JPH06283185A - 燃料電池発電システムの一体型排熱回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】各プラント毎に排熱利用側の排熱利用形態が異
なり排熱回収用機器の設計が変わる場合にも、プラント
内の機器配置、レイアウト、配管の引回し等を全く変更
することなく、排熱回収に係わる装置をまとめてプラン
トの外置きを可能にし、排熱利用の多様化に対応できる
ようにする。 【構成】燃料電池本体、燃料改質器、気水分離器、電池
冷却水循環ポンプ、蒸気発生器及び排ガス処理装置とを
備え前記蒸気発生器、前記排ガス処理装置及び前記排ガ
ス処理装置から凝縮回収した凝縮水の回収タンク等の排
熱回収に係る機器を一体化して一体型排熱回収装置とす
ると共にこの一体型排熱回収装置を当該プラントの外置
きに設置した構成とする。こうして、プラント設備を小
形化し、プラントからの温水、蒸気の同時排熱回収性能
を高め、排熱利用形態の多様化に対応可能で、かつシン
プルな排熱回収装置付きの燃料電池発電システムを提供
する。

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システムに
係り、特に排熱を利用した蒸気及び温水供給システム、
排ガス中からの凝縮水回収、及びこれらに関連したシス
テムの簡素化を計るように構成した燃料電池発電システ
ムの一体型排熱回収装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池発電システムは、都市ガスやプ
ロパンガス等の燃料の有する化学エネルギーを電気エネ
ルギーに変換するもので、燃料電池本体、都市ガスやプ
ロパンガス等の燃料から水素を生成する装置、燃料電池
本体で発電される直流電流を交流電流に変換する変換装
置、燃料電池本体の動作や水素生成に適した温度に作動
ガスの温度を保つための熱交換器等より構成されてい
る。燃料電池本体は水素生成により生成された水素ガス
と、空気中の酸素の結合エネルギーを直接電気エネルギ
ーに変換するが、これと同時に熱も発生する。

【０００３】このように燃料電池発電システムは、化学
反応による発電のため、発電効率が高く、また大気汚染
物質の排出が少なく、しかも騒音も小さいクリーンな発
電システムとして評価されている。

【０００４】ところで、燃料電池本体の電気化学反応を
効率よく行わせるためには、電池冷却水等を流して電池
本体の温度を一定の温度レベルに保つ必要がある。この
ため、燃料電池発電システムの冷却水系は、気水分離
器、ポンプ、熱交換器等で構成され、熱交換器から取出
される排熱は様々な用途に熱利用されている。この排熱
は一般的に温水として取出されているが、近年では、排
熱利用の用途の範囲を拡大するために蒸気取出しの要求
が強くなっている。

【０００５】図８は燃料電池発電システムの一般的な発
電負荷と総合熱効率の関係を示す特性図である。この特
性図から分るように、発電負荷に対する発電効率は４０
％であるが、温水レベルの低温排熱回収分及び蒸気レベ
ルの高温排熱回収分を全て利用した場合の総合熱効率は
８０％以上になる。このように燃料電池発電システム
は、発電のみならず排熱を系外で有効に利用することが
でき、排熱のうち蒸気レベルの高温排熱、特に、乾き飽
和蒸気以上の過熱蒸気は、高品位蒸気として吸収式冷凍
機の駆動源、蒸気タービンの駆動源等の用途として利用
価値が高い。

【０００６】図７はかかる排熱回収用機器を組み込んだ
従来の燃料電池発電装置の主要機器の配置構成を示した
概略断面図である。この燃料電池発電装置では、主要機
器として燃料電池本体、燃料改質器、気水分離器、一酸
化炭素変成器、熱交換器類、水タンク、循環水ポンプの
他、排熱回収用機器として電池冷却水の余剰熱から電池
冷却水系と分離された二次蒸気発生系の水を加熱して蒸
気を発生させ排熱利用装置に蒸気を供給する蒸気発生
器、さらに、排熱利用装置、或いは燃料改質器に過熱蒸
気を供給する蒸気過熱器等が設置されている。

