JPH1083823A

JPH1083823A - 燃料電池発電プラント

Info

Publication number: JPH1083823A
Application number: JP8255294A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Funatsu; 徹也船津
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 1998-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】高効率でコジェネレーションプラントとして
の性能の高い燃料電池発電プラントを提供することであ
る。【解決手段】燃料電池発電プラントの起動時や発電運
転時に、外部熱源１７からの熱を電池冷却システムの排
冷却水に取り入れ、この取り入れる熱量を取込熱量制御
手段１９で調整することにより電気ヒータ等の補機を使
用することなく冷却水の温度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電プラ
ントに係り、特に改良された電池冷却システムを有する
燃料電池発電プラントに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、燃料電池発電プラントは、電池
外部から燃料と酸化剤とを連続的に供給し、その燃料の
酸化によって生ずる化学エネルギを直接電気エネルギに
変換させるものである。

【０００３】図９に、燃料電池発電プラントの構成図を
示す。燃料電池本体１は化学反応により電流を発生させ
るものであり、燃料電池本体１には冷却用の電池冷却管
２が備えられている。燃料電池本体１は、図示しない燃
料極と酸化剤極とを備え、燃料極にはメタンガスやメチ
ルアルコール等から生成された水素等の燃料が燃料入口
管３を通じて供給され、酸化剤極には酸化剤入口管４を
通じて酸素や空気等の酸化剤が供給される。燃料と酸化
剤とは燃料電池本体１の中で反応した後、それそれ排燃
料と排酸化剤となり、排燃料は燃料出口管５を通じて排
出され、排酸化剤は酸化剤出口管６を通じて排出され
る。

【０００４】また、電池冷却管２には、冷却水循環ポン
プ７により気水分離器８から冷却水入口配管９を通じて
冷却水が供給される。燃料電池本体１からの排冷却水は
冷却水出口配管１０を通じて気水分離器８に送られる。
気水分離器８で分離された蒸気は燃料電池プラントの燃
料改質系１１へ送られ、一方、分離された水は冷却水循
環ポンプ７にて再度冷却水として燃料電池本体１に戻さ
れる。気水分離器８には給水ポンプ１２を介して気水分
離器８の冷却水レベルを維持するために冷却水供給源１
３より冷却水が供給される。

【０００５】また、冷却水出口配管１０上に電気ヒータ
１４を設置して熱を供給し、気水分離器８内の冷却水の
温度を維持するようにしている。すなわち、気水分離器
８内の冷却水温度を温度検出器１５で検出し、制御器１
６にて気水分離器８内の冷却水温度が所定範囲になるよ
うに制御している。これは、冷却水を昇温する場合や低
負荷にて発電運転を行う場合に、冷却水への熱供給が必
要となるからである。例えば、制御器１６では気水分離
器８の設定温度と温度検出器１５の検出信号との偏差に
基づいたＰＩ制御により電気ヒータ１４の出力を調整す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気ヒ
ータ１４を設置した場合、燃料電池発電プラント起動時
の消費電力の増加や低負荷発電運転時のＡＣ送電端効率
の低下、さらには、燃料電池発電プラントの排エネルギ
ーを利用して冷暖房を行うコジェネレーションプラント
としての性能の低下をもたらすという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、高効率でコジェネレーシ
ョンプラントとしての性能の高い燃料電池発電プラント
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、燃料
電池本体を冷却し終えた排冷却水を気水分離器に導き、
分離した蒸気を燃料改質系に供給すると共に、気水分離
器から冷却水を燃料電池本体に供給するようにした電池
冷却水システムを有する燃料電池発電プラントであっ
て、外部熱源からの熱を排冷却水に取り込むための熱交
換器と、排冷却水に取り込む熱量を調整するための取込
熱量制御手段とを備えたものである。

【０００９】請求項１の発明では、燃料電池発電プラン
トの起動時や発電運転時に、外部熱源からの熱を電池冷
却システムの排冷却水に取り入れ、この取り入れる熱量
を調整することにより電気ヒータ等の補機を使用するこ
となく冷却水の温度を制御する。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、外部熱源は、ガスタービンの排エネルギーを使用す
るようにしたものである。

【００１１】請求項２の発明では、燃料電池発電プラン
トの起動時や発電運転時に、ガスタービンの排エネルギ
ーを電池冷却システムの排冷却水に取り入れ、この取り
入れる熱量を調整することにより電気ヒータ等の補機を
使用することなく冷却水の温度を制御する。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の発明において、取込熱量制御手段に代えて、気水分離
器内の冷却水の温度が所定範囲になるように気水分離器
内の余剰蒸気を蒸気利用設備に供給する余剰蒸気供給制
御手段を設けたものである。

【００１３】請求項３の発明では、請求項１又は請求項
２に記載の作用に加え、気水分離器からの排熱蒸気供給
量を調整することにより電気ヒータ等の補機を使用する
ことなく冷却水の温度を制御する。

【００１４】請求項４の発明は、燃料電池本体を冷却し
終えた排冷却水を気水分離器に導き、分離した蒸気を燃
料改質系に供給すると共に、凝縮した排冷却水に冷却水
供給源からの冷却水を加えて燃料電池本体に冷却水とし
て供給するようにした電池冷却水システムを有する燃料
電池発電プラントであって、外部熱源からの熱を冷却水
に取り込むための熱交換器と、冷却水に取り込む熱量を
調整するための取込熱量制御手段とを備えたものであ
る。

【００１５】請求項４の発明では、燃料電池発電プラン
トの起動時や発電運転時に、外部熱源からの熱量を燃料
電池本体入口にて電池冷却システムの冷却水に取り入
れ、さらに入口温度を制御することで電気ヒータ等の補
機を使用することなく冷却水の温度を制御する。

