JPH10334937A - 燃料電池発電プラント及びその運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排熱を汚泥処理に活用することにより、全体
としてエネルギー利用効率を高めた燃料電池発電プラン
トを提供する。 【解決手段】 汚泥の中の有機物を微生物により嫌気性
消化する消化タンク２を、脱硫塔３、ガスホルダー４、
前処理装置５を介して燃料電池プラント１の燃料供給経
路に接続する。消化タンク２内に熱交換部８を設け、こ
の熱交換部８の入口側に、燃料電池プラント１の２次冷
却水の出口配管を接続する。熱交換部８の出口側を、温
度調節弁７を介して冷却塔６の入口側に接続する。冷却
塔６の出口側を燃料電池プラント１に接続する。熱交換
部８と冷却塔６とを接続する流路に２次冷却水が合流可
能となるように、温度調節弁７に２次冷却水の流路から
のバイパスを接続する。消化タンク２に温度調整器７ｂ
を設け、温度調整弁７ａに接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料ガスと酸化剤
ガスとを供給することによって発電を行う燃料電池発電
プラントに係り、特に、汚泥中の有機物を微生物により
嫌気性消化することによって発生する消化ガスを燃料ガ
スとして利用可能な燃料電池発電プラント及びその運転
制御方法に関する。

【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、発電自体にも高い効
率が期待できるばかりでなく、発電に伴って発生する熱
を利用することにより、総合エネルギー効率を高めるこ
とができ、さらに、環境調和にも優れているという特徴
がある。そして、近年では、このような燃料電池の特性
を生かして、下水処理場での汚泥処理施設と組み合わせ
ることにより、さらにエネルギー効率を高めた発電プラ
ントが開発されている。

【０００３】このような燃料電池発電プラントの一例
を、図７に従って以下に説明する。すなわち、燃料電池
を備えた燃料電池プラント１内には、その燃料供給経路
に燃料ガスを改質して水素リッチガスに変換する改質器
（図示せず）が設けられている。燃料電池プラント１内
の燃料電池には、２次冷却水によって持ち出された排熱
を放散する冷却塔６が接続されている。

【０００４】そして、燃料電池プラント１の燃料供給経
路には、汚泥の中の有機物を微生物により嫌気性消化す
る消化タンク２が、脱硫塔３、ガスホルダー４及び前処
理装置５を介して接続されている。消化タンク２におい
て嫌気性消化を行う微生物は、加温された状態で効率よ
く活動するため、消化タンク２は電気ヒータ１６により
加温可能な構成となっている。脱硫塔３は、消化ガスか
ら硫黄化合物を除去する脱硫器等によって構成されてい
る。ガスホルダー４は、脱硫塔３からの消化ガスをスト
ックするものであり、ストックした消化ガスを、ガスエ
ンジン等のコージェネプラントにも送出可能に設けられ
ている。前処理装置５は脱硫器や活性炭等によって構成
されている。

【０００５】以上のような従来の燃料電池発電プラント
の一例の作用は以下の通りである。すなわち、まず、消
化タンク２内では電気ヒータ１６によって微生物がその
活動に適した温度、例えば４０°程度に加温され、この
微生物によって汚泥の中の有機物が嫌気性消化されるの
で、消化ガスＡが発生する。この消化ガスＡは、例えば
約６０％のメタンと約４０％のＣＯ2 を主成分としてい
るが、硫黄化合物を多く含むため、脱硫塔３において、
この硫黄化合物が例えば数１０ｐｐｍ程度まで除去さ
れ、ガスホルダー４に一時的にストックされる。ストッ
クされた消化ガスは、燃料電池プラント１の原燃料ガス
としてはまだ硫黄化合物濃度が高いため、さらに前記処
理装置５で硫黄化合物や微量の不純物（塩化物など）が
除去された後、燃料電池プラント１に送られる。

【０００６】燃料電池プラント１においては、硫黄化合
物が除去された消化ガスをプラント内部の改質器によっ
て改質して水素リッチガスに変換する。そして、空気中
の酸素等の酸化剤ガスと化学反応させて電気を出力す
る。また、化学反応で発生した熱は２次冷却水によって
プラント外部に持ち出され、冷却塔６で熱放散される。
なお、ガスホルダー４にストックされた消化ガスＡは、
ガスエンジン等のコージェネプラントにも送られて利用
される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように汚泥処理施設と組み合わせて構成された燃料電池
発電プラントにおいては、以下に述べるような解決すべ
き課題があった。すなわち、消化タンク２内は微生物の
活動に適した温度にするために、電気ヒータ１６によっ
て加温しているが、このような加温方法をとると、例え
ば３０数％の効率で作られた電気エネルギーを再び熱に
変換することになるのでエネルギー効率が低下し、省エ
ネルギーの観点からも、経済性の観点からも好ましくな
い。

