JPH04355060A - Fused carbonate fuel cell generating device - Google Patents

Fused carbonate fuel cell generating device

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JPH04355060A
JPH04355060A JP3156181A JP15618191A JPH04355060A JP H04355060 A JPH04355060 A JP H04355060A JP 3156181 A JP3156181 A JP 3156181A JP 15618191 A JP15618191 A JP 15618191A JP H04355060 A JPH04355060 A JP H04355060A
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fuel cell
gas
cathode
container
outlet gas
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Kokichi Uematsu
宏吉 上松
Kazunori Kobayashi
和典 小林
Satoshi Hatori
聡 羽鳥
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PURPOSE:To facilitate change operation by eliminating a differential pressure adjusting valve for controlling a differential pressure between a fuel call vessel and a fuel cell. CONSTITUTION:A fuel cell I is stored in a vessel 4. After an unconverted component in anode outlet gas in the fuel cell I is burned by oxygen in cathode outlet gas, the gas is cooled through a heat exchanger to decrease a temperature, boosted by a low temperature recycle blower 31 to join with air A and supplied to a cathode 2. Gas of low temperature, boosted by this blower 31, is partly supplied into the vessel 4 of the fuel cell I so as to balance a pressure of the vessel 4 with a pressure of the cathode 2.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【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ー部門
で用いる燃料電池のうち、特に、溶融炭酸塩型燃料電池
の発電装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to fuel cells used in the energy sector for directly converting the chemical energy of fuel into electrical energy, and particularly to a power generation device using a molten carbonate fuel cell.

【0002】0002

【従来の技術】従来の溶融炭酸塩型燃料電池のうち、た
とえば、天然ガス改質溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発
電装置は、図3に概略を示す如く、電解質板1をカソー
ド2とアノード3の両電極で挟んでなるセルをセパレー
タを介し積層してスタックとした構成の燃料電池Iを容
器4内に収納し、上記カソード2には、過給機5のター
ビン6によりタービン軸7を介して回転させられる圧縮
機8で圧縮した空気Aを、空気供給ライン9を通して供
給するようにし、カソード2から排出されたカソード出
口ガスは、カソード出口ガスライン11を通して触媒燃
焼器12に導入するようにすると共に、一部のカソード
出口ガスを、カソード出口ガスライン11より分岐させ
たリサイクルライン13より高温リサイクルブロワ14
で昇圧してカソード入口側の空気供給ライン9にリサイ
クルさせるようにし、更に一部のカソード出口ガスを、
カソード出口ガスライン11より分岐させた分岐ライン
15を通して燃焼器16に導入させるようにしてある。 該燃焼室16には、燃料供給ライン17と上記空気供給
ライン9から分岐させた空気分岐ライン18が接続され
ており、カソード2へ供給される空気の一部と燃料とカ
ソード出口ガスとで燃焼したガスを、過給機5のタービ
ン6に導いて、タービン6を駆動させるようにしてあり
、該タービン6から排出されたガスは、排ガスライン1
9より蒸気過熱器20、蒸気発生器21を経て排出され
るようにしてある。一方、改質原料ガスとしての天然ガ
スNGは、図示しない脱硫器で脱硫された後、天然ガス
供給ライン22より天然ガス予熱器23を経て改質器2
4の改質室24aに供給され、該改質室24aで改質さ
れた改質ガスは、燃料ガス供給ライン25を通り上記天
然ガス予熱器23を経てアノード3へ供給されるように
し、該アノード3から排出されたアノード出口ガスは、
アノード出口ガスライン26上の熱交換器26a、ガス
冷却器28、気液分離器29、ブロワ26b、上記熱交
換器26aを経て触媒燃焼器12に導入し、アノード出
口ガス中の未反応分(可燃成分)(H2 、CO、CH
4 等)をカソード出口ガス中の酸素で燃焼させた後、
該触媒燃焼器12からの排ガスを改質器24の燃焼室2
4bに供給し、更に、排ガスライン27より空気供給ラ
イン9の途中に合流させられるようにしてある。又、図
示しない給水ポンプで加圧されて上記蒸気発生器21へ
導かれた水は、ここで蒸発させられて水蒸気となり、こ
の水蒸気は蒸気過熱器20で過熱された後、水蒸気ライ
ン32より天然ガス供給ライン22に導くようにしてあ
る。
2. Description of the Related Art Among conventional molten carbonate fuel cells, for example, a power generation device using a natural gas reformed molten carbonate fuel cell has an electrolyte plate 1 as a cathode 2 as schematically shown in FIG. A fuel cell I having a structure in which cells sandwiched between both electrodes of an anode 3 are laminated via a separator to form a stack is housed in a container 4, and the cathode 2 is connected to a turbine shaft 7 by a turbine 6 of a supercharger 5. Air A compressed by a compressor 8 rotated through the air supply line 9 is supplied through an air supply line 9, and cathode outlet gas discharged from the cathode 2 is introduced into a catalytic combustor 12 through a cathode outlet gas line 11. At the same time, a part of the cathode outlet gas is transferred to a high temperature recycle blower 14 from a recycle line 13 branched from the cathode outlet gas line 11.
The pressure is increased by the air supply line 9 on the cathode inlet side, and some of the cathode outlet gas is recycled to the air supply line 9 on the cathode inlet side.
The gas is introduced into the combustor 16 through a branch line 15 branched from the cathode outlet gas line 11. A fuel supply line 17 and an air branch line 18 branched from the air supply line 9 are connected to the combustion chamber 16, and part of the air supplied to the cathode 2, fuel, and cathode outlet gas are combusted. The gas discharged from the turbine 6 is guided to a turbine 6 of the supercharger 5 to drive the turbine 6, and the gas discharged from the turbine 6 is passed through an exhaust gas line 1.
9, the steam is discharged through a steam superheater 20 and a steam generator 21. On the other hand, natural gas NG as a raw material gas for reforming is desulfurized by a desulfurizer (not shown) and then passed through a natural gas preheater 23 from a natural gas supply line 22 to a reformer 2.
The reformed gas that is supplied to the reforming chamber 24a of No. 4 and reformed in the reforming chamber 24a is supplied to the anode 3 through the fuel gas supply line 25, the natural gas preheater 23, and the anode 3. The anode outlet gas discharged from the anode 3 is
The unreacted portion ( combustible components) (H2, CO, CH
4, etc.) with oxygen in the cathode outlet gas,
The exhaust gas from the catalytic combustor 12 is transferred to the combustion chamber 2 of the reformer 24.
4b, and is further connected to the air supply line 9 from the exhaust gas line 27. In addition, water that is pressurized by a water supply pump (not shown) and led to the steam generator 21 is evaporated here and becomes steam, and this steam is superheated in the steam superheater 20 and then released from the steam line 32 into natural water. It is designed to lead to the gas supply line 22.

