JPH0760691B2 - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
- Publication number
- JPH0760691B2 JPH0760691B2 JP60072554A JP7255485A JPH0760691B2 JP H0760691 B2 JPH0760691 B2 JP H0760691B2 JP 60072554 A JP60072554 A JP 60072554A JP 7255485 A JP7255485 A JP 7255485A JP H0760691 B2 JPH0760691 B2 JP H0760691B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steam
- power generation
- fuel cell
- fuel
- generation system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、燃料電池発電システムに関する。
従来、燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネル
ギーに変換するものとして燃料電池が知られている。第
３図にこの燃料電池を用いた発電ユニットの概略系統お
よび回路構成を示し説明する。
ギーに変換するものとして燃料電池が知られている。第
３図にこの燃料電池を用いた発電ユニットの概略系統お
よび回路構成を示し説明する。
燃料電池１は多数のセル２を直列接続して成り、酸化剤
として酸素（配管３）、燃料剤として水素（配管４）が
供給され、電気化学的反応により直流電力を発生する。
として酸素（配管３）、燃料剤として水素（配管４）が
供給され、電気化学的反応により直流電力を発生する。
この直流電力は、直流遮断器５を介してインバータ６で
交流電力に変換して電力系統10に供給される。
交流電力に変換して電力系統10に供給される。
また11は気水分離器であって、燃料電池内の反応による
発熱を除去するための冷却水系統７の中にあって、電池
を冷却し自らは加熱された冷却水（熱水または２相流
体）を蒸気と水に分離し（熱水の場合は減圧する）、蒸
気は後述する改質器13へ、水は再び冷却水として燃料電
池１にもどすためのものである。
発熱を除去するための冷却水系統７の中にあって、電池
を冷却し自らは加熱された冷却水（熱水または２相流
体）を蒸気と水に分離し（熱水の場合は減圧する）、蒸
気は後述する改質器13へ、水は再び冷却水として燃料電
池１にもどすためのものである。
改質器13に送られた蒸気は直前で原燃料（一般には天然
ガス）と混合されて器内に入り、内部に充填された触媒
の作用によって燃料電池１の燃料である水素を主体とし
残りの大部分が二酸化炭素であるガスに変成される。
ガス）と混合されて器内に入り、内部に充填された触媒
の作用によって燃料電池１の燃料である水素を主体とし
残りの大部分が二酸化炭素であるガスに変成される。
上記作用は吸熱反応であるため、図示してはいないが、
改質器13には燃焼室が設けられ、外部から空気及び水素
（電池排燃料あるいは天然ガス）が供給されて反応平衡
状態を維持するための熱が供給される。
改質器13には燃焼室が設けられ、外部から空気及び水素
（電池排燃料あるいは天然ガス）が供給されて反応平衡
状態を維持するための熱が供給される。
一方起動時には、燃料電池の発熱が少ないため、上記蒸
気を発生するための電気ヒータ12を気水分離器11に内蔵
している。
気を発生するための電気ヒータ12を気水分離器11に内蔵
している。
またこの電気ヒータ12は上記と同様燃料電池の発熱が十
分でない、部分負荷時にも使用される。
分でない、部分負荷時にも使用される。
第４図の曲線21は一般的な燃料電池発電ユニットの不足
蒸気量と負荷の関係を示したもので、無負荷待機時の蒸
気発生量が最も少なく、同図曲線22の如く必要な蒸気量
の大部分を電気ヒータの加熱によって発生させる必要が
あり、負荷の上昇に伴って電池の発熱も増大するため不
足量が減少するが、定格負荷の2/3程度までは自己充足
できない。それ以上では逆に蒸気が余るため余剰蒸気は
冷却して補給水用水タンクにもどされる。
蒸気量と負荷の関係を示したもので、無負荷待機時の蒸
気発生量が最も少なく、同図曲線22の如く必要な蒸気量
の大部分を電気ヒータの加熱によって発生させる必要が
あり、負荷の上昇に伴って電池の発熱も増大するため不
足量が減少するが、定格負荷の2/3程度までは自己充足
できない。それ以上では逆に蒸気が余るため余剰蒸気は
冷却して補給水用水タンクにもどされる。
上記電気ヒータの必要容量は大きく定格出力の20〜30％
にも達し、且つ起動、負荷変化に要する時間を短縮しよ
うとすればするほど大きくなる。しかもこの電気ヒータ
は起動，部分負荷時といった比較的短期間にしか使用さ