【０００８】また、汚泥処理施設が処理すべき汚泥量
は、季節、月間、週間の中で変動するとともに、消化タ
ンク２内で嫌気性消化する微生物は、ある所定の温度で
活動が活発になり、その温度より低下すると活動が鈍化
する。このため、一定の容量の電気ヒータ１６では、汚
泥の流入量が多いときは汚泥を処理しきれず、汚泥の流
入量が少ないときは余分な電気エネルギーを使用すると
いうことになり、汚泥の処理量に応じて効率的な処理を
行い、安定した消化ガス供給を確保することが必ずしも
容易でない。

【０００９】一方、燃料電池プラント１内で発生する熱
は、２次冷却水を介して外部に取り出されるが、この排
熱のうち６０℃程度の温水は熱量として多くても、温度
が低いことから用途が限られている。このため、この排
熱は通常は冷却塔６において大気中に放散されてしま
い、効率的な熱利用がし難いという課題があった。

【００１０】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、
燃料電池の排熱を汚泥処理に活用することにより、全体
としてエネルギー利用効率を高めた燃料電池発電プラン
ト及びその運転制御方法を提供することである。

【００１１】また、本発明は、燃料電池の排熱を汚泥処
理の制御に活用することにより、汚泥の処理量に応じて
効率的よく汚泥処理ができ、安定した消化ガス供給を確
保できる燃料電池発電プラント及びその運転制御方法を
提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを化学反応させ
て電気を出力する燃料電池と、汚泥中の有機物を微生物
により嫌気性消化する消化タンクとを有し、汚泥を処理
したときに発生する消化ガスが発電用燃料として利用可
能となるように、前記燃料電池への燃料供給経路に前記
消化タンクが接続された燃料発電プラントにおいて、以
下のような技術的特徴を有する。

【００１３】すなわち、請求項１記載の発明は、前記消
化タンクに、前記燃料電池から発生する排熱によって前
記消化タンク内を加温する加温手段が設けられ、前記加
温手段による加温量を調節することによって、前記消化
タンクにおける消化ガスの発生量を制御する調節手段を
有することを特徴とする。

【００１４】また、請求項７記載の発明は、請求項１記
載の発明を方法の観点から捉えたものであり、消化タン
ク内において汚泥中の有機物を微生物により嫌気性消化
し、前記消化タンク内に発生した消化ガスを燃料電池の
燃料とする燃料電池発電プラントの運転制御方法におい
て、前記燃料電池から発生する排熱によって前記消化タ
ンクを加温し、前記加温量を調節することによって、前
記消化タンクからの前記消化ガスの発生量を制御するこ
とを特徴とする。

【００１５】以上のような請求項１記載の燃料電池発電
プラント及び請求項７記載の燃料電池発電プラントの運
転制御方法では、燃料電池の発電により発生した比較的
低温の排熱を、燃料となる消化ガスを発生する消化タン
クの加温手段に用いることにより、排熱を有効に利用す
ることができるとともに、調節手段により消化タンク中
の微生物の活動を制御して、消化ガスの発生量を適切な
ものとすることが可能となる。

【００１６】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、前記燃料電池の温排水と
熱利用媒体とを熱交換する熱交換器を備え、前記熱利用
媒体によって前記消化タンク内が加温可能となるよう
に、前記熱交換器と前記加温手段との間に、前記熱利用
媒体の循環経路が設けられていることを特徴とする。

【００１７】以上のような請求項２記載の発明では、熱
交換器において燃料電池の温排水と熱利用媒体とを熱交
換するので、消化タンク内の加温に適した温度を得やす
く、燃料電池からの排熱が比較的高い温度の場合であっ
ても、排熱を有効に安定的に利用することができ、全体
としてエネルギー利用効率を高めることができる。

