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JPH06105622B2 - Fuel cell power generation system and operating method thereof - Google Patents
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JPH06105622B2 - Fuel cell power generation system and operating method thereof - Google Patents

Fuel cell power generation system and operating method thereof

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JPH06105622B2
JPH06105622B2 JP61024514A JP2451486A JPH06105622B2 JP H06105622 B2 JPH06105622 B2 JP H06105622B2 JP 61024514 A JP61024514 A JP 61024514A JP 2451486 A JP2451486 A JP 2451486A JP H06105622 B2 JPH06105622 B2 JP H06105622B2
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gas
load
heat
fuel
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は燃料電池発電システムおよびその運転方法に関
するものである。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a fuel cell power generation system and an operating method thereof.

[発明の技術的背景とその問題点] 従来、燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネル
ギーに変換するものとして燃料電池が知られている。こ
の燃料電池は通常、電解質層を挟んで燃料極および酸化
剤極の一対の多孔質電極を配置すると共に、燃料極の背
面に水素等の燃料を接触させ、また酸化剤極の背面に空
気等の酸化剤を接触させ、これらを電気化学的に反応さ
せて発電を行なうようにしたものであり、上記燃料と酸
化剤が供給されている限り高い変換効率で電気エネルギ
ーを取出すことができるものである。そして、この種の
燃料電池としては種々のものがあるが、以下では電解質
としてリン酸電解質を用いたリン酸型の燃料電池につい
て説明する。
[Technical Background of the Invention and Problems Thereof] Conventionally, a fuel cell is known as a device that directly converts the energy of a fuel into electrical energy. In this fuel cell, usually, a pair of porous electrodes of a fuel electrode and an oxidizer electrode are arranged with an electrolyte layer sandwiched between them, fuel such as hydrogen is brought into contact with the back surface of the fuel electrode, and air, etc. is contacted with the back surface of the oxidizer electrode. It is designed to generate electricity by contacting the oxidant of the above and reacting them electrochemically, and it can extract electric energy with high conversion efficiency as long as the above fuel and oxidant are supplied. is there. Although there are various types of fuel cells of this type, a phosphoric acid type fuel cell using a phosphoric acid electrolyte as an electrolyte will be described below.

この種の燃料電池は通常、燃料電池で発電に使用する燃
料としての水素ガスを得るための改質器を備えて、燃料
電池発電システム全体を構成していることが多い。すな
わち、炭化水素ガスあるいはアルコール等の含酸素炭化
水素ガス(以下、これらを総称して炭化水素系ガスと称
する)とスチームの混合ガスを改質器に導入し、この改
質器により炭化水素系ガスをスチーム改質して改質ガス
を生成し、さらにこの改質ガスをシフトコンバータ等の
各種機器系統を通して水素ガスとし、この水素ガスを燃
料電池へその燃料として導入してこれを空気と電気化学
的に反応させて発電を行ない,その発電電力を外部の負
荷へ供給するようにしている。
A fuel cell of this type usually has a reformer for obtaining hydrogen gas as a fuel used for power generation in the fuel cell, and often constitutes the entire fuel cell power generation system. That is, a mixed gas of a hydrocarbon gas or an oxygen-containing hydrocarbon gas such as alcohol (hereinafter collectively referred to as a hydrocarbon-based gas) and steam is introduced into a reformer, and the reformer reforms the hydrocarbon-based gas. The gas is steam reformed to generate reformed gas, and this reformed gas is converted to hydrogen gas through various equipment systems such as a shift converter, and this hydrogen gas is introduced into the fuel cell as its fuel, which is then supplied to air and electricity. The chemical reaction is performed to generate power, and the generated power is supplied to an external load.

ところで、このような構成の燃料電池発電システムにお
いて、燃料電池に対する負荷要求量が急速に増加したよ
うな場合には、この負荷急増に対応するため改質器へ導
入する混合ガス量を増加して、燃料電池による発電電力
量を増加させることが必要となる。しかしこの場合、改
質器へ導入する混合ガス量を増加してから実際に燃料電
池での発電電力量が増加するまでには、系の時定数の分
だけ発電電力の立ち上り時間が遅れることになり、急速
な負荷増加に瞬時に追従することができないという問題
がある。そこで、このような電力需要の急速な負荷増加
に対応するためには、システムをできる限りコンパクト
化して系の時定数を極力小さくすることが必要である
が、上述した従来の燃料電池発電システムでは、各構成
機器の機能の面から時定数をどうしてもある限界値以下
に小さくすることは不可能である。
By the way, in the fuel cell power generation system having such a configuration, when the load demand on the fuel cell is rapidly increased, the mixed gas amount to be introduced into the reformer is increased in order to cope with the sudden load increase. It is necessary to increase the amount of power generated by the fuel cell. However, in this case, the rise time of the generated power is delayed by the time constant of the system until the amount of power generated by the fuel cell actually increases after the amount of mixed gas introduced into the reformer increases. Therefore, there is a problem that it is not possible to instantaneously follow a rapid increase in load. Therefore, in order to cope with such a rapid increase in load of electric power demand, it is necessary to make the system as compact as possible and minimize the time constant of the system. However, in the conventional fuel cell power generation system described above, From the viewpoint of the function of each component, it is impossible to reduce the time constant below a certain limit value.

