JPH03254071A

JPH03254071A - 燃料電池発電装置

Info

Publication number: JPH03254071A
Application number: JP2049478A
Authority: JP
Inventors: Minoru Okumura; 実奥村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1991-11-13
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: JP3020984B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、燃料電池発電装置に係り、特に、起動、停止
時に必要とする水素ガスを、水素ボンベの代りにアルコ
ール改質器から供給するようにした構成に関するもので
ある。

（従来の技術）第３図は、水添脱硫塔を採用している燃料電池発電装置
の系統構成図である。同図において、燃料電池に使われ
る炭化水素系原料の１つである天然ガスには付臭剤とし
てイオウ化合物が添加されている。このイオウ化合物は
、ニッケル系改質触媒の触媒毒となるため、改質器２の
入口の水添脱硫塔１で除去される。すなわち、イオウ化
合物は、水添脱硫塔ｌで硫化水素に転換され、酸化亜鉛
（ＺｎＯ）で吸着除去される。この反応は、下記の通り
である。

ＣＨ，ＳＨ十Ｈ２→Ｃ１（４＋Ｈ２ＳＺｎＯ＋Ｈ２Ｓ　　−＋ＺｎＳ＋Ｈ２０上記反応式から
も明らかなように、イオウ化合物を硫化水素に転換させ
るには、Ｈ２の添加が必要である。このため、起動時（
改質開始前）には水素ボンベを集めた水素カードル３よ
り、また、改質開始後にはシフトコンバータ４によって
ＣＯが低減され、コンタクトクーラ５で水分が除去され
た改質ガスがリサイクルライン６を通って水添脱硫塔１
の入口に供給される。

一方、リン酸型燃料電池の電池セルは、単セル電圧が約
０．８Ｖを越えると、　リン酸による白金触媒の腐食速
度の増加、白金の凝集による触媒有効表面の減少等によ
って電池特性が低下する。

このため、発電状態になく電池反応が活発で電圧の上昇
が生じる約７０℃以上では、燃料電池７のアノード極８
に少量の水素を供給して電池性能を維持するパッシベー
ションが行われる。

燃料処理系の昇温か完了し、改質器２での改質が開始さ
れると、水添脱硫塔１およびアノード極８には水素リッ
チの改質ガスが供給される。また、カソード極９には酸
化ガスとなる空気が供給され、負荷運転（発電）に移行
する。発電によって燃料電池７に生じた熱は、電池冷却
水を冷却板１０に通水することによって除去され、セル
温度は一定に維持される。燃料電池７と熱交換した電池
冷却水は、蒸気分離器１１で蒸気と水に分離され、蒸気
は改質用に使われる。なお、蒸気分離器１１にはレベル
に応じて純水が供給される。

また、カソード極９や改質器バーナ１２で使われる空気
は、ターボコンプレッサ１３から供給される。

このターボコンプレッサ１３は、改質器２の排ガスと補
助バーナ１４の燃焼ガスによって駆動される。

以上説明したように、燃料電池発電装置では、起動、停
止時に脱硫およびパッシベーションのための水素が必要
となる。このため、水素供給設備が設置されており、一
般にはボンベ方式が採用されている。

この方式では、水素ボンベの取替え作業と設置のための
広い面積が必要となる。例えばＩＯＭＩＩ級リン酸型す
料電池発電装置では、この面積は約８０ｍ２にもなり、
コンパクト化の大きな障害になっている。

そこで、従来水素ボンベを省略する方法として、水素を
必要とする水添脱硫塔に代わる活性炭塔や起動時に活性
炭塔を使用し、改質開始後水添脱硫塔を使用する組合せ
方式が提案されているが、パッシベーションに必要な水
素が全く考慮されていない。また、停止時も考慮して二
次電池との組合せ方式も提案されているが、システムが
複雑となり、大容量発電装置では大幅なコスト高となる
。

（発明が解決しようとする課題）したがって、上記従来方式では、燃料電池発電装置の大
きなメリットであるコンパクト化、さらには実用化を促
進するための簡素化や低コスト化が実現できないという
欠点があった。

