JPH05217595A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JPH05217595A
JPH05217595A JP4021515A JP2151592A JPH05217595A JP H05217595 A JPH05217595 A JP H05217595A JP 4021515 A JP4021515 A JP 4021515A JP 2151592 A JP2151592 A JP 2151592A JP H05217595 A JPH05217595 A JP H05217595A
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JP
Japan
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reformer
combustor
exhaust gas
control valve
fuel cell
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Pending
Application number
JP4021515A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Funatsu
徹也 船津
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【構成】リフォーマ6をパージするときリフォーマ燃焼
器遮断弁5と排ガス遮断弁10とを遮断する一方、補助
燃焼器排ガス弁15とタービンバイパス弁13とを開
く。補助燃焼器11の燃焼排ガスはパージガスとしてリ
フォーマ6へ導入され、パージされたガスは、タービン
バイパス弁13から大気へ放出される。 【効果】短時間で起動し、昇温燃料の節約ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、起動時間の短縮と経済
性の向上を図ることができる燃料電池発電装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図3に従来の燃料電池発電装置の一例を
示す。
【0003】図において、ターボコンプレッサ1は、タ
ービン2と連動回転して、取り入れ空気配管3から空気
aが取り入れられ、カソード空気bとして図示省略する
燃料電池のカソードへ圧縮空気が供給されている。取り
入れ空気配管3は、リフォーマ燃焼器空気配管4に分岐
しており、圧縮空気が第1の制御弁としてのリフォーマ
燃焼器遮断弁5を介してリフォーマ6のリフォーマ燃焼
器6aへ供給されている。
【0004】リフォーマ燃焼器6aでは、燃料配管7か
ら燃料ガスcが供給され、この燃料ガスcと前記圧縮空
気とによって燃焼し、この燃焼ガス熱によってリフォー
マプロセス8へ供給された水蒸気を含んだ改質用燃料ガ
スdを改質して、アノード燃料eとして図示省略する燃
料電池のアノードへ供給している。
【0005】一方、リフォーマ燃焼器6aの燃焼排ガス
は、排ガス配管9から第2の制御弁としての排ガス遮断
弁10を通過して補助燃焼器11へ供給される。補助燃
焼器11では、燃料ガスfを取り入れる一方、取り入れ
空気配管3から空気流量制御弁12を介して圧縮空気を
取り入れて、燃料ガスfを燃焼させて、その燃燃排ガス
をタービン2へ供給する。
【0006】タービン2は、補助燃焼器11の燃焼排ガ
スとリフォーマ燃焼器6aの燃焼排ガスにより駆動し、
排ガスgを排出し、ターボコンプレッサ1から空気aを
取り入れる。第3の制御弁としてタービンバイパス弁1
3は、排ガス遮断弁10が閉じているとき、開閉してリ
フォーマ6の入口圧力を制御し、また、排ガス遮断弁1
0が開いているときタービン2の入口圧力を制御する。
【0007】このように、補助燃焼器11では、空気流
量制御弁12を通過したターボコンプレッサ1からの圧
縮空気と燃料ガスfとで燃焼させ、リフォーマ燃焼器6
aからの燃焼排ガスによるタービン2の駆動を補ってい
る。ターボコンプレッサ1は、リフォーマ燃焼器排ガス
の熱回収を目的とし、排ガスを利用して空気を圧縮し、
燃料電池のカソードへ供給する空気およびリフォーマへ
供給する空気を補っている。
【0008】上記した燃料電池発電装置では、リフォー
マ燃焼器6a内に可燃性ガスが存在するとき点火すると
爆発する危険性があるため、点火前にリフォーマ燃焼器
6a内を不燃性ガスでパージしなければならない。
【0009】このパージの手順として、まず、リフォー
マ燃焼器遮断弁5と排ガス遮断弁10を閉じた状態とす
る。そして、補助燃焼器11は空気流量制御弁12を介
してターボコンプレッサ1の圧縮空気でパージして昇圧
する一方、独立してリフォーマ6は、図示省略する手段
により窒素等の不活性ガスでパージして昇圧する。その
後、補助燃焼器11とリフォーマ6がほぼ同圧力となる
と、排ガス遮断弁10を開き、リフォーマ6とターボコ
ンプレッサ1をほぼ同圧力として、リフォーマ燃焼器遮
断弁5を開く。これによって、ターボコンプレッサ1の
圧縮空気によってリフォーマ6のパージがされ、パージ
されたガスは排ガス遮断弁10からタービン2へ供給す
るようにしている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の装置のパージ手段では起動のために多くの時間
を要するという問題がある。
【0011】即ち、装置停止直後に再起動する場合、リ
フォーマ6内は、例えば、図4に示すリフォーマ代表温
度T1のように約500℃と高温であるが、ターボコン
プレッサ1の圧縮空気によってリフォーマ6内がパージ
されるためリフォーマ6内の代表点温度が30分で約2
00℃に降下し、300℃となる。
【0012】この場合、リフォーマ6内の温度は300
℃に低下しているから図5に示す如く再び運転温度まで
昇温するために約5時間を要する。また、昇温時間を多
く要するため起動時の燃料等も余分に要するという問題
があった。とくに、燃料電池発電装置は、昼間運転、夜
間停止等、頻繁に起動、停止するため上記した起動時間
を多く要し、しかも、このため昇温のための燃料を要す
るということは、実用性を低下させる原因にもなってい
た。
【0013】そこで、本発明は、装置停止後の再起動時
に短時間で起動し、経済的で実用性の向上した燃料電池
