JPH06176783A - 燃料電池発電装置における起動時の圧力制御装置 - Google Patents

燃料電池発電装置における起動時の圧力制御装置

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JPH06176783A
JPH06176783A JP43A JP35116392A JPH06176783A JP H06176783 A JPH06176783 A JP H06176783A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 35116392 A JP35116392 A JP 35116392A JP H06176783 A JPH06176783 A JP H06176783A
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JP
Japan
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pressure
fuel cell
anode
shutoff valve
valve
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Pending
Application number
JP43A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuhiko Ito
和彦 伊藤
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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    • 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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラントの圧力状態が変わっても通気後の燃
料電池内圧力の変動を最小にする。 【構成】 燃料電池Iのカソード出口ガスライン11と
アノード出口ガスライン12に遮断弁27を設ける。遮
断弁27の下流側に流量調節弁29を設ける。遮断弁2
7の上流側圧力と下流側圧力との差圧を制御する差圧制
御器31を設ける。該差圧制御器31の設定値を所定の
値に設定しておき、遮断弁上流側と下流側の圧力差があ
り過ぎるときに、圧力差が差圧制御器31の設定値とな
るように流量調節弁29を調節させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【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分野
で用いる燃料電池を用いた発電装置において起動時の通
気前に行う圧力制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】燃料電池のうち、溶融炭酸塩型燃料電池
は、電解質として溶融炭酸塩を多孔質物質にしみ込ませ
てなるタイル(電解質板)を、カソード(酸素極)とア
ノード(燃料極)の両電極で両面から挟み、カソード側
に酸化ガスを供給すると共にアノード側に燃料ガスを供
給することによりカソード側及びアノード側で反応させ
て発電が行われるようにしたものを1セルとし、各セル
をセパレータを介し多層に積層しスタックとするように
してある。
【0003】かかる構成の溶融炭酸塩型燃料電池を用い
た発電装置において、燃料に天然ガスを用いた場合のシ
ステム系統構成の一般的なものとしては、図2に一例を
示す如きものがある。すなわち、タイル1を両側からカ
ソード2とアノード3とで挟んでなる燃料電池Iのカソ
ード2の入口側に、途中に空気圧縮機4、冷却器5、圧
縮機6、空気予熱器7を有する空気供給ライン8を接続
して、空気Aが供給されるようにすると共に、空気Aの
一部を分岐ライン9により改質器10に供給するように
し、カソード2の出口側に接続したカソード出口ガスラ
イン11に排出されたカソード出口ガスCGをタービン
6aに導いた後、空気予熱器7を通して排出させるよう
にしてある。一方、燃料電池Iのアノード3の出口側か
らアノード出口ガスライン12へ排出されたアノード出
口ガスAGには水分が含まれているので、このアノード
出口ガス中の水分を一旦ガスと分離した後に、分離した
水H2 Oを系統内に入れるという手法を採り入れるため
に、アノード3から排出されたアノード出口ガスAG
を、冷却されたガスとの熱交換器13を通した後、天然
ガスNGと熱交換させる予熱器14、蒸発器15を経て
冷却器16に導き、ここで凝縮させて気液分離機17に
てガスと水とに分離し、ガスはブロワ18にて上記熱交
換器13へのライン19を通して改質器10の燃焼室側
へ導くようにすると共に、水H2 Oはポンプ20で加圧
されて給水加熱器21へ送られ、ここで加熱されて蒸気
