JP2002158025A - Fuel cell electricity generating system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、改質ガスを生成す
る改質装置と、固体高分子型の燃料電池と、上記燃料電
池を温度調整する溶媒が流れる溶媒路を備える燃料電池
発電システムに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reformer for producing a reformed gas, a polymer electrolyte fuel cell, and a fuel cell power generation system including a solvent passage through which a solvent for controlling the temperature of the fuel cell flows. Things.
【０００２】[0002]
【従来の技術】燃料電池は、改質装置で原燃料を水蒸気
改質して水素に富んだ改質ガスに生成し、この改質ガス
及び空気中の酸素を夫々電極に導入し、一対の電極間で
電気化学反応に基づく発電を行うものである。上記燃料
電池として、７０〜８０℃と低温で作動する固体高分子
型の燃料電池を用いた燃料電池発電システムが知られて
いる。（国際公開ＷＯ９８／００８７８号公報等）2. Description of the Related Art In a fuel cell, a reformer steam-reforms a raw fuel to produce a reformed gas rich in hydrogen, and the reformed gas and oxygen in the air are introduced into electrodes, respectively. It generates power based on an electrochemical reaction between the electrodes. As the above-mentioned fuel cell, a fuel cell power generation system using a polymer electrolyte fuel cell operating at a low temperature of 70 to 80 ° C. is known. (International Publication WO98 / 00878, etc.)
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記固体高分子型の燃
料電池を用いた燃料電池発電システムの一例を図２に示
す。上記改質装置１０は、上記水蒸気改質反応を行う改
質器１１、改質ガス中のＣＯ濃度を低下させるシフト器
１２、ＣＯを選択的に酸化する選択酸化器１３、及び、
加熱器１４を備えている。FIG. 2 shows an example of a fuel cell power generation system using the above polymer electrolyte fuel cell. The reformer 10 includes a reformer 11 for performing the steam reforming reaction, a shifter 12 for reducing the CO concentration in the reformed gas, a selective oxidizer 13 for selectively oxidizing CO, and
A heater 14 is provided.
【０００４】上記固体高分子型の燃料電池２０は、高分
子膜が乾燥すると機能を発揮しないため、上記改質ガス
を燃料電池２０が作動する温度程度の飽和水蒸気を含む
ように、加湿する必要がある。上記燃料電池発電システ
ムは、改質装置１０に改質に必要な水分よりも過剰な水
分を供給し、改質装置１０と燃料電池２０を結ぶ配管５
２上に凝縮器５１を設けて燃料電池２０が作動する温度
程度に冷却すると共に、過剰に水分を結露・除去して、
改質ガスが飽和水蒸気を含む水分量になるように調整し
ている。上記結露させた水は、改質ガス用気水分離器５
３で水だけを分離し、水タンク１７に回収し、この回収
した水は水蒸気改質用の水として再利用している。Since the polymer electrolyte fuel cell 20 does not function when the polymer membrane is dried, it is necessary to humidify the reformed gas so as to contain saturated steam at a temperature at which the fuel cell 20 operates. There is. The fuel cell power generation system supplies the reformer 10 with an excess of water that is necessary for reforming, and connects the reformer 10 and the fuel cell 20 with a pipe 5.
2, a condenser 51 is provided on the fuel cell 20 to cool the fuel cell 20 to a temperature at which the fuel cell 20 operates.
The reformed gas is adjusted so as to have a water content including saturated steam. The condensed water is used as the reformed gas steam separator 5
In step 3, only water is separated and collected in the water tank 17, and the collected water is reused as steam reforming water.
【０００５】また、上記燃料電池２０のアノード２１か
ら排出される排アノードガスは、消費しきれなかった水
素及びメタン等の可燃性ガスを含んでいる。上記燃料電
池発電システムは、この可燃性ガスを用いて改質装置１
０を加熱するための燃料の一部として利用する方法が多
用されている。排アノードガスが水分を含んでいるた
め、上記燃料電池発電システムは、排アノードガスを排
アノードガス用気水分離器１８で水だけを分離し、上述
の水タンク１７に回収している。また、上記燃料電池発
電システムは、カソード２２から排出される排カソード
ガスが水分を含んでいるので、排カソードガス用気水分
離器１９を設けて水分を分離し、この水を水タンク１７
に回収している。[0005] The exhaust anode gas discharged from the anode 21 of the fuel cell 20 contains combustible gases such as hydrogen and methane that could not be consumed. The fuel cell power generation system uses the flammable gas to
A method of utilizing 0 as a part of fuel for heating is often used. Since the exhaust anode gas contains water, the fuel cell power generation system separates only the water from the exhaust anode gas with the steam / water separator 18 for exhaust anode gas and collects it in the water tank 17 described above. Further, in the above fuel cell power generation system, since the discharged cathode gas discharged from the cathode 22 contains water, the water / water separator 19 for discharged cathode gas is provided to separate the water, and the water is separated into the water tank 17.
