JP3151628B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池発電装置Info
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- JP3151628B2 JP3151628B2 JP19615291A JP19615291A JP3151628B2 JP 3151628 B2 JP3151628 B2 JP 3151628B2 JP 19615291 A JP19615291 A JP 19615291A JP 19615291 A JP19615291 A JP 19615291A JP 3151628 B2 JP3151628 B2 JP 3151628B2
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- 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
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Description
【０００１】
【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、特に、溶融炭酸塩型燃料電池
の発電装置に関するものである。
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、特に、溶融炭酸塩型燃料電池
の発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のたとえば、天然ガス改質溶融炭酸
塩型燃料電池を用いた発電装置は、図３に一例を示す如
く、電解質板２をカソード３とアノード４の両電極で挟
んでなるセルをセパレータを介し積層してスタックとし
た構成の燃料電池１のカソード３には、過給機５のター
ビン６によりタービン軸７を介して回転させられる圧縮
機８で圧縮した空気Ａを、空気供給ライン９の途中にあ
る空気予熱器１０で予熱して供給するようにし、カソー
ド３から排出されたカソード出口ガスは、カソード出口
ガスライン１１を通して触媒燃焼器１２に導入するよう
にすると共に、一部のカソード出口ガスを、カソード出
口ガスライン１１より分岐させたリサイクルライン１３
より高圧側リサイクルブロワ１４で昇圧してカソード入
口側の空気供給ライン９にリサイクルさせるようにし、
更に、カソード出口ガスライン１１に分岐ライン１５を
設けてカソード出口ガスの一部が燃焼器１６に導入され
るようにする。該燃焼器１６には、燃料供給ライン１７
と上記空気供給ライン９より分岐させた空気分岐ライン
１８が接続されており、カソード３へ供給される空気の
一部と燃料とカソード出口ガスとで燃焼したガスを、過
給機５のタービン６に導いて、タービン６を駆動させる
ようにしてあり、該タービン６から排出されたガスは排
ガスライン１９より蒸気過熱器２０、蒸気発生器２１を
経て排出されるようにしてある。一方、改質原料ガスと
しての天然ガスＮＧは、図示しない脱硫器で脱硫された
後、天然ガス供給ライン２２より天然ガス予熱器２３を
経て改質器２４の改質室２４ａに供給され、該改質室２
４ａで改質された改質ガスは、燃料ガス供給ライン２５
を通り上記天然ガス予熱器２３を経てアノード４へ供給
されるようにし、該アノード４から排出されたアノード
出口ガスは、アノード出口ガスライン２６を経て触媒燃
焼器１２へ導入されるようにしてあり、該触媒燃焼器１
２で燃焼されて排出されたガスは、改質器２４の燃焼室
２４ｂへ供給されるようにし、又、該改質器２４の燃焼
室２４ｂから排出されたガスは、排ガスライン２７より
前記した空気予熱器１０で空気に熱を奪われた後、更に
ガス冷却器２８を経て気液分離器２９へ供給されるよう
にし、該気液分離器２９で分離された水は排出され、一
方、気液分離器２９で分離されたガスは、リサイクルラ
イン３０上の低温リサイクルブロワ３１を経て空気供給
ライン９の途中に合流させられるようにしてある。又、
図示しない給水ポンプで加圧されて上記蒸気発生器２１
へ導かれた水は、ここで蒸発させられて水蒸気となり、
この水蒸気は蒸気過熱器２０で過熱された後、水蒸気ラ
イン３２より天然ガス供給ライン２２に導き、改質室２
４でスチームリフォーミングが行われるようにしてあ
る。３３は空気供給ライン９に設けた流量調節弁、３４
は該流量調節弁３３を調節する空気流量コントローラ、
３５は空気分岐ライン１８に設けた流量調節弁、３６は
該流量調節弁３５を調節する空気圧力コントローラ、３
７はタービン６のバイパスライン３８に設けたバイパス
弁、３９は水蒸気ライン３２に設けた流量調節弁、４０
は該流量調節弁３９を調節する流量コントローラ、４１
は天然ガス供給ライン２２に設けた流量調節弁、４２は
該流量調節弁４１を調節する流量コントローラである。
塩型燃料電池を用いた発電装置は、図３に一例を示す如
く、電解質板２をカソード３とアノード４の両電極で挟
んでなるセルをセパレータを介し積層してスタックとし
た構成の燃料電池１のカソード３には、過給機５のター
ビン６によりタービン軸７を介して回転させられる圧縮
機８で圧縮した空気Ａを、空気供給ライン９の途中にあ
る空気予熱器１０で予熱して供給するようにし、カソー
