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JP3557104B2 - Phosphoric acid fuel cell power plant - Google Patents

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JP3557104B2
JP3557104B2 JP25126598A JP25126598A JP3557104B2 JP 3557104 B2 JP3557104 B2 JP 3557104B2 JP 25126598 A JP25126598 A JP 25126598A JP 25126598 A JP25126598 A JP 25126598A JP 3557104 B2 JP3557104 B2 JP 3557104B2
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Japan
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fuel cell
heat exchanger
air
exhaust gas
fuel
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哲雄 大橋
真樹 石沢
昌樹 山本
茂 岡田
常雄 植草
至誠 藁谷
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Toshiba Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Toshiba Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質器のバーナ側から排出される燃焼排ガス、および燃料電池本体の空気極から排出される空気排ガスが有する排熱を回収するための排ガス熱交換器を備えたリン酸型燃料電池発電プラントに係り、特に吸収式冷凍機を作動させることができるレベルの高温排熱を取り出す手段を備えたリン酸型燃料電池発電プラントに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、リン酸型燃料電池発電プラントは、電解質としてリン酸を用い、天然ガス等の原燃料を改質して得られる水素と、空気中の酸素とを電気化学的に反応させて直接発電を行なうものであり、高い発電効率を得ることができるものである。
【0003】
しかも、このリン酸型燃料電池発電プラントは、大気汚染物質の排出が少なく、騒音も小さいという、環境性に極めて優れた発電プラントとして評価されてきている。
【0004】
図4は、この種の従来のリン酸型燃料電池発電プラントの一例を示すシステム構成図である。
【0005】
図4において、燃料電池本体1は、電解質としてのリン酸を浸透したマトリックス(図示しない)を、燃料ガスが供給される燃料極1aと空気が供給される空気極1bとで挟んで単位セルを形成し、この単位セルを多数枚積層して構成したものであり、燃料電池本体1での燃料ガスと空気との電気化学反応により、直接電気が発電される。
【0006】
一方、天然ガス等の原燃料2は、改質器3の反応部3aに供給されて、改質反応により水素リッチの改質ガス4となり、燃料電池本体1の燃料極1aに供給される。
【0007】
また、反応用空気5は、ブロワ等の空気供給装置6により、燃料電池本体1の空気極1bに供給される。
【0008】
この時、燃料電池本体1で、改質ガス4中の水素と、反応用空気5中の酸素とが反応して電気が発電される。
【0009】
さらに、燃料電池本体1では、発電と同時に反応熱が生じるため、燃料電池本体1の反応温度を適正温度(約200℃程度)に保つことを目的として、燃料電池本体1に冷却板1cを設置し、電池冷却水7により冷却される。
【0010】
すなわち、電池冷却水7は、燃料電池本体1出口では二相流となり、水蒸気分離器8で蒸気と水とに分離される。そして、水蒸気分離器8で分離された電池冷却水7は、ポンプ9により加圧された後、冷却器10で冷却されて、燃料電池本体1に供給される。
【0011】
一方、燃料電池本体1の燃料極1aで反応を終えた改質ガス4には、未反応分の水素が残っているため、改質器3のバーナ部3bで燃焼して、反応部3aの加熱源となった後に、燃焼排ガス11として改質器3より排出される。また、燃料電池本体1の空気極1bで反応を終えた後の反応用空気5は、空気排ガス12として排出される。
【0012】
また、これら燃焼排ガス11と空気排ガス12は、合流して排ガス凝縮器13で冷却された後に、プラント排ガス14と凝縮水15とに分離される。そして、プラント排ガス14は、通常そのまま大気放出されるが、凝縮水15はプラントで再利用される。
【0013】
すなわち、一般に、排ガス凝縮器13の低温側には二次冷却水16が通水されており、燃焼排ガス11および空気排ガス12からの回収熱は、排熱利用熱交換器17を介して外部の温水利用設備18に供給される構成となっている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のリン酸型燃料電池発電プラントに使用されている排ガス凝縮器13は、燃焼排ガス11および空気排ガス12中の水蒸気の凝縮回収を主目的としているため、二次冷却水16の流量を減少させることが困難であり、排熱利用のための温水温度を高くすることができないという課題があった。
【0015】
