JP2004349093A

JP2004349093A - Fuel cell plant

Info

Publication number: JP2004349093A
Application number: JP2003144350A
Authority: JP
Inventors: Akifusa Hagiwara; 明房萩原; Hideo Dohata; 日出夫道畑
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-22
Also published as: JP4670228B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell plant which can be economically operated by quickly responding to an increase and decrease of power demand. <P>SOLUTION: When an operation-stop order is instructed or at a partial-load operation, at least one cell unit is operated and cell units not operating are warmed up with exhaust gas from the operating cell supplied to fuel electrodes of the cell units not operating. By the above, the fuel cell plant can respond to a frequent start and stop, and the fuel electrode is prevented from oxidation since the exhaust gas for warming-up also serves as purge gas. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池セルの電解質がイオン導電性セラミックスや溶融炭酸塩で形成された燃料電池プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体酸化物形燃料電池は、電解質としてイオン導電性セラミックスが使用されており、電解質が固体で安定していることから、高温での運転が可能で発電効率も高効率であり、事業用発電プラントとして期待されている。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池の電解質は、例えばイットリア安定化ジルコニアＹＳＺのような酸素イオンを通すイオン導電性セラミックスで形成され、空気極と燃料極との間に配置される（例えば非特許文献１参照）。空気極は、酸素と電子とを反応させ酸素イオンを発生させるものであり、ランタンマンガナイト系酸化物が一般的に用いられている。一方、燃料極は、空気極からの酸素イオンと燃料ガスとを反応させ燃料ガスを電気化学的に酸化させるものであり、金属ニッケルとイットリア安定化ジルコニアとの混合物であるサーメットが使用されている。金属ニッケルを用いているのはメタン等の燃料ガスの水蒸気改質に優れているからである。
【０００４】
このような固体酸化物形燃料電池を用いて事業用発電プラントを構成する場合には、複数台の固体酸化物形燃料電池をそれぞれ電池ユニットとして配置して固体酸化物形燃料電池プラントを構成している。図６はそのような固体酸化物形燃料電池プラントの構成図である。図６では５台の電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅを配置した場合を示している。
【０００５】
電池ユニットは１１Ａ〜１１Ｅは、それぞれ燃料を改質する燃料処理器１２Ａ〜１２Ｅと、燃料処理器１２Ａ〜１２Ｅで改質された燃料を電気化学的に酸化させ直流電力を発生する電池セル１３Ａ〜１３Ｅとから構成されている。電池セル１３Ａ〜１３Ｅは、燃料極と空気極との間に電解質を挟んで構成され、電解質は固体のイオン導電性セラミックスで形成されている。また、燃料極は金属ニッケルとイットリア安定化ジルコニアとの混合物であるサーメットで形成され、空気極はランタンマンガナイト系酸化物で形成されている。
【０００６】
電池セル１３Ａ〜１３Ｅで発生した直流電力は、図示省略のインバータ装置により交流電力に変換されて電力系統に送電される。このように各々の電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅは、燃料改質をその内部で行え、電解質が固体で構成されるので電解質の蒸発による電池性能の低下がなく、作動温度が８００℃〜１０００℃であり、その排ガス温度が高いという特徴を有する。
【０００７】
電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅの燃料極には、燃料供給設備１４から燃料供給系統１５を介して、通常、天然ガスＮＧが供給される。燃料供給系統１５には燃料供給主弁１６および各々の電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅの燃料極の入口に燃料供給制御弁１７Ａ〜１７Ｅが設けられている。一方、電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅの空気極には、酸素供給設備１８から酸素供給系統１９を介して、通常、圧縮された高温の空気が供給される。空気供給系統１９には各々の電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅの空気極の入口に空気供給制御弁２０Ａ〜２０Ｅが設けられている。
【０００８】
また、燃料供給系統１５にはパージガス供給主弁２３を介してパージガス供給設備２４が接続されており、電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅの停止時には、燃料極が酸化しないように、停止電池ユニットの燃料極にパージガス（例えば窒素）を供給するようにしている。これは、電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅの燃料極は金属ニッケルＮｉで形成されており、この金属ニッケルが酸化して体積が膨張し電解質であるイオン導電性セラミックスや燃料極が破損することを防止するためである。
【０００９】
固体酸化物形燃料電池プラントの運転時には、パージガス供給設備１４のパージガス供給主弁２３は閉じられており、燃料供給設備１４から燃料供給主弁１６および燃料供給制御弁１７Ａ〜１７Ｅを介して各々の電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅに燃料を供給し、また、酸素供給設備１８から酸素供給弁２０Ａ〜２０Ｅを介して各々の電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅに酸素を供給して電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅを稼働させる。電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅでの排ガスは排ガス弁２１Ａ〜２１Ｅを介して排ガス系統に排出される。
