JP5025929B2 - Fuel cell power generation system - Google Patents

Fuel cell power generation system Download PDF

Info

Publication number
JP5025929B2
JP5025929B2 JP2005254721A JP2005254721A JP5025929B2 JP 5025929 B2 JP5025929 B2 JP 5025929B2 JP 2005254721 A JP2005254721 A JP 2005254721A JP 2005254721 A JP2005254721 A JP 2005254721A JP 5025929 B2 JP5025929 B2 JP 5025929B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling water
heat exchanger
temperature
heat
fuel cell
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.)
Active
Application number
JP2005254721A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007066833A (en
Inventor
芳樹 加藤
裕登 高木
祐平 竹内
信 稲垣
和巳 前原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Priority to JP2005254721A priority Critical patent/JP5025929B2/en
Publication of JP2007066833A publication Critical patent/JP2007066833A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5025929B2 publication Critical patent/JP5025929B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

本発明は燃料電池発電システムに関し、特に排熱回収効率の低下を抑制した燃料電池発電システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell power generation system, and more particularly to a fuel cell power generation system in which a reduction in exhaust heat recovery efficiency is suppressed.

近年の地球環境保全意識の高まりを背景に、地球温暖化抑制に資する燃料電池で発電する燃料電池システムが注目を集めている。燃料電池は水素と酸素との電気化学的反応により発電する装置であるところ、この電気化学的反応が発熱反応であることからこの熱を有効利用すべく、一般に、燃料電池システムは貯湯槽を付加してシステムを構成する場合が多い。燃料電池からの発熱はスタック冷却水に奪われ、温度が上昇したスタック冷却水は排熱回収温水と熱交換器にて熱交換を行うことにより温度が低下し再び燃料電池の冷却に用いられる。他方、スタック冷却水と熱交換を行った排熱回収温水は貯湯槽に導かれて蓄熱され、熱需要に応じて利用される。   With the recent increase in awareness of global environmental conservation, fuel cell systems that generate electricity with fuel cells that contribute to the prevention of global warming are attracting attention. A fuel cell is a device that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Since this electrochemical reaction is an exothermic reaction, a fuel cell system is generally equipped with a hot water storage tank to effectively use this heat. In many cases, the system is configured. Heat generated from the fuel cell is lost to the stack cooling water, and the temperature of the stack cooling water whose temperature has risen is lowered by heat exchange with the exhaust heat recovery hot water and the heat exchanger, and is used again for cooling the fuel cell. On the other hand, the exhaust heat recovery hot water that has exchanged heat with the stack cooling water is guided to the hot water storage tank to be stored, and used according to the heat demand.

排熱回収温水は燃料電池から熱を奪ったスタック冷却水により加熱されるが、この加熱の際、排熱回収温水中に溶解していた空気が放出されて管内に空気溜まりが発生しやすい。このため、排熱回収温水を下方から上方に流れるように熱交換器に供給することにより、管内に発生した空気溜まりを排熱回収温水の流れと共に除去して貯湯槽まで導くのが一般的である。他方、スタック冷却水と排熱回収温水との熱交換に使用される熱交換器は、熱交換効率を向上させるためにスタック冷却水と排熱回収温水とが対向流で流れるように構成されていることが好ましい。排熱回収温水を下方から上方に流し、これに対しスタック冷却水を対向流で流すときは、スタック冷却水は熱交換器を上方から下方へ流れることとなる。   The exhaust heat recovery warm water is heated by the stack cooling water that has taken heat from the fuel cell. During this heating, the air dissolved in the exhaust heat recovery warm water is released, and air pools are likely to occur in the pipe. For this reason, by supplying exhaust heat recovery hot water to the heat exchanger so that it flows upward from below, it is common to remove the air pocket generated in the pipe together with the flow of exhaust heat recovery hot water and lead it to the hot water storage tank. is there. On the other hand, the heat exchanger used for heat exchange between the stack cooling water and the exhaust heat recovery hot water is configured such that the stack cooling water and the exhaust heat recovery hot water flow in a counterflow to improve heat exchange efficiency. Preferably it is. When the exhaust heat recovery hot water flows from the lower side to the upper side and the stack cooling water flows in the opposite flow, the stack cooling water flows from the upper side to the lower side of the heat exchanger.

しかしながら、スタック冷却水は窒素や酸素、あるいは炭酸ガスが溶存した状態となっている場合が多く、スタック冷却水からも気体が発生する場合がある。前述のように、スタック冷却水を上方から下方へ熱交換器に流すと熱交換器の上部にガス溜まりが発生することとなる。熱交換器内にガス溜まりが生じると、気体と接している部分は熱交換に寄与しないため、結果的に伝熱面積が減少することとなり、系内の温度バランスが崩れるという不具合が生じる。また、熱交換器内にガス溜まりが発生していることを直接的に認知することは困難であり、認知するためには過大な付帯設備を要することとなる。   However, the stack cooling water is often in a state in which nitrogen, oxygen, or carbon dioxide is dissolved, and gas may be generated from the stack cooling water. As described above, if the stack cooling water is passed through the heat exchanger from the upper side to the lower side, a gas pool is generated in the upper part of the heat exchanger. When a gas pool is generated in the heat exchanger, the portion in contact with the gas does not contribute to the heat exchange. As a result, the heat transfer area is reduced, and the temperature balance in the system is lost. In addition, it is difficult to directly recognize that a gas pool is generated in the heat exchanger, and excessive incidental facilities are required to recognize it.

本発明は上述の課題に鑑み、過大な付帯設備を要することなく排熱回収効率の低下を抑制する燃料電池発電システムを提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system that suppresses reduction in exhaust heat recovery efficiency without requiring an excessive incidental facility.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明に係る燃料電池発電システムは、例えば図1に示すように、水素を含有する改質ガスgと酸素を含有する酸化剤ガスtとを導入して発電し発熱する燃料電池10と;燃料電池10で発生した熱を奪う冷却水cと冷却水cから熱を奪う熱回収水hとを導入し、冷却水cと熱回収水hとを対向流で流すことにより熱交換させた後に冷却水cと熱回収水hとを導出する熱交換器36と;熱交換器36に導入する冷却水cの温度と熱交換器36から導出した熱回収水hの温度との温度差、又は熱交換器36に導入する熱回収水hの温度と熱交換器36から導出した冷却水cの温度との温度差を検知する温度差検知手段63、65、64、66と;温度差検知手段63、65、64、66で検知した温度差が所定の条件を満たしたときに、熱交換器36を流れる冷却水cの流量が増加するように制御する制御装置60とを備える。熱交換器36は、冷却水cを上部から導入し上方から下方へ流して下部から導出し、熱回収水hを下部から導入し下方から上方へ流して上部から導出する。所定の条件は、検知した温度差が所定の温度差以上のときに第1の所定の時間を積算時間に対して加算し、検知した温度差が所定の温度差未満かつ積算時間が0及び負の値でないときに第1の所定の時間を積算時間から減算して、積算時間が第2の所定の時間になったときである。熱交換器36を流れる冷却水cが重力にしたがって流れる方になる。「重力にしたがって」とは、熱交換器を流れる流体の出入口の高さの関係をいうものであって、入口の位置が出口の位置よりも上方にあることをいい、流れる流体が機械力等の外力を受けないという意味ではない。 In order to achieve the above object, a fuel cell power generation system according to the invention described in claim 1 includes a reformed gas g containing hydrogen and an oxidant gas t containing oxygen as shown in FIG. A fuel cell 10 that generates electricity and generates heat; a cooling water c that takes away heat generated in the fuel cell 10 and a heat recovery water h that takes heat away from the cooling water c; and the cooling water c and the heat recovery water h The heat exchanger 36 for deriving the cooling water c and the heat recovery water h after heat exchange by flowing in a counter flow; and the temperature of the cooling water c introduced into the heat exchanger 36 and the heat exchanger 36 Temperature difference detection means 63 for detecting the temperature difference between the temperature of the heat recovery water h or the temperature difference between the temperature of the heat recovery water h introduced into the heat exchanger 36 and the temperature of the cooling water c derived from the heat exchanger 36. 65, 64, 66; the temperature detected by the temperature difference detection means 63, 65, 64, 66 Difference and a control unit 60 for controlling so when a predetermined condition is satisfied, the flow rate of the cooling water c flowing through the heat exchanger 36 is increased. The heat exchanger 36 introduces the cooling water c from the upper part, flows from the upper part to the lower part and is derived from the lower part, introduces the heat recovery water h from the lower part, flows from the lower part to the upper part, and derives from the upper part. The predetermined condition is that when the detected temperature difference is equal to or greater than the predetermined temperature difference, the first predetermined time is added to the accumulated time, the detected temperature difference is less than the predetermined temperature difference, the accumulated time is 0 and negative. When the first predetermined time is not subtracted from the accumulated time, the accumulated time reaches the second predetermined time. The cooling water c flowing through the heat exchanger 36 flows according to gravity. “According to gravity” refers to the relationship between the height of the inlet / outlet of the fluid flowing through the heat exchanger, which means that the position of the inlet is above the position of the outlet. It does not mean that the external force is not received.

このように構成すると、温度差検知手段で検知した温度差が所定の条件を満たしたときに、熱交換器を流れる冷却水又は熱回収水のうち、重力にしたがって流れる方の流量が増加するように制御するので、温度差の所定の条件が熱交換器に気体溜まりが発生することに伴う伝熱量の減少による場合に、重力にしたがって流れる方の流量を増加させて気体溜まりを除去することができる。   If comprised in this way, when the temperature difference detected with the temperature difference detection means satisfy | fills predetermined conditions, the flow volume of the direction which flows according to gravity among the cooling water which flows through a heat exchanger, or heat recovery water will increase. Therefore, when the predetermined condition of the temperature difference is due to a decrease in the amount of heat transfer associated with the occurrence of gas accumulation in the heat exchanger, the flow volume flowing according to gravity can be increased to remove the gas accumulation. it can.

上述のように、請求項に記載の発明に係る燃料電池発電システムは、例えば図1に示すように、熱交換器36が、冷却水cを重力にしたがって流すように構成されている。 As described above, the fuel cell power generation system according to the first aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, the heat exchanger 36 has a cooling water c is configured to flow by gravity.

