JPH04349357A - 熱併給燃料電池 - Google Patents

熱併給燃料電池

Info

Publication number
JPH04349357A
JPH04349357A JP3120521A JP12052191A JPH04349357A JP H04349357 A JPH04349357 A JP H04349357A JP 3120521 A JP3120521 A JP 3120521A JP 12052191 A JP12052191 A JP 12052191A JP H04349357 A JPH04349357 A JP H04349357A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling water
heat
fuel cell
heat exchanger
cooling
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.)
Pending
Application number
JP3120521A
Other languages
English (en)
Inventor
Shunsuke Oga
俊輔 大賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP3120521A priority Critical patent/JPH04349357A/ja
Priority to US07/887,828 priority patent/US5316870A/en
Publication of JPH04349357A publication Critical patent/JPH04349357A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0093—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
    • 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
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0043—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for fuel cells
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置に組
み込まれる燃料電池の電池本体を起動時に冷却水により
加熱し、発電時冷却水により反応熱を除去して運転温度
に保持しながらユーザに熱を供給する熱併給燃料電池に
関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池発電装置に組み込まれる燃料電
池は、発電時発生する熱を冷却水により除去して燃料電
池本体を冷却して運転温度に保持し、この冷却により昇
温した冷却水と熱交換してユーザに熱を供給し、一方起
動時には電池反応に適する温度まで昇温するために、加
熱した冷却水により燃料電池本体を加熱する設備を備え
たものが知られている。図５はこのような従来の燃料電
池を備えた燃料電池発電装置の系統図である。
【０００３】図５において燃料電池本体１は模式的に示
され、図示しないりん酸電解質層を挟持する燃料電極２
と酸化剤電極３と、これらからなる単位セルの複数個重
ねるごとに配設される冷却管４を有する冷却板５とから
構成される。
【０００４】燃料改質器７は燃料供給系８を経て供給さ
れる天然ガス等の原燃料を、後述する水蒸気分離器２１
にて分離され、水蒸気供給系１０を経て供給される水蒸
気とともに改質触媒の下に図示しないバーナでの後述す
るオフガスの燃焼による燃焼熱により加熱して水素に富
むガスに改質して改質ガスを生成する。
【０００５】燃料電池本体１と燃料改質器７とには燃料
改質器７で生成された改質ガスを燃料電池本体１の燃料
電極２に供給する改質ガス供給系１１と、燃料電極２か
ら電池反応に寄与しない水素を含むオフガスを燃料改質
器７のバーナに燃料として供給するオフガス供給系１２
とが接続されている。
【０００６】また、燃料電池本体１には酸化剤電極２に
空気を供給するブロワ１３を備えた空気供給系１４と電
池反応後の空気を排出する空気排出系１５とが接続され
ている。なお、１６は燃料電池本体１の温度を検出する
温度計である。
【０００７】燃料電池本体１の冷却板５の冷却管４には
、燃料電池本体１の発電時に冷却水を循環するため、水
蒸気分離器２１，　運転用循環ポンプ２２，　熱回収用
熱交換器２３を備えた運転用冷却水循環系２０が接続さ
れている。
【０００８】水蒸気分離器２１は、燃料電池本体１の冷
却管４から排出される冷却水を水蒸気と冷却水とに分離
する。分離された水蒸気は燃料改質器７に水蒸気供給系
１０を経て原燃料に混入するように送出される。なお２
４は水蒸気分離器２１内の冷却水の温度を検出する温度
計である。
【０００９】熱回収用熱交換器２３は昇温された冷却水
の熱を回収する、すなわちユーザに供給する熱媒を冷却