[発明の目的] 本発明は上記のような問題点を解消するために成された
もので、その目的は急速な負荷増加に対し瞬時に追従し
て負荷へ安定に電力を供給することが可能な燃料電池発
電システムおよびその運転方法を提供することにある。
[Object of the Invention] The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object thereof is to instantaneously follow a rapid load increase and supply power stably to the load. Fuel cell power generation system and its operating method.

[発明の概要] 上記の目的を達成するために、まず、第1の発明では、
炭化水素系ガスとスチームの混合ガス、および加熱用ガ
スを導入し、炭化水素系ガスをスチーム改質して改質ガ
スを生成する改質器と、改質器で生成された改質ガスを
燃料として導入し、この燃料を空気と電気化学的に反応
させて発電を行ない、かつこの発電電力を負荷へ供給す
る燃料電池と、燃料電池からの余剰発電電力を熱として
蓄熱し、当該熱を蓄熱媒体により、炭化水素系ガスとス
チームの混合ガスを予熱するための予熱媒体、または加
熱用ガスへ供給する蓄熱器と、燃料電池の出力側と蓄熱
器との間に設けられ、燃料電池に対する負荷要求量が急
増すると蓄熱器を当該燃料電池から電気的に切離する開
閉器とを備えて成る。
[Summary of the Invention] In order to achieve the above object, firstly, in the first invention,
A reformer that introduces a mixed gas of hydrocarbon-based gas and steam and a heating gas to steam-reform the hydrocarbon-based gas to generate reformed gas, and the reformed gas generated by the reformer The fuel cell is introduced as fuel, and the fuel is electrochemically reacted with air to generate electricity, and the fuel cell that supplies the generated power to the load and the surplus generated power from the fuel cell are stored as heat to store the heat. A preheating medium for preheating a mixed gas of a hydrocarbon-based gas and steam by a heat storage medium, or a heat storage device for supplying to a heating gas, and is provided between the output side of the fuel cell and the heat storage device, and is provided for the fuel cell. And a switch for electrically disconnecting the heat accumulator from the fuel cell when the load demand rapidly increases.

また、第2の発明では、炭化水素系ガスとスチームの混
合ガス、および加熱用ガスを導入し、炭化水素系ガスを
スチーム改質して改質ガスを生成する改質器と、改質器
で生成された改質ガスを燃料として導入し、この燃料を
空気と電気化学的に反応させて発電を行ない、かつこの
発電電力を負荷へ供給する燃料電池と、燃料電池からの
余剰発電電力を熱として蓄熱し、当該熱を蓄熱媒体によ
り、炭化水素系ガスとスチームの混合ガスを予熱するた
めの予熱媒体、または加熱用ガスへ供給する蓄熱器と、
燃料電池の出力側と蓄熱器との間に設けられ、燃料電池
と蓄熱器を電気的に接続する開閉器とを備えて成る燃料
電池発電システムの運転方法において、通常時は、燃料
電池に対する負荷要求量に見合った負荷量以上の発電を
燃料電池により行ない、開閉器を閉じてその余剰発電電
力を蓄熱器へ熱として蓄熱し、燃料電池に対する負荷要
求量の急速増加時には、開閉器を開いて蓄熱器を燃料電
池から電気的に切離するようにしている。
In the second invention, a reformer for introducing a mixed gas of a hydrocarbon-based gas and steam and a heating gas to steam-reform the hydrocarbon-based gas to generate a reformed gas, and a reformer. The reformed gas generated in 1. is introduced as fuel, the fuel is electrochemically reacted with air to generate electricity, and the fuel cell that supplies this generated power to the load and the surplus generated power from the fuel cell A heat storage unit that stores heat as heat, and supplies the heat to a preheating medium for preheating a mixed gas of a hydrocarbon-based gas and steam, or a heating gas.
In the operating method of the fuel cell power generation system, which is provided between the output side of the fuel cell and the heat accumulator and comprises a switch that electrically connects the fuel cell and the heat accumulator, in the normal operation, the load on the fuel cell is The fuel cell generates more power than the load required, and the switch is closed to store the excess generated power as heat in the regenerator.When the load demand on the fuel cell rapidly increases, the switch is opened. The regenerator is electrically separated from the fuel cell.

