JP2841703B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池のカソード用空気量制御方法及び装置 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池のカソード用空気量制御方法及び装置Info
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- JP2841703B2 JP2841703B2 JP2122973A JP12297390A JP2841703B2 JP 2841703 B2 JP2841703 B2 JP 2841703B2 JP 2122973 A JP2122973 A JP 2122973A JP 12297390 A JP12297390 A JP 12297390A JP 2841703 B2 JP2841703 B2 JP 2841703B2
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- air
- turbine
- compressor
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネ
ルギーに変換させるエネルギー部門で用いる燃料電池の
うち、溶融炭酸塩型燃料電池のカソードへ供給される空
気流量を調整するカソード用空気量制御方法及び装置に
関するものである。
ルギーに変換させるエネルギー部門で用いる燃料電池の
うち、溶融炭酸塩型燃料電池のカソードへ供給される空
気流量を調整するカソード用空気量制御方法及び装置に
関するものである。
［従来の技術］ 溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質としての溶融炭酸塩
を多孔質物質にしみ込ませてなるタイル（電解質板）
を、カソード（酸素極）とアノード（燃料極）で両面か
ら挟み、カソード側に酸化ガスを供給すると共にアノー
ド側に燃料ガスを供給することによりカソード側とアノ
ード側での反応によってカソードとアノードとの間に発
生する電位差により発電が行われるようにしたものを１
セルとし、各セルをセパレータを介して多層に積層して
スタックとするようにしてある。
を多孔質物質にしみ込ませてなるタイル（電解質板）
を、カソード（酸素極）とアノード（燃料極）で両面か
ら挟み、カソード側に酸化ガスを供給すると共にアノー
ド側に燃料ガスを供給することによりカソード側とアノ
ード側での反応によってカソードとアノードとの間に発
生する電位差により発電が行われるようにしたものを１
セルとし、各セルをセパレータを介して多層に積層して
スタックとするようにしてある。
上記の如き溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電システ
ムのうち、燃料に天然ガスを使用するものにおいては、
第２図に一例を示す如く、燃料電池１のカソード２に酸
化ガスを供給するため、空気Ａを圧縮機４で圧縮した
後、空気供給ライン６によりカソード２の入口側に供給
すると共に、一部の空気Ａは分岐ライン７上に設けた空
気予熱器８を通した後に改善器９の燃焼室側に導き、こ
こで燃焼させてガス供給ライン10、上記空気予熱器８を
経て上記空気供給ライン６の空気と混ぜてカソード２へ
供給するようにしてあり、カソード２から排出されたカ
ソードガスは、カソードガス出口ライン11より補助燃焼
器12を経てタービン５に導かれ、タービン５から過熱器
13、蒸発器14を通して大気へ放出させるようにしてあ
る。又、燃料電池１のアノード３には、天然ガスNGが脱
硫器15で脱硫され、天然ガス予熱器18で予熱された後、
蒸発器14、過熱器13によって生成され、蒸気ライン23を
経て供給される過熱蒸気と混合され、改質器９の改質室
内に導入され、ここで改質されて燃料ガスとして燃料ガ
ス供給ライン17よりアノード３に供給されるようにして
あり、アノード３から排出されたアノードガスは、上記
天然ガス予熱器16、熱交換器16、凝縮器19を経て気液分
離機20へ導き、ここでアノード中のH2Oを分離し、ガス
はブロワ21で昇圧されて熱交換器18に入り、該熱交換器