【００１０】
一方、溶融炭酸塩形燃料電池は電解質として炭酸リチウムや炭酸カリウムなどの混合アルカリ炭酸塩を溶融した溶融炭酸塩が使用され、空気極には酸化ニッケル（リチウムドープ）、燃料極にはニッケル（クロムドープ）が用いられ、高温（例えば６５０℃）での運転が可能で発電効率も高効率である。また、溶融炭酸塩形燃料電池の電池ユニットは、固体酸化物形燃料電池と同様に、それぞれ燃料を改質する燃料処理器と、燃料処理器で改質された燃料を電気化学的に酸化させ直流電力を発生する電池セルとから構成され、複数台の溶融炭酸塩形燃料電池をそれぞれ電池ユニットとして配置して溶融炭酸塩形燃料電池プラントが構成される。
【００１１】
【特許文献１】
社団法人火力原子力発電技術協会火力原子力発電２００１−１０Ｎｏ．５４１Ｖｏｌ．５２平成１３年１０月１５日Ｐ１２８〜Ｐ１２９
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、固体酸化物形燃料電池プラントにおいては、夜間など電力負荷需要が低下する場合には、固体酸化物形燃料電池プラントを停止することが電力系統運用上必要となる場合がある。この場合、固体酸化物形燃料電池プラントは、通常、高温で運転されていることから、一旦停止するとその停止に伴い電池ユニットの温度が低下してしまう。
【００１３】
電池ユニットの温度が低下した状態から起動するには、電解質であるイオン導電性セラミックスに熱ストレスを与えないようにしなければならないので、急激に温度を上昇させることができない。従って、起動時の昇温時間が長くなり、電力需要の増減に迅速に応答できない。また、電池ユニットの停止時には燃料極の酸化防止のためにパージガスの供給が必要となることから、別途、パージガスを供給しなければならない。このように、一旦、電池ユニットを停止すると、その起動に時間がかかるだけでなく、停止電池ユニットの燃料極にパージガスの供給をしなければならないので、そのユーティリティー消費が増えることになり、経済的な運用に支障をきたすことになる。
【００１４】
一方、溶融炭酸塩形燃料電池プラントの場合は、運転時の高温から停止時の常温になると、電解質である溶融炭酸塩の体積が例えば１１％程度も減少し、電解質を支える電解質板が破損する。従って、電力負荷需要が低下する場合に溶融炭酸塩形燃料電池プラントを停止するには、電解質である溶融炭酸塩を高温に保つための熱が必要となり、そのような保温装置を別に設置しなければならない。
【００１５】
本発明の目的は、電力需要の増減に迅速に応答でき経済的な運用ができる燃料電池プラントを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わる燃料電池プラントは、燃料供給設備から燃料極に供給される燃料を改質して酸素供給設備から空気極に供給される酸素との電気化学反応により直流電力を発生する複数台の電池ユニットと、前記燃料供給設備から複数台の電池ユニットの燃料極に並列的に燃料を供給するための燃料供給系統と、複数台の前記電池ユニットのうちの稼働電池ユニットからの排ガスを停止電池ユニットの燃料極に供給するための暖機系統とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明に係わる燃料電池プラントは、請求項１の発明において、前記稼働電池ユニットからの排ガスに還元性ガスを添加する還元性ガス添加器を前記暖機系統に設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明に係わる燃料電池プラントは、請求項２の発明において、前記稼働電池ユニットからの排ガス中の未燃焼ガスを燃焼させ排ガス中の残存酸素や未燃焼ガスを低減させる触媒燃焼器を前記暖機系統に設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明に係わる燃料電池プラントは、請求項３の発明において、前記稼働電池ユニットからの排ガスを所定温度に調整する温度調整器を設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明に係わる燃料電池プラントは、請求項１乃至請求項４のいずれか１項の発明において、複数台の前記電池ユニットのうちの少なくともいずれか１台を常に稼働電池ユニットとし、停止電池ユニットがあるときは、その停止電池ユニットの燃料極に前記稼働電池ユニットからの排ガスを暖機系統を介して供給することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる燃料電池プラントの構成図である。この第１の実施の形態は燃料電池プラントが固体酸化物形燃料電池プラントである場合を示し、図６に示した従来の固体酸化物形燃料電池プラントに対し、複数台の電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅのうちの稼働電池ユニットからの排ガスを停止電池ユニットの燃料極に供給するための暖機系統２５を追加して設け、パージガス供給設備２４を必要としない構成としたものである。図６と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２２】
暖気系統２５は、固体酸化物形燃料電池プラントの電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅのいずれかが停止したとき、その停止した停止電池ユニットの燃料極に稼働中の稼働電池ユニットからの排ガスを供給するものである。これにより、停止電池ユニットの燃料処理器１２Ａ〜１２Ｅおよび電池セル１３Ａ〜１３Ｅの温度低下を防止する。
【００２３】
すなわち、暖気系統２５には、各々の電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅの排ガスを電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅのうちの少なくともいずれか１台の電池ユニットの燃料極に戻すための排ガス戻し弁２６Ａ〜２６Ｅと、排ガス戻し弁２６Ａ〜２６Ｅで戻された排ガスを電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅの燃料極に供給するための排ガス供給弁２７Ａ〜２７Ｅとが設けられている。
【００２４】
図２は、電池ユニット１１の電池セル１３周囲の発電動作時の説明図である。図示省略の燃料処理器１２で改質された燃料（水素リッチガスＨ_２）は、燃料配管２８を通り電池セル１３の燃料極に供給され、空気極には空気配管２９を通り酸素Ｏ_２が供給される。これにより、電池セル１３において空気極からの酸素イオンＯ^２−と燃料極の水素Ｈ_２とを反応させて燃料極から水（水蒸気）Ｈ_２Ｏが発生する。そして、燃料極の排ガスと空気極の排ガスとが排ガス管３０で合流して電池ユニット１３の排ガスとして排ガス系統２２に供給される。停止発電ユニットに対して、この排ガス管２７の排ガスを停止電池ユニットの燃料極に供給することになる。
【００２５】
