JPH06103999A - 燃料電池発電プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池本体および燃料電池本体冷却系の昇
温を短時間であるいは少ない外部エネルギ―投入量で行
うことを可能とする。また、コ―ジェネシステムとして
高温蒸気を効率よく取り出すことを可能とする。 【構成】 燃料電池本１の冷却系へ供給する補給水ｂを
燃料電池発電プラント排ガスｄによって予熱する熱交換
器11を設けた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、都市ガスや天然ガスか
ら水素を生成し、これと空気中の酸素を電気化学反応さ
せて電気をうる燃料電池発電プラントに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池発電プラントにおいては、メタ
ン等の炭化水素系原料ガスを水蒸気改質して水素ガスを
生成して燃料電池本体の燃料極に供給する。また燃料電
池本体の酸化剤極には酸化剤として空気を供給する。燃
料電池本体では電気化学時に反応発熱を生じるため、こ
の発熱を冷却し燃料電池本体を常に適切な運転温度に保
つための燃料電池本体冷却系が具備されている。燃料電
池本体冷却系には、燃料の水蒸気改質に必要な水蒸気を
生成する汽水分離器が設置されていることが多い。

【０００３】図３は、従来の燃料電池発電プラントにお
ける燃料電池本体冷却系の一例を示すものである。燃料
電池本体１の燃料極には燃料極入口配管２より燃料ガス
が、また酸化剤極には酸化剤極入口配管３より酸化剤ガ
スが供給される。燃料電池本体冷却系は汽水分離器４、
循環ポンプ５、冷却水入口配管６、冷却水出口配管７か
ら構成され冷却水ｃを循環している。この冷却システム
内の汽水分離器４には水処理装置８にて浄化された水ｂ
が補給される。この補給水ｂの流量は、汽水分離器４の
水位を適切な範囲に保つよう、流量調節弁14で調節され
る。そして、水処理装置８には、プラント排ガス中の水
分が凝縮器15によって分離され低温水として供給され
る。

【０００４】燃料電池発電プラントの負荷運転時におい
ては、冷却水ｃは発電に伴う燃料電池本体１の発熱によ
り加熱されて二相流化し、冷却水出口配管７を通って汽
水分離器４で水と蒸気に分離される。分離された蒸気の
一部は水蒸気改質用蒸気ａとして燃料の水蒸気改質に使
用され、一部は吸収冷凍機等の蒸気利用系へ送られる。
これらに相当する量の水が水処理装置８より電池本体冷
却システムへ補給される。このような従来の燃料電池発
電プラントの起動（昇温）は以下の様に行われる。

【０００５】起動（昇温）に必要な熱量は、汽水分離器
４内に設けられた電気ヒ―タ９より供給される。即ち汽
水分離器４内の電気ヒ―タ９により加熱された冷却水ｃ
を循環ポンプ５により燃料電池本体１に供給し、さらに
その排冷却水を前記汽水分離器４に戻し、これを循環さ
せる。電気ヒ―タ９は燃料電池本体冷却系の昇温時温度
設定値に従い制御を行うのが一般的である。燃料電池本
体１および燃料電池本体冷却系が所定の温度まで上昇す
ると起動（昇温）完了となる。このようにして燃料電池
発電プラントの起動（昇温）は通常数時間で成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように構成された従来の燃料電池発電プラントにおいて
は、以下に述べる様な解決すべき課題がある。

【０００７】すなわち、従来は、燃料電池本体および燃
料電池本体冷却系の昇温に電気ヒ―タを用いるため、こ
のための電力を系統から供給しなければならない。特に
この燃料電池本体および燃料電池本体冷却系の昇温は燃
料電池発電プラントの起動過程において最も時間を費や
すものの一つであることから、通常数時間にもおよぶこ
の昇温時に系統から電力を供給しなければならないこと
は経済性の面でも問題である。

【０００８】また近年では燃料電池発電プラントに対
し、電気・熱併給システム（コ―ジェネシステム）とし
ての有用性が強く求められるようになってきており、特
に二重効用型の吸収式冷凍機が使用可能な高温蒸気の供
給が求められている。しかし水処理装置の動作温度は一
般的に50℃程度かそれ以下の低い温度であるため、前記
のように水処理装置からの補給水を汽水分離器に直接供
給する構成では、汽水分離器の温度を低下させ、汽水分
離器から高温蒸気を効率よく多量に取り出すことができ
ないという問題がある。