【００１８】請求項３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、前記燃料電池からの温排
水の排熱を蓄熱し、熱利用媒体と熱交換する蓄熱槽を備
え、前記熱利用媒体によって、前記消化タンク内が加温
可能となるように、前記蓄熱槽と前記加温手段との間
に、前記熱利用媒体の循環経路が設けられていることを
特徴とする。

【００１９】以上のような請求項３記載の発明では、燃
料電池からの温排水の排熱をいったん蓄熱槽に貯めるた
め、熱バッファ（緩衝）を有することになり、汚泥処理
量と発電出力とのピーク時間のズレが調節できる。従っ
て、燃料電池の排熱をより有効に安定的に利用すること
ができ、全体としてエネルギー利用効率を高めることが
できる。

【００２０】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に記載の燃料電池発電プラントにおいて、前
記消化タンク内の汚泥量を検出する汚泥量検出手段と、
前記消化タンク内の温度を検出する温度検出手段とを有
し、前記汚泥量検出手段によって検出された汚泥量及び
前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて、
前記調節手段を制御する制御手段とを有することを特徴
とする。

【００２１】以上のような請求項４記載の発明では、汚
泥量検出手段によって検出される処理すべき汚泥量が多
いときは、温度検出手段によって検出される消化タンク
内温度を上げるように、制御手段が調節手段を制御す
る。また、汚泥量検出手段によって検出される処理すべ
き汚泥量が少ないときは、温度検出手段によって検出さ
れる消化タンク内温度を下げるように、制御手段が調節
手段を制御する。従って、汚泥量に応じてより効率的に
汚泥処理をすることができる。

【００２２】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の燃料電池発電プラントにおいて、前
記加温手段は、前記消化タンク内部に設けられたチュー
ブ型又はプレートコイル型の熱交換器であることを特徴
とする。以上のような請求項５記載の発明では、消化タ
ンク内部の熱交換器がチューブ型又はプレートコイル型
なので、粘性が水等に比べて高く固体等も含む汚泥が、
通常のプレート型の熱交換器のように内部に詰まるとい
うことがなく、効率よく熱交換することができる。

【００２３】請求項６記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の燃料電池発電プラントにおいて、前
記加温手段は、前記消化タンク表面に設けられたチュー
ブ型又はプレートコイル型の熱交換器であることを特徴
とする。以上のような請求項６記載の発明では、消化タ
ンクにおける熱交換器が汚泥とは直接に接しないため、
汚泥により汚れることがなく、メンテナンスを簡単にす
ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の一つの実施の形態を、図
面を参照して以下に説明する。なお、図７に示す従来技
術と同様の部材は同一の符号を付し、説明は省略する。

【００２５】（１）第１の実施の形態 請求項１記載の発明に対応する一つの実施の形態を、第
１の実施の形態として図１を参照して以下に説明する。
なお、図１は本実施の形態の燃料電池発電プラントのシ
ステム構成図である。

【００２６】（構成）まず、本実施の形態の構成を説明
する。すなわち、消化タンク２は、脱硫塔３、ガスホル
ダー４及び前処理装置５を介して、燃料電池プラント１
に接続されている。消化タンク２内には熱交換部８が設
けられ、この熱交換部８の入口側には、燃料電池プラン
ト１の２次冷却水Ｂの出口配管が接続されている。そし
て、熱交換部８の出口側は、温度調節弁７ａを介して、
冷却塔６の入口側に接続されている。この冷却塔６の出
口側は燃料電池プラント１に接続されている。

【００２７】また、熱交換部８と冷却塔６とを接続する
流路における温度調節弁７ａには、２次冷却水Ｂが合流
可能となるように、燃料電池プラント１と熱交換部８と
を接続する流路からのバイパスが接続されている。さら
に、消化タンク２には温度調整器（サーモスタット）７
ｂが設けられ、この温度調整器７ｂは温度調整弁７ａに
接続されている。温度調整器７ｂは、消化タンク２内の
温度を検出して、汚泥処理に適した温度と実際に検出さ
れた温度との偏差によって温度調整弁７ａに開閉信号を
発するものである。

【００２８】（作用）以上のような構成を有する本実施
の形態の作用を以下に説明する。すなわち、燃料電池プ
ラント１の排熱は、２次冷却水Ｂによって燃料電池発電
プラント１の外へ持ち出されるが、その温度は通常６０
℃程度である。この２次冷却水Ｂは、消化タンク２内の
熱交換部８に供給され、消化タンク２内の汚泥と熱交換
されるので、汚泥が加温されて嫌気性消化による消化ガ
スＡの発生が継続して行われる。この消化ガスＡは、上
記従来技術と同様に、脱硫塔３、ガスホルダー４及び前
処理装置５を介して燃料電池プラント１に供給され、燃
料として用いられる。