【0003】かかる溶融炭酸塩型燃料電池発電装置にお
いては、容器4と燃料電池I間の差圧、及び燃料電池I
のカソード2とアノード3間の差圧を制御することが必
要であるが、従来は、カソード出口ガスライン11とア
ノード出口ガスライン26の各途中に差圧調節弁33と
34を設け、容器4と空気供給ライン9との間に備えた
差圧コントローラ35により上記差圧調節弁33を調節
して容器4とカソード2間の差圧を制御するようにし、
又、カソード出口ガスライン11とアノード出口ガスラ
イン26との間に備えた差圧コントローラ36により上
記差圧調節弁34を調節してカソード2とアノード3間
の差圧を制御するようにしており、又、容器4内の圧力
コントロールを行わせるため、容器4にN2 供給ライ
ン37と排気ライン38とを接続し、両ライン37と3
8に各々設けた流量調節弁39と40を圧力コントロー
ラ41により調節するようにしてある。
In such a molten carbonate fuel cell power generation device, the pressure difference between the container 4 and the fuel cell I, and the
It is necessary to control the differential pressure between the cathode 2 and the anode 3. Conventionally, differential pressure control valves 33 and 34 are provided midway between the cathode outlet gas line 11 and the anode outlet gas line 26, and the pressure difference between the container 4 and the anode 3 is controlled. A differential pressure controller 35 provided between the container 4 and the air supply line 9 adjusts the differential pressure regulating valve 33 to control the differential pressure between the container 4 and the cathode 2,
Further, the differential pressure control valve 34 is adjusted by a differential pressure controller 36 provided between the cathode outlet gas line 11 and the anode outlet gas line 26 to control the differential pressure between the cathode 2 and the anode 3. In addition, in order to control the pressure inside the container 4, the N2 supply line 37 and the exhaust line 38 are connected to the container 4, and both lines 37 and 3 are connected to the container 4.
Flow control valves 39 and 40 provided at 8 are controlled by a pressure controller 41.

