JPH10334932A - Fuel cell power generating system and exhaust heat recovery method therein - Google Patents

Fuel cell power generating system and exhaust heat recovery method therein

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JPH10334932A
JPH10334932A JP9141745A JP14174597A JPH10334932A JP H10334932 A JPH10334932 A JP H10334932A JP 9141745 A JP9141745 A JP 9141745A JP 14174597 A JP14174597 A JP 14174597A JP H10334932 A JPH10334932 A JP H10334932A
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JP
Japan
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cooling water
battery cooling
water
heat
fuel cell
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JP9141745A
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Mieko Hayashi
美枝子 林
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently put exhaust heat recovery from steam as well as reduce cost. SOLUTION: A cell cooling water system is a circulating system for circulating a fuel cell body 1, a steam separator 2, a cell cooling water circulating pump 3, a steam generator 10 and a heat exchanger 4 for adjusting the temperature. As an exhaust heat recovery system, a circulating system is provided for circulation through the steam generator 10, an exhaust heat recovery device 7 and a pump 19. The steam generator 10 is disposed downstream of the cell cooling water circulating pump 3 in the cell cooling water system. Part of cell cooling water is branched downstream of the steam generator 10, to be returned downstream of the steam separator 2 via a water treatment device 8 and a pump 9.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電シス
テム及び燃料電池発電システムにおける排熱回収方法の
改良に関するもので、特に、排熱を効果的に回収するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a fuel cell power generation system and a method of recovering exhaust heat in a fuel cell power generation system, and more particularly to an effective recovery of exhaust heat.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池発電システムは、都市ガスやプ
ロパンガス等の燃料を改質して得られる水素と、空気な
どから得られた酸素との化学反応を利用して、化学エネ
ルギーを電気エネルギーに変換することによって直流電
力を取り出す発電システムである。このように、燃料電
池発電システムは、化学反応によるエネルギーから直接
電流を得るシステムであるため発電効率が高い。さら
に、温水レベルの低温排熱及び蒸気レベルの高温排熱を
回収して、回収した排熱を全て利用した場合、総合的な
エネルギー利用効率は80%以上に達する。
2. Description of the Related Art A fuel cell power generation system uses a chemical reaction between hydrogen obtained by reforming fuel such as city gas and propane gas and oxygen obtained from air or the like to convert chemical energy into electric energy. This is a power generation system that extracts DC power by converting the power into DC power. As described above, the fuel cell power generation system has a high power generation efficiency because it is a system that directly obtains current from energy due to a chemical reaction. Furthermore, when the low-temperature exhaust heat at the hot water level and the high-temperature exhaust heat at the steam level are recovered and all the recovered exhaust heat is used, the overall energy utilization efficiency reaches 80% or more.

【0003】また、燃料電池発電システムは、燃料の燃
焼を用いないため大気汚染物質の排出が少なく、騒音も
小さいため、次世代のクリーンエネルギーシステムとし
ての評価が高い。なお、回収された排熱のうち、高温排
熱は吸収式冷凍機や蒸気タービンの駆動源等としての利
用価値が高いため、近年蒸気取り出しの要求が強くなっ
ている。
[0003] Furthermore, fuel cell power generation systems do not use fuel combustion, so they emit less air pollutants and have low noise, so they are highly evaluated as next-generation clean energy systems. In addition, among the recovered exhaust heat, high-temperature exhaust heat has a high utility value as a drive source of an absorption refrigerator or a steam turbine, and therefore, in recent years, a demand for steam extraction has become strong.

【0004】ここで、図4,5は、それぞれ、従来の燃
料電池発電システムの構成例を示したものである。すな
わち、燃料電池発電システムでは、図4及び5に示すよ
うに、燃料電池本体1が燃料極1a、空気極1b及び電
池冷却板1cを有しており、燃料ガスが燃料極1aへ、
反応用空気が空気極1bへ供給されて発電が行われる。
電池冷却板1cには、燃料電池から発生する熱を吸収す
るための電池冷却水が通流されており、発電時に発生し
た熱はこの電池冷却水に熱交換させることによって回収
される。加熱された電池冷却水は、気体と液体に2相流
化した状態で気水分離器2に導かれる。この気水分離器
2は、燃料電池本体1での加熱によって気体と液体に2
相流化した電池冷却水を蒸気2aと冷却水2bとに分離
する装置である。
FIGS. 4 and 5 each show an example of the configuration of a conventional fuel cell power generation system. That is, in the fuel cell power generation system, as shown in FIGS. 4 and 5, the fuel cell main body 1 has a fuel electrode 1a, an air electrode 1b, and a cell cooling plate 1c, and fuel gas is supplied to the fuel electrode 1a.
The reaction air is supplied to the air electrode 1b to generate power.
Battery cooling water for absorbing heat generated from the fuel cell is passed through the battery cooling plate 1c, and heat generated during power generation is recovered by exchanging heat with the battery cooling water. The heated battery cooling water is led to the gas-water separator 2 in a state where the two-phase flow is formed into a gas and a liquid. The steam / water separator 2 is separated into gas and liquid by heating in the fuel cell main body 1.
This is a device for separating the phased battery cooling water into steam 2a and cooling water 2b.

【0005】図4に示す構成では、ここで分離された蒸
気が改質器と排熱回収装置7に送られ、改質器に送られ
た蒸気は、燃料ガスの改質反応に利用される。一方、排
熱回収装置7は、システム内部の排熱を外部に伝達する
ための熱交換器であり、この排熱回収装置7に送られた
水蒸気は、ここで排熱を奪われることによって凝縮水に
変えられ、水処理装置28へ送られる。なお、水処理装
置28は、イオン交換樹脂などを用いて電池冷却水を浄
化する装置である。
In the structure shown in FIG. 4, the steam separated here is sent to the reformer and the exhaust heat recovery unit 7, and the steam sent to the reformer is used for the reforming reaction of the fuel gas. . On the other hand, the exhaust heat recovery device 7 is a heat exchanger for transmitting the exhaust heat inside the system to the outside, and the steam sent to the exhaust heat recovery device 7 is condensed by depriving the exhaust heat here. It is converted into water and sent to a water treatment device 28. The water treatment device 28 is a device for purifying battery cooling water using an ion exchange resin or the like.

【0006】そして、水処理装置28で浄化された凝縮
水は、循環ポンプ9で加圧され、気水分離器2の下流に
戻される。戻された凝縮水は、気水分離器2で分離され
た電池冷却水に合流して電池冷却水循環ポンプ3へ送ら
れる。このポンプ3は、電池冷却水を循環させるために
加圧するポンプである。
[0006] The condensed water purified by the water treatment device 28 is pressurized by the circulation pump 9 and returned to the downstream of the steam separator 2. The returned condensed water joins the battery cooling water separated by the steam separator 2 and is sent to the battery cooling water circulation pump 3. The pump 3 is a pump that pressurizes the battery cooling water to circulate.

【0007】ポンプ3で加圧された電池冷却水は温度調
整用熱交換器4に送られる。この熱交換器4は、電池冷
却水を、電池冷却板1cの入口における規定の温度まで
冷却するための装置である。ここで冷却された電池冷却
水は再び電池冷却板1cに導かれ、発電による排熱回収
に再び用いられる。
The battery cooling water pressurized by the pump 3 is sent to a temperature adjusting heat exchanger 4. The heat exchanger 4 is a device for cooling the battery cooling water to a specified temperature at the inlet of the battery cooling plate 1c. The battery cooling water cooled here is guided again to the battery cooling plate 1c, and is used again for exhaust heat recovery by power generation.

