JP3345500B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JP3345500B2
JP3345500B2 JP04213494A JP4213494A JP3345500B2 JP 3345500 B2 JP3345500 B2 JP 3345500B2 JP 04213494 A JP04213494 A JP 04213494A JP 4213494 A JP4213494 A JP 4213494A JP 3345500 B2 JP3345500 B2 JP 3345500B2
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fuel
steam
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貴司 宮崎
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池の燃料を主燃
料から予備燃料に切替えることのできる燃料電池発電装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】都市ガス,LNGなどのメタンガスを主
体とした燃料を使用するリン酸型燃料電池発電装置にお
いて、万一の燃料遮断時においても発電を継続させるた
めの予備燃料として貯蔵に便利な液化プロパンガス,メ
タノ―ル等が使用される。これらの燃料はいずれも改質
器で水蒸気改質を行って水素リッチガスに変換し、この
水素リッチガスをリン酸型燃料電池に供給し発電に使用
する。
【0003】燃料電池発電装置に燃料として都市ガスを
使用する場合、何らかの支障,例えば、大地震や配管破
断等により都市ガスの供給が遮断されると、燃料電池が
停止してしまうという問題点がある。そこで、予備燃料
として貯蔵に便利な液化プロパンガスで燃料電池を継続
運転する方法が考えられる。
【0004】図7に従来の都市ガスから予備燃料の液化
プロパンガスに切替可能な燃料電池発電システムを示
す。通常運転時は予備燃料遮断弁3bを閉じ予備燃料供
給ライン1bから供給されるプロパンガスを遮断し、主
燃料遮断弁3aを開き主燃料供給ライン1aより都市ガ
スを導入する。都市ガスは蒸気エジェクタ6に供給さ
れ、蒸気供給ライン5より導入される改質蒸気と適当な
比率で混合される。この混合ガスは改質器7に供給され
触媒によって改質反応が行われ水素リッチガスとなる。
水素リッチガスが電池本体8に供給される。
【0005】改質器7では CH4 +H2 O→3H2
CO で表される改質反応が進行する。このシステムで
は負荷9へ流れる電流によって燃料流量及び改質蒸気流
量が決まるので、電流検出器10を介して検出された電流
値によって制御装置11より燃料調整弁4及び蒸気エジェ
クタ6が制御されている。
【0006】主燃料ライン1aの圧力が所定値以下に低
下した場合には、主燃料ライン1aに設けた圧力検出器
2よりその圧力低下を検出して、予備燃料遮断弁3bを
開き予備燃料供給ライン1bよりプロパンガスを導入す
る。これと同時に主燃料遮断弁3aが閉じ、燃料調整弁
4及び蒸気エジェクタ6の開度調整を行う。
【0007】改質器7では燃料がメタンからプロパンに
切り替わったことにより C38+3H2 O→7H2
+3CO で表される改質反応が進行するため燃料流量
に対する改質蒸気量が主燃料である都市ガス中のメタン
よりプロパンの方が反応に必要な水蒸気量が多いため蒸
気エジェクタ6の開度調整を行う必要がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のシス
テムでは、燃料が予備燃料に切り替わった際に予備燃料
であるプロパンガスに必要な改質水蒸気量を確保するた
めに蒸気エジェクタ開度を広げる方法を取ってきたが、
この方法では瞬時の燃料切替に対応する応答速度が保た
れないこと、蒸気エジェクタの容量が大きくなること
と、メタン主成分のガスを用いての通常運転時、特に低
負荷時の蒸気エジェクタ開度が小さいときに燃料の吸い
込みが悪くなり、充分な燃料流量を確保することが困難
となる。
