JP3350164B2 - 燃料電池熱電併給設備及びその冷却水排熱回収方法 - Google Patents
燃料電池熱電併給設備及びその冷却水排熱回収方法Info
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- JP3350164B2 JP3350164B2 JP20808693A JP20808693A JP3350164B2 JP 3350164 B2 JP3350164 B2 JP 3350164B2 JP 20808693 A JP20808693 A JP 20808693A JP 20808693 A JP20808693 A JP 20808693A JP 3350164 B2 JP3350164 B2 JP 3350164B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池の発電時生じ
る反応熱を除熱する冷却水の排熱を回収して排ガスター
ビンにより動力、並びに吸収式冷凍機により冷水を得る
燃料電池熱電併給設備の冷却水排熱回収方法及びその装
置に関する。
る反応熱を除熱する冷却水の排熱を回収して排ガスター
ビンにより動力、並びに吸収式冷凍機により冷水を得る
燃料電池熱電併給設備の冷却水排熱回収方法及びその装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の発電時生じる反応熱を除熱し
た冷却水は水蒸気分離器に導かれて水蒸気と冷却水とに
分離され、冷却水は再び反応熱の除熱に使用されるが、
水蒸気は燃料改質装置にて水蒸気改質のために供給され
る天然ガス，ＬＰＧ，メタノールのような炭化水素系や
アルコール系の原燃料に付加されるとともに、残りの余
剰の水蒸気は発電機を駆動する排ガスタービンや燃料電
池に反応ガスの空気を供給するコンプレッサを駆動する
排ガスタービンに供給されて冷却水の排熱を回収してい
る。
た冷却水は水蒸気分離器に導かれて水蒸気と冷却水とに
分離され、冷却水は再び反応熱の除熱に使用されるが、
水蒸気は燃料改質装置にて水蒸気改質のために供給され
る天然ガス，ＬＰＧ，メタノールのような炭化水素系や
アルコール系の原燃料に付加されるとともに、残りの余
剰の水蒸気は発電機を駆動する排ガスタービンや燃料電
池に反応ガスの空気を供給するコンプレッサを駆動する
排ガスタービンに供給されて冷却水の排熱を回収してい
る。
【０００３】以下従来技術について図面を用いて説明す
る。図４は冷却水の排熱を回収する燃料電池熱電併給設
備の系統図である。図４において燃料電池１は図示しな
い電解質層と、この電解質層を挟持する燃料極２及び空
気極３と、伝熱管４を有する冷却板５とを備えている。
燃料改質装置６は原燃料を水蒸気改質する触媒が充填さ
れた反応部７と、この反応部７を加熱するための燃焼ガ
スを発生させるバーナ８とを備えている。
る。図４は冷却水の排熱を回収する燃料電池熱電併給設
備の系統図である。図４において燃料電池１は図示しな
い電解質層と、この電解質層を挟持する燃料極２及び空
気極３と、伝熱管４を有する冷却板５とを備えている。
燃料改質装置６は原燃料を水蒸気改質する触媒が充填さ
れた反応部７と、この反応部７を加熱するための燃焼ガ
スを発生させるバーナ８とを備えている。
【０００４】水蒸気分離器１２は燃料電池１の発電時生
じる反応熱を除熱した冷却水を水蒸気と冷却水とに分離
し、冷却水循環系１０は循環ポンプ１１を備えて燃料電
池１の伝熱管４と水蒸気分離器１２との間に接続して設
けられている。改質ガス供給系１３は燃料改質装置６の
反応部７と燃料電池１の燃料極２とに接続し、また燃料
オフガス排出系１４は燃料極２と燃料改質装置６のバー
ナ８とに接続して設けられている。
じる反応熱を除熱した冷却水を水蒸気と冷却水とに分離
し、冷却水循環系１０は循環ポンプ１１を備えて燃料電
池１の伝熱管４と水蒸気分離器１２との間に接続して設
けられている。改質ガス供給系１３は燃料改質装置６の
反応部７と燃料電池１の燃料極２とに接続し、また燃料
オフガス排出系１４は燃料極２と燃料改質装置６のバー
ナ８とに接続して設けられている。
【０００５】空気供給系１５は電動機１６で駆動される
コンプレッサ１７と燃料電池１の空気極３とに接続し、
さらにこれより分岐して燃焼空気供給系１８が燃料改質
装置６のバーナ８に接続して設けられている。空気オフ