ド３から排出されたカソード出口ガスは、カソード出口
ガスライン１１を通して触媒燃焼器１２に導入するよう
にすると共に、一部のカソード出口ガスを、カソード出
口ガスライン１１より分岐させたリサイクルライン１３
より高圧側リサイクルブロワ１４で昇圧してカソード入
口側の空気供給ライン９にリサイクルさせるようにし、
更に、カソード出口ガスライン１１に分岐ライン１５を
設けてカソード出口ガスの一部が燃焼器１６に導入され
るようにする。該燃焼器１６には、燃料供給ライン１７
と上記空気供給ライン９より分岐させた空気分岐ライン
１８が接続されており、カソード３へ供給される空気の
一部と燃料とカソード出口ガスとで燃焼したガスを、過
給機５のタービン６に導いて、タービン６を駆動させる
ようにしてあり、該タービン６から排出されたガスは排
ガスライン１９より蒸気過熱器２０、蒸気発生器２１を
経て排出されるようにしてある。一方、改質原料ガスと
しての天然ガスＮＧは、図示しない脱硫器で脱硫された
後、天然ガス供給ライン２２より天然ガス予熱器２３を
経て改質器２４の改質室２４ａに供給され、該改質室２
４ａで改質された改質ガスは、燃料ガス供給ライン２５
を通り上記天然ガス予熱器２３を経てアノード４へ供給
されるようにし、該アノード４から排出されたアノード
出口ガスは、アノード出口ガスライン２６を経て触媒燃
焼器１２へ導入されるようにしてあり、該触媒燃焼器１
２で燃焼されて排出されたガスは、改質器２４の燃焼室
２４ｂへ供給されるようにし、又、該改質器２４の燃焼
室２４ｂから排出されたガスは、排ガスライン２７より
前記した空気予熱器１０で空気に熱を奪われた後、更に
ガス冷却器２８を経て気液分離器２９へ供給されるよう
にし、該気液分離器２９で分離された水は排出され、一
方、気液分離器２９で分離されたガスは、リサイクルラ
イン３０上の低温リサイクルブロワ３１を経て空気供給
ライン９の途中に合流させられるようにしてある。又、
図示しない給水ポンプで加圧されて上記蒸気発生器２１
へ導かれた水は、ここで蒸発させられて水蒸気となり、
この水蒸気は蒸気過熱器２０で過熱された後、水蒸気ラ
イン３２より天然ガス供給ライン２２に導き、改質室２
４でスチームリフォーミングが行われるようにしてあ
る。３３は空気供給ライン９に設けた流量調節弁、３４
は該流量調節弁３３を調節する空気流量コントローラ、
３５は空気分岐ライン１８に設けた流量調節弁、３６は
該流量調節弁３５を調節する空気圧力コントローラ、３
７はタービン６のバイパスライン３８に設けたバイパス
弁、３９は水蒸気ライン３２に設けた流量調節弁、４０
は該流量調節弁３９を調節する流量コントローラ、４１
は天然ガス供給ライン２２に設けた流量調節弁、４２は
該流量調節弁４１を調節する流量コントローラである。
【０００３】溶融炭酸塩型燃料電池を運転して発電を行
わせるときは、過給機５の圧縮機８で圧縮された空気Ａ
を空気予熱器１０で予熱して燃料電池１のカソード３へ
供給し、該カソード３で、 ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 -- の反応を行わせて、炭酸イオンＣＯ3 --を生成させる。
この炭酸イオンＣＯ3 --は、電解質板２中を泳動してア
ノード４側へ達する。カソード３から排出されたカソー
ド出口ガスは、触媒燃焼器１２へ導かれるが、一部はリ
サイクルライン１３を通り高温側リサイクルブロワ１４
で昇圧されてカソード３へ循環させられ、又、他の一部
は燃焼器１６を経て過給機５のタービン６へ導入され、
該タービン６を駆動させて圧縮機８を運転させるように
する。一方、天然ガスＮＧは改質器２４の改質室２４ａ
で改質された後、燃料ガス供給ライン２５により燃料電
池１のアノード４に供給され、該アノード４ではカソー
ド３側から来た炭酸イオンＣＯ3 --と燃料ガスが接触す
るので、 ＣＯ3 --＋Ｈ2 →ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- ＣＯ3 --＋ＣＯ→２ＣＯ2 ＋２ｅ- の反応が行われ、かかるアノード４側での反応と上記カ
ソード３側での反応によって発電が行われる。
わせるときは、過給機５の圧縮機８で圧縮された空気Ａ
を空気予熱器１０で予熱して燃料電池１のカソード３へ
供給し、該カソード３で、 ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 -- の反応を行わせて、炭酸イオンＣＯ3 --を生成させる。
この炭酸イオンＣＯ3 --は、電解質板２中を泳動してア
ノード４側へ達する。カソード３から排出されたカソー
ド出口ガスは、触媒燃焼器１２へ導かれるが、一部はリ
サイクルライン１３を通り高温側リサイクルブロワ１４
で昇圧されてカソード３へ循環させられ、又、他の一部
は燃焼器１６を経て過給機５のタービン６へ導入され、
該タービン６を駆動させて圧縮機８を運転させるように
する。一方、天然ガスＮＧは改質器２４の改質室２４ａ
で改質された後、燃料ガス供給ライン２５により燃料電
池１のアノード４に供給され、該アノード４ではカソー
ド３側から来た炭酸イオンＣＯ3 --と燃料ガスが接触す
るので、 ＣＯ3 --＋Ｈ2 →ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- ＣＯ3 --＋ＣＯ→２ＣＯ2 ＋２ｅ- の反応が行われ、かかるアノード４側での反応と上記カ