【0009】本発明の目的は燃料電池の燃料を自動的に
かつ無瞬断で予備燃料に切替えることにより、燃料電池
を継続的に運転させ電力を安定供給することができる燃
料電池発電装置を得ることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池発電装
置は、常時は主燃料を蒸気エジェクタに導き主燃料に蒸
気を混入させて改質器で改質された主燃料を使用し、主
燃料が遮断した場合には予備燃料を蒸気エジェクタに導
き予備燃料に蒸気を混入させて改質器で改質された予備
燃料を使用して発電を継続させるようにした燃料電池発
電装置であって、蒸気エジェクタにバイパスして設けら
れたバイパス手段と、主燃料から予備燃料に切り替わっ
たとき、蒸気エジェクタを通過する蒸気流量が予備燃料
を改質するのに必要な蒸気量になるように蒸気エジェク
タを制御し、その制御遅れによる不足の蒸気流量をバイ
パス手段を介して改質器に供給するようにバイパス手段
を制御する制御装置とを備えている。
【0011】そして、パイパス手段は、電導流量調整
弁、並列接続された複数個のオンオフ弁、又は蒸気エジ
ェクタで構成する。また、制御装置は、主燃料から予備
燃料に切り替わったとき、蒸気エジェクタを通過する蒸
気流量が予備燃料を改質するのに必要な蒸気量になるよ
うに蒸気エジェクタを制御し、その制御遅れによる不足
の蒸気流量を予め定めた設定値に基づいてバイパス手段
を介して改質器に供給するようにバイパス手段を制御す
るように構成する。
【0012】この場合、バイパス手段として、電導流量
調整弁、蒸気エジェクタを用いた場合は、予め定めた設
定値は予め算出された不足の蒸気流量を連続関数で表し
たものを用いる。一方、バイパス手段として、並列接続
された複数個のオンオフ弁を用いた場合は、予め定めた
設定値は予め算出された不足の蒸気流量を離散値で表し
たものを用いる。
【0013】
【作用】上記のような構成の燃料電池発電システムで
は、通常の主燃料である都市ガスによる運転中に都市ガ
ス供給支障が検出された場合に、水蒸気流量をバイパス
ラインによって水蒸気改質に必要な改質蒸気を供給で
き、自動的かつ無瞬断で安定した電力を供給できる。ま
た、通常の運転においても充分な燃料流量を改質器に供
給できる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1から図6によっ
て説明する。図1において、通常運転時は予備燃料遮断
弁3bを閉じ予備燃料供給ライン1bから供給されるプ
ロパンガスを遮断し、主燃料遮断弁3aを開き主燃料供
給ライン1aより都市ガスを導入する。都市ガスは蒸気
エジェクタ6に供給される。改質蒸気もまた蒸気供給ラ
イン5より導入され、都市ガスと混合される。この混合
ガスは改質器7に供給され触媒によって改質反応が行わ
れ水素リッチガスとなる。水素リッチガスが電池本体8
に供給される。このとき、電流検出器10によって検出さ
れる負荷電流を制御装置11に入力し、この負荷電流に相
当する都市ガス流量,改質蒸気流量及び混合比になるよ
うに、燃料調整弁4,蒸気エジェクタ6に開度信号を送
り各流量を制御する。これら一連の開度調整は主燃料で
ある都市ガスについて最適となるように前記制御装置11
で制御される。
【0015】通常使用されている主燃料が地震や配管破
断などの事故により不意に供給支障が起きた場合、主燃
料ライン1aに設けた圧力検出器2よりその圧力低下か
ら異常を検出して制御装置11に信号を送る。この信号に
より速やかに、予備燃料遮断弁3bを開き予備燃料供給
ライン1bよりプロパンガスを導入し、これと同時に主
燃料遮断弁3aが閉じると共に、制御装置11に記憶して
ある予備燃料用の設定に切り替え予備燃料の必要蒸気量
を計算し、主蒸気流量計22の検出流量と比較し不足蒸気
量を割り出し、バイパス蒸気流量計21の設定を決定する
と同時にバイパス制御弁20の制御量を決定し信号をバイ
パス制御弁20へ送る。こうして予備燃料に最適となる改
質蒸気量を供給する。従って、無瞬断でかつ自動的に予
備燃料に適した条件で運転を継続し安定した電力を供給
できる。
【0016】また、図1ではバイパス制御弁を電動制御