れず、その設備費は経済性を阻害する一因ともなってい
る。
にも達し、且つ起動、負荷変化に要する時間を短縮しよ
うとすればするほど大きくなる。しかもこの電気ヒータ
は起動，部分負荷時といった比較的短期間にしか使用さ
れず、その設備費は経済性を阻害する一因ともなってい
る。
一方燃料電池発電システムは小容量でも発電効率が高い
ため中，大容量の発電システムであっても小容量の発電
ユニットを複数台併設した方が起動特性も良く、また技
術上の困難さを回避した発電システムの信頼性を上げる
点でも望ましいが、このように複数台併設した従来のシ
ステムでは構成機器も多くコスト上の難点があると共に
制御機構も複雑となる欠点を有する。
ため中，大容量の発電システムであっても小容量の発電
ユニットを複数台併設した方が起動特性も良く、また技
術上の困難さを回避した発電システムの信頼性を上げる
点でも望ましいが、このように複数台併設した従来のシ
ステムでは構成機器も多くコスト上の難点があると共に
制御機構も複雑となる欠点を有する。
本発明は複数の燃料電池発電ユニットを併設したマルチ
発電システムまたは熱併給発電システムにおける不経済
性と制御機構の複雑さを解消し、システム全体の信頼性
をも向上させた燃料電池発電システムを提供することを
目的とする。
発電システムまたは熱併給発電システムにおける不経済
性と制御機構の複雑さを解消し、システム全体の信頼性
をも向上させた燃料電池発電システムを提供することを
目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は 原燃料を改質して改質燃料を生成する複数の改質器と、
これら改質器それぞれから改質燃料の供給を受ける複数
の燃料電池と、これらの燃料電池で発生する熱を回収し
て蒸気を発生する電池冷却系統とを有し、この電池冷却
系統は発生した蒸気を分離する少なくとも一つの気水分
離器を有し、かつこの少なくとも一つの気水分離器には
電気ヒータが配設されており、この気水分離器で分離さ
れた蒸気は上記複数の改質器に供給されるように構成さ
れている燃料電池発電システムにおいて、 上記気水分離器で分離された蒸気が上記複数の改質器の
一部又は全部に選択的に供給されうるように接続されて
いることを特徴とする。
これら改質器それぞれから改質燃料の供給を受ける複数
の燃料電池と、これらの燃料電池で発生する熱を回収し
て蒸気を発生する電池冷却系統とを有し、この電池冷却
系統は発生した蒸気を分離する少なくとも一つの気水分
離器を有し、かつこの少なくとも一つの気水分離器には
電気ヒータが配設されており、この気水分離器で分離さ
れた蒸気は上記複数の改質器に供給されるように構成さ
れている燃料電池発電システムにおいて、 上記気水分離器で分離された蒸気が上記複数の改質器の
一部又は全部に選択的に供給されうるように接続されて
いることを特徴とする。
第１図は本発明の一実施例を示す系統および回路構成図
であり、第３図と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
すなわち、第１図において15は各発電ユニットの気水分
離器11を連絡する蒸気管であり、その分枝管16および調
節弁あるいは遮断弁17（両者共設置される場合も含む）
を介して必要とする発電ユニットの改質器13に水蒸気を
供給することができるようになっている。電池冷却水系
７にある気水分離器11は１ユニット分のみの電気ヒータ
12を内蔵しており、他の発電ユニットは内蔵していな
い。もちろん電気ヒータ内蔵の気水分離器はどのユニッ
トにあっても良い。第１図は１台目の起動が終了した後
の２台目の起動途中の状態を示しており、弁17の中で黒
く塗ったものは閉じた状態を、また他の弁は開いた状態
を示している。
であり、第３図と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
すなわち、第１図において15は各発電ユニットの気水分
離器11を連絡する蒸気管であり、その分枝管16および調
節弁あるいは遮断弁17（両者共設置される場合も含む）
を介して必要とする発電ユニットの改質器13に水蒸気を
供給することができるようになっている。電池冷却水系
７にある気水分離器11は１ユニット分のみの電気ヒータ
12を内蔵しており、他の発電ユニットは内蔵していな
い。もちろん電気ヒータ内蔵の気水分離器はどのユニッ
トにあっても良い。第１図は１台目の起動が終了した後
の２台目の起動途中の状態を示しており、弁17の中で黒
く塗ったものは閉じた状態を、また他の弁は開いた状態
を示している。
１台目の発電ユニットの起動が終了すると、電池セル２
の発熱で改質用蒸気をまかなうことができ電気ヒータ11
は不要となる。この電気ヒータ不要となる点は、厳密に
は第４図曲線21における75％定格負荷近辺であり、この
負荷も各発電システムによって異なるため以後の説明に
おける起動終了点とは電気ヒータが不要となる負荷まで
とった状態を指す。
