JPH0426070A - 燃料電池発電装置の運転方法 - 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、天然ガス、ナフサなどの炭化水素化合物を原
燃料として水蒸気改質により水素リッチな燃料ガスを生
成し、この燃料ガスを燃料電池に供給して発電を行う燃
料電池発電装置の運転方法、特に燃料電池発電装置の停
止時における改質器系の残留ガスバージ方法に関する。

〔従来の技術〕

周知のように天然ガス、ナフサなどを原燃料とする燃料
電池発電装置では、原燃料を水蒸気改質して得た水素リ
ッチな燃料ガスを燃料電池に供給して発電する方式が一
般に採用されており、ここで原燃料の水蒸気改質に使用
する水蒸気として、燃料電池の冷却系に付設した水蒸気
分離器で発生した水蒸気を使用するようにしている。

第３図は水冷式のりん酸型燃料電池を対象とした従来に
おける燃料電池発電装置の系統図を示すものであり、図
において１は燃料電池、２は燃料改質器、３は燃料電池
スタック内に組み込まれた冷却器４．冷却水循環ポンプ
５．水蒸気分離器６で構成した燃料電池１の冷却系、７
は水蒸気分離器６から引出して燃料改質器２の入口側と
の間に配管した水蒸気供給ライン、８は水蒸気流量調節
弁、９は水蒸気分離器６に付属した水蒸気放出弁、ｌＯ
は後述するように燃料電池発電装置の停止時に改質器２
に供給する水蒸気を作る水蒸気発注ボイラ　（電熱式ボ
イラ、ないしガス燃焼式ボイラ）、１１は原燃料の供給
遮断弁、１２は燃料電池１の入口側に接続した燃料ガス
の遮断弁、１３はパージガス（窒素ガス）の供給遮断弁
、１４は燃料改質器２の出口側に接続したパージ弁（圧
力調節弁）、１５は圧力計である。

かかる構成で、燃料電池１の運転時には、水蒸気分離器
３に発生した水蒸気１６を水蒸気供給ライン７、流量調
節弁８を通して原燃料に加えて燃料改質器２に供給し、
ここで改質触媒との接触反応により原燃料を水素リッチ
な燃料ガスに水蒸気改質した上で、燃料ガスを燃料電池
１のアノードに供給して発電を行う、なお、図示では燃
料電池１に対する空気（酸化剤）の供給系は省略して描
かれてない。

一方、燃料電池１を運転停止する際には、遮断弁１１．
１２を閉じて燃料改質器２への原燃料供給並びに燃料電
池１への燃料ガス供給を停止し、さらに水蒸気分離器６
の水蒸気放出弁９を開放して槽内の水温を降温（放出弁
９の開放により槽内圧力が低下して水蒸気が発生し、そ
の蒸発潜熱により槽内貯留水が降温する）させて燃料電
池を冷停止させるとともに、燃料改質器２に対しては改
質触媒の活性保持を図るために次記のようなガスバージ
操作を行うようにしている。

すなわち、燃料電池１の停止時に水蒸気発生ボイラ１０
を運転して水蒸気１６を作り、ここで得た水蒸気を窒素
ガス（パージガス）と−緒に燃料改質器２に導入すると
ともに、パージ弁１４を開放して改質器系内の残留ガス
を系外に排出し、最終的に改質器の系内を窒素ガスで置
換する。なお、この窒素ガスによる系内残留ガスをバー
ジする際に水蒸気１６を加えるのは、水蒸気改質反応に
より系内の原燃料残留分を無くし、改質触媒層での遊１
ｌｌｌ炭素の析出を防止して触媒の活性を保持させるた
めである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、前記した従来の燃料電池停止時における燃料
改質器のガスバージ方法では、水蒸気発止の熱源として
電熱式、ガス燃焼式の水蒸気発生ボイラ１０を追加設備
しているために、設備費のコスト増加に加えてボイラで
消費するエネルギーを必要とし、これが基で燃料電池発
電装置全体での発電効率が低下する。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、燃料
電池の冷却系に設備されている水蒸気分離器を有効に活
用することにより、前記した水蒸気発生ボイラ、並びに
該ボイラでの消費エネルギー分を排除して、燃料電池の
運転停止に伴う燃料改質器系のガスバージを支障なく行
えるようにした燃料電池発電装置の運転方法を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明の運転方法において
は、燃料電池発電装置を運転停止する操作過程で燃料改
質器の系内に残留しているガスを不活性ガスでバージす
る際に、燃料電池の冷却系の水蒸気分ＲＨで発生した水
蒸気を燃料改質器に導入するものとする。

