JP5088996B2 - リバーシブル・コージェネシステム - Google Patents
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Description
【本発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電装置(セルスタック)を用い、外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなうコージェネシステムに係り、詳しくは、可逆的に使用可能な少なくとも2基のセルスタックを用い、既存の主発電設備に対して遠隔立地した分散電源となり、かつ、機動的に電力と熱を供給するようにしたリバーシブル・コージェネシステムに関する。なお、コージェネシステムは、熱併給発電システム(co-generation system)の通称である。
【0002】
【従来の技術】
近年、地球温暖化対策に向けた環境規制等の要請下で、次世代のクリーンエネルギー(電源)として期待されている燃料電池関連技術の研究開発が急伸してきている。
【0003】
燃料電池の用途は多様であるが、これまでにも自動車用、家庭用、分散電源用、及び事業用の電源として燃料電池発電装置(セルスタック)を用い、外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなうコージェネシステムが知られている。
【0004】
このなかに、本発明に関する固体高分子型セルスタックからなる燃料電池発電装置(PEFC)、又はこれを用いたPEFCコージェネシステムの提案があった。また、電解に要する電力供給に深夜電力を利用することも公知である。さらに、LNG改質装置により生成した水素ガスを都市ガスラインを介して供給使用とする試みもある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実用段階における発電効率やLNG改質装置の熱効率に問題があり、低コスト化技術についても開発途上である。
【0006】
こうしたなかで、本発明者らは、電力の負荷平準化に寄与する小型分散型電力貯蔵・供給システムを構築し、エネルギーの有効利用と発電コストの低減を図るために、燃料電池発電装置(PEFC)を用い、外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなうPEFCコージェネシステムの研究開発に取り組み、その成果物のひとつとして本発明を完成するに至ったものである。
【0007】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、コンパクトな構成により家庭用や事業用のPEFCコージェネシステムに適用可能なリバーシブル・コージェネシステムを提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するために本発明は、可逆的に使用可能な少なくとも2基のセルスタックを用い、既存の主発電設備に対して遠隔立地した分散電源となり、かつ、機動的に電力と熱を供給するようにしたリバーシブル・コージェネシステムであって、
純水を貯留又は供給するための純水タンク又は純水供給ラインと、
前記純水を導入して、深夜電力を消費することにより水素ガスと酸素ガスを電解生成し各別の貯蔵手段にそれぞれ貯蔵する第1の固体高分子型セルスタックからなる電気分解貯蔵装置(SPWE)と、
前記水素ガスを燃料とする第2の固体高分子型セルスタックからなる燃料電池発電装置(PEFC)と、
前記燃料電池発電装置の生成水を前記電気分解貯蔵装置に循環させて使用するための生成水タンクを具備し、
前記第1及び第2の固体高分子型セルスタックを逆立的に配置して、それぞれ電解と発電のいずれかを分担可能に入出力系統を構成したことを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、上記構成において、電気分解貯蔵装置(SPWE)の水素ガス貯蔵手段に導入されLNG改質装置により生成した水素ガス(改質ガス)を燃料電池発電装置(PEFC)の水素燃料として代替補給するH2 補給ラインを併設している。なお、純水は、火力発電所の純水製造装置から純水タンク又は純水供給ラインを介して系内に導入するように構成される場合がある。
【0010】
【実施例】
本発明の一実施例を添付図面を参照して以下説明する。
【0011】
(実施例1)
図1にシステム構成概要図を示すとおり、本実施例システムXは、深夜電力を利用した純水3の電気分解貯蔵装置1により水素ガス、酸素ガスを貯蔵媒体として夜間貯蔵し、燃料電池発電装置2に供給し、少なくとも昼間に外部負荷に対応して電力供給と排熱利用を可能とするものである。また、燃料電池発電装置2からの生成水(純水)は循環使用するようにしている。
