JPH117972A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH117972A JPH117972A JP9159051A JP15905197A JPH117972A JP H117972 A JPH117972 A JP H117972A JP 9159051 A JP9159051 A JP 9159051A JP 15905197 A JP15905197 A JP 15905197A JP H117972 A JPH117972 A JP H117972A
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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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電力需要が変動しても有効利用でき、低負荷
運転時にも熱出力を有効利用し得る燃料電池発電装置と
その制御方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 燃料電池本体の燃料極１５の排ガスは改
質器１１のバーナに送り、改質バーナ用燃料として用い
る。燃料電池本体の燃料極出口から改質器のバーナ入口
に至るライン１１４の途中で余剰水素を取り出し、貯蔵
または別の機器で有効利用する。燃料としての水素ガス
と酸化剤としての空気は燃料電池本体内で反応して熱を
発生し、その熱は循環する熱媒体により高温熱回収用熱
交換器２０に送り、高温熱出力として取り出す。高温熱
回収用交換器で熱回収された後の水は水蒸気分離器２３
に戻り、発生した水蒸気は高温熱出力として取り出し、
その一部はライン１１３を通って改質用スチームとして
原燃料と混合し、改質器で余剰水素を生成する。
運転時にも熱出力を有効利用し得る燃料電池発電装置と
その制御方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 燃料電池本体の燃料極１５の排ガスは改
質器１１のバーナに送り、改質バーナ用燃料として用い
る。燃料電池本体の燃料極出口から改質器のバーナ入口
に至るライン１１４の途中で余剰水素を取り出し、貯蔵
または別の機器で有効利用する。燃料としての水素ガス
と酸化剤としての空気は燃料電池本体内で反応して熱を
発生し、その熱は循環する熱媒体により高温熱回収用熱
交換器２０に送り、高温熱出力として取り出す。高温熱
回収用交換器で熱回収された後の水は水蒸気分離器２３
に戻り、発生した水蒸気は高温熱出力として取り出し、
その一部はライン１１３を通って改質用スチームとして
原燃料と混合し、改質器で余剰水素を生成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電装置
に関する。さらに、本発明は燃料電池発電装置の制御方
法に関する。
に関する。さらに、本発明は燃料電池発電装置の制御方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、図５に概略図を示すように、燃料
電池発電装置１は、天然ガス・プロパンガス等の炭化水
素を原燃料として、改質器２、ＣＯ変成器３で生成され
た水素と、空気中の酸素とにより燃料電池本体４で直流
電気を発生させ、この直流電気を逆変換装置５で交流電
気に変換して出力する装置である。また、その副産物と
して、燃料電池４での発生熱および改質器２の燃料ガス
の熱量を高温熱回収用熱交換器７および低温熱回収用熱
交換器６で回収して、高温熱出力・低温熱出力としてい
る。この場合、燃料電池の燃料極から排出される未反応
分を含む排出ガス８は改質器バーナに送られ、再利用さ
れる。
電池発電装置１は、天然ガス・プロパンガス等の炭化水
素を原燃料として、改質器２、ＣＯ変成器３で生成され
た水素と、空気中の酸素とにより燃料電池本体４で直流
電気を発生させ、この直流電気を逆変換装置５で交流電
気に変換して出力する装置である。また、その副産物と
して、燃料電池４での発生熱および改質器２の燃料ガス
の熱量を高温熱回収用熱交換器７および低温熱回収用熱
交換器６で回収して、高温熱出力・低温熱出力としてい
る。この場合、燃料電池の燃料極から排出される未反応
分を含む排出ガス８は改質器バーナに送られ、再利用さ
れる。
【０００３】
（１）一日の特定の時間帯にのみ電力需要が高く他の時
間帯では比較的電力需要が少ない場合、例えば、燃料電
池発電装置が事務所等に設置された場合は、昼間は電力
需要が多いため定格出力で運転されるが、夜間は電力需
