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JP2004164868A - Hot water storage method and device in cogeneration system - Google Patents

Hot water storage method and device in cogeneration system Download PDF

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JP2004164868A
JP2004164868A JP2002325897A JP2002325897A JP2004164868A JP 2004164868 A JP2004164868 A JP 2004164868A JP 2002325897 A JP2002325897 A JP 2002325897A JP 2002325897 A JP2002325897 A JP 2002325897A JP 2004164868 A JP2004164868 A JP 2004164868A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hot water
burner
water storage
backup
storage tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002325897A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Shindo
浩二 進藤
Hirokazu Izaki
博和 井崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP2002325897A priority Critical patent/JP2004164868A/en
Publication of JP2004164868A publication Critical patent/JP2004164868A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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Abstract

【課題】簡単な構成により、コージェネレーションシステムにおける貯湯タンクの湯温を所定温度に保持できるようにした貯湯方法及びその装置を提供する。
【解決手段】燃料電池システム1に貯湯タンク5を接続したコージェネレーションシステム6において、燃料電池システム1のプロセスガスバーナ4にバックアップバーナ16を並設してバックアップ給湯器17を構成する。多量に給湯されて貯湯タンク5内の湯温が所定温度以下になった時に、前記バックアップバーナ16を燃焼させて加温を効率良く行い、湯温が所定温度に達した時にはバックアップバーナ16の燃焼を停止させるように制御する。
【選択図】 図1
A hot water storage method and a hot water storage device that have a simple configuration so that the hot water temperature of a hot water storage tank in a cogeneration system can be maintained at a predetermined temperature.
In a cogeneration system in which a hot water storage tank is connected to a fuel cell system, a backup burner is arranged in parallel with a process gas burner of the fuel cell system to constitute a backup water heater. When a large amount of hot water is supplied and the temperature of hot water in the hot water storage tank 5 falls below a predetermined temperature, the backup burner 16 is burned to efficiently heat the hot water. When the temperature of the hot water reaches the predetermined temperature, the combustion of the backup burner 16 is started. Is controlled to be stopped.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムに貯湯タンクを接続したコージェネレーションシステムにおける貯湯方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気と熱とを併給するコージェネレーションシステムが従来知られており、これは燃料電池システムの燃料電池で発電した電力を供給すると共に、燃料電池システムで発生する排熱を利用して給湯できるようにしたものである。このようなコージェネレーションシステムの一例としては、都市ガス等の原燃料を水素主体の改質ガスに改質するための改質装置(改質器、CO変成器、CO除去器からなる)と、この改質装置のCO除去器から供給される改質ガス及び空気ファンから供給される空気(酸化剤ガス)により直流電力を発電する燃料電池等により燃料電池システムを形成し、この燃料電池システムに貯湯タンクを接続した構成のものが開示されている(例えば、特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−291525号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のコージェネレーションシステムによると、燃料電池システムの起動時に改質装置の触媒が所定温度(約700℃)にまで上昇しない間は改質ガスの組成が安定せず、このため不安定な改質ガスは燃料電池の燃料極に供給しないでプロセスガスバーナに送り込んで燃焼させている。このプロセスガスバーナでの燃焼排ガスは、貯湯タンクの水と熱交換して加温する熱源として利用されている。又、燃料電池の運転開始後は、燃料極で未反応に終わったオフガスの一部をプロセスガスバーナに導入して燃焼させ、その燃焼排ガスも貯湯タンクの水を加温する熱源として利用している。更に、改質器の触媒を昇温させるために改質器バーナで燃焼させる原燃料の燃焼排ガスも貯湯タンクの水を加温する熱源としている。