【0008】このような構成の燃料電池発電システムに
おける排熱回収の手法は、気水分離器2から得られた余
剰分の高温蒸気から直接排熱を回収することから、直接
取り出し方法と呼ばれる。なお、電池冷却板1c、気水
分離器2、電池冷却水循環ポンプ3及び温度調整用熱交
換器4を有する循環系を、電池冷却水系と呼ぶ。
The method of recovering exhaust heat in the fuel cell power generation system having such a configuration is referred to as a direct extraction method since exhaust heat is directly recovered from excess high-temperature steam obtained from the steam separator 2. The circulation system including the battery cooling plate 1c, the water / water separator 2, the battery cooling water circulation pump 3, and the heat exchanger 4 for temperature adjustment is referred to as a battery cooling water system.

【0009】しかし、図4に示した直接取り出し方法の
場合、電池冷却水系と排熱回収装置7が、冷却水が相互
に通流する同一の配管系として構成される。したがっ
て、排熱回収側(2次系)で生じた凝縮水を電池冷却水
(1次系)側に戻すことになる。この凝縮水には、リン
酸を主体とする不純物が含まれている。このため、この
ような配管系の一体化は、水質の劣悪な水を、2次系か
ら1次系に流入させることを意味し、そのままでは燃料
電池本体1を含む1次系を腐食する可能性がある。その
ため、従来では、この腐食を避けるために高性能の水処
理装置28を設ける必要があった。
However, in the case of the direct removal method shown in FIG. 4, the battery cooling water system and the exhaust heat recovery device 7 are configured as the same piping system through which the cooling water flows. Therefore, the condensed water generated on the exhaust heat recovery side (secondary system) is returned to the battery cooling water (primary system) side. This condensed water contains impurities mainly composed of phosphoric acid. Therefore, such integration of the piping system means that poor quality water flows from the secondary system into the primary system, and the primary system including the fuel cell body 1 can be corroded as it is. There is. Therefore, conventionally, it was necessary to provide a high-performance water treatment device 28 in order to avoid this corrosion.

【0010】しかし、このような構成では、システムに
占める水処理装置28の容積が大きくなるため、システ
ム全体の小型化が困難であった。また、水処理装置28
の設備費用が高額になるだけでなく、イオン交換樹脂の
交換など水処理にかかる継続費用も増大するので、コス
ト削減が困難であった。
However, in such a configuration, since the volume of the water treatment device 28 occupying the system becomes large, it is difficult to reduce the size of the entire system. In addition, the water treatment device 28
Not only is the equipment cost high, but also the continuous cost of water treatment, such as the replacement of ion exchange resin, increases, making it difficult to reduce costs.

【0011】図5は、このような水質悪化が生じないよ
うにした別の構成例を示すもので、図4で示した構成例
と同一の部材については、同一の符号を付し、説明は省
略する。図5に示す構成の特徴は、電池冷却水系の他
に、これと隔離された排熱回収用の循環系(排熱回収
系)を設けた点である。
FIG. 5 shows another configuration example in which such deterioration of the water quality is not caused. The same members as those in the configuration example shown in FIG. Omitted. The feature of the configuration shown in FIG. 5 is that, in addition to the battery cooling water system, a circulation system (exhaust heat recovery system) for exhaust heat recovery that is isolated from the cooling water system is provided.

【0012】すなわち、図5では、気水分離器2で分離
された冷却水が電池冷却系を循環し、電池冷却水系の気
水分離器2とポンプ3の間には、蒸気発生器10が設け
られている。この蒸気発生器10は、電池冷却水系から
排熱を回収するための熱交換器であり、蒸気発生器10
の高温加熱側(1次側)は、電池冷却水系の一部とし
て、電池冷却水が通流されている。また、蒸気発生器1
0の低温被加熱側(2次側)は排熱回収系の一部となっ
ている。図5における排熱回収系は、蒸気発生器10か
ら排熱回収装置7及び循環ポンプ19を経て蒸気発生器
10に戻る循環系である。なお、循環ポンプ19は、排
熱回収系内で2次冷却水を循環させるためのポンプであ
り、排熱回収系の熱媒体すなわち2次冷却水は、このポ
ンプによって排熱回収系内を循環している。これら排熱
回収系と電池冷却水系とは、相互に物質の通流なく構成
される。
That is, in FIG. 5, the cooling water separated by the steam / water separator 2 circulates in the battery cooling system, and a steam generator 10 is provided between the steam / water separator 2 and the pump 3 in the battery cooling water system. Is provided. This steam generator 10 is a heat exchanger for recovering exhaust heat from the battery cooling water system,
On the high-temperature heating side (primary side), battery cooling water flows as part of the battery cooling water system. In addition, steam generator 1
The low-temperature heated side (secondary side) of 0 is a part of the exhaust heat recovery system. The exhaust heat recovery system in FIG. 5 is a circulation system that returns from the steam generator 10 to the steam generator 10 via the exhaust heat recovery device 7 and the circulation pump 19. The circulation pump 19 is a pump for circulating the secondary cooling water in the exhaust heat recovery system. The heat medium of the exhaust heat recovery system, that is, the secondary cooling water is circulated in the exhaust heat recovery system by this pump. doing. The exhaust heat recovery system and the battery cooling water system are configured without any mutual material flow.

【0013】このような従来例では、電池冷却水(1次
系)の排熱が、蒸気発生器10において、1次系とは物
質の通流のない排熱回収系の媒体に伝達されて回収され
るので、2次系の水質の悪い水が1次系に流入すること
がない。このため、特別に高性能な水処理装置は不要と
なり、コストが低減される。このような構成の燃料電池
発電システムにおける排熱回収の手法は、発電時の熱を
蒸気発生器10の被加熱媒体で間接的に回収することか
ら、間接取り出し方法と呼ばれる。
In such a conventional example, the exhaust heat of the battery cooling water (primary system) is transmitted to the medium of the exhaust heat recovery system in the steam generator 10 which has no flow of the substance with the primary system. Since the water is recovered, water of poor quality in the secondary system does not flow into the primary system. Therefore, a specially high-performance water treatment device is not required, and the cost is reduced. The method of exhaust heat recovery in the fuel cell power generation system having such a configuration is referred to as an indirect extraction method because heat during power generation is indirectly recovered by the medium to be heated of the steam generator 10.

【0014】なお、電池冷却系は、燃料電池本体1を直
接冷却する点で1次系又は1次冷却系とも呼び、電池冷
却系すなわち1次冷却系の冷却水は電池冷却水又は2次
冷却水と呼ぶことができる。また、排熱回収系は、1次
冷却系の冷却水を介して燃料電池本体1が産み出した熱
を間接的に回収することから2次系又は2次冷却系とも
呼び、排熱回収系すなわち2次冷却系の熱媒体は2次冷
却水と呼ぶことができる。
The cell cooling system is also called a primary system or a primary cooling system in that the fuel cell main body 1 is directly cooled, and the cooling water of the battery cooling system, that is, the primary cooling system is a cell cooling water or a secondary cooling system. Can be called water. The exhaust heat recovery system is also called a secondary system or a secondary cooling system because the heat generated by the fuel cell body 1 is indirectly recovered through cooling water of the primary cooling system. That is, the heat medium of the secondary cooling system can be called secondary cooling water.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示した間接取り出し方法にも、温度レベルの高い蒸気を
得にくいという問題点が存在していた。すなわち、図5
に示した構成は、気水分離器2で分離された水の持つ熱
エネルギーを、電池冷却水系と隔離された排熱回収系の
媒体に伝達することにより、この媒体から蒸気を発生さ
せるという間接的なものである。このため、熱交換の効
率に限界があり、温度レベルの高い蒸気を得ることは困
難であった。
However, the indirect extraction method shown in FIG. 5 also has a problem that it is difficult to obtain steam having a high temperature level. That is, FIG.
Is transmitted to the medium of the exhaust heat recovery system separated from the battery cooling water system by transferring the thermal energy of the water separated by the steam-water separator 2 to generate steam from the medium. It is typical. Therefore, the efficiency of heat exchange is limited, and it has been difficult to obtain steam having a high temperature level.

