFC unit 200 as a heat source for externally heating the regenerator included in the absorption chiller 500. As a mechanism, a method is adopted in which fuel electrode exhaust gas and air electrode exhaust air discharged from the PEFC battery stack 210 are sent to a regenerator burner 50a for heating the regenerator of the absorption chiller 500 and burned. Hereinafter, the configuration of each part will be described in detail.

前記PEFCユニット200は、PEFC電池スタック210、ブロワ等を備える送気装置250、排熱回収部300及びインバータ(図示省略)などで構成されている。またPEFC電池スタック210は、燃料極221、空気極222、電解質223及び冷却板224を備えている。なお、PEFC電池スタック210には、図4に示した実施形態と同様に予め改質された改質ガスRGが、配管路104及び主配管路102を通して供給されるようになっており、脱硫器や改質装置は個別に備えられていない。   The PEFC unit 200 includes a PEFC battery stack 210, an air supply device 250 including a blower, an exhaust heat recovery unit 300, an inverter (not shown), and the like. The PEFC battery stack 210 includes a fuel electrode 221, an air electrode 222, an electrolyte 223, and a cooling plate 224. Note that the reformed gas RG previously reformed is supplied to the PEFC battery stack 210 through the piping 104 and the main piping 102 in the same manner as in the embodiment shown in FIG. There are no separate reformers.

このような構成において、前記燃料極221には、前述の集中型燃料ガス供給装置等からアキュムレータ等を介して(必要に応じて加湿器等をさらに介して)、水素リッチな改質ガスが導入される。その後、導入された改質ガス中の水素成分は、その大部分が燃料極221でイオン化され、該水素イオンは電解質223を通って空気極222へ移動される。該空気極222には、送気装置250から空気配管路240を通して空気が導入されており、該空気中の酸素が取り込まれてイオン化される。そして、この酸素イオンと、燃料極221から移動されてくる水素イオンとが化学反応し、水が生成されると共に発電が為される。かかる化学反応により発生される電力は直流であることから、図略のインバータにて直流−交流変換した上で、需要家内に存在する各種電力機器に対してその駆動電源として供給される。   In such a configuration, a hydrogen-rich reformed gas is introduced into the fuel electrode 221 from the centralized fuel gas supply device or the like via an accumulator or the like (and further via a humidifier if necessary). Is done. Thereafter, most of the hydrogen component in the introduced reformed gas is ionized at the fuel electrode 221, and the hydrogen ions are transferred to the air electrode 222 through the electrolyte 223. Air is introduced into the air electrode 222 from the air supply device 250 through the air piping 240, and oxygen in the air is taken in and ionized. The oxygen ions and hydrogen ions moved from the fuel electrode 221 chemically react to generate water and generate power. Since the electric power generated by such a chemical reaction is a direct current, it is converted into a direct current from a direct current by an inverter (not shown), and then supplied as a driving power source to various power devices existing in the consumer.

PEFC電池スタック210内においては、上述の通り水素と酸素とが化学反応することから発熱が生じる。従って、PEFC電池スタック210が過加熱状態とならないよう冷却する必要があるが、この冷却の際の熱を排熱回収部300で回収して温水等を生成して熱の有効活用が図られる。図7に示す例では、この排熱回収部300は、熱交換器30、放熱器31、ポンプ32、循環路33及び貯湯槽34から構成される例を示している。   In the PEFC battery stack 210, heat is generated because hydrogen and oxygen chemically react as described above. Therefore, although it is necessary to cool the PEFC battery stack 210 so as not to be overheated, the heat at the time of cooling is recovered by the exhaust heat recovery unit 300 to generate hot water or the like, thereby effectively utilizing the heat. In the example illustrated in FIG. 7, the exhaust heat recovery unit 300 is configured by a heat exchanger 30, a radiator 31, a pump 32, a circulation path 33, and a hot water tank 34.

PEFC電池スタック210には冷却板224が付設されており、該冷却板224を経由する冷却水の循環路33と放熱器31とを設け、ポンプ32で循環路33内に冷却水を循環させることで、電池スタックが一定温度に保たれる(冷却される)構成とされている。一方、上記循環路33は、熱交換器30も経由する配管経路とされており、該熱交換器30は貯湯槽34内に配置されている。そして、貯湯槽34に水道配管路301を介して導入される水道水に、冷却板224で吸熱した熱の一部(余剰熱)を熱交換器30が授受するようになっている。このような熱交換動作により、貯湯槽34内では60℃程度の温水が生成される。かかる温水は、出力配管路302を経て貯湯槽若しくは台所や洗面所、風呂用(熱需要機器)に使用されるものである。   The PEFC battery stack 210 is provided with a cooling plate 224, and a cooling water circulation path 33 and a radiator 31 that pass through the cooling plate 224 are provided, and the cooling water is circulated in the circulation path 33 by the pump 32. Thus, the battery stack is kept at a constant temperature (cooled). On the other hand, the circulation path 33 is a piping path that also passes through the heat exchanger 30, and the heat exchanger 30 is disposed in the hot water storage tank 34. The heat exchanger 30 receives and transfers part of the heat absorbed by the cooling plate 224 (surplus heat) to the tap water introduced into the hot water tank 34 via the water pipe line 301. By such a heat exchange operation, hot water of about 60 ° C. is generated in the hot water tank 34. Such hot water is used for hot water storage tanks, kitchens, washrooms, and baths (heat demanding equipment) via the output piping 302.

ところで、燃料極221で使用される燃料ガス中の水素利用率は約80%程度であり、残り20%の水素ガスと数%のメタンを含む未反応ガスとは、二酸化炭素と共に燃料極排ガスとして燃料極221から排出される。また、空気極222での酸素利用率は50〜60%程度であり、残りの酸素と反応に寄与しない窒素ガス等が空気極排空気として空気極222から排出されることになる。一般的な低温型燃料電池システムでは、かかる燃料極排ガス及び空気極排空気は改質器バーナに送られ、改質反応用熱源として利用されている。しかし、この実施形態のように集中型燃料ガス供給装置等から改質ガスが供給される集中改質型燃料電池システムとした場合、改質装置が各燃料電池ユニットにおいて不要となるため、燃料として使用できる燃料極排ガスを有効活用する必要がある。   By the way, the hydrogen utilization rate in the fuel gas used in the fuel electrode 221 is about 80%, and the remaining 20% hydrogen gas and unreacted gas containing several percent of methane are used as fuel electrode exhaust gas together with carbon dioxide. The fuel electrode 221 is discharged. Moreover, the oxygen utilization rate in the air electrode 222 is about 50 to 60%, and nitrogen gas or the like that does not contribute to the reaction with the remaining oxygen is discharged from the air electrode 222 as air electrode exhaust air. In a general low-temperature fuel cell system, such fuel electrode exhaust gas and air electrode exhaust air are sent to a reformer burner and used as a heat source for reforming reaction. However, in the case of a centralized reforming fuel cell system in which reformed gas is supplied from a centralized fuel gas supply device or the like as in this embodiment, the reforming device becomes unnecessary in each fuel cell unit. It is necessary to effectively use the fuel electrode exhaust gas that can be used.

