JPH07302605A - Cooling water circulation system control device of fuel cell power generating system - Google Patents

Cooling water circulation system control device of fuel cell power generating system

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JPH07302605A
JPH07302605A JP6113360A JP11336094A JPH07302605A JP H07302605 A JPH07302605 A JP H07302605A JP 6113360 A JP6113360 A JP 6113360A JP 11336094 A JP11336094 A JP 11336094A JP H07302605 A JPH07302605 A JP H07302605A
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JP
Japan
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cooling water
fuel cell
steam
temperature
water circulation
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Application number
JP6113360A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Amamiya
隆 雨宮
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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    • 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

Abstract

PURPOSE:To control the supply amount of exhaust heat recovery steam to a steam flow rate instruction value by installing a steam flow rate control means which controls the supply amount of the exhaust heat recovery steam and a cooling water amount control means which controls the cooling water amount of a cooling heat exchanger. CONSTITUTION:An opening of a control valve 27 which controls the supply amount of an exhaust heat steam 26 supplied to an outside system heat load is controlled according to a steam flow rate instruction value required by an outside system load with a steam flow rate control means 41. The cooling amount of a cooling heat exchanger 29 is controlled by controlling the water flow rate of secondary cooling water by operating a control valve 31 with a cooling water amount control means 42. A valve opening of the control valve 31 is controlled according to the difference between a measured temperature signal of a temperature sensor 40 and a setting temperature signal previously set according to a load level of a fuel cell 11.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池発電システムの
冷却水循環系統制御装置に係り、特に系外熱負荷への排
熱回収スチームの供給性能を改善した燃料電池発電シス
テムの冷却水循環系統制御装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling water circulation system control device for a fuel cell power generation system, and more particularly to a cooling water circulation system control device for a fuel cell power generation system with improved exhaust heat recovery steam supply performance to an external heat load. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、燃料電池発電システムは、天然
ガスなどの原燃料を改質して得られる水素リッチガス
と、空気などの酸化剤ガスとを電気化学的に反応させ、
原燃料のもつ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変
換するものである。このような燃料電池発電システム
は、高効率でしかも低公害のシステムであり、さらに排
熱がスチームや温水の形で回収しやすいという利点があ
ることから、電気と熱の双方を供給できる優れたコジェ
ネレーショウンシステムとして近年広く注目を集めてい
る。
2. Description of the Related Art Generally, a fuel cell power generation system electrochemically reacts a hydrogen-rich gas obtained by reforming a raw fuel such as natural gas with an oxidant gas such as air,
It directly converts the chemical energy of raw fuel into electrical energy. Such a fuel cell power generation system is a highly efficient and low-pollution system, and has the advantage that exhaust heat can be easily recovered in the form of steam or hot water. Therefore, it is an excellent system that can supply both electricity and heat. Recently, it has attracted widespread attention as a cogeneration system.

【0003】図3は、このような燃料電池発電システム
の従来例を示すものである。この従来例では、水素リッ
チガスを得るために通常行われる方式の一つとして、燃
料改質器1を用いている。燃料改質器1は、天然ガスや
石炭ガス等炭化水素からなる原料ガスを導入し、これを
スチーム改質により水素リッチな改質ガスに転換してい
る。
FIG. 3 shows a conventional example of such a fuel cell power generation system. In this conventional example, the fuel reformer 1 is used as one of the methods usually performed to obtain a hydrogen-rich gas. The fuel reformer 1 introduces a raw material gas composed of a hydrocarbon such as natural gas or coal gas, and converts this into a hydrogen-rich reformed gas by steam reforming.

【0004】燃料改質器1は、内部に触媒層を有する改
質反応菅2と、改質器バーナ3とを備えており、改質反
応菅2へは、原料ガス4および改質用スチームが、それ
ぞれ原料ガス供給管およびスチーム供給管5、6により
調節弁7、8を介して導入される。原料ガス4および改
質用スチームが供給された改質反応菅2では、改質器バ
ーナ3により加熱されることで改質反応熱が与えられ、
原料ガス4が水素リッチな改質ガスに転換される。
The fuel reformer 1 is equipped with a reforming reaction tube 2 having a catalyst layer therein and a reformer burner 3. The reforming reaction tube 2 is fed to the raw material gas 4 and reforming steam. Are introduced through the control valves 7 and 8 by the raw material gas supply pipe and the steam supply pipes 5 and 6, respectively. In the reforming reaction tube 2 supplied with the raw material gas 4 and the reforming steam, the reforming burner 3 heats the reforming reaction heat to give the reforming reaction heat.
The raw material gas 4 is converted into a hydrogen-rich reformed gas.

【0005】さらに、この改質ガスは冷却器9で冷却さ
れた後、CO変成器10において改質ガス中の一酸化炭
素とスチームとが反応することで、さらに水素リッチな
ガスに変成される。そして、燃料電池11の燃料極11
aに供給される。冷却器9は、燃料改質器1の出口での
高温の改質ガスをCO変成器10の反応温度レベルに冷
却するために設けられている。
Further, after the reformed gas is cooled in the cooler 9, the carbon monoxide in the reformed gas reacts with the steam in the CO shift converter 10 to be further transformed into a gas rich in hydrogen. . Then, the fuel electrode 11 of the fuel cell 11
is supplied to a. The cooler 9 is provided to cool the hot reformed gas at the outlet of the fuel reformer 1 to the reaction temperature level of the CO shift converter 10.

