JP3728742B2

JP3728742B2 - Fuel cell equipment

Info

Publication number: JP3728742B2
Application number: JP16428596A
Authority: JP
Inventors: 輝俊内田
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JPH1012256A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池に係わり、更に詳しくは、燃料電池の入口温度を調節できる燃料電池設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
天然ガス等を燃料とする溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電設備（以下、単に燃料電池設備という）では、図３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１１とを備えており、改質器１０で作られたアノードガス２は燃料電池１１のアノード側Ａ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として下流設備（例えば改質器の燃焼室等）に供給される。一方、改質器１０では、燃料ガスの燃焼により改質管１０ａを加熱して改質管を通る燃料ガス１を改質し、改質管１０ａによる吸熱で温度が下がった燃焼排ガス５は外部から供給される空気６と混合されてカソードガス３となり、燃料電池１１のカソード側Ｃに供給される。更に、燃料電池１１内でその一部が反応したカソードガス（カソード排ガス７）は高温ブロア１２によりその一部が燃料電池１１の上流側に循環され、残りが下流設備（例えばタービン圧縮機等）に供給される。なお、この図において１２ａはガスヒータである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の燃料電池設備では、燃料電池１１のアノード側Ａには改質器１０で生成された改質ガスがそのままアノードガス２として導入され、燃料電池１１のカソード側Ｃには、改質器１０の燃焼排ガス５に電池反応の酸化剤としての空気６を混合したものが、高温ブロア１２で循環される高温のカソード排ガスと混合して温度調節を行い、カソード側Ｃに送られている。
【０００４】
しかし、上述した従来の燃料電池設備では、カソード側の入口温度ｔc は、高温ブロア１２によるカソードガスの循環量により容易に調節できるが、アノード側の入口温度ｔa の調節が困難である問題点があった。以下、これを詳述する。
【０００５】
図４は、従来の燃料電池設備における各部の温度分布例であり、（Ａ）は高負荷時（約１００％負荷）、（Ｂ）は低負荷時（約３０％負荷）、（Ｃ）は出力回路の切断状態(Open Circuit Voltage:OCV)を示している。
図４（Ａ）に示すように、１００％負荷に近い高負荷時には、アノードガス２の改質器出口温度は、約６３０℃であり、これが放熱により約６１０℃になって燃料電池１１に流入する。一方、カソード側の改質器出口温度は、約５２４℃であり、空気６と混合し、高温（約６３０℃）のカソード排ガスと混合して約５８０℃で燃料電池１１に流入する。従って、高負荷時（Ａ）には、カソード側の入口温度を、カソードガス循環量で調節するだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に調節することができる。
【０００６】
一方、低負荷時（Ｂ）には、アノードガス３の改質器出口温度が低下し（例えば約５８４℃）、そのまま燃料電池１１に供給すると、アノード入口温度は更に低下してしまう。しかし、アノード入口温度が例えば約５５０℃以下になるとアノード側で炭素析出を起こし、発電に重大な支障を来すおそれがある。そのため、従来の燃料電池設備では、図４（Ｂ）に示すように、改質器１０と燃料電池１１の間のアノードガスラインに電気ヒータ１３と配管ヒータ１４を設置し、これによりアノードガス２の電池入口温度が適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）になるように温度調節を行っている。しかし、このため、電気ヒータ１３と配管ヒータ１４が必要になるばかりか、カソード側のみならずアノード側も別個に温度制御する必要がある問題点があった。
【０００７】
更に、図４（Ｃ）に示すように、ＯＣＶ時には、カソード側で必要な二酸化炭素量を確保するために、改質器燃焼側での空燃比を増加しなければならない（例えば低負荷の約１．７倍）。このため、改質ガス量に対して、燃焼排ガス量が過剰になり、アノードガスの改質器出口温度が高くなってしまい（例えは約６４１℃）、カソード側との温度差が大きくなり、電池に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００８】