【0004】42は空気流量コントローラ、43は蒸気
流量コントローラ、44は燃料(天然ガス)流量コント
ローラ、45は燃料電池Iの出力に応じた空気流量、蒸
気流量、燃料流量を各々のコントローラ42、43、4
4に指示するマスターコントローラである。
Reference numeral 42 indicates an air flow rate controller, 43 indicates a steam flow rate controller, 44 indicates a fuel (natural gas) flow rate controller, and 45 indicates an air flow rate, a steam flow rate, and a fuel flow rate according to the output of the fuel cell I, respectively. ,4
This is the master controller that instructs the controller.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
溶融炭酸塩型燃料電池発電装置では、容器4とカソード
2間の差圧及びカソード2とアノード3間の差圧を制御
するために2つの差圧調節弁33と34が必要であるが
、カソード2、アノード3の出口はともに高温であるた
め上記差圧調節弁は高価なものになるばかりでなく、特
に、カソード2側はガス流量が多いため、配管口径が大
きく、制御の応答性も悪く、又、配置上もかなりのスペ
ースを必要とする、等の問題がある。又、変圧運転の場
合、燃料電池Iの容器4内の圧力は、燃料電池Iの部分
負荷運転の圧力変動に応じて変える必要があり、特に、
低負荷運転時では、燃料電池Iから排出されるガス流量
が低下することに伴いタービン6へ入るガス流量が減っ
てタービン出力が低下し、これにより圧縮機8による空
気の昇圧能力も落ちてカソード2へ入る空気の圧力が低
くなり、カソード出口ガスの圧力も低くなるので、容器
4内の圧力を下げるためのコントロールが必要となるが
、この場合は容器4内のN2 を抜いて圧力コントロー
ルをしており、又、高負荷時は燃料電池Iの出力も高く
なるので、容器4内の圧力を高くするためにN2 を注
入するようにしているため、容器4内の圧力保持のため
のN2 が不可欠であると共に、容器4内の圧力を下げ
るときは、電池の放熱により温度の高くなったN2 ガ
スを容器外へ捨てているので無駄が多い、等の問題があ
る。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-mentioned conventional molten carbonate fuel cell power generation device, two Differential pressure regulating valves 33 and 34 are required, but since both the outlets of the cathode 2 and anode 3 are at high temperatures, the differential pressure regulating valves are not only expensive, but also the gas flow rate is particularly low on the cathode 2 side. Because of the large number of pipes, there are problems such as large pipe diameters, poor control response, and a considerable amount of space required for arrangement. In addition, in the case of variable pressure operation, the pressure inside the container 4 of the fuel cell I needs to be changed according to pressure fluctuations during partial load operation of the fuel cell I, and in particular,
During low-load operation, as the gas flow rate discharged from the fuel cell I decreases, the gas flow rate entering the turbine 6 decreases, resulting in a decrease in turbine output, which also decreases the ability of the compressor 8 to pressurize air, reducing the air pressure to the cathode. The pressure of the air entering the container 4 becomes lower, and the pressure of the cathode outlet gas also becomes lower, so control is required to lower the pressure in the container 4. In this case, the pressure can be controlled by removing the N2 in the container 4. Also, when the load is high, the output of the fuel cell I increases, so N2 is injected to increase the pressure inside the container 4. In addition, when lowering the pressure inside the container 4, there is a problem that there is a lot of waste because the N2 gas, which has become hot due to heat radiation from the battery, is thrown out of the container.

【0006】そこで、本発明は、従来の溶融炭酸塩型燃
料電池発電装置で用いている差圧調節弁を不要にして燃
料電池と容器間の差圧がコントロールされるようにし、
又、燃料電池の容器内の圧力を保持するためのN2 を
不要にでき、且つ該容器内の燃料電池の放熱を回収でき
るような溶融炭酸塩型燃料電池発電装置を提供しようと
するものである。
Therefore, the present invention eliminates the need for the differential pressure regulating valve used in conventional molten carbonate fuel cell power generation devices, and controls the differential pressure between the fuel cell and the container.
Another object of the present invention is to provide a molten carbonate fuel cell power generation device that can eliminate the need for N2 to maintain the pressure inside the fuel cell container and can recover the heat released by the fuel cell inside the container. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、電解質板をカソードとアノードの両電極
で挟んでなるセルがセパレータを介し積層してある燃料
電池を容器内に収納し、該燃料電池のカソードから排出
されたカソード出口ガスとアノードから排出されたアノ
ード出口ガスを触媒燃焼器へ導入して、アノード出口ガ
ス中の未反応分を燃焼した後、熱交換器を経て冷却、除
湿し、低温ガスを低温リサイクルブロワで昇圧して空気
とともに上記カソードへ供給するようにした構成を有す
る溶融炭酸塩型燃料電池発電装置において、上記低温リ
サイクルブロワの吐出側のリサイクルライン上にチェッ
ク弁を設けると共に、該チェック弁と低温リサイクルブ
ロワとの間でリサイクルラインに低温ガス分岐ラインを
接続し、且つ該低温ガス分岐ラインの他端を上記燃料電
池の容器に接続し、カソードへリサイクルされる低温ガ
スの一部を容器に供給できるようにする。又、上記燃料
電池のカソードから排出されたカソード出口ガスの一部
を高温リサイクルブロワで昇圧して上記カソードへ供給
するようにして、該高温リサイクルブロワの吸入側と上
記燃料電池の容器との間を、容器内のガスを排出する排
気ラインで接続し、且つ該排気ラインの上流側にチェッ
ク弁を設けると共に、下流側に流量調節弁を設け、該流
量調節弁を上記排気ライン上の温度コントローラにより
調節できるようにしてなる構成とする。更に、上記排気
ラインのチェック弁と流量調節弁との間に、方向切換弁
を介して排気分岐ラインを接続し、且つ該排気分岐ライ
ンの他端を触媒燃焼器に接続し、更に、燃料電池の容器
又は排気ライン上に設けた可燃性ガス検知スイッチによ
り上記方向切換弁が切り換えられるようにした構成とし
てもよい。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a fuel cell in which a cell in which an electrolyte plate is sandwiched between cathode and anode electrodes is stacked with a separator in between, and is housed in a container. Then, the cathode outlet gas discharged from the cathode of the fuel cell and the anode outlet gas discharged from the anode are introduced into a catalytic combustor to burn unreacted components in the anode outlet gas, and then passed through a heat exchanger. In a molten carbonate fuel cell power generation device having a configuration in which the low-temperature gas is cooled, dehumidified, pressurized by a low-temperature recycle blower, and supplied to the cathode together with air, a recycle line on the discharge side of the low-temperature recycle blower is provided. A check valve is provided, and a low-temperature gas branch line is connected to the recycle line between the check valve and the low-temperature recycling blower, and the other end of the low-temperature gas branch line is connected to the container of the fuel cell to recycle to the cathode. A portion of the low-temperature gas to be supplied to the container can be supplied to the container. Further, a part of the cathode outlet gas discharged from the cathode of the fuel cell is pressurized by a high-temperature recycle blower and supplied to the cathode, so that a part of the cathode outlet gas discharged from the cathode of the fuel cell is provided between the suction side of the high-temperature recycle blower and the container of the fuel cell. are connected by an exhaust line for discharging the gas in the container, and a check valve is provided on the upstream side of the exhaust line, and a flow rate adjustment valve is provided on the downstream side, and the flow rate adjustment valve is connected to a temperature controller on the exhaust line. The configuration is such that it can be adjusted by. Furthermore, an exhaust branch line is connected between the check valve and the flow control valve of the exhaust line via a directional valve, and the other end of the exhaust branch line is connected to a catalytic combustor, and further, the exhaust branch line is connected to a catalytic combustor. The directional control valve may be configured to be switched by a combustible gas detection switch provided on the container or exhaust line.