18で温められてから改質器９の燃焼室へ供給されるよう
にすると共に、上記分離されたH2Oは、ポンプ22で加圧
されて蒸発器14へ送られ、ここで蒸気となり過熱器13で
過熱された後、蒸気ライン23を経て天然ガスNGに改質器
９入口で混ぜられるようにしてある。24はカソード２と
アノード３の差圧制御弁である。
ムのうち、燃料に天然ガスを使用するものにおいては、
第２図に一例を示す如く、燃料電池１のカソード２に酸
化ガスを供給するため、空気Ａを圧縮機４で圧縮した
後、空気供給ライン６によりカソード２の入口側に供給
すると共に、一部の空気Ａは分岐ライン７上に設けた空
気予熱器８を通した後に改善器９の燃焼室側に導き、こ
こで燃焼させてガス供給ライン10、上記空気予熱器８を
経て上記空気供給ライン６の空気と混ぜてカソード２へ
供給するようにしてあり、カソード２から排出されたカ
ソードガスは、カソードガス出口ライン11より補助燃焼
器12を経てタービン５に導かれ、タービン５から過熱器
13、蒸発器14を通して大気へ放出させるようにしてあ
る。又、燃料電池１のアノード３には、天然ガスNGが脱
硫器15で脱硫され、天然ガス予熱器18で予熱された後、
蒸発器14、過熱器13によって生成され、蒸気ライン23を
経て供給される過熱蒸気と混合され、改質器９の改質室
内に導入され、ここで改質されて燃料ガスとして燃料ガ
ス供給ライン17よりアノード３に供給されるようにして
あり、アノード３から排出されたアノードガスは、上記
天然ガス予熱器16、熱交換器16、凝縮器19を経て気液分
離機20へ導き、ここでアノード中のH2Oを分離し、ガス
はブロワ21で昇圧されて熱交換器18に入り、該熱交換器
18で温められてから改質器９の燃焼室へ供給されるよう
にすると共に、上記分離されたH2Oは、ポンプ22で加圧
されて蒸発器14へ送られ、ここで蒸気となり過熱器13で
過熱された後、蒸気ライン23を経て天然ガスNGに改質器
９入口で混ぜられるようにしてある。24はカソード２と
アノード３の差圧制御弁である。
上記の如き溶融炭酸塩型燃料電池発電システムにおい
て、圧縮機４の空気流量制御方式としては、燃料電池１
の負荷変動によらず圧縮機４を流れる空気流量を一定の
ままとする空気流量一定制御方式と、圧縮機４の吸込側
に流量調節弁30を設けて負荷変動と共に圧縮機に流入す
る空気流量を変える方式がある。
て、圧縮機４の空気流量制御方式としては、燃料電池１
の負荷変動によらず圧縮機４を流れる空気流量を一定の
ままとする空気流量一定制御方式と、圧縮機４の吸込側
に流量調節弁30を設けて負荷変動と共に圧縮機に流入す
る空気流量を変える方式がある。
いずれの空気流量制御方式においても、燃料電池１の
負荷変動に伴い、カソードガス流量は変わるので、何の
処置もしなければカソード２と筐体25の差圧が変動す
る。したがって、差圧を一定以内に保つために、カソー
ド圧力を制御する必要があり、従来、カソード２と筐体
25の差圧は、カソードガス出口ライン11に専用の差圧制
御弁26を設け、カソード出口と筐体25の差圧を差圧検出
器27で検知して差圧制御弁26により制御させるようにし
ている。
負荷変動に伴い、カソードガス流量は変わるので、何の
処置もしなければカソード２と筐体25の差圧が変動す
る。したがって、差圧を一定以内に保つために、カソー
ド圧力を制御する必要があり、従来、カソード２と筐体
25の差圧は、カソードガス出口ライン11に専用の差圧制
御弁26を設け、カソード出口と筐体25の差圧を差圧検出
器27で検知して差圧制御弁26により制御させるようにし
ている。
又、圧縮機４の出口側圧力を一定に保つため、当該圧
力を圧力調節器28で検出して、流量調節弁29により余剰
空気を補助燃焼器12に流している。該補燃焼器12では、
燃料を燃焼させてタービン５に入るガスの温度を一定に
保持するようにしている。
力を圧力調節器28で検出して、流量調節弁29により余剰
空気を補助燃焼器12に流している。該補燃焼器12では、
燃料を燃焼させてタービン５に入るガスの温度を一定に
保持するようにしている。
［発明が解決しようとする課題］ ところが、上述した空気流量一定制御方式では、ター
ビン５入口の空気温度を一定とするために補助燃焼器12
に多くの燃料を流すことになり、システムとしての部分