【０００９】本発明は、燃料電池本体および燃料電池本
体冷却系の昇温を短時間であるいは少ない外部エネルギ
―投入量で行うことを可能とした燃料電池発電プラント
を提供することを目的とする。また本発明は高温蒸気を
効率よく取り出すことを可能とした、コ―ジェネシステ
ムとしての効率の優れた燃料電池発電システムを提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、燃料電池本体冷却系へ供給する補給水を
燃料電池発電プラント排ガスによって予熱する熱交換器
を設けた構成とする。

【００１１】

【作用】本発明の燃料電池発電プラントによれば、燃料
電池本体冷却系へ燃料電池発電プラント排ガスのエネル
ギ―が供給されるので、燃料電池本体および燃料電池本
体冷却系の昇温時の電気ヒ―タのための電力供給を削減
もしくは不要とすることが可能となる。

【００１２】また本発明の燃料電池発電プラントによれ
ば、燃料電池本体冷却系への補給水が高温蒸気あるいは
高温水となって燃料電池本体冷却系へ供給されるので、
汽水分離器から高温蒸気を効率よく取り出すことが可能
となる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を示す図である。
図３に示す従来例との共通部分については同一の符号を
付しているためその部分の説明は省略する。

【００１４】本実施例では、燃料電池発電プラント排ガ
ス配管10上の凝縮器15の上流側に熱交換器11を配置し、
ここに水処理装置８から燃料電池本体冷却系への補給水
ｂを導入し、これと燃料電池発電プラント排ガスｄとを
熱交換させる構成である。

【００１５】このような構成の本実施例の燃料電池発電
プラントは、以下に述べるように作用する。燃料電池本
体および燃料電池本体冷却系が起動（昇温）を開始する
と、前記熱交換器11に改質器燃焼排ガス等の燃料電池発
電プラント排ガスｄと水処理装置８からの補給水ｂが導
入される。燃料電池本体冷却系の冷却水ｃは循環ポンプ
５により系内を循環しているが、その一部は水処理系配
管12を通じて水処理装置８を経由するように循環してい
る。このとき熱交換器11内で前記補給水ｂは前記燃料電
池発電プラント排ガスｄと熱交換し、冷却水ｃは温度が
上昇していく。これにより燃料電池本体１および燃料電
池本体冷却系の昇温が行われる。

【００１６】このように本実施例では、燃料電池発電プ
ラント排ガスのエネルギ―を熱交換器11を介して燃料電
池本体冷却系に導き、このエネルギ―によって冷却水ｃ
を昇温するため、従来よりも少ない電気ヒ―タ９への電
気供給量で燃料電池本体１および燃料電池本体冷却系の
昇温が可能となる。場合によっては電気ヒ―タ９を不要
とすることもできる。また本実施例の燃料電池発電プラ
ントは、以下に述べるような作用効果も有する。

【００１７】燃料電池発電プラントの負荷運転時におい
ては、冷却水ｃは発電に伴う燃料電池本体１の発熱によ
り加熱された二相流化し、冷却水出口配管７を通って汽
水分離器４で水と蒸気に分離される。熱交換器11には改
質器燃焼排ガス等の燃料電池発電プラント排ガスｄと水
処理装置８からの補給水ｂが導入される。この時補給水
ｂは燃料電池発電プラント排ガスｄにより予熱され高温
蒸気または高温水となって汽水分離器４へ供給されるた
め、汽水分離器４にてより多くの、例えば 170℃の高温
蒸気が分離される。そして、補給水が増加するため、熱
交換器11でより多くの排出熱を回収することができる。

【００１８】従来の燃料電池発電プラントにおいては、
排ガスのもつ熱エネルギ―は凝縮器15により温水として
しか取り出せなかったが、本実施例においては、熱交換
器11を排ガス温度の高い部分に設け、汽水分離器４を有
する電池本体冷却系へ熱エネルギ―を回収するので、高
温水または蒸気として効率よく回収することができる。

【００１９】この様に本実施例では、燃料電池発電プラ
ント排ガスによって燃料電池本体冷却系への補給水を予
熱するめた、従来の燃料電池発電プラントに比べてより
多くの高温蒸気を効率よく取り出すことが可能となる。
なお、本実施例において汽水分離器４から蒸気利用系へ
蒸気を供給しない構成の場合においても、前記と同様の
作用と効果を得ることができる。図２は本発明の第２実
施例を示す図である。本実施例は、燃料電池発電プラン
ト排ガスｄと熱交換した燃料電池本体冷却系への補給水
ｂを汽水分離器４の下流の冷却水配管13に供給する構成
である。

