JP3205599B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池で発電を行う
とともにその排熱を利用する燃料電池システムに関する
もので、特に電池冷却水の熱エネルギーを利用する冷凍
機を効率よく運転しながら燃料電池の寿命を従来と同じ
にできる電池冷却水の温度あるいは圧力を制御する燃料
電池システムに関するものである。
とともにその排熱を利用する燃料電池システムに関する
もので、特に電池冷却水の熱エネルギーを利用する冷凍
機を効率よく運転しながら燃料電池の寿命を従来と同じ
にできる電池冷却水の温度あるいは圧力を制御する燃料
電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５に従来の基本的な燃料電池および燃
料電池からの排熱を利用した冷凍機の構成を示す。燃料
電池１は主に、改質器２，電池スタック３，電池冷却水
配管４から構成され、電池冷却水配管４には、気水分離
器５，電池冷却水補給管９，電池冷却水補給ポンプ１
０，電池冷却水補給水タンク１１が接続されている。気
水分離器５には温度検出手段７が設けられており、また
燃料改質用水蒸気供給管８と、電池冷却水の有する熱エ
ネルギーを水蒸気で冷凍機へ供給するための水蒸気供給
管２０が接続されている。水蒸気供給管２０には、水蒸
気流量を制御して電池冷却水の圧力を一定に保つための
水蒸気流量制御弁６が設けられている。水蒸気流量制御
弁６および温度検出手段７は、コントローラ３１に信号
伝送線３３ａ，３３ｂを介して接続され、水蒸気流量制
御弁６はコントローラ３１により制御される。
料電池からの排熱を利用した冷凍機の構成を示す。燃料
電池１は主に、改質器２，電池スタック３，電池冷却水
配管４から構成され、電池冷却水配管４には、気水分離
器５，電池冷却水補給管９，電池冷却水補給ポンプ１
０，電池冷却水補給水タンク１１が接続されている。気
水分離器５には温度検出手段７が設けられており、また
燃料改質用水蒸気供給管８と、電池冷却水の有する熱エ
ネルギーを水蒸気で冷凍機へ供給するための水蒸気供給
管２０が接続されている。水蒸気供給管２０には、水蒸
気流量を制御して電池冷却水の圧力を一定に保つための
水蒸気流量制御弁６が設けられている。水蒸気流量制御
弁６および温度検出手段７は、コントローラ３１に信号
伝送線３３ａ，３３ｂを介して接続され、水蒸気流量制
御弁６はコントローラ３１により制御される。
【０００３】燃料電池１の電池冷却水の熱エネルギーを
利用する冷凍機は主に、吸収式冷凍機２１，水蒸気凝縮
水還水管２２，冷凍機冷却水配管２３，冷却塔２４から
構成される。図例の吸収式冷凍機２１は、高温再生器２
１ａ，低温再生器２１ｂ，凝縮器２１ｃ，吸収器２１
ｄ，蒸発器２１ｅで構成される二重効用吸収式冷凍サイ
クルを用いて、高温再生器２１ａに供給される水蒸気を
駆動熱源とし、蒸発器２１ｅから冷水を得ている。吸収
式冷凍サイクルにおいては、凝縮器２１ｃと吸収器２１
ｄを冷却する必要があり、その冷却のために冷凍機冷却
水配管２３が設けられ、その配管２３に冷却塔２４が設
けられている。高温再生器２１ａへ供給された水蒸気の
凝縮水は、水蒸気凝縮水還水管２２を通して補給水タン
ク１１へ還流され、補給水としてリサイクルされる。
利用する冷凍機は主に、吸収式冷凍機２１，水蒸気凝縮
水還水管２２，冷凍機冷却水配管２３，冷却塔２４から
構成される。図例の吸収式冷凍機２１は、高温再生器２
１ａ，低温再生器２１ｂ，凝縮器２１ｃ，吸収器２１
ｄ，蒸発器２１ｅで構成される二重効用吸収式冷凍サイ
クルを用いて、高温再生器２１ａに供給される水蒸気を
駆動熱源とし、蒸発器２１ｅから冷水を得ている。吸収
式冷凍サイクルにおいては、凝縮器２１ｃと吸収器２１
ｄを冷却する必要があり、その冷却のために冷凍機冷却
水配管２３が設けられ、その配管２３に冷却塔２４が設
けられている。高温再生器２１ａへ供給された水蒸気の