【００１６】請求項５の発明は、燃料電池本体を冷却し
終えた排冷却水を気水分離器に導き、分離した蒸気を燃
料改質系に供給すると共に、凝縮した排冷却水に冷却水
供給源からの冷却水を加えて燃料電池本体に冷却水とし
て供給するようにした電池冷却水システムを有する燃料
電池発電プラントであって、外部熱源からの熱を排冷却
水及び冷却水に取り込むための熱交換器と、冷却水に取
り込む熱量を調整するための取込熱量制御手段と、気水
分離器内の冷却水の温度が所定範囲になるように気水分
離器内の余剰蒸気を蒸気利用設備に供給する余剰蒸気供
給制御手段とを備えたものである。

【００１７】請求項５の発明では、燃料電池発電プラン
トの起動時や発電運転時に、外部熱源の熱量を燃料電池
本体入口にて電池冷却システムの冷却水に取り入れ、さ
らに入口温度を制御することで電気ヒータ等の補機を使
用することなく冷却水の温度を制御する。また燃料電池
本体からの排冷却水を外部熱源の熱量で再び加熱するこ
とでプラントからの余剰蒸気を増加する。

【００１８】請求項６の発明は、燃料電池本体を冷却す
るための冷却水を冷却水供給源から燃料電池に供給し、
燃料電池を冷却し終えた排冷却水を蒸気とし、その蒸気
を燃料改質系及び蒸気利用設備に供給するようにした電
池冷却水システムを有する燃料電池発電プラントであっ
て、外部熱源からの熱を排冷却水及び冷却水に取り込む
ための熱交換器と、冷却水に取り込む熱量を調整するた
めの取込熱量制御手段と、蒸気となった排冷却水を改質
系及び蒸気利用設備に供給する蒸気供給制御手段とを備
えたものである。

【００１９】請求項６の発明では、燃料電池発電プラン
トの起動時や発電運転時に、外部熱源の熱量を燃料電池
本体入口にて電池冷却システムに取り入れ、さらに入口
温度を制御することで電気ヒータ等の補機を使用するこ
となく冷却水の温度を制御する。また燃料電池本体から
の排冷却水を外部熱源の熱量で過熱蒸気とすることで気
水分離器を用いずに改質蒸気や余剰蒸気を供給する。

【００２０】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、蒸気利用設備として、蒸気タービンを用いたもので
ある。

【００２１】請求項７の発明では、請求項６の発明の作
用に加え、余剰蒸気を蒸気タービンに供給することによ
り発電出力や効率を向上させる。

【００２２】請求項８の発明は、請求項６の発明におい
て、蒸気利用設備として、吸収式冷凍機を用いたもので
ある。

【００２３】請求項８の発明では、請求項６の発明の作
用に加え、余剰蒸気を吸収式冷凍機に供給し効率を向上
させる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す構成図で
ある。この第１の実施の形態は、プラント外部の外部熱
源１７からの熱量を電池冷却システムの排冷却水に取り
込むための熱交換器１８と、取り込む熱量を調整するた
めの取込熱量制御手段１９とを備えたものである。

【００２５】図１において、燃料電池本体１は、電気化
学反応を起こして電流を発生させるものであり、この燃
料電池本体１は内部を通る電池冷却管２により冷却され
ている。また、燃料電池本体１の中で反応した燃料と酸
化剤とは、燃料出口管５及び酸化剤出口管６を経て排燃
料及び排酸化剤として排出される。

【００２６】気水分離器８から冷却水循環ポンプ７によ
り供給された冷却水は、冷却水入口配管９を経て電池冷
却管２に送られる。電池冷却管２を通った排冷却水は冷
却水出口配管１０及び熱交換器１８を経て気水分離器８
へ流入する。

【００２７】気水分離器８で分離された蒸気は燃料電池
プラントの燃料改質系１７へ送られ、一方、気水分離器
８で分離された水は冷却水循環ポンプ７にて燃料電池本
体１へ供給される。また、気水分離器８には給水ポンプ
１２を介して気水分離器８の冷却水レベルを維持するた
めに冷却水供給源１３より冷却水が供給される。

【００２８】冷却水出口配管１０上には熱交換器１８が
備えられており、プラント外部の外部熱源１７と熱交換
することができるようになっている。熱交換器１８には
プラント外部の外部熱源１７と冷却水との交換熱量を調
整するための取込熱量制御手段１９が設けられている。
この取込熱量制御手段１９は、制御弁２０及びバイパス
配管２１を有しており、温度検出器１５で検出された気
水分離器８の冷却水温度が所定範囲の温度になるよう
に、制御器１６にて制御弁２０の開度を調節しバイパス
配管２１を流れる排冷却水量を制御する。なお、この制
御弁２０とバイパス配管２１は電池冷却水側あるいは外
部熱源１７側のどちらにあってもかまわない。

【００２９】次に、この第２の実施の形態の作用につい
て説明する。燃料電池プラントの電池冷却システム運転
時には運転状態に応じて、例えば、制御器１６は気水分
離器８の冷却水設定温度と温度検出器１５の信号との偏
差に基づいたＰＩ制御により、制御弁２０の開度信号へ
と変換して気水分離器８の温度に応じた開度に開閉し、
冷却水への熱供給量を調整する。これにより気水分離器
８の冷却水温度を維持する。

【００３０】この様に、電池冷却システムへの熱量の供
給量を調整することにより、電気ヒータ１４等の補機を
使用することなく気水分離器８の温度を定められた温度
に維持することができる。

【００３１】以上述べたように、この第１の実施の形態
によれば、電池冷却システムの冷却水を外部の熱源と熱
交換させることにより、電気ヒータ１４等によるプラン
トでの電力消費を削減することができる。また、気水分
離器８の温度を検出し、その検出値に応じて熱交換器１
８のバイパス配管２１に設置した制御弁２０を開閉し、
外部熱源１７と熱交換する冷却水流量を調節することに
より、電気ヒータ１４等の補機を使用することなく気水
分離器８の温度を設定値通りに安定に保持することがで
きる。

【００３２】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
る。図２は本発明の第２の実施の形態を示す構成図であ
る。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施
の形態における外部熱源１７として、ガスタービン排エ
ネルギーを用いるようにしたものである。