本発明の目的は、排ガスからの熱回収を効率よく行ない、吸収式冷凍機を作動させることができるレベルの高温排熱を取り出すことが可能なリン酸型燃料電池発電プラントを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1の発明のリン酸型燃料電池発電プラントは、電解質としてリン酸を浸透したマトリックスを挟んで燃料極および空気極を配置してなり、当該燃料極に燃料ガスを供給すると共に空気極に空気を供給し、これら燃料ガスと空気との電気化学反応により発電を行なう燃料電池本体と、原燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成し、燃料電池本体の燃料極に燃料ガスとして供給する改質器と、燃料電池本体の空気極に空気を供給する空気供給装置と、改質器のバーナ側から排出される燃焼排ガス、および燃料電池本体の空気極から排出される空気排ガスが有する排熱を温水として回収する排熱回収熱交換器と、排熱回収熱交換器から排出される燃焼排ガスおよび空気排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し温水として回収する直接接触式熱交換器と、燃料電池本体の冷却水入口に設置され、燃料電池本体の反応温度を適正温度に保つように電池冷却水により冷却する冷却器と、排熱回収熱交換器および直接接触式熱交換器で回収され、さらに冷却器で熱交換することによって加温された温水により作動する単効用吸収式冷凍機と、前記直接接触式熱交換器で燃焼排ガスおよび空気排ガス中の水蒸気分が凝縮しない温度まで熱回収するための冷却塔とを備え、前記直接接触式熱交換器で回収された温水の一部を前記冷却塔に供給して冷却し、冷却水として前記直接接触式熱交換器に戻すことを特徴とする
【0017】
従って、請求項1の発明のリン酸型燃料電池発電プラントにおいては、改質器のバーナ側から排出される燃焼排ガス、および燃料電池本体の空気極から排出される空気排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し温水として回収する直接接触式熱交換器を用いることにより、冷却水が直接排ガスと接触するため高い伝熱特性が得られ、排ガス凝縮器の小型化を実現することができると共に、排熱回収熱交換器からの温水の取り出し温度を高めることにより、排ガスからの熱回収を効率よく行ない、単効用吸収式冷凍機を作動させることができるレベルの高温排熱を取り出すことが可能となる。
また、直接接触式熱交換器で燃焼排ガスおよび空気排ガス中の水蒸気分が凝縮しない温度まで熱回収するための冷却塔を付加し、直接接触式熱交換器で回収された温水の一部を冷却塔に供給して冷却し、冷却水として直接接触式熱交換器に戻すことにより、直接接触式熱交換器の温水の一部は、冷却塔を介して循環するので、排ガスからの熱回収をより一層効率よく行ない、吸収式冷凍機を作動させることができるレベルの高温排熱を取り出すことが可能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0021】
(第1の実施の形態)
図1は、本実施の形態によるリン酸型燃料電池発電プラントのシステム構成図であり、前記図4と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0022】
すなわち、本実施の形態のリン酸型燃料電池発電プラントは、図1に示すように、図4における排ガス凝縮器13、排熱利用熱交換器17、および温水利用設備18を省略し、これらに代えて、排熱回収熱交換器19、単効用吸収式冷凍機21、ポンプ22、直接接触式熱交換器23、および冷却塔26を付加した構成としている。
【0023】
排熱回収熱交換器19は、改質器3のバーナ側から排出される燃焼排ガス11、および燃料電池本体1の空気極1bから排出される空気排ガス12が有する排熱を高温熱源として、直接接触式熱交換器23からの温水を、85℃程度の温水20として回収する。
【0024】
直接接触式熱交換器23は、排熱回収熱交換器19からの排ガス(燃焼排ガスおよび空気排ガス)24に含まれる水蒸気を凝縮し、温水として回収する。
【0025】
単効用吸収式冷凍機21は、排熱回収熱交換器19および直接接触式熱交換器23で回収され、さらに冷却器10で熱交換することによって加温された温水により作動する。
【0026】
冷却塔26は、直接接触式熱交換器23で燃焼排ガス11および空気排ガス12中の水蒸気分が凝縮しない温度まで熱回収するためのもので、単効用吸収式冷凍機21を作動させた後にポンプ22を介して供給される温水20を、冷却水25として直接接触式熱交換器23に戻す。
【0027】
次に、以上のように構成した本実施の形態のリン酸型燃料電池発電プラントの作用について説明する。
【0028】
なお、前記図4と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【0029】
すなわち、図1において、排熱回収熱交換器19では、改質器3からの燃焼排ガス11、および燃料電池本体1からの空気排ガス12が有する排熱を高温熱源として、85℃程度の温水20が取り出される。
【0030】
この温水20は、燃料電池本体1の反応温度を適正値に維持するための冷却器10に供給され、ここでさらに燃料電池本体1の排熱を回収した後に、単効用吸収式冷凍機21に供給されてそれを作動させる。
【0031】
そして、単効用吸収式冷凍機21を作動させた後に温水20は、ポンプ22を介して冷却塔26に供給されて冷却され、冷却水25として直接接触式熱交換器23に戻され循環する。
【0032】
この場合、前述した排ガス凝縮器13の代わりに、改質器3からの燃焼排ガス11、および燃料電池本体1からの空気排ガス12に含まれる水蒸気を凝縮し温水として回収する直接接触式熱交換器23を用いていることにより、冷却水25が直接排ガス24と接触するため、従来の隔壁型熱交換器に比較して、高い伝熱特性が得られ、排ガス凝縮器の小型化を実現することができる。
【0033】
すなわち、直接接触式熱交換器23を用いることにより、排ガス凝縮器の小型化を実現すると共に、排熱回収熱交換器19からの温水20の取り出し温度を高めることにより、排ガスからの熱回収を効率よく行ない、単効用吸収式冷凍機21を作動させることができるレベルの高温排熱を取り出すことが可能となる。
