JP3271677B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JP3271677B2 JP18174393A JP18174393A JP3271677B2 JP 3271677 B2 JP3271677 B2 JP 3271677B2 JP 18174393 A JP18174393 A JP 18174393A JP 18174393 A JP18174393 A JP 18174393A JP 3271677 B2 JP3271677 B2 JP 3271677B2
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一 斉藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラントを停止時に蒸
気発生可能な装置を備えた燃料電池発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率で環境
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が進められて
いる。
【0003】図3は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の一例を示す図である。同図
において、発電設備は、天然ガスと水蒸気とを混合した
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、酸素を含むカソードガス3とアノードガス2
とから発電する燃料電池20とを一般に備えており、改
質器10で作られたアノードガス2は燃料電池20に供
給され、燃料電池20内でその大部分を消費してアノー
ド排ガス4となり、排出ライン12により燃焼用ガスと
して改質器10の燃焼室Coに供給される。なお、燃料
電池20は格納容器22に格納され可燃性ガス等の外部
へ漏洩を防止し安全性を高める。
【0004】改質器10ではアノード排ガス4中の可燃
成分(水素、一酸化炭素、メタン等)を燃焼室Coで燃
焼して高温の燃焼ガスを生成し、この高温の燃焼ガスに
より改質器10を加熱し、改質器10内を通る燃料ガス
1を改質する。改質器10を出た燃焼排ガス5は空気6
に合流してカソード循環ライン21に入り、カソードガ
ス3となる。このカソードガス3は、燃料電池20内で
一部が反応して高温のカソード排ガス7となり、空気6
を圧縮するタービン圧縮器40で動力を回収した後、さ
らに排熱回収のため蒸気発生器44で蒸気を発生して系
外に排出される。この蒸気55は蒸気ライン51により
燃料ガス供給ライン61に送られ原料ガス63と混合し
て燃料ガス1となり改質器10に供給される。
【0005】溶融炭酸塩型燃料電池発電システムでは、
プラント停止指令が出されると、燃料ブロワ60を除く
全てのブロワが停止されるものがある。このような発電
システムの場合、排熱回収用の蒸気発生器44の熱源で
あるカソード排ガス7の供給も停止するため、蒸気を発
生することができなくなる。この蒸気55は蒸気ライン
51により上述したように原料ガス63と混合し、燃料
ガス1となり改質器10に供給されるものである。
【0006】図3において、燃料ガス供給ライン61に
は燃料ブロワ60と燃料供給弁62とがあり、燃料供給
弁62の出口にN2 パージライン65が接続され、ま
た、燃料加熱器11の入口側に蒸気ライン51が接続さ
れている。プラント稼働中は燃料供給弁62は開とな
り、燃料ブロワ60により原料ガス63が供給され、蒸
気ライン51から供給される蒸気55と混合して燃料ガ
ス1となって改質器10の改質室Reに供給されてい
る。なお、原料ガス63としては天然ガスなどが用いら
れる。このような状態でプラント停止指令が出される
と、燃料供給弁62は閉となり、蒸気ライン51から蒸
気55が供給されなくなる。そして、配管および改質器
10の改質室Re内をN2 パージするためN2 供給弁6
4が開となりN2 ガスが供給される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図3で燃料ガス供給ラ
イン61において「L」で示した燃料供給弁62と蒸気
ライン51の接続部間との配管内には原料ガス63が入
っているが、N2 パージライン65よりN2 ガスが供給さ
れると、このLの長さの配管内の原料ガス63は改質室
Reに送り込まれる。プラント停止指令が出されても改
質室Reはすぐには冷却されず原料ガス63と水蒸気に
より水素と一酸化炭素が生成されているが、水蒸気の含
まれない原料ガス63が入ってくるとカーボン析出が発
生するという問題点があった。
【0008】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、プラント停止時における改質室内のカーボン析出
を防止する装置を備えた燃料電池発電装置を提供するこ