ガス排出系２０は燃料電池１の空気極３に接続され、燃
料改質装置６のバーナ８での燃焼により生じた燃焼ガス
の燃焼排ガスの出口と発電機２１を駆動する排ガスター
ビン２２とに接続する燃焼排ガス排出系２３に合流され
ている。
コンプレッサ１７と燃料電池１の空気極３とに接続し、
さらにこれより分岐して燃焼空気供給系１８が燃料改質
装置６のバーナ８に接続して設けられている。空気オフ
ガス排出系２０は燃料電池１の空気極３に接続され、燃
料改質装置６のバーナ８での燃焼により生じた燃焼ガス
の燃焼排ガスの出口と発電機２１を駆動する排ガスター
ビン２２とに接続する燃焼排ガス排出系２３に合流され
ている。
【０００６】原燃料供給系２５は燃料改質装置６の反応
部７に接続して設けられ、またこの系に合流する改質用
水蒸気供給系２８が水蒸気分離器１２の水蒸気部に接続
し、流量検出器２６と流量制御弁２７とを備えて設けら
れている。水蒸気供給系３０は水蒸気分離器１２の水蒸
気部に圧力制御弁３１を備えて接続し、燃焼排ガス排出
系２３に合流している。なお圧力検出器３２は水蒸気分
離器１２内の圧力を検出する。
部７に接続して設けられ、またこの系に合流する改質用
水蒸気供給系２８が水蒸気分離器１２の水蒸気部に接続
し、流量検出器２６と流量制御弁２７とを備えて設けら
れている。水蒸気供給系３０は水蒸気分離器１２の水蒸
気部に圧力制御弁３１を備えて接続し、燃焼排ガス排出
系２３に合流している。なお圧力検出器３２は水蒸気分
離器１２内の圧力を検出する。
【０００７】このような構成により原燃料を原燃料供給
系２５を経て燃料改質装置６の反応部７に供給する。こ
の際、水蒸気分離器１２で分離された水蒸気が流量制御
されて改質用水蒸気供給系２８を経て原燃料に付加され
る。この場合の流量制御は改質用水蒸気供給系２８を流
れる水蒸気の流量を流量検出器２６で検出し、この検出
流量と原燃料流量に対応する所定流量の目標値との偏差
から調節器３３により流量制御弁２７を制御して行なわ
れる。
系２５を経て燃料改質装置６の反応部７に供給する。こ
の際、水蒸気分離器１２で分離された水蒸気が流量制御
されて改質用水蒸気供給系２８を経て原燃料に付加され
る。この場合の流量制御は改質用水蒸気供給系２８を流
れる水蒸気の流量を流量検出器２６で検出し、この検出
流量と原燃料流量に対応する所定流量の目標値との偏差
から調節器３３により流量制御弁２７を制御して行なわ
れる。
【０００８】一方、燃料電池１の発電時燃料極２から排
出される燃料オフガスは燃料オフガス排出系１４を経て
燃料改質装置６のバーナ８に供給され、一方電動機１６
により駆動されるコンプレッサ１７から吐出される空気
が燃焼空気供給系１８を経てバーナ８に供給され、燃料
オフガスはこの空気により燃焼する。この燃焼による燃
焼熱により反応部７を加熱し、反応部７を流れる水蒸気
が付加された原燃料を水素に富む改質ガスに水蒸気改質
する。
出される燃料オフガスは燃料オフガス排出系１４を経て
燃料改質装置６のバーナ８に供給され、一方電動機１６
により駆動されるコンプレッサ１７から吐出される空気
が燃焼空気供給系１８を経てバーナ８に供給され、燃料
オフガスはこの空気により燃焼する。この燃焼による燃
焼熱により反応部７を加熱し、反応部７を流れる水蒸気
が付加された原燃料を水素に富む改質ガスに水蒸気改質
する。
【０００９】上記の改質ガスは改質ガス供給系１３を経
て燃料電池１の燃料極２に、一方コンプレッサ１７から
吐出される空気は空気供給系１５を経て空気極３に供給
され、燃料電池１は供給される改質ガスと空気とにより
電池反応を起こして発電する。なお発電時、水蒸気分離
器１２内の冷却水が循環ポンプ１１より冷却水循環系１
０を流れて燃料電池１の伝熱管４に通流し、発電時生じ
る反応熱はこの冷却水により除熱されて運転温度が保持
される。
て燃料電池１の燃料極２に、一方コンプレッサ１７から
吐出される空気は空気供給系１５を経て空気極３に供給
され、燃料電池１は供給される改質ガスと空気とにより
電池反応を起こして発電する。なお発電時、水蒸気分離
器１２内の冷却水が循環ポンプ１１より冷却水循環系１
０を流れて燃料電池１の伝熱管４に通流し、発電時生じ
る反応熱はこの冷却水により除熱されて運転温度が保持
される。
【００１０】燃料電池１の伝熱管４から排出され、反応
熱により水蒸気が発生した冷却水は水蒸気分離器１２に