凝縮水は、水蒸気凝縮水還水管２２を通して補給水タン
ク１１へ還流され、補給水としてリサイクルされる。
【０００４】次に、この燃料電池１の電池冷却水からの
熱エネルギー回収方法について説明する。燃料電池１の
電池スタック３で発生した熱を奪った電池冷却水は、気
水分離器５に導かれ、燃料を改質して水素を製造する際
に必要となる燃料改質用水蒸気を供給し、余剰の水蒸気
を冷凍機に供給する。燃料改質および冷凍機のために電
池冷却水から失われた水蒸気分は、補給水タンク１１よ
り電池冷却水補給ポンプ１０により電池冷却水配管４に
供給される。
熱エネルギー回収方法について説明する。燃料電池１の
電池スタック３で発生した熱を奪った電池冷却水は、気
水分離器５に導かれ、燃料を改質して水素を製造する際
に必要となる燃料改質用水蒸気を供給し、余剰の水蒸気
を冷凍機に供給する。燃料改質および冷凍機のために電
池冷却水から失われた水蒸気分は、補給水タンク１１よ
り電池冷却水補給ポンプ１０により電池冷却水配管４に
供給される。
【０００５】ここで、図６の電池セル温度と電池セル劣
化速度の関係図に示すように、電池スタック３を構成し
ている電池セルの温度が高くなるに従って、電池セルに
使用されている触媒が焼結しやすくなるなどして電池セ
ルの劣化速度が速くなる。このとき、図７の電池セル温
度と電池セル電圧の関係図に示すように、燃料電池のセ
ル電圧は上昇し、発電効率が高くなる。逆に、その温度
が低くなるに従って電池セルの劣化速度は遅くなるが、
電池セル電圧が下がり発電効率は低くなる。そこで、電
池セルの冷却を行っている電池冷却水の温度あるいは圧
力が設定値以下になった場合には、水蒸気流量制御弁６
の開度を小さくして吸収式冷凍機２１に供給される水蒸
気量を少なくし、設定値以上になった場合には、水蒸気
流量制御弁６の開度を大きくして吸収式冷凍機２１に供
給される水蒸気量を多くすることにより電池冷却水の温
度あるいは圧力を一定に保ち、電池セルの温度を一定に
保っている。
化速度の関係図に示すように、電池スタック３を構成し
ている電池セルの温度が高くなるに従って、電池セルに
使用されている触媒が焼結しやすくなるなどして電池セ
ルの劣化速度が速くなる。このとき、図７の電池セル温
度と電池セル電圧の関係図に示すように、燃料電池のセ
ル電圧は上昇し、発電効率が高くなる。逆に、その温度
が低くなるに従って電池セルの劣化速度は遅くなるが、
電池セル電圧が下がり発電効率は低くなる。そこで、電
池セルの冷却を行っている電池冷却水の温度あるいは圧
力が設定値以下になった場合には、水蒸気流量制御弁６
の開度を小さくして吸収式冷凍機２１に供給される水蒸
気量を少なくし、設定値以上になった場合には、水蒸気
流量制御弁６の開度を大きくして吸収式冷凍機２１に供
給される水蒸気量を多くすることにより電池冷却水の温
度あるいは圧力を一定に保ち、電池セルの温度を一定に
保っている。
【０００６】一方、燃料電池の電池冷却水から水蒸気の
供給を受けて運転される吸収式冷凍機２１は、図８の冷
凍機への供給水蒸気温度または圧力と成績係数の関係図
に示すように、供給される水蒸気の温度あるいは圧力が
高くなるに従って、吸収式冷凍機の成績係数が上がる。
また、供給される水蒸気の温度あるいは圧力が低くなっ
ても冷凍機の冷却水温度を低くできれば冷凍機の成績係
数を一定に保つことができる。ここで、冷凍機の成績係
数が高いことは、入力される熱エネルギーに対し冷凍機
を効率良く運転できることを示している。
供給を受けて運転される吸収式冷凍機２１は、図８の冷
凍機への供給水蒸気温度または圧力と成績係数の関係図
に示すように、供給される水蒸気の温度あるいは圧力が
高くなるに従って、吸収式冷凍機の成績係数が上がる。
また、供給される水蒸気の温度あるいは圧力が低くなっ
ても冷凍機の冷却水温度を低くできれば冷凍機の成績係
数を一定に保つことができる。ここで、冷凍機の成績係
数が高いことは、入力される熱エネルギーに対し冷凍機