負荷効率が低下する問題があり、低負荷時の効率改善が
望まれている。一方、圧縮機４の吸込側に流量調節弁30
を設ける方式では、部分負荷時にタービンへ流入するガ
ス流量が少なくなるので、入口圧力が低くなり、タービ
ン出力の低下を招くという問題があった。又、カソード
２と筐体25との差圧制御に、差圧制御用高温弁を必要と
している。
ビン５入口の空気温度を一定とするために補助燃焼器12
に多くの燃料を流すことになり、システムとしての部分
負荷効率が低下する問題があり、低負荷時の効率改善が
望まれている。一方、圧縮機４の吸込側に流量調節弁30
を設ける方式では、部分負荷時にタービンへ流入するガ
ス流量が少なくなるので、入口圧力が低くなり、タービ
ン出力の低下を招くという問題があった。又、カソード
２と筐体25との差圧制御に、差圧制御用高温弁を必要と
している。
そこで、本発明は、タービン入口温度を一定にするた
めの補助燃焼器の燃料を減少させて低負荷時の効率を向
上し、又、カソードと筐体の差圧制御を差圧制御用の高
温弁なしで行えるようにしようとするものである。
めの補助燃焼器の燃料を減少させて低負荷時の効率を向
上し、又、カソードと筐体の差圧制御を差圧制御用の高
温弁なしで行えるようにしようとするものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決するために、燃料電池のカ
ソードに圧縮機で圧縮した空気を供給し、且つ上記カソ
ードから排出されたカソードガスを補助燃焼機を介しタ
ービンに導入させるようにし、更に、上記圧縮機で圧縮
した空気の一部をタービンへ補助燃焼器を介しバイパス
させるようにしてある構成において、上記圧縮機に導入
される空気流量を流量調節弁により、燃料電池の負荷変
動に応じ調節するようにし、且つ燃料電池のカソードと
燃料電池を収納する筐体の差圧を、タービンの可変静翼
によるタービン上流側の圧力制御によって一定に保持さ
せるようにする溶融炭酸塩型燃料電池のカソード用空気
量制御方法とし、又、圧縮機の吸込側に流量調節弁を設
けて、該流量調節弁を燃料電池の負荷信号に基づきマス
タからの指令により制御するようにし、且つタービンの
初段静翼を可変翼とし、該可変翼を上記カソードと筐体
の差圧に応じて調整できるようにしたカソード用空気量
制御装置とする。
ソードに圧縮機で圧縮した空気を供給し、且つ上記カソ
ードから排出されたカソードガスを補助燃焼機を介しタ
ービンに導入させるようにし、更に、上記圧縮機で圧縮
した空気の一部をタービンへ補助燃焼器を介しバイパス
させるようにしてある構成において、上記圧縮機に導入
される空気流量を流量調節弁により、燃料電池の負荷変
動に応じ調節するようにし、且つ燃料電池のカソードと
燃料電池を収納する筐体の差圧を、タービンの可変静翼
によるタービン上流側の圧力制御によって一定に保持さ
せるようにする溶融炭酸塩型燃料電池のカソード用空気
量制御方法とし、又、圧縮機の吸込側に流量調節弁を設
けて、該流量調節弁を燃料電池の負荷信号に基づきマス
タからの指令により制御するようにし、且つタービンの
初段静翼を可変翼とし、該可変翼を上記カソードと筐体
の差圧に応じて調整できるようにしたカソード用空気量
制御装置とする。
［作用］ 部分負荷時に圧縮機への空気吸込量を絞ると、圧縮機
からタービンへの空気バイパス量が減少する。そのた
め、タービン入口温度の低下が従来に比して少なくなる
ので、それだけタービン入口温度を一定にするための補
助燃焼器燃料を減らすことができ、低負荷時の効率を向
上できる。又、カソードと筐体の差圧に基づきタービン
の可変翼を調整して、タービン入口圧力を一定に保持で
きるので、従来の差圧制御弁を省略することができ、且
つ、低負荷時において、タービン効率を維持することが
できる。
からタービンへの空気バイパス量が減少する。そのた
め、タービン入口温度の低下が従来に比して少なくなる
ので、それだけタービン入口温度を一定にするための補
助燃焼器燃料を減らすことができ、低負荷時の効率を向
上できる。又、カソードと筐体の差圧に基づきタービン
の可変翼を調整して、タービン入口圧力を一定に保持で
きるので、従来の差圧制御弁を省略することができ、且
つ、低負荷時において、タービン効率を維持することが
