JP4927324B2 - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP4927324B2 JP4927324B2 JP2004257127A JP2004257127A JP4927324B2 JP 4927324 B2 JP4927324 B2 JP 4927324B2 JP 2004257127 A JP2004257127 A JP 2004257127A JP 2004257127 A JP2004257127 A JP 2004257127A JP 4927324 B2 JP4927324 B2 JP 4927324B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- hot water
- heat exchanger
- exhaust
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
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、排熱熱交換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広域型の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 uses 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 by using a heat exhaust heat exchanger, and more particularly, 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 a wide-area type fuel cell system that can preferably use exhaust 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
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
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
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に、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
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、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、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。また、高温燃焼排ガスEGの一部は改質器910にも送られ、改質用熱源としても利用される。
Generally, the hydrogen utilization rate at the
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、いわゆる24時間風呂の保温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、電池スタックの冷却に供して高温化した冷却水を風呂の浴槽内に循環させることで、浴槽内に貯留されている湯水の保温を図るようにした燃料電池システムが開示されている。
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、蒸気が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. That is, since the SOFC
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.
このような集中改質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及び酸素ガス(排エネルギー)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50%程度の未利用の酸素ガス(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、集中改質型の構成にすると、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 concentrated reforming fuel cell system is adopted, a problem of effective utilization of unused hydrogen gas and oxygen gas (exhaust energy) discharged from the battery stack emerges as a new issue. 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. About 50% of unused oxygen gas (air electrode exhaust air) is discharged from the pole. These can be used by being burned by the
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、特に集中改質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, it is an object of the present invention to provide a more economical fuel cell system by effectively utilizing exhaust heat and energy exhausted from a battery stack, and in particular, individually like a intensive reforming fuel cell system. It is an object of the present invention to provide a system that can efficiently use waste energy efficiently in a fuel cell system including a fuel cell unit of a type that does not include a reformer.
本発明の請求項1にかかる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、加熱部を備えた排熱熱交換器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、前記排熱熱交換器における加熱部の加熱源として用いるための排エネルギー利用機構を有し、前記排熱熱交換器における加熱部の加熱源として、排熱熱交換器バーナを備え、前記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、前記排熱熱交換器バーナに接続されていることを特徴とする。
A fuel cell system according to
この構成によれば、排熱熱交換器における加熱部が、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排熱熱交換器に熱交換用の熱を与えたり、その高温燃焼排ガスで排熱熱交換器に熱を与えたりする)であるので、排エネルギー(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排熱熱交換器を加熱するので、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、複合化された排熱熱交換器にて、その排熱(排エネルギー)を容易に取り出し、これを有効活用することができるようになる。 According to this configuration, the heating unit in the exhaust heat exchanger is heated by the exhaust energy utilization mechanism that uses the exhaust energy discharged from the battery stack (for example, combustion of the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air) The exhaust heat exchanger is used to provide heat for heat exchange, and the high-temperature combustion exhaust gas is used to supply heat to the exhaust heat exchanger. Can be improved. In other words, the exhaust heat heat exchanger is heated by the exhaust energy itself discharged from the battery stack, rather than using the steam or high-temperature water that is generated by the exhaust heat of the battery stack. Even when using a fuel cell unit that is difficult to produce high-temperature water, it is possible to easily extract the exhaust heat (exhaust energy) with a combined exhaust heat exchanger and make effective use of it. become able to.
また、前記排熱熱交換器における加熱部の加熱源として排熱熱交換器バーナを備え、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、前記排熱熱交換器バーナに接続される構成を備えるので、電池スタックから排出される排エネルギーのみでは、排熱熱交換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)で前記排熱熱交換器バーナを動作させるようにすることで、安定的に排熱熱交換器に熱を与えることができるようになる。The exhaust heat exchanger includes a waste heat exchanger burner as a heating source of the heating unit, and a bypass piping system is provided in a fuel gas piping system introduced into the battery stack. Since it is configured to be connected to the exhaust heat exchanger burner, when only the exhaust energy discharged from the battery stack causes a shortage in the amount of heating heat of the exhaust heat exchanger, a bypass piping system is provided. By operating the exhaust heat exchanger burner with the fuel gas (reformed gas) supplied via it, heat can be stably given to the exhaust heat exchanger.
本発明の請求項2にかかる広域型の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個別燃料電池システムとからなる広域型の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、前記個別燃料電池システムは、電池スタック内に前記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、加熱部を備えた排熱熱交換器とを複合させたものであり、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、前記排熱熱交換器における加熱部の加熱源として用いるための排エネルギー利用機構を有し、前記排熱熱交換器における加熱部の加熱源として、排熱熱交換器バーナを備え、前記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、前記排熱熱交換器バーナに接続されていることを特徴とする。 A wide-area fuel cell system according to a second aspect of the present invention includes a fuel gas supply facility that is connected to a commercial gas supply system and purifies a fuel gas that serves as a drive source for the fuel cell, and a plurality of fuel cell systems that exist in a predetermined local area. Each fuel cell unit is a wide-area type fuel cell system comprising individual fuel cell systems dispersedly arranged in each consumer, wherein the fuel gas supply facility is capable of supplying fuel gas to each consumer. The individual fuel cell system includes a fuel cell unit that introduces the fuel gas into a cell stack to generate electricity, and an exhaust heat exchanger that includes a heating unit. Exhaust energy to be used as a heating source of a heating unit in the exhaust heat exchanger, wherein the exhaust energy discharged from the battery stack of the fuel cell unit is combined. Have a ghee use mechanism, as a heating source of the heating unit in the exhaust heat exchanger comprises a waste heat exchanger burner, the bypass pipe system is provided in the piping system of the fuel gas to be introduced into the cell stack The bypass piping system is connected to the exhaust heat exchanger burner .
この構成によれば、各燃料電池ユニット共通の集中型燃料ガス供給設備を適用することで、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、小型化が図れると共に、改質ガスが常時供給可能な状態とされているので、個別に改質装置を具備するシステムに比べて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ようになる。これに加え、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、需要家に分散配置された個別燃料電池システムに備えられている排熱熱交換器において活用できるようになることから、システムの経済性を向上させることができる。 According to this configuration, by applying a centralized fuel gas supply facility common to each fuel cell unit, each fuel cell unit does not require a reformer unit, and the device configuration can be simplified and reduced in size. Since the reformed gas can always be supplied, the start-up time is shortened compared to a system having an individual reformer, and the fuel cell unit can be operated efficiently. In addition to this, the fuel cell unit distributed to each consumer will not be equipped with a reformer, but the waste energy used in the reformer is distributed to the consumer. Since it can be used in the exhaust heat exchanger provided in the individual fuel cell system, the economic efficiency of the system can be improved.
ここで、一般的な燃料電池システムと所謂集中改質型燃料電池システムとの相違について、図1及び図2に基づいて大略的に説明しておく。図1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800は、燃料電池部801と、該燃料電池部801に改質ガスを供給する改質装置802と、これらの動作を制御する制御部803と、燃料電池部801の排熱を利用して温水を生成する貯湯槽804とからなる。そして、燃料電池部801で発電される電気は、需要家内の電気機器811で利用され、また貯湯槽804内の温水は給湯設備等の熱需要機器812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802へ導入され、該改質装置802にて改質ガスが精製されて燃料電池部801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800に、それぞれ改質装置802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。
Here, the difference between a general fuel cell system and a so-called concentrated reforming fuel cell system will be roughly described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a block diagram showing a general fuel cell system. In this system, the fuel
本発明は、このような一般的な燃料電池システムへも勿論適用であるが、かかるシステム構成では、需要家(特に小口需要家)の負荷変動に追従して運用するのが困難である。図11(a)は、一戸建の一般住宅における電気負荷を秒単位で測定した電力負荷変動状態を示している。図示する通り、一戸建住宅では、絶えず大きな電力負荷変動が生じており、この測定例では最低負荷は300W程度で、最高負荷は3000W程度であって、最大10倍の変動がある。しかし、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、上述のような瞬時の負荷変動に追従して運用させることは困難である。 The present invention is naturally applicable to such a general fuel cell system. However, in such a system configuration, it is difficult to operate following a load fluctuation of a consumer (especially a small consumer). Fig.11 (a) has shown the electric power load fluctuation | variation state which measured the electrical load in the single-family house in a second unit. As shown in the figure, a large electric power load fluctuation is constantly generated in a detached house, and in this measurement example, the minimum load is about 300 W, the maximum load is about 3000 W, and there is a fluctuation of up to 10 times. However, the load follow-up performance of a household fuel cell having a reformer is limited to about 10% / min, and it is difficult to operate following the instantaneous load fluctuation as described above.