【0016】さらに、図5の構成例に示したように、気
水分離器2と電池冷却水循環ポンプ3の間に蒸気発生器
10を設ける場合、次のような問題点も存在した。すな
わち、蒸気発生器10に向かう冷却水が十分高圧でも、
蒸気発生器10内に設けられた伝熱管などを通過する際
の抵抗や温度低下などのため、蒸気発生器10の出口で
は送水圧力が低下する。蒸気発生器10におけるこのよ
うな圧力損失が大きい場合、ポンプ3の吸収圧が相対的
に水の飽和蒸気圧以下に低下するため、冷却水中に気泡
が生じ、ポンプ3でのキャビテーションが発生しやすく
なるという問題点が存在した。
Furthermore, as shown in the configuration example of FIG. 5, when the steam generator 10 is provided between the steam separator 2 and the battery cooling water circulating pump 3, there are the following problems. That is, even if the cooling water going to the steam generator 10 has a sufficiently high pressure,
At the outlet of the steam generator 10, the water supply pressure decreases due to resistance, temperature drop, and the like when passing through a heat transfer tube or the like provided in the steam generator 10. When such a pressure loss in the steam generator 10 is large, the absorption pressure of the pump 3 relatively lowers to the saturated vapor pressure of water or less, so that bubbles are generated in the cooling water and cavitation in the pump 3 is likely to occur. There was a problem of becoming.

【0017】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、その目的は、蒸気
からの排熱回収を効率的に行い、かつ、コストが低廉な
燃料電池発電システム及び燃料電池発電システムにおけ
る排熱回収方法を提供することである。
The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art. It is an object of the present invention to efficiently recover exhaust heat from steam and to reduce the cost of fuel. An object of the present invention is to provide a method for recovering exhaust heat in a battery power generation system and a fuel cell power generation system.

【0018】より具体的には、本発明の目的は、電池冷
却水系と物質の通流がない熱媒体に熱交換器で排熱を回
収することによって1次系の腐食を防止するとともに、
排熱回収用の熱交換器を1次系の循環ポンプの下流に設
けることによって、循環ポンプでのキャビテーションを
防止することである(請求項1,7)。また、本発明の
他の目的は、水処理装置の上流側から回収した排熱で浄
化後の電池冷却水を再加熱することによって、電池冷却
水系内の電池冷却水や蒸気の温度を高温に維持すること
である(請求項2)。
More specifically, an object of the present invention is to prevent corrosion of a primary system by recovering exhaust heat with a heat exchanger to a battery cooling water system and a heat medium having no substance flowing therethrough,
By providing a heat exchanger for exhaust heat recovery downstream of the primary circulation pump, cavitation in the circulation pump is prevented (claims 1 and 7). Another object of the present invention is to reheat the purified battery cooling water with exhaust heat recovered from the upstream side of the water treatment apparatus, thereby increasing the temperature of the battery cooling water and steam in the battery cooling water system to a high temperature. It is to maintain (claim 2).

【0019】また、本発明の他の目的は、改質器のバー
ナ燃焼排ガスの排熱も、電池冷却水の一部に回収するこ
とによって排熱回収効率を向上させることである(請求
項4,8)。また、本発明の他の目的は、バーナ燃焼排
ガスの排熱を回収するための電池冷却水を、最も低温で
ある熱交換器下流から分岐させることによって、バーナ
燃焼排ガスからの排熱吸収を最大限に行うことである
(請求項5)。
Another object of the present invention is to improve the exhaust heat recovery efficiency by recovering the exhaust heat of the burner combustion exhaust gas of the reformer into a part of the battery cooling water. , 8). Another object of the present invention is to maximize the absorption of exhaust heat from the burner combustion exhaust gas by branching the battery cooling water for recovering the exhaust heat of the burner combustion exhaust gas from the downstream of the heat exchanger at the lowest temperature. (Claim 5).

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1の発明は、燃料電池本体から発生する熱を
電池冷却水に吸収させる電池冷却水系と、前記電池冷却
水を循環させるための循環ポンプと、前記電池冷却水か
ら排熱を回収するための熱交換器と、を備えた燃料電池
発電システムにおいて、前記電池冷却水系は、前記熱交
換器の熱媒体と通流のない閉じた系として構成され、前
記熱交換器は、前記循環ポンプの下流に設けられたこと
を特徴とする。請求項7の燃料電池発電システムにおけ
る排熱回収方法は、請求項1の発明を方法の観点から把
握したもので、燃料電池本体から発生する熱を電池冷却
水に吸収させる冷却プロセスと、前記電池冷却水を循環
させるために加圧する加圧プロセスと、前記電池冷却水
から排熱を熱媒体に回収するための熱交換プロセスと、
を含む燃料電池発電システムにおける排熱回収方法にお
いて、前記冷却プロセスと前記熱交換プロセスは、前記
電池冷却水と前記熱媒体との通流なく行われ、前記熱交
換プロセスは、前記加圧プロセスによって加圧された後
の前記電池冷却水に対して行われることを特徴とする。
請求項1,7の発明では、1次系である電池冷却水系
と、2次系である熱交換器の熱媒体との間に物質の通流
がないので、燃料電池本体を含む1次系が腐食されるこ
とがない。このため、特別に高性能の水処理装置は不要
となり、コストが低減される。また、熱交換器は循環ポ
ンプの下流側に設けるので、熱交換器の圧力損失によっ
て循環ポンプにキャビテーションが生じることもない。
このため、安定した運転が可能となり、システムの信頼
性が向上する。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a battery cooling water system for absorbing heat generated from a fuel cell body into the battery cooling water, and circulating the battery cooling water. And a heat exchanger for collecting exhaust heat from the battery cooling water, the battery cooling water system has no flow with the heat medium of the heat exchanger. The heat exchanger is configured as a closed system, and the heat exchanger is provided downstream of the circulation pump. An exhaust heat recovery method in a fuel cell power generation system according to claim 7 is based on the invention of claim 1 and is characterized by a cooling process in which heat generated from a fuel cell body is absorbed by cell cooling water, A pressurizing process of pressurizing to circulate cooling water, and a heat exchange process of recovering exhaust heat from the battery cooling water to a heat medium,
In the exhaust heat recovery method in a fuel cell power generation system including the above, the cooling process and the heat exchange process are performed without flow of the battery cooling water and the heat medium, and the heat exchange process is performed by the pressurizing process. It is performed on the battery cooling water after pressurization.
According to the first and seventh aspects of the present invention, there is no flow of substances between the battery cooling water system as the primary system and the heat medium of the heat exchanger as the secondary system. Is not corroded. Therefore, a specially high-performance water treatment device is not required, and the cost is reduced. Further, since the heat exchanger is provided on the downstream side of the circulation pump, cavitation does not occur in the circulation pump due to the pressure loss of the heat exchanger.
For this reason, stable operation becomes possible, and the reliability of the system is improved.