要が少なく低負荷で運転されることが多い。そのため平
均負荷率が低くなり、有効利用されない場合がある。
間帯では比較的電力需要が少ない場合、例えば、燃料電
池発電装置が事務所等に設置された場合は、昼間は電力
需要が多いため定格出力で運転されるが、夜間は電力需
要が少なく低負荷で運転されることが多い。そのため平
均負荷率が低くなり、有効利用されない場合がある。
【０００４】（２）燃料電池発電装置内で改質器はもっ
とも高温の機器であり、また、負荷変化によるヒートサ
イクルをもっとも受ける機器である。従来装置では、電
気出力が変化した場合、改質器の負荷もそれに応じて変
化させていた。改質器の負荷が変化すると、改質器内の
伝熱量が変化するため、改質器内の温度分布は大きく変
化する。そのため、改質器は電気出力が変化するたびに
ヒートサイクルを受け、改質器の寿命が短くなる等の問
題があった。
とも高温の機器であり、また、負荷変化によるヒートサ
イクルをもっとも受ける機器である。従来装置では、電
気出力が変化した場合、改質器の負荷もそれに応じて変
化させていた。改質器の負荷が変化すると、改質器内の
伝熱量が変化するため、改質器内の温度分布は大きく変
化する。そのため、改質器は電気出力が変化するたびに
ヒートサイクルを受け、改質器の寿命が短くなる等の問
題があった。
【０００５】（３）また、従来の燃料電池発電装置で
は、電気出力に応じて原燃料流量等の各流量を制御する
ため、熱出力も電気出力に合わせて変動する。定格運転
時で電気出力と熱出力の割合は５０：５０程度であり、
従来の燃料電池装置ではこの割合を変化させることは困
難であり、熱出力が有効利用されない欠点があった。
は、電気出力に応じて原燃料流量等の各流量を制御する
ため、熱出力も電気出力に合わせて変動する。定格運転
時で電気出力と熱出力の割合は５０：５０程度であり、
従来の燃料電池装置ではこの割合を変化させることは困
難であり、熱出力が有効利用されない欠点があった。
【０００６】従って、本発明は、電力需要が変動しても
有効利用できる燃料電池発電装置を提供することを目的
とする。
有効利用できる燃料電池発電装置を提供することを目的
とする。
【０００７】また、本発明は、電気出力が変化してもヒ
ートサイクルの発生のない燃料電池発電装置を提供する
ことを目的とする。
ートサイクルの発生のない燃料電池発電装置を提供する
ことを目的とする。
【０００８】さらに、本発明は、定格運転よりも低負荷
運転時にも熱出力が有効利用し得る燃料電池発電装置を
提供することを目的とする。
運転時にも熱出力が有効利用し得る燃料電池発電装置を
提供することを目的とする。
【０００９】さらにまた、本発明は、熱需要が熱出力よ
りも小さい場合に電気出力を変えずに需要量に見合った
量の熱を出力することができる燃料電池発電装置を提供
することを目的とする。
りも小さい場合に電気出力を変えずに需要量に見合った
量の熱を出力することができる燃料電池発電装置を提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の上述の課題を解
決するために、請求項１記載の発明に係る燃料電池発電
装置は、原燃料を改質して水素を生成し、前記水素の一
部または全部を燃料電池の燃料極に供給して燃料電池の
発電反応に供し、かつ燃料電池の燃料極から排出された
未反応水素の一部または全部を改質器燃焼水素として改
質器バーナに供給される燃料電池発電装置において、前
記改質器で生成された水素のうち、前記燃料電池の発電
反応および前記改質器バーナの燃焼のいずれにも寄与し
ない余剰水素を、燃料電池発電装置の外部もしくは内部
に貯蔵または前記燃料電池発電装置の外部に供給する手
段を備えたことを特徴とする。
決するために、請求項１記載の発明に係る燃料電池発電
装置は、原燃料を改質して水素を生成し、前記水素の一
部または全部を燃料電池の燃料極に供給して燃料電池の
発電反応に供し、かつ燃料電池の燃料極から排出された
未反応水素の一部または全部を改質器燃焼水素として改
質器バーナに供給される燃料電池発電装置において、前
記改質器で生成された水素のうち、前記燃料電池の発電
反応および前記改質器バーナの燃焼のいずれにも寄与し
ない余剰水素を、燃料電池発電装置の外部もしくは内部
に貯蔵または前記燃料電池発電装置の外部に供給する手
段を備えたことを特徴とする。
【００１１】請求項２記載の発明に係る燃料電池発電装
置は、請求項１記載の燃料電池発電装置において、前記
手段が、改質器と、ＣＯ変成器と、燃料電池本体とを結
ぶラインの少なくとも一箇所に設けられていることを特
徴とする。
置は、請求項１記載の燃料電池発電装置において、前記
手段が、改質器と、ＣＯ変成器と、燃料電池本体とを結
