JPH0722053A - 燃料電池発電プラント - Google Patents

燃料電池発電プラント

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Publication number
JPH0722053A
JPH0722053A JP5164947A JP16494793A JPH0722053A JP H0722053 A JPH0722053 A JP H0722053A JP 5164947 A JP5164947 A JP 5164947A JP 16494793 A JP16494793 A JP 16494793A JP H0722053 A JPH0722053 A JP H0722053A
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JP
Japan
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cooling water
fuel cell
cell
main body
plant
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Pending
Application number
JP5164947A
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English (en)
Inventor
Seishi Suzuki
聖之 鈴木
Yuji Nagata
裕二 永田
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH0722053A publication Critical patent/JPH0722053A/ja
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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】 【構成】冷却水源から電池冷却水を循環ポンプ3によっ
て燃料電池本体1の電池冷却管1cへ供給して電池冷却
水を汽水分離器2を介して再び冷却水源に戻す電池冷却
水循環系統を有し、この電池冷却水循環系統には、プラ
ント起動時に外部から供給する高温流体と電池冷却水と
熱交換して電池冷却水を昇温させる熱交換器9を設け
る。 【効果】昇温のための電力供給が削減され、排熱等の有
効利用が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池本体と燃料電
池本体冷却システムとを備えて構成される燃料電池発電
プラントに係り、特に、起動時の経済性を向上させた燃
料電池発電プラントに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、実用化が進んでいる燃料電池発電
プラントは、水素等の燃料の有しているエネルギーを燃
料電池本体内で生じる電気化学反応により直接電気エネ
ルギーに変換するもので、上記燃料と酸化剤が燃料電池
本体に供給されている限り高い変換効率で電気エネルギ
ーを取り出すことができる利点を有している。
【0003】この種の燃料電池発電プラントでは、燃料
電池用の燃料としての水素ガスをメタン等の炭化水素系
原料ガスから水蒸気改質して生成し、燃料電池本体の燃
料極に供給している。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している。さらに、燃料電
池本体では電気化学反応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システムが具備され、この燃
料電池本体冷却システムには、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。
【0004】図4に、従来の燃料電池発電プラントの燃
料電池本体冷却システムの一例を示す。
【0005】図において、燃料電池本体1には、汽水分
離器2、循環ポンプ3、冷却水入口配管4、冷却水出口
配管5から構成される燃料電池本体冷却システムが形成
されている。また、燃料電池本体1の燃料極1aには、
燃料極入口配管6より燃料ガスが供給され、また、酸化
剤極1bには、酸化剤極入口配管7より酸化剤ガスが供
給されている。さらに、汽水分離器2には、電気ヒータ
8が内蔵されている。
【0006】以上説明した燃料電池本体1および燃料電
池本体冷却システムの起動(昇温)は以下のように行わ
れる。
【0007】まず、起動(昇温)に必要な熱量は、汽水
分離器2内に内蔵された電気ヒータ8により供給され
る。すなわち、汽水分離器2内の電気ヒータ8により加
熱された冷却水aが循環ポンプ3により燃料電池本体1
に供給され、さらに、その排冷却水が汽水分離器2に戻
されて再循環される。