図３は、停止指令を受けた固体酸化物形燃料電池プラントの各々の電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅの稼働停止状態を示す構成図である。固体酸化物形燃料電池プラントが停止指令を受けた場合には、固体酸化物形燃料電池プラントから電力系統に電力を供給することができないので、通常はすべての電池ユニットを停止させることになるが、本発明では、例えば、電池ユニット１１Ａを稼働状態に保持したまま、その他の電池ユニット１１Ｂ〜１１Ｅを停止させる。
【００２６】
すなわち、電池ユニット１１Ｂ〜１１Ｅの燃料供給制御弁１７Ｂ〜１７Ｅおよび空気供給弁２０Ｂ〜２０Ｅを閉じ運転を停止させ、燃料供給制御弁１７Ａおよび空気供給弁２０Ａは開いたままで電池ユニット１１Ａは稼働を継続させる。この場合、暖気系統２５の排ガス戻し弁２６Ａおよび排ガス供給弁２７Ｂ〜２７Ｅを開くと共に、排ガス供給弁２７Ａおよび排ガス戻し弁２６Ｂ〜２６Ｅを閉じる。また、排ガス弁２１Ａは閉じ排ガス弁２１Ｂ〜２１Ｅは開いておく。
【００２７】
これにより、電池ユニット１１Ａは稼働を継続し、その排ガスは、排ガス戻し弁２６Ａ、暖気系統２５、排ガス供給弁２７Ｂ〜２７Ｅを通って、停止電池ユニット１１Ｂ〜１１Ｅの燃料極に供給される。停止電池ユニット１１Ｂ〜１１Ｅの燃料極に供給された排ガスは、それぞれ停止電池ユニット１１Ｂ〜１１Ｅの燃料処理器１２Ｂ〜１２Ｅおよび電池セル１３Ｂ〜１３Ｅを暖機し、その排ガスは排ガス弁２１Ｂ〜２１Ｅを通って排ガス系統２２に供給される。従って、停止電池ユニット１１Ｂ〜１１Ｅは、停止中であっても高温に保持され、起動指令があった場合にも迅速に起動できる。
【００２８】
ここで、稼働電池ユニット１１Ａで発電した直流電力は図示省略の電力変換器で交流に変換され固体酸化物形燃料電池プラントの所内負荷に電源を供給する。例えば、稼働電池ユニット１１Ａに燃料や酸素を供給するために必要な動力や所内の照明電力等に使用される。
【００２９】
以上の説明では、固体酸化物形燃料電池プラントが停止指令を受け、電力系統に電力を供給しない場合について説明したが、電力系統に供給する電力を減少させた部分負荷運転を行う場合にも適用できることは言うまでもない。例えば、２台の電池ユニット１１Ａ、１１Ｂを稼働状態として３台の電池ユニット１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅを停止する場合には、稼働電池ユニット１１Ａ、１１Ｂの排ガスを停止電池ユニット１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅの燃料極に供給する。稼働電池ユニット１１Ａ、１１Ｂの排ガスが余剰になる場合には、稼働電池ユニット１１Ａ、１１Ｂの排ガス弁２１Ａ、２１Ｂを開き、排ガス系統２２に排ガスを排出することになる。
【００３０】
また、停止指令を受けたときや部分負荷運転の際に稼働を継続する電池ユニットは、順番に選択するようにしても良いし、各々の電池ユニットの運転時間を考慮し運転時間が平均化するように選択してもよい。これにより、電池ユニットの全体としての長寿命化が図れる。
【００３１】
第１の実施の形態によれば、固体酸化物形燃料電池プラントが停止状態にあるときあるいは部分負荷運転になったときに、少なくとも１台の電池ユニット１３は稼働させ、稼働電池ユニットからの排ガスを停止電池ユニットの燃料極に供給し暖機しているので、停止電池ユニットの電池セルの温度が低下することがなく、起動指令があったときに即座に起動できる。例えば、停止し電池セルの温度が常温まで下がっている状態から定格出力を得るまでに２４時間程度かかっていたものが１時間程度で定格出力を得ることができる。また、停止電池ユニットを起動する際の熱供給源が不要となり、熱ストレスが少なくなるので寿命が延びる。さらに、稼働電池ユニットからの排ガスには未燃焼分の還元性ガス（水素ガス）が微量ながら含まれているので、停止電池ユニットに供給される排ガスがパージガスの役目をするのでパージガス供給設備が不要となる。
【００３２】
次に本発明の第２の実施の形態を説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係わる燃料電池プラントの構成図である。この第２の実施の形態は、燃料電池プラントが固体酸化物形燃料電池プラントである場合を示し、図１に示した第１の実施の形態に対し、暖気系統２５に、稼働電池ユニットからの排ガスを所定温度に調整するための温度調整器３１、稼働電池ユニットからの排ガス中の未燃焼ガスを燃焼させ排ガス中の残存酸素や未燃焼ガスを低減させる触媒燃焼器３２、排ガスに還元性ガスを添加する還元性ガス添加器３３を追加して設け、また、還元性ガス添加器３３に還元性ガス（水素リッチガス）を供給する還元性ガス供給系統３４および還元性ガス供給弁３５Ａ〜３５Ｅを追加して設けたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３３】
暖気系統２５には、温度調整器３１、触媒燃焼器３２、還元性ガス添加器３３が直列的に接続され、また、電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅの燃料処理器１２Ａ〜１２Ｅからの還元性ガス（水素リッチガス）は、還元性ガス供給系統３４の還元性ガス供給弁３５Ａ〜３５Ｅを介して還元性ガス添加器３３に供給されるように構成されている。
【００３４】
温度調整器３１は稼働電池ユニットからの排ガスを排ガス戻し弁２６Ａ〜２６Ｅを通して受け入れ、所定の温度に調節して触媒燃焼器３２に供給する。通常、稼働電池ユニットの運転温度は８００℃〜１０００℃であり、停止電池ユニットを暖機するために必要な温度は５００℃〜８００℃程度であるので、所定温度としてはこの範囲のいずれかの温度に設定する。所定温度を設定するのは、停止電池ユニットに供給する排ガス温度のばらつきをなくすと共に、温度調整器３１の後段の触媒燃焼器３２の触媒に悪影響を与えないようにするためである。なお、停止電池ユニットの暖機温度が５００℃程度であれば、電池セルに熱ストレスを与えることなく起動を開始し運転温度８００℃〜１０００℃まで上昇できる。
【００３５】
触媒燃焼器３２は温度調整器３１で温度調整された排ガスを受け入れ、排ガス中の残存酸素や未燃分の燃料ガスを還元性ガスに変換するものであり、触媒により排ガス組成を調整する。例えば、排ガス中に微量に含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変換したり未燃分の燃料ガス（水素）を水（水蒸気）に変換したりする。これにより、排ガス中に含まれる酸素量を減らし停止電池ユニットの燃料極に供給される排ガス中の酸素濃度を低下させ、燃料極が酸化するのを防止する。
【００３６】
還元性ガス添加器３３は触媒燃焼器３２で組成調整された排ガスに還元性ガスを添加するものであり、この第２の実施の形態では稼働電池ユニットの燃料処理器１２で改質された水素リッチガスを還元性ガスとして添加するようにしているが、別に設けた水素供給設備から添加するようにしても良い。これにより、停止中電池ユニットの燃料極が酸化するのを防止するようにしている。
【００３７】