【０００７】このうち、熱交換器類については、燃料電
池発電システム内の燃料電池本体、燃料改質器等から発
生する熱を加熱源として、燃料系、燃料改質器へ供給す
る蒸気、空気等を加熱するのに使われ、燃料電池発電シ
ステム内での熱の有効利用を図っている。熱交換器類の
中でも、排ガス凝縮器は、燃料用改質器、燃料電池本体
等からの排ガス放出系の熱エネルギーを回収すると共
に、排ガス中の凝縮成分を回収し再び電池冷却水系の水
として再生する機能を有する凝縮を伴う熱交換器である
ことから、図に示すように、かなり大きな容積を占める
という問題がある。かかる問題を解決するために、排ガ
ス凝縮器を小形化し、性能向上を図ったものとしては特
願平４−２０３６５０号が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の燃料電池発電装置の主要機器の配置構成では、主に
燃料電池発電に関する機器、燃料電池発電によって二次
的に発生する高温排熱、低温排熱を一つのプラントボッ
クス内に組み込んでいるため、燃料電池発電装置の輸
送、設置等が楽になるという利点はあるが、実際には各
プラント毎に排熱利用側の排熱利用形態は異なることが
多い。したがって、各々のプラントの排熱利用形態に合
わせた排熱回収用機器、特に、蒸気発生器、蒸気過熱器
及び排ガス凝縮器等の設計を行わなければならないの
で、これら排熱回収用機器の各々の設計も変わり、プラ
ント内の機器配置、レイアウト、配管等の引回し等にも
影響するため、プラント設備が複雑化し、プラント設備
を製作するコストが高くなるという問題があった。

【０００９】さらに、従来の燃料電池発電装置の主要機
器の配置構成は、排熱回収用機器がプラント内で分散化
して配置されてしまうため、例えば、排熱のうち蒸気レ
ベルの高温排熱の回収効率が低下したり、システムから
のトータル排熱回収効率が低下する等の問題があった。

【００１０】本発明は、上記問題を解消するためになさ
れたもので、その目的は、各プラント毎に排熱利用側の
排熱利用形態が異なり排熱回収用機器の各々設計が変わ
る場合にも、プラント内の機器配置、レイアウト、配管
等の引回し等を全く変更することなく、排熱回収に係わ
る装置、特に、蒸気発生器、排ガス処理装置の熱交換器
類の性能を向上させ、これら排熱回収機器の容積を小形
化し、排熱回収用機器の各々の設計のみ自由に変えるこ
とができるように燃料電池発電システムの排熱回収系統
を組み、また排熱回収用機器をまとめてプラントの外置
き設置を可能にし、しかも、排熱利用の多様化に対応で
きると共に排熱回収効率を高めることができる燃料電池
発電システムの一体型排熱回収装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、燃料極、空気極及び冷却器を備えた燃料
電池本体と、燃料を改質して生成された水素ガスを前記
燃料電池本体の燃料極に供給する燃料改質器と、前記燃
料電池本体の反応熱により加熱され二相流化した冷却水
を気相と水相に分離する気水分離器と、この気水分離器
で分離された冷却水を前記燃料電池本体の冷却器を通し
て循環させる電池冷却水循環ポンプと、前記気水分離器
の水相出口下流側に前記電池冷却水系の余剰熱により前
記燃料電池冷却水系と分離された形で蒸気排熱利用装置
の二次蒸気発生系に蒸気を供給する蒸気発生器と、燃料
電池の電解質から気散し生成水蒸気と共に排出されるリ
ン酸溶液を含む排ガスからリン酸を除去回収するリン酸
除去機能と排ガス中に含まれる生成水蒸気を凝縮回収す
る凝縮水回収機能を備えた排ガス処理装置とから構成さ
れた燃料電池発電システムにおいて、前記蒸気発生器、
前記排ガス処理装置、及び前記排ガス処理装置から凝縮
回収した凝縮水の凝縮水回収タンク等の排熱回収に係る
機器を一体化して一体型排熱回収装置とすると共にこの
一体型排熱回収装置を当該プラントの外置きに設置した
ことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明の一体型排熱回収装置は、従来に比べて
プラント設備を小形化でき、経済的にも有利であるばか
りでなく、プラントからの温水、蒸気の同時排熱回収性
能を高めることができると共に排熱利用形態の多様化に
対応可能で、かつシンプルな排熱回収装置付きの燃料電
池発電システムを提供することができる。

