JP7556445B1 - Fuel Cell Power Generation System - Google Patents
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Abstract
【課題】本開示は、排気において白煙の発生を抑制する燃料電池発電システムを提供する。
【解決手段】水素と酸素を化学反応させて発電する燃料電池部と、前記燃料電池部を冷却するための冷却液を供給する冷却液供給部と、前記冷却液により前記燃料電池部における排気を冷却する排気冷却部と、を備える燃料電池発電システム。
【選択図】図1
The present disclosure provides a fuel cell power generation system that suppresses the generation of white smoke in the exhaust.
[Solution] A fuel cell power generation system comprising a fuel cell section that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen, a coolant supply section that supplies a coolant for cooling the fuel cell section, and an exhaust cooling section that cools the exhaust gas from the fuel cell section using the coolant.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本開示は、燃料電池発電システムに関する。 This disclosure relates to a fuel cell power generation system.
特許文献1には、改質器と、水素と酸素を反応させて電気エネルギを得る電池と、反応条件を維持しプラント効率を高めるための熱交換器、及び制御システムを一つのパッケージに納めたパッケージ型燃料電池発電装置が開示されている。特許文献1には、燃料電池発電装置が、改質器排ガスと電池の排空気から熱と水を回収した後のプラント排気を、大気中に放出する前に冷却しプラント排気中の水蒸気を凝縮回収する冷却手段を設けることが開示されている。 Patent Document 1 discloses a packaged fuel cell power generation system that houses in a single package a reformer, a battery that reacts hydrogen and oxygen to obtain electrical energy, a heat exchanger for maintaining reaction conditions and increasing plant efficiency, and a control system. Patent Document 1 also discloses that the fuel cell power generation system is provided with a cooling means that cools the plant exhaust after recovering heat and water from the reformer exhaust gas and the battery exhaust air before releasing it into the atmosphere, and condenses and recovers the water vapor in the plant exhaust.
特許文献2には、燃料電池、燃料改質器等を含む発電装置の主要機器全体と、燃料電池の空気オフガスおよび燃料改質器の燃焼排ガスそれぞれに含まれる生成水を凝縮して回収する生成水回収装置とを備える燃料電池発電装置が開示されている。特許文献2には、燃料電池発電システムにおける、主要機器全体と、生成水回収装置とが、換気ファンにより強制換気されるパッケージ内に一括して収納されることが開示されている。
定置用燃料電池発電システムは、人の目にとまる場所に設置される場合がある。定置用燃料電池発電システムは、排気する際に白煙が生じると、人によっては不快に感じる場合がある。 Stationary fuel cell power generation systems may be installed in places where they are visible to the public. When stationary fuel cell power generation systems are exhausted, they give off white smoke that some people find unpleasant.
本開示は、排気において白煙の発生を抑制する燃料電池発電システムを提供する。 This disclosure provides a fuel cell power generation system that suppresses the generation of white smoke in the exhaust.
本開示の一の態様によれば、水素と酸素を化学反応させて発電する燃料電池部と、前記燃料電池部を冷却するための冷却液を供給する冷却液供給部と、前記冷却液により前記燃料電池部における排気を冷却する排気冷却部と、を備える燃料電池発電システムを提供する。 According to one aspect of the present disclosure, a fuel cell power generation system is provided that includes a fuel cell unit that generates power by chemically reacting hydrogen and oxygen, a coolant supply unit that supplies a coolant for cooling the fuel cell unit, and an exhaust cooling unit that cools the exhaust gas from the fuel cell unit with the coolant.
本開示の燃料電池発電システムによれば、排気において白煙の発生を抑制できる。 The fuel cell power generation system disclosed herein can suppress the generation of white smoke in the exhaust.
以下、実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Hereinafter, the embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the present disclosure is not limited to these examples, but is indicated by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の又は対応する機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する場合がある。また、理解を容易にするために、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。 In addition, with regard to the description of the specification and drawings relating to each embodiment, components having substantially the same or corresponding functional configurations may be given the same reference numerals to avoid redundant explanation. Also, to facilitate understanding, the scale of each part in the drawings may differ from the actual scale.
≪第1実施形態≫
第1実施形態に係る燃料電池発電システムについて説明する。第1実施形態に係る燃料電池発電システムは、水素と酸素を化学反応させて発電する燃料電池部と、燃料電池部を冷却するための冷却液を供給する冷却液供給部と、冷却液により燃料電池部における排気を冷却する排気冷却部と、を備える。
First Embodiment
A fuel cell power generation system according to the first embodiment will be described below. The fuel cell power generation system according to the first embodiment includes a fuel cell unit that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen, a coolant supply unit that supplies a coolant for cooling the fuel cell unit, and an exhaust gas cooling unit that cools exhaust gas from the fuel cell unit with the coolant.
