JP2009170111A - 燃料電池発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 キュービクル式受電設備の熱を燃料電池の暖機運転に利用し、総合発電効率を高めることができる燃料電池発電システムを提供する。
【解決手段】 燃料電池発電設備２にキュービクル式受電設備３を並設する。キュービクル式受電設備３の天井部１２に換気扇１３と集熱器１４を設置し、換気扇１３により機器格納室１０内の空気１７を集熱器１４の内側に取り込む。ヒートパイプ１８のほぼ半分を集熱器１４の内側に配管し、残り半分を燃料電池発電設備２側の放熱器１９内に配管する。燃料電池５の冷却用循環水７を放熱器１９の内側に流通させ、ヒートパイプ１８を流動する熱媒体により集熱器１４側で機器格納室１０内の熱を回収し、放熱器１９側で冷却用循環水７を加温する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池発電設備にキュービクル式受電設備を並設した燃料電池発電システムに関する。

従来、燃料電池の起動時に暖機運転を行う燃料電池発電システムが知られている。例えば、特許文献１には、図２に示すように、燃料電池５１の起動時に、バーナー５２により熱交換器５３を介して冷却用循環水５４を加熱し、燃料電池５１を所定の運転温度まで昇温させるシステムが開示されている。特許文献２には、図３に示すように、貯水タンク５５内のヒータ５６にバッテリーや燃料電池５１の電力を供給し、ヒータ５６で燃料電池５１の冷却用循環水５４を加熱するシステムが開示されている。
特開２００２−９３４４６号公報 特開平７−９４２０２号公報

ところが、従来の燃料電池発電システムによると、燃料電池５１の暖機運転を行うために、バーナー５２やヒータ５６等の専用の熱源が必要であった。特に、純水素を使用する発電システムでは、改質器等の付帯設備の熱を利用できないため、暖機運転用の熱源が不可欠となり、燃料や電力の消費量が嵩み、総合発電効率が低下するという不都合があった。また、熱源を制御するために燃料電池発電設備の制御回路が複雑になるという問題点もあった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、キュービクル式受電設備の熱を燃料電池の暖機運転に利用し、総合発電効率を高めることができる燃料電池発電システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は次のような手段（１）〜（３）を提供する。
（１）燃料電池発電設備にキュービクル式受電設備を並設し、キュービクル式受電設備の筺体に換気扇と集熱器を設置し、換気扇により筺体内部の空気を集熱器の内側に流通させ、集熱器の内側にヒートパイプを配管し、燃料電池発電設備に放熱器を設置し、放熱器の内側に燃料電池の冷却用循環水を流通させるとともに、ヒートパイプの延長部を配管し、ヒートパイプを流動する熱媒体が集熱器側でキュービクル式受電設備の熱を回収し、放熱器側で燃料電池の冷却用循環水を加温することを特徴とする燃料電池発電システム。

（２）換気扇と集熱器とを筺体の天井部に設置したことを特徴とする上記（１）に記載の燃料電池発電システム。

（３）集熱器が筺体内部に開口する吸気口と、換気扇に接続される排気口とを備え、ヒートパイプが集熱器の内側において吸気口から排気口に向って延びるように配管されていることを特徴とする上記（２）に記載の燃料電池発電システム。

本発明の燃料電池発電システムによれば、キュービクル式受電設備側の集熱器と燃料電池発電設備側の放熱器とをヒートパイプで連接したので、キュービクル式受電設備の筺体内部に発生した熱を燃料電池の暖機運転に利用でき、システムの総合発電効率を高めることができるという効果がある。

特に、換気扇と集熱器を筺体の天井部に設置したので、キュービクル式受電設備を屋外に据え付けた場合に、天井部で吸収した太陽熱を筺体内部の熱と一緒に有効利用でき、冷却用循環水をさらに効率よく加温できるという効果がある。

また、ヒートパイプを集熱器の吸気口から排気口に向って延びるように配管したので、集熱器による熱交換作用を促進できるという効果もある。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、この燃料電池発電システム１では、需要家の構内（屋外）に燃料電池発電設備２とキュービクル式受電設備３とが並設されている。燃料電池発電設備２は、筺体４の内部に燃料電池５と水槽６とを設備している。燃料電池５は、キュービクル式受電設備３のバックアップ電源あるいは連系電源として運転される。水槽６には、燃料電池５を冷却するための冷却用循環水７が貯留されている。

キュービクル式受電設備３は、筺体９の内部に機器格納室１０を備えている。機器格納室１０には、トランス１１のほか、リアクトル、進相コンデンサ、ＶＣＢ（真空遮断機）、ブレーカ等の各種受電・配電用の機器が格納されている。これらの機器は、電力会社系統から受けた電力を需要家の多数の負荷機器に配電するための高圧機器であって、通電磁の発熱により機器格納室１０内の空気１７を昇温させる。

