JPH06176779A - リン酸型燃料電池発電装置 - Google Patents

リン酸型燃料電池発電装置

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JPH06176779A
JPH06176779A JP43A JP35031992A JPH06176779A JP H06176779 A JPH06176779 A JP H06176779A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 35031992 A JP35031992 A JP 35031992A JP H06176779 A JPH06176779 A JP H06176779A
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JP
Japan
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cooling water
fuel cell
pipe
steam
water tank
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Pending
Application number
JP43A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuji Sawada
雄治 澤田
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.)
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06176779A publication Critical patent/JPH06176779A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 改質器に設けられるバーナを利用して、燃料
電池からの排熱の回収量を増大し、大熱量を必要とする
需要家にとって経済的な装置を提供する。 【構成】 燃料電池3に、それを冷却する冷却水タンク
14を冷却水供給管12と戻し管13とを介して接続
し、改質器1を内蔵した改質炉30に、バーナ6によっ
て水蒸気を発生する蒸気発生器17を設け、その蒸気発
生器17に第1の配管18を介して冷却水供給管12を
接続するとともに、蒸気発生器17と改質器1とを第2
の配管19を介して接続し、蒸気発生器17で得た水蒸
気と天然ガスとを加熱することにより水素と一酸化炭素
とを含むガスを取り出し、一酸化炭素変成器2を介して
燃料電池3に水素のみを供給し、冷却水タンク14で水
蒸気を分離させない状態で、戻し管13に設けた排熱回
収器15によって燃料電池3からの高温排熱を回収す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化水素の水蒸気改質
により少なくとも水素と一酸化炭素を含有する混合ガス
を生成する改質器と、得られた混合ガスを被変成ガスと
する一酸化炭素変成器と、その一酸化炭素変成器から出
力される水素リッチなガスを燃料とするリン酸型の燃料
電池と、その燃料電池用の冷却水を貯蔵する冷却水タン
クと、冷却水タンクと燃料電池とを冷却水ポンプを介し
て接続する冷却水供給管と、燃料電池と冷却水タンクを
接続する戻し管と、その戻し管に設けられた排熱回収器
とを備えたリン酸型燃料電池発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種のリン酸型燃料電池発電装置とし
ては、従来、図2のフローチャートに示すように構成さ
れていた。
【0003】すなわち、改質器01で発生した水素と一
酸化炭素とを含むガスを一酸化炭素変成器02に供給
し、得られた水素リッチなガスを燃料電池03の燃料極
03aに供給するように構成されている。燃料電池03
の空気極03bには、第1の空気供給管04と第1の排
ガス管05とが接続されている。
【0004】改質器01にはバーナ06が付設され、そ
のバーナ06に燃料極03aからの余剰の水素と第2の
空気供給管07からの空気とを供給し、一方、改質器0
1に、脱硫器08を介して硫化物を除去した天然ガスと
水蒸気との混合気体を供給し、水素と一酸化炭素とを含