できる。
［実 施 例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の実施例を示す溶融炭酸塩型燃料電池
発電システムの要部を示すもので、燃料電池１のアノー
ド３には、改質器９で改質された燃料ガスが供給され、
一方、燃料電池１のカソード２には、圧縮機４で圧縮さ
れた空気が空気供給ライン６を経て供給され、且つカソ
ード２から排出されたカソードガスは、カソードガス出
口ライン11から補助燃焼器12を経てタービン５に導かれ
るようにしてある溶融炭酸塩型燃料電池発電システムに
おいて、上記圧縮機４の吸込側に流量調節弁30を設置
し、該流量調節弁30を、燃料電池１の負荷信号を入力し
て負荷変動に応じて指令を発するマスタ31に接続し、マ
スタ31からの指令により上記流量調節弁30の開度が調節
されて、圧縮機４の空気吸込量が変えられるようにす
る。又、上記タービン５における初段静翼を他の静翼よ
り切り離して可変翼32とし、該可変翼32をタービン５の
上流側のカソードガス出口ライン11に設けた圧力調節器
33からの指令で調整されるようにすると共に、燃料電池
１のカソード２と筐体25の差圧を検出する差圧検出器27
を上記圧力調節器33に接続し、更に、上記補助燃焼器12
には天然ガスNGの一部を天然ガスライン34より供給する
ようにし、該天然ガスライン34に設けた流量調節弁35
を、タービン５の入口側温度を検出する温度調節器36に
より調節できるようにする。その他の構成は第２図に示
すものと同じであり、同一のものには同一の符号が付し
てある。
発電システムの要部を示すもので、燃料電池１のアノー
ド３には、改質器９で改質された燃料ガスが供給され、
一方、燃料電池１のカソード２には、圧縮機４で圧縮さ
れた空気が空気供給ライン６を経て供給され、且つカソ
ード２から排出されたカソードガスは、カソードガス出
口ライン11から補助燃焼器12を経てタービン５に導かれ
るようにしてある溶融炭酸塩型燃料電池発電システムに
おいて、上記圧縮機４の吸込側に流量調節弁30を設置
し、該流量調節弁30を、燃料電池１の負荷信号を入力し
て負荷変動に応じて指令を発するマスタ31に接続し、マ
スタ31からの指令により上記流量調節弁30の開度が調節
されて、圧縮機４の空気吸込量が変えられるようにす
る。又、上記タービン５における初段静翼を他の静翼よ
り切り離して可変翼32とし、該可変翼32をタービン５の
上流側のカソードガス出口ライン11に設けた圧力調節器
33からの指令で調整されるようにすると共に、燃料電池
１のカソード２と筐体25の差圧を検出する差圧検出器27
を上記圧力調節器33に接続し、更に、上記補助燃焼器12
には天然ガスNGの一部を天然ガスライン34より供給する
ようにし、該天然ガスライン34に設けた流量調節弁35
を、タービン５の入口側温度を検出する温度調節器36に
より調節できるようにする。その他の構成は第２図に示
すものと同じであり、同一のものには同一の符号が付し
てある。
燃料電池１の負荷が変動すると、この負荷変動に応じ
てマスタ31からの指令により圧出機４の吸込側の流量調
節弁30の開度が調節される。燃料電池１の負荷が定格以
下になると、その負荷に応じて上記流量調節弁30が調節
されて圧縮機４の空気吸込量が絞られる。これにより圧
縮機４からタービン５への空気バイパス量は、空気流量
一定制御方式に比して減少し、且つカソード２への空気
供給量も少なくなる。このままではタービン５の入口圧
力、すなわち、カソード圧力が低下してしまうが、カソ
ード圧力と筐体25の圧力との差圧が差圧検出機27で検出
されているので、その差圧に応じてタービン５の可変翼
32が調整されてタービン５の入口圧力が制御され、カソ
ード２と筐体25の差圧が一定に保持される。
てマスタ31からの指令により圧出機４の吸込側の流量調
節弁30の開度が調節される。燃料電池１の負荷が定格以
下になると、その負荷に応じて上記流量調節弁30が調節
されて圧縮機４の空気吸込量が絞られる。これにより圧
縮機４からタービン５への空気バイパス量は、空気流量
一定制御方式に比して減少し、且つカソード２への空気
供給量も少なくなる。このままではタービン５の入口圧