本発明は、以上の欠点を解消するためになされたもので
、その目的とするところは、小型アルコール改質器を設
置することによって、低コストでコンパクト化を図った
燃料電池発電装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、燃料電池のアノード極には炭化水素系原料を
脱硫後に改質して供給し、カソード極には酸化ガスを供
給するようにした燃料電池発電装置において、アルコー
ル供給系に接続されるアルコール改質器を設け、起動、
停止時にこのアルコール改質器による改質ガスをアノー
ド極に供給するようにしたものである。

（作用）燃料電池発電装置の主系統とは独立しているアルコール
改質器を運転し、起動動、停止時に脱硫およびパッシベ
ーション用水素を供給することにより、水素ボンベを省
略し、コンパクト化と低コスト化を図ることができる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。な
お、以下の説明において、第３図と同一部分には同符号
を付し、重複した説明を省略する。

第１図は、本発明の一実施例の系統構成図を示したもの
で、上記した従来例の水素ボンベからの水素に代わって
、アルコール改質器の１つであるメタノール改質器２０
からのメタノール改質ガスが、シフトコンバータ２１を
通って燃料電池７のアノード極８に供給される。メタノ
ールは、水と容易に混合できるので、メタノール水タン
ク２２から予め混合されたメタノール水が、メタノール
水ポンプ２３によって内部蒸発器を有するメタノール改
質器２０に送られ、シフトコンバータ２１で一酸化炭素
（ＣＯ）が低減される。また、メタノール水の蒸発と改
質に必要な熱は、メタノール改質器２０のバーナ２４で
天然ガスとブロア２５から供給される空気とを燃焼させ
ることによって得られる。

周知のようにメタノールは、クリーン燃料であり、硫黄
分を殆ど含まない。したがって、脱硫装置は不要である
。また、Ｃｕ　−Ｚｎ系、　Ｃｕ−Ｃｒ系触媒を用い、
２００〜３００℃のような低温で次の反応により容易に
改質できる。

ＣＨ，ＯＨ＋Ｈ２０→ＣＯ□＋３１（２通常は２〜３倍
の水を添加して改質が行われる。

以上のように構成することにより、ＩＯＭＷ級リン酸す
燃料電池発電装置において、従来の水素ボンベ供給方式
では水素ボンベの取替え作業と設置のために約８０ｍ２
を必要としていたが、本実施例では必要とされる水素量
１６０ｋｇを、約２１（直径１０００ｍｍ×高さ２５０
０ｍｍ）のメタノール水タンクと小型メタノール改質器
で供給することができ、設置スペースの大幅な縮小によ
るコンパクト化と低コスト化を実現することができる。

なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものでは
なく、燃料電池発電装置の緊急停止の場合、メタノール
改質器のバーナ燃料が遮断されても独立で運転できるよ
うにするため、第２図に示すようにメタノールタンク２
６とメタノールポンプ２７を設置し、メタノール改質器
のバーナ燃料を供給するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、起動。

停止時に液体燃料であるアルコールをアルコール改質器
で改質し、脱硫およびパッシベーション用水素を供給す
ることによって、コンパクトで低コストの燃料電池発電
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統構成図、第２図は
本発明の他の実施例を示す系統構成図、第３図は従来の
燃料電池発電装置の一例を示す系統構成図である。１・・水添脱硫塔。４．２■・・・シフトコンバータ５・・・コンタクトクーラ８・・・アノード極１３・・・ターボコンプレッサ２０・・メタノール改質器２２・・メタノール水タンク２４・・・メタノール改質器バーナ２・・・改質器７・・・燃料電池１２・・・改質器バーナ

Claims

【特許請求の範囲】

燃料電池のアノード極には炭化水素系原料を脱硫後に改
質して供給し、カソード極には酸化ガスを供給するよう
にした燃料電池発電装置において、アルコール供給系に
接続されるアルコール改質器を設け、起動、停止時にこ
のアルコール改質器による改質ガスを前記アノード極に
供給するようにしたことを特徴とする燃料電池発電装置
。