を効率良く運転できることを示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の燃料電池システムは燃料電池，吸収式冷凍機が上記
した特性を有するため、図９の吸収式冷凍機の冷房能力
と電池セルの劣化速度の説明図に示すように、従来は吸
収式冷凍機の冷却水温度が上がった場合にも燃料電池の
電池冷却水温度あるいは圧力が一定に保たれているた
め、冷房能力を多く必要とする夏期に吸収式冷凍機の成
績係数が下がるという欠点があった。なお、この場合、
電池劣化速度は年間をとおして一定に保たれる。
来の燃料電池システムは燃料電池，吸収式冷凍機が上記
した特性を有するため、図９の吸収式冷凍機の冷房能力
と電池セルの劣化速度の説明図に示すように、従来は吸
収式冷凍機の冷却水温度が上がった場合にも燃料電池の
電池冷却水温度あるいは圧力が一定に保たれているた
め、冷房能力を多く必要とする夏期に吸収式冷凍機の成
績係数が下がるという欠点があった。なお、この場合、
電池劣化速度は年間をとおして一定に保たれる。
【０００８】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、電池セルの寿命は従来
と同じに保ちながら、燃料電池の排熱によって運転され
る吸収式冷凍機の成績係数を高くするようにした燃料電
池システムを提供することにある。
されたものであり、その目的は、電池セルの寿命は従来
と同じに保ちながら、燃料電池の排熱によって運転され
る吸収式冷凍機の成績係数を高くするようにした燃料電
池システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の燃料電池システムにおいては、水素と酸素
を反応させて発電を行うとともに、電池冷却水から気水
分離手段により水蒸気を発生させる燃料電池と、前記水
蒸気の熱エネルギーを利用して冷房を行い前記燃料電池
の電池冷却水として還流する凝縮水を前記水蒸気から生
成する冷凍機とから構成される燃料電池システムの構成
を、前記燃料電池の電池冷却水温度検出手段と、前記気
水分離手段から前記冷凍機へ供給する水蒸気の流量を制
御して前記電池冷却水の温度を制御する電池冷却水温度
制御手段と、前記冷凍機の冷却水温度検出手段と、前記
冷凍機冷却水温度検出手段からの検出信号を入力して電
池冷却水の温度設定値を前記冷凍機の冷却水温度が高い
場合には高くし、前記冷凍機の冷却水温度が低い場合に
は低くするよう演算し、前記電池冷却水温度検出手段で
検出した電池冷却水温度と前記温度設定値の偏差がなく
なるように前記電池冷却水温度制御手段に制御信号を出
力する機能をもったコントローラとを、設けたものとす
るか、もしくは、前記燃料電池の電池冷却水圧力検出手
段と、前記気水分離手段から前記冷凍機へ供給する水蒸
気の流量を制御して前記電池冷却水の圧力を制御する電
池冷却水圧力制御手段と、前記冷凍機の冷却水温度検出
手段と、前記冷凍機冷却水温度検出手段からの検出信号
を入力して電池冷却水の温度設定値と相関を有する電池
冷却水の圧力設定値を冷凍機の冷却水温度が高い場合に
は高くし、冷凍機の冷却水温度が低い場合には低くする
よう演算し、前記電池冷却水圧力検出手段で検出した電
池冷却水圧力と前記圧力設定値の偏差がなくなるように
前記電池冷却水圧力制御手段に制御信号を出力する機能
をもったコントローラとを、設けたものにすることを特
徴としている。
め、本発明の燃料電池システムにおいては、水素と酸素
を反応させて発電を行うとともに、電池冷却水から気水
分離手段により水蒸気を発生させる燃料電池と、前記水
蒸気の熱エネルギーを利用して冷房を行い前記燃料電池
の電池冷却水として還流する凝縮水を前記水蒸気から生
成する冷凍機とから構成される燃料電池システムの構成
を、前記燃料電池の電池冷却水温度検出手段と、前記気
水分離手段から前記冷凍機へ供給する水蒸気の流量を制