として水蒸気ライン22より蒸発器15を経て改質器1
0の入口側に供給されて天然ガスNGと混ぜられるよう
にしてあり、改質器10で製造された燃料は燃料供給ラ
イン24により燃料電池Iのアノード3に、又、改質器
10の燃焼室から排出された炭酸ガスを含むガスはライ
ン23より上記空気供給ライン8の空気とともに燃料電
池Iのカソード2にそれぞれ供給されるようにしてあ
る。25は脱硫器である。
【0004】上記のように構成されている溶融炭酸塩型
燃料電池発電システムの運転中は、燃料電池Iのアノー
ド3から排出されたアノード出口ガスAGを改質器10
の燃焼室に供給して燃焼させ、該改質器10の燃焼室か
ら排出された炭酸ガスを含むガスを燃料電池のカソード
2に供給することによって、カソード2側での反応に必
要な炭酸ガスを得るようにし、カソード2側で、空気と
炭酸ガスの反応を行わせて炭酸イオンCO3 --を生じさ
せ、このCO3 --がタイル1中を泳動してアノード3に
到達させられることにより、アノード3側で、該アノー
ド3に供給されたガス中の水素ガスと炭酸イオンとの反
応が行われるようにしてある。
【0005】又、上記の如き燃料電池発電システムにお
いては、図3に図2の要部について示す如く、燃料電池
Iのカソード2側及びアノード3側の各入口側のライン
23,24の途中に遮断弁26を設けると共に、燃料電
池Iの出側のカソード出口ガスライン11とアノード出
口ガスライン12の途中にも遮断弁27を設け、起動時
に上記遮断弁26,27を開にして通気させるようにし
ている。
【0006】しかし、上記起動時に通気を行う際には燃
料電池I前後の遮断弁26,27を開にして通気を行わ
せるが、このとき、燃料電池Iの出側の遮断弁27の上
流側と下流側に圧力差があり過ぎた場合は、遮断弁27
の開動作後に燃料電池内の圧力の変動を生じて燃料電池
内の圧力差も大きくなる。たとえば、遮断弁の下流側の
圧力の方が上流側の圧力よりも高いときに遮断弁27を
開けると、該遮断弁下流側の圧力になるために電池内の
圧力が高くなるよう変動して来る。
【0007】そのため、従来では、起動時の通気前に圧
力制御を行うようにしている。
【0008】従来の通気前の圧力制御装置としては、図
4に示す如く、燃料電池Iのカソード2出口側とアノー
ド3出口側との極間差圧を検出する差圧計28を設け
て、当該燃料電池Iの発電プラントにおける通常時の差
圧の範囲内と、遮断弁27の上流側と下流側の圧力差と
が一致する状態のとき、遮断弁27を開いて通気させる
ようにしている。
【0009】そのため、従来では、燃料電池Iの出側の
遮断弁27よりも下流側位置に流量調節弁29を設置
し、該流量調節弁29を、上記遮断弁27の下流側に設
置した一定圧力制御器30により調節されるようにし、
且つ該一定圧力制御器30の設定値を、燃料電池I内の
極間差圧の値に合わせて予め設定しておくようにし、遮
断弁27の上流側と下流側の圧力差があり過ぎるとき、
上記一定圧力制御器30からの指令により流量調節弁2
9を調節して、上記遮断弁27の上流側と下流側の圧力
差を一定圧力制御器30の設定値になるように制御し、
遮断弁27の上流側と下流側の圧力差が一定圧力制御器
30の設定値以下になると、遮断弁27を開けて通気さ
せるようにしている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
通気前の圧力制御装置では、一定圧力制御器30の設定
値を、燃料電池Iのカソード2とアノード3の極間差圧
に一致するように設定し、遮断弁27の上流側圧力と下
流側圧力との差が上記一定圧力制御器30の設定値以下
となるよう流量調節弁を調節し、遮断弁27の上流と下
流の圧力差が一定圧力制御器30の設定値以下となると
遮断弁27を開動作するようにしたものであるため、プ
ラントの圧力状態が変ると、条件を満たさないことがあ
った。かかる場合、従来では、異なるプラントの圧力状
態に合わせて燃料電池の差圧に合わせて人間が手動で一
定圧力制御器30の設定値を変えるようにしており、そ
のため、通気前の圧力制御に人間の介在が避けられなか
った。
【0011】そこで、本発明は、圧力状態がプラントご
とに異なる場合であっても、燃料電池出側の遮断弁の上
流側と下流側の圧力差が所定の値以内になるよう自動的
にコントロールして圧力差が所定の値以内になると遮断
弁を開くようにし、燃料電池内圧力の変動を最小にする
ことができるようにしようとするものである。
【0012】
【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、燃料電池のカソード出口ガスラインとア
ノード出口ガスラインに各々上流から下流へ遮断弁と流
量調節弁が順に設けてある構成において、上記遮断弁の
上流側圧力と下流側圧力を検出して圧力差が所定の値以
下になるよう指令を発する差圧制御器を設け、起動時に
該差圧制御器からの指令により、上記遮断弁の下流側の