力、すなわち、カソード圧力が低下してしまうが、カソ
ード圧力と筐体25の圧力との差圧が差圧検出機27で検出
されているので、その差圧に応じてタービン５の可変翼
32が調整されてタービン５の入口圧力が制御され、カソ
ード２と筐体25の差圧が一定に保持される。
なお、可変翼32はタービン５の初段静翼のみでなくて
もよい。
もよい。
［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明によれば、燃料電池のカソー
ドへ空気を圧縮して供給させる圧縮機をタービンにより
駆動させるようにし、カソードから排出されたカソード
ガスを補助燃焼器を通して上記タービンに導くように
し、且つ圧縮機からタービンへ空気をバイパスさせるよ
うにしてある構成において、上記圧縮機に吸込まれる空
気流量を、燃料電池の負荷に応じて開度調節される流量
調節弁により調節するようにし、且つ燃料電池カソード
と燃料電池を収納する筐体の差圧を、タービンの初段静
翼を可変翼にして可変翼の調整で一定に保つようにする
ので、燃料電池が低負荷になるに従い圧縮機へ吸い込ま
れる空気量が絞られて、タービンへの空気バイパス量
を、従来の空気流量一定制御の圧縮機を用いる方式に比
して減少させることができ、これに伴いタービン入口温
度を一定とするための補助燃焼器燃料を減少させること
ができて、低負荷時の効率を向上させることができ、し
かもタービン入口の可変翼によりタービン入口圧力（カ
ソード圧力）を制御してタービンの効率を低負荷時にお
いても維持することができ、且つカソードと筐体の差圧
制御を行うことができ、従来方式の差圧制御用高温弁を
省略することができる、等の優れた効果を奏し得る。
ドへ空気を圧縮して供給させる圧縮機をタービンにより
駆動させるようにし、カソードから排出されたカソード
ガスを補助燃焼器を通して上記タービンに導くように
し、且つ圧縮機からタービンへ空気をバイパスさせるよ
うにしてある構成において、上記圧縮機に吸込まれる空
気流量を、燃料電池の負荷に応じて開度調節される流量
調節弁により調節するようにし、且つ燃料電池カソード
と燃料電池を収納する筐体の差圧を、タービンの初段静
翼を可変翼にして可変翼の調整で一定に保つようにする
ので、燃料電池が低負荷になるに従い圧縮機へ吸い込ま
れる空気量が絞られて、タービンへの空気バイパス量
を、従来の空気流量一定制御の圧縮機を用いる方式に比
して減少させることができ、これに伴いタービン入口温
度を一定とするための補助燃焼器燃料を減少させること
ができて、低負荷時の効率を向上させることができ、し
かもタービン入口の可変翼によりタービン入口圧力（カ
ソード圧力）を制御してタービンの効率を低負荷時にお
いても維持することができ、且つカソードと筐体の差圧
制御を行うことができ、従来方式の差圧制御用高温弁を
省略することができる、等の優れた効果を奏し得る。
第１図は本発明の実施例を示す要部の概要図、第２図は
従来方式を採用した溶融炭酸塩型燃料電池発電システム
の一例を示す系統構成図である。 １……燃料電池、２……カソード、３……アノード、４
……圧縮機、５……タービン、６……空気供給ライン、
11……カソードガス出口ライン、12……補助燃焼器、25
……筐体、27……差圧検出器、30……流量調節弁、31…
…マスタ、32……可変翼。
従来方式を採用した溶融炭酸塩型燃料電池発電システム
の一例を示す系統構成図である。 １……燃料電池、２……カソード、３……アノード、４
……圧縮機、５……タービン、６……空気供給ライン、
11……カソードガス出口ライン、12……補助燃焼器、25
……筐体、27……差圧検出器、30……流量調節弁、31…
…マスタ、32……可変翼。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−80761（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−98571（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (2)
- 【請求項１】溶融炭酸塩型燃料電池のカソードへ圧縮機
で圧縮した空気を供給すると共に、圧縮空気をタービン
へ補助燃焼器を介してバイパスさせるようにし、且つ上
