JPS61259795A

JPS61259795A - 燃料電池−海水淡水化機複合装置

Info

Publication number: JPS61259795A
Application number: JP60101111A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Okano; 哲朗岡野; Yoshihide Nishimoto; 西本　義英; Setsuo Inoue; 井上　節夫; Toshiki Furue; 古江　俊樹
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1985-05-13
Filing date: 1985-05-13
Publication date: 1986-11-18
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPH0679711B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は燃料電池と蒸発法による海水淡水化機との複合
装置に係り、特に燃料電池からの発電力と海水淡水化機
からの純水を効率よく得ることができる燃料電池−海水
淡水化機複合装置に関するものである。

〔従来の技術〕

最近、燃料電池は高効率発電、低公害のエネルギー源と
して注目されている。燃料電池は、燃料（水素、メタノ
ール、ヒドラジン等）と酸化剤（空気、酸素等）を電解
質中で電極反応によりそれぞれカソード、アノードで電
子をヤリとるすること忙より発電するものである。この
ように燃料の酸化（燃焼）による発生エネルギーが直接
電気に変換されるのでエネルギーロスが少ない。しかし
、このとき発熱が起って電池が加熱されるので冷却する
ことが必要である。

従来の燃料電池の一例としてリン酸型燃料電池のフロー
シートを第２図忙示す。原料のメタノール、ＬＮＧ等を
水素忙改質し、水素と空気とを反応させて発電する装置
である。リフオーマ１に原料とスチームとが導入管６か
ら供給され反応して水素に改質され、コンバータ２で水
素リッチなガスになり、気液分離器３で液が分離抜き出
され、水素リッチな改質ガスが燃料としてリン酸型燃料
電池４に導入される。また空気又は酸素が導入管７から
燃料電池４に導入され、電池内で水素と酸素との反応に
より起電し、電力配線８から取り出される。この反応は
大きい発熱反応であり、電池保護の為に冷却器５により
冷却する必要がある。

第３図に電池冷却器５の詳細を示す。電池セル１６はア
ノード９、リン酸電解質１０、カソード１１からなり、
水素リッチ改質ガス１２はアノード９の溝部に、空気１
３はカソード１１の溝部に供給され、水素と酸素とがリ
ン酸電解質１０で反応して起電し発生電力は配線８から
取り出され、またアノード排ガス１４、カソード排ガス
１５が夫々排出される。燃料電池４の冷却器５として冷
却水パイプが電池セル１６に通され、冷却水がパイプ導
入口１７から流入して電池セル１６の熱を吸収し、パイ
プ排出口１８からスチーム及び飽和水となって出る。

この冷却器による電池発熱を回収して得られるスチーム
量は大きく、回収される全スチーム量からリフオーマの
プロセスに必要な量を差し引いた残りの量が余剰スチー
ムとなり得る。

第１表に各原料について余剰スチーム量を示す。

第１表　発電量１０００ＫＷ当りの余剰スチームこのス
チームは圧カフ　〜１０ｋｌＩ／ｃＩ！！、　　１８０
℃程度の質の低いスチームで、現在余剰スチームは給湯
、冷暖房にしか適用されていないが、これらの消費先は
季節や燃料電池の設置場所に左右され、結果的にかなり
の量のスチームが使われずに捨てられている。特に今後
有望視されているメタノールを原料として改質して得ら
れる水素を燃料とする燃料電池システムでは、第１表に
示す如くに余剰スチームの量が増加する為に、このスチ
ームの有効な利用が必要となり、燃料電池の経済的成否
忙係る重要な課題である。

一方、燃料電池の設置場所である都市や離島では電力の
供給が可能になっても、同時に生活に必要な水の供給に
問題がある。現在、水不足の解消方法として海水から淡
水を造る蒸発法の海水淡水化機があり、離島や中東を始
め世界中に広く設置されている。第４図に蒸発性多段フ
ラッシュ式による海水淡水化機のフローシートを示す。

海水淡水化機３１に海水が導入管４３から導入され、海
水循環ポンプ３６を介して予熱器３２を経てブラインヒ
ータ３３で加熱され、蒸留室３４に導入さ４シ淡巳矩嘴
云ト戯、る。海水は蒸留室３４で蒸発し、気　　　□水
分離器３５でガスと海水に分離され、ガスは凝縮室３７
で凝縮されて淡水となり凝縮トレイ３８に溜り、配管３
９から純水が取り出される。また　　　”海水淡水化機
３１の上部のガスは抽気管４０を経て減圧用エジェクタ
４１により抽気され、減圧用　　　′エジェクタ４１の
駆動にスチームがエジェクタ用　　　）スチーム管４２
より導入される。この５装置ではブ　　　□“ラインヒ
ータ３３の加熱源として約２７！ｂ　ｋｇ　／　ｉ・Ｇ
、　　　□減圧用エジェクタ４１の動力源として約７に
９７ｄ！Ｇのスチームが使用されている。