従って、この燃料電池システムS20では、燃料極221の出口側と再生器バーナ50aとを接続する排ガス配管路241、及び空気極222の出口側と再生器バーナ50aとを接続する排空気配管路242をそれぞれ設け、燃料極排ガス及び空気極排空気を再生器バーナ50aへ導入可能としている。これにより、燃料極221から排出される燃料極排ガスと空気極222から排出される空気極排空気とを、吸収式冷凍機500の再生器バーナ50aで燃焼させて再生器54を加熱し、先に図2に基づいて説明した通り、再生器54に貯留されている臭化リチウム溶液(吸収液)中の水蒸気分を加熱して蒸気として追い出すことが可能とされている。   Therefore, in this fuel cell system S20, the exhaust gas piping 241 connecting the outlet side of the fuel electrode 221 and the regenerator burner 50a, and the exhaust air piping 242 connecting the outlet side of the air electrode 222 and the regenerator burner 50a. The fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air can be introduced into the regenerator burner 50a. As a result, the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode 221 and the air electrode exhaust air discharged from the air electrode 222 are combusted by the regenerator burner 50a of the absorption chiller 500 to heat the regenerator 54. As described with reference to FIG. 2, the water vapor content in the lithium bromide solution (absorbing liquid) stored in the regenerator 54 can be heated and expelled as vapor.

なお、前記排ガス配管路241には、PEFC電池スタック210を経由せずに上記主配管路102と直結するバイパス配管路103が接続されている。また、前記排空気配管路242には、同様にPEFC電池スタック210を経由せずに上記空気配管路240と直結するバイパス配管路243が設けられている。このようなバイパス配管路103、243を設けることにより、PEFCユニット200の稼働状態に拘わらず、吸収式冷凍機500を運転できるようになる。すなわち、PEFCユニット200が運転されていない場合等にあっては、弁103B、及び弁243Bをそれぞれ開き、燃料ガス及び空気が再生器バーナ50aに供給されることで、吸収式冷凍機500が稼働できるように構成されている。   Note that a bypass piping 103 that is directly connected to the main piping 102 is connected to the exhaust gas piping 241 without passing through the PEFC battery stack 210. Similarly, the exhaust air piping 242 is provided with a bypass piping 243 that is directly connected to the air piping 240 without passing through the PEFC battery stack 210. By providing such bypass piping paths 103 and 243, the absorption chiller 500 can be operated regardless of the operating state of the PEFC unit 200. That is, when the PEFC unit 200 is not in operation, the absorption chiller 500 is operated by opening the valve 103B and the valve 243B and supplying fuel gas and air to the regenerator burner 50a. It is configured to be able to.

再生器バーナ50aで燃料極排ガスと空気極排空気とを燃焼させることにより生じた燃焼排ガスEGは、第1実施形態で説明したような低温水熱交換器61に導かれ、水流通配管642内を流通する水道水と熱交換される。かかる熱交換により低温水LWが生成され、給湯用に供される。さらに、この燃焼排ガスEGも硫黄分が含まれていないことから、当該燃焼排ガスEG中に水蒸気として含まれていた水分がドレン水として回収される。   Combustion exhaust gas EG generated by burning the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air with the regenerator burner 50a is guided to the low-temperature water heat exchanger 61 as described in the first embodiment, and the water circulation pipe 642 The water is exchanged with tap water. Low-temperature water LW is generated by such heat exchange and used for hot water supply. Furthermore, since this combustion exhaust gas EG does not contain a sulfur content, the moisture contained as water vapor in the combustion exhaust gas EG is recovered as drain water.

以上説明したような燃料電池システムS20によれば、一般的なPEFCユニット(低温型燃料電池ユニット)では排熱を利用して60℃程度の低温水しか生成できず、かかる低温型燃料電池ユニットでは冷房需要に対応できなかったが、電池スタックから排出される燃料極排ガスと空気極排空気とを再生器バーナ50aで燃焼させる構成とすることで吸収式冷凍機500の使用が可能となり、冷暖房需要に対応できるようになる。従って、年間を通して効率的に活用できる燃料電池システムS20となり、設備利用率を向上させることができるようになる。   According to the fuel cell system S20 as described above, a general PEFC unit (low temperature type fuel cell unit) can generate only low temperature water of about 60 ° C. using exhaust heat, and in such a low temperature type fuel cell unit, Although the cooling demand could not be met, the absorption refrigerator 500 can be used by combusting the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air discharged from the battery stack with the regenerator burner 50a. It becomes possible to cope with. Therefore, the fuel cell system S20 can be used efficiently throughout the year, and the facility utilization rate can be improved.

図8は、上記第2実施形態の変形実施形態にかかる燃料電池システムS21の構成を示すブロック図である。この燃料電池システムS21は、吸収式冷凍機500を使用する頻度が少ないことが想定される場合に有用なシステムである。すなわち、この燃料電池システムS21では、貯湯槽34に貯留されている湯(水)を昇温させる貯湯昇温用バーナ26が備えられている点で、図7に示した燃料電池システムS20と相違する。   FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system S21 according to a modified embodiment of the second embodiment. This fuel cell system S21 is a useful system when it is assumed that the frequency of using the absorption chiller 500 is low. That is, this fuel cell system S21 is different from the fuel cell system S20 shown in FIG. 7 in that a hot water storage temperature increasing burner 26 is provided to increase the temperature of hot water (water) stored in the hot water storage tank 34. To do.

