JPH06215790A - 燃料電池発電設備における改質器温度の制御方法 - Google Patents
燃料電池発電設備における改質器温度の制御方法Info
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- JPH06215790A JPH06215790A JP5006380A JP638093A JPH06215790A JP H06215790 A JPH06215790 A JP H06215790A JP 5006380 A JP5006380 A JP 5006380A JP 638093 A JP638093 A JP 638093A JP H06215790 A JPH06215790 A JP H06215790A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池の負荷降下時の改質器伝熱部の過熱
を防止することができ、かつＣＯ2 ガスをアノード側か
らカソード側に全量循環させることができる改質器温度
の制御方法を提供する。 【構成】 蒸気制御弁３３を有し、飽和蒸気をボイラ３
５から原料予熱器４０と改質器１０の間に供給する飽和
蒸気ライン３２を備え、改質器伝熱部の規定以上の温度
上昇を温度センサー１６により検出し、或いは負荷変化
指令に基づく先行信号によって、蒸気制御弁３３を開
き、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度が規定以内に復帰す
るまで改質器前の燃料ガス３に混入する。或いは、蒸気
制御弁３３′を開き、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度が
規定以内に復帰するまで改質器の燃焼器に供給する。
を防止することができ、かつＣＯ2 ガスをアノード側か
らカソード側に全量循環させることができる改質器温度
の制御方法を提供する。 【構成】 蒸気制御弁３３を有し、飽和蒸気をボイラ３
５から原料予熱器４０と改質器１０の間に供給する飽和
蒸気ライン３２を備え、改質器伝熱部の規定以上の温度
上昇を温度センサー１６により検出し、或いは負荷変化
指令に基づく先行信号によって、蒸気制御弁３３を開
き、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度が規定以内に復帰す
るまで改質器前の燃料ガス３に混入する。或いは、蒸気
制御弁３３′を開き、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度が
規定以内に復帰するまで改質器の燃焼器に供給する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電設備にお
ける改質器温度の制御方法に関し、更に詳しくは、負荷
降下時の改質器伝熱部の過熱を防止する制御方法に関す
る。
ける改質器温度の制御方法に関し、更に詳しくは、負荷
降下時の改質器伝熱部の過熱を防止する制御方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図４に示すように天然ガ
ス１と水蒸気２とを混合してなる燃料ガス３を水素を含
むアノードガス４に改質する改質器１０と、アノードガ
ス４と酸素を含むカソードガス５とから発電する燃料電
池２０とを一般的に備えており、改質器１０で作られた
アノードガス４は燃料電池２０に供給され、燃料電池内
でその大部分（例えば８０％）を消費してアノード排ガ
ス６となり、その水分を分離した後、燃焼用ガス７とし
て改質器１０の燃焼器に供給される。改質器では燃焼用
ガス７中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）を
燃焼器で燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、この高温の
燃焼ガスにより改質管１０ａを加熱し改質管内を流れる
燃料ガス３を改質する。改質器を出た燃焼排ガス８は空
気１１が合流してカソードガス５となり、このカソード
ガス５は、燃料電池２０内で一部が反応して高温のカソ
ード排ガス９となり、その一部がリサイクルされ、残り
は動力回収装置３０のタービン３１で動力を回収し、ボ
イラ３５で熱を回収して、系外に排出される。
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図４に示すように天然ガ
ス１と水蒸気２とを混合してなる燃料ガス３を水素を含
むアノードガス４に改質する改質器１０と、アノードガ
ス４と酸素を含むカソードガス５とから発電する燃料電
池２０とを一般的に備えており、改質器１０で作られた
アノードガス４は燃料電池２０に供給され、燃料電池内
でその大部分（例えば８０％）を消費してアノード排ガ
ス６となり、その水分を分離した後、燃焼用ガス７とし
て改質器１０の燃焼器に供給される。改質器では燃焼用
ガス７中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）を
燃焼器で燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、この高温の
燃焼ガスにより改質管１０ａを加熱し改質管内を流れる
