WO2001037361A1 - Dispositif de cogeneration - Google Patents

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WO2001037361A1
WO2001037361A1 PCT/JP2000/008070 JP0008070W WO0137361A1 WO 2001037361 A1 WO2001037361 A1 WO 2001037361A1 JP 0008070 W JP0008070 W JP 0008070W WO 0137361 A1 WO0137361 A1 WO 0137361A1
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heat
fuel cell
transport medium
hot water
heat exchange
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PCT/JP2000/008070
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Inventor
Shinji Miyauchi
Akinari Nakamura
Yoshiaki Yamamoto
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a cogeneration system that generates and supplies heat using a polymer electrolyte fuel cell.
  • reference numeral 1 denotes a fuel cell unit, and a fuel treatment unit 2 steam-reforms a raw material such as natural gas, generates a gas containing hydrogen as a main component, and supplies the gas to the fuel cell 1.
  • the fuel processor 2 includes a reformer 3 for generating a reformed gas, and a carbon monoxide converter 4 for reacting carbon monoxide contained in the reformed gas with water to produce carbon dioxide and hydrogen. ing.
  • the fuel-side humidifier 5 humidifies the fuel gas supplied to the fuel cell 1.
  • Reference numeral 6 denotes an air supply device for supplying oxidant air to the fuel cell 1.
  • the supply air is humidified by the oxidizing humidifier 7.
  • a cooling pipe 8 for sending water to the fuel cell 1 to cool it, a pump 9 for circulating water in the cooling pipe 9, and a cooling radiator 10 for releasing heat generated in the fuel cell 1 to the outside are provided.
  • the heat generated in the fuel cell 1 is cooled. Since the heat is dissipated to the outside by the heat dissipation fan 10, the heat generated during power generation cannot be used, and there is a problem that a cogeneration system is not configured.
  • the present invention is a high-performance power generation method using a fuel gas and an oxidizing gas.
  • a molecular electrolyte fuel cell for circulating an internal heat transport medium to the fuel cell; an internal circulating means for circulating the internal heat transport medium; A first heat exchange unit to be exchanged; a fuel cell main unit incorporating the fuel cell, the internal circulation circuit, the internal circulation unit, and the first heat exchange unit; and the first heat exchange unit
  • a heat utilization means for utilizing the external heat transfer medium heat-exchanged through the waste heat recovery pipe through heat
  • a combined heat and power supply device having:
  • Heat transfer is possible.
  • the heat exchange means is built into the fuel cell unit, one of the waste heat recovery pipes is compared with a configuration in which the internal circulation circuit and the heat exchange means are led to external heat utilization means.
  • the pipe from the heat utilization means to the heat exchange means is the low-temperature side pipe and the internal heat transport medium of the internal circulation circuit is a polymer electrolyte fuel cell, the temperature is 70 to 80 ° C. Therefore, heat loss can be reduced as compared with the case where the internal circulation circuit of the internal heat transport medium is extended, and waste heat recovery efficiency is improved.
  • the internal circulation circuit of the internal heat transport medium itself can be configured as a short circuit in the fuel cell unit, the total amount of the internal heat transport medium flowing in the internal circulation circuit of the internal heat transport medium can be reduced. It can be constructed economically, for example, when an antifreeze solution is used as the heat transport medium and water is used as the external heat transport medium in the waste heat recovery pipe connecting the fuel cell and the heat utilization means.
  • the present invention according to claim 2 is characterized in that an oxidizing gas and / or a fuel gas are chemically formed in the fuel cell on the upstream side of the waste heat recovery pipe of the first heat exchange means.
  • the thermoelectric device according to claim 1 further comprising: second heat exchange means for exchanging heat of the waste gas after the reaction with an external heat transport medium, wherein the second heat exchange means is incorporated in the fuel cell main unit.
  • the feature is that a co-feeding device is configured.
  • the second heat exchange means exchanges waste heat on the air side of the fuel cell on the relatively low temperature side, and then heats the internal heat transport medium on the higher temperature side than the first heat exchange means. Since the waste heat is exchanged with heat, the utilization efficiency of the waste heat transferred to the heat utilization means becomes even higher.
  • the present invention according to claim 3 is characterized in that:
  • the heat transport medium is water
  • the heat utilization means is a hot water storage tank
  • an external heat transport medium circulating means is provided in a path of the waste heat recovery pipe.
  • the hot water storage is performed by controlling a flow rate of the external heat transport medium circulating means.
  • the combined heat and power supply device according to claim 1 or 2 further comprising hot water storage control means for storing the hot water in a stacked state by flowing the hot water into the upper portion of the tank.
  • the flow rate of the external heat transport medium circulation means is controlled, and the hot water storage control means for storing hot water in a stacked manner from the upper part of the hot water storage tank allows hot water to be constantly stored in a stacked manner from the upper part of the hot water storage tank.
  • the temperature of the hot water storage can be maintained at a high temperature (60 to 80 ° C), and even if the hot water runs out using the entire amount of the hot water storage tank, the minimum required in a short time Hot water can be secured. Therefore, hot water with an available temperature can be obtained in a shorter time than when the temperature of the entire tank is uniformly increased.
  • the present invention further comprises a temperature detecting means for detecting a temperature of the internal heat transport medium, and adjusting a flow rate of the external heat transport medium circulating means.
  • a temperature detecting means for detecting a temperature of the internal heat transport medium, and adjusting a flow rate of the external heat transport medium circulating means.
  • the internal circulation circuit and the external heat utilization means are separated by the first heat exchange means, so that the heat load generated by the external heat utilization means fluctuates rapidly and the external heat transport medium
  • the fuel cell is capable of operating within a specified temperature range because of a configuration in which sudden changes in the heat load caused by fluctuations in the amount of fuel, etc., do not easily affect the internal circulation circuit. It is hard to receive and maintains its performance. Furthermore, when cooling the fuel cell by radiating the heat generated at the time of fuel cell power generation, the heat exchange means provided in the internal circulation circuit and the fuel cell cooling water control means allow the hot water in the waste heat recovery pipe to be cooled.
  • the temperature of the external heat transport medium is adjusted by the flow rate of the external heat transport medium circulation means and supplied to the fuel cell.
  • the temperature of the external heat transport medium can be maintained at a predetermined temperature, and the performance deterioration of the fuel cell due to carbon monoxide poisoning can be prevented. it can.
  • FIG. 1 is a block diagram of a cogeneration system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a cogeneration system according to a different embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a cogeneration system according to a different embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block configuration diagram of a cogeneration system according to a different embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a power generator using a conventional polymer electrolyte fuel cell.
  • FIG. 1 is a block diagram of a cogeneration system according to an embodiment of the present invention.
  • the cogeneration system is composed of a polymer electrolyte fuel cell 1 that generates electricity using fuel gas and oxidant gas, and a fuel processor 2 that generates fuel gas by steam reforming and carbon monoxide conversion of the raw material fuel.
  • the fuel-side humidifier 5 for humidifying the fuel gas supplied to the fuel cell 1, the air supply device 6 for supplying oxidant air to the fuel cell 1, and the oxidizing-side humidifier 7 for humidifying the supplied air include:
  • the fuel cell 1 is configured as a gas system required for power generation.
  • the fuel processing unit 2 reforms the raw material fuel into steam to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen, and the reformer 3 converts the carbon monoxide contained in the reformed gas into fuel gas. And a carbon monoxide converter 4 for supplying to the fuel cell 1.
  • the internal heat transport system that sends a partial heat transport medium to the fuel cell 1 to regulate the temperature of the fuel cell 1 includes a cooling pipe 8, a pump 9 that circulates the internal heat transport medium in the cooling pipe 8, A radiator 10 for releasing the heat generated in the fuel cell 1 to the outside; a first heat exchange means 14 for exchanging heat of the internal heat transport medium flowing through the cooling pipe 8 with the external heat transport medium; Flow control valves 15 and 16 as flow control means for controlling the flow rate of the internal heat transport medium flowing between the heat exchanger 10 and the first heat exchange means 14, and the first heat exchange means 14 And a heat utilization means 18 for utilizing the heat exchanged by the external heat transport medium through the waste heat recovery pipes 17a and 17b.
  • the fuel cell 1, the internal circulation circuit 8, the pump 9, which is a partial circulation unit, and the first heat exchange unit 14 are built in the fuel cell unit 19.
  • the same reference numerals are given to those having the same functions as those of the conventional power generator shown in FIG. 5, and details of those functions are described in the conventional power generator shown in FIG. Shall conform to those.
  • the cooling pipe 8, the pump 9, the radiator 10, the first heat exchange means 14, and the flow regulating valves 15 and 16 constitute an internal circulation circuit of the present embodiment.
  • the flow regulating valve 15 is closed and the valve 16 is opened to circulate the heat generated by the fuel cell through the internal heat transport medium via the pump 9 and the first heat exchange means 14 Heat was transferred to an external heat transport medium.
  • the heat utilization means 18 utilized the heat exchanged by the internal pump means (not shown) with the external heat transport medium via the waste heat recovery pipes 17a and 17b.
  • hot water panels as heating equipment and hot water storage tanks as hot water supply equipment were used.
  • the first heat exchange means 14 is built in the fuel cell unit 19, the path can be shortened, and the amount of the internal heat transport medium flowing in the internal circulation circuit can be reduced by the external heat transport. Compare to media volume could be configured.
  • the waste heat recovery pipe 17b sent from the heat utilization means (hot water storage tank) 18 to the first heat exchange means 14 is usually connected to the low-temperature side (water )
  • the internal heat transport medium flowing through the internal circulation circuit of the fuel cell 1 is a polymer electrolyte fuel cell at 70 to 80 ° C
  • the cooling pipe for the internal heat transport medium 8 is used.