ぶラインの少なくとも一箇所に設けられていることを特
徴とする。
【００１２】請求項３記載の発明に係る燃料電池発電装
置は、請求項１記載の燃料電池発電装置において、前記
手段が燃料電池の燃料極出口と改質器バーナ入口を結ぶ
ラインに接続されていることを特徴とする。
置は、請求項１記載の燃料電池発電装置において、前記
手段が燃料電池の燃料極出口と改質器バーナ入口を結ぶ
ラインに接続されていることを特徴とする。
【００１３】請求項４記載の発明に係る燃料電池発電装
置は、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池発電装
置において、前記改質器へ供給する原燃料流量を一定と
し、かつ出力変動に応じて外部に取り出す前記余剰水素
の量を変えることにより、前記改質バーナに供給する改
質燃焼水素流量を一定とすることを特徴とする。
置は、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池発電装
置において、前記改質器へ供給する原燃料流量を一定と
し、かつ出力変動に応じて外部に取り出す前記余剰水素
の量を変えることにより、前記改質バーナに供給する改
質燃焼水素流量を一定とすることを特徴とする。
【００１４】請求項５記載の発明に係る燃料電池発電装
置は、燃料電池の排熱を熱出力として外部に供給する手
段と、水蒸気分離器の蒸気の少なくとも一部を改質用ス
チームとして改質器に供給する手段とを有する燃料電池
発電装置において、熱出力が熱需要を超えて余剰の熱量
が出力される場合に、前記余剰の熱量の一部もしくは全
部に相当する蒸気を加えた量の蒸気を前記改質用スチー
ムとし、前記蒸気の増量に応じて改質器に供給する原燃
料流量を増加して余剰の水素を改質することを特徴とす
る。
置は、燃料電池の排熱を熱出力として外部に供給する手
段と、水蒸気分離器の蒸気の少なくとも一部を改質用ス
チームとして改質器に供給する手段とを有する燃料電池
発電装置において、熱出力が熱需要を超えて余剰の熱量
が出力される場合に、前記余剰の熱量の一部もしくは全
部に相当する蒸気を加えた量の蒸気を前記改質用スチー
ムとし、前記蒸気の増量に応じて改質器に供給する原燃
料流量を増加して余剰の水素を改質することを特徴とす
る。
【００１５】
（実施例１）図１は本発明の一実施例に従う燃料電池発
電装置の概略ブロック図である。図１に示すように、原
燃料は、ライン１００を通って改質器１１に装入され、
空気コンプレッサ１２からライン１０１を介して送られ
た空気を用いて一部燃焼されて熱を発生し、その熱で原
燃料を改質する。改質された燃料ガスはライン１０２に
よりＣＯ変成器１３に送られ、変性されて水素ガスを発
生する。発生した水素ガスはライン１０３を通って燃料
電池本体１４の燃料極（水素極）１５に入る。一方、空
気コンプレッサ１６からライン１０４を通って送られた
空気は燃料電池本体１４の空気極１７に入る。燃料とし
ての水素ガスと酸化剤としての空気は燃料電池本体内で
反応して直流電気および熱を発生する。直流電気は逆変
換装置１８により交流に変換されて系外に取り出され
る。発生した熱はライン１０５をポンプ１９により循環
する熱媒体により高温熱回収用熱交換器２０に送られ、
ライン１０６を循環する熱媒体としての水により高温熱
出力として取り出される。空気極１７の排ガスはライン
１０７を通って凝縮器２１に送られ、ここで、ライン１
０８を循環する熱媒体（水）により熱交換して低温熱出
力として取り出される。熱交換した後の排ガスは水分が
凝縮して水となり、ライン１０９を通ってポンプ２２に
より水蒸気分離器２２に送られる。気体分はライン１１
０を通って大気中へ放出される。また、改質器バーナか
らの排ガスはライン１１１を通って低温熱回収用交換器
としての凝縮器２１に送られる。高温熱回収用交換器で
熱回収された後の水は水蒸気分離器２３に戻り、余熱を
さらに水蒸気分離に役立てる。水蒸気分離器２３で発生
した水蒸気はライン１１２を通ってスチームの形で高温
熱出力として取り出される。また、この水蒸気の一部は
ライン１１３を通って改質用スチームとして原燃料と混
合され、改質器において水素を生成するのに利用され
る。一方、燃料電池本体の燃料極１５からの排ガスはラ
イン１１４を通って改質器１１のバーナに送られ、改質
バーナ用燃料として用いられる。
電装置の概略ブロック図である。図１に示すように、原
燃料は、ライン１００を通って改質器１１に装入され、
空気コンプレッサ１２からライン１０１を介して送られ
た空気を用いて一部燃焼されて熱を発生し、その熱で原
燃料を改質する。改質された燃料ガスはライン１０２に