水との熱交換により昇温し、この昇温した熱媒は熱媒供
給系２５を経てユーザに供給される。
【００１０】また運転用冷却水循環系２０とは別に水蒸
気分離器２１で分離した冷却水を加熱用バーナ２８を備
えた熱交換器２９からなる加熱用熱交換器３０を経て起
動用循環ポンプ２７により循環させて再び水蒸気分離器
２１に戻す起動用冷却水循環系３１が設けられている。
【００１１】加熱用熱交換器３０は加熱用バーナ２８に
て燃料供給系３２を経て供給される燃料を燃焼空気供給
系３３を経て供給される燃焼空気により燃焼させ、この
際生じる熱媒体を冷却水と熱交換させ、この熱交換によ
り冷却水を昇温する。
【００１２】このような構成により燃料電池を起動する
ときには、まず、起動用冷却水循環系３１の起動用循環
ポンプ２７を運転し、さらに加熱用バーナ２８にて燃焼
を開始して水蒸気分離器２１内の冷却水を起動用冷却水
循環系３１を循環させるとともに熱交換器２９にて加熱
用バーナ２８での燃焼熱により加熱して１７０　℃に昇
温する。
【００１３】つぎに、運転用冷却水循環系２０の運転用
循環ポンプ２２を運転して水蒸気分離器２１内の昇温さ
れた冷却水を運転用冷却水循環系２０に循環させ、燃料
電池本体１の冷却板５内の冷却管４に通流して燃料電池
本体１を加熱して電池反応を行わせるのに適する温度ま
で昇温する。この昇温が終了すれば起動用循環ポンプ２
７の停止及び加熱用バーナ２８の燃焼停止を行う。
【００１４】燃料電池本体１の昇温が終了すれば、燃料
改質器７で生成された改質ガスを改質ガス供給系１１を
経て燃料電極２に、一方空気供給系１４を経てブロワ１
３により空気を酸化剤電極３に供給することにより、燃
料電池本体１は電池反応を起こして発電する。この際電
池反応に伴って発生する熱は運転用冷却水循環系２０を
循環する冷却水により除去され、燃料電池は規定の運転
温度に保持される。
【００１５】なお電池反応により生じるオフガスはオフ
ガス供給系１２を経て燃料改質器７のバーナに供給され
、一方排空気は空気排出系１５を経て外部に排出される
。
【００１６】ところで燃料電池本体１を冷却することに
より昇温した冷却水は、熱回収用熱交換器２３にて熱媒
供給系２５を流れる熱媒、例えばスチームと熱交換して
熱を与え、昇温したスチームをユーザに供給している。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構成にお
いて燃料電池が発電をしながら発電に伴う反応熱を使用
して熱を供給する場合には、つねに発電量に見合った熱
量を供給するために、例えばユーザサイドへ供給するた
めの熱媒としてのスチームの温度・圧力をある一定の範
囲に制御している。しかしながら、このような電熱併給
システムの場合、つねに電気需要量に見合った熱需要量
があるとは限らず、例えば電気需要量と比較して熱需要
量が少ない場合には、余った熱をユーザサイドで処分し
なければならず、逆に熱需要を多くしたい場合には燃料
電池の運転温度が低下するのを防ぐために供給するスチ
ームの温度・圧力をある一定の範囲に制御することによ
って、供給熱量が制限されてしまうという問題がある。
【００１８】なお、上記のスチームの温度・圧力をある
一定の範囲に制御することをせずに、ユーザサイドでの
熱の使用量が燃料電池の発電に伴う反応熱よりも多いた
めに燃料電池の運転温度が低下した場合には、起動用冷
却水循環ポンプ２７および加熱用バーナ２８を運転する
ことにより水蒸気分離器２１内の冷却水を加熱すること
によって燃料電池本体１を加熱する方法があるが、水蒸
気分離器２１内の冷却水の熱容量分だけ応答が遅れるた
めに、燃料電池の運転温度の低下を検知して加熱用バー
ナを運転してから、その温度が再度、規定の温度に戻る
までに長時間を要するという問題がある。
【００１９】また燃料電池発電装置は、他の発電装置と
比較して単位出力当たりの装置の設置面積が大きいので
、上記の機器のうち省略されるもの、一体化されるもの
があれば、それを実行して装置のコンパクト化を図るこ
とが要望されている。
【００２０】本発明の目的は、燃料電池発電時ユーザに
熱を供給する際、電気需要量と熱需要量とのアンパラン
スにもフレキシブルに対応でき、またコンパクトにでき
る熱併給燃料電池を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば冷却水が流れる冷却水流路を有する
冷却板が組み込まれた燃料電池本体、並びに冷却板から
排出される冷却水を水蒸気と水とに分離する水蒸気分離
器と、この分離器からの冷却水がバーナでの燃焼による
熱媒体又はバーナを経る燃焼空気と熱交換する加熱用熱
交換器と、この熱交換器からの冷却水がユーザに供給す
る熱媒と熱交換する熱回収用熱交換器と、この熱交換器
からの冷却水を冷却板又は水蒸気分離器に戻すための切
換弁と、冷却水を循環する循環ポンプとを備えた冷却水
循環系を設けるものとする。
【００２２】また、冷却水が流れる冷却水流路を有する
冷却板が組み込まれた燃料電池本体、並びに冷却板から
排出される冷却水を水蒸気と水とに分離する水蒸気分離
器と、バーナでの燃焼による熱媒体又はバーナを経る燃