  • FIG. 2 is a block diagram of a cogeneration system according to a different embodiment of the present invention.
  • the cogeneration system is composed of a polymer electrolyte type fuel cell that generates electricity using fuel gas and oxidizing gas, and a fuel processor that generates fuel gas by steam reforming and carbon monoxide conversion of the raw material fuel.
  • a fuel humidifier 5 for humidifying the fuel gas supplied to the fuel cell 1 an air supply device 6 for supplying oxidant air to the fuel cell 1, and an oxidizing humidifier 7 for humidifying the supplied air.
  • the processing unit 2 includes a reformer 3 that generates a reformed gas mainly composed of hydrogen by steam reforming the raw material fuel, and a fuel cell 1 that converts carbon monoxide contained in the reformed gas into a fuel gas. And a carbon monoxide converter 4 to be supplied to the reactor.
  • the internal heat transport system that sends the internal heat transport medium to the fuel cell 1 to regulate the temperature of the fuel cell 1 includes a cooling pipe 8, a pump 9 that circulates the internal heat transport medium in the cooling pipe 8, A radiator 10 for releasing the heat generated in the fuel cell 1 to the outside; a first heat exchange means 14 for exchanging heat of the internal heat transport medium flowing through the cooling pipe 8 with the external heat transport medium; Flow control valves 15 and 16 as flow control means for controlling the flow rate of the internal heat transport medium flowing between the heat exchanger 10 and the first heat exchange means 14; and the first heat exchange means 14 And a heat utilization means 18 for utilizing the heat exchanged by the external heat transport medium through the waste heat recovery pipes 17a and 17b.
  • the polymer electrolyte fuel cell 1, the internal circulation circuit, the pump 9 as the internal circulation means, the first heat exchange means 14 and the second heat exchange means 21 are connected to the fuel cell main unit 19. It is built in.
  • the first heat exchange means 14 is located downstream of the circuit of the external heat transport medium of the second heat exchange means 21 and is configured to improve the efficiency of heat utilization.
  • the flow control valve 15 was closed and the flow valve 16 was opened to circulate the heat generated by the fuel cell 1 through the pump 9 using the internal heat transport medium.
  • the oxidizing side that humidifies the supply air by the air supply device 6
  • the humidifier 7 supplies humidified air as an oxidant gas to the fuel cell 1 via the humidifier 7 and sends the oxidant-side waste gas that has undergone a chemical reaction with the fuel cell 1 to the second heat exchange means 21.
  • Heat utilization means 18 External heat transport medium sent from waste heat recovery pipe 17 b by pump means (not shown) inside is first heat-exchanged by second heat exchange means 21, and further circulated internally.
  • the heat was exchanged by the first heat exchange means 14 with the internal heat transport medium that had been heat-transferred by the pump 9 of the circuit, and sent to the heat utilization means 18 via the waste heat recovery pipe 17a.
  • the heat utilization means hot water panels as heating equipment and hot water storage tanks as hot water supply equipment were used.
  • the second heat exchange means 21 and the first heat exchange means 14 are built in the fuel cell main unit 19, the amount of the internal heat transport medium flowing through the internal circulation circuit ⁇ is reduced. However, the configuration was smaller than the amount of the external heat transport medium.
  • the waste heat recovery pipe 17b sent from the heat utilization means (hot water storage tank) 18 to the second heat exchange means 21 is usually on the low temperature side (water )
  • the temperature of the internal heat transport medium flowing through the internal circulation circuit of the fuel cell 1 is 70 to 80 ° C. The heat loss can be reduced as compared with the case of extending 8, which improves the waste heat efficiency as a fuel cell.
  • the flow control valve 15 When it is no longer necessary to recover the waste heat of the fuel cell 1 through the heat utilization means 18, the flow control valve 15 is opened to release the heat generated in the fuel cell 1, and By closing the radiator and activating the radiator 10, the internal heat transport medium exchanged heat with the outside air, and was able to release heat to the outside.
  • humidified air as oxidant gas is supplied to the fuel cell 1 and
  • the cogeneration system of the present embodiment including the oxidizing humidifier 7 for sending the waste gas after the chemical reaction with the fuel cell 1 to the second heat exchange means 21, when the cogeneration system is operated.
  • Humidified waste gas air at a temperature of 60 to 65 ° C is obtained as the waste gas temperature after the chemical reaction with the fuel cell 1, and the second heat exchange means 21 exchanges heat with water as an external heat transfer medium.
  • the flow rate of the external heat transport medium is about ⁇ 0.048 to 0.60 m3 / h (about 0.8 to 1.0 OL / min)
  • the flow rate is about 15 to 20 ° C. A temperature rise was obtained.
  • the heat is further exchanged by the first heat exchange means 14, whereby the temperature of the external heat transport medium is reduced to the circulation temperature of the internal heat transport medium (about 70 to The temperature could be raised to around 80 ° C). Therefore, the waste heat utilization efficiency of the cogeneration system was further improved.
  • the oxidant-side waste gas of the fuel cell is used as the heat source of the first heat exchange means.
  • the same effect can be obtained by providing a configuration using the fuel-side waste gas of the fuel cell. there were.
  • FIG. 3 is a block diagram of a cogeneration system according to a different embodiment of the present invention.
  • the cogeneration system is composed of a polymer electrolyte type fuel cell that generates electricity using fuel gas and oxidizing gas, and a fuel processor that generates fuel gas by steam reforming and carbon monoxide conversion of the raw material fuel.
  • a fuel humidifier 5 for humidifying the fuel gas supplied to the fuel cell 1
  • an air supply device 6 for supplying oxidant air to the fuel cell 1
  • an oxidizing humidifier 7 for humidifying the supplied air.
  • the second heat exchange means 21 for exchanging heat of the oxidant-side waste gas after the humidified air as the oxidant gas supplied to the fuel cell 1 chemically reacts in the fuel cell 1, and It is configured as a gas system required for power generation.
  • the fuel treatment device 2 includes a reformer 3 that generates a reformed gas mainly composed of hydrogen by steam reforming a raw fuel, and a fuel reformer 3 that converts carbon monoxide contained in the reformed gas into a fuel. And a carbon monoxide converter 4 that supplies gas to the fuel cell 1.
  • the internal heat transport system that sends the internal heat transport medium to the fuel cell 1 to regulate the temperature of the fuel cell 1 includes a cooling pipe 8, a pump 9 that circulates the internal heat transport medium in the cooling pipe 8, A radiator 10 for releasing the heat generated in the fuel cell 1 to the outside; a first heat exchange means 14 for exchanging heat of the internal heat transport medium flowing through the cooling pipe 8 with the external heat transport medium; Flow control valves 15 and 16 as flow control means for controlling the flow rate of the internal heat transport medium flowing between the heat exchanger 10 and the first heat exchange means 14; and the first heat exchange means 14 It is composed of a hot water storage tank 39 as a heat utilization means for utilizing the external heat transport medium heat-exchanged through the waste heat recovery pipes 17a and 17b.
  • the waste heat recovery pipe 17a is connected to the upper part of the hot water storage tank 39, and the waste heat recovery pipe 17b is connected to the lower part of the hot water storage tank 39.
  • an external circulating pump 31 attached to the waste heat recovery pipe 17 b to send water as an external heat transport medium to the second heat exchange means 21, and attached to the waste heat recovery pipe 17 a Hot water thermistor 32 as temperature detecting means for detecting the temperature of the hot water heat exchanged by the heat exchange means 14 and an external circulation pump 3 based on the hot water temperature detected by the hot water thermistor 32 1 and hot water storage control means 33 for controlling the flow rate.
  • the polymer electrolyte fuel cell 1, the internal circulation circuit, the pump 9, the first heat exchange means 14 and the second heat exchange means 21 are built in the fuel cell main unit 19.
  • the first heat exchange means 14 is located downstream of the circuit of the external heat transport medium of the second heat exchange means 21 so as to increase the efficiency of heat utilization.
  • the cooling pipe 8, the pump 9, the radiator 10, the first heat exchange means 14, and the flow regulating valves 15 and 16 constitute an internal circulation circuit of the present embodiment.
  • the flow control valve 15 was closed and the flow valve 16 was opened to circulate the heat generated by the fuel cell via the pump 9 with the partial heat transport medium.
  • humidified air as an oxidizing gas is supplied to the fuel cell 1 through the oxidizing humidifier 7 that humidifies the supplied air by the air supply device 6, and the oxidizing agent after chemically reacting with the fuel cell 1 is supplied.
  • the side waste gas was sent to the second heat exchange means 21 to exchange heat.
  • Water as an external heat transport medium sent from the heat utilization means 39 through the waste heat recovery pipe 17 b through the external circulation pump 31 is first heat-exchanged by the second heat exchange means 21,
  • the heat is exchanged by the first heat exchange means 14 with the internal heat transport medium that has been heat-transferred by the pump 9 of the internal circulation circuit, and sent to the heat utilization means 39 via the waste heat recovery pipe 17a.
  • the second heat exchange means 21 and the first heat exchange means 14 are built in the fuel cell unit 19, the amount of the internal heat transport medium flowing through the internal circulation circuit ⁇ Was smaller than the amount of the external heat transport medium.
  • the waste heat recovery pipe 17b sent from the hot water storage tank 39 to the second heat exchange means 21 is usually a low temperature (water) pipe, Since the temperature of the internal heat transport medium flowing through the internal circulation circuit of the fuel cell 1 is 70 to 80 ° C in the case of a polymer electrolyte fuel cell, the cooling pipe 8 for the internal heat transport medium is extended. The heat loss was smaller than in the previous case, and the efficiency of waste heat recovery as a fuel cell was improved.
