JPH07169480A

JPH07169480A - 燃料電池熱利用装置

Info

Publication number: JPH07169480A
Application number: JP5315062A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Urata; 達生浦田; Toshiya Omura; 俊哉大村
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【目的】燃料電池の排熱の有効利用を図る。【構成】水蒸気分離器１内の加圧温水が導入されて再
び水蒸気分離器１に戻る第２の回路Ｌ１を設け、第２の
回路Ｌ１には、前記加圧温水を第２の回路Ｌ１中で循環
させる循環ポンプ５及び熱利用設備７が介装されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池と、水蒸気分
離器からの冷却水を循環する冷却水循環ポンプと、燃料
電池で熱回収した冷却水を前記水蒸気分離器へ戻す循環
回路とを有し、燃料電池から回収した熱を利用する燃料
電池熱利用装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池熱利用装置の一例を図２につい
て説明する。水蒸気分離器１から出て水蒸気分離器１に
戻る循環回路Ｌには、冷却水循環ポンプ２、燃料電池３
及び排熱回収用熱交換器４が介装されている。そして、
水蒸気分離器１からの冷却水を冷却水循環ポンプ２で燃
料電池３に送り、燃料電池３で熱回収した沸騰状態の冷
却水を排熱回収熱交換器４で一部の熱を熱交換した後
に、沸騰状態の冷却水を水蒸気分離器１に戻している。
その水蒸気分離器１で発生した水蒸気は、水蒸気改質用
スチームＳとして図示しない改質器に送られ、発電反応
に必要な水素を作るのに利用される。この際、余った水
蒸気は排熱回収スチームＳ１として図示しない熱回収設
備に送られる。また、水蒸気分離器１は、不純物の濃縮
を防ぐために、所定量の冷却水Ｆをブローダウンする。
そして、水蒸気及びブローダウンで抜けた分だけ、冷却
水への給水Ｗを行う必要がある。

【０００３】ここで、冷却水は純水と同レベルに高純度
である必要が存在するので、給水Ｗについても、図示さ
れていない水処理装置で高純度に処理される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術にお
いては、燃料電池の排熱は、排熱回収用熱交換器４、排
熱回収スチームＳ１のいずれかにより、或いは両者によ
り利用される。

【０００５】しかし、排熱回収用熱交換器４で排熱を利
用する場合は、利用できる排熱の温度レベルが下がって
利用価値が下がってしまうので、例えば二重効用吸収冷
凍機の熱源として利用することが困難になる、という問
題が存在する。

【０００６】一方、排熱回収スチームＳ１を利用する場
合には、必要とされる給水Ｗの量が利用した排熱回収ス
チームＳ１の量だけ増加する。しかし、上述した様に、
給水Ｗも高純度であるため、水処理を行うべき給水量及
びそれに対するコストも増加してしまう、という問題が
ある。

【０００７】これに対して、排熱回収スチームＳ１を利
用した後の凝縮水は、上水等に比較して非常に純度が高
いので、この凝縮水を給水Ｗの一部に再利用して水処理
コストを減少することも可能である。しかし、従来技術
においては、給水は全量が水処理装置を通過するが、排
熱回収スチームＳ１の凝縮水の温度は８０−９０℃程度
の温度を有しているため、水処理装置の一般的な使用温
度である４０−４５℃まで冷却する必要がある。換言す
ると、排熱回収スチームＳ１の凝縮水の温度を４０−４
５℃まで冷却しなければならない、という問題がある。

【０００８】これに加えて、従来技術においては、上記
循環回路Ｌの排熱回収用熱交換器４に入る沸騰水の温度
は約１５０〜２００℃程であるが、熱交換器４を介する
ため、回収温度が低くなり、熱の有効利用という観点に
おいては不具合があった。

【０００９】本発明は、水蒸気分離器の加圧温水により
排熱の有効利用を図る燃料電池熱利用装置の提供を目的
としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池熱利用
装置は、燃料電池と、水蒸気分離器からの冷却水を循環
する冷却水循環ポンプと、燃料電池で熱回収した冷却水
を前記水蒸気分離器へ戻す循環回路とを有し、燃料電池
から回収した熱を利用する燃料電池熱利用装置におい
て、水蒸気分離器内の加圧温水が導入されて再び水蒸気
分離器に戻る第２の回路を設け、該第２の回路には、前
記加圧温水を第２の回路中で循環させる循環ポンプ及び
熱利用設備が介装されている。