御して前記電池冷却水の温度を制御する電池冷却水温度
制御手段と、前記冷凍機の冷却水温度検出手段と、前記
冷凍機冷却水温度検出手段からの検出信号を入力して電
池冷却水の温度設定値を前記冷凍機の冷却水温度が高い
場合には高くし、前記冷凍機の冷却水温度が低い場合に
は低くするよう演算し、前記電池冷却水温度検出手段で
検出した電池冷却水温度と前記温度設定値の偏差がなく
なるように前記電池冷却水温度制御手段に制御信号を出
力する機能をもったコントローラとを、設けたものとす
るか、もしくは、前記燃料電池の電池冷却水圧力検出手
段と、前記気水分離手段から前記冷凍機へ供給する水蒸
気の流量を制御して前記電池冷却水の圧力を制御する電
池冷却水圧力制御手段と、前記冷凍機の冷却水温度検出
手段と、前記冷凍機冷却水温度検出手段からの検出信号
を入力して電池冷却水の温度設定値と相関を有する電池
冷却水の圧力設定値を冷凍機の冷却水温度が高い場合に
は高くし、冷凍機の冷却水温度が低い場合には低くする
よう演算し、前記電池冷却水圧力検出手段で検出した電
池冷却水圧力と前記圧力設定値の偏差がなくなるように
前記電池冷却水圧力制御手段に制御信号を出力する機能
をもったコントローラとを、設けたものにすることを特
徴としている。
【００１０】
【作用】本発明の燃料電池システムでは、燃料電池の電
池冷却水の熱エネルギーを利用して運転される吸収式冷
凍機の冷凍機冷却水温度を測定することにより、その冷
凍機冷却水温度に応じて燃料電池の電池冷却水の温度ま
たは圧力設定値を計算し、この温度または圧力設定値に
なるように電池冷却水温度制御手段あるいは圧力制御手
段を制御する。これにより、燃料電池の電池冷却水の温
度または圧力を吸収式冷凍機の冷却水温度により変化さ
せ、年間を平均しての燃料電池の劣化を同じにして寿命
は従来と同じ値を保ちながら、年間を通して吸収式冷凍
機の成績係数を高める。
池冷却水の熱エネルギーを利用して運転される吸収式冷
凍機の冷凍機冷却水温度を測定することにより、その冷
凍機冷却水温度に応じて燃料電池の電池冷却水の温度ま
たは圧力設定値を計算し、この温度または圧力設定値に
なるように電池冷却水温度制御手段あるいは圧力制御手
段を制御する。これにより、燃料電池の電池冷却水の温
度または圧力を吸収式冷凍機の冷却水温度により変化さ
せ、年間を平均しての燃料電池の劣化を同じにして寿命
は従来と同じ値を保ちながら、年間を通して吸収式冷凍
機の成績係数を高める。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１２】図１は本発明の第一の実施例の構成を示す
図である。本実施例の基本的な構成は図５の従来例と同
様であり、同様の構成要素には同一符号を付して、その
詳細を省略する。本実施例は、図５の従来例と比較し
て、気水分離器５から水蒸気供給配管２０を通して吸収
式冷凍機２１の高温再生器２１ａに導びかれる水蒸気量
の制御する制御系の構成が異なる。
図である。本実施例の基本的な構成は図５の従来例と同
様であり、同様の構成要素には同一符号を付して、その
詳細を省略する。本実施例は、図５の従来例と比較し
て、気水分離器５から水蒸気供給配管２０を通して吸収
式冷凍機２１の高温再生器２１ａに導びかれる水蒸気量
の制御する制御系の構成が異なる。
【００１３】即ち本実施例では、吸収式冷凍機２１の冷
却水配管２３に冷却水温度検出手段３０を設け、その検
出温度をコントローラ３１に信号伝送線３３ｃを通して
入力する。コントローラ３１は、上記吸収式冷凍機２１
の冷却水温度に応じて電池冷却水温度を設定し、信号伝
送線３３ｂを通して電池冷却水温度検出手段７から入力
される検出温度を上記の設定温度になるように水蒸気流
量制御弁６を制御し、吸収式冷凍機２１への水蒸気供給
量を制御する。
却水配管２３に冷却水温度検出手段３０を設け、その検
出温度をコントローラ３１に信号伝送線３３ｃを通して
入力する。コントローラ３１は、上記吸収式冷凍機２１