  • the flow rate of the external circulation pump 31 for exchanging heat of the water in the hot water storage tank 39 via the waste heat recovery pipes 17a and 17b, and the detected value of the hot water temperature thermistor 32 With the hot water storage control means 33 that controls the hot water storage from the upper part of the hot water storage tank in a stacked manner, the upper part is always hotter than the upper part of the hot water storage tank 39, and the lower part is two layers with a lower temperature. Hot water could be stored in a shape.
  • the hot water storage temperature can be maintained at a high temperature (60 to 80 ° C), and even if the hot water runs out using the entire amount of the hot water storage tank The required minimum amount of hot water could be secured.
  • the flow rate can be controlled empirically without using a hot water thermistor 32.
  • the flow control valve 15 is opened to release the heat generated in the fuel cell 1, By closing the radiator 10 and operating the radiator 10, the internal heat transport medium exchanged heat with the outside air and was able to release heat to the outside.
  • the oxidant-side waste gas of the fuel cell is used as the heat source of the first heat exchange means.
  • the same effect can be obtained by providing a configuration using the fuel-side waste gas of the fuel cell. there were.
  • the heat of the oxidant-side waste gas after the humidified air serving as the oxidant gas supplied to the fuel cell 1 undergoes a chemical reaction in the fuel cell is first subjected to heat exchange by the second heat exchange means 21. Then, after the heat exchange in the second heat exchange means 21, the heat from the internal circulation circuit of the cooling water system of the fuel cell 1 is connected so that the heat is exchanged by the first heat exchange means 14. Since the heat exchange on the higher temperature side is performed after the heat exchange by the heat exchange means, the heat exchange efficiency has been improved, and the utilization efficiency of waste heat transferred to the heat utilization means has become extremely high.
  • FIG. 4 is a block configuration diagram of a cogeneration system according to a different embodiment of the present invention.
  • the cogeneration system generates electricity using fuel gas and oxidizing gas.
  • a fuel cell 1 of a polymer electrolyte type a fuel processor 2 that generates fuel gas by steam reforming and carbon monoxide conversion of the raw material fuel, and a fuel-side humidifier that humidifies the fuel gas supplied to the fuel cell 1. 5 and the oxidant air in the fuel cell
  • An air supply device 6 for supplying to the fuel cell 1; an oxidizing humidifier 7 for humidifying the supply air; Second heat exchange means for exchanging heat of gas 2
  • the fuel treatment device 2 includes a reformer 3 that generates a reformed gas mainly composed of hydrogen by steam reforming a raw fuel, and a fuel cell that converts carbon monoxide contained in the reformed gas into a fuel gas. And a carbon monoxide converter 4 to be supplied to 1.
  • the internal heat transport system that sends the internal heat transport medium to the fuel cell 1 to adjust the temperature of the fuel cell 1 includes a cooling pipe 8, a pump 9 that circulates the internal heat transport medium in the cooling pipe 8, and a fuel cell.
  • Flow control valves 15 and 16 as flow control means for adjusting the flow rate of the internal heat transport medium flowing to the first heat exchange means 14 and temperature detection attached to the outlet side of the internal circulation circuit of the first heat exchange means 14
  • Internal heat transport medium thermistor as a means 4
  • the external circulation pump 31 that sends water as an external heat transfer medium attached to 7b to the first heat exchange means 14 and the temperature of hot water heat exchanged by the first heat exchange means 14 are detected.
  • a waste heat recovery circuit is constituted by the provided second heat exchange means 21 and the fuel cell cooling water temperature control means 42.
  • the hot water detected by the internal heat transport medium thermistor 41 Based on the temperature, the flow rate of the external circulation pump 31 is controlled to control the temperature of the internal heat transport medium supplied to the fuel cell 1 to a predetermined temperature (about 70 to 80 ° C). I have.
  • the polymer electrolyte fuel cell 1, the internal circulation circuit, the pump 9 as the internal circulation means, the first heat exchange means 14 and the second heat exchange means 21 are connected inside the fuel cell unit 19. It is built in.
  • the cooling pipe 8, the pump 9, the radiator 10, the first heat exchange means 14, and the flow regulating valves 15 and 16 constitute an internal circulation circuit of the present embodiment.
  • the flow control valve 15 was closed and the flow valve 16 was opened to circulate the heat generated by the fuel cell 1 through the pump 9 using the internal heat transport medium.
  • humidified air as an oxidizing gas is supplied to the fuel cell 1 via an oxidizing humidifier 7 for humidifying the supplied air by the air supply device 6, and the oxidizing agent after chemically reacting with the fuel cell 1 is supplied.
  • the side waste gas was sent to the second heat exchange means 21 for heat exchange.
  • the water as the external heat transport medium sent from the waste heat recovery pipe 17 b is first heat-exchanged with the oxidant-side waste gas by the second heat exchange means 21 1, and further by the pump 9 of the internal circulation circuit 8.
  • the first heat exchange means 14 exchanged heat with the internal heat transport medium that had been heat-transferred, and was sent to the heat utilization means 39 via the waste heat recovery pipe 17a.
  • a hot water storage tank as a hot water supply device is used as the heat utilization means 39, and at this time, the second heat exchange means 21 and the first heat exchange means 14 are connected to the fuel cell unit unit 19.
  • the internal heat transfer medium flowing through the internal circulation circuit is The configuration can be made smaller than the amount of the heat transport medium (water). When antifreeze was used as the internal heat transport medium, the total amount of antifreeze could be reduced and the system could be constructed economically.
  • the waste heat recovery pipe 17b sent from the hot water storage tank 39 to the second heat exchange means 21 is usually a low temperature side (water) pipe,
  • the temperature of the internal heat transport medium flowing through the internal circulation circuit of the fuel cell 1 is 70 to 80 ° C, so that the cooling pipe 8 for the internal heat transport medium is extended. Heat loss was reduced, and the efficiency of waste heat recovery as a fuel cell was improved.
  • the flow control valve 15 is opened to release the heat generated in the fuel cell 1, By closing the radiator and activating the radiator 10, the internal heat transport medium exchanged heat with the outside air, and was able to release heat to the outside.
  • the fuel cell cooling water temperature control means 42 determines the temperature of the hot water detected by the internal heat transport medium thermistor 41 attached to the outlet side of the first heat exchange means 14 in the internal circulation circuit.
  • the temperature of the external heat transfer medium that supplies the flow rate of the external circulation pump 31 to the fuel cell 1 was controlled to a predetermined temperature (about 70 to 80 ° C).
  • a predetermined temperature about 70 to 80 ° C.
  • the temperature of the fuel cell during operation can be maintained, etc., preventing carbon monoxide poisoning of the fuel cell and greatly improving the reliability of the cogeneration system.
  • the temperature control of the internal heat transport medium is prioritized over the temperature control of the hot water storage tank 39. That is, if the temperature of the internal heat transport medium becomes too low, the pump 31 is stopped. If waste heat recovery from the heat utilization means 39 is small or unnecessary, the flow control valves 15 and 16 can be properly adjusted to open the valve. Excess heat is radiated to the outside by the radiator 10 to maintain the temperature of the internal heat transfer medium thermistor 41 at a predetermined temperature, and the temperature of the internal heat transfer medium supplied to the fuel cell 1 is controlled The temperature could be maintained.
  • the internal circulation circuit must be shortened to flow into the fuel cell and recover waste heat. This has reduced the chance of water quality deterioration and pollution, and was effective in increasing the reliability of the cogeneration system using a fuel cell.
  • the first heat exchange means uses fuel as the heat source.
  • the oxidant-side waste gas of the battery was used, the same effect was obtained by providing a configuration using the fuel-side waste gas of the fuel cell.
  • the fuel cell By incorporating the fuel cell, the upper circulation circuit, and the heat exchange means in the fuel cell unit, it is possible to shorten the upper circulation circuit, and one of the waste heat recovery pipes is usually connected to the low-temperature side pipe. Therefore, the heat loss from the waste heat recovery pipe connecting the heat exchange means and the heat utilization means can be reduced, and the waste heat recovery efficiency is improved.
  • the total amount of the internal heat transport medium flowing in the internal circulation circuit can be reduced, so that the internal heat transport medium uses antifreeze, etc. It can be constructed economically, for example, when water is used as the external heat transfer medium in the waste heat recovery pipe connecting the two.
  • the internal heat transport medium flows into the fuel cell and recovers waste heat, it is possible to reduce the chance of water quality deterioration and pollution by shortening the internal circulation circuit. Pond reliability is improved.
  • the heat of the oxidant-side waste gas after the humidified air as the oxidizing gas supplied to the fuel cell is chemically reacted in the fuel cell is first heat-exchanged by the first heat exchanging means.
  • the fuel cell was connected so that the heat from the internal circulation circuit of the cooling water system was exchanged by the second heat exchange means. Therefore, the heat exchange on the higher temperature side is performed after the heat exchange by the heat exchange means on the lower temperature side, so the heat exchange efficiency is improved, and the utilization efficiency of waste heat transported to the heat utilization means becomes extremely high. .
  • a hot water tank is used as the heat utilization means, and the external heat transport medium circulating means provided in the path of the waste heat recovery pipe and the flow rate of the external heat transport medium circulating means are adjusted.
  • hot water storage control means for controlling and storing hot water in a stacked manner from the top of the hot water storage tank, the hot water can always be stored in a stacked manner from the top of the hot water storage tank, and the normal hot water supply pipe outlet is taken out from the top of the hot water storage tank
  • the hot water temperature can be maintained at a high temperature (60 to 80 ° C), and the minimum required amount of hot water can be secured in a short time even when the hot water runs out using the entire hot water storage tank. Therefore, compared with a case where the temperature of the water in the entire tank is uniformly increased, hot water having an available temperature can be obtained in a short time, and the convenience is further improved.