【0008】一般に、電気ヒータ8は、燃料電池本体冷
却システムの昇温時温度設定値に従い図示省略する手段
で制御されており、燃料電池本体1および燃料電池本体
冷却システムが所定の温度まで立ち上がると、起動(昇
温)完了となる。このようにして燃料電池本体1および
燃料電池本体冷却システムの起動(昇温)は通常数時間
で成される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示す従来装置では以下に述べるような解決すべき課題が
あった。
【0010】まず、燃料電池本体1および燃料電池本体
冷却システムの昇温エネルギーの発生に電気ヒータを用
いており、このための電力を別途系統から供給しなけれ
ばならなかった。特に、燃料電池本体1および燃料電池
本体冷却システムの起動(昇温)は、燃料電池発電プラ
ントの起動過程の中で、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起動(昇温)
時に系統から電力を供給しなければならないということ
は経済性の面でも問題となっていた。
【0011】そこで、本発明は、電気ヒータ等の電力を
必要とする装置を用いず、プラント外部から供給される
高温流体によって燃料電池本体および燃料電池本体冷却
システムの起動(昇温)を行い、経済性の優れた燃料電
池発電プラントを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、冷却
水源から電池冷却水を燃料電池本体の電池冷却管へ供給
して前記電池冷却水を汽水分離器を介して再び冷却水源
に戻す電池冷却水循環系統を有する燃料電池発電プラン
トにおいて、電池冷却水循環系統には、プラント起動時
に外部から供給する高温流体と前記電池冷却水と熱交換
して電池冷却水を昇温させる熱交換器を設けるようにし
たものである。
【0013】請求項2の発明は、冷却水源から電池冷却
水を燃料電池本体の電池冷却管へ供給して電池冷却水を
汽水分離器を介して再び冷却水源に戻す電池冷却水循環
系統を有する燃料電池発電プラントにおいて、プラント
起動時に外部から高温流体を汽水分離器へ供給して汽水
分離器内の電池冷却水を昇温させ、昇温した電池冷却水
を冷却水源へ戻すようにしたものである。
【0014】請求項3の発明は、冷却水源から電池冷却
水を燃料電池本体の電池冷却管へ供給して電池冷却水を
汽水分離器を介して再び冷却水源に戻す電池冷却水循環
系統を有し、かつ、発電状態のときの反応熱を蒸気とし
て回収する蒸気発生器を有してなる燃料電池発電プラン
トにおいて、プラント起動時に外部から前記蒸気発生器
へ供給された高温流体と前記電池冷却水と熱交換して電
池冷却水を昇温させる熱交換器を蒸気発生器に内蔵する
ようにしたものである。
【0015】
【作用】請求項1の発明は、プラント起動時に外部から
供給する高温流体と電池冷却水と熱交換して電池冷却水
を昇温させるようにしたため従来例による電気ヒータの
ための電力供給が削減もしくは不要となる。また、高温
流体の供給源である例えば、発電プラントや化学プラン
トの排熱の有効利用が図れる。
【0016】請求項2の発明は、プラント起動時に外部
から高温流体を汽水分離器へ供給して電池冷却水を昇温
させるようにしたため従来例による電気ヒータのための
電力供給が削減もしくは不要となる。また、高温流体の
供給源である例えば、発電プラントや化学プラントの排
熱の有効利用が図れる。
【0017】請求項3の発明は、プラント起動時に外部
から蒸気発生器へ供給された高温流体と電池冷却水と熱
交換して電池冷却水を昇温させるようにしたため従来例
による電気ヒータのための電力供給が削減もしくは不要
となる。また、高温流体の供給源である例えば、発電プ
ラントや化学プラントの排熱の有効利用が図れる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0019】図1は、本発明の第1実施例を示す燃料電
池発電プラントの構成図である。従来例を示す図4と異
なる点は、冷却水出口配管5上に熱交換器9を配置し、
熱交換器9に高温流体bを導入し、これと燃料電池本体
冷却システムの冷却水aとを熱交換させるようにしたも
のである。
【0020】以上の構成で、燃料電池本体1および燃料
電池本体冷却システムの起動(昇温)に伴い熱交換器9
に高温流体bが供給される。ここで、高温流体bとして
は、例えば、病院やオフィス等のビル内では、その冷暖
房のために蒸気や温水などの設備の排熱や流体を利用し
ている。また、通常の火力発電所等では、大気中に放出
していた余剰蒸気を利用し、さらに、多くの発電プラン
トや化学プラントでは、そのプラント排熱を有効に利用
しきれず捨てるものを用いる。
【0021】燃料電池本体冷却システムの冷却水aは、
循環ポンプ3により系内を循環しており、このとき熱交
換器9内で高温流体bと熱交換し、冷却水aの温度が上
昇して行く。これにより、燃料電池本体1および燃料電
