JPH08124587A - 燃料電池発電プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水処理装置及びポンプの負荷を小さくするこ
とにより発電効率を向上させることを可能とした燃料電
池発電プラントを提供する。 【構成】 燃料電池本体１の燃料極１ａに改質器２及び
蒸気加熱器７を接続する。燃料電池本体１の冷却システ
ムを気水分離器３、循環ポンプ４、冷却水入口配管５
ａ、冷却水出口配管５ｂにより構成する。気水分離器３
に蒸気利用設備８を接続する。改質器２に空気予熱器９
を介して凝縮器１０を接続する。凝縮器１０を水処理装
置１１を介して気水分離器３に接続する。水処理装置１
１を補給水調節弁１８を介して気水分離器３に接続す
る。空気予熱器９と凝縮器１０との間に蒸気発生器１９
を設ける。蒸気発生器１９を改質蒸気配管２０により蒸
気加熱器７に接続する。蒸気発生器１９に水処理装置１
１を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば炭化水素系ガス
から水素を生成し、この水素と空気中の酸素を電気化学
反応させて電気を得る燃料電池発電プラントに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、天然ガスなどの燃料を改質
して得られる水素と、空気中の酸素とを電気化学的に反
応させて直接発電するものであり、従来の発電方式と比
べて以下のような利点がある。まず、熱エネルギーや運
動エネルギーの過程を経ない直接発電であるので、小規
模でも高い発電効率が気体できる。また、発電に伴って
発生する熱を給湯や冷暖房として利用することができ
る。さらに、窒素酸化物などの排出が少なく、騒音や振
動も小さいので環境に与える影響が少ない。

【０００３】燃料電池は、以上のような利点を有するた
め、近年のエネルギー資源や地球環境の問題が高まるに
連れて、その重要性が増してきている。以下に、従来の
燃料電池発電プラントに備える燃料電池本体冷却システ
ムと燃料処理システムの一例を説明する。すなわち、図
５に示すように、燃料電池本体１の燃料極１ａには改質
器２及び蒸気加熱器７が接続され、一つの循環系を成し
ている。炭化水素系原料ガスの改質器２への供給路と、
蒸気加熱器７との間には、制御装置１５に接続された改
質用蒸気調節弁１６が設けられている。

【０００４】燃料電池本体１の冷却システムは、気水分
離器３、循環ポンプ４、冷却水入口配管５ａ、冷却水出
口配管５ｂによって構成され、一つの循環径を成してい
る。気水分離器３には、蒸気供給調節弁１７を介して吸
収式冷凍機等の蒸気利用設備８が接続されている。ま
た、気水分離器３は改質用蒸気配管６を通じて蒸気加熱
器７に接続されている。

【０００５】さらに、改質器２には空気予熱器９を介し
て凝縮器１０が接続されている。凝縮器１０は水処理装
置１１を介して気水分離器３に接続されている。水処理
装置は数器のろ過器及び樹脂塔１２と水タンク１３、及
びポンプ１４等によって構成されている。水処理装置１
１は、補給水調節弁１８を介して気水分離器３に接続さ
れている。

【０００６】以上のような構成を有する燃料電池発電プ
ラントの作用は以下の通りである。すなわち、改質器２
において炭化水素系原料ガスを水蒸気改質して生成され
た水素リッチガスＡが、燃料電池本体１の燃料極１ａに
供給され、酸化剤極１ｂには酸化剤として空気が供給さ
れる。すると、電池冷却水Ｂ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
５ｂを通って気水分離器３で水と蒸気に分離される。こ
の気水分離器３で分離された水蒸気の一部は改質用蒸気
配管６を通じて蒸気加熱器７に導入され、改質器２で生
成された水素リッチガスＡによって加熱された後、炭化
水素系原料ガスと混合されて改質器２に供給される。ま
た前記蒸気の一部は排熱利用設備８へ供給される。

【０００７】改質器２では水蒸気改質に必要な熱を発生
させるため、燃料電池本体１での未反応水素を含む燃料
極排ガスＣを空気と混合して燃焼させる。そして、燃焼
後の燃焼排ガスＤは、前記の燃焼用空気を空気予熱器９
にて予熱した後、燃料電池本体１の酸化剤極排瓦斯Ｅと
合流して、凝縮器１０に送られる。

