JP2008218353A - Fuel cell power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、凝縮器を備え、凝縮水により改質水を賄う燃料電池発電システムに係り、特に、カソード排気、あるいはバーナ排気などの水分を含有する排ガスの温度を計測することで凝縮水量を調整可能な燃料電池発電システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell power generation system that includes a condenser and covers reformed water with condensed water. In particular, the amount of condensed water is adjusted by measuring the temperature of exhaust gas containing moisture such as cathode exhaust or burner exhaust. The present invention relates to a possible fuel cell power generation system.
近年、発電効率の高いエネルギー変換装置として燃料電池が注目を集めている。この燃料電池を備えた燃料電池発電システムとは、燃料処理装置により生成された水素と酸素の結合エネルギーを、燃料電池本体において直接電気エネルギーに変換するものであり、汚染物質の排出および騒音が少ない環境性に優れた発電装置である。 In recent years, fuel cells have attracted attention as energy conversion devices with high power generation efficiency. The fuel cell power generation system equipped with this fuel cell converts the combined energy of hydrogen and oxygen generated by the fuel processing device directly into electrical energy in the fuel cell body, and emits less pollutants and reduces noise. It is a power generation device with excellent environmental properties.
なお、燃料電池本体に供給する水素を生成する燃料処理装置は改質器などから構成され、当該改質器内部での改質反応には水が必要である。そして、この改質に必要な改質水は、一定以上の純度が要求されるため、例えば、外部から水道水を供給し、改質水として利用する場合には、水処理樹脂等で水道水を所定の純度の改質水に純化させることが必要である。 In addition, the fuel processing apparatus which produces | generates the hydrogen supplied to a fuel cell main body is comprised from a reformer etc., and water is required for the reforming reaction inside the said reformer. Since the reformed water required for the reforming requires a certain level of purity, for example, when tap water is supplied from the outside and used as the reformed water, the tap water is treated with a water treatment resin or the like. Must be purified to reformed water of a predetermined purity.
しかしながら、この水処理樹脂等で水道水を所定の純度の改質水に純化させる作業は、作業時間とある程度のコストを要するものであり、そのため、一般的な燃料電池システムでは、凝縮器によって、カソード排気あるいはバーナ排気などの水分を含有する排ガスを冷却し、含有水を凝縮させて純度の高い水を蓄積することで再利用するケースが見受けられる。これにより蓄積された凝縮水は純度が高いため、水処理が不要あるいは水処理負荷が水道水を利用する場合に比較して大幅に低減することが可能となる。 However, the operation of refining tap water with this water treatment resin or the like to reformed water of a predetermined purity requires work time and a certain amount of cost. Therefore, in a general fuel cell system, by a condenser, In some cases, the exhaust gas containing moisture such as cathode exhaust or burner exhaust is cooled and condensed by condensing the contained water and accumulating high-purity water. As a result, the condensed water accumulated has a high purity, so that water treatment is unnecessary or the water treatment load can be significantly reduced as compared with the case where tap water is used.
なお、固体高分子形燃料電池システムにおいては、高分子電解質膜の性能を維持するために加湿をしなければならず、通常、水を必要とする。そのため、カソード側における加湿によりカソード排気には水が含有されるとともに、電気化学反応の生成物として水が生成されるので、カソード排気から水を回収して改質器に供給する水に再利用することが望まれている。 In the polymer electrolyte fuel cell system, humidification is required to maintain the performance of the polymer electrolyte membrane, and water is usually required. For this reason, water is contained in the cathode exhaust due to humidification on the cathode side, and water is generated as a product of the electrochemical reaction. Therefore, water is recovered from the cathode exhaust and reused for supplying water to the reformer. It is hoped to do.
また、バーナは、燃料電池内に残留した燃料である水素を燃料として、アノード排気やカソード側に供給する空気を燃焼させて改質器の加熱などを行っているので、十分に水蒸気が含有されている可能性を有する。すなわち、凝縮器によって、カソード排気やバーナ排気などが凝縮された凝縮水は、通常、タンクに蓄積し、適時改質水として利用されている。このように外部から水道水などの補給水の供給を受けず、凝縮水によって改質水を供給することを「水自立」と称している。 Also, the burner uses hydrogen, which is the fuel remaining in the fuel cell, as fuel to burn the air supplied to the anode exhaust and the cathode side to heat the reformer and so on. Have the possibility. That is, the condensed water obtained by condensing the cathode exhaust, the burner exhaust, and the like by the condenser is normally accumulated in the tank and used as timely reformed water. In this way, the supply of reformed water by condensed water without receiving supply of makeup water such as tap water from outside is referred to as “water independence”.
この水自立状態における運転では、燃料電池システムに供給する燃料が燃焼することにより発生する水量G1と、プラント排気中の水分量G2を比較し、G1≧G2となっていることが確認される。 In the operation in this water self-sustained state, the amount of water G1 generated when the fuel supplied to the fuel cell system burns is compared with the amount of water G2 in the plant exhaust, and it is confirmed that G1 ≧ G2.
なお、改質水不足が発生すると改質器に不可逆的なダメージが発生する可能性があるため、常に十分な水が確保されているかどうかを前述の凝縮水を蓄積するタンク内の水量を検知することで確認する必要がある。従来技術によれば、特許文献1に示すように、タンク内に蓄積した水量を水位センサにより検知している。
ところで、家庭用の燃料電池発電システムは、上記のように改質に水を使用しており、外部からの水道水の補給を行わずに運転できるように、カソード排気あるいはバーナ排気といった水分を含有する排ガスを凝縮器によって凝縮させ、凝縮水をタンクに溜めて活用するシステムが一般的である。そして、上記特許文献1に示されているように、タンク内の水量が常に確保されているかを確認するため、水位センサを用いることで水位を計測している。 By the way, the domestic fuel cell power generation system uses water for reforming as described above, and contains moisture such as cathode exhaust or burner exhaust so that it can be operated without replenishing tap water from the outside. In general, the exhaust gas is condensed by a condenser, and the condensed water is stored in a tank and used. And as shown in the said patent document 1, in order to confirm whether the water quantity in a tank is always ensured, the water level is measured using a water level sensor.
しかしながら、上記に示した構成では、水位を計測するために水位センサをタンク内に設置しているが、水位センサは高価な計測器であり、この計測器を備えることにより家庭用の燃料電池発電システムのコストアップを引き起こす原因となる。 However, in the configuration shown above, a water level sensor is installed in the tank in order to measure the water level. However, the water level sensor is an expensive measuring instrument, and by providing this measuring instrument, household fuel cell power generation This causes an increase in system cost.
そこで、本発明は、従来技術として使用していたコストの高い水位センサの代わりに、プラント排気の温度を温度計で計測し、水位を検知することなく水自立状態における運転を行うことにより、安価な燃料電池発電システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is inexpensive by measuring the temperature of the plant exhaust with a thermometer instead of the expensive water level sensor used as the prior art, and performing the operation in a water-independent state without detecting the water level. An object of the present invention is to provide a simple fuel cell power generation system.
上述した目的を達成するために、本発明は、燃料電池のカソードからの排気ガス、及び/あるいはバーナからの排気ガスが流入され、排熱回収系を通じて水蒸気を回収する凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された凝縮水を蓄積する貯留タンクを有する燃料電池発電システムにおいて、前記凝縮器の排気出口の温度を計測する排気温度計と、前記凝縮器内の前記排熱回収系を流れる冷媒の循環量を調整する排熱回収ポンプと、前記排気温度計により計測された温度に基づいて、前記排熱回収ポンプの回転数を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記排気温度計により計測した前記凝縮器の排気出口の温度が、水自立状態を維持する上で必要な温度を上回る場合に、前記排熱回収ポンプの回転数を上げることで、前記凝縮器内の凝縮水を増加させるよう制御することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the present invention is directed to a condenser that receives an exhaust gas from a cathode of a fuel cell and / or an exhaust gas from a burner and recovers water vapor through an exhaust heat recovery system, and the condenser. In a fuel cell power generation system having a storage tank for accumulating condensed water condensed by the above, an exhaust thermometer for measuring the temperature at the exhaust outlet of the condenser, and circulation of the refrigerant flowing through the exhaust heat recovery system in the condenser An exhaust heat recovery pump that adjusts the amount; and a control unit that controls the rotational speed of the exhaust heat recovery pump based on the temperature measured by the exhaust thermometer, wherein the control unit includes the exhaust thermometer When the temperature at the exhaust outlet of the condenser measured by the above is higher than the temperature necessary for maintaining a water self-sustaining state, the condensed water in the condenser can be reduced by increasing the rotational speed of the exhaust heat recovery pump. And controlling so as to pressure.