ソード３側での反応によって発電が行われる。
【０００４】上記溶融炭酸塩型燃料電池発電装置におい
て、燃料電池が１００％の負荷で運転が行われていると
きに、何等かの原因で負荷が急激に落ちて部分負荷にな
ったときは、燃料電池での発熱が減るので、それに応じ
て電池冷却用としてカソード３へ供給するガス流量を減
少させる必要がある。カソード３への供給ガス量を減少
させると、カソード３から排出されるガス流量が減少す
ることになり、過給機５のタービン６へ入るガス流量が
減少する。タービン６へ入るガス流量が減少すると、タ
ービン出力が低下するので、圧縮機８の動力が不足し、
圧縮機８で必要な圧力まで空気を昇圧してカソード３へ
供給できないことになる。
て、燃料電池が１００％の負荷で運転が行われていると
きに、何等かの原因で負荷が急激に落ちて部分負荷にな
ったときは、燃料電池での発熱が減るので、それに応じ
て電池冷却用としてカソード３へ供給するガス流量を減
少させる必要がある。カソード３への供給ガス量を減少
させると、カソード３から排出されるガス流量が減少す
ることになり、過給機５のタービン６へ入るガス流量が
減少する。タービン６へ入るガス流量が減少すると、タ
ービン出力が低下するので、圧縮機８の動力が不足し、
圧縮機８で必要な圧力まで空気を昇圧してカソード３へ
供給できないことになる。
【０００５】従来は、かかる場合に備えて燃焼器１６を
設け、部分負荷時にタービン出力だけでは圧縮機で必要
な圧力まで空気を昇圧できないとき、圧縮機８の消費動
力をカバーするために、燃料供給ライン１７より燃料を
燃焼器１６に取り入れて燃焼させるようにし、該燃焼器
１６からの排ガスによりタービン６へのガス流量不足分
をカバーさせ、圧縮機８で必要な圧力まで昇圧させるよ
うにして部分負荷時での運転を行わせるようにしてい
る。
設け、部分負荷時にタービン出力だけでは圧縮機で必要
な圧力まで空気を昇圧できないとき、圧縮機８の消費動
力をカバーするために、燃料供給ライン１７より燃料を
燃焼器１６に取り入れて燃焼させるようにし、該燃焼器
１６からの排ガスによりタービン６へのガス流量不足分
をカバーさせ、圧縮機８で必要な圧力まで昇圧させるよ
うにして部分負荷時での運転を行わせるようにしてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
方式では、燃料電池１の運転中に部分負荷になったとき
には燃料を燃焼器１６で燃焼させることが必要となり、
且つ燃焼により発生した熱はタービンで使われた後、蒸
気発生器により排熱回収されることになり、したがっ
て、部分負荷時の発電効率が非常に低いという問題があ
る。又、燃料電池そのものは、改質器２４を含めＮＯｘ
の生成はほとんどないのが特長であるが、上記の如く部
分負荷時は過給機５のために燃料を燃焼させる必要が生
じることから、ＮＯｘの生成が避けられないことにな
り、折角の燃料電池の特長が生かせない、という問題も
ある。
方式では、燃料電池１の運転中に部分負荷になったとき
には燃料を燃焼器１６で燃焼させることが必要となり、
且つ燃焼により発生した熱はタービンで使われた後、蒸
気発生器により排熱回収されることになり、したがっ
て、部分負荷時の発電効率が非常に低いという問題があ
る。又、燃料電池そのものは、改質器２４を含めＮＯｘ
の生成はほとんどないのが特長であるが、上記の如く部
分負荷時は過給機５のために燃料を燃焼させる必要が生
じることから、ＮＯｘの生成が避けられないことにな
り、折角の燃料電池の特長が生かせない、という問題も
ある。
【０００７】そこで、本発明は、部分負荷時に過給機の
圧縮機で必要な圧力まで空気を昇圧できないときに燃料
を燃焼させることなく空気を昇圧してカソードへ供給さ
せるようにして、部分負荷効率を向上させるようにしよ
うとするものである。
圧縮機で必要な圧力まで空気を昇圧できないときに燃料
を燃焼させることなく空気を昇圧してカソードへ供給さ
せるようにして、部分負荷効率を向上させるようにしよ
うとするものである。
【０００８】
【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、過給機の圧縮機で昇圧した空気を空気供
給ラインより燃料電池のカソードに供給するようにし、
且つ該カソードから排出されたカソード出口ガスの一部
を過給機のタービンへ入れるようにしてある構成を有す
る溶融炭酸塩型燃料電池発電装置において、上記空気供
給ラインの途中に、過給機の圧縮機への空気の逆流を防
止するチェック弁と、該チェック弁をバイパスするバイ
パスラインを設け、該バイパスラインに、上記過給機の
圧縮機から吐出された空気を昇圧して上記カソードへ供
給させるようにするための電動機で駆動されるようにし
てある圧縮機を設けてなり、該電動機で駆動される圧縮
機で昇圧されてバイパスラインから空気供給ラインへ流
される空気を、過給機の圧縮機へ逆流させることなく上
記カソードへ供給できるようにした構成とし、又、空気
供給ラインのバイパスライン下流側との合流個所よりも
下流側位置に、空気流量コントローラを設け、且つ燃料
電池の出力要求に応じた空気流量コントロールをするよ
う上記空気流量コントローラへ流量指示を与えるマスタ
