JP2807635B2 - Temperature control method for fuel cell power generation equipment - Google Patents

Temperature control method for fuel cell power generation equipment

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JP2807635B2
JP2807635B2 JP6293571A JP29357194A JP2807635B2 JP 2807635 B2 JP2807635 B2 JP 2807635B2 JP 6293571 A JP6293571 A JP 6293571A JP 29357194 A JP29357194 A JP 29357194A JP 2807635 B2 JP2807635 B2 JP 2807635B2
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和彦 伊藤
伸男 長崎
心一 石田
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YOJU TANSANENGATA NENRYO DENCHI HATSUDEN SHISUTEMU GIJUTSU KENKYU KUMIAI
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池
を用いた燃料電池発電設備の温度制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling the temperature of a fuel cell power generation system using a molten carbonate fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図3に示すように天然ガ
ス等の燃料ガス1を水素を含むアノードガス2に改質す
る改質器10と、アノードガス2と酸素を含むカソード
ガス3とから発電する燃料電池20とを備えており、改
質器で作られたアノードガス2は燃料電池に供給され、
燃料電池内でその大部分(例えば80%)を消費した
後、アノード排ガス4として水分除去装置30に入り、
水分を除去されて改質器の燃焼室10aに供給される。
改質器10ではアノード排ガス中の可燃成分(水素、一
酸化炭素、メタン等)が燃焼室10aで燃焼し、高温の
燃焼ガスにより改質管10bを加熱し改質管内を通る燃
料を改質する。改質室を出た燃焼排ガス5は圧力回収装
置40から供給される加圧空気6と合流してカソードガ
ス3となり、燃料電池のカソード側に必要な二酸化炭素
を供給する。燃料電池内でその一部が反応したカソード
ガス(カソード排ガス7)は、ブロア22により燃料電
池の上流側に一部が循環され、残りは圧力回収装置40
で圧力を回収され、熱回収装置50で熱を回収されて系
外に排出される。
2. Description of the Related Art Molten carbonate fuel cells have features that are not found in conventional power generation devices, such as high efficiency and little impact on the environment, and have attracted attention as power generation systems following hydro, thermal and nuclear power. Are being researched and developed in various countries around the world. In particular, in a power generation facility using a molten carbonate fuel cell using natural gas as a fuel, as shown in FIG. 3, a reformer 10 for reforming a fuel gas 1 such as natural gas into an anode gas 2 containing hydrogen, A fuel cell 20 for generating electricity from the anode gas 2 and the cathode gas 3 containing oxygen; the anode gas 2 produced by the reformer is supplied to the fuel cell;
After consuming most of the fuel cell (for example, 80%) in the fuel cell, it enters the water removal device 30 as the anode exhaust gas 4,
The water is removed and supplied to the combustion chamber 10a of the reformer.
In the reformer 10, combustible components (hydrogen, carbon monoxide, methane, etc.) in the anode exhaust gas are burned in the combustion chamber 10a, and the reforming pipe 10b is heated by the high-temperature combustion gas to reform the fuel passing through the reforming pipe. I do. The combustion exhaust gas 5 that has exited the reforming chamber merges with the pressurized air 6 supplied from the pressure recovery device 40 to become the cathode gas 3 and supplies necessary carbon dioxide to the cathode side of the fuel cell. A part of the cathode gas (cathode exhaust gas 7) partially reacted in the fuel cell is circulated to the upstream side of the fuel cell by the blower 22, and the rest is collected by the pressure recovery device 40.
To recover the pressure, and the heat is recovered by the heat recovery device 50 and discharged out of the system.

【0003】水分除去装置30は、凝縮器32、水分分
離器34、ブロア36、給水ポンプ38、等からなり、
水分分離器34で分離した水を、給水ポンプ38により
熱回収装置50へ供給する。圧力回収装置40は、ター
ビンコンプレッサ装置44(タービン41、コンプレッ
サ42、及び発電機43から構成される)と補助燃焼器
46を備え、補助燃焼器46でカソード排ガス7を加熱
してタービン41に供給できるようになっている。熱回
収装置50は、給水加熱器52、蒸発器54、及び過熱
器56からなり、タービン41を出た高温の排ガスで給
水ポンプ38からの給水を加熱蒸発させて、過熱蒸気8
を発生させる。発生した蒸気8は、燃料予熱器12に供
給される燃料ガス1に供給され、改質反応に用いられ
る。
[0003] The water removing device 30 comprises a condenser 32, a water separator 34, a blower 36, a water supply pump 38, and the like.
The water separated by the water separator 34 is supplied to the heat recovery device 50 by the water supply pump 38. The pressure recovery device 40 includes a turbine compressor device 44 (comprising the turbine 41, the compressor 42, and the generator 43) and an auxiliary combustor 46. The auxiliary combustor 46 heats the cathode exhaust gas 7 and supplies it to the turbine 41. I can do it. The heat recovery device 50 includes a feedwater heater 52, an evaporator 54, and a superheater 56, and heats and evaporates the feedwater from the feedwater pump 38 with the high-temperature exhaust gas that has exited the turbine 41, thereby forming a superheated steam 8
Generate. The generated steam 8 is supplied to the fuel gas 1 supplied to the fuel preheater 12 and used for the reforming reaction.