【００２０】このような構成を有する本実施例の燃料電
池発電プラントは、以下に述べるように作用する。燃料
電池本体および燃料電池本体冷却系が起動（昇温）を開
始すると、熱交換器11に改質器燃焼ガス等の燃料電池プ
ラント排ガスｄと、水処理装置８から燃料電池本体冷却
系への補給水ｂが導入される。燃料電池本体冷却系の冷
却水ｃは循環ポンプ５により系内を循環しているが、そ
の一部は水処理系配管12を通じて水処理装置８を経由す
るように循環している。このとき熱交換器11内で補給水
ｂは燃料電池発電プラント排ガスｄと熱交換し冷却水ｃ
は温度が上昇していく。これにより燃料電池本体１およ
び燃料電池本体冷却系の昇温が行われる。

【００２１】このように本実施例では、燃料電池発電プ
ラント排ガスのエネルギ―を新たに設置した熱交換器11
を介して燃料電池本体冷却系に導き、このエネルギ―に
よって冷却水ｃを昇温するため、従来要していた電気ヒ
―タへの電気供給量に比べて少ない電気供給量で前記燃
料電池本体１および燃料電池本体冷却系の昇温が可能と
なる。場合によっては電気ヒ―タを不要とすることがで
きる。また本実施例の燃料電池発電プラントは、以下に
述べるような作用も有する。

【００２２】燃料電池発電プラントの負荷運転時におい
ては、冷却水ｃの発電に伴う燃料電池本体１の発熱によ
り加熱されて二相流化し、冷却水出口配管７を通って汽
水分離器４で水と蒸気に分離される。熱交換器11には改
質器燃焼排ガス等の燃料電池発電プラント排ガスｄと、
水処理装置８からの補給水ｂが導入される。このとき補
給水ｂは燃料電池発電プラント排ガスｄにより予熱され
高温水となって燃料電池冷却循環系へ供給されるため、
汽水分離器４にてより多くの高温蒸気が分離されるとい
う作用を有する。

【００２３】この様に本実施例では、燃料電池発電プラ
ント排ガスによって燃料電池本体冷却系への補給水を予
熱するため、従来の燃料電池発電プラントに比べてより
多くの高温蒸気を取り出すことが可能となる。なお、本
実施例において汽水分離器４から蒸気利用系へ蒸気を供
給しない構成の場合においても、前記と同様の作用と効
果を得ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
例えば改質器燃焼排ガス等の燃料電池発電プラント排ガ
スで燃料電池本体冷却系へ供給される補給水を予熱し燃
料電池発電プラント排ガスの有するエネルギ―を燃料電
池本体冷却系に回収して供給するので、燃料電池本体お
よび燃料電池本体冷却系の昇温時に、従来の電気ヒ―タ
により起動を行った場合の必要電力が削減もしくは必要
なくなり、経済性の優れた燃料電池発電プラントを提供
することが可能となる。

【００２５】また、燃料電池本体冷却系へ供給する補給
水を燃料電池発電プラント排ガスで予熱し高温蒸気ある
いは高温水として電池本体冷却系へ供給することができ
るので、燃料電池本体冷却系から多量の高温蒸気を効率
よく取り出すことができ、コ―ジェネシステムとしての
効率の優れた燃料電池発電プラントを提供することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図

【図２】本発明の第２実施例を示す図

【図３】従来のプラントを示す図

【符号の説明】

１…燃料電池本体 ２…燃料極入口配管 ３…酸化剤極入口配管 ４…汽水分離器 ５…循環ポンプ ６…冷却水入口配管 ７…冷却水出口配管 ８…水処理装置 ９…電気ヒ―タ 10…燃料電池発電プラント排
ガス配管 11…熱交換器 12…水処理系配管 13…冷却水配管 14…流量調節弁 15…凝縮器 ａ…水蒸気改質用蒸気 ｂ…補給水 ｃ…燃料電池冷却水 ｄ…燃料電池発電プラント排ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 薫 愛知県東海市新宝町507番２号 東邦ガス 株式会社内 (72)発明者 太田 啓 福岡県福岡市東区東浜一丁目10番89号 西 部ガス株式会社内 (72)発明者 石井 晶子 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 松沢 和幸 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料極と酸化剤極と冷却器を有する燃料
   電池本体と、前記冷却器に冷却水を循環する燃料電池本
   体冷却系とを有する燃料電池発電プラントにおいて、前
   記燃料電池本体冷却系へ供給する補給水を燃料電池発電
   プラント排ガスによって予熱する熱交換器を設けたこと
   を特徴とする燃料電池発電プラント。