【0034】
上述したように、本実施の形態のリン酸型燃料電池発電プラントでは、排ガスからの熱回収を効率よく行ない、単効用吸収式冷凍機21を作動させることができるレベルの高温排熱を取り出すことが可能となる。
【0035】
(第2の実施の形態)
図2は、本実施の形態によるリン酸型燃料電池発電プラントのシステム構成図であり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0036】
すなわち、本実施の形態のリン酸型燃料電池発電プラントは、図2に示すように、図1における単効用吸収式冷凍機21を省略し、これに代えて、単効用と二重効用の一体型吸収式冷凍機27を備えた構成としている。
【0037】
次に、以上のように構成した本実施の形態のリン酸型燃料電池発電プラントの作用について説明する。
【0038】
なお、前記図4と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【0039】
すなわち、図2において、排熱回収熱交換器19では、改質器3からの燃焼排ガス11、および燃料電池本体1からの空気排ガス12が有する排熱を高温熱源として、85℃程度の温水20が取り出される。
【0040】
この温水20は、燃料電池本体1の反応温度を適正値に維持するための冷却器10に供給され、ここでさらに燃料電池本体1の排熱を回収した後に、単効用と二重効用の一体型吸収式冷凍機27に供給されてそれを作動させる。
【0041】
そして、単効用と二重効用の一体型吸収式冷凍機27を作動させた後に温水20は、ポンプ22を介して冷却塔26に供給されて冷却され、冷却水25として直接接触式熱交換器23に戻され循環する。
【0042】
この場合、前述した単効用吸収式冷凍機21の代わりに、単効用と二重効用の一体型吸収式冷凍機27を用いていることにより、単効用と二重効用の一体型吸収式冷凍機27に供給される温水を有効的に利用することができる。
【0043】
すなわち、単効用と二重効用の一体型吸収式冷凍機27を用いることにより、排ガスからの熱回収を前述した第1の実施の形態に比べてより一層効率よく行ない、単効用と二重効用の一体型吸収式冷凍機27を作動させることができるレベルの高温排熱を取り出すことが可能となる。
【0044】
上述したように、本実施の形態のリン酸型燃料電池発電プラントでは、排ガスからの熱回収をより一層効率よく行ない、単効用と二重効用の一体型吸収式冷凍機27を作動させることができるレベルの高温排熱を取り出すことが可能となる。
【0045】
(第3の実施の形態)
図3は、本実施の形態によるリン酸型燃料電池発電プラントのシステム構成図であり、図2と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0046】
すなわち、本実施の形態のリン酸型燃料電池発電プラントは、図3に示すように、図2における直接接触式熱交換器23で回収された温水の一部を、ポンプ28を介して再度冷却塔26に供給して冷却し、冷却水25として直接接触式熱交換器23に戻す構成としている。
【0047】
次に、以上のように構成した本実施の形態のリン酸型燃料電池発電プラントの作用について説明する。
【0048】
なお、前記図2と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【0049】
すなわち、図3において、直接接触式熱交換器23の温水の一部は、ポンプ28を介して再度冷却塔26に供給され、単効用と二重効用の一体型吸収式冷凍機27を作動させ、ポンプ22を介して冷却塔26に供給される温水20と共に冷却され、冷却水25として直接接触式熱交換器23に戻され循環する。
【0050】
この場合、直接接触式熱交換器23の温水の一部を、ポンプ28を介して再度冷却塔26に供給して温水を循環させていることにより、直接接触式熱交換器23の温水循環ラインによって単効用と二重効用の一体型吸収式冷凍機27に供給される温水流量を絞ることができるため、温水温度を高くすることができる。
【0051】
すなわち、直接接触式熱交換器23の温水の一部をポンプ28を介して循環させることにより、排ガスからの熱回収を前述した第2の実施の形態に比べてより一層効率よく行ない、単効用と二重効用の一体型吸収式冷凍機27を作動させることができるレベルの高温排熱を取り出すことが可能となる。
【0052】
上述したように、本実施の形態のリン酸型燃料電池発電プラントでは、排ガスからの熱回収をさらにより一層効率よく行ない、単効用と二重効用の一体型吸収式冷凍機27を作動させることができるレベルの高温排熱を取り出すことが可能となる。
【0053】
(その他の実施の形態)
前述した第3の実施の形態では、直接接触式熱交換器23の温水の一部をポンプ28を介して循環させる構成を、吸収式冷凍機として単効用と二重効用の一体型吸収式冷凍機27を備えたリン酸型燃料電池発電プラントに適用する場合について説明したが、これに限らず、直接接触式熱交換器23の温水の一部をポンプ28を介して循環させる構成を、前述した第1の実施の形態のように、吸収式冷凍機として単効用吸収式冷凍機21を備えたリン酸型燃料電池発電プラントについても、同様に適用して前述の場合と同様の作用効果を得ることが可能である。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリン酸型燃料電池発電プラントによれば、排ガスからの熱回収を効率よく行ない、吸収式冷凍機を作動させることができるレベルの高温排熱を取り出すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるリン酸型燃料電池発電プラントの第1の実施の形態を示すシステム構成図。