[発明の実施例] 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。
[Embodiment of the Invention] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、本発明による燃料電池発電システムの構成例
をブロック的に示したものである。第1図において、1
はメタンガス等の炭化水素系ガスとスチームの混合ガス
2を導入し,これを予熱媒体3によりスチーム改質温度
付近まで予熱するための予熱器、4は加熱用ガス5,およ
び上記予熱器1で昇温された炭化水素系ガスとスチーム
の混合ガス6をそれぞれ導入し,炭化水素系ガスをスチ
ーム改質して改質ガスを生成する改質器、7はこの改質
器4で生成された改質ガス8を導入し,この改質ガス8
より一酸化炭素を除去して水素リッチなガスを得るシフ
トコンバータ等を備えてなる各種機器系統である。ま
た、9は上記各種機器系統7を通して得られた水素ガス
10を燃料として導入し,この燃料を図示しない空気供給
装置から供給される空気と電気化学的に反応させて発電
を行なう燃料電池であり、その発電電力を外部の負荷11
へ供給するようにしている。一方、12は上記燃料電池9
の出力側に開閉器13を介して電気的に接離可能に設けら
れた蓄熱器であり、燃料電池9からの余剰発電電力を加
熱用電源として直接熱に変換し、その熱を蓄熱媒体14に
よりシステム内の必要な熱供給部、例えば上述の予熱媒
体3あるいは加熱用ガス5へ供給するようにしている。
なお、15は必要に応じて使用する蓄熱媒体14加熱用の補
助加熱源である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a fuel cell power generation system according to the present invention. In FIG. 1, 1
Is a preheater for introducing a mixed gas 2 of a hydrocarbon-based gas such as methane gas and steam, and preheating this with a preheating medium 3 to near the steam reforming temperature, 4 is a heating gas 5, and the above preheater 1 A reformer for introducing a heated mixed gas 6 of hydrocarbon-based gas and steam, and steam-reforming the hydrocarbon-based gas to generate reformed gas, 7 is generated by the reformer 4. The reformed gas 8 is introduced, and the reformed gas 8
It is a system of various devices including a shift converter for removing carbon monoxide to obtain a hydrogen-rich gas. Further, 9 is hydrogen gas obtained through the above various equipment systems 7.
A fuel cell in which 10 is introduced as a fuel, and the fuel is electrochemically reacted with air supplied from an air supply device (not shown) to generate power, and the generated power is supplied to an external load 11
I am trying to supply it to. On the other hand, 12 is the fuel cell 9
Is a heat accumulator provided on the output side of the battery so that it can be electrically connected and disconnected via a switch 13, and the surplus generated power from the fuel cell 9 is directly converted into heat as a heating power source, and the heat is stored in the heat storage medium 14 Thus, the heat is supplied to a necessary heat supply section in the system, for example, the above-mentioned preheating medium 3 or heating gas 5.
In addition, 15 is an auxiliary heating source for heating the heat storage medium 14, which is used as necessary.

かかる如く構成した燃料電池発電システムにおいて、炭
化水素系ガスとスチームの混合ガス2は予熱器1で予熱
媒体3によってスチーム改質温度付近まで予熱され、こ
れにより昇温された炭化水素系ガスとスチームの混合ガ
ス6は改質器4に導入される。この改質器4では、炭化
水素系ガスをスチーム改質して改質ガスを生成し、この
改質器4で生成された改質ガス8は各種機器系統7を通
して水素ガス10となり、燃料として燃料電池9へ導入さ
れる。そして、この燃料電池9に導入された水素ガス7
は、図示しない空気供給装置から供給される空気と電気
化学的に反応して発電が行なわれ、その発電電力は負荷
側へ供給されることになる。
In the fuel cell power generation system configured as described above, the mixed gas 2 of hydrocarbon-based gas and steam is preheated in the preheater 1 by the preheating medium 3 to a temperature near the steam reforming temperature, and the hydrocarbon-based gas and steam heated by this are heated. The mixed gas 6 is introduced into the reformer 4. In this reformer 4, the hydrocarbon-based gas is steam-reformed to produce reformed gas, and the reformed gas 8 produced in this reformer 4 becomes hydrogen gas 10 through various equipment systems 7 and is used as fuel. It is introduced into the fuel cell 9. Then, the hydrogen gas 7 introduced into the fuel cell 9
Generates an electric power by electrochemically reacting with the air supplied from an air supply device (not shown), and the generated electric power is supplied to the load side.