【０００８】凝縮器１０では冷却剤Ｆにより前記プラン
ト排ガスＤを冷却し、含まれる水分を凝縮させる。凝縮
した水分は水処理装置１１に送られて浄化され、前記電
池本体冷却システム内の気水分離器３に供給される。

【０００９】このように電池本体冷却システム内の気水
分離器３で分離された水蒸気は改質用蒸気として改質器
２へ送られ、燃料電池本体で電気化学反応により生成さ
れた水分は凝縮器１０で凝縮され水処理装置１１で浄化
された後、電池本体冷却システム内の気水分離器３に供
給される。

【００１０】さらに、燃料電池プラントの負荷運転時
は、制御装置１５から改質用蒸気の調節弁１７を開閉さ
せることによって、水蒸気改用蒸気の流量制御が行われ
る。一方、気水分離器３への水処理装置１１からの補給
水流量は、気水分離器内の水の水位を一定の範囲に保つ
ように補給水調節弁１８で調節される。

【００１１】

【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システム
には、以下のような課題があった。すなわち、燃料電池
発電プラント内の水は、燃料電池本体１及び改質器２を
基本として構成される燃料処理システムと、燃料電池本
体の冷却システムとの両方を循環している。燃料電池本
体冷却システムを流れる電池冷却水Ｂは、電気化学反応
を行っている燃料電池本体１を循環するため、電気電導
度を例えば０．３μＳ／ｃｍ以下に下げる必要がある。
このため、燃料電池本体１内や改質器２内で汚れた水蒸
気は凝縮器１０で凝縮された後、水処理装置１１で電池
冷却水Ｂとして許容される純度まで浄化しなければなら
ず、水処理装置１１内に数多くのろ過器及び樹脂塔１２
が必要となる。

【００１２】このように数多くのろ過器及び樹脂塔１２
を設けると、圧力損失が大きいためポンプ１４の負荷も
大きくなる。これは補機動力の増加につながり、結果と
して発電効率を低下させることとなる。そして、ろ過器
及び樹脂塔１２は一定時間で内容物を交換する必要があ
るため、それらが数多く設けられている場合には、経済
性の面でも問題となる。

【００１３】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（コージェネシステム）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、気水分離器３で生成した
蒸気は、まず改質用蒸気として改質器２に送られるた
め、例えば吸収式冷凍機などの蒸気利用設備８へは残り
の少量しか送ることしかできず、気水分離器３から高温
蒸気を多量に取り出すことができないという問題があっ
た。

【００１４】本発明は上記のような従来技術の問題点を
解決するために提案されたものであり、その目的は、燃
料処理システムと燃料電池本体冷却システムとの水及び
水蒸気の流れを分離し、水処理装置及びポンプの負荷を
小さくすることにより発電効率を向上させることを可能
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。

【００１５】第２の目的は、気水分離器からの水蒸気の
大半を蒸気利用設備に供給でき、コージェネシステムと
しての有用性の高い燃料電池発電プラントを提供するこ
とを目的とする。

【００１６】第３の目的は、蒸気利用設備のための高温
蒸気発生用の熱源として、燃料処理システムにおける改
質器からの燃焼排ガスを利用することにより、エネルギ
ーの利用効率の高い燃料電池発電プラントを提供するこ
とを目的とする。

【００１７】第４の目的は、蒸気利用設備のための高温
蒸気発生用の熱源として、燃料電池本体冷却システムに
おける気水分離器からの熱水を利用することにより、エ
ネルギーの利用効率の高い燃料電池発電プラントを提供
することを目的とする。

【００１８】第５の目的は、炭化水素系ガスに加えるた
めの水蒸気の量が不足した場合に、燃料電池本体冷却シ
ステムにおける蒸気発生器からの水蒸気によって適宜補
うことによって、安定した改質反応を行うことができる
燃料電池発電プラントを提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、燃料電池本体及び前記燃
料電池本体に接続された気水分離器によって構成され、
前記燃料電池本体に供給され排出された冷却水を気水分
離器により水蒸気と水とに分離し、分離した水を再び前
記燃料電池本体に供給する燃料電池本体冷却システム
と、前記気水分離器から分離した水蒸気を利用する蒸気
利用設備と、炭化水素系原料ガスに水蒸気を加え水蒸気
改質を行う改質器によって構成され、前記改質器によっ
て生成された水素リッチガスを前記燃料電池本体へ供給
する燃料処理システムと、燃料電池本体冷却システム及
び燃料処理システムを循環する水を浄化する水処理装置
とを備えた燃料電池発電プラントにおいて、前記燃料電
池本体冷却システムの水及び水蒸気の循環系と、前記燃
料処理システムの水及び水蒸気の循環系とが分離して構
成され、前記燃料処理システムの循環系および前記燃料
電池本体冷却システムの循環系に、各々に要求される水
の純度に対応した浄化能力を持つ水処理設備が設けられ
ていることを特徴とする。