【0004】燃料電池20は、融点の高い溶融炭酸塩を
電解液として用いており、平均温度が500℃以下にな
ると電解液が部分的に凝縮し、逆に700℃以上になる
と電解液の蒸発や腐食が激しくなる問題がある。そのた
め、従来、燃料電池の温度制御は、コンプレッサ42か
らの空気量により最高温度(出口温度)を制御し、ブロ
ア22によるカソードガスの循環量により最低温度(入
口温度)を制御していた。すなわち、従来の燃料電池発
電設備は図3に示すように、入口温度制御装置24と出
口温度制御装置48を備え、燃料電池に入るカソードガ
ス3の温度を検出してこの温度が所定の範囲(例えば5
50〜600℃)になるようにブロア22を制御して循
環するカソードガスの流量を増減させ、カソード排ガス
7の温度を検出してこの温度が所定の範囲(例えば68
0〜700℃)になるように圧力回収装置40を制御し
てコンプレッサ42からの空気量を増減させていた。
The fuel cell 20 uses a molten carbonate having a high melting point as an electrolytic solution. When the average temperature is 500 ° C. or lower, the electrolytic solution partially condenses, and when the average temperature exceeds 700 ° C., the electrolytic solution evaporates. And there is a problem that corrosion becomes severe. Therefore, conventionally, in the temperature control of the fuel cell, the maximum temperature (outlet temperature) is controlled by the amount of air from the compressor 42, and the minimum temperature (inlet temperature) is controlled by the amount of cathode gas circulated by the blower 22. That is, as shown in FIG. 3, the conventional fuel cell power generation equipment includes an inlet temperature control device 24 and an outlet temperature control device 48, detects the temperature of the cathode gas 3 entering the fuel cell, and adjusts the temperature to a predetermined range ( For example, 5
The flow rate of the circulating cathode gas is increased or decreased by controlling the blower 22 so as to be 50 to 600 ° C., the temperature of the cathode exhaust gas 7 is detected, and this temperature is set within a predetermined range (for example, 68 ° C.).
(0 to 700 ° C.) to control the pressure recovery device 40 to increase or decrease the amount of air from the compressor 42.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】燃料電池は、図4に例
示するような発電特性(電流密度と電圧の関係)を示
し、通常の定格運転時には電流密度と電圧は一定に保持
される(例えばA点:150mA/cm2,0.8V/セ
ル)。しかし、長期運転により電池性能が低下すると内
部抵抗Rが増大して電圧Vが下がり、かつ同一の電力P
(=V×I)を得るために電流Iを増大させる(例えば
B点)ため、燃料電池内での発熱量(=I×R2 )が急
増する問題点があった。この際、燃料電池を所定の温度
範囲に保持するために、上述した出口温度制御装置48
によりコンプレッサ42からの空気量を増加させると、
通常の定格運転時に較べて必要空気量が過大となる問題
点があった。また、この状況に対応できるように、コン
プレッサ42の最大流量を大きく設定すると、通常の定
格運転時にコンプレッサの流量が最大流量の約80%以
下になり、サージングが起きて使用できなくなる問題点
があった。更に、これを避けるために、コンプレッサを
サージングが起きない流量(定格の約80%)で運転
し、過剰の空気量をバイパスライン6a(図3参照)を
介して補助燃焼器46に供給すると、タービン41に供
給されるカソード排ガス7の温度が低下し、熱回収装置
50で十分な過熱蒸気8ができなくなる問題点があっ
た。また、タービン41に供給されるカソード排ガス7
の温度を保持するために、補助燃焼器46で燃料ガス1
を燃焼させると、燃料ガス1を浪費し、発電設備全体の
発電効率が悪化する問題点があった。
The fuel cell exhibits power generation characteristics (relationship between current density and voltage) as illustrated in FIG. 4, and the current density and voltage are kept constant during normal rated operation (for example, (Point A: 150 mA / cm 2 , 0.8 V / cell). However, when the battery performance decreases due to long-term operation, the internal resistance R increases, the voltage V decreases, and the same power P
Since the current I is increased (for example, point B) in order to obtain (= V × I), there is a problem that the calorific value (= I × R 2 ) in the fuel cell rapidly increases. At this time, in order to maintain the fuel cell in a predetermined temperature range, the outlet temperature control device 48 described above is used.
When the air amount from the compressor 42 is increased by
There was a problem that the required air amount was excessive as compared with the normal rated operation. In addition, if the maximum flow rate of the compressor 42 is set to be large so as to cope with this situation, the flow rate of the compressor becomes about 80% or less of the maximum flow rate during normal rated operation, and there is a problem that surging occurs and the compressor cannot be used. Was. Further, in order to avoid this, when the compressor is operated at a flow rate at which surging does not occur (about 80% of the rating) and an excess amount of air is supplied to the auxiliary combustor 46 via the bypass line 6a (see FIG. 3), There has been a problem that the temperature of the cathode exhaust gas 7 supplied to the turbine 41 decreases, and the heat recovery device 50 cannot generate sufficient superheated steam 8. Further, the cathode exhaust gas 7 supplied to the turbine 41
To maintain the temperature of the fuel gas 1 in the auxiliary combustor 46.
Burning the fuel wastes the fuel gas 1 and degrades the power generation efficiency of the entire power generation facility.