【００２９】このとき、消化タンク２内の温度は、温度
調整器７ｂによって検出され、この検出温度と微生物の
活動に適した温度（例えば４０℃程度）との偏差に従っ
て温度調整弁７ａに開閉信号が出される。温度調整弁７
ａは開閉信号に応じて、消化タンク２内の温度を４０℃
程度に保つように、弁を開閉して冷却水量を制御する。
さらに、消化タンク２の熱交換部８にて除熱された２次
冷却水は冷却塔６に供給され、この冷却塔６において消
化タンク２の加温で除去しきれなかった余剰の熱が放散
されて、燃料電池プラント１に戻される。

【００３０】（効果）以上のような本実施の形態の効果
は以下の通りである。すなわち、燃料電池プラント１か
らの比較的低い温度の排熱を用いて、消化タンク２内の
温度を加熱することができるので、排熱を有効に活用で
き、全体としてのエネルギー効率を高めることができ
る。

【００３１】また、温度調整弁７ａ及び温度調整器７ｂ
によって温度を制御することにより、消化タンク２内の
温度を微生物の活動に適した温度に保つことが可能とな
るので、汚泥の処理量の変化にかかわらす、常に汚泥を
効率よく処理することができると共に、安定した消化ガ
ス供給を確保することができる。

【００３２】また、燃料電池発電プラント１の排熱が多
く消化タンク２内への加温で除去しきれなかった熱は、
冷却塔６において放散できるので、消化タンク２内を適
切に加温しながら、燃料電池プラント１へ外乱を与える
ことを防止できる。従って、冷却能力の低下による燃料
電池及び他の機器の劣化がなく、装置寿命が増す。

【００３３】さらに、消化タンク２を電気ヒータで加温
する必要がなくなるため、電気エネルギーを節約するこ
とができ、汚泥処理施設と燃料電池プラントとを組み合
わせたシステム全体としての発電効率を一層向上させる
ことができる。

【００３４】（２）第２の実施の形態 請求項２記載の発明に対応する一つの実施の形態を、第
２の実施の形態として図２を参照して以下に説明する。
なお、図２は本実施の形態の燃料電池発電プラントのシ
ステム構成図である。

【００３５】（構成）まず、本実施の形態の構成を説明
する。すなわち、消化タンク２は、脱硫塔３、ガスホル
ダー４及び前処理装置５を介して、燃料電池プラント１
に接続されている。消化タンク２内には熱交換部８が設
けられ、その出口側は循環ポンプ１０及び温度調節弁７
を介して熱交換器９の一方の入口側に接続されている。
この熱交換器９の一方の出口側は、消化タンク２の熱交
換部８の入口側に接続されている。また、温度調節弁７
から分岐した配管は、バイパスとなるように、熱交換器
９の一方の出口側と熱交換部８の入口側との間の流路に
接続されている。このように熱交換器９と熱交換部８と
を接続する流路には、例えば水等の熱利用媒体Ｃが循環
ポンプ１０により循環可能に設けられている。

【００３６】そして、燃料電池プラント１の２次冷却水
Ｂの出口配管は、熱交換器９の他方の入口側に接続さ
れ、熱交換器９の他方の出口側は、冷却塔６を介して燃
料電池発電プラント１に接続されている。さらに、上記
の第１の実施の形態と同様に、消化タンク２には温度調
整器（サーモスタット）７ｂが設けられ、この温度調整
器７ｂは温度調整弁７ａに接続されている。

【００３７】（作用）以上のような構成を有する本実施
の形態の作用を以下に説明する。すなわち、燃料電池プ
ラント１の排熱は、２次冷却水Ｂによって燃料電池プラ
ント１の外へ持ち出され、熱交換器９において熱利用媒
体Ｃを加熱する。加熱された熱利用媒体Ｃは、消化タン
ク２内の熱交換部８に供給され、消化タンク２内の汚泥
と熱交換されるので、汚泥が加温されて嫌気性消化によ
る消化ガスＡの発生が継続して行われる。この消化ガス
Ａは、上記従来技術と同様に、脱硫塔３、ガスホルダー
４及び前処理装置５を介して燃料電池プラント１に供給
され、燃料として用いられる。なお、熱交換部８におい
て熱交換された熱利用媒体Ｃは、循環ポンプ１０によっ
て熱交換器９に戻される。