【0006】燃料電池11の空気極11bへは、空気供
給系統12が接続され、酸化剤としての空気が調節弁1
3を介して供給され、燃料極11a側の水素と電気化学
反応することで直流電力が発生する。この空気供給系統
12においては、ブロワ14を用いて大気よりシステム
に必要な空気量を挿入するように構成されている。
An air supply system 12 is connected to the air electrode 11b of the fuel cell 11 so that air as an oxidant is controlled by the control valve 1.
DC power is generated by an electrochemical reaction with hydrogen on the fuel electrode 11a side. In the air supply system 12, a blower 14 is used to insert an amount of air required for the system from the atmosphere.

【0007】一方、燃料電池11の燃料極11a出口か
らは、未反応の水素ガス分を含む排熱料ガスがガス排出
管15により排出されるが、この排燃料ガスは燃料改質
器1の改質器バーナ3へ燃料として与えられ、空気供給
管16から調節弁17を介して供給される燃料用空気と
混合されて燃焼する。
On the other hand, from the outlet of the fuel electrode 11a of the fuel cell 11, the exhaust heat gas containing unreacted hydrogen gas is exhausted through the gas exhaust pipe 15. This exhaust fuel gas is discharged from the fuel reformer 1. The fuel is supplied to the reformer burner 3 as fuel, and is mixed with fuel air supplied from the air supply pipe 16 through the control valve 17 and burned.

【0008】この排燃料ガスと燃焼用空気との燃焼ガス
は燃料改質器1で改質反応管2を加熱した後、ガス排出
管18aから燃焼排ガスとして、燃料電池11の空気極
11bの出口からのガス排出菅18bを通る排空気とと
もにガス排気系統18から系外へ排出される。
The combustion gas of the exhausted fuel gas and the combustion air heats the reforming reaction tube 2 in the fuel reformer 1, and then is discharged as combustion exhaust gas from the gas exhaust tube 18a to the outlet of the air electrode 11b of the fuel cell 11. Is discharged from the gas exhaust system 18 to the outside of the system together with the exhaust air passing through the gas exhaust pipe 18b.

【0009】なお、燃料電池11の発電出力は、直流電
力として外部に取り出されるが、必要であれば、図示し
ない直交変換装置を介して交流出力に変換された後、電
気負荷または電力系統に供給される。
The power generation output of the fuel cell 11 is taken out as DC power to the outside, but if necessary, it is converted to an AC output via an orthogonal converter (not shown) and then supplied to an electric load or a power system. To be done.

【0010】燃料電池11における発電に伴い燃料極1
1aと空気極11bとの間で生じる反応熱は、冷却器1
1cに冷却水を流通させることで除去するが、このため
に冷却水循環系統20が設けられている。
Fuel electrode 1 accompanying power generation in fuel cell 11
The reaction heat generated between 1a and the air electrode 11b is the cooling device 1
A cooling water circulation system 20 is provided for this purpose, though the cooling water is removed by circulating it through 1c.

【0011】この冷却水循環系統20では、燃料電池1
1の冷却器11cにより熱交換されて温度上昇し沸騰し
た電池出口冷却水21は、二相流水として気水分離器2
2に導入されてスチーム23と高温水24とに分離され
る。分離されたスチームの一部は、改質用スチーム25
としてスチーム供給管6を介し燃料改質器1へ供給さ
れ、また分離されたスチームの他の一部は燃料電池発電
システムからの排熱回収スチーム26として、調節弁2
7を介して系外の熱負荷へ供給される。
In this cooling water circulation system 20, the fuel cell 1
The battery outlet cooling water 21 that has undergone heat exchange by the cooler 11c of No. 1 and has risen in temperature and has boiled is used as two-phase running water in the steam separator 2
It is introduced into the steam generator 2 and separated into steam 23 and high-temperature water 24. Some of the separated steam is steam for reforming 25
Is supplied to the fuel reformer 1 via the steam supply pipe 6, and the other part of the separated steam is used as the exhaust heat recovery steam 26 from the fuel cell power generation system, which is the control valve 2
It is supplied to the heat load outside the system via 7.

【0012】一方、気水分離器22で分離された高温水
24は、ポンプ28および冷却熱交換器29を経て、再
び燃料電池11の冷却器11cへ循環される。また気水
分離器22でのスチーム分離による循環冷却水の減少を
補うため、給水系統30が設けられている。さらに冷却
熱交換器29へは二次冷却水等の冷却剤が調節弁31を
介して供給されており、調節弁31により冷却熱交換器
29の冷却量が調節されるようになっている。
On the other hand, the high-temperature water 24 separated by the steam separator 22 is circulated again to the cooler 11c of the fuel cell 11 via the pump 28 and the cooling heat exchanger 29. Further, a water supply system 30 is provided to compensate for the reduction of the circulating cooling water due to steam separation in the steam separator 22. Further, a coolant such as secondary cooling water is supplied to the cooling heat exchanger 29 via a control valve 31, and the control valve 31 controls the cooling amount of the cooling heat exchanger 29.