【0006】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、燃料
電池の性能に直接影響のあるカソードガスの入口温度を
常に最適範囲(例えば一定温度)に保持することがで
き、かつ、通常の定格運転時にコンプレッサがサージン
グを起こさず、電池性能が低下してもコンプレッサの吐
出空気量が過大とならず、かつ燃料ガスを浪費すること
なく熱回収装置で十分な過熱蒸気を発生することができ
る燃料電池発電設備の温度制御方法を提供することにあ
る。
The present invention has been made to solve such a problem. An object of the present invention, a fuel
Adjust the cathode gas inlet temperature, which directly affects battery performance.
It can always be kept in the optimal range (eg constant temperature)
In addition , the compressor does not generate surging during normal rated operation , and even if the battery performance deteriorates, the amount of air discharged from the compressor does not become excessive, and there is sufficient superheated steam in the heat recovery unit without wasting fuel gas. It is an object of the present invention to provide a method for controlling the temperature of a fuel cell power generation facility capable of generating the temperature.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、水素を
含むアノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池と、燃料電池を通過したカソード排ガス
一部を燃料電池の上流側に循環する排ガス循環装置と、
残りのカソード排ガスにより駆動され空気を加圧する圧
力回収装置と、空気冷却装置を有し前記加圧空気を燃料
電池上流側のカソートガスに混入させる空気供給ライン
と、を備え、排ガス循環装置による排ガス循環量により
燃料電池に入るカソードガスの温度を制御し、同時に、
燃料電池の性能低下に対応して空気冷却装置により前記
加圧空気を冷却する、ことを特徴とする燃料電池発電設
備の温度制御方法が提供される。
According to the present invention, there is provided a fuel cell for generating electricity from an anode gas containing hydrogen and a cathode gas containing oxygen, and a method for producing cathode exhaust gas passing through the fuel cell .
An exhaust gas circulator that circulates part of the fuel cell upstream,
With the remaining being driven by the cathode exhaust gas pressure recovery system for pressurizing the air, an air supply line to mix the pressurized air has an air cooling system for a fuel cell upstream side Kasotogasu, the exhaust gas circulation by exhaust gas circulation device By quantity
Control the temperature of the cathode gas entering the fuel cell,
A method for controlling the temperature of a fuel cell power generation facility is provided, wherein the pressurized air is cooled by an air cooling device in response to a decrease in the performance of the fuel cell.

【0008】本発明の好ましい実施例によれば、カソー
ド排ガスの一部を燃料電池の上流側に循環するブロア
と、循環するカソードガスの流量を増減させる入口温度
制御装置と、前記空気冷却装置の冷媒流量を調節する冷
媒流量調節弁と、前記冷媒流量調節弁を制御する空気温
度制御装置と、を備え、入口温度制御装置により、燃料
電池に入るカソードガスの温度を検出してこの温度が所
定の範囲になるように前記ブロアを制御し、同時に、空
気温度制御装置により、カソード排ガスの温度を検出し
て該温度が所定の範囲になるように冷媒流量調節弁を制
御して加圧空気の温度を変化させる。また、前記空気冷
却装置は、空気を冷媒とする間接熱交換器である、こと
が好ましい。
According to a preferred embodiment of the invention, cathode
Blower that circulates part of the exhaust gas from the fuel cell upstream of the fuel cell
And inlet temperature to increase or decrease the flow rate of circulating cathode gas
A control device, a refrigerant flow control valve for controlling a refrigerant flow rate of the air cooling device, and an air temperature control device for controlling the refrigerant flow control valve ;
The temperature of the cathode gas entering the battery is detected and this temperature
Control the blower so that it is within a certain range, and at the same time,
The air temperature controller detects the temperature of the cathode exhaust gas and controls the refrigerant flow control valve to change the temperature of the pressurized air so that the temperature falls within a predetermined range. Further, it is preferable that the air cooling device is an indirect heat exchanger using air as a refrigerant.