【００３３】図２において、燃料電池本体１は、電気化
学反応を起こして電流を発生させるものであり、この燃
料電池本体１は内部を通る電池冷却管２により冷却され
ている。また、燃料電池本体１の中で反応した燃料と酸
化剤とは、燃料出口管５及び酸化剤出口管６を経て排燃
料及び排酸化剤として排出される。

【００３４】気水分離器８から冷却水循環ポンプ７によ
り供給された冷却水は、冷却水入口配管９を経て電池冷
却管２に送られる。電池冷却管２を通った排冷却水は冷
却水出口配管１０及び熱交換器２２を経て気水分離器８
へ流入する。

【００３５】気水分離器８で分離された蒸気は燃料電池
プラントの燃料改質系１１へ送られ、一方、気水分離器
８で分離された水は冷却水循環ポンプ７にて燃料電池本
体１に冷却水として供給される。また、気水分離器８に
は給水ポンプ１２を介して気水分離器８の冷却水レベル
を維持するために冷却水供給源１３より冷却水が供給さ
れる。

【００３６】冷却水出口配管１０上には熱交換器２２が
備えられており、ガスタービンの排エネルギーと熱交換
することができるようになっている。熱交換器２２に
は、ガスタービンの排エネルギーと排冷却水との交換熱
量を調整するための取込熱量制御手段１９が設けられて
いる。この取込熱量制御手段１９は、制御弁２０及びバ
イパス配管２１を有しており、温度検出器１５で検出さ
れた気水分離器８の冷却水温度が所定範囲の温度になる
ように、制御器１６にて制御弁２０の開度を調節しバイ
パス配管２１を流れる排冷却水量を制御する。なお、こ
の制御弁２０とバイパス配管２１は電池冷却水側あるい
は外部熱源１７側のどちらにあってもかまわない。

【００３７】次に、この第２の実施の形態の作用につい
て説明する。燃料電池発電プラントの電池冷却システム
の運転時には運転状態に応じて、例えば、制御器１６は
気水分離器８の設定温度と温度検出器１５の検出信号と
の偏差に基づいたＰＩ制御により、制御弁２０の開度信
号へと変換して気水分離器８の冷却水温度に応じた開度
に開閉し、冷却水への熱供給量を調整することにより気
水分離器８の冷却水温度を維持する。

【００３８】この様に、電池冷却システムへの熱の供給
量を調整することにより電気ヒータ１４等の補機を使用
することなく気水分離器８の冷却水温度を定められた温
度に維持することができる。

【００３９】以上述べたように、この第２の実施の形態
によれば、電池冷却システムの冷却水をガスタービンの
排エネルギーと熱交換させることにより、電気ヒータ１
４等によるプラントでの電力消費を削減することができ
る。また、気水分離器８の温度を検出し、その検出値に
応じて熱交換器２２のバイパス配管２１に設置した制御
弁２０を開閉し、熱交換する冷却水流量を調節するの
で、電気ヒータ１４等の補機を使用することなく気水分
離器８の温度を設定値通りに安定に保持することができ
る。

【００４０】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
る。図３は、本発明の第３の実施の形態を示す構成図で
ある。この第３の実施の形態は、図２に示した第２の実
施の形態における取込熱量制御手段１９に代えて、気水
分離器８内の冷却水温度が所定範囲になるように気水分
離器８内の余剰蒸気を蒸気利用設備２３に供給する余剰
蒸気供給制御手段２４を設けたものである。これによ
り、外部熱源１７であるガスタービン排エネルギーから
取り込む熱量を調整することなしに、電池冷却システム
の温度を調整する。

【００４１】図３において、燃料電池本体１は、電気化
学反応を起こして電流を発生させるものであり、この燃
料電池本体１は内部を通る電池冷却管２により冷却され
ている。また、燃料電池本体１の中で反応した燃料と酸
化剤とは、燃料出口管５及び酸化剤出口管６を経て排燃
料及び排酸化剤として排出される。

【００４２】気水分離器８から冷却水循環ポンプ７によ
り供給された冷却水は、冷却水入口配管９を経て燃料電
池本体１の電池冷却管２に送られる。電池冷却管２を通
った排冷却水は、冷却水出口配管１０及び熱交換器２２
を経て気水分離器８へ流入する。冷却水出口配管１０上
の熱交換器２２は外部熱源１７としてガスタービンの排
エネルギーと熱交換することができるようになってい
る。

【００４３】気水分離器８で分離された蒸気は、燃料電
池プラントの燃料改質系１１へ送られると共に、余剰の
蒸気は余剰蒸気供給制御手段２４の制御弁２６を介して
蒸気へッダー等の蒸気利用設備２３へ送られる。一方、
気水分離器８で分離された水は、冷却水循環ポンプ９に
て燃料電池本体１の電池冷却管２へ供給される。また、
気水分離器８には給水ポンプ１２を介して気水分離器８
の冷却水レベルを維持するために冷却水供給源１３より
冷却水が供給される。

【００４４】次に、この第３の実施の形態の作用につい
て説明する。燃料電池プラントの電池冷却システムの運
転時には、運転状態に応じて、例えば、余剰蒸気供給制
御手段２４の制御器２７は気水分離器８の設定温度と温
度検出器１５の検出信号との偏差に基づいたＰＩ制御に
より、制御弁２６の開度信号へと変換して気水分離器８
の温度に応じた開度に開閉し、蒸気利用設備２３への蒸
気供給量を調整する。これにより気水分離器８の冷却水
温度を維持する。

【００４５】この様に、蒸気利用設備２３への蒸気の供
給量を余剰蒸気供給制御手段２４にて調整することによ
り、電気ヒータ１４等の補機を使用することなく気水分
離器８の温度を定められた温度に維持することができ
る。

【００４６】以上述べたように、この第３の実施の形態
によれば、電池冷却システムの冷却水をガスタービンの
排エネルギーと熱交換させることにより、電気ヒータ１
４等によるプラントでの電力消費を削減することができ
る。また、気水分離器８の温度に応じて、余剰蒸気供給
制御手段２４にて蒸気利用設備２３への配管上に設置し
た制御弁２６を開閉することで、電気ヒータ１４等の補
機を使用することなく気水分離器８の温度を設定通りに
保持することができる。また、ガスタービン排エネルギ
ーの供給により十分な余剰蒸気を発生させることができ
る。