焼空気と前記水蒸気分離器からの冷却水とユーザに供給
する熱媒とが熱交換する一体型熱交換器と、この熱交換
器からの冷却水を冷却板又は水蒸気分離器に戻すための
切換弁と、冷却水を循環する循環ポンプとを備えた冷却
水循環系を設けるものとする。
【００２３】前記の加熱用熱交換器に代えて冷却水が熱
媒と熱交換する熱媒熱交換器及び空気と熱交換する空気
熱交換器とを直列に配設するものとする。
【００２４】
【作用】燃料電池の起動時、燃料電池本体を昇温すると
きには冷却水循環系の水蒸気分離器からの冷却水を加熱
用熱交換器におけるバーナでの燃焼による熱媒体と熱交
換して昇温し、この昇温した冷却水は切換弁の切換えに
より全量水蒸気分離器に戻し、冷却水の温度が燃料電池
本体の昇温に適する温度までこの冷却水の循環を続けて
昇温する。
【００２５】上記の冷却水の昇温が終了すれば切換弁を
切換えて冷却水の全量を冷却板に供給して燃料電池本体
を電池反応に適する温度に昇温する。昇温すればバーナ
の燃焼を停止する。
【００２６】燃料電池本体の昇温後、反応ガスの供給に
より燃料電池は発電するが、この際生じる熱は冷却板を
流れる冷却水により除去され、このため昇温した冷却水
は熱回収用熱交換器にてユーザに供給する熱媒と熱交換
して熱媒に熱を与え、自らは低温となる。この低温の冷
却水は切換弁の切換えにより全量冷却板に送られて燃料
電池本体を冷却する。
【００２７】この場合、燃料電池の運転温度を監視して
冷却水循環系の加熱用熱交換器における熱交換により冷
却水を介して燃料電池の運転温度を調節し、発電による
電気需要量と熱回収用熱交換器を介しての熱需要量のア
ンバランスによる余剰熱量の排出又は不足熱量の供給を
ユーザ側に負担をかけないように行う。すなわち、電気
需要量と比較して熱需要量が多い場合には、燃料電池の
運転温度は低下するので、加熱用バーナで燃焼して冷却
水を昇温して規定の運転温度を保持し、逆に熱需要量が
少ない場合には運転温度が上昇するので、加熱用バーナ
を燃焼させずに燃焼空気のみを供給して冷却水を降温さ
せて規定の運転温度を保持する。
【００２８】また、バーナでの燃焼による熱媒体又はバ
ーナを経る燃焼空気と水蒸気分離器からの冷却水とユー
ザに供給する熱媒との熱交換を同時に行うことのできる
一体型熱交換器を設けることにより、燃料電池をコンパ
クトにする。
【００２９】なお一体型バーナ付熱交換器を使用すれば
、ユーザに供給する熱媒は冷却水の他にバーナからの熱
媒体又はバーナを経る燃焼空気との熱交換によりユーザ
により応答の早い熱量供給が可能となる。
【００３０】また、バーナを備えた熱交換器からなる加
熱用熱交換器に代えて、熱媒熱交換器と空気熱交換器と
を冷却水循環系に直列に配設することにより、冷却水を
昇温するときには熱媒熱交換器にて外部から供給される
熱媒と冷却水との熱交換により冷却水を昇温する。一方
冷却水を降温するときには空気熱交換器にて空気と冷却
水との熱交換により冷却水を降温する。
【００３１】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図１は本発明の実施例による熱併給燃料電池
を備えた燃料電池発電装置の系統図である。なお図１及
び後述する図２ないし図４において図５の従来例と同一
部品には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１に
おいて図５の従来例と異なるのは起動用冷却水循環系２
０を削除し、水蒸気分離器２１と、加熱用バーナ２８を
備えた熱交換器２９からなる加熱用熱交換器３０と、こ
の熱交換器からの冷却水を昇圧して送出する循環ポンプ
３４と、熱回収用熱交換器２３と、この熱交換器からの
冷却水を冷却板５又は水蒸気分離器２１へ戻すための三
方切換弁３５とを備えた冷却水循環系３６を設けたこと
である。なお、冷却水循環系３６は三方切換弁３５から
水蒸気分離器２１に冷却水を戻すバイパス系３７を備え
ている。
【００３２】このような構成により、燃料電池の起動時
には三方切換弁３５を切換えて冷却水がバイパス系３７
を経て水蒸気分離器２１の方に流れるようにする。この
状態で燃料電池起動時は、加熱用バーナ２８を備えた加
熱用熱交換器３０にて前述と同様に加熱用バーナ２８で
の燃焼により冷却水を１７０　℃に昇温する。
【００３３】つぎに三方切換弁３５を切換えて昇温され
た冷却水が冷却板５の冷却管４に流れるようにする。こ
うすることにより燃料電池本体１は昇温された冷却水に
より電池反応に適する温度まで昇温される。なお、この
際三方切換弁３５の開角度を徐々に変化させることによ
り、燃料電池本体１の冷却管４に流れる流量の増加を調
節すれば燃料電池本体１にかかる熱衝撃を緩和できる。
【００３４】燃料電池本体１の昇温後、前述のように改
質ガスと空気とを燃料電池本体１に供給することにより
、電池反応により発電する。発電時には前述のように冷
却水循環系３６に冷却水を循環させ、熱回収用熱交換器
２３にてユーザに供給する熱媒に熱を与えて低温になっ
た冷却水により、発電時に生じる熱を除去して燃料電池
の運転温度を保持する。
【００３５】ところで、燃料電池の発電時の運転温度は