前記貯湯昇温用バーナ26の燃料として、PEFC電池スタック210から排出される燃料極排ガス及び空気極排空気が活用される構成とされている。このため、燃料極排ガス及び空気極排空気を再生器バーナ50aへ導く排ガス配管路241及び排空気配管路242から、それぞれ分岐排ガス配管路251及び分岐排空気配管路252が分岐され、これらが前記貯湯昇温用バーナ26に接続されている。排ガス配管路241及び排空気配管路242には、それぞれ弁241B、242Bが設けられており、また分岐排ガス配管路251及び分岐排空気配管路252にも、それぞれ弁251B、252Bが設けられている。   The fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air discharged from the PEFC battery stack 210 are used as the fuel for the hot water storage temperature increasing burner 26. Therefore, the branch exhaust gas pipe line 251 and the branch exhaust air pipe line 252 are branched from the exhaust gas pipe line 241 and the exhaust air pipe line 242 that lead the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air to the regenerator burner 50a, respectively. It is connected to a hot water storage temperature raising burner 26. The exhaust gas piping 241 and the exhaust air piping 242 are provided with valves 241B and 242B, respectively, and the branch exhaust gas piping 251 and the branch exhaust air piping 252 are also provided with valves 251B and 252B, respectively. .

そして、吸収式冷凍機500が使用されない場合には、前記弁241B、242Bを閉止する一方で、弁251B、252Bを開とし、貯湯昇温用バーナ26で燃料極排ガスと空気極排空気を燃焼させる。該貯湯昇温用バーナ26には、貯湯槽34から湯(水)を汲み出してして再び貯湯槽34へ戻す循環配管路27が熱を授受できるように配管されており、貯湯昇温用バーナ26の燃焼により貯湯槽34内の湯が60℃程度から90℃程度に昇温される構成とされている。従って、吸収式冷凍機500の使用頻度が少ない場合でも、PEFC電池スタック210から排出される排エネルギーを有効活用することができるようになる。   When the absorption refrigerator 500 is not used, the valves 241B and 242B are closed, while the valves 251B and 252B are opened, and the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air are combusted by the hot water storage temperature increasing burner 26. Let The hot water storage temperature increasing burner 26 is provided with a circulation pipe line 27 for pumping hot water (water) from the hot water storage tank 34 and returning it to the hot water storage tank 34 so that heat can be transferred. The hot water in the hot water storage tank 34 is heated from about 60 ° C. to about 90 ° C. by the combustion of 26. Therefore, even when the absorption chiller 500 is used less frequently, the exhaust energy discharged from the PEFC battery stack 210 can be used effectively.

(第3実施形態;集中改質型燃料電池システムとしての実施形態)
本発明の適用にあっては、先に図6に基づいて説明した通り、所定のローカルエリア内に存在する(小口)需要家に分散配置した燃料電池発電ユニットに対し、各需要家共通の集中型燃料ガス供給設備(集中型改質装置)を設け、該集中型燃料ガス供給設備から例えば改質ガス等が一元的に供給される構成とすることが望ましい。以下、このような集中改質型の燃料電池システムについて説明する。
(Third embodiment: Embodiment as a central reforming fuel cell system)
In the application of the present invention, as described above with reference to FIG. 6, the concentration common to each consumer with respect to the fuel cell power generation units dispersedly arranged in the (local) consumers existing in a predetermined local area. It is desirable to provide a type fuel gas supply facility (centralized reformer) and to supply, for example, reformed gas from the centralized fuel gas supply facility in an integrated manner. Hereinafter, such a concentrated reforming fuel cell system will be described.

このような実施形態の説明の前に、一般的な電力及びガス供給系統について概説する。図9は、通常の一戸建住宅や集合住宅に対する電力及びガスの供給形態を示すブロック図である。需要家A,B,E,Gには固体高分子型燃料電池(PEFC)システム200aが、需要家C,Fには固体電解質型燃料電池(SOFC)システム100aが、需要家D,Hには一般ガス器具400(燃料電池発電システムは未導入)がそれぞれ配置されている。各需要家A〜Hに対し、ガスは商用ガス供給源770Gから、商用ガス供給系統(都市ガス配管)770を経て個別に供給され、また電力は、商用電力供給源780Gから、商用電力供給系統780を経て個別に供給されるようになっている。すなわち、各需要家A〜Hは、たとえ燃料電池システム100a、200aを導入していても、個別に商用ガス供給事業者や商用電力供給事業者会社と契約して、商用ガス供給系統770や商用電力系統780を経てガスや電力の供給を受けている。   Before describing such an embodiment, a general power and gas supply system will be outlined. FIG. 9 is a block diagram showing a form of supplying power and gas to a typical detached house or apartment house. The consumers A, B, E, and G have a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) system 200a, the consumers C and F have a solid oxide fuel cell (SOFC) system 100a, and the consumers D and H have General gas appliances 400 (the fuel cell power generation system is not yet introduced) are arranged. For each consumer A to H, gas is individually supplied from a commercial gas supply source 770G via a commercial gas supply system (city gas pipe) 770, and power is supplied from a commercial power supply source 780G to a commercial power supply system. It is supplied individually via 780. That is, each of the consumers A to H individually contracts with a commercial gas supply company or a commercial power supply company even if the fuel cell systems 100a and 200a are introduced, and the commercial gas supply system 770 Gas and power are supplied through the power system 780.

これに対し、図10は、集中改質型燃料電池システムS30の基本構成を示すブロック図である。ここで需要家A〜Hは、所定のローカルエリアに存在する複数の小口需要家、例えば集合住宅の各家庭、所定の地区内の一戸建住宅、或いは小規模な業務用の需要家である。需要家A,B,E,Gには固体高分子型燃料電池(PEFC)ユニット200が、需要家C,Fには固体電解質型燃料電池(SOFC)ユニット100がそれぞれ分散配置されている一方で、需要家D,Hには一般ガス器具400(燃料電池発電ユニットは未導入)が配置されている。なお、燃料電池ユニット100,200が導入されている需要家にも、一般ガス器具が設置されている。   On the other hand, FIG. 10 is a block diagram showing a basic configuration of the intensive reforming fuel cell system S30. Here, the consumers A to H are a plurality of small consumers existing in a predetermined local area, for example, each household of an apartment house, a single-family house in a predetermined area, or a small business consumer. While the customers A, B, E, and G have the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) units 200 and the customers C and F, the solid oxide fuel cell (SOFC) units 100 are distributed. The general gas appliance 400 (the fuel cell power generation unit has not been introduced) is disposed at the consumers D and H. In addition, general gas appliances are also installed in consumers where the fuel cell units 100 and 200 are introduced.