また、前記凝縮器内の前記排熱回収系を循環する冷媒の温度を検知し、かつ当該温度を設定する冷媒温度設定部を備え、前記制御部は、前記排気温度計により計測した前記凝縮器の排気出口温度が、水自立状態を維持する上で必要な温度を上回る場合に、前記冷媒温度設定部を通じて、排熱回収系を循環する冷媒の設定温度を低下させるよう制御することを特徴とする点も本発明の一態様である。 The condenser further includes a refrigerant temperature setting unit that detects a temperature of the refrigerant circulating in the exhaust heat recovery system in the condenser and sets the temperature, and the control unit measures the condenser measured by the exhaust thermometer. When the exhaust outlet temperature of the exhaust gas exceeds a temperature necessary for maintaining the water self-sustained state, the refrigerant temperature setting unit is used to control to lower the set temperature of the refrigerant circulating in the exhaust heat recovery system. This is also an embodiment of the present invention.
さらに、本発明は、前記バーナへ燃料電池からのオフガスを供給するバーナ空気供給ブロワを備え、前記制御部は、前記バーナ空気供給ブロワの回転数を検知することで前記バーナへの空気供給量を演算し、演算された当該空気供給量に基づいて、水自立状態を維持する上で必要な温度を算出し、また、前記カソードへ空気を供給するカソード空気供給ブロワを備え、前記制御部は、前記カソード空気供給ブロワの回転数を検知することで前記カソードへの空気供給量を演算し、演算された当該空気供給量に基づいて、水自立状態を維持する上で必要な温度を算出することを特徴とする点も一態様として包含する。 Furthermore, the present invention includes a burner air supply blower that supplies off-gas from the fuel cell to the burner, and the control unit detects the number of rotations of the burner air supply blower to reduce the air supply amount to the burner. Based on the calculated air supply amount, calculates a temperature necessary for maintaining a water self-sustained state, and further includes a cathode air supply blower for supplying air to the cathode, the control unit, Calculating the air supply amount to the cathode by detecting the number of revolutions of the cathode air supply blower, and calculating the temperature necessary to maintain the water self-sustained state based on the calculated air supply amount The point characterized by is also included as one aspect.
以上のような態様では、凝縮水を蓄積するタンクの水位を検知する水センサを設けることなく、プラント排気の温度を安価な排気温度計により計測し、水自立状態が実現されているかどうかを確認することができる。また、この排気温度計で計測した温度に基づいて、凝縮器内を循環する冷媒の設定温度を調整することができるので、冷媒の設定温度の制御という凝縮水量の調整には比較的明確で、容易な手段により水自立状態を確立することが可能となる。 In the above aspect, the temperature of the plant exhaust is measured with an inexpensive exhaust thermometer without providing a water sensor for detecting the water level of the tank that accumulates the condensed water, and it is confirmed whether the water self-sustaining state is realized. can do. Moreover, since the set temperature of the refrigerant circulating in the condenser can be adjusted based on the temperature measured by the exhaust thermometer, it is relatively clear for adjusting the amount of condensed water, which is control of the set temperature of the refrigerant, It becomes possible to establish a water independence state by an easy means.
さらに、バーナ又はカソード空気供給ブロワの回転数からバーナ又はカソードに供給される空気量を演算し、当該空気量に基づいて、水自立を実現するあたり必要な排気温度を算出するので、より精度の高い凝縮水量の検知が行われ、水自立状態を維持することが可能となる。すなわち、十分な凝縮水を改質器に供給できるため、水不足により改質器に不可逆的なダメージが発生する可能性はなく、循環効率の高い燃料電池発電システムを提供することができる。 Furthermore, the amount of air supplied to the burner or cathode is calculated from the rotational speed of the burner or cathode air supply blower, and the exhaust temperature required for realizing water self-sustainment is calculated based on the amount of air, so that more accurate A high amount of condensed water is detected, and a water self-sustaining state can be maintained. That is, since sufficient condensed water can be supplied to the reformer, there is no possibility of irreversible damage to the reformer due to water shortage, and a fuel cell power generation system with high circulation efficiency can be provided.
以上のような本発明によれば、凝縮水を蓄積するタンクの水位を検知する水センサを設けることなく、プラント排気の温度を安価な排気温度計により計測し、水自立状態が実現されているかどうかを確認することができるので、燃料電池発電システムのコストダウンを図ることが可能となる。 According to the present invention as described above, is the water self-sustained state realized by measuring the temperature of the plant exhaust with an inexpensive exhaust thermometer without providing a water sensor for detecting the water level of the tank that accumulates the condensed water? Since it is possible to confirm whether or not, it is possible to reduce the cost of the fuel cell power generation system.
[第1の実施形態]
[構成]
図1は、本発明を適用した第1の実施形態に係る凝縮器3を備えた燃料電池発電システムを示すものである。本実施形態の構成を以下に詳述するが、本発明では凝縮器及びその周辺に特徴を有するため、一般的な燃料電池本体や改質器などの構成は省略する。
[First embodiment]
[Constitution]
FIG. 1 shows a fuel cell power generation system including a condenser 3 according to a first embodiment to which the present invention is applied. Although the configuration of the present embodiment will be described in detail below, the present invention is characterized by the condenser and its surroundings, and therefore the configuration of a general fuel cell main body, reformer, and the like is omitted.
図1のように、本実施形態では、カソード排気を後述する凝縮器3に送り込むため、燃料電池本体の一部として、空気側の電極であるカソード1を抽出している。すなわち、このカソード1から凝縮器3に接続されたガス流路を通じてカソード排気が凝縮器3に送出される。なお、カソード1での反応は、[2H++2e‐+1/2O2→H2O]であるため、水素イオン、電子及び酸素が結合して水を生成する。すなわち、カソード1からの排気には、水分が十分に含有されていると考えられる。 As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the cathode exhaust, which is an electrode on the air side, is extracted as part of the fuel cell main body in order to send the cathode exhaust to the condenser 3 described later. That is, the cathode exhaust is sent from the cathode 1 to the condenser 3 through a gas flow path connected to the condenser 3. In addition, since the reaction at the cathode 1 is [2H ++ 2e − + 1 / 2O 2 → H 2 O], hydrogen ions, electrons, and oxygen are combined to generate water. That is, it is considered that the exhaust gas from the cathode 1 contains a sufficient amount of moisture.