よりＣＯ変成器１３に送られ、変性されて水素ガスを発
生する。発生した水素ガスはライン１０３を通って燃料
電池本体１４の燃料極（水素極）１５に入る。一方、空
気コンプレッサ１６からライン１０４を通って送られた
空気は燃料電池本体１４の空気極１７に入る。燃料とし
ての水素ガスと酸化剤としての空気は燃料電池本体内で
反応して直流電気および熱を発生する。直流電気は逆変
換装置１８により交流に変換されて系外に取り出され
る。発生した熱はライン１０５をポンプ１９により循環
する熱媒体により高温熱回収用熱交換器２０に送られ、
ライン１０６を循環する熱媒体としての水により高温熱
出力として取り出される。空気極１７の排ガスはライン
１０７を通って凝縮器２１に送られ、ここで、ライン１
０８を循環する熱媒体（水）により熱交換して低温熱出
力として取り出される。熱交換した後の排ガスは水分が
凝縮して水となり、ライン１０９を通ってポンプ２２に
より水蒸気分離器２２に送られる。気体分はライン１１
０を通って大気中へ放出される。また、改質器バーナか
らの排ガスはライン１１１を通って低温熱回収用交換器
としての凝縮器２１に送られる。高温熱回収用交換器で
熱回収された後の水は水蒸気分離器２３に戻り、余熱を
さらに水蒸気分離に役立てる。水蒸気分離器２３で発生
した水蒸気はライン１１２を通ってスチームの形で高温
熱出力として取り出される。また、この水蒸気の一部は
ライン１１３を通って改質用スチームとして原燃料と混
合され、改質器において水素を生成するのに利用され
る。一方、燃料電池本体の燃料極１５からの排ガスはラ
イン１１４を通って改質器１１のバーナに送られ、改質
バーナ用燃料として用いられる。
【００１６】そして、本願第一の発明に係る燃料電池発
電装置においては、燃料電池本体１４の燃料極出口から
改質器１１のバーナ入口に至るライン１１４の途中で分
岐するライン１１５を設け、このライン１１５を通して
改質器１で生成された水素のうち、燃料電池の発電反応
および改質バーナ用燃料として用いられない余剰水素を
取り出すことができるようにしてあることを特徴とす
る。このようにして取り出された余剰水素は再利用のた
めいったん貯蔵しておき、別の機器で有効利用してもよ
く、電力需要のピーク時に燃料電池発電装置に戻しても
よい。あるいは、別の燃料電池発電装置の燃料として利
用することもできる。
電装置においては、燃料電池本体１４の燃料極出口から
改質器１１のバーナ入口に至るライン１１４の途中で分
岐するライン１１５を設け、このライン１１５を通して
改質器１で生成された水素のうち、燃料電池の発電反応
および改質バーナ用燃料として用いられない余剰水素を
取り出すことができるようにしてあることを特徴とす
る。このようにして取り出された余剰水素は再利用のた
めいったん貯蔵しておき、別の機器で有効利用してもよ
く、電力需要のピーク時に燃料電池発電装置に戻しても
よい。あるいは、別の燃料電池発電装置の燃料として利
用することもできる。
【００１７】なお、余剰水素の取り出しはライン１１４
で行う以外にも、改質器１１とＣＯ変成器１３との間の
ライン１０２、あるいは変成器１３と燃料電池本体１４
との間のライン１０３のいずれかに分岐ラインを設けて
そこから取り出すようにしてもよいが、燃料極出口と改
質器バーナ入口との間で取り出すのが好ましい。
で行う以外にも、改質器１１とＣＯ変成器１３との間の
ライン１０２、あるいは変成器１３と燃料電池本体１４
との間のライン１０３のいずれかに分岐ラインを設けて
そこから取り出すようにしてもよいが、燃料極出口と改
質器バーナ入口との間で取り出すのが好ましい。
【００１８】さらに、本願の第一の発明に係る上述の燃
料電池発電装置においては、夜間等の電力需要が少ない
場合、電気出力は需要に応じて変化（減少）させるが、
改質器１１とＣＯ変成器１３の負荷は変化（減少）させ
ずに、燃料電池で消費しなくなった分の燃料（水素）を
外部に取り出す。原燃料として使用している天然ガス、
プロパンガスに比べ、付加価値が高く、電気に比べて貯
蔵が容易な水素を生成し貯蔵し必要な際に使用すること
ができるので、燃料電池発電装置をつねに有効利用でき
る。
料電池発電装置においては、夜間等の電力需要が少ない
場合、電気出力は需要に応じて変化（減少）させるが、
改質器１１とＣＯ変成器１３の負荷は変化（減少）させ
ずに、燃料電池で消費しなくなった分の燃料（水素）を
外部に取り出す。原燃料として使用している天然ガス、
プロパンガスに比べ、付加価値が高く、電気に比べて貯
蔵が容易な水素を生成し貯蔵し必要な際に使用すること
ができるので、燃料電池発電装置をつねに有効利用でき
る。
【００１９】図２は余剰水素量制御装置を示すブロック
