JPH09219209A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JPH09219209A
JPH09219209A JP8025389A JP2538996A JPH09219209A JP H09219209 A JPH09219209 A JP H09219209A JP 8025389 A JP8025389 A JP 8025389A JP 2538996 A JP2538996 A JP 2538996A JP H09219209 A JPH09219209 A JP H09219209A
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JP
Japan
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fuel cell
fuel
gas
hydrogen
reformer
Prior art date
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Pending
Application number
JP8025389A
Other languages
English (en)
Inventor
Isao Abe
功 阿部
Maki Ishizawa
真樹 石沢
Tetsuo Take
武  哲夫
Shigemi Iida
茂実 飯田
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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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

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、外部電力や内部で発生する電
力を全く、もしくは殆ど必要としない気化器への熱源供
給システムを使用し、総合効率の向上と運転コストの削
減を図った燃料電池発電装置を提供することにある。 【解決手段】本発明は、液体燃料を気化器21で加熱し
気化させ改質器2に供給して水素リッチな改質ガスを作
り、この水素リッチな改質ガスを燃料電池本体30に供
給して運転を行うようにしてなる燃料電池発電装置にお
いて、気化器21の熱源が燃料電池本体30の空気極1
の排ガスから熱交換器20を介し、温水にて供給される
ことを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電装置
用気化器の熱源を、燃料電池空気極排熱により供給する
燃料電池発電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】燃料電池発電装置用の燃料として、液体
燃料を用いる場合、燃料を液体状態から気体状態にして
燃料電池発電装置へ供給する必要があるため、この気化
器として従来、電熱式、ファン式などがあるが、それら
の電力は燃料電池以外から供給を受けていた。
【0003】図3に従来の電熱式の燃料電池発電装置用
気化器を使用した、常時プロパンガスを原燃料とする燃
料電池発電装置の例を示す。燃料貯蔵タンク25から送
られる液化プロパンガスは気化器21に送られる。気化
器21には水が蓄えられており、外部電源24より供給
された電力を用いる電気ヒータ23が挿入され、これに
より常時水を暖め、液化プロパンガスを気化させるに十
分な熱量を保持している。この熱により液化プロパンガ
スは気化する。気化されたプロパンガスは脱硫器5で硫
黄分を取り除かれ、エジェクタ6で水蒸気分離器3から
供給された蒸気と混合され改質器2に送られる。改質器
2では触媒上での反応により水素リッチな改質ガスとな
り、CO変成器7にて改質ガス中の一酸化炭素を水と反
応させることにより、二酸化炭素および水素に変え、よ
り水素リッチなガスとして燃料電池本体30の燃料極4
に送られる。燃料電池本体30の内部では空気極1に送
られた空気中の酸素と反応し電気出力を得る。この時の
反応熱は冷却板22にポンプ17より冷却水配管15に
て循環される一時冷却水により回収される。熱を得た一
次冷却水は液相と気相の共存する二相状態となり水蒸気
分離器3に送られ、蒸気と水に分離される。蒸気はエジ
ャクタ6に送られ、水は熱交換器12でポンプ18によ
り冷却水配管16にて循環される二次冷却水により熱回
収され再び冷却板22へ送られる。一方、燃料電池本体
30の反応に利用されなかった余剰の水素リッチガスは
