JPH06140066A - 燃料電池発電システム - Google Patents

燃料電池発電システム

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JPH06140066A
JPH06140066A JP4291842A JP29184292A JPH06140066A JP H06140066 A JPH06140066 A JP H06140066A JP 4291842 A JP4291842 A JP 4291842A JP 29184292 A JP29184292 A JP 29184292A JP H06140066 A JPH06140066 A JP H06140066A
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JP
Japan
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water
cooling water
cooling
fuel cell
electrical conductivity
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Application number
JP4291842A
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English (en)
Inventor
Masahito Senda
仁人 千田
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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
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Abstract

(57)【要約】 【目的】冷却水の電導度を所定レベル以下に維持し、排
熱の回収を高効率化できるブロ−ダウン水量の制御構造
を備えた燃料電池発電システムを得る。 【構成】複数単セル毎に冷却板3が積層された燃料電池
スタック1と、熱回収用熱交換器4,水蒸気分離器5,
および循環ポンプを含み冷却板に冷却水を循環する冷却
水循環系10と、水蒸気分離器からのブロ−ダウン水を
含む処理水17を低電導度の補給水12に変換して冷却
水循環系に供給する水処理系11とを備え、熱回収用熱
交換器で回収した燃料電池スタックの排熱を外部の熱利
用系に供給するものにおいて、冷却水循環系内の冷却水
の電導度の検出値を所定のレベルに保持するようブロ−
ダウン水量を制御する電導度制御装置20を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は燃料電池スタックの排
熱を外部の熱利用系に供給する熱回収用熱交換器を備え
た燃料電池発電システム、ことに冷却水の電導度を維持
し、排熱の回収を高効率化するためのブロ−ダウン水量
の制御構造に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池を高効率で長時間運転するため
には、電池反応に伴う発熱を除熱して単セルの積層体
(燃料電池スタックと呼ぶ)内の温度分布を所定の運転
温度(りん酸形燃料電池では190°C 前後)にできる
だけ均一に保持することが求められる。そこで、スタッ
クは複数の単セルを1ブロックとしてブロック間に冷却
板を積層し、この冷却板に埋設された冷却パイプに冷却
媒体としての冷却水を通流して冷却するとともに、冷却
水によって回収した燃料電池の排熱を外部の熱利用装置
に供給して燃料電池発電システムの熱利用効率を高めた
水冷式の燃料電池が知られている。また、水冷式燃料電
池では異なる電位にある冷却板間で冷却水による液絡が
生ずることを防ぐため、冷却水はその電導度が極力低い
(電気抵抗が高い)ことが求められるので、冷却水の循
環系にイオン交換水を補給する水処理系を設けたものが
知られている。
【0003】図2は従来の燃料電池発電システムの要部
を示す構成図である。図において、単セル2の積層体か
らなる燃料電池スタック1は、各単セル2の図示しない
燃料電極に燃料ガスを供給し、空気電極に反応空気を供
給することにより、一対の電極間で水素と酸素が直接反
応する電気化学反応に基づいて発電が行われる。また、
燃料電池スタック1には複数単位セル毎に冷却板3が積
層されており、冷却板3に埋設された複数の冷却パイプ
が絶縁継手を介して熱回収用熱交換器4,水蒸気分離器
5および循環ポンプ9Aを含む冷却水15の循環系10
に連結される。水蒸気分離器5は燃料電池の運転温度に
対して所定温度低い冷却水15を包蔵しており、循環ポ
ンプ9Aにより冷却水15を冷却板3に循環することに
より、発電生成熱の排熱が行われ、燃料電池スタック1
の温度がその運転温度に保持される。また、発電生成熱
を吸収してた冷却水15は熱回収用熱交換器4で外部熱
利用システムからの熱媒体と熱交換され、例えば高温水
として外部熱利用装置に給湯される。
【0004】ところで、冷却水15は水蒸気分離器5内
で冷却水が沸騰する際生ずるスケ−ルその他の原因によ
り徐々に汚染されて電導度が上昇する。冷却水15の電
導度が高いと、前記冷却パイプを相互に連結する絶縁継