池本体冷却システムの昇温が行われる。
【0022】このように本実施例では、燃料電池発電プ
ラントの外部から供給される高温流体bのエネルギーを
新たに設置した熱交換器9を介して燃料電池本体冷却シ
ステムに導き、このエネルギーによって冷却水aを昇温
するため、従来のように電気ヒータを用いることなく、
燃料電池本体1および燃料電池本体冷却システムの起動
(昇温)が可能になる。
【0023】なお、本実施例において、燃料電池発電プ
ラント外部から供給する高温流体bの温度が燃料電池本
体1および燃料電池本体冷却システムの起動(昇温)に
とって十分なレベルでない場合には、図4に示す従来例
で用いていた汽水分離器2内の電気ヒータ8により起動
(昇温)を補助して実施することができる。
【0024】また、本実施例では、燃料電池本体冷却シ
ステムの冷却水aと高温流体bが直接接触しないように
なっているため、水蒸気に限らず油など種々の高温流体
が使用できる。
【0025】また、熱交換器9を冷却水出口配管5上に
配置したが、これを冷却水入口配管4上に配置する等、
燃料電池本体冷却システムの循環系の他の場所に配置し
て実施することができる。
【0026】次に、本発明の第2実施例を図2を参照し
て説明する。
【0027】図2が図1の第1実施例と異なる点は、図
1の熱交換器9を削除して汽水分離器2へ燃料電池発電
プラント外部からの高温流体bを直接供給するようにし
たことである。
【0028】まず、燃料電池本体1および燃料電池本体
冷却システムの起動(昇温)が開始されると、汽水分離
器2に、例えば、水蒸気などの高温流体bが供給され
る。この高温流体bは、第1実施例で用いたと同様のプ
ラントの外部の余剰蒸気等が用いられている。汽水分離
器2内では、予め貯水しておいた流体と高温流体bが混
合されて温度上昇した後、冷却水aとして循環ポンプ3
により系内を循環される。これによって、燃料電池本体
1および燃料電池本体冷却システムの昇温が行われる。
【0029】なお、本実施例では、高温流体bの流入量
分を排出冷却水cとして系外へ流出させ、燃料電池本体
冷却システム内の質量バランスを常に保っている。
【0030】ここで、予め汽水分離器2内の貯水量を減
らしておいて、高温流体bの流入に伴い、冷却水aが増
加し昇温完了時点で燃料電池本体冷却システムの質量バ
ランスが本来のものになるような方法(高温流体流入量
分を系外へ排出しない方法)も可能である。
【0031】このように、燃料電池発電プラントの外部
から供給される高温流体bを汽水分離器2内へ直接供給
し、汽水分離器2内で冷却水aを昇温して系内に循環さ
せるため、従来のように電気ヒータを用いることなく燃
料電池本体1および燃料電池本体冷却システムの起動
(昇温)させるため、電力の供給の削減により経済性が
向上する。
【0032】なお、本実施例においても燃料電池発電プ
ラントの外部から供給する高温流体bの温度が燃料電池
本体1および燃料電池本体冷却システムの起動(昇温)
にとって十分なレベルでない場合には、図4に示す従来
例に設けられる汽水分離器2内の電気ヒータ8を用いて
起動(昇温)を補助して実施することができる。
【0033】次に、本発明の第3実施例を図3を参照し
て説明する。
【0034】図3は、冷却水入口配管4に蒸気発生器1
0を設け、高温流体bを供給して排出流体dを排出しつ
つ熱交換するようにしている。
【0035】燃料電池発電プラントは、電気と熱を高効
率で回収できるコジェネレーションシステムとして注目
されており、特に、熱に関しては温水で回収するのが一
般的である。従って、燃料電池本体1が発電状態のとき
にその反応発熱をより多くの蒸気として回収するための
蒸気発生器20を設ける場合が多く、本実施例では、燃
料電池本体冷却システムの起動(昇温)時に蒸気発生器
20を利用すると特に効果的である。
【0036】まず、燃料電池本体1および燃料電池本体
冷却システムの起動(昇温)が開始されると、蒸気発生
器10に、例えば、水蒸気などの高温流体bが供給され
る。蒸気発生器10内では、予め貯水しておいた流体と
高温流体bとが混合され温度が上昇する。この温度上昇
した蒸気発生器10内の流体と循環ポンプ3によって系
内を循環する冷却水aとを熱交換させ、冷却水aを昇温
させる。
【0037】なお、本実施例では、蒸気発生器10への
高温流体bの流入量分を排出流体dとして排出し、蒸気
発生器10内の質量バランスを常に保っている。
【0038】ここで、予め蒸気発生器10内の貯水量を
減らしておいて、高温流体bの流入に伴い蒸気発生器1
0内の貯水量が増加し昇温完了時点で蒸気発生器10内
の質量バランスが本来のものになるような方法(高温流
体流入量分を排出しない方法)も可能である。
【0039】このように、本実施例では、燃料電池発電
プラントの外部から供給される高温流体bを蒸気発生器
10内へ供給し温度上昇した蒸気発生器10内の流体と
燃料電池本体冷却システムを循環する冷却水aとを熱交