、発電に伴う反応熱を回収する熱回収用熱交換器２３に
流れるユーザサイドから供給される熱媒の温度，　流量
により左右される。したがってユーザサイドでの熱の使
用量が燃料電池の発電に伴う反応熱より多いために燃料
電池の運転温度が低下した場合には、加熱用バーナ２８
で燃焼させることにより、加熱用熱交換器３０にて冷却
水を加熱昇温させ、この昇温した冷却水を介して燃料電
池本体１を加熱して規定の運転温度を保持する。
【００３６】一方、逆にユーザサイドの熱需要量が少な
いために燃料電池の運転温度が上昇した場合には、加熱
用バーナ２８での燃焼を行わずに燃焼空気のみを供給し
て冷却水を降温し、降温した冷却水を介して燃料電池本
体１を冷却して規定の運転温度を保持する。
【００３７】上記のように構成された装置では、水蒸気
分離器２１を介して従来のように起動用冷却水循環系に
より冷却水を加熱する必要がないので、水蒸気分離器２
１内の冷却水の熱容量分だけ応答が遅れるという欠点が
なくなり、また電気需要量と熱消費量とのアンバランス
もフレキシブルに対応できる。
【００３８】なお、この場合の加熱用バーナ２８と、こ
のバーナでの燃焼による熱媒体により冷却水に伝熱する
熱交換器２９の能力は、その装置がコージェネレーショ
ンシステムとしての電気需要と熱需要との比率を予め調
査して決める必要がある。
【００３９】図２は本発明の異なる実施例による熱併給
燃料電池を備えた燃料電池発電装置の系統図である。図
２においては冷却水循環系３６に加熱用バーナ２８を備
えた熱交換器２９からなる加熱用熱交換器３０と熱回収
用熱交換器２３　（図１参照）　とを一体化した加熱用
バーナ２８と熱交換器３８とからなる一体型熱交換器３
９を水蒸気分離器２１と循環ポンプ３４との間に設置し
た他は図１と同じである。
【００４０】一体型熱交換器３９は図３に示すプレート
型熱交換器であるが、プレートフイン型熱交換器であっ
てもよい。図３においてケーシング４０の一方の端部に
加熱用バーナ２８を備え、ケーシング４０には加熱用バ
ーナ２８での燃焼による燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路
と、冷却水が流れるセパレータ４２で画された冷却水流
路４３とユーザから供給される熱媒が流れるセパレータ
４４で画された熱媒流路４５とが伝熱板を介して多層に
配設され、燃焼ガスと冷却水と熱媒との熱交換を可能に
している。
【００４１】なお、４６は加熱用バーナ２８で燃焼が行
われる燃焼室、４７は燃焼ガス流路から排出される燃焼
排ガスの排ガスマニホールド、４８は冷却水が流入する
冷却水入口マニホールド、４９は冷却水流路４３から排
出される冷却水出口マニホールド、５０はユーザから供
給される熱媒が流入する熱媒入口マニホールド、５１は
熱媒流路４５から排出される熱媒の熱媒出口マニホール
ドである。
【００４２】つぎに、このような構成による一体型熱交
換器の作用について説明する。加熱用バーナ２８に燃料
と燃焼空気とを供給することにより、燃焼室４６にて燃
焼を行わせると、燃焼ガスは燃焼ガス流路を流れて排ガ
スマニホールド４７に排出され、このマニホールドから
外部に燃焼排ガスとして排出される。
【００４３】一方、冷却水は冷却水入口マニホールド４
８に流入し、このマニホールドから冷却水流路４３を流
れ、冷却水出口マニホールド４９から外部に排出される
。
【００４４】またユーザから供給される熱媒は熱媒入口
マニホールド５０に流入し、熱媒流路４５を流れて熱媒
出口マニホールド５１からユーザに戻される。
【００４５】したがって燃焼ガス流路，　冷却水流路４
３，　熱媒流路４５は多層に伝熱板を介して配設されて
いるので、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスと冷却水流路
を流れる冷却水と熱媒流路４５を流れる熱媒とは伝熱板
を介して熱交換する。
【００４６】したがって燃料電池の起動時、燃料電池本
体１の昇温時には加熱用バーナ２８による燃焼により燃
焼ガス流路を流れる燃焼ガスと冷却水流路４３を流れる
冷却水とを熱交換させることにより、冷却水を昇温して
燃料電池本体の昇温を行う。
【００４７】また、燃料電池の発電時、ユーザに熱を供
給するとき、熱需要量が電気需要量より多い場合加熱用
バーナ２８による燃焼により燃焼ガス流路を流れる燃焼
ガスと冷却水流路４３を流れる冷却水と熱媒流路４５を
流れる熱媒とを熱交換させることにより、燃料電池の規
定の運転温度を保持しながら熱需要量と電気需要量のア
ンバランスに対応する。この際、熱媒は燃焼ガスとの熱
交換により熱が与えられるのでユーザへの熱量供給の応
答が早くなる。
【００４８】また熱需要量が電気需要量より少ないとき
には、加熱用バーナ２８を燃焼させずに燃焼空気を熱媒
ガス流路に通流させ、この燃焼空気と冷却水流路４３を
流れる冷却水と熱媒流路４５を流れる熱媒との熱交換さ
せることにより、燃料電池の規定の運転温度を保持しな
がら熱需要量と電気需要量のアンバランスに対応する。 この際熱媒は燃焼空気との熱交換により、熱が除去され
るので、ユーザへの熱量供給の応答が早くなる。