【0012】
ここで、電気分解貯蔵装置1に供給される純水3は、火力発電所の純水製造装置〔図示省略〕から純水タンクへ導入する。また、状況により純水供給ラインを配設してもよい。
【0013】
電気分解貯蔵装置(SPWE)1は第1の固体高分子型セルスタックからなり、純水3を導入して、深夜電力を消費することにより水素ガスと酸素ガスを電解生成し各別の貯蔵手段4;5にそれぞれ貯蔵する。
【0014】
燃料電池発電装置(PEFC)2は、水素ガスを燃料とする第2の固体高分子型セルスタックからなり、基本構成は電気分解貯蔵装置(SPWE)1と同様であり、第1及び第2の固体高分子型セルスタックを逆立的に配置して、それぞれ電解と発電のいずれかを分担可能に入出力系統を構成する。
【0015】
また、燃料電池発電装置(PEFC)3の生成水(純水)は生成水タンク6に貯留され、電気分解貯蔵装置(SPWE)1に循環させて使用する。
【0016】
さらに、電気分解貯蔵装置(SPWE)1の水素ガス貯蔵手段4に導入されLNG改質装置8により生成した水素ガス(改質ガス)を燃料電池発電装置(PEFC)2の水素燃料として代替補給するH2 補給ライン7を併設している。発電の原料となる水素ガスの供給源を2ウエイとして家庭用又は業務用の用途に応じ選択的に構成可能とするためである。
【0017】
(実施例2)
図2に家庭用にシステム構成したフローシートを示すとおり、本実施例システムYの発電出力は1〜数kWでよいが、規模の拡縮は本発明の要旨に影響するものではない。参考までに、各構成要素の処理能力を示す数値を図中に付した。
【0018】
図示するとおり、家庭用にシステム構成した本実施例システムYでは、純水3は、公知の純水生成器(図示省略)を単体使用すればよく、火力発電所の純水製造装置〔図示省略〕とタンクや供給ラインを介して連系することは要しない。また、H2 補給ライン7も特に必要としない。当然のことながら、主体となる構成要素間の処理概要は、上記実施例1と同様である。
【0019】
【発明の効果】
本発明は以上の構成よりなるものであり、これによれば電力の負荷平準化に寄与する小型分散型電力貯蔵・供給システムを構築し、エネルギーの有効利用と発電コストの低減を図ることができる。
【0020】
家庭用や事業用のコージェネシステムとして、可逆的に使用可能なセルスタックを用いてコンパクトに構成しているので、機動的に、かつ低価格でシステム構築可能であり、利用拡大(普及)が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すシステム構成概要図である。
【図2】本発明の他の実施例を示すフローシートである。
【符号の説明】
1 電気分解貯蔵装置(SPWE)
2 燃料電池発電装置(PEFC)
3 純水(タンク又はライン)
4 水素ガス貯蔵手段
5 酸素ガス貯蔵手段
6 生成水タンク
7 H2 補給ライン
8 LNG改質装置
X リバーシブル・コージェネシステム
Y リバーシブル・コージェネシステム(家庭用)
Claims (2)
- 外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなうために、可逆的に使用可能な少なくとも2基の燃料電池発電装置(セルスタック)を用いて、既存の主発電設備に対して遠隔立地した分散電源となり、かつ、機動的に電力と熱を供給するようにしたリバーシブル・コージェネシステムにおいて、
火力発電所の純水製造装置から系内に導入される純水を貯留又は供給するための純水タンク又は純水供給ラインと、
前記純水を導入して、深夜電力を消費することにより水素ガスと酸素ガスを電解生成し各別の貯蔵手段にそれぞれ貯蔵する第1の固体高分子型セルスタックからなる電気分解貯蔵装置(SPWE)と、
前記水素ガスを燃料とする第2の固体高分子型セルスタックからなる燃料電池発電装置(PEFC)と、
前記燃料電池発電装置の生成水を前記電気分解貯蔵装置に循環させて再使用するための生成水タンクを具備し、
前記第1及び第2の固体高分子型セルスタックを逆立的に配置して、それぞれ電解と発電のいずれかを分担可能に入出力系統を構成したことを特徴とするリバーシブル・コージェネシステム。 - 電気分解貯蔵装置(SPWE)の水素ガス貯蔵手段に導入されLNG改質装置により生成した水素ガス(改質ガス)を燃料電池発電装置(PEFC)の水素燃料として代替補給するH2 補給ラインを併設した請求項1記載のリバーシブル・コージェネシステム。
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