それぞれの燃料電池ユニット100,200には、吸収式冷凍機500が複合化されている。すなわち、需要家A,B,E,Gについては、先に図4に示したような燃料電池システムS12が設置され、また需要家C,Fには図7若しくは図8に示したような燃料電池システムS20,S21が設置されている。そして、電力については図9に示した通常の供給形態と同様に、商用電力供給源780Gから商用電力供給系統780を経て各需要家A〜Hへ個別に供給される形態であるが、ガスについては集中型燃料ガス供給装置77及びアキュムレータ720を経由して各需要家A〜Hへ個別に供給される形態とされている。   Each of the fuel cell units 100 and 200 is combined with an absorption refrigerator 500. That is, the fuel cell system S12 as shown in FIG. 4 is installed for the consumers A, B, E, and G, and the fuel as shown in FIG. 7 or FIG. Battery systems S20 and S21 are installed. And about electric power, it is the form supplied separately to each consumer AH through the commercial power supply system 780 from the commercial power supply source 780G similarly to the normal supply form shown in FIG. Is configured to be individually supplied to each of the consumers A to H via the centralized fuel gas supply device 77 and the accumulator 720.

すなわち、商用ガス供給源770Gから、商用ガス供給系統(都市ガス配管)770を経て都市ガス等の原料ガスが集中型燃料ガス供給装置77に供給され、該集中型燃料ガス供給装置77にて改質ガスが精製され、この改質ガスがアキュムレータ720を経由して各需要家A〜Hに供給される。なお、集中型燃料ガス供給装置77で用いられる燃料としては、都市ガスの他、灯油、軽油、ナフサ等の石油系液体燃料やバイオガスを使用しても良い。さらに、それらの改質ガスとともに太陽光や深夜電力を利用して水電解により製造した水素ガスを混合して供給することもできる。   That is, a source gas such as city gas is supplied from the commercial gas supply source 770G through the commercial gas supply system (city gas pipe) 770 to the centralized fuel gas supply device 77, and the centralized fuel gas supply device 77 modifies the source gas. The quality gas is purified, and this reformed gas is supplied to each consumer A to H via the accumulator 720. As the fuel used in the centralized fuel gas supply device 77, petroleum-based liquid fuels such as kerosene, light oil, naphtha, and biogas may be used in addition to city gas. Furthermore, hydrogen gas produced by water electrolysis using sunlight and midnight power can be mixed and supplied together with these reformed gases.

アキュムレータ720は、一定量の改質ガスを貯蔵しておき、急激な改質ガス需要変動が生じた場合でも改質ガス圧力を一定に維持させるために設置されるものである。改質ガスは、アキュムレータ720に接続されているローカル配管路721(既存の都市ガス配管路等であっても良い。なお、図4、図7、図8に示す配管路104が、ここでのローカル配管路721に相当する)を介して、各需要家A〜Hに備えられているSOFCユニット100,PEFCユニット200及び一般ガス器具400に供給される。なお、各需要家A〜Hで使用される電力については、燃料電池システムによる発電にて賄われるが、不足分については商用系統110から需要家毎に購入する構成とされている。   The accumulator 720 is installed to store a certain amount of the reformed gas and maintain the reformed gas pressure at a constant level even when a sudden demand change of the reformed gas occurs. The reformed gas may be a local pipe line 721 (an existing city gas pipe line or the like connected to the accumulator 720. Note that the pipe line 104 shown in FIGS. And the SOFC unit 100, the PEFC unit 200, and the general gas appliance 400 provided in each of the consumers A to H. In addition, although the electric power used by each consumer AH is covered by the electric power generation by a fuel cell system, it is set as the structure purchased for every consumer from the commercial system 110 about the shortage.

図11は、集中型燃料ガス供給装置77の内部構成の一例を示すブロック図である。この集中型燃料ガス供給装置77は、改質ガスを生成する集中型燃料ガス改質装置771と、改質ガスの一酸化炭素濃度を下げる一酸化炭素除去器としての集中型一酸化炭素選択酸化器16とからなる。また、前記集中型燃料ガス改質装置771は、イオウ除去機能を有する脱硫器791と、水蒸気を生成して原燃料に水蒸気を添加する水蒸気供給器792と、改質反応を行わせる改質器(改質装置)793と、水素と二酸化炭素を生成するシフト反応を行わせる一酸化炭素変成器794と、前記改質器793を加温する改質器バーナ795とを備えている。   FIG. 11 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the centralized fuel gas supply device 77. This centralized fuel gas supply device 77 includes a centralized fuel gas reformer 771 that generates reformed gas, and a centralized carbon monoxide selective oxidation as a carbon monoxide remover that lowers the carbon monoxide concentration of the reformed gas. And a container 16. The centralized fuel gas reformer 771 includes a desulfurizer 791 having a sulfur removal function, a steam supplier 792 that generates steam and adds steam to the raw fuel, and a reformer that performs a reforming reaction. (Reformer) 793, a carbon monoxide converter 794 for performing a shift reaction for generating hydrogen and carbon dioxide, and a reformer burner 795 for heating the reformer 793 are provided.

このような集中型燃料ガス供給装置77の動作を説明する。商用ガス供給源770Gから供給される都市ガス等の原燃料(本実施形態ではCH4を用いている)は、先ず脱硫器791へ導入され、原燃料中に含まれている腐臭材のイオウ成分が除去される。この脱硫後のガスに水蒸気供給器792から水蒸気が加えられ、改質器793へ導入される。改質器793は、改質器バーナ795により750〜800℃程度の動作温度に加熱されており、導入されたCH4と水とが改質器793内でNi系触媒を用いて改質され、水素と一酸化炭素とに分離される。その後、分離ガスは、350〜200℃に温度維持された一酸化炭素変成器794へ導入され、Fe系触媒又はCu系触媒を用いて、前記一酸化炭素が水素と二酸化炭素とに変換される。これにより、燃料ガス(改質ガス)中の一酸化炭素濃度は数%程度に低減される。 The operation of such a concentrated fuel gas supply device 77 will be described. A raw fuel such as city gas supplied from the commercial gas supply source 770G (CH 4 is used in the present embodiment) is first introduced into the desulfurizer 791, and the sulfur component of the odorous material contained in the raw fuel. Is removed. Steam is added from the steam supply unit 792 to the desulfurized gas and introduced into the reformer 793. The reformer 793 is heated to an operating temperature of about 750 to 800 ° C. by the reformer burner 795, and the introduced CH 4 and water are reformed in the reformer 793 using a Ni-based catalyst. , Separated into hydrogen and carbon monoxide. Thereafter, the separation gas is introduced into a carbon monoxide converter 794 maintained at a temperature of 350 to 200 ° C., and the carbon monoxide is converted into hydrogen and carbon dioxide using an Fe-based catalyst or a Cu-based catalyst. . Thereby, the carbon monoxide concentration in the fuel gas (reformed gas) is reduced to about several percent.