【００３８】このとき、消化タンク２内の温度は、温度
調整器７ｂによって検出され、この検出温度と微生物の
活動に適した温度（例えば４０℃程度）との偏差に従っ
て温度調整弁７ａに開閉信号が出される。温度調整弁７
ａは開閉信号に応じて、消化タンク２内の温度を４０℃
程度に保つように、弁を開閉して冷却水量を制御する。
さらに、熱交換器９において除熱された２次冷却水は冷
却塔６に供給され、除熱しきれなかった余剰の熱が放散
されて、燃料電池プラント１に戻される。

【００３９】（効果）以上のような本実施の形態の効果
は以下の通りである。すなわち、燃料電池発電プラント
１からの排熱を、熱交換器９を介して２次冷却水Ｂとは
別の熱利用媒体Ｃに供給し、その熱利用媒体Ｃを用いて
消化タンク２内を微生物の活動に適した一定の温度に保
つことができる。このため、燃料電池プラント１からの
排熱の供給温度が比較的高い場合、例えば１００℃以上
の場合にも、かかる排熱がそのまま消化タンク２の熱交
換部８に流入して、微生物にダメージを与えるような事
態を回避できるので、排熱を有効にかつ安定的に活用す
ることができ、全体としてエネルギー効率を高めること
ができる。

【００４０】（３）第３の実施の形態 請求項３記載の発明に対応する一つの実施の形態を、第
３の実施の形態として図３を参照して以下に説明する。
なお、図３は本実施の形態の燃料電池発電プラントのシ
ステム構成図である。

【００４１】（構成）まず、本実施の形態の構成を説明
する。すなわち、消化タンク２は、脱硫塔３、ガスホル
ダー４及び前処理装置５を介して、燃料電池プラント１
に接続されている。消化タンク２内には熱交換部８が設
けられ、その出口側は蓄熱槽１１の流入側に接続されて
いる。この蓄熱槽１１内部には、例えば水等の熱利用媒
体Ｃが蓄えられている。この蓄熱槽１１からの熱利用媒
体Ｃの排出側は、循環ポンプ１０を介して熱交換部８の
入口側に接続されているので、熱利用媒体Ｃは、循環ポ
ンプ１０により蓄熱槽１１と熱交換部８との間で循環可
能に設けられている。

【００４２】また、燃料電池プラント１の２次冷却水Ｂ
の出口配管は、蓄熱槽１１における熱交換部１１ａの入
口側に接続され、熱交換部１１ａの出口側は、冷却塔６
の入口側に接続されている。さらに、冷却塔６の出口側
は燃料電池発電プラント１に接続されている。

【００４３】（作用）以上のような構成を有する本実施
の形態の作用を以下に説明する。すなわち、燃料電池プ
ラント１の排熱は、２次冷却水Ｂによって燃料電池プラ
ント１の外へ持ち出され、蓄熱槽１１内部における熱利
用媒体Ｃを加熱することにより蓄えられる。燃料電池プ
ラント１の排熱が蓄えられた熱利用媒体Ｃは、循環ポン
プ１０によって送り出されて消化タンク２内の熱交換部
８に供給され、消化タンク２内の汚泥と熱交換されるの
で、汚泥が加温されて嫌気性消化による消化ガスＡの発
生が継続して行われる。この消化ガスＡは、上記従来技
術と同様に、脱硫塔３、ガスホルダー４及び前処理装置
５を介して燃料電池プラント１に供給され、燃料として
用いられる。なお、熱交換部８において熱交換された熱
利用媒体Ｃは、蓄熱槽１１に戻される。

【００４４】そして、消化タンク２で必要とする加温熱
量と燃料電池発電プラント１からの排熱量が時間的に一
致しない場合であっても、蓄熱槽１１が熱バッファ（緩
衝）となるため、燃料電池プラント１の排熱と消化タン
ク２の加温のピーク時間のズレが調節され、消化タンク
２内の温度が微生物の活動に適した温度に保たれる。さ
らに、蓄熱槽１１において除熱された２次冷却水は冷却
塔６に供給され、除熱しきれなかった余剰の熱が放散さ
れて、燃料電池プラント１に戻される。