ｒ作用〕 上記のように燃料電池の運転停止繰作過程で、水蒸気分
離器内に発生した水蒸気を、そのまま系外に放出せずに
窒素ガスなどのパージガスに加えて燃料改質器へ供給す
ることで、従来のガスバージ方法と同等に改質触媒の活
性保持が図れる。

しかも、このガスバージ操作の際には燃料改質器系のパ
ージ弁を開放するので、これに伴い水蒸気分離器の槽内
蒸気圧も低下して槽内貯留水の水温も次第に降温する。

したがって、水蒸気分離器の槽内貯留水を継続的に燃料
電池との間で循環送水させることにより、改質系のガス
バージと併せて燃料電池を短時間で冷停止温度まで降温
させることができる。

〔実施例〕

第１図および第２図は、それぞれ水冷式りん酸型燃料電
池、および空冷式の熔融炭酸塩型、固体電解質型燃料電
池を対象とした本発明実施例の系統図を示すものであり
、第３図と対応する機器には同じ符号が付しである。

まず、第１図において、燃Ｆ４ｉｔ池１の運転時には、
従来と同様に燃料改質器２に原燃料、および燃料１の冷
却系３内の水蒸気分離器６で発生した水１気１６を供給
して原燃料を水蒸気改質し、ここで生成した水素リッチ
な燃料ガスを燃料電池１の燃料極に供給して発電を行う
。

一方、燃料電池発電装置の運転停止時には、遮断弁１１
．、１２を閉じて改質器２への原燃料供給、および燃料
電池ｌへの燃料ガス供給を停止した後、続いてバージ弁
１４を開いて燃料改質器２に窒素ガスを供給してガスバ
ージを行いつつ、同時に水蒸気分離器６で発生した水蒸
気１６（燃料電池１の停止後も冷却系３の継続運転によ
り燃料電池１の保有熱で水蒸気が発生する）を水蒸気供
給ライン７を通じて燃料改質器２に供給する。なお、こ
の場合に常圧型の燃料電池ではパージ弁１４を全開とし
、加圧型の場合にはパージ弁１４の弁開度を徐々に大き
くして系内圧力を下げ、水蒸気分離器６での水蒸気発生
、および燃料改質器２への水蒸気供給を支障なく行うよ
うにする。

このように燃料電池の運転停止時に、水蒸気分離器６で
発生した水蒸気をそのまま系外に放出することなく、窒
素ガス（パージガス）と−緒に燃料改質器２へ供給する
ことにより、改質器触媒の活性保持を図りつつ、併せて
水蒸気分離器６の蒸気圧疑下、したがって槽内水温の降
温を行わせ、これにより燃料電池１を短時間のうちに冷
停止させることができる。しかも、第３図で述べた従来
方式と比べて、水蒸気発生ボイラ、および該ボイラに加
えるエネルギーが不要である。

第２図は空冷式燃料電池に対する実施例であり、循環ブ
ロア１７を含む冷却ガス循環系と水蒸気分離器６を含む
冷却水循環系との間に熱交換器１８を介装し、燃料電池
１０発生熱を水蒸気分離器６に伝熱して水蒸気を発生さ
せるようにしたものであり、燃料電池の運転停止時にお
けるガスバージ操作は第１図の実施例と同様に行われる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による燃料電池発電装置の
運転方法によれば、従来のように燃料電池の冷却系に備
えた水蒸気分離器とは別個にボイラなどの水蒸気発生熱
源を追加設備することなしに、燃料電池の運転停止時に
水蒸気を加えた燃料改質器のガスバージ、並びに燃料電
池の冷停止揉作を支障なく行うことができ、これにより
追加設備、消費エネルギーの増加を排除してコストの低
減、並びに発電効率の向上化が図れる。

【図面の簡単な説明】 第１図、第２図はそれぞれ本発明の運転方法に対応した
水冷式、空冷式燃料電池発電装置の系統図、第３図は従
来における燃料電池発電装置の系統図である０図におい
て、 １：燃料電池、２：燃料改質器、３：燃料電池の冷却系
、６：水蒸気分離器、７：水蒸気供給ライン、１５：バ
ージ弁、１６：水蒸気。 値人弁理吐山口　巌 弔２凹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）燃料電池と、炭化水素化合物を原燃料として水蒸気
   との反応により水素リッチな燃料ガスを得る燃料改質器
   と、燃料電池の冷却系に設けた水蒸気分離器とを備え、
   燃料電池の運転時には水蒸気分離器で発生した水蒸気を
   原燃料に加えて燃料改質を行う燃料電池発電装置におい
   て、燃料電池発電装置を運転停止する操作過程で燃料改
   質器の系内に残留しているガスを不活性ガスでパージす
   る際に、前記水蒸気分離器で発生した水蒸気を燃料改質
   器に導入することを特徴とする燃料電池発電装置の運転
   方法。