第1実施形態に係る燃料電池発電システムについて図面を用いて説明する。図1は、第1実施形態に係る燃料電池発電システムの一例である燃料電池発電システム1における構成の概要を示す図である。 The fuel cell power generation system according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of a fuel cell power generation system 1, which is an example of a fuel cell power generation system according to the first embodiment.
燃料電池発電システム1は、水素と酸素を化学反応させて発電する燃料電池部10により発電するシステムである。燃料電池発電システム1は、発電した電力を供給先に供給する。
The fuel cell power generation system 1 is a system that generates electricity using a
燃料電池発電システム1は、燃料電池部10と、冷却液供給部20と、排気冷却部30と、を備える。
The fuel cell power generation system 1 comprises a
[燃料電池部10]
燃料電池部10は、水素と酸素を化学反応させて発電する。燃料電池部10は、燃料電池スタック11と、熱交換器12と、ポンプ13と、を備える。
[Fuel cell section 10]
The
燃料電池部10に備える燃料電池スタック11は、発電を行うと発熱する。燃料電池部10は、冷却液供給部20から冷却液RF1が供給される。冷却液RF1は、冷却液供給部20から排気冷却部30、燃料電池部10の順で流れる。
The fuel cell stack 11 in the
燃料電池部10は、水素と酸素を化学反応させて発電する燃料電池スタック11を備える。燃料電池スタック11は、供給される水素と、空気に含まれる酸素とを化学反応させることにより電気を発生させる。燃料電池スタック11は、例えば、固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)である。固体高分子形燃料電池である燃料電池スタック11は、多数の単セルを積層したスタック構造を有する。
The
固体高分子形燃料電池である燃料電池スタック11における単セルは、高分子電解質膜と、高分子電解質膜の両側面に設けられた一対の電極と、を備える膜-電極アッセンブリ(MEA:Membrane Electrode Assembly)を備える。高分子電解質膜は、水素イオンを選択的に輸送する。また、一対の電極のそれぞれは、多孔質材料により形成される。一対の電極のそれぞれは、例えば、白金系の金属触媒(電極触媒)を担持するカーボン粉末を主成分とする触媒層と、通気性及び電子導電性を併せ持つガス拡散層と、を有する。さらに、単セルは、膜-電極アッセンブリ(MEA)を両側から挟み込む一対のセパレータを有する。
The unit cell in the
燃料電池スタック11により発電した電気は、昇圧されて外部に出力される。
The electricity generated by the
燃料電池スタック11は、外部から供給される水素SHと空気SAとを化学反応させて発電する。そして、燃料電池スタック11における水素電極側から反応せずに残った水素を含む排気EHが排気される。また、燃料電池スタック11における酸素電極側から酸素が消費された空気SAである排気EAが排気される。そして、排気EHと排気EAは混合されて排気EXとして排出される。なお、排気EHは一部を水素電極の入り口側に還流してもよい。
The
燃料電池部10は、冷却液供給部20から供給される冷却液RF1により冷却される。燃料電池部10において、燃料電池スタック11は、熱交換器12により冷却液RF1と熱交換した冷却液RF2により冷却される。言い換えると、燃料電池スタック11は、冷却液RF1により直接冷却されるのではなく、冷却液RF2を介して冷却液RF1により間接的に冷却される。
The
熱交換器12は、冷却液RF1と冷却液RF2との間で熱交換を行う。熱交換器12は、冷却液RF1と冷却液RF2との間で熱交換を行う熱交換器を備える。
Heat exchanger 12 exchanges heat between cooling liquid RF1 and cooling liquid RF2.