本発明は上述した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、高負荷時のみならず、低負荷時及びＯＣＶ時にも、燃料電池のアノードガス及びカソードガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に制御できる燃料電池設備を提供することにある。また、本発明の別の目的は、電気ヒータや配管ヒータ等の加熱装置を附加することなく、かつアノード側とカソード側で別々に温度制御することなく、燃料電池のアノードガス及びカソードガスの入口温度を適正範囲に制御できる燃料電池設備を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明の発明者は、アノードガスに比べてカソードガスの流量が非常に多い（例えば約７０倍）ため、アノードガスとカソードガスを熱交換させることによりアノードガスを常にカソードガスの温度に近ずけられることに着眼した。本発明はかかる新規の知見に基づくものである。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、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、燃料電池を通過したカソードガスを燃料電池の上流側に循環させるカソード循環ラインとを備えた溶融炭酸塩型燃料電池設備において、更に、燃料電池の上流側にアノードガスとカソードガスとを熱交換させる熱交換器を備え、カソード循環ガス量の調節により、燃料電池入口のカソードガス温度を調節し、更に、前記熱交換器におけるカソードガスとアノードガスとの熱交換を介して、燃料電池入口のアノードガス温度を間接的に調節する、ことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池設備が提供される。
【００１１】
上記本発明の構成によれば、カソード循環ガス量により、燃料電池入口のカソードガス温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に調節するだけで、電気ヒータや配管ヒータ等の加熱装置を附加することなく、かつアノード側とカソード側で別々に温度制御することなく、高負荷時のみならず、低負荷時及びＯＣＶ時にも、燃料電池のアノードガス及びカソードガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に制御することができる。
【００１２】
すなわち、１００％負荷に近い高負荷時には、図４（Ａ）に示したように、カソード側の入口温度を、カソードガス循環量で調節するだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に調節することができる。この場合、アノード入口温度は、カソードガスにより冷却されて適正温度になるが、カソードガスよりはわずかに高めになる。
【００１３】
次に、低負荷時には、図４（Ｂ）に示したように、改質器出口温度が約５８０℃程度まで下がり、従来のように、電気ヒータや配管ヒータがないので、熱交換器入口温度は更に低くなる。しかし、カソードガス入口温度が適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）されており、しかもカソードガス量はアノードガス量の約７０倍の流量を有しているので、熱交換器内の熱交換により、アノードガス温度はカソードガス温度にほぼ等しい温度まで加熱される。従って、カソード側の入口温度を、適正範囲内で高め（例えば約５９０〜６００℃）に調節するだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に調節することができる。
【００１４】
更に、ＯＣＶ時には、図４（Ｃ）に示したように、改質器出口温度が約６４０℃程度まで上がり、熱交換器入口温度も６００℃以上になるが、低負荷時とは逆に、大量のカソードガスとの熱交換により、アノードガス温度はカソードガス温度にほぼ等しい温度まで冷却される。従って、この場合にも、カソード側の入口温度を、適正範囲内で低め（例えば約５８０〜５９０℃）に調節するだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に調節することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記熱交換器は、隔壁式平行流熱交換器であり、燃料電池の上流側直近に配置され、同一の格納容器内に格納される。この構成により、格納容器内で同圧に差圧制御されている容器圧力、アノードガス圧力、カソードガス圧力と同一の圧力に、熱交換器内の圧力を何らの制御装置をも追加することなく制御でき、熱交換器内のアノードガスとカソードガスの差圧が抑えられ、ガス漏れ等に対する安全性を高めることができる。
【００１６】
更に、前記熱交換器は、燃料電池と一体に形成されたガスヘッダである、ことが好ましい。この構成により、熱交換器を燃料電池に組み込むことができ、装置のコンパクト化とコストダウンを図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する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設備の構成図である。この図において、本発明の燃料電池設備２０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１１と、燃料電池１１を通過したカソードガスを燃料電池１１の上流側に循環させるカソード循環ライン１５とを備えている。また、カソード循環ライン１５には、高温ブロア１２とガスヒータ１２ａが設置されている。かかる構成は、図３に示した従来の燃料電池設備と同様である。
【００１８】
本発明の燃料電池設備２０は、更に、燃料電池１１の上流側にアノードガス２とカソードガス３とを熱交換させる熱交換器２２を備える。この熱交換器２２は、隔壁式平行流熱交換器（例えばプレートフィン熱交換器）であり、燃料電池１１の上流側直近に配置され、かつ同一の格納容器１１ａ内に格納されている。
