JP3509132B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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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、燃料電池発電装置に係
わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池を用いた燃
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、かつ
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開発が行
われている。特に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では、図２に示すように天然ガ
ス等の燃料ガス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とを一般的に備えて
おり、改質器で作られたアノードガスは燃料電池に供給
され、燃料電池内でその大部分（例えば８０％）を消費
した後、アノード排ガス４として改質器１０の燃焼室Ｃ
ｏに供給される。燃料ガス１は燃料予熱器１１により予
熱されて改質器の改質室Ｒｅに入る。改質器ではアノー
ド排ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）
を燃焼室で燃焼し、高温の燃焼ガスにより改質室Ｒｅを
加熱し内部を流れる燃料を改質する。改質室を出た燃焼
排ガス５は、空気予熱器３２で熱回収され、凝縮器３３
と気水分離器３４で水分を除去され、タービン圧縮機
（動力回収装置４０）で加圧された空気６が混入し、こ
の混合ガスが空気予熱器３２で加熱されてカソードガス
３に合流する。これにより、電池のアノード側で発生し
た二酸化炭素が、燃焼排ガス５を介して燃料電池用のカ
ソードガス３に入り、燃料電池のカソード反応に必要な
二酸化炭素をカソード側Ｃに供給する。カソードガス３
は燃料電池内でその一部が反応してカソード排ガス７と
なり、その一部はカソード入口側に再循環され、一部は
改質器１０の燃焼室Ｃｏに供給されてアノード排ガス４
を燃焼させ、残りは動力回収装置４０に供給されて圧力
回収され、系外に排出される。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上述した燃料電池発電
装置では、燃料電池２０は通常格納容器２２に格納され
る。この場合、格納容器内には、アノードガスが漏洩し
た場合の安全対策のため、不活性ガス８（例えば、窒素
ガス）がパージガスとして供給されていた。しかし、酸
素を全く含まない不活性ガスをパージガスとすると、燃
料電池内の局所反応により電池を構成する金属部品（例
えばセパレータ）が激しく腐食することがわかった。ま
た、不活性ガスをパージガスとする場合、運転コストが
かかる問題点があった。 【０００４】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、アノ
ードガスが漏洩しても安全であり、電池の腐食を抑える
ことができ、かつパージガスの運転コストがかからない
燃料電池発電装置を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、格納容
器（２２）内に格納され、水素を含むアノードガス
（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、燃料電池（２０）を出たアノード
排ガス（４）をカソード排ガス（７）の一部で燃焼さ
せ、その熱で燃料ガス（１）をアノードガス（２）に改
質する改質器（１０）と、改質器（１０）を出た燃焼排
ガス（５）を燃料電池（２０）に入るカソードガス
（３）に供給する排ガス循環ライン（３０）と、燃料電
池（２０）を出たカソード排ガス（７）の残部で空気を
圧縮して排ガス循環ライン（３０）に供給する動力回収
装置（４０）と、を備えた燃料電池発電装置において、
前記排ガス循環ライン（３０）は、燃焼排ガス（５）に
含まれる酸素を所定の濃度に制御するために、前記燃焼
排ガス（５）に含まれる酸素濃度を検出する酸素センサ
ー（３７）と、該酸素センサー（３７）による検出濃度
が所定濃度になるように排ガス循環ライン（３０）に設
けられた循環ブロア（３８）の流量を制御する流量制御
装置（３９）と、前記酸素濃度が制御された燃焼排ガス
（５）を格納容器（２２）内に供給するパージライン
（３６）とを備える、ことを特徴とする燃料電池発電装
置が提供される。 【０００６】 【０００７】 【作用】上記本発明の構成によれば、排ガス循環ライン
（３０）が濃度制御装置（３５）を備えており、この濃
度制御装置（３５）により、燃焼排ガス（５）に含まれ
る酸素が所定の濃度に制御され、酸素濃度が制御された
燃焼排ガス（５）がパージライン（３６）により格納容
器（２２）内に供給される。従って、所定濃度の酸素を
含むパージガス（８）により格納容器（２２）内でアノ
ードガス（２）が漏洩しても安全であり、かつ電池の腐
食を抑えることができる。前記所定の濃度を約３％とす
れば、安全性と電池の腐食抑制の両方を満たすことがで
きる。特に、流量制御装置（３９）により、酸素センサ
ー（３７）による検出濃度が所定濃度になるように排ガ
ス循環ライン（３０）に設けられた循環ブロア（３８）
の流量を制御すれば、パージガス（８）を自給すること
ができ、パージガス（８）の運転コストを大幅に低減す
ることができる。 【０００８】 【０００９】 【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、図２と同一の部分には同一の符号