すなわち、その運転方法について具体的に述べると、ま
ず通常時は燃料電池9に対する最大負荷要求量に見合っ
た負荷量以上の発電を燃料電池9により行ない,その余
剰発電電力を蓄熱器12へ熱に変換して蓄熱させる。つま
り、いま仮に外部の負荷11が50%負荷量である場合に、
75%の負荷量で改質器4の運転を行なうと25%の電力が
余剰となる。そして、この時は開閉器13を閉じて余剰の
電力を蓄熱器12へ供給し、これを熱に変換し蓄熱媒体14
を介して予熱媒体3あるいは加熱用ガス5へ供給するこ
とによって余剰電力を消費させる。
That is, specifically describing the operating method, first, in normal times, the fuel cell 9 generates power at a load amount equal to or greater than the maximum load request amount for the fuel cell 9, and the surplus generated power is converted into heat to the heat accumulator 12. Convert and store heat. In other words, if the external load 11 is 50% load,
If the reformer 4 is operated with a load of 75%, 25% of the electric power will be surplus. Then, at this time, the switch 13 is closed to supply the surplus electric power to the heat storage device 12, which is converted into heat and the heat storage medium 14
The surplus electric power is consumed by supplying it to the preheating medium 3 or the heating gas 5 via.

次に、このような状態からいま燃料電池9に対する最大
負荷要求量が急速に増加した場合には,開閉器13を開い
て蓄熱器12を燃料電池9から電気的に切離する。つま
り、いま仮に外部の負荷11が50%負荷量から75%負荷量
に急速に増加した場合には、開閉器13を開いて蓄熱器12
を燃料電池9から電気的に切離することにより、蓄熱器
12への電力を全て負荷11へ供給する。この結果、通常運
転時に蓄熱器12へ供給されていた電力分は、全て瞬時に
外部の負荷11へ供給されることになる。なおこの場合、
開閉器13を開いた後においては、蓄熱器12へ供給してい
た分を補助加熱源15で補なうことにより、システムは熱
バランスすることになる。
Next, when the maximum load demand on the fuel cell 9 is rapidly increasing from such a state, the switch 13 is opened to electrically disconnect the heat accumulator 12 from the fuel cell 9. In other words, if the external load 11 rapidly increases from 50% load amount to 75% load amount, the switch 13 is opened and the heat storage unit 12 is opened.
By electrically disconnecting the fuel cell 9 from the fuel cell 9,
Supply all power to 12 to load 11. As a result, all of the electric power supplied to the heat storage device 12 during the normal operation is instantaneously supplied to the external load 11. In this case,
After opening the switch 13, the system is in thermal balance by supplementing the amount supplied to the heat accumulator 12 with the auxiliary heating source 15.

上述したように本実施例では、予熱器1で予熱された炭
化水素系ガスとスチームの混合ガス6を導入し,炭化水
素系ガスをスチーム改質して改質ガスを生成する改質器
4と、この改質器4で生成された改質ガス8より水素ガ
スを得る各種機器系統7と、この各種機器系統7からの
水素ガス10を燃料として導入し,この水素ガス10を空気
と電気化学的に反応させて発電を行ない,かつこの発電
電力を外部の負荷11へ供給する燃料電池9と、この燃料
電池9と開閉器13を介して電気的に接離可能に設けら
れ,当該燃料電池9からの余剰発電電力を熱として蓄熱
可能な蓄熱器12とを備えて燃料電池発電システムを構成
し、その運転を行なう場合に、通常時は燃料電池9に対
する最大負荷要求量に見合った負荷量以上の発電を燃料
電池9により行ない,その余剰発電電力を開閉器13を介
し蓄熱器12へ熱として蓄熱し、上記燃料電池9に対する
負荷要求量の急速増加時には開閉器13を開いて蓄熱器12
を燃料電池9から電気的に切離し,通常運転時に蓄熱器
12へ供給されていた電力分を負荷11へ供給するようにし
たものである。
As described above, in the present embodiment, the reformer 4 that introduces the mixed gas 6 of the hydrocarbon-based gas and the steam preheated in the preheater 1 and steam-reforms the hydrocarbon-based gas to generate the reformed gas. And various equipment systems 7 for obtaining hydrogen gas from the reformed gas 8 produced by the reformer 4 and hydrogen gas 10 from the various equipment systems 7 are introduced as fuels, and the hydrogen gas 10 is supplied to air and electricity. A fuel cell 9 that chemically reacts to generate electric power and supplies the generated electric power to an external load 11 is provided so as to be electrically contactable and separable through the fuel cell 9 and a switch 13. When a fuel cell power generation system is configured with a regenerator 12 capable of storing the excess generated power from the battery 9 as heat, and when the fuel cell power generation system is operated, a load commensurate with the maximum load request amount for the fuel cell 9 is normally provided. Generate more than the required amount of electricity with the fuel cell 9. The surplus generated electric power is stored as heat in the heat storage device 12 via the switch device 13, and the switch device 13 is opened to open the heat storage device 12 when the load demand on the fuel cell 9 rapidly increases.
Is electrically disconnected from the fuel cell 9, and the regenerator is stored during normal operation.
The electric power that has been supplied to 12 is supplied to the load 11.

