JPH087908A - 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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JPH087908A
JPH087908A JP6137257A JP13725794A JPH087908A JP H087908 A JPH087908 A JP H087908A JP 6137257 A JP6137257 A JP 6137257A JP 13725794 A JP13725794 A JP 13725794A JP H087908 A JPH087908 A JP H087908A
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JP
Japan
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fuel cell
steam generator
steam
working fluid
temperature
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JP6137257A
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English (en)
Inventor
Yuji Nagata
裕二 永田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH087908A publication Critical patent/JPH087908A/ja
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • 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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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池発電プラントの発電運転に際して、
燃料電池と冷却系の運転温度を良好に保つと同時に、蒸
気利用系への蒸気の供給を良好に行うことのできる燃料
電池発電プラントを提供することを目的とする。 【構成】 燃料ガスを燃料極に導入し、酸化剤ガスを酸
化剤極に導入し、このとき生じる電気化学反応により電
気エネルギ−を発生する燃料電池と、この燃料電池から
発生する熱を除去するための冷却系と、この冷却系内の
動作流体と熱交換することにより蒸気を生成する蒸気発
生器と、前記動作流体の蒸気発生器への流入量を調整す
る調整手段とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池と、その冷却
系と、蒸気発生器とを備える燃料電池発電プラントに係
わり、特に燃料電池プラントの運転と蒸気利用系への蒸
気供給を良好、且つ柔軟に行うことが可能な燃料電池発
電プラントに関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池は、水素などの燃料ガスを燃料
極に導入し、空気などの酸化剤ガスを酸化剤極に導入
し、このとき生じる電気化学反応により電気エネルギ−
を発生させるもので、この燃料電池を用いた燃料電池発
電プラントは小容量でも高い発電効率を有し、環境保全
性に優れており、また電気エネルギ−と同時に蒸気や温
水などの熱エネルギ−を供給でき、これにより70%以
上の総合効率が達成できることから、熱併給タイプの発
電設備として、また大型発電設備の建設が困難な都市型
の分散電源として、その活用が大きく期待されている。
【0003】この種の燃料電池発電プラントは、燃料電
池からの発熱を除去し、電池の動作温度を適切に維持す
るための冷却系を有しており、また燃料電池からの熱エ
ネルギ−とりわけ蒸気を利用系に供給するために冷却系
内部に蒸気発生器を設置して構成されるのが一般的であ
る。
【0004】図6は、従来の燃料電池発電プラントの構
成例を示すもので、燃料電池1にループ状に接続され、
動作流体を循環させる冷却系配管2には、気水分離器
3、循環ポンプ4および蒸気発生器5が介挿されてい
る。冷却系配管2から燃料電池1に供給された動作流体
としての冷却水は、電池内部を冷却した後、冷却系配管
2を通して気水分離器3に導かれ、そこで一旦貯蔵され
る。気水分離器3に貯えられた冷却水は循環ポンプ4に
て駆動され、蒸気発生器5にて二次側の冷却水と熱交換
して冷却された後、再び燃料電池1へ供給される。蒸気
発生器5において一次側の冷却水との熱交換によって発
生した蒸気は蒸気利用系に供給され、利用される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の燃料電池発電プラントにおいては、燃料電池1
が必要とする冷却熱量と、蒸気発生器5へ伝熱される熱
量とが、低負荷から高負荷までの広い運転範囲において
必ずしも一致せず、そのため燃料電池や冷却系の温度を
過度に上昇あるいは低下させてしまうという問題があっ
た。
【0006】本発明はこの様な問題点を解決するために
成されたもので、燃料電池発電プラントの発電運転に際
して、燃料電池と冷却系の運転温度を良好に保つと同時
に、蒸気発生器への伝熱量を燃料電池発電プラントの運
転状態に応じて適切に操作することにより、蒸気利用系
への蒸気の供給を良好に行うことの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ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池発電プ
ラントは、燃料ガスを燃料極に導入し、酸化剤ガスを酸
化剤極に導入し、このとき生じる電気化学反応により電