【0008】[0008]

【作用】低温リサイクルブロワで昇圧されてカソードへ
供給される低温ガスの一部を燃料電池の容器内に供給で
きるようにすると、負荷の変動に応じて変動するシステ
ムのガス圧力が容器内に作用することになるので、カソ
ードの圧力と容器内の圧力を常にバランスさせることが
でき、変圧運転ができ、又、この方式により容器内の圧
力保持用としてのN2 が不要になる。又、容器内のガ
スを排気ラインより高温リサイクルブロワの吸入側に導
き、該高温リサイクルブロワでカソード出口ガスととも
に昇圧してカソードに供給するようにすると、燃料電池
の放熱をガスで回収してカソードへ戻すことができ、外
部へ熱が逃げるのを少なくすることができる。更に、容
器内からの排気を触媒燃焼器へ導くようにすれば、可燃
性ガスが燃料電池からリークしているとき、この可燃性
ガスを燃焼させることが可能となる。
[Effect] By making it possible to supply a portion of the low-temperature gas that is pressurized by the low-temperature recycle blower and supplied to the cathode into the fuel cell container, the gas pressure of the system, which fluctuates in response to load fluctuations, acts on the inside of the container. Therefore, the cathode pressure and the pressure inside the container can always be balanced, and variable pressure operation can be performed, and this method eliminates the need for N2 for maintaining the pressure inside the container. In addition, if the gas in the container is led from the exhaust line to the suction side of a high-temperature recycle blower, and the high-temperature recycle blower increases the pressure together with the cathode outlet gas and supplies it to the cathode, the heat radiated from the fuel cell is recovered by the gas and the gas is transferred to the cathode. It is possible to reduce heat escaping to the outside. Furthermore, by guiding the exhaust gas from inside the container to the catalytic combustor, when flammable gas leaks from the fuel cell, it becomes possible to combust the flammable gas.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0010】図1は本発明の一実施例を示すもので、燃
料電池Iのカソード2からのカソード出口ガスとアノー
ド3からのアノード出口ガスを触媒燃焼器12に導き、
アノード出口ガス中の未反応分(可燃成分)をカソード
出口ガス中の酸素で燃焼させた後、そのガスを改質器2
4の燃焼室24b、空気予熱器10、ガス冷却器28を
経て冷却し、気液分離器29で水分を除去したガスを低
温リサイクルブロワ31で昇圧し、低温ガスを空気と合
流させてカソード2へ供給するようにしてある構成にお
いて、低温ガスをカソード2へリサイクルさせるリサイ
クルライン30の途中に設けてあるチェック弁46と低
温リサイクルブロワ31との間に低温ガス分岐ライン4
7を接続し、該低温ガス分岐ライン47の他端を燃料電
池Iの容器4に接続し、カソード2へ供給される低温リ
サイクルガスの一部を容器4内へ直接供給するようにし
て、容器4とカソード2の圧力がバランスするようにし
、従来の差圧コントローラ35により差圧調節弁33を
コントロールする機構を省略できるようにし、且つ容器
4内の圧力保持用のN2 供給ライン38を省略できる
ようにする。48はバルブである。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which a cathode outlet gas from a cathode 2 and an anode outlet gas from an anode 3 of a fuel cell I are introduced into a catalytic combustor 12.
After burning the unreacted content (combustible components) in the anode outlet gas with oxygen in the cathode outlet gas, the gas is transferred to the reformer 2.
The gas, which has been cooled through the combustion chamber 24b of No. 4, the air preheater 10, and the gas cooler 28, and from which moisture has been removed by the gas-liquid separator 29, is pressurized by the low-temperature recycle blower 31, and the low-temperature gas is combined with the air to form the cathode 2. In a configuration configured to supply low-temperature gas to the cathode 2, a low-temperature gas branch line 4 is provided between a check valve 46 provided in the middle of a recycle line 30 that recycles low-temperature gas to the cathode 2, and a low-temperature recycle blower 31.
7 and the other end of the low-temperature gas branch line 47 is connected to the container 4 of the fuel cell I, so that a part of the low-temperature recycle gas supplied to the cathode 2 is directly supplied into the container 4, and the other end of the low-temperature gas branch line 47 is connected to the container 4. 4 and the cathode 2 are balanced, the conventional mechanism for controlling the differential pressure regulating valve 33 by the differential pressure controller 35 can be omitted, and the N2 supply line 38 for maintaining the pressure inside the container 4 can be omitted. do it like this. 48 is a valve.