【0009】[0009]

【作用】上述した本発明の方法によれば、加圧空気を燃
料電池上流側のカソートガスに混入させる空気供給ライ
ンに空気冷却装置を備えており、燃料電池の性能低下に
対応して空気冷却装置により加圧空気を冷却するので、
長期運転により電池性能が低下し燃料電池内での発熱量
が急増しても、低温の加圧空気がカソートガスに流入す
ることにより、圧力回収装置からの空気量を増加させる
ことなく、カソード排ガスの温度を所定の範囲まで下げ
ることができる。また、カソード排ガスの一部を燃料電
池の上流側に循環する排ガス循環装置を備えており、排
ガス循環量の制御により燃料電池に入るカソードガスの
温度を最適温度に調節することができる。すなわち、空
気冷却装置により燃料電池の排ガス温度を所定の範囲に
制御でき、同時に、排ガス循環装置を構成する入口温度
制御装置により、燃料電池に入るカソードガスの温度を
所定の範囲に制御できる更に、排ガス循環装置により
大量のカソード排ガスを燃料電池の上流側に循環し燃料
電池入口温度を所定範囲に保持していることから、空気
冷却装置により加圧空気温度が大幅に低下してカソード
ガスに混入しても、大量の循環排ガスと混合したカソー
ドガスの温度低下を防止することができ、入口温度を電
解液の凝固を防ぐ最適範囲(例えば一定温度)に保持す
ることができる。
According to the method of the present invention described above, an air cooling device is provided in an air supply line for mixing pressurized air into the gusset gas on the upstream side of the fuel cell. To cool pressurized air,
Even if the cell performance deteriorates due to long-term operation and the calorific value in the fuel cell increases sharply, the low-temperature pressurized air flows into the gusset gas, thereby increasing the amount of cathode exhaust gas without increasing the amount of air from the pressure recovery device. The temperature can be reduced to a predetermined range. In addition, part of the cathode exhaust gas is
An exhaust gas circulating device circulating upstream of the pond is provided.
By controlling the amount of gas circulation, the amount of cathode gas entering the fuel cell
The temperature can be adjusted to the optimal temperature . That is, empty
Gas exhaust system keeps exhaust gas temperature of fuel cell within specified range
Controllable and at the same time the inlet temperature that constitutes the exhaust gas circulation device
The controller controls the temperature of the cathode gas entering the fuel cell.
It can be controlled within a predetermined range . Furthermore, with the exhaust gas circulation device
A large amount of cathode exhaust gas is circulated upstream of the fuel cell and
Since the battery inlet temperature is maintained within the specified range, air
The temperature of the pressurized air is greatly reduced by the cooling device and the cathode
Caso mixed with a large amount of circulating exhaust gas even if mixed with gas
Gas temperature can be prevented and the inlet temperature can be reduced.
Maintain the optimal range (eg, constant temperature) to prevent coagulation of the lysate
Can be