とを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、水蒸気を含む燃料ガスを水素を含むアノードガスに
改質する改質器と、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、原料ガスに水蒸気を混
合して前記燃料ガスを生成し、前記改質器に供給する燃
料ガス供給ラインと、前記燃料電池のカソード排ガスよ
り蒸気を発生する蒸気発生器と、該蒸気を前記燃料ガス
供給ラインに供給する蒸気ラインと、を備えた燃料電池
発電装置において、前記蒸気発生器に供給される前記カ
ソード排ガスを加熱する排ガス加熱器と、該排ガス加熱
器に前記燃料ガス供給ラインより前記原料ガスを供給す
る原料ガスラインと、前記排ガス加熱器に空気を供給す
る空気供給ラインとを備え、プラント停止指令により、
前記原料ガスラインと前記空気供給ラインが稼働して前
記排ガス加熱器に原料ガスと空気が供給され、前記カソ
ード排ガスが加熱されて前記蒸気発生器で蒸気が発生さ
れるものである。
【0010】
【作用】プラント停止指令が出されると、排ガス加熱器
には、原料ガスラインより原料ガスが供給され、空気供
給ラインより空気が供給されて、カソード排ガスを加熱
する。これにより蒸気発生器はプラント停止指令にかか
わらず蒸気発生を持続して行うことができるので、改質
室に供給される燃料ガスに水蒸気が不足して改質室内に
カーボン析出が発生するのを防止することができる。
【0011】以下、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。図1は本発明による第1実施例の燃料電池発電
装置の全体構成図である。 本図において図3と同一の
ものは同一符号で表す。燃料電池発電設備は、水蒸気を
含む燃料ガス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、燃料電池2
0から排出されるアノード排ガス4は排出ライン12に
より改質器10の燃焼室Coに供給されて燃焼し、その
燃焼排ガス5が排ガス供給ライン13とカソード循環ラ
イン21を経て燃料電池20のカソード側Cに供給され
る。
【0012】図1において、燃料ガス供給ライン61
は、燃料ブロワ60と燃料供給弁62を有し、燃料加熱
器11を経て改質器10の改質室Reに至るラインで、
燃料ブロワ60と燃料供給弁62の間より原料ガスライ
ン53が分岐し、燃料供給弁62出口側にN2 パージラ
イン65が接続され、燃料加熱器11入口側に蒸気ライ
ン51が接続されている。原料ガス63は例えば、天然
ガスが用いられ、燃料ブロワ60で圧送されて、燃料供
給弁62を経て蒸気ライン51からの蒸気55と混合し
て燃料ガス1となり、燃料加熱器11において加熱され
た後、改質器10に供給される。改質器10は燃料電池
20を出たアノード排ガス4とカソード排ガス7により
燃焼する燃焼室Coと、燃焼室Coからの伝熱により燃
料ガス1を改質する改質室Reとからなる。改質室Re
内には改質触媒が充填され、燃焼室Coで発生した高温
の燃焼ガスによって燃料ガス1は水素を含む高温のアノ
ードガス2に改質され、燃料加熱器11を通り冷却され
て燃料電池20に供給される。一方放熱により温度の下
がった燃焼排ガス5は排ガス供給ライン13を通りカソ
ード循環ライン21に入るが、排ガス供給ライン13内
では空気予熱器32で冷却され、凝縮器33および気水
分離器34により水分が除去され、低温ブロワ35によ
り加圧され、空気6と混合し、空気予熱器32により加
熱され、カソード循環ライン21に入る。
【0013】カソード排ガス7の一部は、タービン圧縮
機40のタービンを駆動した後、排熱より蒸気を発生す
る蒸気発生器44へ供給される。タービン圧縮機40で
圧縮された空気6は低温ブロワ35の出口で燃焼排ガス
5と合流する。タービン圧縮機40には電動ブロワ42
を有するバイパスライン41が設けられており、タービ
ン圧縮機40の容量が不足した時のバックアップに使用
される。
【0014】タービン圧縮機40のタービンより蒸気発
生器44に至る排熱ライン49にはダクトバーナ43が
設けられ、排熱ライン49を通るカソード排ガス7を加
熱できるように構成されている。蒸気発生器44で発生
した蒸気55は蒸気ライン51により燃料ガス供給ライ
ン61に入り、原料ガス63と混合して燃料ガス1とな
り改質器10に供給される。ダクトバーナ43について
は後述するが、配管の中に設けられたバーナで、配管を
通るガスを加熱する。ダクトバーナ43には燃料ガス供
給ライン61の燃料ブロワ60と燃料供給弁62の間か
ら分岐した原料ガスライン53から原料ガス63が供給
され、空気ブロワ58を備えた空気供給ライン57から
空気が供給される。
【0015】図2はダクトバーナの概念図を示す。ダク
トバーナ43は配管の中に設置されたバーナで、着火バ
ーナと燃焼バーナとを備えたもので、8インチ管に入る
程度の大きさであり、コンパクトな構造となっている。
バーナ45は配管46の中心に設置され、燃料管47と
それを内包する空気管48より供給される燃料ガスと空