の発熱で改質用蒸気をまかなうことができ電気ヒータ11
は不要となる。この電気ヒータ不要となる点は、厳密に
は第４図曲線21における75％定格負荷近辺であり、この
負荷も各発電システムによって異なるため以後の説明に
おける起動終了点とは電気ヒータが不要となる負荷まで
とった状態を指す。
この状態では、他ユニットへの蒸気供給は不要なので分
枝管16にある弁17は１台目を除いてすべて閉じている
が、２台目の起動に入ると２台目の弁のみが開いて起動
に必要な蒸気を供給する。但し気水分離器11から分枝管
16への連結管18にある弁19は電池側の発熱が少ない間は
閉じておき、蒸気が発生し始めたら、開ける。
枝管16にある弁17は１台目を除いてすべて閉じている
が、２台目の起動に入ると２台目の弁のみが開いて起動
に必要な蒸気を供給する。但し気水分離器11から分枝管
16への連結管18にある弁19は電池側の発熱が少ない間は
閉じておき、蒸気が発生し始めたら、開ける。
この場合１台目の発電ユニットの余剰蒸気も利用できる
ので第４図の曲線23に示すように電気ヒータ12の消費電
力は少なくすることができる。
ので第４図の曲線23に示すように電気ヒータ12の消費電
力は少なくすることができる。
３台目起動には１台目,2台目の余剰蒸気が使えるのでさ
らに電気ヒータ12の消費電力は少なくて済み、併設台数
によっては起動に電気ヒータの不要なユニットも出る可
能性がある。
らに電気ヒータ12の消費電力は少なくて済み、併設台数
によっては起動に電気ヒータの不要なユニットも出る可
能性がある。
一方、２台目の気水分離器11の蒸気発生量が増すにつれ
て弁17を絞りながら電気ヒータ12の負荷を減らして行き
自己補給に切り換える。また電気ヒータの容量に余裕の
出る負荷に達したならば３台目の起動を開始することが
できる。
て弁17を絞りながら電気ヒータ12の負荷を減らして行き
自己補給に切り換える。また電気ヒータの容量に余裕の
出る負荷に達したならば３台目の起動を開始することが
できる。
また本発明の他の実施例について、第２図に示すように
気水分離器11もまとめて全ユニットで１台とすれば、全
ユニット運転中の気水分離を行うだけの容量を確保する
ため内容積は若干大きくなるが、経済的効果も大きく、
システム・制御機構を更に単純にすることもできる。
気水分離器11もまとめて全ユニットで１台とすれば、全
ユニット運転中の気水分離を行うだけの容量を確保する
ため内容積は若干大きくなるが、経済的効果も大きく、
システム・制御機構を更に単純にすることもできる。
以上説明したように、本発明によれば、マルチ発電シス
テムや熱併給発電システムにおいて大容量のヒータを複
数個使用する必要もなく、１台分の起動および部分負荷
に必要な容量でよく、経済性の大幅な改善と制御機構の
単純化による信頼性向上ができる燃料電池発電システム
を提供することができる。また２台目以降の起動には既
に起動を終了した各ユニットの余剰蒸気を利用すること
ができるので起動損失を小さくする効果もある。
テムや熱併給発電システムにおいて大容量のヒータを複
数個使用する必要もなく、１台分の起動および部分負荷
に必要な容量でよく、経済性の大幅な改善と制御機構の
単純化による信頼性向上ができる燃料電池発電システム
を提供することができる。また２台目以降の起動には既
に起動を終了した各ユニットの余剰蒸気を利用すること
ができるので起動損失を小さくする効果もある。
第１図は本発明の一実施例を示す系統・回路構成図、第
２図は本発明の他の実施例を示す系統・回路構成図、第
３図は従来の燃料電池発電ユニットの概略系統・回路構
成図、第４図は負荷と発電ユニット不足蒸気量および電
気ヒータによる必要蒸発量の関係を示すグラフである。 １……燃料電池、２……燃料電池セル構成 ６……インバータ、７……電池冷却水系統 10……電力系統、11……気水分離器 12……電気ヒータ、13……改質器 15……気水分離器連絡管、16……分枝管 17……調節弁，止め弁 18……気水分離器−分枝管連結管 19……調節弁，止め弁
２図は本発明の他の実施例を示す系統・回路構成図、第
３図は従来の燃料電池発電ユニットの概略系統・回路構
成図、第４図は負荷と発電ユニット不足蒸気量および電
気ヒータによる必要蒸発量の関係を示すグラフである。 １……燃料電池、２……燃料電池セル構成 ６……インバータ、７……電池冷却水系統 10……電力系統、11……気水分離器 12……電気ヒータ、13……改質器 15……気水分離器連絡管、16……分枝管 17……調節弁，止め弁 18……気水分離器−分枝管連結管 19……調節弁，止め弁
Claims (1)
- 【請求項１】原燃料を改質して改質燃料を生成する複数
の改質器と、これら改質器それぞれから改質燃料の供給
を受ける複数の燃料電池と、これらの燃料電池で発生す
る熱を回収して蒸気を発生する電池冷却系統とを有し、
この電池冷却系統は発生した蒸気を分離する少なくとも
一つの気水分離器を有し、かつこの少なくとも一つの気