改質器2に送られ、触媒加熱用バーナの燃料として使用
される。バーナによる排ガスは排ガス管9により排ガス
管8による空気極排ガスと混合され、排ガス管10から
熱交換器13により二次冷却水で冷却され、排ガス管1
1により大気に放出される。また、二次冷却水が熱交換
器12および熱交換器13により回収した熱は冷却塔1
4により大気に放出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の電熱式では消費電力が大きく、また、ファン式では
大気温と液体燃料の温度差を利用して熱交換し気化する
という方式であるが、熱交換の効率を上げるために伝熱
面積を大きくすることと、送風機が必要となるため、電
熱式に比べると同気化容量で体積は約5倍という大型装
置となり、空気を供給するため騒音も大きいという欠点
があった。加えて、いずれの方式も外部からの電力を必
要とし、これにより燃料電池発電装置を運転するための
コストおよび、入力エネルギーが増え、結果的にシステ
ム効率が下がるという問題点があった。また、燃料電池
から出力される電力を利用しても、内部消費電力が増
え、その分、外部への電力供給が減り、これも総合的に
は効率は下がることになる。このように、外部または、
燃料電池内部からの電力供給により、燃料電池システム
の電気出力は差し引かれることとなり効率の低下およ
び、運転時のコストの増加という欠点があった。
【0005】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、外部電力や内部で発生する電力を全く、もしくは殆
ど必要としない気化器への熱源供給システムを使用し、
総合効率の向上と運転コストの削減を図った燃料電池発
電装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】一般に燃料電池発電装置
内部で発生する熱エネルギーは燃料電池本体を冷却する
電池冷却水、改質器の燃焼排ガス、そして空気極からの
排ガスである。このうち電池冷却水は高温の蒸気であ
り、従来から吸収式冷凍機の熱源として、また改質器燃
焼排ガスは熱交換器を介して温水として空調設備や給湯
設備等に、それぞれ広く利用されてきた。しかし、空気
極排ガスは改質器燃焼排ガスに比べてガス温度が低く水
蒸気分圧が低いため、熱交換器を介して回収した場合の
温度が低いことから、空調設備や給湯設備には適さず、
利用されることが少なかった。ところが、この空気極排
ガスは前記液体燃料を気化させるには十分な熱量を保持
している。そこで本発明では、その熱エネルギーを有効
に利用しすることとし、それが特徴となるシステムであ
る。また、空気極排ガスの熱エネルギーを気化器に伝え
るために排ガス管に熱交換器を設け、温水にて気化器に
供給すること、または排ガス管を分岐し直接排ガスを気
化器に供給することを特徴とする燃料電池発電装置であ
る。
【0007】本発明による温水供給方式では、空気極排
ガスを排ガス管に設けられた熱交換器に供給し、その熱
を温水として循環ポンプにより気化器に供給する。この
循環ポンプを駆動するための電力容量は前記電熱式気化
器の電力容量に比べ約10分の1程度の小さなもので十
分である。また熱交換器は一般に市販されているプレー
ト型、シェルアンドチューブ型等のガスと水の熱交換器
を使用できる。一方、排ガス直接供給方式では空気極の
排ガス管に分岐管を設け、直接気化器に排ガスを供給す
る方法で外部電力を全く必要としない。このように、両
方式とも従来の方式に比べ入力エネルギーを大幅に減ら
すことが可能となり、本発明の目的である燃料電池発電
装置の効率の改善とコストの削減を行うことができるよ
うになる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。 [実施形態例1]図1は本発明の第1の実施形態例を説
明する図であって、常時原燃料をプロパンガスとする燃
料電池発電装置において、気化器21にはポンプ19に
より循環される、空気極1の排ガスの熱が気化器用熱交
換器20により伝えられている温水が貫流しており、こ
の温水は液化プロパンガスを気化させるに十分な熱量を
保持しているので、原燃料である燃料貯蔵タンク25よ
り気化器21に送られる液化プロパンガスはこの温水の
熱により気化する。気化されたプロパンガスは脱硫器5
で硫黄分を取り除かれた後、エジェクタ6で水蒸気分離
器3から供給された蒸気と混合され改質器2に送られ
る。改質器2では触媒上での反応により水素リッチな改
質ガスとなり、CO変成器7にて改質ガス中の一酸化炭