図である。図２に示すように、余剰水素量制御装置３０
は、余剰水素量制御手段３１、記憶手段３２，原燃料流
量設定器３３、電気出力設定器３４、改質器温度設定器
３５、改質器温度測定器３６、原燃料流量調節手段
（弁）３７、余剰水素受給装置３８を備えている。原燃
料流量設定器３３において原燃料流量をつねに一定値、
すなわち、定格の電気出力に応じた流量に設定する。原
燃料流量設定器３３は原燃料流量設定値信号Ｓ１を余剰
水素量制御手段３１に送る。余剰水素量制御手段３１は
この信号Ｓ１に基づき、信号Ｓ２を原燃料流量調節手段
３７に送り、流量調節弁の開度を調節する。これによ
り、改質器１１（図１）の負荷が一定になり、改質器生
成水素量も一定となる。余剰水素量制御手段３１は過去
の反応例に基づいたデータを記憶手段３２に格納してお
り、このデータＤに基づいて原燃料流量設置値信号Ｓ１
の示す値に対応する改質器生成水素量を計算し、改質器
生成水素量データＤ１を生成し、記憶手段３２に格納す
る。一方、電気出力測定器３４は変化する電気出力を測
定し、その測定値を電気出力設定値信号Ｓ３として余剰
水素量制御手段３１に送る。余剰水素量制御手段３１は
記憶手段３２に格納されたデータＤに基づき、その電気
出力値に対応する燃料電池消費水素量を計算し、燃料電
池消費水素量データＤ２として記憶手段３２に格納す
る。改質器温度設定器３５は改質器温度を所定の値、す
なわち、定格電気出力に応じた水素を発生するように運
転されたときに実現されるべき温度に設定し、この設定
温度値信号Ｓ４を余剰水素量制御手段３１に送る。設定
温度値信号Ｓ４の値は温度データＴ１として記憶手段３
２に格納される。電気出力が変化すると、改質器生成水
素量は上述のように一定であるが、燃料電池消費水素量
は変化し、ΔＤ＝Ｄ１−Ｄ２が変化する。このΔＤの値
に基づきこれに対応する信号Ｓ５を余剰水素受給装置３
８に送る。余剰水素受給装置３８は、信号Ｓ５の示す量
の水素をライン１１５（図１）から取り出し、あるいは
送り込む。これにより、改質器１１の負荷を変えずに電
気出力の変化を余剰水素量を増減することで吸収するこ
とができる。
図である。図２に示すように、余剰水素量制御装置３０
は、余剰水素量制御手段３１、記憶手段３２，原燃料流
量設定器３３、電気出力設定器３４、改質器温度設定器
３５、改質器温度測定器３６、原燃料流量調節手段
（弁）３７、余剰水素受給装置３８を備えている。原燃
料流量設定器３３において原燃料流量をつねに一定値、
すなわち、定格の電気出力に応じた流量に設定する。原
燃料流量設定器３３は原燃料流量設定値信号Ｓ１を余剰
水素量制御手段３１に送る。余剰水素量制御手段３１は
この信号Ｓ１に基づき、信号Ｓ２を原燃料流量調節手段
３７に送り、流量調節弁の開度を調節する。これによ
り、改質器１１（図１）の負荷が一定になり、改質器生
成水素量も一定となる。余剰水素量制御手段３１は過去
の反応例に基づいたデータを記憶手段３２に格納してお
り、このデータＤに基づいて原燃料流量設置値信号Ｓ１
の示す値に対応する改質器生成水素量を計算し、改質器
生成水素量データＤ１を生成し、記憶手段３２に格納す
る。一方、電気出力測定器３４は変化する電気出力を測
定し、その測定値を電気出力設定値信号Ｓ３として余剰
水素量制御手段３１に送る。余剰水素量制御手段３１は
記憶手段３２に格納されたデータＤに基づき、その電気
出力値に対応する燃料電池消費水素量を計算し、燃料電
池消費水素量データＤ２として記憶手段３２に格納す
る。改質器温度設定器３５は改質器温度を所定の値、す
なわち、定格電気出力に応じた水素を発生するように運
転されたときに実現されるべき温度に設定し、この設定
温度値信号Ｓ４を余剰水素量制御手段３１に送る。設定
温度値信号Ｓ４の値は温度データＴ１として記憶手段３
２に格納される。電気出力が変化すると、改質器生成水
素量は上述のように一定であるが、燃料電池消費水素量
は変化し、ΔＤ＝Ｄ１−Ｄ２が変化する。このΔＤの値
に基づきこれに対応する信号Ｓ５を余剰水素受給装置３
８に送る。余剰水素受給装置３８は、信号Ｓ５の示す量
の水素をライン１１５（図１）から取り出し、あるいは
送り込む。これにより、改質器１１の負荷を変えずに電
気出力の変化を余剰水素量を増減することで吸収するこ
とができる。
【００２０】また、本発明においては、電気出力に伴っ
て燃料電池消費水素量が変化した場合でも、原燃料流量
は一定のままで、ライン１１５から系外に取り出す余剰
水素量を変えることにより改質器燃焼水素量を一定に維
持することができる。このようにして原燃料流量および
改質器燃焼水素量を一定とすることにより、電気出力変
化に対しても改質器の負荷およぴ改質器温度を一定に保
