JPH03276574A - 燃料電池発電プラント - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、改質器バーナの燃焼排ガスを燃料電池のスタ
ック槽のパージガスとして使用した燃料電池発電プラン
トに関するもので、特に改質器バーナの燃焼排ガス系の
冷却システムに改良を施した燃料電池発電プラントに係
る。

（従来の技術） 近年実用化が進んでいる燃料電池発電システムは、水素
等の燃料の有しているエネルギーを、燃料電池内で生じ
る電気化学的反応により直接電気エネルギーに変換する
ので、上記燃料と空気等の酸化剤が燃料電池に供給され
ている限り、高い変換効率で電気エネルギーを取出すこ
とができる利点を有している。

この種の燃料電池発電システムにおいては、燃料電池用
の燃料としての水素ガスを、メタン等の炭化水素系原料
ガスを水蒸気改質して生成させるため、燃料改質系を備
えることが多い。このような燃料改質系に使用される改
質器（リフオーマ）は、内部に改質反応触媒層が設けら
れた改質反応管を備え、その内側に原料ガス及び水蒸気
の混合ガスを導入し、かつ上記改質管の外側を改質器バ
ーナで得られた高温加熱ガスを通過させることによって
上記原料ガスを水素リッチな改質ガスに改質し、さらに
−酸化炭素変成器を経由させることにより、より水素濃
度の高い改質ガスとした上で、燃料電池へ供給している
。

第２図は、このような燃料電池システムの構成例を示す
ものである。図において、燃料電池本体１は空気が導入
されるカソードと燃料が導入されるアノードが複数段交
互に積層（スタック）されたもので、密閉されたタンク
であるスタック槽２内に収納されている。この燃料電池
本体１のアノードに供給される燃料は、原燃料供給管３
から改質器４に送られ、更に図示しない一酸化炭素変成
器を介して水素リッチな燃料に改質され、その後燃料ガ
ス冷却器５によって電気化学的反応に適した温度に冷却
されて燃料電池本体１に供給される。

この燃料電池本体１を出た排ガスは、アノード排ガス管
６を介して改質器４のバーナに送られ、改質器４の加熱
燃焼用として使用される。一方、燃料電池本体１０カソ
ードには、空気導入配管７が接続され、この空気導入配
管７上に設けられたターボコンプレッサ８により、空気
が供給される。

この燃料電池本体１のカソードからの排ガス中の空気は
、冷却器１０を設けた排ガス管９を介して改質器４のバ
ーナに送られ、空気導入配管７から直接送られた空気と
共に、改質器４の燃焼用に使用される。前記改質器４の
燃焼排ガスは、その排ガス管１１を介してプラント外部
に廃棄処理されるが、その間、前記ターボコンプレッサ
８の駆動源として使用される。更に燃料電池本体１の冷
却水配管１２には、電池冷却水冷却器１３によって冷却
された冷却水が、冷却水循環ポンプ１４によって送り込
まれる。冷却水配管１２からの水蒸気を伴う冷却水は、
電池冷却管出口側配管１５を経て蒸気分離器１６に送ら
れ、ここで分離された水蒸気は改質器４に送られ、改質
器４において原燃料と接触してこれを水素リッチな燃料
に改質するために使用され、一方凝縮した水は冷却水循
環ポンプ１４により再び燃料電池本体１の冷却水配管１
２に送られ燃料電池を冷却する。

（発明が解決しようとする課題） 上記のような燃料電池発電プラントは、電力需要の変動
などの理由から一定の期間で始動停止を繰り返すことが
多いが、その場合の始動停止に要する時間の短縮は、燃
料電池発電プラントの発電効率向上の点から極めて重要
な課題となっている。

特に、燃料電池発電プラントは、その停止時と運転中と
では各機器の設定温度に大きな差があり、しかも各機器
がかなりの熱容量を持つことから、プラント構成機器の
迅速な昇温及び冷却は起動或いは停止時間の短縮に大き
く寄与することになる。

ところで、第２図のような従来の燃料電池発電プラント
において、プラントの停止時に各機器を冷却する場合、
燃料処理系は、原料供給管３に不活性ガスを導入して燃
料ガスをパージしながら、この不活性ガスを燃料ガス冷
却器５によって冷却することにより行われる。また、空
気冷却系は、燃料電池本体１からのカソード排ガス冷却
器１０により、電池冷却水系は、電池冷却水冷却器１３
によって行われる。一方、改質器バーナの排ガスは、こ
れを直接冷却するこさはできず、燃料処理系の燃料ガス
冷却器５で冷却された不活性ガスをいったん燃料電池本
体１に導入した後に改質器４に導くことで、改質器４を
冷却することにより行われていた。

しかし、前記の様に改質器バーナの排ガス系を改質器４
を介して燃料処理系で間接的に冷却することは、燃料処
理系や改質器４の冷却がある程度進まないうちは排ガス
系を冷却することができないことを意味するので、改質
器排ガス系の冷却に時間がかかる問題があった。特に、
燃料処理系に設けられた燃料ガス冷却器５は、燃料処理
系の冷却を目的としているため、その能力にも制限があ
り、これを使用して改質器バーナの排ガス系までも迅速
に冷却するには不十分であった。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するた
めに提案されたもので、その目的は、改質器バーナの排
ガス系の冷却を短時間で行うことにより、燃料電池の稼
働効率の向上を可能とじた燃料電池発電プラントを提供
することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記の目的を達成するために、本発明の燃料電池発電プ
ラントは、 改質器と燃料電池のスタック槽との間に、改質器バーナ
の排ガスを燃料電池本体を収納したスタック槽のパージ
ガスとして使用するためのパージガス供給配管を配設し
、このパージガスの供給配管にパージガスを燃料電池本
体に適した温度に冷却するパージガス冷却器を設け、 前記スタック槽には、プラント冷却時にこのノ々−ジガ
スを改質器に環流させる冷却用配管を設けたことを構成
上の特徴とするものである。