【００４９】なお、図１における加熱用熱交換器３０の
代わりに図５に示すように冷却水が熱媒、例えば熱媒油
と熱交換する熱媒熱交換器５３と、空気と熱交換する空
気熱交換器５４とを冷却水循環系３６に直列に配設し、
冷却水を加熱するときには熱媒熱交換器５３に熱媒油を
供給し、冷却するときには空気熱交換器５４に空気を供
給して冷却水の加熱，　冷却を行ってもよい。
【００５０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば燃料電池本体を起動時加熱し、発電時反応熱を
除去する冷却水を、発電時冷却板，　水蒸気分離器，　
加熱用熱交換器又はこれに代わる熱媒と空気熱交換器，
　熱回収用熱交換器間を循環ポンプにより循環させ、か
つ起動時冷却板をバイパスさせて循環させる冷却水循環
系を設けたことにより、起動時の燃料電池本体の昇温，
　発電時のこの本体の昇温，　降温を従来のように起動
用冷却水循環系を使用しないで行うので、水蒸気分離器
の熱容量による応答の遅れなく冷却水の昇温，　降温を
行うことができ、特に発電時電気需要量と熱需要量のア
ンバランスがあっても燃料電池の規定の運転温度に応答
を早くして保持して前記アンバランスにフレキシブルに
対応できる。
【００５１】また、冷却水循環系に一体型熱交換器を設
けたことにより、熱併給燃料電池はコンパクトになると
ともに、前述と同様に水蒸気分離器の熱容量による応答
の遅れがなく、燃料電池の規定の運転温度を保持しなが
ら電気需要量と熱需要量のアンバランスにフレキシブル
に対応するとともに、熱媒はバーナでの燃焼による熱媒
体又はバーナを経る燃焼空気と熱交換されるので、ユー
ザへの熱量供給が応答早く行われるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による熱併給燃料電池を備えた
燃料電池発電装置の系統図
【図２】本発明の異なる実施例による熱併給燃料電池を
備えた燃料電池発電装置の系統図
【図３】図２の熱併給燃料電池における一体型熱交換器
の構成図
【図４】本発明の他の異なる実施例による熱併給燃料電
池における熱媒熱交換器と空気熱交換器との配置図
【図
５】従来の熱併給燃料電池をそなかた燃料電池発電装置
の系統図
【符号の説明】
１　　　　燃料電池本体 ５　　　　冷却板 ２１　　　　水蒸気分離器 ２３　　　　熱回収用熱交換器 ２８　　　　加熱用バーナ ２９　　　　熱交換器 ３０　　　　加熱用熱交換器 ３４　　　　循環ポンプ ３５　　　　三方切換弁 ３６　　　　冷却水循環系 ３９　　　　一体型熱交換器 ５３　　　　熱媒熱交換器 ５４　　　　空気熱交換器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】冷却水が流れる冷却水流路を有する冷却板
    が組み込まれた燃料電池本体、並びに冷却板から排出さ
    れる冷却水を水蒸気と水とに分離する水蒸気分離器と、
    この分離器からの冷却水がバーナでの燃焼による熱媒体
    又はバーナを経る燃焼空気と熱交換する加熱用熱交換器
    と、この熱交換器からの冷却水がユーザに供給する熱媒
    と熱交換する熱回収用熱交換器と、この熱交換器からの
    冷却水を冷却板又は水蒸気分離器に戻すための切換弁と
    、冷却水を循環する循環ポンプとを備えた冷却水循環系
    を設けたことを特徴とする熱併給燃料電池。
  2. 【請求項２】冷却水が流れる冷却水流路を有する冷却板
    が組込まれた燃料電池本体、並びに冷却板から排出され
    る冷却水を水蒸気と水とに分離する水蒸気分離器と、バ
    ーナでの燃焼による熱媒体又はバーナを経る燃焼空気と
    前記水蒸気分離器からの冷却水とユーザに供給する熱媒
    とが熱交換する一体型熱交換器と、この熱交換器からの
    冷却水を冷却板又は水蒸気分離器に戻すための切換弁と
    、冷却水を循環する循環ポンプとを備えた冷却水循環系
    を設けたことを特徴とする熱併給燃料電池。
  3. 【請求項３】請求項１記載の熱併給燃料電池において、
    前記加熱用熱交換器に代えて冷却水が熱媒と熱交換する
    熱媒熱交換器及び空気と熱交換する空気熱交換器とを直
    列に配設したことを特徴とする熱併給燃料電池。
JP3120521A 1991-05-27 1991-05-27 熱併給燃料電池 Pending JPH04349357A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3120521A JPH04349357A (ja) 1991-05-27 1991-05-27 熱併給燃料電池
US07/887,828 US5316870A (en) 1991-05-27 1992-05-26 Heat supply and electric power-generating fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3120521A JPH04349357A (ja) 1991-05-27 1991-05-27 熱併給燃料電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04349357A true JPH04349357A (ja) 1992-12-03

