JPH0821409B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JPH0821409B2
JPH0821409B2 JP63039354A JP3935488A JPH0821409B2 JP H0821409 B2 JPH0821409 B2 JP H0821409B2 JP 63039354 A JP63039354 A JP 63039354A JP 3935488 A JP3935488 A JP 3935488A JP H0821409 B2 JPH0821409 B2 JP H0821409B2
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medium
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
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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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃料電池発電装置に関し、さらに詳しく
いうと、排熱利用設備からの熱負荷指令信号をうけて所
要の熱供給を行う燃料電池発電装置に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
第2図は、例えば新エネルギー総合開発機構(NEDO)
の昭和61年度研究成果年報〔II〕306ページに記載され
た従来の燃料電池発電装置を示し、熱媒加熱器(1)に
おいてメタノール燃焼用バーナ(2)によつて加熱され
た熱媒は、熱媒ポンプ(3)により熱媒循環ラインを通
つて改質器(4)に供給され、改質反応熱を与えて再び
熱媒加熱器(1)にもどり循環使用される。
熱媒温度はメタノール供給ポンプ(8)によりメタノ
ール燃焼用バーナ(2)に供給される燃焼用メタノール
(A)の流量によつて制御され、熱媒温度すなわち改質
反応温度が最適化されている。
一方、メタノールと水蒸気の混合ガス(B)は改質器
(4)において反応し、改質ガスとなつて燃料電池本体
(9)の燃料極に供給され、電池反応により消費されて
直流電力を発生する。燃料電池本体(9)からの余剰燃
料は触媒燃焼器(19)において全量燃焼され、熱媒加熱
器(1)の熱源となる。水蒸気分離器(10)は、電池冷
却水循環ポンプ(18)により、内蔵する電池冷却水を電
池本体(9)に供給して電池反応熱を回収するととも
に、圧力調節弁(17)によつて水蒸気分離器(10)の圧
力を一定に制御し、余剰の水蒸気を熱回収系(16)に排
出して電池冷却水温度を一定に保つていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の燃料電池発電装置は以上のように構成されてい
るので、電池反応すなわち電力負荷によつて水蒸気分離
器から水蒸気として排出される排熱の量が変化する。そ
のため熱回収系における熱負荷要求が大きいときには、
電力負荷を上げてより多くの排熱を回収しなければなら
ず、また、熱負荷要求が小さい場合でも、電力負荷が大
きければ多くの熱が排出されてしまうなど、外部の熱負
荷に応じて適切に給熱を行うことができなかつた。
この発明は上記のような課題を解決するためになされ
たもので、電力負荷の如何によらず、熱負荷指令信号に
応じた熱供給が可能な燃料電池発電装置を得ることを目
的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明の係る燃料電池発電装置は、排熱利用設備の
熱負荷指令に応じて水蒸気分離器から取り出す水蒸気流
量を制御する熱負荷制御器および水蒸気流量調節弁を備
え、さらに、水蒸気分離器内の圧力変化を検知して熱媒
循環ラインから熱回収を図るために改質器出口に設けた
熱媒冷却器に供給する熱水流量を制御する水蒸気分離器
圧力制御器および熱水流量調節弁と、熱媒循環ラインの
改質器入口熱媒温度を検知して熱媒加熱炉のバーナに導
入する熱媒加熱用メタノール燃料流量を制御する熱媒温
度制御器およびメタノール流量調節弁を備えている。
〔作 用〕
この発明においては、排熱利用設備の熱負荷指令をう
けて水蒸気流量調節弁を制御し、所要量の水蒸気を水蒸
気分離器から取り出す。このために生じる水蒸気分離器
内の水蒸気圧力変化を圧力センサにより検知し、この圧
力変化を補償するため熱媒循環ラインの改質器出口に設
けた熱媒冷却器に水蒸気分離器から熱水流量調節弁を介
して流量制御された熱水を供給して熱媒と熱交換させ、
水蒸気として再び水蒸気分離器にもどすことにより所要
量の熱回収を行う。さらに、このために生じる熱媒循環
ラインの改質器入口熱媒温度変化を温度センサにより検
知して、この変化を補償するため熱媒加熱器に供給する
熱媒加熱用メタノール燃料流量をメタノール流量調節弁
を介して制御し、メタノール燃焼熱により熱媒温度を維