この構成により、格納容器１１ａ内で同圧に差圧制御されている容器圧力、アノードガス圧力、カソードガス圧力と同一の圧力に、熱交換器２２内の圧力を何らの制御装置をも追加することなく制御でき、熱交換器２２内のアノードガス２とカソードガス３の差圧が抑えられ、ガス漏れ等に対する安全性を高めることができる。
【００１９】
なお、熱交換器２２を、燃料電池１１と一体に形成されたガスヘッダとし、ガスヘッダと熱交換器の機能を併用するようにしてもよい。この構成により、熱交換器を燃料電池に組み込むことができ、装置のコンパクト化とコストダウンを図ることができる。
【００２０】
上述した本発明の燃料電池設備２０は、次のように運転する。まず、高温ブロア１２の回転数制御により、カソード循環ライン１５を通るカソード循環ガス量を変化させ、これにより、燃料電池１１の入口のカソードガス温度ｔc を調節する。この制御方法は、従来の燃料電池設備と同様であるが、温度制御範囲は後述するようにわずかに厳しく行う必要がある。なお、本発明の燃料電池設備では、アノードガス温度は直接制御せず、後述するように、カソードガスとアノードガスとの熱交換により、燃料電池入口のアノードガス温度を間接的に調節する。
【００２１】
従って、本発明の燃料電池設備では、高負荷時のみならず、低負荷時及びＯＣＶ時にも、電気ヒータや配管ヒータ等の加熱装置を附加することなく、かつアノード側とカソード側で別々に温度制御することなく、燃料電池のアノードガス及びカソードガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に制御することができる。
【００２２】
図２は、本発明による燃料電池設備における各部の温度を示す図４と同様の図である。この図において、（Ａ）は高負荷時（約１００％負荷）、（Ｂ）は低負荷時（約３０％負荷）、（Ｃ）は出力回路の切断状態(OCV) を示している。
【００２３】
１００％負荷に近い高負荷時には、図４（Ａ）に示すように、カソード側の入口温度を、カソードガス循環量で調節するだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６１０℃）に調節することができる。この場合、アノード入口温度は、カソードガスにより冷却されて適正温度になるが、カソードガスよりはわずかに高めになる。
【００２４】
次に、低負荷時には、図４（Ｂ）に示すように、改質器出口温度が約５８０℃程度まで下がり、従来のように、電気ヒータや配管ヒータがないので、熱交換器入口温度は更に低くなるが、カソードガス入口温度が適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）されており、しかもカソードガス量はアノードガス量の約７０倍の流量を有しているので、熱交換器内の熱交換により、アノードガス温度はカソードガス温度にほぼ等しい温度まで加熱される。従って、カソード側の入口温度を、適正範囲内で高め（例えば約５９０〜６００℃）に調節するだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に調節することができる。
【００２５】
更に、ＯＣＶ時には、図４（Ｃ）に示すように、改質器出口温度が約６４１℃程度まで上がり、熱交換器入口温度も６００℃以上になるが、低負荷時とは逆に、大量のカソードガスとの熱交換により、アノードガス温度はカソードガス温度にほぼ等しい温度まで冷却される。従って、この場合にも、カソード側の入口温度を、適正範囲内で低め（例えば約５８０〜５９０℃）に調節するだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に調節することができる。
【００２６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２７】
【発明の効果】
上述したように、本発明の燃料電池設備は、高負荷時のみならず、低負荷時及びＯＣＶ時にも、電気ヒータや配管ヒータ等の加熱装置を附加することなく、かつアノード側とカソード側で別々に温度制御することなく、燃料電池のアノードガス及びカソードガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に制御することができる、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設備の構成図である。
【図２】本発明による燃料電池設備における各部の温度を示す図である。
【図３】従来の燃料電池設備の構成図である。
【図４】従来の燃料電池設備における各部の温度を示す図である。
【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
１０ａ改質管
１１燃料電池
１１ａ格納容器
１２高温ブロア
１２ａガスヒータ
１３電気ヒータ
１４配管ヒータ
１５カソード循環ライン
２０燃料電池設備
２２熱交換器[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a molten carbonate fuel cell, and more particularly to a fuel cell facility capable of adjusting the inlet temperature of the fuel cell.