ここで、添加する還元性ガス（水素リッチガス）は、燃料極の酸化防止の点からは多い方が好ましいが、安全性を考慮して水素の爆発下限界を超えない程度添加することが望ましい。大気中での水素の爆発下限界は５％程度であり、一方、触媒燃焼器３２で組成調整された排ガスに含まれる酸素量は大気中の酸素量より少ないので、大気中での水素の爆発下限界よりは緩和される。これらの事情を考慮に入れて添加する還元性ガス（水素リッチガス）量を決めることになる。
【００３８】
このように、排ガスに還元性ガスを添加するので、排ガス中に酸素が残存していても燃料極における酸素による酸化反応が抑制され燃料極の酸化を防止できる。なお、還元性ガスは水素に限らず、例えば、一酸化炭素等であっても良い。
【００３９】
図５は、停止指令を受けた固体酸化物形燃料電池プラントの各々の電池ユニット１１Ａ〜１１Ｅの稼働停止状態を示す構成図である。図５では、第３図に示した第１の実施の形態の場合と同様に、電池ユニット１１Ａを稼働電池ユニットして稼働させ、その他の電池ユニット１１Ｂ〜１１Ｅを停止電池ユニットとした場合を示している。
【００４０】
すなわち、電池ユニット１１Ｂ〜１１Ｅの燃料供給制御弁１７Ｂ〜１７Ｅおよび空気供給弁２０Ｂ〜２０Ｅを閉じ運転を停止させ、燃料供給制御弁１７Ａおよび空気供給弁２０Ａは開いたままで電池ユニット１１Ａは稼働を継続させる。また、暖気系統２５の排ガス戻し弁２６Ａおよび排ガス供給弁２７Ｂ〜２７Ｅを開くと共に、排ガス供給弁２７Ａおよび排ガス戻し弁２６Ｂ〜２６Ｅを閉じる。さらに、排ガス弁２１Ａは閉じ排ガス弁２１Ｂ〜２１Ｅは開いておき、還元性ガス供給弁３５Ａを開き還元性ガス供給弁３５Ｂ〜３５Ｅを閉じる。
【００４１】
これにより、電池ユニット１１Ａは稼働を継続し、その排ガスは、排ガス戻し弁２６Ａ、暖気系統２５の温度調整器３１、触媒燃焼器３２、還元性ガス添加器３３、排ガス供給弁２７Ｂ〜２７Ｅを通って、停止電池ユニット１１Ｂ〜１１Ｅの燃料極に供給される。温度調整器３１により所定温度に調整され、触媒燃焼器３２により排ガス組成調整されて特に残存酸素が低減され、還元性ガス添加器３３で還元性ガスが添加されて、パージガスおよび暖機ガスとして停止電池ユニット１１Ｂ〜１１Ｅの燃料極に供給される。
【００４２】
停止電池ユニット１１Ｂ〜１１Ｅの燃料極に供給された排ガスは、それぞれ停止電池ユニット１１Ｂ〜１１Ｅの燃料処理器１２Ｂ〜１２Ｅおよび電池セル１３Ｂ〜１３Ｅを暖機し、その排ガスは排ガス弁２１Ｂ〜２１Ｅを通って排ガス系統２２に供給される。従って、停止電池ユニット１１Ｂ〜１１Ｅは、停止中であっても高温に保持され、起動指令があった場合にも迅速に起動できると共に、停止電池ユニットに対して別系統からパージガスを供給する必要がなくなる。
【００４３】
ここで、暖気系統２５に対して、温度調整器３１、触媒燃焼器３２、還元性ガス添加器３３の順序でこれらを配置したが、これは以下の理由による。すなわち、まず、温度調整器３１で排ガスの温度調整をして触媒燃焼器３２の触媒に熱ストレスを与えないようにし、触媒燃焼器３２で排ガス組成を調整してから還元ガス添加器３３で適切な量の還元性ガスを添加することが望ましいからである。しかし、触媒への熱ストレスを考慮しなくて良い場合や還元性ガスの添加量に精度を要求されない場合には、必ずしも、温度調整器３１、触媒燃焼器３２、還元性ガス添加器３３の順序に配置する必要はなく、これに限る必要はない。
【００４４】
また、暖気系統２５に対して、温度調整器３１、触媒燃焼器３２、還元性ガス添加器３３を設けたものを示したが、これらすべてを設ける必要はなく、これらのうちのいずれか一つ、またはいずれか二つを選択して設けるようにしても良い。固体酸化物形燃料電池プラントの電池ユニットの特性に応じて適宜選択して使用する。
【００４５】
第２の実施の形態によれば、請求項１の発明の効果に加え、暖気系統に、温度調整器３１、触媒燃焼器３２、還元性ガス添加器３３を設けたので、停止電池ユニットの燃料極の暖機に適した適切な温度および適切なパージガス組成の排ガスを供給できるので、電池ユニットは停止中であっても常に起動に適した温度に保持され起動指令があった場合に迅速に起動できる。また、別系統からパージガスを供給しなくても燃料極の酸化を適正に防止できる。すなわち、暖機のための排ガスはパージガスの役目をするので燃料極の酸化が防止されパージガス供給設備が不要となり、ユーティリティー消費を抑制できるので経済性が向上する。
【００４６】
以上述べた第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、燃料電池プラントとして固体酸化物形燃料電池プラントである場合について説明したが、溶融炭酸塩形燃料電池プラントの場合にも適用できることは言うまでもない。すなわち、電力負荷需要が低下する場合に溶融炭酸塩形燃料電池プラントを構成する複数台の電池ユニットのうち少なくとも１台を稼働電池ユニットとし、残りの電池ユニットを停止させ、稼働電池ユニットからの排ガスを停止電池ユニットの燃料極に供給して停止電池ユニットが冷却するのを防止する。従って、電力負荷需要が低下する場合に溶融炭酸塩形燃料電池プラントを停止する運用が採用できるようになり運用性が向上する。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、燃料電池プラントを構成する電池ユニットの少なくともいずれか１台は常に稼働状態としておき、停止電池ユニットを稼働電池ユニットの排ガスで暖機しているので、燃料電池プラントの頻繁な起動停止にも迅速に対応でき運用性が向上する。また、暖機のための排ガスはパージガスの役目をするので燃料極の酸化が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる燃料電池プラントの構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における電池ユニットの電池セル周囲の発電動作時の説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の燃料電池プラントが停止指令を受けた場合の各々の電池ユニットの稼働停止状態を示す構成図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係わる燃料電池プラントの構成図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の燃料電池プラントが停止指令を受けた場合の各々の電池ユニットの稼働停止状態を示す構成図。
【図６】従来の固体酸化物形燃料電池プラントの構成図。
【符号の説明】
１１…電池ユニット、１２…燃料処理器、１３…電池セル、１４…燃料供給設備、１５…燃料供給系統、１６…燃料供給主弁、１７…燃料供給制御弁、１８…酸素供給設備、１９…酸素供給系統、２０…酸素供給弁、２１…排ガス弁、２２…排ガス系統、２３…パージガス供給主弁、２４…パージガス供給設備、２５…暖機系統、２６…排ガス戻し弁、２７…排ガス供給弁、２８…燃料配管、２９…空気配管、３０…排ガス管、３１…温度調整器、３２…触媒燃焼器、３３…還元性ガス添加器、３４…還元性ガス供給系統、３５…還元性ガス供給弁[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell plant in which an electrolyte of a battery cell is formed of ionic conductive ceramics or molten carbonate.