ーコントローラを設け、更に、空気流量コントローラを
電動機で駆動される圧縮機に接続して、上記マスターコ
ントローラから空気流量コントローラへ与えられる流量
指示値になるよう該空気流量コントローラからの指令で
上記電動機で駆動される圧縮機の該電動機の回転数を変
えられるようにしてある構成とする。
決するために、過給機の圧縮機で昇圧した空気を空気供
給ラインより燃料電池のカソードに供給するようにし、
且つ該カソードから排出されたカソード出口ガスの一部
を過給機のタービンへ入れるようにしてある構成を有す
る溶融炭酸塩型燃料電池発電装置において、上記空気供
給ラインの途中に、過給機の圧縮機への空気の逆流を防
止するチェック弁と、該チェック弁をバイパスするバイ
パスラインを設け、該バイパスラインに、上記過給機の
圧縮機から吐出された空気を昇圧して上記カソードへ供
給させるようにするための電動機で駆動されるようにし
てある圧縮機を設けてなり、該電動機で駆動される圧縮
機で昇圧されてバイパスラインから空気供給ラインへ流
される空気を、過給機の圧縮機へ逆流させることなく上
記カソードへ供給できるようにした構成とし、又、空気
供給ラインのバイパスライン下流側との合流個所よりも
下流側位置に、空気流量コントローラを設け、且つ燃料
電池の出力要求に応じた空気流量コントロールをするよ
う上記空気流量コントローラへ流量指示を与えるマスタ
ーコントローラを設け、更に、空気流量コントローラを
電動機で駆動される圧縮機に接続して、上記マスターコ
ントローラから空気流量コントローラへ与えられる流量
指示値になるよう該空気流量コントローラからの指令で
上記電動機で駆動される圧縮機の該電動機の回転数を変
えられるようにしてある構成とする。
【０００９】
【作用】燃料電池の正常運転中に部分負荷が生じると、
燃料電池のカソードから排出されるカソード出口ガスの
流量が少なくなって、過給機のタービンに入るガス流量
が減少するので、過給機の圧縮機の昇圧能力が落ちる。
このとき、電動機で駆動される圧縮機を運転すると、過
給機の圧縮機で必要な圧力まで空気を昇圧できないとき
の不足分を、電動機で駆動される圧縮機で昇圧できるこ
とになる。この際、燃料電池のカソードへ供給される空
気流量は、燃料電池の出力要求に応じた値がマスターコ
ントローラから空気流量コントローラに指示されている
が、この指示値よりも実際の空気流量が少なかったり、
多かったりするときは、空気流量コントローラからの指
令により電動機で駆動される圧縮機の回転数が上げられ
たり、下げられたりして指示流量に合わされることにな
る。
燃料電池のカソードから排出されるカソード出口ガスの
流量が少なくなって、過給機のタービンに入るガス流量
が減少するので、過給機の圧縮機の昇圧能力が落ちる。
このとき、電動機で駆動される圧縮機を運転すると、過
給機の圧縮機で必要な圧力まで空気を昇圧できないとき
の不足分を、電動機で駆動される圧縮機で昇圧できるこ
とになる。この際、燃料電池のカソードへ供給される空
気流量は、燃料電池の出力要求に応じた値がマスターコ
ントローラから空気流量コントローラに指示されている
が、この指示値よりも実際の空気流量が少なかったり、
多かったりするときは、空気流量コントローラからの指
令により電動機で駆動される圧縮機の回転数が上げられ
たり、下げられたりして指示流量に合わされることにな
る。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１１】図１は本発明の一実施例を示すもので、図
３に示してあるように、タービン６に導入される排ガス
によりタービン翼車を介しタービン軸７を回転させるこ
とにより圧縮機８を作動させて空気を昇圧させるように
してある過給機５を使用して燃料電池１のカソード３へ
空気を供給するようにしてある従来の溶融炭酸塩型燃料
電池発電装置と同様なシステム系統において、燃料電池
１の運転中に部分負荷が生じたときに過給機５のタービ
ン６へ入るガス流量が減少してタービン６の出力が低下
することに伴う圧縮機８の消費動力をカバーするため
に、図３の如く従来用いている燃焼器１６に代えて、電
動機４４で駆動される圧縮機４３を用い、更に、該電動
機４４で駆動される圧縮機４３の回転数を空気流量コン
トローラ４５からの指令により調節できるようにする。
３に示してあるように、タービン６に導入される排ガス
によりタービン翼車を介しタービン軸７を回転させるこ
とにより圧縮機８を作動させて空気を昇圧させるように
してある過給機５を使用して燃料電池１のカソード３へ
空気を供給するようにしてある従来の溶融炭酸塩型燃料
電池発電装置と同様なシステム系統において、燃料電池
１の運転中に部分負荷が生じたときに過給機５のタービ
ン６へ入るガス流量が減少してタービン６の出力が低下
することに伴う圧縮機８の消費動力をカバーするため
に、図３の如く従来用いている燃焼器１６に代えて、電
動機４４で駆動される圧縮機４３を用い、更に、該電動
機４４で駆動される圧縮機４３の回転数を空気流量コン
トローラ４５からの指令により調節できるようにする。
【００１２】詳述すると、図１に示す如く、過給機５の
圧縮機８の吐出側と燃料電池１のカソード３とを結ぶ空
気供給ライン９上にチェック弁４６を設けると共に、該
チェック弁４６をバイパスするライン４７を空気供給ラ