【0013】このような冷却水循環系統においては、燃
料電池の冷却器11cに十分な除熱性能を持たせるため
に、発熱を生じる燃料電池11の内部の温度と冷却器1
1c内を流れる冷却水温度との間に十分な温度差がなく
てはならない。このために燃料電池冷却水の入口および
出口の温度を負荷に応じて予め定めた温度レベルに調節
して冷却水循環系統の運転を行うことが従来行われてい
る。なお、燃料電池出口の二相流水は飽和の状態にある
から、気水分離器22の圧力を調節することでも燃料電
池冷却水出口側の温度を調節することができる。
In such a cooling water circulation system, the temperature inside the fuel cell 11 that generates heat and the cooler 1 are set so that the cooler 11c of the fuel cell has sufficient heat removal performance.
There must be a sufficient temperature difference with the temperature of the cooling water flowing in 1c. For this reason, it has been conventionally practiced to adjust the temperature of the inlet and outlet of the fuel cell cooling water to a predetermined temperature level according to the load to operate the cooling water circulation system. Since the two-phase running water at the fuel cell outlet is saturated, the temperature at the fuel cell cooling water outlet side can also be adjusted by adjusting the pressure of the steam separator 22.

【0014】具体的には図3に示すように、温度センサ
32を冷却熱交換器29の下流側ラインに設け、ここで
測定された燃料電池入口側の冷却水温度があらかじめ燃
料電池の負荷レベルに応じて定めた設定温度に近づくよ
うに、冷却熱交換器29の冷却量を調節弁31により調
節している。また、圧力センサ33を気水分離器22に
設け、ここで測定された圧力があらかじめ燃料電池11
の負荷レベルに応じて定めた設定圧力に近づくように、
系外の熱負荷へ供給される排熱回収スチーム26の供給
量を調節弁27により調節している。
Specifically, as shown in FIG. 3, a temperature sensor 32 is provided in the downstream side line of the cooling heat exchanger 29, and the temperature of the cooling water at the inlet side of the fuel cell measured here is the load level of the fuel cell in advance. The cooling amount of the cooling heat exchanger 29 is adjusted by the control valve 31 so as to approach the set temperature determined according to the above. Further, the pressure sensor 33 is provided in the steam separator 22, and the pressure measured here is set in advance in the fuel cell 11
To approach the set pressure determined according to the load level of
The supply amount of the exhaust heat recovery steam 26 supplied to the heat load outside the system is adjusted by the control valve 27.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池発電システムからの排熱をスチームとして回収するコ
ジェネレーションシステムとしての利用を考えた場合、
排熱回収スチームの供給量は系外の熱負荷の需要に応じ
て調節することが望ましい。
However, when considering use as a cogeneration system for recovering exhaust heat from a fuel cell power generation system as steam,
It is desirable to adjust the amount of exhaust heat recovery steam supplied according to the demand for heat load outside the system.

【0016】第3図にしめされるような従来の燃料電池
発電システムの構成においては、上述したように、気水
分離器22に設けられた圧力センサ33で測定された圧
力が、予め燃料電池11の負荷レベルに応じて定めた設
定圧力に近づくように、系外の熱負荷へ供給される排熱
回収スチーム26の供給量を調節弁27により調節して
いる。従って、系外熱負荷への排熱回収スチーム26の
供給量は燃料電池11の負荷レベルで決まってしまい、
系外の熱負荷の需要に応じて調節することができない。
In the structure of the conventional fuel cell power generation system as shown in FIG. 3, as described above, the pressure measured by the pressure sensor 33 provided in the steam separator 22 is the fuel cell in advance. The supply amount of the exhaust heat recovery steam 26 supplied to the heat load outside the system is adjusted by the adjustment valve 27 so that the set pressure determined according to the load level of 11 is approached. Therefore, the supply amount of the exhaust heat recovery steam 26 to the external heat load is determined by the load level of the fuel cell 11,
It cannot be adjusted according to the demand of heat load outside the system.

【0017】また、気水分離器22の圧力ではなく、燃
料電池冷却水出口ラインまたは気水分離器22の温度を
測定し、この測定温度が、あらかじめ燃料電池11の負
荷レベルに応じて定めた設定温度に近づくように、系外
の熱負荷へ供給される排熱回収スチーム26の供給量を
調節弁27により調節する場合でも、排熱回収スチーム
26の供給量は燃料電池11の負荷レベルで決まってし
まい、系外の熱負荷の需要に応じて調節することができ
ない点では同様である。従って、従来の燃料電池発電シ
ステムでは、系外熱負荷への排熱回収スチームの供給量
を系外熱負荷の需要に応じて調節することが困難である
という問題点があった。
Further, the temperature of the fuel cell cooling water outlet line or the steam / water separator 22 is measured, not the pressure of the steam / water separator 22, and the measured temperature is determined in advance according to the load level of the fuel cell 11. Even when the supply amount of the exhaust heat recovery steam 26 supplied to the heat load outside the system is adjusted by the control valve 27 so as to approach the set temperature, the supply amount of the exhaust heat recovery steam 26 depends on the load level of the fuel cell 11. It is the same in that it cannot be adjusted according to the demand of the heat load outside the system. Therefore, the conventional fuel cell power generation system has a problem that it is difficult to adjust the amount of exhaust heat recovery steam supplied to the external heat load according to the demand of the external heat load.

【0018】本発明の目的は、系外熱負荷への排熱回収
スチームの供給量を系外熱負荷の需要に応じて調節する
ことが可能となるような燃料電池発電システムの冷却水
循環系統制御装置を提供することにある。
An object of the present invention is to control the cooling water circulation system of a fuel cell power generation system such that the supply amount of exhaust heat recovery steam to the external heat load can be adjusted according to the demand of the external heat load. To provide a device.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料電池発
電システムの冷却水循環系統制御装置は、系外の熱負荷
に供給される排熱回収スチームの供給量がスチーム流量
指令値になるように制御するスチーム流量制御手段と、
燃料電池の出口冷却水温度に相当するプロセス量が燃料
電池の負荷レベルに応じた設定値になるように冷却熱交
換器の冷却水量を制御する冷却水量制御手段とを備えて
いる。
A cooling water circulation system controller for a fuel cell power generation system according to the present invention is configured so that the supply amount of exhaust heat recovery steam supplied to a heat load outside the system becomes a steam flow rate command value. Steam flow control means for controlling,
And a cooling water amount control means for controlling the cooling water amount of the cooling heat exchanger so that the process amount corresponding to the outlet cooling water temperature of the fuel cell becomes a set value corresponding to the load level of the fuel cell.