燃料ガス３を改質する。改質器を出た燃焼排ガス８は空
気１１が合流してカソードガス５となり、このカソード
ガス５は、燃料電池２０内で一部が反応して高温のカソ
ード排ガス９となり、その一部がリサイクルされ、残り
は動力回収装置３０のタービン３１で動力を回収し、ボ
イラ３５で熱を回収して、系外に排出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】改質器伝熱部は通常、
例えば９００℃前後の高温で運転され、この温度は伝熱
部材料の強度限界にきわめて近くなっている。従って、
この部分の温度制御は改質器の信頼性を高める上で極め
て重要である。一方、燃料電池内での主な電池反応は、 Ｈ2 ＋ＣＯ3 2- →Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋2 ｅ のアノード反
応と、 1/2 Ｏ2 ＋ＣＯ2 ＋2 ｅ →ＣＯ3 2- のカソード反
応であり、アノード反応で発生したＣＯ2 ガスを、カソ
ード反応に供するために燃料電池のカソード側に循環さ
せる必要がある。図４の発電設備において、燃料電池か
ら出たアノード排ガス６は水分を分離した後、その全量
が燃焼用ガス７として改質器１０の燃焼器に供給され
る。かかる発電設備で燃料電池の負荷が降下する際に、
負荷指令に対応して改質器１０への燃料ガス３の供給量
を減少させるが、燃料電池２０へ供給されるアノードガ
ス４が実際に減少するまでに時間的な遅れが生じる。こ
のため、発電負荷が降下し燃料電池２０内での燃料（主
として水素）の消費が減少している間、過渡的にアノー
ド排ガス６の発熱量が上昇し、このアノード排ガス６の
全量が改質器１０で燃焼するため、燃焼した燃焼ガスが
高温になり、改質管１０ａ等の改質器伝熱部が過熱され
る問題点があった。このため、改質器伝熱部にホットス
ポットが発生して伝熱部が損傷したり、改質管内部に充
填された改質触媒が劣化して寿命が短くなる等の問題点
があった。また、かかる問題点を回避して短時間に負荷
を降下させるために、アノード排ガス６の一部を、一時
的に系外に排気すると、エネルギー損失と安全性が損な
われると共に、上述したカソード反応に用いるＣＯ2 ガ
スの循環量が低減し、高負荷運転に復帰する際に時間が
かかる問題点があった。従って、従来は、燃料電池の発
電負荷を降下させる際には、改質器伝熱部の温度が許容
範囲内に入るように徐々に負荷を降下させていた。しか
し、このため、燃料電池の負荷応答特性が悪化し、短時
間の負荷変動に対応できない問題点があった。
例えば９００℃前後の高温で運転され、この温度は伝熱
部材料の強度限界にきわめて近くなっている。従って、
この部分の温度制御は改質器の信頼性を高める上で極め
て重要である。一方、燃料電池内での主な電池反応は、 Ｈ2 ＋ＣＯ3 2- →Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋2 ｅ のアノード反
応と、 1/2 Ｏ2 ＋ＣＯ2 ＋2 ｅ →ＣＯ3 2- のカソード反
応であり、アノード反応で発生したＣＯ2 ガスを、カソ
ード反応に供するために燃料電池のカソード側に循環さ
せる必要がある。図４の発電設備において、燃料電池か
ら出たアノード排ガス６は水分を分離した後、その全量
が燃焼用ガス７として改質器１０の燃焼器に供給され
る。かかる発電設備で燃料電池の負荷が降下する際に、
負荷指令に対応して改質器１０への燃料ガス３の供給量
を減少させるが、燃料電池２０へ供給されるアノードガ
ス４が実際に減少するまでに時間的な遅れが生じる。こ
のため、発電負荷が降下し燃料電池２０内での燃料（主
として水素）の消費が減少している間、過渡的にアノー
ド排ガス６の発熱量が上昇し、このアノード排ガス６の
全量が改質器１０で燃焼するため、燃焼した燃焼ガスが
高温になり、改質管１０ａ等の改質器伝熱部が過熱され
る問題点があった。このため、改質器伝熱部にホットス
ポットが発生して伝熱部が損傷したり、改質管内部に充
填された改質触媒が劣化して寿命が短くなる等の問題点
があった。また、かかる問題点を回避して短時間に負荷
を降下させるために、アノード排ガス６の一部を、一時
的に系外に排気すると、エネルギー損失と安全性が損な
われると共に、上述したカソード反応に用いるＣＯ2 ガ
スの循環量が低減し、高負荷運転に復帰する際に時間が
かかる問題点があった。従って、従来は、燃料電池の発
電負荷を降下させる際には、改質器伝熱部の温度が許容
範囲内に入るように徐々に負荷を降下させていた。しか
し、このため、燃料電池の負荷応答特性が悪化し、短時
間の負荷変動に対応できない問題点があった。
【０００４】本発明は、上述した種々の問題点を解決す
るために創案されたものである。すなわち、本発明の目
的は、燃料電池の負荷降下時の改質器伝熱部の過熱を防
止することができ、かつＣＯ2 ガスをアノード側からカ
ソード側に全量循環させることができる改質器温度の制
御方法を提供することにある。
るために創案されたものである。すなわち、本発明の目
的は、燃料電池の負荷降下時の改質器伝熱部の過熱を防
止することができ、かつＣＯ2 ガスをアノード側からカ
ソード側に全量循環させることができる改質器温度の制
御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】燃料電池の部分負荷時に