【0010】従って、燃料電池の性能に直接影響のある
カソードガスの入口温度を常に最適範囲(例えば一定温
度)に保持することができ、かつ、電池性能が低下して
も圧力回収装置(コンプレッサ)の吐出空気量が増加せ
ず、また、コンプレッサの最大流量を従来と同一にでき
るので、通常の定格運転時にコンプレッサがサージング
を起こすことがない。更に、サージングが起きないた
め、電池が必要とする流量でコンプレッサを運転でき、
余分な空気が補助燃焼器に供給されず、カソード排ガス
の温度を高く保持し、燃料ガスの助燃なしに熱回収装置
で十分な過熱蒸気を発生することができる。
Therefore, there is a direct influence on the performance of the fuel cell.
Always keep the cathode gas inlet temperature in the optimal range (for example, constant temperature
Degree), and even if the battery performance decreases, the discharge air amount of the pressure recovery device (compressor) does not increase, and the maximum flow rate of the compressor can be the same as before, so that the normal rating There is no surging of the compressor during operation. Furthermore, since no surging occurs, the compressor can be operated at the flow rate required by the battery,
Excess air is not supplied to the auxiliary combustor, the temperature of the cathode exhaust gas is kept high, and sufficient superheated steam can be generated by the heat recovery device without fuel gas combustion.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、各図において共通する部分には同
一の符号を付して使用し、重複した説明を省略する。図
1は、本発明の方法を適用する燃料電池発電設備の全体
構成図である。この図において、燃料電池発電設備は、
改質器10、水素を含むアノードガス2と酸素を含むカ
ソードガス3とから発電する燃料電池20、水分除去装
置30、燃料電池を通過したカソード排ガス7により駆
動され空気6を加圧する圧力回収装置40、熱回収装置
50等を備え、改質器10で燃料ガス1を改質し、燃料
電池20で発電し、水分除去装置30でアノード排ガス
4中の水分を除去し、圧力回収装置40でカソード排ガ
ス7の圧力を回収し、熱回収装置50で排熱を回収する
ようになっている。また、燃料電池20の上流側にカソ
ード排ガス7の一部を循環するブロア22と、燃料電池
に入るカソードガス3の温度を検出してこの温度が所定
の範囲(550〜600℃)になるようにブロア22を
制御して循環するカソードガスの流量を増減させる入口
温度制御装置24とを備えている。更にまた、加圧空気
を燃料電池上流側のカソートガスに混入させる空気供給
ライン14を備えている。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, common portions are denoted by the same reference numerals and used, and redundant description will be omitted. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell power generation facility to which the method of the present invention is applied. In this figure, the fuel cell power generation equipment
A reformer 10, a fuel cell 20 that generates electricity from an anode gas 2 containing hydrogen and a cathode gas 3 containing oxygen, a moisture removing device 30, and a pressure recovery device that pressurizes air 6 driven by a cathode exhaust gas 7 that has passed through the fuel cell. 40, a heat recovery device 50, etc., the fuel gas 1 is reformed by the reformer 10, the power is generated by the fuel cell 20, the water in the anode exhaust gas 4 is removed by the water removal device 30, and the pressure recovery device 40 The pressure of the cathode exhaust gas 7 is recovered, and the heat recovery device 50 recovers exhaust heat. Further, the temperature of the blower 22 circulating a part of the cathode exhaust gas 7 upstream of the fuel cell 20 and the temperature of the cathode gas 3 entering the fuel cell are detected so that this temperature falls within a predetermined range (550 to 600 ° C.). And an inlet temperature control device 24 for controlling the blower 22 to increase or decrease the flow rate of the circulating cathode gas. Furthermore, an air supply line 14 is provided for mixing pressurized air into the gusset gas upstream of the fuel cell.

【0012】図1の燃料電池発電設備では、空気供給ラ
イン14に空気冷却装置62が設けられている。この空
気冷却装置62は、好ましくは空気を冷媒とする間接熱
交換器であるが、淡水又は海水を冷媒とするものでもよ
い。また図1の燃料電池発電設備は、空気冷却装置の冷
媒流量を調節する冷媒流量調節弁63と、冷媒流量調節
弁63を制御する空気温度制御装置64とを更に備えて
いる。かかる構成により、カソード排ガス7の温度を検
出してこの温度が所定の範囲(例えば680〜700
℃)になるように冷媒流量調節弁63を制御して加圧空
気の温度を変化させることができる。なお、空気温度制
御装置64は従来の出口温度制御装置48(図3参照)
の機能をも有し、カソード排ガス7の温度を検出して冷
媒流量調節弁63と圧力回収装置40の両方を同時に制
御してもよく、或いは運転状態に応じて、両者を選択し
て制御してもよい。
In the fuel cell power plant of FIG. 1, an air cooling device 62 is provided in the air supply line 14. The air cooling device 62 is preferably an indirect heat exchanger using air as a refrigerant, but may be a device using fresh water or seawater as a refrigerant. Further, the fuel cell power generation equipment of FIG. 1 further includes a refrigerant flow control valve 63 for controlling the refrigerant flow of the air cooling device, and an air temperature control device 64 for controlling the refrigerant flow control valve 63. With this configuration, the temperature of the cathode exhaust gas 7 is detected, and this temperature is set within a predetermined range (for example, 680 to 700).
° C) to control the temperature of the pressurized air by controlling the refrigerant flow control valve 63. The air temperature control device 64 is a conventional outlet temperature control device 48 (see FIG. 3).
The temperature of the cathode exhaust gas 7 may be detected to control both the refrigerant flow control valve 63 and the pressure recovery device 40 at the same time, or both may be selected and controlled according to the operation state. You may.

