JPH08236132A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
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- JPH08236132A JPH08236132A JP7041475A JP4147595A JPH08236132A JP H08236132 A JPH08236132 A JP H08236132A JP 7041475 A JP7041475 A JP 7041475A JP 4147595 A JP4147595 A JP 4147595A JP H08236132 A JPH08236132 A JP H08236132A
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- reformed gas
- fuel cell
- heat
- exhaust air
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- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】コ・ゼネレーションを採用した燃料電池発電シ
ステムを対象に、冷，暖房機器などの熱原として使用す
る排熱回収用熱交換器の停止時における安全保護，並び
に排熱利用系の熱負荷変動などに影響されることなく改
質ガス，排空気を適正温度に保つように冷却する。 【構成】改質ガス供給ライン３，排空気ライン４に対
し、排熱利用設備の熱源として使用する排熱回収用熱交
換器６，１０を改質ガス冷却器７，排空気冷却器１１の
前段側に設置するととも、排熱回収用熱交換器には排熱
利用設備の運転停止時に改質ガス，排空気の全量をバイ
パスさせるバイパス路６ａ，１０ａ、およびガスしゃ断
弁６ｂ〜６ｄ，１０ｂ〜１０ｄを備え、さらに改質ガス
冷却器，排空気冷却器には冷却水の流量制御弁７ａ，１
１ａ，温度調節器７ｂ，１１ｂを付設して改質ガス，排
空気を一定温度に冷却して水蒸気の凝縮，分離を行う。
ステムを対象に、冷，暖房機器などの熱原として使用す
る排熱回収用熱交換器の停止時における安全保護，並び
に排熱利用系の熱負荷変動などに影響されることなく改
質ガス，排空気を適正温度に保つように冷却する。 【構成】改質ガス供給ライン３，排空気ライン４に対
し、排熱利用設備の熱源として使用する排熱回収用熱交
換器６，１０を改質ガス冷却器７，排空気冷却器１１の
前段側に設置するととも、排熱回収用熱交換器には排熱
利用設備の運転停止時に改質ガス，排空気の全量をバイ
パスさせるバイパス路６ａ，１０ａ、およびガスしゃ断
弁６ｂ〜６ｄ，１０ｂ〜１０ｄを備え、さらに改質ガス
冷却器，排空気冷却器には冷却水の流量制御弁７ａ，１
１ａ，温度調節器７ｂ，１１ｂを付設して改質ガス，排
空気を一定温度に冷却して水蒸気の凝縮，分離を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電プラント
生じた排熱を回収して地域冷，暖房などに利用するコ・
ゼネレーション方式を採用した燃料電池発電システムに
関する。
生じた排熱を回収して地域冷，暖房などに利用するコ・
ゼネレーション方式を採用した燃料電池発電システムに
関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように燃料電池（リン酸形燃料電
池）の発電システムでは、天然ガスなどの原燃料を水蒸
気改質して得た水素リッチなガス，および空気を反応ガ
スとして燃料電池の燃料極，空気極に供給して発電して
いる。また、この場合に燃料改質装置に投入した過剰な
水蒸気，および燃料電池での電極反応に伴って空気極側
に生成した水蒸気は、発電システムの系内で凝縮させて
気液分離し、ここで得た凝縮水を燃料電池本体の冷却
水，あるいは再び水蒸気に変えて改質器に供給するよう
利用している。また、改質ガス，排空気中に含まれてい
る水蒸気を系内で凝縮させるためには改質ガス冷却器，
排空気冷却器（熱交換器）を使用し、多くの発電プラン
トでは冷却器の排熱を冷却塔などを介してそのまま系外
に放出しているのが現状である。
池）の発電システムでは、天然ガスなどの原燃料を水蒸
気改質して得た水素リッチなガス，および空気を反応ガ
スとして燃料電池の燃料極，空気極に供給して発電して
いる。また、この場合に燃料改質装置に投入した過剰な
水蒸気，および燃料電池での電極反応に伴って空気極側
に生成した水蒸気は、発電システムの系内で凝縮させて
気液分離し、ここで得た凝縮水を燃料電池本体の冷却
水，あるいは再び水蒸気に変えて改質器に供給するよう