はボイラの発生蒸気量に比較して、改質用蒸気の必要量
が少なくなり、この差が余剰分として発生している。本
発明はかかる余剰蒸気を利用して改質器伝熱部の温度を
下げようとするものである。すなわち、本発明によれ
ば、水蒸気を含む燃料ガスを予熱する原料予熱器と、前
記燃料ガスを水素を含むアノードガスに改質する改質器
と、アノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池とを備え、燃料電池を出たアノード排ガス
の全量が改質器の燃焼器に供給されて燃焼し、その燃焼
排ガスの全量が燃料電池のカソード側に供給される燃料
電池発電設備において、燃料電池を出たカソード排ガス
から蒸気を発生させるボイラと、蒸気制御弁を有し、飽
和蒸気を前記ボイラから前記原料予熱器と改質器の間に
供給する飽和蒸気ラインと、改質器伝熱部の温度を検出
する温度センサーとを備え、改質器伝熱部の規定以上の
温度上昇を前記温度センサーにより検出し、或いは負荷
変化指令に基づく先行信号によって、前記蒸気制御弁を
開き、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度が規定以内に復帰
するまで改質器前の燃料ガスに混入する、ことを特徴と
する燃料電池発電設備における改質器温度の制御方法が
提供される。また、本発明によれば、水蒸気を含む燃料
ガスを水素を含むアノードガスに改質する改質器と、ア
ノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電する燃
料電池とを備え、燃料電池を出たアノード排ガスの全量
が改質器の燃焼器に供給されて燃焼し、その燃焼排ガス
の全量が燃料電池のカソード側に供給される燃料電池発
電設備において、燃料電池を出たカソード排ガスから蒸
気を発生させるボイラと、蒸気制御弁を有し、飽和蒸気
を前記ボイラから改質器の燃焼器に供給する飽和蒸気ラ
インと、改質器伝熱部の温度を検出する温度センサーと
を備え、改質器伝熱部の規定以上の温度上昇を前記温度
センサーにより検出し、或いは負荷変化指令に基づく先
行信号によって、前記蒸気制御弁を開き、飽和蒸気を改
質器伝熱部の温度が規定以内に復帰するまで改質器の燃
焼器に供給する、ことを特徴とする燃料電池発電設備に
おける改質器温度の制御方法が提供される。
はボイラの発生蒸気量に比較して、改質用蒸気の必要量
が少なくなり、この差が余剰分として発生している。本
発明はかかる余剰蒸気を利用して改質器伝熱部の温度を
下げようとするものである。すなわち、本発明によれ
ば、水蒸気を含む燃料ガスを予熱する原料予熱器と、前
記燃料ガスを水素を含むアノードガスに改質する改質器
と、アノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池とを備え、燃料電池を出たアノード排ガス
の全量が改質器の燃焼器に供給されて燃焼し、その燃焼
排ガスの全量が燃料電池のカソード側に供給される燃料
電池発電設備において、燃料電池を出たカソード排ガス
から蒸気を発生させるボイラと、蒸気制御弁を有し、飽
和蒸気を前記ボイラから前記原料予熱器と改質器の間に
供給する飽和蒸気ラインと、改質器伝熱部の温度を検出
する温度センサーとを備え、改質器伝熱部の規定以上の
温度上昇を前記温度センサーにより検出し、或いは負荷
変化指令に基づく先行信号によって、前記蒸気制御弁を
開き、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度が規定以内に復帰
するまで改質器前の燃料ガスに混入する、ことを特徴と
する燃料電池発電設備における改質器温度の制御方法が
提供される。また、本発明によれば、水蒸気を含む燃料
ガスを水素を含むアノードガスに改質する改質器と、ア
ノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電する燃
料電池とを備え、燃料電池を出たアノード排ガスの全量
が改質器の燃焼器に供給されて燃焼し、その燃焼排ガス
の全量が燃料電池のカソード側に供給される燃料電池発
電設備において、燃料電池を出たカソード排ガスから蒸
気を発生させるボイラと、蒸気制御弁を有し、飽和蒸気
を前記ボイラから改質器の燃焼器に供給する飽和蒸気ラ
インと、改質器伝熱部の温度を検出する温度センサーと
を備え、改質器伝熱部の規定以上の温度上昇を前記温度
センサーにより検出し、或いは負荷変化指令に基づく先
行信号によって、前記蒸気制御弁を開き、飽和蒸気を改
質器伝熱部の温度が規定以内に復帰するまで改質器の燃
焼器に供給する、ことを特徴とする燃料電池発電設備に
おける改質器温度の制御方法が提供される。
【０００６】
【作用】上記本発明の第１の方法によれば、改質器伝熱
部の温度上昇を温度センサーにより検出し、或いは負荷
変化指令に基づく先行信号によって、蒸気制御弁を開
き、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度が規定以内に復帰す
るまで改質器前の燃料ガスに混入するので、混入した飽
和蒸気により燃料ガスの温度が低下し、この燃料ガスが
改質器に入るため、改質器伝熱部の燃料ガス温度が低下
し、これにより改質器伝熱部の温度を下げることができ