【0013】図2は図1の主要部分の構成図であり、図
中の矩形で囲んだ数字は、1000KWの発電設備の場
合の定格運転時における流量重量Kgと温度℃の概略値
である。図2において、カソード排ガス7は約6600
kg/h、680〜700℃であり、流入空気6は空気
冷却装置62に入る前(上流側)で流量重量は約400
0kg/h、100〜300℃である。従って、空気と
カソード排ガスのガス比熱がほとんど等しいことから、
燃料電池が劣化してカソード排ガス7の温度が例えば約
50℃上昇するような場合でも、空気冷却装置62によ
り流入空気を約70〜80℃冷却すれば、カソード排ガ
スの温度上昇を抑えることができることがわかる。ま
た、この場合に燃料電池20に流入するカソードガス3
の温度が低下するが、図に示すようにブロア22による
循環ガス量が多いので、この温度低下は約20〜30℃
程度であり、上述した入口温度制御装置24による温度
制御(循環ガス量の増加)により、燃料電池20の性能
に直接影響のあるカソードガス3の入口温度を常に最適
範囲(例えば一定温度)に保持することができる。
FIG. 2 is a configuration diagram of the main part of FIG. 1. The numbers enclosed by rectangles in the figure are approximate values of the flow weight Kg and the temperature ° C at the time of rated operation in the case of a 1000 kW power generation facility. In FIG. 2, the cathode exhaust gas 7 is about 6600
kg / h, 680-700 ° C., and the inflow air 6 has a flow weight of about 400 before entering the air cooling device 62 (upstream side).
0 kg / h, 100-300 ° C. Therefore, since the gas specific heat of air and cathode exhaust gas are almost equal,
Even when the temperature of the cathode exhaust gas 7 rises, for example, by about 50 ° C. due to deterioration of the fuel cell, the temperature rise of the cathode exhaust gas can be suppressed by cooling the inflow air by about 70 to 80 ° C. by the air cooling device 62. I understand. In this case, the cathode gas 3 flowing into the fuel cell 20
, The amount of circulating gas by the blower 22 is large as shown in FIG.
And the temperature control (increase in the amount of circulating gas) by the above-described inlet temperature control device 24 ,
Always optimizes the inlet temperature of cathode gas 3 which directly affects
It can be kept in a range (for example, a constant temperature).

【0014】上述したように、本発明の方法によれば、
加圧空気6を燃料電池上流側のカソードガスに混入させ
る空気供給ライン14に空気冷却装置62を備えてお
り、燃料電池の性能低下に対応して空気冷却装置62に
より加圧空気を冷却するので、長期運転により電池性能
が低下し燃料電池内での発熱量が急増しても、低温の加
圧空気がカソートガスに流入することにより、圧力回収
装置40からの空気量を増加させることなく、カソード
排ガス7の温度を所定の範囲まで下げることができる。
また、カソード排ガスの一部を燃料電池20の上流側
に循環する排ガス循環装置(ブロア22と入口温度制御
装置24からなる)を備えており、排ガス循環量の制御
により燃料電池20に入るカソードガス3の温度を最適
温度に調節することができる。すなわち、空気冷却装置
62により燃料電池の排ガス温度を所定の範囲に制御で
き、同時に、排ガス循環装置を構成する入口温度制御装
置24により、燃料電池20に入るカソードガス3の温
度を所定の範囲に制御できる。 更に、排ガス循環装置に
より大量のカソード排ガス7を燃料電池20の上流側に
循環し燃料電池入口温度を所定範囲に保持していること
から、空気冷却装置62により加圧空気温度が大幅に低
下してカソードガスに混入しても、大量の循環排ガスと
混合したカソードガス3の温度低下を防止することがで
き、燃料電池に 流入するカソードガス入口温度を電解液
の凝固を防ぐ最適範囲(例えば一定温度)に保持するこ
とができる。
As described above, according to the method of the present invention,
An air cooling device 62 is provided in the air supply line 14 for mixing the pressurized air 6 into the cathode gas on the upstream side of the fuel cell, and the pressurized air is cooled by the air cooling device 62 in response to the performance deterioration of the fuel cell. Even if the cell performance deteriorates due to long-term operation and the calorific value in the fuel cell increases sharply, the low-temperature pressurized air flows into the gusset gas without increasing the amount of air from the pressure recovery device 40. The temperature of the exhaust gas 7 can be reduced to a predetermined range.
Further, a part of the cathode exhaust gas 7 is transferred to the upstream side of the fuel cell 20 .
Exhaust gas circulation device (blower 22 and inlet temperature control
Device 24) to control the amount of exhaust gas circulation.
Optimizes the temperature of cathode gas 3 entering fuel cell 20
Temperature can be adjusted. That is, the air cooling device
62 allows the exhaust gas temperature of the fuel cell to be controlled within a predetermined range.
At the same time, the inlet temperature control device
The temperature of the cathode gas 3 entering the fuel cell 20 is determined by the device 24.
The degree can be controlled within a predetermined range. Furthermore, for exhaust gas circulation equipment
A larger amount of cathode exhaust gas 7 is provided upstream of the fuel cell 20
Circulate and maintain the fuel cell inlet temperature within the specified range
, The temperature of pressurized air is significantly reduced by the air cooling device 62
Down and mix with the cathode gas,
It is possible to prevent the temperature of the mixed cathode gas 3 from dropping.
The cathode gas inlet temperature flowing into the fuel cell
In the optimal range (eg, constant temperature) to prevent solidification of
Can be.

