JPH01143154A - 燃料電池発電装置 - 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に関
するものである。

［従来の技術］ 現在までに提案されている燃料電池のうち、たとえば、
溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質として溶融炭酸塩を多
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）とアノード（燃（゛」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
側に燃料カ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による発電装置では、これま
でに、燃料ガスとして、天然ガスを用いる場合、都市ガ
スを用いる場合、石炭を用いる場合等が提案されており
、天然ガスを燃料とする場合は天然ガスを改質し、都市
ガスを燃料とする場合は都市ガスを改質し、又、石炭を
燃料とする場合は石炭をガス化して精製している。

溶融炭酸塩型燃料電池の燃料として都市ガスの如き硫黄
分の入った常温のガス体を利用する溶融炭酸塩型燃料電
池発電システムとしては、第３図に示す構成のもの、が
知られている。すなわち、燃料電池１のアノード３に供
給するための都市ガスＴＧをライン４により改質器５に
導入され、ここで改質されてアノード３にライン６によ
り供給されるようにし、上記改質器５の入口側のライン
４の途中には、ガス中の硫黄分を除去するための脱硫器
としてＺｎＯ等の脱硫触媒を用いた脱硫器７が組み込ま
れていると共に、天然ガス予熱器８と９が上記脱硫器７
の上、下流側に配置され、上記アノード３から排出され
たガスは、上記天然ガス予熱器８．９の順に通過する間
に改質器５に入る都市ガスと熱交換を行った後に改質器
５の燃焼室内に導入されるようにしである。又、燃料電
池１のカソード２に酸化ガスを供給するため、空気Ａを
圧縮機１０で圧縮した後、空気予熱器１１、タービン１
２、空気予熱器１３を経てライン１４によりカソード２
に供給すると共に、一部を分岐ライン１５により改質器
５の燃焼室内に供給するようにし、上記力ンード２から
排出されたガスは、分岐されて一方は空気予熱器１１を
通ってＵ［出され、他方は空気予熱器１３、過熱器１６
、蒸発器１７を通して排出されるようにしてあり、水Ｈ
２０は蒸発器１７で蒸気になり過熱器１６で過熱されて
前記ライン４に供給し、該ライン４のガスとともに改質
器５に入るようにし、改質器５の燃焼室出口から排出さ
れた炭酸ガスを含むガスは、ライン１４を流れるガスと
ともにカソード２に供給されるようにしである。１８は
圧縮機である。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上記第３図に示す発電システムでは、改質器
５に導入する都市ガスのライン４途中にＺｎｏ等を脱硫
触媒とする脱硫器７を設け、発電装置の起動時から脱硫
器７を使用して脱硫作用を行わせた後に燃料を改質器５
へ入れるようにしであるため、 ■起動時に触媒還元のための水素が必要であるが、その
必要とする水素が改質器等で未だ発生していないので、
水素ボンベ１９を用意しておき、水素ボンベ１９から水
素をとる必要があること、 ■触媒還元という操作が入ることによって起動に時間と
手数がかかること、 等の問題が必る。

そこで、本発明は、起動時の触媒還元に必要な水素を水
素ボンベ以外からとるようにして水素ボンベを省略する
と共に、燃料電池の停止時にも、電力、水素が利用でき
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、燃料として硫黄
分の入った常温のガス体を供給し改質器で改質した後に
燃料電池のアノードに供給し、該アノードから排出され
たガスを改質器の燃焼室に導入させるようにし、又、燃
料電池のカソードには空気を供給すると共にその空気の
一部を改質器の燃焼室に導入させるようにし、上記改質
器に導入する硫黄分の入った常温のガス体のライン途中
に脱硫器が設けである燃料電池発電装置において、上記
燃料電池に、反応に水素が関与する二次電池を、互に放
電、充電ができるように電気系統を接続すると共に、上
記燃料電池のアノードと二次電池のガス系統を接続し、
且つ上記二次電池のガス系統を上記脱硫器の上流側に接
続した構成とする。

［作　　用］ 発電装置の起動時は、脱硫器の触媒還元に必要な水素を
二次電池に貯蔵されている水素でまかない、これにより
水素が不足した二次電池には、燃料電池のアノードから
排出されたガスを供給することによって水素の補給を行
わせる。

又、燃料電池の停止時は二次電池からの電力により非常
灯の点灯、制御用機器の運転を行わせることができる。

更に、二次電池の充電は燃料電池の出力により行える。

［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図は本発明の実施例を示すもので、燃料電池１の７
ノード３に、硫黄分の入った常温のガスＴＧを脱硫器７
で脱硫した１変に改質器５で改質して供給するようにす
ると共に、上記アノード３から排出されたガスを上記改
質器５にライン４により導入されるガスＴＧと熱交換さ
せた後に上記改質器５の燃焼室に導入させるようにし、
一方、燃料電池１のカソード２には、空気Ａを圧縮した
後、予熱してライン１４により供給すると共に、一部を
分岐ライン１５により改質器５の燃焼室入口に導入させ
るようにし、該改質器５の燃焼室出口から排出された炭
酸ガスを含むガスを上記ライン１４の空気とともにカソ
ード２に供給するようにしておる第３図に示した従来の
溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置において、反応に水素
が関与する二次電池２０を設置し、該二次電池２０と燃
料電池１の電気系統を接続して、燃料電池停止時等に二
次電池２０からの放電により二次電池２０の電気的利用
が図れ、且つ燃料電池運転時に該燃料電池１から二次電
池２０に電力を供給して充電ができるようにする。又、
二次電池２０に燃料電池１のアノード３から排出された
ガスの一部が供給されるよう燃料電池１のガス系統と二
次電池２０のガス系統をライン２１にて接続すると共に
、二次電池２０で蓄えた水素１」２を燃料電池１のガス
系統に供給できるようにライン２２にてライン４の脱硫
器７人［１側に接続し、燃料電池１と二次電池２０との
間で互にガスの供給ができるようにする。その他の構成
は第３図に示したものと同じであり、同一部分には同一
符号が付しである。