流入して水蒸気と冷却水とに分離され、水蒸気は前述の
ように原燃料に付加されるとともに、残りの水蒸気は発
電機２１を駆動する排ガスタービン２２に供給される。
この際空気極３から排出され、空気オフガス排出系２０
を減る空気オフガス及び燃料改質装置６から排出され、
燃焼排ガス排出系２３を経る燃焼排ガスも前記残りの水
蒸気とともに排ガスタービン２２に供給されて発電機２
１を駆動して電力を得る。
熱により水蒸気が発生した冷却水は水蒸気分離器１２に
流入して水蒸気と冷却水とに分離され、水蒸気は前述の
ように原燃料に付加されるとともに、残りの水蒸気は発
電機２１を駆動する排ガスタービン２２に供給される。
この際空気極３から排出され、空気オフガス排出系２０
を減る空気オフガス及び燃料改質装置６から排出され、
燃焼排ガス排出系２３を経る燃焼排ガスも前記残りの水
蒸気とともに排ガスタービン２２に供給されて発電機２
１を駆動して電力を得る。
【００１１】なお、水蒸気分離器１２内の圧力は、圧力
検出器３２により検出した検出圧力と所定圧力の目標値
との偏差から調節器３４により圧力制御弁３１を制御し
て所定圧力に制御されるとともに、この制御の際に流れ
る流量の水蒸気が水蒸気供給系３０を流れて排ガスター
ビン２２に供給される。この際、水蒸気分離器１２内の
圧力は所定圧力に保持されるように発生蒸気量が制御さ
れ、水蒸気分離器１２内の冷却水は所定圧力に対応する
一定の飽和温度に保たれ、この冷却水により燃料電池の
反応熱を除熱して運転温度が保持される。
検出器３２により検出した検出圧力と所定圧力の目標値
との偏差から調節器３４により圧力制御弁３１を制御し
て所定圧力に制御されるとともに、この制御の際に流れ
る流量の水蒸気が水蒸気供給系３０を流れて排ガスター
ビン２２に供給される。この際、水蒸気分離器１２内の
圧力は所定圧力に保持されるように発生蒸気量が制御さ
れ、水蒸気分離器１２内の冷却水は所定圧力に対応する
一定の飽和温度に保たれ、この冷却水により燃料電池の
反応熱を除熱して運転温度が保持される。
【００１２】図５は従来例の異なる燃料電池熱電併給設
備の系統図である。図５において図４に示す排ガスター
ビン２２と、これに接続する発電機２１とを取除き、コ
ンプレッサ１７を駆動する電動機１６を排ガスタービン
３５にし、空気オフガス排出系２０と水蒸気供給系３０
とが合流する燃焼排ガス排出系２３を排ガスタービン３
５に接続した他は図４と同じである。
備の系統図である。図５において図４に示す排ガスター
ビン２２と、これに接続する発電機２１とを取除き、コ
ンプレッサ１７を駆動する電動機１６を排ガスタービン
３５にし、空気オフガス排出系２０と水蒸気供給系３０
とが合流する燃焼排ガス排出系２３を排ガスタービン３
５に接続した他は図４と同じである。
【００１３】このような構成により、燃料電池１の空気
極３及び燃料改質装置６のバーナ８に供給する空気は、
水蒸気分離器１２からの水蒸気と燃料改質装置６からの
燃焼排ガスと燃料電池１の空気極３からの空気オフガス
とが供給される排ガスタービン３５により駆動されるコ
ンプレッサ１７により供給される。図６は従来例の他の
異なる燃料電池熱電併給設備の系統図である。図６にお
いて燃料電池１の伝熱管４を通流する冷却媒体を冷却空
気にして循環ブロワ３６と熱交換器３７とを備えた冷却
空気循環系３８と、水蒸気分離器１２を経由する冷却水
循環系１０を熱交換器３７にて冷却水循環系１０を流れ
る冷却水が前記冷却空気と熱交換するように設けた他は
図４と同じである。
極３及び燃料改質装置６のバーナ８に供給する空気は、
水蒸気分離器１２からの水蒸気と燃料改質装置６からの
燃焼排ガスと燃料電池１の空気極３からの空気オフガス
とが供給される排ガスタービン３５により駆動されるコ
ンプレッサ１７により供給される。図６は従来例の他の
異なる燃料電池熱電併給設備の系統図である。図６にお
いて燃料電池１の伝熱管４を通流する冷却媒体を冷却空
気にして循環ブロワ３６と熱交換器３７とを備えた冷却
空気循環系３８と、水蒸気分離器１２を経由する冷却水
循環系１０を熱交換器３７にて冷却水循環系１０を流れ
る冷却水が前記冷却空気と熱交換するように設けた他は
図４と同じである。
【００１４】このような構成により、燃料電池１の発電
時生じる反応熱を、冷却空気循環系３８を循環ブロワ３