【0015】従って、燃料電池20の性能に直接影響の
あるカソードガス3の入口温度を常に最適範囲(例えば
一定温度)に保持することができ、かつ、電池性能が低
下しても圧力回収装置40(コンプレッサ42)の吐出
空気量が増加せず、また、コンプレッサの最大流量を従
来と同一にできるので、通常の定格運転時にコンプレッ
サがサージングを起こすことがない。更に、サージング
が起きないため、電池が必要とする流量でコンプレッサ
を運転でき、余分な空気が補助燃焼器46に供給され
ず、カソード排ガスの温度を高く保持し、燃料ガスの助
燃なしに熱回収装置で十分な過熱蒸気を発生することが
できる。
Accordingly, the performance of the fuel cell 20 is not directly affected.
The inlet temperature of a certain cathode gas 3 is always kept in an optimum range (for example,
(Constant temperature), and even if the battery performance deteriorates, the discharge air amount of the pressure recovery device 40 (compressor 42) does not increase, and the maximum flow rate of the compressor can be the same as the conventional one. There is no surging of the compressor during normal rated operation. Furthermore, since no surging occurs, the compressor can be operated at the flow rate required by the battery, no extra air is supplied to the auxiliary combustor 46, the temperature of the cathode exhaust gas is kept high, and heat is recovered without fuel gas combustion. The device can generate sufficient superheated steam.

【0016】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できるこ
とは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the gist of the present invention.

【0017】[0017]

【発明の効果】上述したように本発明の燃料電池発電設
備の温度制御方法は、燃料電池の性能に直接影響のある
カソードガスの入口温度を常に最適範囲(例えば一定温
度)に保持することができ、かつ、通常の定格運転時に
コンプレッサがサージングを起こさず、電池性能が低下
してもコンプレッサの吐出空気量が過大とならず、かつ
燃料ガスを浪費することなく熱回収装置で十分な過熱蒸
気を発生することができる、等の優れた効果を有する。
As described above, the temperature control method for a fuel cell power generation system according to the present invention has a direct influence on the performance of the fuel cell.
Always keep the cathode gas inlet temperature in the optimal range (for example, constant temperature
), And the compressor does not generate surging during normal rated operation. Even if the battery performance deteriorates, the amount of air discharged from the compressor does not become excessive, and heat is consumed without wasting fuel gas. It has excellent effects such as sufficient generation of superheated steam in the recovery device.

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

【図1】本発明の方法を適用する燃料電池発電設備の全
体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell power generation facility to which a method of the present invention is applied.

【図2】図1の主要部分の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a main part of FIG. 1;

【図3】溶融炭酸塩型燃料電池を用いた従来の発電設備
の全体構成図である。
FIG. 3 is an overall configuration diagram of a conventional power generation facility using a molten carbonate fuel cell.