一方、図11(b)は、集合住宅全体で測定した電力負荷変動状態である。かかる集合住宅では、一戸建住宅に比べて負荷変化曲線は平滑化されており、この測定例では最低負荷は8000W程度で、最高負荷は30000W程度であって、約3.8倍の変動幅に収まっている。これは、集合住宅では多様な家庭が集合しているために、電力・熱負荷が全体としてみれば平準化されるからである。従って、一般住宅へ燃料電池を導入する場合でも、家庭一戸ごとに独立して改質装置付きの燃料電池システムを導入するよりも、個々の家庭毎に燃料電池を分散配置して各需要家で電気と熱の個別消費を可能とする一方で、各々の燃料電池に対する燃料ガスの供給は集中化した燃料供給システムから供給してローカルエリア全体で運用制御ができるような集中改質型燃料電池システムを構築することが望ましいと言える。 On the other hand, FIG.11 (b) is the electric power load fluctuation state measured in the whole apartment house. In such an apartment house, the load change curve is smoothed compared to a detached house. In this measurement example, the minimum load is about 8000 W, the maximum load is about 30000 W, and the fluctuation range is about 3.8 times. It is settled. This is because various households gather in the housing complex, so that the power and heat load are leveled as a whole. Therefore, even when fuel cells are introduced into ordinary homes, fuel cells are distributed in each household and distributed to each consumer rather than introducing a fuel cell system with a reformer independently for each household. A centralized reforming fuel cell system that enables individual consumption of electricity and heat, while supplying fuel gas to each fuel cell from a centralized fuel supply system, allowing operation control over the entire local area It is desirable to build
図2は、このような集中改質型燃料電池システムの一例を示すブロック図である。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10)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。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10Mの制御下において集中型改質装置10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。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of such a concentrated reforming fuel cell system. Fuel cell units 700a and 700b are individually provided for (small) consumers A and B existing in a predetermined local area (for example, a group of detached houses in an apartment house or a certain area). However, for example, reformed gas or the like is supplied to these fuel cell units 700a and 700b from a common centralized fuel gas supply facility (centralized reformer 10). That is, the fuel cell units 700a and 700b are composed of the
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10)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 apparatus (central reforming apparatus 10) collectively supplies the power load (
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。従って、このような集中改質型燃料電池システムは、本発明が好適に適用されるシステムである。なお、燃料電池ユニットとしては一種類の燃料電池に限定されることなく、発電容量、発電効率、排熱効率、起動時間等の異なる複数のユニットや固体高分子形や固体電解質形等の異なる燃料電池形式の標準ユニットを組み合わせて使用することもできる。 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. Therefore, such a concentrated reforming fuel cell system is a system to which the present invention is preferably applied. The fuel cell unit is not limited to one type of fuel cell, but a plurality of units having different power generation capacity, power generation efficiency, exhaust heat efficiency, start-up time, etc., and different fuel cells such as solid polymer type and solid electrolyte type A combination of standard units can also be used.
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、前記排熱熱交換器における加熱部を直接加熱させる機構をさらに備える構成とすることができる(請求項3)。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排熱熱交換器の加熱部へ導かれ、該高温燃焼排ガスにより排熱熱交換器に直接的に熱が与えられるようになる。 In the above configuration , the fuel cell unit is a high-temperature fuel cell unit, and the exhaust energy utilization mechanism is heated in the exhaust heat exchanger by the high-temperature combustion exhaust gas discharged from the battery stack of the high-temperature fuel cell unit. part may be further provided with Ru constitute a mechanism for heating directly (claim 3). 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 heating unit of the exhaust heat exchanger, Heat is directly given to the exhaust heat exchanger by the high-temperature 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4)。この構成によれば、排熱熱交換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 converts the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air discharged from the battery stack of the low-temperature fuel cell unit into the burner. It can be set as the structure sent to and combusted (Claim 4). According to this configuration, the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air discharged from the battery stack are utilized as the fuel for the exhaust heat exchanger burner.
上記構成において、燃料電池ユニットに湯水を貯留する貯湯槽を併設してなり、前記排熱熱交換器で与えられた熱を前記貯湯槽内の湯水へ授受するため熱媒が循環される昇温配管系統を具備す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、排熱熱交換器に与えられた熱は、貯湯槽に貯留されている湯水に伝熱されて90℃近い高温水を生成され、これを貯湯槽内で貯留できるようになる。 In the above configuration , the fuel cell unit is provided with a hot water storage tank for storing hot water, and the heating medium is circulated to transfer the heat given by the exhaust heat exchanger to the hot water in the hot water storage tank. It is desirable to have a configuration including a piping system. According to this configuration, the heat given to the exhaust heat exchanger is transferred to the hot water stored in the hot water storage tank to generate high-temperature water close to 90 ° C., which can be stored in the hot water storage tank. Become.
また上記構成において、燃料電池ユニットに湯水を貯留する貯湯槽と、浴槽水浄化装置を備えた浴槽とを併設してなり、前記排熱熱交換器で与えられた熱を前記貯湯槽内の湯水及び/又は前記浴槽内の湯水へ授受するための昇温配管系統を具備する構成とすることが望ましい(請求項6)。この構成によれば、排熱熱交換器に与えられた熱は、貯湯槽に貯留されている湯水に伝熱され、さらには浴槽内に貯留されている湯水へも伝熱可能とされ、90℃近い高温水を生成して貯湯槽内で貯留できると共に、所謂24時間風呂などに代表される浴槽水浄化装置を備えた浴槽内湯水の保温用にも活用できるようになる。 Further, in the above configuration , a hot water storage tank for storing hot water in the fuel cell unit and a bathtub provided with a bathtub water purification device are provided side by side, and the heat given by the exhaust heat exchanger is used for hot water in the hot water storage tank. And / or it is desirable to set it as the structure which comprises the temperature rising piping system for giving / receiving to the hot water in the said bathtub (Claim 6). According to this configuration, the heat given to the exhaust heat exchanger is transferred to the hot water stored in the hot water storage tank, and further to the hot water stored in the bathtub, 90 Hot water close to 0 ° C. can be generated and stored in the hot water tank, and can also be used to keep hot water in the bathtub provided with a bathtub water purification device typified by a so-called 24-hour bath.
上記構成において、貯湯槽が高温水貯湯槽と低温水貯湯槽とに分離されており、昇温配管系統が、前記高温水貯湯槽及び低温水貯湯槽を経由するよう配管されてなり、昇温配管系統内の熱媒が、排熱熱交換器を出た後に、先ず前記高温水貯湯槽を経由し、続いて前記低温水貯湯槽を経由するよう循環されるよう構成することが望ましい(請求項7)。この構成によれば、排熱熱交換器で得られた熱が、高温水貯湯槽と低温水貯湯槽とで順次カスケード的に活用されることとなり、熱交換を効率的に行うことが可能となる。 In the above configuration , the hot water storage tank is separated into the high temperature water hot water tank and the low temperature water hot water tank, and the temperature raising piping system is piped through the high temperature water hot water tank and the low temperature water hot water tank. It is desirable that the heat medium in the piping system is configured to be circulated through the high-temperature water hot-water tank first and then through the low-temperature water hot-water tank after leaving the exhaust heat exchanger (claim). Item 7 ). According to this configuration, the heat obtained by the exhaust heat exchanger is sequentially used in cascade in the high-temperature water storage tank and the low-temperature water storage tank, and heat exchange can be performed efficiently. Become.
上記構成において、排熱熱交換器に、電池スタックから排出される高温燃焼排ガス若しくは排熱熱交換器バーナの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構成とすることが望ましい(請求項8)。この構成によれば、燃料電池ユニット内で生成される純水や、排熱熱交換器バーナでの燃焼反応の際に発生する水が、排熱熱交換器内でドレン化した場合に、これを回収して様々な用途に活用できるようになる。 In the above configuration , the exhaust heat exchanger is provided with a water recovery device that recovers moisture contained in the exhaust gas from the high temperature combustion exhaust gas discharged from the battery stack or the combustion exhaust gas of the exhaust heat exchanger burner as drain water. (Claim 8 ). According to this configuration, when pure water generated in the fuel cell unit or water generated during the combustion reaction in the exhaust heat exchanger burner is drained in the exhaust heat exchanger, Can be recovered and used for various purposes.
請求項1の燃料電池システムによれば、電池スタックから排出される排エネルギーそのもので排熱熱交換器に熱を与えるので、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90℃程度の高温水を生成できるようになり、効果的な排熱利用が図れるようになる。
According to the fuel cell system of
請求項2の燃料電池システムによれば、個別燃料電池システムを各需要家に分散して設置し、燃料ガスの供給は集中化した集中型燃料ガス供給設備より供給することにより、個々の需要家の大きい燃料ガス供給負荷変化が平準化されるため、燃料電池システムの負荷追従速度の最も大きい制約要因となっている改質装置の負荷追従速度の影響を緩和することが可能となり、燃料電池システムの運用性を大幅に改善することができる。また、個々の需要家の個別燃料電池システム近傍まで、常時燃料ガスが供給されているために、供給弁等を開放すれば各需要家内の燃料電池ユニットに対して直ちに燃料供給が開始され、燃料ガスを改質するまでの起動時間が短縮されることから、例えば燃料電池ユニットが固体高分子形燃料電池からなるものであれば迅速な負荷追従や即座の起動が可能となる。この結果、固体高分子形燃料電池ユニットは頻繁な起動停止が可能となり、深夜時間帯は停止、昼間も電気や熱が不要な時は停止できるので、燃料電池システムの制約による運用制限が少なくなり、経済的な運用が可能となる。これに加え、改質装置で利用されていた分の排エネルギーが、需要家に分散配置された個別燃料電池システムに備えられている排熱熱交換器において活用できるようになることから、電池スタックの排エネルギーの活用という点でも万全なシステムとすることができる。
According to the fuel cell system of
請求項1、2の燃料電池システムによれば、さらに、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)で排熱熱交換器バーナを動作させ得るので、排熱熱交換器を個別燃料電池システムの負荷に制約されることがなくなり、熱需要に適した運転を実行できるようになる。According to the fuel cell system of
請求項3の燃料電池システムによれば、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により排熱熱交換器が直接加熱させる機構をさらに備える構成であるので、実質的に高温燃焼排ガスを燃焼室から排熱熱交換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 fuel cell system of claim 3, the high-temperature fuel cell unit further includes a mechanism in which the exhaust heat exchanger is directly heated by the high-temperature combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber. In addition, a waste energy utilization mechanism can be constructed simply by attaching a piping path for guiding the high-temperature combustion exhaust gas from the combustion chamber to the waste heat exchanger, and the waste heat can be utilized more effectively with a simple configuration.