気エネルギ−を発生する燃料電池と、この燃料電池から
発生する熱を除去するための冷却系と、この冷却系内の
動作流体と熱交換することにより蒸気を生成する蒸気発
生器と、前記動作流体の蒸気発生器への流入量を調整す
る調整手段とを備えたことを特徴とする。
【0008】
【作用】上記構成の燃料電池発電プラントにおいては、
高負荷運転時など電池の発熱が多い場合には蒸気発生器
への冷却水供給量を増加させることにより蒸気発生器で
の伝熱量が増加し、逆に電池の発熱が少ない場合には蒸
気発生器への冷却水供給量を減少させることで蒸気発生
器での伝熱量が抑制されるので、燃料電池の温度を、低
負荷から高負荷までの広い運転範囲に亘ってほぼ一定に
保つことができる。
【0009】
【実施例】以下、図1ないし図5を参照して本発明の実
施例を説明する。なお、これらの図において、図6と同
一部分には同一符号を付してある。
【0010】図1の実施例では、冷却水配管2の一部を
構成する蒸気発生器配管2aと蒸気発生器5とをバイパ
スするようにして蒸気発生器バイパス配管2bが設けら
れている。これらの配管2a,2bには、動作流体の蒸
気発生器への流入量を調整する調整手段として、それぞ
れ調節弁6a,6bが設けられている。また、冷却系の
代表温度を計測するため、気水分離器3には温度検出器
7が取り付けられている。温度検出器7によって検出さ
れた気水分離器2内の冷却水温度は調節器8に導かれ、
この調節器8によって調節弁6a,6bは開度を調節さ
れる。
【0011】このような構成の本実施例では、発電負荷
の上昇などに伴って燃料電池1の発熱量が増加すると、
冷却水配管2を通して気水分離器3に流れ込む冷却水の
温度が上昇し、気水分離器3に貯えられた冷却水の温度
も上昇する。この温度上昇は温度検出器7によって検出
され、調節器8によって調節弁6aを開方向に、調節弁
6bを閉方向に動作させる。従って、燃料電池1の発熱
の増加に応じて、冷却系から蒸気発生器5への伝熱量が
増加する様に作用する。逆に、発電負荷が低下し燃料電
池1の発熱量が減少した場合には、気水分離器3の温度
低下に応じて調節器8が調節弁6aを閉め、調節弁6b
を開けるので、蒸気発生器5への伝熱量を減少させる様
に作用する。
【0012】従って、本実施例によれば発電負荷などに
よって変わる電池発電量に応じて蒸気発生器への伝熱量
は適宜調節されるので、燃料電池および冷却系の動作温
度を常に最適に保つことが可能となる。
【0013】図2は、本発明の第2の実施例を示すもの
で、温度検出器7は、気水分離器3に代え、冷却水配管
2の燃料電池1の入口近傍に取り付けられている。他の
構成は図1におけると同じである。本実施例では、燃料
電池1での発熱量の変化を燃料電池の冷却水入口温度に
て検知し、この温度が上昇した場合には、調節器8によ
って、調節弁6aを開方向に、調節弁6bを閉方向に動
作させる。逆に、燃料電池の冷却水入口温度が低下した
場合には調節弁6a,6bをそれぞれ逆方向に動作させ
る。これにより、本実施例においても第1の実施例と同
様の作用と効果が得られる。
【0014】図3は、本発明の第3の実施例を示すもの
で、第1の実施例と同様、気水分離器3の温度に応じて
蒸気発生器5への伝熱量を操作するものであるが、本実
施例では蒸気発生器バイパス配管(図1の2b)は備え
ておらず、調節弁6によって冷却水配管2を流れる冷却
水の循環流量そのものを変化させる構成を採用してい
る。本実施例では、燃料電池1での発熱量が増加し気水
分離器3の温度が上昇した場合には、温度検出器7から
の信号に基づいて、調節器8が調節弁6を開方向に動作
させ、これにより蒸気発生器5への伝熱量を増加させ
る。従って、本実施例によっても、前述の実施例と同様
に、燃料電池1の発熱量に応じて蒸気発生器5での伝熱
量を適切に操作させることで、燃料電池および冷却系の
運転温度を常に適切に維持することが可能となる。
【0015】図4は、本発明の第4の実施例を示す構成
図である。本実施例では、図1におけると同様に、蒸気
発生器配管2aと蒸気発生器5とをバイパスするように
して蒸気発生器バイパス配管2bが設けられており、こ
れらの配管2a,2bには、それぞれ調節弁6a,6b
が設けられているが、温度検出器(図1における7)は
使用されておらず、代わりに、電池発熱量に深く関係す
る発電負荷や電池電流などの信号Saが使用されてい
る。この信号Saは関数発生器9a、9bにおいて所定
の制御信号に変換されて調節弁6a、6bに導かれ、こ
れらの開度を制御するよう構成されている。本実施例に
おいては、高発電負荷あるいは高電池電流の運転時に
は、信号Saに基づき関数発生器9aが調節弁6aに対
して開指令を、また関数発生器9bが調節弁6bに対し
て閉指令をそれぞれ出力し、これにより電池発熱が増加
する運転では蒸気発生器5への伝熱量が増加する。ま
た、低発電負荷あるいは低電池電流の運転時には、上記
とは逆の動作により蒸気発生器5への伝熱量を減らすよ
う作動する。この様な作動によって、前述の実施例と同
様に燃料電池および冷却系の運転温度を常に適切に維持
することが可能となる。
【0016】図5は、本発明の第5の実施例を示す構成
図である。本実施例では、図1の実施例におけると同様
に、蒸気発生器配管2aと蒸気発生器5とをバイパスす
るようにして蒸気発生器バイパス配管2bが設けられて
おり、これらの配管2a,2bには、それぞれ調節弁6
a,6bが設けられている。また、冷却水配管2の燃料
電池1の入口近傍には、蒸気発生器を停止した場合に冷
却系からの熱放出をバックアップするためのバックアッ
プ熱交換器10が介挿されている。バックアップ熱交換
器10の二次側配管にはこのバックアップ熱交換器10
の伝熱を調節するための調節弁11が設けられている。
また、この実施例では、制御信号として、燃料電池発電
プラントの運転員からのモ−ド指令や蒸気利用系からの
要求信号などの運転モ−ド信号Sbが使用されており、
この運転モ−ド信号Sbを基に開度指令発生器12a、