気をバーナ45で燃焼し、その燃焼ガスにより配管46
内を流れるガスを加熱する。ダクトバーナ43の燃料管
47には、原料ガスライン53が接続され原料ガス63
が供給され、空気管48には空気供給ライン57が接続
され、空気が供給される。
【0016】蒸気ライン51には蒸気流量調整弁50と
蒸気温度検出器52が設けられ、原料ガスライン53に
は燃料流量調整弁54と燃料供給弁56が設けられてい
る。燃料流量調整弁54は蒸気温度検出器52の検出温
度により制御され、蒸気温度が低くなると燃料流量を増
加するよう制御される。プラント停止指令で空気ブロワ
58が起動し、燃料供給弁56が開となり、蒸気流量調
整弁50はプラント停止時必要とされる蒸気流量に調整
される。
【0017】プラント稼働中は燃料供給弁62は開、燃
料供給弁56は閉、N2 供給弁64は閉の状態にある。
プラント停止命令が出されると、燃料供給弁62は閉と
なり、空気ブロワ58が起動し、燃料供給弁56が開と
なり、燃料ブロワ60により原料ガス63が原料ガスラ
イン53より送られダクトバーナ43が点火して、排熱
ライン49のカソード排ガス7を加熱する。これにより
蒸気発生器44からの蒸気55は持続して発生し、燃料
供給ライン61に供給される。ついでN2 パージを開始
するため、N2 供給弁64が開となり、N2 ガスが供給
されると、燃料供給弁62と蒸気ライン51の合流部間
に滞流する原料ガス63はN2 ガスにより改質器10に
送られるが、蒸気ライン51から蒸気55が持続して供
給されているので、これらの原料ガス63は蒸気55と
混合して燃料ガス1となって改質器10の改質室Reへ
送られるので、改質室Reでカーボン析出を起こすこと
はない。
【0018】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は蒸気を発生する蒸気発生器へ供給されるカソード排ガ
スを、排熱加熱器で加熱できるようにし、プラント停止
指令が出されると原料ガスを排熱加熱器に供給して蒸気
発生器より持続して蒸気を発生させることにより、N2
パージの際も蒸気を含む燃料ガスが改質器の改質室へ送
られるので改質室でカーボン析出が発生するのを防止す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池発電装置の全体構成図であ
る。
【図2】ダクトバーナの概念図である。
【図3】従来の燃料電池発電装置の全体構成図である。
【符号の説明】
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 10 改質器 11 燃料加熱器 12 排出ライン 13 排ガス供給ライン 20 燃料電池 21 カソード循環ライン 22 格納容器 32 空気予熱器 33 凝縮器 34 気水分離器 35 低温ブロワ 40 タービン圧縮機 41 バイパスライン 42 電動ブロワ 43 ダクトバーナ(排ガス加熱器) 44 蒸気発生器 45 バーナ 46 配管 47 燃料管 48 空気管 49 排熱ライン 50 蒸気流量調整弁 51 蒸気ライン 52 蒸気温度検出器 53 原料ガスライン 54 燃料流量調整弁 55 蒸気 56,62 燃料供給弁 57 空気供給ライン 58 空気ブロワ 60 燃料ブロワ 61 燃料ガス供給ライン 63 原料ガス 64 N2 供給弁 65 N2 パージライン Re 改質室 Co 燃焼室 A アノード側 C カソード側 L 燃料供給弁出口と蒸気ライン接続間の燃料ガス供給
ラインの配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/04 H01M 8/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水蒸気を含む燃料ガスを水素を含むアノ
    ードガスに改質する改質器と、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、原料ガスに
    水蒸気を混合して前記燃料ガスを生成し、前記改質器に
    供給する燃料ガス供給ラインと、前記燃料電池のカソー
    ド排ガスより蒸気を発生する蒸気発生器と、該蒸気を前
    記燃料ガス供給ラインに供給する蒸気ラインと、を備え
    た燃料電池発電装置において、 前記蒸気発生器に供給される前記カソード排ガスを加熱
    する排ガス加熱器と、該排ガス加熱器に前記燃料ガス供
    給ラインより前記原料ガスを供給する原料ガスライン
    と、前記排ガス加熱器に空気を供給する空気供給ライン
    とを備え、 プラント停止指令により、前記原料ガスラインと前記空
    気供給ラインが稼働して前記排ガス加熱器に原料ガスと
    空気が供給され、前記カソード排ガスが加熱されて前記
    蒸気発生器で蒸気が発生されることを特徴とする燃料電
    池発電装置。
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