る。また本発明の第２の方法によれば、改質器伝熱部の
温度上昇を温度センサーにより検出し、或いは負荷変化
指令に基づく先行信号によって、蒸気制御弁を開き、飽
和蒸気を改質器伝熱部の温度が規定以内に復帰するまで
改質器の燃焼器に供給するので、蒸気の顕熱上昇により
燃焼用ガス７の燃焼温度が低下し、これにより改質器伝
熱部の温度を下げることができる。更に、第１及び第２
の方法により、アノード排ガスの全量が、改質器を介し
て燃料電池のカソード側に供給されるので、カソード反
応に必要なＣＯ2 ガスの循環を確実に行うことができ
る。また、第１の方法により、改質器伝熱部に供給され
た過剰蒸気により、改質反応における水蒸気量の裕度が
増し、改質器における炭素析出等を防止することができ
る。
部の温度上昇を温度センサーにより検出し、或いは負荷
変化指令に基づく先行信号によって、蒸気制御弁を開
き、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度が規定以内に復帰す
るまで改質器前の燃料ガスに混入するので、混入した飽
和蒸気により燃料ガスの温度が低下し、この燃料ガスが
改質器に入るため、改質器伝熱部の燃料ガス温度が低下
し、これにより改質器伝熱部の温度を下げることができ
る。また本発明の第２の方法によれば、改質器伝熱部の
温度上昇を温度センサーにより検出し、或いは負荷変化
指令に基づく先行信号によって、蒸気制御弁を開き、飽
和蒸気を改質器伝熱部の温度が規定以内に復帰するまで
改質器の燃焼器に供給するので、蒸気の顕熱上昇により
燃焼用ガス７の燃焼温度が低下し、これにより改質器伝
熱部の温度を下げることができる。更に、第１及び第２
の方法により、アノード排ガスの全量が、改質器を介し
て燃料電池のカソード側に供給されるので、カソード反
応に必要なＣＯ2 ガスの循環を確実に行うことができ
る。また、第１の方法により、改質器伝熱部に供給され
た過剰蒸気により、改質反応における水蒸気量の裕度が
増し、改質器における炭素析出等を防止することができ
る。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図３は、発電負荷（発電出力）と蒸気量
との関係を示す模式図である。この図において、横軸は
発電負荷率Ｐ（％）を示し、縦軸のＱ1 はボイラにおけ
る発生蒸気量を、Ｑ2 は改質用の蒸気所要量を示してい
る。この図から明らかなように、燃料電池の部分負荷時
にはボイラの発生蒸気量に比較して、改質用蒸気の必要
量が少なくなり、この差が余剰分として発生している。
特に、負荷率Ｐ（％）が小さくなると、動力回収装置３
０におけるタービン３１の回転又は出力を維持するため
にカソード排ガスライン９に補助燃焼器３９を備え、こ
れに補助燃料を供給して燃焼させるため、発生蒸気量Ｑ
1 が一定となり、余剰蒸気量が多くなる。この余剰蒸気
は従来、復水させて水回収するか、動力回収装置３０の
タービン３１に供給して動力を回収していたが、保有エ
ネルギーの多くはロスとなっていた。本発明はかかる余
剰蒸気を飽和蒸気の状態で取り出し、改質器前の燃料ガ
スに混入することにより、混入した飽和蒸気により燃料
ガスの温度を下げ、これにより改質器伝熱部の温度を下
げようとするものである。
して説明する。図３は、発電負荷（発電出力）と蒸気量
との関係を示す模式図である。この図において、横軸は
発電負荷率Ｐ（％）を示し、縦軸のＱ1 はボイラにおけ
る発生蒸気量を、Ｑ2 は改質用の蒸気所要量を示してい
る。この図から明らかなように、燃料電池の部分負荷時
にはボイラの発生蒸気量に比較して、改質用蒸気の必要
量が少なくなり、この差が余剰分として発生している。
特に、負荷率Ｐ（％）が小さくなると、動力回収装置３
０におけるタービン３１の回転又は出力を維持するため
にカソード排ガスライン９に補助燃焼器３９を備え、こ
れに補助燃料を供給して燃焼させるため、発生蒸気量Ｑ
1 が一定となり、余剰蒸気量が多くなる。この余剰蒸気
は従来、復水させて水回収するか、動力回収装置３０の
タービン３１に供給して動力を回収していたが、保有エ
ネルギーの多くはロスとなっていた。本発明はかかる余
剰蒸気を飽和蒸気の状態で取り出し、改質器前の燃料ガ
スに混入することにより、混入した飽和蒸気により燃料
ガスの温度を下げ、これにより改質器伝熱部の温度を下
げようとするものである。
【０００８】図１は、本発明による第１の方法を実施す
るための溶融炭酸塩型燃料電池の発電設備を示す全体構
成図である。なお、この図において図４と同一のものに
は同一の符号を使用している。図１において、燃料電池
発電設備は、天然ガス等の燃料１と水蒸気２が混合され
た燃料ガス３を予熱する原料予熱器４０と、燃料ガス３
を水素を含むアノードガス４に改質する改質器１０と、
アノードガス４と酸素を含むカソードガス５とから発電
する燃料電池２０とを備え、燃料電池２０を出たアノー
ド排ガス６の全量が改質器１０の燃焼器に供給されて燃
焼し、その燃焼排ガス８の全量が燃料電池２０のカソー
ド側Ｃに供給されるようになっている。燃料電池２０
は、アノードガス４が通過するアノード側Ａと、カソー
ドガス５が通過するカソード側Ｃとからなり、アノード
ガス中の水素、一酸化炭素と、カソードガス中の酸素、
二酸化炭素とから化学反応により電気を発生する。前述