【００４５】（効果）以上のような本実施の形態の効果
は以下の通りである。すなわち、燃料電池発電プラント
１からの排熱のピーク時間と消化タンクの加温のピーク
時間がずれている場合でも、排熱を有効に安定的に活用
することができるので、全体としてエネルギー利用効率
を高めることができる。

【００４６】（４）第４の実施の形態 請求項４記載の発明に対応する一つの実施の形態を、第
４の実施の形態として図４に従って以下に説明する。な
お、図４は本実施の形態における消化タンクの温度の制
御フロー図であり、図中のグラフは、予め設定された汚
泥処理量と消化タンク内の温度の関数を示し、Δは差を
とること、ＰＩは制御方式（比例＋積分制御）を示す。

【００４７】（構成）まず、本実施の形態の構成を説明
する。すなわち、本実施の形態は、上記第１の実施の形
態、第２の実施の形態又は第３の実施の形態における消
化タンク２に、汚泥の流入量を検出する汚泥量検出部２
ａと消化タンク２内の温度を検出する温度検出部２ｂが
設けられ、これらの汚泥量検出部２ａ及び温度検出部２
ｂは制御装置２０に接続されている。そして、第１又は
第２の実施の形態の構成においては、制御装置２０は温
度調節弁７に接続され、温度調節弁７の開度を消化タン
ク２内への汚泥の流入量と消化タンク２内の温度に基づ
いて制御可能となるように構成されている。

【００４８】なお、第３の実施の形態の構成の本実施の
形態を適用する場合においては、制御装置２０は蓄熱槽
１１の温度を調節する外部の調節手段に接続され、この
調節手段を消化タンク２内への汚泥の流入量と消化タン
ク２内の温度に基づいて制御可能となるように構成され
ている。

【００４９】（作用）以上のような構成を有する本実施
の形態における制御装置による制御は、以下のように行
われる。すなわち、消化タンク２内への汚泥の流入量及
び消化タンク２内の温度の実測値が、それぞれ汚泥量検
出部２ａ及び温度検出部２ｂにおいて検出され、信号が
制御装置２０に送られる。制御装置２０においては、汚
泥の流入量すなわち消化タンク２で処理すべき量に適し
た消化タンク２内の温度を、予め設定された関数から算
出し、さらに、算出された温度と現在の消化タンク２内
の温度との差から温度調節弁７の開度を算出して、その
信号を温度調節弁７又は蓄熱槽１１の温度調節手段に送
る。

【００５０】この結果、処理すべき汚泥量が増加したと
きは、これに応じて消化タンク２内の温度が上がるよう
に制御され、処理すべき汚泥量が減少したときは、これ
に応じて消化タンク２内の温度が下がるように制御され
るので、消化タンク２内は汚泥の処理量に適した温度に
調整される。

【００５１】（効果）以上のような本実施の形態の効果
は以下の通りである。すなわち、消化タンク２内の温度
を汚泥の処理量に対応して自動的に調整するので、消化
タンク２内への汚泥の流入量が変化しても、汚泥処理を
その量に合わせてより効率的に行うことができる。従っ
て、汚泥量の変化にかかわらず、消化タンク２内を常に
微生物の活動に適した温度に保ち、消化ガスを安定的に
供給することができる。

【００５２】（５）第５の実施の形態 請求項５記載の発明に対応する一つの実施の形態を、第
５の実施の形態として、図５に従って以下に説明する。
なお、図５は本実施の形態における消化タンク２の構成
図である。

【００５３】（構成）まず、本実施の形態の構成を説明
する。なお、本実施の形態は、消化タンク２の構成に特
徴を有し、その他の構成は、上記第１〜４のいずれかの
実施の形態と同様である。すなわち、本実施の形態にお
ける消化タンク２内には、チューブ型熱交換器１２が設
けられている。このチューブ型熱交換器１２は、消化タ
ンク２内の下部における汚泥が流入し、堆積する位置に
設けられている。

【００５４】（作用）以上のような構成を有する本実施
の形態の作用を以下に説明する。すなわち、消化タンク
２内のチューブ型熱交換器１２に、燃料電池プラント１
の排熱により加熱された熱利用媒体（例えば水等）が供
給され、消化タンク２内の汚泥層と熱交換されるので、
汚泥が加温されて嫌気性消化による消化ガスの発生、供
給が行われる。このチューブ型熱交換器１２は、消化タ
ンク２内の下部に設置されているので、汚泥の温度差に
よる自然循環により消化タンク２内が均一に加温され
る。