次に、燃料電池本体からのオフガス、すなわち燃料電池本体における燃料側アノードからの排気や当該電池本体に残留する水素を燃焼させるバーナ2を備えている。なお、このバーナ2は、改質器における改質反応は吸着反応であるため、反応を維持するための加熱源として用いられている。
Next, a
このバーナ2は、ガス流路を通じて凝縮器3に接続され、残留水素を燃料として空気が燃焼することにより生じたバーナ排気が凝縮器3に送出されることとなる。ここで、バーナ排気は、上述したように燃料である水素やアノード排気を燃焼させているので、水蒸気が含まれている可能性が高く、凝縮器3に流入し、凝縮することで凝縮水を取り出すことが可能と考えられる。
The
そして、図1の通り、カソード1からのカソード排気やバーナ2からバーナ排気が送出され、これらを凝縮することで凝縮水を生成する凝縮器3を備えている。この凝縮器3は燃料電池発電システムに用いられるものとして一般的なものであるが、凝縮器内の排気出口3aにプラント排気の温度を計測する排気温度計4が設置されている。この排気温度計4が排気出口3aに設置され、プラント排気の温度を計測するといった点が、本実施形態の技術的特徴であり、当該計測された温度をもとに水自立が確認される。
As shown in FIG. 1, a cathode exhaust from the cathode 1 and a burner exhaust from the
ここで、排気温度計4には、一例としてサーミスタが用いられ、特に、負の係数を有し温度が上がると抵抗値の下がるNTCサーミスタが利用されている。すなわち、従来技術では、凝縮器により生成された凝縮水の水量を水位センサにより検知するものであったのに対し、本発明は、水位センサより安価な排気温度計4、特にサーミスタによりプラント排気の温度を計測している。
Here, the
なお、この凝縮器3には、一般的なものと同様に冷媒流路3bが設けられており、当該流路3b内を冷媒が循環することにより、凝縮器3内に送出されたカソード排気やバーナ排気が冷却され凝縮する。そして、この冷媒流路3bには、排熱回収ポンプ5が装着され、冷媒流路3b内の冷媒の循環を調整する。すなわち、排熱回収ポンプ5の回転数を変動させることにより冷媒循環量を調整し、水自立状態を維持することで多量の凝縮水を取得することが可能となる。 The condenser 3 is provided with a refrigerant flow path 3b in the same manner as a general one. The refrigerant circulates in the flow path 3b, so that the cathode exhaust sent into the condenser 3 and The burner exhaust is cooled and condensed. The refrigerant flow path 3b is equipped with an exhaust heat recovery pump 5 to adjust the circulation of the refrigerant in the refrigerant flow path 3b. That is, it is possible to obtain a large amount of condensed water by adjusting the refrigerant circulation amount by changing the rotation speed of the exhaust heat recovery pump 5 and maintaining the water self-sustaining state.
そして、本構成では、もちろん凝縮器3内で凝縮された凝縮水を蓄積する貯留タンク6を備えている。図1では、凝縮器3の下部に貯留タンク6が設けられているが、本発明はこの態様に限定せず、凝縮水が貯留できるような構成であれば設置や構成を特定するものではない。
And in this structure, of course, the
また、本実施形態では、排気温度計4により検知したプラント排ガスの温度に基づいて排熱回収ポンプ5の回転数を制御する制御部7が設けられている。この制御部7は、排気温度計4より計測されたプラント排ガスの温度が水自立状態に必要な温度より高い場合に、凝縮器3により凝縮される凝縮水の量を増加させるため、排熱回収ポンプ5の回転数を上げるよう制御する。すなわち、排熱回収ポンプ5の回転数を上げることで冷媒流路3b内を流れる冷媒循環量を増加させ、それにより多量の凝縮水を回収するよう制御する。
In the present embodiment, a control unit 7 is provided that controls the rotational speed of the exhaust heat recovery pump 5 based on the temperature of the plant exhaust gas detected by the
これに対し、排気温度計4より計測されたプラント排ガスの温度が水自立状態に必要な温度より低い場合は、水自立状態を維持するための凝縮器3により凝縮される凝縮水の量が貯留タンク6内に蓄積されていると考えることができるので排熱回収ポンプ5の回転数を上げる必要はない。
On the other hand, when the temperature of the plant exhaust gas measured by the
なお、水自立状態を実現するための温度とは、図5の通り、例えば、燃料が3NL/min供給され、プラント排気が54NL/min排出される場合において、燃料の反応によって生成する水分量は、燃料の供給量と炭素数と燃料電池本体の反応式からの水分子量とを積算し、グラム換算したものが5.8g/minとなっている。これに対し、プラント排気に包含される水分量は、プラント排気の水分立が12%、水分圧が0.13kg/cm2であるとき、5.8g/minとなる。なお、この際の飽和温度は、50℃となっている。 As shown in FIG. 5, the temperature for realizing the water self-sustained state is, for example, when the fuel is supplied at 3 NL / min and the plant exhaust is discharged at 54 NL / min, the amount of water generated by the reaction of the fuel is The amount of fuel supplied, the number of carbon atoms, and the molecular weight of water from the reaction formula of the fuel cell main body are integrated and converted to grams, which is 5.8 g / min. On the other hand, the amount of water included in the plant exhaust is 5.8 g / min when the moisture level of the plant exhaust is 12% and the water pressure is 0.13 kg / cm 2 . The saturation temperature at this time is 50 ° C.
すなわち、燃料の反応により生成した水分量5.8g/min(G1)とプラント排気に含まれる水分量5.8kg/min(G2)が同じ、あるいは燃料の反応により生成した水分量がプラント排気に含有される水分量よりも多いに水自立状態が確立され、そのときの水分量が同じとなる飽和温度は50℃であるので、この温度が水自立状態における温度となる。つまり、この例で言えば、排気温度が50℃において水自立状態を確立することが可能であり、実際に排気温度計4で計測されたプラント排気の温度が当該水自立温度となる50℃以下の場合には、水自立を維持する上での十分な水分量を凝縮器3により確保することができる(G1≧G2)。
That is, the amount of water generated by the reaction of the fuel is 5.8 g / min (G1) and the amount of water contained in the plant exhaust is 5.8 kg / min (G2), or the amount of water generated by the reaction of the fuel is the plant exhaust. Since the water self-sustained state is established more than the amount of water contained, and the saturation temperature at which the water content is the same is 50 ° C., this temperature is the temperature in the water self-sustained state. That is, in this example, it is possible to establish a water self-sustained state when the exhaust temperature is 50 ° C., and the temperature of the plant exhaust actually measured by the
一方、実際に排気温度計4で計測されたプラント排気の温度が当該水自立温度となる50℃を上回る場合には、燃料が反応することにより発生する水量G1分として供給する凝縮水量が十分ではないので、水自立状態が維持されていない(G1<G2)。そのため、制御部7は、排熱回収ポンプ5の回転数を上げるよう制御し、凝縮器3内の凝縮水量を増加させることで水自立状態の実現を図っている。
On the other hand, when the temperature of the plant exhaust actually measured by the
[作用]
以上の様な構成を有する本実施形態の作用は以下の通りである。
まず、カソード1からのカソード排気、あるいはバーナ2からのバーナ排気の少なくとも一方が凝縮器3に送出され、これらの排気は凝縮器3内の冷媒流路3bを循環する冷媒によって温度が低下し、当該排気に含有されている水分の一部が凝縮されることで貯留タンク6に凝縮水が蓄積する。ここで、凝縮器3のプラント排気出口3aに設置された排気温度計4により、プラント排気の温度が計測される。
[Action]
The operation of the present embodiment having the above-described configuration is as follows.
First, at least one of the cathode exhaust from the cathode 1 or the burner exhaust from the
そして、制御部7が、この計測された温度が水自立に必要な温度よりも高いか否かが判断し、高い場合には凝縮器3により凝縮される凝縮水の量を増加させるために、排熱回収ポンプ5の回転数を上げるよう制御する。すなわち、水自立に必要な温度より計測されたプラント排ガスの温度が高い場合には、水自立が実現されていない状況を意味するので、排熱回収ポンプ5の回転数を上げることで冷媒流路3b内を流れる冷媒循環量を増加させ、それにより多量の凝縮水を回収することで水自立状態を実現するよう制御している。これにより、制御された排熱回収ポンプ5は、回転数をあげるよう動作し、冷媒循環量を増加させることで多量の凝縮水がタンク6内に蓄積され、水自立状態を確立する。
And the control part 7 judges whether this measured temperature is higher than the temperature required for water independence, and in order to increase the amount of condensed water condensed by the condenser 3 in the case of being high, Control is performed to increase the rotational speed of the exhaust heat recovery pump 5. That is, when the temperature of the plant exhaust gas measured is higher than the temperature required for water self-sustainment, it means a situation where water self-sustainment is not realized. Therefore, the refrigerant flow path can be increased by increasing the rotational speed of the exhaust heat recovery pump 5. Control is performed so as to realize a water self-sustained state by increasing the circulation amount of the refrigerant flowing in 3b and thereby collecting a large amount of condensed water. As a result, the controlled exhaust heat recovery pump 5 operates to increase the rotation speed, and by increasing the refrigerant circulation amount, a large amount of condensed water is accumulated in the
[効果]
以上の様な構成を有する本実施形態では、凝縮水を蓄積するタンクの水位を検知する水センサを設けることなく、プラント排気の温度を安価な排気温度計4により計測し、水自立状態が実現されているかどうかを確認することができるので、燃料電池発電システムのコストダウンを図ることが可能となる。すなわち、排気温度計4を凝縮器3の排気出口3aに設置することで、計測した温度により水自立の維持を行うことが可能となるので、家庭用の燃料電池発電システムの一部を担う凝縮器の構成として安価で有用なもの提供することができる。
[effect]
In the present embodiment having the above-described configuration, the temperature of the plant exhaust is measured by the
[第2の実施形態]
[構成]
図2は、本発明を適用した第2の実施形態に係る凝縮器を備えた燃料電池発電システムを示すものであり、上記第1の実施形態の凝縮器3の周辺構成を一部変更したものである。本実施形態の構成は次の通りである。
[Second Embodiment]
[Constitution]
FIG. 2 shows a fuel cell power generation system equipped with a condenser according to a second embodiment to which the present invention is applied. The peripheral configuration of the condenser 3 of the first embodiment is partially changed. It is. The configuration of this embodiment is as follows.