って運転することが可能なので、従ってヒートサイクル
の発生を防止することができる。
て燃料電池消費水素量が変化した場合でも、原燃料流量
は一定のままで、ライン１１５から系外に取り出す余剰
水素量を変えることにより改質器燃焼水素量を一定に維
持することができる。このようにして原燃料流量および
改質器燃焼水素量を一定とすることにより、電気出力変
化に対しても改質器の負荷およぴ改質器温度を一定に保
って運転することが可能なので、従ってヒートサイクル
の発生を防止することができる。
【００２１】図３は上述の改質器温度制御フローをまと
めたブロック図である。
めたブロック図である。
【００２２】（実施例２）次に、本願第二の発明に係る
実施例について述べる。
実施例について述べる。
【００２３】前述したように、従来、原燃料流量は、電
気出力に応じた流量となるように制御（余剰水素を生成
しないように原燃料流量を制御）されており、また、熱
出力は電気出力の変動に従って変動するため、熱需要が
熱出力よりも小さい場合でも熱出力は電気出力を下げな
い限り熱出力を下げることができず、結局余剰の熱出力
は利用されずに捨てられていた。本願第二の発明は、こ
れを有効利用しようというものである。
気出力に応じた流量となるように制御（余剰水素を生成
しないように原燃料流量を制御）されており、また、熱
出力は電気出力の変動に従って変動するため、熱需要が
熱出力よりも小さい場合でも熱出力は電気出力を下げな
い限り熱出力を下げることができず、結局余剰の熱出力
は利用されずに捨てられていた。本願第二の発明は、こ
れを有効利用しようというものである。
【００２４】図４は本願第二の発明に係る余剰水素量制
御フローを示すブロック図である。原燃料改質に必要な
改質用スチームは図１に示す水蒸気分離器２３からライ
ン１１３を経由して改質器１１に供給されているが、本
発明は、これに余剰の熱量（熱出力一熱需要）を改質用
スチームとしてさらに加えて改質器１１に供給するもの
である。そして、この改質用スチームの増量分に応じて
原燃料流量も増し、この増量分の改質用スチームと原撚
料とで余剰水素を生成する。
御フローを示すブロック図である。原燃料改質に必要な
改質用スチームは図１に示す水蒸気分離器２３からライ
ン１１３を経由して改質器１１に供給されているが、本
発明は、これに余剰の熱量（熱出力一熱需要）を改質用
スチームとしてさらに加えて改質器１１に供給するもの
である。そして、この改質用スチームの増量分に応じて
原燃料流量も増し、この増量分の改質用スチームと原撚
料とで余剰水素を生成する。
【００２５】そして、この余剰水素は実施例１の場合と
同様に、図１に示す改質器１１から燃料電池１４の間の
ライン１０２もしくライン１０３または燃料電池本体１
４の燃料極出口から改質器１１のバーナ入口に至るライ
ン１１４のいずれかに分岐ラインを設けることにより取
り出して貯蔵しておき、電力需要増加時に利用、もしく
は他の機器等での利用のために用いることができる。
同様に、図１に示す改質器１１から燃料電池１４の間の
ライン１０２もしくライン１０３または燃料電池本体１
４の燃料極出口から改質器１１のバーナ入口に至るライ
ン１１４のいずれかに分岐ラインを設けることにより取
り出して貯蔵しておき、電力需要増加時に利用、もしく
は他の機器等での利用のために用いることができる。
【００２６】このように、余剰熱量を改質用スチームと
して余剰水素の生成に供すると、その分熱出力が低下す
るため、本発明の燃料電池発電装置においては、熱需要
が少ない時でも電気出力を変化させずに熱出力のみを低
下させることができ、余剰熱量を捨てることなく、か
つ、これを有効に活用することが出来るものである。
して余剰水素の生成に供すると、その分熱出力が低下す
るため、本発明の燃料電池発電装置においては、熱需要
が少ない時でも電気出力を変化させずに熱出力のみを低
下させることができ、余剰熱量を捨てることなく、か
つ、これを有効に活用することが出来るものである。
【００２７】
【発明の効果】電力需要が少ない場合、電気出力は需要
に応じて出力を変化させるが、改質器、ＣＯ変成器の負
荷は変化させずに燃料電池で消費しなくなった分を外部
に取り出すようにしたことにより、現在原燃料として使
用している天然ガス・プロパンガスに比べ、付加価値の
高く、電気に比べ貯蔵が容易な水素を生成し、貯蔵し、
必要な際に使用することができ、燃料電池発電装置をつ
ねに有効利用することができる。
に応じて出力を変化させるが、改質器、ＣＯ変成器の負
荷は変化させずに燃料電池で消費しなくなった分を外部
に取り出すようにしたことにより、現在原燃料として使