【００４７】次に、本発明の第４の実施の形態を説明す
る。図４は本発明の第４の実施の形態を示す構成図であ
る。この第４の実施の形態は、図２に示した第２の実施
の形態に対し、ガスタービン排熱エネルギーからの熱量
を燃料電池本体１の入口側の冷却水に取り込むようにし
たものである。そして、取込熱量制御手段１９は燃料電
池本体１の電池冷却管２に供給される冷却水温度が所定
値になるように、取り込み熱量を制御する。また、気水
分離器８で分離された水を冷却水供給源１３に戻し、冷
却水循環ポンプ７を省略した構成となっている。つま
り、燃料電池発電プラントの起動時や発電運転時に、外
部熱源１７からの熱量を燃料電池本体１の入口にて電池
冷却システムの冷却水に取り入れ、さらに、取込熱量制
御手段１９で入口温度を制御することで電気ヒータ１４
等の補機を使用することなく冷却水の温度を制御するよ
うにしたものである。

【００４８】図４において、燃料電池本体１は、電気化
学反応を起こして電流を発生させるものであり、この燃
料電池本体１は内部を通る電池冷却管２により冷却され
ている。また、燃料電池本体１の中で反応した燃料と酸
化剤とは、燃料出口管５及び酸化剤出口管６を経て排燃
料及び排酸化剤として排出される。

【００４９】冷却水供給源１３から冷却水給水ポンプ１
２により供給された冷却水は、冷却水入口配管９を経て
電池冷却管２に送られる。冷却水入口配管上には熱交換
器２２が備えられており、ガスタービンの排エネルギー
と熱交換することができるようになっている。熱交換器
２２にはガスタービンの排エネルギーと冷却水との交換
熱量を調整するための取込熱量制御手段１９が設けられ
ている。この取込熱量制御手段１９は、制御弁２０及び
バイパス配管２１を有しており、温度検出器２５で検出
された燃料電池本体１の入口における冷却水温度が所定
範囲の温度になるように、制御器１６にて制御弁２０の
開度を調節しバイパス配管２１を流れる冷却水量を制御
する。

【００５０】このように温度調整された冷却水は、燃料
電池本体１の電池冷却管２に供給され、燃料電池本体１
を冷却する。そして、燃料電池本体１の電池冷却管２を
通った排冷却水は冷却水出口配管１０を経て気水分離器
８へ流入する。気水分離器８では、排冷却水を蒸気と水
に分離する。気水分離器８で分離された蒸気は燃料電池
プラントの燃料改質系１１へ送られ、一方、気水分離器
８で分離された水は冷却水供給源１３に供給される。

【００５１】次に、この第４の実施の形態の作用につい
て説明する。燃料電池プラントの電池冷却システム運転
時には、冷却水供給源１３から給水ポンプ１２により熱
交換器２２を介して直接燃料電池本体１へ冷却水を供給
する。冷却水温度は運転状態に応じて、取込熱量制御手
段１９により制御される。例えば、燃料電池本体１の入
口設定温度と温度検出器２５の検出信号との偏差に基づ
いたＰＩ制御により、制御器１６にて制御弁２０の開度
を調節する。つまり、燃料電池本体１の入口温度が入口
設定温度になるようにバイパス配管２１を流れる冷却水
量を調節し、外部熱源１７から冷却水に取り込む熱供給
量を調整することにより維持される。

【００５２】この様に、ガスタービンの排エネルギーと
燃料電池本体１の入口で熱交換することにより、冷却水
供給源１３から給水ポンプ１２を介して直接燃料電池本
体１へ冷却水を供給することができる。また、ガスター
ビン排エネルギーからの電池冷却システムへの熱の供給
量を取込熱量制御手段１９で調整することにより、電気
ヒータ１４等の補機を使用することなく燃料電池本体１
の入口温度を定められた温度に維持することができる。

【００５３】以上述べたように、この第４の実施の形態
によれば、冷却水供給源１３から給水ポンプ１２により
直接燃料電池本体１へ冷却水を供給することにより、冷
却水循環ポンプ７を省略することができる。また、電池
冷却システムの冷却水をガスタービンの排エネルギーと
熱交換させることにより、電気ヒータ１４等によるプラ
ントでの電力消費を削減することができる。また、燃料
電池本体１の入口温度を検出し、その検出値に応じて熱
交換器２２のバイパス配管２１に設置した制御弁２０を
開閉し、熱交換する冷却水流量を調節するので、電気ヒ
ータ１４等の補機を使用することなく燃料電池本体１の
入口温度を設定通りに安定に保持することができる。

【００５４】次に、本発明の第５の実施の形態について
説明する。図５は本発明の第５の実施の形態を示す構成
図である。この第５の実施の形態は、図４に示した第４
の実施の形態の熱交換器２２に代えて、排冷却水及び冷
却水の双方に、外部熱源（ガスタービン排熱エネルギ
ー）１７からの熱を取り込むための熱交換器２２を設
け、取込熱量制御手段１９にて冷却水に取り込む熱量を
調整し、余剰蒸気供給制御手段２４にて気水分離器８内
の冷却水の温度が所定範囲になるように気水分離器８内
の余剰蒸気を蒸気利用設備２３に供給するようにしたも
のである。つまり、燃料電池発電プラントの起動時や発
電運転時には、外部熱源１７の熱量を燃料電池本体１の
入口にて電池冷却システムの冷却水に取り入れ、また燃
料電池本体１からの排冷却水を外部熱源１７の熱量で再
び加熱することでプラントからの余剰蒸気を増加させる
ようにしたものである。

【００５５】図５において、燃料電池本体１は、電気化
学反応を起こして電流を発生させるものであり、この燃
料電池本体１は内部を通る電池冷却管２により冷却され
ている。また、燃料電池本体１の中で反応した燃料と酸
化剤とは、燃料出口管５及び酸化剤出口管６を経て排燃
料及び排酸化剤として排出される。