【0011】又、図3において容器4に接続してある排
気ライン38に代えて、容器4と高温リサイクルブロワ
14の吸入側とを結ぶ排気ライン49を設け、該排気ラ
イン49の上流側にチェック弁50を、又、下流側に流
量調節弁51をそれぞれ設け、且つ排気ライン49上の
上記チェック弁50と流量調節弁51との間に、排気温
度を検出する温度コントローラ52を設置し、容器4か
ら排出されるガスの温度が設定値以上であるときにその
ガスを高温リサイクルブロワ14の吸入側に送るよう流
量調節弁51を温度コントローラ52で調節できるよう
にする。
In addition, in place of the exhaust line 38 connected to the container 4 in FIG. 3, an exhaust line 49 connecting the container 4 and the suction side of the high-temperature recycle blower 14 is provided, and a check valve is provided on the upstream side of the exhaust line 49. A valve 50 and a flow rate control valve 51 are provided on the downstream side, and a temperature controller 52 for detecting the exhaust temperature is installed between the check valve 50 and the flow rate control valve 51 on the exhaust line 49. A flow control valve 51 can be adjusted by a temperature controller 52 so that when the temperature of the gas discharged from the blower 4 is higher than a set value, the gas is sent to the suction side of a high temperature recycle blower 14.

【0012】燃料電池Iの容器4内の圧力は、燃料電池
Iの圧力変動に応じて変える必要があるが、本発明では
、容器4内の圧力をカソード2の圧力に自動的にバラン
スできる。すなわち、燃料電池Iの圧力が低下すると、
カソード出口ガスの圧力が低下する。燃焼器16を燃焼
させないでカソード出口ガスの一部を過給機5のタービ
ン6へ入れると、タービン6の出力が低下するので、圧
縮機8で必要な圧力まで空気を圧縮できないことになり
、系内のガス圧力が低下する。この低下したガスが低温
ガス分岐ライン47より容器4内に入るので、容器4内
の圧力が自動的に下げられ、変圧運転させられることに
なる。一方、燃料電池Iの出力が高いときは、系内の圧
力は高圧で運転されるので、低温ガス分岐ライン47か
ら容器4内に入る高圧のガスにより容器4内は自動的に
高圧で運転することができる。これにより従来、容器4
内の圧力とカソード2の圧力をバランスさせるために設
けていた差圧調節弁33や、容器4内の圧力保持用とし
てのN2 を不要とすることができ、更に、低温リサイ
クルブロワ31で吐出された低温ガスを容器4内に入れ
ることから、燃料電池Iを外部から冷却できることにな
り、カソード2に流す冷却のためのガス流量を減少する
ことができ、これに伴いリサイクルブロワ31,14の
動力を減少させることができて、送電端効率を向上させ
ることが可能となる。なお、カソード出口ガスとアノー
ド出口ガスは触媒燃焼器12に導入するので、両者の差
圧はない。
The pressure within the container 4 of the fuel cell I must be changed in response to pressure fluctuations in the fuel cell I, but in the present invention, the pressure within the container 4 can be automatically balanced to the pressure of the cathode 2. That is, when the pressure of fuel cell I decreases,
The pressure of the cathode outlet gas decreases. If a part of the cathode outlet gas is introduced into the turbine 6 of the supercharger 5 without combusting the combustor 16, the output of the turbine 6 will decrease, so the compressor 8 will not be able to compress the air to the required pressure. Gas pressure in the system decreases. Since this reduced gas enters the container 4 from the low temperature gas branch line 47, the pressure inside the container 4 is automatically lowered, resulting in variable pressure operation. On the other hand, when the output of the fuel cell I is high, the system operates at high pressure, so the high pressure gas entering the container 4 from the low-temperature gas branch line 47 automatically causes the interior of the container 4 to operate at high pressure. be able to. As a result, conventionally, the container 4
The differential pressure regulating valve 33 provided to balance the pressure inside the cathode 2 and the pressure inside the cathode 2 and the N2 for maintaining pressure inside the container 4 can be eliminated. Since the low-temperature gas is introduced into the container 4, the fuel cell I can be cooled from the outside, and the flow rate of the cooling gas flowing to the cathode 2 can be reduced. This makes it possible to improve the power transmission end efficiency. Note that since the cathode outlet gas and the anode outlet gas are introduced into the catalytic combustor 12, there is no pressure difference between the two.