Family

ID=14788315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3120521A Pending JPH04349357A (ja) 1991-05-27 1991-05-27 熱併給燃料電池

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5316870A (ja)
JP (1) JPH04349357A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002519818A (ja) * 1998-06-24 2002-07-02 インターナショナル フューエル セルズ コーポレイション 燃料電池電力設備用の物質と熱の回収装置
JP2010272343A (ja) * 2009-05-21 2010-12-02 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
WO2011155286A1 (ja) * 2010-06-07 2011-12-15 本田技研工業株式会社 燃料電池の運転方法及び燃料電池システム

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4426692C1 (de) * 1994-07-28 1995-09-14 Daimler Benz Ag Zweistufige Verdampfereinheit für einen Reaktant-Massenstrom und Verfahren zur Herstellung desselben
EP0842548B1 (en) * 1995-06-07 1999-08-04 dbb fuel cell engines GmbH Temperature regulating system for a fuel cell powered vehicle
US6186254B1 (en) 1996-05-29 2001-02-13 Xcelliss Fuel Cell Engines Inc. Temperature regulating system for a fuel cell powered vehicle
US5753383A (en) * 1996-12-02 1998-05-19 Cargnelli; Joseph Hybrid self-contained heating and electrical power supply process incorporating a hydrogen fuel cell, a thermoelectric generator and a catalytic burner
JP4543440B2 (ja) 1997-12-22 2010-09-15 株式会社エクォス・リサーチ 水直噴型燃料電池システム
US7029775B2 (en) * 1997-12-22 2006-04-18 Kabushikikaisha Equos Research Fuel cell system
JPH11317236A (ja) 1997-12-22 1999-11-16 Aqueous Reserch:Kk 燃料電池システム
WO1999045607A1 (en) 1998-03-03 1999-09-10 Celltech Power, Llc A carbon-oxygen electricity-generating unit
DE19850829C1 (de) * 1998-11-04 2000-03-16 Valeo Klimasysteme Gmbh Kühl-Heiz-Kreis für ein Fahrzeug
EP1166379A1 (en) * 1999-01-12 2002-01-02 Energy Partners, L.C. Method and apparatus for maintaining neutral water balance in a fuel cell system
AT407592B (de) * 1999-02-16 2001-04-25 Vaillant Gmbh Blockheizkraftwerk
DE19913794C2 (de) * 1999-03-26 2002-11-14 Xcellsis Gmbh Fahrzeug mit einem Antriebsstrang für wenigstens zwei Antriebsräder und mit einem Brennkraftmaschinen-Antrieb sowie mit einem Brennstoffzellensystem
DE19922923C2 (de) * 1999-05-19 2002-02-21 Siemens Ag Flüssigkeitsgekühlte Brennstoffzellenbatterie und Verfahren zum Betreiben einer flüssigkeitsgekühlten Brennstoffzellenbatterie