【図2】本発明によるリン酸型燃料電池発電プラントの第2の実施の形態を示すシステム構成図。
【図3】本発明によるリン酸型燃料電池発電プラントの第3の実施の形態を示すシステム構成図。
【図4】従来のリン酸型燃料電池発電プラントの一例を示すシステム構成図。
【符号の説明】
1…燃料電池本体、
1a…燃料極、
1b…空気極、
1c…冷却板、
2…原燃料、
3…改質器、
3a…反応部、
3b…バーナ部、
4…改質ガス、
5…反応用空気、
6…空気供給装置、
7…電池冷却水、
8…水蒸気分離器、
9…ポンプ、
10…冷却器、
11…燃焼排ガス、
12…空気排ガス、
14…プラント排ガス、
15…凝縮水、
19…排熱回収熱交換器、
20…温水、
21…単効用吸収式冷凍機、
22…ポンプ、
23…直接接触式熱交換器、
24…排ガス、
25…冷却水、
26…冷却塔、
27…単効用と二効用の一体型吸収式冷凍機、
28…ポンプ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a phosphoric acid-type fuel provided with an exhaust gas heat exchanger for recovering combustion exhaust gas discharged from a burner side of a reformer and exhaust heat of air exhaust gas discharged from an air electrode of a fuel cell body. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery power plant, and more particularly to a phosphoric acid fuel cell power plant having a means for extracting high-temperature exhaust heat at a level at which an absorption refrigerator can be operated.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a phosphoric acid-type fuel cell power plant uses phosphoric acid as an electrolyte and electrochemically reacts hydrogen obtained by reforming raw fuel such as natural gas with oxygen in the air to directly generate power. And high power generation efficiency can be obtained.
[0003]
In addition, the phosphoric acid fuel cell power plant has been evaluated as a power plant with extremely low environmental pollutants and low environmental noise.
[0004]
FIG. 4 is a system configuration diagram showing an example of this type of conventional phosphoric acid fuel cell power plant.
[0005]
In FIG. 4, a fuel cell body 1 has a unit cell in which a matrix (not shown) impregnated with phosphoric acid as an electrolyte is sandwiched between a fuel electrode 1a supplied with fuel gas and an air electrode 1b supplied with air. The unit cell is formed by stacking a large number of the unit cells, and electricity is directly generated by an electrochemical reaction between fuel gas and air in the fuel cell body 1.
[0006]
On the other hand, the raw fuel 2 such as natural gas is supplied to the reaction section 3a of the reformer 3, becomes a hydrogen-rich reformed gas 4 by a reforming reaction, and is supplied to the fuel electrode 1a of the fuel cell body 1.
[0007]
The reaction air 5 is supplied to the air electrode 1b of the fuel cell main body 1 by an air supply device 6 such as a blower.
[0008]
At this time, in the fuel cell main body 1, hydrogen in the reformed gas 4 reacts with oxygen in the reaction air 5 to generate electricity.