【００１１】ここで、前記第２の回路から分岐して前記
熱利用設備をバイパスする第３の回路を設け、前記加圧
温水を第２の回路と第３の回路へ選択的に分岐するため
の分岐手段を介装しているのが好ましい。この分岐手段
としては、例えば三方弁を用いることが可能である。

【００１２】また、前記第２の回路の熱利用設備と水蒸
気分離器との間に、ブローダウン弁を介装するのが好ま
しい。

【００１３】さらに、加圧温水の状態を検出するセンサ
と、該センサの出力に応答して前記分岐手段を制御する
制御手段、とを含んでいるのが好ましい。ここで、前記
センサとしては、例えば温度センサ或いは圧力センサを
用いることが出来る。そして当該センサの設置位置とし
ては、例えば水蒸気分離器の内部か、或いは、第２、第
３の回路の合流地点と水蒸気分離器との間の位置のいず
れかにすることが可能である。

【００１４】

【作用】上記のように構成された本発明の燃料電池熱利
用装置においては、水蒸気分離器の加圧温水を第２の回
路に導入することにより、熱交換器を介する事なく、熱
利用設備で直接に熱を利用するので、高い温度レベルの
熱が利用可能となる。

【００１５】また、前記第２の回路の熱利用設備と水蒸
気分離器との間にブローダウン弁を介装すれば、熱利用
設備で使用した後の温度が低い水をブローダウンするの
で、ブローダウンによる熱の損失が低減される。

【００１６】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００１７】なお、図１、３、４において図２に対応す
る部分については、同じ符号を付して重複説明を省略す
る。

【００１８】図１において、水蒸気分離器１の底部に
は、第２の回路Ｌ１が接続され、その第２の回路Ｌ１に
は、循環ポンプ５を介して三方弁６が接続されている。
その三方弁６の一方の出口には、第２の回路Ｌ１の一端
が接続され、熱利用設備７とブローダウン弁８とを介し
て他端は水蒸気分離器１に接続されている。そして、三
方弁６の他方の出口は、第３の回路Ｌ３により第２の回
路Ｌ１のブローダウン弁８の下流側に接続されている。

【００１９】次に作用について説明する。

【００２０】燃料電池３の運転に際し、主として、水蒸
気分離器１の加圧温水を三方弁６を介して第２の回路Ｌ
１内に流す。これにより、水蒸気分離器１の加圧温水が
熱利用設備７に流れ、高温度レベルで熱の回収が行わ
れ、排熱の有効利用が図られる。また、ブローダウン弁
８を開き、ブローダウンを行うことにより、水蒸気分離
器１の熱ロスが低減される。

【００２１】また、前記加圧温水の温度が低下する等の
理由により、水蒸気分離器１内の加圧温水が保有する熱
量を熱利用設備７で使用することが不適当な場合には、
三方弁６を切換え、第２の回路Ｌ１（の三方弁６よりも
下流側の部分）を第３の回路Ｌ３に切換えて、水蒸気分
離器１の加圧温水が熱利用設備７をバイパスする様に構
成する。或いは、ポンプ５を停止しても良い。

【００２２】図３及び図４は、上述した様な運転を自動
制御で行う場合の実施例を示している。図３において、
水蒸気分離器１の内部には、加圧温水の温度を計測する
ための温度センサ（加圧温水の状態を検出するセンサ）
Ｔ１が設けられている。センサＴ１の出力は信号伝達ラ
インＣＬ１を介して、該センサの出力に応答して前記分
岐手段を制御する制御手段であるコントロールユニット
１０に伝達される。このコントロールユニット１０は、
信号伝達ラインＣＬ２を介して三方弁６に制御出力を送
信する。

【００２３】ここで、温度センサＴ１に代えて圧力セン
サ（図示せず）を用いることも可能である。また、温度
センサ（或いは圧力センサ）の位置は、図３において符
号Ｔ２で示す位置であっても良い。