【００２０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃
料電池発電プラントにおいて、前記燃料処理システム側
の前記水処理設備において浄化された水に熱を加え、前
記炭化水素系原料ガスに加えるための水蒸気として前記
改質器に供給する蒸気発生器が、前記燃料処理システム
の循環系又は前記燃料電池本体冷却システムの循環系に
設けられていることを特徴とする。

【００２１】請求項３記載の発明は、請求項２記載の燃
料電池発電プラントにおいて、前記改質器からの燃焼排
ガスを前記蒸気発生器の熱源として利用可能となるよう
に、前記改質器の燃焼排ガスの流路が前記蒸気発生器に
接続されていることを特徴とする。

【００２２】請求項４記載の発明は、請求項２記載の燃
料電池発電プラントにおいて、前記気水分離器からの熱
水を前記蒸気発生器の熱源として利用可能となるよう
に、前記気水分離器からの熱水の流路が前記蒸気発生器
に接続されていることを特徴とする。

【００２３】請求項５記載の発明は、請求項２記載の燃
料電池発電プラントにおいて、前記気水分離器において
分離した水蒸気の一部を、前記炭化水素系原料ガスに加
えるための水蒸気として前記改質器に供給可能となるよ
うに、前記蒸気発生器からの水蒸気の流路に前記気水分
離器からの水蒸気の流路が接続され、前記気水分離器か
らの水蒸気の流路に調節弁が設られ、前記改質器への水
蒸気の流路に流量計が設けられ、前記流量計の値に応じ
て前記調節弁を作動させ、前記気水分離器からの水蒸気
の量を調節する制御装置が、前記調節弁及び前記流量計
に接続されていることを特徴とする。

【００２４】

【作用】以上のような構成を有する本発明の作用は以下
の通りである。すなわち、請求項１記載の発明では、低
純度の水質でよい燃料処理システムの循環系と、高純度
の水質を必要とする電池本体冷却システムの循環系が分
離している。そして、各々の循環系に設ける水処理設備
は、要求される水の純度に対応した浄化能力を持ってい
るので、燃料処理システムの循環系に設けられる水処理
設備の負荷を小さくすることができる。

【００２５】請求項２記載の発明では、蒸気発生器から
発生した水蒸気を炭化水素系原料ガスに加えることが可
能なので、気水分離器からの水蒸気の大半を蒸気利用設
備に供給でき、コージェネシステムとしての有用性が高
い。

【００２６】請求項３記載の発明では、蒸気発生器の熱
源として、改質器からの燃焼排ガスが利用できるので、
エネルギーの利用効率が高い。

【００２７】請求項４記載の発明では、蒸気発生器の熱
源として、気水分離器からの熱水が利用できるので、エ
ネルギーの利用効率が高い。

【００２８】請求項５記載の発明では、制御装置によっ
て流量計の値を検出し、改質に必要な水蒸気量である場
合には、調節弁は閉じたままとする。そして、流量計の
値が改質に必要な水蒸気の流量に満たない場合には、調
節弁を開いて気水分離器からの水蒸気を供給する。この
ように、炭化水素系ガスに加えるための水蒸気の量が不
足した場合であっても、燃料電池本体冷却システムにお
ける蒸気発生器からの水蒸気によって適宜補うことがで
きる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の燃料電池発電プラントの実施
例を図面にしたがって以下に説明する。なお、図５に示
す従来例と同一の部材は同一の符号を付し、説明は省略
する。