ところで、PEFC形式の燃料電池においては、ガス中の一酸化炭素濃度を低濃度(10〜100ppm程度以下)にした上で改質ガスを供給する必要がある。従って、図10に示す実施形態のように、PEFCユニット200が混在している場合において、集中型燃料ガス改質装置771で精製された改質ガスをそのまま供給すると、PEFCユニット200を設置している需要家A,B,E,Gでは、各々一酸化炭素濃度の低減装置を個別に取り付ける必要が生じる。そこで、本実施形態では、集中型燃料ガス改質装置771の出口側に、改質ガスの一酸化炭素濃度を下げる集中型一酸化炭素選択酸化器772を具備させている。なお、集中型一酸化炭素選択酸化器772に代えて集中型一酸化炭素吸着器等も使用可能であり、要は一酸化炭素濃度を下げる機能を具備する機器であれば良い。   By the way, in the PEFC type fuel cell, it is necessary to supply the reformed gas after the carbon monoxide concentration in the gas is lowered (about 10 to 100 ppm or less). Therefore, in the case where the PEFC units 200 are mixed as in the embodiment shown in FIG. 10, if the reformed gas purified by the centralized fuel gas reformer 771 is supplied as it is, the PEFC unit 200 is installed. In some customers A, B, E, and G, it is necessary to individually install a carbon monoxide concentration reducing device. Therefore, in this embodiment, a centralized carbon monoxide selective oxidizer 772 for reducing the carbon monoxide concentration of the reformed gas is provided on the outlet side of the centralized fuel gas reformer 771. Note that a centralized carbon monoxide adsorber or the like can be used instead of the centralized carbon monoxide selective oxidizer 772, and any device having a function of reducing the carbon monoxide concentration may be used.

このような構成とすることで、集中型燃料ガス改質装置771で精製された改質ガス中に含まれる一酸化炭素濃度が低減化された上で、アキュムレータ720に改質ガスが供給される。すなわち、集中型燃料ガス改質装置771において精製される改質ガス中には、数%レベルの一酸化炭素が含まれている。このような改質ガスが、100℃程度に加温された集中型一酸化炭素選択酸化器772に導入され、Pt系触媒が用いられて、前記一酸化炭素成分が二酸化炭素に変換される。このような変換動作により、集中型一酸化炭素選択酸化器772から出力される改質ガスの一酸化炭素濃度は、10〜100ppm程度以下に低減されるようになる。   With this configuration, the reformed gas is supplied to the accumulator 720 after the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas purified by the centralized fuel gas reformer 771 is reduced. . That is, the reformed gas purified in the centralized fuel gas reformer 771 contains carbon monoxide at a level of several percent. Such reformed gas is introduced into a centralized carbon monoxide selective oxidizer 772 heated to about 100 ° C., and the carbon monoxide component is converted into carbon dioxide using a Pt-based catalyst. By such a conversion operation, the carbon monoxide concentration of the reformed gas output from the centralized carbon monoxide selective oxidizer 772 is reduced to about 10 to 100 ppm or less.

このようにして、集中型燃料ガス供給装置77において都市ガスを精製して得られた改質ガスは、アキュムレータ720を介して各需要家A〜Hへ適宜送られる。なお本実施形態では、一酸化炭素変成器794の出口側配管路に分流器7941を設け、当該集中型燃料ガス改質装置771において精製された改質ガスの一部が、前記改質器バーナ795に供給されるよう構成している。これにより、改質器バーナ795の燃焼によるNOX発生量を、都市ガス、LPG或いは灯油等の原燃料を使用する場合と比較して低濃度(10ppm程度)にすることが可能となり、環境面での改善が達成できるとともに、残渣ガスの有効利用が図れるという利点がある。   In this way, the reformed gas obtained by refining the city gas in the centralized fuel gas supply device 77 is appropriately sent to each consumer A to H via the accumulator 720. In this embodiment, a shunt 7941 is provided in the outlet side piping line of the carbon monoxide transformer 794, and a part of the reformed gas purified in the centralized fuel gas reformer 771 is supplied to the reformer burner. 795. This makes it possible to reduce the amount of NOX generated by the combustion of the reformer burner 795 to a lower concentration (about 10 ppm) than when using raw fuel such as city gas, LPG, or kerosene. There are advantages that the improvement of the above can be achieved and that the residual gas can be effectively used.

さらに、集中型一酸化炭素選択酸化器772を用いて改質ガスを低一酸化炭素濃度とし、集中型燃料ガス供給装置77から各需要家A〜Hに供給することで、PEFCユニット200を設置している需要家A,B,E,Gにおいても、当該改質ガスをそのままPEFCユニット200に導入して使用することが可能となり、PEFCユニット200の簡素化、小型化を図ることができる。また、低一酸化炭素濃度の改質ガスの供給が必要となるりん酸型燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)なども、本燃料電池システムに適用可能となる。なお、一般ガス器具400については、バーナ構造を当該改質ガス燃焼に適したものに改造して使用される。さらに、一酸化炭素濃度が、10ppm以下であれば、現行の労働安全衛生法、建築基準法、ビル管理法、学校衛生法にも適合し、使用可能である。もし、ガスリークが発生した場合も一酸化炭素中毒を生ずる可能性はなく、安全面でも好ましいガス供給システムとすることができる。   Furthermore, the PEFC unit 200 is installed by using the centralized carbon monoxide selective oxidizer 772 to reduce the reformed gas to a low carbon monoxide concentration and supplying the reformed gas to each consumer A to H from the centralized fuel gas supply device 77. Also in the consumers A, B, E, and G who are doing, it becomes possible to introduce the said reformed gas into the PEFC unit 200 as it is, and to achieve simplification and size reduction of the PEFC unit 200. In addition, a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), and the like that require supply of a reformed gas having a low carbon monoxide concentration can also be applied to the fuel cell system. Note that the general gas appliance 400 is used by modifying the burner structure to be suitable for the reformed gas combustion. Furthermore, if the carbon monoxide concentration is 10 ppm or less, it can be used in conformity with the current Industrial Safety and Health Law, Building Standard Law, Building Management Law, and School Sanitation Law. If a gas leak occurs, there is no possibility of carbon monoxide poisoning, and a gas supply system that is preferable in terms of safety can be obtained.