むガスを発生するように構成されている。
【0005】改質器01に第2の排ガス管09が接続さ
れるとともに、その第2の排ガス管09が第1の排ガス
管05に接続され、その第1の排ガス管05に低温排熱
を回収する低温排熱回収器010が付設されている。
【0006】燃料電池03には、冷却水ポンプ011を
介装した冷却水供給管012と戻し管013とを介して
冷却水タンク014が接続され、そして、戻し管013
に、燃料電池03からの高温排熱を回収する排熱回収器
015が設けられている。
【0007】冷却水タンク014と改質器01とが水蒸
気供給管016を介して接続され、冷却水タンク014
で分離した水蒸気を改質器01に供給するように構成さ
れている。
【0008】上記構成により、排熱回収器015で回収
された燃料電池03からの排熱を利用して給湯用などの
高温水を得るようになっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来のリン酸型燃料電池発電装置では、改質器0
3での燃料改質用の水蒸気を、冷却水タンク014で分
離して得るようにしている。このため、冷却水タンク0
14での水蒸気の分離発生に伴って気化熱を奪われてし
まい、結果として排熱回収器015で回収される排熱量
が減少し、例えば、病院とかホテルといったように、高
温の湯を多量に必要とする箇所に設置する場合に、必要
熱量を賄うことができず、別途ボイラーなどの加熱装置
を設けなければならず、イニシャルコストおよびランニ
ングコストが増大して不経済になる欠点があった。
【0010】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、請求項1に係る発明のリン酸型燃料電
池発電装置は、改質器を内蔵する改質炉に設けられたバ
ーナを利用して、燃料電池からの排熱の回収量を増大
し、大熱量を必要とする需要家にとって経済的な装置を
提供することを目的とし、また、請求項2に係る発明の
リン酸型燃料電池発電装置は、起動時における冷却水の
昇温を経済的に行うことができるようにすることを目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明のリ
ン酸型燃料電池発電装置は、上述のような目的を達成す
るために、冒頭に記載したリン酸型燃料電池発電装置に
おいて、改質器を内蔵する改質炉に設けられたバーナー
の燃焼熱を熱源とする蒸気発生器と、その蒸気発生器の
入口と冷却水タンクとを、冷却水ポンプの出口側の冷却
水供給管または移送ポンプを介して接続する第1の配管
と、蒸気発生器の出口と改質器に入る原料ガス配管を接
続する第2の配管とを備えて構成する。
【0012】炭化水素としては、例えば、メタンを主成
分とする天然ガス、プロパン、ブタン、ナフサ等が使用
される。特に、天然ガスはメタンを主成分とするため良
質で改質が容易であり、かつ、わが国では都市ガスとし
て供給されているため最も適している。
【0013】また、請求項2に係る発明のリン酸型燃料
電池発電装置は、上述のような目的を達成するために、
上記請求項1に記載の第2の配管と冷却水タンクとを、
開閉弁を介装した水蒸気補給管を介して接続する。
【0014】
【作用】請求項1に係る発明のリン酸型燃料電池発電装
置の構成によれば、冷却水タンクからの冷却水を蒸気発
生器に供給し、バーナで加熱して水蒸気を発生させ、そ
の水蒸気を改質器に供給して水素と一酸化炭素とを含む
ガスを得ることができ、一方、冷却水タンクでは、そこ
で分離した水蒸気を系外に取り出さない状態で、戻し管
から排熱回収器を介して高温排熱を取り出すことができ
る。
【0015】また、請求項2に係る発明のリン酸型燃料
電池発電装置の構成によれば、起動時において開閉弁を
開き、蒸気発生器からの水蒸気を冷却水タンクに供給
し、冷却水タンク内の冷却水の温度を高めることができ
る。
【0016】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
【0017】図1は、本発明に係るリン酸型燃料電池発
電装置の実施例を示すフローチャートであり、改質器1
で発生した水素と一酸化炭素とを含むガスが一酸化炭素
変成器2に供給され、得られた水素リッチなガスを燃料
電池3の燃料極3aに供給するように構成されている。
燃料電池3の空気極3bには、第1の空気供給管4と第