[0002]
[Prior art]
In a power generation facility using a molten carbonate fuel cell that uses natural gas or the like as a fuel (hereinafter simply referred to as a fuel cell facility), as shown in FIG. 3, the fuel gas 1 such as natural gas is turned into an anode gas 2 containing hydrogen. A reformer 10 for reforming and a fuel cell 11 for generating electric power from the anode gas 2 and a cathode gas 3 containing oxygen are provided. The anode gas 2 produced by the reformer 10 is on the anode side of the fuel cell 11. After being supplied to A and consuming most of the fuel cell (for example, 80%), it is supplied as anode exhaust gas 4 to downstream equipment (for example, a combustion chamber of a reformer). On the other hand, in the reformer 10, the reforming pipe 10a is heated by combustion of the fuel gas to reform the fuel gas 1 passing through the reforming pipe, and the combustion exhaust gas 5 whose temperature has been lowered due to heat absorption by the reforming pipe 10a is externally generated. The cathode 6 is mixed with the air 6 supplied from the fuel and supplied to the cathode C of the fuel cell 11. Further, a part of the cathode gas (cathode exhaust gas 7) partially reacted in the fuel cell 11 is circulated to the upstream side of the fuel cell 11 by the high-temperature blower 12, and the rest is downstream equipment (for example, a turbine compressor). To be supplied. In this figure, 12a is a gas heater.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional fuel cell equipment, the reformed gas generated by the reformer 10 is introduced as it is into the anode side A of the fuel cell 11 as the anode gas 2, and the cathode side C of the fuel cell 11 is introduced into the cathode side C. Then, the combustion exhaust gas 5 of the reformer 10 mixed with the air 6 as the oxidant for the cell reaction is mixed with the high temperature cathode exhaust gas circulated in the high temperature blower 12 to adjust the temperature, and sent to the cathode side C. It has been.
[0004]
However, in the conventional fuel cell equipment described above, the cathode side inlet temperature tc can be easily adjusted by the amount of cathode gas circulated by the high-temperature blower 12, but it is difficult to adjust the anode side inlet temperature ta. there were. This will be described in detail below.
[0005]
FIG. 4 is an example of the temperature distribution of each part in a conventional fuel cell facility. (A) is at high load (about 100% load), (B) is at low load (about 30% load), and (C) is The disconnection state (Open Circuit Voltage: OCV) of the output circuit is shown.
As shown in FIG. 4A, when the load is close to 100% load, the reformer outlet temperature of the anode gas 2 is about 630 ° C., which is about 610 ° C. due to heat dissipation and flows into the fuel cell 11. To do. On the other hand, the reformer outlet temperature on the cathode side is about 524 ° C., mixed with air 6, mixed with high-temperature (about 630 ° C.) cathode exhaust gas, and flows into the fuel cell 11 at about 580 ° C. Therefore, when the load is high (A), the inlet temperature of both cathodes can be adjusted to an appropriate range (for example, about 580 to 600 ° C.) only by adjusting the cathode inlet temperature by the cathode gas circulation rate. .