弁としたものを示している。この場合は、予備燃料切替
時には、制御装置11で記憶してある予備燃料用の設定に
切り替え予備燃料の必要蒸気量を計算し、主蒸気流量計
22の検出流量と比較し不足蒸気量を割り出し、バイパス
蒸気流量計21の設定を決定すると同時にバイパス制御弁
20の開度信号を決定し信号をバイパス制御弁20へ送り、
予備燃料に最適となる改質蒸気量を供給する。
【0017】図2ではパイパス制御弁をON/OFF弁
を並列に設置したものを示している。この場合は、予備
燃料切替時には、制御装置11で記憶してある予備燃料用
の設定に切り替え予備燃料の必要蒸気量を計算し、主蒸
気流量計22の検出流量と比較し不足蒸気量を割り出し、
バイパス蒸気流量計21の設定を決定すると同時に開くバ
イパスON/OFF弁23の個数を決定し信号をバイパス
ON/OFF弁群23へ送り、予備燃料に最適となる改質
蒸気量を供給する。
【0018】図3ではパイパス制御弁を蒸気エジェクタ
としたものを示している。この場合は、予備燃料切替時
には、制御装置11で記憶してある予備燃料用の設定の切
り替え予備燃料の必要蒸気量を計算し、主蒸気流量計22
の検出流量と比較し不足蒸気量を割り出し、パイパス蒸
気流量計21の設定を決定すると同時にバイパス蒸気エジ
ェクタ24の開度を決定し信号をバイパス蒸気エジェクタ
24へ送り、予備燃料に最適となる改質蒸気量を供給す
る。
【0019】図4では、予備燃料切替時には、制御装置
11に予め記憶してあるデ―タを基に予備燃料の必要蒸気
量を計算し、蒸気エジェクタ6の開度から不足蒸気量を
割り出し、直接パイパス制御弁20の制御量を決定し信号
をバイパス制御弁20へ送り、予備燃料に最適となる改質
蒸気量を供給する。
【0020】また、図4では、バイパス制御弁を電動制
御弁としたものを示している。この場合は、予備燃料切
替時には、制御装置11に予め記憶してあるデ―タを基に
予備燃料の必要蒸気量を計算し、蒸気エジェクタ6の開
度から不足蒸気量を割り出し、直接バイパス制御弁20の
開度を決定し信号をバイパス制御弁20へ送り、予備燃料
に最適となる改質蒸気量を供給する。
【0021】図5ではバイパス制御弁をON/OFF弁
を並列に設置したものを示している。この場合は、予備
燃料切替時には、制御装置11に予め記憶してあるデ―タ
を基に予備燃料の必要蒸気量を計算し、蒸気エジェクタ
6の開度から不足蒸気量を割り出し、開くバイパスON
/OFF弁23の個数を決定し信号をバイパスON/OF
F弁群23へ送り、予備燃料に最適となる改質蒸気量を供
給する。
【0022】図6ではバイパス制御弁を蒸気エジェクタ
としたものを示している。この場合は、予備燃料切替時
には、制御装置11で予め記憶してあるデ―タを基に予備
燃料の必要蒸気量を計算し、蒸気エジェクタ6の開度か
ら不足蒸気量を割り出し、バイパス蒸気エジェクタ24の
開度を決定し信号をバイパス蒸気エジェクタ24へ送り、
予備燃料に最適となる改質蒸気量を供給する。
【0023】
【発明の効果】本発明では蒸気エジェクタの容量を大き
くすることなく、主燃料が不意に供給支障が起きた予備
燃料に切り替わった場合でも予備燃料に最適となる改質
蒸気量を供給することができ、無瞬断で自動的に予備燃
料に適した条件で運転を継続し安定した電力を供給でき
る。また、通常運転中の主燃料の供給特性が低下するこ
ともない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による燃料切替型燃料電池の第一の実施
例を示す構成図。
【図2】本発明による燃料切替型燃料電池の第二の実施
例を示す構成図。
【図3】本発明による燃料切替型燃料電池の第三の実施
例を示す構成図。
【図4】本発明による燃料切替型燃料電池の第四の実施
例を示す構成図。
【図5】本発明による燃料切替型燃料電池の第五の実施
例を示す構成図。
【図6】本発明による燃料切替型燃料電池の第六の実施
例を示す構成図。
【図7】従来の燃料切替型燃料電池の一例を示す構成
図。
【符号の説明】
1a…主燃料供給ライン、1b…予備燃料供給ライン、
2…圧力検出器、3a…主燃料遮断弁、3b…予備燃料
遮断弁、4…燃料調整弁、5…蒸気供給ライン、6…蒸