Has been collected.
【０００６】なお、図中符号３１は脱硫器、符号３２は
パワーコンディショナー、符号３３はポンプを示す。In the drawings, reference numeral 31 denotes a desulfurizer, reference numeral 32 denotes a power conditioner, and reference numeral 33 denotes a pump.
【０００７】また、上記燃料電池２０は、複数のセルか
らなり、上記一組のセルは、固体型高分子膜を有し、固
体型高分子膜の片側に改質ガスが供給されるアノード２
１を、他方に空気（酸素）が供給されるカソード２２を
備える。上記燃料電池２０は、作動によって発熱するた
め、作動に適する温度になるように、冷却板２３を設け
て、この冷却板２３に冷却水を供給している。上記燃料
電池発電システムは、この供給する冷却水の温度を調整
するため、冷却水路５７に温度調節器５５を備え、温度
調整した冷却水をポンプ５６で循環している。なお、温
度調節器５５に代わり、予め必要な冷却量を算出してそ
の性能を有する熱交換器を用いてもよい。The fuel cell 20 is composed of a plurality of cells, and the set of cells has a solid polymer film, and the anode 2 to which a reformed gas is supplied to one side of the solid polymer film.
1 and a cathode 22 to which air (oxygen) is supplied to the other. Since the fuel cell 20 generates heat by operation, a cooling plate 23 is provided so that a temperature suitable for operation is provided, and cooling water is supplied to the cooling plate 23. The fuel cell power generation system includes a temperature controller 55 in a cooling water channel 57 for adjusting the temperature of the supplied cooling water, and the temperature-controlled cooling water is circulated by a pump 56. Note that, instead of the temperature controller 55, a heat exchanger having the required cooling amount calculated in advance and having the performance may be used.
【０００８】また、上記燃料電池２０は、作動に適する
温度に達しない場合、十分な性能を発揮することができ
ないものである。そのため、改質ガスは、凝縮器５１に
よって燃料電池２０が作動する温度程度に冷却して燃料
電池２０に供給される。また、燃料電池２０は、例え
ば、燃料電池２０の温度が室温等の低い状態で始動する
際は、所定の温度に達するまで燃料電池２０の発熱を促
すか、始動のときにヒータ等の他の方法で燃料電池２０
を昇温する必要がある。このように、燃料電池２０が作
動するため温度調整に関しては、多大の注意を払うこと
が必要である。Further, the fuel cell 20 cannot exhibit sufficient performance if it does not reach a temperature suitable for operation. Therefore, the reformed gas is cooled to a temperature at which the fuel cell 20 operates by the condenser 51 and supplied to the fuel cell 20. Further, when the fuel cell 20 is started in a state where the temperature of the fuel cell 20 is low such as room temperature, for example, the fuel cell 20 promotes heat generation of the fuel cell 20 until a predetermined temperature is reached, or other fuel such as a heater at the time of starting. Fuel cell 20 in a way
Need to be heated. As described above, since the fuel cell 20 operates, great care must be taken with regard to temperature adjustment.
【０００９】一方、近年、各種エネルギーの効率的活用
が望まれている。燃料電池発電システムにおいても、特
に熱エネルギーの有効利用が望まれている。また、燃料
電池発電システムは、発電と共に生じる熱エネルギーを
活用したコージェネレーションとしての利用が要望され
ている。On the other hand, in recent years, efficient use of various types of energy has been desired. Also in the fuel cell power generation system, effective utilization of heat energy is particularly desired. Further, there is a demand for the fuel cell power generation system to be used as cogeneration utilizing thermal energy generated together with power generation.
【００１０】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、熱エネルギーの有効利用
を図った燃料電池発電システムを提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system in which heat energy is effectively used.
【００１１】また、本発明の他の目的とするところは、
始動及び作動の際に、燃料電池が作動に適する温度に容
易に調整できる燃料電池発電システムを提供することに
ある。Another object of the present invention is as follows.
An object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system that can easily adjust a temperature suitable for operation of a fuel cell at the time of starting and operation.
【００１２】また、本発明の他の目的とするところは、
エネルギーの効率的活用したコージェネレーションとし
て使用できる燃料電池発電システムを提供することにあ
る。Another object of the present invention is as follows.