の冷却水温度に応じて電池冷却水温度を設定し、信号伝
送線３３ｂを通して電池冷却水温度検出手段７から入力
される検出温度を上記の設定温度になるように水蒸気流
量制御弁６を制御し、吸収式冷凍機２１への水蒸気供給
量を制御する。
【００１４】以上のように構成した実施例の動作および
作用について説明する。
作用について説明する。
【００１５】燃料電池の吸収式冷凍機の冷却水温度検出
手段３０で検出した冷凍機冷却水温度計測信号をコント
ローラ３１に入力し、この冷凍機冷却水温度に基づい
て、あらかじめコントローラ３１に記憶させた図３に示
すような冷凍機冷却水温度と電池冷却水温度設定値の関
係式により、電池冷却水温度設定値を算出する。このと
き、コントローラ３１において、冷凍機冷却水温度検出
手段３０で検出した冷凍機冷却水温度が高い場合には燃
料電池の電池冷却水温度設定値を高くし、冷凍機冷却水
温度が低い場合には電池冷却水温度設定値を低くするよ
うにする。次に電池冷却水温度手段７により検出した電
池冷却水温度と算出された設定値の偏差を算出し、この
偏差がなくなるように、電池冷却水温度制御手段である
水蒸気流量制御弁６の開度を制御する。
手段３０で検出した冷凍機冷却水温度計測信号をコント
ローラ３１に入力し、この冷凍機冷却水温度に基づい
て、あらかじめコントローラ３１に記憶させた図３に示
すような冷凍機冷却水温度と電池冷却水温度設定値の関
係式により、電池冷却水温度設定値を算出する。このと
き、コントローラ３１において、冷凍機冷却水温度検出
手段３０で検出した冷凍機冷却水温度が高い場合には燃
料電池の電池冷却水温度設定値を高くし、冷凍機冷却水
温度が低い場合には電池冷却水温度設定値を低くするよ
うにする。次に電池冷却水温度手段７により検出した電
池冷却水温度と算出された設定値の偏差を算出し、この
偏差がなくなるように、電池冷却水温度制御手段である
水蒸気流量制御弁６の開度を制御する。
【００１６】以下に、本発明の第二の実施例を説明す
る。図２は、その構成を示す図である。本実施例は、図
１の第一の実施例における電池冷却水温度検出手段に代
えて、電池冷却水圧力検出手段４０を気水分離器５に設
けたものであり、それ以外の構成は第一の実施例と同様
である。
る。図２は、その構成を示す図である。本実施例は、図
１の第一の実施例における電池冷却水温度検出手段に代
えて、電池冷却水圧力検出手段４０を気水分離器５に設
けたものであり、それ以外の構成は第一の実施例と同様
である。
【００１７】このように構成した第二の実施例の動作お
よび作用について説明する。
よび作用について説明する。
【００１８】燃料電池の吸収式冷凍機の冷却水温度検出
手段３０で検出した冷凍機冷却水温度測信号をコントロ
ーラ３１に入力し、この冷却水温度に基づいて、あらか
じめコントローラ３１に記憶させた図３に示すような冷
凍機冷却水温度と電池冷却水圧力設定値の関係式によ
り、電池冷却水圧力設定値を算出する。このとき、コン
トローラ３１において、冷凍機冷却水温度検出手段３０
で検出した冷凍機冷却水温度が高い場合には燃料電池の
電池冷却水圧力設定値を高くし、冷凍機冷却水温度が低
い場合には電池冷却水圧力設定値を低くするようにす
る。次に電池冷却水圧力手段４０により検出した電池冷
却水圧力と算出された設定値の偏差を算出し、この偏差
がなくなるように、電池冷却水圧力制御手段である水蒸
気流量制御弁６の開度を制御する。
手段３０で検出した冷凍機冷却水温度測信号をコントロ
ーラ３１に入力し、この冷却水温度に基づいて、あらか
じめコントローラ３１に記憶させた図３に示すような冷
凍機冷却水温度と電池冷却水圧力設定値の関係式によ
り、電池冷却水圧力設定値を算出する。このとき、コン
トローラ３１において、冷凍機冷却水温度検出手段３０
で検出した冷凍機冷却水温度が高い場合には燃料電池の
電池冷却水圧力設定値を高くし、冷凍機冷却水温度が低
い場合には電池冷却水圧力設定値を低くするようにす