【0020】そして、燃料電池の出口冷却水温度に相当
するプロセス量は、冷却水循環系統内の温度を用い、具
体的には気水分離器の高温水温度を用いる。
The process quantity corresponding to the outlet cooling water temperature of the fuel cell uses the temperature in the cooling water circulation system, specifically, the high temperature water temperature of the steam separator.

【0021】また、燃料電池の出口冷却水温度に相当す
るプロセス量として、冷却水循環系統の圧力を用い、具
体的には気水分離器内の圧力を用いる。
As the process amount corresponding to the outlet cooling water temperature of the fuel cell, the pressure of the cooling water circulation system is used, specifically, the pressure in the steam separator.

【0022】[0022]

【作用】この燃料電池発電システムにおいては、系外の
熱負荷に供給される排熱回収スチームの供給量は、その
系外の熱負荷が要求するスチーム流量指令値になるよう
にスチーム流量制御手段で制御し、燃料電池の出口冷却
水温度に相当するプロセス量が燃料電池の負荷レベルに
応じた設定値になるように冷却熱交換器の冷却水量を冷
却水量制御手段で制御する。したがって、燃料電池出口
の二相流冷却水の温度または圧力を設定温度または設定
圧力に近い値に保ちつつ、排熱回収スチームの供給量を
系外熱負荷の需要に応じて調節するような運転が可能と
なる。
In this fuel cell power generation system, the steam flow control means is provided so that the supply amount of the exhaust heat recovery steam supplied to the heat load outside the system becomes the steam flow command value required by the heat load outside the system. The cooling water amount control means controls the cooling water amount of the cooling heat exchanger so that the process amount corresponding to the outlet cooling water temperature of the fuel cell becomes a set value corresponding to the load level of the fuel cell. Therefore, while maintaining the temperature or pressure of the two-phase flow cooling water at the fuel cell outlet at a value close to the set temperature or set pressure, the operation of adjusting the supply amount of the exhaust heat recovery steam according to the demand of the external heat load Is possible.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1は本
発明の第1の実施例を示す構成図である。図3に示す従
来例の部材と共通の部材には、同じ符号を付して説明を
省略する。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. The same members as those in the conventional example shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0024】この第1の実施例は、系外の熱負荷に供給
される排熱回収スチームの供給量がスチーム流量指令値
になるように制御するスチーム流量制御手段41と、燃
料電池11の出口冷却水温度に相当するプロセス量が燃
料電池11の負荷レベルに応じた設定値になるように冷
却熱交換器29の冷却水量を制御する冷却水量制御手段
42が設けられ、また、気水分離器22からの高温水ラ
インの温度を測定する温度センサ40を設けられてい
る。
In the first embodiment, the steam flow rate control means 41 for controlling the supply amount of the exhaust heat recovery steam supplied to the heat load outside the system to the steam flow rate command value, and the outlet of the fuel cell 11. A cooling water amount control means 42 for controlling the cooling water amount of the cooling heat exchanger 29 is provided so that the process amount corresponding to the cooling water temperature becomes a set value corresponding to the load level of the fuel cell 11, and the steam separator. A temperature sensor 40 is provided to measure the temperature of the hot water line from 22.

【0025】すなわち、この第1の実施例においては、
系外の熱負荷に供給される排熱回収スチームの供給量
は、その系外の熱負荷が要求するスチーム流量指令値に
なるようにスチーム流量制御手段41で制御し、気水分
離器22からの高温水ラインの温度が予め燃料電池11
の負荷レベルに応じて定めた設定温度に近づくように冷
却熱交換器29の冷却量を冷却水量制御手段42で調節
するように構成されている。
That is, in this first embodiment,
The supply amount of the exhaust heat recovery steam supplied to the heat load outside the system is controlled by the steam flow control unit 41 so that the steam flow command value required by the heat load outside the system is obtained, and the steam-water separator 22 The temperature of the high temperature water line of the fuel cell 11
The cooling water amount control means 42 is configured to adjust the cooling amount of the cooling heat exchanger 29 so as to approach the set temperature determined according to the load level.

【0026】つまり、燃料電池の出口冷却水温度に相当
するプロセス量として、冷却水循環系統内の温度を用
い、具体的には気水分離器の高温水温度を用いたもので
ある。
That is, the temperature in the cooling water circulation system is used as the process amount corresponding to the outlet cooling water temperature of the fuel cell, specifically, the high temperature water temperature of the steam separator is used.