燃料電池部10に、冷却液供給部20から排気冷却部30に供給され、排気冷却部30から排出された冷却液RF1である冷却液RF1cが供給される。熱交換器12は、供給された冷却液RF1cと冷却液RF2との間で熱交換を行う。そして、熱交換器12において熱交換した冷却液RF1cは、温度が上昇して冷却液RF1dとして排出される。排出された冷却液RF1dは、冷却液供給部20に回収される。
The
また、熱交換器12から、燃料電池部10に熱交換器12において冷却された冷却液RF2が、冷却液RF2aとして排出される。冷却液RF2aは、ポンプ13により燃料電池部10に送られる。燃料電池部10に送られた冷却液RF2は、燃料電池スタック11を冷却することにより加熱される。燃料電池部10において加熱された冷却液RF2は、冷却液RF2bとして、熱交換器12に排出される。
The cooling liquid RF2 cooled in the
熱交換器12は、冷却液RF1cを加熱して冷却液RF1dとして排出する。また、熱交換器12は、冷却液RF2bを冷却して冷却液RF2aとして排出する。
The
なお、燃料電池部10において、熱交換器12を備えずに、冷却液RF1により燃料電池スタック11を直接冷却してもよい。
In addition, the
[冷却液供給部20]
冷却液供給部20は、燃料電池部10を冷却するための冷却液RF1を供給する。より具体的には、冷却液供給部20は、燃料電池部10における燃料電池スタック11を冷却するための冷却液RF1を供給する。燃料電池部10において、冷却液RF1は、熱交換器12により冷却液RF2と熱交換を行う。冷却液RF1が冷却液RF2と熱交換を行うことにより、冷却液RF1は、間接的に燃料電池スタック11を冷却する。
[Cooling fluid supply section 20]
The
冷却液供給部20は、例えば、チラー(冷却液循環装置)又は冷却塔である。冷却液供給部20は、冷却した冷却液RF1を冷却液RF1aとして排出する。冷却液供給部20から排出された冷却液RF1aは排気冷却部30に供給される。冷却液供給部20は、燃料電池部10から排出された冷却液RF1である冷却液RF1dを回収する。
The cooling
[排気冷却部30]
排気冷却部30は、燃料電池部10から排出された排気EXを冷却する。排気冷却部30は、冷却液RF1と排気EXとの間で熱交換を行う熱交換器を備える。排気冷却部30に、冷却液供給部20から冷却された冷却液RF1aが供給される。排気冷却部30は、供給された冷却液RF1aと排気EXとの間で熱交換を行う。
[Exhaust Cooling Section 30]
The
排気冷却部30に供給された低温の冷却液RF1aは、排気EXとの間で熱交換することにより加熱される。一方、冷却液RF1aと熱交換した排気EXは冷却される。排気EXが冷却されると、排気EXに含まれる水蒸気が凝縮した凝縮水CWが排出される。
The low-temperature cooling liquid RF1a supplied to the
そして、排気冷却部30において排気EXとの間で熱交換した冷却液RF1aは、冷却液RF1aより温度が上昇した冷却液RF1cとして排出される。冷却液RF1cは、燃料電池部10に供給される。
Then, the cooling liquid RF1a that has exchanged heat with the exhaust EX in the
また、排気冷却部30から、冷却液RF1aにより冷却された排気EXaが排出される。排気EXaは、燃料電池部10が設置されている空間における空気RAと混合されて希釈される。空気RAにより希釈された排気EXaは、排気EXbとして外部に排気される。
In addition, exhaust EXa cooled by the cooling liquid RF1a is discharged from the
第1実施形態に係る燃料電池発電システムによれば、排気冷却部において排気を冷却して、排気に含まれる水蒸気を凝縮させることにより、白煙の発生を抑制できる。また、第1実施形態に係る燃料電池発電システムによれば、燃料電池部を冷却するための冷却液により燃料電池部における排気を冷却することにより、排気を冷却する冷却装置を別に設ける必要がないことから、システムを小型化できる。 According to the fuel cell power generation system of the first embodiment, the exhaust gas is cooled in the exhaust gas cooling section, and the water vapor contained in the exhaust gas is condensed, thereby suppressing the generation of white smoke. Furthermore, according to the fuel cell power generation system of the first embodiment, the exhaust gas in the fuel cell section is cooled by a cooling liquid for cooling the fuel cell section, which eliminates the need to provide a separate cooling device for cooling the exhaust gas, thereby enabling the system to be made more compact.
≪第2実施形態≫
第2実施形態に係る燃料電池発電システムについて説明する。第2実施形態に係る燃料電池発電システムは、第1実施形態に係る燃料電池発電システムに、更に、燃料電池部における熱により温度が上昇した冷却液から排熱を回収する排熱回収部を備える。
Second Embodiment
A fuel cell power generation system according to the second embodiment will be described. The fuel cell power generation system according to the second embodiment further includes an exhaust heat recovery unit that recovers exhaust heat from the coolant whose temperature has increased due to heat in the fuel cell unit, in addition to the components of the fuel cell power generation system according to the first embodiment.