を付して使用する。図１は、本発明による燃料電池発電
装置の全体構成図である。この図において、本発明によ
る燃料電池発電装置は、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、改質器１０を出た燃焼排ガス５から熱回収する空気
予熱器３２とを備えている。改質器１０は、燃料電池２
０を出たアノードガス（すなわちアノード排ガス４）を
燃料電池２０を出たカソードガス（すなわちカソード排
ガス７）の一部で燃焼させその熱で燃料ガス１をアノー
ドガス２に改質するようになっている。また燃料電池２
０は、格納容器２２内に格納されている。 【００１０】本発明による燃料電池発電装置は、更に、
改質器１０を出た燃焼排ガス５を燃料電池２０に入るカ
ソードガス３に供給する排ガス循環ライン３０と、燃料
電池２０を出たカソード排ガス７の残部で空気を圧縮し
て排ガス循環ライン３０に供給する動力回収装置４０と
を備えている。排ガス循環ライン３０は、燃焼排ガス５
に含まれる酸素を所定の濃度に制御する濃度制御装置３
５と、酸素濃度が制御された燃焼排ガスを格納容器２２
内に供給するパージライン３６とを備える。濃度制御装
置３５は、燃焼排ガスに含まれる酸素濃度を検出する酸
素センサー３７と、この酸素センサーによる検出濃度が
所定濃度になるように排ガス循環ラインに設けられた循
環ブロア３８の流量を制御する流量制御装置３９とを備
える。前記所定の濃度は約３％であるのがよい。 【００１１】上述した濃度制御装置３５は、次のように
作動する。 燃焼排ガス５に含まれる酸素濃度が所定の濃度より高
い場合、この濃度を酸素センサー３７が検出し、流量制
御装置３９により循環ブロア３８の流量を小さくする。
これにより、カソード排ガス７の残部（動力回収装置４
０に導かれる）が減少し、動力回収装置４０からの空気
６の供給が減って、燃焼排ガス５に含まれる酸素濃度が
減少する。 逆に、燃焼排ガス５に含まれる酸素濃度が所定の濃度
より低い場合、この濃度を酸素センサー３７が検出し、
流量制御装置３９により循環ブロア３８の流量を大きく
する。これにより、カソード排ガス７が増大し、動力回
収装置４０からの空気６の供給が増えて、燃焼排ガス５
に含まれる酸素濃度が増大する。 【００１２】 【発明の効果】上述した構成により、酸素濃度が制御さ
れた燃焼排ガスがパージライン３６により格納容器２２
内に供給され、所定濃度（好ましくは約３％）の酸素を
含むパージガスにより格納容器２２内でアノードガス２
が漏洩しても安全であり、かつ電池の腐食を抑えること
ができる。また、流量制御装置３９により、酸素センサ
ー３７による検出濃度が前記所定濃度になるように排ガ
ス循環ライン３０に設けられた循環ブロアの流量を制御
するので、パージガスを自給することができ、パージガ
スの運転コストを大幅に低減することができる。 【００１３】従って、本発明は、アノードガスが漏洩し
ても安全であり、電池の腐食を抑えることができ、かつ
パージガスの運転コストがかからない、等の優れた効果
を有する。
わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池を用いた燃
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、かつ
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開発が行
われている。特に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では、図２に示すように天然ガ
ス等の燃料ガス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とを一般的に備えて
おり、改質器で作られたアノードガスは燃料電池に供給
され、燃料電池内でその大部分（例えば８０％）を消費
した後、アノード排ガス４として改質器１０の燃焼室Ｃ
ｏに供給される。燃料ガス１は燃料予熱器１１により予
熱されて改質器の改質室Ｒｅに入る。改質器ではアノー
ド排ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）
を燃焼室で燃焼し、高温の燃焼ガスにより改質室Ｒｅを
加熱し内部を流れる燃料を改質する。改質室を出た燃焼
排ガス５は、空気予熱器３２で熱回収され、凝縮器３３
と気水分離器３４で水分を除去され、タービン圧縮機
（動力回収装置４０）で加圧された空気６が混入し、こ
の混合ガスが空気予熱器３２で加熱されてカソードガス
３に合流する。これにより、電池のアノード側で発生し
た二酸化炭素が、燃焼排ガス５を介して燃料電池用のカ
ソードガス３に入り、燃料電池のカソード反応に必要な
二酸化炭素をカソード側Ｃに供給する。カソードガス３
は燃料電池内でその一部が反応してカソード排ガス７と
なり、その一部はカソード入口側に再循環され、一部は
改質器１０の燃焼室Ｃｏに供給されてアノード排ガス４
を燃焼させ、残りは動力回収装置４０に供給されて圧力
回収され、系外に排出される。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上述した燃料電池発電
装置では、燃料電池２０は通常格納容器２２に格納され
る。この場合、格納容器内には、アノードガスが漏洩し
た場合の安全対策のため、不活性ガス８（例えば、窒素
ガス）がパージガスとして供給されていた。しかし、酸
素を全く含まない不活性ガスをパージガスとすると、燃
料電池内の局所反応により電池を構成する金属部品（例
えばセパレータ）が激しく腐食することがわかった。ま
た、不活性ガスをパージガスとする場合、運転コストが
