JPH0443567A - 燃料電池発電プラントの排熱回収装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は特にシステム構成要素数を節約した燃料電池発
電プラントの排熱回収装置に関する。

（従来の技術） 第３図を用いて従来の技術を説明する。燃料電池本体１
では触媒存在下で水素と酸素の電気化学的反応で直流電
力を発生される。すなわち、燃料電池本体１の燃料極に
対し、原燃料から水素を豊富に含むガスへの改質を本図
には示さない燃料改質系統で行った後に、改質燃料供給
系統ａにより改質燃料を燃料ガスコンタクトクーラ２に
供給し、改質燃料中の湿分を脱湿し、冷却して燃料極供
給ガス系統すにより燃料ガスが供給され、燃料ガス中の
水素分の一部が発電のための反応に消費された後、燃料
極出口ガス系統Ｃに°より本図には示さない改質器また
は補助バーナに送気される。

一方、燃料電池本体１の空気極に対し、本図には示さな
い空気昇圧系統からの空気が空気供給系統ｄにより供給
され、空気中の酸素の一部が発電のための反応に消費さ
れた後、発電反応で生成した水分の大部分を含んだ排空
気として空気極出口排空気系統ｅにより空気極排空気再
熱器３に送気され、空気極排空気コンタクトクーラ４に
より脱湿、冷却された排空気の昇温を行い、温度降下し
た排空気を再び空気極排空気コンタクトクーラ４に送気
するとともに、昇温した排空気は排空気系統ｆにより本
図には示さない改質器または補助バーナに送気される。

一方、燃料電池本体１で生じた反応熱のうち、直流電力
発電に供されない熱は、排熱として燃料電池本体１の冷
却器において燃料電池本体冷却水供給ポンプ５により燃
料電池本体冷却水供給系統ｇを介して供給される冷却水
に熱交換され、昇温された冷却水は燃料電池本体冷却水
もどり系統りにより蒸気分離器６に送水され、改質蒸気
と温水は、降水管ｉにより燃料電池本体冷却水供給ポン
プ５に送水され、また改質蒸気は本図には示さない燃料
改質系統に対して改質蒸気供給系統ｊにより供給される
。

燃料ガスコンタクトクーラ２と空気極排空気コンタクト
クーラ４で冷却時に生じる凝縮水の冷却のための燃料ガ
ス凝縮水ループｋ、排空気凝縮水ループＱ、を有しこれ
らのループは燃料ガス凝縮水循環ポンプ７と排空気凝縮
水循環ポンプ８を有し、また増加した水分量を水処理設
備などの系外ヘブローする燃料ガス凝縮水ブロー系統ｍ
、排空気凝縮水ブロー系統ｎを有している。

燃料電池システムからの排熱放散は排熱放散冷却水供給
ヘッダーＱより、燃料電池システム内に設けられた排熱
放散用熱交換器すなわち燃料ガス凝縮水ループ熱交換器
９、排空気凝縮水ループ熱交換器１０及び燃料電池本体
冷却水系統排熱交換器１１に冷却水を送り、これらから
の冷却水戻りを排熱放散冷却水もどりヘッダーＰに集め
、排熱放散空気冷却器１２により空気中に排熱を放散す
るとともに、排熱放散冷却水を冷却して排熱放散系統冷
却水供給ポンプ１３により排熱放散冷却水供給ヘッダー
Ｑに排熱放散冷却水を供給する。

さて、以上の構成を有する燃料電池システムにおいて、
熱回収を行う場合、第３図の実施例では燃料ガス凝縮水
ループｋ、排空気凝縮水ループρ。

燃料電池本体冷却水系統ｇの３点から熱回収を行う例に
ついて示すが、これらの系統に設置された排熱放散用熱
交換器９　、１０．１１の上流に排熱回収用熱交換器、
すなわち燃料ガス凝縮水ループ排熱回収熱交換器１５．
排空気凝縮水ループ排熱回収熱交換器１６．燃料電池本
体冷却水系統排熱回収熱交換器１７をＲ１している。

これらに対し熱利用システム１８からの熱回収水を熱回
収水供給ポンプ１９により熱回収水供給ヘッダーｑを介
して供給し、昇温された熱回収水を熱回収水もどりヘッ
ダーｒを介して熱利用システム１８に送水して熱回収水
により回収された熱の利用を行った後、低温となった熱
回収水を熱回収水供給ポンプ１９に送水している。