第2実施形態に係る燃料電池発電システムについて図面を用いて説明する。図2は、第2実施形態に係る燃料電池発電システムの一例である燃料電池発電システム2における構成の概要を示す図である。なお、燃料電池発電システム1と共通する構成については、燃料電池発電システム1の説明を参照することとして、ここでは説明を省略する。以下の実施形態についても同様である。
The fuel cell power generation system according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing an outline of the configuration of fuel cell
燃料電池発電システム2は、燃料電池発電システム1に、更に、排熱回収部40を備える。
The fuel cell
[排熱回収部40]
排熱回収部40は、燃料電池部10における熱により温度が上昇した冷却液RF1、より具体的には、冷却液RF1dから排熱を回収する。排熱回収部40は、例えば、給湯器、暖房器具、ボイラ給水の加熱器、吸収式冷凍機、バイナリー発電装置である。
[Exhaust heat recovery section 40]
The exhaust
排熱回収部40は、冷却液供給部20から供給される冷却液RF1aを排気冷却部30に冷却液RF1bとして排出する。排熱回収部40は、供給された冷却液RF1aが冷却液RF1bとして排出する間に、例えば、冷却液RF1aを加熱してもよいし、冷却してもよい。
The exhaust
燃料電池発電システム2において、排気冷却部30は、排熱回収部40から供給される冷却液RF1bと排気EXとの間で熱交換を行う。また、燃料電池部10は、排熱回収部40に冷却液RF1dを排出する。
In the fuel cell
排熱回収部40は、燃料電池部10から供給される冷却液RF1dを冷却液供給部20に冷却液RF1eとして排出する。排熱回収部40は、供給された冷却液RF1dを冷却液RF1eとして排出する間に、例えば、冷却液RF1から排熱を回収して、例えば、水又は空気を加熱する。
The exhaust
第2実施形態に係る燃料電池発電システムによれば、第1実施形態に係る燃料電池発電システムにおける作用効果に加えて、燃料電池部における熱を排熱として回収できる。また、第2実施形態に係る燃料電池発電システムによれば、燃料電池部における熱を排熱として回収することにより、エネルギを効率的に利用できる。 In addition to the effects of the fuel cell power generation system according to the first embodiment, the fuel cell power generation system according to the second embodiment can recover heat in the fuel cell section as exhaust heat. Furthermore, the fuel cell power generation system according to the second embodiment can recover heat in the fuel cell section as exhaust heat, allowing for efficient use of energy.
≪第3実施形態≫
第3実施形態に係る燃料電池発電システムについて説明する。第3実施形態に係る燃料電池発電システムは、第2実施形態に係る燃料電池発電システムにおいて、冷却液が、排気冷却部と燃料電池部との間で、燃料電池部を動作させるための補機部を冷却する。
Third Embodiment
A fuel cell power generation system according to a third embodiment will be described. In the fuel cell power generation system according to the third embodiment, in the fuel cell power generation system according to the second embodiment, a coolant cools the auxiliary unit for operating the fuel cell unit between the exhaust cooling unit and the fuel cell unit.
第3実施形態に係る燃料電池発電システムについて図面を用いて説明する。図3は、第3実施形態に係る燃料電池発電システムの一例である燃料電池発電システム3における構成の概要を示す図である。
The fuel cell power generation system according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. Figure 3 is a diagram showing an outline of the configuration of a fuel cell
燃料電池発電システム3は、燃料電池発電システム2に、更に、補機部70を備える。
The fuel cell
[補機部70]
補機部70は、燃料電池部10を動作させるための補機71を備える。補機部70は、補機71として、例えば、空気圧縮機、昇圧コンバータを備える。補機部70における補機71は、冷却液RF1と熱交換した冷却液RF21により冷却される。補機部70は、冷却液RF1と冷却液RF21との間で熱交換を行う熱交換器72を備える。
[Auxiliary machinery section 70]
The
燃料電池発電システム3において、補機部70に、排気冷却部30から冷却液RF1cが供給される。熱交換器72は、補機71を冷却する冷却液RF21と冷却液RF1との間で熱交換を行う。熱交換器72は、熱交換した冷却液RF1cを冷却液RF1c1として燃料電池部10に排出する。
In the fuel cell
なお、補機部70において、熱交換器72を備えずに、冷却液RF1により補機71を直接冷却してもよい。
In addition, the
第3実施形態に係る燃料電池発電システムによれば、第2実施形態に係る燃料電池発電システムにおける作用効果に加えて、燃料電池部を動作させるための補機部も冷却できる。 The fuel cell power generation system according to the third embodiment has the same effects as the fuel cell power generation system according to the second embodiment, and can also cool the auxiliary parts for operating the fuel cell section.
本実施形態では冷却液RF1は排気冷却部30、補機部70、燃料電池部10の順番に冷却しているが、順不同でも構わない。
In this embodiment, the coolant RF1 cools the
≪第4実施形態≫
第4実施形態に係る燃料電池発電システムについて説明する。第4実施形態に係る燃料電池発電システムは、第3実施形態に係る燃料電池発電システムにおいて、燃料電池部を冷却後の冷却液により、排気冷却部において冷却された排気を加熱する排気加熱部を備える。
Fourth Embodiment
A fuel cell power generation system according to a fourth embodiment will be described. The fuel cell power generation system according to the fourth embodiment includes an exhaust heating section that heats the exhaust gas cooled in the exhaust gas cooling section with the cooling liquid after cooling the fuel cell section in the fuel cell power generation system according to the third embodiment.