【0005】
上記改質装置による改質ガスの組成が安定した後は、改質ガスは燃料電池の燃料極に供給するようにバルブが切り替えられ、プロセスガスバーナへの導入は停止される。従って、プロセスガスバーナでの改質ガスの燃焼は、改質ガスの組成が安定するまでの比較的短い時間内に限定される。又、燃料電池の運転開始後は、燃料極で未反応に終わったオフガスの大部分は前記改質器バーナに導入して燃焼させるため、プロセスガスバーナへのオフガス供給量も著しく減少する。
【0006】
上記貯湯タンクには市水が供給され、この市水と前記プロセスガスバーナでの燃焼排ガス及び改質器バーナでの燃焼排ガスとの間で熱交換することにより約60℃に加温して溜めておくが、貯湯タンクからの給湯量が多くなると、補給される市水量が増えて貯湯タンク内の湯温が60℃以下に下がってしまう。このような時に、貯湯タンク内の湯温を速やかに昇温させたくても、上記のようにプロセスガスバーナでの排熱量には限界があるため、十分に目的を達せられない問題があった。
【0007】
本発明者らは、このような従来の問題を解決すべく鋭意研究した結果、前記プロセスガスバーナに追い炊き機能を付加することで、多量給湯時での貯湯タンク内の湯温低下を速やかに回復できることを見い出して本発明を完成するに至った。即ち、本発明は、簡単な構成により、コージェネレーションシステムにおける貯湯タンクの湯温を所定温度に保持できるようにした貯湯方法及びその装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、本発明に係る請求項1は、燃料電池システムに貯湯タンクを接続したコージェネレーションシステムにおいて、前記燃料電池システムのプロセスガスバーナにバックアップバーナを付加し、前記貯湯タンク内の湯温が所定温度以下になった時に前記バックアップバーナを燃焼させ、湯温が所定温度に達した時には前記バックアップバーナの燃焼を停止することを特徴とするコージェネレーションシステムにおける貯湯方法である。
【0009】
又、本発明に係る請求項2は、原燃料を水素主体の改質ガスに改質する改質装置と、前記改質ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池と、前記改質装置による改質ガスの組成が安定するまでの間に当該改質ガスを燃焼するプロセスガスバーナとを備えた燃料電池システムに貯湯タンクを接続したコージェネレーションシステムにおいて、前記プロセスガスバーナにバックアップバーナを付加してバックアップ給湯器を構成したことを特徴とするコージェネレーションシステムにおける貯湯装置である。
【0010】
更に、本発明に係る請求項3は、請求項2において、前記プロセスガスバーナとバックアップバーナとを並設して燃焼部を一体化したことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るコージェネレーションシステムにおける貯湯方法及びその装置の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係るコージェネレーションシステムにおける貯湯装置の実施形態を示す概略ブロック図である。
【0012】
図1において、1は燃料電池システムであり、改質装置2と、燃料電池3(例えば、固体高分子形燃料電池)と、プロセスガスバーナ4等から構成されている。この燃料電池システム1には、貯湯タンク5が接続されてコージェネレーションシステム6が構成されている。
【0013】
上記改質装置2は、改質器2aと、CO変成器2bと、CO除去器2c等から構成され、都市ガス等の原燃料を脱硫器2dで硫黄分を吸着した後に、改質器2aで水蒸気改質することにより水素主体のガスに改質し、続いてCO変成器2bで改質ガス中のCOをCOに変成し、更にCO除去器2cで選択酸化することにより改質ガス中のCOを所定濃度以下に低減する。
【0014】
燃料電池システム1の起動時には、改質装置2により改質された改質ガスは組成分が安定しておらず、このため切替バルブ7を閉じると共に切替バルブ8を開いて改質ガスをプロセスガスバーナ4に導入して燃焼させる。又、改質器2aではその触媒を昇温させるために、原燃料の一部を改質器バーナ9に供給して燃焼させる。
【0015】
改質ガスの組成分が安定すると、上記切替バルブ8を閉じると共に切替バルブ7を開いて改質ガスをCO除去器2cから燃料電池3の燃料極3aに供給し、空気ファン10により外気から取り込んだ空気を燃料電池3の空気極3bに供給して燃料電池3の発電が開始される。
【0016】
燃料電池3で発電された直流電力は、電源部11に導入され、図示を省略したDC/DCコンバータ、DC/ACインバータを経て交流電力に変換されて供給されるのが一般的である。
【0017】
燃料電池3の発電中、燃料極3aで未反応に終わったオフガスは、燃料電池3から排出されると共に、その大部分は管路12を経て前記改質器バーナ9に導入して燃焼され、一部は管路12から分岐された管路13を経て前記プロセスガスバーナ4に導入して燃焼される。管路12、13の途中には切替バルブ14、15がそれぞれ設けられている。改質器2aの触媒は発熱反応であり、その触媒の反応温度を保つためにオフガスを改質器バーナ9に導入して燃焼し続ける必要がある。前記原燃料の一部を改質器バーナ9に供給して燃焼させるのは、起動時における改質器2aの触媒を昇温させる間だけであり運転開始後は供給されない。
【0018】
本実施形態では、プロセスガスバーナ4にバックアップバーナ16を付加してバックアップ給湯器17を構成する。その構成例を図2により説明すると、バックアップ給湯器17は、燃焼部17aと熱交換部17bとを備え、燃焼部17aには前記プロセスガスバーナ4とバックアップバーナ16とが並設され、熱交換部17bには複数の熱回収水配管18が配設されている。この熱回収水配管18は複数本の直管からなるが、熱交換部17a内で複数回屈曲する1本の曲管であってもよい。又、燃焼部17aには燃焼空気ファン19が付設されている。このバックアップ給湯器17は、図1のように前記貯湯タンク5と管路20を介して接続され、管路20の途中にはポンプ21が設けられている。
【0019】
貯湯タンク5には適時に市水が供給され、上記ポンプ21により貯湯タンク5の底部から管路20に水が流入すると共に、この管路20に接続された前記熱回収水配管18内を通過し、バックアップ給湯器17の熱交換部17bで加温された後に貯湯タンク5内の上部に戻るのである。貯湯タンク5内には通常一定量の温水が溜められ、上記の要領にて繰り返し水を循環させることで徐々に湯温を上昇させることができる。