【００５６】冷却水供給源１３から給水ポンプ１２によ
り供給された冷却水は、熱交換器２２を通り熱交換され
て冷却水入口配管９を経て電池冷却管２に送られる。冷
却水入口配管上の熱交換器２２は、外部熱源１７として
ガスタービンの排エネルギーと熱交換するものである。
熱交換器２２にはガスタービンの排エネルギーと冷却水
との交換熱量を調整するための取込熱量制御手段１９が
設けられている。この取込熱量制御手段１９は、制御弁
２０及びバイパス配管２１を有しており、温度検出器２
５で検出された燃料電池本体１の入口における冷却水温
度が所定範囲の温度になるように、制御器１６にて制御
弁２０の開度を調節しバイパス配管２１を流れる冷却水
量を制御する。

【００５７】このように温度調整された冷却水は、燃料
電池本体１の電池冷却管２に供給され、燃料電池本体１
を冷却する。そして、燃料電池本体１の電池冷却管２を
通った排冷却水は冷却水出口配管１０及び熱交換器２２
を経て気水分離器８へ流入する。排冷却水は、冷却水出
口配管１０上の熱交換器２２にてガスタービンの排エネ
ルギーと熱交換され再度加熱される。

【００５８】再加熱された排冷却水は気水分離器８で蒸
気と水に分離される。気水分離器８で分離された蒸気は
燃料電池プラントの燃料改質系１１へ送られると共に、
余剰の蒸気は、余剰蒸気供給制御手段２４の制御弁２６
を介して蒸気へッダー等の蒸気利用設備２３へ送られ
る。一方、気水分離器８で分離された水は冷却水供給源
１３へ供給される。

【００５９】次に、この第５の実施の形態の作用につい
て説明する。燃料電池プラントの電池冷却システム運転
時には、冷却水供給源１３から給水ポンプ１２により熱
交換器２２を介して直接燃料電池本体１へ冷却水を供給
する。冷却水温度は運転状態に応じて取込熱量制御手段
１９にて制御される。例えば、取込熱量制御手段１９の
制御器１６は、燃料電池本体１の入口設定温度と温度検
出器２５の検出信号との偏差に基づいたＰＩ制御によ
り、制御弁２０の開度信号へと変換して燃料電池本体１
の入口温度に応じた開度に開閉し、冷却水へのガスター
ビン排エネルギーの熱供給量を調整することにより維持
される。つまり、燃料電池本体１の入口温度が入口設定
温度になるようにバイパス配管２１を流れる冷却水量を
調節し、外部熱源１７から冷却水に取り込む熱供給量を
調整することにより維持される。

【００６０】また、気水分離器８の温度も運転状態に応
じて余剰蒸気供給制御手段２４により制御される。例え
ば、余剰蒸気供給制御手段２４の制御器２７は気水分離
器８の設定温度と温度検出器１５の検出信号との偏差に
基づいたＰＩ制御により、制御弁２６の開度信号へと変
換して気水分離器８の温度に応じた開度に開閉し、蒸気
利用設備２３への蒸気供給量を調整する。これにより気
水分離器８の温度を維持する。

【００６１】この様に、ガスタービンの排エネルギーと
燃料電池本体１の入口で熱交換することにより、冷却水
供給源１３から給水ポンプ１２を介して直接燃料電池本
体１へ冷却水を供給することができる。また、ガスター
ビン排エネルギーからの電池冷却システムへの熱の供給
量を調整することにより、燃料電池本体１の入口温度を
定められた温度に維持することができる。さらに、蒸気
利用設備２３への蒸気の供給量を調整することにより、
電気ヒータ１４等の補機を使用することなく気水分離器
８の温度を定められた温度に維持することができる。

【００６２】以上述べたように、この第５の実施の形態
によれば、冷却水供給源１３から給水ポンプ１２により
直接燃料電池本体１へ冷却水を供給することにより、冷
却水循環ポンプ７を省略することができる。また電池冷
却システムの冷却水をガスタービンの排エネルギーと熱
交換させることにより、電気ヒータ１４等によるプラン
トでの電力消費を削減することができる。また、燃料電
池本体１の入口温度を検出し、その検出値に応じて熱交
換器２２のバイパス配管２１に設置した制御弁２０を開
閉し、熱交換する冷却水流量を調節することにより、電
気ヒータ１４等の補機を使用することなく燃料電池本体
１の入口温度を設定通りに安定に保持することができ
る。

【００６３】さらに、気水分離器８の温度に応じて蒸気
利用設備２３への配管上に設置した制御弁２６を開閉す
ることで、気水分離器８の温度を設定通りに保持するこ
とができ、かつガスタービン排エネルギーの供給により
十分な余剰蒸気を発生させることができる。

【００６４】次に、本発明の第６の実施の形態を説明す
る。図６は本発明の第６の実施の形態を示す構成図であ
る。この第６の実施の形態は、図５に示す第５の実施の
形態の余剰蒸気供給制御手段２４に代えて、熱交換器２
２で蒸気となった排冷却水を燃料改質系１１及び蒸気利
用設備２３に供給する蒸気供給制御手段を設けたもので
あり、熱交換器２２で排冷却水を全て蒸気にすることか
ら気水分離器８を省略している。すなわち、燃料電池本
体１からの排冷却水を外部熱源１７の熱量で全て過熱蒸
気とすることで気水分離器８を用いずに改質蒸気や余剰
蒸気を供給するようにしたものである。

【００６５】図６において、燃料電池本体１は、電気化
学反応を起こして電流を発生させるものであり、この燃
料電池本体１は内部を通る電池冷却管２により冷却され
ている。また、燃料電池１の中で反応した燃料と酸化剤
とは、燃料出口管５及び酸化剤出口管６を経て排燃料及
び排酸化剤として排出される。