[0009]
Further, in the fuel cell main body 1, since heat of reaction is generated simultaneously with power generation, a cooling plate 1c is installed in the fuel cell main body 1 for the purpose of keeping the reaction temperature of the fuel cell main body 1 at an appropriate temperature (about 200 ° C.). Then, the battery is cooled by the battery cooling water 7.
[0010]
That is, the cell cooling water 7 has a two-phase flow at the outlet of the fuel cell main body 1 and is separated into steam and water by the steam separator 8. The battery cooling water 7 separated by the steam separator 8 is pressurized by a pump 9, cooled by a cooler 10, and supplied to the fuel cell main body 1.
[0011]
On the other hand, since unreacted hydrogen remains in the reformed gas 4 which has been reacted at the fuel electrode 1a of the fuel cell body 1, it is burned in the burner section 3b of the reformer 3 and the reaction section 3a After becoming a heating source, it is discharged from the reformer 3 as a combustion exhaust gas 11. Further, the reaction air 5 after the reaction is completed at the air electrode 1b of the fuel cell main body 1 is discharged as an air exhaust gas 12.
[0012]
Further, the combustion exhaust gas 11 and the air exhaust gas 12 are combined and cooled by the exhaust gas condenser 13, and then separated into the plant exhaust gas 14 and the condensed water 15. Then, the plant exhaust gas 14 is normally released to the atmosphere as it is, but the condensed water 15 is reused in the plant.
[0013]
That is, generally, the secondary cooling water 16 is passed through the low temperature side of the exhaust gas condenser 13, and the recovered heat from the combustion exhaust gas 11 and the air exhaust gas 12 is supplied to an external heat exchanger 17 through the exhaust heat utilization heat exchanger 17. It is configured to be supplied to the hot water utilization equipment 18.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the exhaust gas condenser 13 used in such a conventional phosphoric acid-type fuel cell power plant mainly aims to condense and recover the water vapor in the combustion exhaust gas 11 and the air exhaust gas 12, so that the secondary cooling water 16 is used. However, there is a problem that it is difficult to reduce the flow rate of hot water, and it is not possible to increase the temperature of hot water for utilizing exhaust heat.
[0015]
An object of the present invention is to provide a phosphoric acid-type fuel cell power plant capable of efficiently recovering heat from exhaust gas and extracting high-temperature exhaust heat at a level that can operate an absorption refrigerator. .
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the phosphoric acid fuel cell power plant according to the first aspect of the present invention has a fuel electrode and an air electrode arranged with a matrix impregnated with phosphoric acid as an electrolyte, A fuel cell body that supplies fuel gas and air to the air electrode to generate electricity by an electrochemical reaction between the fuel gas and air, and a reformed gas containing hydrogen as a main component by reforming raw fuel with steam A reformer that supplies as fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell body, an air supply device that supplies air to the air electrode of the fuel cell body, and a combustion exhaust gas discharged from the burner side of the reformer. Heat recovery heat exchanger that recovers exhaust heat of air exhaust gas discharged from the air electrode of the fuel cell body as hot water, and steam contained in combustion exhaust gas and air exhaust gas discharged from the exhaust heat recovery heat exchanger A direct contact heat exchanger that condenses and collects hot water, a cooler that is installed at the cooling water inlet of the fuel cell body and cools with battery cooling water so that the reaction temperature of the fuel cell body is maintained at an appropriate temperature, and a waste heat A single-effect absorption refrigerator that is recovered by a recovery heat exchanger and a direct contact heat exchanger, and is operated by hot water heated by exchanging heat with a cooler; and a flue gas exhausted by the direct contact heat exchanger. And a cooling tower for recovering heat to a temperature at which water vapor in the air exhaust gas is not condensed, and a part of the hot water recovered by the direct contact heat exchanger is supplied to the cooling tower for cooling, and cooling is performed. The water is returned to the direct contact heat exchanger as water .
[0017]
Therefore, in the phosphoric acid type fuel cell power plant according to the first aspect of the present invention, the water vapor contained in the combustion exhaust gas discharged from the burner side of the reformer and the air exhaust gas discharged from the air electrode of the fuel cell body is condensed. By using a direct contact heat exchanger that recovers hot water, the cooling water comes in direct contact with the exhaust gas, so high heat transfer characteristics can be obtained, miniaturization of the exhaust gas condenser can be realized, and exhaust heat recovery By increasing the temperature at which hot water is taken out of the heat exchanger, heat can be efficiently recovered from exhaust gas, and high-temperature exhaust heat at a level that can operate a single-effect absorption refrigerator can be taken out.