12bが調節弁6a、6bに対してそれぞれ開度指令を
発生する様に構成されている。
【0017】本実施例では、蒸気供給を停止するための
運転要求があった場合や、蒸気利用系で何らかの故障が
発生し蒸気発生器5からの蒸気供給を停止したい場合に
は、運転モ−ド信号Sbによって開度指令発生器12a
が調節弁6aに閉指令を、また開度指令発生器12bが
調節弁6bに開指令をそれぞれ与え、これにより蒸気発
生器への伝熱を停止させる。それと同時に、調節弁11
を開け、バックアップ熱交換器10がそれまでの蒸気発
生器5での伝熱分を代替して吸収する。また逆に、蒸気
発生器5からの蒸気供給を開始するときは、調節弁6a
を開け、調節弁6bを閉め、さらに調節弁11を閉める
ことで、バックアップ熱交換器10での伝熱は停止し、
蒸気発生器5からの蒸気供給は開始される。この様な構
成と作用によって、蒸気供給の外部的要求に対して柔軟
に対応できる燃料電池発電プラントの運転が可能とな
る。
【0018】
【発明の効果】上述のように、本発明では燃料電池の冷
却系から蒸気発生器への伝熱量を調整する手段を設ける
ことによって、さまざまな運転条件においても燃料電池
と冷却系の運転温度を良好に保ち、また蒸気発生器への
伝熱量を燃料電池発電プラントの運転状態や外部からの
要求に応じて適切かつ柔軟に操作することが可能な燃料
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】本発明装置の第1の実施例を示す構成図。
【図2】本発明装置の第2の実施例を示す構成図。
【図3】本発明装置の第3の実施例を示す構成図。
【図4】本発明装置の第4の実施例を示す構成図。
【図5】本発明装置の第5の実施例を示す構成図。
【図6】燃料電池発電プラントの従来例を示す構成図。
【符号の説明】
1………燃料電池 2………冷却水配管 2a……蒸気発生器配管 2b……蒸気発生器バイパス配管 3………気水分離器 4………循環ポンプ 5………蒸気発生器 6,6a,6b,11…調節弁 7………温度検出器 8………調節器 9a,9b…関数発生器 10………バックアップ熱交換器 12a,12b…開度指令発生器。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料ガスを燃料極に導入し、酸化剤ガス
    を酸化剤極に導入し、このとき生じる電気化学反応によ
    り電気エネルギ−を発生する燃料電池と、この燃料電池
    から発生する熱を除去するための冷却系と、この冷却系
    内の動作流体と熱交換することにより蒸気を生成する蒸
    気発生器と、前記動作流体の蒸気発生器への流入量を調
    整する調整手段と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】 動作流体の蒸気発生器への流入量を調整
    するために、動作流体の一部を蒸気発生器からバイパス
    させる蒸気発生器バイパス配管を設け、この配管上に調
    節弁を設けたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電
    池発電プラント。
  3. 【請求項3】 蒸気発生器の動作流体側の上流あるいは
    下流に調節弁を設け、この調節弁により動作流体の蒸気
    発生器への流入量を調整することを特徴とする請求項1
    に記載の燃料電池発電プラント。
  4. 【請求項4】 動作流体の蒸気発生器への流入量を冷却
    系の代表温度に基づいて調整するよう構成したことを特
    徴とする請求項1に記載の燃料電池発電プラント。
  5. 【請求項5】 動作流体の蒸気発生器への流入量を発電
    負荷や電池電流に基づいて調整するよう構成したことを
    特徴とする請求項1に記載の燃料電池発電プラント。
  6. 【請求項6】 動作流体の蒸気発生器への流入量を運転
    員や蒸気利用系などからの外部要求に応じて調整するよ
    う構成したことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池
    発電プラント。
JP6137257A 1994-06-20 1994-06-20 燃料電池発電プラント Pending JPH087908A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002082573A1 (en) * 2001-04-03 2002-10-17 Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. Polymer electrolyte fuel cell and its operating method

Cited By (3)

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WO2002082573A1 (en) * 2001-04-03 2002-10-17 Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. Polymer electrolyte fuel cell and its operating method
US7378169B2 (en) 2001-04-03 2008-05-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell and method for operation thereof
US7635532B2 (en) 2001-04-03 2009-12-22 Panasonic Corporation Polymer electrolyte fuel cell

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Effective date: 20020820