【0027】具体的には、系外の熱負荷へ供給される排
熱回収スチーム26の供給量を調節する調節弁27の開
度は、スチーム流量制御手段41で系外負荷が要求する
スチーム流量指令値に応じて制御される。この流量指令
値は、たとえば系外熱負荷のスチーム需要に応じて、温
度、圧力、流量等の関数として設定することができ、ま
た図示されない流量センサを設けてスチーム流量測定値
によるフィールドバック制御を組み合わせることも可能
である。
Specifically, the opening degree of the control valve 27 for adjusting the supply amount of the exhaust heat recovery steam 26 supplied to the heat load outside the system is determined by the steam flow rate control means 41 for the steam flow rate required by the outside load. It is controlled according to the command value. This flow rate command value can be set as a function of temperature, pressure, flow rate, etc. according to, for example, the steam demand of the external heat load, and a field flow control by the steam flow rate measurement value is provided by providing a flow rate sensor (not shown). It is also possible to combine them.

【0028】一方、冷却熱交換器29の冷却量の調節は
二次冷却水の通水量を、冷却水量制御手段42で調節弁
31により調節することで行う。温度センサ40の測定
温度信号と予め燃料電池11の負荷レベルに応じて定め
た設定温度信号との差分に応じて、たとえばPID制御
等により調節弁31の弁開度を調節するように構成す
る。これにより、温度センサ40で測定された高温水の
温度を、あらかじめ燃料電池の負荷レベルに応じて定め
た設定温度に近づけるように、調節弁31を介して冷却
熱交換器29の冷却量を調節することができる。
On the other hand, the cooling amount of the cooling heat exchanger 29 is adjusted by adjusting the flow rate of the secondary cooling water by the control valve 31 in the cooling water amount control means 42. The valve opening degree of the control valve 31 is adjusted by, for example, PID control or the like according to the difference between the measured temperature signal of the temperature sensor 40 and the set temperature signal determined in advance according to the load level of the fuel cell 11. As a result, the cooling amount of the cooling heat exchanger 29 is adjusted via the adjustment valve 31 so that the temperature of the high temperature water measured by the temperature sensor 40 approaches the preset temperature determined in advance according to the load level of the fuel cell. can do.

【0029】このように、系外の熱負荷へ供給される排
熱回収スチーム26の供給量は、スチーム流量指令値に
応じて調節弁27により制御される。
Thus, the supply amount of the exhaust heat recovery steam 26 supplied to the heat load outside the system is controlled by the control valve 27 according to the steam flow rate command value.

【0030】一方、気水分離器22の高温水ラインに温
度センサ40を設け、この測定温度信号を用いて冷却熱
交換器29を冷却する二次冷却水の流水量を調節する調
節弁31の弁開度を調節するように構成し、これにより
温度センサ40で測定された高温水の温度を、予め燃料
電池11の負荷レベルに応じて定めた設定温度に近づけ
るように、冷却熱交換器29の冷却量を調節することが
できる。気水分離器22で分離された高温水の温度は燃
料電池出口冷却水の温度にかなり近いことから、図1に
示す燃料電池発電システムの構成によって、冷却水循環
系統20の燃料電池出口冷却水21の温度を、燃料電池
11の負荷レベルに応じて定めた設定温度に近い値に保
って運転することができ、また燃料電池入口冷却水の温
度は冷却熱交換器29で冷却されて必ず燃料電池出口冷
却水の温度より低く保つことができる。
On the other hand, a temperature sensor 40 is provided in the hot water line of the steam separator 22 and a control valve 31 for adjusting the flow rate of the secondary cooling water that cools the cooling heat exchanger 29 using this measured temperature signal. The cooling heat exchanger 29 is configured to adjust the valve opening so that the temperature of the high-temperature water measured by the temperature sensor 40 approaches a preset temperature determined in advance according to the load level of the fuel cell 11. The amount of cooling can be adjusted. Since the temperature of the high-temperature water separated by the steam separator 22 is quite close to the temperature of the fuel cell outlet cooling water, the fuel cell outlet cooling water 21 of the cooling water circulation system 20 is configured by the configuration of the fuel cell power generation system shown in FIG. Can be operated with a temperature close to the set temperature determined according to the load level of the fuel cell 11, and the temperature of the fuel cell inlet cooling water must be cooled by the cooling heat exchanger 29 so that the fuel cell must be operated. It can be kept below the temperature of the outlet cooling water.

【0031】したがって、燃料電池11の冷却器11c
に十分な除熱性能を持たせつつ、排熱回収スチームの供
給量を系外熱負荷の需要に応じて調節するような運転が
可能となる。
Therefore, the cooler 11c of the fuel cell 11
It is possible to operate such that the supply amount of the exhaust heat recovery steam is adjusted according to the demand of the external heat load while having sufficient heat removal performance.

【0032】なお、図1に示す第1の実施例では、冷却
熱交換器29は二次冷却水で冷却するものとしている
が、冷却剤はこれに限られるものではなく、他の水ある
いはガスや空気等を用いても良い。また冷却熱交換器2
9は二次側で蒸気発生を行うような蒸気発生器であって
も良い。
Although the cooling heat exchanger 29 is cooled by the secondary cooling water in the first embodiment shown in FIG. 1, the coolant is not limited to this, and other water or gas may be used. Alternatively, air or the like may be used. In addition, the cooling heat exchanger 2
9 may be a steam generator for generating steam on the secondary side.

【0033】また、図1示す第1の実施例では、冷却熱
交換器29を一個の熱交換器として構成しているが、複
数個の熱交換器または蒸気発生器などの冷却器の組み合
わせで構成しても良い。この場合でも、温度センサ40
で測定された高温水の温度を、設定温度に近づけるよう
に、いずれかの熱交換器の冷却量を調節するようにすれ
ば、同様の作用効果を得ることができる。
Further, in the first embodiment shown in FIG. 1, the cooling heat exchanger 29 is constructed as one heat exchanger, but a combination of a plurality of heat exchangers or a cooler such as a steam generator is used. It may be configured. Even in this case, the temperature sensor 40
If the cooling amount of one of the heat exchangers is adjusted so that the temperature of the high-temperature water measured in step 1 approaches the set temperature, the same effect can be obtained.