図10に戻って、以上説明した本実施形態にかかる集中改質型燃料電池システムS30の動作を説明する。このシステムでは、所定のローカルエリア内に存在する小口の需要家A〜H向けに、集中型燃料ガス供給装置77により一括して原燃料(都市ガス)から燃料ガス(改質ガス)が精製され、アキュムレータ720を介して各需要家A〜Hへ分配される。そして各需要家A〜Hにおいては、適宜供給弁(図4、図7、図8に示す弁104B)を開閉することで前記改質ガスの供給を受け、各需要家A〜Hが備える燃料電池ユニット等が動作される。   Returning to FIG. 10, the operation of the concentrated reforming fuel cell system S30 according to the present embodiment described above will be described. In this system, fuel gas (reformed gas) is refined from raw fuel (city gas) in a batch by a centralized fuel gas supply device 77 for small consumers A to H existing in a predetermined local area. And distributed to each consumer A to H via the accumulator 720. And in each consumer AH, the supply of the said reformed gas is received by opening and closing a supply valve (valve 104B shown in FIG.4, FIG.7, FIG.8) suitably, and the fuel with which each consumer AH is equipped. A battery unit or the like is operated.

すなわち、需要家A,B,E,GにおいてはPEFCユニット200の運転時に、弁104Bが「開」状態とされて燃料極221に前記改質ガスが導入され、運転が実行される。また、需要家C,FにおいてもSOFCユニット100の運転時に、弁104Bが「開」状態とされて燃料極121に前記改質ガスが導入され、運転が実行される。一方、燃料電池ユニットが導入されていない需要家D,Hにおいては、一般ガス器具400に前記改質ガスが供給可能とされており、該一般ガス器具400の使用時に改質ガスが利用されることになる。   That is, in the consumers A, B, E, and G, when the PEFC unit 200 is operated, the valve 104B is opened, the reformed gas is introduced into the fuel electrode 221 and the operation is executed. In addition, in the customers C and F, when the SOFC unit 100 is operated, the valve 104B is opened, and the reformed gas is introduced into the fuel electrode 121, and the operation is executed. On the other hand, in the consumers D and H into which the fuel cell unit is not introduced, the reformed gas can be supplied to the general gas appliance 400, and the reformed gas is used when the general gas appliance 400 is used. It will be.

SOFCユニット100又はPEFCユニット200が配置されている需要家にあっては、各SOFCユニット100又はPEFCユニット200の運転により発生される電力が、各需要家内の電気機器の動作電源として個別に活用される。なお、不足する電力は、商用電力供給源780Gから個別に購入される。また、SOFCユニット100又はPEFCユニット200の運転により発生される排熱は、図4、図7、図8に示したように、
各々のSOFCユニット100及びPEFCユニット200に複合化されている吸収式冷凍機500の再生器54を外部的に加熱する加熱源として用いられる。或いは、前記排熱と水道水とが熱交換され、温水として各需要家内で個別に活用されるものである。
In the consumer where the SOFC unit 100 or the PEFC unit 200 is arranged, the electric power generated by the operation of each SOFC unit 100 or the PEFC unit 200 is individually utilized as an operation power source of the electric equipment in each consumer. The The insufficient power is purchased individually from the commercial power supply source 780G. Further, the exhaust heat generated by the operation of the SOFC unit 100 or the PEFC unit 200 is as shown in FIGS. 4, 7, and 8.
The regenerator 54 of the absorption chiller 500 combined with each SOFC unit 100 and PEFC unit 200 is used as a heating source for externally heating. Alternatively, the exhaust heat and tap water are heat-exchanged, and are used individually as hot water in each consumer.

以上説明した本実施形態にかかる集中改質型燃料電池システムS30によれば、複数の小口需要家に分散設置された(小型)燃料電池ユニット(SOFCユニット100又はPEFCユニット200)や一般ガス器具400への燃料供給を、各需要家共通の集中型燃料ガス供給装置77で行わせる一方で、各需要家個々の電力負荷や熱負荷に対しては各需要家に設置されたSOFCユニット100又はPEFCユニット200で個別に対応する構成である。従って、各燃料電池ユニットには改質装置部が不要となり、装置構成の簡素化、小型化が図れるようになる。また、改質ガスが常時供給可能な状態とされているので、起動時間が短縮され、燃料電池ユニットの効率的な運用が行える。さらに熱負荷に対しては、各々の需要家が備えるSOFCユニット100又はPEFCユニット200の排熱を用いて個別に対応するので、熱輸送による熱損失を最小限に抑制することができる。   According to the centralized reforming fuel cell system S30 according to the present embodiment described above, (small) fuel cell units (SOFC unit 100 or PEFC unit 200) or general gas appliances 400 distributed and installed in a plurality of small consumers. Is supplied by a centralized fuel gas supply device 77 common to each consumer, while the SOFC unit 100 or PEFC installed in each consumer is used for the electric load and heat load of each consumer. This is a configuration corresponding to each unit 200 individually. Therefore, each fuel cell unit does not require a reformer unit, and the device configuration can be simplified and downsized. In addition, since the reformed gas can be constantly supplied, the start-up time is shortened and the fuel cell unit can be operated efficiently. Furthermore, since it respond | corresponds individually using the waste heat of the SOFC unit 100 or PEFC unit 200 with which each consumer is provided with respect to a heat load, the heat loss by heat transport can be suppressed to the minimum.