  • the flow rate of the external heat transport medium circulating means that conveys the hot and cold water in the waste heat recovery pipe ⁇ is adjusted, the heat exchange amount from the heat exchange means is adjusted, and the temperature of the internal heat transport medium flowing into the fuel cell is regulated.
  • a fuel cell cooling water temperature control means that maintains the temperature, the heat generated during fuel cell power generation can be radiated to cool the fuel cell.
  • the temperature of the internal heat transport medium entering the fuel cell can be maintained at a predetermined temperature by adjusting the flow rate of the heat transport medium circulating means, the fuel cell can be operated at a stable temperature, and the carbon monoxide coating can be performed. Prevent fuel cell performance deterioration due to poison And a highly reliable cogeneration system can be constructed.

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Description

明 細 技術分野
本発明は、 高分子電解質型の燃料電池を用いて発電と熱の供給を行う 熱電併給装置に関するものである。 背景技術
以下、 図 5の構成図を用いて従来の高分子電解質型燃料電池を用いた 発電装置について説明する。 図 5において、 1は燃料電池部であり、 燃 料処理装置 2は天然ガスなどの原料を水蒸気改質し、 水素を主成分とす るガスを生成して燃料電池 1に供給する。 燃料処理装置 2は、 改質ガス を生成する改質器 3と、 改質ガスに含まれる一酸化炭素を水と反応させ 二酸化炭素と水素にするための一酸化炭素変成器 4とを具備している。 燃料側加湿器 5では、 燃料電池 1に供給する燃料ガスを加湿する。 6は 空気供給装置であり、 酸化剤の空気を燃料電池 1に供給する。 このとき 、 酸化側加湿器 7で供給空気を加湿する。 さらに、 燃料電池 1に水を送 つて冷却する冷却配管 8と、 冷却配管内の水を循環させるポンプ 9と、 燃料電池 1で発生した熱を外部へ放出する冷却用の放熱器 1 0を備えて レヽる。
このような装置を用いて発電を行う時は、 燃料電池 1の温度を一定に 保っため、 冷却配管 8を通して、 ポンプ 9で水を循環させ、 冷却用の放 熱器 1 0で燃料電池 1で発生した熱を外部へ放出する。
しかしながら、 上記従来の構成では、 燃料電池 1で発生した熱を冷却 用放熱ファン 1 0で外部に放出するため、 発電時に発生する熱を利用す ることができないので、 熱電併給装置を構成しないという問題点があつ た。
また、 燃料電池 1で反応させた後の廃棄空気や廃棄燃料ガスの廃熱も 利用することができないという問題点があった。
また、 天然ガスなどの原料から燃料ガスを生成する熱電併給装置を用 いて発電を行う際、 一酸化炭素変成器 4で変成された後の改質ガスには 少量の一酸化炭素が残留する。 このような状況で、 高分子電解質型の燃 料電池 1の一酸化炭素被毒を防止するためには、 運転を所定温度の範囲 で行う必要がある。 しかし、 上記発電装置では、 冷却回路の水温を調節 する手段を持たず、 低負荷運転時の燃料電池 1の温度維持等、 燃料電池 1の温度調整が困難であり、 燃料電池の性能維持が難しいという問題点 があった。 発明の開示
本発明は、 上記従来技術の有する問題点を解決することを課題とする c 上記課題を解決するため、 請求項 1記載の本発明は、 燃料ガスと酸化 剤ガスとを用いて発電を行う高分子電解質型燃料電池と、 前記燃料電池 へ内部熱輸送媒体を循環させる内部循環回路と、 前記内部熱輸送媒体を 循環させる内部循環手段と、 前記內部熱輸送媒体の熱を外部熱輸送媒体 と熱交換する第 1の熱交換手段と、 前記燃料電池と前記内部循環回路と 前記内部循環手段と前記第 1の熱交換手段とを内蔵する燃料電池本体ュ ニッ トと、 前記第 1の熱交換手段によって熱交換された外部熱輸送媒体 を廃熱回収配管を介して熱利用する熱利用手段と、 を有する熱電併給装 置を構成したことを特徴とする。 上記構成により、 熱電併給装置の運転時に、 燃料電池の発電による熱 を內部熱輸送媒体により内部循環手段を介して循環させ、 熱交換手段に より熱交換された廃熱を外部の熱利用手段に熱搬送することができる。 このとき、 熱交換手段を燃料電池本体ュニッ トの中に内蔵しているため 、 內部循環回路および熱交換手段を外部の熱利用手段まで導く構成に比 較して、 廃熱回収配管のうち片方の配管すなわち、 熱利用手段から熱交 換手段へ送られる配管が通常低温側配管となり、 内部循環回路の内部熱 輸送媒体が高分子電解質型燃料電池の場合、 7 0〜8 0 °Cであるため、 この内部熱輸送媒体の内部循環回路を延長配管する場合より熱損失が少 なくでき、 廃熱回収効率が向上する。 また、 内部熱輸送媒体の内部循環 回路そのものを燃料電池本体ュニッ ト內に短回路化して構成できるため 、 内部熱輸送媒体の内部循環回路内を流れる内部熱輸送媒体の総量を少 なくでき、 内部熱輸送媒体を不凍液等を使用し、 燃料電池と熱利用手段 を結ぶ廃熱回収配管内の外部熱輸送媒体を水で構成した場合など経済的 に構成できる。
また、 上記課題を解決するため、 請求項 2記載の本発明は、 前記第 1 の熱交換手段の前記廃熱回収配管上流側に、 酸化剤ガス及び/又は燃料ガ スが前記燃料電池で化学反応した後の廃ガスの熱を外部熱輸送媒体と熱 交換する第 2の熱交換手段を有し、 前記第 2の熱交換手段を燃料電池本 体ユニッ トに内蔵する請求項 1記載の熱電併給装置を構成したことを特 徴とする。
上記構成により、 先に第 2の熱交換手段によって、 比較的低温側の燃 料電池の空気側の廃熱を熱交換し、 次に第 1の熱交換手段より高温側の 内部熱輸送媒体の廃熱を熱交換するため、 熱利用手段へ搬送される廃熱 の利用効率がさらに高効率になる。
また、 上記課題を解決するため、 請求項 3記載の本発明は、 前記外部 熱輸送媒体を水とし、 前記熱利用手段は貯湯タンクとし、 さらに前記廃 熱回収配管の経路中に外部熱輸送媒体循環手段を備え、 前記外部熱輸送 媒体循環手段の流量を制御することで貯湯タンク上部へ流入させること により積層状に湯を貯湯させる貯湯制御手段を有する請求項 1または 2 記載の熱電併給装置を構成したことを特徴とする。
上記構成により、 外部熱輸送媒体循環手段の流量を制御し、 貯湯タン ク上部より積層状に湯を貯湯させる貯湯制御手段によって、 貯湯タンク 上部より常に積層状に湯を貯湯でき、 給湯配管口を貯湯タンクの上部か ら取り出す通常の配管構成において、 貯湯湯温が高温 （6 0〜 8 0 °C) で確保でき、 かつ貯湯タンク全量を使用し湯切れした場合においても短 時間で必要最小限の貯湯量の確保できる。 従って、 タンク全量の水を一 律に昇温させる場合に比べ、 短時間で利用可能温度の湯が得られる。
また、 上記課題を解決するため、 請求項 4記載の本発明は、 さらに前 記内部熱輸送媒体の温度を検出する温度検出手段を備え、 前記外部熱輸 送媒体循環手段の流量を調節することで前記第 1の熱交換手段からの熱 交換量を調節して前記內部熱輸送媒体の温度を所定温度に維持する燃料 電池冷却水温度制御手段を有する請求項 1ないし 3いずれかに記載の熱 電併給装置を構成したことを特徴とする。
上記構成により、 内部循環回路と外部の熱利用手段とを第 1の熱交換 手段により分断しているため、 外部の熱利用手段で発生する熱負荷の急 激な変動や、 外部熱輸送媒体の量の変動などで発生する熱負荷の急激な 変動が、 内部循環回路に影響を及ぼしにくい構成となっているので、 燃 料電池は所定温度の範囲で運転が可能であり、 一酸化炭素被毒を受けに く く、 性能を維持する。 さらに、 燃料電池の発電時において発生した熱 を放熱し燃料電池を冷却する場合に、 内部循環回路が具備する熱交換手 段と燃料電池冷却水制御手段とにより、 廃熱回収配管内の湯の熱交換量 を外部熱輸送媒体循環手段の流量によって調節し、 燃料電池へ供給する 內部熱輸送媒体の温度を所定温度に維持することができ、 一酸化炭素被 毒による燃料電池の性能劣化を防止することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施の形態である熱電併給装置のブロック構成図 である。
図 2は、 本発明の異なる実施の形態である熱電併給装置のプロック構 成図である。
図 3は、 本発明の異なる実施の形態である熱電併給装置のプロック構 成図である。
図 4は、 本発明の異なる実施の形態である熱電併給装置のプロック構 成図である。
図 5は、 従来の高分子電解質型燃料電池を用いた発電装置を示す構成 図である。
1 燃料電池
2 燃料処理装置
3 改質器
4 一酸化炭素変成器
5 燃料側加湿器
6 空気供給装置
7 酸化側加湿器
8 冷却配管
9 ポンプ
1 0 放熱器 1 4 第 1の熱交換手段