請求項4の燃料電池システムによれば、低温型燃料電池ユニットにおいて、加熱源となる排熱熱交換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排熱熱交換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 fuel cell system of
請求項5の燃料電池システムによれば、排熱熱交換器に与えられた熱が貯湯槽に貯留されている湯水に伝熱され、90℃近い高温水を生成し、これを貯湯槽内で貯留できるようになるので、各種の給湯用途に幅広く活用でき、排エネルギーの利用性が格段と向上するようになる。 According to the fuel cell system of claim 5, the heat given to the exhaust heat exchanger is transferred to the hot water stored in the hot water storage tank to generate high-temperature water close to 90 ° C., and this is stored in the hot water storage tank. Since it can be stored, it can be widely used for various types of hot water supply, and the availability of waste energy is greatly improved.
請求項6の燃料電池システムによれば、例えば各需要家の燃料電池発電ユニットに併設して24時間風呂を設置して、高温水を貯湯した貯湯槽からの高温水を、24時間風呂の加熱源(保温源)として利用することにより、従来保温に要していた電気あるいはガスを削減できるようになる。従って、24時間風呂を保温する熱コストが低くなるとともに、24時間風呂には常時湯水を張っているために風呂給湯用の貯湯槽が不要となり、貯湯槽を大幅に小型化できる。また、昇温用配管系統内を循環させる熱媒を、まず高温貯湯槽を経由して伝熱させて熱媒の温度を下げ、その後24時間風呂を経由させて保温用として使用する循環ルートとすれば、熱媒がカスケード的に使用されることとなり、熱交換を効率的に行うことができる。
According to the fuel cell system of
請求項7の燃料電池システムによれば、昇温用配管系統内の熱媒は、最初に高温水貯湯槽で伝熱をして貯湯槽温度を上げ、その後低温水貯湯槽に入り、低温水の昇温と貯湯槽保温用として使用するために、排熱熱交換器で熱を与えられた熱媒をカスケード的に使用できるようになり、熱交換を効率的に行うことができる。また、高温水貯湯水の温水は例えば吸収式冷凍機の加熱源等として利用することが可能となり、暖房用や冷房用の空調用の熱として利用することが可能となる。 According to the fuel cell system of claim 7 , the heating medium in the temperature raising piping system first transfers heat in the high temperature water hot water tank to raise the hot water tank temperature, and then enters the low temperature water hot water tank. Therefore, the heat medium heated by the exhaust heat exchanger can be used in cascade, and heat exchange can be performed efficiently. Moreover, the hot water of the high-temperature water storage hot water can be used as a heating source for an absorption refrigerator, for example, and can be used as heat for air conditioning for heating or cooling.
請求項8の燃料電池システムによれば、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。特に固体高分子形燃料を使用したシステムにおいて生成される水の純度は非常に高いために、電池セルの加湿用、電池冷却水の補給水用や残りは貯湯槽に補給給水する配管系統に供給することにより、生成水を無駄無く利用できるシステムとなる。また、りん酸形や高温形燃料を使用したシステムでは、燃料電池ユニット内で生成される純水は、水処理をすれば飲料用にも使用できるために、貯湯槽等に補給給水すれば、生成水を無駄無く利用できるシステムとなる。 According to the fuel cell system of the eighth aspect, since the steam contained in the combustion exhaust gas is recovered as drain water by the water recovery device, it is possible to provide a system that can use the generated water without waste. In particular, the purity of the water produced in a system using polymer electrolyte fuel is very high, so it is used for humidifying battery cells, supplying battery cooling water, and supplying the remainder to a piping system that supplies water to a hot water tank. By doing so, the generated water can be used without waste. In addition, in a system using phosphoric acid type or high-temperature type fuel, pure water generated in the fuel cell unit can be used for beverages if water treatment is performed. The system can use the generated water without waste.
以下、本発明の実施形態につき、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。なお、以下の説明では、複数の需要家に配置された個別燃料電池システムに対して集中型燃料ガス供給設備で改質ガス等を一括供給する、広域型の燃料電池システム(集中改質型燃料電池システム)を主として説明する。 Hereinafter, embodiments of 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 can be implemented with appropriate modifications. In the following description, a wide-area fuel cell system (centralized reforming fuel) that supplies reformed gas and the like together with a centralized fuel gas supply facility to individual fuel cell systems arranged at a plurality of consumers. The battery system will be mainly described.
(第1実施形態)
本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3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300aが、需要家D,Hには一般ガス器具600(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101Gから、商用ガス供給系統(都市ガス配管)101を経て個別に供給され、また電力は、商用電力供給源110Gから、商用電力供給系統110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、例え燃料電池システム200a、300a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101や商用電力系統110を経てガスや電力の供給を受けている。
(First embodiment)
Before describing the present embodiment, a general power and gas supply system will be outlined. FIG. 3 is a block diagram showing a form of supplying power and gas to a typical detached house or apartment house. For the consumers A, B, E, and G, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC)
図4は、本実施形態にかかる集中改質型燃料電池システムS0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300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600(燃料電池発電ユニットは未導入)が配置されている。なお、図示は省略しているが、燃料電池ユニット200,300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。
FIG. 4 is a block diagram showing a basic configuration of the intensive reforming fuel cell system S0 according to the present embodiment. 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 consumers A, B, E, and G have the polymer electrolyte fuel cell (PEFC)
そして、電力については図3に示した通常の供給形態と同様に、商用電力供給源110Gから商用電力供給系統110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100及びアキュムレータ120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。すなわち、商用ガス供給源101Gから、商用ガス供給系統101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100に供給され、該集中型燃料ガス供給装置100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120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100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。
And about electric power, it is the form supplied separately to each consumer AH through the commercial
アキュムレータ120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120に接続されているローカル配管路103(既存の都市ガス配管路等であっても良い)を介して、各需要家A〜Hに備えられているPEFCユニット200、SOFCユニット300及び一般ガス器具600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
本発明の燃料電池システムは、図3に示したような各需要家が備える燃料電池システム(PEFCユニット200a及びSOFCユニット300a)に適用可能である。しかし、図4に示したような、商用ガス供給系統101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集中型燃料ガス供給装置100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個別燃料電池システム(PEFCユニット200及びSOFCユニット300)とからなる広域型の燃料電池システム(集中改質型燃料電池システムS0)における、前記個別燃料電池システムとしてより好適なものである。以下、個別燃料電池システムの実施形態につき説明する。
The fuel cell system of the present invention can be applied to a fuel cell system (
図5は、PEFC型の燃料電池を具備する個別燃料電池システムS1の構成例を示すブロック図である。この個別燃料電池システムS1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、排熱熱交換器41を具備する排熱利用ユニット400とを複合させたシステム構成とされている。当該個別燃料電池システムS1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、前記排熱熱交換器41における加熱部の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、前記排熱熱交換器41の加熱部を加熱する排熱熱交換器バーナ41a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。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of an individual fuel cell system S1 including a PEFC type fuel cell. This individual fuel cell system S1 has a system configuration in which a polymer electrolyte fuel cell (PEFC)
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450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、集中型燃料ガス供給装置100(図4参照)にて予め改質された改質ガスRGが、ローカル配管路103及び主配管路104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