イン９に設けて、該バイパスライン４７上に、電動機４
４によって駆動される圧縮機４３を設置し、過給機５の
圧縮機８では燃料電池１のカソード３に必要な圧力まで
空気を昇圧できないときに、その不足分を電動機４４で
駆動される圧縮機４３で昇圧して過給機５の圧縮機８を
バックアップするようにする。又、上記空気供給ライン
９の上記バイパスライン４７下流側との合流個所より下
流側位置に、空気流量コントローラ４５を設けて、該空
気流量コントローラ４５と上記電動機４４とを電気的に
接続すると共に、カソード出口ガスライン１１とタービ
ン６とを直接接続する分岐ライン１５の途中位置に、タ
ービン６をバイパスするタービンバイパスライン３８を
設けて、該タービンバイパスライン３８にバイパス弁３
７を設け、該バイパス弁３７に上記空気流量コントロー
ラ４５を接続し、更に、燃料電池１の出力要求に応じた
流量コントロールをするよう上記空気流量コントローラ
４５や他の流量コントローラ４０、４２へ流量指示を与
えるマスターコントローラ４８を設け、該マスターコン
トローラ４８から燃料電池１の出力要求に応じた空気流
量が空気流量コントローラ４５に指示されたときに、
空気流量が指示値になるように空気流量コントローラ４
５からの指令で電動機４４の回転数が上げ下げされるよ
うコントロールされるようにし、又、上記電動機４４で
駆動される圧縮機４３が停止していてもカソード３への
空気流量がマスターコントローラ４８からの指示値より
も多いときは、空気流量コントローラ４５からの指令で
バイパス弁３７を開けて過給機５のタービン６の出力を
下げて圧縮機８の回転数を下げることができるようにす
る。その他の構成は図３に示すものと同じであり、同一
のものには同一符号が付してある。
圧縮機８の吐出側と燃料電池１のカソード３とを結ぶ空
気供給ライン９上にチェック弁４６を設けると共に、該
チェック弁４６をバイパスするライン４７を空気供給ラ
イン９に設けて、該バイパスライン４７上に、電動機４
４によって駆動される圧縮機４３を設置し、過給機５の
圧縮機８では燃料電池１のカソード３に必要な圧力まで
空気を昇圧できないときに、その不足分を電動機４４で
駆動される圧縮機４３で昇圧して過給機５の圧縮機８を
バックアップするようにする。又、上記空気供給ライン
９の上記バイパスライン４７下流側との合流個所より下
流側位置に、空気流量コントローラ４５を設けて、該空
気流量コントローラ４５と上記電動機４４とを電気的に
接続すると共に、カソード出口ガスライン１１とタービ
ン６とを直接接続する分岐ライン１５の途中位置に、タ
ービン６をバイパスするタービンバイパスライン３８を
設けて、該タービンバイパスライン３８にバイパス弁３
７を設け、該バイパス弁３７に上記空気流量コントロー
ラ４５を接続し、更に、燃料電池１の出力要求に応じた
流量コントロールをするよう上記空気流量コントローラ
４５や他の流量コントローラ４０、４２へ流量指示を与
えるマスターコントローラ４８を設け、該マスターコン
トローラ４８から燃料電池１の出力要求に応じた空気流
量が空気流量コントローラ４５に指示されたときに、
空気流量が指示値になるように空気流量コントローラ４
５からの指令で電動機４４の回転数が上げ下げされるよ
うコントロールされるようにし、又、上記電動機４４で
駆動される圧縮機４３が停止していてもカソード３への
空気流量がマスターコントローラ４８からの指示値より
も多いときは、空気流量コントローラ４５からの指令で
バイパス弁３７を開けて過給機５のタービン６の出力を
下げて圧縮機８の回転数を下げることができるようにす
る。その他の構成は図３に示すものと同じであり、同一
のものには同一符号が付してある。
【００１３】燃料電池１の正常運転時は、過給機５のタ
ービン６により運転される圧縮機８により昇圧された空
気が空気供給ライン９を経て燃料電池１のカソード３へ
供給される。カソード３から排出されたカソード出口ガ
スは触媒燃焼器１２へ送られるが、一部はリサイクルラ
イン１３より高温リサイクルブロワ１４にて昇圧されて
カソード３の入口側へ戻され、他の一部は分岐ライン１
５を経て上記タービン６へ入り、タービン６を駆動させ
る。
ービン６により運転される圧縮機８により昇圧された空
気が空気供給ライン９を経て燃料電池１のカソード３へ
供給される。カソード３から排出されたカソード出口ガ
スは触媒燃焼器１２へ送られるが、一部はリサイクルラ
イン１３より高温リサイクルブロワ１４にて昇圧されて
カソード３の入口側へ戻され、他の一部は分岐ライン１
５を経て上記タービン６へ入り、タービン６を駆動させ
る。
【００１４】今、燃料電池１が運転中に、負荷が５０％
に、あるいは２０％〜３０％にまで落ちて部分負荷にな
ったときは、カソード３から排出されるカソード出口ガ
スの流量が少なくなり、これに伴い分岐ライン１５より
過給機５のタービン６へ入るガス流量が減少するので、
該タービン６の出力が低下する。タービン６の出力が低
下すると、このタービン６の出力だけでは過給機５の圧
縮機８で必要な圧力まで空気を昇圧できなくなる。かか
る場合は、電動機４４で駆動される圧縮機４３を起動さ
せて、過給機５の圧縮機８から吐出された空気を圧縮機
４３にて必要な圧力まで昇圧させるようにし、上記過給
機５の効率低下に伴う圧縮機８による昇圧の不足分を、