また排熱放散熱交換器９　、１０．１１には上流側に設
置された排熱回収熱交換器１５．１６．１７で排熱回収
により系統流体の温度が低下し、排熱放散熱交換器によ
る排熱放散システムへの必要熱伝達量が減じられるため
、高温側流体をバイパスさせるバイパス系統が付設して
おり、また排熱回収熱交換器１５．１６．１７には熱利
用システムへの熱伝達が不要な場合のため、熱回収水側
にバイパス系統を付設している。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べた従来の技術は以下に述べる欠点を有する。す
なわち、排熱放散熱交換器９．１０．１１と排熱回収熱
交換器１５．１６．１７を別個に設置しており、排熱回
収熱交換器１５．１６．１７及び熱回収を行う場合と行
わない場合に応じた系統温度制御に関連した制御装置、
バイパス系統など追加設備が多く設置面積や容積の増大
、設備コストの増大、システム構成要素増大によるシス
テム信頼性の低下、制御の複雑性を招くものであり、必
ずしも良好なシステム構成とはいえない。

本発明の目的は、燃料電池発電プラントから排熱を回収
するための経済的で簡便であり、かつ制御性及びコンパ
クト性にもすぐれた燃料電池発電プラントの排熱回収装
置を提供するものである。

〔発明の構成〕

（１１題を解決するための手段） 本発明の燃料電池発電プラントの排熱回収装置は、燃料
電池発電プラントの燃料ガス供給系統および空気極排気
系統に燃料ガス凝縮水熱交換器および排空気凝縮水ルー
プ熱交換器をそれぞれ設置し、これらの側熱交換器で昇
温された排熱放散システム冷却媒体を燃料電池本体冷却
水供給系統に設置した燃料電池本体冷却水系統熱交換器
の冷却媒体として用い、この燃料電池本体冷却水系統熱
交換器で昇温された排熱放散システム熱媒体の排熱を系
外に放散するための排熱放散系統に設けた排熱放散空気
冷却器の上流側に排熱一括回収熱交換器を設け、かつこ
の排熱一括回収熱交換器に排熱回収要求量に応じて流量
制御される熱交換器バイパス系統を設けたことを特徴と
するものである。

（作　用） 本発明において燃料ガス凝縮水ループ熱交換器、排空気
凝縮水ループ熱交換器により排熱放散冷却水に熱交換し
た後合流させ、燃料電池本体冷却水系統熱交換器に流入
させて熱交換させた後、この下流側に付設した排熱一括
回収熱交換器により一括して燃料電池発電プラントから
の熱回収を図る。

（実施例） 以下本発明を第１図および第２図に示す実施例を参照し
て説明する。第１図は本発明の特徴をもっともよく表わ
す図であり、燃料電池本体冷却水供給系統ｇ、燃料ガス
凝縮水ループに、排空気凝縮水ループΩから熱回収を行
う場合について記したものであり１本実施例はこれらの
熱回収対象系統に従来の排熱回収熱交換器を付設せず、
熱利用システムの運用上、熱回収を行う場合、行わない
場合にかかわらず、燃料電池システムからの分割熱をま
ず全て排熱放散システム冷却水に付与すること、しかも
燃料ガス凝縮水ループ熱交換器９、排空気凝縮水ループ
熱交換器１０から流出した排熱放散冷却水を合流し、こ
れを燃料電池本体水系統熱交換器１１に供給すること、
排熱一括回収のためこの出口冷却水系統に排熱一括回収
熱交換器２０を付設したことによって構成される。

次にこのように構成された本発明の燃料電池発電プラン
トの排熱回収装置の作用を説明する。第１図において、
排熱回収対象系統を付設せず排熱放散のために付設され
ていた熱交換器を用いることにより、本熱交換器の出口
温度を予かしめ定められた値にするように高温側に流体
側バイパス流量調節弁を制御するだけでよく、新たな制
御機能を付与する必要がなくなる。

しかも本実施例では排熱回収の対象系統のうち。

より低い温度レベルにある燃料ガス凝縮水ループにおよ
び排空気凝縮水ループΩの各々に付設した排熱放散用熱
交換器である燃料ガス凝縮水ループ熱交換器９及び排空
気凝縮水ループ熱交換器１０の両ループからの排熱を排
熱放散システム冷却水に与え、これらを合流した後、よ
り高い温度レベルの高温側流体を有する燃料電池本体冷
却水供給系統ｇに付設した燃料電池本体冷却水系統熱交
換器１１に冷却水を供給し、その下流側で排熱一括回収
熱交換器２０で一括して熱回収を行う。