【００１３】さらに、本発明では、燃料電池発電に関す
る機器を一つの発電機器ボックス内に組み込み、また一
体型排熱回収装置をもう一つの排熱回収装置ボックス内
に組み込むことができるので、燃料電池発電システムの
輸送を行う際には装置を分散化して輸送することができ
る。また、燃料電池発電システムを設置、据付けする際
には、この発電機器ボックスと排熱回収装置ボックスと
を据付け現場で配管接続するだけでよく、装置の輸送、
設置、据付けを楽に行うことができ、プラント設備の据
付けコストも安くすることができるという利点がある。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は、本発明の第１の実施例に係る一体型排熱回
収装置の構成図である。図１における一体型排熱回収装
置Ｄ１は、上部の蒸気発生器１と、中間部の排ガス処理
装置２と、下部の凝縮水回収タンク３とから構成されて
いる。このように構成された一体型排熱回収装置Ｄ１
は、燃料電池発電プラントの容積の小形化および排熱回
収性能の向上を図ることができ、また、プラントの外置
きに設置することもでき、さらに燃料電池発電システム
からの排熱の利用形態に合わせた設計を可能にするもの
である。

【００１５】次に、燃料電池発電システムを構成する各
機器の機能について説明する。まず、上部に配置される
蒸気発生器１は燃料電池冷却水系から分離された形で蒸
気排熱利用装置１２の二次蒸気発生系に蒸気を供給する
熱交換器であり、高温側に流す燃料電池冷却水を熱源に
して、蒸気発生器１の下部に設置された排ガス処理装置
２の低温側で加熱された二次系排熱利用供給水を加熱し
て飽和蒸気を発生させる機能を有する。中間部に配置さ
れる排ガス処理装置２は、燃料電池の電解質から気散
し、生成水蒸気と共に排出されるリン酸溶液を含む排ガ
スからリン酸を除去回収するリン酸除去機能を有するリ
ン酸回収熱交換器５と、その直下のリン酸回収用受皿６
と、排ガス中に含まれる生成水蒸気を凝縮回収する凝縮
水回収機能を有する凝縮水回収熱交換器７とを主たる構
成要素としており、また高温側に流す排ガスを熱源にし
て低温側に二次系排熱利用供給水を加熱させる機能を備
えた複合機能を有する熱交換器である。一番下部に設置
される凝縮水回収タンク３は、その上部の排ガス処理装
置２からエルミネータ８を通じて凝縮回収した凝縮水の
回収タンクで、この凝縮水回収タンク３に溜まった水は
水処理装置１０により水処理した後、再び燃料電池発電
プラント本体側の燃料電池冷却水系に戻される。

【００１６】次に、本実施例である図１の一体型排熱回
収装置Ｄ１を構成する各熱交換器の二次系排熱利用供給
水の加熱形態について説明する。まず、低温の供給水が
二次系排熱利用供給水循環ポンプ９を介して排ガス処理
装置２の凝縮水回収熱交換器７下部の供給水入口ノズル
から流入して、熱交換効率をよくするために排ガスと対
向する上向きの流れで排ガス処理装置２の凝縮水回収熱
交換器７及びリン酸回収熱交換器５を流れ、排ガスと熱
交換する。排ガス処理装置２にて排ガスの熱エネルギー
により加熱され低温側出口ノズルから流出した二次系排
熱利用供給温水は、そのまま温水排熱利用装置１４に供
給してもよいが、さらに高温水、高温蒸気として排熱利
用装置１４に供給するために、一次側に加熱源として電
池冷却水を流す蒸気発生器１の二次側に供給する。蒸気
発生器１では、排ガス処理装置２にて加熱された温水が
蒸気発生器１の二次側に供給され、一次側の加熱源とし
ての電池冷却水と熱交換することにより、蒸気発生器１
の上部より飽和蒸気が発生し、発生した飽和蒸気は飽和
蒸気供給ライン１１を通じて蒸気排熱利用装置１２に供
給される。蒸気排熱利用装置１２の蒸気排熱の利用形態
により、飽和蒸気、或いはそれ以下の湿り蒸気にても十
分な利用価値がある場合には、この蒸気発生器１にて発
生した飽和蒸気を飽和蒸気供給ライン１１を通じてその
まま蒸気排熱利用装置１２に供給する。また、蒸気発生
器１の下部よりブローする温水を蒸気発生器ブローライ
ン１３を通じて水処理装置１０に戻し、電池冷却水系と
して再利用するだけでなく、温水排熱利用装置１４に供
給し温水排熱として利用することができる。