発電装置を提供することを目的とする
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、ターボコンプ
レッサにより圧縮空気を燃料電池のカソードへ供給する
と共に、前記圧縮空気を第1の制御弁によってリフォー
マ燃焼器へ導入し、このリフォーマ燃焼器の燃焼ガス熱
によりリフォーマの燃料ガスを水素リッチガスに改質
し、この水素リッチガスを前記燃料電池のアノードへ供
給し、さらに、前記リフォーマ燃焼器の燃焼排ガスを第
2の制御弁を介して前記ターボコンプレッサと連動回転
するタービンへ供給すると共に、補助燃焼器の燃焼排ガ
スを前記タービンへ供給し、このタービンの出口側と前
記リフォーマの出口側とが接続され前記タービンをバイ
パスし前記リフォーマの燃焼排ガスを大気開放されるラ
インに配置され第3の制御弁を有する構成の燃料電池発
電装置において、前記補助燃焼器の燃焼排ガスを前記リ
フォーマへ導入してパージするための前記補助燃焼器の
出口側と前記リフォーマ燃焼器の入口側を接続するリフ
ォーマ燃焼器パージ配管と、このリフォーマ燃焼器パー
ジ配管に設けられ開閉動作をする第4制御弁とを備え、
前記リフォーマをパージするとき前記第1の制御弁と第
2の制御弁を閉動作とさせ、前記第3の制御弁と第4の
制御弁を開動作とさせるようにしたものである。
【0015】
【作用】上記構成により、リフォーマをパージすると
き、第1の制御弁と第2の制御弁が閉動作とし、第3の
制御弁と第4の制御弁とが開動作とされる。これによっ
て、補助燃焼器の高温の燃焼排ガスがパージガスとして
リフォーマ燃焼器パージ配管を通過してリフォーマに導
入され、パージされたガスは第3の制御弁を介して大気
へ放出される。従って、高温のガスでパージされるため
リフォーマの温度が低下することがなく短時間の昇温
で、再起動でき燃料も節約できる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0017】図1は、本発明の一実施例を示す燃料電池
発電装置の構成図である。図3と同一符号は、同一部分
または相当部分を示す。図3と異なる点は、リフォーマ
燃焼器パージ配管14および第4の制御弁として補助燃
焼器排ガス弁15を追設した点である。
【0018】ここで、リフォーマ燃焼器パージ配管14
は、補助燃焼器11の出口側と、リフォーマ燃焼器遮断
弁5の出口側とを連通し、装置起動時に補助燃焼器11
の排ガスをリフォーマ6のリフォーマ燃焼器6aへ導入
する。補助燃焼器排ガス弁15は、リフォーマ燃焼器パ
ージ配管14に配置され、開閉動作により補助燃焼器1
1の排ガスを導入または遮断する。
【0019】本実施例では、装置起動時にリフォーマ燃
焼器のパージをターボコンプレッサの圧縮空気の代わり
に補助燃焼器の排ガスを用いている。
【0020】上記構成で、装置起動時、まず、リフォー
マ燃焼器遮断弁5と排ガス遮断弁10と補助燃焼器排ガ
ス弁15とが閉じられた状態とする。この状態で、ター
ボコンプレッサ1により補助燃焼器11をパージして昇
圧する一方、リフォーマ6を窒素等の不活性ガスで各々
独立して昇圧する。
【0021】その後、補助燃焼器11では、燃料ガスf
と空気の流量を増加させることにより燃焼ガスの流量を
増加させておく。リフォーマ6の圧力が補助燃焼器11
の吐出圧力より所定圧力だけ低くなるとき、リフォーマ
6の昇圧を停止する。
【0022】続いて、補助燃焼器排ガス弁15が開動作
され、補助燃焼器11の燃焼排ガスがリフォーマ燃焼器
空気配管4を介してリフォーマ6へ供給され、リフォー
マ6を通った燃焼排ガスは、タービンバイパス弁13を
介して大気へ放出される。このときリフォーマ6の圧力
が所定値になるようにタービンバイパス弁13を開閉し
て制御がされる。
【0023】パージが終了すると、リフォーマ6の圧力
を昇圧させ、補助燃焼器11の吐出圧力を同程度まで昇
圧し、その後、排ガス遮断弁10とリフォーマ燃焼器空
気配管4とを開いて、タービンバイパス弁13を閉じ
る。
【0024】このようにして、例えば、図2に示す如
く、リフォーマ代表点温度T2が約500℃程度と高温
の場合に約500〜600℃の補助燃焼器11の燃焼排
ガスを用いてパージを行うと、リフォーマ代表点温度を
低下することなく、また、低下しても僅かの低下で済
む。従って、図5に示すリフォーマ代表点温度に対する
昇温時間の相関関係の如く、例えば、リフォーマ代表点
温度が500℃のとき約2時間で昇温が完了することが
できる。また、リフォーマ代表点温度が400℃のとき
約3時間で昇温が完了する。
【0025】以上説明した実施例によれば、500℃〜
600℃程度、あるいは、これ以上の温度の補助燃焼器
の燃焼排ガスを用いてリフォーマのパージを行うことが
できるため、リフォーマ内が600℃程度の高温の場合
でもリフォーマ内の温度を下げることなくパージが可能
である。これによつて、リフォーマの昇温時間が短縮さ
れるから起動時間も短く、かつ、起動に要する燃料が節
約される。
【0026】なお、リフォーマ燃焼器パージ配管は図1
のようにリフォーマ燃焼器空気配管に接続されることに
限定されるものでなく、リフォーマ燃焼器燃料配管ある
いは直接リフォーマ燃焼器に接続しても同様に実施でき
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
温の燃焼排ガスによりリフォーマパージを行うため、装
置停止後の再起動時のようにリフォーマ内部が高温の場
合においても、リフォーマ内の温度を下げることなくパ
ージを行うことができる。これによりリフォーマ昇温時
間の短縮ができ、起動時間が短く、昇温燃料が節約され
経済的で実用性の高い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】
【図1】本発明の一実施例を示す燃料電池発電装置の構
成図である。
【図2】図1のリフォーマ代表点温度を示す説明図であ
る。
【図3】従来例を示す燃料電池発電装置の構成図であ
る。
【図4】図3のリフォーマ代表点温度を示す説明図であ
る。
【図5】リフォーマ代表点温度と昇温に要する時間との
関係を示す説明図である。
【符号の説明】
5 リフォーマ燃焼器遮断弁 6 リフォーマ 6a リフォーマ燃焼器 10 排ガス遮断弁 11 補助燃焼器 13 タービンバイパス弁 14 リフォーマ燃焼器パージ配管 15 補助燃焼器排ガス弁