利用している。また、改質ガス，排空気中に含まれてい
る水蒸気を系内で凝縮させるためには改質ガス冷却器，
排空気冷却器（熱交換器）を使用し、多くの発電プラン
トでは冷却器の排熱を冷却塔などを介してそのまま系外
に放出しているのが現状である。
【０００３】一方、昨今では発電によって生じた排熱を
回収し、冷房，暖房などに利用してエネルギーの利用効
率を高めるコ・ゼネレーションシステムの開発，普及が
進んでおり、燃料電池発電システムでも一部にコ・ゼネ
レーション方式を採用する試みがなされている。そして
具体的には、燃料電池の燃料極に通じる改質ガス供給ラ
イン，空気極から引出した排空気ラインに挿入した前記
の改質ガス冷却器，排空気冷却器と直列に排熱回収用熱
交換器を介挿接続し、該熱交換器を通じて回収した排熱
を利用して温水焚き吸収式冷凍器，あるいは温水暖房器
を運転して冷房，暖房を行うようにしている。
回収し、冷房，暖房などに利用してエネルギーの利用効
率を高めるコ・ゼネレーションシステムの開発，普及が
進んでおり、燃料電池発電システムでも一部にコ・ゼネ
レーション方式を採用する試みがなされている。そして
具体的には、燃料電池の燃料極に通じる改質ガス供給ラ
イン，空気極から引出した排空気ラインに挿入した前記
の改質ガス冷却器，排空気冷却器と直列に排熱回収用熱
交換器を介挿接続し、該熱交換器を通じて回収した排熱
を利用して温水焚き吸収式冷凍器，あるいは温水暖房器
を運転して冷房，暖房を行うようにしている。
【０００４】この場合に、燃料改質器，一酸化炭素変成
器を経由した改質ガスのガス温度は１５０〜１６０℃、
また燃料電池から排出される排空気温度はリン酸形燃料
電池（動作温度は約２００℃）の場合で約１９０℃であ
る。そして、いずれの場合にも改質ガス，排空気中に過
剰に含まれている水蒸気を凝縮させて気水分離させるた
めには改質ガス，排空気を８０℃程度まで降温させる必
要がある。
器を経由した改質ガスのガス温度は１５０〜１６０℃、
また燃料電池から排出される排空気温度はリン酸形燃料
電池（動作温度は約２００℃）の場合で約１９０℃であ
る。そして、いずれの場合にも改質ガス，排空気中に過
剰に含まれている水蒸気を凝縮させて気水分離させるた
めには改質ガス，排空気を８０℃程度まで降温させる必
要がある。
【０００５】一方、コ・ゼネレーションシステム機器で
ある温水焚き吸収式冷凍機の運転には水温９０℃程度の
温水が、また温水暖房器の運転には水温５５℃程度の温
水が必要である。そこで、先記のコ・ゼネレーション方
式を採用した燃料電池発電システムでは、高温の改質ガ
ス，排空気の冷却をガス冷却器とこれに直列接続した排
熱回収用熱交換器とで分担して行い、排熱回収用熱交換
器で排熱回収を行いつつ最終的にガス温度を８０℃程度
まで降温させて水蒸気の凝縮，気水分離を行うようにし
ている。
ある温水焚き吸収式冷凍機の運転には水温９０℃程度の
温水が、また温水暖房器の運転には水温５５℃程度の温
水が必要である。そこで、先記のコ・ゼネレーション方
式を採用した燃料電池発電システムでは、高温の改質ガ
ス，排空気の冷却をガス冷却器とこれに直列接続した排
熱回収用熱交換器とで分担して行い、排熱回収用熱交換
器で排熱回収を行いつつ最終的にガス温度を８０℃程度
まで降温させて水蒸気の凝縮，気水分離を行うようにし
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
に燃料電池発電システムの改質ガス冷却器，排空気冷却
器と直列に排熱回収用熱交換器を接続して排熱回収を行
うコ・ゼネレーション方式では、運転上で次記のような
問題が生じる。すなわち、 １）春期，秋期など季節によって冷，暖房設備を使用し
ない期間では、燃料電池発電システムの運転に伴い排熱
回収用熱交換器に改質ガス，排空気などの高温ガスな流
れるにも係わらず、排熱回収用熱交換器は停止したまま
で熱回収用の循環水が流れない。このために、停止中の
排熱回収用熱交換器には器内にスケール（水垢）が多量
に発生して熱交換効率を劣化させたり、冷却水の沸騰に
伴う内圧上昇で熱交換器が破損するなどのトラブルを引
き起こすおそれがある。
に燃料電池発電システムの改質ガス冷却器，排空気冷却
器と直列に排熱回収用熱交換器を接続して排熱回収を行
うコ・ゼネレーション方式では、運転上で次記のような
問題が生じる。すなわち、 １）春期，秋期など季節によって冷，暖房設備を使用し
ない期間では、燃料電池発電システムの運転に伴い排熱
回収用熱交換器に改質ガス，排空気などの高温ガスな流
れるにも係わらず、排熱回収用熱交換器は停止したまま
で熱回収用の循環水が流れない。このために、停止中の
排熱回収用熱交換器には器内にスケール（水垢）が多量
に発生して熱交換効率を劣化させたり、冷却水の沸騰に