【0020】
又、貯湯タンク5には温度センサ22が付設され、この温度センサ22により貯湯タンク5内の湯温を検出できるようにしてあり、湯温が所定温度(例えば、60℃)になると制御装置(図略)からの信号によりポンプ21が停止し、水の循環が遮断して60℃の温水を貯湯タンク5内に貯溜するようにしてある。
【0021】
例えば、一般家庭においてキッチンや風呂場での温水使用時には、上記貯湯タンク5から供給される。そして、貯湯タンク5の温水減量に応答して貯湯タンク5の底部に市水が補給される。多量の温水使用時には、貯湯タンク5内に補給される市水も多量となり、このため貯湯タンク5内の湯温が60℃以下に下がる事態が発生する。
【0022】
前記温度センサ22が60℃以下の湯温を検出すると、制御装置からの信号により前記ポンプ21が作動して、前記バックアップ給湯器17との間で水の循環が開始する。この循環水は前記のようにバックアップ給湯器17の熱交換部17bで加温されて貯湯タンク5に戻るが、その際前記バックアップバーナ16を燃焼させて加温速度を速める。
【0023】
バックアップバーナ16には、図2のようにバックアップバーナ燃料供給配管23が接続され、燃料として都市ガス又はプロパンガス等が供給される。前記のようにプロセスガスバーナ4には、燃料として燃料電池3から排出されるオフガス(起動時には改質ガス)が供給される。バックアップバーナ16の燃料としてオフガスを供給することも可能であるが、前記のようにオフガスの大部分は改質器バーナ9の燃料として用いられ、プロセスガスバーナ4へのオフガス供給量が少なく、更に途中で分岐させてバックアップバーナ16にもオフガスを供給することは極めて微量になってしまう。
【0024】
改質器バーナ9へのオフガス供給量を制限してバックアップバーナ16に必要量のオフガスを供給することも可能であるが、オフガスは水素主体の改質ガスであり、しかも空気と混合しないで拡散燃焼させるため燃焼速度が速く、多量に燃焼させるとバックファイヤを起こし易い。バックファイヤが起こると、危険であるばかりでなく燃料電池3を破壊する恐れすらある。これらのことから、バックアップバーナ16の燃料は都市ガス又はプロパンガスとし、前記燃焼空気ファン19からの空気を混合して燃焼させることが好ましい。
【0025】
本実施形態では、プロセスガスバーナ4でのオフガス燃焼のみならず、バックアップバーナ16での都市ガス又はプロパンガス燃焼をも付加したので、バックアップ給湯器17はいわば追い焚き機能を発揮し、多量に温水が使用されて貯湯タンク5内の湯温が60℃以下になった時に、バックアップ給湯器17の熱交換部17bを通過する循環水を効率良く加温して貯湯タンク5内の湯温を短時間にて60℃に戻すことができる。貯湯タンク5内の湯温が60℃に戻ると、制御装置の指令信号によりバックアップバーナ16への燃料供給が停止され、保温のためにプロセスガスバーナ4でのオフガス燃焼のみが続行される。
【0026】
又、バックアップ給湯器17は、プロセスガスバーナ4とバックアップバーナ16とを並設して燃焼部17aを一体化した構造であるから、燃焼部17aの総熱量を高めて熱交換部17bでの熱交換を効率良く行うことができる。
【0027】
更に、バックアップ給湯器17を貯湯タンク5側ではなく、燃料電池システム1側に設けたので、貯湯タンク5側での燃焼排ガスがなく、貯湯タンク5の設置場所の自由度を高めることができる。
【0028】
尚、燃料電池3の発電が終了して燃料電池システム1が停止すると、プロセスガスバーナ4へのオフガスの供給が遮断する。この時、バックアップバーナ16に燃料を供給して燃焼させると、貯湯タンク5内の温水を所定温度(60℃)に保温することができる。前記温度センサ22により湯温を検出し、所定温度以下になったらバックアップバーナ16に燃料を供給して燃焼させ、所定温度に達したらバックアップバーナ16への燃料供給を停止するように前記制御装置により制御することが可能である。これにより、燃料電池システム1の停止時において、貯湯タンク5内の湯温を所定温度に保つことができる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る請求項1の発明によれば、燃料電池システムに貯湯タンクを接続したコージェネレーションシステムにおいて、前記燃料電池システムのプロセスガスバーナにバックアップバーナを付加し、前記貯湯タンク内の湯温が所定温度以下になった時に前記バックアップバーナを燃焼させ、湯温が所定温度に達した時には前記バックアップバーナの燃焼を停止することを特徴とする貯湯方法であり、貯湯タンクから多量に給湯されて湯温が所定温度より低下したような場合に、バックアップバーナの燃焼によって短時間にて所定温度に昇温することができ、且つ所定温度以上にならないように制御することができる。これにより、貯湯タンクの湯温を所定温度に保持できる効果を奏する。
【0030】
又、本発明に係る請求項2の発明によれば、原燃料を水素主体の改質ガスに改質する改質装置と、前記改質ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池と、前記改質装置による改質ガスの組成が安定するまでの間に当該改質ガスを燃焼するプロセスガスバーナとを備えた燃料電池システムに貯湯タンクを接続したコージェネレーションシステムにおいて、前記プロセスガスバーナにバックアップバーナを付加してバックアップ給湯器を構成したことを特徴とする貯湯装置であり、構成が簡単で大幅にコストアップすることがなく、又バックアップ給湯器は貯湯タンク側ではなく、燃料電池システム側に設置されて貯湯タンク側での燃焼排ガスがないため、貯湯タンクの設置場所の自由度が向上する効果を奏する。
【0031】
更に、本発明に係る請求項3の発明によれば、請求項2において、前記プロセスガスバーナとバックアップバーナとを並設して燃焼部を一体化したので、バックアップ給湯器の燃焼部の総熱量を高めて循環水との間で熱交換を効率良く行うことができ、且つ装置を小型コンパクトにまとめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る本発明に係るコージェネレーションシステムにおける貯湯装置の実施形態を示す概略ブロック図である。
【図2】本発明に係るバックアップ給湯器の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
1…燃料電池システム
2…改質装置
3…燃料電池
4…プロセスガスバーナ
5…貯湯タンク
6…コージェネレーションシステム
9…改質器バーナ
16…バックアップバーナ
17…バックアップ給湯器
17a…燃焼部
17b…熱交換部
18…熱回収水配管
19…燃焼空気ファン
22…温度センサ