An object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system that can be used as a cogeneration system that makes efficient use of energy.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の燃料電池
発電システムは、原燃料を水蒸気改質して水素に富んだ
改質ガスを生成する改質装置と、上記改質ガスを導入し
て発電する固体高分子型の燃料電池と、この燃料電池を
温度調整する溶媒が流れる溶媒路を備える燃料電池発電
システムにおいて、燃料電池に導入される上記改質ガス
と、燃料電池を通過した上記溶媒との間で熱交換する熱
交換手段を備えることを特徴とする。上記によって、燃
料電池を通過した溶媒が熱交換器で改質ガスと熱交換す
るので、始動するときに改質ガスの熱を燃料電池の温度
上昇に有効利用するものである。また、作動中にあって
は、燃料電池に供給される改質ガスの温度を、溶媒の温
度により近い状態とすることができるものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell power generation system, wherein a reformer for producing a reformed gas rich in hydrogen by steam reforming a raw fuel is provided. In a fuel cell power generation system including a polymer electrolyte fuel cell that generates electric power by heating and a solvent path through which a solvent for adjusting the temperature of the fuel cell flows, the reformed gas introduced into the fuel cell and the fuel gas that passes through the fuel cell It is characterized by comprising a heat exchange means for exchanging heat with the solvent. As described above, since the solvent that has passed through the fuel cell exchanges heat with the reformed gas in the heat exchanger, the heat of the reformed gas is effectively used to increase the temperature of the fuel cell when starting. In addition, during operation, the temperature of the reformed gas supplied to the fuel cell can be made closer to the temperature of the solvent.
【００１４】請求項２記載の燃料電池発電システムは、
請求項１記載の燃料電池発電システムにおいて、上記改
質ガスと熱交換して加温された溶媒を冷却する第２の熱
交換手段を備え、この熱交換で加温された熱媒を加熱媒
体として用いる手段を有することを特徴とする。上記に
よって、燃料電池が所望温度に達して起動した後に生じ
る排熱の熱エネルギーと、改質ガスと熱交換して受容し
た熱エネルギーを共に第２の熱交換手段で熱媒を加温す
る熱エネルギーに使用するものである。上記燃料電池発
電システムは、熱エネルギーを有効に利用することがで
きるものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell power generation system.
2. The fuel cell power generation system according to claim 1, further comprising a second heat exchange means for exchanging heat with the reformed gas to cool the heated solvent, wherein the heat medium heated by the heat exchange is a heating medium. It is characterized by having means to use as. According to the above, both the heat energy of the exhaust heat generated after the fuel cell has reached the desired temperature and started up and the heat energy received by heat exchange with the reformed gas are heated by the second heat exchange means to heat the heat medium. Used for energy. The fuel cell power generation system can effectively utilize heat energy.
【００１５】請求項３記載の燃料電池発電システムは、
請求項１又は請求項２記載の燃料電池発電システムにお
いて、上記溶媒との熱交換を行った改質ガス中から過剰
な水分を分離する改質ガス用気水分離器と、この分離し
た水分を蓄える水タンクを備えることを特徴とする。上
記によって、改質ガスが飽和水蒸気を含む水分量となる
ように調整することができるものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel cell power generation system.
3. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein a reformed gas steam separator for separating excess moisture from the reformed gas that has exchanged heat with the solvent, and It is characterized by having a water tank for storing. As described above, the reformed gas can be adjusted so as to have a water content including saturated steam.
【００１６】請求項４記載の燃料電池発電システムは、
請求項３記載の燃料電池発電システムにおいて、上記水
タンクに貯めた水を水蒸気改質用の水分として改質装置
に供給することを特徴とする。上記によって、改質ガス
中から分離した水を水蒸気改質用の水成分として再利用
するものである。A fuel cell power generation system according to claim 4 is
According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell power generation system, the water stored in the water tank is supplied to a reformer as water for steam reforming. As described above, water separated from the reformed gas is reused as a water component for steam reforming.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る燃料電池発電
システムの実施の形態の一例を説明したブロック図であ
る。上記燃料電池発電システムは、原燃料を水蒸気改質
して水素に富んだ改質ガスを生成する改質装置１０と、
上記改質ガスを導入して発電する固体高分子型の燃料電
池２０を備える。FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of an embodiment of a fuel cell power generation system according to the present invention. The fuel cell power generation system includes a reformer 10 that steam reforms a raw fuel to generate a hydrogen-rich reformed gas;
A polymer electrolyte fuel cell 20 that generates electric power by introducing the reformed gas is provided.