【0021】請求項2の発明は、請求項1記載の燃料電
池発電システムにおいて、前記電池冷却水系から一部分
岐させた電池冷却水を浄化する水処理装置と、前記水処
理装置の上流側における前記電池冷却水から、当該水処
理装置の下流側における電池冷却水に排熱を伝達させる
第2の熱交換器と、を有することを特徴とする。請求項
2の発明では、水処理装置の上流側では電池冷却水から
排熱が奪われるので、水処理装置への送水は水処理装置
の性能が許容する所定の温度以下とすることができる。
一方、上流側の排熱の伝達先は浄化後の電池冷却水であ
り、浄化後の電池冷却水は再加熱後に電池冷却水系へ戻
されるように構成されている。このため、電池冷却水系
内の電池冷却水の温度と、排熱回収によって作られる蒸
気の温度を高温に維持し、電池冷却水系からの排熱回収
効率を高レベルに維持することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell power generation system according to the first aspect, a water treatment device for purifying battery cooling water partially branched from the battery cooling water system, and the water treatment device upstream of the water treatment device is provided. A second heat exchanger that transfers exhaust heat from the battery cooling water to the battery cooling water downstream of the water treatment device. According to the second aspect of the present invention, since exhaust heat is taken from the battery cooling water on the upstream side of the water treatment device, water can be sent to the water treatment device at a temperature lower than a predetermined temperature allowed by the performance of the water treatment device.
On the other hand, the destination of the exhaust heat on the upstream side is the purified battery cooling water, and the purified battery cooling water is returned to the battery cooling water system after reheating. For this reason, the temperature of the battery cooling water in the battery cooling water system and the temperature of the steam generated by exhaust heat recovery can be maintained at high temperatures, and the efficiency of exhaust heat recovery from the battery cooling water system can be maintained at a high level.

【0022】請求項3の発明は、請求項2記載の燃料電
池発電システムにおいて、前記水処理装置によって浄化
された電池冷却水を、前記電池冷却水系のうち、前記熱
交換器の下流に還流させるように構成したことを特徴と
する。請求項3の発明では、水処理装置で浄化された電
池冷却水は、気水分離器の下流ではなく熱交換器の下流
に還流するので、熱交換器の入口温度の低下がなく、熱
交換器における排熱回収効率が高レベルに維持される。
According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell power generation system according to the second aspect, the battery cooling water purified by the water treatment device is returned to the downstream of the heat exchanger in the battery cooling water system. It is characterized by having such a configuration. According to the third aspect of the present invention, the battery cooling water purified by the water treatment apparatus is returned to the downstream of the heat exchanger instead of the downstream of the steam separator. Exhaust heat recovery efficiency in the vessel is maintained at a high level.

【0023】請求項4の発明は、請求項1記載の燃料電
池発電システムにおいて、改質器のバーナ燃焼排ガスの
排熱を、前記電池冷却水から一部分岐させた電池冷却水
に回収するための第3の熱交換器と、二相流化した電池
冷却水を水と蒸気とに分離し、分離された水を前記熱交
換器に提供する気水分離器と、を有し、前記第3の熱交
換器で排熱を回収した前記電池冷却水を前記気水分離器
に還流させるように構成したことを特徴とする。請求項
8の発明は、請求項4の発明を方法の観点から把握した
もので、請求項7記載の燃料電池発電システムにおける
排熱回収方法において、改質器のバーナ燃焼排ガスの排
熱を、前記熱交換プロセスにおける電池冷却水から一部
分岐させた電池冷却水に回収するための第2の熱交換プ
ロセスと、二相流化した電池冷却水を水と蒸気とに分離
し、分離された水を前記熱交換プロセスに提供する気水
分離プロセスと、を含み、前記第2の熱交換プロセスで
排熱を回収した前記電池冷却水を前記気水分離プロセス
に投入することを特徴とする。請求項4,8の発明で
は、電池冷却水の一部にバーナ燃焼排ガスの排熱も回収
させて気水分離器に還流させ、その熱量分も熱交換器で
一括回収することができるため、排熱回収効率が向上す
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell power generation system according to the first aspect, the exhaust heat of the burner combustion exhaust gas of the reformer is recovered to the battery cooling water partially branched from the battery cooling water. A third heat exchanger, and a steam separator for separating the two-phase flow battery cooling water into water and steam, and providing the separated water to the heat exchanger. The battery cooling water whose exhaust heat has been recovered by the heat exchanger is refluxed to the steam separator. The invention of claim 8 is based on the invention of claim 4 and is understood from the viewpoint of the method. In the method for recovering exhaust heat in the fuel cell power generation system according to claim 7, the exhaust heat of the burner combustion exhaust gas of the reformer is A second heat exchange process for recovering the battery cooling water partially branched from the battery cooling water in the heat exchange process, and separating the two-phase flow battery cooling water into water and steam; And a steam-water separation process for providing the heat-exchange process to the heat-exchange process, wherein the battery cooling water from which waste heat is recovered in the second heat-exchange process is supplied to the steam-water separation process. In the invention of claims 4 and 8, since the exhaust heat of the burner combustion exhaust gas is also recovered in a part of the battery cooling water and returned to the steam-water separator, and the amount of heat can be collectively recovered by the heat exchanger. Exhaust heat recovery efficiency is improved.

【0024】請求項5の発明は、請求項4記載の燃料電
池発電システムにおいて、前記第3の熱交換器への電池
冷却水の分岐位置を、前記熱交換器の下流に設けたこと
を特徴とする。請求項5の発明では、バーナ排ガスの排
熱を回収するための電池冷却水を熱交換器の下流から分
岐させるが、熱交換器の下流における電池冷却水は電池
冷却水系で最も低温であり、気水分離器の器内圧力の飽
和温度との差が大きい。このため、バーナ燃焼排ガスか
らの排熱吸収を最大限に行うことが可能となり、排熱回
収効率が向上する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel cell power generation system according to the fourth aspect, a branch position of the battery cooling water to the third heat exchanger is provided downstream of the heat exchanger. And In the invention of claim 5, the battery cooling water for recovering the exhaust heat of the burner exhaust gas is branched from the downstream of the heat exchanger, but the battery cooling water downstream of the heat exchanger has the lowest temperature in the battery cooling water system, The difference between the internal pressure of the steam separator and the saturation temperature is large. For this reason, it is possible to maximize the exhaust heat absorption from the burner combustion exhaust gas, and the exhaust heat recovery efficiency is improved.

【0025】請求項6の発明は、請求項4記載の燃料電
池発電システムにおいて、前記第3の熱交換器は、前記
電池冷却水系から一部分岐させた電池冷却水を冷却水と
して用いる一酸化炭素変成器と並列に設置されたことを
特徴とする。請求項6の発明では、バーナ排ガスの排熱
を回収する第3の熱交換器は、一酸化炭素変成器に対し
て、下流ではなく並列に設置される。このため、電池冷
却水流量を増加させることができ、熱交換器での熱回収
量が増加し、蒸気効率が上昇する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fuel cell power generation system according to the fourth aspect, the third heat exchanger uses, as cooling water, battery cooling water partially branched from the battery cooling water system. It is characterized by being installed in parallel with the transformer. According to the invention of claim 6, the third heat exchanger for recovering the exhaust heat of the burner exhaust gas is installed in parallel with the carbon monoxide converter, not downstream. For this reason, the flow rate of the battery cooling water can be increased, the heat recovery amount in the heat exchanger increases, and the steam efficiency increases.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の複数の実施の形態
について、図面を参照して具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

【0027】〔1.第1の実施の形態〕 (1)構成 第1の実施の形態は、請求項1,7に対応するもので、
図1は、第1の実施の形態の燃料電池発電システムの構
成図である。なお、図5に示した従来例と同一の部材に
ついては、同一の番号を付し説明は省略する。第1の実
施の形態は、図5に示した従来例と同様に、電池冷却水
系及び排熱回収系を有するが、第1の実施の形態の特徴
は、蒸気発生器10が循環ポンプ3の下流に設けられて
いることである。
[1. First Embodiment] (1) Configuration The first embodiment corresponds to claims 1 and 7,
FIG. 1 is a configuration diagram of the fuel cell power generation system according to the first embodiment. Note that the same members as those in the conventional example shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The first embodiment has a battery cooling water system and an exhaust heat recovery system similarly to the conventional example shown in FIG. 5, but a feature of the first embodiment is that the steam generator 10 That is, it is provided downstream.