また排熱利用ユニット400は、排熱熱交換器41、貯湯槽42、水回収タンク(水回収装置)43及び昇温配管系統44などから構成されている。排熱熱交換器41は、昇温配管系統44を流通される熱媒(例えば低温水)に、加熱部において熱を与える(熱交換する)ものである。この排熱熱交換器41には、加熱源としての排熱熱交換器バーナ41aが付設されており、該排熱熱交換器バーナ41aの燃焼により発生される熱が、前記熱交換用の熱源として活用される。
The exhaust
貯湯槽42は温水を貯留するもので、この温水は弁422Bが設けられた出力配管路422を経て、需要家内の台所や洗面所、風呂用(熱需要機器)に使用される。なお貯湯槽42は、後述する排熱回収部450の一部としても機能する。昇温配管系統44は、前記排熱熱交換器41で与えられた熱を貯湯槽42内の湯水へ授受するため熱媒が循環されるものである。この実施形態では、貯湯槽42内に貯留されている温水が、前記昇温配管系統44により排熱熱交換器41の加熱部を経由して再び貯湯槽42に戻るよう循環可能とされている。つまり、貯湯槽42内の貯留温水の一部を熱媒として昇温配管系統44内を循環させ、排熱熱交換器41で熱交換され(排熱熱交換器バーナ41aにて、加熱部に配置された昇温配管系統44の熱交換部411が加熱され)、当該加熱湯水を貯湯槽42に戻すことで、貯湯槽42内の貯留温水の温度を昇温させる構成としている。なお、昇温配管系統44を閉鎖配管路とし、適宜な熱媒を前記閉鎖配管路内に循環させるようにしても良い。
The hot
排熱熱交換器バーナ41aの燃焼排ガスEGは、排ガス配管路411により排出される。なお、この燃焼排ガスEGも相応の熱を保有しているので、前記排ガス配管路411が低温水熱交換器等を経由するようにし、その排熱を回収するようにしても良い。また燃焼排ガスEGには、PEFC電池スタック210内で生成された水分が含まれており、また排熱熱交換器バーナ41aでの燃焼反応の際にも水が発生し、これが熱交換によりドレン化することになる。水回収タンク43は、このようなドレン水を、排熱熱交換器41の下部から延出されている配管412を通して回収するものである。
The combustion exhaust gas EG of the exhaust heat
このような構成において、前記燃料極221には、集中型燃料ガス供給装置100からアキュムレータ120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, hydrogen-rich reformed gas is introduced into the
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450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5に示す例では、この排熱回収部450は、熱交換器45、放熱器46、ポンプ47、循環路48及び貯湯槽42から構成される例を示している。
In the
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CWの循環路48と放熱器46とを設け、ポンプ47で循環路48内に冷却水CW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48は、熱交換器45も経由する配管経路とされており、該熱交換器45は貯湯槽42内に配置されている。そして、貯湯槽42に水道配管路421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45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42内では60℃程度の温水が生成される。
A
なお、前記放熱器46は貯湯槽42の温度が高く、電池冷却水CWの温度を十分低下できない場合に空気で冷却して、電池冷却水温度を一定に維持させるものである。循環路48に設けられている弁48B1,48B2及び放熱器46へ分岐する分岐配管路461に設けられている弁461Bは、電池冷却水流量を調整して電池冷却水温度を一定に制御するために設けられている。
When the temperature of the hot
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100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、改質装置が各個別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
従って、この個別燃料電池システムS1では、燃料極221の出口側と排熱熱交換器バーナ41aとを接続する排ガス配管路241、及び空気極222の出口側と排熱熱交換器バーナ41a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排熱熱交換器バーナ41a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が、排熱熱交換器バーナ41aで燃焼され、排熱熱交換器41の加熱部(熱交換部441)を経由する前記昇温配管系統44内の温水に熱を与えることで、電池スタックの排エネルギーが活用されるものである。
Therefore, in this individual fuel cell system S1, the exhaust
すなわち、排熱熱交換器バーナ41aにて昇温配管系統44内を循環される温水が加熱することで、排熱回収部450のみでは60℃程度の低温水しか生成できないものを、例えば90℃程度の高温水にして、貯湯槽42で貯留できるようになる。従って、出力配管路422からの給湯用途が、著しく拡大する。
That is, when the hot water circulated in the temperature raising
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104と直結するバイパス配管路105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105、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、安定的に排熱熱交換器41へ熱を与えることができるようになる。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105B、及び弁243Bをそれぞれ開き、一方弁104Bは閉じて、燃料ガス及び空気が排熱熱交換器バーナ41aに供給されることで、排熱熱交換器41が稼働できるように構成されている。
Note that a bypass piping 105 that is directly connected to the
以上説明したような燃料電池システムS1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排熱熱交換器バーナ41aで燃焼させる構成とすることで90℃程度の高温水も生成できるようになり、各種の熱需要機器への給湯が行えるようになる。従って、燃料電池システムS1の経済性を一層向上させることができるようになる。
According to the fuel cell system S1 as described above, a general PEFC unit (low temperature fuel cell unit) can generate only low temperature water of about 60 ° C. using exhaust heat, but is discharged from the cell stack. The fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air are combusted by the exhaust
因みに、発電容量1kWの家庭用PEFCユニットの場合、水素ガス使用量は1Nm3/h程度である。電池スタック内で80%の水素ガスが使用され、残り20%の水素ガスを排熱熱交換器バーナ41aで燃焼させると、
3050kcal/h×0.2=610kcal/h
のエネルギーが得られる。貯湯槽42中に貯留されている約60℃の低温水を約90℃の高温水に昇温するとした場合、バーナ燃焼効率を0.8と仮定し、燃料電池の一日平均の負荷率を0.5と仮定すると、昇温可能な温水量は、
610kcal/h×24h×0.8×0.6/30℃=195リットル
となる。一般家庭の貯湯槽容量は通常200リットルが標準であり、従って、概ね一日あたり必要な給湯量につき、60℃から90℃に昇温させるための熱量を賄うことが可能となる。もし、熱需要が一般よりも多い家庭であれば、前記バイパス配管路105、243を活用して、改質ガスを直接排熱熱交換器バーナ41aにて燃焼させることで対応が可能となる。
Incidentally, in the case of a household PEFC unit with a power generation capacity of 1 kW, the amount of hydrogen gas used is about 1 Nm 3 / h. When 80% hydrogen gas is used in the battery stack and the remaining 20% hydrogen gas is burned in the exhaust
3050 kcal / h × 0.2 = 610 kcal / h
Energy. When the temperature of about 60 ° C. low temperature water stored in the hot
610 kcal / h × 24 h × 0.8 × 0.6 / 30 ° C. = 195 liters. The capacity of a hot water storage tank in a general household is normally 200 liters, so that it is possible to cover the amount of heat required to raise the temperature from 60 ° C. to 90 ° C. for the amount of hot water required per day. If the household demands more heat than usual, it is possible to cope with this by burning the reformed gas directly in the exhaust
図6は、SOFC型の燃料電池を具備する個別燃料電池システムS2の構成例を示すブロック図である。この燃料電池システムS2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300と、排熱熱交換器41を具備する排熱利用ユニット400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S2は、前記SOFCユニット300の電池スタック310から排出される排エネルギーを、前記排熱熱交換器41における加熱部の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310(燃焼室314)から排出される高温燃焼排ガスにより、前記排熱熱交換器41の加熱部(前記昇温配管系統44の熱交換部441)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。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the individual fuel cell system S2 including the SOFC type fuel cell. This fuel cell system S2 has a system configuration in which a solid oxide fuel cell (SOFC)
前記SOFCユニット300は、SOFC電池スタック310、燃焼室314、ブロワ等を備える送気装置250及びインバータ(図示省略)などで構成されている。またSOFC電池スタック310は、燃料極311、空気極312及び電解質313から構成されている。なお、燃料ガスとなる改質ガスRGは、ローカル配管路103及び主配管路104を経て燃料極311へ供給され、また空気Aが送気装置250により空気配管路240を経て空気極312へ導入される点、排熱熱交換器バーナ41aに至るバイパス配管路105,243がそれぞれ設けられている点は、図5の実施形態と同様である。
The
排熱利用ユニット400の構成も図5の実施形態とほぼ同様であり、排熱熱交換器41、貯湯槽42、水回収タンク(水回収装置)43及び昇温配管系統44などから構成されている。なお、この実施形態では、貯湯槽42内を経由し、熱需要機器Hへ至る配管路423と、貯湯槽42内に配置され配管路423に接続された熱交換部424とを設けた例を示している。ここで前記熱需要機器Hとしては、例えば吸収式冷凍機(再生器の加熱用)や、後述する24時間風呂などが例示できる。
The configuration of the exhaust
SOFCユニット300では、電池スタック310を保温するために燃焼室314が付設される。すなわち、電池スタック310から排出される燃料極排ガス及び空気極排空気を燃焼室314で燃焼させ、そのときに発生される熱により電池スタック310が保温されるものである。この燃焼室314には、当該燃焼室314で燃焼された高温燃焼排ガスEGを、排熱熱交換器41の加熱部へ導くための燃焼排ガス配管路315が取り付けられている。具体的には、この燃焼排ガス配管路315から吐出される高温燃焼排ガスEGにより、昇温配管系統44の熱交換部441(加熱部)が加熱され、昇温配管系統44内を循環される熱媒(低温水)に熱が与えられるものである。
In the
このように構成されたSOFCユニット300において、燃料極311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311において、空気極312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312には、前述の通り送気装置250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313を通して燃料極311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
一般に、燃料極311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312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310の出口側に配置された燃焼室314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310の保温に利用されるが、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315で排熱熱交換器41の加熱部へ導かれて熱回収される。
Generally, the hydrogen utilization rate at the