素を水と反応させることにより、二酸化炭素および水素
に変え、より水素リッチなガスとして燃料電池本体30
の燃料極4に送られる。燃料電池本体30では空気極1
に送られた空気中の酸素と反応し電気出力を得る。この
時の反応熱は冷却板22にポンプ17より冷却水配管1
5にて循環される一次冷却水により回収される。熱を得
た一次冷却水は液相と気相の共存する二相状態となり水
蒸気分離器3に送られ、蒸気と水に分離される。蒸気は
エジェクタ6に送られ、水は熱交換器12でポンプ18
により冷却水配管16にて循環される二次冷却水により
熱回収され再び冷却板22へ送られる。一方、燃料電池
本体30の反応に利用されなかった余剰の水素リッチガ
スは改質器2に送られ、触媒加熱用バーナの燃料として
使用される。バーナによる排ガスは排ガス管9により排
ガス管8による空気極1の排ガスと混合され、排ガス管
10から熱交換器13により二次冷却水で冷却され、排
ガス管11により大気に放出される。また、二次冷却水
が回収した熱は冷却塔14により大気に放出される。
【0009】以上のように温水を使用する場合は、蒸気
を使う場合よりも、熱交換の効率がよいので、気化器を
小型化できる利点がある。 [実施形態例2]図2は本発明の第2の実施形態例を説
明する図であって、常時原燃料をプロパンガスとする燃
料電池発電装置において、気化器21には排ガス管8よ
り空気極1の排ガスが送られる。この排ガスは液化プロ
パンガスを気化させるに十分な熱量を保持しているの
で、気化器21ではその排ガスの熱により原燃料である
燃料貯蔵タンク25より送られる液化プロパンガスは気
化する。気化されたプロパンガスは脱硫器5で硫黄分を
取り除かれた後、エジェクタ6で水蒸気分離器3から供
給された蒸気と混合され改質器2に送られる。改質器2
では触媒上での反応により水素リッチな改質ガスとな
り、CO変成器7にて改質ガス中の一酸化炭素を水と反
応させることにより、二酸化炭素および水素に変え、よ
り水素リッチなガスとして燃料電池本体30の燃料極4
に送られる。燃料電池本体30では空気極1に送られた
空気中の酸素と反応し電気出力を得る。この時の反応熱
は冷却板22にポンプ17より冷却水配管15にて循環
される一次冷却水により回収される。熱を得た一次冷却
水は液相と気相の共存する二相状態となり水蒸気分離器
3に送られ、蒸気と水に分離される。蒸気はエジェクタ
6に送られ、水は熱交換器12でポンプ18により冷却
水配管16にて循環される二次冷却水により熱回収され
再び冷却板22へ送られる。一方、燃料電池本体30の
反応に利用されなかった余剰の水素リッチガスは改質器
2に送られ、触媒加熱用バーナの燃料として使用され
る。バーナによる排ガスは排ガス管9により排ガス管8
による空気極1の排ガスと混合され、排ガス管10から
熱交換機13により二次冷却水で冷却され、排ガス管1
1により大気に放出される。また、二次冷却水が回収し
た熱は冷却塔14により大気に放出される。以上のよう
に蒸気を使用する場合は、循環ポンプ(図1の19に相
当)を不要とするので、燃料電池発電装置の総合効率が
高いという利点がある。
【0010】
【発明の効果】以上説明したように、従来の燃料電池発
電装置用気化器の熱源は、外部または燃料電池内部から
の電力による熱供給に頼っていた。そのような方法で
は、入力エネルギー増加のため燃料電池発電装置として
の効率が下がり、運転コストも高くなるという欠点があ
った。
【0011】ところが、本発明では気化器の熱源を燃料
電池本体から排出される熱に求めることにより、従来の
方法より燃料電池発電装置の総合効率は約4%向上する
ことになり、燃料電池発電装置の効率の改善とコストの
削減を行えるとう利点がある。
【0012】すなわち、発電装置の発電出力が200K
W、従来の電熱式気化器の消費電力が8KW程度なの
で、本発明の蒸気を使用する場合で4%、温水を使用す
る場合は循環ポンプで0.8KW消費するので、その分
を差し引いて3.6%向上することになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態例を示す系統図であ
る。
【図2】本発明の第2の実施形態例を示す系統図であ
る。
【図3】従来の燃料電池発電装置を示す系統図である。
【符号の説明】