このように構成すると、冷却水を重力にしたがって流すのとは反対に、気体が発生しやすい熱回収水を重力に逆らって流すこととなり、熱交換器内に滞留する気体の量が少なくなって伝熱面積の減少を抑制することができ、排熱回収効率の低下を抑制することができる。ここで「重力に逆らって」とは、熱交換器を流れる流体の出入口の高さの関係をいうものであって、入口の位置よりも出口の位置が上方にあることをいい、流れる流体が機械力等の外力を受けないという意味ではない。   If constituted in this way, it will flow against the gravity heat recovery water which is easy to generate gas contrary to flowing cooling water according to gravity, and the quantity of the gas which stays in a heat exchanger decreases. A decrease in heat transfer area can be suppressed, and a decrease in exhaust heat recovery efficiency can be suppressed. Here, “against gravity” refers to the relationship between the height of the inlet and outlet of the fluid flowing through the heat exchanger, and means that the outlet position is above the inlet position. It does not mean that it does not receive external force such as mechanical force.

また、請求項3に記載の発明に係る燃料電池発電システムは、例えば図1に示すように、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池発電システム1において、燃料電池10に冷却水cを導入し導出し、熱交換器36に冷却水cを導入し導出する冷却水流路83と;燃料電池10の上流側かつ熱交換器36の下流側の冷却水流路83に配設され、冷却水cを循環する冷却水ポンプ43と;冷却水ポンプ43の上流側及び冷却水ポンプ43の下流側の少なくとも一方の冷却水流路83に配設された気体抜き手段58、88、59、89とを備える。 In addition, the fuel cell power generation system according to the invention described in claim 3 is the fuel cell power generation system 1 according to claim 1 or 2, as shown in FIG. 1, for example. A cooling water flow path 83 that introduces and leads out and introduces and discharges the cooling water c to and from the heat exchanger 36; a cooling water flow path 83 upstream of the fuel cell 10 and downstream of the heat exchanger 36; a cooling water pump 43 that circulates c; and gas venting means 58, 88, 59, 89 disposed in at least one cooling water flow path 83 upstream of the cooling water pump 43 and downstream of the cooling water pump 43. Prepare.

このように構成すると、流量の増加によって熱交換器から除去された気体を冷却水流路内から除去することができ、排熱回収効率の低下を抑制することができると共に冷却水ポンプのキャビテーションを防止することができる。   If comprised in this way, the gas removed from the heat exchanger by the increase in the flow rate can be removed from the inside of the cooling water flow path, and the reduction of exhaust heat recovery efficiency can be suppressed and the cavitation of the cooling water pump can be prevented. can do.

上述のように、請求項に記載の発明に係る燃料電池発電システムは、例えば図1及び図2に示すように、制御装置60が、第1の所定時間毎に温度差検知手段63、65により温度差を検知し(S1)、検知した温度差が所定の温度差以上のときに第1の所定の時間を積算時間に対して加算し(S4)、検知した温度差が所定の温度差未満かつ積算時間が0及び負の値でないときに第1の所定の時間を積算時間から減算して(S5、S6)、積算時間が第2の所定の時間になったときに冷却水cの流量を増加させる(S8)ように構成されている。 As described above, the fuel cell power generation system according to the first aspect of the present invention, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, the control device 60, the first temperature difference detecting means 63 every predetermined time, The temperature difference is detected by 65 (S1), and when the detected temperature difference is equal to or greater than the predetermined temperature difference , the first predetermined time is added to the accumulated time (S4), and the detected temperature difference is the predetermined temperature. The first predetermined time is subtracted from the integration time when the integration time is less than 0 and the negative value is not a negative value (S5, S6), and when the integration time reaches the second predetermined time, the cooling water c The flow rate is increased (S8).

このように構成すると、過大な付帯設備を要することなく熱交換器内に発生し滞留する気体の存在を認知して、適切なタイミングで熱交換器内の気体を除去することができる。   If comprised in this way, the presence of the gas which generate | occur | produces and retains in a heat exchanger without requiring an excessive incidental installation can be recognized, and the gas in a heat exchanger can be removed at an appropriate timing.

本発明に係る燃料電池発電システムによれば、温度差検知手段で検知した温度差が所定の条件を満たしたときに、熱交換器を流れる冷却水又は熱回収水のうち、重力にしたがって流れる方の流量が増加するように制御するので、温度差の所定の条件が熱交換器に気体溜まりが発生することに伴う伝熱量の減少による場合に、重力にしたがって流れる方の流量を増加させて気体溜まりを除去することができる。   According to the fuel cell power generation system of the present invention, the cooling water flowing through the heat exchanger or the heat recovery water flowing according to gravity when the temperature difference detected by the temperature difference detecting means satisfies a predetermined condition. Therefore, if the predetermined condition of the temperature difference is due to a decrease in the amount of heat transfer caused by the accumulation of gas in the heat exchanger, the flow rate of the gas flowing in accordance with gravity is increased. The pool can be removed.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。なお、図1中、破線は制御信号を表す。
図1は、本発明の実施の形態に係る燃料電池発電システム1を説明する系統図である。燃料電池発電システム1は、燃料電池10と、改質装置20と、三流体熱交換器31と、熱交換器36(三流体熱交換器31との区別を容易にするために以下「冷却水熱交換器36」という。)と、貯湯槽41と、冷却水ポンプ43と、熱回収水ポンプ44と、制御装置60とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing, the same or corresponding members are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted. In FIG. 1, a broken line represents a control signal.
FIG. 1 is a system diagram illustrating a fuel cell power generation system 1 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell power generation system 1 includes a “cooling water” in order to facilitate the distinction between the fuel cell 10, the reformer 20, the three-fluid heat exchanger 31, and the heat exchanger 36 (the three-fluid heat exchanger 31. A heat exchanger 36 ”, a hot water storage tank 41, a cooling water pump 43, a heat recovery water pump 44, and a control device 60.

燃料電池10は、改質ガスgと酸化剤ガスtとを導入し、改質ガスg中の水素と酸化剤ガスt中の酸素との電気化学的反応により発電して水及び熱を発生する装置である。燃料電池10は、典型的には、固体高分子型燃料電池である。燃料電池10は、改質ガスgを導入するアノード部11と、酸化剤ガスtを導入するカソード部12と、電気化学的反応により発生した熱を奪う冷却部13とを含んで構成されている。燃料電池10は、図1では簡略化して図示されているが、典型的には固体高分子膜をアノード部11とカソード部12とで挟んで一層が形成され、これを多層積層して構成されている。アノード部11からは燃料電池10における電気化学反応に使用されなかった水素を含むアノード排ガスpが排出され、カソード部12からは燃料電池10における電気化学的反応に使用されなかった酸素を含むカソード排ガスqが排出されるように構成されている。   The fuel cell 10 introduces the reformed gas g and the oxidant gas t, and generates water and heat by generating electricity through an electrochemical reaction between hydrogen in the reformed gas g and oxygen in the oxidant gas t. Device. The fuel cell 10 is typically a polymer electrolyte fuel cell. The fuel cell 10 includes an anode part 11 for introducing a reformed gas g, a cathode part 12 for introducing an oxidant gas t, and a cooling part 13 for removing heat generated by an electrochemical reaction. . Although the fuel cell 10 is illustrated in a simplified manner in FIG. 1, typically, a single layer is formed by sandwiching a solid polymer film between an anode portion 11 and a cathode portion 12, and this is formed by stacking multiple layers. ing. An anode exhaust gas p containing hydrogen that was not used for the electrochemical reaction in the fuel cell 10 is discharged from the anode portion 11, and a cathode exhaust gas containing oxygen that was not used for the electrochemical reaction in the fuel cell 10 from the cathode portion 12. q is configured to be discharged.

改質装置20は、都市ガス、LPG、消化ガス、メタノール、GTL(Gas to Liquid)や灯油等の原料燃料rとプロセス水sとを導入し、原料燃料rを改質して水素に富む改質ガスgを生成する装置である。水素に富む改質ガスgは、水素を40体積%以上、典型的には70〜80体積%程度含んだ、燃料電池10に供給するガスである。改質ガスg中の水素濃度は80体積%以上でもよく、すなわち燃料電池10に供給したときに酸化剤ガスt中の酸素との電気化学的反応により発電可能な濃度であればよい。改質装置20は改質触媒充填層を有しており、改質反応が促進されるように構成されている。原料燃料rを改質する水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、改質装置20は改質に必要な改質熱を得るための改質熱発生器21を有している。改質熱発生器21は、典型的にはバーナーを有しており、燃料を燃焼させて改質熱を得ることができるように構成されている。改質熱発生器21で燃焼させる燃料は、原料燃料rやアノード排ガスpが用いられる。改質熱発生器21には、燃料を燃焼した後の排ガスを排出する燃焼排ガスライン21eが接続されている。   The reformer 20 introduces raw material fuel r and process water s such as city gas, LPG, digestion gas, methanol, GTL (Gas to Liquid) and kerosene, and reforms the raw material fuel r to improve the hydrogen. It is an apparatus for producing a quality gas g. The reformed gas g rich in hydrogen is a gas supplied to the fuel cell 10 containing hydrogen in an amount of 40% by volume or more, typically about 70 to 80% by volume. The hydrogen concentration in the reformed gas g may be 80% by volume or more, that is, any concentration that allows power generation by an electrochemical reaction with oxygen in the oxidant gas t when supplied to the fuel cell 10. The reformer 20 has a reforming catalyst packed bed and is configured to promote the reforming reaction. Since the steam reforming reaction for reforming the raw material fuel r is an endothermic reaction, the reformer 20 has a reforming heat generator 21 for obtaining reforming heat necessary for reforming. The reforming heat generator 21 typically has a burner, and is configured to be able to obtain reforming heat by burning fuel. As the fuel burned by the reforming heat generator 21, the raw material fuel r and the anode exhaust gas p are used. The reforming heat generator 21 is connected to a combustion exhaust gas line 21e that exhausts exhaust gas after burning the fuel.

