JPS632263A - 燃料電池装置 - Google Patents

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、とくに小出力、中出力の燃料電池を用いた分
散発電型の電力・熱併給システムを利用分野とするもの
であり、特に中高温で動作する燃料電池を使用するシス
テムに関するものである。

従来の技術 燃料電池により発電を行ない、同時に燃料電池から発生
する熱を有効に利用する考えは、電力・熱併給を行なう
分散発電型燃料電池の基本的な構想となっている。しか
し燃料電池はその特性上、電力と熱をほぼ比例して発生
するため、電力と熱の併給を有効に行なうためには、燃
料電池本体以外に種々の補機が必要となってくる。すな
わち電力需要と熱需要との間に生ずる時間的、量的ずれ
を補償するために、たとえば電力需要に追従して燃料電
池を運転した場合には熱需要とのギャップを埋め合わせ
る蓄熱槽、予備ボイラーなどが不可欠なものとなってく
るわけであり、またこうしたシステムが一般的なものと
なっている。しかし、これらの設備を別個に設置するこ
とは設備コスト。

設備スペース、エネルギーの有効利用などの面で問題が
ある。

一方、燃料電池本体について考えると熱併給型分散発電
型燃料電池では、常温動作型のものは考えられず、リン
酸型の２００°Ｃ前後から溶融炭酸塩型の６００〜７０
０℃といった中高温領域で動作するものが主体となって
いる。通常、電力負荷が所定の値以上かかっている状態
においては、これら燃料電池の温度は自身から発生する
熱によって動作温度を保つことができるとともに余剰の
熱を有効に利用することができる。しかし、電力負荷が
小さい場合やアイドリンク状態においては、燃料電池自
身からの発熱量が小さいために、逆に外部から熱を供給
しないと動作温度を深持することができなくなる。この
問題は動作温度が高い燃料電池においては特に重要であ
り、低負荷時に燃料電池を加熱する何らかの手段が必要
となる。また以上の問題とは別に、燃料電池を常温から
始動させる場合には、燃料電池全体を動作温度にまで昇
温する必要があり、この目的のためにも燃料電池を加熱
する手段が必要となっている。これらの要求に対し、現
在は燃料電池への供給ガスを予熱する方法や、ヒーター
やバーナーを燃料電池の近傍に設置し、電池を直接加熱
する方法等がとられている。

発明が解決しようとする問題点 電力・熱併給を行なう分散発電型燃料電池は、その用途
からコンパクト性と経済性を要求される。

そしてこれらの要求はシステムの規模が小さくなるほど
厳しいものとなってくるため、余剰の設備をなくシ、エ
ネルギーを有効に利用する必要が生じてくる。

従来、燃料電池を用いた電力・熱併給システムにおいて
は、熱需要とのバランスをとるだめの予備ボイラーは燃
料電池本体から独立して設置する形態をとっていた。し
かし燃料電池本体も、ボイラーもともに一種の熱源であ
り、これらを別個に設置することは設備コスト、熱エネ
ルギーの損失、およびコンパクト性の観点から問題があ
ると言える。

問題点を解決するための手段 本発明は、燃料電池積層体収納容器内にバーナーと熱交
換器、およびバーナーから発生する熱流の方向を変化さ
せる手段を配し、さらにこれらを制御する手段を設けた
燃料電池装置を構成することにより、燃料電池積層体と
予備ボイラーを組み合わせた形態とし、前述の問題を解
決するものである。

作用 燃料電池は、前述したように温度保持を目的とした加熱
手段を必要とするが、本発明に２いて燃料電池スタック
近傍に設置されるバーナーは、その加熱の少なくとも一
部を担うものである。また同時に予備ボイラーの熱源と
しての役割も有するものであり、熱交換器と相まってボ
イラーとしての機能を発揮する。またバーナーからの熱
流の方向を変化させる手段は、燃料電池の運転状態、熱
需要などの情報をもとにバーナーからの熱を燃料電池積
層体に供給してその保温に使用するか、熱交換器に供給
してボイラーを機能させるかの選択、または両者への熱
の振り分は割合を決定するものである。

またバーナー、熱交換器、熱流方向を変化させる手段等
を制御する手段は、システムに関する情報をもとに、バ
ーナーの火力制御、熱媒体の流量制御等を行ない、シス
テムを最適状態で動作させるものである。

実施例 図は本発明の高温型の例としての溶融炭酸塩型燃料電池
における実施例を示す。燃料電池積層体１を収納した燃
料電池収納容器２の内壁に熱交換器３を設置しである。