[0006]
On the other hand, at the time of low load (B), the reformer outlet temperature of the anode gas 3 is lowered (for example, about 584 ° C.), and if supplied to the fuel cell 11 as it is, the anode inlet temperature is further lowered. However, if the anode inlet temperature is about 550 ° C. or less, for example, carbon deposition occurs on the anode side, which may cause a serious hindrance to power generation. Therefore, in the conventional fuel cell facility, as shown in FIG. 4B, an electric heater 13 and a pipe heater 14 are installed in the anode gas line between the reformer 10 and the fuel cell 11, thereby the anode gas 2. The temperature is adjusted so that the battery inlet temperature is within an appropriate range (for example, about 580 to 600 ° C.). However, for this reason, there is a problem that not only the electric heater 13 and the pipe heater 14 are required, but also the temperature of the anode side as well as the cathode side needs to be separately controlled.
[0007]
Further, as shown in FIG. 4C, at the time of OCV, the air-fuel ratio on the reformer combustion side must be increased in order to ensure the required amount of carbon dioxide on the cathode side (for example, about a low load of about 1.7 times). For this reason, the amount of combustion exhaust gas becomes excessive with respect to the reformed gas amount, the reformer outlet temperature of the anode gas becomes high (for example, about 641 ° C.), and the temperature difference from the cathode side becomes large, The battery may be adversely affected.
[0008]
The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide a fuel cell that can control the inlet temperature of the anode gas and cathode gas of the fuel cell to an appropriate range (for example, about 580 to 600 ° C.) not only at high load but also at low load and OCV. To provide facilities. Another object of the present invention is to add the anode gas and the cathode gas of the fuel cell without adding a heating device such as an electric heater or a pipe heater, and without separately controlling the temperature on the anode side and the cathode side. The object is to provide a fuel cell facility capable of controlling the temperature within an appropriate range.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Since the inventor of the present invention has a much higher flow rate of the cathode gas than the anode gas (for example, about 70 times), the anode gas is not always close to the temperature of the cathode gas by heat exchange between the anode gas and the cathode gas. I focused on being able to get lost. The present invention is based on such novel findings.
[0010]
That is, according to the present invention, a reformer that reforms a fuel gas into an anode gas containing hydrogen, a fuel cell that generates electricity from the anode gas and a cathode gas containing oxygen, and the cathode gas that has passed through the fuel cell as fuel. In a molten carbonate fuel cell facility equipped with a cathode circulation line that circulates upstream of the battery, a heat exchanger for exchanging heat between the anode gas and the cathode gas is further provided upstream of the fuel cell, and the cathode circulation gas by adjusting the amount, adjusting the cathode gas temperature of the fuel cell inlet, further through the heat exchange with the cathode gas and the anode gas in the heat exchanger, indirectly regulating the anode gas temperature of the fuel cell inlet, A molten carbonate fuel cell facility is provided.
[0011]
According to the configuration of the present invention, a heating device such as an electric heater or a piping heater can be added only by adjusting the cathode gas temperature at the fuel cell inlet to an appropriate range (for example, about 580 to 600 ° C.) according to the amount of cathode circulation gas. Without controlling the temperature separately on the anode side and the cathode side, the inlet temperature of the anode gas and the cathode gas of the fuel cell is set within an appropriate range (for example, not only at high load but also at low load and OCV) (for example, About 580 to 600 ° C.).
[0012]
That is, at a high load close to 100% load, as shown in FIG. 4 (A), the inlet temperature on both sides of the gas can be adjusted within an appropriate range (for example, about 580 to 600 ° C.). In this case, the anode inlet temperature is cooled by the cathode gas to an appropriate temperature, but slightly higher than the cathode gas.
[0013]
Next, at the time of low load, as shown in FIG. 4B, the reformer outlet temperature decreases to about 580 ° C., and there is no electric heater or piping heater as in the prior art. Is even lower. However, the cathode gas inlet temperature is within an appropriate range (for example, about 580 to 600 ° C.), and the cathode gas amount has a flow rate about 70 times the anode gas amount. The anode gas temperature is heated to a temperature approximately equal to the cathode gas temperature. Therefore, it is possible to adjust the inlet temperatures of both gases to an appropriate range (for example, about 580 to 600 ° C.) only by adjusting the cathode side inlet temperature within a proper range (for example, about 590 to 600 ° C.). .