In addition, a cooling tower has been added to recover heat to a temperature at which water vapor in the exhaust gas and air exhaust gas does not condense in the direct contact heat exchanger, and part of the warm water recovered in the direct contact heat exchanger is cooled. By supplying the cooling water to the tower and returning it to the direct contact heat exchanger as cooling water, part of the warm water of the direct contact heat exchanger circulates through the cooling tower, so that heat recovery from exhaust gas can be recovered. It is possible to extract the high-temperature exhaust heat at a level that can be operated more efficiently and can operate the absorption refrigerator.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
(First Embodiment)
FIG. 1 is a system configuration diagram of a phosphoric acid fuel cell power plant according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Only different parts will be described here. .
[0022]
That is, as shown in FIG. 1, the phosphoric acid-type fuel cell power plant according to the present embodiment omits the exhaust gas condenser 13, the exhaust heat utilization heat exchanger 17, and the hot water utilization facility 18 in FIG. Instead, the exhaust heat recovery heat exchanger 19, the single-effect absorption refrigerator 21, the pump 22, the direct contact heat exchanger 23, and the cooling tower 26 are added.
[0023]
The exhaust heat recovery heat exchanger 19 directly uses the exhaust heat of the combustion exhaust gas 11 discharged from the burner side of the reformer 3 and the air exhaust gas 12 discharged from the air electrode 1b of the fuel cell body 1 as a high-temperature heat source. The hot water from the contact heat exchanger 23 is recovered as hot water 20 at about 85 ° C.
[0024]
The direct contact heat exchanger 23 condenses the steam contained in the exhaust gas (combustion exhaust gas and air exhaust gas) 24 from the exhaust heat recovery heat exchanger 19 and recovers it as hot water.
[0025]
The single-effect absorption refrigerator 21 is operated by hot water recovered by the exhaust heat recovery heat exchanger 19 and the direct contact heat exchanger 23 and further heated by exchanging heat with the cooler 10.
[0026]
The cooling tower 26 is for recovering heat to a temperature at which steam in the combustion exhaust gas 11 and the air exhaust gas 12 is not condensed by the direct contact heat exchanger 23, and the pump is operated after the single-effect absorption refrigerator 21 is operated. The hot water 20 supplied via the pipe 22 is returned to the direct contact heat exchanger 23 as cooling water 25.
[0027]
Next, the operation of the phosphoric acid fuel cell power plant according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0028]
The description of the operation of the same parts as in FIG. 4 will be omitted, and only the operation of the different parts will be described here.
[0029]
That is, in FIG. 1, the exhaust heat recovery heat exchanger 19 uses the exhaust heat of the combustion exhaust gas 11 from the reformer 3 and the air exhaust gas 12 from the fuel cell body 1 as a high-temperature heat source, and uses hot water 20 Is taken out.
[0030]
This hot water 20 is supplied to the cooler 10 for maintaining the reaction temperature of the fuel cell main body 1 at an appropriate value. After further recovering the exhaust heat of the fuel cell main body 1, the hot water 20 is supplied to the single-effect absorption refrigerator 21. Supplied to operate it.
[0031]
Then, after operating the single-effect absorption refrigerator 21, the hot water 20 is supplied to the cooling tower 26 via the pump 22 to be cooled, returned as the cooling water 25 to the direct contact heat exchanger 23 and circulated.
[0032]
In this case, instead of the exhaust gas condenser 13 described above, a direct contact heat exchanger that condenses steam contained in the combustion exhaust gas 11 from the reformer 3 and the air exhaust gas 12 from the fuel cell body 1 and collects it as hot water. Since the cooling water 25 comes into direct contact with the exhaust gas 24 by using the heat exchanger 23, high heat transfer characteristics can be obtained as compared with the conventional partition type heat exchanger, and the exhaust gas condenser can be downsized. Can be.
[0033]
That is, by using the direct contact heat exchanger 23, the exhaust gas condenser can be miniaturized, and the temperature at which the hot water 20 is taken out of the exhaust heat recovery heat exchanger 19 can be increased to recover heat from the exhaust gas. It is possible to efficiently extract high-temperature exhaust heat at a level that can operate the single-effect absorption refrigerator 21 efficiently.
[0034]
As described above, in the phosphoric acid fuel cell power generation plant of the present embodiment, heat is efficiently recovered from exhaust gas, and high-temperature exhaust heat at a level that can operate the single-effect absorption refrigerator 21 is extracted. Becomes possible.
[0035]
(Second embodiment)
FIG. 2 is a system configuration diagram of the phosphoric acid fuel cell power plant according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Here, only different parts will be described.
[0036]
That is, as shown in FIG. 2, the phosphoric acid fuel cell power plant according to the present embodiment omits the single-effect absorption refrigerator 21 in FIG. It is configured to include a body-type absorption refrigerator 27.