燃料電池や海水淡水化機は離島等で夫々電力や飲料水の
確保の為に設けられているが、両者は別々に設けられ何
ら関連されることがなく、従って燃料電池からの余剰ス
チームが海水淡水化装置に利用されることがなくエネル
ギーが無駄に捨てられていた。また、燃料電池に単に海
水淡水化機を連結するだけでは次の理由で効率よく運転
できない。即ち、燃料電池発電の負荷と海水淡水化機の
負荷が一致しないことによる。燃料電池発電量は本来ピ
ーク負荷に対応するように設定されており、ピーク負荷
時以外では低負荷で運転する。一方、海水淡水化機は一
定負荷で運転するように設定され、５０％以下の低負荷
ではスチーム量の変動等が起って安定に運転できない。

従って両装置を単に連結しただけでは燃料電池の最大ピ
ーク負荷時以外では余剰スチームが不足になり、海水淡
水化機の造水量が低下し、逆に海水淡水化機での造水量
を少なく設定すると燃料電池からの余剰スチームが余る
ことになる。従って燃料電池と海水淡水化機とを合理的
に連結し、エネルギーを効率よく利用する装置が要望さ
れていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記の従来技術の短所を解決し、燃料
電池で発生する余剰スチーム及び余剰電力を海水淡水化
機に有効に利用し、双方の装置を効果的に作動できるよ
う和した燃料電池−海水淡水化機複合装置を提供するこ
とＫある。

〔発明の概要〕

本発明の燃料電池−海水淡水化機複合装置は、燃料電池
の発生時に発生する熱量を回収して得られたスチーム、
又は前記スチームと前記燃料電池の発電量のうち外部需
要負荷に使用した残りの余剰電力を蒸発法による海水淡
水化機の熱源及び動　　力に利用可能するようＫ、前記
燃料電池からのス　　　□チーム量の増減に対応して、
前記燃料電池からの　　　□余剰電力を前記海水淡水化
機への供給を調節するコントローラが設けられた複合装
置であり、燃料電池と海水淡水化機を全体的に効率よく
作動できるものである。また、前記海水淡水化機の海水
循環系の加熱ラインにスチーム式ブラインヒータ及び電
熱式ブラインヒータが設げられることにより海水を加熱
できる。本発明の複合装置は、前記海水淡水化機への前
記燃料電池からのスチームが前記海水淡水化機において
前記スチーム式ブラインヒータ、海水循環ポンプの駆動
用スチームタービン、減圧エジェクタ、及び必要に応じ
てはこれら以外の加熱器等の熱源又は動力源として利用
可能にされるようにスチーム配管が設けられ、また前記
海水淡水化機への前記燃料電池からの余剰電力が前記海
水淡水化機において前記電熱式ブラインヒータ、海水循
環ポンプの駆動用補助モータ、及び必要に応じてはこれ
ら以外の機器等の熱源又は動力源として利用可能される
ように電気配線が設けられたものである。上記の如く海
水淡水化機において海水循環系の加熱ラインにスチーム
式ブラインヒータと電熱式ブラインヒータを併設するこ
・とくより、スチーム量の増減に応じて余剰電力の利用
を調節することができ、本発明複合装置は綜合的に適正
に運転可能である。

尚、前記燃料電池から回収したスチーム量の一部は燃料
電池プロセスのリホーミング工程に使用されるが、回収
スチームの大部分は余剰スチームとして海水淡水化機に
利用可能で、このスチームは圧力約７〜１０ｋｇ／ｃＩ
ｌ・Ｇ１温度約１８０℃の飽和スチームであり、海水淡
水化機で有効に利用され得る。

上述の如く本発明の燃料電池−海水淡水化機複合装置は
燃料電池で発生する余剰スチーム及び余剰電力のエネル
ギーを海水淡水化機に供給し、発電と純水製造を最適条
件で可能にならしめる装置である。

〔、実施例〕

本発明の燃料電池−海水淡水化機複合装置の好適な具体
例を第１図のフローシートによって説明する。第１図の
７０−シートは燃料電池と海水淡水化機を本発明の特定
な結合様式で連結した複合　　　゛装置であり、記号の
数字は第２図、第４図のものと同様な機器を表す。

先ず原料とスチームは導入管６からリフオーマ１に導入
されて改質され、更にコンバータ２、気水分離器３に通
されて水素リッチな改質ガスにされ、リン酸型燃料電池
４に導入される。一方、空気は導入管７から燃料電池４
に導入される。燃料電池４で水素と酸素とが反応して起
電し、電力は配線８により外部需要負荷へ供給される。