JP2001167782A (ja) * 1999-09-28 2001-06-22 Calsonic Kansei Corp 燃料電池用循環水熱交換器の製造方法
JP4686814B2 (ja) 1999-11-17 2011-05-25 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池装置
KR20030020271A (ko) * 2000-04-18 2003-03-08 셀테크 파워, 인크. 전기화학 장치 및 에너지 변환 방법
DE10023036A1 (de) * 2000-05-11 2001-11-22 Siemens Ag Verfahren zum Kaltstart von Brennstoffzellen einer Brennstoffzellenanlage und zugehörige Brennstoffzellenanlage
JP2002083621A (ja) * 2000-09-06 2002-03-22 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムおよびその運転方法
US6370878B1 (en) * 2000-11-30 2002-04-16 Plug Power Inc. Recovering heat from fuel cell exhaust
JP3675725B2 (ja) * 2001-03-05 2005-07-27 日産自動車株式会社 熱交換器
FR2824785B1 (fr) 2001-05-18 2003-12-12 Renault Dispositif et procede de recuperation de chaleur pour vehicule equipe d'une pile a combustible
WO2003001617A2 (en) * 2001-06-25 2003-01-03 Celltech Power, Inc. Electrode layer arrangements in an electrochemical device
AU2002363943A1 (en) * 2001-11-20 2003-06-10 Celltech Power, Inc. An electrochemical system and methods for control thereof
DE10244883B4 (de) * 2002-09-26 2005-02-17 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Heizsystem für ein Fahrzeug
US20060040167A1 (en) * 2003-10-16 2006-02-23 Celltech Power, Inc. Components for electrochemical devices including multi-unit device arrangements
WO2004112175A2 (en) * 2003-06-10 2004-12-23 Celltech Power, Inc. Oxidation facilitator
US7943270B2 (en) 2003-06-10 2011-05-17 Celltech Power Llc Electrochemical device configurations
US7572531B2 (en) * 2004-05-18 2009-08-11 Gm Global Technology Operations, Inc. Fuel reformer system with improved water transfer
US7275019B2 (en) * 2005-05-17 2007-09-25 Dell Products L.P. System and method for information handling system thermal diagnostics
DE102007018705A1 (de) * 2007-04-18 2008-10-23 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Brennstoffzellenanlage und Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzellenanlage
US20180375141A1 (en) * 2017-06-23 2018-12-27 Saudi Arabian Oil Company Self-sustainable solid oxide fuel cell system and method for powering a gas well