【００１７】この排ガス処理装置２には、燃料電池本体
の電解質から気散し、生成水蒸気と共に排出されるリン
酸溶液を含む排ガスからリン酸を除去回収するリン酸除
去機能と、排ガス中に含まれる生成水蒸気を凝縮回収す
る凝縮水回収機能を備えている（特願平４−２０３６５
０号を参照）。またこの排ガス処理装置２にて回収した
凝縮回収水は凝縮回収水ライン１５を通じて水処理装置
１０に戻し、電池冷却水系として再利用することによ
り、プラントに外部からの補給水なしでの自立運転が可
能となる。

【００１８】図２は、本発明の第２の実施例に係る一体
型排熱回収装置の構成図である。本実施例の一体型排熱
回収装置Ｄ２は、上部から蒸気過熱器４、蒸気発生器
１、排ガス処理装置２、凝縮水回収タンク３により構成
されている。本実施例の一体型排熱回収装置Ｄ２は、上
記第１実施例の燃料電池発電プラントの排熱として過熱
蒸気を取出す構成を付加したものである。すなわち、蒸
気発生器１にて発生した飽和蒸気は、蒸気供給ライン１
１を通じて電池冷却水系と分離した状態で飽和蒸気を蒸
気排熱利用装置１２に供給しているが、蒸気排熱利用装
置１２の蒸気排熱の利用形態により、さらに高品位な熱
源として過熱蒸気が必要とされる場合に対応できるよう
に蒸気発生器１の上部に蒸気過熱器４が設置されてい
る。

【００１９】したがって、上記第１実施例と同様に、ま
ず、低温の供給水が二次系排熱利用供給水循環ポンプ９
を介して排ガス処理装置２の凝縮水回収熱交換器７下部
の供給水入口ノズルから流入して、上向きの流れで排ガ
ス処理装置２にて排ガスの熱エネルギーにより加熱さ
れ、さらに、一次側に加熱源として電池冷却水を流す蒸
気発生器１の二次側に供給され、電池冷却水と熱交換す
ることにより蒸気発生器１の上部より飽和蒸気を発生さ
せ、発生した飽和蒸気は蒸気発生器１上部の蒸気供給ダ
クト１６を通じて蒸気過熱器４に供給される。この蒸気
過熱器４では、蒸気発生器１にて発生した飽和蒸気が蒸
気過熱器４の二次側に供給され、一次側の加熱源とし
て、たとえば燃料改質器の排ガス放出系の下流の高温排
ガスを利用し、燃料改質器を出た高温排ガスと熱交換す
ることにより蒸気発生器１の上部より過熱蒸気を発生さ
せ、発生した過熱蒸気は過熱蒸気供給ライン１７を経て
蒸気排熱利用装置１２に供給される。このように、燃料
電池冷却水系と分離された形で蒸気排熱利用装置１２の
二次蒸気発生系に乾き飽和蒸気以上の過熱蒸気を燃料電
池冷却水系と分離された形で蒸気排熱利用装置１２の二
次蒸気発生系に供給できる。