【0028】すなわち、電池冷却水系は、燃料電池本体
1から電池冷却水(1次冷却水)の二相流を気水分離器
2に導き、ここで分離された電池冷却水を電池冷却水循
環ポンプ3で加圧し、蒸気発生器10及び温度調整用熱
交換器4を経て、燃料電池1に循環させる循環系であ
る。また、排熱回収系は、蒸気発生器10で排熱を回収
した熱媒体(2次冷却水)を排熱回収装置7とポンプ1
9を経て、蒸気発生器10に循環させる循環系である。
That is, the battery cooling water system guides a two-phase flow of battery cooling water (primary cooling water) from the fuel cell main body 1 to the steam separator 2 and separates the battery cooling water separated here into a battery cooling water circulation pump. This is a circulation system which pressurizes at 3 and circulates through the steam generator 10 and the temperature adjusting heat exchanger 4 to the fuel cell 1. Further, the exhaust heat recovery system includes a heat medium (secondary cooling water) from which exhaust heat has been recovered by the steam generator 10 and an exhaust heat recovery device 7 and a pump
This is a circulation system that circulates through 9 to the steam generator 10.

【0029】これら二つの循環系間で排熱を伝達する装
置が蒸気発生器10(請求項1にいう熱交換器に相当す
る)であるが、第1の実施の形態では、この蒸気発生器
10が、電池冷却水系のうち電池冷却水循環ポンプ3
(請求項1にいう循環ポンプに相当する)の下流側に設
けられている。また、第1の実施の形態では、蒸気発生
器10の下流から電池冷却水の一部を分岐させ、水処理
装置8及びポンプ9を経由して気水分離器2の下流に還
流させている。
A device for transmitting waste heat between these two circulation systems is a steam generator 10 (corresponding to a heat exchanger according to claim 1). In the first embodiment, this steam generator is used. 10 is a battery cooling water circulation pump 3 in the battery cooling water system.
(Corresponding to the circulation pump in claim 1). In the first embodiment, a part of the battery cooling water is branched from the downstream of the steam generator 10 and is returned to the downstream of the steam separator 2 via the water treatment device 8 and the pump 9. .

【0030】なお、1次冷却水及び2次冷却水として
は、典型的には水が用いられるが、いずれも燃料電池の
種類や作動温度などの諸条件に応じて他の種類の熱媒体
を用いることも可能であり、1次冷却水と2次冷却水と
で異なった種類の熱媒体を用いてもよい。
As the primary cooling water and the secondary cooling water, water is typically used, and in both cases, other types of heat medium are used depending on various conditions such as the type of the fuel cell and the operating temperature. Different types of heat medium may be used for the primary cooling water and the secondary cooling water.

【0031】(2)作用及び効果 上記のような構成を有する第1の実施の形態は、次のよ
うな作用を有する。すなわち、燃料電池本体1で発電時
に発生した熱は、電池冷却板1cを通る電池冷却水を加
熱するという熱交換(請求項7にいう冷却プロセス)に
よって回収され、加熱された電池冷却水から気水分離器
2で分離された冷却水2bが、電池冷却水循環ポンプ3
で加圧される。加圧された電池冷却水の帯びる排熱が、
ポンプ3の下流に設けられた蒸気発生器10において、
2次側の熱媒体に伝達され(請求項7にいう熱交換プロ
セス)、この伝達で発生した蒸気が排熱回収装置7で利
用される。蒸気発生器10で排熱を回収された電池冷却
水は、熱交換器4で電池冷却板1c入口温度に温度調整
されたうえ、再び電池冷却板1cに導かれる。
(2) Function and Effect The first embodiment having the above configuration has the following function. That is, heat generated during power generation in the fuel cell main body 1 is recovered by heat exchange (cooling process according to claim 7) in which the battery cooling water passing through the battery cooling plate 1c is heated. The cooling water 2b separated by the water separator 2 is supplied to the battery cooling water circulation pump 3
Pressurized. Exhausted heat of the pressurized battery cooling water
In the steam generator 10 provided downstream of the pump 3,
The heat is transferred to the heat medium on the secondary side (heat exchange process according to claim 7), and the steam generated by this transfer is used in the exhaust heat recovery device 7. The battery cooling water whose exhaust heat has been recovered by the steam generator 10 is temperature-adjusted to the inlet temperature of the battery cooling plate 1c by the heat exchanger 4, and then guided again to the battery cooling plate 1c.

【0032】このサイクルのうち、蒸気発生器10では
圧力損失が生じるが、第1の実施の形態では、ポンプ3
は蒸気発生器10の上流に位置するため、圧力損失によ
ってポンプにおけるキャビテーションが発生するおそれ
はなく、安定した運転が実現される。また、このこと
は、圧力損失の大きな蒸気発生器10を設けることが可
能であることを意味する。すなわち、圧力損失が大きい
蒸気発生器は、細密かつ長大な伝熱管を有するものであ
り、単位容積あたりの熱交換効率が優れた熱交換器であ
る。このため、蒸気発生器の容積を小型化することが可
能となる。このため、第1の実施の形態によれば、安定
した運転を実現しながら、優れた熱交換効率やシステム
の小型化が達成される。
In this cycle, a pressure loss occurs in the steam generator 10, but in the first embodiment, the pump 3
Is located upstream of the steam generator 10, there is no danger that cavitation will occur in the pump due to pressure loss, and stable operation will be realized. This also means that the steam generator 10 having a large pressure loss can be provided. That is, a steam generator having a large pressure loss has a fine and long heat transfer tube, and is a heat exchanger having excellent heat exchange efficiency per unit volume. For this reason, it is possible to reduce the volume of the steam generator. Therefore, according to the first embodiment, excellent heat exchange efficiency and miniaturization of the system are achieved while achieving stable operation.

【0033】なお、蒸気発生器10の下流から一部分岐
した電池冷却水は、水処理装置8で浄化された後、ポン
プ9の加圧によって気水分離器2の下流に還流する。ま
た、ポンプ3下流のうち具体的にどの位置に蒸気発生器
10を設けるかは自由である。
The battery cooling water partially branched from the downstream of the steam generator 10 is purified by the water treatment device 8 and then returned to the downstream of the steam separator 2 by pressurizing the pump 9. In addition, it is free to set a specific position of the steam generator 10 downstream of the pump 3.

【0034】〔2.第2の実施の形態〕 (1)構成 第2の実施の形態は、請求項2,3に対応するもので、
第2の実施の形態の構成を図2に示す。なお、第1の実
施の形態と同一の部材については同一の符号を付し、説
明は省略する。図2に示す第2の実施の形態の特徴は、
第1の実施形態で示した特徴に加え、給水予熱器17
(請求項2にいう第2の熱交換器に相当するもの)を設
けた点にある。
[2. 2. Second Embodiment (1) Configuration The second embodiment corresponds to claims 2 and 3.
FIG. 2 shows the configuration of the second embodiment. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The features of the second embodiment shown in FIG.
In addition to the features shown in the first embodiment, the water supply preheater 17
(Corresponding to the second heat exchanger in claim 2).