【００３０】（１）第１実施例 （Ａ）第１実施例の構成 請求項１、請求項２および請求項３記載の発明に対応す
る一実施例を第１実施例として以下に説明する。まず、
本実施例の構成は以下の通りである。すなわち、図１に
示すように、本実施例においては気水分離器３と蒸気加
熱器７とは接続されていないので、気水分離器３から蒸
気加熱器７への改質用蒸気の供給はない。一方、空気予
熱器９と凝縮器１０との間に蒸気発生器１９が設けら
れ、この蒸気発生器１９からの水蒸気が蒸気加熱器７に
供給可能となるように、蒸気発生器１９は改質蒸気配管
２０によって蒸気加熱器７に接続されている。さらに、
水処理装置１１からの水を蒸気発生器１９に供給可能と
なるように、蒸気発生器１９には水処理装置１１が接続
されている。

【００３１】（Ｂ）第１実施例の作用 以上のような構成を有する本実施例の作用は以下の通り
である。すなわち、燃料電池発電プラントの負荷運転時
において、水処理装置１１において浄化された水が蒸気
発生器１９に供給される。また、燃料処理システムにお
ける改質器２からの燃焼排ガスＧが、空気予熱器９を介
して蒸気発生器１９に供給される。すると、蒸気発生器
１９において、水処理装置１１からの水が燃焼排ガスＧ
によって加熱され、水蒸気が発生する。この水蒸気は、
改質蒸気配管２０を通り蒸気加熱器７に導入され、改質
器２で生成された水素リッチガスＡによって加熱され、
炭化水素系原料ガスと共に改質器２に供給される。

【００３２】また、燃料電池本体１の電気化学反応で生
成された水蒸気は、その他の燃料電池酸化剤極排ガスＥ
とともに蒸気発生器１９に供給される。そして、水蒸気
及び燃料電池酸化剤極排気ガスＥは、改質器２からの燃
焼排ガスＧとともに、上記のように蒸気発生器１９で熱
交換され、凝縮器１０で冷却剤Ｆによって冷却され凝縮
する。この凝縮水は凝縮水配管１０ａを通じて水処理装
置１１に送られ、浄化された後、さらに蒸気発生器１９
へ供給される。このように蒸気発生器１９で生成された
水蒸気は、改質器２、燃料電池本体１、凝縮器１０、水
処理装置１１を経て蒸気発生器１９に戻るという閉じた
循環系をなしている。

【００３３】このとき、水処理装置１１で浄化される水
の純度は、電池冷却水Ｂよりも低くてもよい。例えば、
電池冷却水Ｂの電導度は絶縁のため０．３μＳ／ｃｍ以
下にする必要があるが、水処理装置１１で浄化される水
の純度は水道水と同じ１００μＳ／ｃｍ程度でよい。

【００３４】さらに、燃料電池本体冷却システムにおけ
る電池冷却水Ｂ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５ｂを通っ
て気水分離器３で水と蒸気に分離される。分離された蒸
気は改質用蒸気として使われないため、全て排熱利用設
備８へ供給される。供給された蒸気は排熱利用設備８で
凝縮された後、燃料電池本体冷却システムへ戻される。

【００３５】（Ｃ）第１実施例の効果 以上のような本実施例の効果は以下の通りである。すな
わち、本実施例では、要求される純度が高い電池冷却水
Ｂの循環系と、要求される純度が低い改質蒸気用の水の
循環系とが分離されているので、水処理装置１１の負荷
を小さくでき、ろ過器及び樹脂塔１２の本数が少なくて
済む。したがって、製造コストがかからず、ろ過器及び
樹脂塔１２等の内容物の交換回数や量が少なくてすむた
め、経済性に優れている。また、水処理装置１１のサイ
ズも小さくできるので、燃料電池発電プラント全体の小
形化につながる。さらに、水処理装置１１内において水
を送り出すためのポンプ１４に要求される動力も少なく
て済むので、発電効率を向上させることができる。

【００３６】また、本実施例では、改質用の水蒸気はす
べて蒸気発生器１９から得る構造であるため、燃料電池
本体冷却システム内の気水分離器３で生成された蒸気の
全部を排熱利用設備へ供給できる。したがって、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ので、蒸気利用設備８として例
えば二重効用型の吸収式冷凍機を適用可能となり、より
優れたコージェネシステムを構成できる。さらに、蒸気
発生器１９の熱源として、改質器２からの燃焼排ガスＧ
を利用するので、無駄に排出されるエネルギーが少な
く、エネルギー効率が良い。