【００２０】なお、蒸気発生器１にて発生した飽和蒸気
を飽和蒸気供給ライン１１を通じてそのまま蒸気排熱利
用装置１２に供給する系統にすることもできる。図３
は、図２の本発明の第２の実施例に係る一体型排熱回収
装置の模式図の一例で、一体型排熱回収装置Ｄ２の熱交
換器部の具体例の一例として下部の排ガス処理装置２の
熱交換器部はガス−水の熱交換で一般的なフィン−チュ
ーブ熱交換器、中間部の蒸気発生器１は一般的な２パス
のケトル式熱交換器、上部の蒸気過熱器４は１パスのシ
ェル＆チューブ式熱交換器にて各々設計した場合の概略
斜視図である。なお、各々の熱交換器の設計について
は、本実施例で示した以外に様々なタイプの熱交換器が
適用できることは言うまでもない。

【００２１】図４は、上記一体型排熱回収装置Ｄ２を燃
料電池発電装置に横置設置した模式図である。同図に示
すように、燃料電池本体、改質器及びその他機器類から
なる燃料電池発電装置のすぐ横に一体型排熱回収装置Ｄ
２を設置した燃料電池発電システムを示したものであ
り、図７の排熱回収用機器を組み込んだ従来の燃料電池
発電装置と違い、主に燃料電池発電に関する機器を一つ
の発電機器ボックス内に組み込み、この外置に一体型排
熱回収装置を一つの排熱回収装置ボックス内に組み込ん
だ構成としたものであるので、輸送を行う際には発電シ
ステムを各装置毎に分散化して輸送することができる。
また、各装置を設置、据付けの際には、発電機器ボック
スと排熱回収装置ボックスとを据付け現場で配管接続す
るだけでよく、各装置の輸送、設置、据付けを楽に行う
ことができ、プラント設備の据付けコストも安くするこ
とができる。

【００２２】さらに、図６の発電系統図により本発明の
燃料電池発電システムの運転制御方法について説明す
る。なお、既に説明した従来例と同様な部分には同一符
号を付してその説明は省略する。

【００２３】同図に示すように、温水供給三方弁１８を
排ガス処理装置２の低温側温水出口配管ラインに設置す
ることにより、排ガス処理装置２の低温側にて発生した
温水を温水排熱利用装置１４等に供給すると同時に、蒸
気発生器１の二次側にもこの温水を供給できる。また、
この温水供給三方弁１８の開度を調節することにより、
蒸気排熱利用装置１２の二次蒸気発生系に蒸気を供給す
る蒸気供給量、及び温水排熱利用装置１４等に温水を供
給する温水供給量の割合をコントロールすることが可能
となる。この場合、気水分離器１９と蒸気発生器１とを
結ぶ配管ラインには蒸気発生器入口制御弁２０が設けら
れ、このバイパス配管ライン２１に蒸気発生器バイパス
制御弁２２が設けられる。２３は蒸気発生器１内の蒸気
圧力を検出する圧力検出器、また２４は蒸気発生器１の
圧力を所定値に保つように圧力調整弁２５の開度を調節
する圧力コントローラである。

【００２４】また、排ガス処理装置２の低温側に水処理
装置１０にて水処理された冷水を供給し、排ガス処理装
置２にて加熱され水処理された温水を、蒸気発生器１の
二次側に供給するのみでなく、この温水を電池冷却水系
にも供給できるよう温水供給三方弁１８を排ガス処理装
置２の低温側温水出口に設置し、この温水供給三方弁１
８の開度を調節することにより、蒸気排熱利用装置１２
の二次蒸気発生系に蒸気を供給する蒸気供給量、及び電
池冷却水系に水処理された温水を供給する温水供給量の
割合をコントロールできるようにすることもできる。