【００１８】上記燃料電池発電システムにあって、原燃
料は、例えば、ブタンガス、プロパンガス、メタンガ
ス、液化石油ガス等の炭化水素系の気体、灯油、軽油、
ガソリン等の炭化水素系の液体、メタノール、エタノー
ル等のアルコール系燃料が挙げられる。なかでも、家庭
用で使用する原燃料としては、入手が容易で取り扱いの
便宜性から、プロパンガス、ブタンガス、メタンガスを
主成分としたガスや灯油が好ましい。上記原燃料に硫黄
成分が含まれているものを用いる場合、原燃料は、脱硫
器３１で硫黄成分を除去した後に改質装置１０に導入す
る。In the above fuel cell power generation system, the raw fuel is, for example, hydrocarbon-based gas such as butane gas, propane gas, methane gas, liquefied petroleum gas, kerosene, light oil,
Examples include hydrocarbon-based liquids such as gasoline and alcohol-based fuels such as methanol and ethanol. Above all, as raw fuel used for home use, a gas or kerosene containing propane gas, butane gas, methane gas as a main component is preferable from the viewpoint of easy availability and easy handling. When the raw fuel containing a sulfur component is used, the raw fuel is introduced into the reformer 10 after the sulfur component is removed by the desulfurizer 31.
【００１９】上記改質装置１０は、上記原燃料が供給さ
れ、また、同時に水が供給される。上記改質装置１０
は、原燃料と水蒸気から水蒸気改質反応がなされ、水素
に富んだ改質ガスに生成するものである。上記改質装置
１０は、上記水蒸気改質反応を行う改質器１１、改質ガ
ス中のＣＯ濃度を低下させるシフト器１２、さらにＣＯ
を選択的に酸化する選択酸化器１３、及び、各反応工程
に熱源を供給する加熱器１４を備えている。上記改質器
１１、シフト器１２、選択酸化器１３は、各種公知の触
媒を用いることができる。上記加熱器１４は、燃料と空
気が供給される。この燃料は、原燃料を用いてもよい
し、他の燃料を用いてもよい。The reformer 10 is supplied with the raw fuel and water at the same time. The above reformer 10
Is a gas that undergoes a steam reforming reaction from raw fuel and steam to produce a reformed gas rich in hydrogen. The reforming apparatus 10 includes a reformer 11 for performing the steam reforming reaction, a shifter 12 for reducing the CO concentration in the reformed gas, and a CO 2
And a heater 14 for supplying a heat source to each reaction step. For the reformer 11, the shifter 12, and the selective oxidizer 13, various known catalysts can be used. The heater 14 is supplied with fuel and air. As this fuel, a raw fuel may be used, or another fuel may be used.
【００２０】原燃料に主成分がメタンガスである天然ガ
スを用いた場合の改質ガス生成工程を説明する。改質器
１１で水蒸気改質反応が行われる。 ＣＨ2 ＋Ｈ2 Ｏ→３Ｈ2 ＋ＣＯ （１） その後、改質ガス中のＣＯは、シフト器１２で水蒸気と
反応してＣＯ2 を生成し、改質ガスのＣＯが低減する。 ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→Ｈ2 ＋ＣＯ2 （２） 上記反応では、メタンガス１モルに対し、水２モルが必
要となる。この水は、水を貯えた水タンク１７からポン
プ３３で供給される。上記ポンプ３３は、水の供給量を
反応の状態に応じて制御するものである。さらに、固体
高分子型の燃料電池２０は、改質ガス中のＣＯ濃度が数
十ｐｐｍ以下であることが望ましいため、上記シフト器
１２を通過した改質ガスは、選択酸化器１３に導入され
て、さらにＣＯ濃度が低減される。選択酸化器１３で
は、ＣＯが酸素と反応してＣＯ2 を生成する。 ２ＣＯ＋Ｏ2 →２ＣＯ2 （３） 上記改質装置１０にあっては、各反応で熱が供給され
る。上記選択酸化器１３を通過した改質ガスは、１２０
〜１５０℃程度に加温された状態となって改質ガス流路
１５に排出される。The reformed gas generation process in the case where natural gas whose main component is methane gas is used as the raw fuel will be described. A steam reforming reaction is performed in the reformer 11. CH 2 + H 2 O → 3H 2 + CO (1) Thereafter, CO in the reformed gas reacts with steam in the shifter 12 to generate CO 2 , and the CO of the reformed gas is reduced. CO + H 2 O → H 2 + CO 2 (2) In the above reaction, 2 mol of water is required for 1 mol of methane gas. This water is supplied by a pump 33 from a water tank 17 storing water. The pump 33 controls the supply amount of water according to the state of the reaction. Further, in the polymer electrolyte fuel cell 20, since the CO concentration in the reformed gas is desirably not more than several tens ppm, the reformed gas that has passed through the shifter 12 is introduced into the selective oxidizer 13. Thus, the CO concentration is further reduced. The selective oxidizer 13, CO generates CO 2 reacts with oxygen. 2CO + O 2 → 2CO 2 (3) In the reformer 10, heat is supplied in each reaction. The reformed gas that has passed through the selective oxidizer 13 is 120
The mixture is heated to about 150 ° C. and discharged to the reformed gas passage 15.