従って、蓄熱した熱の一部を、燃料電池へ導入される炭
化水素系ガスとスチームの混合ガスを予熱するための予
熱媒体、または加熱用ガスへ供給して使用することが可
能であるため、通常運転中における急速な負荷増加に対
し瞬時に追従して負荷11へ安定に電力を供給することが
できるばかりでなく、通常運転時の余剰電力を負荷11に
対する電力供給に影響を与えない状態で蓄熱器12に熱と
して蓄熱することにより、通常運転時の余剰電力を有効
的に利用して燃料電池発電システム全体の熱バランスを
図り熱効率を向上させることが可能となる。さらに、蓄
熱器12の容量を適当に選ぶことにより、外部需要電力の
負荷変動幅の大きな変化にも対応することができる上、
蓄熱媒体14を適当に選ぶことにより、より高温で熱エネ
ルギーを利用することができるため、熱エネルギーの利
用価値を高めることが可能となる。
Therefore, a part of the stored heat can be used by supplying it to the preheating medium for preheating the mixed gas of the hydrocarbon-based gas and steam introduced into the fuel cell, or the heating gas, Not only can power be stably supplied to the load 11 by instantaneously following a rapid increase in load during normal operation, but the surplus power during normal operation is not affected in the power supply to the load 11. By storing the heat in the heat storage device 12 as heat, it is possible to effectively use the surplus power during normal operation to achieve heat balance of the entire fuel cell power generation system and improve thermal efficiency. Furthermore, by appropriately selecting the capacity of the heat accumulator 12, it is possible to cope with a large change in the load fluctuation range of the external demand power.
By appropriately selecting the heat storage medium 14, it is possible to use the heat energy at a higher temperature, so that it is possible to increase the utility value of the heat energy.

次に、本発明の他の実施例について図面を参照して説明
する。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第2図は、本発明による燃料電池発電システムの他の構
成例をブロック的に示したものであり、第1図と同一部
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。第2図において、16はモ
ータ17により駆動され,第1図における燃料電池9へ供
給する水素ガス10の一部を所定圧力に加圧する圧縮機、
18はこの圧縮機16で加圧された水素ガスを貯蔵する水素
ガス貯蔵タンクであり、その貯蔵した水素ガスを減圧弁
19を介して燃料電池9へ供給し得るようにしている。な
お、上述のモータ17は開閉器20を介して燃料電池9の出
力側に接続している。すなわち本実施例は、前述した燃
料電池9に対する負荷要求量の急速増加時に対応するた
め、水素ガスを加圧状態で貯蔵しておき必要に応じてこ
れを燃料電池9へ供給する設備を、上述した蓄熱器12に
加えて備えるようにしたものである。
FIG. 2 is a block diagram showing another configuration example of the fuel cell power generation system according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only the part will be described. In FIG. 2, a compressor 16 is driven by a motor 17 and pressurizes a part of the hydrogen gas 10 supplied to the fuel cell 9 in FIG. 1 to a predetermined pressure,
Reference numeral 18 is a hydrogen gas storage tank for storing the hydrogen gas pressurized by the compressor 16, and the stored hydrogen gas is a pressure reducing valve.
It can be supplied to the fuel cell 9 via 19. The above-mentioned motor 17 is connected to the output side of the fuel cell 9 via the switch 20. That is, in the present embodiment, in order to cope with the rapid increase in the load demand on the fuel cell 9 described above, the facility for storing hydrogen gas in a pressurized state and supplying it to the fuel cell 9 as necessary is described above. This is provided in addition to the heat storage device 12 described above.