三流体熱交換器31は、スタック冷却水cと酸化剤ガスtとを熱交換し、さらにスタック冷却水cと、改質装置20から導出される改質ガスgとを熱交換する三流体の熱交換器であって、多管式熱交換器が好適に用いられる。さらに好適には、酸化剤ガスtと改質ガスgとの流路には、フィンを設けた管を備える多管式熱交換器が用いられる。あるいは、三重管型熱交換器も好適に用いられる。   The three-fluid heat exchanger 31 exchanges heat between the stack cooling water c and the oxidant gas t, and further exchanges heat between the stack cooling water c and the reformed gas g derived from the reformer 20. A heat exchanger and a multi-tubular heat exchanger is preferably used. More preferably, a multi-tube heat exchanger having a pipe provided with fins is used for the flow path between the oxidizing gas t and the reformed gas g. Alternatively, a triple tube heat exchanger is also preferably used.

冷却水熱交換器36は、燃料電池10で発生した熱を奪ったスタック冷却水cと、貯湯槽41内下部の温度が低い熱回収水hとの間で熱交換を行わせる機器であり、プレート式熱交換器が好適に用いられる。冷却水熱交換器36は、伝熱面が波形状に形成されたプレートが複数枚積層されており、スタック冷却水c及び熱回収水hを1層毎に交互に流すように構成されている。図1では便宜上、スタック冷却水c及び熱回収水hが冷却水熱交換器36の上面と底面との間を通過するように示してあるが、実際には、冷却水熱交換器36は、スタック冷却水cが上部側面から流入して内部上方に形成された冷却水往路孔を流れて冷却水往路孔と連通している1枚おきのプレートに分配され、各プレートを上方から下方に流れて内部下方に形成された冷却水還路孔に集まった後に下部側面から流出するように構成されている。また、冷却水熱交換器36は、熱回収水hが下部側面から流入して内部下方に形成された熱回収水往路孔を流れて熱回収水往路孔と連通している1枚おきのプレートに分配され、各プレートを下方から上方に流れて内部上方に形成された熱回収水還路孔に集まった後に上部側面から流出するように構成されている。すなわち、冷却水熱交換器36は、スタック冷却水cと熱回収水hとを対向流(カウンターフロー)で流すように構成されており、典型的には、加熱によって溶存空気が出てきやすい熱回収水hを下方から上方へ流し、スタック冷却水cを上方から下方へと流すように構成されている。冷却水熱交換器36により、スタック冷却水cは冷却され、熱回収水hは加熱される。   The cooling water heat exchanger 36 is a device that exchanges heat between the stack cooling water c that has deprived of the heat generated in the fuel cell 10 and the heat recovery water h at a lower temperature in the hot water storage tank 41. A plate heat exchanger is preferably used. The cooling water heat exchanger 36 is formed by laminating a plurality of plates having heat transfer surfaces formed in a wave shape, and is configured to alternately flow the stack cooling water c and the heat recovery water h for each layer. . In FIG. 1, for convenience, the stack cooling water c and the heat recovery water h are shown to pass between the upper surface and the bottom surface of the cooling water heat exchanger 36, but actually, the cooling water heat exchanger 36 is The stack cooling water c flows from the upper side surface, flows through the cooling water forward passage hole formed in the upper part of the inside, and is distributed to every other plate communicating with the cooling water forward passage hole, and flows through each plate downward from the upper side. Then, after gathering in the cooling water return passage hole formed in the lower part of the interior, it flows out from the lower side surface. Further, the cooling water heat exchanger 36 is provided with every other plate in which the heat recovery water h flows from the lower side surface and flows through the heat recovery water forward hole formed in the lower part of the interior and communicates with the heat recovery water forward hole. It is configured to flow out from the upper side surface after flowing through the plates from below to gather in the heat recovery water return passage holes formed in the upper part of the interior. That is, the cooling water heat exchanger 36 is configured to flow the stack cooling water c and the heat recovery water h in a counter flow, and typically heat that is likely to generate dissolved air by heating. The recovered water h is flowed from below to above, and the stack cooling water c is flowed from above to below. The cooling water heat exchanger 36 cools the stack cooling water c and heats the heat recovery water h.

貯湯槽41は、冷却水熱交換器36で熱を回収した熱回収水hを蓄えるタンクである。貯湯槽41に貯留される熱回収水hは、下部よりも上部の方が高温になっている。貯湯槽41は、下部に貯留されている温度が低い熱回収水hを冷却水熱交換器36に向けて導出し、冷却水熱交換器36で燃料電池10の発熱を回収して温度が上昇した熱回収水hを上部に導入することにより熱を回収して蓄熱することができるように構成されている。貯湯槽41には、上部に給湯や暖房等の熱需要(熱負荷)に向けて温水wを導出する温水往管87が接続されており、下部に熱需要から戻されてきた温水wを導入する温水還管86が接続されている。   The hot water storage tank 41 is a tank for storing the heat recovery water h recovered from the heat by the cooling water heat exchanger 36. The heat recovery water h stored in the hot water storage tank 41 has a higher temperature in the upper part than in the lower part. The hot water storage tank 41 derives the heat recovery water h stored in the lower part toward the cooling water heat exchanger 36 and recovers the heat generated in the fuel cell 10 by the cooling water heat exchanger 36 to increase the temperature. The heat recovery water h is introduced into the upper part so that the heat can be recovered and stored. The hot water storage tank 41 is connected to a hot water outlet pipe 87 for deriving the hot water w toward the heat demand (heat load) such as hot water supply and heating at the upper part, and the hot water w returned from the heat demand is introduced to the lower part. A hot water return pipe 86 is connected.

燃料電池10のアノード部11には、改質装置20で生成された改質ガスgを導入する改質ガスライン81と、アノード排ガスpを排出するアノード排ガスライン91とが接続されており、改質ガスライン81は三流体熱交換器31を介して改質装置20に接続され、アノード排ガスライン91は改質装置20の改質熱発生器21に接続されている。三流体熱交換器31の下流側の改質ガスライン81には、分岐点となる改質ガス三方弁51が配設されている。改質ガス三方弁51の分岐口とアノード排ガスライン91とは改質ガスバイパスライン81Bで接続されている。改質ガス三方弁51は、制御装置60からの信号を受信して、三流体熱交換器31から流れてきた改質ガスgを引き続き改質ガスライン81を流すか、又は改質ガスバイパスライン81Bを流すかを切り替えることができるように構成されている。改質ガスバイパスライン81Bとの合流点より上流側のアノード排ガスライン91にはアノード遮断弁52が配設されている。アノード遮断弁52は、制御装置60からの信号を受信して、開閉動作をすることができるように構成されている。   A reformed gas line 81 for introducing the reformed gas g generated by the reformer 20 and an anode exhaust gas line 91 for discharging the anode exhaust gas p are connected to the anode portion 11 of the fuel cell 10. The quality gas line 81 is connected to the reformer 20 via the three-fluid heat exchanger 31, and the anode exhaust gas line 91 is connected to the reforming heat generator 21 of the reformer 20. A reformed gas three-way valve 51 serving as a branch point is disposed in the reformed gas line 81 on the downstream side of the three-fluid heat exchanger 31. The branch port of the reformed gas three-way valve 51 and the anode exhaust gas line 91 are connected by a reformed gas bypass line 81B. The reformed gas three-way valve 51 receives a signal from the control device 60 and continues to pass the reformed gas g flowing from the three-fluid heat exchanger 31 through the reformed gas line 81 or the reformed gas bypass line. It is comprised so that it can switch whether 81B is flowed. An anode shut-off valve 52 is disposed in the anode exhaust gas line 91 upstream from the junction with the reformed gas bypass line 81B. The anode cutoff valve 52 is configured to receive a signal from the control device 60 and to open and close.

カソード部12には、酸化剤ガスとしてのスタック空気tを導入する空気ライン82と、カソード排ガスqを排出するカソード排ガスライン92とが接続されており、空気ライン82は三流体熱交換器31を介して系外に開放されており、カソード排ガスライン92は系外に開放されている。三流体熱交換器31の下流側の空気ライン82には、分岐点となる酸化剤ガス三方弁53が配設されている。酸化剤ガス三方弁53の分岐口とカソード排ガスライン92とは空気バイパスライン82Bで接続されている。酸化剤ガス三方弁53は、制御装置60からの信号を受信して、三流体熱交換器31から流れてきたスタック空気tを引き続き空気ライン82を流すか、又は空気バイパスライン82Bを流すかを切り替えることができるように構成されている。空気バイパスライン82Bとの合流点より上流側のカソード排ガスライン92にはカソード遮断弁54が配設されている。カソード遮断弁54は、制御装置60からの信号を受信して、開閉動作をすることができるように構成されている。   An air line 82 for introducing the stack air t as an oxidant gas and a cathode exhaust gas line 92 for discharging the cathode exhaust gas q are connected to the cathode portion 12. The air line 82 connects the three-fluid heat exchanger 31. The cathode exhaust gas line 92 is open to the outside of the system. In the air line 82 on the downstream side of the three-fluid heat exchanger 31, an oxidant gas three-way valve 53 serving as a branch point is disposed. The branch port of the oxidant gas three-way valve 53 and the cathode exhaust gas line 92 are connected by an air bypass line 82B. The oxidant gas three-way valve 53 receives the signal from the control device 60 and determines whether the stack air t flowing from the three-fluid heat exchanger 31 continues to flow through the air line 82 or the air bypass line 82B. It is configured so that it can be switched. A cathode shut-off valve 54 is disposed in the cathode exhaust gas line 92 upstream from the junction with the air bypass line 82B. The cathode cutoff valve 54 is configured to receive a signal from the control device 60 and to open and close.