【００６６】冷却水供給源１３から冷却水給水ポンプ１
２により供給された冷却水は、冷却水入口配管９を経て
電池冷却管２に送られる。冷却水入口配管９上には熱交
換器２２が備えられており、ガスタービンの排エネルギ
ーと熱交換することができるようになっている。熱交換
器２２にはガスタービンの排エネルギーと冷却水との交
換熱量を調整するための取込熱量制御手段１９が設けら
れている。この取込熱量制御手段１９は、制御弁２０及
びバイパス配管２１を有しており、温度検出器２５で検
出された燃料電池本体１の入口における冷却水温度が所
定範囲の温度になるように、制御器１６にて制御弁２０
の開度を調節しバイパス配管２１を流れる冷却水量を制
御する。

【００６７】このように温度調整された冷却水は、燃料
電池本体１の電池冷却管２に供給され、燃料電池本体１
を冷却する。そして、燃料電池本体１の電池冷却管２を
通った排冷却水は冷却水出口配管１０及び熱交換器２２
を経て気水分離器８へ流入する。排冷却水は、冷却水出
口配管１０上の熱交換器２２にてガスタービンの排エネ
ルギーと熱交換され再度加熱され過熱蒸気となる。

【００６８】冷却水出口配管１０の先には、蒸気供給制
御手段２８が設けられており、この蒸気供給制御手段２
８は制御弁２９で構成されている。制御弁２９では、一
部の蒸気は燃料電池プラントの燃料改質系１１へ送ら
れ、余剰の蒸気は蒸気ヘッダー等の蒸気利用設備２３へ
送られる。

【００６９】次に、この第６の実施の形態の作用につい
て説明する。燃料電池プラントの電池冷却システム運転
時には、冷却水供給源１３から給水ポンプ１２により熱
交換器２２を介して直接燃料電池本体１へ冷却水を供給
する。冷却水温度は運転状態に応じて取込熱量制御手段
１９にて制御される。例えば、取込熱量制御手段１９の
制御器１６は、燃料電池本体１の入口設定温度と温度検
出器２５の検出信号との偏差に基づいたＰＩ制御によ
り、制御弁２０の開度信号へと変換して燃料電池本体１
の入口温度に応じた開度に開閉し、冷却水へのガスター
ビン排エネルギーの熱供給量を調整することにより入口
温度をその設定値に維持する。

【００７０】また、蒸気供給制御手段２８の制御弁２９
は、熱交換器２２にて過熱状態になった蒸気のうち、改
質に必要な流量を燃料改質系１１へ供給するように開閉
される。このため、残りはすべて余剰蒸気として蒸気利
用設備２３へ供給される。

【００７１】この様に、ガスタービンの排エネルギーと
燃料電池本体１の入口で熱交換することにより、冷却水
供給源１３から給水ポンプ１２により直接燃料電池本体
１へ冷却水を供給することができる。また、ガスタービ
ン排エネルギーからの電池冷却システムへの熱の供給量
を調整することにより、燃料電池本体１の入口温度を定
められた温度に維持することができる。さらに、燃料電
池本体１からの排冷却水を熱交換器２２で過熱蒸気とす
ることで、気水分離器８を介さずに燃料改質系１１及び
蒸気利用系２３に蒸気を供給することができる。

【００７２】以上述べたように、この第６の実施の形態
によれば、冷却水供給源１３から給水ポンプ１２により
直接燃料電池本体１へ冷却水を供給することにより、冷
却水循環ポンプ７を省略することができる。また、電池
冷却システムの冷却水をガスタービンの排エネルギーと
熱交換させることにより、電気ヒータ１４等によるプラ
ントでの電力消費を削減することができる。また、燃料
電池本体１の入口温度を検出し、その検出値に応じて熱
交換器２２のバイパス配管２１に設置した制御弁２０を
開閉し、熱交換する冷却水流量を調節することにより、
電気ヒータ１４等の補機を使用することなく燃料電池本
体１の入口温度を設定通りに安定に保持することができ
る。

【００７３】さらに、排冷却水を過熱蒸気とすることで
気水分離器８を省略することができ、かつガスタービン
排エネルギーの供給により十分な余剰蒸気を発生させる
ことができる。

【００７４】次に、本発明の第７の実施の形態を説明す
る。図７は本発明の第７の実施の形態を示す構成図であ
る。この第７の実施の形態は、図６に示した第６の実施
の形態における蒸気利用設備２３として、蒸気タービン
３０を用いたものである。

【００７５】図７において、燃料電池本体１は、電気化
学反応を起こして電流を発生させるものであり、この燃
料電池本体１は内部を通る電池冷却管２により冷却され
ている。また、燃料電池本体１の中で反応した燃料と酸
化剤とは、燃料出口管５及び酸化剤出口管６を経て排燃
料及び排酸化剤として排出される。

【００７６】冷却水供給源１３から冷却水給水ポンプ１
２により供給された冷却水は、冷却水入口配管９を経て
電池冷却管２に送られる。冷却水入口配管９上には熱交
換器２２が備えられており、ガスタービンの排エネルギ
ーと熱交換することができるようになっている。熱交換
器２２にはガスタービンの排エネルギーと冷却水との交
換熱量を調整するための取込熱量制御手段１９が設けら
れている。この取込熱量制御手段１９は、制御弁２０及
びバイパス配管２１を有しており、温度検出器２５で検
出された燃料電池本体１の入口における冷却水温度が所
定範囲の温度になるように、制御器１６にて制御弁２０
の開度を調節しバイパス配管２１を流れる冷却水量を制
御する。

【００７７】このように温度調整された冷却水は、燃料
電池本体１の電池冷却管２に供給され、燃料電池本体１
を冷却する。そして、燃料電池本体１の電池冷却管２を
通った排冷却水は冷却水出口配管１０及び熱交換器２２
を経て気水分離器８へ流入する。排冷却水は、冷却水出
口配管１０上の熱交換器２２にてガスタービンの排エネ
ルギーと熱交換され再度加熱され過熱蒸気となる。

【００７８】冷却水出口配管１０の先には蒸気供給制御
手段２８が設けられており、この蒸気供給制御手段２８
は制御弁２９で構成されている。制御弁４０では、一部
の蒸気は燃料電池プラントの燃料改質系１１へ送られ、
余剰の蒸気は蒸気タービン３０へ送られる。