６により循環する冷却空気により除熱し、除熱して高温
になった冷却空気と熱交換器３７により熱交換して冷却
水循環系１０を循環する冷却水を加熱して水蒸気分離器
１２に供給することにより、前述のように冷却水の排熱
が回収される。
時生じる反応熱を、冷却空気循環系３８を循環ブロワ３
６により循環する冷却空気により除熱し、除熱して高温
になった冷却空気と熱交換器３７により熱交換して冷却
水循環系１０を循環する冷却水を加熱して水蒸気分離器
１２に供給することにより、前述のように冷却水の排熱
が回収される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように燃料電池
１の発電時生じる反応熱を除熱した冷却水を貯留する水
蒸気分離器１２内の圧力を所定圧力にして、冷却水と分
離した水蒸気により排ガスタービン２２や３５を駆動す
るのは、水蒸気のエネルギーを回転エネルギーに変換
し、さらに発電機２１により電力エネルギーに、またコ
ンプレッサ１７により空気エネルギーに変換するのはエ
ネルギー変換効率がそれ程高くないという欠点がある。
１の発電時生じる反応熱を除熱した冷却水を貯留する水
蒸気分離器１２内の圧力を所定圧力にして、冷却水と分
離した水蒸気により排ガスタービン２２や３５を駆動す
るのは、水蒸気のエネルギーを回転エネルギーに変換
し、さらに発電機２１により電力エネルギーに、またコ
ンプレッサ１７により空気エネルギーに変換するのはエ
ネルギー変換効率がそれ程高くないという欠点がある。
【００１６】また、本出願人は水蒸気分離器内の水蒸気
を他の手段により有効に利用することについて検討を加
えて、冷却水の排熱を十分に回収することについて検討
を行なった。本発明の目的は、水蒸気分離器内の水蒸気
を排ガスタービンに使用するばかりでなく、他の手段に
より使用してプラントの総合エネルギー効率を高くする
ことのできる燃料電池熱電併給設備の冷却水排熱回収方
法及びその装置を提供することである。
を他の手段により有効に利用することについて検討を加
えて、冷却水の排熱を十分に回収することについて検討
を行なった。本発明の目的は、水蒸気分離器内の水蒸気
を排ガスタービンに使用するばかりでなく、他の手段に
より使用してプラントの総合エネルギー効率を高くする
ことのできる燃料電池熱電併給設備の冷却水排熱回収方
法及びその装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば燃料電池の発電時生じる熱を除熱し
た冷却水、又は冷却空気と熱交換した冷却水を水蒸気分
離器で水蒸気と冷却水とに分離し、前記水蒸気を流量制
御して燃料改質装置に供給して水蒸気改質する原燃料に
付加し、さらに、水蒸気分離器内の圧力が所定圧力にな
るように圧力制御して余剰水蒸気を排熱回収装置に供給
する燃料電池熱電併給設備の冷却水排熱回収方法におい
て、余剰水蒸気を吸収式冷凍機に供給し、前記吸収式冷
凍機への水蒸気供給流量を前記吸収式冷凍機から得られ
る水の検出温度と目標温度と偏差に基づいて制御し、さ
らに余剰水蒸気のうち前記冷凍機に供給されない残りの
余剰水蒸気を排ガスタービンに供給するものとする。
に、本発明によれば燃料電池の発電時生じる熱を除熱し
た冷却水、又は冷却空気と熱交換した冷却水を水蒸気分
離器で水蒸気と冷却水とに分離し、前記水蒸気を流量制
御して燃料改質装置に供給して水蒸気改質する原燃料に
付加し、さらに、水蒸気分離器内の圧力が所定圧力にな
るように圧力制御して余剰水蒸気を排熱回収装置に供給
する燃料電池熱電併給設備の冷却水排熱回収方法におい
て、余剰水蒸気を吸収式冷凍機に供給し、前記吸収式冷
凍機への水蒸気供給流量を前記吸収式冷凍機から得られ
る水の検出温度と目標温度と偏差に基づいて制御し、さ
らに余剰水蒸気のうち前記冷凍機に供給されない残りの
余剰水蒸気を排ガスタービンに供給するものとする。
【００１８】また、燃料電池と、この燃料電池の発電時
生じる熱を除熱した冷却水、又は冷却空気と熱交換器に
て熱交換した冷却水を水蒸気と冷却水とに分離する水蒸
気分離器と、水蒸気分離器からの水蒸気を流量制御して
付加した原燃料を供給して水蒸気改質する燃料改質装置
とを備え、前記水蒸気分離器からの余剰水蒸気を排熱回
収装置に供給する燃料電池熱電併給設備において、前記
排熱回収装置が吸収式冷凍機及び排ガスタービンであ
り、前記吸収式冷凍機から得られる冷水の温度が所定温