冷却部13には、燃料電池10で発生した熱を奪うスタック冷却水cを流す冷却水ライン83が接続されており、冷却水ライン83はスタック冷却水cを冷却部13、冷却水熱交換器36、三流体熱交換器31にこの順で流して再び冷却部13に戻す循環流路を形成している。つまり、冷却部13から出て冷却部13に戻る冷却水ライン83には、冷却水熱交換器36と三流体熱交換器31とが配設されている。冷却水熱交換器36と三流体熱交換器31との間の冷却水ライン83には、スタック冷却水cを循環させる冷却水ポンプ43が配設されている。冷却水ポンプ43は、制御装置60からの信号を受信して、回転速度を変えることにより循環するスタック冷却水cの流量を調整することができるように構成されている。冷却水ポンプ43と冷却水熱交換器36との間の冷却水ライン83からはサクション脱気管88が分岐しており、サクション脱気管88の先には冷却水ライン83中に存在する空気を排出するエア抜き弁58が設けられている。このサクション脱気管88とエア抜き弁58とで気体抜き手段を構成している。エア抜き弁58は、上方に通気口が形成されたケーシング内に浮き球が挿入されており、ケーシング内が満水時は浮き球が浮力で上昇して通気口を塞いで漏水を防ぎ、ケーシング内に気体が流入すると浮き球が下がることにより気体が通気口から排出されるように構成されている。また、エア抜き弁58に代えて、又はエア抜き弁58と共に、冷却水ポンプ43と三流体熱交換器31との間の冷却水ライン83からデリベリ脱気管89を分岐し、デリベリ脱気管89の先にエア抜き弁59を設けてもよい。デリベリ脱気管89とエア抜き弁59もまた気体抜き手段である。エア抜き弁59は、エア抜き弁58と同様に構成されている。   The cooling unit 13 is connected to a cooling water line 83 through which the stack cooling water c that takes heat generated in the fuel cell 10 is flowed. The cooling water line 83 supplies the stack cooling water c to the cooling unit 13, a cooling water heat exchanger. 36, a circulation flow path is formed which flows through the three-fluid heat exchanger 31 in this order and returns to the cooling unit 13 again. That is, the cooling water heat exchanger 36 and the three-fluid heat exchanger 31 are disposed in the cooling water line 83 that exits from the cooling unit 13 and returns to the cooling unit 13. A cooling water line 43 between the cooling water heat exchanger 36 and the three-fluid heat exchanger 31 is provided with a cooling water pump 43 that circulates the stack cooling water c. The cooling water pump 43 is configured to receive a signal from the control device 60 and adjust the flow rate of the circulating stack cooling water c by changing the rotation speed. A suction deaeration pipe 88 is branched from the cooling water line 83 between the cooling water pump 43 and the cooling water heat exchanger 36, and air existing in the cooling water line 83 is discharged to the tip of the suction deaeration pipe 88. An air vent valve 58 is provided. The suction deaeration pipe 88 and the air vent valve 58 constitute gas venting means. The air vent valve 58 has a floating ball inserted in a casing in which a vent is formed in the upper part. When the casing is full of water, the floating ball rises by buoyancy and closes the vent to prevent water leakage. When the gas flows into the gas, the floating ball descends so that the gas is discharged from the vent hole. Further, instead of the air vent valve 58 or together with the air vent valve 58, the delivery deaeration pipe 89 is branched from the cooling water line 83 between the cooling water pump 43 and the three-fluid heat exchanger 31, and the delivery deaeration pipe 89 The air vent valve 59 may be provided first. The delivery deaeration pipe 89 and the air vent valve 59 are also gas venting means. The air vent valve 59 is configured in the same manner as the air vent valve 58.

冷却水熱交換器36とサクション脱気管88との間の冷却水ライン83には、補給水ライン93が接続されている。補給水ライン93には補給水遮断弁55が配設されている。補給水遮断弁55は、制御装置60からの信号を受信して、開閉動作をすることができるように構成されている。冷却部13と冷却水熱交換器36との間の冷却水ライン83には、冷却水ライン83内の圧力を検知する圧力検知器61が設置されている。圧力検知器61で検知された圧力は信号として制御装置60に送信され、補給水遮断弁55の開閉動作の判断の基礎とされるように構成されている。また、冷却部13の入口付近の冷却水ライン83には、スタック冷却水cの温度を検知する温度検知器62が配設されている。温度検知器62には、サーミスタ、熱電対あるいは抵抗測温体などが用いられる。温度検知器62は、冷却部13に配設されていてもよい。この場合は、冷却部13に導入されるスタック冷却水cの温度を検知することができる。なお、温度検知器62は、冷却水ポンプ43と三流体熱交換器31との間の冷却水ライン83に配設されていてもよい。温度検知器62で検知された温度は信号として制御装置60に送信され、熱回収水ポンプ44の回転速度を決定する際の基礎とされるように構成されている。   A makeup water line 93 is connected to the cooling water line 83 between the cooling water heat exchanger 36 and the suction deaeration pipe 88. A makeup water cutoff valve 55 is disposed in the makeup water line 93. The makeup water cutoff valve 55 is configured to receive a signal from the control device 60 and to open and close. A pressure detector 61 that detects the pressure in the cooling water line 83 is installed in the cooling water line 83 between the cooling unit 13 and the cooling water heat exchanger 36. The pressure detected by the pressure detector 61 is transmitted as a signal to the control device 60, and is configured to be a basis for determining the opening / closing operation of the makeup water cutoff valve 55. In addition, a temperature detector 62 that detects the temperature of the stack cooling water c is disposed in the cooling water line 83 near the inlet of the cooling unit 13. As the temperature detector 62, a thermistor, a thermocouple, a resistance temperature sensor, or the like is used. The temperature detector 62 may be disposed in the cooling unit 13. In this case, the temperature of the stack cooling water c introduced into the cooling unit 13 can be detected. The temperature detector 62 may be disposed in the cooling water line 83 between the cooling water pump 43 and the three-fluid heat exchanger 31. The temperature detected by the temperature detector 62 is transmitted as a signal to the control device 60, and is configured to serve as a basis for determining the rotation speed of the heat recovery water pump 44.

貯湯槽41には、熱回収水hを流す熱回収ライン84が接続されている。熱回収ライン84は、貯湯槽41の下部から出て冷却水熱交換器36を介し、貯湯槽41の上部に戻る循環流路を形成している。つまり、熱回収ライン84には、冷却水熱交換器36が配設されている。貯湯槽41から冷却水熱交換器36に向かう熱回収ライン84には熱回収水ポンプ44が配設されている。熱回収水ポンプ44は、制御装置60からの信号を受信して、回転速度を変えることにより循環する熱回収水hの流量を調整することができるように構成されている。   A heat recovery line 84 for flowing the heat recovery water h is connected to the hot water storage tank 41. The heat recovery line 84 forms a circulation channel that exits from the lower part of the hot water tank 41 and returns to the upper part of the hot water tank 41 via the cooling water heat exchanger 36. That is, the cooling water heat exchanger 36 is disposed in the heat recovery line 84. A heat recovery water pump 44 is disposed in the heat recovery line 84 from the hot water storage tank 41 to the cooling water heat exchanger 36. The heat recovery water pump 44 is configured to receive a signal from the control device 60 and adjust the flow rate of the heat recovery water h that circulates by changing the rotation speed.

冷却水熱交換器36のスタック冷却水c入口側の冷却水ライン83には、スタック冷却水cの温度を検知する温度検知器63が配設されている。また、冷却水熱交換器36の熱回収水h出口側の熱回収ライン84には、熱回収水hの温度を検知する温度検知器65が配設されている。温度検知器63、65には、サーミスタ、熱電対あるいは抵抗測温体などが用いられる。温度検知器63はスタック冷却水c入口側の冷却水熱交換器36に、温度検知器65は熱回収水h出口側の冷却水熱交換器36に、それぞれ配設されていてもよい。すなわち、冷却水熱交換器36に入るスタック冷却水cの温度及び冷却水熱交換器36から出る熱回収水hの温度を検知することができればよい。温度検知器63、65で検知された温度は信号として制御装置60に送信される。温度検知器63、65で検知された温度に基づいて、制御装置60で冷却水熱交換器36に入るスタック冷却水cの温度と冷却水熱交換器36から出る熱回収水hの温度との温度差が演算され、温度検知器63、65及び制御装置60で温度差検知手段を構成している。また、温度検知器63で検知された温度信号は、冷却水ポンプ43の回転速度を決定する際の基礎とされるように構成されている。   A temperature detector 63 that detects the temperature of the stack cooling water c is disposed in the cooling water line 83 on the inlet side of the stack cooling water c of the cooling water heat exchanger 36. Further, a temperature detector 65 that detects the temperature of the heat recovery water h is disposed in the heat recovery line 84 on the heat recovery water h outlet side of the cooling water heat exchanger 36. For the temperature detectors 63 and 65, a thermistor, a thermocouple, a resistance temperature sensor, or the like is used. The temperature detector 63 may be disposed in the cooling water heat exchanger 36 on the stack cooling water c inlet side, and the temperature detector 65 may be disposed in the cooling water heat exchanger 36 on the heat recovery water h outlet side. That is, it is only necessary to detect the temperature of the stack cooling water c entering the cooling water heat exchanger 36 and the temperature of the heat recovery water h exiting from the cooling water heat exchanger 36. The temperature detected by the temperature detectors 63 and 65 is transmitted to the control device 60 as a signal. Based on the temperature detected by the temperature detectors 63, 65, the temperature of the stack cooling water c entering the cooling water heat exchanger 36 and the temperature of the heat recovery water h exiting from the cooling water heat exchanger 36 are controlled by the control device 60. The temperature difference is calculated, and the temperature detectors 63 and 65 and the control device 60 constitute a temperature difference detection means. Further, the temperature signal detected by the temperature detector 63 is configured to be a basis for determining the rotation speed of the cooling water pump 43.