【0013】又、容器4内のガスを排気ライン49から
高温リサイクルブロワ14の吸入側に入れるようにして
、ガスの温度が設定値以上である限り流量調節弁51を
開にして、容器4からのガスを高温リサイクルブロワ1
4で昇圧後にカソード2へ戻すようにすると、容器4内
の燃料電池Iの放熱をガスで回収してカソード2の入口
側に戻すことになるので、空気予熱器10を通すガス流
量を減少させることができて、空気予熱器10を小型化
することが可能となる。
Further, the gas in the container 4 is introduced from the exhaust line 49 into the suction side of the high temperature recycle blower 14, and the flow rate control valve 51 is opened as long as the gas temperature is above the set value. High temperature recycling blower 1
If the heat is returned to the cathode 2 after increasing the pressure in step 4, the heat released from the fuel cell I in the container 4 will be recovered as gas and returned to the inlet side of the cathode 2, so the flow rate of gas passing through the air preheater 10 will be reduced. This makes it possible to downsize the air preheater 10.

【0014】次に、他の実施例として、図1に示す排気
ライン49のチェック弁50と流量調節弁51の間に、
方向切換弁53を介して排気分岐ライン54を接続し、
該排気分岐ライン54の他端を触媒燃焼器12に接続し
、更に、上記方向切換弁53を切り換えるための可燃性
ガス検知スイッチ55を排気ガスライン49又は容器4
(図では排気ガスライン49)に設ける。
Next, as another embodiment, between the check valve 50 and the flow control valve 51 of the exhaust line 49 shown in FIG.
An exhaust branch line 54 is connected via a directional switching valve 53,
The other end of the exhaust branch line 54 is connected to the catalytic combustor 12, and a flammable gas detection switch 55 for switching the directional control valve 53 is connected to the exhaust gas line 49 or the container 4.
(Exhaust gas line 49 in the figure).

【0015】この実施例によると、燃料電池Iから可燃
性ガスがリークしていることが可燃性ガス検知スイッチ
55で検知されたときは、容器4内のガスの流れを、方
向切換弁53にて排気分岐ライン54の方へ切り換え、
容器4からのガスを触媒燃焼器12へ直接導いて燃焼さ
せるようにする。これにより万一、可燃性ガスが燃料電
池Iよりリークする事態が発生しても触媒燃焼器12へ
導入して燃焼させることにより安全性を高めることがで
きる。
According to this embodiment, when the flammable gas detection switch 55 detects that flammable gas is leaking from the fuel cell I, the flow of gas in the container 4 is switched to the directional control valve 53. switch to the exhaust branch line 54,
Gas from container 4 is led directly to catalytic combustor 12 for combustion. As a result, even if flammable gas leaks from the fuel cell I, safety can be improved by introducing it into the catalytic combustor 12 and burning it.

【0016】次に、図2は本発明の更に他の実施例を示
すもので、図1に示すと同様な系統構成において低温リ
サイクルブロワ31から吐出された低温ガスを燃料電池
Iの容器4内へ直接入れるようにしてある構成に代え、
空気供給ライン9に空気分岐ライン56を接続し、圧縮
機8で昇圧された空気の一部を容器4内へ積極的に取り
入れるようにしたものである。
Next, FIG. 2 shows still another embodiment of the present invention, in which the low-temperature gas discharged from the low-temperature recycle blower 31 is recycled into the container 4 of the fuel cell I in the same system configuration as shown in FIG. Instead of a configuration that allows direct input to
An air branch line 56 is connected to the air supply line 9, and a portion of the air pressurized by the compressor 8 is actively introduced into the container 4.

【0017】この実施例によれば、容器4内に酸素を入
れることができて燃料電池Iの腐食を防止できる利点が
ある。
According to this embodiment, there is an advantage that oxygen can be introduced into the container 4 and corrosion of the fuel cell I can be prevented.