【００５５】（効果）以上のような本実施の形態の効果
は以下の通りである。すなわち、通常の汚泥は、固体な
どを含むために水等と比べて粘性が高く、細い隙間等に
入ると詰まったり固体となって堆積したりする。このた
め、例えば、消化タンク２内にプレート式熱交換器等を
設置した場合には、汚泥がプレート内部に詰まって熱交
換効率が低下したり、不純物が固着して熱交換器の構成
材料を腐食したりする。

【００５６】これに対して、本実施の形態においては、
プレート式に比べてチューブ間の隙間が大きいチューブ
型熱交換器１２を用いているので、汚泥の詰まりや固着
が生じにくく、熱交換効率を損なうことなく運転を継続
することができる。また、熱交換器１２の洗浄回数を減
らすことができるので、メンテナンスコストを低減でき
る。

【００５７】（６）第６の実施の形態 請求項６記載の発明に対応する一つの実施の形態を、第
６の実施の形態として図６を参照して以下に説明する。
なお、図６は、本実施の形態における消化タンク２を示
す側面図である。

【００５８】（構成）まず、本実施の形態の構成を説明
する。なお、本実施の形態は、消化タンク２の構成に特
徴を有し、その他の構成は上記第１〜４のいずれかの実
施の形態と同様である。すなわち、本実施の形態におけ
る消化タンク２の表面（外側面）には、プレートコイル
型熱交換器１３が設けられている。このプレートコイル
型熱交換器１３には、それぞれ入口ヘッダー１４及び出
口ヘッダー１５が備えられ、例えば水等の熱利用媒体が
流入、排出可能に設けられている。

【００５９】（作用）以上のような本実施の形態の作用
を以下に説明する。すなわち、消化タンク２表面の熱交
換器１３の入口ヘッダー１４に、燃料電池プラント１の
排熱によって加熱された熱利用媒体が供給され、消化タ
ンク２内の汚泥層と熱交換されるので、汚泥が加温され
て嫌気性消化による消化ガスの発生、供給が行われる。
熱交換によって冷やされた熱利用媒体は、出口ヘッダー
１５に集められてプレートコイル型熱交換器１３の外部
へ出ていく。この消化タンク２の内部では、汚泥の温度
差による自然循環により温度が均一化される。

【００６０】（効果）以上のような本実施の形態の効果
は以下の通りである。すなわち、本実施の形態において
は、プレートコイル型熱交換器１３と汚泥とが直接に接
していないため、プレートコイル型熱交換器１３の伝熱
部が汚泥によって詰まったりすることが全くない。従っ
て、熱交換効率を損なうことなく運転を継続することが
できる。また、プレートコイル型熱交換器１３の洗浄の
必要性が殆どなく、メンテナンスコストを大幅に低減で
きる。

【００６１】（７）他の実施の形態 本発明は以上のような実施の形態に限定されるものでは
なく、各部材の構成等は適宜変更可能である。例えば、
上記の各実施の形態において、汚泥の加温をするための
熱交換部８を消化タンク２の上流側に設ける場合におい
ても、上記実施の形態と同様の作用効果を得ることがで
きる。また、第２の実施の形態における循環ポンプ１０
は、熱交換器９の出口側と熱交換部８の入口側とを接続
する流路において、温度調節弁７から分岐した配管と合
流した後の下流の位置に設けてもよい。

【００６２】また、第４の実施の形態において、汚泥の
処理量の変化が経験的に分かっている場合には、消化タ
ンク２の温度を季節、月間、週間等で予め設定してお
き、その温度に制御することも可能である。この方法に
よる場合には、汚泥の流入量を検出する手段を設けるこ
となく、第４の実施の形態と同様の作用効果を得ること
ができる。

【００６３】そして、第５の実施の形態においては、熱
交換器のタイプをチューブ型ではなくプレートコイル型
にし、プレートコイル内に熱利用媒体を供給する方法も
ある。かかる場合には、各プレートコイルの間隔をある
程度広くすることにより汚泥の詰まりを防ぐことが可能
である。