23…バックアップバーナ燃料供給配管
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hot water storage method and a device thereof in a cogeneration system in which a hot water tank is connected to a fuel cell system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A cogeneration system that supplies both electricity and heat is conventionally known. This cogeneration system supplies electric power generated by a fuel cell of a fuel cell system and supplies hot water using exhaust heat generated by the fuel cell system. It was done. As an example of such a cogeneration system, a reformer (consisting of a reformer, a CO converter, and a CO remover) for reforming a raw fuel such as city gas into a reformed gas mainly composed of hydrogen is provided. A fuel cell system or the like is formed by a fuel cell or the like that generates DC power using the reformed gas supplied from the CO remover of this reformer and the air (oxidant gas) supplied from the air fan. A configuration in which a hot water storage tank is connected is disclosed (for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-291525 A
[Problems to be solved by the invention]
According to the above conventional cogeneration system, the composition of the reformed gas is not stable unless the temperature of the catalyst of the reformer rises to the predetermined temperature (about 700 ° C.) at the time of starting the fuel cell system. The quality gas is sent to a process gas burner for combustion without being supplied to the fuel electrode of the fuel cell. The combustion exhaust gas from the process gas burner is used as a heat source for heating by exchanging heat with water in a hot water storage tank. After the operation of the fuel cell is started, a part of the unreacted off gas at the fuel electrode is introduced into the process gas burner and burned, and the combustion exhaust gas is also used as a heat source for heating the water in the hot water storage tank. . Further, the flue gas of the raw fuel burned by the reformer burner to raise the temperature of the catalyst of the reformer is also used as a heat source for heating the water in the hot water storage tank.
[0005]
After the composition of the reformed gas by the reformer is stabilized, the valve is switched so that the reformed gas is supplied to the fuel electrode of the fuel cell, and the introduction to the process gas burner is stopped. Therefore, combustion of the reformed gas in the process gas burner is limited within a relatively short time until the composition of the reformed gas is stabilized. After the operation of the fuel cell is started, most of the unreacted off gas at the fuel electrode is introduced into the reformer burner and burned, so that the amount of off gas supplied to the process gas burner is significantly reduced.
[0006]