【0034】また、図1の第1の実施例では、温度セン
サ40は高温水温度を測定する位置に設けたが、燃料電
池出口の二相流冷却水の温度に近い温度が測定できる他
のいかなる位置に設けても良い。例えば、燃料電池出口
の二相流冷却水ライン、ないしは気水分離器、ないしは
気水分離器で分離されたスチームの供給ライン等に設け
ても良い。
Further, in the first embodiment of FIG. 1, the temperature sensor 40 is provided at a position for measuring the high temperature water temperature, but another temperature sensor which can measure a temperature close to the temperature of the two-phase cooling water at the fuel cell outlet is used. It may be provided at any position. For example, it may be provided in a two-phase cooling water line at the outlet of the fuel cell, or a steam separator, or a steam supply line separated by the steam separator.

【0035】したがって、この第1の実施例では、燃料
電池出口の二相流冷却水の温度ないしは気水分離器22
で分離された蒸気ないしは高温水の温度を測定する温度
センサ40を設け、この測定温度が予め燃料電池11の
負荷レベルに応じて定めた設定温度に近づくように冷却
熱交換器29の冷却量を調節するように構成したことに
より、系外熱負荷への排熱回収スチームの供給量を系外
熱負荷の需要に応じて調節することが可能となり、系外
熱負荷への排熱回収スチームの供給性能を向上させるこ
とができる。
Therefore, in this first embodiment, the temperature of the two-phase flow cooling water at the fuel cell outlet or the steam separator 22
A temperature sensor 40 for measuring the temperature of the steam or high-temperature water separated by is provided, and the cooling amount of the cooling heat exchanger 29 is adjusted so that the measured temperature approaches a preset temperature determined in advance according to the load level of the fuel cell 11. With this configuration, the amount of exhaust heat recovery steam supplied to the external heat load can be adjusted according to the demand of the external heat load, and the exhaust heat recovery steam of the external heat load can be adjusted. The supply performance can be improved.

【0036】次に、図2は本発明の第2の実施例を示す
構成図である。この第2の実施例においては、第1の実
施例と同様に、系外の熱負荷に供給される排熱回収スチ
ームの供給量がスチーム流量指令値になるように制御す
るスチーム流量制御手段41と、燃料電池11の出口冷
却水温度に相当するプロセス量が燃料電池11の負荷レ
ベルに応じた設定値になるように冷却熱交換器29の冷
却水量を制御する冷却水量制御手段42とを備えてお
り、燃料電池11の出口冷却水温度に相当するプロセス
量として、冷却水循環系統の圧力を用い、具体的には気
水分離器29内の圧力を用いるようにしたものである。
Next, FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, as in the first embodiment, the steam flow control means 41 for controlling the supply amount of the exhaust heat recovery steam supplied to the heat load outside the system to the steam flow command value. And a cooling water amount control means 42 for controlling the cooling water amount of the cooling heat exchanger 29 so that the process amount corresponding to the outlet cooling water temperature of the fuel cell 11 becomes a set value corresponding to the load level of the fuel cell 11. Therefore, the pressure of the cooling water circulation system, specifically, the pressure in the steam separator 29 is used as the process amount corresponding to the outlet cooling water temperature of the fuel cell 11.

【0037】すなわち、この第2の実施例においては、
系外の熱負荷へ供給される排熱回収スチーム26の供給
量がそのスチーム流量指令値になるように、スチーム流
量制御手段41にて調節弁27で調節する。一方、気水
分離器22に設けた圧力センサ33で測定された測定圧
力は、予め燃料電池11の負荷レベルに応じて定めた設
定圧力に近づくように冷却熱交換器29の冷却量を調節
するように構成されている。すなわち、圧力センサ33
の測定圧力信号と予め燃料電池11の負荷レベルに応じ
て予め定めた設定圧力信号との差分に基づいて、たとえ
ばPID制御等により調節弁31の弁開度を調節する。
That is, in this second embodiment,
The control valve 27 is adjusted by the steam flow control means 41 so that the supply amount of the exhaust heat recovery steam 26 supplied to the heat load outside the system becomes the steam flow command value. On the other hand, the cooling amount of the cooling heat exchanger 29 is adjusted so that the measured pressure measured by the pressure sensor 33 provided in the steam separator 22 approaches the set pressure determined in advance according to the load level of the fuel cell 11. Is configured. That is, the pressure sensor 33
The valve opening degree of the control valve 31 is adjusted by, for example, PID control or the like based on the difference between the measured pressure signal and the set pressure signal that is predetermined according to the load level of the fuel cell 11.

【0038】これにより、系外の熱負荷へ供給される排
熱回収スチーム26の供給量がそのスチーム流量指令値
になるように制御され、かつ、圧力センサ33で測定さ
れた気水分離器22の圧力を、予め燃料電池11の負荷
レベルに応じて定めた設定圧力に近づけるように、調節
弁31を介して冷却熱交換器29の冷却量を調節するこ
とができる。
Thus, the supply amount of the exhaust heat recovery steam 26 supplied to the heat load outside the system is controlled so as to be the steam flow rate command value, and the steam separator 22 measured by the pressure sensor 33. The cooling amount of the cooling heat exchanger 29 can be adjusted via the adjustment valve 31 so that the pressure of 1 is brought close to the set pressure that is previously determined according to the load level of the fuel cell 11.