水分離器には電気ヒータが配設されており、この気水分
離器で分離された蒸気は上記複数の改質器に供給される
ように構成されている燃料電池発電システムにおいて、 上記気水分離器で分離された蒸気が上記複数の改質器の
一部又は全部に選択的に供給されうるように接続されて
いることを特徴とする燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60072554A JPH0760691B2 (ja) | 1985-04-08 | 1985-04-08 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60072554A JPH0760691B2 (ja) | 1985-04-08 | 1985-04-08 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61232569A JPS61232569A (ja) | 1986-10-16 |
| JPH0760691B2 true JPH0760691B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=13492689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60072554A Expired - Lifetime JPH0760691B2 (ja) | 1985-04-08 | 1985-04-08 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0760691B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3100768B2 (ja) * | 1992-06-26 | 2000-10-23 | 関西電力株式会社 | 分散配置型燃料電池発電所およびその運転制御方法 |
| JPH0660896A (ja) * | 1992-08-04 | 1994-03-04 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池式発電装置およびその運転方法 |
| JP4081896B2 (ja) * | 1998-12-02 | 2008-04-30 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP4070903B2 (ja) * | 1999-04-08 | 2008-04-02 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池の加温方法 |
| JP3601399B2 (ja) * | 2000-02-14 | 2004-12-15 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP4751577B2 (ja) * | 2004-03-24 | 2011-08-17 | 東京瓦斯株式会社 | 発電システム |
| JP4855730B2 (ja) * | 2005-07-29 | 2012-01-18 | 株式会社東芝 | 水素製造システム |
| JP5248711B2 (ja) * | 2010-07-07 | 2013-07-31 | パナソニック株式会社 | 燃料電池システムおよびその運転方法 |
| JP6812851B2 (ja) * | 2017-03-02 | 2021-01-13 | ブラザー工業株式会社 | 燃料電池システム、及び燃料電池 |
| DE102021205718A1 (de) | 2021-06-07 | 2022-12-08 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Beheizbarer Behälter zur Speicherung eines Fluids |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4098960A (en) * | 1976-12-27 | 1978-07-04 | United Technologies Corporation | Fuel cell fuel control system |
| JPS59149670A (ja) * | 1983-02-01 | 1984-08-27 | Toshiba Corp | 燃料電池発電装置 |
-
1985
- 1985-04-08 JP JP60072554A patent/JPH0760691B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61232569A (ja) | 1986-10-16 |
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