【００２１】上記燃料電池発電システムにあっては、上
記燃料電池２０が、複数のセルからなり、上記一組のセ
ルは、固体型高分子膜を有し、固体型高分子膜の片側に
アノード２１を、他方にカソード２２を備える。上記固
体高分子型の燃料電池２０は、作動温度が７０〜８０℃
が適温である。上記燃料電池２０は、アノード２１に上
記改質ガスを適した温度及び湿度を調整して供給する。
一方、上記カソード２２には、空気（酸素）が供給され
る。上記燃料電池２０で発電した電力は、交流電力が必
要な用途に用いる際にパワーコンディショナー３２に送
電され、直流から交流に変換されて外部に出力される。In the above fuel cell power generation system, the fuel cell 20 comprises a plurality of cells, and the set of cells has a solid polymer film, and an anode is provided on one side of the solid polymer film. 21 and a cathode 22 on the other. The operating temperature of the solid polymer fuel cell 20 is 70 to 80 ° C.
Is at a suitable temperature. The fuel cell 20 supplies the reformed gas to the anode 21 after adjusting the temperature and the humidity appropriately.
On the other hand, the cathode 22 is supplied with air (oxygen). The power generated by the fuel cell 20 is transmitted to the power conditioner 32 when used for an application requiring AC power, converted from DC to AC, and output to the outside.
【００２２】上記燃料電池発電システムは、上記燃料電
池２０を温度調整する溶媒が流れる溶媒路３を備える。
上記燃料電池２０は、稼動中は発熱するので、作動に適
する温度になるように冷却板２３を設けており、この冷
却板２３に冷却した溶媒を流して冷却する。上記溶媒と
しては、伝導度の小さいものが好ましく、例えばイオン
交換水、フロリナート等が挙げられる。上記燃料電池発
電システムは、上記溶媒路３が循環式になっており、ポ
ンプ５の稼動で溶媒路３内を溶媒が循環する。また、溶
媒路３は、温度センサ４を備え、この温度センサ４で冷
却板２３を通過した溶媒の温度を測定する。The fuel cell power generation system includes a solvent passage 3 through which a solvent for adjusting the temperature of the fuel cell 20 flows.
Since the fuel cell 20 generates heat during operation, the fuel cell 20 is provided with a cooling plate 23 so as to have a temperature suitable for operation, and a cooled solvent is caused to flow through the cooling plate 23 for cooling. As the solvent, those having low conductivity are preferable, and examples thereof include ion-exchanged water and florinate. In the fuel cell power generation system, the solvent path 3 is of a circulation type, and the solvent circulates in the solvent path 3 by operating the pump 5. The solvent path 3 includes a temperature sensor 4, and the temperature sensor 4 measures the temperature of the solvent that has passed through the cooling plate 23.
【００２３】本発明の燃料電池発電システムにあって
は、燃料電池２０の冷却板２３を通過した溶媒が流れる
溶媒路３に第１の熱交換器１を備え、この第１の熱交換
器１で燃料電池２０に導入される上記改質ガスが流れる
改質ガス流路１５と熱交換が行われる。上記第１の熱交
換器１は、改質ガスから溶媒へ熱エネルギーの供給が行
われ、改質ガスは、溶媒によって冷却される。さらに、
上記燃料電池発電システムは、第１の熱交換器１を通過
した溶媒路３に第２の熱交換器２を備え、この第２の熱
交換器２で冷却された溶媒が、燃料電池２０の冷却板２
３に導入される。In the fuel cell power generation system according to the present invention, the first heat exchanger 1 is provided in the solvent passage 3 through which the solvent passes through the cooling plate 23 of the fuel cell 20. Then, heat exchange is performed with the reformed gas passage 15 through which the reformed gas introduced into the fuel cell 20 flows. In the first heat exchanger 1, thermal energy is supplied from the reformed gas to the solvent, and the reformed gas is cooled by the solvent. further,
The fuel cell power generation system includes a second heat exchanger 2 in a solvent path 3 that has passed through the first heat exchanger 1, and the solvent cooled in the second heat exchanger 2 Cooling plate 2
3 is introduced.