【００２５】このように、排ガス処理装置２の低温側温
水出口に温水供給三方弁１８を設置することにより、排
ガス処理装置２において冷水から加熱された温水を、こ
の温水供給三方弁１８の開度を調節することにより、蒸
気排熱利用装置１２の二次蒸気発生系に蒸気を供給する
蒸気供給量、及び温水排熱利用装置等に温水を供給する
温水供給量の割合をコントロールすることができ、さら
にまた、排ガス処理装置２の低温側に水処理装置１０に
て水処理された冷水から加熱された温水を、蒸気発生器
１の二次側に供給するのみでなく、この温水を電池冷却
水系に供給できるよう温水供給三方弁１８を排ガス処理
装置２の低温側温水出口に設置し、この温水供給三方弁
１８の開度を調節することにより、蒸気排熱利用装置１
２の二次蒸気発生系に蒸気を供給する蒸気供給量、及び
電池冷却水系に水処理された温水を供給する温水供給量
の割合をコントロールすることができ、燃料電池発電シ
ステムとその排熱利用装置との冗長性を向上させること
ができる。

【００２６】ここで、第１及び第２の実施例である図１
及び図２，図３では共に、蒸気発生器１の低温側におい
て発生した飽和二次蒸気を燃料改質器２６のバーナ燃焼
排ガスの熱エネルギーにより、さらに乾き飽和蒸気以上
の過熱蒸気にする蒸気過熱器４を蒸気発生器１の二次側
後流に設置し、蒸気過熱器４を燃料改質器２６を出たバ
ーナ燃焼排ガスがバーナ空気予熱器２７で空気と熱交換
した後流に配置しているが、燃料改質器２６の性能、プ
ラントの効率により、蒸気過熱器４をバーナ空気予熱器
２７の手前に配置することもできることは言うまでもな
い。

【００２７】図５は、本発明の第３の実施例に係る一体
型排熱回収装置の構成図である。本実施例の一体型排熱
回収装置Ｄ３の構成としては、前記実施例と同様に、上
部から蒸気過熱器４、蒸気発生器１、排ガス処理装置
２、凝縮水回収タンク３のように配置されているが、さ
らに、ブローダウン水排熱回収系予熱器２８を排ガス処
理装置２の上側に設置したものである。すなわち、図５
に示すように、ブローダウン水排熱回収系予熱器２８
は、水処理装置１０に戻す電池冷却水のブローダウン水
の余剰熱により排ガス処理装置２を出た二次系排熱利用
供給水をさらに加熱し、高温排熱回収効率を高めるべく
設置したもので、この熱交換器は水−水熱交換であるた
めコンパクトになり、一般のシュル＆チューブ式或いは
プレート式熱交換器等で対応でき、一体型排ガス処理装
置の上部、蒸気発生器の横近辺に設置可能である。しか
も排熱回収系の水はブローダウン水排熱回収系予熱器２
８で飽和水近傍まで加熱されているため、蒸気発生器１
の容積を小さくできることから、プラント設備の小形化
と、コストダウンを図ることができる。

【００２８】このように構成された一体型排熱回収装置
Ｕ３によりプラントからの排熱回収に係わる機器、すな
わち蒸気過熱器４、蒸気発生器１、排ガス処理装置２、
及びブローダウン水排熱回収系予熱器２８をまとめて一
体化することにより、本発明の第１及び第２の実施例に
付加して、さらに、高温排熱回収効率の向上、一体型排
熱回収装置を燃料電池発電システムからの排熱の利用形
態に合わせた設計を可能にすることができる。

【００２９】なお、図中、一体型排熱回収装置Ｕ３の排
ガス処理装置２の熱交換器部はガス−水の熱交換で一般
的なフィン−チューブ熱交換器、蒸気発生器１は一般的
な２パスのケトル式熱交換器、蒸気過熱器４は１パスの
シェル＆チューブ式熱交換器、また、ブローダウン水排
熱回収系予熱器２８も１パスのシュル＆チューブ式熱交
換器にて描いているが、様々なタイプの熱交換器が適用
できることは言うまでもない。

【００３０】また、本実施例の一体型排熱回収装置Ｕ３
は、蒸気過熱器４、蒸気発生器１、排ガス処理装置２、
ブローダウン水排熱回収系予熱器２８等のプラントから
の排熱回収に係わる機器、及び凝縮水回収タンク３によ
り構成されているが、排熱回収装置の効率的な運用を行
うために、これらに付帯する機器等、例えばポンプ、弁
等を本一体型排熱回収装置内に設置してもよい。