筺体９の天井部１２には、上面に換気扇１３が設置され、下面に集熱器１４が設置されている。集熱器１４は天井部１２に沿って広がる薄箱形のダクト状に形成され、集熱器１４の一端部に機器格納室１０に開口する吸気口１５が設けられ、他端部に換気扇１３に接続される排気口１６が設けられている。そして、換気扇１３の回転により、機器格納室１０内の昇温空気１７を吸気口１５から集熱器１４に取り込み、集熱器１４の内側を流通させた後に、排気口１６から換気扇１３を通して設備外に排出するようになっている。

集熱器１４の内側には、ヒートパイプ１８の略半分が吸気口１５から排気口１６に向って延びるように配管されている。燃料電池発電設備２の筺体４には、集熱器１４と略同じ高さに放熱器１９が設置され、放熱器１９の内側にヒートパイプ１８の残り半分（延長部）が配管されている。ヒートパイプ１８の内部には熱媒体が密閉状態で封入され、集熱器１４と放熱器１９との温度差に従って双方間を流動するようになっている。

放熱器１９の両端部には給水管２０と排水管２１がと接続され、給水管２０上にポンプ２２が設けられている。燃料電池５の冷却用循環水７は、水槽６から給水管２０を通って放熱器１９に流入し、放熱器１９の内側を流通した後に、排水管２１を通って燃料電池５に還流する。そして、燃料電池５の待機中及び暖機運転中に、ヒートパイプ１８の熱媒体が集熱器１４側でキュービクル式受電設備３の熱を回収し、放熱器１９側で燃料電池５の冷却用循環水７を加温するように構成されている。

なお、放熱器１９の内側には、冷却用循環水７を流通させるための管路（図示略）がヒートパイプ１８と熱交換可能な形態（例えば、内外二重または平行な形態）で配管されている。あるいは、放熱器１９の内側に冷却用循環水７を貯え、循環水７中にヒートパイプ１８を配管してもよい。燃料電池発電設備２とキュービクル式受電設備３は、図示例のように接合状態で並設してもよく、所要の間隔をあけて並設してもよい。

上記構成の燃料電池発電システム１において、換気扇１３が回転すると、機器格納室１０内の昇温空気１７が集熱器１４を通って筺体９の外部に排出される。このとき、集熱器１４が熱交換器として機能し、昇温空気１７の熱をヒートパイプ１８の熱媒体に伝える。熱媒体は温度上昇に伴って集熱器１４から放熱器１９側に流動し、燃料電池５の冷却用循環水７を加温する。したがって、キュービクル式受電設備３に発生した熱を有効に利用し、待機中または起動時に燃料電池５を高温に保ち、随時に暖機運転を行うことができる。

また、換気扇１３と集熱器１４が筺体９の天井部１２に設置されているので、太陽熱による天井部１２の蓄熱をヒートパイプ１８で効率よく回収し、放熱器１９側に移すことができる。しかも、ヒートパイプ１８は、集熱器１４の吸気口１５から排気口１６に向って延びているので、集熱器１４による熱交換作用を促進し、冷却用循環水７を早期に加温できる。したがって、燃料電池発電システム１を冷房等の電力需要が多い夏季のピーク電力補完システムとして経済的に使用することができる。

一方、燃料電池５の運転中は、冷却用循環水７の温度が上昇し、集熱器１４と放熱器１９の温度条件が逆転する。このときは、ヒートパイプ１８の熱媒体が放熱器１９側で冷却用循環水７の熱を回収し、集熱器１４側で機器格納室１０内の空気１７を加熱する。そして、加熱された空気１７が換気扇１３によってキュービクル式受電設備３の外部に放出される。したがって、集熱器１４を燃料電池５のラジエータとして機能させ、冷却用循環水７の温度を早期に低下させ、燃料電池５を適正な温度で運転することができる。

本発明の一実施形態を示す燃料電池発電システムの概略図である。 従来の燃料電池発電システムを示す概略図である。 従来の別の燃料電池発電システムを示す概略図である。

符号の説明

１ 燃料電池発電システム
２ 燃料電池発電設備
３ キュービクル式受電設備
５ 燃料電池
７ 冷却用循環水
９ キュービクル式受電設備の筺体
１２ 天井部
１３ 換気扇
１４ 集熱器
１５ 吸気口
１６ 排気口
１８ ヒートパイプ
１９ 放熱器

Claims (3)

1. 燃料電池発電設備にキュービクル式受電設備を並設し、キュービクル式受電設備の筺体に換気扇と集熱器を設置し、換気扇により筺体内部の空気を集熱器の内側に流通させ、集熱器の内側にヒートパイプを配管し、燃料電池発電設備に放熱器を設置し、放熱器の内側に燃料電池の冷却用循環水を流通させるとともに、前記ヒートパイプの延長部を配管し、ヒートパイプを流動する熱媒体が集熱器側でキュービクル式受電設備の熱を回収し、放熱器側で燃料電池の冷却用循環水を加温することを特徴とする燃料電池発電システム。
2. 前記換気扇と集熱器とを筺体の天井部に設置したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
3. 前記集熱器が筺体内部に開口する吸気口と、換気扇に接続される排気口とを備え、前記ヒートパイプが集熱器の内側において吸気口から排気口に向って延びるように配管されていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池発電システム。

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