図2では、図1に示した第1の実施形態と同様に、カソード排気を凝縮器3に送出するために燃料電池本体の一部として抽出したカソード1と、アノード排気や燃料電池本体に残留した燃料などを燃焼させ凝縮器3に送出するためのバーナ排気を生成するバーナ2が設けられている。また、凝縮器3内には、一般的なものと同様にプラント排気出口3aと冷媒が循環する冷媒流路3bを備え、当該冷媒流路3bには排熱回収ポンプ5が装着されている。また、凝縮器3内の排気出口3aには、プラント排気の温度を計測する排気温度計4が装着され、さらに凝縮器3により凝縮された凝縮水を蓄積する貯留タンク6を設置している構成も第1の実施形態と同様である。
In FIG. 2, as in the first embodiment shown in FIG. 1, the cathode exhaust extracted as part of the fuel cell main body in order to send the cathode exhaust to the condenser 3, and the anode exhaust and the fuel cell main body remain. A
これらの図1と同様の構成に加えて本実施形態では、凝縮器3内の冷媒流路3bを循環する冷媒の温度を検知し、設定する冷媒温度設定部8がこの冷媒流路3bに装着されている。当該冷媒温度設定部8は、凝縮器3の排気出口3aに設置された排気温度計4により計測したプラント排気の温度が水自立温度以上であった場合に、多量の凝縮水を回収するために、制御部7を通じて冷媒流路3bを循環する冷媒の設定温度を所定の温度まで低下するよう制御される。
In the present embodiment, in addition to the configuration similar to those in FIG. 1, the temperature of the refrigerant circulating in the refrigerant flow path 3b in the condenser 3 is detected, and the refrigerant temperature setting unit 8 to be set is attached to the refrigerant flow path 3b. Has been. The refrigerant temperature setting unit 8 collects a large amount of condensed water when the temperature of the plant exhaust measured by the
すなわち、本実施形態では、冷媒温度設定部8を設けることにより、制御部7が排気温度計4で計測したプラント排気の温度に基づいて、冷媒温度設定部8を介して冷媒流路3bを循環する冷媒の温度を調整する。具体的には、上記のように、排気温度計4により計測されたプラント排気の温度が水自立状態を実現するために必要な温度以上である場合に、燃料電池発電システムにおいて再利用するための凝縮水が不足しているため、多量の凝縮水を回収するべく制御部7が冷媒温度設定部8により冷媒の温度を低下させる。
That is, in this embodiment, by providing the refrigerant temperature setting unit 8, the control unit 7 circulates the refrigerant flow path 3 b through the refrigerant temperature setting unit 8 based on the temperature of the plant exhaust measured by the
すなわち、凝縮器3内を循環する冷媒の温度を低下させることにより、カソード排気やバーナ排気をより冷却することが可能となり、タンク6内に蓄積される凝縮水の量の増加を期待することができる。一方で、排気温度計4により計測されたプラント排気の温度が水自立状態を実現するために必要な温度より低い場合には、燃料電池発電システムにおいて再利用するための凝縮水が不足していることはなく、水自立の状態が維持されているので、制御部7が冷媒温度設定部8を通じて冷媒の温度を低下させる必要がない。
That is, by reducing the temperature of the refrigerant circulating in the condenser 3, it becomes possible to further cool the cathode exhaust and the burner exhaust, and an increase in the amount of condensed water accumulated in the
[作用]
以上の様な構成を有する本実施形態の作用は以下の通りである。
まず、図1の構成を有する第1の実施形態と同様に、カソード1からのカソード排気、あるいはバーナ2からのバーナ排気の少なくとも一方が凝縮器3に送出され、凝縮器3内の冷媒流路3bを循環する冷媒により温度が低下し、当該排気に含有されている水分の一部が凝縮することで貯留タンク6に蓄積される。ここで、凝縮器3のプラント排気出口3aに設置された排気温度計4により、プラント排気の温度が計測される。
[Action]
The operation of the present embodiment having the above-described configuration is as follows.
First, as in the first embodiment having the configuration of FIG. 1, at least one of the cathode exhaust from the cathode 1 or the burner exhaust from the
そして、制御部7は、この計測された温度が水自立に必要な温度よりも高いか否かを判断し、高い場合には凝縮器3により凝縮される凝縮水の量を増加させるために、冷媒温度設定部8を通じて冷媒流路3bを循環する冷媒の設定温度を低下させるよう制御する。すなわち、冷媒温度設定部8を通じて冷媒の温度を所定の温度まで低下させ、凝縮器3内に送出されるカソード1やバーナ2からの排ガスをより冷却させることで、必要な凝縮水量を貯留タンク6内に蓄積させ、水自立状態を実現するよう制御している。
And the control part 7 judges whether this measured temperature is higher than the temperature required for water independence, and in order to increase the amount of condensed water condensed by the condenser 3 in the case of being high, Control is performed to lower the set temperature of the refrigerant circulating in the refrigerant flow path 3b through the refrigerant temperature setting unit 8. That is, by reducing the temperature of the refrigerant to a predetermined temperature through the refrigerant temperature setting unit 8 and further cooling the exhaust gas from the cathode 1 and the
これにより、制御された冷媒温度設定部8は、冷媒流路3b内を循環する冷媒の設定温度を所定の温度まで低下させるよう動作し、カソード排気やバーナ排気を凝縮量を増加させることで凝縮水の回収に努め、燃料電池発電システムにおける水自立状態を確立する。 Thereby, the controlled refrigerant temperature setting unit 8 operates so as to lower the set temperature of the refrigerant circulating in the refrigerant flow path 3b to a predetermined temperature, and condenses the cathode exhaust gas and the burner exhaust gas by increasing the condensation amount. Strive to collect water and establish a water self-sustaining state in the fuel cell power generation system.
[効果]
以上のような構成を有する本実施形態においては、凝縮水を蓄積する貯留タンク6内の水位を検知する高価な水位センサを設置することなく、プラント排気の温度を安価な排気温度計4で計測することにより、水自立状態が実現されているかを確認することができるので、燃料電池発電システムのコストダウンを図ることが可能となる。また、この排気温度計4で計測した温度に基づいて、凝縮器3内を循環する冷媒の設定温度を調整することができるので、冷媒の設定温度の制御という凝縮水量の調整には比較的明確で、容易な手段により水自立状態を確立することが可能となる。
[effect]
In the present embodiment having the above-described configuration, the temperature of the plant exhaust is measured by the
[第3の実施形態]
[構成]
図3は、本発明を適用した第3の実施形態に係る凝縮器を備えた燃料電池発電システムを示すものであり、上記第1、2の実施形態の凝縮器3の周辺構成を一部変更したものである。本実施形態の構成は次の通りである。
[Third embodiment]
[Constitution]
FIG. 3 shows a fuel cell power generation system equipped with a condenser according to a third embodiment to which the present invention is applied. The peripheral configuration of the condenser 3 of the first and second embodiments is partially changed. It is a thing. The configuration of this embodiment is as follows.