すなわち、排熱熱交換器41内において昇温配管系統44の熱交換部441が燃焼排ガスEGにより加熱され、昇温配管系統44内を循環される低温水に熱が与えられる。これにより、貯湯槽42内に貯留される温水の湯温を90℃程度の高温にすることが可能となる。従って、以上説明したような燃料電池システムS2によれば、燃焼室314から排出される燃焼排ガスEG(排エネルギー)が有効活用され、経済性に優れた燃料電池システムを提供できるようになる。
That is, in the
続いて、集中型燃料ガス供給装置100の実施形態につき説明する。図7は、集中型燃料ガス供給装置100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100は、改質ガスを生成する集中型燃料ガス改質装置10A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10Aは、イオウ除去機能を有する脱硫器11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12と、改質反応を行わせる改質器(改質装置)13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14と、前記改質器13を加温する改質器バーナ15とを備えている。
Next, an embodiment of the centralized fuel
このような集中型燃料ガス供給装置100の動作を説明する。商用ガス供給源101G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11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12から水蒸気が加えられ、改質器13へ導入される。改質器13は、改質器バーナ15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13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14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 the concentrated fuel
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4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10A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10A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16を具備させている。なお、集中型一酸化炭素選択酸化器16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
このような構成とすることで、集中型燃料ガス改質装置10A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120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10A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16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16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
このようにして、集中型燃料ガス供給装置100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120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14の出口側配管路に分流器141を設け、当該集中型燃料ガス改質装置10A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15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15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。
Thus, the reformed gas obtained by refining the city gas in the centralized fuel
さらに、集中型一酸化炭素選択酸化器16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100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、1%程度までの一酸化炭素濃度を許容できるりん酸型燃料電池(PAFC)や、一酸化炭素も燃料として使用できる溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)や固体電解質電池(SOFC)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600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
図4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(広域型の燃料電池システム)S0の動作を説明する。このシステムS0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100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120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5、図6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. 4, the operation of the concentrated reforming fuel cell system (wide area fuel cell system) S0 according to the present embodiment described above will be described. In this system S0, fuel gas (reformed gas) is refined from raw fuel (city gas) in a batch by the centralized fuel
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300の運転時に、弁104Bが「開」状態とされて燃料極311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600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600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ユニット200又はSOFCユニット300が配置されている需要家にあっては、各PEFCユニット200又はSOFCユニット300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110Gから個別に購入される。また、PEFCユニット200又はSOFCユニット300の運転により発生される排熱は、各々のPEFCユニット200及びSOFCユニット300に複合化されている排熱熱交換器41における加熱部の加熱源として用いられるものである。
In a consumer in which the
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S0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(PEFCユニット200又はSOFCユニット300)や一般ガス器具600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100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PEFCユニット200又はSOFCユニット300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PEFCユニット200又はSOFCユニット300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 S0 according to the present embodiment described above, (small) fuel cell units (
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、PEFC電池スタック210又はSOFC電池スタック310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ものの、本実施形態によれば各々のPEFCユニット200又はSOFCユニット300に対して排熱熱交換器41を複合化させ、当該排熱熱交換器41における加熱部の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。
Further, since each fuel cell unit does not require a reformer unit, waste energy (exhaust heat) discharged from the
上記集中改質型燃料電池システムS0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。 In the central reforming fuel cell system S0, a shared power system for interconnecting power supply systems to consumers may be provided. 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S0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の広域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の広域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 central reforming fuel cell systems S0 may be provided, and the fuel gas may be coordinated between these systems. That is, in the first wide area fuel cell system in which a centralized fuel gas supply apparatus having a fuel gas supply system is installed for each consumer in the first local area, and in the second local area close to the first wide area fuel cell system. Similarly, when there is a second wide area fuel cell system in which a centralized fuel gas supply apparatus having a fuel gas supply system is installed for each consumer, the centralized fuel gas supply apparatus 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 purified to be supplied to other fuel gas supply systems so that the fuel gas can be interchanged.
(第2実施形態)
続いて、図8、図9に基づいて、本発明の第2実施形態につき説明する。この第2実施形態は、個別燃料電池システムにおいて所謂24時間風呂を熱需要機器に加えた場合の実施形態である。なお、個別燃料電池システム以外の構成は、第1実施形態において説明した集中改質型燃料電池システムS0と同様な構成であるので、説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment is an embodiment in which a so-called 24-hour bath is added to a heat demand device in an individual fuel cell system. Since the configuration other than the individual fuel cell system is the same as that of the central reforming fuel cell system S0 described in the first embodiment, the description thereof is omitted.
図8は、PEFC型の燃料電池を具備する個別燃料電池システムS11の構成例を示すブロック図である。この個別燃料電池システムS11は、PEFCユニット200と、排熱熱交換器41を具備する排熱利用ユニット400と、電池冷却水熱交換器49を備える排熱回収部450と、24時間風呂ユニット500とを複合させたシステム構成とされている。PEFCユニット200及び排熱利用ユニット400については、図5に示した実施形態と概ね同一であり、重複を避けるため相違点部分について主に説明する。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of an individual fuel cell system S11 having a PEFC type fuel cell. The individual fuel cell system S11 includes a
この実施形態では、受熱側として高温及び低温の2つの熱交換器が配置され、また放熱側として高温及び低温の熱授受が行われる2つの貯湯部が配置された構成である。すなわち、高温熱交換器としての排熱熱交換器41と、低温熱交換器としての電池冷却水熱交換器49と、高温熱授受用の貯湯部としての貯湯槽42と、低温熱授受用の貯湯部としての24時間風呂ユニット500の浴槽52とを備えている。
In this embodiment, two high-temperature and low-temperature heat exchangers are arranged on the heat receiving side, and two hot water storage units that perform high-temperature and low-temperature heat transfer are arranged on the heat radiating side. That is, a