【００３７】（２）第２実施例 （Ａ）第２実施例の構成 次に、請求項１、請求項２、請求項３および請求項５記
載の発明に対応する一実施例を、第２実施例として以下
に説明する。なお、第１実施例と同一の部材は同一の符
号を付し説明は省略する。まず、本実施例の構成は以下
の通りである。すなわち、本実施例は、第１実施例の構
成に加え、改質蒸気配管２０に圧力用又は温度用の調節
弁２１が設けられている。また、気水分離器３において
分離された水蒸気の一部が蒸気発生器１９で生成した水
蒸気と合流可能となるように、電池本体冷却システム内
の気水分離器３が流量調節弁２３を介して改質蒸気配管
２０に接続されている。

【００３８】そして、蒸気加熱器７から改質器２への水
蒸気経路には、制御装置１５に接続された流量計２２が
設けられている。この制御装置１５は流量調節弁２３に
も接続されている。さらに、水処理装置１１には、蒸気
発生器１９への水の供給用のろ過器及び樹脂塔１２に加
えて、気水分離器３への水の供給用のろ過器及び樹脂塔
１２ａが接続されている。

【００３９】（Ｂ）第２実施例の作用 以上のような構成を有する本実施例の作用は、以下の通
りである。すなわち、燃料電池発電プラントの負荷運転
時において、水処理装置１１から蒸気発生器１９に浄化
された水が供給される。また、改質器２からの燃焼排ガ
スＧが、空気予熱器９を介して蒸気発生器１９に供給さ
れる。すると、蒸気発生器１９において、水処理装置１
１からの水が燃焼排ガスＧによって加熱され、水蒸気が
発生する。この水蒸気は改質蒸気配管２０を通り蒸気加
熱器７に導入され、改質器で生成された水素リッチガス
Ａによって加熱されて改質器２に供給される。この時、
蒸気発生器１９の圧力又は温度は圧力又は温度調節弁２
１で一定に保たれる。

【００４０】また、流量計２２においては、蒸気加熱器
７からの蒸気流量が測定され、制御装置１５に信号が送
られる。制御装置１５においては、燃料電池発電プラン
トの運転負荷における改質用蒸気の必要流量と実際の蒸
気流量とを比較する。そして、蒸気流量が不足している
場合には、流量調節弁２３に信号を送り、弁を開く。す
ると、気水分離器３で分離した水蒸気の一部が蒸気加熱
器７の直前で蒸気発生器１９からの蒸気に合流し、改質
用蒸気に必要な流量の水蒸気が蒸気加熱器７を通じて改
質器２に供給される。

【００４１】さらに、燃料電池本体の電気化学反応で生
成された水蒸気は、第１実施例と同様に凝縮器１０で冷
却剤Ｆによって冷却されて凝縮する。この凝縮水は水処
理装置１１内で浄化された後、さらに蒸気発生器１９へ
供給されるが、気水分離器３で分離された蒸気が改質用
蒸気として改質器２へ送られている場合は、浄化された
水の一部が気水分離器３に送られる。

【００４２】このとき、蒸気発生器１９へ送られる水の
純度は、気水分離器３へ送られ電池冷却水Ｂに戻される
水に比べて低くてもよい。したがって、蒸気発生器１９
へ送られる水は、水処理装置１１内のろ過器及び樹脂塔
１２の途中から分岐して蒸気発生器１９へ供給される。
一方、気水分離器３へ供給される水はさらにろ過器及び
樹脂塔１２ａを通って浄化され、例えば、電導度０．３
μＳ／ｃｍ以下の高純度の水として送られる。

【００４３】（Ｃ）第２実施例の効果 以上のような本実施例の効果は以下の通りである。すな
わち、蒸気発生器１９から供給される水蒸気が改質用蒸
気の必要流量よりも少ない場合であっても、気水分離器
３からの蒸気で補うことができるので、必要な改質用蒸
気量を確保することが可能となる。

【００４４】また、電池本体冷却システムへ送られる水
だけを高純度に浄化するため、水処理装置の負荷を小さ
くすることができ、全ての水を高純度に浄化していた従
来例よりも、ろ過器及び樹脂塔１２の容量をより削減す
ることができる。したがって、製造コストがかからず、
ろ過器及び樹脂塔１２等のの内容物の交換回数や量が少
なくてすむため、経済性に優れている。また、水処理装
置１１のサイズも小さくできるので、燃料電池発電プラ
ント全体の小形化につながる。さらに、水処理装置１１
内において水を送り出すためのポンプ１４に要求される
動力も少なくて済むので、発電効率を向上させることが
できる。