[0037]
Next, the operation of the phosphoric acid fuel cell power plant according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0038]
The description of the operation of the same parts as in FIG. 4 will be omitted, and only the operation of the different parts will be described here.
[0039]
That is, in FIG. 2, the exhaust heat recovery heat exchanger 19 uses the exhaust heat of the combustion exhaust gas 11 from the reformer 3 and the exhaust gas 12 from the fuel cell body 1 as a high-temperature heat source, and uses hot water 20 at about 85 ° C. Is taken out.
[0040]
The hot water 20 is supplied to the cooler 10 for maintaining the reaction temperature of the fuel cell main body 1 at an appropriate value. After further recovering the exhaust heat of the fuel cell main body 1, the hot water 20 is used for single effect and double effect. It is supplied to the body-type absorption refrigerator 27 to operate it.
[0041]
Then, after the single-effect and double-effect integrated absorption refrigerator 27 is operated, the hot water 20 is supplied to the cooling tower 26 via the pump 22 and cooled, and is used as the cooling water 25 as a direct contact heat exchanger. Return to 23 and circulate.
[0042]
In this case, by using the single-effect and double-effect integrated absorption chiller 27 instead of the single-effect absorption chiller 21 described above, the single-effect and double-effect absorption chiller is used. The hot water supplied to 27 can be used effectively.
[0043]
That is, by using the single-effect and double-effect absorption chillers 27, heat recovery from the exhaust gas can be performed more efficiently than in the first embodiment described above. It is possible to extract high-temperature exhaust heat at a level at which the integrated absorption refrigerator 27 can be operated.
[0044]
As described above, in the phosphoric acid fuel cell power plant according to the present embodiment, heat recovery from exhaust gas can be performed even more efficiently, and the single-effect and double-effect integrated absorption refrigerator 27 can be operated. A high level of high-temperature exhaust heat can be extracted.
[0045]
(Third embodiment)
FIG. 3 is a system configuration diagram of the phosphoric acid fuel cell power plant according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only different parts will be described here.
[0046]
That is, as shown in FIG. 3, the phosphoric acid fuel cell power plant according to the present embodiment cools part of the hot water collected by the direct contact heat exchanger 23 in FIG. The cooling is performed by supplying the cooling water 25 to the tower 26 and returning the cooling water 25 to the direct contact heat exchanger 23.
[0047]
Next, the operation of the phosphoric acid fuel cell power plant according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0048]
The description of the operation of the same parts as in FIG. 2 is omitted, and only the operation of the different parts will be described here.
[0049]
That is, in FIG. 3, a part of the hot water of the direct contact heat exchanger 23 is supplied again to the cooling tower 26 via the pump 28 to operate the single-effect and double-effect integrated absorption refrigerator 27. Is cooled together with the hot water 20 supplied to the cooling tower 26 via the pump 22, and is returned to the direct contact heat exchanger 23 as the cooling water 25 and circulated.
[0050]
In this case, a part of the hot water of the direct contact heat exchanger 23 is supplied again to the cooling tower 26 via the pump 28 to circulate the hot water, thereby providing a hot water circulation line of the direct contact heat exchanger 23. Accordingly, the flow rate of hot water supplied to the single-effect and double-effect integrated absorption refrigerator 27 can be reduced, so that the temperature of the hot water can be increased.
[0051]
That is, by circulating a portion of the hot water of the direct contact heat exchanger 23 through the pump 28, heat recovery from the exhaust gas is performed more efficiently than in the above-described second embodiment. This makes it possible to extract high-temperature exhaust heat at a level at which the integrated absorption refrigerator 27 for double effect can be operated.
[0052]
As described above, in the phosphoric acid fuel cell power plant of the present embodiment, heat recovery from exhaust gas is performed even more efficiently, and the single-effect and double-effect integrated absorption refrigerator 27 is operated. It is possible to take out high-temperature exhaust heat at a level that can be obtained.
[0053]
(Other embodiments)
In the third embodiment described above, the configuration in which a portion of the hot water of the direct contact heat exchanger 23 is circulated through the pump 28 is a single-effect and double-effect integrated absorption refrigeration as an absorption refrigerator. The case where the present invention is applied to the phosphoric acid type fuel cell power plant equipped with the heat exchanger 27 has been described. However, the present invention is not limited to this. As in the first embodiment described above, a phosphoric acid fuel cell power plant including a single-effect absorption refrigerator 21 as an absorption refrigerator can be similarly applied to achieve the same operation and effect as in the above-described case. It is possible to get.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the phosphoric acid fuel cell power plant of the present invention, it is possible to efficiently recover heat from exhaust gas and to extract high-temperature exhaust heat at a level that can operate an absorption refrigerator. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of a phosphoric acid fuel cell power plant according to the present invention.