用している天然ガス・プロパンガスに比べ、付加価値の
高く、電気に比べ貯蔵が容易な水素を生成し、貯蔵し、
必要な際に使用することができ、燃料電池発電装置をつ
ねに有効利用することができる。
【００２８】また、原燃料をつねに定格の電気出力に応
じた流量に制御する（つねに定格電気出力に応じた水素
を発生させる）ことで改質器の負荷を一定にし、電気出
力変化は余剰水素量を増減させることで吸収するように
したことにより、改質器温度を一定に保つことが可能と
なり、ヒートサイクルを防止できるので、改質器の耐用
年数をのばすことができる。
じた流量に制御する（つねに定格電気出力に応じた水素
を発生させる）ことで改質器の負荷を一定にし、電気出
力変化は余剰水素量を増減させることで吸収するように
したことにより、改質器温度を一定に保つことが可能と
なり、ヒートサイクルを防止できるので、改質器の耐用
年数をのばすことができる。
【００２９】さらに、高温熱出力は、原燃料流量を電気
出力に応じた流量に制御しているときが最大となる（余
剰水素出力が無い状態）ので、熱需要が熱出力よりも小
さい場合、余った熱量（熱出力−熱需要）を改質用のス
チームとして利用し、余剰水素を生成するようにしたこ
とにより、電気出力を変えずに熱出力を変化させること
が可能になるとともに、余剰熱を有効利用することが可
能となる。
出力に応じた流量に制御しているときが最大となる（余
剰水素出力が無い状態）ので、熱需要が熱出力よりも小
さい場合、余った熱量（熱出力−熱需要）を改質用のス
チームとして利用し、余剰水素を生成するようにしたこ
とにより、電気出力を変えずに熱出力を変化させること
が可能になるとともに、余剰熱を有効利用することが可
能となる。
【図１】本発明の一実施例に従う燃料電池発電装置の概
略構成を示すブロック図である。
略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に従う燃料電池発電装置の余
剰水素量制御装置を示すブロック図である。
剰水素量制御装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施例に従う燃料電池発電装置の改
質器温度制御フローを示すブロック図である。
質器温度制御フローを示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施例に従う燃料電池発電装置の余
剰水素量制御フローを示すブロック図である。
剰水素量制御フローを示すブロック図である。
【図５】従来の燃料電池発電装置の概略構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
１ 燃料電池発電装置 ２ 改質器 ３ ＣＯ変成器 ４ 燃料電池本体 ５ 逆変換装置 ６ 低温熱回収用熱交換器 ７ 高温熱回収用熱交換器 ８ 排出ガス １１ 改質器 １２ 空気コンプレッサ １３ ＣＯ変成器 １４ 燃料電池本体 １５ 燃料極（水素極） １６ 空気コンプレッサ １７ 空気極 １８ 逆変換装置 １９ ポンプ ２０ 高温熱回収用熱交換器 ２１ 凝縮器 ２２ ポンプ ２３ 水蒸気分離器 ３０ 余剰水素量制御装置 ３１ 余剰水素量制御手段 ３２ 記憶手段 ３３ 原燃料流量設定器 ３４ 電気出力設定器 ３５ 改質器温度設定器 ３６ 改質器温度測定器 ３７ 原燃料流量調節手段（弁） ３８ 余剰水素受給装置 １００〜１１５ ライン Ｄ１ データ Ｄ２ 燃料電池消費水素量データ Ｓ１ 原燃料流量設定値信号 Ｓ２ 信号 Ｓ３ 電気出力設定値信号 Ｓ４ 設定温度値信号 Ｓ５ 信号 Ｔ１ 温度データ Ｔ２ 温度データ
Claims (5)
- 【請求項１】 改質器において原燃料を改質して水素を
生成し、前記水素の一部または全部を燃料電池の燃料極
に供給して燃料電池の発電反応に供し、かつ燃料電池の
燃料極から排出された未反応水素の一部または全部を改
質器燃焼水素として改質器バーナに供給される燃料電池
発電装置において、前記改質器で生成された水素のう
ち、前記燃料電池の発電反応および前記改質器バーナの
燃焼のいずれにも寄与しない余剰水素を、燃料電池発電
装置の外部もしくは内部に貯蔵または前記燃料電池発電
装置の外部に供給する手段を備えたことを特徴とする燃
料電池発電装置。 - 【請求項２】 前記手段が、改質器と、ＣＯ変成器と、
燃料電池本体とを結ぶラインの少なくとも一箇所に設け
られていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発
電装置。 - 【請求項３】 前記手段が燃料電池の燃料極出口と改質
器バーナ入口を結ぶラインに接続されていることを特徴