さらに、各燃料電池ユニットには改質装置部が不要となることから、SOFC電池スタック110又はPEFC電池スタック210から排出される排エネルギー(排熱)が、改質装置系で活用できないが、本実施形態によれば各々のSOFCユニット100又はPEFCユニット200に対して吸収式冷凍機500を複合化させ、その再生器54を外部的に加熱する加熱源として前記排エネルギーが用いられる構成であるので、排エネルギー(排熱)も有効に活用され、経済性の高いシステムとすることができる。   Furthermore, since each fuel cell unit does not require a reformer unit, waste energy (exhaust heat) discharged from the SOFC battery stack 110 or the PEFC battery stack 210 cannot be utilized in the reformer system. According to the embodiment, the absorption chiller 500 is combined with each SOFC unit 100 or PEFC unit 200, and the exhaust energy is used as a heating source for heating the regenerator 54 externally. In addition, exhaust energy (exhaust heat) is also effectively utilized, and a highly economical system can be obtained.

上記集中改質型燃料電池システムS30において、需要家への電力供給系統を相互接続する共用電力系統を具備させるようにしても良い。この場合、各燃料電池ユニットによる発電電力を、全て一旦共用電力系統に送り、各需要家は共用電力系統から個別に使用する電力量を購入する運用、各燃料電池ユニットで発電される電力から、各需要家における消費電力を除いた余剰電力を共用電力系統に送り、各需要家は共用電力系統から使用する電力量を購入する運用、或いは各需要家の燃料電池ユニットから発生される熱は各需要家で個別利用する一方で、燃料電池ユニットで発電される電力のトータル余剰分を、共用電力系統を介して売電すると共に、不足する電力は当該ローカルエリア内の需要家で一括購入する運用などを実行できるようになる。   The central reforming fuel cell system S30 may be provided with a shared power system that interconnects power supply systems to consumers. In this case, all the power generated by each fuel cell unit is once sent to the shared power system, and each customer purchases the amount of power to be used individually from the shared power system, from the power generated by each fuel cell unit, Surplus power excluding power consumption at each consumer is sent to the shared power grid, and each customer purchases the amount of power used from the shared power grid, or the heat generated from the fuel cell unit of each consumer While the individual power is used by the consumer, the total surplus of the power generated by the fuel cell unit is sold through the shared power system, and the insufficient power is purchased in bulk by the consumer in the local area Etc. can be executed.

さらに、上述の集中改質型燃料電池システムS30を複数設け、これらシステム間で燃料ガスの連携を取るようにしても良い。すなわち、第1のローカルエリアにおける各需要家に対して燃料ガス供給系統を有する集中型燃料ガス供給装置が設置された第1の燃料電池システムと、これに近接する第2のローカルエリアにおいて、同様に各需要家に対して燃料ガス供給系統を有する集中型燃料ガス供給装置が設置された第2の燃料電池システムとが存在する場合において、各燃料電池システムの集中型燃料ガス供給装置によりそれぞれ精製される燃料ガスを、他の燃料ガス供給系統へも供給可能とするための連絡配管路等を設けるようにし、互いに燃料ガスの融通を図る構成としても良い。   Further, a plurality of the above-described concentrated reforming fuel cell systems S30 may be provided, and the fuel gas may be coordinated between these systems. That is, in the first fuel cell system in which a centralized fuel gas supply device having a fuel gas supply system is installed for each consumer in the first local area, and in the second local area adjacent thereto, And a second fuel cell system in which a centralized fuel gas supply device having a fuel gas supply system is installed for each consumer, the refinement is performed by the centralized fuel gas supply device of each fuel cell system. It is also possible to provide a connecting pipe line or the like for enabling the fuel gas to be supplied to other fuel gas supply systems so that the fuel gas can be interchanged.

本発明の第1実施形態にかかる燃料電池システムS10の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of fuel cell system S10 concerning 1st Embodiment of this invention. 吸収式冷凍機の内部構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of an internal structure of an absorption refrigerator. 上記第1実施形態の変形実施形態にかかる燃料電池システムS11の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of fuel cell system S11 concerning the modified embodiment of the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態の変形実施形態にかかる燃料電池システムS12の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of fuel cell system S12 concerning the modified embodiment of the said 1st Embodiment. 一般的な燃料電池システムの構成を概略的に示すブロック図である。1 is a block diagram schematically showing a configuration of a general fuel cell system. 本発明にかかる集中改質型の燃料電池システムの構成を概略的に示すブロック図である。1 is a block diagram schematically showing the configuration of a intensive reforming fuel cell system according to the present invention. FIG. 本発明の第2実施形態にかかる燃料電池システムS20の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of fuel cell system S20 concerning 2nd Embodiment of this invention. 上記第2実施形態の変形実施形態にかかる燃料電池システムS21の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of fuel cell system S21 concerning the deformation | transformation embodiment of the said 2nd Embodiment. 通常の一戸建住宅や集合住宅に対する電力及びガスの供給形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the supply form of the electric power and gas with respect to a normal detached house and an apartment house. 本発明の第3実施形態にかかる集中改質型燃料電池システムS30の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of intensive reforming type fuel cell system S30 concerning 3rd Embodiment of this invention. 集中型燃料ガス供給装置の内部構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of an internal structure of a concentrated fuel gas supply apparatus. 従来のPEFCシステムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional PEFC system. 従来のSOFCシステムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional SOFC system.

符号の説明Explanation of symbols

100 SOFCユニット(燃料電池ユニット)
102 主配管路(燃料ガスの配管系統)
103 バイパス配管路(バイパス配管系統)
104 配管路(ローカル配管路)
110 SOFC電池スタック
200 PEFCユニット(燃料電池ユニット)
210 PEFC電池スタック
500 吸収式冷凍機
50a 再生器バーナ
51 凝縮器
52 蒸発器
53 吸収器
54 再生器
61 低温水熱交換器(低温水排熱を回収するための熱交換器)
62 生成水回収タンク(水回収装置)
77 集中型燃料ガス供給装置(集中型燃料ガス供給設備)
720 アキュムレータ
770 商用ガス供給系統
A〜H 需要家
EG 燃焼排ガス



100 SOFC unit (fuel cell unit)
102 Main piping (fuel gas piping system)
103 Bypass piping (bypass piping system)
104 Pipe line (local pipe line)
110 SOFC battery stack 200 PEFC unit (fuel cell unit)
210 PEFC battery stack 500 Absorption refrigerator 50a Regenerator burner 51 Condenser 52 Evaporator 53 Absorber 54 Regenerator 61 Low temperature water heat exchanger (heat exchanger for recovering low temperature water exhaust heat)
62 Generated water recovery tank (water recovery device)
77 Centralized fuel gas supply system (centralized fuel gas supply equipment)
720 Accumulator 770 Commercial gas supply system A to H Customer EG Combustion exhaust gas