FIG. 2 is a system configuration diagram showing a second embodiment of the phosphoric acid fuel cell power plant according to the present invention.
FIG. 3 is a system configuration diagram showing a third embodiment of a phosphoric acid fuel cell power plant according to the present invention.
FIG. 4 is a system configuration diagram showing an example of a conventional phosphoric acid fuel cell power plant.
[Explanation of symbols]
1 ... fuel cell body,
1a: fuel electrode,
1b ... air electrode,
1c: cooling plate,
2 ... raw fuel,
3 ... reformer,
3a: reaction section,
3b: Burner part,
4 ... reformed gas,
5 ... Reaction air,
6 ... air supply device,
7 ... Battery cooling water,
8 ... steam separator,
9 ... pump,
10 ... cooler,
11 ... combustion exhaust gas,
12 ... Air exhaust gas,
14. Plant exhaust gas,
15 ... condensed water,
19 ... waste heat recovery heat exchanger,
20 ... warm water,
21 ... Single-effect absorption refrigerator
22 ... pump,
23 direct contact heat exchanger,
24 ... exhaust gas,
25 ... cooling water,
26 ... cooling tower,
27… Single-effect and two-effect integrated absorption refrigerator
28 ... Pump.

Claims (1)

電解質としてリン酸を浸透したマトリックスを挟んで燃料極および空気極を配置してなり、当該燃料極に燃料ガスを供給すると共に空気極に空気を供給し、これら燃料ガスと空気との電気化学反応により発電を行なう燃料電池本体と、
原燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成し、燃料電池本体の燃料極に燃料ガスとして供給する改質器と、
燃料電池本体の空気極に空気を供給する空気供給装置と、
改質器のバーナ側から排出される燃焼排ガス、および燃料電池本体の空気極から排出される空気排ガスが有する排熱を温水として回収する排熱回収熱交換器と、
排熱回収熱交換器から排出される燃焼排ガスおよび空気排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し温水として回収する直接接触式熱交換器と、
燃料電池本体の冷却水入口に設置され、燃料電池本体の反応温度を適正温度に保つように電池冷却水により冷却する冷却器と、
前記排熱回収熱交換器および前記直接接触式熱交換器で回収され、さらに前記冷却器で熱交換することによって加温された温水により作動する単効用吸収式冷凍機と、
前記直接接触式熱交換器で燃焼排ガスおよび空気排ガス中の水蒸気分が凝縮しない温度まで熱回収するための冷却塔とを備え、
前記直接接触式熱交換器で回収された温水の一部を前記冷却塔に供給して冷却し、冷却水として前記直接接触式熱交換器に戻すことを特徴とするリン酸型燃料電池発電プラント。
A fuel electrode and an air electrode are arranged with a matrix impregnated with phosphoric acid as an electrolyte. A fuel gas is supplied to the fuel electrode and air is supplied to the air electrode, and an electrochemical reaction between the fuel gas and the air is performed. A fuel cell body that generates power by
A reformer that generates a reformed gas containing hydrogen as a main component by steam reforming a raw fuel and supplies the reformed gas as a fuel gas to a fuel electrode of a fuel cell body;
An air supply device for supplying air to the air electrode of the fuel cell body,
A waste heat recovery heat exchanger that recovers, as warm water, combustion exhaust gas discharged from the burner side of the reformer, and exhaust heat of the air exhaust gas discharged from the air electrode of the fuel cell body,
A direct contact heat exchanger that condenses water vapor contained in the combustion exhaust gas and air exhaust gas discharged from the exhaust heat recovery heat exchanger and recovers it as hot water;
A cooler that is installed at a cooling water inlet of the fuel cell body and cools with a cell cooling water so as to maintain a reaction temperature of the fuel cell body at an appropriate temperature;
A single-effect absorption refrigerator that is recovered by the exhaust heat recovery heat exchanger and the direct contact heat exchanger, and is operated by hot water heated by exchanging heat with the cooler ;
A cooling tower for recovering heat to a temperature at which steam in the flue gas and air exhaust gas does not condense in the direct contact heat exchanger,
A part of the hot water recovered by the direct contact heat exchanger is supplied to the cooling tower to be cooled, and returned as cooling water to the direct contact heat exchanger, wherein the phosphoric acid fuel cell power plant is provided. .
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