1の排ガス管5とが接続されている。
【0018】改質炉30にはバーナ6が付設され、その
バーナ6に燃料極3aからの余剰の水素と第2の空気供
給管7からの空気とが供給され、一方、改質炉30に、
脱硫器8を介して硫化物を除去した天然ガス(都市ガ
ス)NGと水蒸気との混合気体が供給され、水素と一酸
化炭素とを含むガスを発生するように構成されている。
【0019】改質炉30に第2の排ガス管9が接続され
るとともに、その第2の排ガス管9が第1の排ガス管5
に接続され、その第1の排ガス管5に低温排熱を回収す
る低温排熱回収器10が付設されている。
【0020】燃料電池3には、冷却水ポンプ11を介装
した冷却水供給管12と戻し管13とを介して冷却水タ
ンク14が接続され、そして、戻し管13に、燃料電池
3からの高温排熱を回収する排熱回収器15が設けられ
ている。図中、16は冷却水タンク14に水を補給する
水補給配管を示している。
【0021】改質炉30に蒸気発生器17が設けられ、
その蒸気発生器17に第1の配管18を介して冷却水供
給管12が接続されるとともに、蒸気発生器17と改質
器1とが第2の配管19を介して接続され、バーナ6に
よって水蒸気を発生し、その水蒸気を脱硫器8により硫
化物を除去した後の天然ガスNGに加えて改質器1に供
給するように構成されている。
【0022】第2の配管19に第1の逆止弁20が介装
されるとともに、その第1の逆止弁20よりも上流側に
おいて、第2の配管19と冷却水タンク14とが、第2
の逆止弁21および開閉弁22を介装した水蒸気補給管
23を介して接続され、リン酸型燃料電池発電装置の起
動時において開閉弁22を開き、冷却水タンク14内の
冷却水の温度を早期に上昇できるように構成されてい
る。
【0023】バーナ6には天然ガス供給管24が接続さ
れ、燃料極3aから供給される余剰の水素量が少なくて
も蒸気発生器17で必要量の水蒸気を発生できるように
構成されている。燃料極3aからの水素でもって必要量
の水蒸気を発生できる場合であれば、バーナ6に天然ガ
スNGを供給しなくても良いが、この実施例のように、
バーナ6に天然ガスNGを供給するように構成すれば、
改質器1内での燃焼ガス量を増加できるため、その改質
器1内の触媒に対する伝熱効率が高くなって触媒層の温
度分布が均一化され、改質性能を向上できる利点があ
る。
【0024】脱硫器8への天然ガス供給管24の途中箇
所に、第2の排ガス管9と、燃料電池3からバーナ6へ
の水素供給管25、および、改質器1から一酸化炭素変
成器2への混合ガス供給管26それぞれと熱交換する熱
交換器27が介装され、脱硫器8に供給する天然ガスを
予熱するようになっている。
【0025】以上の構成により、燃料電池3で発電しな
がら、その燃料電池3を冷却するに伴って得られる排熱
を回収し、給湯用などの高温水を得るようになってい
る。
【0026】次に、上記実施例による場合と従来例によ
る場合との高温排熱回収効率の違いにつき、 100kWの
燃料電池を用いた場合を想定して考察する。従来例の場
合、燃料電池3の排熱を利用して改質器1における燃料
改質用の水蒸気を得ているが、この場合、 170℃の冷却
水から 170℃の飽和水蒸気を得るのに必要な熱量は、25
Mcal/Hである。これに対して、上記熱量25Mcal/Hに相当
する熱量を改質器1のバーナ6で得ようとする場合、バ
ーナ6に供給する天然ガスNGの量は2.5Nm3/Hとなる。
【0027】これらの条件下での発電効率と高温排熱回
収効率それぞれは下記のようになる。 天然ガス量 発電効率 高温排熱回収効率 合計 従来例 21.0Nm3/H 41% 23%(49Mcal/H) 64% 実施例 23.5Nm3/H 37% 32%(74Mcal/H) 69%
【0028】上記結果から、本発明の実施例によれば、
発電効率は4%低下するが高温排熱回収効率は9%上昇
し、排熱回収量を増大できることが明らかである。な
お、低温排熱回収器10からの排熱回収量は両者ともほ
ぼ同等である。
【0029】上記実施例によれば、排熱回収器15から
得られる排熱回収量を増大するために改質器1のバーナ
6を利用しているため、そこに天然ガスNGを供給して
も低カロリーガスである水素との混焼になり、改質器1
から発生する窒素酸化物NOX の濃度を25ppm 程度に抑
えることができ、その増大した排熱回収量に相当する分