伴う内圧上昇で熱交換器が破損するなどのトラブルを引
き起こすおそれがある。
【０００７】２）また、燃料改質系で得た改質ガスを燃
料電池に供給して発電を行う場合には、その改質ガスの
組成（水素ガス濃度）をできる限り一定に保つ必要があ
が、前記のように改質ガス供給ラインに流れる改質ガス
を改質ガス冷却器と排熱回収用熱交換器を併用して凝縮
温度まで降温させる場合に、排熱利用先の用途、つまり
排熱利用機器が先記した温水焚き吸収式冷凍機である
か，温水暖房器であるかにより、さらには冷，暖房の熱
負荷変動によって燃料電池に供給する改質ガスの温度も
変化する。しかも、改質ガス温度が変化するとその飽和
温度とともに水蒸気分圧，すなわち水蒸気モル分圧も変
化し、結果として燃料電池に供給される燃料ガスの水素
濃度が変動してしまう。
料電池に供給して発電を行う場合には、その改質ガスの
組成（水素ガス濃度）をできる限り一定に保つ必要があ
が、前記のように改質ガス供給ラインに流れる改質ガス
を改質ガス冷却器と排熱回収用熱交換器を併用して凝縮
温度まで降温させる場合に、排熱利用先の用途、つまり
排熱利用機器が先記した温水焚き吸収式冷凍機である
か，温水暖房器であるかにより、さらには冷，暖房の熱
負荷変動によって燃料電池に供給する改質ガスの温度も
変化する。しかも、改質ガス温度が変化するとその飽和
温度とともに水蒸気分圧，すなわち水蒸気モル分圧も変
化し、結果として燃料電池に供給される燃料ガスの水素
濃度が変動してしまう。
【０００８】この場合に、改質ガスの圧力を6.５kg／cm
2 Ｇ、温度８０℃を基準として、排熱利用設備（冷，暖
房機器）の熱負荷変動によりガスの冷却温度が７０℃，
９０℃に変化した場合を想定して試算すると、７０℃で
は改質ガス中の水素量が2.３％多くなり、９０℃では水
素量が3.３％少なくなる。一方、リン酸形燃料電池は、
一般に水素利用率７５〜８０％の範囲で運転している。
したがって、燃料電池に供給する改質ガスの温度８０℃
を基準とした場合に、そのガス温度が上昇すると水素量
が不足して燃料電池の発電特性が低下し、逆に冷却温度
が低くなった場合には燃料電池に必要以上に過剰な水素
量を投入することになって発電効率が低下するなどの問
題に発展する。
2 Ｇ、温度８０℃を基準として、排熱利用設備（冷，暖
房機器）の熱負荷変動によりガスの冷却温度が７０℃，
９０℃に変化した場合を想定して試算すると、７０℃で
は改質ガス中の水素量が2.３％多くなり、９０℃では水
素量が3.３％少なくなる。一方、リン酸形燃料電池は、
一般に水素利用率７５〜８０％の範囲で運転している。
したがって、燃料電池に供給する改質ガスの温度８０℃
を基準とした場合に、そのガス温度が上昇すると水素量
が不足して燃料電池の発電特性が低下し、逆に冷却温度
が低くなった場合には燃料電池に必要以上に過剰な水素
量を投入することになって発電効率が低下するなどの問
題に発展する。
【０００９】３）一方、燃料電池の空気極から排出され
る排空気には約１０％の未反応酸素が含まれていること
から、燃料電池発電システムでは効率向上のために排空
気をそのまま大気中に放出せずに、排空気中に含まれて
いる水蒸気を凝縮分離させてその分酸素濃度を高めた上
で、燃料改質器のバーナに供給して燃焼空気として利用
するようにしているが、この場合にはバーナの燃焼性
（燃料／酸素比率）の安定化から排空気の酸素濃度はで
きるだけ一定に保つことが望ましい。
る排空気には約１０％の未反応酸素が含まれていること
から、燃料電池発電システムでは効率向上のために排空
気をそのまま大気中に放出せずに、排空気中に含まれて
いる水蒸気を凝縮分離させてその分酸素濃度を高めた上
で、燃料改質器のバーナに供給して燃焼空気として利用
するようにしているが、この場合にはバーナの燃焼性
（燃料／酸素比率）の安定化から排空気の酸素濃度はで
きるだけ一定に保つことが望ましい。
【００１０】かかる点、前項２）で述べた改質ガスの場
合と同様に、高温の排空気を排空気冷却器，排熱回収用
熱交換器の併用で凝縮温度まで冷却する場合に、排熱利
用側で冷，暖房などの熱負荷変動に伴って排空気の冷却
温度が変化すると、排空気中の酸素濃度も変化する。こ
こで、排空気の圧力を5.５kg／cm2 Ｇ，温度８０℃を基
準として、排空気温度が７０℃，９０℃に変化した場合
を想定して排空気中の酸素濃度を試算すると、７０℃で
は酸素濃度が0.３％高くなり、９０℃では逆に酸素濃度
が0.４２％低くなる。したがって、排空気を燃料改質器
のバーナの燃焼空気として利用する場合に、熱回収側の
熱負荷変動などによって水蒸気分離後の排空気の酸素濃
度が変化すると、バーナでの燃料／燃酸素量比が当初の
計画値と実際値とで乖離し、特に排空気の酸素濃度が低