【００６４】さらに、第５又は第６の実施の形態におけ
る消化タンク２は、第１〜４のいずれの実施の形態とも
組み合わせ可能であり、このような組み合わせにより、
第５又は第６の実施の形態と同様の作用効果が得られる
とともに、第１〜４の実施の形態のいずれかと同様の作
用効果を得ることが可能となる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料電池の排熱を汚泥処理に活用することにより、全体
としてエネルギー利用効率を高めた燃料電池発電プラン
ト及びその運転制御方法を提供することができる。

【００６６】また、本発明によれば、燃料電池の排熱を
汚泥処理の制御に活用することにより、汚泥の処理量に
応じて効率的よく汚泥処理ができ、安定した消化ガス供
給を確保できる燃料電池発電プラント及びその運転制御
方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による燃料電池発電
プラントを示すシステム構成図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態による燃料電池発電
プラントを示すシステム構成図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態による燃料電池発電
プラントを示すシステム構成図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態における消化タンク
の温度の制御手段と制御フローを示す説明図である。

【図５】本発明の第５の実施の形態における消化タンク
の構成図である。

【図６】本発明の第６の実施の形態における消化タンク
の側面図である。

【図７】汚泥処理施設を備えた燃料電池発電プラントの
一例を示すシステム構成図である。

【符号の説明】

１…燃料電池プラント ２…消化タンク ２ａ…汚泥量検出部 ２ｂ…温度検出部 ３…脱硫塔 ４…ガスホルダー ６…冷却塔 ７ａ…温度調節弁 ７ｂ…温度調整器 ８…熱交換部 ９，１１ａ…熱交換器 １０…循環ポンプ １１…蓄熱槽 １２…チューブ型熱交換器 １３…プレートコイル型熱交換器 １４…入口ヘッダー １５…出口ヘッダー １６…電気ヒータ ２０…制御装置 Ａ…消化ガス Ｂ…２次冷却水 Ｃ…熱利用媒体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガスと酸化剤ガスとを化学反応させ
   て電気を出力する燃料電池と、汚泥中の有機物を微生物
   により嫌気性消化する消化タンクとを有し、汚泥を処理
   したときに発生する消化ガスが発電用燃料として利用可
   能となるように、前記燃料電池への燃料供給経路に前記
   消化タンクが接続された燃料電池発電プラントにおい
   て、 前記消化タンクに、前記燃料電池から発生する排熱によ
   って前記消化タンク内を加温する加温手段が設けられ、 前記加温手段による加温量を調節することによって、前
   記消化タンクにおける消化ガスの発生量を制御する調節
   手段を有することを特徴とする燃料電池発電プラント。
2. 【請求項２】 前記燃料電池の温排水と熱利用媒体とを
   熱交換する熱交換器を備え、 前記熱利用媒体によって前記消化タンク内が加温可能と
   なるように、前記熱交換器と前記加温手段との間に、前
   記熱利用媒体の循環経路が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】 前記燃料電池からの温排水の排熱を蓄熱
   し、熱利用媒体と熱交換する蓄熱槽を備え、 前記熱利用媒体によって、前記消化タンク内が加温可能
   となるように、前記蓄熱槽と前記加温手段との間に、前
   記熱利用媒体の循環経路が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。
4. 【請求項４】 前記消化タンク内の汚泥量を検出する汚
   泥量検出手段と、 前記消化タンク内の温度を検出する温度検出手段とを有
   し、 前記汚泥量検出手段によって検出された汚泥量及び前記
   温度検出手段によって検出された温度に基づいて、前記
   調節手段を制御する制御手段とを有することを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池発電プ
   ラント。
5. 【請求項５】 前記加温手段は、前記消化タンク内部に
   設けられたチューブ型又はプレートコイル型の熱交換器
   であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に
   記載の燃料電池発電プラント。
6. 【請求項６】 前記加温手段は、前記消化タンク表面に
   設けられたチューブ型又はプレートコイル型の熱交換器
   であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に
   記載の燃料電池発電プラント。
7. 【請求項７】 消化タンク内において汚泥中の有機物を
   微生物により嫌気性消化し、前記消化タンク内に発生し
   た消化ガスを燃料電池の燃料とする燃料電池発電プラン
   トの運転制御方法において、 前記燃料電池から発生する排熱によって前記消化タンク
   を加温し、 前記加温量を調節することによって、前記消化タンクか
   らの前記消化ガスの発生量を制御することを特徴とする
   燃料電池発電プラントの運転制御方法。