[0014]
Furthermore, at the time of OCV, as shown in FIG. 4C, the reformer outlet temperature rises to about 640 ° C., and the heat exchanger inlet temperature becomes 600 ° C. or more. Due to heat exchange with a large amount of cathode gas, the anode gas temperature is cooled to a temperature approximately equal to the cathode gas temperature. Therefore, also in this case, the inlet temperature on both sides of the gas is set to an appropriate range (for example, about 580 to 600 ° C.) only by adjusting the cathode side inlet temperature to a lower value (for example, about 580 to 590 ° C.). Can be adjusted.
[0015]
According to a preferred embodiment of the present invention, the heat exchanger is a partition-type parallel flow heat exchanger, and is disposed in the immediate vicinity of the upstream side of the fuel cell and stored in the same storage container. With this configuration, the pressure in the heat exchanger is added to the same pressure as the vessel pressure, the anode gas pressure, and the cathode gas pressure that are controlled to the same pressure in the containment vessel without adding any control device. It can be controlled, the differential pressure between the anode gas and the cathode gas in the heat exchanger can be suppressed, and safety against gas leakage and the like can be improved.
[0016]
Furthermore, it is preferable that the heat exchanger is a gas header formed integrally with the fuel cell. With this configuration, the heat exchanger can be incorporated into the fuel cell, and the apparatus can be made compact and the cost can be reduced.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, common parts are denoted by the same reference numerals.
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell facility according to the present invention. In this figure, a fuel cell facility 20 of the present invention includes a reformer 10 that reforms a fuel gas 1 into an anode gas 2 containing hydrogen, and a fuel cell 11 that generates power from the anode gas 2 and a cathode gas 3 containing oxygen. And a cathode circulation line 15 for circulating the cathode gas that has passed through the fuel cell 11 to the upstream side of the fuel cell 11. The cathode circulation line 15 is provided with a high temperature blower 12 and a gas heater 12a. Such a configuration is the same as that of the conventional fuel cell facility shown in FIG.
[0018]
The fuel cell facility 20 of the present invention further includes a heat exchanger 22 that exchanges heat between the anode gas 2 and the cathode gas 3 on the upstream side of the fuel cell 11. This heat exchanger 22 is a partition-type parallel flow heat exchanger (for example, a plate fin heat exchanger), is disposed in the immediate vicinity of the upstream side of the fuel cell 11, and is stored in the same storage container 11a.
With this configuration, any control device is added to the pressure in the heat exchanger 22 to the same pressure as the container pressure, the anode gas pressure, and the cathode gas pressure that are controlled to the same pressure in the containment vessel 11a. Without being controlled, the differential pressure between the anode gas 2 and the cathode gas 3 in the heat exchanger 22 is suppressed, and the safety against gas leakage and the like can be enhanced.
[0019]
The heat exchanger 22 may be a gas header formed integrally with the fuel cell 11, and the functions of the gas header and the heat exchanger may be used in combination. With this configuration, the heat exchanger can be incorporated into the fuel cell, and the apparatus can be made compact and the cost can be reduced.
[0020]
The fuel cell equipment 20 of the present invention described above operates as follows. First, the amount of cathode circulation gas passing through the cathode circulation line 15 is changed by controlling the number of revolutions of the high-temperature blower 12, thereby adjusting the cathode gas temperature tc at the inlet of the fuel cell 11. This control method is the same as that of the conventional fuel cell equipment, but the temperature control range needs to be slightly strict as described later. In the fuel cell facility of the present invention, the anode gas temperature is not directly controlled, and the anode gas temperature at the fuel cell inlet is indirectly adjusted by heat exchange between the cathode gas and the anode gas, as will be described later.
[0021]
Therefore, in the fuel cell facility of the present invention, not only at high load, but also at low load and OCV, the heater side such as an electric heater and a pipe heater is not added, and the temperature is separately provided on the anode side and the cathode side. Without control, the inlet temperature of the anode gas and the cathode gas of the fuel cell can be controlled within an appropriate range (for example, about 580 to 600 ° C.).