度になるように吸収式冷凍機に供給する水蒸気流量を制
御する流量制御手段と、水蒸気分離器内の圧力が所定圧
力になるように吸収式冷凍機に供給されない残りの余剰
水蒸気を前記排ガスタービンに供給する流量制御手段と
を備えるものとする。
生じる熱を除熱した冷却水、又は冷却空気と熱交換器に
て熱交換した冷却水を水蒸気と冷却水とに分離する水蒸
気分離器と、水蒸気分離器からの水蒸気を流量制御して
付加した原燃料を供給して水蒸気改質する燃料改質装置
とを備え、前記水蒸気分離器からの余剰水蒸気を排熱回
収装置に供給する燃料電池熱電併給設備において、前記
排熱回収装置が吸収式冷凍機及び排ガスタービンであ
り、前記吸収式冷凍機から得られる冷水の温度が所定温
度になるように吸収式冷凍機に供給する水蒸気流量を制
御する流量制御手段と、水蒸気分離器内の圧力が所定圧
力になるように吸収式冷凍機に供給されない残りの余剰
水蒸気を前記排ガスタービンに供給する流量制御手段と
を備えるものとする。
【００１９】上記の流量制御手段は、水蒸気分離器から
吸収式冷凍機に供給する水蒸気の流量を制御する流量制
御弁と、吸収式冷凍機から得られる冷水の温度を検出す
る温度検出器と、この検出器での検出温度と冷水の所定
温度の目標値との偏差から流量制御弁を制御する制御手
段とを設けるものとする。
吸収式冷凍機に供給する水蒸気の流量を制御する流量制
御弁と、吸収式冷凍機から得られる冷水の温度を検出す
る温度検出器と、この検出器での検出温度と冷水の所定
温度の目標値との偏差から流量制御弁を制御する制御手
段とを設けるものとする。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図１は本発明の実施例による燃料電池の冷却
水排熱回収方法を採用する燃料電池熱電併給設備の系統
図である。図１において図４の従来例と異なるのは、吸
収式冷凍機４０と、水蒸気供給系３０から分岐して吸収
式冷凍機４０の冷媒を吸収した吸収液を加熱して冷媒蒸
気を生じさせる発生器の伝熱管４１に接続し、流量計４
２を備える冷凍機用水蒸気供給系４３と、水蒸気の流量
を制御する流量制御弁４４と、凝縮した冷媒を蒸発させ
る蒸発器の伝熱管４５に接続し、冷水需要先から供給さ
れる水が通流する配管４６と、冷水需要先に供給する冷
水が通流する冷水配管４７と、冷水の温度を検出する温
度検出器４８と、温度検出器４８での冷水の検出温度と
冷水の所定温度の目標値との偏差から流量制御弁４４を
制御する調節器４９とを設けた他は図４と同じである。
説明する。図１は本発明の実施例による燃料電池の冷却
水排熱回収方法を採用する燃料電池熱電併給設備の系統
図である。図１において図４の従来例と異なるのは、吸
収式冷凍機４０と、水蒸気供給系３０から分岐して吸収
式冷凍機４０の冷媒を吸収した吸収液を加熱して冷媒蒸
気を生じさせる発生器の伝熱管４１に接続し、流量計４
２を備える冷凍機用水蒸気供給系４３と、水蒸気の流量
を制御する流量制御弁４４と、凝縮した冷媒を蒸発させ
る蒸発器の伝熱管４５に接続し、冷水需要先から供給さ
れる水が通流する配管４６と、冷水需要先に供給する冷
水が通流する冷水配管４７と、冷水の温度を検出する温
度検出器４８と、温度検出器４８での冷水の検出温度と
冷水の所定温度の目標値との偏差から流量制御弁４４を
制御する調節器４９とを設けた他は図４と同じである。
【００２３】このような構成により、水蒸気分離器１２
からの水蒸気は冷凍機用水蒸気供給系４３を経て吸収式
冷凍機４０の発生器の伝熱管４１に流れ、発生器内の吸
収液を水蒸気の顕熱及び潜熱により加熱し、冷媒蒸気を
発生させる。この冷媒蒸気は凝縮器で凝縮された後、蒸
発器で蒸発するので、伝熱管４５を流れる需要先から供
給される水を冷却して冷水にして需要先に供給する。
からの水蒸気は冷凍機用水蒸気供給系４３を経て吸収式
冷凍機４０の発生器の伝熱管４１に流れ、発生器内の吸
収液を水蒸気の顕熱及び潜熱により加熱し、冷媒蒸気を
発生させる。この冷媒蒸気は凝縮器で凝縮された後、蒸
発器で蒸発するので、伝熱管４５を流れる需要先から供
給される水を冷却して冷水にして需要先に供給する。
【００２４】この際、温度検出器４８で検出した冷水の
検出温度と需要先が必要とする冷水の所定温度の目標値
との偏差から調節器４９により流量制御弁４４を制御し
て吸収式冷凍機４０に供給する水蒸気の流量を制御する