下するとバーナが不完全燃焼となって改質器の炉内温度
が変動し、改質反応効率にも悪影響が及ぶようになる。
合と同様に、高温の排空気を排空気冷却器，排熱回収用
熱交換器の併用で凝縮温度まで冷却する場合に、排熱利
用側で冷，暖房などの熱負荷変動に伴って排空気の冷却
温度が変化すると、排空気中の酸素濃度も変化する。こ
こで、排空気の圧力を5.５kg／cm2 Ｇ，温度８０℃を基
準として、排空気温度が７０℃，９０℃に変化した場合
を想定して排空気中の酸素濃度を試算すると、７０℃で
は酸素濃度が0.３％高くなり、９０℃では逆に酸素濃度
が0.４２％低くなる。したがって、排空気を燃料改質器
のバーナの燃焼空気として利用する場合に、熱回収側の
熱負荷変動などによって水蒸気分離後の排空気の酸素濃
度が変化すると、バーナでの燃料／燃酸素量比が当初の
計画値と実際値とで乖離し、特に排空気の酸素濃度が低
下するとバーナが不完全燃焼となって改質器の炉内温度
が変動し、改質反応効率にも悪影響が及ぶようになる。
【００１１】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、発電システムの系内に生じた排熱を回収して地
域冷，暖房などに利用するコ・ゼネレーションを採用し
た燃料電池発電システムを対象に、前記１）〜３）に記
した課題を解決して冷，暖房機器などの熱原として使用
する排熱回収用熱交換器の停止時における安全保護，並
びに排熱利用系の熱負荷変動などに影響されることなく
改質ガス，排空気の冷却温度を安定よく保つことができ
るようにした燃料電池発電システムを提供することを目
的とする。
であり、発電システムの系内に生じた排熱を回収して地
域冷，暖房などに利用するコ・ゼネレーションを採用し
た燃料電池発電システムを対象に、前記１）〜３）に記
した課題を解決して冷，暖房機器などの熱原として使用
する排熱回収用熱交換器の停止時における安全保護，並
びに排熱利用系の熱負荷変動などに影響されることなく
改質ガス，排空気の冷却温度を安定よく保つことができ
るようにした燃料電池発電システムを提供することを目
的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、燃料電池発電システムを次記のよ
うに構成するものとする。 １）燃料電池への改質ガス供給ラインには気水分離器と
組合わせて改質ガス中の過剰な水蒸気を凝縮させる改質
ガス冷却器を備えたものにおいて、前記改質ガス冷却器
を冷却温度調節機能付きの熱交換器とし、かつその前段
に冷，暖房などの排熱利用設備の熱源となる排熱回収用
熱交換器，および該排熱回収用熱交換器の未使用時に改
質ガスを当該熱交換器を迂回して後段の改質ガス冷却器
に通流させるバイパス路を設ける。
に、本発明によれば、燃料電池発電システムを次記のよ
うに構成するものとする。 １）燃料電池への改質ガス供給ラインには気水分離器と
組合わせて改質ガス中の過剰な水蒸気を凝縮させる改質
ガス冷却器を備えたものにおいて、前記改質ガス冷却器
を冷却温度調節機能付きの熱交換器とし、かつその前段
に冷，暖房などの排熱利用設備の熱源となる排熱回収用
熱交換器，および該排熱回収用熱交換器の未使用時に改
質ガスを当該熱交換器を迂回して後段の改質ガス冷却器
に通流させるバイパス路を設ける。
【００１３】２）燃料電池から引出した排空気ラインに
は気水分離器と組合わせて排空気中の過剰な水蒸気を凝
縮させる排空気冷却器を備えたものにおいて、前記排空
気冷却器を冷却温度調節機能付き熱交換器とし、かつそ
の前段に冷，暖房などの排熱利用設備の熱源となる排熱
回収用熱交換器，および該排熱回収用熱交換器の未使用
時に排空気を当該熱交換器を迂回して後段の排空気冷却
器に通流させるバイパス路を設ける。
は気水分離器と組合わせて排空気中の過剰な水蒸気を凝
縮させる排空気冷却器を備えたものにおいて、前記排空
気冷却器を冷却温度調節機能付き熱交換器とし、かつそ
の前段に冷，暖房などの排熱利用設備の熱源となる排熱
回収用熱交換器，および該排熱回収用熱交換器の未使用
時に排空気を当該熱交換器を迂回して後段の排空気冷却
器に通流させるバイパス路を設ける。
【００１４】３）前項１),２）項において、排熱回収用
熱交換器に対してそのバイパス路との間にガス流路切換
弁を設ける。
熱交換器に対してそのバイパス路との間にガス流路切換
弁を設ける。
【００１５】
【作用】上記の構成において、排熱利用設備（冷房，暖
房機器）を運転する場合には、バイパス路の弁を閉じ、
高温の改質ガス，排空気を排熱回収用熱交換器に通流さ
せて排熱回収を行った後、さらにその後段側の改質ガス
冷却器，ないし排空気冷却器により冷却温度調節を行っ
て所定の凝縮温度（８０℃）まで降温させ、改質ガス，