手内の冷却水を通して冷却板間に短絡電流が流れる液絡
現象が発生し、発電電力の一部が無駄に消費されること
になる。そこで、冷却水15の電導度を例えば1μS/
cm以下に保持するために冷却水循環系10に水処理系
11が連結される。すなわち、水処理系11は補助水タ
ンク6内で、水蒸気分離器5からのブロ−水15Bに系
内回収水および水道水を適度に加えて処理水17とし、
処理水17をポンプ9Bにより処理水冷却用熱交換器7
に送って冷却し、水処理装置,例えばイオン交換式水処
理装置8でイオン交換処理し、イオン交換水12を補給
水として冷却水循環系10に供給して冷却水15に加
え、冷却水15の電導度を所定のレベル例えば1μS/
cm以下に保持するよう構成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
た従来の燃料電池発電システムにおいて、冷却水循環系
の冷却水15の電導度を所定レベル以下に保持するため
に、冷却水15の一部をブロ−ダウン水15Bとして補
助水タンク6を経由して常に水処理系11側に通流し、
例えば低電導度のイオン交換水12として冷却水循環系
10に還流するよう構成される。ところが、ブロ−ダウ
ン水15Bの水量は、冷却水15の電導度の最悪の上昇
速度を基準に決められるため、このブロ−ダウン水量分
だけ熱回収用熱交換器4での熱回収量が減少するととも
に、この熱回収量に相応する熱量を水処理系の処理水冷
却用熱交換器7で冷却し、イオン交換樹脂等の機能に悪
影響を及ぼさない温度にまで冷却してイオン交換式水処
理装置8に供給する必要があり、二重の熱損失を招くと
いう問題がある。
【0006】この発明の目的は、冷却水の電導度を所定
レベル以下に維持し、排熱の回収を高効率化できるブロ
−ダウン水量の制御構造を備えた燃料電池発電システム
を得ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、複数単セル毎に冷却板が積層さ
れた燃料電池スタックと、熱回収用熱交換器,水蒸気分
離器,および循環ポンプを含み前記冷却板に冷却水を循
環する冷却水循環系と、前記水蒸気分離器からのブロ−
ダウン水を含む処理水を低電導度の補給水に変換して前
記冷却水循環系に供給する水処理系とを備え、前記熱回
収用熱交換器で回収した燃料電池スタックの排熱を外部
の熱利用系に供給するものにおいて、前記冷却水循環系
内の冷却水の電導度の検出値を所定のレベルに保持する
よう前記ブロ−ダウン水量を制御する電導度制御装置を
備えてなるものとする。
【0008】また、電導度制御装置が、冷却水循環系に
配されて冷却水の電導度を監視する電導度計と、その電
導度の検出値に基づいてブロ−ダウン水量を制御するコ
ントロ−ルバルブとを含むものとする。さらに、電導度
制御装置が、電導度計の検出値をブロ−ダウン水量指令
信号に変換してコントロ−ルバルブに向けて出力するア
ナログ演算部を備えてなるものとする。
【0009】
【作用】この発明の構成によれば、冷却水循環系内の冷
却水の電導度の検出値を所定のレベルに保持するようブ
ロ−ダウン水量を制御する電導度制御装置、例えば冷却
水循環系に配されて冷却水の電導度を監視する電導度計
と、その電導度の検出値に基づいてブロ−ダウン水量を
制御するコントロ−ルバルブとを含む電導度制御装置を
設けるよう構成したことにより、冷却水の電導度の監視
結果を基準にブロ−ダウン水量を最適制御することが可
能となり、処理水冷却用熱交換器へのブロ−ダウン水量
を低減した分、熱回収用熱交換器で回収可能な高温の冷
却水量が増量することになり、冷却水の電導度を所定レ
ベルに維持し、高温かつ高品位の排熱を回収する機能が
得られる。
【0010】また、電導度計の検出値をブロ−ダウン水
量指令信号に変換してコントロ−ルバルブに向けて出力
するアナログ演算部を備えるよう構成すれば、アナログ
演算部がその設定電導度に対する検出値のずれに対応し
てブロ−ダウン水量を制御するので、ブロ−ダウン水量
の最適制御を容易化できるとともに、アナログ演算部と
して燃料電池発電システムの演算装置を利用できるの
で、電導度制御装置の構成を簡素化する機能が得られ
る。
【0011】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図1はこの発明の実施例になる燃料電池発電システ
ムの要部を示すシステム構成図であり、従来技術と同じ
構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複した
説明を省略する。図において、電導度制御装置20は、
熱回収用熱交換器4,水蒸気分離器5および循環ポンプ
9Aを含む冷却水循環系10内を循環する冷却水15の
電導度を水蒸気分離器5の出口側で監視する電導度計2
1と、この電導度計21の検出値と電導度の設定値との
差に基づいてブロ−ダウン水量のアナログ指令信号を出
力するアナログ演算部23と、このアナログ演算部23
の出力指令信号を受けて水蒸気分離器5から補助水タン
ク6に向けて放出するブロ−ダウン水15Bの水量を制
御するコントロ−ルバルブ22とで構成される。
【0012】このように構成された電導度制御装置20
を有する燃料電池発電システムにおいて、冷却水循環系
10を循環する冷却水15の電導度の設定値(例えば1