City water is supplied to the hot water storage tank, and heat is exchanged between the city water and the combustion exhaust gas from the process gas burner and the combustion exhaust gas from the reformer burner to be heated to about 60 ° C. and stored. However, if the amount of hot water supplied from the hot water storage tank increases, the amount of city water to be supplied increases, and the temperature of the hot water in the hot water storage tank drops to 60 ° C. or lower. In such a case, there is a problem that even if it is desired to quickly raise the temperature of the hot water in the hot water storage tank, the amount of heat exhausted from the process gas burner is limited as described above, and thus the purpose cannot be sufficiently achieved.
[0007]
The present inventors have conducted intensive studies to solve such a conventional problem, and as a result, by adding an additional cooking function to the process gas burner, a drop in the hot water temperature in the hot water storage tank at the time of large-volume hot water supply can be quickly recovered. The inventors have found what can be done, and have completed the present invention. That is, an object of the present invention is to provide a hot water storage method and a device thereof that can maintain the hot water temperature of a hot water storage tank in a cogeneration system at a predetermined temperature with a simple configuration.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a cogeneration system in which a hot water storage tank is connected to a fuel cell system, wherein a backup burner is added to a process gas burner of the fuel cell system. A hot water storage method in a cogeneration system, characterized in that the backup burner is burned when the temperature of the hot water in the tank falls below a predetermined temperature, and the combustion of the backup burner is stopped when the temperature of the hot water reaches the predetermined temperature. .
[0009]
Also, the present invention relates to a reformer for reforming a raw fuel into a reformed gas mainly composed of hydrogen, a fuel cell which is supplied with the reformed gas and an oxidizing gas to generate electric power, and In a cogeneration system in which a hot water storage tank is connected to a fuel cell system including a process gas burner that burns the reformed gas until the composition of the reformed gas is stabilized by the reformer, a backup burner is added to the process gas burner A hot water storage device in a cogeneration system, comprising a backup hot water supply.
[0010]
Furthermore, a third aspect of the present invention is characterized in that, in the second aspect, the process gas burner and the backup burner are juxtaposed to integrate a combustion section.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of a hot water storage method and a hot water storage device in a cogeneration system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing an embodiment of a hot water storage device in a cogeneration system according to the present invention.