排空気中に含まれている過剰な水蒸気を気水分離する。
この運転状態で排熱利用設備の熱負荷が変動した場合に
は、後段側の冷却器の出口端で検出した改質ガス，排空
気の温度を基に冷却器に流す冷媒（冷却水）の流量を制
御するなどして改質ガス，排空気の凝縮温度をほぼ一定
に保つ。
房機器）を運転する場合には、バイパス路の弁を閉じ、
高温の改質ガス，排空気を排熱回収用熱交換器に通流さ
せて排熱回収を行った後、さらにその後段側の改質ガス
冷却器，ないし排空気冷却器により冷却温度調節を行っ
て所定の凝縮温度（８０℃）まで降温させ、改質ガス，
排空気中に含まれている過剰な水蒸気を気水分離する。
この運転状態で排熱利用設備の熱負荷が変動した場合に
は、後段側の冷却器の出口端で検出した改質ガス，排空
気の温度を基に冷却器に流す冷媒（冷却水）の流量を制
御するなどして改質ガス，排空気の凝縮温度をほぼ一定
に保つ。
【００１６】一方、排熱利用設備備の運転を停止する場
合には、排熱回収用熱交換器の入口，出口弁を閉じると
ともに、バイパス路の弁を開いて高温の改質ガス，排空
気を排熱回収用熱交換器を迂回して後段側の改質ガス冷
却器，排空気冷却に直接通流させ、かつこれら冷却器で
冷媒流量制御を行って改質ガス，排空気を所定の凝縮温
度まで冷却する。
合には、排熱回収用熱交換器の入口，出口弁を閉じると
ともに、バイパス路の弁を開いて高温の改質ガス，排空
気を排熱回収用熱交換器を迂回して後段側の改質ガス冷
却器，排空気冷却に直接通流させ、かつこれら冷却器で
冷媒流量制御を行って改質ガス，排空気を所定の凝縮温
度まで冷却する。
【００１７】これにより、排熱利用機器の種類，その利
用温度、および排熱利用機器の熱負荷変動に左右される
たとなく、排熱回収用熱交換器を介して必要な温度で熱
回収を行いつつ、後段側の冷却器での冷却温度制御によ
り改質ガス，排空気を燃料電池のプロセスで要求される
適正温度に冷却して水蒸気の気水分離を行うことができ
る。
用温度、および排熱利用機器の熱負荷変動に左右される
たとなく、排熱回収用熱交換器を介して必要な温度で熱
回収を行いつつ、後段側の冷却器での冷却温度制御によ
り改質ガス，排空気を燃料電池のプロセスで要求される
適正温度に冷却して水蒸気の気水分離を行うことができ
る。
【００１８】また、排熱回収用熱交換器にバイパス路を
設け、排熱利用機器の停止時には排熱回収用熱交換器へ
のガス通流を止めてバイパス路を迂回させることによ
り、スケール（水垢）の発生，および熱交換器の水沸騰
による破損などのトラブルが防げる。
設け、排熱利用機器の停止時には排熱回収用熱交換器へ
のガス通流を止めてバイパス路を迂回させることによ
り、スケール（水垢）の発生，および熱交換器の水沸騰
による破損などのトラブルが防げる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は燃料電池発電システムのプラント系統図で
あり、図において、１は燃料電池、２は燃料改質器、３
は燃料改質器２で水蒸気改質した改質ガスを燃料電池１
の燃料極１ａに供給する改質ガス供給ライン、４は燃料
電池１の空気極１ｂから引出した排空気ラインであり、
改質ガス供給ライン３には燃料改質器２側から順に熱交
換器５，排熱回収用熱交換器６，改質ガス冷却器７，お
よび気水分離器８が接続されている。また、排空気ライ
ン４には燃料電池１側から順に熱交換器９，排熱回収用
熱交換器１０，排空気冷却器１１，および気水分離器１
２が接続されている。なお、図示されてないが前記の排
熱回収用熱交換器６，１０の二次側には排熱利用設備と
して温水焚き吸収式冷凍機，温水暖房器などが接続され
ている。
する。図１は燃料電池発電システムのプラント系統図で
あり、図において、１は燃料電池、２は燃料改質器、３
は燃料改質器２で水蒸気改質した改質ガスを燃料電池１
の燃料極１ａに供給する改質ガス供給ライン、４は燃料
電池１の空気極１ｂから引出した排空気ラインであり、
改質ガス供給ライン３には燃料改質器２側から順に熱交
換器５，排熱回収用熱交換器６，改質ガス冷却器７，お
よび気水分離器８が接続されている。また、排空気ライ
ン４には燃料電池１側から順に熱交換器９，排熱回収用
熱交換器１０，排空気冷却器１１，および気水分離器１
２が接続されている。なお、図示されてないが前記の排
熱回収用熱交換器６，１０の二次側には排熱利用設備と
して温水焚き吸収式冷凍機，温水暖房器などが接続され
ている。
【００２０】かかる燃料電池発電システムにおいて、周
知のように原燃料（天然ガス）は燃料改質器２で水蒸気
改質された後、さらに改質ガス供給ライン３を通じて過
剰な水蒸気を含む高温の改質ガスを冷却，気水分離した
上で燃料電池１の燃料極１ａに供給され、ブロア１３を