【００７９】次に、この第７の実施の形態の作用につい
て説明する。燃料電池プラントの電池冷却システム運転
時には、冷却水供給源１３から給水ポンプ１２により熱
交換器２２を介して直接燃料電池本体１へ冷却水を供給
する。冷却水温度は運転状態に応じて取込熱量制御手段
１９で制御される。例えば、取込熱量制御手段１９の制
御器１６は、燃料電池本体１の入口設定温度と温度検出
器２５の検出信号との偏差に基づいたＰＩ制御により、
制御弁２０の開度信号へと変換して燃料電池本体１の入
口温度に応じた開度に開閉し、電池冷却水へのガスター
ビン排エネルギーの熱供給量を調整することにより維持
される。また、蒸気供給制御手段２８の制御弁２９は過
熱状態になった蒸気のうち、燃料の改質に必要な流量を
燃料改質系１１へ供給するように開閉される。このた
め、残りはすべて余剰蒸気として蒸気タービン３０へ供
給される。

【００８０】この様に、ガスタービンの排エネルギーと
燃料電池本体１の入口で熱交換することにより、冷却水
供給源１３から給水ポンプ１２により直接燃料電池本体
１へ冷却水を供給することができる。また、ガスタービ
ン排エネルギーからの電池冷却システムへの熱の供給量
を調整することにより、燃料電池本体１の入口温度を定
められた温度に維持することができる。さらに、燃料電
池本体１からの排冷却水を過熱蒸気とすることで気水分
離器８を介さずに燃料改質系１１及び蒸気タービン３０
に蒸気を供給することができる。

【００８１】以上述べたように、この第７の実施の形態
によれば、冷却水供給源１３から給水ポンプ１２により
直接燃料電池本体１へ冷却水を供給することにより、冷
却水循環ポンプ７を省略することができる。また電池冷
却システムの冷却水をガスタービンの排エネルギーと熱
交換させることにより、電気ヒータ１４等によるプラン
トでの電力消費を削減することができる。また、燃料電
池本体１の入口温度を検出し、その検出値に応じて熱交
換器２２のバイパス配管２１に設置した制御弁２０を開
閉し、熱交換する冷却水流量を調節することにより、電
気ヒータ１４等の補機を使用することなく燃料電池本体
１の入口温度を設定値通りに安定に保持することができ
る。

【００８２】さらに、排冷却水を過熱蒸気とすることで
気水分離器８を省略することができる。かつガスタービ
ン排エネルギーの供給により十分な余剰蒸気を発生さ
せ、蒸気タービン３０へ供給することにより、燃料電池
発電プラントの発電出力や発電効率を向上させることが
できる。

【００８３】次に、本発明の第８の実施の形態を説明す
る。図８は本発明の第８の実施の形態を示す構成図であ
る。この第８の実施の形態は、図６に示した第６の実施
の形態における蒸気利用設備２３として、吸収式冷凍機
３１を用いたものである。

【００８４】図８において、燃料電池本体１は、電気化
学反応を起こして電流を発生させるものであり、この燃
料電池本体１は内部を通る電池冷却管２により冷却され
ている。また、燃料電池本体１の中で反応した燃料と酸
化剤とは、燃料出口管５及び酸化剤出口管６を経て排燃
料及び排酸化剤として排出される。

【００８５】冷却水供給源１３から冷却水給水ポンプ１
２により供給された冷却水は、冷却水入口配管９を経て
電池冷却管２に送られる。冷却水入口配管９上には熱交
換器２２が備えられており、ガスタービンの排エネルギ
ーと熱交換することができるようになっている。熱交換
器２２にはガスタービンの排エネルギーと冷却水との交
換熱量を調整するための取込熱量制御手段１９が設けら
れている。取込熱量制御手段１９は、制御弁２０及びバ
イパス配管２１を有しており、温度検出器２５で検出さ
れた燃料電池本体１の入口における冷却水温度が所定範
囲の温度になるように、制御器１６にて制御弁２０の開
度を調節しバイパス配管２１を流れる冷却水量を制御す
る。

【００８６】このように温度調整された冷却水は、燃料
電池本体１の電池冷却管２に供給され、燃料電池本体１
を冷却する。そして、燃料電池本体１の電池冷却管２を
通った排冷却水は冷却水出口配管１０及び熱交換器２２
を経て気水分離器８へ流入する。排冷却水は、冷却水出
口配管１０上の熱交換器２２にてガスタービンの排エネ
ルギーと熱交換され再度加熱され過熱蒸気となる。

【００８７】冷却水出口配管１０の先には蒸気供給制御
手段２８が設けられており、この蒸気供給制御手段２８
は制御弁２９で構成されている。制御弁２９では一部の
蒸気は燃料電池プラントの燃料改質系１１へ送られ、余
剰の蒸気は吸収式冷凍機３１へ送られる。

【００８８】次に、この第８の実施の形態の作用につい
て説明する。燃料電池プラントの電池冷却システム運転
時には、冷却水供給源１３から給水ポンプ１２により熱
交換器２２を介して直接燃料電池本体１へ冷却水を供給
する。冷却水温度は運転状態に応じて取込熱量制御手段
１９で制御される。例えば、制御器１６は燃料電池本体
１の入口設定温度と温度検出器２５の検出信号との偏差
に基づいたＰＩ制御により、制御弁２０の開度信号へと
変換して燃料電池本体１の入口温度に応じた開度に開閉
し、電池冷却水へのガスタービン排エネルギーの熱供給
量を調整する。これにより、燃料電池本体１の冷却水入
口温度はその設定値に維持される。また、制御弁２９は
過熱状態になった蒸気のうち、燃料の改質に必要な流量
を燃料改質系１１へ供給するように開閉される。このた
め、残りはすべて余剰蒸気として吸収式冷凍機３１へ供
給される。