ことにより、冷水の温度は所定温度に制御される。つぎ
に上記の実施例における効果について具体的に説明す
る。燃料電池熱電併給設備において燃料電池の発電出力
５０００kWとしたときの水蒸気分離器における発生蒸気
量は４３７０kg/hである。その内、燃料改質装置に供給
する蒸気量は２９１０kg/hであり、したがって余剰蒸気
量は１４６０kg/h＝（４３７０−２９１０）kg/hであ
る。
検出温度と需要先が必要とする冷水の所定温度の目標値
との偏差から調節器４９により流量制御弁４４を制御し
て吸収式冷凍機４０に供給する水蒸気の流量を制御する
ことにより、冷水の温度は所定温度に制御される。つぎ
に上記の実施例における効果について具体的に説明す
る。燃料電池熱電併給設備において燃料電池の発電出力
５０００kWとしたときの水蒸気分離器における発生蒸気
量は４３７０kg/hである。その内、燃料改質装置に供給
する蒸気量は２９１０kg/hであり、したがって余剰蒸気
量は１４６０kg/h＝（４３７０−２９１０）kg/hであ
る。
【００２５】この余剰蒸気を下記のように利用する場
合、すなわち 上記余剰蒸気量を全量排気ガスタービンに供給する
場合 余剰蒸気１４６０kg/hを排ガスタービンに供給すること
で、排ガスタービンにより駆動される発電機の電気出力
として１１９０kWが得られる。これによって燃料電池及
び排ガスタービンにより駆動される発電機のトータル電
気出力で評価した発電効率は４２．１％である。
合、すなわち 上記余剰蒸気量を全量排気ガスタービンに供給する
場合 余剰蒸気１４６０kg/hを排ガスタービンに供給すること
で、排ガスタービンにより駆動される発電機の電気出力
として１１９０kWが得られる。これによって燃料電池及
び排ガスタービンにより駆動される発電機のトータル電
気出力で評価した発電効率は４２．１％である。
【００２６】 余剰蒸気を吸収式冷凍機にも供給する
場合 余剰蒸気１４６０kg/hの内、１１７０kg/hを吸収式冷凍
機の駆動熱源として利用し、残りの２９０kg/hを水蒸気
分離器内の圧力を所定圧力に制御しつつ排ガスタービン
に供給する場合には、排ガスタービンにより駆動される
発電機の電気出力として１０５０kWが得られる。一方、
吸収式冷凍機から得られる冷熱量は７３０Mcal/hであ
る。ここで、燃料電池及び上記発電機のトータル電気出
力で評価した発電効率は４０．９％であるが、冷熱の回
収効率は７．８％であるので、前記トータル発電効率と
冷熱の回収効率をトータルすると４８．７％となり、前
記の場合より総合エネルギー効率は増加する。
場合 余剰蒸気１４６０kg/hの内、１１７０kg/hを吸収式冷凍
機の駆動熱源として利用し、残りの２９０kg/hを水蒸気
分離器内の圧力を所定圧力に制御しつつ排ガスタービン
に供給する場合には、排ガスタービンにより駆動される
発電機の電気出力として１０５０kWが得られる。一方、
吸収式冷凍機から得られる冷熱量は７３０Mcal/hであ
る。ここで、燃料電池及び上記発電機のトータル電気出
力で評価した発電効率は４０．９％であるが、冷熱の回
収効率は７．８％であるので、前記トータル発電効率と
冷熱の回収効率をトータルすると４８．７％となり、前
記の場合より総合エネルギー効率は増加する。
【００２７】なお、夏季において水蒸気を吸収式冷凍機
に導入する場合、燃料電池の負荷が小さいため、吸収式
冷凍機を運転するのに充分な蒸気量が確保できない場
合、あるいは冷水の需要が小さく、発生した余剰蒸気を
吸収式冷凍機に導入できない場合、その水蒸気を全量排
ガスタービンに導入する。また、冷水需要に対して余剰
蒸気量が過剰な場合は、過剰な水蒸気は排ガスタービン
に導入するとともに吸収式冷凍機を運転することがで
き、この際、排ガスタービンの運転により前述のように
水蒸気分離器内の圧力は所定圧力に制御されるので、燃
料電池の冷却水温度を飽和温度の一定温度に保たれ、燃
料電池熱電併給設備の運用性が非常に向上する。
に導入する場合、燃料電池の負荷が小さいため、吸収式
冷凍機を運転するのに充分な蒸気量が確保できない場
合、あるいは冷水の需要が小さく、発生した余剰蒸気を
吸収式冷凍機に導入できない場合、その水蒸気を全量排
ガスタービンに導入する。また、冷水需要に対して余剰
蒸気量が過剰な場合は、過剰な水蒸気は排ガスタービン