通じて空気極１ｂに供給された空気との電極反応で発電
する。また、燃料電池１の燃料極１ａから出たオフガス
は燃料改質器２のバーナ２ａへ燃料として供給される。
一方、空気極１ｂから出た高温の排空気は、排空気ライ
ン４で冷却，気水分離された後、燃料改質器２のバーナ
２ａへ燃焼空気として供給される。さらに、排熱回収用
熱交換器６，１０の二次側で回収した熱は排熱利用設備
（冷，暖房機器）に供給して排熱利用される。
知のように原燃料（天然ガス）は燃料改質器２で水蒸気
改質された後、さらに改質ガス供給ライン３を通じて過
剰な水蒸気を含む高温の改質ガスを冷却，気水分離した
上で燃料電池１の燃料極１ａに供給され、ブロア１３を
通じて空気極１ｂに供給された空気との電極反応で発電
する。また、燃料電池１の燃料極１ａから出たオフガス
は燃料改質器２のバーナ２ａへ燃料として供給される。
一方、空気極１ｂから出た高温の排空気は、排空気ライ
ン４で冷却，気水分離された後、燃料改質器２のバーナ
２ａへ燃焼空気として供給される。さらに、排熱回収用
熱交換器６，１０の二次側で回収した熱は排熱利用設備
（冷，暖房機器）に供給して排熱利用される。
【００２１】一方、前記の排熱回収用熱交換器６，１０
に対しては、本発明により、熱交換器を迂回するバイパ
ス路６ａ，１０ａがそれぞれ並列接続されており、かつ
バイパス路６ａ，１０ａ，および排熱回収用熱交換器
６，１０の入口，出口側にはそれぞれガスしゃ断弁６
ｂ，６ｃ，６ｄ，および１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが設け
てある。また、前記の改質ガス冷却器７，および排空気
冷却器１１は、二次側の冷却水（冷媒）供給ラインに流
量制御弁７ａ，１１ａを設け、冷却器の出口側に接続し
たガス温度調節器７ｂ，１１ｂの信号を基に冷却水の流
量制御を行って、気水分離器８，１２へ供給するガ改質
ガス，排空気の温度を所定の温度（約８０℃）に保つよ
うに温度制御する。なお、図示例のほかに、冷却器７，
１１の一次側にバイパス路を設け、冷却水量を一定のま
まバイパス路に流すガス流量を調節して改質ガス，排空
気を所定温度に制御する方法もある。
に対しては、本発明により、熱交換器を迂回するバイパ
ス路６ａ，１０ａがそれぞれ並列接続されており、かつ
バイパス路６ａ，１０ａ，および排熱回収用熱交換器
６，１０の入口，出口側にはそれぞれガスしゃ断弁６
ｂ，６ｃ，６ｄ，および１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが設け
てある。また、前記の改質ガス冷却器７，および排空気
冷却器１１は、二次側の冷却水（冷媒）供給ラインに流
量制御弁７ａ，１１ａを設け、冷却器の出口側に接続し
たガス温度調節器７ｂ，１１ｂの信号を基に冷却水の流
量制御を行って、気水分離器８，１２へ供給するガ改質
ガス，排空気の温度を所定の温度（約８０℃）に保つよ
うに温度制御する。なお、図示例のほかに、冷却器７，
１１の一次側にバイパス路を設け、冷却水量を一定のま
まバイパス路に流すガス流量を調節して改質ガス，排空
気を所定温度に制御する方法もある。
【００２２】そして、排熱利用設備の運転して排熱回収
する場合には、前記した排熱回収用熱交換器６，１０の
バイパス路６ａ，１０ａに接続したガスしゃ断弁６ｂ，
１０ｂを閉じ、高温の改質ガス，排空気を排熱回収用熱
交換器６，１０に通流させて熱回収を行った後、後段の
改質ガス冷却器７，排空気冷却器１１による冷却温度制
御により所定の温度（８０℃）に冷却して過剰な水蒸気
を凝縮させ、さらに気水分離器８，１２で気水分離す
る。なお、排熱利用設備側での熱負荷変動が生じた場合
でも、これに相応して改質ガス冷却器７，排空気冷却器
１１の冷却水流量を制御して改質ガス，排空気の凝縮温
度を一定に保つ。
する場合には、前記した排熱回収用熱交換器６，１０の
バイパス路６ａ，１０ａに接続したガスしゃ断弁６ｂ，
１０ｂを閉じ、高温の改質ガス，排空気を排熱回収用熱
交換器６，１０に通流させて熱回収を行った後、後段の
改質ガス冷却器７，排空気冷却器１１による冷却温度制
御により所定の温度（８０℃）に冷却して過剰な水蒸気
を凝縮させ、さらに気水分離器８，１２で気水分離す
る。なお、排熱利用設備側での熱負荷変動が生じた場合
でも、これに相応して改質ガス冷却器７，排空気冷却器
１１の冷却水流量を制御して改質ガス，排空気の凝縮温
度を一定に保つ。
【００２３】一方、排熱利用設備の運転を停止（春期，
秋期などの季節に冷房，暖房運転を停止する）した際に
は、排熱回収用熱交換器６，１０の入口，出口側のガス
しゃ断弁６ｃ，６ｄ，１０ｃ，１０ｄを閉じ、バイパス
路６ａ，１０ａのガスしゃ断弁６ｂ，１０ｂを開いて改