【0018】上記した図1及び図2に示す実施例では、
図3に示す従来例と同様に、マスターコントローラ45
から燃料電池Iの出力に応じて必要な空気、蒸気、燃料
の流量を各流量コントローラ42、43、44に指示す
るよう構成された制御システムとしてあるが、かかるシ
ステムにおいて、プラントが完全に予熱され且つ燃料電
池出力が零の状態から出力運転に入るときに起動ボタン
を押すと、先ず、少量の模擬負荷をインプットする制御
プログラムがスタートし、それによって燃料電池のアノ
ード3、カソード2にそれぞれ発電に必要なガスを流し
、一定の遅れの後、実際に燃料電池に負荷をかけるよう
にしておけば、外部からH2 等特別のガスを供給する
ことなく起動することができることになる。
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 described above,
Similar to the conventional example shown in FIG. 3, the master controller 45
There is a control system configured to instruct each flow rate controller 42, 43, 44 of the required flow rate of air, steam, and fuel according to the output of the fuel cell I, but in such a system, the plant is completely preheated. In addition, when the start button is pressed when entering output operation from a state where the fuel cell output is zero, a control program that inputs a small amount of simulated load is started, which causes the anode 3 and cathode 2 of the fuel cell to generate electricity respectively. By flowing the necessary gas and actually applying a load to the fuel cell after a certain delay, it will be possible to start up the fuel cell without supplying a special gas such as H2 from the outside.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の溶融炭酸塩型
燃料電池発電装置によれば、燃料電池を容器内に収納し
、燃料電池のカソードとアノードから排出されたカソー
ド出口ガスとアノード出口ガスを触媒燃焼器で燃焼した
後、そのガスを熱交換で冷却した後、除湿して低温リサ
イクルブロワで昇圧し、空気と合流してカソードへ供給
するようにしてある構成において、上記低温リサイクル
ブロワから吐出された低温ガスの一部を上記燃料電池の
容器内へ直接入れるようにしてあるので、カソードに供
給する系内のガスを容器内に入れることから容器とカソ
ードの圧力を常にバランスさせることができて、燃料電
池の出力が高いときは燃料電池の容器内も高圧で運転で
き、又、燃料電池の出力が低いときは上記容器内を低圧
で運転できるという変圧運転が自動的にできること、従
来必要としていた差圧調節弁が不要となって据付面積の
面、経済面で有利であること、燃料電池の容器内に低温
ガスを流すことから、燃料電池を外部から冷却すること
ができてカソードに流す冷却用ガスの流量を減少するこ
とができ、その結果、リサイクルブロワの動力が減少し
、送電端効率を向上させることができること、燃料電池
の容器内圧力を保持するためのN2 を不要にできるこ
と、カソード出口ガスとアノード出口ガスを触媒燃焼器
に直接導くようにすることによりカソードとアノードの
差圧制御が不要になること、等の優れた効果を奏し得ら
れる。又、上記燃料電池のカソード出口ガスを高温のま
まカソードにリサイクルさせる高温リサイクルブロワの
吸入側と上記燃料電池の容器とを結ぶ排気ラインを設け
、該排気ラインの上流側にチェック弁を、又、下流側に
流量調節弁をそれぞれ設けて、容器内のガスを高温リサ
イクルブロワの吸入側に入れるようにすることにより、
燃料電池の放熱をガスで回収してカソード入口側に戻す
ことができて、空気予熱器を通してカソードへ供給する
ガス流量を減少させることができ、空気予熱器を小型化
することができる、という優れた効果を奏し得られ、更
に、上記排気ラインの途中に、方向切換弁を介して排気
分岐ラインを接続して、該排気分岐ラインの他端を触媒
燃焼器に接続し、燃料電池の容器又は排気ラインに設け
た可燃性ガス検知スイッチにより上記方向切換弁が切り
換えられるようにしておけば、燃料電池から可燃性ガス
がリークしているときでも直接触媒燃焼器に導入できる
ので、安全である、という効果も奏し得られる。
As described above, according to the molten carbonate fuel cell power generation device of the present invention, the fuel cell is housed in a container, and the cathode outlet gas discharged from the cathode and anode of the fuel cell and the anode outlet are separated. After the gas is combusted in a catalytic combustor, the gas is cooled by heat exchange, dehumidified and pressurized by a low-temperature recycle blower, and combined with air to be supplied to the cathode. Since a part of the low-temperature gas discharged from the fuel cell is directly introduced into the container of the fuel cell, the gas in the system that is supplied to the cathode is introduced into the container, so that the pressure between the container and the cathode can always be balanced. and automatic variable voltage operation in which the inside of the fuel cell container can be operated at high pressure when the output of the fuel cell is high, and the inside of the container can be operated at low pressure when the output of the fuel cell is low; It eliminates the need for the differential pressure control valve that was previously required, which is advantageous in terms of installation space and economy, and because low-temperature gas flows into the fuel cell container, the fuel cell can be cooled from the outside. It is possible to reduce the flow rate of the cooling gas flowing to the cathode, and as a result, the power of the recycle blower is reduced, improving the transmission end efficiency, and eliminating the need for N2 to maintain the pressure inside the fuel cell container. Excellent effects can be achieved, such as the fact that the cathode outlet gas and the anode outlet gas are directly guided to the catalytic combustor, thereby eliminating the need for differential pressure control between the cathode and the anode. Further, an exhaust line is provided that connects the suction side of a high temperature recycling blower that recycles the cathode outlet gas of the fuel cell to the cathode at a high temperature and the container of the fuel cell, and a check valve is provided on the upstream side of the exhaust line, and By installing flow control valves on the downstream side and allowing the gas in the container to enter the suction side of the high temperature recycle blower,
The advantage is that the heat radiated from the fuel cell can be recovered as gas and returned to the cathode inlet side, reducing the gas flow rate supplied to the cathode through the air preheater, and making the air preheater more compact. Furthermore, an exhaust branch line is connected in the middle of the exhaust line via a directional valve, and the other end of the exhaust branch line is connected to a catalytic combustor, and the fuel cell container or If the directional control valve is switched by a flammable gas detection switch installed in the exhaust line, even if flammable gas leaks from the fuel cell, it can be introduced directly into the catalytic combustor, making it safer. This effect can also be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の実施
例を示す系統構成図である。
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an embodiment of a molten carbonate fuel cell power generation device of the present invention.