μS/cm)をアナログ演算部23の設定器23Bに設
定しておくと、アナログ演算部23は電導度計21の検
出値と設定値との差を縮小するに必要なブロ−ダウン水
量の指令信号を出力し、この指令信号に基づいてコント
ロ−ルバルブ22がブロ−ダウン水量を制御する。な
お、アナログ演算部23は、燃料電池発電システムの演
算装置にその機能を持たせることが可能なので、特別の
アナログ演算装置を設ける必要はなく、電導度制御装置
20を簡素に構成することができる。
【0013】また、水処理系11は例えばブロ−ダウン
水を放出することにより低下する水蒸気分離器5内の液
面を監視し、冷却水15の不足分を水処理装置8で浄化
処理したイオン交換水12として冷却水循環系10に補
給する。したがって、冷却水15の電導度の監視結果を
基準にブロ−ダウン水量を最適制御することが可能とな
り、水処理系11の処理水冷却用熱交換器7へのブロ−
ダウン水量を低減した分、熱回収用熱交換器4で回収可
能な高温の冷却水量が増量することになり、冷却水の電
導度を所定レベルに維持し、高温かつ高品位の排熱を回
収することができる。
【0014】表1は実施例になる電導度制御装置によっ
て得られた高温排熱の回収効果の試算結果を示す表であ
り、従来のブロ−ダウン水量を100とした場合、ブロ
−ダウン水量を50%に削減することにより熱回収用熱
交換器4で回収できる高温排熱量を従来の約1.2倍に
増量でき、ブロ−ダウン水量を従来の1/4に削減した
場合には高温排熱量を従来の約1.3倍に増量できる。
さらに、ブロ−ダウン水量を従来の1/8に低減できる
場合には高温排熱量を従来の1.3倍以上に増量するこ
とが可能となる。
【0015】
【表1】
【0016】なお、ブロ−ダウン水量の削減率は冷却水
循環系内における冷却水15の電導度の上昇速度、およ
び水処理装置8の例えばイオン交換樹脂の劣化速度に依
存し、時間の経過とともに必要とするブロ−ダウン水量
が増加する。しかし、イオン交換樹脂の交換サイクルの
終期においてブロ−ダウン水量を従来の1/2以下に低
減することが可能であり、結果的に高温排熱量を従来の
1.1〜1.2倍に増加することができる。
【0017】
【発明の効果】この発明は前述のように、冷却水循環系
内の冷却水の電導度の検出値を所定のレベルに保持する
ようブロ−ダウン水量を制御する電導度制御装置、例え
ば冷却水循環系に配されて冷却水の電導度を監視する電
導度計と、その電導度の検出値に基づいてブロ−ダウン
水量を制御するコントロ−ルバルブとを含む電導度制御
装置を設けるよう構成した。その結果、冷却水の電導度
の監視結果を基準にブロ−ダウン水量を最適制御するこ
とが可能となり、処理水冷却用熱交換器へのブロ−ダウ
ン水量、およびここで無駄に廃棄する熱量を低減した
分、熱回収用熱交換器で回収可能な高温の冷却水量が増
量するので、増加した高温排熱を系外の熱利用システム
に供給できることになり、冷却水の電導度が安定で総合
熱効率が従来より高い燃料電池発電システムを提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例になる燃料電池発電システム
の要部を示すシステム構成図
【図2】従来の燃料電池発電システムの要部を示す構成
【符号の説明】
1 燃料電池スタック 2 単セル 3 冷却板 4 熱回収用熱交換器 5 水蒸気分離器 6 補助水タンク 7 処理水冷却用熱交換器 8 水処理装置 10 冷却水循環系 11 水処理系 12 イオン交換水 15 冷却水 15B ブロ−ダウン水 20 電導度制御装置 21 電導度計 22 コントロ−ルバルブ 23 アナログ演算部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数単セル毎に冷却板が積層された燃料電
    池スタックと、熱回収用熱交換器,水蒸気分離器,およ
    び循環ポンプを含み前記冷却板に冷却水を循環する冷却
    水循環系と、前記水蒸気分離器からのブロ−ダウン水を
    含む処理水を低電導度の補給水に変換して前記冷却水循
    環系に供給する水処理系とを備え、前記熱回収用熱交換
    器で回収した燃料電池スタックの排熱を外部の熱利用系
    に供給するものにおいて、前記冷却水循環系内の冷却水
    の電導度の検出値を所定のレベルに保持するよう前記ブ
    ロ−ダウン水量を制御する電導度制御装置を備えてなる
    ことを特徴とする燃料電池発電システム。
  2. 【請求項2】電導度制御装置が、冷却水循環系に配され
    て冷却水の電導度を監視する電導度計と、その電導度の
    検出値に基づいてブロ−ダウン水量を制御するコントロ
    −ルバルブとを含むことを特徴とする請求項1記載の燃
    料電池発電システム。
  3. 【請求項3】電導度制御装置が、電導度計の検出値をブ
    ロ−ダウン水量指令信号に変換してコントロ−ルバルブ
    に向けて出力するアナログ演算部を備えてなることを特
    徴とする請求項2記載の燃料電池発電システム。
JP4291842A 1992-10-30 1992-10-30 燃料電池発電システム Pending JPH06140066A (ja)

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