反応に水素が関与する二次電池の反応式は、一般に次の
ようになる。

一例として、ニッケルー水素電池の場合は、で表わされ
る。

燃料電池１と二次電池２０が電気的に接続されているの
で、電気負荷急変時等、溶融炭酸塩型燃料電池系だけで
は電力需要に対応できないようなとき、あるいは溶融炭
酸塩型燃料電池が停止しているとき、等の場合には、二
次電池２０を電気的な緩衝装置として使用するため、二
次電池２０からの放電を行わけて対処させる。このとき
、前記（１）式から二次電池系は第２−ａ図に示す如く
調整される。

次に、燃料電池１の運転時は二次電池系の充電を行わせ
ることができる。この場合は、燃料電池通常運転時に燃
料電池出力を多少高めにとり、二次電池２０の充電を行
う。このとき第２−ｂ図に示す如く二次電池系の物質の
バランスが調整される。

このように燃料電池１と二次電池２０の電気系統を接続
したことにより燃料電池１の停止時でも二次電池２０か
らの放電により非常灯の点灯、制御用機器の運転ができ
ることになり、全体のシステムとして信頼性を向上させ
ることかできる。

又、本発明では、燃料電池１と二次電池２０とのガス系
統も接続させであるため、発電装置の起動時において脱
硫器７の脱硫触媒還元のために水素を必要とする場合に
、二次電池２０で蓄えた水素Ｈ２を利用できる。すなわ
ち、従来では、起動時に触ｔＳ還元のために必要とされ
る水素を水素ボンベ１９から供給させるようにしている
ため、水素ボンベ１９を必要としていたが、本発明では
、燃料電池系で水素を必要とする場合に、二次電池系に
貯蔵されている水素を燃料電池系へ供給することができ
るので、従来の水素ボンベを省略することができる。こ
のときの二次電池系は、第２−０図のようにＨ２が減少
する。

上記起動時に触媒還元のために必要とされる水素を二次
電池系から燃料電池系へ供給させることにより二次電池
系の水素が消費された場合、そのままでは二次電池系の
水素が不足する。この不足分は燃料電池１の通常運転時
に燃料電池系から補給することができる。この場合は、
燃料電池１のアノード３から排出されるガス（以下、ア
ノードガスという）を二次電池系へライン２１により供
給しながら二次電池系から放電させることにより二次電
池系に第２−ｄ図に示す如くＢの形で水素を補給するこ
とができる。この際、燃料電池系から二次電池系へ供給
するのは純水素である必要はないし、又、純粋な水素は
通例撚′１４電池系には存在しないため、上記のように
アノードガスでよい。この場合、（１）式中の１１２は
、７ノードガス中のＨ２という意味である。

なお、上記実施例では、都市ガス改質溶融炭酸塩型燃料
電池発電装置の場合を例示したが、天然ガス改質溶融炭
酸塩型燃料電池発電装置の場合にも同様に実施できるこ
とは勿論であり、又、溶融炭酸塩型以外のものでもよい
。

［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明の燃料電池発電装置によれば、
反応に水素が関与する二次電池を燃料電池に電気系統の
みならずガス系統でも接続させだので、次の如き優れた
効果を奏し得る。

（１）　　溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の起動時に脱
硫器の触媒還元のために水素が必要となるが、この水素
として、二次電池系で貯蔵された水素を使用できるので
、従来方式における如き水素ボンベを用いることなく起
動時の触媒還元ができる。

（１１）上記（１）により二次電池系の水素が不足して
来ると、燃料電池の通常運転時に燃料電池系から二次電
池系に補給できる。

（ｉｉｉ＞　　燃料電池停止時等では二次電池からのｈ
−＆電により二次電池の電気的利用ができ、燃料電池停
止時における非常灯の点灯、制御用機器の運転ができる
ことになって全体のシステムとしての信頼性が向上する
。

劫　白金属系触媒を用いた燃焼器を備えていれば、これ
に水素を投入することにより常温でも燃焼反応を起こす
ことができるので、起動用ボイラ等暖機専用の機器が不
要となる。

【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撚（″Ａ電
池発電装置の系統構成図、第２−ａ図、第２−、ｂ図、
第２−０図及び第２−ｄ図はいずれも二次電池内の物質
の変動を示す図、第３図は従来例の系統構成図である。 １・・・燃料電池、２・・・カソード、３・・・アノー
ド、４・・・ライン、５・・・改質器、７・・・脱硫器
、２０・・・二次電池、２１．２２・・・ライン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）ガスを脱硫した後改質器で改質して燃料電池のアノ
   ードに供給するようにすると共に、アノードから排出さ
   れたガスを改質器の燃焼室に導入させるようにし、又、
   空気を圧縮した後に予熱して燃料電池のカソードに供給
   すると共に該空気の一部を改質器の燃焼室に導入するよ
   うにしてある燃料電池発電装置において、上記燃料電池
   と、反応に水素が関与する二次電池とを、二次電池を充
   電、放電できるよう電気系統で接続すると共に、上記ア
   ノードのガス給排側管系と二次電池のガス系統とを、互
   に水素が供給し合えるように接続したことを特徴とする
   燃料電池発電装置。