【0039】ここで、燃料電池出口冷却水は二相流飽和
状態なので、気水分離器22の圧力は燃料電池出口冷却
水の温度と対応する関係にある。したがって、予め気水
分離器22の設定圧力を、燃料電池11の負荷レベルに
応じて必要な燃料電池出口温度レベルに対応させて定め
ておくことにより、冷却水循環系統20の燃料電池出口
冷却水21の温度を、燃料電池11の負荷レベルに応じ
て望ましい温度に保って運転することができ、また燃料
電池入口冷却水の温度は冷却熱交換器29で冷却されて
必ず燃料電池出口冷却水の温度より低く保つことができ
る。
Since the fuel cell outlet cooling water is in a two-phase flow saturated state, the pressure of the steam separator 22 has a relationship corresponding to the temperature of the fuel cell outlet cooling water. Therefore, by setting the set pressure of the steam separator 22 in advance so as to correspond to the required fuel cell outlet temperature level according to the load level of the fuel cell 11, the fuel cell outlet cooling water 21 of the cooling water circulation system 20 is set. Can be maintained at a desired temperature according to the load level of the fuel cell 11, and the temperature of the fuel cell inlet cooling water is cooled by the cooling heat exchanger 29 so that the temperature of the fuel cell outlet cooling water must be the same. Can be kept lower.

【0040】したがって、燃料電池11内部の温度と冷
却器11c内を流れる冷却水温度との間に必要な温度差
を持たせることができ、これにより燃料電池11の冷却
器11cに十分な除熱性能を持たせることができる。
Therefore, it is possible to make a necessary temperature difference between the temperature inside the fuel cell 11 and the temperature of the cooling water flowing in the cooler 11c. It can have performance.

【0041】一方、系外の熱負荷へ供給される排熱回収
スチーム26の供給量は、スチーム流量指令値に応じて
調節弁27により制御される。すなわち、燃料電池11
の冷却器11cに十分な除熱性能を持たせつつ、排熱回
収スチームの供給量を系外熱負荷の需要に応じて調節す
るような運転が可能となる。
On the other hand, the supply amount of the exhaust heat recovery steam 26 supplied to the heat load outside the system is controlled by the control valve 27 according to the steam flow rate command value. That is, the fuel cell 11
It is possible to perform an operation in which the supply amount of the exhaust heat recovery steam is adjusted according to the demand of the external heat load while the cooling device 11c of FIG.

【0042】なお、図2では圧力センサ33を気水分離
器に設置しているが、本冷却水循環系統の圧力は全体に
わたり気水分離器22の圧力に比べ大きな圧力差はない
ため、冷却水循環系統のいずれの箇所に圧力センサ33
を設置してもよい。すなわち、冷却水循環系統の代表圧
力を測定する圧力センサを適当な箇所に設けて、その測
定圧力信号を用いて冷却熱交換器29の冷却量を調節弁
31により調節するように構成し、冷却水循環系統の圧
力を予め燃料電池11の負荷レベルに応じて定めた設定
圧力に近づける用に運転することができる。この設定圧
力を、燃料電池11の負荷レベルに応じて必要な燃料電
池出口温度レベルに対応させて定めておくことにより、
燃料電池出口冷却水21の温度を、燃料電池11の負荷
レベルに応じて望ましい温度に保って運転することがで
きる。
Although the pressure sensor 33 is installed in the steam / water separator in FIG. 2, the pressure in the cooling water circulation system does not have a large pressure difference over the pressure in the steam / water separator 22. Pressure sensor 33 at any point in the system
May be installed. That is, a pressure sensor for measuring a representative pressure of the cooling water circulation system is provided at an appropriate location, and the measured pressure signal is used to adjust the cooling amount of the cooling heat exchanger 29 by the control valve 31. It is possible to operate so as to bring the system pressure close to a set pressure that is determined in advance according to the load level of the fuel cell 11. By setting this set pressure in correspondence with the required fuel cell outlet temperature level according to the load level of the fuel cell 11,
It is possible to operate while maintaining the temperature of the fuel cell outlet cooling water 21 at a desired temperature according to the load level of the fuel cell 11.