本発明においては、燃料電池本体１では燃料電池本体冷
却水に対し、排熱を付与するがこれらは温水の温度上昇
のための顕熱分、蒸気発生のための潜熱分として使用さ
れ、２相流となった燃料電池本体冷却水は蒸気分離器６
で分離されるため。

電池本体入口における冷却水温度にするために温度降下
分は少くてよく、熱交換器１１の高温側バイパス流量に
比して熱交換器通過流量は少くてよい。

ところで、一般に水／水熱交換器の場合、高温側と低温
側の重量流量と平均比熱の積について小なる方を大なる
方で割った値が小さくなればなるほど熱交換が効率的で
規模が小さくて済むため、熱交換器１１の低温側流体重
量流量は大であればあるほどよいのであるが、熱交換器
９，１０の低温側流体出口を分流して温度上昇した冷却
水を用いて熱交換器１１を冷却することによってこれが
可能となる。さらに排熱放散冷却水ヘッダＱから熱交換
器９　、１０．１１に各々別個に送水する場合に比べ、
排熱放散系統冷却水供給ポンプ１３の容量が少なくて済
み、また系統も簡略することができる。

さて、燃料電池本体冷却水系統熱交換器１１の低温側流
体下流側に排熱一括回収熱交換器２０を付設し、これか
ら熱回収を行えば１本熱回収系統の運用にかかわらず、
排熱放散空気冷却器１２はその出口温度を予かしめ定め
られた所定の範囲に納めるよう運転すればよく複雑な制
御上の考慮は不要である。

なお第２図は本発明の他の実施例を示すもので、熱交換
器９，１０で排熱放散冷却水に熱交換検分流し、熱交換
器１１で熱交換後その下流で一括して燃料電池システム
からの排熱回収を行うことは同様であるが、排熱放散冷
却水を熱利用システムに送水し、熱利用を行った後排熱
放散システム１８に戻させるものである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、燃料電池発電プラントから排熱
回収を経済的に、高信頼性のもとに、またプラントをよ
りコンパクトなものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池発電プラントの排熱回収装置
の一実施例を示す系統図、第２図は本発明の他の実施例
を示す系統図、第３図は従来の燃料電池発電プラントの
排熱回収装置を示す系統図である。 １・・・燃料電池本体 ２・・・燃料ガスコンタクトクーラ ３・・・空気極排空気再熱器 ４・・・空気極排空気コンタクトクーラ５・・・燃料電
池本体冷却水供給ポンプ６・・・蒸気分離器 ７・・・燃料ガス凝縮水循環ポンプ ８・・・排熱凝縮水循環ポンプ ９・・・燃料ガス凝縮水ループ熱交換器１０・・・排空
気凝縮水ループ熱交換器１１・・・燃料電池本体冷却水
系統熱交換器１２・・・排熱放散空気冷却器 １３・・・排熱放散系統冷却水冷却ポンプ１５・・・燃
料ガス凝縮水ループ排熱回収熱交換器１６・・・排空気
凝縮水ループ排熱回収熱交換器１７・・・燃料電池本体
冷却水系統排熱回収熱交換器１８・・・熱利用システム １９・・・熱回収水供給ポンプ ２０・・・排熱一括回収熱交換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料電池発電プラントの燃料ガス供給系統および空気極
   排気系統に燃料ガス凝縮水熱交換器および排空気凝縮水
   ループ熱交換器をそれぞれ設置し、これらの両熱交換器
   で昇温された排熱放散システム冷却媒体を燃料電池本体
   冷却水供給系統に設置した燃料電池本体冷却水系統熱交
   換器の冷却媒体として用い、この燃料電池本体冷却水系
   統熱交換器で昇温された排熱放散システム熱媒体の排熱
   を系外に放散するための排熱放散系統に設けた排熱放散
   空気冷却器の上流側に排熱一括回収熱交換器を設け、か
   つこの排熱一括回収熱交換器に排熱回収要求量に応じて
   流量制御される熱交換器バイパス系統を設けたことを特
   徴とする燃料電池発電プラントの排熱回収装置。