JPH01143153A - 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換させるエネルギ一部門で用いる燃料電池のう
ち、溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置において負荷急減
時に燃焼触媒層の燃焼温度を制御するための温度制御方
法に関するものである。

［従来の技術］ 現在まで提案されている溶融炭酸塩型燃料電池は、電解
質としての溶融炭酸塩を多孔質物質にしみ込ませてなる
電解質板（タイル）を、カソード（酸素極）と７ノード
（燃料極）で両面から挟み、カソード側に酸化ガスを供
給すると共にアノード側に燃料ガスを供給することによ
りカソードとアノードとの間で発生する電位差により発
電が行われるようにしたものを１セルとし、各セルをセ
パレータを介して多層に積層した構成のものとしである
。

上記溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置において、燃料と
して石炭を用いる場合は、石炭をガス化して精製してい
る。従来の石炭ガス化溶融炭酸塩型燃料電池の発電シス
テムは、第３図に概略を示す如く、石炭をガス化精製し
てなる燃料ＦＧを、燃料供給ライン４により燃料電池１
のアノード３に供給するようにすると共に、該アノード
３から排出されたガス（アノードガスと称す）をライン
５上のブロワ６により加圧して触媒燃焼器７の入口側に
導入させるようにし、一方、触媒燃焼器７内での燃焼用
として供給する空気へを、圧縮機８で圧縮した後、上記
触媒燃焼器７に導くようにし、該触媒燃焼器７を出たガ
スをカソード２に供給させるようにしである。

上記石炭ガス化溶融炭酸塩型燃料電池の発電システムで
は、供給された水素等の燃料を燃料電池１ですべて利用
することはできず、未反応の燃料がアノードガスととも
にアノード３から排出されるので、この未反応の燃料を
触媒燃焼器７で燃焼させ、発生した熱を利用するように
している。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、燃料電池には、広範囲な部分負荷運転、更に
急速な負荷応答が要求されている。

このことは、燃料電池を出たアノードガスの発熱量が広
範囲に且つ急激に変化することを意味し、的確な制御を
行わない限り、触媒燃焼器７等の燃焼温度が急変するこ
とを意味する。このような燃焼温度の急変は、触媒燃焼
器７あるいは燃焼器が改質器等と一体になっているとき
はその機器に急激な温度変化を生じさせ、その機器を破
壊させるに至るため、特別の制御が必要である。たとえ
ば、アノード３から出るアノードガスを触媒燃焼器７に
入れて燃焼させながら溶融炭酸塩型燃料電池の発電シス
テムを運転しているときに、何等の制御も行わずに急に
負荷を低下させると、濃い７ノードガスが触媒燃焼器７
に入り、これに空気が混合されるので、アノードガスの
発熱量が急に高まり、触媒燃焼器７の温度が急上昇し、
触媒燃焼器１の燃焼温度が上限値を超える。このような
温度の暴走を防ぐため、負荷を急に落す際には、そのた
めの特別な制御が必要である。

そこで、本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池発電装置にお
いて、燃料電池の負荷急減時に触媒燃焼器の燃焼温度を
制御して機器の破損等の事故を未然に防止できるように
しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、溶融炭酸塩型燃
料電池のアノードから排出されたアノードガスを触媒燃
焼器に導くと共に、上記燃料電池のカソードに供給する
空気を上記触媒燃焼器に導き、該触媒燃焼器にて未反応
の燃料を燃焼させた後、触媒燃焼器を出たガスを上記カ
ソードに供給するようにしである溶融炭酸塩型燃料電池
発電装置において、上記アノードと触媒燃焼器とを接続
するラインを流れるアノードガス−流量を調整する流量
調整装置を設け、該流量調整装置でアノードガスの流量
を、触媒燃焼器入口ガスの温度が変化しない値まで絞っ
て調整し、次いで、アノードへ供給される燃利供給聞を
配管遅れ時間を考慮して所定時間後に絞ると共に燃料電
池出力を落すようにして、配管遅れ時間経過後に触媒燃
焼器の燃焼温度を成る範囲内に収めるようにする。

［作　　用］ 溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置で通常運転を行ってい
るときに負荷の急減があると、燃料電池のアノードから
出て触媒燃焼器に供給されるアノードガスは濃いガスと
なって触媒燃焼器に供給され、ここで空気と混合させら
れることにより発熱量が急に高くなるが、負荷急減の信
号が入力されると、触媒燃焼器入口ガスの発熱量が負荷
急減前と変らないようなアノードガス流量を締出し、こ
の値までアノードガス供給量を絞り、更に、アノードへ
の燃料供給量を絞り、燃料電池出力を落す。この際、負
荷がＯＦＦのときは燃料電池出力をＯＦＦにする。これ
により触媒燃焼器の燃焼温度を急上昇させることなく、
成る範囲に収めることができる。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の方法を実施するための装置を示すもの
で、第３図に示した従来方式と同様に、燃料ＦＧを溶融
炭酸塩型燃料電池１のアノード３に燃料供給ライン４に
より供給できるようにすると共に、アノード３から排出
された未反応の燃＄１を合むアノードガスをアノードガ
ス供給ライン５上のブロワ６により加圧して触媒燃焼器
７に供給するようにし、一方、空気へを圧縮機８で圧縮
した後、触媒燃焼器７に導入し、該触媒燃焼器７でアノ
ードガスと空気とを混合させて燃焼させるようにし、触
媒燃焼器７の出口から排出されたガスをカソード２へ供
給するようにしである構成において、上記７ノードガス
供給ライン５の途中に、アノードガスの流量を調整する
流量調整弁９を設け、且つ負荷信号ａに応じて触媒燃焼
器７の入口ガスの発熱量を一定に制御するためのアノー
ドガス供給量を算出する制御器１０を設け、該１１［御
器１０で演痒された値にアノードガス流量を調整するよ
うに、上記制御器１０と流量調整弁９とを電気的に接続
す　・る。又、燃料供給ライン４の途中に設けた流量調
整弁１１によりアノード３への燃料供給量を調整し、触
媒燃焼器７への燃焼用空気の供給量を流量調整弁１２に
より調整できるようにする。