【0043】なお、冷却熱交換器29は二次冷却水に限
らず、他の水あるいはガスや空気等を用いて冷却しても
良い。また、冷却熱交換器29は一個の熱交換器ではな
く、複数個の熱交換器または蒸気発生器などの冷却器の
組み合わせで構成してもよい。
The cooling heat exchanger 29 is not limited to the secondary cooling water, but may be cooled by using other water, gas, air or the like. Further, the cooling heat exchanger 29 may be configured by a combination of a plurality of heat exchangers or coolers such as a steam generator, instead of a single heat exchanger.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、系
外の熱負荷に供給される排熱回収スチームの供給量がス
チーム流量指令値になるように制御するスチーム流量制
御手段と、燃料電池の出口冷却水温度に相当するプロセ
ス量が燃料電池の負荷レベルに応じた設定値になるよう
に冷却熱交換器の冷却水量を制御する冷却水量制御手段
とを設け、燃料電池の出口冷却水温度に相当するプロセ
ス量は、冷却水循環系統内の温度を用いるようにしたの
で、系外熱負荷への排熱回収スチームの供給量を系外熱
負荷の需要に応じて調節することが可能となり、また、
燃料電池出口冷却水の温度を、燃料電池の負荷レベルに
応じて望ましい温度に保って運転することができる。つ
まり、系外熱負荷への排熱回収スチームの供給性能を向
上させることができる。
As described above, according to the present invention, the steam flow control means for controlling the supply amount of the exhaust heat recovery steam supplied to the heat load outside the system to the steam flow command value, Cooling water quantity control means for controlling the cooling water quantity of the cooling heat exchanger so that the process quantity corresponding to the outlet cooling water temperature of the fuel cell becomes a set value corresponding to the load level of the fuel cell, and cooling the outlet of the fuel cell Since the process amount corresponding to the water temperature uses the temperature in the cooling water circulation system, it is possible to adjust the supply amount of exhaust heat recovery steam to the external heat load according to the demand of the external heat load. And again,
The temperature of the fuel cell outlet cooling water can be maintained at a desired temperature depending on the load level of the fuel cell. That is, it is possible to improve the supply performance of the exhaust heat recovery steam to the external heat load.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示す構成図FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例を示す構成図FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】従来例を示す構成図FIG. 3 is a configuration diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料改質器 11 燃料電池 11a 燃料極 11b 空気極 11c 冷却器 20 冷却水循環系統 21 電池出口冷却水 22 気水分離器 26 排熱回収スチーム 27 調節弁 29 冷却熱交換器 31 調節弁 33 圧力センサ 40 温度センサ 41 スチーム流量制御手段 42 冷却水量制御手段 1 Fuel Reformer 11 Fuel Cell 11a Fuel Electrode 11b Air Electrode 11c Cooler 20 Cooling Water Circulation System 21 Battery Outlet Cooling Water 22 Steam Separator 26 Exhaust Heat Recovery Steam 27 Control Valve 29 Cooling Heat Exchanger 31 Control Valve 33 Pressure Sensor 40 Temperature Sensor 41 Steam Flow Rate Control Means 42 Cooling Water Amount Control Means

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気化学反応を生じさせる燃料電池と、
前記燃料電池の電気化学反応熱を除去する冷却水循環系
統と、この冷却水循環系統中に配置され前記燃料電池か
ら排出される冷却水を蒸気と高温水とに分離する気水分
離器と、前記冷却水循環系統中に配置され前記気水分離
器からの前記高温水を冷却する冷却熱交換器とを有し、
前記蒸気の少なくとも一部を系外の熱負荷に供給するよ
うに構成された燃料電池発電システムの冷却水循環系統
制御装置において、前記系外の熱負荷に供給される排熱
回収スチームの供給量がスチーム流量指令値になるよう
に制御するスチーム流量制御手段と、前記燃料電池の出
口冷却水温度に相当するプロセス量が前記燃料電池の負
荷レベルに応じた設定値になるように前記冷却熱交換器
の冷却水量を制御する冷却水量制御手段とを備えたこと
を特徴とする燃料電池発電システムの冷却水循環系統制
御装置。
1. A fuel cell for causing an electrochemical reaction,
A cooling water circulation system for removing heat of electrochemical reaction of the fuel cell; a steam separator for separating cooling water discharged from the fuel cell into steam and high-temperature water, the cooling water circulation system; A cooling heat exchanger arranged in a water circulation system to cool the hot water from the steam separator.
In a cooling water circulation system control device of a fuel cell power generation system configured to supply at least a part of the steam to a heat load outside the system, a supply amount of exhaust heat recovery steam supplied to the heat load outside the system is Steam flow rate control means for controlling to a steam flow rate command value, and the cooling heat exchanger so that the process amount corresponding to the outlet cooling water temperature of the fuel cell becomes a set value corresponding to the load level of the fuel cell. And a cooling water amount control means for controlling the cooling water amount of the cooling water circulation system control device for the fuel cell power generation system.
【請求項2】 前燃料電池の出口冷却水温度に相当する
プロセス量は、前記冷却水循環系統内の温度であること
を特徴とする請求項1に記載の燃料電池発電システムの
冷却水循環系統制御装置。
2. The cooling water circulation system controller for a fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the process amount corresponding to the outlet cooling water temperature of the front fuel cell is the temperature in the cooling water circulation system. .
【請求項3】 前記冷却水循環系統内の温度は、気水分
離器の高温水温度であることを特徴とする請求項2に記
載の燃料電池発電システムの冷却水循環系統制御装置。
3. The cooling water circulation system controller for a fuel cell power generation system according to claim 2, wherein the temperature in the cooling water circulation system is the high temperature water temperature of the steam separator.
【請求項4】 前記燃料電池の出口冷却水温度に相当す
るプロセス量は、前記冷却水循環系統の圧力であること
を特徴とする請求項1に記載の燃料電池発電システムの
冷却水循環系統制御装置。
4. The cooling water circulation system controller for a fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the process amount corresponding to the outlet cooling water temperature of the fuel cell is the pressure of the cooling water circulation system.
【請求項5】 前記冷却水循環系統の圧力は、気水分離
器内の圧力であることを特徴とする請求項4に記載の燃
料電池発電システムの冷却水循環系統制御装置。
5. The cooling water circulation system controller of the fuel cell power generation system according to claim 4, wherein the pressure of the cooling water circulation system is a pressure in the steam separator.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001313054A (en) * 2000-02-21 2001-11-09 Denso Corp Fuel cell system
CN110499517A (en) * 2019-09-30 2019-11-26 长江勘测规划设计研究有限责任公司 Power station electrolytic hydrogen production intelligent temperature control cools down water system

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