また下方にバーナー４を設置し、その上方に熱流方向を
変化させる手段として駆動装置５により動かされるフラ
ップ６を設置する。制御装置７は各種の情報にもとづき
バーナー４．フラップ６、熱交換器３を制御する。８は
熱交換器３の熱媒体流量を調節する弁、９はバーナー４
への燃料の流量を調節する弁である。

以下、各運転状態における前記燃料電池装置の動作を説
明する。

（始動時）　燃料電池を常温から始動する場合は、フラ
ップ６をＢの位置とし、バーナー火力を調整しつつ昇温
を行なう。熱交換器には熱交換器の温度が上昇し過ぎな
いよう適量の熱媒体を流しておく。

（電力需要大、熱需要小の場合）　この場合、燃料電池
は自己の発熱が充分あるため、保温のためのバーナー加
熱は不要である。また熱需要も小さいため、燃料電池か
らの排熱でその大部分をまかなう。よってバーナーは最
小火力かまたはオフ状態とする。熱交換器は燃料電池か
らの発熱があるため、適量の熱媒体流量を保つ。

（電力需要小、熱需要穴の場合）　この場合、燃料電池
は保温のだめの加熱を必要とし、ボイラー機能も最大限
に機能させる必要がある。このため、バーナー火力は最
大とし、フラッグは人の位置として、熱の大部分を熱交
換器に供給し、熱交換器の熱媒体流量もそれに合わせ増
大させる。燃料電池の温度が低下してきた場合には一時
的にフラップをＢの位置とし、温度回復後は再び人の位
置に戻す。

（電力需要穴、熱需要穴の場合）　この場合、電力需要
小、熱需要穴の場合と類似するが、燃料電池自身の発熱
があるため、フラップ動作による一時的加熱は不要であ
る。また燃料電池からの発熱が熱需要の一部をまかなっ
て充足している場合にはバーナー、熱交換器によるボイ
ラー出力を落とす。

（電力需要小、熱需要小の場合）　この場合、燃料電池
の保温のため、適宜加熱すことが必要であり、また燃料
電池からの排熱量も少ないためボイラーを低出力で機能
させる必要がある。そこでバーナー火力とフラップ位置
を制御することにより両者への熱流の振り分けを行なう
。

以上、杢実施例においては燃料電池として溶融炭酸塩型
燃料電池を使用した場合について述べているが、これは
他のタイプの燃料電池を使用したものであっても良い。

また燃料電池積層体と熱交換器、バーナー、熱流方向を
変化させる手段等の相互の位置関係についても本実施以
外の位置関係にあっても良く、その形態もどのようなも
のであっても良い。

本発明を溶融炭酸塩型燃料電池に実施した例においては
、従来の予備ボイラーを別個に設置した場合と比較して
設置スペースで３ｏｔｐ６前後の；ンパクト化が実現で
きている。また熱効率も燃料電池とボイラーについて見
ると平均３〜４％の向上がはかられた。

発明の効果 以上述べたように、本発明による燃料電池装置は、中高
温で動作する燃料電池積層体と予備ボイラーとを組み合
わせることにより装置のコンパクト化が可能となった。

さらに熱の有効利用の観点からは、中高温の装置を一つ
にまとめ、バーナーからの熱を振り分けて使用すること
により、熱エネルギーの損失を少なくすることができ、
また燃料電池の近くに熱交換器を設置したことにより、
燃料電池からの熱の回収と、熱交換器による燃料電池収
納容器の冷却効果も得ることができる。

【図面の簡単な説明】 図は本発明の実施例における溶融炭酸塩型燃料電池装置
の概略構成を示す縦断面図である。 １・・・・・・燃料電池積層体、２・・・・・・収納容
器、３・・・・・・熱交換器、４・・・・・・バーナー
、５・・・・・・駆動装置、６・・・・・・フラッグ、
７・・・・・・制御装置、８・・・・・熱媒体流量調節
弁、９・・・−・・バーナー燃料流量調節弁。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名（−
−一カ１斗＜イオ貢４ｈ本 ２−−−ｑ、１納紘 ３−−一外交率塾尽 ４・−へ゛−太 Ｇ、−、ラブ７゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料電池積層体と、これを収納する容器とからなる燃料
   電池装置において、前記燃料電池収納容器内にバーナー
   、熱交換器、および前記バーナーからの熱流方向を変化
   させる手段とを具備し、さらに前記燃料電池積層体、バ
   ーナー、熱交換器、熱流方向を変化させる手段を制御す
   る制御手段を有したことを特徴とする燃料電池装置。