【００３１】さらにまた、ここでは、本発明の第２の実
施例に係る一体型排熱回収装置Ｄ２についてのみ、その
構成図、模式図、プラント横置設置模式図の例を示し、
第１，第３の実施例については、各々その構成図及び模
式図のみを示し、他は省略しているが、これらについて
も第２の実施例の場合と同様に示すことができる。

【００３２】上述したように、上記各実施例では、排ガ
ス処理装置２にて加熱された温水を蒸気発生器１の二次
側に供給し、電池冷却水系の余剰熱により加熱して飽和
蒸気を発生させているので、電池冷却水系と分離した状
態で飽和蒸気を蒸気排熱利用装置１２に供給でき、また
蒸気発生器１の二次側でさらに加熱された高温水を温水
排熱利用装置１４に高温水として同時に供給でき、排熱
利用の多様化に対応させることができる。また、燃料電
池発電プラントの排熱回収装置の排熱回収性能の向上、
容積の小形化を図ることができる。すなわち、二次系排
熱利用供給水として冷水を排ガス処理装置２の低温側に
供給することにより、排ガス中に含まれる生成水蒸気を
凝縮回収する凝縮水回収機能を向上させることができ、
排ガス処理装置２自体の容積を小形化することができ
る。また、排ガス処理装置２の低温側で得られたこの排
熱回収温水を蒸気発生器１の二次側に供給することによ
り蒸気発生器１の蒸発性能を向上させることができ、蒸
気発生器１の容積も小形化することができ、従来に比べ
プラント設備も小形化できると共に、経済的にも有利で
ある。さらにまた、この一体型排熱回収装置Ｕ３をプラ
ントの外置きに設置することが可能となり、且つ、この
一体型排熱回収装置Ｕ３を燃料電池発電システムからの
排熱の利用形態に合わせた設計が可能となる。すなわ
ち、排熱の利用形態により、例えば、高温の飽和蒸気よ
りも過熱蒸気を必要とする場合には、蒸気発生器１の設
計を蒸気過熱器４の発生過熱蒸気量に合わせた設計を行
うこと、また、高温の飽和蒸気と高温水を必要とする場
合には、蒸気過熱器４を取付ける代りに、燃料改質器２
６のバーナ燃焼排ガスの熱エネルギーにより高温の飽和
蒸気を発生させ、例えばこの蒸気発生器１の下側より加
熱された高温水を取出すような蒸気発生器１の設計を行
うこと等が可能となる。

【００３３】上記したように一体型排熱回収装置Ｕ３を
構成することにより、排ガス処理装置２、蒸気発生器
１、及び蒸気過熱器４を含めた燃料電池発電システムか
らの排熱回収装置をまとめて一体型とすることが可能と
なり、プラントの小形化、簡素化を図ることができ、排
熱回収系から外部への放熱ロス等も少なくすることがで
きる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、一体
型排ガス処理装置、蒸気発生器、蒸気過熱器等の排熱回
収用機器、及び凝縮水回収タンクをまとめて一体型とす
ることにより、従来、これら排熱回収用機器の設計を各
々のプラントの排熱利用形態に合わせた設計を行ってい
たため、プラント内の機器配置、レイアウト、配管等の
引回し等にも影響し、プラント設備が複雑化したり、プ
ラント設備を製作するコストが高くなるという問題、シ
ステムからのトータル排熱回収効率が低下する等の問題
があったが、排熱回収用機器を一体化することにより、
これらの問題を解決でき、各プラント設備に合わせた排
熱回収用機器を設計し、この一体型排熱回収装置をプラ
ントの外置きに設置することを可能にすることができ
る。また各プラント毎に排熱利用側の排熱利用形態が異
なり排熱回収用機器の各々設計が変わる場合にも、プラ
ント内の機器配置、レイアウト、配管等の引回し等を全
く変更することなく、排熱回収用機器の各々の設計のみ
自由に変えることが可能となる。しかも、これら排熱回
収用機器をまとめてプラントの外置き設置が可能とな
り、従来に比べて燃料電池発電システムの排熱回収効率
を高め、放熱ロスを減らすことができ、システムの効率
向上、シンプル化を図った燃料電池発電システムの一体
型排熱回収装置を提供することができる。