[0002]
[Prior art]
For example, a solid oxide fuel cell uses ionic conductive ceramics as the electrolyte, and since the electrolyte is solid and stable, it can be operated at high temperatures and has high power generation efficiency. It is expected as a power plant.
[0003]
The electrolyte of the solid oxide fuel cell is formed of an ion-conductive ceramic that allows oxygen ions to pass therethrough, such as yttria-stabilized zirconia YSZ, and is disposed between the air electrode and the fuel electrode (for example, see Non-Patent Document 1). ). The air electrode reacts oxygen with electrons to generate oxygen ions, and a lanthanum manganite-based oxide is generally used. On the other hand, the fuel electrode reacts oxygen ions from the air electrode with the fuel gas to electrochemically oxidize the fuel gas, and a cermet that is a mixture of metallic nickel and yttria-stabilized zirconia is used. . Metal nickel is used because it is excellent in steam reforming of fuel gas such as methane.
[0004]
When a commercial power plant is constructed using such a solid oxide fuel cell, a plurality of solid oxide fuel cells are arranged as cell units to constitute a solid oxide fuel cell plant. ing. FIG. 6 is a configuration diagram of such a solid oxide fuel cell plant. FIG. 6 shows a case where five battery units 11A to 11E are arranged.
[0005]
The battery units 11A to 11E include fuel processors 12A to 12E for reforming fuel, and battery cells 13A to 11C for generating DC power by electrochemically oxidizing the fuel reformed in the fuel processors 12A to 12E. 13E. The battery cells 13A to 13E are configured with an electrolyte interposed between a fuel electrode and an air electrode, and the electrolyte is formed of solid ionic conductive ceramics. The fuel electrode is formed of a cermet which is a mixture of nickel metal and yttria-stabilized zirconia, and the air electrode is formed of a lanthanum manganite-based oxide.
[0006]
The DC power generated in the battery cells 13A to 13E is converted into AC power by an inverter device (not shown) and transmitted to the power system. As described above, each of the battery units 11A to 11E can perform fuel reforming therein, and since the electrolyte is composed of a solid, there is no decrease in battery performance due to evaporation of the electrolyte, and the operating temperature is 800 ° C to 1000 ° C. , And has a feature that the exhaust gas temperature is high.
[0007]
Normally, natural gas NG is supplied from the fuel supply facility 14 to the fuel electrodes of the battery units 11A to 11E via the fuel supply system 15. The fuel supply system 15 is provided with fuel supply main valves 16 and fuel supply control valves 17A to 17E at the fuel electrode inlets of the battery units 11A to 11E. On the other hand, compressed high-temperature air is usually supplied from the oxygen supply facility 18 to the air electrodes of the battery units 11A to 11E via the oxygen supply system 19. The air supply system 19 is provided with air supply control valves 20A to 20E at the inlets of the air electrodes of the battery units 11A to 11E.
[0008]
Further, a purge gas supply facility 24 is connected to the fuel supply system 15 via a purge gas supply main valve 23. When the battery units 11A to 11E are stopped, the fuel electrodes of the stopped battery units are prevented from oxidizing. A purge gas (for example, nitrogen) is supplied. This is because the fuel electrodes of the battery units 11A to 11E are formed of nickel metal Ni, and this metal nickel is oxidized to increase the volume and to prevent the ionic conductive ceramics as an electrolyte and the fuel electrode from being damaged. It is.
[0009]
During operation of the solid oxide fuel cell plant, the purge gas supply main valve 23 of the purge gas supply equipment 14 is closed, and the fuel gas is supplied from the fuel supply equipment 14 via the fuel supply main valve 16 and the fuel supply control valves 17A to 17E. Fuel is supplied to the battery units 11A to 11E, and oxygen is supplied from the oxygen supply facility 18 to the respective battery units 11A to 11E via the oxygen supply valves 20A to 20E to operate the battery units 11A to 11E. The exhaust gas from the battery units 11A to 11E is discharged to an exhaust gas system via exhaust gas valves 21A to 21E.
[0010]
On the other hand, a molten carbonate fuel cell uses a molten carbonate obtained by melting a mixed alkali carbonate such as lithium carbonate or potassium carbonate as an electrolyte. Nickel oxide (lithium-doped) is used for the air electrode, and nickel (chromium-doped) is used for the fuel electrode. ) Is used, operation at a high temperature (for example, 650 ° C.) is possible, and power generation efficiency is high. Similarly to the solid oxide fuel cell, the molten carbonate fuel cell unit has a fuel processor for reforming the fuel, and electrochemically oxidizes the fuel reformed by the fuel processor. And a plurality of molten carbonate fuel cells, each of which is arranged as a battery unit, to form a molten carbonate fuel cell plant.
[0011]
[Patent Document 1]
Thermal and Nuclear Power Technology Association Thermal and Nuclear Power Generation 2001-10 No. 541 Vol. 52 October 15, 2001 P128-P129
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a solid oxide fuel cell plant, when the power load demand decreases, such as at night, it may be necessary to stop the solid oxide fuel cell plant for power system operation. In this case, since the solid oxide fuel cell plant is normally operated at a high temperature, once it is stopped, the temperature of the battery unit is reduced with the stop.
[0013]
In order to start from a state where the temperature of the battery unit is lowered, it is necessary to prevent thermal stress from being applied to the ionic conductive ceramics as the electrolyte, so that the temperature cannot be rapidly increased. Therefore, the temperature rise time at the time of startup becomes long, and it is not possible to quickly respond to an increase or decrease in power demand. In addition, when the battery unit is stopped, a purge gas must be supplied to prevent oxidation of the fuel electrode. Therefore, a separate purge gas must be supplied. As described above, once the battery unit is stopped, not only does it take a long time to start the battery unit, but also the purge gas must be supplied to the fuel electrode of the stopped battery unit. Operation will be hindered.
[0014]
On the other hand, in the case of a molten carbonate fuel cell plant, when the temperature is changed from a high temperature at the time of operation to a normal temperature at the time of shutdown, the volume of the molten carbonate as the electrolyte is reduced by about 11%, and the electrolyte plate supporting the electrolyte is damaged. . Therefore, in order to shut down the molten carbonate fuel cell plant when the power load demand decreases, heat for maintaining the molten carbonate as an electrolyte at a high temperature is required, and such a heat retaining device must be separately installed. Must.