【００２４】また、上記第１の熱交換器１で熱交換した
改質ガスは、改質ガス流路１５の設けられた改質ガス用
気水分離器１６で凝縮した水だけを分離し、この水は、
水タンク１７に回収されて水蒸気改質用の水として再利
用される。また、上記燃料電池発電システムは、燃料電
池２０の高分子膜が乾燥すると機能を発揮しないため、
上記改質ガスを燃料電池２０が作動する温度程度の飽和
水蒸気を含むように、加湿する必要がある。そこで、上
記燃料電池発電システムは、改質装置１０に改質に必要
な水分よりも過剰な水分を供給して改質ガスを生成して
いる。例えば、上述のメタンガスの場合、メタンガス１
モルに対し、水２モルが必要であるが、それ以上の水を
加え、改質ガス用気水分離器１６で過剰な水を分離する
ことで、改質ガスが飽和水蒸気を含む水分量となるよう
に調整している。The reformed gas that has exchanged heat in the first heat exchanger 1 separates only water condensed in a reformed gas steam separator 16 provided with a reformed gas passage 15, This water is
The water is recovered in the water tank 17 and reused as water for steam reforming. In addition, the above-described fuel cell power generation system does not function when the polymer membrane of the fuel cell 20 dries,
It is necessary to humidify the reformed gas so as to contain saturated steam at a temperature at which the fuel cell 20 operates. In view of this, the fuel cell power generation system supplies the reformer 10 with an excess of water that is necessary for the reforming to generate the reformed gas. For example, in the case of the above methane gas, methane gas 1
2 moles of water is required for each mole, but more water is added, and excess water is separated by the reformed gas steam separator 16 so that the reformed gas has a water content including saturated steam and It has been adjusted to be.
【００２５】次に、上記燃料電池発電システムが始動中
の場合について説明する。上記燃料電池発電システム
は、上記燃料電池２０が始動する際に、室温等から燃料
電池２０が作動に適した温度に上昇させる必要がある。
上記燃料電池発電システムは、燃料電池２０の冷却板２
３を通過した溶媒が、第１の熱交換器１で改質ガスと熱
交換し、この改質ガスの熱エネルギーを燃料電池２０の
温度上昇に有効利用するものである。この始動の際に、
上記溶媒路３に備えた第２の熱交換器２は、燃料電池２
０が所定温度に達するまで熱交換（溶媒の冷却）を行わ
ない。上記溶媒は、第１の熱交換器１で改質ガスから熱
エネルギーの供給を受け、加温されて燃料電池２０に導
入される。このとき改質ガスは、燃料電池２０の作動に
適した温度より低温の状態で供給されることになるが、
溶媒の温度、即ち燃料電池２０の温度と同水準の温度で
供給されるため、従来のように改質ガスが燃料電池２０
で凝縮されてしまうことによって、改質ガス流路１５が
一部詰まって電圧が低下する等の不安定性を生じること
がない。そして、上記燃料電池２０に導入される溶媒の
温度が所定温度以上に達したときに、上記溶媒は、第２
の熱交換器２で冷却されて温度調整が行われる。このよ
うに、上記燃料電池発電システムは、始動の際に、燃料
電池２０を通過した溶媒が第１の熱交換器１で改質ガス
と熱交換するので、燃料電池２０の作動に適する温度に
容易に調整できるものである。また、上記燃料電池発電
システムは、改質ガスの熱エネルギーを、溶媒を介して
燃料電池２０の昇温に有効利用できるものである。Next, a case where the fuel cell power generation system is being started will be described. In the fuel cell power generation system, when the fuel cell 20 starts, it is necessary to raise the temperature from room temperature or the like to a temperature suitable for the operation of the fuel cell 20.
The fuel cell power generation system includes the cooling plate 2 of the fuel cell 20.
The solvent having passed through the heat exchanger 3 exchanges heat with the reformed gas in the first heat exchanger 1, and the heat energy of the reformed gas is effectively used for increasing the temperature of the fuel cell 20. During this start,
The second heat exchanger 2 provided in the solvent path 3 is a fuel cell 2
Heat exchange (cooling of the solvent) is not performed until 0 reaches the predetermined temperature. The solvent is supplied with thermal energy from the reformed gas in the first heat exchanger 1, heated, and introduced into the fuel cell 20. At this time, the reformed gas is supplied at a temperature lower than the temperature suitable for the operation of the fuel cell 20,
Since the solvent is supplied at the same temperature as the temperature of the solvent, that is, the temperature of the fuel cell 20, the reformed gas is supplied to the fuel cell 20 in the conventional manner.