持するために必要な熱量を確保する。
〔実施例〕
第1図はこの発明の一実施例を示し、図において、改
質器(4)の後流の熱媒ラインに熱媒冷却器(5)が設
けられている。(6)は熱媒加熱器(1)の出口(改質
器入口)の熱媒温度センサ(7)の信号をうけて熱媒加
熱用のメタノール流量調節弁(8)の開度制御をする熱
媒温度制御器である。熱回収ポンプ(11)は熱媒冷却器
(5)に水蒸気分離器(10)内の熱水を供給するもので
ある。(12)は水蒸気分離器(10)内の水蒸気圧力を検
知する圧力センサ(13)の信号をうけて熱回収用の熱水
流量調節弁(14)の開度制御をする水蒸気分離器圧力制
御器である。熱負荷制御器(15)は、例えば、2重効用
吸収式冷凍機等の排熱利用設備(16)からの熱負荷指令
信号をうけて水蒸気流量調節弁(17)の開度を制御して
水蒸気分離器(10)から取出す水蒸気流量を制御する。
その他、第2図と同一の符号は同一または相当部分で
あり、説明を省略する。
次に動作について説明する。熱媒加熱器(1)におい
て、メタノールおよび余剰燃料混焼用のバーナ(2)に
よつて加熱された熱媒は、熱媒ポンプ(3)により熱媒
循環ラインを通つて改質器(4)に供給され改質反応熱
を与え、熱媒冷却器(5)を経て再び熱媒加熱器(1)
に循環される。熱媒温度は熱媒循環ラインの熱媒加熱器
(1)出口、すなわち改質器(4)の入口の熱媒温度セ
ンサ(7)により検知され、この温度信号をうけた熱媒
温度制御器(6)によりバーナ(2)に投入されるメタ
ノール流量がメタノール流量調節弁(8)を介して調節
され、熱媒温度は所定値に制御される。
一方、メタノールと水蒸気の混合ガス(B)は改質器
(4)において反応し、改質ガスとなつて燃料電池本体
(9)の燃料極に供給され電池反応によつて消費されて
直流電力を発生する。燃料極から排出される余剰燃料は
バーナ(2)において全量燃焼されて熱媒加熱器(1)
の熱源となり、熱量不足の場合にメタノールを熱焼させ
ている。水蒸気分離器(10)はシステム全体の熱バラン
スをとつており、排熱利用設備(16)の熱源用や、図示
を省略しているが改質原料用の水蒸気を供給したり、器
内の熱水の一部を電池冷却水循環ポンプ(18)により燃
料電池本体(9)に循環供給し、電池反応熱を奪つて、
一部が気化された二相流として水蒸気分離器(10)にも
どすことにより熱回収している。また、水蒸気分離器
(10)からの熱排出量が大きい場合には、圧力センサ
(13)により器内水蒸気圧力を検知し、水蒸気分離器圧
力制御器(12)によつて熱水流量調節弁(14)の開度調
節を行わせ、熱回収ポンプ(11)によつて熱媒冷却器
(5)に循環供給され、熱媒と熱交換して水蒸気となる
器内熱水の流量を制御し所要量の熱を水蒸気分離器(1
0)に回収し補償することができる。この補償機能が動
作することにより、排熱利用設備(16)の熱負荷が増加
し、熱負荷指令信号をうけた熱負荷制御器(15)による
水蒸気流量調節弁(17)の開度調節により、水蒸気分離
器(10)から排熱利用設備(16)に供給される水蒸気量
を増加させても追従が可能である。
すなわち、排熱利用設備(16)の熱負荷指令信号をう
けて水蒸気分離器(10)から所要の水蒸気を供給し、水
蒸気分離器(10)では、熱媒ラインの熱媒冷却器(5)
を介して水蒸気分離器(10)から供給される熱水と熱媒
の熱交換を行わせ、水蒸気として熱収支を補償し、熱媒
循環ラインでは、熱媒加熱用のメタノール燃焼量を増大
させて熱収支を補償することにより電力負荷の如何によ
らず熱負荷追従が可能となる。
ここで、水蒸気分離器から水蒸気を供給する手段は、
水蒸気分離器(10)の気相部から排熱利用設備(16)に
至る配管の経路中に設けられた水蒸気流量調節弁(17)
と、排熱利用設備(16)からの熱負荷指令信号に基づい
て水蒸気流量調節弁(17)の開度を調節制御する熱負荷
制御器(15)とから構成されている。そして、熱負荷制
御器(15)が排熱利用設備(16)からの熱負荷指令信号
を受け、該熱負荷指令信号に基づいて水蒸気流量調節弁
(17)の開度を調節することにより、水蒸気分離器(1
0)の気相部から配管を介して排熱利用設備(16)に所
定量の水蒸気を供給できるようにしている。
また、熱媒冷却器に供給する熱水流量を制御する手段
は、水蒸気分離器(10)の液相部から熱媒冷却器(5)
を介して水蒸気分離器(10)の気相部に至る配管の経路
中に設けられた熱回収ポンプ(11)および熱水流量調節
弁(14)と、水蒸気分離器(10)の気相部の水蒸気圧を
検出する圧力センサ(13)と、この圧力センサ(13)か
らの検出信号に基づいて熱水流量調節弁(14)の開度を
調節制御する水蒸気分離器圧力制御器(12)とから構成
されている。そして、熱回収ポンプ(11)により水蒸気
分離器(10)から引き出された熱水が熱媒冷却器(5)
において熱媒系と熱交換して水蒸気となって水蒸気分離
器(10)に帰還される際に、水蒸気分離器圧力制御器
(12)が圧力センサ(13)の検出信号に基づいて熱水流