第4実施形態に係る燃料電池発電システムについて図面を用いて説明する。図4は、第4実施形態に係る燃料電池発電システムの一例である燃料電池発電システム4における構成の概要を示す図である。 The fuel cell power generation system according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings. Figure 4 is a diagram showing an outline of the configuration of a fuel cell power generation system 4, which is an example of a fuel cell power generation system according to the fourth embodiment.
燃料電池発電システム4は、燃料電池発電システム3に、更に、排気加熱部31を備える。
The fuel cell power generation system 4 further includes an
[排気加熱部31]
排気加熱部31は、排気冷却部30において冷却された排気EXaを加熱する。排気加熱部31は、冷却液RF1と排気EXとの間で熱交換を行う熱交換器を備える。排気加熱部31に、燃料電池部10から加熱された冷却液RF1dが供給される。排気加熱部31は、供給された冷却液RF1dと排気EXaとの間で熱交換を行う。
[Exhaust Heating Section 31]
The
排気加熱部31に供給された高温の冷却液RF1dは、排気EXaとの間で熱交換することにより冷却される。一方、冷却液RF1dと熱交換した排気EXaは加熱される。排気EXa1は、加熱されると相対湿度が下がることから、白煙の発生をより抑制できる。
The high-temperature cooling liquid RF1d supplied to the
そして、排気加熱部31において排気EXとの間で熱交換した冷却液RF1は、冷却液RF1aより温度が上昇した冷却液RF1d1として排出される。冷却液RF1d1は、排熱回収部40に供給される。また、排気加熱部31から、冷却液RF1dにより加熱された排気EXa1が排出される。排気EXa1は、燃料電池部10が設置されている空間における空気RAと混合されて希釈される。空気RAにより希釈された排気EXa1は、排気EXb1として外部に排気される。
The coolant RF1 that has exchanged heat with the exhaust EX in the
第4実施形態に係る燃料電池発電システムによれば、第3実施形態に係る燃料電池発電システムにおける作用効果に加えて、白煙の発生をより抑制できる。 The fuel cell power generation system according to the fourth embodiment has the same effects as the fuel cell power generation system according to the third embodiment, and further suppresses the generation of white smoke.
≪第5実施形態≫
第5実施形態に係る燃料電池発電システムについて説明する。第5実施形態に係る燃料電池発電システムは、水素と酸素を化学反応させて発電する燃料電池部と、燃料電池部を動作させるための補機部と、燃料電池部における排気を冷却する排気冷却部と、冷却するための冷却液を供給する冷却液供給部と、を備える。また、第5実施形態に係る燃料電池発電システムは、更に、燃料電池部、補機部及び排気冷却部のそれぞれに個別に冷却液を供給するとともに、燃料電池部、補機部及び排気冷却部のそれぞれから冷却液により排出された排熱を個別に回収する排熱回収部を備える。
Fifth embodiment
A fuel cell power generation system according to a fifth embodiment will be described. The fuel cell power generation system according to the fifth embodiment includes a fuel cell section that generates power by chemically reacting hydrogen and oxygen, an auxiliary section for operating the fuel cell section, an exhaust cooling section that cools exhaust gas in the fuel cell section, and a coolant supply section that supplies a coolant for cooling. The fuel cell power generation system according to the fifth embodiment further includes an exhaust heat recovery section that individually supplies coolant to each of the fuel cell section, the auxiliary section, and the exhaust cooling section, and individually recovers exhaust heat discharged by the coolant from each of the fuel cell section, the auxiliary section, and the exhaust cooling section.