そして、これら2つの熱交換器及び2つの貯湯槽をそれぞれ経由して熱媒を循環させる昇温配管系統510が配管されている。この昇温配管系統510は、排熱熱交換器41と貯湯槽42とを連結する熱送り用の第1配管路511、貯湯槽42からの出力配管となる熱戻し用の第2配管路512、前記第1配管路511及び第2配管路512に一端側が接続され他端側が浴槽52に接続された第3配管路513,浴槽52と電池冷却水熱交換器49とを連結する第4配管路514、及び電池冷却水熱交換器49と排熱熱交換器41とを連結する第5配管路515から構成されている。この実施形態における昇温配管系統510は閉鎖配管路であり、前記第4配管路514に設けられたポンプ514Pにより、昇温配管系統510内の熱媒が強制循環される構成とされている。
And the temperature raising
高温の熱交換器としての機能を果たす排熱利用ユニット400の排熱熱交換器41は、図5に示した実施形態と同様に、PEFC電池スタック210の燃料極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排熱熱交換器バーナ41aで燃焼させて、排熱熱交換器41内に配置されている昇温配管系統510の熱交換部441(排熱熱交換器41における加熱部)を加熱し、昇温配管系統510内の熱媒(循環水)を100℃近くに加温する熱交換を行うものである。
As in the embodiment shown in FIG. 5, the
低温の熱交換器としての機能を果たす排熱回収部450の電池冷却水熱交換器49は、24時間風呂ユニット500の浴槽52を経由して低温化した昇温配管系統510内の熱媒が導入され、PEFC電池スタック210の排熱を利用して前記熱媒を加熱するものである。すなわち、PEFC電池スタック210に付設されている冷却板224を経由する冷却水CWの循環路48(図5の実施形態と同様)の熱交換部451が電池冷却水熱交換器49内に配置されており、冷却板224において冷却水CWが吸熱した熱を熱交換部451において前記熱媒に授受することで、当該熱媒が約60℃程度に加温される。
The battery cooling
高温熱授受用の貯湯部としての貯湯槽42には、排熱熱交換器41において100℃近くに加温された昇温配管系統510内の熱媒が導入され、貯湯槽42内の熱交換部44aから、貯湯槽42に貯留されている湯水に熱が授受される。これにより貯湯槽42内の貯留湯水は、約90℃程度の高温に加熱されるようになる。
In the hot
低温熱授受用の貯湯部として機能することになる24時間風呂ユニット500の浴槽52には、貯湯槽42を経てある程度の熱量が奪われた熱媒が導入され、浴槽52内の熱交換部52aから、浴槽52に貯留されている湯水に熱が授受される。これにより浴槽52内の貯留湯水は、約40℃程度に保温されるようになる。なお、この24時間風呂ユニット500には、殺菌や微小な毛髪や汚れ成分を除去するため浴槽水浄化装置53と、この浴槽水浄化装置53に浴槽52内の湯水を循環させる配管系54とが備えられている。
A heat medium deprived of a certain amount of heat through the hot
なお、貯湯槽42の出力配管路422には、弁503Bを備える給湯配管路503が分岐されており、該給湯配管路503から24時間風呂ユニット500の浴槽52に対して給湯可能とされている。また、第3配管路513には、第1配管路511との接続部(分岐部)と、第2配管路512との接続部(合流部)との間に配置された弁513Bが備えられており、この弁513Bの開閉動作により、排熱熱交換器41から貯湯槽42を経由せず直接浴槽52の熱交換部52aへ熱媒を導くことが可能とされている。
Note that a hot water
以上の通り構成された個別燃料電池システムS11の動作について説明する。PEFCユニット200が運転されると、昇温配管系統510内を循環する熱媒(循環水)は、排熱熱交換器41の熱交換部441において、排熱熱交換器バーナ41aにて熱を与えられ、100℃近くに加熱される。この熱媒は、昇温配管系統510の第1配管路511により貯湯槽42へ送られる(弁513Bが閉の場合)。そして、貯湯槽42内の熱交換部44aにて、貯湯槽42内に貯留されている湯水と熱交換し、この貯留湯水を約90℃程度に加熱する。従って、貯湯槽42内には、約90℃程度の高温水が常時貯留可能となる。
The operation of the individual fuel cell system S11 configured as described above will be described. When the
熱交換部44aを経た熱媒は、第2配管路512により貯湯槽42の外へ導出され、続いて第3配管路513に至り、24時間風呂ユニット500の浴槽52に送られる。そして熱媒は、浴槽52内の熱交換部52aに導かれ、浴槽52に貯留されている湯水と熱交換する。これにより浴槽52の湯温が、常時40℃程度に保温されるようになる。
The heat medium that has passed through the
このような熱交換を経ることで、熱媒の温度は40℃程度以下に低下することになる。その後、低温化した熱媒は、第4配管路514により電池冷却水熱交換器49へ送られる。そして、電池スタックの冷却板224を経ることで高温化された電池冷却水CWから熱交換部451において熱を授受され、約60℃に昇温される。しかる後、熱媒は、第5配管路515により排熱熱交換器41に戻され、排熱熱交換器バーナ41aにて100℃近くに加熱される。このようなサイクルが、昇温配管系統510内を循環する熱媒に繰り返し与えられることで、約90℃程度の高温水の生成、並びに浴槽52内湯水の保温が図られるものである。
Through such heat exchange, the temperature of the heat medium is reduced to about 40 ° C. or less. Thereafter, the low-temperature heat medium is sent to the battery cooling
なお、入浴人数が多い場合等、24時間風呂の湯温度が下がりやすい時間帯においては、浴槽52の湯温度を常時検出すると共に、温度が低下した場合には、弁513Bを開けて高温循環水を直接24時間風呂ユニット500の熱交換部52aに送り、湯温を昇温させるようにしても良い。また、24時間風呂で多くのかけ湯を使用して湯量が減少した場合等にあっては、給湯配管路503の弁503Bを開けて、湯温調整した上で浴槽52へ給湯するようにしてもよい。
In addition, when the number of bathing people is large or the like, the hot water temperature of the
以上のような個別燃料電池システムS11によれば、PEFCユニット200に貯湯槽42と24時間風呂ユニット500とを設置して、高温水を貯湯した貯湯槽を経た熱媒を利用して、24時間風呂を保温させる構成であるので、従来保温に要していた電気あるいはガスを削減できるようになる。従って、24時間風呂を保温する熱コストが低くなるとともに、24時間風呂には常時湯水を張っているために風呂給湯用の貯湯槽が不要となり、貯湯槽を大幅に小型化できる。例えば、一般家庭で24時間風呂を設置した場合を想定すると、台所や洗面所の給湯に使用する湯量は100リットル程度であり、燃料電池ユニットにおいて常時熱を発生していることと、貯湯槽42において約90℃の高温で貯湯していることを考慮すると、貯湯槽42のサイズは50〜100リットル程度のサイズで足りるようになり、貯湯槽サイズを大幅に小さくすることが可能となる。さらに、昇温用配管系統内を循環させる熱媒を、まず高温の貯湯槽42を経由して伝熱させて熱媒の温度を下げ、その後24時間風呂を経由させて保温用として使用する循環ルートとしているので、熱媒がカスケード的に使用されることとなり、熱交換を効率的に行うことができる。
According to the individual fuel cell system S11 as described above, the hot
図9は、SOFC型の燃料電池を具備する個別燃料電池システムS21の構成例を示すブロック図である。この個別燃料電池システムS21は、SOFCユニット300と、排熱熱交換器41を具備する排熱利用ユニット400と、24時間風呂ユニット500とを複合させたシステム構成とされている。SOFCユニット300及び排熱利用ユニット400については、図6に示した実施形態と概ね同一であり、また24時間風呂ユニット500の構成は、図8に示した実施形態と同様である。
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of the individual fuel cell system S21 including the SOFC type fuel cell. The individual fuel cell system S21 has a system configuration in which an
この実施形態では、受熱側として1つの高温熱交換器が配置され、また放熱側として高温及び低温の熱授受が行われる2つの貯湯部が配置された構成である。すなわち、高温熱交換器としての排熱熱交換器41と、高温熱授受用の貯湯部としての貯湯槽42と、低温熱授受用の貯湯部としての24時間風呂ユニット500の浴槽52とを備える構成である。そして、これら1つの熱交換器及び2つの貯湯槽をそれぞれ経由して熱媒を循環させる昇温配管系統510が配管されている。この昇温配管系統510Aは、排熱熱交換器41と貯湯槽42とを連結する熱送り用の第1配管路511、貯湯槽42からの出力配管となる熱戻し用の第2配管路512、前記第1配管路511及び第2配管路512に一端側が接続され他端側が浴槽52に接続された第3配管路513,及び浴槽52と排熱熱交換器41とを連結する第4配管路516から構成されている。この実施形態における昇温配管系統510Aも閉鎖配管路であり、前記第4配管路516に設けられたポンプ516Pにより、昇温配管系統510A内の熱媒が強制循環される構成とされている。
In this embodiment, one high-temperature heat exchanger is disposed on the heat receiving side, and two hot water storage units that perform heat exchange at high and low temperatures are disposed on the heat radiating side. That is, it includes a
この個別燃料電池システムS21は、燃料電池ユニットがSOFCユニット300である点、排熱熱交換器41内における昇温配管系統510Aの熱交換部441が、専ら燃焼室314から排出される燃焼排ガスEGで加熱される点、電池スタックに冷却板が具備されていないことに起因して電池冷却水熱交換器が存在しない点を除けば、図8に示した個別燃料電池システムS11と同様の構成である。
This individual fuel cell system S21 is characterized in that the fuel cell unit is the
このような個別燃料電池システムS21の動作について説明する。SOFCユニット300が運転されると、昇温配管系統510A内を循環する熱媒(循環水)は、排熱熱交換器41の熱交換部441において、燃焼室314より燃焼排ガス配管路315を経て供給される燃焼排ガスEGにて熱を与えられ、100℃近くに加熱される。この熱媒は、昇温配管系統510Aの第1配管路511により貯湯槽42へ送られる(弁513Bが閉の場合)。そして、貯湯槽42内の熱交換部44aにて、貯湯槽42内に貯留されている湯水と熱交換し、この貯留湯水を約90℃程度に加熱する。従って、貯湯槽42内には、約90℃程度の高温水が常時貯留可能となる。
The operation of such an individual fuel cell system S21 will be described. When the
熱交換部44aを経た熱媒は、第2配管路512により貯湯槽42の外へ導出され、続いて第3配管路513に至り、24時間風呂ユニット500の浴槽52に送られる。そして熱媒は、浴槽52内の熱交換部52aに導かれ、浴槽52に貯留されている湯水と熱交換する。これにより浴槽52の湯温が、常時40℃程度に保温されるようになる。しかる後、熱媒は、第4配管路516により排熱熱交換器41に戻され、排熱熱交換器バーナ41aにて100℃近くに加熱される。このようなサイクルが、昇温配管系統510A内を循環する熱媒に繰り返し与えられることで、約90℃程度の高温水の生成、並びに浴槽52内湯水の保温が図られるものである。
The heat medium that has passed through the
このような個別燃料電池システムS21によっても、24時間風呂ユニット500の浴槽52に貯留されている湯水の保温コストの削減、貯湯槽42サイズの小型化を同様に図ることができる。
Even with such individual fuel cell system S21, it is possible to similarly reduce the heat insulation cost of hot water stored in the
以上説明した排熱利用ユニット400及び24時間風呂ユニット500を複合化させる第2実施形態において、種々の変形構成を取ることが可能である。例えば、排熱利用ユニット400及び24時間風呂ユニット500にそれぞれ独立して昇温配管系統を設け、それぞれの熱交換部を排熱熱交換器41に配置することで、貯湯槽42の湯水と浴槽52の湯水とが別個に加温される構成としても良い。
In the second embodiment in which the exhaust
(第3実施形態)
続いて、図10に基づいて、本発明の第3実施形態につき説明する。この第3実施形態は、排熱利用ユニット側において、貯湯槽を高温水貯湯槽と低温水貯湯槽とに分離した場合の実施形態である。なお、個別燃料電池システム以外の構成は、第1実施形態において説明した集中改質型燃料電池システムS0と同様な構成であるので、説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the hot water storage tank is separated into a high temperature water hot water storage tank and a low temperature water hot water storage tank on the exhaust heat utilization unit side. Since the configuration other than the individual fuel cell system is the same as that of the central reforming fuel cell system S0 described in the first embodiment, the description thereof is omitted.