のように、この電池反応により、アノード側でＣＯ2 ガ
スが発生し、カソード側でＣＯ2 ガスが消費される。
るための溶融炭酸塩型燃料電池の発電設備を示す全体構
成図である。なお、この図において図４と同一のものに
は同一の符号を使用している。図１において、燃料電池
発電設備は、天然ガス等の燃料１と水蒸気２が混合され
た燃料ガス３を予熱する原料予熱器４０と、燃料ガス３
を水素を含むアノードガス４に改質する改質器１０と、
アノードガス４と酸素を含むカソードガス５とから発電
する燃料電池２０とを備え、燃料電池２０を出たアノー
ド排ガス６の全量が改質器１０の燃焼器に供給されて燃
焼し、その燃焼排ガス８の全量が燃料電池２０のカソー
ド側Ｃに供給されるようになっている。燃料電池２０
は、アノードガス４が通過するアノード側Ａと、カソー
ドガス５が通過するカソード側Ｃとからなり、アノード
ガス中の水素、一酸化炭素と、カソードガス中の酸素、
二酸化炭素とから化学反応により電気を発生する。前述
のように、この電池反応により、アノード側でＣＯ2 ガ
スが発生し、カソード側でＣＯ2 ガスが消費される。
【０００９】燃料電池発電設備は、燃料電池２０を出た
カソード排ガス９から蒸気を発生させるボイラ３５を有
する。このボイラ３５は、水を蒸発させる蒸発管３６
と、蒸発した蒸気を更に加熱する過熱管３７と、それら
の間に設けられ飽和蒸気を分離する蒸気ドラム３８とを
備えている。図１の燃料電池発電設備は更に、飽和蒸気
をボイラ３５から原料予熱器４０の出口と改質器１０の
入口の間に供給する飽和蒸気ライン３２と、改質器伝熱
部の温度を検出する温度センサー１６とを備え、飽和蒸
気ライン３２にはその中間に蒸気制御弁３３が設けられ
ている。飽和蒸気は、蒸気ドラム３８と過熱管３７との
間から取り出され、完全な飽和蒸気或いはわずかに過熱
された飽和蒸気に近い蒸気であることが好ましい。図１
の発電設備は更に、制御装置２８を備える。蒸気制御弁
３３は流量調節弁であり、これは制御装置２８からの制
御信号により開閉されるようになっている。制御装置２
８には更に、発電設備全体の負荷指令信号１５と、温度
センサー１６の検出信号が入力されるようになってい
る。その他の点は、図４に示した発電設備と同様であ
り、ここでは重複を避けて説明を省略する。
カソード排ガス９から蒸気を発生させるボイラ３５を有
する。このボイラ３５は、水を蒸発させる蒸発管３６
と、蒸発した蒸気を更に加熱する過熱管３７と、それら
の間に設けられ飽和蒸気を分離する蒸気ドラム３８とを
備えている。図１の燃料電池発電設備は更に、飽和蒸気
をボイラ３５から原料予熱器４０の出口と改質器１０の
入口の間に供給する飽和蒸気ライン３２と、改質器伝熱
部の温度を検出する温度センサー１６とを備え、飽和蒸
気ライン３２にはその中間に蒸気制御弁３３が設けられ
ている。飽和蒸気は、蒸気ドラム３８と過熱管３７との
間から取り出され、完全な飽和蒸気或いはわずかに過熱
された飽和蒸気に近い蒸気であることが好ましい。図１
の発電設備は更に、制御装置２８を備える。蒸気制御弁
３３は流量調節弁であり、これは制御装置２８からの制
御信号により開閉されるようになっている。制御装置２
８には更に、発電設備全体の負荷指令信号１５と、温度
センサー１６の検出信号が入力されるようになってい
る。その他の点は、図４に示した発電設備と同様であ
り、ここでは重複を避けて説明を省略する。
【００１０】図１に示した燃料電池発電設備における改
質器温度の第１の制御方法を以下に説明する。かかる発
電設備で燃料電池の負荷が降下する際に、負荷変化指令
に基づく先行信号が出される。改質器伝熱部の規定以上
の温度上昇を前記温度センサー１６により検出し、或い
は負荷変化指令に基づく先行信号によって、蒸気制御弁
３３を開いて、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度が規定以
内に復帰するまで改質器前の燃料ガス３に混入する。原
料予熱器４０で予熱された燃料ガス３（すなわち改質器
前の燃料ガス）は、改質器内で安定して反応するよう
に、通常高温（例えば約４５０℃）であり、一方飽和蒸
気は、温度が低く（２００℃以下）、冷却能力が大き
い。このため、混入した飽和蒸気により燃料ガス３の温
度が低下し、この温度が下がった燃料ガス３が改質器に
入るため、改質器伝熱部の燃料ガス温度が低下し、これ
により改質器伝熱部の温度を下げることができる。ま
た、かかる第１の方法によれば、アノード排ガス６の全
量が、改質器を介して燃料電池２０のカソード側Ｃに供
給されるので、カソード反応に必要なＣＯ2ガスの循環
を確実に行うことができる。なお、負荷が降下する際に
は改質器が必要とする蒸気量も低下しているので上記操
作が可能であり、かつ蒸気制御弁３３を介して改質器伝
熱部に供給された過剰蒸気により、改質反応における水
蒸気量の裕度が増し、改質器における炭素析出等を防止
することができる。
質器温度の第１の制御方法を以下に説明する。かかる発
電設備で燃料電池の負荷が降下する際に、負荷変化指令
に基づく先行信号が出される。改質器伝熱部の規定以上
の温度上昇を前記温度センサー１６により検出し、或い
は負荷変化指令に基づく先行信号によって、蒸気制御弁
３３を開いて、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度が規定以