電動機４４で駆動される圧縮機４３でバックアップさせ
るようにする。又、低負荷時で過給機５の圧縮機８の能
力が極端に低下したときは、電動機４４で駆動される圧
縮機４３のみで運転させるようにする。これにより、燃
料電池１が部分負荷になったときでもカソード３へは必
要な圧力の空気を供給することが可能となる。
に、あるいは２０％〜３０％にまで落ちて部分負荷にな
ったときは、カソード３から排出されるカソード出口ガ
スの流量が少なくなり、これに伴い分岐ライン１５より
過給機５のタービン６へ入るガス流量が減少するので、
該タービン６の出力が低下する。タービン６の出力が低
下すると、このタービン６の出力だけでは過給機５の圧
縮機８で必要な圧力まで空気を昇圧できなくなる。かか
る場合は、電動機４４で駆動される圧縮機４３を起動さ
せて、過給機５の圧縮機８から吐出された空気を圧縮機
４３にて必要な圧力まで昇圧させるようにし、上記過給
機５の効率低下に伴う圧縮機８による昇圧の不足分を、
電動機４４で駆動される圧縮機４３でバックアップさせ
るようにする。又、低負荷時で過給機５の圧縮機８の能
力が極端に低下したときは、電動機４４で駆動される圧
縮機４３のみで運転させるようにする。これにより、燃
料電池１が部分負荷になったときでもカソード３へは必
要な圧力の空気を供給することが可能となる。
【００１５】上記において、電動機４４で駆動される圧
縮機４３から吐出されてカソード３へ供給される空気の
流量は、燃料電池１の出力要求に応じた空気流量である
ことが必要である。燃料電池１の出力要求に応じた空気
流量は、マスターコントローラ４８から空気流量コント
ローラ４５に指示されるが、たとえば、電動機４４で駆
動される圧縮機４３からの吐出空気流量が、マスターコ
ントローラ４８から空気流量コントローラ４５への指示
値よりも少ないときは、空気流量コントローラ４５から
の指令によって電動機４４で駆動される圧縮機４３の電
動機４４の回転数を上げるように調節し、逆に、吐出さ
れる空気流量が指示値よりも多いときは、電動機４４で
駆動される圧縮機４３の電動機４４の回転数を下げるよ
うにする。又、上記電動機４４で駆動される圧縮機４３
が停止しているときでも、なお空気流量が上記指示値よ
りも多いときは、過給機５のタービン６のバイパス弁３
７を空気流量コントローラ４５からの指令により開け、
過給機のタービン６へ入るガス流量を減らしてタービン
６の回転数を下げ、圧縮機８からの空気流量を下げるよ
うにする。
縮機４３から吐出されてカソード３へ供給される空気の
流量は、燃料電池１の出力要求に応じた空気流量である
ことが必要である。燃料電池１の出力要求に応じた空気
流量は、マスターコントローラ４８から空気流量コント
ローラ４５に指示されるが、たとえば、電動機４４で駆
動される圧縮機４３からの吐出空気流量が、マスターコ
ントローラ４８から空気流量コントローラ４５への指示
値よりも少ないときは、空気流量コントローラ４５から
の指令によって電動機４４で駆動される圧縮機４３の電
動機４４の回転数を上げるように調節し、逆に、吐出さ
れる空気流量が指示値よりも多いときは、電動機４４で
駆動される圧縮機４３の電動機４４の回転数を下げるよ
うにする。又、上記電動機４４で駆動される圧縮機４３
が停止しているときでも、なお空気流量が上記指示値よ
りも多いときは、過給機５のタービン６のバイパス弁３
７を空気流量コントローラ４５からの指令により開け、
過給機のタービン６へ入るガス流量を減らしてタービン
６の回転数を下げ、圧縮機８からの空気流量を下げるよ
うにする。
【００１６】上記のように低負荷時において過給機５の
タービン出力の低下により圧縮機８で必要な圧力まで空
気を昇圧できないときのバックアップとして、電動機４
４で駆動される圧縮機４３を用い、上記過給機５の圧縮
機８での不足分を電動機４４で駆動される圧縮機４３で
バックアップするようにすれば、部分負荷効率を図３に
示す従来方式に比して向上させることができる。このこ
とは、送電端効率と送電端出力の関係を示す図２から明
らかである。図２において、曲線Ｉは本発明における圧
縮機バックアップ方式の場合であり、曲線IIは従来の燃
焼器方式の場合である。
タービン出力の低下により圧縮機８で必要な圧力まで空
気を昇圧できないときのバックアップとして、電動機４
４で駆動される圧縮機４３を用い、上記過給機５の圧縮
機８での不足分を電動機４４で駆動される圧縮機４３で
バックアップするようにすれば、部分負荷効率を図３に
示す従来方式に比して向上させることができる。このこ
とは、送電端効率と送電端出力の関係を示す図２から明
らかである。図２において、曲線Ｉは本発明における圧
縮機バックアップ方式の場合であり、曲線IIは従来の燃
焼器方式の場合である。
【００１７】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、たとえば、天然ガス改質溶融炭酸塩型
燃料電池の場合について例示したが、上記以外の溶融炭
酸塩型燃料電池を用いた発電装置でも同様に適用できる
ことは勿論である。
るものではなく、たとえば、天然ガス改質溶融炭酸塩型
燃料電池の場合について例示したが、上記以外の溶融炭
酸塩型燃料電池を用いた発電装置でも同様に適用できる
ことは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の溶融炭酸塩型