Claims (8)

電池スタック内に燃料ガスを導入して電気を発生する燃料電池ユニットと、再生器を備える吸収式冷凍機とを複合させた燃料電池システムであって、
前記燃料電池ユニットの電池スタックから排出される排エネルギーを、前記吸収式冷凍機の再生器を外部的に加熱する加熱源として用いるための排エネルギー利用機構を有することを特徴とする吸収式冷凍機複合型燃料電池システム。
A fuel cell system in which a fuel cell unit that introduces fuel gas into a battery stack to generate electricity and an absorption chiller including a regenerator are combined,
An absorption chiller having a waste energy utilization mechanism for using the waste energy discharged from the battery stack of the fuel cell unit as a heating source for externally heating the regenerator of the absorption chiller. Combined fuel cell system.
前記燃料電池ユニットが高温型燃料電池ユニットからなり、
前記排エネルギー利用機構が、前記高温型燃料電池ユニットの電池スタックから排出される高温燃焼排ガスにより、吸収式冷凍機の再生器を直接加熱するものであることを特徴とする請求項1記載の吸収式冷凍機複合型燃料電池システム。
The fuel cell unit comprises a high-temperature fuel cell unit;
The absorption according to claim 1, wherein the exhaust energy utilization mechanism directly heats the regenerator of the absorption refrigeration machine with the high-temperature combustion exhaust gas discharged from the battery stack of the high-temperature fuel cell unit. -Type refrigerator combined fuel cell system.
前記燃料電池ユニットが低温型燃料電池ユニットからなり、
前記排エネルギー利用機構が、前記低温型燃料電池ユニットの電池スタックから排出される燃料極排ガス及び空気極排空気を、前記吸収式冷凍機の再生器を加熱する再生器バーナに送って燃焼させるものであることを特徴とする請求項1記載の吸収式冷凍機複合型燃料電池システム。
The fuel cell unit comprises a low-temperature fuel cell unit;
The exhaust energy utilization mechanism sends the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air discharged from the battery stack of the low temperature type fuel cell unit to the regenerator burner for heating the regenerator of the absorption refrigeration machine and combusts it. The absorption refrigerating machine combined fuel cell system according to claim 1, wherein:
燃料電池ユニットが、所定のローカルエリア内に存在する複数の需要家に分散配置されるものであり、
各需要家に配置された燃料電池ユニットには、商用ガス供給系統に接続され燃料電池の駆動源となる燃料ガスを一括して精製する集中型燃料ガス供給設備から燃料ガスが供給される構成を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の吸収式冷凍機複合型燃料電池システム。
The fuel cell unit is distributed to a plurality of customers existing in a predetermined local area,
The fuel cell unit disposed at each consumer has a configuration in which fuel gas is supplied from a centralized fuel gas supply facility that is connected to a commercial gas supply system and purifies the fuel gas that is the driving source of the fuel cell in a batch. The absorption refrigerating machine combined fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
電池スタック内へ導入される燃料ガスの配管系統にバイパス配管系統が設けられ、
前記バイパス配管系統は、前記吸収式冷凍機の再生器を加熱する再生器バーナに接続されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の吸収式冷凍機複合型燃料電池システム。
A bypass piping system is provided in the fuel gas piping system introduced into the battery stack,
The absorption refrigerating machine combined fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the bypass piping system is connected to a regenerator burner for heating the regenerator of the absorption refrigerating machine. .
吸収式冷凍機の再生器を直接加熱した後の燃焼排ガス、若しくは吸収式冷凍機が備える再生器バーナの燃焼排ガスを導出する配管路を、前記燃焼排ガスから低温水排熱を回収するための熱交換器を経由させるようにしたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の吸収式冷凍機複合型燃料電池システム。   Heat for recovering low-temperature water exhaust heat from the combustion exhaust gas after the combustion exhaust gas directly heated by the refrigerating machine of the absorption chiller or the exhaust gas from the regenerator burner provided in the absorption chiller 6. The absorption refrigerating machine combined fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is passed through an exchanger. 前記熱交換器にて燃焼排ガスから低温水排熱を回収するに際し、燃焼排ガス中に含まれる水分をドレン水として回収する水回収装置を具備させたことを特徴とする請求項6記載の吸収式冷凍機複合型燃料電池システム。   The absorption type according to claim 6, further comprising a water recovery device that recovers water contained in the combustion exhaust gas as drain water when recovering the low-temperature water exhaust heat from the combustion exhaust gas by the heat exchanger. Refrigerator combined fuel cell system. 商用ガス供給系統に接続され燃料電池の駆動源となる燃料ガスを精製する燃料ガス供給設備と、所定のローカルエリア内に存在する複数の需要家に分散配置された燃料電池ユニットと、再生器を備える吸収式冷凍機ユニットとを具備する燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給設備は、前記各需要家にそれぞれ燃料ガスを供給可能とされた各燃料電池ユニット共通の集中型燃料ガス供給設備であり、
前記燃料電池ユニットは、少なくとも各需要家内の電力負荷に供給する電力を発電する個別型燃料電池ユニットであり、
前記吸収式冷凍機ユニットは、燃料電池システムが備える電池から排出される排エネルギーを、前記吸収式冷凍機の再生器を加熱する加熱源として用いるための排エネルギー利用機構を有することを特徴とする吸収式冷凍機複合型燃料電池システム。
A fuel gas supply facility that is connected to a commercial gas supply system and purifies a fuel gas serving as a drive source for the fuel cell, a fuel cell unit that is distributed in a plurality of consumers in a predetermined local area, and a regenerator A fuel cell system comprising an absorption refrigeration unit comprising:
The fuel gas supply facility is a centralized fuel gas supply facility common to each fuel cell unit capable of supplying fuel gas to each consumer,
The fuel cell unit is an individual fuel cell unit that generates electric power to be supplied to at least an electric power load in each consumer,
The absorption refrigeration unit has a waste energy utilization mechanism for using waste energy discharged from a battery included in the fuel cell system as a heating source for heating the regenerator of the absorption chiller. Absorption type refrigerator combined fuel cell system.
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