In this case, the reformed gas flow path 15 does not partially block, thereby causing no instability such as a decrease in voltage. When the temperature of the solvent introduced into the fuel cell 20 reaches a predetermined temperature or higher, the solvent
Is cooled by the heat exchanger 2 and temperature is adjusted. As described above, in the fuel cell power generation system, at the time of start-up, the solvent that has passed through the fuel cell 20 exchanges heat with the reformed gas in the first heat exchanger 1, so that the temperature becomes suitable for the operation of the fuel cell 20. It can be easily adjusted. Further, the fuel cell power generation system can effectively use the thermal energy of the reformed gas to raise the temperature of the fuel cell 20 via the solvent.
【００２６】次に、上記燃料電池発電システムが作動中
の場合について説明する。上記燃料電池発電システム
は、第１の熱交換器１で改質ガスと溶媒が熱交換するの
で、燃料電池２０に供給される改質ガスの温度を、溶媒
の温度により近い状態とすることができるものである。
その結果、改質ガスの温度を燃料電池２０の作動に適す
る温度により近い状態にすることができる。Next, a case where the fuel cell power generation system is operating will be described. In the fuel cell power generation system, since the reformed gas and the solvent exchange heat in the first heat exchanger 1, the temperature of the reformed gas supplied to the fuel cell 20 can be set to a state closer to the temperature of the solvent. You can do it.
As a result, the temperature of the reformed gas can be brought closer to a temperature suitable for the operation of the fuel cell 20.
【００２７】また、上記燃料電池発電システムは、第２
の熱交換器２で熱交換した溶媒の熱を利用した給湯装置
を備える。上記給湯装置は、熱媒として水を貯水した貯
水槽４１を備え、この貯水槽４１から上記第２の熱交換
器２を経由する循環路４４を形成し、水を加熱するもの
である。図中の符号４２は循環路４４内の加熱媒体であ
る湯の温度を測定する温度センサ、符号４３は水を循環
するポンプである。このように、上記燃料電池発電シス
テムは、燃料電池２０が所望温度に達して起動した後に
生じる排熱を熱エネルギーと、改質ガスと熱交換して受
容した熱エネルギーを共に第２の熱交換器２で熱媒を加
温し、この熱媒を加熱媒体として使用するものである。
その結果、上記燃料電池発電システムは、エネルギーを
有効に利用したコージェネレーションとして使用でき
る。Further, the fuel cell power generation system has a second
And a hot water supply device utilizing the heat of the solvent heat-exchanged by the heat exchanger 2. The hot water supply device includes a water storage tank 41 storing water as a heat medium, and forms a circulation path 44 from the water storage tank 41 through the second heat exchanger 2 to heat water. Reference numeral 42 in the figure denotes a temperature sensor for measuring the temperature of hot water as a heating medium in the circulation path 44, and reference numeral 43 denotes a pump for circulating water. As described above, the above-described fuel cell power generation system uses the heat exchange between the exhaust heat generated after the fuel cell 20 reaches the desired temperature and starts up and the heat energy exchanged with the reformed gas for the second heat exchange. The heating medium is heated by the vessel 2, and this heating medium is used as a heating medium.
As a result, the fuel cell power generation system can be used as a cogeneration system that effectively utilizes energy.
【００２８】また、上記燃料電池発電システムは、燃料
電池２０のアノード２１から排出される排アノードガス
が、燃料電池２０で消費しきれなかった水素及びメタン
等の可燃性ガスを含んでいるので、この可燃性ガスを用
いて改質装置１０を加熱するために、燃料の一部として
利用している。上記燃料電池発電システムは、排アノー
ドガスを排アノードガス用気水分離器１８で水だけを分
離し、上記水タンク１７に回収している。また、上記燃
料電池発電システムは、カソード２２から排出される排
カソードガスが水分を含んでいるので、排カソードガス
用気水分離器１９を設けて水分を分離し、この水を水タ
ンク１７に回収している。Further, in the above fuel cell power generation system, the exhaust anode gas discharged from the anode 21 of the fuel cell 20 contains combustible gas such as hydrogen and methane that cannot be consumed by the fuel cell 20. The combustible gas is used as a part of the fuel for heating the reformer 10. In the fuel cell power generation system, only the water is separated from the exhaust anode gas by the steam / water separator 18 for the exhaust anode gas, and is collected in the water tank 17. Further, in the fuel cell power generation system, since the exhaust cathode gas discharged from the cathode 22 contains moisture, the exhaust cathode gas-water separator 19 is provided to separate moisture, and this water is stored in the water tank 17. We are collecting.
【００２９】[0029]
【発明の効果】請求項１記載の燃料電池発電システム
は、燃料電池を通過した溶媒が熱交換器で改質ガスと熱
交換するので、燃料電池の作動に適する温度に容易に調
整できるものである。また、上記燃料電池発電システム
は、始動するときに改質ガスの熱を燃料電池の温度上昇
に有効利用することができる。According to the fuel cell power generation system of the first aspect, since the solvent that has passed through the fuel cell exchanges heat with the reformed gas in the heat exchanger, it can be easily adjusted to a temperature suitable for operation of the fuel cell. is there. Further, the fuel cell power generation system can effectively utilize the heat of the reformed gas to increase the temperature of the fuel cell when starting.