1 5， 1 6 流量調整弁
1 7 a , 1 7 b 廃熱回収配管
1 8 熱利用手段
1 9 燃料電池本体ュニッ ト
2 1 第 2の熱交換手段
3 1 外部循環ポンプ
3 2 湯温サーミスタ
3 3 貯湯制御手段
3 9 熱利用手段 （貯湯タンク）
4 1 内部熱輸送媒体サーミスタ
4 2 燃料電池冷却水温度制御手段 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の具体的実施の形態を図面を参照して説明する。
(実施の形態 1 )
図 1は、 本発明の一実施の形態である熱電併給装置のプロック構成図 である。 熱電併給装置は、 燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う高 分子電解質型の燃料電池 1 と、 原料燃料を水蒸気改質および一酸化炭素 変成して燃料ガスを発生させる燃料処理装置 2と、 燃料電池 1に供給す る燃料ガスを加湿する燃料側加湿器 5と、 酸化剤の空気を燃料電池 1に 供給する空気供給装置 6と、 供給空気を加湿する酸化側加湿器 7と、 が 燃料電池 1の発電に必要なガス系統として構成されている。 燃料処理装 置 2は、 原料燃料を水蒸気改質して水素を主体とする改質ガスを生成す る改質器 3と、 改質ガスに含まれる一酸化炭素を変成し、 燃料ガスとし て燃料電池 1 へ供給する一酸化炭素変成器 4とから構成されている。 また、 燃料電池 1に內部熱輸送媒体を送って燃料電池 1の温度調整を する内部熱輸送系統としては、 冷却配管 8と、 冷却配管 8内の内部熱輸 送媒体を循環させるポンプ 9と、 燃料電池 1で発生した熱を外部へ放出 する放熱器 1 0と、 冷却配管 8を流れる内部熱輸送媒体の熱を外部熱輸 送媒体と熱交換する第 1の熱交換手段 1 4と、 放熱器 1 0と第 1の熱交 換手段 1 4 とに流れる内部熱輸送媒体の流量を調整する流量調整手段と しての流量調整弁 1 5 ， 1 6と、 第 1の熱交換手段 1 4によって熱交換 された外部熱輸送媒体を廃熱回収配管 1 7 a ， 1 7 bを介して熱利用す る熱利用手段 1 8とで構成されている。 そして、 燃料電池 1 と内部循環 回路 8と內部循環手段であるポンプ 9と第 1の熱交換手段 1 4とを燃料 電池本体ュニッ ト 1 9内に内蔵している。
上記の各構成要素は、 図 5で示した従来の発電装置のものと同じ機能 のものには同一符号を付与しており、 それらの機能の詳細は、 図 5で示 した従来の発電装置のものに準ずるものとする。 また、 冷却配管 8、 ポ ンプ 9、 放熱器 1 0、 第 1の熱交換手段 1 4、 流量調整弁 1 5 ， 1 6は 、 本実施の形態の内部循環回路を構成している。
熱電併給装置の運転時に、 流量調整弁 1 5を閉、 1 6を開にして燃料 電池の発電による熱を内部熱輸送媒体によりポンプ 9を介して循環させ 、 第 1の熱交換手段 1 4により外部熱輸送媒体に熱搬送させた。 熱利用 手段 1 8は、 内部のポンプ手段 （図示せず） により外部熱輸送媒体に熱 交換された熱を廃熱回収配管 1 7 a ， 1 7 bを介して利用した。 熱利用 手段としては、 暖房機器としての温水パネルや給湯機器としての貯湯タ ンクなどが用いられた。 この場合、 第 1の熱交換手段 1 4を燃料電池本 体ュニッ ト 1 9の中に内蔵しているため、 経路が短くでき内部循環回路 内を流れる内部熱輸送媒体の量を、 外部熱輸送媒体の量に比較 く構成できた。 その結果、 熱利用手段 1 8として貯湯タンクを、 内部熱 輸送媒体として不凍液を、 外部熱輸送媒体として水を用いた場合、 不凍 液の総量を少なくでき、 経済的に構成できた。 さらに、 廃熱回収配管 1 7 a , 1 7 bのうち、 熱利用手段 （貯湯タンク） 1 8から第 1の熱交換 手段 1 4 へ送られる廃熱回収配管 1 7 bが通常低温側 （水） 配管であり 、 他方、 燃料電池 1の内部循環回路を流れる内部熱輸送媒体が、 高分子 電解質型燃料電池の場合、 7 0 〜 8 0 °Cであるため、 内部熱輸送媒体の 冷却配管 8を延長し、 第 1の熱交換手段を熱利用手段 1 8側に設ける場 合より熱損失も少なくでき、 燃料電池としての廃熱回収効率が向上した c また、 熱電併給装置の廃熱を熱利用手段 1 8を介して熱回収する必要 がなくなった場合には、 燃料電池 1において発生した熱を放熱させるた め、 流量調整弁 1 5を開、 1 6を閉とし、 放熱器 1 0を作動させること により、 内部熱輸送媒体は外気と熱交換し、 熱を外部へ放出することが できた。 このとき、 放熱器 1 0の能力を制御することにより、 内部熱輸 送媒体の温度を所定温度の範囲内に制御した。 例えば、 サーミスタ 1 0 0を用いて放熱器 1 0を制御する。
(実施の形態 2 )
図 2は、 本発明の異なる実施の形態である熱電併給装置のプロック構 成図である。 熱電併給装置は、 燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行 う高分子電解質型の燃料電池 1 と、 原料燃料を水蒸気改質および一酸化 炭素変成して燃料ガスを発生させる燃料処理装置 2と、 燃料電池 1に供 給する燃料ガスを加湿する燃料側加湿器 5と、 酸化剤の空気を燃料電池 1に供給する空気供給装置 6 と、 供給空気を加湿する酸化側加湿器 7と 、 燃料電池 1に供給される酸化剤ガスとしての加湿空気が燃料電池 1で 化学反応した後の酸化剤廃ガスの熱を熱交換する第 2の熱交換手段 2 1 と、 が燃料電池 1の発電に必要なガス系統として構成されている。 燃料 W 01
9
処理装置 2は、 原料燃料を水蒸気改質して水素を主体とする改質ガスを 生成する改質器 3と、 改質ガスに含まれる一酸化炭素を変成し、 燃料ガ スとして燃料電池 1 へ供給する一酸化炭素変成器 4とから構成されてい る。
また、 燃料電池 1に内部熱輸送媒体を送って燃料電池 1の温度調整を する内部熱輸送系統としては、 冷却配管 8と、 冷却配管 8内の内部熱輸 送媒体を循環させるポンプ 9と、 燃料電池 1で発生した熱を外部へ放出 する放熱器 1 0と、 冷却配管 8を流れる内部熱輸送媒体の熱を外部熱輸 送媒体と熱交換する第 1の熱交換手段 1 4と、 放熱器 1 0と第 1の熱交 換手段 1 4とに流れる内部熱輸送媒体の流量を調整する流量調整手段と しての流量調整弁 1 5 ， 1 6と、 第 1の熱交換手段 1 4によって熱交換 された外部熱輸送媒体を廃熱回収配管 1 7 a ， 1 7 bを介して熱利用す る熱利用手段 1 8とで構成されている。 そして、 高分子電解質型燃料電 池 1 と内部循環回路と内部循環手段であるポンプ 9と第 1の熱交換手段 1 4および第 2の熱交換手段 2 1 とを燃料電池本体ュニッ ト 1 9内に内 蔵している。 第 1の熱交換手段 1 4は、 第 2の熱交換手段 2 1の外部熱 輸送媒体の回路の下流側に置かれ、 熱利用の効率化を図る構成となって いる。
上記の各構成要素は、 図 5で示した従来の発電装置と同じ機能のもの は、 同一符号を付与しており、 それらの機能の詳細は、 図 5で示した従 来の発電装置のものに準ずるものとする。 また、 冷却配管 8、 ポンプ 9 、 放熱器 1 0、 第 1の熱交換手段 1 4、 流量調整弁 1 5 ， 1 6は、 本実 施の形態の内部循環回路を構成している。
熱電併給装置の運転時に、 まず、 流量調整弁 1 5を閉、 1 6を開にし て燃料電池 1の発電による熱を内部熱輸送媒体によりポンプ 9を介して 循環させた。 また、 空気供給装置 6により、 供給空気を加湿する酸化側 加湿器 7を介して、 燃料電池 1に酸化剤ガスとしての加湿空気を供給す るとともに、 燃料電池 1 と化学反応した後の酸化剤側廃ガスを第 2の熱 交換手段 2 1 へ送り熱交換した。 熱利用手段 1 8内部のポンプ手段 （図 示せず） によって廃熱回収配管 1 7 bより送られてきた外部熱輸送媒体 は、 まず第 2の熱交換手段 2 1で熱交換され、 さらに内部循環回路のポ ンプ 9により、 熱搬送されてきた内部熱輸送媒体と第 1の熱交換手段 1 4で熱交換され、 熱利用手段 1 8 へ廃熱回収配管 1 7 aを介して送られ た。 熱利用手段 1 8としては、 暖房機器としての温水パネルや給湯機器 としての貯湯タンクなどが用いられた。 このとき、 第 2の熱交換手段 2 1、 第 1の熱交換手段 1 4を燃料電池本体ュニッ ト 1 9の中に内蔵して いるため、 内部循環回路內を流れる内部熱輸送媒体の量を、 外部熱輸送 媒体の量に比較して少なく構成できた。 熱利用手段 1 8として貯湯タン クを、 内部熱輸送媒体として不凍液を、 外部熱輸送媒体として水を用い た場合、 不凍液の総量を少なくでき、 経済的に構成できた。 さらに、 廃 熱回収配管 1 7 a ， 1 7 bのうち、 熱利用手段 （貯湯タンク） 1 8から 第 2の熱交換手段 2 1 へ送られる廃熱回収配管 1 7 bが通常低温側 （水 ) 配管であり、 燃料電池 1の内部循環回路を流れる内部熱輸送媒体の温 度が、 高分子電解質型燃料電池の場合、 7 0 〜 8 0 °Cであるため、 内部 熱輸送媒体の冷却配管 8を延長する場合より熱損失も少なくでき燃料電 池としての廃熱効率が向上した。
また、 燃料電池 1の廃熱を熱利用手段 1 8を介して熱回収する必要が なくなった場合には、 燃料電池 1において発生した熱を放熱させるため 、 流量調整弁 1 5を開、 1 6を閉とし、 放熱器 1 0を作動させることに より、 内部熱輸送媒体は外気と熱交換し、 熱を外部へ放出することがで きた。