[0012]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a fuel cell system, which includes a reformer 2, a fuel cell 3 (for example, a polymer electrolyte fuel cell), a process gas burner 4, and the like. A hot water storage tank 5 is connected to the fuel cell system 1 to form a cogeneration system 6.
[0013]
The reformer 2 includes a reformer 2a, a CO shift converter 2b, a CO remover 2c, and the like. After the raw fuel such as city gas is adsorbed by a desulfurizer 2d for sulfur content, the reformer 2a Reforming into a gas mainly composed of hydrogen by steam reforming, then converting CO in the reformed gas into CO 2 in a CO converter 2b, and further performing selective oxidation in a CO remover 2c to form a reformed gas. CO in the water is reduced to a predetermined concentration or less.
[0014]
When the fuel cell system 1 is started, the composition of the reformed gas reformed by the reformer 2 is not stable. Therefore, the switching valve 7 is closed and the switching valve 8 is opened to supply the reformed gas to the process gas burner. 4 and burn. In the reformer 2a, a part of the raw fuel is supplied to the reformer burner 9 and burned in order to raise the temperature of the catalyst.
[0015]
When the composition of the reformed gas becomes stable, the switching valve 8 is closed and the switching valve 7 is opened to supply the reformed gas from the CO remover 2c to the fuel electrode 3a of the fuel cell 3 and to be taken in from outside air by the air fan 10. The air is supplied to the cathode 3b of the fuel cell 3 to start the power generation of the fuel cell 3.
[0016]
In general, the DC power generated by the fuel cell 3 is introduced into the power supply unit 11, converted into AC power through a DC / DC converter, and a DC / AC inverter (not shown), and supplied.
[0017]
During the power generation of the fuel cell 3, off-gas that has not reacted at the fuel electrode 3 a is discharged from the fuel cell 3, and most of the off-gas is introduced into the reformer burner 9 through a pipe 12 and burned. Part of the gas is introduced into the process gas burner 4 through a pipe 13 branched from the pipe 12 and burned. Switching valves 14 and 15 are provided in the middle of the pipes 12 and 13, respectively. The catalyst of the reformer 2a is an exothermic reaction, and it is necessary to introduce an off-gas into the reformer burner 9 and continue burning in order to maintain the reaction temperature of the catalyst. A part of the raw fuel is supplied to the reformer burner 9 and burned only during the temperature rise of the catalyst of the reformer 2a at the time of startup, and is not supplied after the start of operation.
[0018]
In the present embodiment, a backup water heater 17 is configured by adding a backup burner 16 to the process gas burner 4. The configuration example will be described with reference to FIG. 2. The backup water heater 17 includes a combustion section 17a and a heat exchange section 17b, and the process gas burner 4 and the backup burner 16 are arranged in the combustion section 17a in parallel. A plurality of heat recovery water pipes 18 are provided in 17b. The heat recovery water pipe 18 is composed of a plurality of straight pipes, but may be a single bent pipe that is bent a plurality of times in the heat exchange section 17a. Further, a combustion air fan 19 is attached to the combustion section 17a. This backup water heater 17 is connected to the hot water storage tank 5 via a pipe 20 as shown in FIG. 1, and a pump 21 is provided in the pipe 20 in the middle.
[0019]
City water is supplied to the hot water storage tank 5 in a timely manner, and water flows into the pipeline 20 from the bottom of the hot water storage tank 5 by the pump 21 and passes through the heat recovery water pipe 18 connected to the pipeline 20. Then, after being heated in the heat exchange section 17b of the backup water heater 17, the water returns to the upper portion in the hot water storage tank 5. Usually, a fixed amount of hot water is stored in the hot water storage tank 5, and the temperature of the hot water can be gradually raised by repeatedly circulating the water in the manner described above.
[0020]
The hot water storage tank 5 is provided with a temperature sensor 22 so that the temperature sensor 22 can detect the temperature of the hot water in the hot water storage tank 5. When the hot water temperature reaches a predetermined temperature (for example, 60 ° C.), the control device ( (Not shown), the pump 21 is stopped, the circulation of water is cut off, and hot water of 60 ° C. is stored in the hot water storage tank 5.