【００４５】さらに、本実施例では、燃料電池本体冷却
システム内の気水分離器３で生成された蒸気の大部分を
排熱利用設備へ供給できるため、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
能となり、優れたコージェネシステムを構成できる。

【００４６】（３）第３実施例 （Ａ）第３実施例の構成 請求項１、請求項２および請求項４記載の発明に対応す
る一実施例を、第３実施例として以下に説明する。な
お、第１実施例と同一の部材は同一の符号を付し、説明
は省略する。まず、本実施例の構成は以下の通りであ
る。すなわち、本実施例においては、蒸気発生器１９は
第１実施例の位置には配置されておらず、燃料電池本体
冷却システム内に蒸気発生器２４として配置されてい
る。この蒸気発生器２４は、水処理装置１１において浄
化された水を導入可能となるように、水処理装置１１に
接続されている。そして、蒸気発生器２４は、その熱源
として気水分離器３からの熱水が利用可能となるよう
に、気水分離器３に接続されている。さらに、蒸気発生
器２４は、生成した水蒸気を改質用蒸気として提供可能
となるように、改質蒸気配管２５を介して蒸気加熱器７
に接続されている。

【００４７】（Ｂ）第３実施例の作用 以上のような構成を有する本実施例の作用は以下の通り
である。すなわち、燃料電池発電プラントの負荷運転時
において蒸気発生器２４に送られた水は、気水分離器３
で分離された熱水によって加熱され、蒸気が発生する。
この蒸気は改質蒸気配管２５を通り蒸気加熱器７に送ら
れ、改質器２で生成された水素リッチガスＡによって加
熱されて改質器２に供給される。燃料電池本体１の電気
化学反応で生成された水蒸気は、その他の燃料電池酸化
剤極排ガスＥと改質器燃焼排ガスＤとともに凝縮器１０
に導かれ、冷却剤Ｆによって冷却され、水処理装置１１
において浄化された後、蒸気発生器２４へ供給される。
このように蒸気発生器２４で生成された水蒸気は、改質
器２、燃料電池本体１、凝縮器１０、水処理装置１１を
経て蒸気発生器２４に戻るという閉じた循環系をなして
おり、電池冷却水循環系とは交じりあわない。

【００４８】さらに、燃料電池本体冷却システムにおけ
る電池冷却水Ｂ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５ｂを通っ
て気水分離器３で水と蒸気に分離される。分離された蒸
気は改質用蒸気として使われないため、全て排熱利用設
備８へ供給される。供給された蒸気は排熱利用設備８で
凝縮された後、燃料電池本体冷却システムへ戻される。

【００４９】（Ｃ）第３実施例の効果 以上のような本実施例の効果は以下の通りである。すな
わち、本実施例においては、要求される純度が高い電池
冷却水Ｂの循環系と、要求される純度が低い改質蒸気用
の水の循環系とが分離され、ろ過器及び樹脂塔１２の本
数が少なくて済むこと、さらに気水分離器で生成された
蒸気の全部を排熱利用設備へ供給できるため、第１実施
例と同様の効果が得られる。また、本実施例では、蒸気
発生器３の熱源として、気水分離器２４からの熱水を利
用するので、無駄に排出されるエネルギーが少なく、エ
ネルギー効率が良い。

【００５０】（４）第４実施例 （Ａ）第４実施例の構成 請求項１、請求項２、請求項４および請求項５記載の発
明に対応する一実施例を、第４実施例として以下に説明
する。なお、第３実施例と同一の部材は同一の符号を付
し、説明は省略する。すなわち、本実施例は、第３実施
例の構成に加えて、改質蒸気配管２５に圧力用又は温度
用の調節弁２１が設けられている。また、気水分離器３
において分離された蒸気の一部が蒸気発生器２４で生成
した蒸気と合流可能となるように、電池本体冷却システ
ム内の気水分離器３が流量調節弁２７を介して改質蒸気
配管２５に接続されている。

【００５１】そして、蒸気加熱器７から改質器２への水
蒸気経路には、制御装置１５に接続された流量計２２が
設けられている。この制御装置１５は流量調節弁２３に
も接続されている。さらに、水処理装置１１には、蒸気
発生器１９への水の供給用のろ過器及び樹脂塔１２に加
えて、気水分離器３への水の供給用のろ過器及び樹脂塔
１２ａが接続されている。