図3では、図1、2に示した第1、2の実施形態と同様に、カソード排気を凝縮器3に送出するために燃料電池本体の一部として抽出したカソード1と、アノード排気や燃料電池本体に残留した燃料などを燃焼させ凝縮器3に送出するバーナ排気を生成するバーナ2が設けられている。また、凝縮器3内には、一般的なものと同様にプラント排気出口3aと冷媒が循環する冷媒流路3bを備え、当該冷媒流路3bには排熱回収ポンプ5が装着されている。
In FIG. 3, as in the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 2, the cathode 1 extracted as part of the fuel cell main body to send the cathode exhaust to the condenser 3, the anode exhaust and the
また、凝縮器3内の排気出口3aには、プラント排気の温度を計測する排気温度計4が装着され、さらに、冷媒流路3b内を循環する冷媒の温度を検知し、設定する冷媒温度設定部8が設けられている点も第2の実施形態と同様である。なお、凝縮器3により凝縮された凝縮水を蓄積する貯留タンク6を設置している構成も第1及び2の実施形態と同じである。
Further, an
これらの図1や図2と同様の構成に加えて本実施形態では、燃料電池本体からバーナ2までのガス流路途中にバーナ空気供給ブロワ9を設置したことを特徴としている。このバーナ空気供給ブロワ9は、ファンより大きい静圧が得られる送風機であり、燃料電池本体の残留水素やアノード排気を吸引し、バーナ2へ送出するものである。
In addition to the configurations similar to those in FIGS. 1 and 2, the present embodiment is characterized in that a burner air supply blower 9 is installed in the middle of a gas flow path from the fuel cell main body to the
ここで、制御部7は、バーナ空気供給ブロワ9にも接続されており、バーナ空気供給ブロワ9の回転数からバーナ2への空気供給量を推定し、推定したバーナ空気量に基づいて凝縮器3における水自立状態に必要なプラント排気温度を推定する。すなわち、当該制御部7は、バーナ空気供給ブロワ9の回転数から推定されたバーナ2への空気量に基づいて水自立温度を演算し、実際に排気温度計4で計測された温度がこの水自立温度を上回る場合には、排熱回収ポンプ5の回転数を上げるが、あるいは冷媒温度設定部8を通じて冷媒の温度を下げるよう制御する。
Here, the control unit 7 is also connected to the burner air supply blower 9, estimates the air supply amount to the
すなわち、凝縮器3での凝縮水量は凝縮器3に送出されるガス中の水以外のガス割合と凝縮温度によって決まるので、本実施形態では制御部7が、バーナへ2の空気量を演算することにより凝縮器3に流入する水以外のガス分量を演算し、凝縮水量を調整する上で判断基準となる水自立に必要な排気出口温度を算出している。
That is, the amount of condensed water in the condenser 3 is determined by the ratio of gases other than water in the gas sent to the condenser 3 and the condensation temperature. In this embodiment, the control unit 7 calculates the amount of
[作用]
以上の様な構成を有する本実施形態の作用は以下の通りである。
本実施形態では、まず、バーナ2からのバーナ排気が凝縮器3に送出され、凝縮器3内の冷媒流路3bを循環する冷媒により温度が低下し、当該排気に含有されている水分の一部が凝縮することで貯留タンク6に蓄積される。
[Action]
The operation of the present embodiment having the above-described configuration is as follows.
In the present embodiment, first, the burner exhaust from the
ここで、制御部7は、バーナ空気供給ブロワ9を介して、その回転数からバーナ2への空気供給量を演算する。さらに、この制御部7は、バーナ空気供給ブロワ9を介してバーナ2への空気量を演算することで、凝縮器3に流入する水以外のガス分量を算出し、水自立に必要な凝縮器3の排気出口温度を算出する。また、凝縮器3のプラント排気出口3aに設置された排気温度計4により、プラント排気の温度も計測される。
Here, the control unit 7 calculates the air supply amount to the
なお、凝縮器3での凝縮水量はガス中の水以外のガス割合と凝縮温度によって決まるため、例えば、水以外のガスが多量に存在する場合には冷媒の設定温度の低下や排熱回収ポンプ5の回転数を上げることで冷媒の循環量を増加させることなどして、凝縮する温度を下げ、排ガス中の水分率を下げないことには所定の凝縮水量が得られない。つまり、所定の凝縮水量が取得できないと、燃料の燃焼により生成される水分量とプラント排気中の水分量とのバランスが崩れ、G1<G2の状態となり、水自立が不可能になる。 In addition, since the amount of condensed water in the condenser 3 is determined by the gas ratio other than water in the gas and the condensation temperature, for example, when a large amount of gas other than water is present, the set temperature of the refrigerant decreases or the exhaust heat recovery pump A predetermined amount of condensed water cannot be obtained unless the temperature of condensation is lowered by increasing the number of revolutions of the refrigerant 5 by increasing the circulation amount of the refrigerant and reducing the moisture content in the exhaust gas. That is, if a predetermined amount of condensed water cannot be obtained, the balance between the amount of water generated by the combustion of fuel and the amount of water in the plant exhaust is lost, and a state of G1 <G2 is established, making water independence impossible.
そのため、制御部7は、バーナ空気供給ブロワ9を介してバーナ2への空気量を演算することで、凝縮器3に流入する水以外のガス分量を算出し、水自立に必要な凝縮器3の排気出口温度を求め、実際に排気温度計4で計測したプラント排気の温度に基づき、凝縮水量を調整している。
Therefore, the control unit 7 calculates the amount of gas other than water flowing into the condenser 3 by calculating the amount of air to the
具体的には、制御部7は、この計測された温度が計算された水自立に必要な温度よりも高いか否かを判断し、高い場合には凝縮器3により凝縮される凝縮水の量を増加させるために、冷媒流路3bを循環する冷媒の設定温度を低下させるか、あるいは排熱回収ポンプ5の回転数を増加させるよう制御する。すなわち、冷媒温度設定部8を通じて冷媒の温度を所定の温度まで低下させるか、排熱回収ポンプ5の回転数を上げることで冷媒の循環量を増加させ、凝縮器3内に流入されるバーナ2からのガスをより冷却させることにより必要な凝縮水量を貯留タンク6内に蓄積させ、水自立状態を実現するよう制御している。
Specifically, the control unit 7 determines whether or not the measured temperature is higher than the calculated temperature necessary for water self-supporting, and if it is higher, the amount of condensed water condensed by the condenser 3 In order to increase this, control is performed so as to decrease the set temperature of the refrigerant circulating in the refrigerant flow path 3b or to increase the rotational speed of the exhaust heat recovery pump 5. That is, the
これにより、制御された冷媒温度設定部8は、冷媒流路3b内を循環する冷媒の設定温度を所定の温度まで低下させるよう動作し、あるいは排熱回収ポンプ5は、回転数をあげるよう動作し、冷媒循環量を増加させることでバーナ排気の凝縮量を増加させ、燃料電池発電システムにおける水自立状態を確立する。 Thus, the controlled refrigerant temperature setting unit 8 operates to lower the set temperature of the refrigerant circulating in the refrigerant flow path 3b to a predetermined temperature, or the exhaust heat recovery pump 5 operates to increase the rotation speed. Then, the amount of burner exhaust condensation is increased by increasing the amount of refrigerant circulation, and the water self-sustaining state in the fuel cell power generation system is established.