【００３５】また、この一体型排熱回収装置を燃料電池
発電プラントの外置き設置により排熱回収に係わる装
置、特に、蒸気発生器、一体型排ガス処理装置の熱交換
器類の性能を向上させ、これら排熱回収機器の容積を小
形化することができると共に、従来に比べ燃料電池発電
プラント本体、及びこの一体型排熱回収装置の各々の機
器配置等の標準化が行いやすくなり、経済的にも有利で
ある。

【００３６】さらに、乾き飽和蒸気以上の過熱蒸気を燃
料電池冷却水系と分離された形で蒸気排熱利用装置の二
次蒸気発生系に供給することが可能となり、排熱利用の
多様化に対応可能な燃料電池発電システムの一体型排熱
回収装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る一体型排熱回収装
置の構成図。

【図２】本発明の第２の実施例に係る一体型排熱回収装
置の構成図。

【図３】本発明の第２の実施例に係る一体型排熱回収装
置の模式図。

【図４】本発明の第２の実施例に係る一体型排熱回収装
置からなるプラントの横置設置構成を示す概略断面図。

【図５】本発明の第３の実施例に係る一体型排熱回収装
置の模式図。

【図６】本発明の燃料電池発電システムの一例を示す系
統構成図。

【図７】従来の燃料電池発電装置の主要機器の配置構成
を示す概略横断面図。

【図８】燃料電池発電システムの発電負荷と総合熱効率
の関係を示す特性図。

【符号の説明】

１…蒸気発生器、２…排ガス処理装置、３…凝縮水回収
タンク、４…蒸気過熱器、５…リン酸回収熱交換器、６
…リン酸回収用受皿、７…凝縮水回収熱交換器、８…エ
ルミネータ、９…二次系排熱利用供給水循環ポンプ、１
０…水処理装置、１１…飽和蒸気供給ライン、１２…蒸
気排熱利用装置、１３…蒸気発生器ブローライン、１４
…温水排熱利用装置、１５…凝縮回収水ライン、１６…
蒸気供給ダクト、１７…過熱蒸気供給ライン、１８…温
水供給三方弁、１９…気水分離器、２０…蒸気発生器入
口制御弁、２１…バイパス配管ライン、２２…蒸気発生
器バイパス制御弁、２３…圧力検出器、２４…圧力コン
トローラ、２５…圧力調整弁、２６…燃料改質器、２７
…バーナ空気予熱器、２８…ブローダウン水排熱回収系
予熱器、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…一体型排熱回収装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料極、空気極及び冷却器を備えた燃料
   電池本体と、燃料を改質して生成された水素ガスを前記
   燃料電池本体の燃料極に供給する燃料改質器と、前記燃
   料電池本体の反応熱により加熱され二相流化した冷却水
   を気相と水相に分離する気水分離器と、この気水分離器
   で分離された冷却水を前記燃料電池本体の冷却器を通し
   て循環させる電池冷却水循環ポンプと、前記気水分離器
   の水相出口下流側に前記電池冷却水系の余剰熱により前
   記燃料電池冷却水系と分離された形で蒸気排熱利用装置
   の二次蒸気発生系に蒸気を供給する蒸気発生器と、燃料
   電池の電解質から気散し生成水蒸気と共に排出されるリ
   ン酸溶液を含む排ガスからリン酸を除去回収するリン酸
   除去機能と排ガス中に含まれる生成水蒸気を凝縮回収す
   る凝縮水回収機能を備えた排ガス処理装置とから構成さ
   れた燃料電池発電システムにおいて、前記蒸気発生器、
   前記排ガス処理装置、及び前記排ガス処理装置から凝縮
   回収した凝縮水の凝縮水回収タンク等の排熱回収に係る
   機器を一体化して一体型排熱回収装置とすると共にこの
   一体型排熱回収装置を当該プラントの外置きに設置した
   ことを特徴とする燃料電池発電システムの一体型排熱回
   収装置。