【００５２】（Ｂ）第４実施例の作用 以上のような構成を有する本実施例の作用は以下の通り
である。すなわち、燃料電池発電プラントの負荷運転時
において、水処理装置１１から蒸気発生器２４に浄化さ
れた水が供給される。また、気水分離器３で分離された
熱水が蒸気発生器２４に供給される。すると、蒸気発生
器２４において、水処理装置１１からの水が熱水によっ
て加熱され、水蒸気が発生する。この水蒸気は改質蒸気
配管２５を通り蒸気加熱器７に導入される、改質器２で
生成された水素リッチガスＡによって加熱されて改質器
２に供給される。この時、蒸気発生器２４の圧力又は温
度は、圧力又は温度調節弁２６で一定に保たれる。

【００５３】また、流量計２２においては、蒸気加熱器
７からの蒸気流量が測定され、制御装置１５に信号が送
られる。制御装置１５においては、燃料電池発電プラン
トの運転負荷における改質用蒸気の必要流量と実際の蒸
気流量とを比較する。そして、蒸気流量が不足している
場合には、流量調節弁２７に信号を送り、弁を開く。す
ると、気水分離器３で分離して水蒸気の一部が蒸気加熱
器７の直前で蒸気発生器２４からの蒸気に合流し、改質
用蒸気に必要な流量の水蒸気が蒸気加熱器７を通じて改
質器２に供給される。

【００５４】さらに、燃料電池本体の電気化学反応で生
成された水蒸気は、第３実施例と同様に、凝縮器１０で
冷却剤Ｆによって冷却されて凝縮する。この凝縮水は水
処理装置１１内で浄化された後、さらに蒸気発生器２４
へ供給されるが、気水分離器３で分離された蒸気が改質
用蒸気として改質器２へ送られている場合は、浄化され
た水の一部が気水分離器３に送られる。

【００５５】このとき、蒸気発生器２４へ送られる水の
純度は、気水分離器３へ送られ電池冷却水Ｂに戻される
水に比べて低くてもよい。したがって、蒸気発生器１９
へ送られる水は、水処理装置１１内のろ過器及び樹脂塔
１２の途中から分岐して蒸気発生器２４へ供給される。
一方、気水分離器３へ供給される水はさらにろ過器及び
樹脂塔１２ａを通って浄化される。

【００５６】（Ｃ）第４実施例の効果 以上のような本実施例の効果は以下の通りである。すな
わち、蒸気発生器２４から供給される水蒸気が改質用蒸
気の必要流量よりも少ない場合であっても、気水分離器
３からの蒸気で補うことができるので、必要な改質用蒸
気量を確保することが可能となる。

【００５７】また、電池本体冷却システムへ送られる水
だけを高純度に浄化するため、水処理装置の負荷を小さ
くすることができ、ろ過器及び樹脂塔１２の容量を従来
より削減することができる。また、燃料電池本体冷却シ
ステム内の気水分離器３で生成された蒸気の大部分を排
熱利用設備へ供給できる。したがって、第２実施例と同
様の効果を得ることができる。さらに、本実施例では、
蒸気発生器３の熱源として、気水分離器２４からの熱水
を利用するので、第３実施例と同様にエネルギー効率が
良い。

【００５８】（５）その他の実施例 本発明は、以上のような実施例に限定されるものではな
く、各部材の材質、形状、大きさ等は適宜変更可能であ
る。たとえば、本実施例において気水分離器３から排熱
利用設備８へ蒸気を供給しない構成としても、基本的に
は前記と同様の作用と効果を得ることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上のような本発明によれば、以上説明
したように、本発明によれば、燃料処理システムと燃料
電池本体冷却システムとの水及び水蒸気の流れを分離
し、水処理装置及びポンプの負荷を小さくすることによ
り発電効率を向上させる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ができる。

【００６０】気水分離器からの水蒸気の大半を蒸気利用
設備に供給でき、コージェネシステムとしての有用性の
高い燃料電池発電プラントを提供することができる。

【００６１】蒸気利用設備のための高温蒸気発生用の熱
源として、燃料処理システムにおける改質器からの燃焼
排ガスを利用することにより、エネルギーの利用効率の
高い燃料電池発電プラントを提供することができる。