【００２４】次に、コントロールユニット１０における
制御について、図４を参照して説明する。温度センサ１
０により加圧温水の温度を測定して（ステップＳ１）、
その温度と基準温度Ｔｃとの温度差が所定範囲Ｃ内に治
まっているか否かを判定する（ステップＳ２）。ここ
で、基準温度Ｔｃは燃料電池装置が良好に稼働出来る温
度として設定されるが、装置の構成、設置条件、センサ
の取付位置、その他の条件によりケース・バイ・ケース
で定まる数値である。そして、所定範囲Ｃは、例えば±
１℃である。

【００２５】計測された温度と基準温度との温度差Ｃが
±１℃以下であれば（ステップＳ２がＮＯ）、三方弁６
の弁開度は適当であると判断して、ステップＳ１に戻
る。

【００２６】計測された温度と基準温度との温度差Ｃが
±１℃よりも大きければ（ステップＳ２がＹＥＳ）、三
方弁６の弁開度は不適当であると判断して、弁開度を変
更或いは修正する（ステップＳ３）。

【００２７】すなわち、計測された温度が基準温度より
も高温過ぎる場合には、熱利用設備７で熱が利用される
加圧温水流量を増加するべく、三方弁６よりも下流側の
部分の流量が増加する様に三方弁開度を制御する。一
方、計測された温度が基準温度よりも低温過ぎる場合に
は、熱利用設備７をバイパスする加圧温水流量、すなわ
ち第３の回路Ｌ３の流量が増加する様に三方弁開度を制
御する。その後、ステップＳ１に戻るのである。

【００２８】なお、温度センサに代えて圧力センサを使
用する場合には、計測された圧力と基準圧力（基準温度
と同様、燃料電池装置が良好に稼働出来る圧力として、
ケース・バイ・ケースで定まる数値）との圧力差Ｃは、
例えば±０．２ｋｇ／ｃｍ²以下であるか否かが判断さ
れる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、水蒸気分離器の加圧温水を直接用いること
により高温レベルで排熱の有効利用を図ることができ
る。

【００３０】また、熱利用設備で使用後の水をブローダ
ウンするので、水蒸気分離器の熱ロスを減らすことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】従来装置を示す回路図。

【図３】本発明の他の実施例を示すブロック図。

【図４】図３の実施例における制御フローチャートを示
す図。

【符号の説明】

Ｆ・・・ブローダウン水Ｌ・・・循環回路Ｌ１・・・第２の回路Ｌ３・・・第３の回路Ｓ・・・水蒸気改質用スチームＳ１・・・排熱回収用スチームＷ・・・冷却水１・・・水蒸気分離器２・・・冷却水循環ポンプ３・・・燃料電池４・・・排熱回収用熱交換器５・・・循環ポンプ６・・・三方弁７・・・熱利用設備８・・・ブローダウン弁１０・・・コントロールユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池と、水蒸気分離器からの冷却水
を循環する冷却水循環ポンプと、燃料電池で熱回収した
冷却水を前記水蒸気分離器へ戻す循環回路とを有し、燃
料電池から回収した熱を利用する燃料電池熱利用装置に
おいて、水蒸気分離器内の加圧温水が導入されて再び水
蒸気分離器に戻る第２の回路を設け、該第２の回路に
は、前記加圧温水を第２の回路中で循環させる循環ポン
プ及び熱利用設備が介装されていることを特徴とする燃
料電池熱利用装置。
【請求項２】前記第２の回路から分岐して前記熱利用
設備をバイパスする第３の回路を設け、前記加圧温水を
第２の回路と第３の回路へ選択的に分岐するための分岐
手段を介装した請求項１の燃料電池熱利用装置。
【請求項３】前記第２の回路の熱利用設備と水蒸気分
離器との間に、ブローダウン弁を介装した請求項１、２
のいずれかに記載の燃料電池熱利用装置。
【請求項４】加圧温水の状態を検出するセンサと、該
センサの出力に応答して前記分岐手段を制御する制御手
段とを含む請求項３の燃料電池熱利用装置。