制御装置60は、圧力検知器61及び温度検知器62、63、65から圧力信号及び温度信号を受信し、受信した信号に基づいて、冷却水ポンプ43や熱回収水ポンプ44の回転速度の調整、あるいは改質ガス三方弁51や酸化剤ガス三方弁53の切り替え動作やアノード遮断弁52、カソード遮断弁54、補給水遮断弁55の開閉動作をさせることができるように構成されている。制御装置60は、改質装置20での改質ガスgの生成量や燃料電池10へ導入する改質ガスg、スタック空気t、冷却水cの流量等の調整をして燃料電池10の発電電力や貯湯槽41の蓄熱量を調節する等して燃料電池発電システム1の運転を制御することができるように構成されている。また、制御装置60は、時間を計測することができるタイマーを備えている。さらに制御装置60は、受信した圧力信号や温度信号に基づいて各種の演算をすることができるように構成されている。   The control device 60 receives the pressure signal and the temperature signal from the pressure detector 61 and the temperature detectors 62, 63, 65, and adjusts the rotation speed of the cooling water pump 43 and the heat recovery water pump 44 based on the received signals. Alternatively, the switching operation of the reformed gas three-way valve 51 and the oxidant gas three-way valve 53 and the opening / closing operation of the anode cutoff valve 52, the cathode cutoff valve 54, and the makeup water cutoff valve 55 can be performed. The control device 60 adjusts the amount of the reformed gas g generated in the reformer 20 and the flow rate of the reformed gas g introduced into the fuel cell 10, the stack air t, and the cooling water c, etc. The operation of the fuel cell power generation system 1 can be controlled by adjusting the electric power and the amount of heat stored in the hot water storage tank 41. Moreover, the control apparatus 60 is provided with the timer which can measure time. Further, the control device 60 is configured to perform various calculations based on the received pressure signal and temperature signal.

引き続き図1を参照して、燃料電池発電システム1の作用を説明する。
燃料電池発電システム1の運転が開始されると、改質熱発生部21に原料燃料rの一部が導入され燃焼されて改質熱を発生すると共に、改質装置20に原料燃料rとプロセス水sとが導入され、改質装置20内で原料燃料rが改質されて改質ガスgが生成される。生成された改質ガスgは、改質ガスライン81を、アノード部11に向かって流れる。ここで、燃料電池システム1の立ち上げ時は改質装置20における原料燃料rの改質反応が不安定なため、改質ガスgの組成が所望のものとなるまで改質ガス三方弁51を改質ガスバイパスライン81B側に切り替え、改質ガスgを、アノード部11をバイパスしてアノード排ガスライン91へと導くと同時にアノード遮断弁52を閉じる。アノード排ガスライン91に導かれた改質ガスgは改質熱発生器21に導入され、燃焼用の燃料として用いられる。改質ガスg中の一酸化炭素濃度が燃料電池10が許容しうる程度まで減少したら、改質ガス三方弁51を切り替えて改質ガスgをアノード部11へと導く。改質ガスgの組成が所望のものとなったか否かは、濃度検知器(不図示)によって検知するようにしてもよく、あるいは予め改質ガスgが所望の組成となる時間を計測しておき起動時から所定の時間経過後に改質ガス三方弁51切り替えるようにしてもよい。
With continued reference to FIG. 1, the operation of the fuel cell power generation system 1 will be described.
When the operation of the fuel cell power generation system 1 is started, a part of the raw material fuel r is introduced into the reforming heat generator 21 and burned to generate reforming heat, and the raw material fuel r and the process are supplied to the reformer 20. Water s is introduced, the raw material fuel r is reformed in the reformer 20, and a reformed gas g is generated. The generated reformed gas g flows through the reformed gas line 81 toward the anode unit 11. Here, since the reforming reaction of the raw material fuel r in the reformer 20 is unstable when the fuel cell system 1 is started up, the reformed gas three-way valve 51 is set until the reformed gas g has a desired composition. Switching to the reformed gas bypass line 81B side, the reformed gas g is guided to the anode exhaust gas line 91 by bypassing the anode portion 11, and at the same time, the anode cutoff valve 52 is closed. The reformed gas g introduced to the anode exhaust gas line 91 is introduced into the reformed heat generator 21 and used as a combustion fuel. When the carbon monoxide concentration in the reformed gas g decreases to an extent that the fuel cell 10 can accept, the reformed gas three-way valve 51 is switched to guide the reformed gas g to the anode portion 11. Whether or not the composition of the reformed gas g has become a desired one may be detected by a concentration detector (not shown), or by measuring in advance the time during which the reformed gas g has the desired composition. Alternatively, the reformed gas three-way valve 51 may be switched after a predetermined time has elapsed since the start of the operation.

他方、スタック空気tがブロワ(不図示)によって空気ライン82内に送り込まれる。燃料電池システム1の運転時は、酸化剤ガス三方弁53が空気バイパスライン82Bへの連通を遮断するようになっており、空気ライン82を流れるスタック空気tは、加湿器(不図示)によって加湿された後にカソード部12へと導かれる。また、冷却水ポンプ43が起動してスタック冷却水cが冷却水ライン83の内部を通過する。改質ガスg、スタック空気t、スタック冷却水cは燃料電池10に導入される前に三流体熱交換器31を並流することによりそれぞれの出口温度は同じになる。   On the other hand, the stack air t is sent into the air line 82 by a blower (not shown). During operation of the fuel cell system 1, the oxidant gas three-way valve 53 blocks communication with the air bypass line 82B, and the stack air t flowing through the air line 82 is humidified by a humidifier (not shown). Then, it is guided to the cathode portion 12. Further, the cooling water pump 43 is activated and the stack cooling water c passes through the inside of the cooling water line 83. The reformed gas g, the stack air t, and the stack cooling water c are made to have the same outlet temperature by flowing through the three-fluid heat exchanger 31 before being introduced into the fuel cell 10.

燃料電池10では、アノード部11に導入された改質ガスg中の水素と、カソード部12に導入されたスタック空気t中の酸素との電気化学的反応により発電し、熱と水とを発生する。改質ガスg中の水素は燃料電池10の発電に伴いアノード部11で消費されるが、アノード部11における燃料欠乏を防止するため一定の利用率で運用され、一部の水素はアノード排ガスpに含まれてアノード部11から排出される。他方、スタック空気t中の酸素は燃料電池10の発電に伴い消費され、酸素が消費された後のスタック空気tはカソード排ガスqとしてカソード部12から排出される。なお、燃料電池システム1の運転中はアノード遮断弁52及びカソード遮断弁54が開状態となっている。アノード部11から排出されたアノード排ガスpは、凝縮器(不図示)で余分な水分が除かれた後、改質熱発生器21に導かれて燃焼用の燃料として利用される。カソード部12から排出されたカソード排ガスqは、凝縮器(不図示)で余分な水分が除かれた後、大気に放出される。燃料電池10で発電された電力は直流電力であり、この電力は交流電力に変換された後、又は直流電力のまま電力需要に供給される。   In the fuel cell 10, electricity is generated by an electrochemical reaction between hydrogen in the reformed gas g introduced into the anode portion 11 and oxygen in the stack air t introduced into the cathode portion 12 to generate heat and water. To do. Hydrogen in the reformed gas g is consumed at the anode portion 11 as the fuel cell 10 generates power, but is operated at a constant utilization rate to prevent fuel shortage at the anode portion 11, and some hydrogen is discharged from the anode exhaust gas p. And discharged from the anode portion 11. On the other hand, oxygen in the stack air t is consumed as the fuel cell 10 generates power, and the stack air t after consumption of oxygen is discharged from the cathode portion 12 as cathode exhaust gas q. During the operation of the fuel cell system 1, the anode cutoff valve 52 and the cathode cutoff valve 54 are open. The anode exhaust gas p discharged from the anode section 11 is removed from excess moisture by a condenser (not shown), and then led to the reforming heat generator 21 to be used as fuel for combustion. The cathode exhaust gas q discharged from the cathode portion 12 is discharged to the atmosphere after excess moisture is removed by a condenser (not shown). The power generated by the fuel cell 10 is DC power, and this power is supplied to the power demand after being converted to AC power or as DC power.

また、冷却部13に導入されるスタック冷却水cにより、発電に伴って発生した熱が燃料電池10から奪われる。制御装置60は、温度検知器63で検知した温度が一定の温度になるように冷却水ポンプ43の回転速度を変化させる。温度検知器63で検知した温度が一定の温度よりも高いときは冷却水ポンプ43の回転速度を増加させ、逆に一定の温度よりも低いときは回転速度を減少させる。このように冷却部13に導入されるスタック冷却水cの流量を変化させることにより、燃料電池10の温度が70〜100℃に維持される。また、制御装置60は、圧力検知器61で冷却水ライン83中の圧力を検知しており、冷却水ライン83中の圧力が所定の圧力を下回ったら補給水遮断弁55を開にして冷却水ライン83に補給水ポンプ(不図示)で補給水を圧送し、所定の圧力を回復したら補給水遮断弁55を閉にする。   Further, the heat generated by the power generation is taken away from the fuel cell 10 by the stack cooling water c introduced into the cooling unit 13. The control device 60 changes the rotation speed of the cooling water pump 43 so that the temperature detected by the temperature detector 63 becomes a constant temperature. When the temperature detected by the temperature detector 63 is higher than a certain temperature, the rotation speed of the cooling water pump 43 is increased. Conversely, when the temperature is lower than the certain temperature, the rotation speed is decreased. Thus, the temperature of the fuel cell 10 is maintained at 70 to 100 ° C. by changing the flow rate of the stack cooling water c introduced into the cooling unit 13. In addition, the control device 60 detects the pressure in the cooling water line 83 with the pressure detector 61. When the pressure in the cooling water line 83 falls below a predetermined pressure, the replenishing water shut-off valve 55 is opened to open the cooling water. The makeup water is pumped to the line 83 by a makeup water pump (not shown), and when the predetermined pressure is recovered, the makeup water shutoff valve 55 is closed.