量調節弁(14)の開度を調節することにより、水蒸気分
離器(10)の気相部の水蒸気圧が一定となるように、熱
媒冷却器(5)に供給する熱水流量を制御できるように
している。
また、メタノール燃焼用バーナーへのメタノール燃料
投入量を制御する手段は、熱媒加熱器(1)の出口側に
設けられて熱媒温度を検出する熱媒温度センサ(7)
と、バーナ(2)にメタノールを供給する配管の経路中
に設けられたメタノール流量調節弁(8)と、熱媒温度
センサ(7)からの検出信号に基づいてメタノール流量
調節弁(8)の開度を調節する熱媒温度制御器(6)と
から構成されている。熱媒循環ラインを循環する熱媒
は、燃料電池(9)の燃料極出口ガスがバーナ(2)に
投入されて燃焼されることにより、熱媒加熱器(1)で
加熱されて改質器(4)に改質反応熱を与えている。そ
して、燃料電池(9)の燃料極出口ガスのバーナ(2)
への投入量が減少して、熱媒を介して改質器(4)に改
質反応熱を与えられない場合には、熱媒温度センサ
(7)により熱媒温度の低下として検出される。そこ
で、熱媒温度制御器(6)が熱媒温度センサ(7)の検
出信号に基づいてメタノール流量調節弁(8)の開度を
調節することにより、熱媒加熱器(1)への投入熱量が
所定値となるように、すなわち改質器(4)の反応温度
が一定になるように、バーナ(2)に供給するメタノー
ル燃料投入量を制御できるようにしている。
なお、上記実施例では、水蒸気分離器(10)の水蒸気
圧力を検知する圧力センサ(13)の信号により熱水流量
調節弁(14)の開閉を調節して熱媒冷却器(5)に循環
させる熱水流量を制御する構成としたが、流量調節弁
(14)の代わりに電動弁を用いてもよい。また、熱回収
ポンプ(11)と熱水流量調節弁(14)の組合せの代わり
に、ストローク長の調節により流量制御可能な熱回収ポ
ンプを用いてもよいことは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、水蒸気分離器内の
水蒸気圧力が一定になるよう熱媒ラインから熱回収を図
り、熱媒系の不足熱量を熱媒加熱器投入メタノール燃焼
量の増加により補償するようにしたので、電池冷却水温
度の変化なしに外部熱負荷需要に応じて水蒸気分離器か
ら水蒸気として熱供給が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の回路図、第2図は従来の
燃料電池発電装置の回路図である。 (1)……熱媒加熱器、(2)……バーナ、(3)……
熱媒ポンプ、(4)……改質器、(5)……熱媒冷却
器、(6)……熱媒温度制御器、(7)……熱媒温度セ
ンサ、(9)……電池本体、(10)……水蒸気分離器、
(11)……熱回収ポンプ、(12)……水蒸気分離器圧力
制御器、(13)……圧力センサ、(14)……熱水流量調
節弁、(15)……熱負荷制御器、(16)……排熱利用設
備、(17)……水蒸気流量調節弁。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メタノール燃焼用バーナと余剰燃料燃焼用
    バーナを備えた熱媒加熱器と、熱媒温度センサとを備え
    上記熱媒加熱器および改質器等に熱媒ポンプにより加熱
    熱媒を循環させる熱媒循環ラインと、この熱媒循環ライ
    ンに設けられた熱媒冷却器と、圧力センサを備え電池本
    体への冷却用の加圧熱水や排熱利用設備への水蒸気の供
    給を行う水蒸気分離器と、この水蒸気分離器内の加圧熱
    水を熱回収ポンプにより上記熱媒冷却器に供給し循環さ
    せる循環水ラインとを備えた燃料電池発電装置におい
    て、上記排熱利用設備からの熱負荷指令信号をうけて上
    記水蒸気分離器から水蒸気を上記排熱利用設備に供給す
    る手段と、上記圧力センサからの水蒸気の供給による上
    記水蒸気分離器内の圧力変化信号をうけて上記熱媒冷却
    器に供給する熱水流量を制御する手段と、上記熱媒冷却
    器により冷却された熱媒の温度を検知する上記熱媒温度
    センサの信号をうけて上記メタノール燃焼用バーナへの
    メタノール燃料投入量を制御する手段とを備えてなるこ
    とを特徴とする燃料電池発電装置。
JP63039354A 1988-02-24 1988-02-24 燃料電池発電装置 Expired - Lifetime JPH0821409B2 (ja)

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JPH07169480A (ja) * 1993-12-15 1995-07-04 Tokyo Gas Co Ltd 燃料電池熱利用装置
DE10141776A1 (de) * 2001-08-25 2003-03-06 Ballard Power Systems Verfahren zum Starten eines katalytischen Reaktors

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