さらに、 燃料電池 1に酸化剤ガスとしての加湿空気を供給するととも に、 燃料電池 1 と化学反応した後の廃ガスを第 2の熱交換手段 2 1 へ送 る酸化側加湿器 7を具備する本実施の形態の熱電併給装置において、 熱 電併給装置の運転時、 燃料電池 1 と化学反応後の廃ガス温度と して 6 0 〜 6 5 °Cの加湿廃ガス空気が得られ、 第 2の熱交換手段 2 1で外部熱輸 送媒体として水と熱交換した場合、 外部熱輸送媒体の流量を約◦ . 0 4 8 〜 0 . 0 6 0 m 3/ h (約 0 . 8 〜 1 . O L / m i n ) とした時に約 1 5 〜 2 0 °Cの温度上昇が得られた。 この第 2の熱交換手段 2 1で熱交換 後、 さらに第 1の熱交換手段 1 4で熱交換することにより、 外部熱輸送 媒体の温度を、 内部熱輸送媒体の循環温度 （約 7 0 〜 8 0 °C) 付近まで 昇温することができた。 従って、 熱電併給装置の廃熱の利用効率が一段 と向上した。
なお、 本実施の形態において、 第 1の熱交換手段の熱源として、 燃料 電池の酸化剤側廃ガスを用いたが、 燃料電池の燃料側廃ガスを用いる構 成を設けても同様の効果があった。
(実施の形態 3 )
図 3は、 本発明の異なる実施の形態である熱電併給装置のプロック構 成図である。 熱電併給装置は、 燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行 う高分子電解質型の燃料電池 1 と、 原料燃料を水蒸気改質および一酸化 炭素変成して燃料ガスを発生させる燃料処理装置 2と、 燃料電池 1 に供 給する燃料ガスを加湿する燃料側加湿器 5と、 酸化剤の空気を燃料電池 1に供給する空気供給装置 6 と、 供給空気を加湿する酸化側加湿器 7と 、 燃料電池 1に供給される酸化剤ガスとしての加湿空気が燃料電池 1で 化学反応した後の酸化剤側廃ガスの熱を熱交換する第 2の熱交換手段 2 1 と、 が燃料電池 1の発電に必要なガス系統として構成されている。 燃 料処理装置 2は、 原料燃料を水蒸気改質して水素を主体とする改質ガス を生成する改質器 3と、 改質ガスに含まれる一酸化炭素を変成し、 燃料 ガスとして燃料電池 1へ供給する一酸化炭素変成器 4とから構成されて いる。
また、 燃料電池 1に内部熱輸送媒体を送って燃料電池 1の温度調整を する内部熱輸送系統としては、 冷却配管 8と、 冷却配管 8内の内部熱輸 送媒体を循環させるポンプ 9と、 燃料電池 1で発生した熱を外部へ放出 する放熱器 1 0と、 冷却配管 8を流れる内部熱輸送媒体の熱を外部熱輸 送媒体と熱交換する第 1の熱交換手段 1 4と、 放熱器 1 0と第 1 の熱交 換手段 1 4とに流れる内部熱輸送媒体の流量を調整する流量調整手段と しての流量調整弁 1 5， 1 6 と、 第 1の熱交換手段 1 4によって熱交換 された外部熱輸送媒体を廃熱回収配管 1 7 a， 1 7 bを介して熱利用す る熱利用手段としての貯湯タンク 3 9とで構成されている。
この廃熱回収配管 1 7 aは貯湯タンク 3 9の上部に接続し、 廃熱回収配管 1 7 bは貯湯タンク 3 9の下部に接続している。
また、 廃熱回収配管 1 7 bに取り付けられ、 外部熱輸送媒体としての 水を第 2の熱交換手段 2 1に送る外部循環ポンプ 3 1 と、 廃熱回収配管 1 7 aに取り付け、 第 1の熱交換手段 1 4によって熱交換された湯の温 度を検出する温度検出手段としての湯温サーミスタ 3 2と、 湯温サーミ スタ 3 2で検出された湯温をもとに外部循環ポンプ 3 1の流量を制御す る貯湯制御手段 3 3とで構成されている。
そして、 高分子電解質型燃料電池 1 と内部循環回路とポンプ 9と第 1 の熱交換手段 1 4および第 2の熱交換手段 2 1 とを燃料電池本体ュニッ ト 1 9内に内蔵している。 第 1の熱交換手段 1 4は、 第 2の熱交換手段 2 1の外部熱輸送媒体の回路の下流側に置かれ、 熱利用の効率化を図る 構成となっている。
上記の各構成要素は、 図 5で示した従来の発電装置のものと同じ機能 を有するものについては、 同一符号を付与しており、 それらの機能の詳 細は、 図 5で示した従来の発電装置のものに準ずるものとする。 また、 冷却配管 8、 ポンプ 9、 放熱器 1 0、 第 1の熱交換手段 1 4、 流量調整 弁 1 5 ， 1 6は、 本実施の形態の内部循環回路を構成している。
熱電併給装置の運転時に、 まず、 流量調整弁 1 5を閉、 1 6を開にし て燃料電池の発電による熱を內部熱輸送媒体によりポンプ 9を介して循 環させた。 また、 空気供給装置 6により、 供給空気を加湿する酸化側加 湿器 7を介して、 燃料電池 1に酸化剤ガスとしての加湿空気を供給する とともに、 燃料電池 1 と化学反応した後の酸化剤側廃ガスを第 2の熱交 換手段 2 1 へ送り熱交換した。 熱利用手段 3 9から廃熱回収配管 1 7 b の外部循環ポンプ 3 1を介して送られてきた外部熱輸送媒体としての水 は、 まず第 2の熱交換手段 2 1で熱交換され、 さらに内部循環回路のポ ンプ 9により、 熱搬送されてきた内部熱輸送媒体と第 1の熱交換手段 1 4で熱交換され、 熱利用手段 3 9 へ廃熱回収配管 1 7 aを介して送られ た。 このとき、 第 2の熱交換手段 2 1、 第 1の熱交換手段 1 4を燃料電 池本体ュニッ ト 1 9の中に内蔵しているため、 内部循環回路內を流れる 内部熱輸送媒体の量を、 外部熱輸送媒体の量に比較して少なく構成でき た。 内部熱輸送媒体として不凍液を、 外部熱輸送媒体として水を用いた 場合、 不凍液の総量を少なくでき、 経済的に構成できた。 さらに、 廃熱 回収配管 1 7 a ， 1 7 bのうち、 貯湯タンク 3 9から第 2の熱交換手段 2 1 へ送られる廃熱回収配管 1 7 bが通常低温側 （水） 配管であり、 燃 料電池 1の内部循環回路を流れる内部熱輸送媒体の温度が、 高分子電解 質型燃料電池の場合、 7 0 〜 8 0 °Cであるため、 内部熱輸送媒体の冷却 配管 8を延長する場合より熱損失も少なくでき燃料電池としての廃熱回 収効率が向上した。
また、 貯湯タンク 3 9の水を廃熱回収配管 1 7 a ， 1 7 bを介して熱 交換する外部循環ポンプ 3 1の流量を、 湯温サーミスタ 3 2の検出値を もとに制御し、 貯湯タンク上部より積層状に湯を貯湯させる貯湯制御手 段 3 3によって、 貯湯タンク 3 9上部より常に、 上部は熱く、 下部はそ れより低い温度の 2層など、 積層状に湯を貯湯できた。 給湯配管ロを貯 湯タンクの上部から取り出す通常の配管構成において、 貯湯湯温が高温 ( 6 0〜 8 0 °C) で確保でき、 かつ貯湯タンク全量を使用し湯切れした 場合においても短時間で必要最小限の貯湯量の確保できた。 なお、 湯温 サーミスタ 3 2を用いなくても経験的に大体で流量を制御する事も可能 である。
また、 熱電併給装置の廃熱を貯湯タンク 3 9を介して熱回収する必要 がなくなった場合には、 燃料電池 1において発生した熱を放熱させるた め、 流量調整弁 1 5を開、 1 6を閉とし、 放熱器 1 0を作動させること により、 内部熱輸送媒体は外気と熱交換し、 熱を外部へ放出することが できた。
なお、 本実施の形態において、 第 1の熱交換手段の熱源として、 燃料 電池の酸化剤側廃ガスを用いたが、 燃料電池の燃料側廃ガスを用いる構 成を設けても同様の効果があった。
さらに、 熱交換手段を燃料電池 1に供給される酸化剤ガスとしての加 湿空気が燃料電池で化学反応した後の酸化剤側廃ガスの熱をまず第 2の 熱交換手段 2 1によって熱交換し、 第 2の熱交換手段 2 1での熱交換後 、 燃料電池 1の冷却水系の内部循環回路からの熱を第 1の熱交換手段 1 4によって熱交換するように接続したので、 低温側の熱交換手段による 熱交換の後でより高温側の熱交換を行うため、 熱交換効率が向上し、 熱 利用手段へ搬送される廃熱の利用効率が極めて高効率になった。
(実施の形態 4 )
図 4は、 本発明の異なる実施の形態である熱電併給装置のプロック構 成図である。 熱電併給装置は、 燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行 う高分子電解質型の燃料電池 1 と、 原料燃料を水蒸気改質および一酸化 炭素変成して燃料ガスを発生させる燃料処理装置 2と、 燃料電池 1に供 給する燃料ガスを加湿する燃料側加湿器 5と、 酸化剤の空気を燃料電池
1に供給する空気供給装置 6と、 供給空気を加湿する酸化側加湿器 7と 、 燃料電池 1に供給される酸化剤ガスとしての加湿空気が燃料電池 1で 化学反応した後の酸化剤側廃ガスの熱を熱交換する第 2の熱交換手段 2
1 と、 が燃料電池 1 の発電に必要なガス系統として構成されている。 燃 料処理装置 2は、 原料燃料を水蒸気改質して水素を主体とする改質ガス を生成する改質器 3と、 改質ガスに含まれる一酸化炭素を変成し、 燃料 ガスとして燃料電池 1 へ供給する一酸化炭素変成器 4とから構成されて いる。
また、 燃料電池 1に内部熱輸送媒体を送って燃料電池 1の温度調整を する内部熱輸送系統は、 冷却配管 8と、 冷却配管 8内の内部熱輸送媒体 を循環させるポンプ 9と、 燃料電池 1で発生した熱を外部へ放出する放 熱器 1 0と、 冷却配管 8を流れる内部熱輸送媒体の熱を外部熱輸送媒体 と熱交換する第 1の熱交換手段 1 4と、 放熱器 1 0と第 1の熱交換手段
1 4とに流れる内部熱輸送媒体の流量を調整する流量調整手段としての 流量調整弁 1 5 ， 1 6と、 第 1の熱交換手段 1 4の内部循環回路の出口 側に取り付けられた温度検出手段としての内部熱輸送媒体サーミスタ 4
1 と、 で構成されている。 そして、 第 1の熱交換手段 1 4によって熱交 換された外部熱輸送媒体を廃熱回収配管 1 7 a ， 1 7 bを介して熱利用 する熱利用手段 3 9と、 廃熱回収配管 1 7 bに取り付けられた外部熱輸 送媒体としての水を第 1の熱交換手段 1 4に送る外部循環ポンプ 3 1 と 、 第 1の熱交換手段 1 4によって熱交換された湯の温度を検出する廃熱 回収配管 1 7 aに取り付けられた温度検出手段としての湯温サーミスタ