[0021]
For example, when hot water is used in a kitchen or bathroom in a general household, the hot water is supplied from the hot water storage tank 5. Then, city water is supplied to the bottom of the hot water storage tank 5 in response to the decrease in the amount of hot water in the hot water storage tank 5. When a large amount of hot water is used, a large amount of city water is replenished into the hot water storage tank 5, so that the temperature of the hot water in the hot water storage tank 5 drops to 60 ° C. or less.
[0022]
When the temperature sensor 22 detects the temperature of the hot water of 60 ° C. or less, the pump 21 operates according to a signal from the control device, and the circulation of water with the backup hot water heater 17 starts. The circulating water is heated in the heat exchange section 17b of the backup water heater 17 and returns to the hot water storage tank 5 as described above. At this time, the backup burner 16 is burned to increase the heating speed.
[0023]
As shown in FIG. 2, a backup burner fuel supply pipe 23 is connected to the backup burner 16 to supply city gas, propane gas, or the like as fuel. As described above, the process gas burner 4 is supplied with off-gas (reformed gas at startup) discharged from the fuel cell 3 as fuel. Although it is possible to supply off-gas as fuel for the backup burner 16, most of the off-gas is used as fuel for the reformer burner 9 as described above, and the amount of off-gas supply to the process gas burner 4 is small. The supply of off-gas to the backup burner 16 by branching at a very small amount is extremely small.
[0024]
It is possible to supply the required amount of off-gas to the backup burner 16 by limiting the amount of off-gas supplied to the reformer burner 9. However, the off-gas is a reformed gas mainly composed of hydrogen, and is diffused without mixing with air. The combustion speed is high because it is burned, and backfire tends to occur when a large amount is burned. When the backfire occurs, it is not only dangerous but may even destroy the fuel cell 3. From these facts, it is preferable that the fuel of the backup burner 16 is city gas or propane gas, and the air from the combustion air fan 19 is mixed and burned.
[0025]
In this embodiment, not only off-gas combustion in the process gas burner 4 but also city gas or propane gas combustion in the backup burner 16 is added, so that the backup water heater 17 exhibits a so-called reheating function, and a large amount of hot water is produced. When the temperature of the hot water in the hot water storage tank 5 is reduced to 60 ° C. or less, the circulating water passing through the heat exchange section 17b of the backup hot water supply 17 is efficiently heated to reduce the hot water temperature in the hot water storage tank 5 for a short time. To 60 ° C. When the temperature of the hot water in the hot water storage tank 5 returns to 60 ° C., the supply of fuel to the backup burner 16 is stopped by a command signal of the control device, and only the off-gas combustion in the process gas burner 4 is continued to keep the temperature.
[0026]
In addition, since the backup water heater 17 has a structure in which the process gas burner 4 and the backup burner 16 are arranged side by side and the combustion part 17a is integrated, the total heat quantity of the combustion part 17a is increased and the heat exchange in the heat exchange part 17b is performed. Can be performed efficiently.
[0027]
Further, since the backup water heater 17 is provided not on the hot water storage tank 5 side but on the fuel cell system 1 side, there is no combustion exhaust gas on the hot water storage tank 5 side, and the degree of freedom of the installation location of the hot water storage tank 5 can be increased.
[0028]
When the power generation of the fuel cell 3 is completed and the fuel cell system 1 stops, the supply of the off gas to the process gas burner 4 is cut off. At this time, when the fuel is supplied to the backup burner 16 and burned, the hot water in the hot water storage tank 5 can be kept at a predetermined temperature (60 ° C.). The hot water temperature is detected by the temperature sensor 22, and when the temperature falls below a predetermined temperature, fuel is supplied to the backup burner 16 to burn it. When the temperature reaches the predetermined temperature, the control device stops the fuel supply to the backup burner 16. It is possible to control. Thus, when the fuel cell system 1 is stopped, the temperature of the hot water in the hot water storage tank 5 can be maintained at a predetermined temperature.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, in a cogeneration system in which a hot water storage tank is connected to a fuel cell system, a backup burner is added to a process gas burner of the fuel cell system, and the hot water storage tank is provided. A hot water storage method in which the backup burner is burned when the temperature of the hot water in the inside falls below a predetermined temperature, and the combustion of the backup burner is stopped when the temperature of the hot water reaches the predetermined temperature. When the hot water is supplied to the furnace and the hot water temperature falls below the predetermined temperature, the temperature can be raised to the predetermined temperature in a short time by the combustion of the backup burner, and the temperature can be controlled so as not to exceed the predetermined temperature. Thereby, there is an effect that the hot water temperature of the hot water storage tank can be maintained at the predetermined temperature.