かかる問題点があった。 【０００４】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、アノ
ードガスが漏洩しても安全であり、電池の腐食を抑える
ことができ、かつパージガスの運転コストがかからない
燃料電池発電装置を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、格納容
器（２２）内に格納され、水素を含むアノードガス
（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、燃料電池（２０）を出たアノード
排ガス（４）をカソード排ガス（７）の一部で燃焼さ
せ、その熱で燃料ガス（１）をアノードガス（２）に改
質する改質器（１０）と、改質器（１０）を出た燃焼排
ガス（５）を燃料電池（２０）に入るカソードガス
（３）に供給する排ガス循環ライン（３０）と、燃料電
池（２０）を出たカソード排ガス（７）の残部で空気を
圧縮して排ガス循環ライン（３０）に供給する動力回収
装置（４０）と、を備えた燃料電池発電装置において、
前記排ガス循環ライン（３０）は、燃焼排ガス（５）に
含まれる酸素を所定の濃度に制御するために、前記燃焼
排ガス（５）に含まれる酸素濃度を検出する酸素センサ
ー（３７）と、該酸素センサー（３７）による検出濃度
が所定濃度になるように排ガス循環ライン（３０）に設
けられた循環ブロア（３８）の流量を制御する流量制御
装置（３９）と、前記酸素濃度が制御された燃焼排ガス
（５）を格納容器（２２）内に供給するパージライン
（３６）とを備える、ことを特徴とする燃料電池発電装
置が提供される。 【０００６】 【０００７】 【作用】上記本発明の構成によれば、排ガス循環ライン
（３０）が濃度制御装置（３５）を備えており、この濃
度制御装置（３５）により、燃焼排ガス（５）に含まれ
る酸素が所定の濃度に制御され、酸素濃度が制御された
燃焼排ガス（５）がパージライン（３６）により格納容
器（２２）内に供給される。従って、所定濃度の酸素を
含むパージガス（８）により格納容器（２２）内でアノ
ードガス（２）が漏洩しても安全であり、かつ電池の腐
食を抑えることができる。前記所定の濃度を約３％とす
れば、安全性と電池の腐食抑制の両方を満たすことがで
きる。特に、流量制御装置（３９）により、酸素センサ
ー（３７）による検出濃度が所定濃度になるように排ガ
ス循環ライン（３０）に設けられた循環ブロア（３８）
の流量を制御すれば、パージガス（８）を自給すること
ができ、パージガス（８）の運転コストを大幅に低減す
ることができる。 【０００８】 【０００９】 【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、図２と同一の部分には同一の符号
を付して使用する。図１は、本発明による燃料電池発電
装置の全体構成図である。この図において、本発明によ
る燃料電池発電装置は、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、改質器１０を出た燃焼排ガス５から熱回収する空気
予熱器３２とを備えている。改質器１０は、燃料電池２
０を出たアノードガス（すなわちアノード排ガス４）を
燃料電池２０を出たカソードガス（すなわちカソード排
ガス７）の一部で燃焼させその熱で燃料ガス１をアノー
ドガス２に改質するようになっている。また燃料電池２
０は、格納容器２２内に格納されている。 【００１０】本発明による燃料電池発電装置は、更に、
改質器１０を出た燃焼排ガス５を燃料電池２０に入るカ
ソードガス３に供給する排ガス循環ライン３０と、燃料
電池２０を出たカソード排ガス７の残部で空気を圧縮し
て排ガス循環ライン３０に供給する動力回収装置４０と
を備えている。排ガス循環ライン３０は、燃焼排ガス５
に含まれる酸素を所定の濃度に制御する濃度制御装置３
５と、酸素濃度が制御された燃焼排ガスを格納容器２２
内に供給するパージライン３６とを備える。濃度制御装
置３５は、燃焼排ガスに含まれる酸素濃度を検出する酸
素センサー３７と、この酸素センサーによる検出濃度が
所定濃度になるように排ガス循環ラインに設けられた循
環ブロア３８の流量を制御する流量制御装置３９とを備
える。前記所定の濃度は約３％であるのがよい。 【００１１】上述した濃度制御装置３５は、次のように
作動する。 燃焼排ガス５に含まれる酸素濃度が所定の濃度より高
い場合、この濃度を酸素センサー３７が検出し、流量制
御装置３９により循環ブロア３８の流量を小さくする。
これにより、カソード排ガス７の残部（動力回収装置４
０に導かれる）が減少し、動力回収装置４０からの空気
６の供給が減って、燃焼排ガス５に含まれる酸素濃度が
減少する。 逆に、燃焼排ガス５に含まれる酸素濃度が所定の濃度
より低い場合、この濃度を酸素センサー３７が検出し、
流量制御装置３９により循環ブロア３８の流量を大きく
する。これにより、カソード排ガス７が増大し、動力回
収装置４０からの空気６の供給が増えて、燃焼排ガス５
に含まれる酸素濃度が増大する。 【００１２】 【発明の効果】上述した構成により、酸素濃度が制御さ
れた燃焼排ガスがパージライン３６により格納容器２２
内に供給され、所定濃度（好ましくは約３％）の酸素を
含むパージガスにより格納容器２２内でアノードガス２
が漏洩しても安全であり、かつ電池の腐食を抑えること
ができる。また、流量制御装置３９により、酸素センサ
ー３７による検出濃度が前記所定濃度になるように排ガ
ス循環ライン３０に設けられた循環ブロアの流量を制御
するので、パージガスを自給することができ、パージガ
スの運転コストを大幅に低減することができる。 【００１３】従って、本発明は、アノードガスが漏洩し
ても安全であり、電池の腐食を抑えることができ、かつ
パージガスの運転コストがかからない、等の優れた効果