図10は、PEFC型の燃料電池を具備する個別燃料電池システムS12の構成例を示すブロック図である。この個別燃料電池システムS12は、PEFCユニット200と、排熱熱交換器41を具備する排熱利用ユニット550と、電池スタックの排熱回収部450とを複合させたシステム構成とされている。PEFCユニット200及び排熱利用ユニット400については、図5に示した実施形態と概ね同一であり、重複を避けるため相違点部分について主に説明する。
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of an individual fuel cell system S12 including a PEFC type fuel cell. The individual fuel cell system S12 has a system configuration in which the
この実施形態における排熱利用ユニット550は、高温水貯湯槽57と低温水貯湯槽58とを備えている。そして、これら貯湯槽57,58と排熱熱交換器41とをそれぞれ経由して熱媒(循環水)を循環させる昇温配管系統560が配管されている。この昇温配管系統560は、排熱熱交換器41と高温水貯湯槽57とを連結する第1配管路561、高温貯湯槽57からの出力配管であって低温水貯湯槽58へ至る第2配管路562、及び低温水貯湯槽と排熱熱交換器41とを連結する第3配管路563から構成されている。この昇温配管系統560は閉鎖配管路であり、図示省略のポンプにより、昇温配管系統560内の熱媒が強制循環される構成とされている。
The exhaust
このような個別燃料電池システムS12の動作について説明する。PEFCユニット200が運転されると、昇温配管系統560内を循環する熱媒(循環水)は、排熱熱交換器41の熱交換部441において、排熱熱交換器バーナ41aにて熱を与えられ、100℃近くに加熱される。この熱媒は、昇温配管系統560の第1配管路561により高温水貯湯槽57へ送られる。そして、高温水貯湯槽57内の熱交換部57aにおいて、高温水貯湯槽57内に貯留されている湯水と熱交換し、この貯留湯水を約90℃程度に加熱する。従って、高温水貯湯槽57内には、約90℃程度の高温水が常時貯留可能となる。この高温水は、弁571Bを有する出力配管路571から、需要家内の熱需要機器へ給湯される。この場合、給湯温水は約90℃程度の高温水であることから、吸収式冷凍機の再生器を加熱する加熱源として用いることもできる。
The operation of such an individual fuel cell system S12 will be described. When the
前記熱交換部57aを経た熱媒は、第2配管路562により低温水貯湯槽58へ送られる。そして、低温水貯湯槽58内の熱交換部58aにおいて、低温水貯湯槽58内に貯留されている湯水と熱交換する。また、低温水貯湯槽58内の貯留湯水は、PEFC電池スタック210の発熱を回収する排熱回収部450の系統における熱交換部452からも熱を授受される。これにより、この貯留湯水は約60℃程度に加熱されるようになる。この低温水は、弁581Bを有する出力配管路581から、需要家内の熱需要機器へ給湯される。なお、前記出力配管路581からは、逆止弁582Bを備える連絡配管路582が分岐配管されており、低温水貯湯槽58で生成された低温水が前記連絡配管路582を経由して高温水貯湯槽57へ供給されるよう構成されている。
The heat medium that has passed through the
しかる後、熱媒は、第3配管路563により排熱熱交換器41に戻され、排熱熱交換器バーナ41aにて100℃近くに加熱される。このようなサイクルが、昇温配管系統560内を循環する熱媒に繰り返し与えられることで、約90℃程度の高温水の生成、並びに約60℃程度の低温水の生成が図られるものである。
Thereafter, the heat medium is returned to the
以上説明した個別燃料電池システムS12によれば、昇温配管系統560内の熱媒が、排熱熱交換器41で加熱された後に、先ず高温水貯湯槽57を経由し、続いて低温水貯湯槽58を経由するよう循環される。これにより、排熱熱交換器41で得られた熱が、高温水貯湯槽57と低温水貯湯槽58とで順次カスケード的に活用されることとなり、熱交換を効率的に行うことが可能となる。
According to the individual fuel cell system S12 described above, after the heat medium in the temperature raising
なお、上記第3実施形態では、燃料電池ユニットがPEFCユニット200である場合について説明したが、SOFCユニットを用いてシステムを構成する場合は、排熱熱交換器41内における昇温配管系統560の熱交換部441が、専ら燃焼室から排出される燃焼排ガスEGで加熱されるようにすると共に、低温水貯湯槽58内の貯留湯水が、昇温配管系統560による熱交換部58aでのみ加温される構成とすれば良い。
In the third embodiment, the case where the fuel cell unit is the
以上、本発明の燃料電池システムにつき、様々な実施形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、集中改質型燃料電池システムS0につき説明したが、上記個別燃料電池システムの各々に、個別に改質装置を具備させるようにしても良い。 As mentioned above, although various embodiment was illustrated about the fuel cell system of this invention, this invention is not limited to this. For example, the centralized reforming fuel cell system S0 has been described in the above embodiment, but each of the individual fuel cell systems may be provided with a reforming device individually.
100 集中型燃料ガス供給装置
101 商用ガス配管系統
103 ローカル配管路
104 主配管路(燃料ガスの配管系統)
105 バイパス配管路(バイパス配管系統)
120 アキュムレータ
200 PEFCユニット(燃料電池ユニット)
210 PEFC電池スタック
300 SOFCユニット(燃料電池ユニット)
310 SOFC電池スタック
400、550 排熱利用ユニット(排エネルギー利用機構)
41 排熱熱交換器
41a 排熱熱交換器バーナ
42 貯湯槽
43 生成水回収タンク(水回収装置)
44、510,510A,560 昇温配管系統
441 熱交換部(加熱部)
450 排熱回収部
500 24時間風呂ユニット
52 浴槽
57 高温水貯湯槽
58 低温水貯湯槽
S0 集中改質型の燃料電池システム(広域型の燃料電池システム)
S1,S2,S11,S12,S21 個別燃料電池システム
A〜H 需要家
EG 燃焼排ガス
DESCRIPTION OF
105 Bypass piping (bypass piping system)
120
210
310
41
44, 510, 510A, 560 Temperature rising
450 Waste
S1, S2, S11, S12, S21 Individual fuel cell system A to H Customer EG Combustion exhaust gas
Claims (8)
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、前記排熱熱交換器における加熱部の加熱源として用いるための排エネルギー利用機構を有し、
前記排熱熱交換器における加熱部の加熱源として、排熱熱交換器バーナを備え、
前記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、前記排熱熱交換器バーナに接続されていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system that combines a fuel cell unit that generates electricity by introducing fuel gas into a battery stack, and an exhaust heat exchanger having a heating unit,
The exhaust energy discharged from the battery stack of the fuel cell unit, and have a discharge energy utilization mechanism for use as a heating source of the heating unit in the exhaust heat exchanger,
As a heating source of the heating unit in the exhaust heat exchanger, an exhaust heat exchanger burner is provided,
A fuel cell system , wherein a bypass piping system is provided in a piping system for a fuel gas introduced into the battery stack, and the bypass piping system is connected to the exhaust heat exchanger burner .
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、
前記個別燃料電池システムは、電池スタック内に前記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、加熱部を備えた排熱熱交換器とを複合させたものであり、
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、前記排熱熱交換器における加熱部の加熱源として用いるための排エネルギー利用機構を有し、
前記排熱熱交換器における加熱部の加熱源として、排熱熱交換器バーナを備え、
前記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、前記排熱熱交換器バーナに接続されていることを特徴とする広域型の燃料電池システム。 A wide area comprising a fuel gas supply facility that is connected to a commercial gas supply system and purifies a fuel gas that serves as a drive source for the fuel cell, and an individual fuel cell system that is distributed among a plurality of consumers in a predetermined local area Type fuel cell system,
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 individual fuel cell system is a combination of a fuel cell unit that generates electricity by introducing the fuel gas into a battery stack, and an exhaust heat exchanger that includes a heating unit,
The exhaust energy discharged from the battery stack of the fuel cell unit, and have a discharge energy utilization mechanism for use as a heating source of the heating unit in the exhaust heat exchanger,
As a heating source of the heating unit in the exhaust heat exchanger, an exhaust heat exchanger burner is provided,
A wide-area fuel cell system , wherein a bypass piping system is provided in a piping system for fuel gas introduced into the battery stack, and the bypass piping system is connected to the exhaust heat exchanger burner. .
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、前記排熱熱交換器における加熱部を直接加熱させる機構をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池システム。 The fuel cell unit comprises a high-temperature fuel cell unit;
2. The exhaust energy utilization mechanism further includes a mechanism for directly heating a heating unit in the exhaust heat exchanger by high-temperature combustion exhaust gas discharged from a battery stack of the high-temperature fuel cell unit. Or the fuel cell system of 2.
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、前記排熱熱交換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又は2記載の燃料電池システム。 The fuel cell unit comprises a low-temperature fuel cell unit ;
The exhaust energy utilization mechanism is configured to send the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air discharged from the battery stack of the low-temperature fuel cell unit to the exhaust heat exchanger burner for combustion. The fuel cell system according to claim 1 or 2.