[効果]
以上のような構成を有する本実施形態では、上記の第1及び2の実施形態と同様に、凝縮水を蓄積する貯留タンク6内に水位を検知する水位センサを設けることなく、プラント排気の温度を安価な排気温度計4で計測しているので、燃料電池発電システムのコストダウンを図ることができる。
[effect]
In the present embodiment having the above-described configuration, the temperature of the plant exhaust is provided without providing a water level sensor for detecting the water level in the
また、バーナ空気供給ブロワ9の回転数からバーナ2に供給される空気量を演算し、当該空気量に基づいて、水自立を実現するにあたり必要な排気温度を算出するので、より精度の高い凝縮水量の検知が行われ、水自立状態を維持することが可能となる。すなわち、十分な凝縮水を改質器に供給できるため、水不足により改質器に不可逆的なダメージが発生する可能性はなく、循環効率の高い燃料電池発電システムを提供することができる。
Further, the amount of air supplied to the
[第4の実施形態]
[構成]
図4は、本発明を適用した第4の実施形態に係る凝縮器を備えた燃料電池発電システムを示すものであり、上記第1、2の実施形態の凝縮器3の周辺構成を一部変更したものである。本実施形態の構成は次の通りである。
[Fourth Embodiment]
[Constitution]
FIG. 4 shows a fuel cell power generation system equipped with a condenser according to a fourth embodiment to which the present invention is applied. The peripheral configuration of the condenser 3 of the first and second embodiments is partially changed. It is a thing. The configuration of this embodiment is as follows.
図4では、図1、2に示した第1、2の実施形態と同様に、カソード排気を凝縮器3に送出するために燃料電池本体の一部として抽出したカソード1と、アノード排気や燃料電池本体に残留した燃料などを燃焼させ凝縮器3に送出するバーナ排気を生成するバーナ2が設けられている。また、凝縮器3内には、一般的なものと同様にプラント排気出口3aと冷媒が循環する冷媒流路3bを備え、当該冷媒流路3bには排熱回収ポンプ5が装着されている。
In FIG. 4, as in the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 2, the cathode 1 extracted as part of the fuel cell main body to send the cathode exhaust to the condenser 3, the anode exhaust, and the
また、凝縮器3内の排気出口3aには、プラント排気の温度を計測する排気温度計4が装着され、さらに、冷媒流路3b内を循環する冷媒の温度を検知し、設定する冷媒温度設定部8が設けられている点も第2の実施形態と同様である。なお、凝縮器3により凝縮された凝縮水を蓄積する貯留タンク6を設置している構成も第1及び2の実施形態と同じである。
Further, an
これらの図1や図2と同様の構成に加えて本実施形態では、カソード1までのガス流路途中にカソード空気供給ブロワ10を設置したことを特徴としている。このカソード空気供給ブロワ10は、バーナ空気供給ブロワと同様に、ファンより大きい静圧が得られる送風機であり、カソード1側へ供給するための空気を吸引し、当該空気をカソード1へ送出するものである。
In addition to the same configuration as those in FIGS. 1 and 2, the present embodiment is characterized in that a cathode
ここで、制御部7は、カソード空気供給ブロワ10にも接続されており、カソード空気供給ブロワ10の回転数からカソード1への空気供給量を推定し、推定したカソード空気量に基づいて凝縮器3における水自立状態に必要なプラント排気温度を推定する。すなわち、当該制御部7は、カソード空気供給ブロワ10の回転数から推定されたカソード1への空気量に基づいて水自立温度を演算し、実際に排気温度計4で計測された温度がこの水自立温度を上回る場合には、排熱回収ポンプ5の回転数を上げるが、あるいは冷媒温度設定部8を通じて冷媒の温度を下げるよう制御する。
Here, the control unit 7 is also connected to the cathode
すなわち、凝縮器3での凝縮水量は凝縮器3に送出されるガス中の水以外のガス割合と凝縮温度によって決まるので、本実施形態では制御部7が、カソード1の空気量を演算することにより凝縮器3に流入する水以外のガス分量を演算し、凝縮水量を調整する上で判断基準となる水自立に必要な排気出口温度を算出している。 That is, since the amount of condensed water in the condenser 3 is determined by the ratio of gases other than water in the gas sent to the condenser 3 and the condensation temperature, the control unit 7 calculates the air amount of the cathode 1 in this embodiment. Thus, the amount of gas other than water flowing into the condenser 3 is calculated, and the exhaust outlet temperature necessary for water self-supporting, which is a criterion for adjusting the amount of condensed water, is calculated.
一方で、実際に排気温度計4で計測された温度がこの水自立温度を上回らない場合には、排熱回収ポンプ5の回転数を上げたり、冷媒温度設定部8を通じて冷媒の温度を下げるよう制御する必要はなく、水自立が確立されているので、この状態が維持される。
On the other hand, when the temperature actually measured by the
[作用]
以上の様な構成を有する本実施形態の作用は以下の通りである。
本実施形態では、まず、カソード1からのカソード排気が凝縮器3に送出され、凝縮器3内の冷媒流路3bを循環する冷媒により温度が低下し、当該排気に含有されている水分の一部が凝縮することで貯留タンク6に凝縮水が蓄積される。
[Action]
The operation of the present embodiment having the above-described configuration is as follows.
In this embodiment, first, the cathode exhaust from the cathode 1 is sent to the condenser 3, and the temperature is lowered by the refrigerant circulating in the refrigerant flow path 3 b in the condenser 3, so that one of the moisture contained in the exhaust Condensed water accumulates in the
ここで、制御部7は、カソード空気供給ブロワ10を介して、その回転数からカソード1への空気供給量を演算する。さらに、この制御部7は、カソード空気供給ブロワ10を介してカソード1への空気量を演算することで、凝縮器3に流入する水以外のガス分量を算出し、水自立に必要な凝縮器3の排気出口温度を算出する。また、凝縮器3のプラント排気出口3aに設置された排気温度計4により、プラント排気の温度の計測が行われる。
Here, the control unit 7 calculates the air supply amount to the cathode 1 from the rotational speed via the cathode
なお、凝縮器3での凝縮水量はガス中の水以外のガス割合と凝縮温度によって決まるため、例えば、水以外のガスが多量に存在する場合には冷媒の設定温度の低下や排熱回収ポンプ5の回転数を上げることで冷媒の循環量を増加させることなどして、凝縮する温度を下げ、排ガス中の水分率を下げないことには所定の凝縮水量が得られない。つまり、所定の凝縮水量が取得できないと、燃料の燃焼により生成される水分量とプラント排気中の水分量とのバランスが崩れ、G1<G2の状態となり、水自立が不可能になる。 In addition, since the amount of condensed water in the condenser 3 is determined by the gas ratio other than water in the gas and the condensation temperature, for example, when a large amount of gas other than water is present, the set temperature of the refrigerant decreases or the exhaust heat recovery pump A predetermined amount of condensed water cannot be obtained unless the temperature of condensation is lowered by increasing the number of revolutions of the refrigerant 5 by increasing the circulation amount of the refrigerant and reducing the moisture content in the exhaust gas. That is, if a predetermined amount of condensed water cannot be obtained, the balance between the amount of water generated by the combustion of fuel and the amount of water in the plant exhaust is lost, and a state of G1 <G2 is established, making water independence impossible.
そのため、制御部7は、カソード空気供給ブロワ10を介してカソード1への空気量を演算することで、凝縮器3に流入する水以外のガス分量を算出し、水自立に必要な凝縮器3の排気出口温度を求め、実際に排気温度計4で計測したプラント排気の温度に基づき、凝縮水量を調整している。
Therefore, the control unit 7 calculates the amount of gas other than water flowing into the condenser 3 by calculating the amount of air to the cathode 1 via the cathode
具体的には、制御部7は、この計測された温度が計算された水自立に必要な温度よりも高いか否かを判断し、高い場合には凝縮器3により凝縮される凝縮水の量を増加させるために、冷媒流路3bを循環する冷媒の設定温度を低下させるか、あるいは排熱回収ポンプ5の回転数を増加させるよう制御する。すなわち、冷媒温度設定部8を通じて冷媒の温度を所定の温度まで低下させるか、排熱回収ポンプ5の回転数を上げることで冷媒の循環量を増加させ、凝縮器3内に流入されるバーナ2からのガスをより冷却させることにより必要な凝縮水量を貯留タンク6内に蓄積させ、水自立状態を実現するよう制御している。
Specifically, the control unit 7 determines whether or not the measured temperature is higher than the calculated temperature necessary for water self-supporting, and if it is higher, the amount of condensed water condensed by the condenser 3 In order to increase this, control is performed so as to decrease the set temperature of the refrigerant circulating in the refrigerant flow path 3b or to increase the rotational speed of the exhaust heat recovery pump 5. That is, the
これにより、制御された冷媒温度設定部8は、冷媒流路3b内を循環する冷媒の設定温度を所定の温度まで低下させるよう動作し、あるいは排熱回収ポンプ5は、回転数をあげるよう動作し、冷媒循環量を増加させることでバーナ排気を凝縮量を増加させ、燃料電池発電システムにおける水自立状態を確立する。 Thus, the controlled refrigerant temperature setting unit 8 operates to lower the set temperature of the refrigerant circulating in the refrigerant flow path 3b to a predetermined temperature, or the exhaust heat recovery pump 5 operates to increase the rotation speed. Then, by increasing the refrigerant circulation amount, the amount of condensation of the burner exhaust is increased, and the water self-sustaining state in the fuel cell power generation system is established.
[効果]
以上のような構成を有する本実施形態では、上記の第1〜3の実施形態と同様に、凝縮水を蓄積する貯留タンク6内に水位を検知する水位センサを設けることなく、プラント排気の温度を安価な排気温度計4で計測しているので、燃料電池発電システムのコストダウンを図ることができる。
[effect]
In the present embodiment having the above-described configuration, the temperature of the plant exhaust is provided without providing a water level sensor for detecting the water level in the
また、カソード空気供給ブロワ10の回転数からバーナ2に供給される空気量を演算し、当該空気量に基づいて、水自立を実現するにあたり必要な排気温度を算出するので、より精度の高い凝縮水量の検知が行われ、水自立状態を維持することが可能となる。すなわち、十分な凝縮水を改質器に供給できるため、水不足により改質器に不可逆的なダメージを発生させず、循環効率の高い燃料電池発電システムを提供することができる。
Further, the amount of air supplied to the
[他の実施形態]
なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、以下の実施形態も包含する。上記の第3の実施形態と第4の実施形態では、バーナ空気供給ブロワ9とカソード空気供給ブロワ10のそれぞれを備えた燃料電池発電システムであったのに対し、本実施形態では、バーナ空気供給ブロワ9とカソード空気供給ブロワ10の双方を備えた構成を有している。
[Other Embodiments]
In addition, this invention is not limited to the above embodiments, The following embodiment is also included. In the third embodiment and the fourth embodiment described above, the fuel cell power generation system includes the burner air supply blower 9 and the cathode
すなわち、燃料電池本体からバーナ2までのガス流路途中にバーナ空気供給ブロワ9を設置し、カソード1までのガス流路途中にカソード空気供給ブロワ10を設置したことを特徴としている。なお、このような本構成を備えた燃料電池発電システムの作用は、以下の通りである。
That is, the burner air supply blower 9 is installed in the middle of the gas flow path from the fuel cell main body to the
本実施形態では、まず、カソード1及びバーナ2からの排気が凝縮器3に送出され、凝縮器3内の冷媒流路3bを循環する冷媒により温度が低下し、当該排気に含有されている水分の一部が凝縮することで貯留タンク6に凝縮水が蓄積される。
In the present embodiment, first, the exhaust gas from the cathode 1 and the
ここで、制御部7は、バーナ空気供給ブロワ9を介して、その回転数からバーナ2への空気供給量を演算し、さらに、カソード空気供給ブロワ10を介して、その回転数からカソード1への空気供給量も演算する。そして、当該制御部7は、バーナ空気供給ブロワ9及びカソード空気供給ブロワ10を介してバーナ2及びカソード1への空気量を演算することで、凝縮器3に流入する水以外のガス分量を算出し、水自立に必要な凝縮器3の排気出口温度を算出する。また、凝縮器3のプラント排気出口3aに設置された排気温度計4により、プラント排気の温度の計測が行われる。
Here, the control unit 7 calculates the air supply amount to the
なお、凝縮器3での凝縮水量はガス中の水以外のガス割合と凝縮温度によって決まるため、例えば、水以外のガスが多量に存在する場合には冷媒の設定温度の低下や排熱回収ポンプ5の回転数を上げることで冷媒の循環量を増加させることなどして、凝縮する温度を下げ、排ガス中の水分率を下げないことには所定の凝縮水量が得られない。つまり、所定の凝縮水量が取得できないと、燃料の燃焼により生成される水分量とプラント排気中の水分量とのバランスが崩れ、G1<G2の状態となり、水自立が不可能になる。そのため、制御部7は、バーナ空気供給ブロワ9及びカソード空気供給ブロワ10を介してバーナ2及びカソード1への空気量を演算することで、凝縮器3に流入する水以外のガス分量を算出し、水自立に必要な凝縮器3の排気出口温度を求め、実際に排気温度計4で計測したプラント排気の温度に基づき、凝縮水量を調整している。
In addition, since the amount of condensed water in the condenser 3 is determined by the gas ratio other than water in the gas and the condensation temperature, for example, when a large amount of gas other than water is present, the set temperature of the refrigerant decreases or the exhaust heat recovery pump A predetermined amount of condensed water cannot be obtained unless the temperature of condensation is lowered by increasing the number of revolutions of the refrigerant 5 by increasing the circulation amount of the refrigerant and reducing the moisture content in the exhaust gas. That is, if a predetermined amount of condensed water cannot be obtained, the balance between the amount of water generated by the combustion of fuel and the amount of water in the plant exhaust is lost, and a state of G1 <G2 is established, making water independence impossible. Therefore, the control unit 7 calculates the amount of gas other than water flowing into the condenser 3 by calculating the amount of air to the
具体的には、制御部7は、この計測された温度が計算された水自立に必要な温度よりも高いか否かを判断し、高い場合には凝縮器3により凝縮される凝縮水の量を増加させるために、冷媒流路3bを循環する冷媒の設定温度を低下させるか、あるいは排熱回収ポンプ5の回転数を増加させるよう制御する。すなわち、冷媒温度設定部8を通じて冷媒の温度を所定の温度まで低下させるか、排熱回収ポンプ5の回転数を上げることで冷媒の循環量を増加させ、凝縮器3内に流入されるバーナ2及びカソード1からの排気をより冷却させることにより必要な凝縮水量を貯留タンク6内に蓄積させ、水自立状態を実現するよう制御している。
Specifically, the control unit 7 determines whether or not the measured temperature is higher than the calculated temperature necessary for water self-supporting, and if it is higher, the amount of condensed water condensed by the condenser 3 In order to increase this, control is performed so as to decrease the set temperature of the refrigerant circulating in the refrigerant flow path 3b or to increase the rotational speed of the exhaust heat recovery pump 5. That is, the
これにより、制御された冷媒温度設定部8は、冷媒流路3b内を循環する冷媒の設定温度を所定の温度まで低下させるよう動作し、あるいは排熱回収ポンプ5は、回転数をあげるよう動作し、冷媒循環量を増加させることでバーナ排気及びカソード排気の凝縮量を増加させ、燃料電池発電システムにおける水自立状態を確立する。 Thus, the controlled refrigerant temperature setting unit 8 operates to lower the set temperature of the refrigerant circulating in the refrigerant flow path 3b to a predetermined temperature, or the exhaust heat recovery pump 5 operates to increase the rotation speed. Then, by increasing the refrigerant circulation amount, the condensation amount of the burner exhaust and the cathode exhaust is increased, and the water self-sustaining state in the fuel cell power generation system is established.