燃料電池発電装置によれば、過給機の圧縮機で昇圧した
空気を空気供給ラインより燃料電池のカソードに供給す
るようにし、且つ該カソードから排出されたカソード出
口ガスの一部を過給機のタービンへ入れるようにしてあ
る構成を有する溶融炭酸塩型燃料電池発電装置におい
て、上記空気供給ラインの途中に、過給機の圧縮機への
空気の逆流を防止するチェック弁と、該チェック弁をバ
イパスするバイパスラインを設け、該バイパスライン
に、上記過給機の圧縮機から吐出された空気を昇圧して
上記カソードへ供給させるようにするための電動機で駆
動されるようにしてある圧縮機を設けてなり、該電動機
で駆動される圧縮機で昇圧されてバイパスラインから空
気供給ラインへ流される空気を、過給機の圧縮機へ逆流
させることなく上記カソードへ供給できるようにした構
成としてあるので、燃料電池が部分負荷になって、上記
カソードから過給機のタービンに入るガス流量が減少す
ることに伴いタービン出力が低下して過給機の圧縮機で
必要な圧力まで空気を昇圧できないとき、その不足分を
電動機で駆動される圧縮機で昇圧させることができて部
分負荷効率を向上させることができ、このとき、従来の
燃焼器方式における如き燃料を燃焼させることがないの
で、燃料消費の問題、ＮＯｘ生成の問題を生じさせるこ
とがなく、更に、上記電動機で駆動される圧縮機で昇圧
した空気をカソードへ供給し、該カソードから排出され
たガスを過給機のタービンに入れることによってタービ
ンを起動させることができるので、電動機で駆動される
圧縮機を過給機の起動時にも使用することができる。
又、上記電動機で駆動される圧縮機の回転数を、燃料電
池の出力要求に応じた空気流量となるようにマスターコ
ントローラから指示される空気流量コントローラにより
調節されるようにしておくと、燃料電池の出力要求に応
じてマスターコントローラから空気流量コントローラに
指示される指示値に比して、電動機で駆動される圧縮機
から吐出される空気流量が少ないときは該電動機で駆動
される圧縮機の回転数を上げ、又、吐出される空気流量
が上記指示値に比して多いときは電動機で駆動される圧
縮機の回転数を下げて、吐出される空気流量を上記指示
値に合わせることができる。
燃料電池発電装置によれば、過給機の圧縮機で昇圧した
空気を空気供給ラインより燃料電池のカソードに供給す
るようにし、且つ該カソードから排出されたカソード出
口ガスの一部を過給機のタービンへ入れるようにしてあ
る構成を有する溶融炭酸塩型燃料電池発電装置におい
て、上記空気供給ラインの途中に、過給機の圧縮機への
空気の逆流を防止するチェック弁と、該チェック弁をバ
イパスするバイパスラインを設け、該バイパスライン
に、上記過給機の圧縮機から吐出された空気を昇圧して
上記カソードへ供給させるようにするための電動機で駆
動されるようにしてある圧縮機を設けてなり、該電動機
で駆動される圧縮機で昇圧されてバイパスラインから空
気供給ラインへ流される空気を、過給機の圧縮機へ逆流
させることなく上記カソードへ供給できるようにした構
成としてあるので、燃料電池が部分負荷になって、上記
カソードから過給機のタービンに入るガス流量が減少す
ることに伴いタービン出力が低下して過給機の圧縮機で
必要な圧力まで空気を昇圧できないとき、その不足分を
電動機で駆動される圧縮機で昇圧させることができて部
分負荷効率を向上させることができ、このとき、従来の
燃焼器方式における如き燃料を燃焼させることがないの
で、燃料消費の問題、ＮＯｘ生成の問題を生じさせるこ
とがなく、更に、上記電動機で駆動される圧縮機で昇圧
した空気をカソードへ供給し、該カソードから排出され
たガスを過給機のタービンに入れることによってタービ
ンを起動させることができるので、電動機で駆動される
圧縮機を過給機の起動時にも使用することができる。
又、上記電動機で駆動される圧縮機の回転数を、燃料電
池の出力要求に応じた空気流量となるようにマスターコ
ントローラから指示される空気流量コントローラにより
調節されるようにしておくと、燃料電池の出力要求に応
じてマスターコントローラから空気流量コントローラに
指示される指示値に比して、電動機で駆動される圧縮機
から吐出される空気流量が少ないときは該電動機で駆動
される圧縮機の回転数を上げ、又、吐出される空気流量
が上記指示値に比して多いときは電動機で駆動される圧
縮機の回転数を下げて、吐出される空気流量を上記指示
値に合わせることができる。
【図１】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の一実
施例の概要を示す系統図である。
施例の概要を示す系統図である。
【図２】送電端出力と送電端効率の関係を示す図であ
る。
る。
【図３】従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電システムの系
統構成の一例を示す概略図である。
統構成の一例を示す概略図である。
１ 燃料電池 ３ カソード ４ アノード ５ 過給機 ６ タービン ８ 圧縮機 ９ 空気供給ライン １１ カソード出口ガスライン １２ 触媒燃焼器 ２４ 改質器 ２４ａ 改質室 ２４ｂ 燃焼室 ４３ 電動機駆動圧縮機 ４４ 電動機 ４５ 空気流量コントローラ ４６ チェック弁 ４７ バイパスライン ４８ マスターコントローラ Ａ 空気