第5実施形態に係る燃料電池発電システムについて図面を用いて説明する。図5は、第5実施形態に係る燃料電池発電システムの一例である燃料電池発電システム5における構成の概要を示す図である。
The fuel cell power generation system according to the fifth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram showing an outline of the configuration of a fuel cell
燃料電池発電システム5は、燃料電池発電システム3における排熱回収部40に換えて、排熱回収部45を備える。
The fuel cell
[排熱回収部45]
排熱回収部45は、燃料電池部10、排気冷却部30及び補機部70のそれぞれに冷却液RF1を供給する。そして、排熱回収部45は、燃料電池部10、排気冷却部30及び補機部70のそれぞれから、冷却液RF1により排出された排熱を個別に回収する。排熱回収部45は、例えば、給湯器、暖房器具、ボイラ給水の加熱器、吸収式冷凍機、バイナリー発電装置である。
[Exhaust heat recovery section 45]
The exhaust
排熱回収部45は、冷却液供給部20から供給される冷却液RF1aを冷却液RF1b1として、燃料電池部10に供給する。排熱回収部45は、供給された冷却液RF1aを冷却液RF1b1として排出する間に、例えば、冷却液RF1aを加熱してもよいし、冷却してもよい。排熱回収部45は、冷却液供給部20から供給される冷却液RF1aを冷却液RF1b2として、補機部70に供給する。排熱回収部45は、供給された冷却液RF1aを冷却液RF1b2として排出する間に、例えば、冷却液RF1aを加熱してもよいし、冷却してもよい。排熱回収部45は、冷却液供給部20から供給される冷却液RF1aを冷却液RF1b3として、排気冷却部30に供給する。排熱回収部45は、供給された冷却液RF1aを冷却液RF1b3として排出する間に、例えば、冷却液RF1aを加熱してもよいし、冷却してもよい。
The exhaust
排熱回収部45は、燃料電池部10から排出された冷却液RF1dから排熱を回収して、例えば、水又は空気を加熱する。また、排熱回収部45は、補機部70から排出された冷却液RF1c2から排熱を回収して、例えば、水又は空気を加熱する。さらに、排熱回収部45は、排気冷却部30から排出された冷却液RF1c3から排熱を回収して、例えば、水又は空気を加熱する。
The exhaust
第5実施形態に係る燃料電池発電システムによれば、第3実施形態に係る燃料電池発電システムにおける作用効果に加えて、燃料電池部、排気冷却部及び補機部のそれぞれを効率よく冷却できる。第5実施形態に係る燃料電池発電システムによれば、燃料電池部、排気冷却部及び補機部のそれぞれから効率よく排熱を回収できる。 The fuel cell power generation system according to the fifth embodiment has the same effects as the fuel cell power generation system according to the third embodiment, and can efficiently cool the fuel cell section, exhaust cooling section, and auxiliary section. The fuel cell power generation system according to the fifth embodiment can efficiently recover exhaust heat from the fuel cell section, exhaust cooling section, and auxiliary section.
図5には図示していないが、冷却液RF1b1、冷却液RF1b2及び冷却液RF1b3の流量分配比を調節するための調節機構を備えてもよい。調節機構は、具体的には、調節弁、オリフィス、流量コントローラ等が挙げられる。 Although not shown in FIG. 5, an adjustment mechanism may be provided for adjusting the flow distribution ratio of the cooling liquid RF1b1, the cooling liquid RF1b2, and the cooling liquid RF1b3. Specific examples of the adjustment mechanism include an adjustment valve, an orifice, and a flow controller.
≪第6実施形態≫
第6実施形態に係る燃料電池発電システムについて説明する。第6実施形態に係る燃料電池発電システムは、水素と酸素を化学反応させて発電する燃料電池部と、冷却液を供給する冷却液供給部と、冷却液を燃料電池部における排気に直接噴霧し冷却する排気冷却部と、を備える。
Sixth Embodiment
A fuel cell power generation system according to the sixth embodiment will be described. The fuel cell power generation system according to the sixth embodiment includes a fuel cell unit that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen, a coolant supply unit that supplies a coolant, and an exhaust cooling unit that sprays the coolant directly onto the exhaust gas from the fuel cell unit for cooling.
第6実施形態に係る燃料電池発電システムについて図面を用いて説明する。図6は、第6実施形態に係る燃料電池発電システムの一例である燃料電池発電システム6における構成の概要を示す図である。
The fuel cell power generation system according to the sixth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a diagram showing an outline of the configuration of a fuel cell
燃料電池発電システム6は、燃料電池発電システム2における排気冷却部30に換えて、排気冷却部130を備える。そして、燃料電池発電システム6は、冷却液供給部120と、排熱回収部140と、を更に備える。
The fuel cell
[冷却液供給部120]
冷却液供給部120は、燃料電池部10から排出される排気EXを冷却するための冷却液RF3を供給する。
[Cooling fluid supply section 120]
The
冷却液供給部120は、例えば、チラー(冷却液循環装置)、冷却塔、空冷冷却器である。冷却液供給部120は、冷却した冷却液RF3を冷却液RF3aとして排出する。冷却液供給部120から排出された冷却液RF3aは排熱回収部140に供給される。冷却液供給部120は、排熱回収部140から高温の冷却液RF3である冷却液RF3dを回収する。
The cooling
[排気冷却部130]
排気冷却部130は、直接接触式の熱交換器を含む。排気冷却部130は、冷却液RF3を排気EXに直接噴霧する。排気冷却部130は、排気EXに冷却液RF3を直接噴霧することにより、排気EXと熱交換を行う。