[0022]
FIG. 2 is a view similar to FIG. 4 showing the temperature of each part in the fuel cell facility according to the present invention. In this figure, (A) shows a high load (about 100% load), (B) shows a low load (about 30% load), and (C) shows a disconnected state (OCV) of the output circuit.
[0023]
At a high load close to 100% load, as shown in FIG. 4A, the inlet temperature of both cathodes is adjusted to an appropriate range (for example, about 580 to 610) just by adjusting the cathode side inlet temperature with the cathode gas circulation rate. ° C). In this case, the anode inlet temperature is cooled by the cathode gas to an appropriate temperature, but slightly higher than the cathode gas.
[0024]
Next, at the time of low load, as shown in FIG. 4B, the reformer outlet temperature decreases to about 580 ° C., and there is no electric heater or piping heater as in the prior art. Although the temperature is further lowered, the cathode gas inlet temperature is within an appropriate range (for example, about 580 to 600 ° C.), and the cathode gas amount has a flow rate of about 70 times the anode gas amount. By heat exchange, the anode gas temperature is heated to a temperature approximately equal to the cathode gas temperature. Therefore, it is possible to adjust the inlet temperatures of both gases to an appropriate range (for example, about 580 to 600 ° C.) only by adjusting the cathode side inlet temperature within a proper range (for example, about 590 to 600 ° C.). .
[0025]
Further, at the OCV, as shown in FIG. 4C, the reformer outlet temperature rises to about 641 ° C. and the heat exchanger inlet temperature becomes 600 ° C. or more. The anode gas temperature is cooled to a temperature substantially equal to the cathode gas temperature by heat exchange with the cathode gas. Therefore, also in this case, the inlet temperature on both sides of the gas is set to an appropriate range (for example, about 580 to 600 ° C.) only by adjusting the cathode side inlet temperature to a lower value (for example, about 580 to 590 ° C.). Can be adjusted.
[0026]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, the fuel cell facility of the present invention is not only at high load, but also at low load and OCV, without adding a heating device such as an electric heater or a pipe heater, and at the anode side and the cathode side. There is an excellent effect that the inlet temperature of the anode gas and the cathode gas of the fuel cell can be controlled within an appropriate range (for example, about 580 to 600 ° C.) without separately controlling the temperature.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell facility according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the temperature of each part in the fuel cell facility according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional fuel cell facility.
FIG. 4 is a diagram showing the temperature of each part in a conventional fuel cell facility.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel gas 2 Anode gas 3 Cathode gas 4 Anode exhaust gas 5 Combustion exhaust gas 6 Air 7 Cathode exhaust gas 10 Reformer 10a Reformer pipe 11 Fuel cell 11a Containment vessel 12 High temperature blower 12a Gas heater 13 Electric heater 14 Piping heater 15 Cathode circulation line 20 Fuel cell facility 22 Heat exchanger

Claims

A reformer that reforms the fuel gas into an anode gas containing hydrogen, a fuel cell that generates power from the anode gas and a cathode gas containing oxygen, and a cathode that circulates the cathode gas that has passed through the fuel cell upstream of the fuel cell In molten carbonate fuel cell equipment equipped with a circulation line,
Furthermore, a heat exchanger for exchanging heat between the anode gas and the cathode gas is provided upstream of the fuel cell,
By adjusting the cathode circulating gas amount, adjusting the cathode gas temperature of the fuel cell inlet, further through the heat exchange with the cathode gas and the anode gas in the heat exchanger, the anode gas temperature of the fuel cell inlet indirectly A molten carbonate fuel cell facility characterized by adjusting.

2. The molten carbonate according to claim 1, wherein the heat exchanger is a partition-type parallel flow heat exchanger, is disposed in the immediate vicinity of the upstream side of the fuel cell, and is stored in the same containment vessel. Type fuel cell equipment.

The molten carbonate fuel cell facility according to claim 1, wherein the heat exchanger is a gas header formed integrally with a fuel cell.