る。次に電池冷却水圧力手段４０により検出した電池冷
却水圧力と算出された設定値の偏差を算出し、この偏差
がなくなるように、電池冷却水圧力制御手段である水蒸
気流量制御弁６の開度を制御する。
【００１９】以上の本発明の各実施例によれば、図４の
冷凍機の供給水蒸気温度と冷凍機の成績係数の関係図に
示すように、冷凍機の冷却水温度が高い夏期には燃料電
池の電池冷却水の温度または圧力を高くし、冷却水温度
が低い冬期には燃料電池の電池冷却水の温度または圧力
を低くするので、冷凍機の成績係数を年間をとおして高
く保てる。特にこれまでのように、冷房能力を多く必要
とする夏期に吸収式冷凍機の成績係数が下がるというよ
うな従来の欠点がなくなる。
冷凍機の供給水蒸気温度と冷凍機の成績係数の関係図に
示すように、冷凍機の冷却水温度が高い夏期には燃料電
池の電池冷却水の温度または圧力を高くし、冷却水温度
が低い冬期には燃料電池の電池冷却水の温度または圧力
を低くするので、冷凍機の成績係数を年間をとおして高
く保てる。特にこれまでのように、冷房能力を多く必要
とする夏期に吸収式冷凍機の成績係数が下がるというよ
うな従来の欠点がなくなる。
【００２０】燃料電池の電池セル温度と電池セルの劣化
速度の関係は図６に示すように指数関数の関係である
が、例えば従来の燃料電池の電池セル温度を１９０℃、
本発明による燃料電池の電池冷却水温度制御による電池
セル温度を夏期３ケ月は２００℃、冬期４．５ケ月は１
８０℃とした場合、夏期の電池セルの劣化速度は従来の
１．６倍となるが、冬期は０．６倍となり、年間平均の
劣化速度は従来と同じになる。一方、図７に示すように
燃料電池の電池冷却水温度と電池セル電圧すなわち発電
効率の関係は線型であるが、従来の燃料電池のセル電圧
は約０．６Ｖ、本発明による燃料電池のセル電圧は夏期
３ケ月は０．６１Ｖ、冬期４．５ケ月は０．５９Ｖとな
る。この結果、夏期３ケ月の発電効率は１．０１７倍、
冬期４．５ケ月の発電効率は０．９８３倍となり、年間
平均の発電効率は０．９９７倍となって従来とほぼ同じ
値となる。
速度の関係は図６に示すように指数関数の関係である
が、例えば従来の燃料電池の電池セル温度を１９０℃、
本発明による燃料電池の電池冷却水温度制御による電池
セル温度を夏期３ケ月は２００℃、冬期４．５ケ月は１
８０℃とした場合、夏期の電池セルの劣化速度は従来の
１．６倍となるが、冬期は０．６倍となり、年間平均の
劣化速度は従来と同じになる。一方、図７に示すように
燃料電池の電池冷却水温度と電池セル電圧すなわち発電
効率の関係は線型であるが、従来の燃料電池のセル電圧
は約０．６Ｖ、本発明による燃料電池のセル電圧は夏期
３ケ月は０．６１Ｖ、冬期４．５ケ月は０．５９Ｖとな
る。この結果、夏期３ケ月の発電効率は１．０１７倍、
冬期４．５ケ月の発電効率は０．９８３倍となり、年間
平均の発電効率は０．９９７倍となって従来とほぼ同じ
値となる。
【００２１】なお、本発明が適用できる冷凍機は、実施
例に示した二重効用の吸収式冷凍機に限るものではな
く、単効用の吸収式冷凍機など他の冷凍機であっても良
い。また、本発明に用いる燃料電池も、燃料を改質する
ものに限るものではなく、燃料を改質する必要のないも
のなど他の燃料電池であっても良い。
例に示した二重効用の吸収式冷凍機に限るものではな
く、単効用の吸収式冷凍機など他の冷凍機であっても良
い。また、本発明に用いる燃料電池も、燃料を改質する
ものに限るものではなく、燃料を改質する必要のないも
のなど他の燃料電池であっても良い。
【００２２】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
燃料電池システムは、燃料電池の電池冷却水の熱エネル
ギーを利用して運転される吸収式冷凍機の冷却水温度を
測定して、この冷凍機冷却水温度が高い夏期には燃料電
池の電池冷却水温度または圧力設定値を高くし、冷凍機
冷却水温度が低い冬期には電池冷却水温度または圧力設
定値を低くするように制御するので吸収式冷凍機の成績
係数を年間をとおして高く保つことができる。一方、電
池セルは電池冷却水温度または圧力が高くなる夏期には
電池セル劣化速度が速くなり発電効率も高くなるが、電
池冷却水温度または圧力は低くなる冬期には電池セル劣
化速度は遅くなり発電効率は低くなる。この結果年間を
平均すると電池セルの劣化速度も発電効率も従来と同じ
になる。また発電効率を多少犠牲にして電池セルの劣化
速度を遅くすることも可能である。
燃料電池システムは、燃料電池の電池冷却水の熱エネル
ギーを利用して運転される吸収式冷凍機の冷却水温度を
測定して、この冷凍機冷却水温度が高い夏期には燃料電
池の電池冷却水温度または圧力設定値を高くし、冷凍機
冷却水温度が低い冬期には電池冷却水温度または圧力設
定値を低くするように制御するので吸収式冷凍機の成績
係数を年間をとおして高く保つことができる。一方、電
池セルは電池冷却水温度または圧力が高くなる夏期には
電池セル劣化速度が速くなり発電効率も高くなるが、電
池冷却水温度または圧力は低くなる冬期には電池セル劣
化速度は遅くなり発電効率は低くなる。この結果年間を
平均すると電池セルの劣化速度も発電効率も従来と同じ
になる。また発電効率を多少犠牲にして電池セルの劣化
速度を遅くすることも可能である。
【図１】本発明の第一の実施例を示す構成図
【図２】本発明の第二の実施例を示す構成図
【図３】上記本発明の実施例のコントローラに記憶され
た冷凍機冷却水温度と電池冷却水温度設定値の関係式を
示す図
た冷凍機冷却水温度と電池冷却水温度設定値の関係式を
示す図
【図４】本発明の効果を説明する図
【図５】従来の基本的な燃料電池および燃料電池からの
排熱を利用した冷凍機の構成を示す図
排熱を利用した冷凍機の構成を示す図
【図６】電池セル温度と電池セルの劣化速度の関係を示
す図
す図
【図７】電池セル温度と電池セル電圧の関係を示す図
【図８】冷凍機に供給される水蒸気の温度と冷凍機の成
績係数の関係を示す図
績係数の関係を示す図
【図９】従来の技術による吸収式冷凍機の冷房能力と電
池セルの劣化速度を説明する図
池セルの劣化速度を説明する図
１…燃料電池 ２…改質器 ３…電池スタック ４…電池冷却水配管 ５…気水分離器 ６…水蒸気流量制御弁 ７…電池冷却水温度検出手段 １０…電池冷却水補給ポンプ ２０…水蒸気供給配管 ２１…吸収式冷凍機 ２１ａ…高温再生器 ２２…凝縮水用配管 ２３…冷凍機冷却水配管 ２４…冷却塔 ３０…吸収式冷凍機の冷却水温度検出手段 ３１…コントローラ ４０…電池冷却水圧力検出手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 勇 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 藁谷 至誠 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 田村 豊一 東京都港区海岸１丁目５番20号 東京瓦 斯株式会社内 (72)発明者 西崎 邦博 東京都港区海岸１丁目５番20号 東京瓦 斯株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/04 H01M 8/00
Claims (2)
- 【請求項１】 水素と酸素を反応させて発電を行うとと
もに、電池冷却水から気水分離手段により水蒸気を発生
させる燃料電池と、前記水蒸気の熱エネルギーを利用し
て冷房を行い前記燃料電池の電池冷却水として還流する
凝縮水を前記水蒸気から生成する冷凍機とから構成され
る燃料電池システムにおいて、 前記燃料電池の電池冷却水温度検出手段と、前記気水分
離手段から前記冷凍機へ供給する水蒸気の流量を制御し
て前記電池冷却水の温度を制御する電池冷却水温度制御
手段と、前記冷凍機の冷却水温度検出手段と、前記冷凍
機冷却水温度検出手段からの検出信号を入力して電池冷
却水の温度設定値を前記冷凍機の冷却水温度が高い場合
には高くし、前記冷凍機の冷却水温度が低い場合には低
くするよう演算し、前記電池冷却水温度検出手段で検出
した電池冷却水温度と前記温度設定値の偏差がなくなる
ように前記電池冷却水温度制御手段に制御信号を出力す
る機能をもったコントローラとを、設けたことを特徴と
する燃料電池システム。 - 【請求項２】 水素と酸素を反応させて発電を行うとと
もに、電池冷却水から気水分離手段により水蒸気を発生
させる燃料電池と、前記水蒸気の熱エネルギーを利用し
て冷房を行い前記燃料電池の電池冷却水として還流する
凝縮水を前記水蒸気から生成する冷凍機とから構成され
る燃料電池システムにおいて、 前記燃料電池の電池冷却水圧力検出手段と、前記気水分
離手段から前記冷凍機へ供給する水蒸気の流量を制御し
て前記電池冷却水の圧力を制御する電池冷却水圧力制御
手段と、前記冷凍機の冷却水温度検出手段と、前記冷凍
機冷却水温度検出手段からの検出信号を入力して電池冷
却水の温度設定値と相関を有する電池冷却水の圧力設定
値を冷凍機の冷却水温度が高い場合には高くし、冷凍機
の冷却水温度が低い場合には低くするよう演算し、前記
電池冷却水圧力検出手段で検出した電池冷却水圧力と前
記圧力設定値の偏差がなくなるように前記電池冷却水圧
力制御手段に制御信号を出力する機能をもったコントロ
ーラとを、設けたことを特徴とする燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19356892A JP3205599B2 (ja) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19356892A JP3205599B2 (ja) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | 燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0636786A JPH0636786A (ja) | 1994-02-10 |
| JP3205599B2 true JP3205599B2 (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=16310187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19356892A Expired - Lifetime JP3205599B2 (ja) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3205599B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6054229A (en) * | 1996-07-19 | 2000-04-25 | Ztek Corporation | System for electric generation, heating, cooling, and ventilation |
| JP5083195B2 (ja) * | 2008-12-19 | 2012-11-28 | 富士電機株式会社 | 燃料電池発電装置の排熱利用方法および装置 |
| DE102010032886A1 (de) | 2010-07-30 | 2012-02-02 | Daimler Ag | Elektrisches Energieversorgungssystem |
-
1992
- 1992-07-21 JP JP19356892A patent/JP3205599B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0636786A (ja) | 1994-02-10 |
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