[0015]
An object of the present invention is to provide a fuel cell plant that can respond quickly to changes in power demand and can operate economically.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The fuel cell plant according to the first aspect of the present invention reforms the fuel supplied from the fuel supply facility to the fuel electrode and generates DC power by an electrochemical reaction with oxygen supplied from the oxygen supply facility to the air electrode. A plurality of battery units, a fuel supply system for supplying fuel from the fuel supply facility to fuel electrodes of the plurality of battery units in parallel, and exhaust gas from an operating battery unit of the plurality of battery units And a warm-up system for supplying fuel to the fuel electrode of the stop battery unit.
[0017]
A fuel cell plant according to a second aspect of the present invention is the fuel cell plant according to the first aspect of the present invention, wherein a reducing gas adder for adding a reducing gas to exhaust gas from the operating battery unit is provided in the warm-up system. I do.
[0018]
A fuel cell plant according to a third aspect of the present invention is the fuel cell plant according to the second aspect, further comprising a catalytic combustor for burning unburned gas in the exhaust gas from the operating battery unit to reduce residual oxygen and unburned gas in the exhaust gas. It is characterized by being provided in the warm-up system.
[0019]
A fuel cell plant according to a fourth aspect of the present invention is the fuel cell plant according to the third aspect of the present invention, further comprising a temperature controller for adjusting exhaust gas from the operating battery unit to a predetermined temperature.
[0020]
A fuel cell plant according to a fifth aspect of the present invention is the fuel cell plant according to any one of the first to fourth aspects, wherein at least one of the plurality of battery units is always set as the operating battery unit, and is stopped. When there is a battery unit, exhaust gas from the operating battery unit is supplied to the fuel electrode of the stopped battery unit via a warm-up system.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell plant according to the first embodiment of the present invention. This first embodiment shows a case where the fuel cell plant is a solid oxide fuel cell plant, and is different from the conventional solid oxide fuel cell plant shown in FIG. Among them, a warm-up system 25 for additionally supplying exhaust gas from the operating battery unit to the fuel electrode of the stop battery unit is additionally provided, and the purge gas supply equipment 24 is not required. The same elements as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0022]
When any one of the battery units 11A to 11E of the solid oxide fuel cell plant stops, the warm-up system 25 supplies exhaust gas from the operating battery unit that is operating to the fuel electrode of the stopped battery unit that has stopped. is there. This prevents the temperature of the fuel processors 12A to 12E and the battery cells 13A to 13E of the stopped battery unit from decreasing.
[0023]
That is, exhaust gas return valves 26A to 26E for returning exhaust gas from each of the battery units 11A to 11E to the fuel electrode of at least one of the battery units 11A to 11E, Exhaust gas supply valves 27A to 27E for supplying the exhaust gas returned by the return valves 26A to 26E to the fuel electrodes of the battery units 11A to 11E are provided.
[0024]
FIG. 2 is an explanatory diagram at the time of the power generation operation around the battery cells 13 of the battery unit 11. The fuel (hydrogen-rich gas H ₂ ) reformed by the fuel processor 12 (not shown) is supplied to the fuel electrode of the battery cell 13 through the fuel pipe 28, and oxygen O ₂ is supplied to the air electrode through the air pipe 29. Is done. Thus, water (steam) H 2 _O is generated from the fuel electrode is reacted with hydrogen of H ₂ oxygen ions O ^2- and the fuel electrode from the air electrode in the battery cell 13. Then, the exhaust gas of the fuel electrode and the exhaust gas of the air electrode join at the exhaust gas pipe 30 and are supplied to the exhaust gas system 22 as the exhaust gas of the battery unit 13. The exhaust gas from the exhaust gas pipe 27 is supplied to the fuel electrode of the stopped battery unit for the stopped power generation unit.
[0025]
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an operation stop state of each of the battery units 11A to 11E of the solid oxide fuel cell plant that has received the stop instruction. When the solid oxide fuel cell plant receives a stop command, power cannot be supplied from the solid oxide fuel cell plant to the power system, so all the battery units are usually stopped. According to the present invention, for example, the other battery units 11B to 11E are stopped while the battery unit 11A is kept in the operating state.
[0026]
That is, the fuel supply control valves 17B to 17E and the air supply valves 20B to 20E of the battery units 11B to 11E are closed to stop the operation, and the fuel supply control valve 17A and the air supply valve 20A are kept open and the battery unit 11A continues to operate. Let it. In this case, the exhaust gas return valve 26A and the exhaust gas supply valves 27B to 27E of the warm air system 25 are opened, and the exhaust gas supply valve 27A and the exhaust gas return valves 26B to 26E are closed. The exhaust gas valve 21A is closed and the exhaust gas valves 21B to 21E are open.
[0027]
Thus, the battery unit 11A continues to operate, and the exhaust gas is supplied to the fuel electrodes of the stopped battery units 11B to 11E through the exhaust gas return valve 26A, the warm-up system 25, and the exhaust gas supply valves 27B to 27E. The exhaust gas supplied to the fuel electrodes of the stop battery units 11B to 11E warms up the fuel processors 12B to 12E and the battery cells 13B to 13E of the stop battery units 11B to 11E, respectively, and the exhaust gas passes through the exhaust gas valves 21B to 21E. The gas is supplied to the exhaust gas system 22 through the exhaust gas system. Therefore, the stopped battery units 11B to 11E are maintained at a high temperature even during the stop, and can be started quickly even when a start command is issued.
[0028]
Here, the DC power generated by the operating battery unit 11A is converted into AC by a power converter (not shown), and the power is supplied to the internal load of the solid oxide fuel cell plant. For example, it is used for motive power necessary for supplying fuel and oxygen to the operating battery unit 11A, lighting power in a place, and the like.
[0029]
In the above description, the case where the solid oxide fuel cell plant receives the stop command and does not supply power to the power system has been described. However, the present invention is also applicable to the case where the partial load operation in which the power supplied to the power system is reduced is performed. It goes without saying that you can do it. For example, when the three battery units 11C, 11D, and 11E are stopped while the two battery units 11A and 11B are in the operating state, the exhaust gas of the operating battery units 11A and 11B is stopped, and the fuel of the battery units 11C, 11D and 11E is stopped. Supply to the pole. When the exhaust gas of the operating battery units 11A and 11B becomes excessive, the exhaust gas valves 21A and 21B of the operating battery units 11A and 11B are opened, and the exhaust gas is discharged to the exhaust gas system 22.