1…カソード
2…バーナ
3…凝縮器
3a…排気出口
3b…冷媒流路
4…排気温度計
5…排熱回収ポンプ
6…貯留タンク
7…制御部
8…冷媒温度設定部
9…バーナ空気供給ブロワ
10…カソード空気供給ブロワ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (10)
前記凝縮器の排気出口の温度を計測する排気温度計と、
前記凝縮器内の前記排熱回収系を流れる冷媒の循環量を調整する排熱回収ポンプと、
前記排気温度計により計測された温度に基づいて、前記排熱回収ポンプの回転数を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記排気温度計により計測した前記凝縮器の排気出口の温度が、水自立状態を維持する上で必要な温度を上回る場合に、前記排熱回収ポンプの回転数を上げることで、前記凝縮器内の凝縮水を増加させるよう制御することを特徴とする燃料電池発電システム。 The exhaust gas from the cathode of the fuel cell and / or the exhaust gas from the burner is flowed in, and has a condenser for recovering water vapor through an exhaust heat recovery system, and a storage tank for storing the condensed water condensed by the condenser In the fuel cell power generation system,
An exhaust thermometer for measuring the temperature of the exhaust outlet of the condenser;
An exhaust heat recovery pump for adjusting the circulation amount of the refrigerant flowing through the exhaust heat recovery system in the condenser;
A controller that controls the number of revolutions of the exhaust heat recovery pump based on the temperature measured by the exhaust thermometer,
The control unit increases the rotational speed of the exhaust heat recovery pump when the temperature of the exhaust outlet of the condenser measured by the exhaust thermometer exceeds a temperature necessary for maintaining a water self-sustaining state. The fuel cell power generation system is controlled to increase the condensed water in the condenser.
前記制御部は、前記排気温度計により計測した前記凝縮器の排気出口温度が、水自立状態を維持する上で必要な温度を上回る場合に、前記冷媒温度設定部を通じて、排熱回収系を循環する冷媒の設定温度を低下させるよう制御することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池発電システム。 A refrigerant temperature setting unit for detecting the temperature of the refrigerant circulating in the exhaust heat recovery system in the condenser and setting the temperature;
The control unit circulates the exhaust heat recovery system through the refrigerant temperature setting unit when the exhaust outlet temperature of the condenser measured by the exhaust thermometer exceeds a temperature necessary for maintaining a water self-sustained state. 2. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein control is performed so as to lower a set temperature of the refrigerant to be performed.
前記制御部は、前記バーナ空気供給ブロワの回転数を検知することで前記バーナへの空気供給量を演算し、演算された当該空気供給量に基づいて、水自立状態を維持する上で必要な温度を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池発電システム。 A burner air supply blower for supplying off-gas from the fuel cell to the burner;
The control unit calculates the air supply amount to the burner by detecting the rotational speed of the burner air supply blower, and is necessary for maintaining a water self-sustained state based on the calculated air supply amount. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the temperature is calculated.
前記制御部は、前記カソード空気供給ブロワの回転数を検知することで前記カソードへの空気供給量を演算し、演算された当該空気供給量に基づいて、水自立状態を維持する上で必要な温度を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池発電システム。 A cathode air supply blower for supplying air to the cathode;
The control unit calculates the air supply amount to the cathode by detecting the number of rotations of the cathode air supply blower, and is necessary for maintaining a water self-sustained state based on the calculated air supply amount. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the temperature is calculated.
あるいは、前記冷媒温度設定部を通じて、排熱回収系を循環する冷媒の設定温度を低下させるよう制御することを特徴とする請求項3又は4に記載の燃料電池発電システム。 The control unit, when the exhaust outlet temperature of the condenser measured by the exhaust thermometer exceeds the temperature for maintaining the water self-supporting state calculated through the burner air supply blower and / or the cathode supply blower In addition, by increasing the number of rotations of the exhaust heat recovery pump, control to increase the condensed water in the condenser,
Alternatively, the fuel cell power generation system according to claim 3, wherein control is performed to reduce a set temperature of the refrigerant circulating in the exhaust heat recovery system through the refrigerant temperature setting unit.
前記凝縮器の排気出口の温度を計測する排気温度計と、を備え、
前記凝縮器内の前記排熱回収系を流れる冷媒の循環量を調整する排熱回収ポンプと、
前記排気温度計により計測された温度に基づいて、前記排熱回収ポンプの回転数を制御する制御ステップを実行し、
前記制御ステップは、前記排気温度計により計測した前記凝縮器の排気出口の温度が、水自立状態を維持する上で必要な温度を上回る場合に、前記排熱回収ポンプの回転数を上げることで、前記凝縮器内の凝縮水を増加させるよう制御することを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。 The exhaust gas from the cathode of the fuel cell and / or the exhaust gas from the burner is flowed in and has a condenser for recovering water vapor through an exhaust heat recovery system and a storage tank for storing the condensed water condensed by the condenser. In the control method of the fuel cell power generation system,
An exhaust thermometer that measures the temperature of the exhaust outlet of the condenser, and
An exhaust heat recovery pump for adjusting the circulation amount of the refrigerant flowing through the exhaust heat recovery system in the condenser;
Based on the temperature measured by the exhaust thermometer, a control step for controlling the rotational speed of the exhaust heat recovery pump is performed,
The control step increases the rotation speed of the exhaust heat recovery pump when the temperature of the exhaust outlet of the condenser measured by the exhaust thermometer exceeds a temperature necessary for maintaining a water self-sustained state. A control method for a fuel cell power generation system, characterized in that control is performed to increase the condensed water in the condenser.
前記制御ステップは、前記排気温度計により計測した前記凝縮器の排気出口温度が、水自立状態を維持する上で必要な温度を上回る場合に、前記冷媒温度設定部を通じて、排熱回収系を循環する冷媒の設定温度を低下させるよう制御することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池発電システムの制御方法。 A refrigerant temperature setting unit for detecting the temperature of the refrigerant circulating in the exhaust heat recovery system in the condenser and setting the temperature;
The control step circulates the exhaust heat recovery system through the refrigerant temperature setting unit when the exhaust outlet temperature of the condenser measured by the exhaust thermometer exceeds a temperature necessary for maintaining a water self-sustained state. The control method for a fuel cell power generation system according to claim 6, wherein control is performed so as to lower a set temperature of the refrigerant to be performed.
前記制御ステップは、前記バーナ空気供給ブロワの回転数を検知することで前記バーナへの空気供給量を演算し、演算された当該空気供給量に基づいて、水自立状態を維持する上で必要な温度を算出することを特徴とする請求項6又は7に記載の燃料電池発電システムの制御方法。 A burner air supply blower for supplying off-gas from the fuel cell to the burner;
The control step calculates the air supply amount to the burner by detecting the number of revolutions of the burner air supply blower, and is necessary for maintaining a water self-sustaining state based on the calculated air supply amount. The method of controlling a fuel cell power generation system according to claim 6 or 7, wherein the temperature is calculated.
前記制御ステップは、前記カソード空気供給ブロワの回転数を検知することで前記カソードへの空気供給量を演算し、演算された当該空気供給量に基づいて、水自立状態を維持する上で必要な温度を算出することを特徴とする請求項6又は7に記載の燃料電池発電システムの制御方法。 A cathode air supply blower for supplying air to the cathode;
The control step calculates the air supply amount to the cathode by detecting the number of rotations of the cathode air supply blower, and is necessary for maintaining the water self-sustained state based on the calculated air supply amount. The method of controlling a fuel cell power generation system according to claim 6 or 7, wherein the temperature is calculated.
あるいは、前記冷媒温度設定部を通じて、排熱回収系を循環する冷媒の設定温度を低下させるよう制御することを特徴とする請求項8又は9に記載の燃料電池発電システムの制御方法。 In the control step, when the exhaust outlet temperature of the condenser measured by the exhaust thermometer exceeds a temperature for maintaining a water self-supporting state calculated through the burner air supply blower and / or the cathode supply blower. In addition, by increasing the number of rotations of the exhaust heat recovery pump, control to increase the condensed water in the condenser,
Alternatively, the control method of the fuel cell power generation system according to claim 8 or 9, wherein the control is performed to reduce a set temperature of the refrigerant circulating in the exhaust heat recovery system through the refrigerant temperature setting unit.
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- 2007-03-07 JP JP2007057912A patent/JP2008218353A/en active Pending
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