を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池発電装置の全体構成図で
ある。 【図２】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 ８ パージガス １０ 改質器 １１ 燃料予熱器 ２０ 燃料電池 ２２ 格納容器 ３０ 排ガス循環ライン ３２ 空気予熱器 ３３ 凝縮器 ３４ 気水分離器 ３５ 濃度制御装置 ３６ パージライン ３７ 酸素センサー ３８ 循環ブロア ３９ 流量制御装置 ４０ 動力回収装置 Ｒｅ 改質室 Ｃｏ 燃焼室 Ａ アノード側 Ｃ カソード側
ある。 【図２】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 ８ パージガス １０ 改質器 １１ 燃料予熱器 ２０ 燃料電池 ２２ 格納容器 ３０ 排ガス循環ライン ３２ 空気予熱器 ３３ 凝縮器 ３４ 気水分離器 ３５ 濃度制御装置 ３６ パージライン ３７ 酸素センサー ３８ 循環ブロア ３９ 流量制御装置 ４０ 動力回収装置 Ｒｅ 改質室 Ｃｏ 燃焼室 Ａ アノード側 Ｃ カソード側
─────────────────────────────────────────────────────
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 (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 格納容器（２２）内に格納され、水素を
含むアノードガス（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、燃料電池
（２０）を出たアノード排ガス（４）をカソード排ガス
（７）の一部で燃焼させ、その熱で燃料ガス（１）をア
ノードガス（２）に改質する改質器（１０）と、改質器
（１０）を出た燃焼排ガス（５）を燃料電池（２０）に
入るカソードガス（３）に供給する排ガス循環ライン
（３０）と、燃料電池（２０）を出たカソード排ガス
（７）の残部で空気を圧縮して排ガス循環ライン（３
０）に供給する動力回収装置（４０）と、を備えた燃料
電池発電装置において、 前記排ガス循環ライン（３０）は、燃焼排ガス（５）に
含まれる酸素を所定の濃度に制御するために、前記燃焼
排ガス（５）に含まれる酸素濃度を検出する酸素センサ
ー（３７）と、該酸素センサー（３７）による検出濃度
が所定濃度になるように排ガス循環ライン（３０）に設
けられた循環ブロア（３８）の流量を制御する流量制御
装置（３９）と、前記酸素濃度が制御された燃焼排ガス
（５）を格納容器（２２）内に供給するパージライン
（３６）とを備える、ことを特徴とする燃料電池発電装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16495193A JP3509132B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16495193A JP3509132B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722044A JPH0722044A (ja) | 1995-01-24 |
| JP3509132B2 true JP3509132B2 (ja) | 2004-03-22 |
Family
ID=15802967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16495193A Expired - Fee Related JP3509132B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3509132B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112022003401T5 (de) | 2021-07-05 | 2024-04-18 | Blue World Technologies Holding ApS | Elektrisches Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzeliensystem und Verfahren zur Brandrisikobegrenzung |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19620501C1 (de) * | 1996-05-22 | 1997-06-19 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung |
-
1993
- 1993-07-05 JP JP16495193A patent/JP3509132B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112022003401T5 (de) | 2021-07-05 | 2024-04-18 | Blue World Technologies Holding ApS | Elektrisches Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzeliensystem und Verfahren zur Brandrisikobegrenzung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0722044A (ja) | 1995-01-24 |
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