内に復帰するまで改質器前の燃料ガス３に混入する。原
料予熱器４０で予熱された燃料ガス３（すなわち改質器
前の燃料ガス）は、改質器内で安定して反応するよう
に、通常高温（例えば約４５０℃）であり、一方飽和蒸
気は、温度が低く（２００℃以下）、冷却能力が大き
い。このため、混入した飽和蒸気により燃料ガス３の温
度が低下し、この温度が下がった燃料ガス３が改質器に
入るため、改質器伝熱部の燃料ガス温度が低下し、これ
により改質器伝熱部の温度を下げることができる。ま
た、かかる第１の方法によれば、アノード排ガス６の全
量が、改質器を介して燃料電池２０のカソード側Ｃに供
給されるので、カソード反応に必要なＣＯ2ガスの循環
を確実に行うことができる。なお、負荷が降下する際に
は改質器が必要とする蒸気量も低下しているので上記操
作が可能であり、かつ蒸気制御弁３３を介して改質器伝
熱部に供給された過剰蒸気により、改質反応における水
蒸気量の裕度が増し、改質器における炭素析出等を防止
することができる。
【００１１】図２は、本発明による第２の方法を実施す
るための溶融炭酸塩型燃料電池の発電設備を示す全体構
成図である。なお、この図において図１と共通する部分
には同一の符号を使用し、詳細な説明を省略する。図２
の発電設備は、図１の飽和蒸気ライン３２とは異なる飽
和蒸気ラインを有する。すなわち、図２の発電設備は、
飽和蒸気をボイラ３５から改質器１０の燃焼器に供給す
る飽和蒸気ライン３２′と、改質器伝熱部の温度を検出
する温度センサー１６とを備え、飽和蒸気ライン３２′
にはその中間に蒸気制御弁３３′が設けられている。こ
の飽和蒸気は、図１と同様に、蒸気ドラム３８と過熱管
３７との間から取り出され、完全な飽和蒸気或いはわず
かに過熱された飽和蒸気に近い蒸気であることが好まし
い。また、図２の発電設備では、図１における原料予熱
器４０は必ずしも不可欠ではない。図２の燃料電池発電
設備は更に、図１と同様な制御装置２８′を備える。蒸
気制御弁３３′は流量調節弁であり、これは制御装置２
８′からの制御信号により開閉されるようになってい
る。制御装置２８′には更に、発電設備全体の負荷指令
信号１５と、温度センサー１６の検出信号が入力される
ようになっている。
るための溶融炭酸塩型燃料電池の発電設備を示す全体構
成図である。なお、この図において図１と共通する部分
には同一の符号を使用し、詳細な説明を省略する。図２
の発電設備は、図１の飽和蒸気ライン３２とは異なる飽
和蒸気ラインを有する。すなわち、図２の発電設備は、
飽和蒸気をボイラ３５から改質器１０の燃焼器に供給す
る飽和蒸気ライン３２′と、改質器伝熱部の温度を検出
する温度センサー１６とを備え、飽和蒸気ライン３２′
にはその中間に蒸気制御弁３３′が設けられている。こ
の飽和蒸気は、図１と同様に、蒸気ドラム３８と過熱管
３７との間から取り出され、完全な飽和蒸気或いはわず
かに過熱された飽和蒸気に近い蒸気であることが好まし
い。また、図２の発電設備では、図１における原料予熱
器４０は必ずしも不可欠ではない。図２の燃料電池発電
設備は更に、図１と同様な制御装置２８′を備える。蒸
気制御弁３３′は流量調節弁であり、これは制御装置２
８′からの制御信号により開閉されるようになってい
る。制御装置２８′には更に、発電設備全体の負荷指令
信号１５と、温度センサー１６の検出信号が入力される
ようになっている。
【００１２】図２に示した燃料電池発電設備における改
質器温度の制御方法を以下に説明する。改質器伝熱部の
規定以上の温度上昇を前記温度センサー１６により検出
し、或いは負荷変化指令に基づく先行信号によって、前
記蒸気制御弁３３′を開いて飽和蒸気を改質器伝熱部の
温度が規定以内に復帰するまで改質器の燃焼器に供給す
る。これにより、蒸気の顕熱上昇により燃焼用ガス７の
燃焼温度が低下し、改質器伝熱部の温度を下げることが
できる。また、かかる第２の方法によっても、アノード
排ガス６の全量が、改質器を介して燃料電池２０のカソ
ード側Ｃに供給されるので、カソード反応に必要なＣＯ
2 ガスの循環を確実に行うことができる。なお、蒸気制
御弁３３を介して改質器１０に供給された過剰蒸気はそ
の全量が動力回収装置３０を通り、タービン３１で動力
を回収することができる。
質器温度の制御方法を以下に説明する。改質器伝熱部の
規定以上の温度上昇を前記温度センサー１６により検出
し、或いは負荷変化指令に基づく先行信号によって、前
記蒸気制御弁３３′を開いて飽和蒸気を改質器伝熱部の
温度が規定以内に復帰するまで改質器の燃焼器に供給す
る。これにより、蒸気の顕熱上昇により燃焼用ガス７の
燃焼温度が低下し、改質器伝熱部の温度を下げることが
できる。また、かかる第２の方法によっても、アノード
排ガス６の全量が、改質器を介して燃料電池２０のカソ
ード側Ｃに供給されるので、カソード反応に必要なＣＯ
2 ガスの循環を確実に行うことができる。なお、蒸気制
御弁３３を介して改質器１０に供給された過剰蒸気はそ
の全量が動力回収装置３０を通り、タービン３１で動力
を回収することができる。
【００１３】
【発明の効果】上述したように、本発明の第１の方法に
よれば、改質器伝熱部の温度上昇を温度センサーにより
検出し、或いは負荷変化指令に基づく先行信号によっ