【図4】燃料電池の発電特性図である。FIG. 4 is a power generation characteristic diagram of a fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料ガス 2 アノードガス 3 カソードガス 4 アノード排ガス 5 燃焼排ガス 6 空気 7 カソード排ガス 8 蒸気 10 改質器 10a 燃焼室 10b 改質管 12 燃料予熱器 14 空気供給ライン 20 燃料電池 22 ブロア 24 入口温度制御装置 30 水分除去装置 32 凝縮器 34 水分分離器 36 ブロア 38 給水ポンプ 40 圧力回収装置 41 タービン 42 コンプレッサ 43 発電機 44 タービンコンプレッサ装置 46 補助燃焼器 48 出口温度制御装置 50 熱回収装置 52 給水加熱器 54 蒸発器 56 過熱器 62 空気冷却装置 63 冷媒流量調節弁 64 空気温度制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel gas 2 Anode gas 3 Cathode gas 4 Anode exhaust gas 5 Combustion exhaust gas 6 Air 7 Cathode exhaust gas 8 Steam 10 Reformer 10a Combustion chamber 10b Reforming pipe 12 Fuel preheater 14 Air supply line 20 Fuel cell 22 Blower 24 Inlet temperature control Apparatus 30 Water removal device 32 Condenser 34 Water separator 36 Blower 38 Feedwater pump 40 Pressure recovery device 41 Turbine 42 Compressor 43 Generator 44 Turbine compressor device 46 Auxiliary combustor 48 Outlet temperature control device 50 Heat recovery device 52 Feedwater heater 54 Evaporator 56 Superheater 62 Air cooling device 63 Refrigerant flow control valve 64 Air temperature control device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 和彦 東京都江東区豊洲三丁目1番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (72)発明者 長崎 伸男 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社日立製作所内 (72)発明者 石田 心一 東京都豊島区南大塚三丁目10番10号 日 本生命南大塚ビル6F 溶融炭酸塩型燃 料電池発電システム技術研究組合内 (72)発明者 沢 好博 東京都豊島区南大塚三丁目10番10号 日 本生命南大塚ビル6F 溶融炭酸塩型燃 料電池発電システム技術研究組合内 (56)参考文献 特開 平7−288135(JP,A) 特開 昭58−164165(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 8/00 - 8/24──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazuhiko Ito 3-1-1-15 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Inside Ishikawa-Shimaharima Heavy Industries, Ltd.Higashiji Technical Center (72) Inventor Nobuo Nagasaki Sankomachi, Hitachi No. 1-1, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Shinichi Ishida 3-10-10, Minami-Otsuka, Toshima-ku, Tokyo 6F, Nihon Seimei Minami-Otsuka Building Molten carbonate fuel cell power generation system technology research association (72) Inventor Yoshihiro Sawa 3-10-10 Minami-Otsuka, Toshima-ku, Tokyo 6F, Minami-Otsuka Building, Nihon Seimei Molten carbonate fuel cell power generation system technology research association (56) References JP-A-7- 288135 (JP, A) JP-A-58-164165 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01M 8/00-8/24

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 水素を含むアノードガスと酸素を含むカ
ソードガスとから発電する燃料電池と、燃料電池を通過
したカソード排ガスの一部を燃料電池の上流側に循環す
る排ガス循環装置と、残りのカソード排ガスにより駆動
され空気を加圧する圧力回収装置と、空気冷却装置を有
し前記加圧空気を燃料電池上流側のカソートガスに混入
させる空気供給ラインと、を備え、排ガス循環装置による排ガス循環量により燃料電池に入
るカソードガスの温度を制御し、同時に、 燃料電池の性
能低下に対応して空気冷却装置により前記加圧空気を冷
却する、ことを特徴とする燃料電池発電設備の温度制御
方法。
1. A fuel cell for generating electricity from an anode gas containing hydrogen and a cathode gas containing oxygen, and a part of the cathode exhaust gas passing through the fuel cell is circulated upstream of the fuel cell.
Exhaust gas circulating device, a pressure recovery device driven by the remaining cathode exhaust gas to pressurize air, and an air supply line having an air cooling device and mixing the pressurized air into the gusset gas upstream of the fuel cell, Enter the fuel cell according to the amount of exhaust gas circulated by the exhaust gas circulation device
Controlling the temperature of the cathode gas, and simultaneously cooling the pressurized air by an air cooling device in response to a decrease in the performance of the fuel cell.
【請求項2】 カソード排ガスの一部を燃料電池の上流
側に循環するブロアと、循環するカソードガスの流量を
増減させる入口温度制御装置と、前記空気冷却装置の冷
媒流量を調節する冷媒流量調節弁と、前記冷媒流量調節
弁を制御する空気温度制御装置と、を備え、入口温度制御装置により、燃料電池に入るカソードガス
の温度を検出してこの温度が所定の範囲になるように前
記ブロアを制御し、同時に、空気温度制御装置により、
カソード排ガスの温度を検出して該温度が所定の範囲に
なるように冷媒流量調節弁を制御して加圧空気の温度を
変化させる、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電
池発電設備の温度制御方法。
2. A part of the cathode exhaust gas is transferred upstream of a fuel cell.
The flow rate of the circulating blower and the circulating cathode gas
An inlet temperature control device for increasing and decreasing, a refrigerant flow control valve for adjusting the refrigerant flow rate of the air cooling device, and an air temperature control device for controlling the refrigerant flow control valve , Cathode gas entering
Temperature, and adjust the temperature so that it is within the specified range.
Control the blower, and at the same time, by the air temperature control device,
2. The fuel cell power plant according to claim 1, wherein the temperature of the pressurized air is changed by detecting the temperature of the cathode exhaust gas and controlling the refrigerant flow control valve so that the temperature falls within a predetermined range. Temperature control method.
【請求項3】 前記空気冷却装置は、空気を冷媒とする
間接熱交換器である、ことを特徴とする請求項1に記載
の燃料電池発電設備の温度制御方法。
3. The method according to claim 1, wherein the air cooling device is an indirect heat exchanger using air as a refrigerant.
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