【００８９】この様に、ガスタービンの排エネルギーと
燃料電池本体１の入口で熱交換することにより、冷却水
供給源１３から給水ポンプ１２により直接燃料電池本体
１へ冷却水を供給することができる。また、ガスタービ
ン排エネルギーからの電池冷却システムへの熱の供給量
を調整することにより、燃料電池本体１の冷却水入口温
度を定められた温度に維持することができる。さらに燃
料電池本体１からの排冷却水を過熱蒸気とすることで、
気水分離器８を介さずに燃料改質系１１及び吸収式冷凍
機３１に蒸気を供給することができる。

【００９０】以上述べたように、この第８の実施の形態
によれば、冷却水供給源１３から給水ポンプ１２により
直接燃料電池本体１へ冷却水を供給することにより、冷
却水循環ポンプ７を省略することができる。また電池冷
却システムの冷却水をガスタービンの排エネルギーと熱
交換させることにより、電気ヒータ１４等によるプラン
トでの電力消費を削減することができる。また燃料電池
本体１の冷却水入口温度を検出し、その検出値に応じて
熱交換器２２のバイパス配管２１に設置した制御弁２０
を開閉し、熱交換する冷却水流量を調節することによ
り、電気ヒータ１４等の補機を使用することなく燃料電
池本体１の冷却水入口温度を設定通りに安定に保持する
ことができる。

【００９１】さらに、排冷却水を過熱蒸気とすることで
気水分離器８を省略することができ、かつガスタービン
排エネルギーの供給により十分な余剰蒸気を発生させる
ことができる。

【００９２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、電
気ヒータ等の昇温用の補機を設置する必要がなく、ま
た、冷却水循環ポンプや気水分離器等の構成機器を省略
することが可能であり、より多くのプラント排熱を提供
することができる。このことから、高効率でコジェネレ
ーションプラントとしての性能の高い安価な燃料電池発
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】本発明の第１の実施の形態による燃料電池発電
プラントの構成図。

【図２】本発明の第２の実施の形態による燃料電池発電
プラントの構成図。

【図３】本発明の第３の実施の形態による燃料電池発電
プラントの構成図。

【図４】本発明の第４の実施の形態による燃料電池発電
プラントの構成図。

【図５】本発明の第５の実施の形態による燃料電池発電
プラントの構成図。

【図６】本発明の第６の実施の形態による燃料電池発電
プラントの構成図。

【図７】本発明の第７の実施の形態による燃料電池発電
プラントの構成図。

【図８】本発明の第８の実施の形態による燃料電池発電
プラントの構成図。

【図９】従来の燃料電池発電プラントの構成図。

【符号の説明】

１燃料電池本体２電池冷却管３燃料入口管４酸化剤入口管５燃料出口管６酸化剤出口管７冷却水循環ポンプ８気水分離器９冷却水入口配管１０冷却水出口配管１１燃料改質系１２給水ポンプ１３冷却水供給源１４電気ヒータ１５温度検出器１６制御器１７外部熱源１８熱交換器１９取込熱量制御手段２０制御弁２１バイパス配管２２熱交換器２３蒸気利用設備２４余剰蒸気供給制御手段２５温度検出器２６制御弁２７制御器２８蒸気供給制御手段２９制御弁３０蒸気タービン３１吸収式冷凍機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池本体を冷却し終えた排冷却水を
気水分離器に導き、分離した蒸気を燃料改質系に供給す
ると共に、前記気水分離器から冷却水を前記燃料電池本
体に供給するようにした電池冷却水システムを有する燃
料電池発電プラントにおいて、外部熱源からの熱を前記
排冷却水に取り込むための熱交換器と、前記排冷却水に
取り込む熱量を調整するための取込熱量制御手段とを備
えたことを特徴とする燃料電池発電プラント。
【請求項２】前記外部熱源は、ガスタービンの排エネ
ルギーであ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。
【請求項３】前記取込熱量制御手段に代えて、前記気
水分離器内の冷却水の温度が所定範囲になるように前記
気水分離器内の余剰蒸気を蒸気利用設備に供給する余剰
蒸気供給制御手段を設けたことを特徴とする請求項１又
は請求項２に記載の燃料電池発電プラント。
【請求項４】燃料電池本体を冷却し終えた排冷却水を
気水分離器に導き、分離した蒸気を燃料改質系に供給す
ると共に、凝縮した排冷却水に冷却水供給源からの冷却
水を加えて前記燃料電池本体に冷却水として供給するよ
うにした電池冷却水システムを有する燃料電池発電プラ
ントにおいて、外部熱源からの熱を前記冷却水に取り込
むための熱交換器と、前記冷却水に取り込む熱量を調整
するための取込熱量制御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。
【請求項５】燃料電池本体を冷却し終えた排冷却水を
気水分離器に導き、分離した蒸気を燃料改質系に供給す
ると共に、凝縮した排冷却水に冷却水供給源からの冷却
水を加えて前記燃料電池本体に冷却水として供給するよ
うにした電池冷却水システムを有する燃料電池発電プラ
ントにおいて、外部熱源からの熱を前記排冷却水及び前
記冷却水に取り込むための熱交換器と、前記冷却水に取
り込む熱量を調整するための取込熱量制御手段と、前記
気水分離器内の冷却水の温度が所定範囲になるように前
記気水分離器内の余剰蒸気を蒸気利用設備に供給する余
剰蒸気供給制御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。
【請求項６】燃料電池本体を冷却するための冷却水を
冷却水供給源から前記燃料電池に供給し、前記燃料電池
を冷却し終えた排冷却水を蒸気とし、その蒸気を燃料改
質系及び蒸気利用設備に供給するようにした電池冷却水
システムを有する燃料電池発電プラントにおいて、外部
熱源からの熱を前記排冷却水及び前記冷却水に取り込む
ための熱交換器と、前記冷却水に取り込む熱量を調整す
るための取込熱量制御手段と、蒸気となった前記排冷却
水を前記改質系及び前記蒸気利用設備に供給する蒸気供
給制御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。
【請求項７】前記蒸気利用設備は、蒸気タービンであ
ることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池発電プラ
ント。
【請求項８】前記蒸気利用設備は、吸収式冷凍機であ
ることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池発電プラ
ント。