（作用） 以上のような構成を有する本発明によれば、プラント冷
却時にパージガス冷却器によって冷却された改質器バー
ナの排ガスを、スタ・ツク槽を介して再び改質器に環流
させることができるので、改質器の冷却を迅速かつ効率
良〈実施できる。特に、パージガス冷却器のほとんどの
能力を改質器排ガス系の冷却用に使用できるので、燃料
ガス冷却器によって燃料処理系と改質器バーナ排ガス系
の双方を冷却していた従来技術に比べて、冷却速度が格
段に向上する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図に基づいて具体的に説
明する。なお、第２図に示した従来技術と同一の部材は
、同一符号を付して説明を省略する。

本実施例においては、第１図に示したように、改質器バ
ーナの排ガス配管１１から分岐して、パージガス供給配
管２１が設けられ、このパージガス供給配管２１が燃料
電池本体１のスタック槽２に接続されている。このパー
ジガス供給配管２１は、改質器バーナの排ガスをスタッ
ク槽２のパージガスとして使用するものであり、その配
管２１には、排ガスを燃料電池本体電気化学的反応に適
した温度にまで冷却するパージガス冷却器２２が設けら
れている。スタック槽２からは、前記パージガスを改質
器４のバーナ部分に環流させるための冷却用配管２３が
延長され、本実施例ではこの冷却用配管２３は燃料電池
本体１から伸びるカソード排ガス管９に接続されている
。

この様な構成を有する本実施例において、通常の運転時
には、改質器バーナの燃焼排ガスは酸素を含まない不燃
性のガスとなっているので、この燃焼排ガスをパージガ
ス冷却器２２によって所定の温度に冷却した後、スタッ
ク槽２内に送り込むことにより、万一燃料電池本体１か
らスタック槽２内に燃料ガスや空気がリークしてもこれ
が除去され、スタック槽２内が不燃性雰囲気に維持され
る。この燃料電池運転中にパージガスとして使用された
燃焼排ガスは、冷却用配管２３及びこれに接続されたカ
ソード排ガス管９を通って再び改質器バーナに送られ、
その内部に含まれた燃料ガスや空気のリーク分がバーナ
の燃焼用に使用される。

一方、プラントの停止時には、改質器バーナからの排ガ
スを、パージガス供給配管２１、パージガス冷却器２２
、スタック槽２、及び冷却用配管２３を経て改質器４に
環流させることにより、パージガス冷却器２２で冷却さ
れた排ガスを改質器４及びそのバーナ排ガス配管２０に
循環させる。

その結果、改質器４及びそのバーナ排ガス系を迅速に冷
却させることができる。

（他の実施例） なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、冷却用配管２３をカソード排ガス管９を介することな
く直接改質器バーナに導入することも可能である。また
、通常の運転時には、スタック槽のパージガスを改質器
バーナに環流させることなく外部へ廃棄処理できるよう
に、スタック槽に運転時専用の排ガス管を設け、運転時
と冷却時とで排ガス管と冷却用配管とを制御弁で切換え
ても良い。

また、前記従来技術における燃料処理系の燃料ガス冷却
器５による間接的な冷却も合わせて行えば、冷却速度が
一層向上する。

［発明の効果］ 以上の実施例に示す通り、本発明によれば、運転時には
改質器バーナの燃焼排ガスをスタック槽のパージガスと
して使用すると共に、冷却時にはこのパージガス冷却器
によって冷却された排ガスを改質器に循環させるように
したので、特に改質器バーナの燃焼排ガス系専用の冷却
器を設ける必要のない単純な構成で、しかも迅速に改質
器バーナ排ガス系を冷却することが可能な燃料電池発電
プラントを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池発電プラントの一実施例を示
す配管図、第２図は従来の燃料電池発電プラントの一例
を示す配管図である。 １・・・燃料電池本体、２・・・スタック槽、３・・・
原燃料供給管、４・・・改質器、５・・・燃料ガス冷却
器、６・・・アノード排ガス管、７・・・空気導入配管
、８・・・ターボコンプレッサ、９・・・カソード排ガ
ス管、１０・・・カソード排ガス冷却器、１１・・・改
質器バーナ排ガス配管、１２・・・冷却水配管、１３・
・・電池冷却水冷却器、１４・・・冷却水循環ポンプ、
１５・・・電池冷却管出口側配管、１６・・・蒸気分離
器、２１・・・パージガス供給管、 ２２・・・パージガス冷却器、 ２３・・・ 冷却用配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スタック槽内に収納された燃料電池本体と、この
   燃料電池本体に供給する燃料ガスを改質する改質器と、
   この改質器を加熱する改質器バーナとを備えた燃料電池
   発電プラントにおいて、改質器と燃料電池のスタック槽
   との間に、改質器バーナの排ガスを燃料電池本体を収納
   したスタック槽のパージガスとして使用するためのパー
   ジガス供給配管を配設し、このパージガスの供給配管に
   パージガスを燃料電池本体に適した温度に冷却するパー
   ジガス冷却器を設け、 前記スタック槽には、プラント冷却時にこのパージガス
   を改質器に環流させる冷却用配管を設けたことを特徴と
   する燃料電池発電プラント。