燃料電池10から熱を奪って温度が上昇したスタック冷却水cは、冷却水熱交換器36で熱回収水hと熱交換されることにより冷却される。熱回収水hは、熱回収水ポンプ44が起動することにより貯湯槽41の下部から採水され、熱回収ライン84を流れて冷却水熱交換器36に導入される。制御装置60は、温度検知器62で検知した温度に基づいて熱回収水ポンプ44の回転速度を変化させる。温度検知器62で検知した温度が所定の温度よりも高いときは熱回収水ポンプ44の回転速度を増加させ、逆に所定の温度よりも低いときは回転速度を減少させる。冷却水熱交換器36では、スタック冷却水cが上方から導入されて下方から導出され、熱回収水hが下方から導入されて上方から導出され、スタック冷却水cと熱回収水hとの間でカウンターフローにより効率よく熱交換が行われる。また、冷却水熱交換器36で加熱される熱回収水hが冷却水熱交換器36に下方から導入されて上方から導出されるので、加熱によって溶存酸素等の気体が発生しやすい熱回収水hを重力に逆らって流すこととなり、気体(一般に水よりも密度が小さい)が発生しても熱回収水hの流れと共に冷却水熱交換器36から排出される。   The stack cooling water c whose temperature has been increased due to the removal of heat from the fuel cell 10 is cooled by heat exchange with the heat recovery water h in the cooling water heat exchanger 36. The heat recovery water h is sampled from the lower part of the hot water storage tank 41 when the heat recovery water pump 44 is activated, flows through the heat recovery line 84 and is introduced into the cooling water heat exchanger 36. The control device 60 changes the rotational speed of the heat recovery water pump 44 based on the temperature detected by the temperature detector 62. When the temperature detected by the temperature detector 62 is higher than the predetermined temperature, the rotational speed of the heat recovery water pump 44 is increased. Conversely, when the temperature is lower than the predetermined temperature, the rotational speed is decreased. In the cooling water heat exchanger 36, the stack cooling water c is introduced from above and led out from below, and the heat recovery water h is introduced from below and led out from above, and between the stack cooling water c and the heat recovery water h. In the counter flow, heat is exchanged efficiently. Further, since the heat recovery water h heated by the cooling water heat exchanger 36 is introduced into the cooling water heat exchanger 36 from below and led out from above, heat recovery water in which a gas such as dissolved oxygen is likely to be generated by heating. h flows against gravity, and even if a gas (generally having a lower density than water) is generated, it is discharged from the cooling water heat exchanger 36 along with the flow of the heat recovery water h.

スタック冷却水cと熱交換して温度が上昇した熱回収水hは、熱回収ライン84を流れて貯湯槽41の上部に戻される。温度が上昇した熱回収水hが貯湯槽41に還水することにより、燃料電池10から奪った熱が温水として貯湯槽41内に蓄熱される。貯湯槽41内の温水は、上部の温度が高く下部の温度が低くなっている。貯湯槽41に蓄熱された熱は、温水wとして給湯や暖房等の熱需要(不図示)で消費される。熱需要へ送られる温水wは、温度が高い温水が貯留されている蓄熱槽41の上部から採水される。他方、熱需要からの還温水、あるいは熱需要で温水が消費された場合は消費された分の補給水が貯湯槽41の下部に導入される。   The heat recovery water h whose temperature has increased by exchanging heat with the stack cooling water c flows through the heat recovery line 84 and is returned to the upper part of the hot water storage tank 41. The heat recovery water h whose temperature has risen is returned to the hot water storage tank 41, so that the heat taken from the fuel cell 10 is stored in the hot water storage tank 41 as hot water. The hot water in the hot water storage tank 41 has a high temperature at the top and a low temperature at the bottom. The heat stored in the hot water storage tank 41 is consumed as hot water w by heat demand (not shown) such as hot water supply or heating. The hot water w sent to the heat demand is collected from the upper part of the heat storage tank 41 in which hot water having a high temperature is stored. On the other hand, when hot water is returned from the heat demand or when hot water is consumed due to the heat demand, the consumed water is introduced into the lower part of the hot water tank 41.

ところで、燃料電池発電システム1の運転中、スタック冷却水cからも気体が発生することがある。スタック冷却水cには、冷却部13における放電現象を抑止するために不純物を除去して電気伝導度を低下させた、いわゆるイオン交換水を用いている。冷却水ライン83には、スタック冷却水cとして初めに純水を充填するが、燃料電池発電システム1の運転開始後に補給されるときは、燃料電池10の発電に伴って発生した水を凝縮器(不図示)で回収したものを再利用したり、イオン交換樹脂層を通した水道水を利用することが行われる。水道水には溶存酸素が含まれている。凝縮器(不図示)には、アノード排ガスp及びカソード排ガスqに含まれる水分を回収した凝縮回収水も含まれており、凝縮回収水はスタック空気tの成分である窒素や酸素、あるいは改質ガスgに含まれる炭酸ガスが溶存したものとなっている。したがって、スタック冷却水cには各種の気体が溶存しており、冷却水ライン83中に気体が発生することがある。   By the way, during operation of the fuel cell power generation system 1, gas may be generated from the stack cooling water c. As the stack cooling water c, so-called ion-exchanged water in which impurities are removed to reduce electrical conductivity in order to suppress the discharge phenomenon in the cooling unit 13 is used. The cooling water line 83 is initially filled with pure water as the stack cooling water c, but when it is replenished after the operation of the fuel cell power generation system 1 is started, the water generated by the power generation of the fuel cell 10 is condensed. The material collected in (not shown) is reused, or tap water that has passed through an ion exchange resin layer is used. Tap water contains dissolved oxygen. The condenser (not shown) also includes condensed and recovered water that recovers the moisture contained in the anode exhaust gas p and the cathode exhaust gas q. The condensed and recovered water is nitrogen or oxygen that is a component of the stack air t, or reforming. Carbon dioxide contained in the gas g is dissolved. Therefore, various gases are dissolved in the stack cooling water c, and gas may be generated in the cooling water line 83.

前述のように、スタック冷却水cは、冷却水熱交換器36に上方から導入され下方から導出される。冷却水ライン83中に気体が発生すると、発生した気体は冷却水熱交換器36の上方に気体溜まりとなって現れることがある。冷却水熱交換器36の上方に気体溜まりが生じると、冷却水熱交換器36中の気体と接している部分は熱交換に寄与しないこととなり、冷却水熱交換器36における伝熱面積が減少することとなる。冷却水熱交換器36における伝熱面積の減少は、燃料電池発電システム1の温度バランスを崩すという弊害をもたらす。他方、冷却水熱交換器36に気体溜まりが生じたことを認知することは困難である。   As described above, the stack cooling water c is introduced into the cooling water heat exchanger 36 from above and led out from below. When gas is generated in the cooling water line 83, the generated gas may appear as a gas pool above the cooling water heat exchanger 36. When a gas pool is generated above the cooling water heat exchanger 36, the portion in contact with the gas in the cooling water heat exchanger 36 does not contribute to heat exchange, and the heat transfer area in the cooling water heat exchanger 36 is reduced. Will be. The reduction of the heat transfer area in the cooling water heat exchanger 36 brings about a problem that the temperature balance of the fuel cell power generation system 1 is lost. On the other hand, it is difficult to recognize that a gas pool has occurred in the cooling water heat exchanger 36.

本発明者らは、鋭意研究を行った結果、冷却水熱交換器36内の気体溜まりの発生が冷却水熱交換器36内に出入りするスタック冷却水cと熱回収水hとの温度差と相関関係があることを見出し、本発明を完成するに至った。そこで以下に、図1に加えて図2を参照して、冷却水熱交換器36に溜まった気体を除去して燃料電池発電システム1を安定的に運転するための制御を説明する。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that the temperature difference between the stack cooling water c and the heat recovery water h, in which the generation of a gas pool in the cooling water heat exchanger 36 enters and exits the cooling water heat exchanger 36, The present inventors have found that there is a correlation and have completed the present invention. Therefore, hereinafter, the control for stably operating the fuel cell power generation system 1 by removing the gas accumulated in the cooling water heat exchanger 36 will be described with reference to FIG. 2 in addition to FIG.

図2は、燃料電池発電システム1の温度バランスの崩れを是正する運転を説明するフローチャートである。制御装置60は、温度検知器63、65により、所定時間毎に冷却水熱交換器36の入口側のスタック冷却水c温度及び出口側の熱回収水h温度を検知する(S1)。この温度を検知する間隔が第1の所定時間である。制御装置60は、温度検知器63、65により各温度を検知したら両温度の差(温度差)を演算する(S2)。すなわち、制御装置60は、第1の所定時間毎に温度差を演算する。温度差を演算したら、その温度差が所定の温度差以上か否かを判断する(S3)。なお、燃料電池発電システム1の起動後しばらくの間は定常運転時に比べて温度差が大きいため所定の温度差以上となる場合が多い。そこで、温度差が所定の温度差以上か否かを判断する工程(S3)を、ある一定時間(これを第3の所定時間とする)経過後に実行するか、あるいは一旦温度差が所定の温度差よりも小さくなってから実行するようにするとよい。   FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation for correcting the collapse of the temperature balance of the fuel cell power generation system 1. The control device 60 detects the temperature of the stack cooling water c on the inlet side and the temperature of the heat recovery water h on the outlet side of the cooling water heat exchanger 36 at predetermined time intervals using the temperature detectors 63 and 65 (S1). The interval at which this temperature is detected is the first predetermined time. When the temperature detectors 63 and 65 detect each temperature, the control device 60 calculates a difference between the two temperatures (temperature difference) (S2). That is, the control device 60 calculates the temperature difference every first predetermined time. When the temperature difference is calculated, it is determined whether the temperature difference is equal to or greater than a predetermined temperature difference (S3). In addition, since the temperature difference is large compared with the time of steady operation for a while after starting of the fuel cell power generation system 1, it often becomes equal to or more than a predetermined temperature difference. Therefore, the step (S3) for determining whether or not the temperature difference is equal to or greater than the predetermined temperature difference is executed after a certain period of time (this is referred to as a third predetermined time), or once the temperature difference is equal to the predetermined temperature. It is better to execute after the difference becomes smaller.

温度差が所定の温度差以上か否かを判断する工程(S3)を実行し、所定の温度差以上であれば、温度検知の間隔(第1の所定時間)を積算値に加算する(S4)。積算値は、燃料電池発電システム1の起動時は0である。他方、所定の温度差未満であれば積算値が0であるか否かを判断する(S5)。ここでは積算値の最低値は0として、積算値が負の値にならないようにしている。積算値が0であるか否かを判断する工程(S5)において、積算値が0であれば再び温度検知器63、65で温度を検知する工程(S1)に戻る。積算値が0でなければ、温度検知の間隔(第1の所定時間)を積算値から減算する(S6)。第1の所定時間を積算値から減算したら、再び温度検知器63、65で温度を検知する工程(S1)に戻る。   A step of determining whether or not the temperature difference is equal to or greater than a predetermined temperature difference (S3) is executed. If the temperature difference is equal to or greater than the predetermined temperature difference, the temperature detection interval (first predetermined time) is added to the integrated value (S4). ). The integrated value is 0 when the fuel cell power generation system 1 is started. On the other hand, if it is less than the predetermined temperature difference, it is determined whether or not the integrated value is 0 (S5). Here, the minimum value of the integrated value is set to 0 so that the integrated value does not become a negative value. In the step of determining whether or not the integrated value is 0 (S5), if the integrated value is 0, the process returns to the step of detecting the temperature with the temperature detectors 63 and 65 (S1). If the integrated value is not 0, the temperature detection interval (first predetermined time) is subtracted from the integrated value (S6). When the first predetermined time is subtracted from the integrated value, the process returns to the step (S1) in which the temperature detectors 63 and 65 detect the temperature again.