すなわち、かかる燃料電池発電システムにおいて、いま
仮に外部の負荷11が50%負荷量である場合に、100%の
負荷量で改質器4の運転を行なうと50%の電力が余剰と
なる。そして、この時は開閉器13を閉じて余剰の電力を
蓄熱器12へ供給し、これを熱に変換し蓄熱媒体14を介し
て予熱媒体3あるいは加熱用ガス5へ供給することによ
って、余剰電力の半分である25%の電力を消費させる。
また、開閉器20を閉じて余剰の電力をモータ17へ供給
し、これにより圧縮機16を駆動して燃料電池9への水素
ガス10の一部を導入し、これを加圧して水素ガス貯蔵タ
ンク18へ貯蔵することによって、余剰電力の残りの半分
である25%の電力を消費させる。
That is, in such a fuel cell power generation system, if the external load 11 is 50% load and the reformer 4 is operated with a load of 100%, 50% of the power becomes surplus. Then, at this time, the switch 13 is closed to supply the surplus electric power to the heat storage device 12, which is converted into heat and supplied to the preheating medium 3 or the heating gas 5 via the heat storage medium 14 to generate the surplus power. It consumes 25% of the electric power which is half of.
Further, the switch 20 is closed to supply surplus electric power to the motor 17, which drives the compressor 16 to introduce a part of the hydrogen gas 10 into the fuel cell 9 and pressurizes the hydrogen gas 10 to store the hydrogen gas. Storage in the tank 18 consumes 25% of the electric power, which is the other half of the surplus electric power.

次に、このような状態からいま燃料電池9に対する負荷
要求量が急速に増加した場合には,開閉器13を開いて蓄
熱器12を燃料電池9から電気的に切離する。つまり、い
ま仮に外部の負荷11が50%負荷量から75%負荷量に急速
に増加した場合には、開閉器13を開いて蓄熱器12を燃料
電池9から電気的に切離することにより、蓄熱器12への
25%の電力を全て負荷11へ供給する。また、若し仮に外
部の負荷11が50%負荷量から100%負荷量に急速に増加
した場合には、開閉器13を開いて蓄熱器12を燃料電池9
から電気的に切離することにより、蓄熱器12への25%の
電力を全て負荷11へ供給する。またこれと同時に、75%
負荷量から100%負荷量の変化に対応するために、開閉
器20を開いてモータ17を燃料電池9から電気的に切離す
ることにより、モータ17への25%の電力を全て負荷11へ
供給する。この結果、通常運転時に蓄熱器12およびモー
タ17へそれぞれ供給されていた電力分は、全て瞬時に外
部の負荷11へ供給されることになる。
Next, if the load demand on the fuel cell 9 increases rapidly from such a state, the switch 13 is opened to electrically disconnect the heat accumulator 12 from the fuel cell 9. That is, if the external load 11 rapidly increases from 50% load amount to 75% load amount, the switch 13 is opened to electrically disconnect the heat storage device 12 from the fuel cell 9, To regenerator 12
Supply 25% of all power to load 11. If the external load 11 rapidly increases from 50% load to 100% load, the switch 13 is opened and the regenerator 12 is connected to the fuel cell 9
Is electrically disconnected from the load 11 to supply 25% of electric power to the heat accumulator 12 to the load 11. At the same time, 75%
In order to cope with a change in the load amount from the load amount to 100%, the switch 20 is opened to electrically disconnect the motor 17 from the fuel cell 9, so that 25% of the electric power to the motor 17 is entirely transferred to the load 11. Supply. As a result, all of the electric power supplied to the heat storage device 12 and the motor 17 during normal operation is instantaneously supplied to the external load 11.

なおこの場合、モータ17の駆動源として使用されていた
圧縮動力に見合った水素ガスは、バランス上余ってくる
はずである。つまり、改質器4はその分の改質ガス生成
を行なっていたことになる。したがって、この場合改質
器4はその余分な改質ガス生成分の負荷量を低減してバ
ランスを取ることになる。また、モータ17で消費してい
る25%以上の外部負荷需要が出たような場合には、水素
ガス貯蔵タンク18に貯蔵中の加圧水素ガスを減圧弁19を
開いて燃料電池9へ供給することにより、急速な負荷の
増加に対応することができる。
In this case, the hydrogen gas commensurate with the compression power used as the drive source of the motor 17 should be left in balance. That is, the reformer 4 is producing the reformed gas for that amount. Therefore, in this case, the reformer 4 balances by reducing the load amount of the extra reformed gas generation portion. Further, when there is an external load demand of 25% or more consumed by the motor 17, pressurized hydrogen gas stored in the hydrogen gas storage tank 18 is supplied to the fuel cell 9 by opening the pressure reducing valve 19. As a result, it is possible to cope with a rapid increase in load.