気エジェクタ、7…改質器、8…電池本体、9…負荷、
10…電流検出器、11…制御装置、20…バイパス制御弁、
21…バイパス蒸気流量計、22…主蒸気流量計、23…バイ
パスON/OFF弁群、24…バスパス蒸気エジェクタ
───────────────────────────────────────────────────── 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 8/06

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 常時は主燃料を蒸気エジェクタに導き前
    記主燃料に蒸気を混入させて改質器で改質された主燃料
    を使用し、前記主燃料が遮断した場合には予備燃料を前
    記蒸気エジェクタに導き前記予備燃料に蒸気を混入させ
    て前記改質器で改質された予備燃料を使用して発電を継
    続させるようにした燃料電池発電装置において、前記蒸
    気エジェクタにバイパスして設けられたバイパス手段
    と、前記主燃料から前記予備燃料に切り替わったとき、
    前記蒸気エジェクタを通過する蒸気流量が前記予備燃料
    を改質するのに必要な蒸気量になるように前記蒸気エジ
    ェクタを制御し、その制御遅れによる前記不足の蒸気流
    量を前記バイパス手段を介して前記改質器に供給するよ
    うに前記バイパス手段を制御する制御装置とを備えたこ
    とを特徴とする燃料電池発電装置。
  2. 【請求項2】 前記バイパス手段は、電導流量調整弁で
    あることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池発電装
    置。
  3. 【請求項3】 前記バイパス手段は、並列接続された複
    数個のオンオフ弁であることを特徴とする請求項1に記
    載の燃料電池発電装置。
  4. 【請求項4】 前記バイパス手段は、蒸気エジェクタで
    あることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池発電装
    置。
  5. 【請求項5】 常時は主燃料を蒸気エジェクタに導き前
    記主燃料に蒸気を混入させて改質器で改質された主燃料
    を使用し、前記主燃料が遮断した場合には予備燃料を前
    記蒸気エジェクタに導き前記予備燃料に蒸気を混入させ
    て前記改質器で改質された予備燃料を使用して発電を継
    続させるようにした燃料電池発電装置において、前記蒸
    気エジェクタにバイパスして設けられたバイパス手段
    と、前記主燃料から前記予備燃料に切り替わったとき、
    前記蒸気エジェクタを通過する蒸気流量が前記予備燃料
    を改質するのに必要な蒸気量になるように前記蒸気エジ
    ェクタを制御し、その制御遅れによる前記不足の蒸気流
    量を予め定めた設定値に基づいて前記バイパス手段を介
    して前記改質器に供給するように前記バイパス手段を制
    御する制御装置とを備えたことを特徴とする燃料電池発
    電装置。
  6. 【請求項6】 前記バイパス手段は電導流量調整弁であ
    り、前記予め定めた設定値は予め算出された前記不足の
    蒸気流量を連続関数で表したものであることを特徴とす
    る請求項5に記載の燃料電池発電装置。
  7. 【請求項7】 前記バイパス手段は並列接続された複数
    個のオンオフ弁であり、前記予め定めた設定値は予め算
    出された前記不足の蒸気流量を離散値で表したものであ
    ることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池発電装
    置。
  8. 【請求項8】 前記バイパス手段は蒸気エジェクタであ
    り、前記予め定めた設定値は予め算出された前記不足の
    蒸気流量を連続関数で表したものであることを特徴とす
    る請求項5に記載の燃料電池発電装置。
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