【0035】すなわち、浄化のため水処理装置8に送水
される上流側の電池冷却水をブロー水と呼ぶが、給水予
熱器17は、このブロー水を高温加熱側、水処理装置8
の下流側における電池冷却水を低温加熱側として構成さ
れる熱交換器である。この給水予熱器17の役割は、上
流側のブロー水の排熱を、浄化されて電池冷却水系へ戻
される下流側の電池冷却水に伝達することである。な
お、水処理装置8が処理できる水の温度によっては、電
池冷却水の一部は給水予熱器17を経由させずに水処理
装置8へ直送してもよく、その場合の直送路を図2に破
線で示す。
That is, the battery cooling water on the upstream side, which is sent to the water treatment device 8 for purification, is referred to as blow water.
Is a heat exchanger configured as a low-temperature heating side with the battery cooling water on the downstream side of the heat exchanger. The role of the feed water preheater 17 is to transfer exhaust heat of the upstream blow water to downstream battery cooling water that is purified and returned to the battery cooling water system. Note that, depending on the temperature of the water that can be treated by the water treatment device 8, a part of the battery cooling water may be directly sent to the water treatment device 8 without passing through the water supply preheater 17. Is shown by a broken line.

【0036】(2)作用及び効果 上記のような構成を有する第2の実施の形態では、給水
予熱器17によって、水処理装置8の上流側における電
池冷却水から、水処理装置8の下流側における電池冷却
水に排熱が伝達される。すなわち、水処理装置8への送
水は、水処理装置8の性能上、例えば60℃以下にする
必要があるが、水処理装置8の上流側では電池冷却水か
ら排熱が奪われるので、水処理装置8への送水は水処理
装置8の性能が許容する所定の温度以下とすることがで
きる。
(2) Function and Effect In the second embodiment having the above-described configuration, the water supply preheater 17 converts the battery cooling water on the upstream side of the water treatment device 8 to the downstream side of the water treatment device 8. The exhaust heat is transmitted to the battery cooling water at the time. That is, the water supply to the water treatment device 8 needs to be, for example, 60 ° C. or less in view of the performance of the water treatment device 8, but since the exhaust heat is taken from the battery cooling water on the upstream side of the water treatment device 8, The water supply to the treatment device 8 can be at or below a predetermined temperature allowed by the performance of the water treatment device 8.

【0037】一方、水処理装置8で浄化された電池冷却
水が、60℃以下という低温のまま電池冷却水系へ還流
した場合は、電池冷却水の温度を低下させる原因にな
る。この場合、蒸気発生器10の入口温度を下げること
になるので、排熱回収の結果得られる蒸気の温度の低下
を招き、排熱回収効率が低下する。
On the other hand, if the battery cooling water purified by the water treatment device 8 is returned to the battery cooling water system at a low temperature of 60 ° C. or less, it causes a decrease in the temperature of the battery cooling water. In this case, since the inlet temperature of the steam generator 10 is reduced, the temperature of the steam obtained as a result of the exhaust heat recovery is reduced, and the exhaust heat recovery efficiency is reduced.

【0038】これに対して、第2の実施の形態では、水
処理装置8から電池冷却水系へ還流する冷却水は、給水
予熱器17において、ブロー水の排熱によって再加熱さ
れた後、電池冷却水系へ戻されることになる。この結
果、第2の実施の形態では、電池冷却水系全体の温度低
下を防止することによって、排熱回収系で得られる蒸気
の温度も高温に維持し、排熱回収効率を高レベルに維持
することができる(請求項2)。
On the other hand, in the second embodiment, the cooling water flowing back from the water treatment device 8 to the battery cooling water system is reheated by the exhaust heat of the blow water in the feed water preheater 17, and then cooled. It will be returned to the cooling water system. As a result, in the second embodiment, the temperature of the steam obtained in the exhaust heat recovery system is also maintained at a high temperature by preventing the temperature of the entire battery cooling water system from lowering, and the exhaust heat recovery efficiency is maintained at a high level. (Claim 2).

【0039】特に、第2の実施の形態では、図2に示す
ように、水処理装置8によって浄化された電池冷却水
は、気水分離器2の下流ではなく蒸気発生器10の下流
に還流されるので(請求項3)、蒸気発生器10の入口
温度の低下も生じない。このため、蒸気発生器10にお
ける排熱回収効率が高レベルに維持される。なお、蒸気
発生器10で得られる蒸気の具体的な温度は、諸条件に
よるが、一例として160℃程度の高温の蒸気を得るこ
とが可能である。
In particular, in the second embodiment, as shown in FIG. 2, the battery cooling water purified by the water treatment device 8 is returned to the downstream of the steam generator 10 instead of the downstream of the steam separator 2. Therefore, the inlet temperature of the steam generator 10 does not decrease. For this reason, the exhaust heat recovery efficiency in the steam generator 10 is maintained at a high level. The specific temperature of the steam obtained by the steam generator 10 depends on various conditions. For example, high-temperature steam of about 160 ° C. can be obtained.

【0040】〔3.第3の実施の形態〕 (1)構成 第3の実施の形態は請求項4〜6,8に対応するもの
で、第3の実施の形態の構成を図3に示す。なお、上記
各実施の形態と同一の部材については同一の符号を付
し、説明は省略する。図3に示す第3の実施の形態の特
徴は、第1及び第2の実施形態に示した構成に加え、バ
ーナ排ガス熱回収器18を一酸化炭素変成器20と並列
に設けた点である。
[3. 3. Third Embodiment (1) Configuration The third embodiment corresponds to claims 4 to 6, and FIG. 3 shows the configuration of the third embodiment. Note that the same members as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. A feature of the third embodiment shown in FIG. 3 is that a burner exhaust gas heat recovery unit 18 is provided in parallel with a carbon monoxide converter 20 in addition to the configuration shown in the first and second embodiments. .

【0041】すなわち、一酸化炭素変成器20は、燃料
電池本体1から生じる排ガスから一酸化炭素を除去する
装置で、電池冷却水系のうち蒸気発生器10の下流から
電池冷却水の一部を分岐させ、冷却水として用いてい
る。また、この一酸化炭素変成器20で冷却に用いられ
た後の電池冷却水は、気水分離器2に還流されている。
That is, the carbon monoxide converter 20 is a device for removing carbon monoxide from the exhaust gas generated from the fuel cell main body 1, and branches a part of the battery cooling water from the downstream of the steam generator 10 in the battery cooling water system. And used as cooling water. The battery cooling water used for cooling in the carbon monoxide converter 20 is returned to the steam separator 2.

【0042】また、第3の実施の形態は、図示しないバ
ーナ付き改質器を有する。ここで、改質器は、燃料ガス
を改質して水素に富んだ発電用の改質ガスを得る装置で
あり、バーナは、発電後の改質ガスの残留水素を燃焼さ
せることによって改質反応用のエネルギーを改質器に提
供する燃焼装置である。
The third embodiment has a reformer with a burner (not shown). Here, the reformer is a device that reforms fuel gas to obtain a reformed gas for power generation that is rich in hydrogen, and the burner performs reforming by burning residual hydrogen of the reformed gas after power generation. A combustion device that provides energy for reaction to a reformer.

