JPH07249422A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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Publication number
JPH07249422A
JPH07249422A JP6042133A JP4213394A JPH07249422A JP H07249422 A JPH07249422 A JP H07249422A JP 6042133 A JP6042133 A JP 6042133A JP 4213394 A JP4213394 A JP 4213394A JP H07249422 A JPH07249422 A JP H07249422A
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JP
Japan
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fuel
fuel cell
heat
auxiliary fuel
reformer
Prior art date
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Pending
Application number
JP6042133A
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English (en)
Inventor
Takashi Nakayama
隆 中山
Manabu Miura
学 三浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • 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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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、予備燃料の蒸気化を経済的
に行えるようにした燃料電池発電装置を得ることであ
る。 【構成】 本発明の燃料電池発電装置は、常時は改質器
で改質された主燃料を燃料電池本体で使用し、主燃料が
遮断した場合には改質器で改質された予備燃料を燃料電
池本体で使用して発電を継続させるようにしたものであ
って、予備燃料を液体から気体に状態変化させる予備燃
料蒸発器と、この予備燃料蒸発器の周囲に設けられた保
温材と、予備燃料蒸発器に設けられ予備燃料を液体から
気体に状態変化させるための熱を予備燃料に与える熱交
換器と、燃料電池本体の電池冷却管からの流体を熱交換
器に導く三方弁とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、常時使用している主燃
料である気体燃料が遮断された場合でも、自動的に予備
燃料である液体燃料による運転に切替えて燃料電池本体
を継続動作させ、安定した電力を供給するようにした燃
料電池発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】リン酸型燃料電池を使用した燃料電池発
電装置の主燃料としては、天然ガス、都市ガス等のメタ
ンを主成分とした気体燃料、貯蔵に便利なメタノール、
液化プロパンガス等の液体燃料が使用されている。これ
ら燃料は何れも改質器で水蒸気改質を行って水素リッチ
ガスに変換し、この水素リッチガスをリング酸型燃料電
池に供給し発電に使用する。水素リッチガスに一酸化炭
素が多く含まれている場合には、リン酸型燃料電池に供
給する前に一酸化炭素変成器で一酸化炭素を低減させ
る。
【0003】しかるに燃料電池発電装置の主燃料として
気体燃料、例えば都市ガスを使用する場合、地震などの
何れかの支障が生じて都市ガスの供給が断たれると、燃
料電池発電装置が停止してしまうという問題がある。
【0004】そこで、予備燃料として貯蔵に便利な液体
燃料、例えばメタノールを貯蔵し、都市ガスが遮断され
た場合にはこの液体燃料で燃料電池発電装置を継続運転
する方法が考えられる。
【0005】図6は従来の主燃料の都市ガスから予備燃
料のメタノールに切替可能な燃料電池発電装置の系統構
成図を示したものである。すなわち、図6に示すように
通常運転時には燃料供給弁1を開いて都市ガスを供給ラ
イン2aから2bに導入し、低温シフト変成器3の出口
側の改質ガスライン4から分岐した再循環ライン5から
供給された改質ガスの一部とともに水添脱硫装置6を経
てエジェクタ7に供給する。
【0006】一方、エジェクタ7に分離器8から水蒸気
ライン9を介して水蒸気を供給し、エジェクタ7内で水
蒸気と都市ガスとを適当な比率で混合して混合ガスを改
質器10に供給する。改質器10内に供給された混合ガス
は、加熱された触媒上で改質反応が行われた後、低温シ
フト変成器3に供給される。
【0007】改質器10内では、内部の触媒層で、化学式
CH4 +H2 O→3H2 +COで表わされる改質反応が
進行し、低温シフト変成器3内では、内部の触媒層で、
化学式CO+H2 O→H2 +CO2 で表わされる一酸化
炭素シスト反応が進行する。低温シフト変成器3を出た
改質ガスは電池供給ライン11を介して燃料電池本体12の
水素極13に供給される。
【0008】この燃料電池本体12では、上記改質ガス中
一部の水素を利用し、残りの水素を含む電池排ガスはバ
ーナライン14を介して改質器10のバーナに供給される。
このバーナで空気圧縮機15から供給される空気により電
池排ガス中の水素を燃焼させて改質器10を加熱する。ま
た、空気圧縮機15からは燃料電池本体12の酸素極16にも
空気が送られる。
【0009】一方、燃料電池本体12の冷却水は、ポンプ
17を介して分離器8から冷却器18に供給される。冷却器