【００３０】さらに、請求項２記載の燃料電池発電シス
テムは、特に、燃料電池が所望温度に達して起動した後
に生じる排熱の熱エネルギーと、改質ガスと熱交換して
受容した熱エネルギーを共に第２の熱交換手段で熱媒を
加温し、この熱媒を加熱媒体として用いることができる
ものである。その結果、上記燃料電池発電システムは、
熱エネルギーを有効に利用したものである。Further, the fuel cell power generation system according to the second aspect of the present invention particularly provides a heat energy of exhaust heat generated after the fuel cell has reached a desired temperature and started, and a heat energy received by exchanging heat with the reformed gas. In both cases, the heat medium is heated by the second heat exchange means, and this heat medium can be used as the heating medium. As a result, the fuel cell power generation system
It effectively utilizes heat energy.
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの実施の形
態の一例を説明したブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of an embodiment of a fuel cell power generation system according to the present invention.
【図２】従来の燃料電池発電システムを説明したブロッ
ク図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a conventional fuel cell power generation system.
１、２ 熱交換器 ３ 溶媒路 １０ 改質装置 １５ 改質ガス流路 １６ 改質ガス用気水分離器 １７ 水タンク ２０ 燃料電池 ２１ アノード ２２ カソード ２３ 冷却板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Heat exchanger 3 Solvent path 10 Reformer 15 Reformed gas flow path 16 Gas-water separator for reformed gas 17 Water tank 20 Fuel cell 21 Anode 22 Cathode 23 Cooling plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 均 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 薮ノ内 伸晃 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA09 BA16 BA17 CC06 DD06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hitoshi Kudo 1048 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Works Co., Ltd. F-term (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA09 BA16 BA17 CC06 DD06
Claims (4)
質ガスを生成する改質装置と、上記改質ガスを導入して
発電する固体高分子型の燃料電池と、この燃料電池を温
度調整する溶媒が流れる溶媒路を備える燃料電池発電シ
ステムにおいて、燃料電池に導入される上記改質ガス
と、燃料電池を通過した上記溶媒との間で熱交換する熱
交換手段を備えることを特徴とする燃料電池発電システ
ム。1. A reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by steam reforming a raw fuel, a polymer electrolyte fuel cell for generating electricity by introducing the reformed gas, and the fuel cell In a fuel cell power generation system including a solvent path through which a solvent for adjusting the temperature flows, a heat exchange unit that exchanges heat between the reformed gas introduced into the fuel cell and the solvent that has passed through the fuel cell is provided. Characteristic fuel cell power generation system.
媒を冷却する第２の熱交換手段を備え、この熱交換で加
温された熱媒を加熱媒体として用いる手段を有すること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。2. The method according to claim 1, further comprising: a second heat exchange unit that exchanges heat with the reformed gas to cool the heated solvent, and that includes a unit that uses the heat medium heated by the heat exchange as a heating medium. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein:
から過剰な水分を分離する改質ガス用気水分離器と、こ
の分離した水分を蓄える水タンクを備えることを特徴と
する請求項１又は請求項２記載の燃料電池発電システ
ム。3. A reformed gas steam separator for separating excess moisture from the reformed gas having undergone heat exchange with the solvent, and a water tank for storing the separated moisture. The fuel cell power generation system according to claim 1 or 2.
の水分として改質装置に供給することを特徴とする請求
項３記載の燃料電池発電システム。4. The fuel cell power generation system according to claim 3, wherein the water stored in the water tank is supplied to a reformer as water for steam reforming.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000352096A JP2002158025A (en) | 2000-11-20 | 2000-11-20 | Fuel cell electricity generating system |
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|---|---|---|---|---|
| WO2004112180A1 (en) * | 2003-06-17 | 2004-12-23 | Ebara Ballard Corporation | Fuel cell cogeneration system |
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2000
- 2000-11-20 JP JP2000352096A patent/JP2002158025A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004112180A1 (en) * | 2003-06-17 | 2004-12-23 | Ebara Ballard Corporation | Fuel cell cogeneration system |
| JP2005011563A (en) * | 2003-06-17 | 2005-01-13 | Ebara Ballard Corp | Fuel cell cogeneration system |
| JP4719407B2 (en) * | 2003-06-17 | 2011-07-06 | 株式会社荏原製作所 | Fuel cell cogeneration system |
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