なお、触媒燃焼器７での燃焼温度のコン１へロールの仕
方としては、空気の供給量を増す方法と燃料の供給量を
減らす方法があるが、前者は機器の容量等により制約さ
れるため、本発明では後者を採用する。

溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の通常運転状態において
、負荷急減があり、その信号ａか制御器１０に入ると、
該制御器１０からの信号によりアノードガス供給ライン
５の流量調整弁９かコントロールされる。

今、負荷急減の代表例として、負荷０ＦＦ（燃料電池出
力を零にする）の場合について示すと、かかる負荷ＯＦ
Ｆの信号又はインターロック信号を制御器１０か受ける
と、負荷ＯＦＦにしても触媒燃焼器７人口ガスの発熱け
がそれまでと変らないようなアノードガス流量を制御器
１０で算出する。この場合、制御器１０では、アノード
ガス供給ライン５のアノードガス流量が下のときの触媒
燃焼器７人口ガスの発熱量をＱ、燃料利用率をｕｆとす
ると、負荷急減前と負荷急減後のガスの発熱量は Ｑ＋　”Ｆ＋　　（１−ｕｆ） ２０ｃＦ２ Ｑ、　＝０２　にすれば、燃焼温度は大体コントロール
できるので、 Ｆ２　＝Ｆ、　　（１−ｕ［） の演算が行われ、アノードガス流ｆｆｉ　Ｆ　２を算出
する。この締出結果に基づき、制御器１０により流量調
整弁９を絞り、アノード３から触媒燃焼器７へ供給され
る７ノードガス供給量を、第２図（１′）に示す如りＦ
、から上記粋出された流＠Ｆ　２の値まで絞る。

次に、燃料供給ライン４の流量調整弁１１からアノード
３まての長さ、体積、燃料供給量、流速等から、上記流
量調整弁１１からアノード３までの燃料の到達時間を判
断し、この時間を配管遅れ時間（ｔ、）とみて、第２図
（２）に示す如く燃料供給ライン４の流量調整弁１１を
調整して燃料電池１のアノード３へ供給される燃料の流
量を絞り、燃料電池１の出力【よＯＦＦにする（第２図
（／９）。

以上の制御により触媒燃焼器７のガスの発熱量の急上昇
が抑えられて、燃焼温度は、第２図←）に示す如く配管
遅れ時間（ｔ２）経過後に成る範囲内に収められ、触媒
燃焼器７を破損させるようなことなく安全に運転できる
ことになる。

なお、本発明は図示した実施例に限定されるものではな
く、たとえば、アノードガス供給量を絞る手段は図示以
外のものによってもよいこと、又、負荷が急減状態から
元に戻るときは７ノードカス供給量をＦ２からＦｌ　に
戻し、それに伴い燃料供給量も増大させることは勿論で
ある。

［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明によれば、溶融炭酸塩型燃料電
池発電装置の通常運転時に負荷急減が生じた場合に、触
媒燃焼器入口ガスの発熱量が急上昇して来ることを抑え
るために、負荷急減時でも触媒燃焼器入口ガスの発熱量
が変化しないようなアノードガス流星を惇出し、この値
までアノードガス供給量を絞り、且つアノードへの燃料
供給吊の減少、燃料電池出力の低下もしくはＯＦＦを行
わせるので、触媒燃焼器の燃焼温度を異常に上昇させる
ことなく成る範囲内に収めることができて、機器の破損
、触媒の破損等のおそれを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す溶融炭酸塩型燃料電池発
電装置の概略図、第２図は負荷急減時の制御のタイムチ
ャート、第３図は溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の一例
の概略を示す系統構成図である。 １・・・燃料電池、２・・・カソード、３・・・アノー
ド、４・・・燃料供給ライン、５・・・７ノードガス供
給ライン、７・・・触媒燃焼器、９・・・流量調整弁、
１０・・・制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）溶融炭酸塩型燃料電池のアノードに燃料を供給し、
   該アノードから排出されたアノードガスを触媒燃焼器入
   口に供給すると共に燃焼用空気を触媒燃焼器入口に供給
   し、該触媒燃焼器出口から排出されたガスを上記燃料電
   池のカソードに供給するようにした溶融炭酸塩型燃料電
   池発電装置における負荷急減時に、上記触媒燃焼器入口
   ガスの発熱量が変化しないようなアノードガス流量を算
   出して、この値までアノードガス供給量を絞り、アノー
   ドへの燃料供給量も減少し、且つ燃料電池出力を負荷に
   応じて落して、触媒燃焼器の燃焼温度を調節することを
   特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の温度制御方
   法。