を天然ガスNGのみで専焼する場合に比べて窒素酸化物
NOX の量を大幅に減少でき、環境の清浄化に大いに貢
献できる利点がある。
【0030】上記実施例では、蒸気発生器17に冷却水
タンク14内の熱水を供給するのに、冷却水ポンプ11
の出口側の冷却水供給管12に第1の配管18を接続
し、冷却水供給管12と冷却水ポンプ11とを利用して
供給するように構成しているが、本発明としては、冷却
水タンク14に別の移送ポンプを接続し、その移送ポン
プと蒸気発生器17とを第1の配管18を介して接続
し、上述移送ポンプにより冷却水タンク14内の熱水を
供給するように構成しても良い。
【0031】リン酸型燃料電池発電装置の起動時に限ら
ず、定常運転時においても、排熱回収器15での熱回収
量を増加させるため、開閉弁22から蒸気の一部を冷却
水タンク14に戻しても良い。
【0032】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
1に係る発明のリン酸型燃料電池発電装置によれば、改
質炉に内蔵されるバーナを利用して改質器に供給する水
蒸気を得るから、従来のように、冷却水タンクにおい
て、水蒸気の分離取り出しに起因する気化熱によって多
量の熱が奪われることが無くなり、戻し管から回収する
燃料電池からの排熱量を増大でき、大熱量を必要とする
需要家にとって、燃料電池からの排熱で必要な熱量を賄
うことができ、また、不足したとしても、簡易な加熱装
置を付加するだけで済むようになり、イニシャルコスト
およびランニングコストを低減できる経済的な装置を提
供できる。
【0033】また、請求項2に係る発明のリン酸型燃料
電池発電装置によれば、起動時に蒸気発生器からの水蒸
気で冷却水タンク内の冷却水の温度を高めることができ
るから、従来、燃料電池に供給する冷却水の温度を高め
るために冷却水供給管などに設けていた、シーズヒータ
やボイラといった加熱装置を不用にでき、起動時におけ
る冷却水の昇温を経済的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るリン酸型燃料電池発電装置の実施
例を示すフローチャートである。
【図2】従来例のリン酸型燃料電池発電装置を示すフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
1…改質器 2…一酸化炭素変成器 3…燃料電池 6…バーナ 11…冷却水ポンプ 12…冷却水供給管 13…戻し管 14…冷却水タンク 15…排熱回収器 17…蒸気発生器 18…第1の配管 19…第2の配管 22…開閉弁 23…水蒸気補給管 30…改質炉

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化水素の水蒸気改質により少なくとも
    水素と一酸化炭素を含有する混合ガスを生成する改質器
    と、 得られた混合ガスを被変成ガスとする一酸化炭素変成器
    と、 前記一酸化炭素変成器から出力される水素リッチなガス
    を燃料とするリン酸型の燃料電池と、 前記燃料電池用の冷却水を貯蔵する冷却水タンクと、 前記冷却水タンクと前記燃料電池を冷却水ポンプを介し
    て接続する冷却水供給管と、 前記燃料電池と前記冷却水タンクを接続する戻し管と、 前記戻し管に設けられた排熱回収器と、 を備えたリン酸型燃料電池発電装置において、 前記改質器を内蔵する改質炉に設けられたバーナーの燃
    焼熱を熱源とする蒸気発生器と、 前記蒸気発生器の入口と前記冷却水タンクとを、前記冷
    却水ポンプの出口側の前記冷却水供給管または移送ポン
    プを介して接続する第1の配管と、 前記蒸気発生器の出口と前記改質器に入る原料ガス配管
    を接続する第2の配管と、 を備えたことを特徴とするリン酸型燃料電池発電装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の第2の配管と冷却水タ
    ンクとを、開閉弁を介装した水蒸気補給管を介して接続
    してあるリン酸型燃料電池発電装置。
JP43A 1992-12-02 1992-12-02 リン酸型燃料電池発電装置 Pending JPH06176779A (ja)

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