て、蒸気制御弁を開き、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度
が規定以内に復帰するまで改質器前の燃料ガスに混入す
るので、混入した飽和蒸気により燃料ガスの温度が低下
し、この燃料ガスが改質器に入るため、改質器伝熱部の
燃料ガス温度が低下し、これにより改質器伝熱部の温度
を下げることができる。また、かかる第１の方法によれ
ば、アノード排ガスの全量が、改質器を介して燃料電池
のカソード側に供給されるので、カソード反応に必要な
ＣＯ2 ガスの循環を確実に行うことができる。更に、改
質器伝熱部に供給された過剰蒸気により、改質反応にお
ける水蒸気量の裕度が増し、改質器における炭素析出等
を防止することができる。また、本発明の第２の方法に
よれば、改質器伝熱部の温度上昇を温度センサーにより
検出し、或いは負荷変化指令に基づく先行信号によっ
て、蒸気制御弁を開き、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度
が規定以内に復帰するまで改質器の燃焼器に供給するの
で、蒸気の顕熱上昇により燃焼用ガス７の燃焼温度が低
下し、これにより改質器伝熱部の温度を下げることがで
きる。かかる第２の方法によっても、アノード排ガスの
全量が、改質器を介して燃料電池のカソード側に供給さ
れるので、カソード反応に必要なＣＯ2 ガスの循環を確
実に行うことができる。
よれば、改質器伝熱部の温度上昇を温度センサーにより
検出し、或いは負荷変化指令に基づく先行信号によっ
て、蒸気制御弁を開き、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度
が規定以内に復帰するまで改質器前の燃料ガスに混入す
るので、混入した飽和蒸気により燃料ガスの温度が低下
し、この燃料ガスが改質器に入るため、改質器伝熱部の
燃料ガス温度が低下し、これにより改質器伝熱部の温度
を下げることができる。また、かかる第１の方法によれ
ば、アノード排ガスの全量が、改質器を介して燃料電池
のカソード側に供給されるので、カソード反応に必要な
ＣＯ2 ガスの循環を確実に行うことができる。更に、改
質器伝熱部に供給された過剰蒸気により、改質反応にお
ける水蒸気量の裕度が増し、改質器における炭素析出等
を防止することができる。また、本発明の第２の方法に
よれば、改質器伝熱部の温度上昇を温度センサーにより
検出し、或いは負荷変化指令に基づく先行信号によっ
て、蒸気制御弁を開き、飽和蒸気を改質器伝熱部の温度
が規定以内に復帰するまで改質器の燃焼器に供給するの
で、蒸気の顕熱上昇により燃焼用ガス７の燃焼温度が低
下し、これにより改質器伝熱部の温度を下げることがで
きる。かかる第２の方法によっても、アノード排ガスの
全量が、改質器を介して燃料電池のカソード側に供給さ
れるので、カソード反応に必要なＣＯ2 ガスの循環を確
実に行うことができる。
【００１４】従って、本発明により、燃料電池の負荷降
下時の改質器伝熱部の過熱を防止することができ、かつ
ＣＯ2 ガスをアノード側からカソード側に全量循環させ
ることができる改質器温度の制御方法を提供することが
できる。
下時の改質器伝熱部の過熱を防止することができ、かつ
ＣＯ2 ガスをアノード側からカソード側に全量循環させ
ることができる改質器温度の制御方法を提供することが
できる。
【図１】本発明による第１の方法を実施する発電設備を
示す全体構成図である。
示す全体構成図である。
【図２】本発明による第２の方法を実施する発電設備を
示す全体構成図である。
示す全体構成図である。
【図３】発電負荷（発電出力）と蒸気量との関係を示す
模式図である。
模式図である。
【図４】従来の発電設備を示す全体構成図である。
１ 天然ガス ２ 水蒸気 ３ 燃料ガス ４ アノードガス ５ カソードガス ６ アノード排ガス ７ 燃焼用ガス ８ 燃焼排ガス ９ カソード排ガス １０ 改質器 １０ａ 改質管 １１ 空気 １５ 負荷指令信号 １６ 温度センサー ２０ 燃料電池 ２８ ２８′制御装置 ３０ 動力回収装置 ３１ タービン ３２ ３２′ 飽和蒸気ライン ３３ ３３′蒸気制御弁 ３５ ボイラ ３６ 蒸発管 ３７ 過熱管 ３８ 蒸気ドラム ３９ 補助燃焼器
Claims (2)
- 【請求項１】 水蒸気を含む燃料ガスを予熱する原料予
熱器と、前記燃料ガスを水素を含むアノードガスに改質
する改質器と、アノードガスと酸素を含むカソードガス
とから発電する燃料電池とを備え、燃料電池を出たアノ
ード排ガスの全量が改質器の燃焼器に供給されて燃焼
し、その燃焼排ガスの全量が燃料電池のカソード側に供
給される燃料電池発電設備において、 燃料電池を出たカソード排ガスから蒸気を発生させるボ
イラと、 蒸気制御弁を有し、飽和蒸気を前記ボイラから前記原料
予熱器と改質器の間に供給する飽和蒸気ラインと、 改質器伝熱部の温度を検出する温度センサーとを備え、 改質器伝熱部の規定以上の温度上昇を前記温度センサー
により検出し、或いは負荷変化指令に基づく先行信号に
よって、前記蒸気制御弁を開き、飽和蒸気を改質器伝熱
部の温度が規定以内に復帰するまで改質器前の燃料ガス
に混入する、ことを特徴とする燃料電池発電設備におけ
る改質器温度の制御方法。 - 【請求項２】 水蒸気を含む燃料ガスを水素を含むアノ
ードガスに改質する改質器と、アノードガスと酸素を含