燃料電池４に冷却器５が設けられ、電池で発生した反応
熱をスチームとして回収し、このスチームは約７〜１０
に９／ｃｄ−Ｇの飽和スチームとなる。スチームは配管
１９を経て気水分離器２０で水分が取り除かれた後、プ
ロセスに必要なスチームは配管２１を経てリフオーマ１
に送られ、その残りの余剰スチームは配管２２を経て海
水淡水化機へ送−ら管４３から供給され、循環ポンプ３
６を経て水蒸気の凝縮化による予熱器３２で予熱され、
電熱式ブラインヒータ４４、及びスチーム式ブラインヒ
ータ３３で加熱され、蒸発室３４で蒸発、凝縮されて淡
水化され、純水は配管３９を経て純水タンク４５に貯蔵
される。尚、電熱式ブラインヒータ４　Ｉ４”ｚ　；Ｊ
　ｎ　’（Ｊｌ←電熱式ブラインヒータ４４を使用しな
くてもよい。海水淡水化機３１の上部のガスは抽気管４
０を経て減圧エジェクタ４１で減圧される。

燃料電池の発熱量はスチームとしてほぼ全量回収でき、
総合効率８０％の実現が達成される。スチームは７〜１
０に９／ｃＩｌ−Ｇで海水淡水化機３１へ送られ、その
スチームの一部はエジェクタ用スチーム管４２から吹き
込み減圧エジェクタ４１の駆動に用いられる。その残り
のスチームはスチームタービン４９に送られて循環ポン
プ３６を駆動　　　□し、ここで減圧されて２．５に９
／ｄ−Ｇの飽和スチームとなり、次にスチーム式ブライ
ンヒータ３３の熱源として使用され、凝縮した温水は外
部供給４ｇ、及び純水タンク４５に貯水される。純水タ
ンク４５に貯えられた純水は外部負荷として需要光圧導
管４６から取り出され、一部はポンプ４７を介して燃料
電池の冷却器５の冷却水として送られる。

特に本発明装置の特色は海水淡水化機の海水循環系の加
熱ラインに電熱式ブライ／ヒータ４４が設置されたこと
にあり、燃料電池側より供給される余剰スチームが不十
分であるが余剰電力が発生する場合には、燃料電池で発
生した電力によって電熱式ブラインヒータ４４で海水を
加熱することができる。この場合、双方の装置が最適条
件で運転できるようにコントロールするシステムが設け
られる。このコントロールシステムは燃料電池の配線系
圧コントローラ２３及び切換スイッチ２４が設けられる
。尚、電熱式ブラインヒータ４４は通常使用されている
ものでもよいが、一般的の電気ボイラを使用することに
より効率的にスチームを発生させてブライン加熱源とし
て使用できる。

本発明装置の運転の最適条件を第５図に示す１日（２４
時間）における燃料電池、海水淡水化機の負荷によって
説明する。燃料電池の通常方式の負荷特性は実線１忙示
す如く昼間が高く、特に午後にピークを迎え、夜間には
負荷が停止される。

夜間においては燃料電池から海水淡水化機へのスチーム
の供給が０となり、海水淡水化機の運転に差障を来たす
。そこで夜間の海水淡水化機の運転を安定して維持でき
る負荷を例えば点線３の如くの運転に必要なスチーム量
の不足分を余剰電力で補なう。即ち余剰電力で電熱式ブ
ラインヒータ４４の加熱、及びスチームタービン４９の
補助モータ５０の駆動等を行なうことができる。従って
海水淡水化装置の負荷は水の需要に加えて夜間における
燃料電池の余剰スチーム及び余剰電力から考慮して適正
に決めることができる。また余剰スチーム量の過、不足
に対応して電力の海水淡水化機への供給、成るいは電力
の外部需要への供給はコントローラ２３と切換へスイッ
チ２４を設けた制御装置で適正に調節することができる
。例えば、電力使用量の変化が激しい時間帯では通常の
燃料電池では負荷の増減を頻繁に行なわなければならな
いが、実際はプラントの時間的おくれがあって完全に追
従できない。そこで本装置の運転は燃料電池をある一定
の負荷で運転し、電力余剰の際は切換えスイッチ２４を
入れ電力を淡水製造に利用し、外部需要め電力が多い時
には切換えスイッチ２４を切って全出力を外部に供給で
きるようにする。このように本発明の装置は燃料電池の
余剰スチームと余剰電力を最適運転条件で海水淡水化機
に利用可能にする装置である。

尚、上記は海水淡水化機として最も普及している多段フ
ラッシュ方式装置について述べたが、多重効用偏性など
の他の蒸発装置でもよく、海水淡水化機の型式を限定す
るものでない。また、燃料電池の種類もリン酸型に限定
するものでない。また、送電端における負荷切換スイッ
チもオンオフ型に限定するものでなく、外部負荷と海水
淡水化装置への負荷を連続して変えるものでものでもよ
い。