質ガス，排空気の全量をバイパス路６ａ，１０ａを経由
して後段側の改質ガス冷却器７，排空気冷却器１１に通
流させ、ここで温度制御を行って所定のガス温度に冷却
する。
秋期などの季節に冷房，暖房運転を停止する）した際に
は、排熱回収用熱交換器６，１０の入口，出口側のガス
しゃ断弁６ｃ，６ｄ，１０ｃ，１０ｄを閉じ、バイパス
路６ａ，１０ａのガスしゃ断弁６ｂ，１０ｂを開いて改
質ガス，排空気の全量をバイパス路６ａ，１０ａを経由
して後段側の改質ガス冷却器７，排空気冷却器１１に通
流させ、ここで温度制御を行って所定のガス温度に冷却
する。
【００２４】なお、図示実施例では、改質ガス供給ライ
ン３，および排空気ライン４に排熱回収用熱交換器６，
１０を設置して二箇所で排熱回収を行っているが、いず
れか一方でのみ排熱回収を行うこともできる。
ン３，および排空気ライン４に排熱回収用熱交換器６，
１０を設置して二箇所で排熱回収を行っているが、いず
れか一方でのみ排熱回収を行うこともできる。
【００２５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、燃
料電池発電システムのプラント系内で改質ガス供給ライ
ン，排空気ラインから排熱回収を行うように改質ガス冷
却器，排空気冷却器に排熱回収用熱交換器を併設したも
のにおいて、排熱回収用熱交換器を改質ガス冷却器，排
空気冷却器の前段側に設置した上で、排熱回収用熱交換
器を迂回するバイパス路，およびガス流路切換弁を設け
るるとともに、後段側の改質ガス冷却器，排空気冷却器
に冷却温度調節機能を持たせて構成したことにより、次
記の効果を奏する。
料電池発電システムのプラント系内で改質ガス供給ライ
ン，排空気ラインから排熱回収を行うように改質ガス冷
却器，排空気冷却器に排熱回収用熱交換器を併設したも
のにおいて、排熱回収用熱交換器を改質ガス冷却器，排
空気冷却器の前段側に設置した上で、排熱回収用熱交換
器を迂回するバイパス路，およびガス流路切換弁を設け
るるとともに、後段側の改質ガス冷却器，排空気冷却器
に冷却温度調節機能を持たせて構成したことにより、次
記の効果を奏する。
【００２６】１）排熱回収用熱交換器を熱原とする冷
房，暖房器などの排熱利用設備の運転を停止する際に、
高温の改質ガス，排空気の全量を排熱回収用熱交換器を
迂回してバイパス路に通流させることにより、停止中の
排熱回収用熱交換器をスケール（水垢），並びに熱交換
器内の水沸騰による破損から安全に保護できる。 ２）排熱回収用熱交換器を熱原として使用する排熱利用
設備の種類，利用温度，および排熱利用設備側の熱負荷
変動に左右されることなく、後段の改質ガス冷却器，排
空気冷却器での冷却温度制御によりその出口側のガス温
度を適正な所定温度に降温して改質ガス，排空気中に過
剰に含まれている水蒸気の凝縮，分離を行うことができ
る。
房，暖房器などの排熱利用設備の運転を停止する際に、
高温の改質ガス，排空気の全量を排熱回収用熱交換器を
迂回してバイパス路に通流させることにより、停止中の
排熱回収用熱交換器をスケール（水垢），並びに熱交換
器内の水沸騰による破損から安全に保護できる。 ２）排熱回収用熱交換器を熱原として使用する排熱利用
設備の種類，利用温度，および排熱利用設備側の熱負荷
変動に左右されることなく、後段の改質ガス冷却器，排
空気冷却器での冷却温度制御によりその出口側のガス温
度を適正な所定温度に降温して改質ガス，排空気中に過
剰に含まれている水蒸気の凝縮，分離を行うことができ
る。
【００２７】そして、改質ガス供給系では燃料電池に供
給する改質ガスの温度を一定に保つことで、ガス温度の
変化に起因する改質ガスの水素濃度の変動を抑えること
ができ、これにより水素不足による燃料電池の特性低
下，および水素の過剰投入を避けて燃料電池を高い発電
効率で安定よく運転できる。また、排空気を気水分離後
に燃料改質器のバーナへ供給して燃焼空気として利用す
る場合でも、排空気の冷却温度を一定に保つことによ
り、排空気中の酸素濃度変動を抑えてバーナでの燃料／
酸素量比の安定確保が確保できるなどの効果が得られ
る。
給する改質ガスの温度を一定に保つことで、ガス温度の
変化に起因する改質ガスの水素濃度の変動を抑えること
ができ、これにより水素不足による燃料電池の特性低
下，および水素の過剰投入を避けて燃料電池を高い発電
効率で安定よく運転できる。また、排空気を気水分離後
に燃料改質器のバーナへ供給して燃焼空気として利用す
る場合でも、排空気の冷却温度を一定に保つことによ
り、排空気中の酸素濃度変動を抑えてバーナでの燃料／
酸素量比の安定確保が確保できるなどの効果が得られ
る。
【図１】本発明の実施例による燃料電池発電システムの
プラント系統図
プラント系統図