さて、温度差が所定の温度差以上か否かを判断する工程(S3)を実行し、所定の温度差以上であるとして第1の所定時間を加算したら(S4)、積算値が所定の値以上か否かを判断する(S7)。この積算値の所定の時間が第2の所定の時間である。積算値が所定の値よりも小さければ再び温度検知器63、65で温度を検知する工程(S1)に戻る。他方、積算値が所定の値以上であれば、制御装置60は、冷却水ライン83側の冷却水熱交換器36内に気体溜まりが生じて伝熱面積が減少したと推定して、冷却水ポンプ43の回転速度を増加させ、冷却水ライン83を流れるスタック冷却水cの流量を増加させる(S8)。スタック冷却水cを増やす量は、用いられる機器等によっても異なるが、冷却水ライン83側の冷却水熱交換器36内の気体溜まりを排出できる流量であればよい。また、どのくらいの時間増加させるかは、予め試験運転する等して調べておくとよい。   When the step (S3) of determining whether or not the temperature difference is equal to or greater than the predetermined temperature difference is executed and the first predetermined time is added assuming that the temperature difference is equal to or greater than the predetermined temperature difference (S4), the integrated value is equal to the predetermined value. It is determined whether or not this is the case (S7). The predetermined time of the integrated value is the second predetermined time. If the integrated value is smaller than the predetermined value, the process returns to the step (S1) where the temperature detectors 63 and 65 detect the temperature again. On the other hand, if the integrated value is equal to or greater than the predetermined value, the control device 60 estimates that the gas transfer has occurred in the cooling water heat exchanger 36 on the cooling water line 83 side and the heat transfer area has decreased, and the cooling water The rotational speed of the pump 43 is increased, and the flow rate of the stack cooling water c flowing through the cooling water line 83 is increased (S8). The amount by which the stack cooling water c is increased varies depending on the equipment used, but may be any flow rate that can discharge the gas pool in the cooling water heat exchanger 36 on the cooling water line 83 side. Further, it is preferable to check how long the time is increased by performing a test operation in advance.

スタック冷却水cの流量を増加させると、冷却水熱交換器36内に発生した気体溜まりはスタック冷却水cに押し出され、冷却水ライン83を流れる。そして気体溜まりがサクション脱気管88の分岐部までくると、水よりも密度が小さい気体が冷却水ライン83の上部から分岐しているサクション脱気管88内を通ってエア抜き弁58に至り、ここから系外に排出される。なお、冷却水ライン83はクローズ回路であり、補給水ライン93から供給される補給水で加圧されていて、冷却水ポンプ43の吸込側も正圧になっているので、エア抜き弁58及びサクション脱気管88を通して冷却水ライン83に空気が混入することはない。このように冷却水ポンプ43の吸込側で気体が排出されるので、冷却水ポンプ43のキャビテーションを防止することができる。空気抜き弁58で除去されずに残った気体は、冷却水ポンプ43の吐出側のデリベリ脱気管89及びエア抜き弁59から排出される。   When the flow rate of the stack cooling water c is increased, the gas pool generated in the cooling water heat exchanger 36 is pushed out to the stack cooling water c and flows through the cooling water line 83. When the gas pool reaches the branch of the suction deaeration pipe 88, a gas having a density lower than that of water passes through the suction deaeration pipe 88 branched from the upper part of the cooling water line 83 and reaches the air vent valve 58. Is discharged from the system. Note that the cooling water line 83 is a closed circuit and is pressurized with makeup water supplied from the makeup water line 93, and the suction side of the cooling water pump 43 is also at a positive pressure. Air does not enter the cooling water line 83 through the suction deaeration pipe 88. Thus, since gas is discharged | emitted by the suction side of the cooling water pump 43, the cavitation of the cooling water pump 43 can be prevented. The gas remaining without being removed by the air vent valve 58 is discharged from the delivery deaeration pipe 89 and the air vent valve 59 on the discharge side of the cooling water pump 43.

冷却水ライン83を流れるスタック冷却水cを、気体溜まりを排出できたと推定される程度増加させ、完了したら、スタック冷却水cの流量を定常運転時の流量に戻す(S9)。スタック冷却水cの流量を定常運転時の流量に戻したら、再び温度検知器63、65で温度を検知する工程(S1)に戻り、以降同様のフローを繰り返す。なお、積算値のリセットは、燃料電池発電システム1の停止時に行う。   The stack cooling water c flowing through the cooling water line 83 is increased to the extent that it is estimated that the gas pool has been discharged, and when completed, the flow rate of the stack cooling water c is returned to the flow rate during steady operation (S9). When the flow rate of the stack cooling water c is returned to the flow rate during steady operation, the flow returns to the step of detecting the temperature with the temperature detectors 63 and 65 (S1), and the same flow is repeated thereafter. The integrated value is reset when the fuel cell power generation system 1 is stopped.

以上の説明では、燃料電池10は固体高分子型燃料電池として説明したが、りん酸型燃料電池等の固体高分子型燃料電池以外の燃料電池であってもよい。   Although the fuel cell 10 has been described as a solid polymer fuel cell in the above description, it may be a fuel cell other than a solid polymer fuel cell such as a phosphoric acid fuel cell.

以上の説明では、冷却水熱交換器36に対するスタック冷却水cの入口温度と熱回収水hの出口温度との温度差に基づいて冷却水ポンプの吐出流量を制御することとしたが、温度検知器63に代えて冷却水熱交換器36の出口側のスタック冷却水cの温度を検知する温度検知器64を設け、また温度検知器65に代えて冷却水熱交換器36の入口側の熱回収水hの温度を検知する温度検知器66を設けて温度検知器64と温度検知器66とで温度差検知手段を構成し、冷却水熱交換器36に対するスタック冷却水cの出口温度と熱回収水hの入口温度との温度差に基づいて冷却水ポンプの吐出流量を制御するようにしてもよい。   In the above description, the discharge flow rate of the cooling water pump is controlled based on the temperature difference between the inlet temperature of the stack cooling water c to the cooling water heat exchanger 36 and the outlet temperature of the heat recovery water h. A temperature detector 64 for detecting the temperature of the stack cooling water c on the outlet side of the cooling water heat exchanger 36 is provided in place of the condenser 63, and the heat on the inlet side of the cooling water heat exchanger 36 is provided in place of the temperature detector 65. A temperature detector 66 for detecting the temperature of the recovered water h is provided, and the temperature detector 64 and the temperature detector 66 constitute a temperature difference detection means, and the outlet temperature and heat of the stack cooling water c with respect to the cooling water heat exchanger 36. The discharge flow rate of the cooling water pump may be controlled based on the temperature difference from the inlet temperature of the recovered water h.

以上の説明では、冷却水熱交換器36に対し、スタック冷却水cが上方から導入されて下方から導出され、熱回収水hが下方から導入されて上方から導出されるとしたが、両流体の流れ方向を逆にして、冷却水熱交換器36に対し、スタック冷却水cが下方から導入されて上方から導出され、熱回収水hが上方から導入されて下方から導出されるようにしてもよい。この場合は、上述の温度差から冷却水熱交換器36に気体溜まりが発生したと認知されたときに熱回収水hの流量を増加させるようにするとよい。   In the above description, the stack cooling water c is introduced into the cooling water heat exchanger 36 from above and led out from below, and the heat recovery water h is introduced from below and led out from above. , The stack cooling water c is introduced from below and led out from above, and the heat recovery water h is introduced from above and led out from below. Also good. In this case, it is preferable to increase the flow rate of the heat recovery water h when it is recognized from the temperature difference described above that a gas pool has occurred in the cooling water heat exchanger 36.

図3は、本発明の実施例における冷却水と熱回収水との温度差及び冷却水ポンプの流量の変動を示すグラフである。図3中、T63は冷却水熱交換器36入口のスタック冷却水cの温度(典型的には温度検知器63で検知した温度)の推移を、T65は冷却水熱交換器36出口の熱回収水hの温度(典型的には温度検知器65で検知した温度)の推移を示している。また、Qcはスタック冷却水cの流量の推移を示している。なお、図3では冷却水ポンプ43の出力の推移Pc及び冷却部13入口のスタック冷却水cの温度(典型的には温度検知器62で検知した温度)の推移T62を参考として示している。図3のグラフに示す例では、第1の所定の時間を1秒、所定の温度差ΔT(T63−T65)を2℃、積算値の所定の値を7200秒とした。すなわち、1秒毎に温度差ΔTを演算し、温度差ΔTが2℃以上あれば1秒を積算値に加算し、2℃より小さければ積算値が0でない限り1秒を減算し、積算値が7200秒に達するまでこれを繰り返して7200秒に達したときにスタック冷却水cの流量を2.5〜3.3倍増加させた。   FIG. 3 is a graph showing the temperature difference between the cooling water and the heat recovery water and the fluctuation of the flow rate of the cooling water pump in the example of the present invention. In FIG. 3, T63 represents the transition of the temperature of the stack cooling water c at the inlet of the cooling water heat exchanger 36 (typically the temperature detected by the temperature detector 63), and T65 represents the heat recovery at the outlet of the cooling water heat exchanger 36. The transition of the temperature of the water h (typically the temperature detected by the temperature detector 65) is shown. Qc indicates the transition of the flow rate of the stack cooling water c. FIG. 3 shows the transition Pc of the output of the cooling water pump 43 and the transition T62 of the temperature of the stack cooling water c at the inlet of the cooling unit 13 (typically the temperature detected by the temperature detector 62). In the example shown in the graph of FIG. 3, the first predetermined time is 1 second, the predetermined temperature difference ΔT (T63−T65) is 2 ° C., and the predetermined integrated value is 7200 seconds. That is, the temperature difference ΔT is calculated every second, and if the temperature difference ΔT is 2 ° C. or more, 1 second is added to the integrated value, and if it is less than 2 ° C., 1 second is subtracted unless the integrated value is 0, and the integrated value This was repeated until 7200 seconds were reached, and when 7200 seconds were reached, the flow rate of the stack cooling water c was increased by 2.5 to 3.3 times.