[Exhaust Cooling Section 130]
The
排気冷却部130は、排熱回収部140から低温の冷却液RF3である冷却液RF3bが供給される。排気冷却部130に供給された低温の冷却液RF3bは、排気EXとの間で熱交換することにより加熱される。冷却液RF3と熱交換した排気EXは冷却される。排気EXは、冷却されると排気EXに含まれる水蒸気が凝縮して、噴霧された冷却液RF3bと混合する。冷却液RF3bと混合した凝縮水は、冷却液RF3として使用される。言い換えると、冷却液RF3bは、排気EXが冷却され凝縮した凝縮水を含む。排気EXが冷却され凝縮した凝縮水を冷却液RF3として使用することにより、燃料電池部10により生成する水蒸気を再利用できる。また、冷却液RF3の一部は、排水WWとして排出される。
The
そして、排気冷却部130において排気EXとの間で熱交換した冷却液RF3は、冷却液RF3bより温度が上昇した冷却液RF3cとして排出される。冷却液RF3cは、排熱回収部140に供給される。また、排気冷却部130から、冷却液RF3により冷却された排気EXaが排出される。排気EXaは、燃料電池部10が設置されている空間における空気RAと混合されて排気EXbとして外部に排気される。
The coolant RF3 that has exchanged heat with the exhaust EX in the
[排熱回収部140]
排熱回収部140は、排気EXと熱交換した冷却液RF3の排熱を回収する。排熱回収部140は、例えば、給湯器、暖房器具、ボイラ給水の加熱器、吸収式冷凍機、バイナリー発電装置である。
[Exhaust heat recovery section 140]
The exhaust
排熱回収部140は、冷却液供給部120から供給される冷却液RF3aを排気冷却部130に冷却液RF3bとして排出する。排熱回収部140は、供給された冷却液RF3aが冷却液RF3bとして排出する間に、例えば、冷却液RF3aを加熱してもよいし、冷却してもよい。
The exhaust
排熱回収部140は、排気冷却部130から供給される冷却液RF3cを冷却液供給部120に冷却液RF3dとして排出する。排熱回収部140は、供給された冷却液RF3cを冷却液RF3dとして排出する間に、例えば、冷却液RF3cから排熱を回収して、例えば、水又は空気を加熱する。
The exhaust
第6実施形態に係る燃料電池発電システムによれば、排気冷却部において排気を冷却して、排気に含まれる水蒸気を凝縮させることにより、白煙の発生を抑制できる。また、第6実施形態に係る燃料電池発電システムによれば、排気冷却部130において凝縮した凝縮水を冷却液として再利用できる。
According to the fuel cell power generation system of the sixth embodiment, the exhaust gas is cooled in the exhaust gas cooling section, and the water vapor contained in the exhaust gas is condensed, thereby suppressing the generation of white smoke. Furthermore, according to the fuel cell power generation system of the sixth embodiment, the condensed water condensed in the exhaust
≪第7実施形態≫
<燃料電池発電システム>
第7実施形態に係る燃料電池発電システムについて説明する。第7実施形態に係る燃料電池発電システムは、複数の燃料電池部における排気を冷却する。
Seventh embodiment
<Fuel cell power generation system>
A fuel cell power generation system according to a seventh embodiment will be described below. The fuel cell power generation system according to the seventh embodiment cools exhaust gas from a plurality of fuel cell units.
第7実施形態に係る燃料電池発電システムについて図面を用いて説明する。図7は、第7実施形態に係る燃料電池発電システムの一例である燃料電池発電システム7における構成の概要を示す図である。
The fuel cell power generation system according to the seventh embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a diagram showing an outline of the configuration of a fuel cell
燃料電池発電システム7は、2つの燃料電池部10を備える。そして、排気冷却部130は、2つの燃料電池部10における排気を冷却する。なお、第7実施形態に係る燃料電池発電システムにおいて、燃料電池部の数は、2に限らず、3以上であってもよい。
The fuel cell
なお、図7の例では、第6実施形態に係る燃料電池発電システムにおいて、複数の燃料電池部10を備える例について説明したが、第1実施形態から第5実施形態に係る燃料電池発電システムにおいて、複数の燃料電池部を備えるようにしてもよい。
In the example of FIG. 7, an example is described in which the fuel cell power generation system according to the sixth embodiment is provided with multiple
第7実施形態に係る燃料電池発電システムによれば、第1実施形態から第6実施形態のそれぞれに係る燃料電池発電システムにおける作用効果に加えて、燃料電池部を複数備えることにより、燃料電池発電システムにおける出力を向上できる。 In the fuel cell power generation system according to the seventh embodiment, in addition to the effects of the fuel cell power generation systems according to the first to sixth embodiments, the output of the fuel cell power generation system can be improved by providing multiple fuel cell units.
以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiments have been described above, they are presented as examples, and the present invention is not limited to the above embodiments. The above embodiments can be implemented in various other forms, and various combinations, omissions, substitutions, modifications, etc. can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their variations are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.