CN108656993A (zh) * 2018-05-11 2018-10-16 江苏汉瓦特电力科技有限公司 一种分布式自冷却储电充电桩及其充电方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2720936A (en) * 1950-06-24 1955-10-18 Eric R Beu Apparatus for recovering volatiles
US3539397A (en) * 1967-05-23 1970-11-10 United Aircraft Corp Fuel cell with temperature control
US3653431A (en) * 1970-11-05 1972-04-04 American Standard Inc Air conditioner closet door construction
US3952794A (en) * 1974-06-19 1976-04-27 Owens-Illinois, Inc. Food service tray
US4824740A (en) * 1987-06-15 1989-04-25 International Fuel Cell Corporation Fuel cell stack cooling system
US5023151A (en) * 1990-10-01 1991-06-11 International Fuel Cells Corporation Power plant cogeneration control

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002519818A (ja) * 1998-06-24 2002-07-02 インターナショナル フューエル セルズ コーポレイション 燃料電池電力設備用の物質と熱の回収装置
JP2010272343A (ja) * 2009-05-21 2010-12-02 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
WO2011155286A1 (ja) * 2010-06-07 2011-12-15 本田技研工業株式会社 燃料電池の運転方法及び燃料電池システム
CN102918695A (zh) * 2010-06-07 2013-02-06 本田技研工业株式会社 燃料电池的运转方法及燃料电池***
JP5642172B2 (ja) * 2010-06-07 2014-12-17 本田技研工業株式会社 燃料電池の運転方法

Also Published As

Publication number Publication date
US5316870A (en) 1994-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH04349357A (ja) 熱併給燃料電池
JP6431908B2 (ja) 向上した燃料電池システムおよび方法
CN100448083C (zh) 燃料电池***
JP4296200B2 (ja) 給湯システム
US20030118883A1 (en) Fuel cell power plant having a reduced free water volume
US6833209B2 (en) Fuel-cell co-generation system, of electrical energy and hot water
CA3156596A1 (en) Fuel cell systems and methods in which a cathode inlet gas temperature is configured to be higher than an anode inlet gas temperature
JP2889807B2 (ja) 燃料電池システム
JP5328661B2 (ja) カソード給気を予熱するための装置を備えた燃料電池システム
CN113793947B (zh) 燃料电池余热利用***及能源***
KR100813274B1 (ko) 연료전지 스택의 기동방법
JP2012057923A (ja) 給湯システム
JP4195974B2 (ja) 燃料電池コージェネレーションシステム
KR100832851B1 (ko) 상변환물질을 이용한 잠열 축열식 연료전지용 열저장시스템
JPH01176668A (ja) 燃料電池の起動方法
JP2005116256A (ja) 燃料電池コージェネレーションシステム
JP4440676B2 (ja) 燃料電池発電給湯システム
JP2004247084A (ja) 燃料電池発電システム
JP2007103034A (ja) 燃料電池システム及びその起動方法
WO2023054719A1 (ja) 熱電併給システム
JP2002100382A (ja) 燃料電池発電装置
JP3137143B2 (ja) 燃料電池発電設備の温度制御方法及び温度制御装置を備えた燃料電池発電設備
JPH03108270A (ja) 燃料電池発電システム
JPH03101063A (ja) 燃料電池電源システム
JP4225109B2 (ja) 燃料電池コージェネレーション装置