[0030]
Further, the battery units that continue to operate when receiving a stop command or during partial load operation may be selected in order, or the operation time is averaged in consideration of the operation time of each battery unit. May be selected as follows. Thereby, the life of the battery unit as a whole can be extended.
[0031]
According to the first embodiment, when the solid oxide fuel cell plant is in a stopped state or in a partial load operation, at least one battery unit 13 is operated, and the exhaust gas from the operating battery unit is operated. Is supplied to the fuel electrode of the stop battery unit and warmed up, so that the temperature of the battery cells of the stop battery unit does not decrease, and the battery can be started immediately when a start command is issued. For example, it takes about 24 hours to obtain a rated output from a state in which the battery cell is stopped and the temperature of the battery cell has dropped to room temperature, but a rated output can be obtained in about 1 hour. Further, a heat supply source for starting the stopped battery unit becomes unnecessary, and the thermal stress is reduced, so that the life is extended. In addition, since the exhaust gas from the operating battery unit contains a trace amount of unburned reducing gas (hydrogen gas), the exhaust gas supplied to the stopped battery unit serves as a purge gas, eliminating the need for a purge gas supply facility. It becomes.
[0032]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a configuration diagram of a fuel cell plant according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment shows a case where the fuel cell plant is a solid oxide fuel cell plant, and is different from the first embodiment shown in FIG. A temperature controller 31 for adjusting the exhaust gas to a predetermined temperature; a catalytic combustor 32 for burning unburned gas in the exhaust gas from the operating battery unit to reduce residual oxygen and unburned gas in the exhaust gas; And a reducing gas supply system 34 for supplying a reducing gas (hydrogen rich gas) to the reducing gas adder 33 and reducing gas supply valves 35A to 35E. This is additionally provided. The same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0033]
A temperature controller 31, a catalytic combustor 32, and a reducing gas adder 33 are connected in series to the warm-up system 25, and the reducing gas (hydrogen) from the fuel processors 12A to 12E of the battery units 11A to 11E is connected. The rich gas is supplied to the reducing gas addition device 33 via the reducing gas supply valves 35A to 35E of the reducing gas supply system 34.
[0034]
The temperature controller 31 receives the exhaust gas from the operating battery unit through the exhaust gas return valves 26A to 26E, adjusts the temperature to a predetermined temperature, and supplies the adjusted temperature to the catalytic combustor 32. Normally, the operating temperature of the operating battery unit is 800 ° C. to 1000 ° C., and the temperature required for warming up the stopped battery unit is about 500 ° C. to 800 ° C. Set to temperature. The reason why the predetermined temperature is set is to eliminate the variation in the temperature of the exhaust gas supplied to the stopped battery unit and to prevent the catalyst of the catalytic combustor 32 at the subsequent stage of the temperature regulator 31 from being adversely affected. If the warm-up temperature of the stopped battery unit is about 500 ° C., the start-up can be started without giving thermal stress to the battery cells, and the operating temperature can be increased to 800 ° C. to 1000 ° C.
[0035]
The catalytic combustor 32 receives the exhaust gas whose temperature has been adjusted by the temperature adjuster 31 and converts residual oxygen and unburned fuel gas in the exhaust gas into reducing gas, and adjusts the exhaust gas composition by using a catalyst. For example, carbon monoxide contained in a trace amount in exhaust gas is converted into carbon dioxide, or unburned fuel gas (hydrogen) is converted into water (steam). This reduces the amount of oxygen contained in the exhaust gas, reduces the oxygen concentration in the exhaust gas supplied to the fuel electrode of the stopped battery unit, and prevents the fuel electrode from being oxidized.
[0036]
The reducing gas adder 33 is for adding a reducing gas to the exhaust gas whose composition has been adjusted in the catalytic combustor 32. In the second embodiment, the hydrogen reformed in the fuel processor 12 of the operating battery unit is used. Although the rich gas is added as a reducing gas, it may be added from a separately provided hydrogen supply facility. This prevents the fuel electrode of the stopped battery unit from being oxidized.
[0037]
Here, the reducing gas (hydrogen-rich gas) to be added is preferably large from the viewpoint of preventing oxidation of the fuel electrode, but is desirably added to such an extent as not to exceed the lower explosion limit of hydrogen in consideration of safety. The lower limit of hydrogen explosion in the atmosphere is about 5%, while the amount of oxygen contained in the exhaust gas whose composition is adjusted by the catalytic combustor 32 is smaller than the amount of oxygen in the atmosphere. Relaxed below the lower limit. The amount of reducing gas (hydrogen-rich gas) to be added is determined in consideration of these circumstances.
[0038]
As described above, since the reducing gas is added to the exhaust gas, even when oxygen remains in the exhaust gas, the oxidation reaction by oxygen at the fuel electrode is suppressed, and the oxidation of the fuel electrode can be prevented. The reducing gas is not limited to hydrogen, but may be, for example, carbon monoxide.
[0039]
FIG. 5 is a configuration diagram showing an operation stop state of each of the battery units 11A to 11E of the solid oxide fuel cell plant that has received the stop instruction. FIG. 5 shows a case where the battery unit 11A is operated as an operating battery unit and the other battery units 11B to 11E are stopped battery units, as in the case of the first embodiment shown in FIG. ing.
[0040]
That is, the fuel supply control valves 17B to 17E and the air supply valves 20B to 20E of the battery units 11B to 11E are closed to stop the operation, and the fuel supply control valve 17A and the air supply valve 20A are kept open and the battery unit 11A continues to operate. Let it. Further, the exhaust gas return valve 26A and the exhaust gas supply valves 27B to 27E of the warm air system 25 are opened, and the exhaust gas supply valve 27A and the exhaust gas return valves 26B to 26E are closed. Further, the exhaust gas valve 21A is closed and the exhaust gas valves 21B to 21E are opened, and the reducing gas supply valve 35A is opened and the reducing gas supply valves 35B to 35E are closed.