【0043】そして、電池冷却水系のうち蒸気発生器1
0の下流から一部分岐させた電池冷却水が、バーナ排ガ
ス熱回収器18の低温被加熱側を経由して気水分離器2
に導かれている。バーナ排ガス熱回収器18は、前記バ
ーナから排出されるバーナ燃焼排ガスに含まれる排熱を
回収するための装置であり、請求項4にいう第3の熱交
換器に相当する。バーナ排ガス熱回収器18の高温加熱
側(1次側)にはバーナ燃焼排ガスが通流している。な
お、この電池冷却水をバーナ排ガス熱回収器18に向け
て分岐させている蒸気発生器10の下流では(請求項
5)、電池冷却水の温度が電池冷却水系内で最も低く、
例えば140℃程度である。
The steam generator 1 in the battery cooling water system
The battery cooling water partially branched from the downstream of the steam / water separator 2 passes through the low-temperature heated side of the burner exhaust gas heat recovery unit 18 and the steam-water separator 2.
Is led to. The burner exhaust gas heat recovery device 18 is a device for recovering exhaust heat contained in the burner combustion exhaust gas discharged from the burner, and corresponds to a third heat exchanger according to claim 4. The burner combustion exhaust gas flows on the high temperature heating side (primary side) of the burner exhaust gas heat recovery unit 18. In addition, downstream of the steam generator 10 which branches the battery cooling water toward the burner exhaust gas heat recovery unit 18 (Claim 5), the temperature of the battery cooling water is the lowest in the battery cooling water system,
For example, it is about 140 ° C.

【0044】このようなバーナ排ガス熱回収器18は、
一酸化炭素変成器20と並立すなわち並列に設けられて
いる。なお、燃料電池発電システムに一酸化炭素変成器
とバーナ排ガス熱回収器を設ける場合、従来では、一酸
化炭素変成器に対して下流側に直列に、バーナ排ガス熱
回収器を設けていた。
Such a burner exhaust gas heat recovery unit 18 comprises:
It is provided side by side, that is, in parallel with the carbon monoxide converter 20. When a carbon monoxide converter and a burner exhaust gas heat recovery unit are provided in a fuel cell power generation system, conventionally, a burner exhaust gas heat recovery unit is provided in series on the downstream side of the carbon monoxide converter.

【0045】(2)作用及び効果 上記のような構成を有する第3の実施の形態では、バー
ナ排ガス熱回収器18において、高温加熱側のバーナ燃
焼排ガスは、例えば450℃程度の高温である。このた
め、低温被加熱側の電池冷却水も加熱されて高温となる
(請求項8にいう第2の熱交換プロセス)。加熱された
電池冷却水は、気水分離器2の器内圧力の飽和温度、例
えば180℃程度や、一部が沸騰して二相流となる程度
の高温となる。そして、加熱された電池冷却水は気水分
離器に戻されて蒸気と水に分離され(請求項8にいう気
水分離プロセス)、分離された高温の水はポンプ3を経
由して蒸気発生器10に送られ、排熱が排熱回収系に回
収される。
(2) Function and Effect In the third embodiment having the above-described configuration, in the burner exhaust gas heat recovery unit 18, the burner combustion exhaust gas on the high-temperature heating side has a high temperature of, for example, about 450 ° C. For this reason, the battery cooling water on the low-temperature heated side is also heated to a high temperature (the second heat exchange process according to claim 8). The heated battery cooling water has a saturation temperature of the internal pressure of the steam separator 2, for example, about 180 ° C., or a high temperature such that a part thereof boils to form a two-phase flow. Then, the heated battery cooling water is returned to the steam separator to be separated into steam and water (the steam separation process according to claim 8), and the separated high-temperature water is steam-generated through the pump 3. The exhaust heat is sent to the vessel 10 and the exhaust heat is collected in the exhaust heat recovery system.

【0046】このように、分岐された電池冷却水にバー
ナ燃焼排ガスから熱を回収させて気水分離器2に還流さ
せることによって、バーナ燃焼排ガスの熱量分も蒸気発
生器10で回収することが可能となるため、システム全
体の排熱回収効率が向上する。特に、第3の実施の形態
では、電池冷却水からの分岐位置を、電池冷却水系で最
も温度の低い部分(例えば140℃程度)である蒸気発
生器10の下流としている(請求項5)。このため、バ
ーナ排ガス熱回収器18に流入する低温被加熱側媒体温
度と、気水分離器2の器内圧力の飽和温度との差が大き
くなり、熱量を多く回収することが可能となるので、排
熱回収効率が向上する。
As described above, heat is recovered from the burner combustion exhaust gas by the branched battery cooling water and returned to the steam separator 2 so that the calorific value of the burner combustion exhaust gas can also be recovered by the steam generator 10. As a result, the exhaust heat recovery efficiency of the entire system is improved. In particular, in the third embodiment, the branch point from the battery cooling water is located downstream of the steam generator 10, which is the lowest temperature part (for example, about 140 ° C.) in the battery cooling water system (claim 5). Therefore, the difference between the temperature of the low-temperature heated medium flowing into the burner exhaust gas heat recovery unit 18 and the saturation temperature of the internal pressure of the steam separator 2 becomes large, and a large amount of heat can be recovered. The efficiency of exhaust heat recovery is improved.

【0047】さらに、第3の実施の形態では、バーナ排
ガス熱回収器18を一酸化炭素変成器20と並列に設置
しているので、両者併せた電池冷却水流量が従来よりも
増加する。この結果、蒸気発生器10での排熱回収量が
増加するので、システム全体のエネルギー利用効率が向
上する。
Further, in the third embodiment, since the burner exhaust gas heat recovery unit 18 is installed in parallel with the carbon monoxide converter 20, the combined flow rate of the battery cooling water is increased as compared with the conventional case. As a result, the amount of exhaust heat recovered by the steam generator 10 increases, and the energy use efficiency of the entire system improves.

【0048】〔4.他の実施の形態〕なお、本発明は、
上記各実施の形態に限定されるものではなく、次に例示
するような他の実施の形態をも包含するものである。例
えば、燃料電池本体、熱交換器、循環ポンプや水処理装
置などのタイプや、電池冷却水やその他の熱媒体の成分
組成、各構成機器の具体的な配置や配管構成などの具体
的要素は、自由に定めることができる。また、第2及び
第3の熱交換器は必ずしも必須ではなく、電池冷却水を
分岐及び還流させる位置も変更することができるし、第
3の熱交換器を一酸化炭素変成器と直列に設けることも
できる。
[4. Other Embodiments] The present invention
The present invention is not limited to the above embodiments, but includes other embodiments as exemplified below. For example, specific elements such as a fuel cell body, a heat exchanger, a circulation pump, a water treatment device, and the like, a component composition of battery cooling water and other heat medium, a specific arrangement of each component device, and a piping configuration are as follows. , Can be freely determined. Further, the second and third heat exchangers are not necessarily required, and the positions at which the battery cooling water is branched and refluxed can be changed, and the third heat exchanger is provided in series with the carbon monoxide converter. You can also.

【0049】また、上記各実施例で示した具体的温度は
例示に過ぎず、システム内の各位置における温度は、燃
料電池の種類やその他のシステム構成に応じて異なるも
のである。また、本発明は、従来の燃料電池発電システ
ムに対して、機器の追加及びシステム構成の変更によっ
て適用することもできるので、温度レベルの高い蒸気を
効率よく利用することによって、排熱回収効率の優れた
燃料電池発電システムが容易かつ低廉に実現することが
できる。
The specific temperatures shown in the above embodiments are merely examples, and the temperature at each position in the system differs depending on the type of fuel cell and other system configurations. Further, the present invention can be applied to a conventional fuel cell power generation system by adding equipment and changing the system configuration. Therefore, by efficiently using steam having a high temperature level, the exhaust heat recovery efficiency can be improved. An excellent fuel cell power generation system can be realized easily and at low cost.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料電池運転による余剰熱を電池冷却水系とは分離した
2次系の熱媒体で間接的に回収できるので、水処理コス
トが低減される。また、そのための熱交換器を電池冷却
水の循環ポンプの下流に設けたので、キャビテーション
が防止され、安定した運転が可能となる。
As described above, according to the present invention,
Excess heat from the fuel cell operation can be indirectly recovered by a secondary heat medium separated from the cell cooling water system, so that the cost of water treatment is reduced. In addition, since the heat exchanger therefor is provided downstream of the circulation pump of the battery cooling water, cavitation is prevented and stable operation is possible.