に導入するとともに吸収式冷凍機を運転することがで
き、この際、排ガスタービンの運転により前述のように
水蒸気分離器内の圧力は所定圧力に制御されるので、燃
料電池の冷却水温度を飽和温度の一定温度に保たれ、燃
料電池熱電併給設備の運用性が非常に向上する。
【００２８】図２は本発明の異なる実施例による燃料電
池の冷却水排熱回収装置を備えた燃料電池熱電併給設備
の系統図である。図２においては図５の従来例に吸収式
冷凍機４０，冷凍機用水蒸気供給系４３，流量制御弁４
４，温度検出器４８，調節器４９等を設けており、その
作用及び効果は図１のものと同じである。図３は本発明
の他の異なる実施例による燃料電池の冷却水排熱回収装
置を備えた燃料電池熱電併給設備の系統図である。図３
においては図６の従来例に吸収式冷凍機４０，冷凍機用
水蒸気供給系４３，流量制御弁４４，温度検出器４８，
調節器４９等を設けており、その作用及び効果は図１の
ものと同じである。
池の冷却水排熱回収装置を備えた燃料電池熱電併給設備
の系統図である。図２においては図５の従来例に吸収式
冷凍機４０，冷凍機用水蒸気供給系４３，流量制御弁４
４，温度検出器４８，調節器４９等を設けており、その
作用及び効果は図１のものと同じである。図３は本発明
の他の異なる実施例による燃料電池の冷却水排熱回収装
置を備えた燃料電池熱電併給設備の系統図である。図３
においては図６の従来例に吸収式冷凍機４０，冷凍機用
水蒸気供給系４３，流量制御弁４４，温度検出器４８，
調節器４９等を設けており、その作用及び効果は図１の
ものと同じである。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば前述の方法及び構成により、水蒸気分離器内の
水蒸気を燃料改質装置に必要な量を供給した残りの余剰
の水蒸気を排ガスタービンに供給して発電機からの電
力、又はコンプレッサから反応ガスの空気を得る他に吸
収式冷凍機に供給して冷水を得ることができるので、ト
ータルの総合エネルギー効率が増加するという効果があ
る。
によれば前述の方法及び構成により、水蒸気分離器内の
水蒸気を燃料改質装置に必要な量を供給した残りの余剰
の水蒸気を排ガスタービンに供給して発電機からの電
力、又はコンプレッサから反応ガスの空気を得る他に吸
収式冷凍機に供給して冷水を得ることができるので、ト
ータルの総合エネルギー効率が増加するという効果があ
る。
【００３０】また、燃料改質装置に必要とする水蒸気量
以外の余剰蒸気量の多少及び夏季や冬季の冷水の需要の
有無により、余剰蒸気の全量を排ガスタービンに供給し
たり、またその一部を吸収式冷凍機にも供給することが
できるので、プラントの運用性が非常に向上するという
効果もある。
以外の余剰蒸気量の多少及び夏季や冬季の冷水の需要の
有無により、余剰蒸気の全量を排ガスタービンに供給し
たり、またその一部を吸収式冷凍機にも供給することが
できるので、プラントの運用性が非常に向上するという
効果もある。
【図１】本発明の実施例による燃料電池の冷却水排熱回
収装置を備えた燃料電池熱電併給設備の系統図
収装置を備えた燃料電池熱電併給設備の系統図
【図２】本発明の異なる実施例による燃料電池の冷却水
排熱回収装置を備えた燃料電池熱電併給設備の系統図
排熱回収装置を備えた燃料電池熱電併給設備の系統図
【図３】本発明の他の異なる実施例による燃料電池の冷
却水排熱回収装置を備えた燃料電池熱電併給設備の系統
図
却水排熱回収装置を備えた燃料電池熱電併給設備の系統
図
【図４】従来の燃料電池熱電併給設備の系統図
【図５】従来の異なる燃料電池熱電併給設備の系統図
【図６】従来の他の異なる燃料電池熱電併給設備の系統
図
図
１ 燃料電池 ６ 燃料改質装置 １２ 水蒸気分離器 １７ コンプレッサ ２１ 発電機 ２２ 排ガスタービン ３５ 排ガスタービン ４０ 吸収式冷凍機 ４４ 流量制御弁 ４８ 温度検出器 ４９ 調節器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−168569（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−217864（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168573（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−217863（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 H01M 8/04