1…空気極 2…改質器 3…水蒸気分離器 4…燃料極 5…脱硫器 6…エジェクタ 7…CO変成器 8…排ガス管 9…排ガス管 10…排ガス管 11…排ガス管 12…熱交換器 13…熱交換器 14…冷却塔 15…冷却水配管 16…冷却水配管 17…ポンプ 18…ポンプ 19…ポンプ 20…気化器用熱交換器 21…気化器 22…冷却板 23…電気ヒータ 24…外部電源 25…燃料貯蔵タンク 30…燃料電池本体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 茂実 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料極および空気極を対としたセルを積
    層してなり、複数の冷却板を有し、冷却水で冷却される
    構成となっている燃料電池本体と、燃料を改質して前記
    燃料電池本体に供給する水素リッチな改質ガスを作る改
    質器とで構成される燃料電池発電装置であり、常時は都
    市ガス等の気体燃料を改質器に供給して水素リッチな改
    質ガスを前記燃料電池本体に供給して運転を行い、前記
    都市ガス等の気体燃料の供給が遮断されたときには貯蔵
    タンクより供給される液体燃料を気化器で加熱し気化さ
    せ前記改質器に供給して水素リッチな改質ガスを作り、
    この水素リッチな改質ガスを前記燃料電池本体に供給し
    て運転を行うようにしてなる燃料電池発電装置、もしく
    は常時前記液体燃料の貯蔵タンクより供給される液体燃
    料を気化器で加熱し気化させ前記改質器に供給して水素
    リッチな改質ガスを作り、この水素リッチな改質ガスを
    前記燃料電池本体に供給して運転を行うようにしてなる
    燃料電池発電装置において、前記気化器の熱源が前記燃
    料電池本体の空気極の排ガスから熱交換器を介し、温水
    にて供給されることを特徴とする燃料電池発電装置。
  2. 【請求項2】 燃料極および空気極を対としたセルを積
    層してなり、複数の冷却板を有し、冷却水で冷却される
    構成となっている燃料電池本体と、燃料を改質して前記
    燃料電池本体に供給する水素リッチな改質ガスを作る改
    質器とで構成される燃料電池発電装置であり、常時は都
    市ガス等の気体燃料を改質器に供給して水素リッチな改
    質ガスを前記燃料電池本体に供給して運転を行い、前記
    都市ガス等の気体燃料の供給が遮断されたときには貯蔵
    タンクより供給される液体燃料を気化器で加熱し気化さ
    せ前記改質器に供給して水素リッチな改質ガスを作り、
    この水素リッチな改質ガスを前記燃料電池本体に供給し
    て運転を行うようにしてなる燃料電池発電装置、もしく
    は常時前記液体燃料の貯蔵タンクより供給される液体燃
    料を気化器で加熱し気化させ前記改質器に供給して水素
    リッチな改質ガスを作り、この水素リッチな改質ガスを
    前記燃料電池本体に供給して運転を行うようにしてなる
    燃料電池発電装置において、前記気化器の熱源が前記燃
    料電池本体の空気極の排ガスから直接供給されることを
    特徴とする燃料電池発電装置。
JP8025389A 1996-02-13 1996-02-13 燃料電池発電装置 Pending JPH09219209A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002008707A (ja) * 2000-06-27 2002-01-11 Idemitsu Kosan Co Ltd 燃料電池設備
FR2842355A1 (fr) * 2002-07-09 2004-01-16 Renault Sa Systeme de generation d'electricite au moyen d'une pile a combustible et procede de mise en oeuvre d'une pile a combustible

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JP2002008707A (ja) * 2000-06-27 2002-01-11 Idemitsu Kosan Co Ltd 燃料電池設備
FR2842355A1 (fr) * 2002-07-09 2004-01-16 Renault Sa Systeme de generation d'electricite au moyen d'une pile a combustible et procede de mise en oeuvre d'une pile a combustible

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