尚、上記第2図の実施例では外部の負荷11が50%負荷量
から100%負荷量へ急速に増加した場合、また100%負荷
量よりも更に負荷が増大する場合を想定して説明した
が、これらの負荷量は蓄熱系の能力,水素ガス貯蔵系の
能力に応じて自由に変更し得るものであり、これによっ
て本発明の主旨が変わるものではない。
The embodiment of FIG. 2 has been described assuming that the external load 11 rapidly increases from the 50% load amount to the 100% load amount, or the load further increases from the 100% load amount. However, these load amounts can be freely changed according to the capacity of the heat storage system and the capacity of the hydrogen gas storage system, and this does not change the gist of the present invention.

その他、本発明はその要旨を変更しない範囲で、種々に
変形して実施することができるものである。
In addition, the present invention can be variously modified and implemented within the scope of the invention.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、炭化水素系ガスと
スチームの混合ガス、および加熱用ガスを導入し、炭化
水素系ガスをスチーム改質して改質ガスを生成する改質
器と、改質器で生成された改質ガスを燃料として導入、
この燃料を空気と電気化学的に反応させて発電を行な
い、かつこの発電電力を負荷へ供給する燃料電池と、燃
料電池からの余剰発電電力を熱として蓄熱し、当該熱を
蓄熱媒体により、炭化水素系ガスとスチームの混合ガス
を予熱するための予熱媒体、または加熱用ガスへ供給す
る蓄熱器と、燃料電池の出力側と蓄熱器との間に設けら
れ、燃料電池に対する負荷要求量が急増すると蓄熱器を
当該燃料電池から電気的に切離する開閉器とを備えて燃
料電池発電システムを構成し、その運転を行なうに際し
て、通常時は、燃料電池に対する負荷要求量に見合った
負荷量以上の発電を燃料電池により行ない、開閉器を閉
じてその余剰発電電力を蓄熱器へ熱として蓄熱し、燃料
電池に対する負荷要求量の急速増加時には、開閉器を開
いて蓄熱器を燃料電池から電気的に切離するようにして
いるので、急速な負荷増加に対し瞬時に追従して負荷へ
安定に電力を供給することができると共に、通常運転時
の余剰発電電力を熱として蓄熱して有効的に利用しシス
テム全体の熱効率を向上させることが可能な信頼性の高
い燃料電池発電システムおよびその運転方法が提供でき
る。
As described above, according to the present invention, a mixed gas of a hydrocarbon-based gas and steam and a heating gas are introduced, and the hydrocarbon-based gas is steam-reformed to generate a reformed gas. The reformer and the reformed gas produced by the reformer are introduced as fuel,
This fuel electrochemically reacts with air to generate electricity, and the fuel cell that supplies this generated power to the load and the surplus generated power from the fuel cell are stored as heat, and the heat is carbonized by the heat storage medium. It is installed between the output side of the fuel cell and the regenerator, which is the preheating medium for preheating the mixed gas of hydrogen-based gas and steam, or the regenerator that supplies the heating gas, and the load demand on the fuel cell increases rapidly. Then, a fuel cell power generation system is configured with a switch that electrically disconnects the heat storage device from the fuel cell, and when operating the fuel cell power generation system, at a normal time, a load amount equal to or greater than the load demand amount for the fuel cell is set. Power is generated by the fuel cell, the switch is closed and the surplus generated power is stored as heat in the heat accumulator.When the load demand on the fuel cell increases rapidly, the switch is opened and the heat accumulator is switched to the fuel cell. It is possible to supply power stably to the load by instantaneously following a rapid load increase, and to store excess surplus power generated during normal operation as heat. It is possible to provide a highly reliable fuel cell power generation system that can be effectively used and improve the thermal efficiency of the entire system, and an operating method thereof.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第2
図は本発明の他の実施例を示す構成ブロック図である。 1…予熱器、2…炭化水素系ガスとスチームの混合ガ
ス、4…改質器、7…各種機器系統、8…改質ガス、9
…燃料電池、10…水素ガス、11…負荷、12…蓄熱器、1
3,20…開閉器、16…圧縮機、17…モータ、18…水素ガス
貯蔵タンク、19…減圧弁。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a block diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention. 1 ... Preheater, 2 ... Mixed gas of hydrocarbon gas and steam, 4 ... Reformer, 7 ... Various equipment systems, 8 ... Reformed gas, 9