前記排熱熱交換器で与えられた熱を前記貯湯槽内の湯水へ授受するため熱媒が循環される昇温配管系統を具備することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell unit has a hot water storage tank for storing hot water.
5. A temperature rising piping system in which a heat medium is circulated for transferring heat given by the exhaust heat exchanger to hot water in the hot water storage tank is provided. Fuel cell system.
前記排熱熱交換器で与えられた熱を前記貯湯槽内の湯水及び/又は前記浴槽内の湯水へ授受するための昇温配管系統を具備することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell unit is equipped with a hot water storage tank for storing hot water and a bathtub equipped with a bathtub water purification device,
5. A temperature rising piping system for transferring heat given by the exhaust heat exchanger to hot water in the hot water tank and / or hot water in the bathtub is provided. A fuel cell system according to claim 1.
昇温配管系統が、前記高温水貯湯槽及び低温水貯湯槽を経由するよう配管されてなり、
昇温配管系統内の熱媒が、排熱熱交換器を出た後に、先ず前記高温水貯湯槽を経由し、続いて前記低温水貯湯槽を経由するよう循環されるよう構成したことを特徴とする請求項5記載の燃料電池システム。 The hot water tank is separated into a hot water hot water tank and a low temperature water hot water tank,
The temperature raising piping system is piped through the high temperature water hot water tank and the low temperature water hot water tank,
The heating medium in the temperature rising piping system is configured to be circulated through the high-temperature water hot water tank first after passing through the exhaust heat exchanger, and then through the low-temperature water hot water tank. The fuel cell system according to claim 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004257127A JP4927324B2 (en) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004257127A JP4927324B2 (en) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | Fuel cell system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006073417A JP2006073417A (en) | 2006-03-16 |
JP4927324B2 true JP4927324B2 (en) | 2012-05-09 |
Family
ID=36153799
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004257127A Expired - Fee Related JP4927324B2 (en) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | Fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4927324B2 (en) |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007265732A (en) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Tokyo Gas Co Ltd | Supply system of electricity and hydrogen |
KR100740542B1 (en) | 2006-05-30 | 2007-07-18 | 최성환 | System for keeping cooling energy of fuel cell |
KR100832851B1 (en) | 2007-03-19 | 2008-05-28 | 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 | Latent heat storage type heat storage system for fuel cell using phase change materials |
JP5231756B2 (en) * | 2007-06-04 | 2013-07-10 | 株式会社東芝 | Fuel cell power generator and method of operating the same |
JP5323333B2 (en) * | 2007-08-28 | 2013-10-23 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell system and operation method thereof |
KR100911055B1 (en) * | 2007-10-19 | 2009-08-06 | (주)퓨얼셀 파워 | Heat Recovery Apparatus of Fuel Cell System |
KR101122561B1 (en) * | 2009-05-13 | 2012-03-16 | 삼성중공업 주식회사 | Heating apparatus using fuel cell of a vessel |
KR101080311B1 (en) | 2009-12-30 | 2011-11-04 | (주)퓨얼셀 파워 | Fuel cell system having separate type auxiliary burner and driving method threrof |
JP5593808B2 (en) * | 2010-04-28 | 2014-09-24 | 株式会社ノーリツ | Fuel cell hot water supply system |
JP2012138265A (en) * | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | Fuel cell system and desulfurizer |
WO2012091132A1 (en) * | 2010-12-28 | 2012-07-05 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | Fuel cell system |
WO2012091131A1 (en) * | 2010-12-28 | 2012-07-05 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | Fuel cell system |
JP6647030B2 (en) * | 2015-09-02 | 2020-02-14 | 長府工産株式会社 | Pure hydrogen type hot water storage unit |
JP6707368B2 (en) * | 2016-03-02 | 2020-06-10 | 東京瓦斯株式会社 | By-product hydrogen utilization system |
JP6515131B2 (en) * | 2017-05-17 | 2019-05-15 | 東京瓦斯株式会社 | Fuel cell system |
JP6316485B1 (en) * | 2017-05-17 | 2018-04-25 | 東京瓦斯株式会社 | Fuel cell system |
JP6654684B2 (en) * | 2018-12-07 | 2020-02-26 | 大阪瓦斯株式会社 | Bathroom pure water utilization equipment |
CN110701826A (en) * | 2019-11-05 | 2020-01-17 | 中国华电科工集团有限公司 | Hundred kW-MW-level SOFC (solid oxide fuel cell) cooling and heating system and operation method thereof |
CN112259758B (en) * | 2020-09-18 | 2022-10-04 | 武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七一二研究所) | Zero-emission marine combined cooling heating and power unit and using method thereof |
WO2023054719A1 (en) * | 2021-09-30 | 2023-04-06 | 京セラ株式会社 | Cogeneration system |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04296458A (en) * | 1991-03-27 | 1992-10-20 | Toshiba Corp | Fuel cell electric power generating plant |
EP0818840B1 (en) * | 1996-07-11 | 2002-04-03 | Sulzer Hexis AG | Process for generating simultaneously electrical energy and heat for heating purposes |
JP3586989B2 (en) * | 1996-09-17 | 2004-11-10 | 富士電機ホールディングス株式会社 | Generated water recovery device for fuel cell power generator |
JP2001185167A (en) * | 1999-12-27 | 2001-07-06 | Daikin Ind Ltd | Fuel cell cogeneration system |
JP2002373690A (en) * | 2001-06-14 | 2002-12-26 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2003028496A (en) * | 2001-07-18 | 2003-01-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Hot water supplier provided with cleaning function |
JP5186072B2 (en) * | 2001-08-08 | 2013-04-17 | 関西電力株式会社 | Fuel cell power generation system |
JP2003130457A (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Hot water storage tank and system |
JP2003142139A (en) * | 2001-11-01 | 2003-05-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Hydrogen producing device, fuel cell system, and dispersion type fuel cell system using them |
JP2003187843A (en) * | 2001-12-21 | 2003-07-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel cell system and cogeneration system |
JP3875928B2 (en) * | 2002-06-28 | 2007-01-31 | 株式会社ノーリツ | Combustion device |
JP4101051B2 (en) * | 2002-12-27 | 2008-06-11 | 三洋電機株式会社 | Fuel cell system |
JP2004213975A (en) * | 2002-12-27 | 2004-07-29 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel cell system |
JP3671040B2 (en) * | 2003-01-09 | 2005-07-13 | 征一 武藤 | Hydrogen-based infrastructure system |
JP2004327145A (en) * | 2003-04-23 | 2004-11-18 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell cogeneration system |
DE502004006754D1 (en) * | 2003-09-11 | 2008-05-21 | Sulzer Hexis Ag | Plant with integrated fuel cells and with a heat exchanger |
JP2006040597A (en) * | 2004-07-23 | 2006-02-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Gas supply system, energy supply system and gas supply method |
JP2006073416A (en) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Absorption-type refrigerator composite fuel cell |
JP2006073415A (en) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Fuel cell system |
-
2004
- 2004-09-03 JP JP2004257127A patent/JP4927324B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006073417A (en) | 2006-03-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4927324B2 (en) | Fuel cell system | |
KR100525538B1 (en) | Solid high polymer type fuel cell power generating device | |
US7479169B2 (en) | Gas supplying system and gas supplying method | |
US8206857B2 (en) | Fuel cell combined heat and power generation | |
JP2006191748A (en) | Collective power network system | |
WO2012091096A1 (en) | Fuel cell system | |
JP2006073416A (en) | Absorption-type refrigerator composite fuel cell | |
JP4669654B2 (en) | Small fuel cell system | |
JP2017068913A (en) | Fuel battery system | |
KR101897500B1 (en) | Fuel cell system with heat exchager using reformed gas or anode off gas | |
JP4195974B2 (en) | Fuel cell cogeneration system | |
JP2006073415A (en) | Fuel cell system | |
JP3956208B2 (en) | Fuel cell power generation system and operation method thereof | |
JP2004288603A (en) | Cogeneration system | |
JP2005093127A (en) | Fuel cell cogeneration system and its operation method | |
KR100774466B1 (en) | Fuel cell system having stack preheating function | |
JP3789706B2 (en) | CO conversion unit and polymer electrolyte fuel cell power generation system | |
JP2004293816A (en) | Processing device accompanied by hot-water supply together | |
JP2004039430A (en) | Fuel cell generator and its operation method | |
JP2001185178A (en) | Co removing unit and solid polymeric fuel cell power generation system | |
JP3448568B2 (en) | Exhaust heat recovery apparatus and method in fuel cell power supply system | |
Van den Oosterkamp et al. | Operational experience with micro-chp residential fuel cell systems | |
Higashiguchi et al. | Development of residential PEFC cogeneration systems at Osaka Gas | |
JP5186072B2 (en) | Fuel cell power generation system | |
JP3939333B2 (en) | Hot water system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070831 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110210 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110405 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110603 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120131 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120209 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150217 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |