JP3499199B2 - 燃料電池発電プラント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、燃焼電池発電プラント
に係り、特に燃料電池本体を収容する格納容器にパージ
ガスを供給する燃料電池発電プラントに関する。 【０００２】 【従来の技術】一般に燃料電池発電プラントは、電池外
部から燃料と酸化剤とを連続的に供給し、その燃料の酸
化によって生ずる化学エネルギーを直接電気エネルギー
に変化させるものである。 【０００３】この燃料電池発電プラントは、通常、図１
７に示すように化学反応により電流を発生させる燃料電
池本体１とこの燃料電池本体１に供給する燃料ガスを発
生する改質器５とを備えている。 【０００４】改質器５は改質管からなる改質部５ａとバ
ーナからなる燃焼部５ｂとを備え、改質部５ａには改質
用燃料と水蒸気との混合ガスが導入され、改質部５ａ内
で加熱され、水素リッチなガスに改質され、導管１２を
通じて燃料電池本体１の燃料極３に供給される。 【０００５】燃料電池本体１は、燃料極３と酸化剤極４
を備え、また、燃料電池本体１を収容する格納容器２に
より周囲環境から隔離されている。 【０００６】酸化剤極４には酸素や空気等の酸化剤が導
管１４から供給され、水素リッチガスと酸化剤とは燃料
電池本体１の中で反応した後、それぞれ排燃料、排酸化
剤となり導管１６，１７を通じて排出され、改質器５の
燃焼部５ｂに供給される。燃焼部５ｂに導入された排燃
料と排酸化剤は、燃焼部５ａ内で燃焼し、改質管５ａを
加熱すると同時に排ガスを生成し、生成された排ガスは
導管２０を通じて系外に放出される。 【０００７】また、燃焼部５ｂからの排ガスの一部はパ
ージガスとして導管２１を通じて格納容器２に供給され
る。格納容器２を通過したパージガスは導管１５を通じ
て排出され、排酸化剤の導管１７と合流する。 【０００８】一般に燃料電池本体１の燃料極３と酸化剤
極４には十分なガスシール性を持たせているが、長期運
転による経年変化等により、燃料電池本体１から燃料や
酸化剤が格納容器１内に漏出し滞溜する場合がある。こ
の場合予期しない異常反応を生じる危険があるので、上
述の様に、格納容器２は定期的にあるいは常時パージさ
れるようになっている。 【０００９】パージガスとしては燃料や酸化剤との反応
性がない窒素等の不活性ガスが望ましいが、大量の窒素
を高圧ガスとして貯蔵すること、又は極低温液体として
貯蔵することは容易ではない。 【００１０】そこで、上記の様に、このパージガスとし
て改質器５の燃焼部５ｂの排ガスを利用することが知ら
れている（特開平２−２２６６６４号公報参照）。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、改質器
５の燃焼部５ｂからの排ガスは水分や残燃焼分の可燃性
成分や酸素成分を一部含んでいる。プラントの負荷レベ
ルにより改質器バーナの燃焼量が大きく異なるため、こ
れらの残存成分は一般に負荷レベルに応じ、また過渡期
にも大きく変動する。従って、プラントの運転状況によ
っては定常的にあるいは過渡的に排ガスの可燃性成分や
酸素成分が基準値を超えてしまいこのため格納容器中の
パージガスが燃料電池本体１中に漏入した燃料及び酸化
剤と異常な反応をして危険をもたらす恐れがある。 【００１２】そこで本発明の目的は、上記従来技術が有
する問題を解消し、燃料電池本体１の格納容器２に供給
されるパージガスの中に含まれる水分や可燃性成分や酸
素成分を確実に除去し、格納容器を安全に効率的にパー
ジすることを可能にした燃料電池発電プラントを提供す
ることにある。 【００１３】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による燃料電池発電プラントは、燃料電池本
体と、この燃料電池本体を収容する格納容器と、前記燃
料電池本体に供給する改質ガスを生成する改質器とを有
する燃料電池発電プラントであって、除湿装置を備え、
この除湿装置によって前記改質器の燃焼部から排出され
る排ガスを除湿した後パージガスとして前記格納容器へ
供給することを特徴とする。 【００１４】 【作用】除湿装置によって改質器の燃焼部から排出され
る排ガスを除湿した後パージガスとして前記格納容器へ
供給することを特徴とする。 【００１５】 【実施例】以下に本発明による燃料電池発電プラントの
実施例及び参考例を図１乃至図１６を参照して説明す
る。 【００１６】図１を参照して本発明による燃料電池発電
プラントの第１参考例を説明する。 【００１７】図１において、符号１は電気化学反応を起
こして電流を発生させる燃料電池本体であり、この燃料
電池本体１は格納容器２の中に収容されている。燃料電
池本体１には、多孔質電極である燃料極３と酸化剤極４
とが図示しない電解質を挟んで構成されている。燃料極
３には燃料として外部から導管１２を通じてメタンガス
等から改質されて生成された水素リッチガスが供給さ
れ、酸化剤極４には酸化剤として外部から導管１４を通
じて酸素が供給される。 【００１８】また、燃焼電池本体１の中で反応した燃料
と酸化剤とは導管１６および１７を経て排燃料、排酸化
剤として排出される。 【００１９】また、導管１２により供給される改質ガス
の一部は、パージガス供給源として導管１２ａを通じて
ガス分離装置１０に供給され、二酸化炭素が分離され
る。この分離された二酸化炭素は導管１３を通じて格納
容器２に供給され、格納容器２内のパージガスはパージ
排ガス管１５を通じて排出され、排燃料系統の導管１６
に合流する。 【００２０】なお、ガス分離装置５としては、分離膜を
始めとするあらゆる化学的、物理的、あるいはその他の
分離方式が考えられる。 【００２１】次に本参考例の作用について説明する。 【００２２】改質ガス系統の導管１２のガスの一部から
透過膜等のガス分離装置１０により、二酸化炭素が分離
される。分離された二酸化炭素はパージガスとして格納
容器２に供給され、格納容器２内に滞溜する可能性のあ
る燃料や酸化剤を定期的にあるいは常時パージする。パ
ージガスは導管１５を通じて排出され、排燃料系統の導
管１６に合流する。 【００２３】本参考例の構成によれば、二酸化炭素を分
離するガス分離装置１０を設けたので、このガス分離装
置１０により改質ガスの一部から二酸化炭素を分離する
ことができる。そして、この二酸化炭素をパージガスと
して格納容器２へ供給することにより、パージガス中に
含まれる可燃性成分や酸素成分等による悪影響を除去す
ることができる。この結果、パージガスが燃料電池本体
１中より格納容器に漏入した燃料及び酸化剤と異常な反
応をして危険をもたらすことを回避し、格納容器２を安
全にパージすることができる。 【００２４】次に、図２を参照して本発明の第２参考例
を説明する。 【００２５】図２において、燃焼電池本体１の燃焼極３
から導管１６を経て排出される排燃料の一部が導管１６
ａを通じてブロワ１４に供給される。このブロワ１４に
よって昇圧後、排燃料は導管１８を通じてガス分離装置
１０に供給され、二酸化炭素が分離される。ガス分離装
置１０以降は第１参考例と同様である。 【００２６】本参考例によれば、燃料電池本体１から排
出される排燃料から二酸化炭素を分離することができ、
パージガスを効率的に生成することができる。 【００２７】なお、第１参考例および第２参考例のいず
れにおいても、収容容器２から排出されるパージガスは
導管１５を通じて排燃料系統の導管１６に合流している
が、排空気系統の導管１７に合流してもよく、また、系
外放出してもよい。 【００２８】次に本発明の第１実施例乃至第３実施例を
図３乃至図６を参照して説明する。第１実施例乃至第３
実施例は以下に記載するような従来の問題点を解決する
ものである。 【００２９】すなわち、改質器５の燃焼部５ｂに供給さ
れる燃料極３からの排燃料の主成分が水素であることか
ら燃焼部５ｂの燃焼排ガスは一般に水分含有率が１０〜
２０％程度と高い。このようなガスを燃料電池本１の体
格納容器２のパージガスとして用いると、図１８に示す
ようにパージガス入り口管２１あるいは格納容器２の局
部における放熱によって、容易にガス中水分が凝縮しド
レンが発生するという問題点があった。 【００３０】例えば、系内の運転圧力がこのようなプラ
ントでの一般的な値である５ａｔａであるとすると、パ
ージガス中の２０％の水分分圧は１ａｔａとなり、１０
０℃の飽和圧に相当する。すなわち、パージガス入り口
管２１や格納容器２の局部で１００℃以下になる箇所が
あればそこでドレンが発生することになる。 【００３１】パージガス入り口管２１、ブロワ２３ある
いは格納容器２（図１８参照）の何れにおいてもドレン
の発生は有害である。すなわち、バージガス入り口管２
１でのドレン閉塞により、パージガス流がなくなると燃
料電池本体の安全性の問題がある。 【００３２】また、ブロワ２３のインペラに対しドレン
アタックが生じるとブロワ破損の危険性がある。さらに
格納容器２内で凝縮水が生じて一般に高電位にある燃料
極３、空気極４と接地電位にある格納容器２との間の絶
縁が不良になった場合には、異常な接地電流が流れるた
め発電運転は続けられない。したがって、パージガス中
のドレン発生は、燃料電池発電プラントの信頼性を低下
させる危険性があったのである。 【００３３】以下に本発明の第１実施例乃至第３実施例
を説明する。まず、本発明の第１実施例を図３を参照し
て説明する。図３において、燃料電池本体１は、燃料極
３と空気極としての酸化剤極４とを有して成り、さらに
この燃料電池本体１を収容して周囲環境から隔離するた
めに格納容器２が設けられている。燃料電池の発電運転
中は燃料極３と空気極４との間に起電力が生じるため、
一般にこれらの積層体である燃料電池本体１は大地に対
し高電位にあるのに対し、格納容器２は安全のため接地
され、大地電位にある。一方、改質器５は改質部５ａと
燃焼部５ｂより構成され、改質部５ａへは導管１９を通
じて天然ガスやメタノールなどの改質用燃料が水蒸気と
ともに供給されて水蒸気改質により水素リッチな改質ガ
スが生成される。この改質ガスはさらに導管１２を通じ
て、燃料極３に供給される。燃料電池本体１内ではこの
改質ガスと、空気極４へ導管１４を通じて酸化剤として
供給される空気とが反応した後、消費されずに残った分
はそれぞれ排燃料と排空気として導管１５，１６を通じ
て排出される。改質器５の燃焼器５ｂは、燃焼による発
生熱を水蒸気改質のための改質熱量として改質部５ａに
与える機能を持つが、燃料電池プラントの効率を高める
ために燃焼器５ｂ用の燃料として燃料極３の排燃料を導
管１６ａを通じて供給する。燃焼部５ｂの燃焼用空気は
導管１４ａにより供給される。燃焼部５ｂで燃焼した排
ガスは導管２０を通じて系外へ排出されるが、その一部
は燃料電池本体１の格納容器２へパージガス入り口管２
１上のブロワ１１を経て供給され、格納容器１ｃを通過
したパージガスは導管１２を通じて排出される。ここま
では、図１８に示す従来の燃料電池発電プラントの場合
と同様である。 【００３４】本実施例に特徴的なことは、パージガス入
り口管２１に除湿装置２２を設けたことである。 【００３５】除湿装置２２の具体的な構成例としては、
化学的な水分吸収剤や水分吸着剤、あるいは水分分離膜
などを適用することができる。 【００３６】次に本実施例の作用について説明する。パ
ージガスとして格納容器２に供給する燃焼部５ｂの排ガ
スの一部を除湿装置２２に流通させる。除湿装置２０を
流通した排ガスの含有水分率は低下するので、多量のド
レンの発生を防止することができる。 【００３７】除湿装置２２の除湿レベルを適切に選ぶこ
とによって、パージガス中の水分飽和温度を常温以下に
まで低下させることができる。この場合には、パージガ
ス入り口管２１、ブロワ２３、または格納容器２の一部
または全体で放熱による温度低下があったとしてもドレ
ンが生じることがない。この結果、パージガス中のドレ
ン発生を防止することができる。 【００３８】本実施例の構成によれば、パージガス入り
口管２１に除湿装置２２を設けたので、パージガス入り
口管１０におけるドレン閉塞や、ブロワ２３に対するド
レンアタックを生じる危険性が無くすることができる。
更に格納容器２の内部で凝縮水による絶縁不良を生じる
恐れもなくなる。 【００３９】この結果、高い信頼性の実現を可能とする
燃料電池発電プラントを提供することができる。 【００４０】次に本発明の第３参考例を図４を参照して
説明する。図４において、パージ入り口管２１に触媒燃
焼器２４と触媒燃焼器２４の下流側に除湿装置２２とが
設けられている。 【００４１】改質器５の燃焼部５ｂから排出される排ガ
スの一部が導管２１を通じて触媒燃焼器２４へ供給され
る。また、触媒燃焼器２４における燃焼用の燃料とし
て、改質器５の改質部５ａから排出される改質ガスの一
部が導管１２ｃを通じて触媒燃焼器２４へ供給される。
そして燃焼部５ｂから排出される排ガス中に残存する酸
素成分は触媒燃焼器２４の中で、改質部５ａから排出さ
れる改質ガスと反応して二酸化炭素等になる。なお、触
媒燃焼器２４における燃焼用の燃料として、燃料電池本
体１の燃料極３からの排燃料の一部を用いることも可能
である。 【００４２】触媒燃焼器２４から排出される排ガスを除
湿装置２２およびブロワ２３を経て燃料電池本体１の格
納容器２へパージガスとして供給する。 【００４３】次に本参考例の作用について説明する。一
般に燃料電池発電プラントにおいて改質器５の燃焼部５
ｂから排出される排ガスの一部を格納容器２のパージガ
スとして用いるためには、排ガス中の水分濃度や残留酸
素濃度ができるだけ小さいことが望ましい。 【００４４】一方、燃焼部５ｂにおける燃焼量はプラン
トの負荷レベルにより大きく異なり、また過渡的な変化
によっても変動する。このため、燃焼部５ｂにおける安
定した燃焼を常に行うためには、燃焼用の空気を導管１
４ａを通じて相当量過剰に供給しなくてはならない場合
がある。 【００４５】この場合には燃焼部５ｂから排出される排
ガス中の水分濃度や残存酸素濃度は、パージガスとして
用いるのに適切なほどは小さくならない。 【００４６】図４に示すように本参考例においては、パ
ージガス入り口管２１に触媒燃焼器２４を設け、改質器
５の燃焼部５ｂから排出される排ガス中の残留酸素成分
を触媒燃焼器２４において消費する。この結果、触媒燃
焼器２４から排出される排ガスを安全上十分な低濃度も
しくは酸素成分を含まないパージガスとして格納容器２
へ供給することができる。 【００４７】なお、この場合において、触媒燃焼器２４
での反応生成水がその排出ガスに加わる。このため、触
媒燃焼器２４から排出される排出ガス中の含有水分率は
改質器の燃焼部５ｂからの排ガス中の含有水分率よりも
高くなり、ドレンが発生する危険性がさらに高まる。し
かし、本実施例においては、触媒燃焼器２４の下流側に
除湿装置２２を設けているので、除湿装置２２を出た後
のパージガス中の含有水分率を低下させることができ
る。これによって、パージガス中のドレンが発生するこ
とを防止することができる。 【００４８】本参考例の構成によれば、パージ入り口管
２１に触媒燃焼器２４と触媒燃焼器２４の下流側に除湿
装置２２とを設けたので、改質器５の燃焼部５ｂにおけ
る安定した燃焼を行うために燃焼用の空気を導管１４ａ
を通じて相当量過剰に供給したとしても、触媒燃焼器２
４から排出される排ガスを安全上十分な低濃度もしくは
酸素成分を含まないパージガスとして格納容器２へ供給
することができる。また、この場合においてパージガス
入り口管２１に触媒燃焼器２４を設けても下流側に除湿
装置２２を設けているので、配管部、ブロワ２３、また
は格納容器２の内部でドレンによる悪影響を生じること
がない。この結果、高い信頼性の実現を可能とした燃料
電池発電プラントを提供することができる。 【００４９】次に本発明の第２実施例を図５を参照して
説明する。図５に本発明に係る燃料電池発電プラントに
おける除湿装置２２の他の具体的な構成例を示す。図５
においては、パージガスを凝縮器２５、気水分離器２
６、熱交換器２７に通流させることにより、ガス中水分
の除去を行う構成としている。パージカスは凝縮器２５
で冷却されて気水分離器２６でドレイン分離された後、
熱交換器２７で再熱されて過熱ガスとして送出される。
従って、下流側でドレンを生じる心配がない。 【００５０】このような除湿装置２２の構成を用いるこ
とにより、第３実施例および第４実施例と同様の効果を
得ることができる。 【００５１】次に本発明の第３実施例を図６を参照して
説明する。図６に本発明に係る燃料電池発電プラントに
おける除湿装置２２のさらに他の具体的な構成例を示
す。本実施例においては、図５における凝縮器２５と気
水分離器２６の代わりにコンタクトクーラ２８が設けら
れている。この場合は、パージガスはコンタクトクーラ
２８でドレン分離された後、熱交換器２７で再熱されて
過熱ガスとして送出される。 【００５２】このような除湿装置２２の構成を用いるこ
とにより、第３実施例および第４実施例と同様の効果を
得ることができる。 【００５３】次に本発明の第４参考例乃至第９参考例を
図７乃至図１２を参照して説明する。これらの第４参考
例乃至第９参考例は以下に記載するような従来の問題点
を解決するものである。 【００５４】すなわち、改質器５の燃焼部５ｂから排出
される燃焼排ガスを格納容器２のパージガスとして用い
る従来の燃料電池発電プラント（図１９参照）において
は、プラントの各種の運転状況により改質器５の燃焼量
が大きく異なるため、燃焼排ガス中酸素濃度は常に一定
ではなく、特に負荷レベルにより、また過渡変化により
大きく変動する。このため、格納容器２のパージガス中
の酸素濃度の変動も大きく、この変動により酸素濃度が
あるレベルを超えるような場合には、電池容器を常に安
全にパージすることが不可能となる問題点があった。 【００５５】以下に本発明の第４参考例乃至第９参考例
を説明する。まず、図７を参照して第４参考例を説明す
る。図７において、燃料電池本体１にはアノード極であ
る燃料極３とカソード極である酸素剤極４、およびこれ
らを積層した電池積層体が含まれ、燃料電池本体１は格
納容器５に収容されている。アノード極３には燃料処理
装置３２より水素リッチガスが供給され、また、もう一
方の反応極であるカソード極４には酸化剤ガスが空気処
理装置３３から供給される。燃料電池本体１では、これ
らの水素リッチガスおよび酸化剤ガスが電気化学反応を
起こすことで発電が行われる。 【００５６】アノード極３で必要とされる水素は、燃料
処理装置３２より供給される。燃料処理装置３２は、改
質器５と高温一酸化炭素変成器３０と低温一酸化炭素変
成器３１とから構成される。改質器５は、天然ガスなど
の原燃料を６００−８００℃程度に加熱し、水蒸気改質
反応により水素リッチガスを生成する反応室からなる改
質部５ａと、改質反応に必要な熱を供給する燃焼室から
なる燃焼部５ｂとに分けられる。 【００５７】改質器５を出た改質ガスとしての水素リッ
チガスは、下流の高温一酸化炭素変成器３０および低温
一酸化炭素変成器３１において、シフト反応により一酸
化炭素濃度を下げられるとともに水素濃度が高められ
る。高温一酸化炭素変成器１０では４００℃程度、また
低温一酸化炭素変成器３１では２００℃程度でシフト反
応がおこる。低温一酸化炭素変成器３１を出た水素リッ
チガスは、アノード極３に供給される。 【００５８】アノード極３を出た未反応成分を含む排燃
料は、改質器５の燃焼部５ｂの燃焼用の燃料として有効
に利用するため、改質器燃焼室５ａに供給される。 【００５９】一方、カソード極４に供給される酸化剤ガ
スとして通常、空気を用いることが多く、大気からの空
気を空気処理装置３３を介してカソード極４に供給され
る。空気処理装置３３として例えば、コンプレッサーや
ブロワ等の空気圧縮装置を用いることができる。 【００６０】低温一酸化炭素変成器３１から排出される
水素リッチガスは分岐され、一部の水素リッチガスは導
管１２ａを通って触媒燃焼器１４に供給される。一方、
空気処理装置３３からの空気の一部は触媒燃焼装置１４
に供給され、触媒燃焼器１４に供給された水素リッチガ
スとともに触媒燃焼させられる。ここで、水素リッチガ
スと空気の流量設定は、それぞれのラインに必要に応じ
てオリフィス等の絞り手段を設定することにより行われ
る。触媒燃焼器３４から排出される燃焼排ガスは導管１
３を通ってパージガスとして格納容器２に供給される。 【００６１】なお、本参考例では触媒燃焼器３４を用い
た例であるが、触媒燃焼器３４の代わりに、バーナ等の
通常の燃焼器を用いた構成としてもよい。以下の参考例
についても同様である。 【００６２】次に本参考例の作用について説明する。プ
ラントの運転状態や負荷レベルによらず、燃料処理装置
３２の水素リッチガスのガス組成はほぼ一定であり、ま
た大気中の空気組成もまた変わらず一定の酸素濃度を有
している。したがって、水素リッチガスの一定量と空気
の一定量とを定常的に触媒燃焼器３４で燃焼させること
により、触媒燃焼器３４の排ガスとしてほぼ一定の低レ
ベルの酸素濃度を有するパージガスを得ることができ
る。 【００６３】すなわち、燃料処理装置３２から得られる
水素リッチガスのガス濃度はほぼ一定であり、また空気
処理装置３３から得られる空気中の酸素濃度も一定であ
るので、これらの水素リッチガスおよび空気のそれぞれ
ある一定量を触媒燃焼器３４で燃焼させる結果、触媒燃
焼器３４から排出される排ガスは、プラントの運転状態
や負荷レベルによらず常に安定した低酸化濃度のガス組
成を持つ。したがって、触媒燃焼器３４から排出される
排ガスをパージガスとして格納容器２へ供給することに
より、安定に格納容器２をパージすることができる。 【００６４】本参考例の構成によれば、触媒燃焼器３４
を設けるとともに、燃料処理装置３２から得られる水素
リッチガスと、空気処理装置３３からの空気とをこの触
媒燃焼器３４で燃焼させて、触媒燃焼器３４から排出さ
れる燃焼排ガスをパージガスとして格納容器２へ供給す
るので、プラントの運転状態や負荷レベルによらず、常
に安定した低酸素濃度のガス組成を持つパージガスによ
って、いかなるプラント運転状態においても、安全性を
十分確保してパージを行うことができる。 【００６５】次に図８を参照して本発明の第５参考例を
説明する。図８において、触媒燃焼器３４と格納容器２
との間に冷却器３５と汽水分離器３６が設置されてい
る。なお、図８には冷却器３５と汽水分離器３６の両方
を設置した例を示しているが、冷却器３５のみの場合、
または冷却器３５と汽水分離器３６を組合せた凝縮器を
設けてもよい。 【００６６】本参考例の構成によれば、第４参考例と同
様の作用効果を有する。また、冷却器３５あるいは汽水
分離器３６を設けたので、触媒燃焼器３４からの燃焼排
ガスの温度を燃料電池の温度の許容レベル以下に制御す
ることができる。また、この燃焼排ガスは水分リッチと
なるが、冷却器３５と汽水分離器３６を介してドライ化
することによりパージラインでのドレン閉塞を防ぐこと
ができる。 【００６７】次に図９を参照して本発明の第６参考例を
説明する。図９に示すように、本参考例においては触媒
燃焼器３４、冷却器３５および汽水分離器３６の他に、
低温一酸化炭素変成器３１の後流に凝縮器３７が設けら
れている。 【００６８】凝縮器３７から排出される水素リッチガス
は導管１２ｄおよび１２ｅによってアノード極３および
触媒燃焼器３４に送られる。 【００６９】本参考例の構成によれば、凝縮器３７の下
流側から水素リッチガスを分岐させるので、水素リッチ
ガス中の水分が少なくなる。この結果、冷却器３５と汽
水分離器３６をコンパクトにすることができる。また、
第４参考例と同様の作用効果を有する。 【００７０】なお、燃焼処理装置３２からの水素リッチ
ガスの取り出す場所は、第４参考例および第５参考例の
ように低温一酸化炭素変成器３１の下流に限定されるも
のでなく、図９に示す本参考例のように凝縮器３７の下
流側から取り出すものでもよいのであり、さらに、改質
器５の改質部５ａの反応側下流側または高温一酸化炭素
変成器３０の下流側等のいずれから取り出してもよい。 【００７１】次に図１０を参照して本発明の第７参考例
を説明する。図１０に示すように、本参考例は図８に示
した第５参考例の構成と類似の構成を有する。本参考例
ではさらに、汽水分離器３６の下流側から格納容器２に
入るまでの間から導管１３ａによってパージガスの一部
を分岐させ、この分岐したパージガスをブロワ３８を介
して触媒燃焼器３４の上流に戻してパージガスを循環さ
せる手段が設けられている。 【００７２】本参考例の構成によれば、パージガスを循
環させることにより触媒燃焼器３４の燃焼温度を下げる
ことが可能となるので、触媒燃焼器３４の材料コストを
下げることができる。また、第４参考例と同様の作用効
果を有する。 【００７３】次に図１１を参照して本発明の第８参考例
を説明する。図１１において、格納容器２の出口から排
出されるパージガスを導管１５ａによて分岐させ、その
一部をブロワ３８を介し触媒燃焼器３４の上流側に戻し
てパージガスを循環させる手段が設けられている。 【００７４】本参考例の構成によれば、パージガスを循
環させることにより触媒燃焼器３４での燃焼温度を下げ
ることができる。また、図１０に示した第１０実施例に
比べて格納容器２に供給されるパージガス流量が多くと
ることができる。また、第４参考例と同様の作用効果を
有する。 【００７５】次に図１２を参照して本発明の第９参考例
を説明する。図１２において、低温一酸化炭素変成器３
１の下流側から水素リッチガスを分岐して触媒燃焼器３
４に供給するラインに、流量検出装置３９と制御弁４０
が設けられている。また、空気処理装置３３から触媒燃
焼器３４に空気を供給するラインには、制御弁４１が設
けられている。触媒燃焼器３４から排出される燃焼排ガ
スのラインには、ガス濃度計４２が設けられている。流
量検出装置３９で測定された流量検出信号は、制御装置
４３に送られ、その検出値があらかじめ設定されている
流量設定値と一致するように、制御弁４０の開度を調節
する。また、ガス濃度計４２の検出信号も制御装置４３
に送られ、その検出値により制御弁４１の開度を調節す
る。 【００７６】本参考例の構成によれば、格納容器２のパ
ージガスの流量を設定値どおりに制御することが可能と
なり、常に適切な流量で格納容器２をパージすることが
できる。また、第４参考例と同様の作用効果を有する。 【００７７】次に本発明の第１０参考例乃至第１３参考
例を図１３乃至図１６を参照して説明する。これらの第
１０参考例乃至第１３参考例は以下に記載するような従
来の問題点を解決するものである。 【００７８】すなわち、図２０に示すようにパージガス
供給源５０に不活性ガス等を用いてパージを行う従来の
場合においては、長期にわる運転ではこの不活性ガス必
要量は膨大となった。そして、不活性ガスの消費により
運転コストがかかるといった問題点があった。 【００７９】以下に第１０参考例乃至第１３参考例を説
明する。まず、図１３を参照して第１０参考例を説明す
る。図１３において、燃料電池本体１は格納容器２の中
に密閉して収容されている。また、燃料電池本体１の中
で反応した燃料と酸化剤とは、導管１６および１７を経
て排燃料、排酸化剤として排出される。また、格納容器
２の外方にはパージガス供給源５０が設けられており、
このパージガス供給源５０からパージ入口管５２を経て
格納容器２へパージガスが供給される。 【００８０】パージガス供給源５０から供給されるパー
ジガスは、ブロワまたはコンプレッサまたはターボコン
プレッサにより昇圧された空気である。 【００８１】一方、パージ入口管５２には酸素を除去ま
たは低減するための酸素除去装置５１が設けられてい
る。この酸素除去装置５１としては、例えばモレキュラ
ーシーブス（MOLECULAR SIEVES）等の吸着剤を用いて酸
素を吸着する圧力スイング吸着方式（PSA 法）等があげ
られる。 【００８２】次に本参考例の作用について説明する。パ
ージガス供給源５０の空気は酸素除去装置５１に送られ
る。酸素除去装置５１ではこの空気中の酸素を除去する
ことにより酸素成分のない、または低減された空気を生
成される。この空気はパージ入口管５２を通って格納容
器２へ送られる。 【００８３】本参考例の構成によれば、酸素除去装置１
０を設けたので、空気から酸素成分のないまたは低減さ
れたパージガスを生成することができる。この結果、不
活性ガスを用いる必要がなく、運転コストのかからない
燃料電池発電プラントを提供することができる。 【００８４】なお、酸素除去装置５１として酸素吸着
剤、化学反応剤、または分離膜を用いてもよい。 【００８５】次に図１４を参照して本発明の第１１参考
例を説明する。本参考例においては図１４に示すように
パージガス供給源としてコンプレッサ５３が、酸素除去
装置として例えば上述のモレキュラーシーブス等の酸素
吸着剤を利用した酸素吸着装置５５が設けられている。
また酸素の吸着には空気温度を５０℃〜６０℃以下とす
ることが好ましいことから、コンプレッサ５３と酸素吸
着装置５５の間には冷却器５４が設けられている。さら
に酸素吸着装置５５には吸着した酸素を排出するための
酸素排気管５６が設けられている。 【００８６】コンプレッサ５３から吐出された空気は冷
却器５４により冷却された後、酸素吸着装置５５に送ら
れる。酸素吸着装置５５ではこの空気中の酸素を吸着し
て排除することにより酸素成分のないまたは低減された
空気が生成される。この空気はパージ入口管５２を通っ
て格納容器２へ送られる。また吸着された酸素は酸素排
気管５６を通って排出される。 【００８７】本参考例の構成によれば、酸素吸着装置５
５を設けたので、空気から容易に酸素成分のないまたは
低減されたパージガスを生成することができる。この結
果、不活性ガスを用いる必要がなく、運転コストのかか
らない燃料電池発電プラントを提供することができる。 【００８８】次に図１５を参照して本発明の第１２参考
例を説明する。本参考例において、図１５に示すように
パージ入口管５２にパージ流量調節弁５７が設けられて
いる。 【００８９】なお、図１５ではパージ流量調節弁５７を
酸素吸着装置５５の下流に設置しているが、これを上流
に設置することも可能である。またパージ流量調節弁５
７は開度調節が可能なモジュレーティング弁とすること
も、オンオフのみの遮断弁とすることも可能である。 【００９０】本参考例の構成によれば、パージ入口管５
２にパージ流量調節弁５７を設けたので、このパージ流
量調節弁５７を定期的にまたは格納容器２の可燃ガス濃
度に応じて、または格納容器２の圧力に応じて、または
格納容器２と燃料電池本体１との差圧に応じて開閉する
ことにより、格納容器２を間欠的にパージすることがで
きる。 【００９１】次に図１６を参照して本発明の第１３参考
例を説明する。本参考例においては図１６に示すように
酸素吸着装置５５の下流にアキュムレータタンク５８が
設けられている。このタンク５８の下流ではパージ入口
管５２が５２ａ、５２ｂ、５２ｃと３つに分かれてい
る。これらのパージ入口管５２ａ、５２ｂ、５２ｃを通
じて、格納容器２のほか燃料電池本体１の図示しない燃
料極、酸化剤極にパージガスが供給される。また、それ
ぞれのパージ入口管５２ａ、５２ｂ、５２ｃにはパージ
ガス流量調節弁５９ａ、５９ｂ、５９ｃが設けられてい
る。酸素吸着装置５５により生成された酸素成分のない
または低減された空気はアキュムレータタンク５８に蓄
えられる。 【００９２】なお酸素吸着装置５５とアキュムレータタ
ンク５８の間にはタンク５８の圧力を高くするためにコ
ンプレッサを設けることも可能である。 【００９３】本参考例の構成によれば、必要に応じてパ
ージガス流量調節弁５９ａ、５９ｂ、５９ｃを開閉する
ことにより格納容器２のみならず燃料電池本体１をもパ
ージすることができる。この結果、効率的で確実なパー
ジをすることができる燃料電池発電プラントを提供する
ことができる。 【００９４】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パージ入り口管に除湿装置を設けたので、排ガス中の水
分を除去でき、パージガスとして改質器の燃焼部から排
出される排ガスを用いる場合でも、ドレンの発生を防止
させることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による燃料電池発電プラントの第１参考
例を示す系統図。 【図２】同燃料電池発電プラントの第２参考例を示す系
統図。 【図３】本発明による燃料電池発電プラントの第１実施
例を示す系統図。 【図４】同燃料電池発電プラントの第３参考例を示す系
統図。 【図５】本発明による燃料電池発電プラントに用いる除
湿装置の具体的構成を示す第２実施例を示す図。 【図６】同燃料電池発電プラントに用いる除湿装置の他
の具体的構成を示す第３実施例を示す図。 【図７】本発明による燃料電池発電プラントの第４参考
例を示す系統図。 【図８】同燃料電池発電プラントの第５参考例を示す系
統図。 【図９】同燃料電池発電プラントの第６参考例を示す系
統図。 【図１０】同燃料電池発電プラントの第７参考例を示す
系統図。 【図１１】同燃料電池発電プラントの第８参考例を示す
系統図。 【図１２】同燃料電池発電プラントの第９参考例を示す
系統図。 【図１３】同燃料電池発電プラントの第１０参考例を示
す系統図。 【図１４】同燃料電池発電プラントの第１１参考例を示
す系統図。 【図１５】同燃料電池発電プラントの第１２参考例を示
す系統図。 【図１６】同燃料電池発電プラントの第１３参考例を示
す系統図。 【図１７】従来の燃料電池発電プラントを示す系統図。 【図１８】従来の他の燃料電池発電プラントを示す系統
図。 【図１９】従来のさらに他の燃料電池発電プラントを示
す系統図。 【図２０】従来の他の燃料電池発電プラントを示す系統
図。 【符号の説明】 １ 燃料電池本体 ２ 格納容器 ３ 燃料極 ４ 酸素剤極 ５ 改質器 ５ａ 改質部 ５ｂ 燃焼部 １０ ガス分離装置 １１ ブロワ １２ 導管 １２ａ 導管 １２ｂ 導管 １２ｃ 導管 １２ｄ 導管 １２ｅ 導管 １３ 導管 １４ 導管 １５ 導管 １６ 導管 １７ 導管 １８ 導管 １９ 導管 ２０ 導管 ２１ パージガス入り口管 ２２ 除湿装置 ２３ ブロワ ２４ 触媒燃焼器 ２５ 凝縮器 ２６ 汽水分離器 ２７ 熱交換器 ２８ コンタクトクーラ ３０ 高温一酸化炭素変成器 ３１ 低温一酸化炭素変成器 ３２ 燃料処理装置 ３３ 空気処理装置 ３４ 触媒燃料器極 ３５ 冷却器 ３６ 汽水分離器 ３７ 凝縮器 ３８ ブロワ ３９ 流量検出装置 ４０ 制御弁 ４１ 制御弁 ４２ ガス濃度計 ４３ 制御装置 ５０ パージガス ５１ 酸素除去装置 ５２ パージガス入り口管 ５２ａ パージガス入り口管 ５２ｂ パージガス入り口管 ５２ｃ パージガス入り口管 ５３ コンプレッサ ５４ 冷却器 ５５ 酸素吸着装置 ５６ 酸化排気管 ５７ パージ流量調節弁 ５８ アキュムレータタンク ５９ａ 弁 ５９ｂ 弁 ５９ｃ 弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋 吉 正 寛 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会 社東芝 本社事務所内 (72)発明者 永 田 裕 二 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番 地 株式会社東芝 京浜事業所内 (72)発明者 鈴 木 聖 之 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝 府中事業所内 (56)参考文献 特開 平２−226664（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−19712（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−24566（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−44654（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 8/04

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】燃料電池本体と、この燃料電池本体を収容
   する格納容器と、前記燃料電池本体に供給する改質ガス
   を生成する改質器とを有する燃料電池発電プラントであ
   って、除湿装置を備え、この除湿装置によって前記改質
   器の燃焼部から排出される排ガスを除湿した後パージガ
   スとして前記格納容器へ供給することを特徴とする燃料
   電池発電プラント。