3 2と、 酸化剤側排ガスの熱を回収する第 1の熱交換手段 1 4の上流に 設けられた第 2の熱交換手段 2 1 と、 で廃熱回収回路が構成されている c そして、 燃料電池冷却水温度制御手段 4 2は、 内部熱輸送媒体サーミス タ 4 1で検出された湯温をもとに、 外部循環ポンプ 3 1の流量を制御し 、 燃料電池 1 へ供給する內部熱輸送媒体の温度を、 所定温度 （約 7 0 〜 8 0 °C) に制御する構成となっている。 さらに、 高分子電解質型燃料電 池 1 と内部循環回路と内部循環手段であるポンプ 9と第 1の熱交換手段 1 4および第 2の熱交換手段 2 1 とを燃料電池本体ュニッ ト 1 9内に内 蔵している。
上記の各構成要素は、 図 5で示した従来の発電装置のものと同じ機能 を有するものについては、 同一符号を付与しており、 それらの機能の詳 細は、 図 5で示した従来の発電装置のものに準ずるものとする。 また、 冷却配管 8、 ポンプ 9、 放熱器 1 0、 第 1の熱交換手段 1 4、 流量調整 弁 1 5 ， 1 6は、 本実施の形態の内部循環回路を構成している。
熱電併給装置の運転時に、 まず、 流量調整弁 1 5を閉、 1 6を開にし て燃料電池 1の発電による熱を内部熱輸送媒体によりポンプ 9を介して 循環させた。 また、 空気供給装置 6により、 供給空気を加湿する酸化側 加湿器 7を介して、 燃料電池 1に酸化剤ガスとしての加湿空気を供給す るとともに、 燃料電池 1 と化学反応した後の酸化剤側廃ガスを第 2の熱 交換手段 2 1 へ送り熱交換した。 廃熱回収配管 1 7 bより送られてきた 外部熱輸送媒体としての水は、 まず第 2の熱交換手段 2 1で酸化剤側廃 ガスと熱交換され、 さらに内部循環回路 8のポンプ 9により、 熱搬送さ れてきた内部熱輸送媒体と第 1の熱交換手段 1 4で熱交換され、 熱利用 手段 3 9 へ廃熱回収配管 1 7 aを介して送られた。 熱利用手段 3 9とし ては、 給湯機器としての貯湯タンクが用いられ、 このとき、 第 2の熱交 換手段 2 1、 第 1の熱交換手段 1 4を燃料電池本体ュニッ ト 1 9の中に 内蔵しているため、 内部循環回路内を流れる内部熱輸送媒体の量を、 外 部熱輸送媒体 （水） の量に比較して少なく構成できた。 内部熱輸送媒体 として不凍液を用いた場合、 不凍液の総量を少なくでき、 経済的に構成 できた。 さらに、 廃熱回収配管 1 7 a， 1 7 bのうち、 貯湯タンク 3 9 から第 2の熱交換手段 2 1へ送られる廃熱回収配管 1 7 bが通常低温側 (水） 配管であり、 燃料電池 1の内部循環回路を流れる内部熱輸送媒体 の温度が、 高分子電解質型燃料電池の場合、 7 0〜8 0 °Cであるため、 内部熱輸送媒体の冷却配管 8を延長する場合より熱損失も少なくでき燃 料電池としての廃熱回収効率が向上した。
また、 燃料電池 1の廃熱を熱利用手段 3 9を介して熱回収する必要が なくなった場合には、 燃料電池 1において発生した熱を放熱させるため 、 流量調整弁 1 5を開、 1 6を閉とし、 放熱器 1 0を作動させることに より、 内部熱輸送媒体は外気と熱交換し、 熱を外部へ放出することがで きた。
さらに、 燃料電池冷却水温度制御手段 4 2によって、 内部循環回路の 第 1の熱交換手段 1 4の出口側にに取り付けられた内部熱輸送媒体サー ミスタ 4 1で検出された湯温をもとに、 外部循環ポンプ 3 1の流量を燃 料電池 1へ供給する內部熱輸送媒体の温度を所定温度 （約 7 0〜8 0 °C ) になるように制御した。 すなわち、 燃料電池 1の廃熱を発電量に応じ て熱利用手段 3 9に廃熱回収することで、 燃料電池 1の内部熱輸送媒体 を温度を所定温度に維持調節することができ、 低負荷運転時の燃料電池 の温度維持等も可能となり、 燃料電池の一酸化炭素被毒を防止でき、 熱 電併給装置としての信頼性が極めて向上した。 この場合、 内部熱輸送媒 体の温度制御を、 貯湯タンク 3 9の温度制御よりも優先させる。 つまり 、 内部熱輸送媒体の温度が低くなりすぎると、 ポンプ 3 1を停止する。 また、 熱利用手段 3 9からの廃熱回収が少ない場合、 または不要とな つた場合は、 流量調整弁 1 5， 1 6の弁開度を適切に調整することによ り、 放熱器 1 0で余剰の熱を外部へ放熱して、 內部熱輸送媒体サーミス タ 4 1の温度を所定温度に維持調節し、 燃料電池 1へ供給する内部熱輸 送媒体の温度を所定温度に維持できた。
さらに、 本実施の形態において内部熱輸送媒体として、 水 （純水） ま たは不凍液を用いたが、 燃料電池の内部に流入し廃熱回収するため、 内 部循環回路を短回路化することにより水質劣化や汚濁が発生する機会を 軽減でき、 燃料電池を用いた熱電併給装置の高信頼性化に効果があった なお、 本実施の形態において、 第 1の熱交換手段の熱源として、 燃料 電池の酸化剤側廃ガスを用いたが、 燃料電池の燃料側廃ガスを用いる構 成を設けても同様の効果があった。 産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように、 本発明の熱電併給装置によれば、 次 の効果が得られる。
燃料電池と內部循環回路と熱交換手段とを燃料電池本体ュニッ ト内に 内蔵することにより、 內部循環回路の短回路化が可能となるとともに廃 熱回収配管のうちの片方が通常低温側配管となるので、 熱交換手段と熱 利用手段とを接続する廃熱回収配管からの熱損失を低減でき、 廃熱回収 効率が向上する。
また、 內部循環回路を短回路化することにより、 内部循環回路内を流 れる内部熱輸送媒体の総量を少なくできるため、 内部熱輸送媒体を不凍 液等を使用し、 燃料電池と熱利用手段を結ぶ廃熱回収配管内の外部熱輸 送媒体を水で構成した場合など経済的に構成できる。 かつ、 内部熱輸送 媒体は燃料電池の内部に流入し廃熱回収するため、 内部循環回路を短回 路化することにより水質劣化や汚濁が発生する機会を軽減でき、 燃料電 池の信頼性が向上する。
さらに、 熱交換手段を燃料電池に供給される酸化剤ガスとしての加湿 空気が燃料電池で化学反応した後の酸化剤側廃ガスの熱をまず第 1の熱 交換手段によって熱交換し、 第 1の熱交換手段での熱交換後、 燃料電池 の冷却水系の内部循環回路からの熱を第 2の熱交換手段によって熱交換 するように接続した。 よって、 低温側の熱交換手段による熱交換の後で より高温側の熱交換を行うため、 熱交換効率が向上し、 熱利用手段へ搬 送される廃熱の利用効率が極めて高効率になる。
また、 外部熱輸送媒体として、 水を利用し、 熱利用手段として貯湯タ ンクを用い、 廃熱回収配管の経路中に備えた外部熱輸送媒体循環手段と 、 外部熱輸送媒体循環手段の流量を制御し、 貯湯タンク上部より積層状 に湯を貯湯させる貯湯制御手段を備えることによって、 貯湯タンク上部 より常に積層状に湯を貯湯でき、 給湯配管口を貯湯タンクの上部から取 り出す通常の配管構成において、 貯湯湯温が高温 （6 0〜8 0 °C) で確 保でき、 かつ貯湯タンク全量を使用し湯切れした場合においても短時間 で必要最小限の貯湯量の確保ができる。 従って、 タンク全量の水を一律 に昇温させる場合に比べ、 短時間で利用可能温度の湯が得られ、 利便性 がさらに向上する。
また、 廃熱回収配管內の湯水を搬送する外部熱輸送媒体循環手段の流 量を調節し、 熱交換手段からの熱交換量を調節し、 燃料電池へ流入する 内部熱輸送媒体の温度を所定温度に維持する燃料電池冷却水温度制御手 段を備えることにより、 燃料電池の発電時において発生した熱を放熱し 燃料電池を冷却する場合に、 廃熱回収配管内の湯の熱交換量を外部熱輸 送媒体循環手段の流量によって調節し、 燃料電池へ入る内部熱輸送媒体 の温度を所定温度に維持することができ、 安定した温度で燃料電池を運 転することができ、 一酸化炭素被毒による燃料電池の性能劣化を防止す ることができ、 高い信頼性を有する熱電併給装置を構成できる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う高分子電解質型燃料 電池と、
前記燃料電池へ内部熱輸送媒体を循環させる内部循環回路と、 前記内部熱輸送媒体を循環させる內部循環手段と、
前記内部熱輸送媒体の熱を外部熱輸送媒体と熱交換する第 1の熱交換手 段と、
前記燃料電池と前記内部循環回路と前記内部循環手段と前記第 1の熱交 換手段とを内蔵する燃料電池本体ュニッ トと、
前記第 1の熱交換手段によって熱交換された外部熱輸送媒体を廃熱回収 配管を介して熱利用する熱利用手段と、 を有する熱雷併給装置。
2 . 前記第 1の熱交換手段の前記廃熱回収配管の上流側に、 前記酸化 剤ガス及び Z又は燃料ガスが前記燃料電池で化学反応した後の廃ガスの 熱を外部熱輸送媒体と熱交換する第 2の熱交換手段を有し、
前記第 2の熱交換手段は前記燃料電池本体ュニッ トに内蔵されている請 求項 1記載の熱電併給装置。
3 . 前記外部熱輸送媒体は水であり、 前記熱利用手段は貯湯タンクで あり、 前記廃熱回収配管からの湯は前記貯湯タンクの上部側へ導かれ、 前記貯湯タンクの下部側から湯が前記廃熱回収配管へ導かれ、 さらに前記廃熱回収配管の経路中に外部熱輸送媒体循環手段を備え、 前 記外部熱輸送媒体循環手段の流量を制御することで前記貯湯タンクの上 部側に、 下部側より高い温度の湯を貯湯させる貯湯制御手段を有する請 求項 1または 2記載の熱電併給装置。
4 . さらに前記内部熱輸送媒体の温度を検出する温度検出手段を備え その検出された温度を利用して、 前記外部熱輸送媒体循環手段の流量を 調節することで、 前記第 1の熱交換手段からの熱交換量を調節して前記 内部熱輸送媒体の温度を所定温度に維持する燃料電池冷却水温度制御手 段を有する請求項 1ないし 3いずれかに記載の熱電併給装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7452618B2 (en) * 2002-09-20 2008-11-18 Panasonic Corporation Fuel cell cogeneration system