１ 燃料電池 ２ 燃料改質器 ２ａ バーナ ３ 改質ガス供給ライン ４ 排空気ライン ６ 排熱回収用熱交換器 ６ａ バイパス路 ６ｂ，６ｃ，６ｄ ガスしゃ断弁 ７ 改質ガス冷却器 ８，１２ 気水分離器 １０ 排熱回収用熱交換器 １０ａ バイパス路 １０ｂ，１０ｃ，１０ｄ ガスしゃ断弁 １１ 排空気冷却器
Claims (3)
- 【請求項１】燃料電池の燃料極，空気極に対し、燃料改
質装置を経て改質した水素リッチな改質ガス，空気を供
給して発電する燃料電池発電システムであり、燃料電池
への改質ガス供給ラインに気水分離器と組合わせて改質
ガス中の過剰な水蒸気を凝縮させる改質ガス冷却器を備
えたものにおいて、前記改質ガス冷却器を冷却温度調節
機能付きの熱交換器とし、かつその前段に冷，暖房など
の排熱利用設備の熱源となる排熱回収用熱交換器，およ
び該排熱回収用熱交換器の未使用時に改質ガスを当該熱
交換器を迂回して後段の改質ガス冷却器に通流させるバ
イパス路を設けたことを特徴とする燃料電池発電システ
ム。 - 【請求項２】燃料電池の燃料極，空気極に対し、燃料改
質装置を経て改質した水素リッチな改質ガス，空気を供
給して発電する燃料電池発電システムであり、燃料電池
から引出した排空気ラインには気水分離器と組合わせて
排空気中の過剰な水蒸気を凝縮させる排空気冷却器を備
えたものにおいて、前記排空気冷却器を冷却温度調節機
能付き熱交換器とし、かつその前段に冷，暖房などの排
熱利用設備の熱源となる排熱回収用熱交換器，および該
排熱回収用熱交換器の未使用時に排空気を当該熱交換器
を迂回して後段の排空気冷却器に通流させるバイパス路
を設けたことを特徴とする燃料電池発電システム。 - 【請求項３】請求項１，または２記載の燃料電池発電シ
ステムにおいて、排熱回収用熱交換器に対してそのバイ
パス路との間にガス流路切換弁を設けたことを特徴とす
る燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7041475A JPH08236132A (ja) | 1995-03-01 | 1995-03-01 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7041475A JPH08236132A (ja) | 1995-03-01 | 1995-03-01 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236132A true JPH08236132A (ja) | 1996-09-13 |
Family
ID=12609393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7041475A Pending JPH08236132A (ja) | 1995-03-01 | 1995-03-01 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08236132A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002216823A (ja) * | 2001-01-12 | 2002-08-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池 |
| US20100279184A1 (en) * | 2007-12-06 | 2010-11-04 | Nissan Motor Co., Ltd. | Solid electrolyte fuel cell system |
-
1995
- 1995-03-01 JP JP7041475A patent/JPH08236132A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002216823A (ja) * | 2001-01-12 | 2002-08-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池 |
| US20100279184A1 (en) * | 2007-12-06 | 2010-11-04 | Nissan Motor Co., Ltd. | Solid electrolyte fuel cell system |
| US8815461B2 (en) * | 2007-12-06 | 2014-08-26 | Nissan Motor Co., Ltd. | Solid electrolyte fuel cell system |
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