【図2】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の別の
実施例を示す系統構成図である。
FIG. 2 is a system configuration diagram showing another embodiment of the molten carbonate fuel cell power generation device of the present invention.

【図3】従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の概略を
示す系統構成図である。
FIG. 3 is a system configuration diagram schematically showing a conventional molten carbonate fuel cell power generation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

I  燃料電池 1  電解質板 2  カソード 3  アノード 4  容器 9  空気供給ライン 10  空気予熱器 11  カソード出口ガスライン 12  触媒燃焼器 13  リサイクルライン 14  高温リサイクルブロワ 26  アノード出口ガスライン 28  冷却器 29  気液分離器 30  リサイクルライン 31  低温リサイクルブロワ 47  低温ガス分岐ライン 49  排気ライン 50  チェック弁 51  流量調節弁 53  方向切換弁 54  排気分岐ライン 55  可燃性ガス検知スイッチ A  空気 I Fuel cell 1 Electrolyte plate 2 Cathode 3 Anode 4 Container 9 Air supply line 10 Air preheater 11 Cathode outlet gas line 12 Catalytic combustor 13 Recycling line 14 High temperature recycling blower 26 Anode outlet gas line 28 Cooler 29 Gas-liquid separator 30 Recycling line 31 Low temperature recycling blower 47 Low temperature gas branch line 49 Exhaust line 50 Check valve 51 Flow control valve 53 Directional switching valve 54 Exhaust branch line 55 Flammable gas detection switch A Air

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  電解質板をカソードとアノードの両電
極で挟んでなるセルがセパレータを介し積層してある燃
料電池を容器内に収納し、該燃料電池のカソードから排
出されたカソード出口ガスとアノードから排出されたア
ノード出口ガスを触媒燃焼器へ導入して、アノード出口
ガス中の未反応分を燃焼させるようにし、ガスは熱交換
させて冷却した後に除湿し、低温ガスを低温リサイクル
ブロワで昇圧して空気とともに上記カソードへ供給する
ようにした構成を有する溶融炭酸塩型燃料電池発電装置
において、上記低温リサイクルブロワの吐出側と上記燃
料電池の容器内とを結ぶ低温ガス分岐ラインを設け、低
温ガスの一部が容器内に入るようにしてなることを特徴
とする溶融炭酸塩型燃料電池発電装置。
Claim 1: A fuel cell in which cells each having an electrolyte plate sandwiched between cathode and anode electrodes are stacked with a separator in between is housed in a container, and cathode outlet gas discharged from the cathode of the fuel cell and the anode are housed in a container. The anode outlet gas discharged from the anode outlet gas is introduced into the catalytic combustor to burn the unreacted content in the anode outlet gas, and the gas is dehumidified after being cooled by heat exchange, and the low temperature gas is pressurized by a low temperature recycle blower. In the molten carbonate fuel cell power generation device, the low temperature gas branch line connects the discharge side of the low temperature recycle blower and the inside of the fuel cell container, and the low temperature gas is supplied to the cathode together with air. A molten carbonate fuel cell power generation device characterized in that a portion of gas enters a container.
【請求項2】  アノード出口ガスとカソード出口ガス
を直接に触媒燃焼器に導いた請求項1記載の溶融炭酸塩
型燃料電池発電装置。
2. The molten carbonate fuel cell power generation device according to claim 1, wherein the anode outlet gas and the cathode outlet gas are directly introduced into the catalytic combustor.
【請求項3】  カソード出口ガスを昇圧してカソード
入口側へ戻すようにする高温リサイクルブロワの吸入側
と燃料電池の容器とを結ぶ排気ラインを設け、該排気ラ
インの上流側にチェック弁を、下流側に流量調節弁をそ
れぞれ設けてなる請求項1記載の溶融炭酸塩型燃料電池
発電装置。
3. An exhaust line is provided that connects the suction side of the high temperature recycle blower and the fuel cell container to pressurize the cathode outlet gas and return it to the cathode inlet side, and a check valve is provided on the upstream side of the exhaust line. 2. The molten carbonate fuel cell power generation device according to claim 1, further comprising a flow rate regulating valve on the downstream side.
【請求項4】  排気ラインの途中に、方向切換弁を介
して排気分岐ラインを接続し、該排気分岐ラインの他端
を触媒燃焼器に接続し、且つ燃料電池の容器又は排気ラ
インに設けた可燃性ガス検知スイッチにより上記方向切
換弁を切り換えるようにしてなる請求項3記載の溶融炭
酸塩型燃料電池発電装置。
4. An exhaust branch line is connected in the middle of the exhaust line via a directional valve, the other end of the exhaust branch line is connected to a catalytic combustor, and the exhaust branch line is connected to the container of the fuel cell or the exhaust line. 4. The molten carbonate fuel cell power generating apparatus according to claim 3, wherein said directional control valve is switched by a combustible gas detection switch.
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