JPH01248477A - アノード入口ガス温度制御方法 - 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、石炭ガス化燃料電池発電プラントに係り、特
に、アノード入口ガス温度を制御し、燃料電池内の異常
温度高による電解質の損失を防ぐのに好適なアノード入
口ガス温度制御方法に関する。〔従来の技術〕 従来提案されている溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電
プラントは、特公昭５８−５６２３１号公報に示される
ように１、ＬＮＧ等の改質ガスを用いたものであるが１
石炭ガス化装置と組み合わせたシステム、特に、運転制
御方法については十分な検討がなされているとは言えな
かった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、アノードに入るガス比率は各プラン
トによって異なるが、温度７００度を越える再循環ガス
（アノードから排出し圧縮器を経由して再循環配管によ
ってアノード入口に再度戻されるガス）が大半を占め、
ガス熱交換器からアノードに入る約４５０度のガスは少
量のため、アノード入口ガス温度、及び、燃料電池内の
反応温度は、昇温するのみで、アノード入口ガス温度及
び、燃料電池反応温度を制御する点について考慮がされ
ておらず、特に、異常昇温の起こりやすいアノードの反
応温度制御については、応答性が悪く、また、アノード
入口ガス温度、及び、燃料電池反応温度の異常昇温によ
って起こりうる燃料電池内の電解質、すなわち、アノー
ド内で水素と反応する炭酸イオンをカソード内から運ん
でくる媒体の損失、それに伴い燃料電池内に発生する電
流の減少に対して、十分な保護機能を満足していないと
いう問題があった。

本発明の目的は、アノード入口ガス温度、及び、燃料電
池の反応温度を測定し、測定温度によってアノード入口
に通常は蒸気を噴射し、反応温度が蒸気噴射後も高くな
る場合は水を注入する。あるいは、蒸気噴射、水注入の
組み合わせにより、アノードに入るガスの温度を制御す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ガス熱交換器からアノードにガスを導く配
管のアノード入口とアノード内に温度検出器を設け、ア
ノード入口ガス温度と燃料電池反応温度を測定し、測定
したガス温度に応じて、蒸気注入弁、あるいは、水注入
弁の開度を調整し。

ガス熱交換器からアノードへ配管によって導かれて来た
ガスに、アノード入口前で蒸気、あるいは、水を噴射さ
せ、アノードに入るガス温度を低下させ、燃料電池反応
温度の異常昇温を防止することにより、燃料電池内の電
解質損失の防止が達成される。

〔作用〕

燃料電池は、通常の電解質に炭酸リチウム、炭酸カリウ
ムなどの炭酸塩を用い、それが溶融状態になる温度、約
６００℃〜７００℃で運転する。

ガス熱交換器からのアノードへガスを導く配管のアノー
ド入口前に設けられた蒸気注入弁は、通常ガス熱交換器
から来るガスの炭素析出を防止するために開き、ガス熱
交換器から導かれるガスに蒸気を噴射する。この際、ガ
スに注入される水分量はガス熱交換器から導かれて来る
ガス量に比例しており、蒸気注入弁の開度は、ガス熱交
換器からアノードへガスを導く配管の蒸気注入弁前のガ
ス圧力によって制御される。又、アノード入口ガス温度
検出器、及び、燃料電池の反応温度検出器によって高い
温度値を得た場合は、蒸気注入弁前ガス圧力によって調
整された蒸気注入弁開度よりも開度を大きくすることに
よってガスに噴射する蒸気を増し、アノードに入るガス
温度を制御する。

さらに、温度検出器によって前述のもの以上の温度値を
得た場合は、水注入弁を開き、水をガス熱交換器から導
かれるガスに注入することによってアノードに入るガス
温度を制御する。こうして燃料電池内の燃料電池反応温
度も制御することができ、燃料電池内の電解質の損失を
防ぐことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

ガス化炉１へ供給された石炭２は、空気、または、酸素
をガス化剤３としてガス化される。ガス化されたガスは
、ガス化炉蒸気発生装置５で冷却され、ガス化炉出口蒸
気発生装置６へ送られ、さらに冷却される。ガス化炉粗
生ガスの中には、硫黄化合物、フンモニア、ダスト等の
不純物を含むため、ガス精製設備で燃料電池２２へ供給
できる条件まで精製する。ガス精製は、アンモニア水洗
塔１２．硫黄カルボンニル転換基１３．脱硫塔１４、精
密脱硫塔１５より構成され、粗生成ガス中の不純物を除
去する、 精製ガス１６は、ガス／ガス熱交換器１０により、粗生
成ガス９と熱交換、昇温され、燃料電池２２のアノード
２４へ供給される。

燃料電池２２は、燃料電池の積層体で構成され、各燃料
電池は、正極と負極とこれらの両極の間に燃料電池で反
応したガスの持つ熱量のうち電気出力として取り出すこ
とのできない熱量は、分極。

接触抵抗等の抵抗により熱に変換されるため、燃料電池
を冷却する必要がある。

溶融炭酸塩を電解質として用いる燃料電池は、反応温度
が約５５０℃〜７００℃と高いため、水で冷却する場合
は、冷却されるガスと、冷却される水との温度差が大き
く、熱応力等の問題がある。