換させることによって燃料電池本体1および燃料電池本
体冷却システムの起動(昇温)を行うため、従来のよう
に電気ヒータを用いることなく燃料電池本体1および燃
料電池本体冷却システムの起動(昇温)が可能になる。
【0040】なお、本実施例において燃料電池発電プラ
ント外部から供給する高温流体bの温度が燃料電池本体
および燃料電池本体冷却システムの起動(昇温)にとっ
て十分なレベルでない場合には、図4に示す従来例で説
明した汽水分離器2内の電気ヒータ8を用いて起動(昇
温)を補助することも可能である。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明によ
れば、プラント起動時に外部から供給する高温流体と電
池冷却水と熱交換して電池冷却水を昇温させるようにし
たため従来例による電気ヒータのための電力供給が削減
もしくは不要となり、高温流体の供給源である例えば、
発電プラントや化学プラント等の排熱の有効利用が図れ
る。
【0042】請求項2の発明は、プラント起動時に外部
から高温流体を汽水分離器へ供給して電池冷却水を昇温
させるようにしたため従来例による電気ヒータのための
電力供給が削減もしくは不要となり、高温流体の供給源
である例えば、発電プラントや化学プラント等の排熱の
有効利用が図れる。
【0043】請求項3の発明は、プラント起動時に外部
から蒸気発生器へ供給された高温流体と電池冷却水と熱
交換して電池冷却水を昇温させるようにしたため従来例
による電気ヒータのための電力供給が削減もしくは不要
となり、高温流体の供給源である例えば、発電プラント
や化学プラント等の排熱の有効利用が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す燃料電池発電プラン
トの系統図である。
【図2】本発明の第2実施例を示す燃料電池発電プラン
トの系統図である。
【図3】本発明の第3実施例を示す燃料電池発電プラン
トの系統図である。
【図4】従来例を示す燃料電池発電プラントの系統図で
ある。
【符号の説明】
1 燃料電池本体 1a 燃料極 1b 酸化剤極 1c 電池冷却管 2 汽水分離器 3 循環ポンプ 4 冷却水入口配管 5 冷却水出口配管 9 熱交換器 10 蒸気発生器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷却水源から電池冷却水を燃料電池本体
    の電池冷却管へ供給して前記電池冷却水を汽水分離器を
    介して再び前記冷却水源に戻す電池冷却水循環系統を有
    する燃料電池発電プラントにおいて、 前記電池冷却水循環系統には、プラント起動時に外部か
    ら供給する高温流体と前記電池冷却水と熱交換して前記
    電池冷却水を昇温させる熱交換器を備えたことを特徴と
    する燃料電池発電プラント。
  2. 【請求項2】 冷却水源から電池冷却水を燃料電池本体
    の電池冷却管へ供給して前記電池冷却水を汽水分離器を
    介して再び前記冷却水源に戻す電池冷却水循環系統を有
    する燃料電池発電プラントにおいて、 プラント起動時に外部から高温流体を前記汽水分離器へ
    供給して前記汽水分離器内の電池冷却水を昇温させ、昇
    温した電池冷却水を前記冷却水源へ戻すことを特徴とす
    る燃料電池発電プラント。
  3. 【請求項3】 冷却水源から電池冷却水を燃料電池本体
    の電池冷却管へ供給して前記電池冷却水を汽水分離器を
    介して再び前記冷却水源に戻す電池冷却水循環系統を有
    し、かつ、発電状態のときの反応熱を蒸気として回収す
    る蒸気発生器を有してなる燃料電池発電プラントにおい
    て、 プラント起動時に外部から前記蒸気発生器へ供給された
    高温流体と前記電池冷却水と熱交換して前記電池冷却水
    を昇温させる熱交換器を前記蒸気発生器に内蔵したこと
    を特徴とする燃料電池発電プラント。
JP5164947A 1993-07-05 1993-07-05 燃料電池発電プラント Pending JPH0722053A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005285648A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
CN110828932A (zh) * 2018-08-14 2020-02-21 马勒国际有限公司 用于电动车辆或混合动力车辆的储能设备

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JP2005285648A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
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