1、2、3、4、5、6、7 燃料電池発電システム
10 燃料電池部
11 燃料電池スタック
12 熱交換器
20、120 冷却液供給部
30、130 排気冷却部
31 排気加熱部
40、45、140 排熱回収部
70 補機部
71 補機
72 熱交換器
CW 凝縮水
EX、EXa、EXa1、EXb、EXb1 排気
RA 空気
RF1、RF3 冷却液
SA 空気
SH 水素
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 Fuel cell
Claims (12)
前記燃料電池部を冷却するための冷却液を供給する冷却液供給部と、
前記冷却液により前記燃料電池部が備える燃料電池スタックにおける水素電極側から排気された第1排気と前記燃料電池スタックにおける酸素電極側から排気された第2排気とを混合した排気を冷却する排気冷却部と、
を備える、
燃料電池発電システム。 A fuel cell unit that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen;
a coolant supply unit that supplies a coolant for cooling the fuel cell unit;
an exhaust cooling section that cools a mixture of a first exhaust gas discharged from a hydrogen electrode side in a fuel cell stack included in the fuel cell section and a second exhaust gas discharged from an oxygen electrode side in the fuel cell stack using the cooling liquid;
Equipped with
Fuel cell power generation system.
請求項1に記載の燃料電池発電システム。 a heat recovery unit that recovers heat from the cooling liquid whose temperature has increased due to heat in the fuel cell unit;
The fuel cell power generation system according to claim 1 .
請求項2に記載の燃料電池発電システム。 The cooling liquid discharged from the cooling liquid supply unit flows in the order of the exhaust cooling unit and the fuel cell unit.
The fuel cell power generation system according to claim 2 .
請求項3に記載の燃料電池発電システム。 The cooling liquid cools an auxiliary unit for operating the fuel cell unit between the exhaust cooling unit and the fuel cell unit.
The fuel cell power generation system according to claim 3 .
請求項2に記載の燃料電池発電システム。 an exhaust gas heating section that heats the exhaust gas cooled in the exhaust gas cooling section by the cooling liquid after cooling the fuel cell section;
The fuel cell power generation system according to claim 2 .
前記排気冷却部は、複数の前記燃料電池部の排気を冷却する、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。 A plurality of the fuel cell units are provided,
The exhaust cooling unit cools the exhaust of the plurality of fuel cell units.
The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。 The exhaust gas cooled in the exhaust gas cooling section is further diluted with air.
The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 5.
前記燃料電池部を動作させるための補機部と、
前記燃料電池部が備える燃料電池スタックにおける水素電極側から排気された第1排気と前記燃料電池スタックにおける酸素電極側から排気された第2排気とを混合した排気を冷却する排気冷却部と、
冷却するための冷却液を供給する冷却液供給部と、
前記燃料電池部、前記補機部及び前記排気冷却部のそれぞれに個別に前記冷却液を供給するとともに、前記燃料電池部、前記補機部及び前記排気冷却部のそれぞれから前記冷却液により排出された排熱を個別に回収する排熱回収部と、
を備える、
燃料電池発電システム。 A fuel cell unit that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen;
an auxiliary unit for operating the fuel cell unit;
an exhaust cooling unit that cools a mixture of a first exhaust gas discharged from a hydrogen electrode side in a fuel cell stack included in the fuel cell unit and a second exhaust gas discharged from an oxygen electrode side in the fuel cell stack ;
a coolant supply unit for supplying a coolant for cooling;
an exhaust heat recovery unit that supplies the cooling liquid to each of the fuel cell unit, the auxiliary unit, and the exhaust cooling unit, and recovers exhaust heat discharged by the cooling liquid from each of the fuel cell unit, the auxiliary unit, and the exhaust cooling unit, respectively;
Equipped with
Fuel cell power generation system.
冷却液を供給する冷却液供給部と、
前記冷却液を前記燃料電池部が備える燃料電池スタックにおける水素電極側から排気された第1排気と前記燃料電池スタックにおける酸素電極側から排気された第2排気とを混合した排気に直接噴霧し冷却する排気冷却部と、
を備える、
燃料電池発電システム。 A fuel cell unit that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen;
a coolant supply unit for supplying a coolant;
an exhaust cooling section that sprays the cooling liquid directly onto a mixture of a first exhaust gas discharged from a hydrogen electrode side in a fuel cell stack provided in the fuel cell section and a second exhaust gas discharged from an oxygen electrode side in the fuel cell stack, thereby cooling the mixture;
Equipped with
Fuel cell power generation system.
請求項9に記載の燃料電池発電システム。 The cooling liquid includes condensed water obtained by cooling and condensing the exhaust gas.
The fuel cell power generation system according to claim 9.
前記排気冷却部は、複数の前記燃料電池部の排気を冷却する、
請求項8から請求項10のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。 A plurality of the fuel cell units are provided,
The exhaust cooling unit cools the exhaust of the plurality of fuel cell units.
The fuel cell power generation system according to any one of claims 8 to 10.
請求項8から請求項10のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。 The exhaust gas cooled in the exhaust gas cooling section is further diluted with air.
The fuel cell power generation system according to any one of claims 8 to 10.
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