〔発明の効果〕

本発明の燃料電池−海水淡水化機複合装置は燃料電池で
発生する余剰スチーム及び／又は余剰電力を海水淡水化
機に利用する複合装置で次のような利点を有する。

中　従来は燃料電池の余剰スチームや余剰電力を海水淡
水化処理に利用することが無かったが、本発明の燃料電
池−海水淡水化機複合装置によって余剰スチームや余剰
電力を純水の形で貯えることができ、また燃料電池の余
剰スチームが不足の場合は余剰電力で補なうことができ
、スチームと電力とを効率よく利用し、エネルギーロス
を殆ど無くした複合装置である。

叩　燃料電池の発電を外部需要負荷より若干多く一定忙
保ち、余剰電力の海水淡水化機への供給を瞬時に切換ス
イッチで操作できるので電力ロスが少なく、また燃料電
池の出力アップダウンを抑　　　□えて運転するので制
御が容易であり、燃料電池の寿命がより長時間になる。

０１１）海水淡水化機に必要なスチーム発生の為の機器
、ユーテイリイが簡素化される。

（ψ　都市部や離島においては水の需要と電力の需要が
よく一致し、本装置により双方を良好に供給できる。例
えば第６図に直線１は本装置忙よる６図から発電出力当
りの純水供給人口は電力供給人口に幾分劣るが、本発明
複合装置により深夜の燃料電池の余剰電力を有効に利用
し純水を貯えることができる。尚、得られる純水は純度
が高く、飲料水の他に食品、医薬、半導体等の製造月に
適する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池−海水淡水化機複合装置のフ
ローシートを示す。第２図は従来のリン酸型燃料電池の
フローシート、第３図は燃料電池の冷却器、及び第４図
は従来の蒸発法要段フラッシュ式海水淡水化機を示す。第５図は本発明複合装置の運転条件の説明図で、１日（
２４時間）における燃料電池、海水淡水化機の負荷を示
し、実線１（□）は通常の燃料電池の負荷、一点鎖線２
（−−−一→は本発明装置の燃料電池の負荷、点線３（
・・・・・・）は本発明装置の海水淡水化装置の負荷を
示す。第６図は発電出力に対して直線１は純水供給人口
、直線２は電力供給人口の関係を示す。１・・・リフオーマ、４・・・燃料電池、５・・・電池
冷却器、６・・・原料及びスチーム導入管、７・・・空
気導入　　　□管、８・・・電気配線、９・・・アノー
ド、１０・・・リン酸電解質、１１・・・カソード、１
２・・・水素、１３・・・空気（酸素）、１６・・・電
池セル、１７・・・パイプ導入　　　□口、１８・・・
パイプ排出口、２３・・・コントローラ、２４・・・切
換スイッチ、３１・・・海水淡水化機、３３・・・スチ
ーム式ブラインヒータ、３６・・・海水循環ポンプ、３
９・・・純水取出管、４１・・・減圧用エジェクタ、４
２・・・エジェクタ用スチーム管、４３・・・海水導入
管、４４・・・電熱式ブラインヒータ、４５・・・純水
タンク、４９・・・スチームタービン、５ｏ・・・補助
モータ。、、□ ・（。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃料電池からの発生熱量を回収して得られたスチ
ーム、又は前記スチームと前記燃料電池の発電量のうち
外部需要負荷に使用した残りの余剰電力を蒸発法による
海水淡水化機の熱源及び動力源に利用可能とするように
、前記燃料電池からのスチーム量の増減に対応して、前
記燃料電池からの余剰電力の前記海水淡水化機への供給
が調節されることを特徴とする燃料電池−海水淡水化機
複合装置。
（２）前記海水淡水化機の海水循環系加熱ラインにスチ
ーム式ブラインヒータ及び電熱式ブラインヒータが設け
られたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
熱料電池−海水淡水化機複合装置。
（３）前記海水淡水化機への前記燃料電池からのスチー
ムが、前記海水淡水化機において前記スチーム式ブライ
ンヒータ、海水循環ポンプの駆動用スチームタービン、
及び減圧エジエクタの熱源又は動力源として利用される
ようにスチームの配管が設けられたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項及び第２項に記載の燃料電池−海水
淡水化機複合装置。
（４）前記海水淡水化機への前記燃料電池からの余剰電
力が、前記海水淡水化機において前記電熱式ブラインヒ
ータ及び海水循環ポンプの駆動用補助モータの熱源又は
動力源として利用されるように電気配線が設けられたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項に記
載の燃料電池−海水淡水化機複合装置。