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 弘正 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 上松 宏吉 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 小林 和典 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 羽鳥 聡 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 里見 知英 東京都港区芝浦一丁目16番25号 東京瓦 斯株式会社内 (72)発明者 篠崎 憲一 大阪府大阪市中央区平野四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 中川 重人 愛知県東海市新宝町507−２ 東邦瓦斯 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−160577（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/04
Claims (2)
- 【請求項１】 過給機の圧縮機で昇圧した空気を空気供
給ラインより燃料電池のカソードに供給するようにし、
且つ該カソードから排出されたカソード出口ガスの一部
を過給機のタービンへ入れるようにしてある構成を有す
る溶融炭酸塩型燃料電池発電装置において、上記空気供
給ラインの途中に、過給機の圧縮機への空気の逆流を防
止するチェック弁と、該チェック弁をバイパスするバイ
パスラインを設け、該バイパスラインに、上記過給機の
圧縮機から吐出された空気を昇圧して上記カソードへ供
給させるようにするための電動機で駆動されるようにし
てある圧縮機を設けてなり、該電動機で駆動される圧縮
機で昇圧されてバイパスラインから空気供給ラインへ流
される空気を、過給機の圧縮機へ逆流させることなく上
記カソードへ供給できるようにしたことを特徴とする溶
融炭酸塩型燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 空気供給ラインのバイパスライン下流側
との合流個所よりも下流側位置に、空気流量コントロー
ラを設け、且つ燃料電池の出力要求に応じた空気流量コ
ントロールをするよう上記空気流量コントローラへ流量
指示を与えるマスターコントローラを設け、更に、空気
流量コントローラを電動機で駆動される圧縮機に接続し
て、上記マスターコントローラから空気流量コントロー
ラへ与えられる流量指示値になるよう該空気流量コント
ローラからの指令で上記電動機で駆動される圧縮機の該
電動機の回転数を変えられるようにしてある請求項１記
載の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19615291A JP3151628B2 (ja) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19615291A JP3151628B2 (ja) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0521081A JPH0521081A (ja) | 1993-01-29 |
| JP3151628B2 true JP3151628B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=16353076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19615291A Expired - Fee Related JP3151628B2 (ja) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3151628B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4950386B2 (ja) * | 2001-04-06 | 2012-06-13 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池暖機装置 |
| US7141326B2 (en) | 2001-04-06 | 2006-11-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Warm-up apparatus for fuel cell |
| JP5148168B2 (ja) * | 2007-05-25 | 2013-02-20 | 三菱重工業株式会社 | 複合発電システムおよび複合発電システムの制御方法 |
-
1991
- 1991-07-11 JP JP19615291A patent/JP3151628B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0521081A (ja) | 1993-01-29 |
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