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

【図1】本発明の燃料電池発電システムの第1の実施の
形態を示す構成図
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a fuel cell power generation system of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態に係る燃料電池発電
システムを示す構成図
FIG. 2 is a configuration diagram showing a fuel cell power generation system according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態に係る燃料電池発電
システムを示す構成図
FIG. 3 is a configuration diagram showing a fuel cell power generation system according to a third embodiment of the present invention.

【図4】従来の燃料電池発電システムの一例を示す構成
FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of a conventional fuel cell power generation system.

【図5】従来の燃料電池発電システムの他の例を示す構
成図
FIG. 5 is a configuration diagram showing another example of a conventional fuel cell power generation system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料電池本体 1a…燃料極 1b…空気極 1c…電池冷却板 2…気水分離器 3…電池冷却水循環ポンプ 4…温度調整用熱交換器 7…排熱回収装置 8,28…水処理装置 9…循環ポンプ 10…蒸気発生器 17…給水予熱器 18…バーナ排ガス熱回収器 19…循環ポンプ 20…一酸化炭素変成器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell main body 1a ... Fuel electrode 1b ... Air electrode 1c ... Battery cooling plate 2 ... Steam separator 3 ... Battery cooling water circulation pump 4 ... Temperature control heat exchanger 7 ... Exhaust heat recovery device 8, 28 ... Water treatment Apparatus 9 Circulating pump 10 Steam generator 17 Feed water preheater 18 Burner exhaust gas heat recovery unit 19 Circulating pump 20 Carbon monoxide converter

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料電池本体から発生する熱を電池冷却
水に吸収させる電池冷却水系と、前記電池冷却水を循環
させるための循環ポンプと、前記電池冷却水から排熱を
回収するための熱交換器と、を備えた燃料電池発電シス
テムにおいて、 前記電池冷却水系は、前記熱交換器の熱媒体と通流なく
構成され、 前記熱交換器は、前記循環ポンプの下流に設けられたこ
とを特徴とする燃料電池発電システム。
1. A battery cooling water system for absorbing heat generated from a fuel cell body into battery cooling water, a circulation pump for circulating the battery cooling water, and a heat for recovering exhaust heat from the battery cooling water. A fuel cell power generation system comprising: a heat exchanger of the heat exchanger, wherein the heat exchanger is provided downstream of the circulation pump. Characteristic fuel cell power generation system.
【請求項2】 前記電池冷却水系から一部分岐させた電
池冷却水を浄化する水処理装置と、 前記水処理装置の上流側における前記電池冷却水から、
当該水処理装置の下流側における電池冷却水に排熱を伝
達させる第2の熱交換器と、を有することを特徴とする
請求項1記載の燃料電池発電システム。
2. A water treatment device for purifying battery cooling water partially branched from the battery cooling water system, and a battery cooling water upstream of the water treatment device.
2. The fuel cell power generation system according to claim 1, further comprising: a second heat exchanger that transfers exhaust heat to battery cooling water downstream of the water treatment device. 3.
【請求項3】 前記水処理装置によって浄化された電池
冷却水を、前記電池冷却水系のうち、前記熱交換器の下
流に還流させるように構成したことを特徴とする請求項
2記載の燃料電池発電システム。
3. The fuel cell according to claim 2, wherein the battery cooling water purified by the water treatment device is returned to the downstream of the heat exchanger in the battery cooling water system. Power generation system.
【請求項4】 改質器のバーナ燃焼排ガスの排熱を、前
記電池冷却水から一部分岐させた電池冷却水に回収する
ための第3の熱交換器と、 二相流化した電池冷却水を水と蒸気とに分離し、分離さ
れた水を前記熱交換器に提供する気水分離器と、を有
し、 前記第3の熱交換器で排熱を回収した前記電池冷却水を
前記気水分離器に還流させるように構成したことを特徴
とする請求項1記載の燃料電池発電システム。
4. A third heat exchanger for recovering exhaust heat of the burner combustion exhaust gas of the reformer into battery cooling water partially branched from the battery cooling water, and a two-phase flow battery cooling water. And a steam-water separator for providing the separated water to the heat exchanger. The battery cooling water having the exhaust heat recovered by the third heat exchanger 2. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the fuel cell power generation system is configured to return to the steam separator.
【請求項5】 前記第3の熱交換器への電池冷却水の分
岐位置を、前記熱交換器の下流に設けたことを特徴とす
る請求項4記載の燃料電池発電システム。
5. The fuel cell power generation system according to claim 4, wherein a branch point of the battery cooling water to the third heat exchanger is provided downstream of the heat exchanger.
【請求項6】 前記第3の熱交換器は、前記電池冷却水
系から一部分岐させた電池冷却水を冷却水として用いる
一酸化炭素変成器と並列に設置されたことを特徴とする
請求項4記載の燃料電池発電システム。
6. The third heat exchanger is provided in parallel with a carbon monoxide converter that uses, as cooling water, battery cooling water that is partially branched from the battery cooling water system. The fuel cell power generation system as described in the above.
【請求項7】 燃料電池本体から発生する熱を電池冷却
水に吸収させる冷却プロセスと、前記電池冷却水を循環
させるために加圧する加圧プロセスと、前記電池冷却水
から排熱を熱媒体に回収するための熱交換プロセスと、
を含む燃料電池発電システムにおける排熱回収方法にお
いて、 前記冷却プロセスと前記熱交換プロセスは、前記電池冷
却水と前記熱媒体との通流なく行われ、 前記熱交換プロセスは、前記加圧プロセスによって加圧
された後の前記電池冷却水に対して行われることを特徴
とする燃料電池発電システムにおける排熱回収方法。
7. A cooling process for absorbing heat generated from the fuel cell main body into the battery cooling water, a pressurizing process for pressurizing the battery cooling water to circulate the battery cooling water, and using the exhaust heat from the battery cooling water as a heat medium. Heat exchange process for recovery;
In the exhaust heat recovery method in a fuel cell power generation system including the above, the cooling process and the heat exchange process are performed without flow of the battery cooling water and the heat medium, and the heat exchange process is performed by the pressurizing process. An exhaust heat recovery method for a fuel cell power generation system, wherein the method is performed on the pressurized cell cooling water.
【請求項8】 改質器のバーナ燃焼排ガスの排熱を、前
記熱交換プロセスにおける電池冷却水から一部分岐させ
た電池冷却水に回収するための第2の熱交換プロセス
と、 二相流化した電池冷却水を水と蒸気とに分離し、分離さ
れた水を前記熱交換プロセスに提供する気水分離プロセ
スと、を含み、 前記第2の熱交換プロセスで排熱を回収した前記電池冷
却水を前記気水分離プロセスに投入することを特徴とす
る請求項7記載の燃料電池発電システムにおける排熱回
収方法。
8. A second heat exchange process for recovering exhaust heat of the burner combustion exhaust gas of the reformer into battery cooling water partially branched from the battery cooling water in the heat exchange process; A water-water separation process of separating the separated battery cooling water into water and steam, and providing the separated water to the heat exchange process. The battery cooling device recovers exhaust heat in the second heat exchange process. The exhaust heat recovery method for a fuel cell power generation system according to claim 7, wherein water is supplied to the steam-water separation process.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002172391A (en) * 2000-12-06 2002-06-18 Japan Organo Co Ltd Ion exchange system
CN113437332A (en) * 2021-07-16 2021-09-24 全球能源互联网研究院有限公司 Novel fuel cell heat recovery system

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