流量調節弁を調節して圧力制御を行うようにする。
【0013】
【作用】通気前に燃料電池出側の遮断弁の上流側よりも
下流側の圧力が高いと、差圧が所定圧力以下となるよう
差圧制御器からの指令により流量調節弁が調節されて制
御され、遮断弁上流側と下流側の圧力差が差圧制御器の
設定値以下になると、遮断弁を開け通気させる。これに
より通気後の電池圧力の変動を最小にすることができ
る。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0015】図1は本発明の実施例の概要を示すもの
で、燃料電池Iのカソード2とアノード3の出口側の各
出口ガスライン11,12の途中に遮断弁27を設け、
更に、その下流側に流量調節弁29を設けた構成におい
て、上記遮断弁27の上流側圧力と下流側圧力を検出し
てその差圧が所定の値以下になるように指令を発する差
圧制御器31を設け、該差圧制御器31からの指令で流
量調節弁29を調節するようにする。
【0016】遮断弁27の上流側圧力と下流側圧力の差
圧を制御する差圧制御器31の設定値を、所定の値にし
ておけば、通気前の圧力制御として、通気前に遮断弁2
7の上流側と下流側の圧力差が設定値より高ければ、そ
の差圧が差圧制御器31の設定値以下になるように該差
圧制御器31からの指令により流量調節弁28を調節す
るようにする。その結果、遮断弁27の上流側と下流側
の差圧が差圧制御器31の設定値以下になると、遮断弁
27を開き、通気させるようにする。これにより通気後
の電池内圧力の変動を最小にすることができる。
【0017】
【発明の効果】以上述べた如く本発明の燃料電池発電装
置における起動時の圧力制御装置によれば、起動時の通
気前に、遮断弁の上流側圧力と下流側圧力との差を求め
て、その差が所定値以下となるように下流位置の流量調
節弁を調節する差圧制御器を備えて、遮断弁の上流側圧
力と下流側圧力との差圧が上記差圧制御器の設定値以下
になるようにし、遮断弁の上流側圧力と下流側圧力との
差圧が差圧制御器の設定値以下になると遮断弁を開いて
通気させるようにするので、プラントの圧力状態が変っ
ても通気後の燃料電池内の圧力の変動を最小にすること
ができる、という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池発電装置における起動時の圧
力制御装置の実施例を示す要部の概略図である。
【図2】燃料電池発電システムの一例を示すシステム系
統構成図である。
【図3】図2に示す燃料電池発電システムにおける燃料
電池の入側と出側に遮断弁が設けられている状態を示す
要部の概略図である。
【図4】従来の燃料電池発電装置における起動時の圧力
制御装置の実施要領を示す要部の概略図である。
【符号の説明】
I 燃料電池 2 カソード 3 アノード 8 空気供給ライン 10 改質器 11 カソード出口ガスライン 12 アノード出口ガスライン 23,24 ライン 27 遮断弁 29 流量調節弁 31 差圧制御器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 改質器で改質した燃料ガスを燃料電池の
    アノードに供給し、アノードから排出されたアノード出
    口ガスを改質器の燃焼室に供給し、該改質器の燃焼室か
    ら排出された燃焼排ガスとともに空気を燃料電池のカソ
    ードに供給するようにしてある燃料電池発電装置の上記
    カソードとアノードの各出口ガスラインに遮断弁を設
    け、該遮断弁を開けて通気をする前に遮断弁上流側と下
    流側の圧力差が所定値以下になるよう圧力制御を行うよ
    うにしてある燃料電池発電装置における起動時の圧力制
    御装置において、上記遮断弁の上流側圧力と下流側圧力
    を検出して圧力差が所定値以下となるよう指令を発する
    差圧制御器を設け、且つ該差圧制御器からの指令によ
    り、上記遮断弁下流側の流量調節弁を調節できるように
    したことを特徴とする燃料電池発電装置における起動時
    の圧力制御装置。
JP43A 1992-12-07 1992-12-07 燃料電池発電装置における起動時の圧力制御装置 Pending JPH06176783A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005091397A3 (en) * 2004-03-16 2006-04-13 Toyota Motor Co Ltd Fuel cell system and control method of same
US7402352B2 (en) 2002-05-14 2008-07-22 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and related startup method

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