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3395765B2 (ja) * 2000-07-24 2003-04-14 松下電器産業株式会社 高分子電解質型燃料電池コージェネレーションシステム
KR20030006067A (ko) * 2001-07-11 2003-01-23 현대자동차주식회사 연료 전지 차량의 히팅장치
JP2003272687A (ja) * 2002-03-20 2003-09-26 Toshiba International Fuel Cells Corp 燃料電池発電装置および燃料電池運転方法
US20050019631A1 (en) * 2003-07-23 2005-01-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fuel cell cogeneration system
KR100536218B1 (ko) * 2004-01-28 2005-12-12 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템
JP4707338B2 (ja) * 2004-07-07 2011-06-22 京セラ株式会社 燃料電池システム
JP4401257B2 (ja) * 2004-08-10 2010-01-20 三洋電機株式会社 燃料電池システム
EP1731655A1 (en) 2005-06-08 2006-12-13 Electrolux Home Products Corporation N.V. Washing machine comprising a fuel cell and a hydrogen generating reactor
KR100750057B1 (ko) 2006-09-04 2007-08-16 에스케이에너지 주식회사 공동주택 연료전지 시스템 및 그 운영방법
JP4664936B2 (ja) * 2007-03-19 2011-04-06 トヨタ自動車株式会社 燃料電池発電システム
US20090081508A1 (en) * 2007-09-25 2009-03-26 Donald Ashley Fuel cell
WO2012004985A1 (ja) * 2010-07-07 2012-01-12 パナソニック株式会社 貯湯式給湯システムとその運転方法
JP5440452B2 (ja) * 2010-08-31 2014-03-12 スズキ株式会社 燃料電池システム
WO2013129476A1 (ja) * 2012-02-29 2013-09-06 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 コジェネレーションシステムの制御装置及び制御方法
KR101438963B1 (ko) 2012-12-26 2014-09-11 포스코에너지 주식회사 하이브리드 난방 시스템
KR101640968B1 (ko) * 2013-06-19 2016-07-19 주식회사 엘지화학 고분자의 제조 장치 및 고분자 반응기의 폐열 회수 방법
CN104577168B (zh) * 2014-12-17 2017-02-01 广东合即得能源科技有限公司 一种甲醇水制氢发电系统及制氢发电方法
JP6593057B2 (ja) * 2015-09-17 2019-10-23 ブラザー工業株式会社 燃料電池、制御方法、及びコンピュータプログラム
CN105548891B (zh) * 2015-12-02 2018-10-30 北京长城华冠汽车科技股份有限公司 电池热量测试装置及电池热量测试方法
CN109428094A (zh) * 2017-08-31 2019-03-05 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池系统和车辆

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05225993A (ja) * 1992-02-13 1993-09-03 Kunio Shimizu リン酸型燃料電池
JPH05343084A (ja) * 1992-06-12 1993-12-24 Tokyo Gas Co Ltd 燃料電池熱利用装置
JPH0935733A (ja) * 1995-07-21 1997-02-07 Toshiba Corp 燃料電池発電プラント
JPH10185313A (ja) * 1996-12-24 1998-07-14 Tokyo Gas Co Ltd 排熱投入型電気温水器
JPH1197044A (ja) * 1997-09-17 1999-04-09 Matsushita Electric Works Ltd 燃料電池給湯コジェネレーションシステム
JPH11132105A (ja) * 1997-10-24 1999-05-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 排熱分配装置および排熱利用システム
JPH11223385A (ja) * 1998-02-06 1999-08-17 Matsushita Electric Works Ltd コジェネレーションシステム
JP2000294264A (ja) * 1999-04-09 2000-10-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池システム
JP2000340244A (ja) * 1999-05-25 2000-12-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子型燃料電池コージェネレーションシステム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3352716B2 (ja) * 1992-03-31 2002-12-03 株式会社東芝 固体高分子電解質型燃料電池装置
DE19608738C1 (de) * 1996-03-06 1997-06-26 Siemens Ag Verfahren zur Nutzung der in den Abgasen einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle enthaltenen Enthalpie und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
JP4226109B2 (ja) 1998-07-07 2009-02-18 パナソニック株式会社 固体高分子型燃料電池システム
CN100391037C (zh) * 2001-01-12 2008-05-28 三洋电机株式会社 质子交换膜燃料电池发电装置
US6861169B2 (en) * 2001-05-09 2005-03-01 Nuvera Fuel Cells, Inc. Cogeneration of power and heat by an integrated fuel cell power system

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05225993A (ja) * 1992-02-13 1993-09-03 Kunio Shimizu リン酸型燃料電池
JPH05343084A (ja) * 1992-06-12 1993-12-24 Tokyo Gas Co Ltd 燃料電池熱利用装置
JPH0935733A (ja) * 1995-07-21 1997-02-07 Toshiba Corp 燃料電池発電プラント
JPH10185313A (ja) * 1996-12-24 1998-07-14 Tokyo Gas Co Ltd 排熱投入型電気温水器
JPH1197044A (ja) * 1997-09-17 1999-04-09 Matsushita Electric Works Ltd 燃料電池給湯コジェネレーションシステム
JPH11132105A (ja) * 1997-10-24 1999-05-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 排熱分配装置および排熱利用システム
JPH11223385A (ja) * 1998-02-06 1999-08-17 Matsushita Electric Works Ltd コジェネレーションシステム
JP2000294264A (ja) * 1999-04-09 2000-10-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池システム
JP2000340244A (ja) * 1999-05-25 2000-12-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子型燃料電池コージェネレーションシステム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7452618B2 (en) * 2002-09-20 2008-11-18 Panasonic Corporation Fuel cell cogeneration system

Also Published As

Publication number Publication date
CN101257124B (zh) 2012-11-21
CN101257124A (zh) 2008-09-03
CN1413367A (zh) 2003-04-23
US7147951B1 (en) 2006-12-12
JP3849375B2 (ja) 2006-11-22
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