記カソードから排出されたカソードガスを上記補助燃焼
器を経てタービンへ導くようにしてある溶融炭酸塩型燃
料電池のカソード用空気量制御方法において、上記圧縮
機の空気吸込量を燃料電池の負荷変動に応じて調節し、
且つ上記圧縮機の空気吸込量の調節で生じるカソードと
燃料電池を収納する筐体との差圧をタービンの可変静翼
によるタービン入口圧力の制御により一定以内に保持さ
せるようにすることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池
のカソード用空気量制御方法。 - 【請求項２】溶融炭酸塩型燃料電池のカソードへ圧縮機
で圧縮した空気を供給すると共に、圧縮空気をタービン
へ補助燃焼器を介してバイパスさせるようにし、且つ上
記カソードから排出されたカソードガスを上記補助燃焼
器を経てタービンへ導くようにしてある溶融炭酸塩型燃
料電池のカソード用空気量制御装置において、上記圧縮
機の吸込側に流量調節弁を設け、該流量調節弁を、燃料
電池の負荷変動に応じて指令を発するマスタに接続し、
且つ上記タービンの少なくとも初段静翼を可変翼とし、
該可変翼を、上記カソードと燃料電池を収縮する筐体と
の差圧に基づき調整するようにしてなる構成を有するこ
とを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池のカソード用空気
量制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2122973A JP2841703B2 (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | 溶融炭酸塩型燃料電池のカソード用空気量制御方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2122973A JP2841703B2 (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | 溶融炭酸塩型燃料電池のカソード用空気量制御方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0419964A JPH0419964A (ja) | 1992-01-23 |
| JP2841703B2 true JP2841703B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=14849168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2122973A Expired - Lifetime JP2841703B2 (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | 溶融炭酸塩型燃料電池のカソード用空気量制御方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2841703B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4318818C2 (de) * | 1993-06-07 | 1995-05-04 | Daimler Benz Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von konditionierter Prozessluft für luftatmende Brennstoffzellensysteme |
| CN113357954A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-09-07 | 西安热工研究院有限公司 | 一种电极加热熔融盐装置和方法 |
-
1990
- 1990-05-15 JP JP2122973A patent/JP2841703B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0419964A (ja) | 1992-01-23 |
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