[0030]
Further, according to the invention of claim 2 of the present invention, a reformer for reforming a raw fuel into a reformed gas mainly composed of hydrogen, and a fuel cell for generating electricity by supplying the reformed gas and the oxidizing gas And a cogeneration system in which a hot water storage tank is connected to a fuel cell system including a process gas burner that burns the reformed gas until the composition of the reformed gas is stabilized by the reformer. This hot water storage device features a backup water heater with a backup burner added, and has a simple configuration and does not significantly increase the cost. The backup water heater is not on the hot water storage tank side but on the fuel cell system side. Since there is no combustion exhaust gas on the hot water storage tank side, there is an effect that the degree of freedom of the installation location of the hot water storage tank is improved.
[0031]
Further, according to the third aspect of the present invention, in the second aspect, the process gas burner and the backup burner are juxtaposed and the combustion part is integrated, so that the total heat amount of the combustion part of the backup water heater is reduced. Heat can be efficiently exchanged with the circulating water by increasing the temperature, and the apparatus can be made compact and compact.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an embodiment of a hot water storage device in a cogeneration system according to the present invention according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration example of a backup water heater according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 2 ... Reformer 3 ... Fuel cell 4 ... Process gas burner 5 ... Hot water storage tank 6 ... Cogeneration system 9 ... Reformer burner 16 ... Backup burner 17 ... Backup water heater 17a ... Combustion part 17b ... Heat exchange Part 18: Heat recovery water pipe 19 ... Combustion air fan 22 ... Temperature sensor 23 ... Backup burner fuel supply pipe

Claims (3)

燃料電池システムに貯湯タンクを接続したコージェネレーションシステムにおいて、前記燃料電池システムのプロセスガスバーナにバックアップバーナを付加し、前記貯湯タンク内の湯温が所定温度以下になった時に前記バックアップバーナを燃焼させ、湯温が所定温度に達した時には前記バックアップバーナの燃焼を停止することを特徴とするコージェネレーションシステムにおける貯湯方法。In a cogeneration system in which a hot water storage tank is connected to a fuel cell system, a backup burner is added to a process gas burner of the fuel cell system, and when the temperature of hot water in the hot water storage tank falls below a predetermined temperature, the backup burner is burned, A method of storing hot water in a cogeneration system, wherein the combustion of the backup burner is stopped when the temperature of the hot water reaches a predetermined temperature. 原燃料を水素主体の改質ガスに改質する改質装置と、前記改質ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池と、前記改質装置による改質ガスの組成が安定するまでの間に当該改質ガスを燃焼するプロセスガスバーナとを備えた燃料電池システムに貯湯タンクを接続したコージェネレーションシステムにおいて、前記プロセスガスバーナにバックアップバーナを付加してバックアップ給湯器を構成したことを特徴とするコージェネレーションシステムにおける貯湯装置。A reformer for reforming raw fuel into a reformed gas mainly composed of hydrogen, a fuel cell for supplying the reformed gas and the oxidizing gas to generate power, and a composition of the reformed gas by the reformer being stabilized In a cogeneration system in which a hot water storage tank is connected to a fuel cell system having a process gas burner that burns the reformed gas up to this point, a backup water heater is configured by adding a backup burner to the process gas burner. Hot water storage device in the cogeneration system. 前記プロセスガスバーナとバックアップバーナとを並設して燃焼部を一体化したことを特徴とする請求項2記載のコージェネレーションシステムにおける貯湯装置。The hot water storage device in a cogeneration system according to claim 2, wherein the process gas burner and the backup burner are arranged side by side to integrate a combustion unit.
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