むカソードガスとから発電する燃料電池とを備え、燃料
電池を出たアノード排ガスの全量が改質器の燃焼器に供
給されて燃焼し、その燃焼排ガスの全量が燃料電池のカ
ソード側に供給される燃料電池発電設備において、 燃料電池を出たカソード排ガスから蒸気を発生させるボ
イラと、 蒸気制御弁を有し、飽和蒸気を前記ボイラから改質器の
燃焼器に供給する飽和蒸気ラインと、 改質器伝熱部の温度を検出する温度センサーとを備え、 改質器伝熱部の規定以上の温度上昇を前記温度センサー
により検出し、或いは負荷変化指令に基づく先行信号に
よって前記蒸気制御弁を開き、飽和蒸気を改質器伝熱部
の温度が規定以内に復帰するまで改質器の燃焼器に供給
する、ことを特徴とする燃料電池発電設備における改質
器温度の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5006380A JPH06215790A (ja) | 1993-01-19 | 1993-01-19 | 燃料電池発電設備における改質器温度の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5006380A JPH06215790A (ja) | 1993-01-19 | 1993-01-19 | 燃料電池発電設備における改質器温度の制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06215790A true JPH06215790A (ja) | 1994-08-05 |
Family
ID=11636781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5006380A Pending JPH06215790A (ja) | 1993-01-19 | 1993-01-19 | 燃料電池発電設備における改質器温度の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06215790A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003017103A (ja) * | 2001-06-28 | 2003-01-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質型燃料電池システム |
| EP1505677A1 (en) * | 2002-05-15 | 2005-02-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell power generation system |
| JP2008243829A (ja) * | 2008-06-23 | 2008-10-09 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムの運転方法 |
-
1993
- 1993-01-19 JP JP5006380A patent/JPH06215790A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003017103A (ja) * | 2001-06-28 | 2003-01-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質型燃料電池システム |
| EP1505677A1 (en) * | 2002-05-15 | 2005-02-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell power generation system |
| JPWO2003105261A1 (ja) * | 2002-05-15 | 2005-10-13 | 松下電器産業株式会社 | 燃料電池発電装置、及び燃料電池発電方法 |
| EP1505677A4 (en) * | 2002-05-15 | 2007-11-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM |
| JP4533743B2 (ja) * | 2002-05-15 | 2010-09-01 | パナソニック株式会社 | 燃料電池発電装置、及び燃料電池発電方法 |
| US8012640B2 (en) | 2002-05-15 | 2011-09-06 | Panasonic Corporation | Method for operating fuel-cell electricity-generating device |
| US8263281B2 (en) | 2002-05-15 | 2012-09-11 | Panasonic Corporation | Method for operating fuel-cell electricity-generating device |
| JP2008243829A (ja) * | 2008-06-23 | 2008-10-09 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムの運転方法 |
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