… Fuel cell, 10… Hydrogen gas, 11… Load, 12… Heat storage, 1
3, 20 ... Switch, 16 ... Compressor, 17 ... Motor, 18 ... Hydrogen gas storage tank, 19 ... Reducing valve.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】炭化水素系ガスとスチームの混合ガス、お
よび加熱用ガスを導入し、炭化水素系ガスをスチーム改
質して改質ガスを生成する改質器と、 前記改質器で生成された改質ガスを燃料として導入し、
この燃料を空気と電気化学的に反応させて発電を行な
い、かつこの発電電力を負荷へ供給する燃料電池と、 前記燃料電池からの余剰発電電力を熱として蓄熱し、当
該熱を蓄熱媒体により、前記炭化水素系ガスとスチーム
の混合ガスを予熱するための予熱媒体、または前記加熱
用ガスへ供給する蓄熱器と、 前記燃料電池の出力側と前記蓄熱器との間に設けられ、
前記燃料電池に対する負荷要求量が急増すると前記蓄熱
器を当該燃料電池から電気的に切離する開閉器と、 を備えて成ることを特徴とする燃料電池発電システム。
1. A reformer for introducing a mixed gas of a hydrocarbon-based gas and steam and a heating gas to steam-reform the hydrocarbon-based gas to generate a reformed gas, and a reformer for generating the reformed gas. Introduced reformed gas as fuel,
The fuel is electrochemically reacted with air to generate electricity, and a fuel cell that supplies the generated power to a load, and the surplus generated power from the fuel cell is stored as heat, and the heat is stored by a heat storage medium. A preheating medium for preheating the mixed gas of the hydrocarbon-based gas and steam, or a regenerator to be supplied to the heating gas, and provided between the output side of the fuel cell and the regenerator,
A fuel cell power generation system, comprising: a switch that electrically disconnects the heat storage device from the fuel cell when the load demand on the fuel cell rapidly increases.
【請求項2】炭化水素系ガスとスチームの混合ガス、お
よび加熱用ガスを導入し、炭化水素系ガスをスチーム改
質して改質ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成
された改質ガスを燃料として導入し、この燃料を空気と
電気化学的に反応させて発電を行ない、かつこの発電電
力を負荷へ供給する燃料電池と、前記燃料電池からの余
剰発電電力を熱として蓄熱し、当該熱を蓄熱媒体によ
り、前記炭化水素系ガスとスチームの混合ガスを予熱す
るための予熱媒体、または前記加熱用ガスへ供給する蓄
熱器と、前記燃料電池の出力側と前記蓄熱器との間に設
けられ、前記燃料電池と蓄熱器を電気的に接続する開閉
器とを備えて成る燃料電池発電システムの運転方法にお
いて、 通常時は、前記燃料電池に対する負荷要求量に見合った
負荷量以上の発電を燃料電池により行ない、前記開閉器
を閉じてその余剰発電電力を前記蓄熱器へ熱として蓄熱
し、 前記燃料電池に対する負荷要求量の急速増加時には、前
記開閉器を開いて前記蓄熱器を燃料電池から電気的に切
離するようにしたことを特徴とする燃料電池発電システ
ムの運転方法。
2. A reformer for introducing a mixed gas of a hydrocarbon-based gas and steam and a heating gas to steam-reform the hydrocarbon-based gas to generate a reformed gas, and a reformer for generating the reformed gas. The generated reformed gas is introduced as a fuel, the fuel is electrochemically reacted with air to generate electricity, and the generated electric power is supplied to the load, and the surplus generated electric power from the fuel cell is heated. As a heat storage medium, a heat storage medium for preheating a mixed gas of the hydrocarbon-based gas and steam, or a heat storage device for supplying the heating gas to the output side of the fuel cell and the heat storage unit. In a method of operating a fuel cell power generation system, which is provided between the fuel cell and a switch for electrically connecting the fuel cell and a heat storage device, in a normal operation, a load requirement for the fuel cell is satisfied. Over load Power generation is performed by a fuel cell, the switch is closed and the surplus generated power is stored as heat in the heat accumulator, and when the load demand on the fuel cell rapidly increases, the switch is opened to operate the heat accumulator as fuel. A method for operating a fuel cell power generation system, which is characterized in that it is electrically disconnected from a battery.
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