燃料電池の冷却は、燃料電池２３．アノード２４、及び
、カソード２５へ多量のガスを流して冷却するのが一般
的である。本実施例では、燃料電池２３、カソード２５
を通過するガスにより燃料電池を冷却している。燃料電
池２３の反応温度は、カソード出口ガス３５の再循環に
より、カソード入口ガス温度３４を制御することにより
行っている。また、再循環系統は、カソード入口ガス３
４が低温となりすぎて、燃料電池２３の電解質である溶
融炭酸塩が凝固しきり、過大な熱応力が発生するのを防
いでいる。

燃料電池の反応温度は、多数に積層された燃料電池の個
々の燃料電池を各平面方向で均一に制御配置された電解
質２３と、正極の非電解質側に設けられたガス通路（正
極、及び負極ガス通路をカソード２５と呼ぶ。）と負極
の非電解質側に設けられたガス通路（負極及び負極ガス
流路をアノード２４と呼ぶ。）とを含む。

本発明では電解質に、炭酸リチウム、炭酸カリウムなど
の炭酸塩を用い、それが溶融状態になる温度、約６００
℃〜７００℃で運転する溶融炭酸塩を用いている。

アノード２４へ供給される燃料ガス２１は、カソード２
５へ供給される空気と炭酸ガスの混合ガス３４と反応す
る。カソード２５では混合ガスが電子を受取って炭酸イ
オンに成り電解質の中に入る。アノード２４では、水素
と電解質中の炭酸イオンが反応して炭酸ガス、および、
水を生成し、電子を放出する。この結果、アノードから
カソードへ電子が移動し電流が発生する。

アノード排ガス２７の一部は、アノード入口ヘリサイク
ルされ、一部は、触媒バーナ３２へ供給されることが必
要で、従来のカソードガス入口温度３５とカソード循環
ガス量による制御では、反応温度の突出が起こりやすい
、アノード内での反応温度の異常昇温に対して、本発明
では、蒸気注入弁６８が圧力検出器７２によって検出さ
れた燃料ガス圧力値に応じて開度調整し、燃料ガス２゜
の流量に比例して蒸気７０を燃料ガス２０に噴射する。

燃料ガス２０とアノード排ガス３０の合流後の燃料ガス
２１の温度を検出する温度検出器７３と、燃料電池２２
の反応温度を検出する温度検出器７４を設ける。又、蒸
気注入弁６８の横に水注入弁６９を設ける。温度検出器
７３．７４で検出された温度値が温度高にあたいする温
度の場合、蒸気注入弁６８の開度を、圧力検出器７２で
調整された開度よりも大きくシ、燃料ガス２ｏに噴射す
る蒸気量を増やすことにより燃料ガス２１の温度を下げ
る。さらに、温度値が高くなる場合は、水の注入弁６９
を開き、水７１を燃料ガス２０に噴射し、アノード２４
に入る燃料ガス２１の温度を制御する。

注入する蒸気の乾き度、あるいは、湿り度を任意に制御
することにより、温度を制御するものであるが、燃料ガ
スの温度は、４００〜４５０℃程度であり、蒸気の注入
により、２００℃まで減温しても、乾き状態にある。ま
た、さらに、アノ−トリサイフルガス３ｏと混合される
ので燃料電池アノード２４に湿りガスが供給されること
はない。

本実施例によれば燃料電池２２内の反応温度も制御でき
、温度高による電解質２３の損失防止の効果がある。

特に、従来は、カソードガスの制御により行っていた。

アノードガス温度制御を、アノードガス温度を直接制御
することができるので、より安定に、均一な反応温度の
制御が可能となる。

特に、石炭ガス化ガスを燃料とする場合は、燃料ガスの
、カソードガス流量に対する比が、ＬＮＧ等を燃料とす
る場合の１５〜２０％が約５０％程度まで増加するので
、アノードガス温度を制御することによる効果は大きい
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料電池内の電解質温度を溶融温度に
保つことができ、電解質の損失防止に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のサイクル系統図を示す。 １・・・ガス化炉、２・・・石炭、３・・・ガス化剤、
４・・・ガス化炉生成ガス、５・・・ガス化炉熱回収装
置、６゜７・・・ガス化炉出口蒸気発生装置、８，９・
・・ガス化炉生成ガス、１０・・・ガス／ガス熱交換器
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電解質に炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の炭酸塩
   を用い、それが溶融温度になる温度で運転する溶融炭酸
   塩型燃料電池を用いた発電プラントに於いて、 各燃料電池は、正極と、負極と、これらの両極の間に配
   置された前記電解質と、カソードと、前記アノードとを
   含む燃料電池の積層体と、石英を、水素及び一酸化炭素
   を含むガスにガス化するガス化炉と、前記ガス化炉で生
   成するガスを精製するガス精製設備と、前記燃料電池の
   前記カソードに圧縮空気を供給する圧縮機と、前記アノ
   ードの排ガスを燃焼し、燃焼排ガスを前記カソードに供
   給する燃焼器と、前記圧縮機と発電機とを駆動するター
   ビンと、前記タービンの排ガスと熱交換する排熱回収装
   置とからなり、前記アノードの入口及び前記アノード内
   の温度を測定し、その測定温度によつて前記アノードの
   入口に蒸気あるいは、水を注入し、前記アノードの入口
   ガス温度の制御を、ガス熱交換器から前記アノードにガ
   スを導く配管で行うことを特徴とするアノード入口ガス
   温度の制御方法。