図3によれば、温度差ΔTは21:45の時点で2℃を超えているので積算値に1秒加算した。これを1秒毎に温度差ΔTの演算と加減算を行い、23:35過ぎに積算値が7200秒に達したためスタック冷却水cの流量を約3倍に増加させた。流量が約3倍に増加するまで約3〜5分を要した。スタック冷却水cの流量増加により気体溜まりが除去された。図3中、スタック冷却水cの流量が一旦急増した後に急減するのは気体が排出されていることを反映しているものである。また、図3から、気体溜まりが除去されることにより冷却水熱交換器36内の伝熱面積が回復し、検知し演算した温度差ΔTが極めて小さくなっていることがわかる。すなわち、図3より、一連の制御を実行することにより、冷却水ポンプ43の出力が安定し、気体溜まりが解消されたことにより円滑で安定な燃料電池システム1の運転状態に回復したことが明らかである。   According to FIG. 3, since the temperature difference ΔT exceeded 2 ° C. at 21:45, 1 second was added to the integrated value. The temperature difference ΔT was calculated and added / subtracted every second, and since the integrated value reached 7200 seconds after 23:35, the flow rate of the stack cooling water c was increased about three times. It took about 3-5 minutes for the flow rate to increase about 3 times. The gas reservoir was removed by increasing the flow rate of the stack cooling water c. In FIG. 3, the rapid decrease after the flow rate of the stack cooling water c once increases reflects that the gas is discharged. In addition, it can be seen from FIG. 3 that the heat transfer area in the cooling water heat exchanger 36 is restored by removing the gas reservoir, and the detected and calculated temperature difference ΔT is extremely small. That is, it is clear from FIG. 3 that by executing a series of controls, the output of the cooling water pump 43 is stabilized and the operation state of the fuel cell system 1 is recovered smoothly by eliminating the gas accumulation. It is.

本発明の実施の形態に係る燃料電池発電システムを説明する系統図である。1 is a system diagram illustrating a fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る燃料電池発電システムの温度バランスの崩れを是正する運転を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the driving | operation which corrects collapse of the temperature balance of the fuel cell power generation system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施例における冷却水と熱回収水との温度差及び冷却水ポンプの流量の変動を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature difference of the cooling water and heat recovery water in the Example of this invention, and the fluctuation | variation of the flow volume of a cooling water pump.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池発電システム
10 燃料電池
36 熱交換器
43 冷却水ポンプ
58、59 気体抜き弁
60 制御装置
63、64、65、66 温度検知器
83 冷却水流路
c 冷却水
g 改質ガス
h 熱回収水
t 酸化剤ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell power generation system 10 Fuel cell 36 Heat exchanger 43 Cooling water pump 58, 59 Gas vent valve 60 Control apparatus 63, 64, 65, 66 Temperature detector 83 Cooling water flow path c Cooling water g Reformed gas h Heat recovery water t Oxidizing gas

Claims (3)

水素を含有する改質ガスと酸素を含有する酸化剤ガスとを導入して発電し発熱する燃料電池と;
前記燃料電池で発生した熱を奪う冷却水を上部から、前記冷却水から熱を奪う熱回収水を下部から、それぞれ導入し、導入した前記冷却水を上方から下方へと流し、導入した前記熱回収水を下方から上方へ流して、前記冷却水と前記熱回収水とを対向流で流すことにより熱交換させた後に前記冷却水を下部から、前記熱回収水を上部から、それぞれ導出する熱交換器と;
前記熱交換器に導入する冷却水の温度と前記熱交換器から導出した熱回収水の温度との温度差、又は前記熱交換器に導入する熱回収水の温度と前記熱交換器から導出した冷却水の温度との温度差を検知する温度差検知手段と;
第1の所定時間毎に前記温度差検知手段により前記温度差を検知し、検知した前記温度差が所定の温度差以上のときに前記第1の所定の時間を積算時間に対して加算し、検知した前記温度差が所定の温度差未満かつ前記積算時間が0及び負の値でないときに前記第1の所定の時間を前記積算時間から減算して、前記積算時間が第2の所定の時間になったときに前記冷却水の流量を増加させる制御装置とを備える;
燃料電池発電システム。
A fuel cell for generating heat by introducing a reformed gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen;
The cooling water that takes away the heat generated in the fuel cell is introduced from the upper part, the heat recovery water that takes heat from the cooling water is introduced from the lower part , the introduced cooling water flows from the upper part to the lower part, and the introduced heat the collected water to flow upward from below, after the said heat recovery water and the cooling water was heat exchange by flowing in countercurrent, the cooling water from the bottom, the heat recovery water from the top, derived respectively A heat exchanger;
The temperature difference between the temperature of the cooling water introduced into the heat exchanger and the temperature of the heat recovery water derived from the heat exchanger, or the temperature of the heat recovery water introduced into the heat exchanger and the heat exchanger A temperature difference detecting means for detecting a temperature difference from the temperature of the cooling water;
The temperature difference is detected by the temperature difference detection means every first predetermined time, and when the detected temperature difference is greater than or equal to a predetermined temperature difference, the first predetermined time is added to the accumulated time, When the detected temperature difference is less than a predetermined temperature difference and the integration time is not 0 or a negative value, the first predetermined time is subtracted from the integration time, and the integration time is a second predetermined time. wherein and a Ru controller increases the flow rate of the cooling water when it is;
Fuel cell power generation system.
記温度差検知手段が、前記熱交換器に導入する冷却水の温度と前記熱交換器から導出した熱回収水の温度との温度差を検知するように構成された;
請求項1に記載の燃料電池発電システム。
Before SL temperature difference detecting means, it is configured to detect the temperature difference between the temperature temperature of the cooling water and the heat recovery water derived from the heat exchanger to be introduced to the heat exchanger;
The fuel cell power generation system according to claim 1.
前記燃料電池に前記冷却水を導入し導出し、前記熱交換器に前記冷却水を導入し導出する冷却水流路と;
前記燃料電池の上流側かつ前記熱交換器の下流側の前記冷却水流路に配設され、前記冷却水を循環する冷却水ポンプと;
前記冷却水ポンプの上流側及び前記冷却水ポンプの下流側の少なくとも一方の前記冷却水流路に配設された気体抜き手段とを備える;
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池発電システム。
A cooling water flow path for introducing and deriving the cooling water to the fuel cell, and introducing and deriving the cooling water to the heat exchanger;
A cooling water pump disposed in the cooling water flow path upstream of the fuel cell and downstream of the heat exchanger, and circulating the cooling water;
Degassing means disposed in at least one of the cooling water flow paths upstream of the cooling water pump and downstream of the cooling water pump;
The fuel cell power generation system according to claim 1 or 2.
JP2005254721A 2005-09-02 2005-09-02 Fuel cell power generation system Active JP5025929B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005254721A JP5025929B2 (en) 2005-09-02 2005-09-02 Fuel cell power generation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005254721A JP5025929B2 (en) 2005-09-02 2005-09-02 Fuel cell power generation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007066833A JP2007066833A (en) 2007-03-15
JP5025929B2 true JP5025929B2 (en) 2012-09-12

Family

ID=37928767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005254721A Active JP5025929B2 (en) 2005-09-02 2005-09-02 Fuel cell power generation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5025929B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201122383A (en) * 2009-12-31 2011-07-01 Chung Hsin Elec & Mach Mfg Fuel cell apparatus combined heat and power system
JP5791071B2 (en) * 2011-03-28 2015-10-07 大阪瓦斯株式会社 Solid oxide fuel cell system
JP6125792B2 (en) * 2012-10-19 2017-05-10 東京瓦斯株式会社 Fuel cell cogeneration system, control program and control method thereof
JP2018004107A (en) * 2016-06-28 2018-01-11 三浦工業株式会社 Fuel cell system
JP6864275B2 (en) * 2020-03-17 2021-04-28 三浦工業株式会社 Fuel cell system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6133435Y2 (en) * 1980-11-26 1986-09-30
JPH05121086A (en) * 1991-10-31 1993-05-18 Tokyo Gas Co Ltd Steam separator of fuel cell power generating device
JP3998200B2 (en) * 2003-04-30 2007-10-24 本田技研工業株式会社 Fuel cell cooling system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007066833A (en) 2007-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3722019B2 (en) Fuel cell system
EP2215679B1 (en) Fuel cell system
US8900770B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
JP5295257B2 (en) Heat recovery device for fuel cell system
JP2005100873A (en) Fuel cell system
JP5804261B2 (en) Solid oxide fuel cell
JPWO2006057223A1 (en) Fuel cell system
JP5248176B2 (en) Fuel cell system
JP5025929B2 (en) Fuel cell power generation system
JP2005276757A (en) Fuel cell cogeneration system
JP6134912B2 (en) Fuel cell system
JP2010129353A (en) Starting control device for fuel cell system
JP5361125B2 (en) Fuel cell device
JP2003068337A (en) Fuel cell system
JP2006294535A (en) Fuel cell system
JP2008091096A (en) Fuel cell system
JP2003282108A (en) Fuel cell system
KR100700548B1 (en) Heating/hot-water control device for fuel cell and method thereof
JP2006092801A (en) Fuel cell system
JP2006318798A (en) Fuel cell system
JP5202854B2 (en) Fuel cell system
JP2006127861A (en) Fuel cell system
JP5502521B2 (en) Fuel cell system
JP5392477B2 (en) Fuel cell system
JP6654463B2 (en) Solid oxide fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080624

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20090917

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111115

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111130

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: 20120612

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: 20120620

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150629

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5025929

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250