Claims (3)
- 【請求項１】燃料電池の発電時生じる熱を除熱した冷却
水、又は冷却空気と熱交換した冷却水を水蒸気分離器で
水蒸気と冷却水とに分離し、前記水蒸気を流量制御して
燃料改質装置に供給して水蒸気改質する原燃料に付加
し、さらに、水蒸気分離器内の圧力が所定圧力になるよ
うに圧力制御して余剰水蒸気を排熱回収装置に供給する
燃料電池熱電併給設備の冷却水排熱回収方法において、
余剰水蒸気を吸収式冷凍機に供給し、前記吸収式冷凍機
への水蒸気供給流量を前記吸収式冷凍機から得られる水
の検出温度と目標温度と偏差に基づいて制御し、さらに
余剰水蒸気のうち前記冷凍機に供給されない残りの余剰
水蒸気を排ガスタービンに供給することを特徴とする燃
料電池熱電併給設備の冷却水排熱回収方法。 - 【請求項２】燃料電池と、この燃料電池の発電時生じる
熱を除熱した冷却水、又は冷却空気と熱交換器にて熱交
換した冷却水を水蒸気と冷却水とに分離する水蒸気分離
器と、水蒸気分離器からの水蒸気を流量制御して付加し
た原燃料を供給して水蒸気改質する燃料改質装置とを備
え、前記水蒸気分離器からの余剰水蒸気を排熱回収装置
に供給する燃料電池熱電併給設備において、前記排熱回
収装置は吸収式冷凍機及び排ガスタービンであり、前記
吸収式冷凍機から得られる冷水の温度が所定温度になる
ように吸収式冷凍機に供給する水蒸気流量を制御する流
量制御手段と、水蒸気分離器内の圧力が所定圧力になる
ように吸収式冷凍機に供給されない残りの余剰水蒸気を
前記排ガスタービンに供給する流量制御手段とを有する
ことを特徴とする燃料電池熱電併給設備。 - 【請求項３】請求項２記載の燃料電池熱電併給設備にお
いて、前記吸収式冷凍機に供給する水蒸気流量を制御す
る流量制御手段は、水蒸気分離器から吸収式冷凍機に供
給する水蒸気の流量を制御する流量制御弁と、吸収式冷
凍機から得られる冷水の温度検出器と、この検出器での
検出温度と冷水の所定温度の目標値との偏差から流量制
御弁を制御する制御手段とからなることを特徴とする燃
料電池熱電併給設備の冷却水排熱回収装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20808693A JP3350164B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 燃料電池熱電併給設備及びその冷却水排熱回収方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20808693A JP3350164B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 燃料電池熱電併給設備及びその冷却水排熱回収方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0765848A JPH0765848A (ja) | 1995-03-10 |
| JP3350164B2 true JP3350164B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=16550412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20808693A Expired - Fee Related JP3350164B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 燃料電池熱電併給設備及びその冷却水排熱回収方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3350164B2 (ja) |
-
1993
- 1993-08-24 JP JP20808693A patent/JP3350164B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0765848A (ja) | 1995-03-10 |
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