【００６２】蒸気利用設備のための高温蒸気発生用の熱
源として、燃料電池本体冷却システムにおける気水分離
器からの熱水を利用することにより、エネルギーの利用
効率の高い燃料電池発電プラントを提供することができ
る。

【００６３】炭化水素系ガスに加えるための水蒸気の量
が不足した場合に、燃料電池本体冷却システムにおける
蒸気発生器からの水蒸気によって適宜補うことによっ
て、安定した改質反応を行うことができる燃料電池発電
プラントを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池発電プラントの第１実施例を
示すシステム構成図である。

【図２】本発明の燃料電池発電プラントの第２実施例を
示すシステム構成図である。

【図３】本発明の燃料電池発電プラントの第３実施例を
示すシステム構成図である。

【図４】本発明の燃料電池発電プラントの第４実施例を
示すシステム構成図である。

【図５】従来の燃料電池発電プラントの一例をを示すシ
ステム構成図である。

【符号の説明】

１…燃料電池本体 ２…改質器 ３…気水分離器 ４…循環ポンプ ６…改質用蒸気配管 ７…蒸気加熱器 ８…蒸気利用設備 ９…空気予熱器 １０…凝縮器 １１…水処理装置 １２…ろ過器及び樹脂塔 １３…水タンク １４…ポンプ １５…制御装置 １６…改質蒸気調節弁 １７…蒸気供給調節弁 １８…補給水調節弁 １９，２４…蒸気発生器 ２０，２５…改質蒸気配管 ２１，２６…圧力又は温度調節弁 ２２…流量計 ２３，２７…流量調節弁

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池本体及び前記燃料電池本体に接
   続された気水分離器によって構成され、前記燃料電池本
   体に供給され排出された冷却水を気水分離器により水蒸
   気と水とに分離し、分離した水を再び前記燃料電池本体
   に供給する燃料電池本体冷却システムと、前記気水分離
   器から分離した水蒸気を利用する蒸気利用設備と、炭化
   水素系原料ガスに水蒸気を加え水蒸気改質を行う改質器
   によって構成され、前記改質器によって生成された水素
   リッチガスを前記燃料電池本体へ供給する燃料処理シス
   テムと、燃料電池本体冷却システム及び燃料処理システ
   ムを循環する水を浄化する水処理装置とを備えた燃料電
   池発電プラントにおいて、 前記燃料電池本体冷却システムの水及び水蒸気の循環系
   と、前記燃料処理システムの水及び水蒸気の循環系とが
   分離して構成され、 前記燃料処理システムの循環系および前記燃料電池本体
   冷却システムの循環系に、各々に要求される水の純度に
   対応した浄化能力を持つ水処理設備が設けられているこ
   とを特徴とする燃料電池発電プラント。
2. 【請求項２】 前記燃料処理システム側の前記水処理設
   備において浄化された水に熱を加え、前記炭化水素系原
   料ガスに加えるための水蒸気として前記改質器に供給す
   る蒸気発生器が、前記燃料処理システムの循環系又は前
   記燃料電池本体冷却システムの循環系に設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電プラン
   ト。
3. 【請求項３】 前記改質器からの燃焼排ガスを前記蒸気
   発生器の熱源として利用可能となるように、前記改質器
   の燃焼排ガスの流路が前記蒸気発生器に接続されている
   ことを特徴とする請求項２記載の燃料電池発電プラン
   ト。
4. 【請求項４】 前記気水分離器からの熱水を前記蒸気発
   生器の熱源として利用可能となるように、前記気水分離
   器からの熱水の流路が前記蒸気発生器に接続されている
   ことを特徴とする請求項２記載の燃料電池発電プラン
   ト。
5. 【請求項５】 前記気水分離器において分離した水蒸気
   の一部を、前記炭化水素系原料ガスに加えるための水蒸
   気として前記改質器に供給可能となるように、前記蒸気
   発生器からの水蒸気の流路に前記気水分離器からの水蒸
   気の流路が接続され、 前記気水分離器からの水蒸気の流路に調節弁が設られ、 前記改質器への水蒸気の流路に流量計が設けられ、 前記流量計の値に応じて前記調節弁を作動させ、前記気
   水分離器からの水蒸気の量を調節する制御装置が、前記
   調節弁及び前記流量計に接続されていることを特徴とす
   る請求項２記載の燃料電池発電プラント。