[0041]
As a result, the battery unit 11A continues to operate, and the exhaust gas passes through the exhaust gas return valve 26A, the temperature controller 31 of the warm-up system 25, the catalyst combustor 32, the reducing gas adder 33, and the exhaust gas supply valves 27B to 27E. Thus, the fuel is supplied to the fuel electrodes of the stopped battery units 11B to 11E. The temperature is adjusted to a predetermined temperature by the temperature adjuster 31, the exhaust gas composition is adjusted by the catalytic combustor 32, particularly the residual oxygen is reduced, the reducing gas is added by the reducing gas adder 33, and the purge gas and the warm-up gas are stopped. The fuel is supplied to the fuel electrodes of the battery units 11B to 11E.
[0042]
The exhaust gas supplied to the fuel electrodes of the stop battery units 11B to 11E warms up the fuel processors 12B to 12E and the battery cells 13B to 13E of the stop battery units 11B to 11E, respectively, and the exhaust gas passes through the exhaust gas valves 21B to 21E. The gas is supplied to the exhaust gas system 22 through the exhaust gas system. Therefore, the stopped battery units 11B to 11E are maintained at a high temperature even during a stop, can be started quickly even when a start command is issued, and need to supply a purge gas to the stopped battery unit from another system. Disappears.
[0043]
Here, the temperature controller 31, the catalytic combustor 32, and the reducing gas adder 33 are arranged in this order in the warm-up system 25 for the following reason. That is, first, the temperature of the exhaust gas is adjusted by the temperature controller 31 so as not to apply thermal stress to the catalyst of the catalytic combustor 32, the exhaust gas composition is adjusted by the catalytic combustor 32, and the This is because it is desirable to add an appropriate amount of reducing gas. However, when it is not necessary to consider the thermal stress on the catalyst or when the accuracy of the amount of the reducing gas added is not required, the order of the temperature controller 31, the catalyst combustor 32, and the reducing gas additive 33 is not necessarily required. It is not necessary to arrange it in this, and it is not necessary to limit to this.
[0044]
In addition, although a configuration in which the temperature controller 31, the catalytic combustor 32, and the reducing gas adder 33 are provided for the warm-up system 25 is shown, it is not necessary to provide all of them, and any one of these may be provided. Or any two of them may be selected and provided. It is appropriately selected and used according to the characteristics of the battery unit of the solid oxide fuel cell plant.
[0045]
According to the second embodiment, in addition to the effect of the first aspect of the invention, the temperature controller 31, the catalytic combustor 32, and the reducing gas adder 33 are provided in the warm-up system, so Since the exhaust gas with the appropriate temperature and the appropriate purge gas composition suitable for warming up the pole can be supplied, the battery unit is always maintained at the temperature suitable for startup even when stopped, and quickly starts up when a start command is issued. it can. Also, oxidation of the fuel electrode can be properly prevented without supplying a purge gas from another system. In other words, the exhaust gas for warming-up serves as a purge gas, so that oxidation of the fuel electrode is prevented, a purge gas supply facility is not required, and utility consumption can be suppressed, thereby improving economy.
[0046]
In the first and second embodiments described above, the case where the solid oxide fuel cell plant is used as the fuel cell plant has been described. However, the present invention is also applicable to the case of a molten carbonate fuel cell plant. Needless to say. That is, when the power load demand decreases, at least one of the plurality of battery units constituting the molten carbonate fuel cell plant is set as the operating battery unit, the remaining battery units are stopped, and the exhaust gas from the operating battery unit is stopped. Is supplied to the fuel electrode of the stopped battery unit to prevent the stopped battery unit from cooling. Therefore, the operation of stopping the molten carbonate fuel cell plant when the power load demand decreases can be adopted, and the operability is improved.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, at least one of the battery units constituting the fuel cell plant is always kept in the operating state, and the stopped battery unit is warmed up by the exhaust gas of the operating battery unit. Frequent startup and shutdown of the fuel cell plant can be quickly dealt with, improving operability. Further, the exhaust gas for warming-up serves as a purge gas, so that oxidation of the fuel electrode is prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell plant according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram during a power generation operation around a battery cell of the battery unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an operation stop state of each battery unit when the fuel cell plant according to the first embodiment of the present invention receives a stop instruction.
FIG. 4 is a configuration diagram of a fuel cell plant according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an operation stop state of each battery unit when the fuel cell plant according to the second embodiment of the present invention receives a stop instruction.
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional solid oxide fuel cell plant.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery unit, 12 ... Fuel processor, 13 ... Battery cell, 14 ... Fuel supply equipment, 15 ... Fuel supply system, 16 ... Fuel supply main valve, 17 ... Fuel supply control valve, 18 ... Oxygen supply equipment, 19 ... Oxygen supply system, 20: oxygen supply valve, 21: exhaust gas valve, 22: exhaust gas system, 23: purge gas supply main valve, 24: purge gas supply equipment, 25: warm-up system, 26: exhaust gas return valve, 27: exhaust gas supply valve , 28 ... fuel pipe, 29 ... air pipe, 30 ... exhaust gas pipe, 31 ... temperature controller, 32 ... catalytic combustor, 33 ... reducing gas addition unit, 34 ... reducing gas supply system, 35 ... reducing gas supply valve

Claims

A plurality of battery units for reforming the fuel supplied from the fuel supply facility to the fuel electrode to generate DC power by an electrochemical reaction with oxygen supplied from the oxygen supply facility to the air electrode; and A fuel supply system for supplying fuel in parallel to the fuel electrodes of the plurality of battery units, and a fuel supply system for supplying exhaust gas from the operating battery unit of the plurality of battery units to the fuel electrode of the stopped battery unit. A fuel cell plant comprising a warm-up system.

2. The fuel cell plant according to claim 1, wherein a reducing gas adder that adds a reducing gas to exhaust gas from the operating battery unit is provided in the warm-up system. 3.

The fuel cell according to claim 2, wherein a catalyst combustor for burning unburned gas in the exhaust gas from the operating battery unit to reduce residual oxygen and unburned gas in the exhaust gas is provided in the warm-up system. plant.

The fuel cell plant according to claim 3, further comprising a temperature controller for adjusting exhaust gas from the operating battery unit to a predetermined temperature.

At least one of the plurality of battery units is always an operating battery unit. When there is a stopped battery unit, exhaust gas from the operating battery unit is supplied to a fuel electrode of the stopped battery unit via a warm-up system. The fuel cell plant according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell plant is supplied by heating.