とする請求項１記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項４】 前記改質器へ供給する原燃料流量を一定
とし、かつ出力変動に応じて外部に取り出す前記余剰水
素の量を変えることにより、前記改質バーナに供給する
改質燃焼水素流量を一定とすることを特徴とする請求項
１〜３のいずれかに記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項５】 燃料電池の排熱を熱出力として外部に供
給する手段と、水蒸気分離器の蒸気の少なくとも一部を
改質用スチームとして改質器に供給する手段とを有する
燃料電池発電装置において、熱出力が熱需要を超えて余
剰の熱量が出力される場合に、前記余剰の熱量の一部も
しくは全部に相当する蒸気を加えた量の蒸気を前記改質
用スチームとし、前記蒸気の増量に応じて改質器に供給
する原燃料流量を増加して余剰の水素を改質することを
特徴とする燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9159051A JPH117972A (ja) | 1997-06-16 | 1997-06-16 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9159051A JPH117972A (ja) | 1997-06-16 | 1997-06-16 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH117972A true JPH117972A (ja) | 1999-01-12 |
Family
ID=15685162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9159051A Pending JPH117972A (ja) | 1997-06-16 | 1997-06-16 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH117972A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003032425A1 (en) * | 2001-10-02 | 2003-04-17 | Sony Corporation | Fuel fluid coupling |
| JP2006344593A (ja) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Renault Sas | 改良された燃料電池システムと、自動車に搭載された燃料電池のための水製造方法 |
| JP2007257972A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2009117170A (ja) * | 2007-11-06 | 2009-05-28 | Honda Motor Co Ltd | 水素製造発電システム及びその負荷追従発電方法 |
-
1997
- 1997-06-16 JP JP9159051A patent/JPH117972A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003032425A1 (en) * | 2001-10-02 | 2003-04-17 | Sony Corporation | Fuel fluid coupling |
| US7082354B2 (en) | 2001-10-02 | 2006-07-25 | Sony Corporation | Fuel fluid coupling |
| KR100962598B1 (ko) * | 2001-10-02 | 2010-06-11 | 소니 주식회사 | 연료 유체용 커플링 |
| JP2006344593A (ja) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Renault Sas | 改良された燃料電池システムと、自動車に搭載された燃料電池のための水製造方法 |
| JP2007257972A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2009117170A (ja) * | 2007-11-06 | 2009-05-28 | Honda Motor Co Ltd | 水素製造発電システム及びその負荷追従発電方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20031226 |