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターボコンプレッサにより圧縮空気を燃
    料電池のカソードへ供給すると共に、前記圧縮空気を第
    1の制御弁を介してリフォーマ燃焼器へ導入し、このリ
    フォーマ燃焼器の燃焼ガス熱によりリフォーマの燃料ガ
    スを水素リッチガスに改質し、この水素リッチガスを前
    記燃料電池のアノードへ供給し、さらに、前記リフォー
    マ燃焼器の燃焼排ガスを第2の制御弁を介して前記ター
    ボコンプレッサと連動回転するタービンへ供給すると共
    に、補助燃焼器の燃焼排ガスを前記タービンへ供給し、
    このタービンの出口側と前記リフォーマの出口側とが接
    続され前記タービンをバイパスし前記リフォーマの燃焼
    排ガスを大気開放されるラインに配置され第3の制御弁
    を有する構成の燃料電池発電装置において、 前記補助燃焼器の燃焼排ガスを前記リフォーマへ導入し
    てパージするための前記補助燃焼器の出口側と前記リフ
    ォーマ燃焼器の入口側を接続するリフォーマ燃焼器パー
    ジ配管と、このリフォーマ燃焼器パージ配管に設けられ
    開閉動作をする第4の制御弁とを備え、前記リフォーマ
    をパージするとき前記第1の制御弁と第2の制御弁を閉
    動作とさせ、前記第3の制御弁と第4の制御弁を開動作
    とさせることを特徴とする燃料電池発電装置。
JP4021515A 1992-02-07 1992-02-07 燃料電池発電装置 Pending JPH05217595A (ja)

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JP4021515A JPH05217595A (ja) 1992-02-07 1992-02-07 燃料電池発電装置

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JP4021515A JPH05217595A (ja) 1992-02-07 1992-02-07 燃料電池発電装置

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JPH05217595A true JPH05217595A (ja) 1993-08-27

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ID=12057111

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JP4021515A Pending JPH05217595A (ja) 1992-02-07 1992-02-07 燃料電池発電装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6376112B1 (en) * 2000-02-11 2002-04-23 General Motors Corporation Controlled shutdown of a fuel cell

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6376112B1 (en) * 2000-02-11 2002-04-23 General Motors Corporation Controlled shutdown of a fuel cell
EP1124276A3 (en) * 2000-02-11 2005-03-23 General Motors Corporation Controlled shutdown of a fuel cell system

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