18を出た冷却水は、熱交換器20を経て分離器8に戻され
る。以上は都市ガス運転時の動作であるが、都市ガスラ
イン2aの圧力が所定値以下に低下した場合には、この
都市ガス供給ライン2aに設けた圧力検出器21によりそ
のガス圧低下を検出し、メタノール蒸発器22に貯溜され
たメタノール液23をヒータ24により加熱して蒸気化させ
たところのメタノール蒸気を蒸気供給弁25を開いて都市
ガス供給ライン2bに導入する。このとき、都市ガス供
給ライン2a側の燃料供給弁1は、蒸気供給弁25が開く
と同時に閉じる。なお、図中26は蒸気安全弁を示し、27
は改質器燃焼排ガス管を示す。また41はメタノール蒸気
供給ラインを示す。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メタノ
ール液の蒸発方法は、電気ヒーターのみを使用している
ため、熱源を燃料電池発電装置の外部にすべて依存し、
不経済であった。そしていつ起きるか予想できぬ都市ガ
スの供給停止に備えてメタノールを常時、改質可能な気
体の状態に保っておくためメタノールを燃料として使用
しない場合でさえも電気ヒーター24を働かせてメタノー
ルの露点温度以上に保つ必要がありこのための電気代が
無視できるものではなかった。
【0011】本発明は、主燃料である都市ガス等の気体
燃料の供給が断たれて、予備燃料であるメタノール等の
液体燃料の蒸気を代替燃料として供給し発電を続行しな
ければならない場合に、この液体燃料の蒸気化を経済的
に行なうことのできる燃料電池発電装置を提供すること
にある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池発電装
置は、常時は改質器で改質された主燃料を燃料電池本体
で使用し、主燃料が遮断した場合には改質器で改質され
た予備燃料を燃料電池本体で使用して発電を継続させる
ようにしたものであって、予備燃料を液体から気体に状
態変化させる予備燃料蒸発器と、この予備燃料蒸発器の
周囲に設けられた保温材と、予備燃料蒸発器に設けられ
予備燃料を液体から気体に状態変化させるための熱を予
備燃料に与える熱交換器と、燃料電池本体の電池冷却管
からの流体を熱交換器に導く三方弁とを備えている。
【0013】そして、熱交換器に加えて、予備燃料蒸発
器には電気ヒータも設けている。また、熱交換器の電源
として、燃料電池本体の電池冷却管からの流体に代えて
改質器からの燃焼排ガスを用いる。一方、熱交換器の熱
源として、燃料電池本体の電池冷却管からの流体及び改
質器からの燃焼排ガスを用いる。
【0014】
【作用】このような構成の燃料電池発電装置にあって
は、通常の気体燃料による運転中には、あらかじめ燃料
電池冷却水系からの排熱を利用した熱交換器を使用した
蒸発器により予備燃料である液体燃料が蒸気化され待機
状態に置かれ、気体燃料の供給支障が検出されると、代
わって前記の蒸気化された液体燃料が改質器に供給され
るので、燃料電池本体の発電運転を継続することが可能
であり、しかも、発電装置からの排熱を有効に利用して
いるため経済的である。
【0015】
【実施例】以下本発明による燃料電池発電装置の実施例
を気体燃料に都市ガスを、液体燃料にメタノールを使用
する場合を例にとって図面を参照して照明する。図1は
本発明の実施例を示す燃料電池発電系統の構成図であ
り、図6と同一部分には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
【0016】本実施例では、図1に示すようにメタノー
ル蒸発器22に対してその周囲を保温材42で覆い、その内
部の上部にメタノール蒸気出口を設け、またメタノール
を加熱するための熱交換器31を装着する。このメタノー
ル蒸発器22には都市ガスの供給が遮断した場合にメタノ
ール供給ポンプ32を駆動してメタノール貯蔵タンク33よ
りメタノール23が供給されるようになっている。この場
合、メタノール供給ポンプ32は間欠運転を行い、またメ
タノール蒸発器22のメタノール液面が容器中間部より低
下すると運転を始め、液面23aが所定の高さになると停
止する。
【0017】さらに、メタノール蒸発器22に装着された
熱交換器31は、常時燃料電池本体12の冷却器18の出口よ
り三方弁34、温水ライン35を経て供給される温水により
加熱されるようになっている。この場合、熱交換器31を
加熱した温水は、熱交換器20により熱交換した温水と合
流して分離器8に導かれる。
【0018】また、都市ガス供給弁1の流入口には都市
ガス供給ライン2aを通じて都市ガスが供給され、メタ
ノール蒸気供給弁25の流入口には蒸気化したメタノール
が供給される。これらの供給弁1と供給弁25は図示しな
い制御装置からの切替指令により切替えられるようにな
っている。
【0019】次に、上記のように構成された燃料電池発
電装置の動作について述べる。通常の都市ガスによる運
転は、従来例で述べたのと同様であるが、この場合メタ
ノール蒸発器22に装着された熱交換器31には、燃料電池
本体12の冷却器18の出口より三方弁34、温水ライン35を
経て温水が供給され、常時メタノール蒸発器22は加熱さ
れている。
【0020】そして、通常の都市ガスによる運転時に
は、メタノール蒸発器22ではメタノールを蒸気の状態で
待機させておき、都市ガス供給ライン2aの圧力が低下
した時点で初めてメタノール蒸気供給弁25を開き水添脱
硫装置6の入口側にメタノール蒸気を供給し、一方で都
市ガス供給弁1を閉じて燃料を切替える。
【0021】これによりメタノール蒸発器のレベルが所
定値より低下した場合はメタノール供給ポンプ32を起動
し、メタノール蒸発器22にメタノール23を供給する。こ
こに、常時メタノール蒸発器22に装着された熱交換器31
に燃料電池本体12の冷却管18の出口より三方弁34、温水
ライン35を経て温水を供給してメタノールを蒸気化して
待機しているので、都市ガスの遮断と同時にメタノール
を蒸気の状態で供給でき、ポンプ32を通じてメタノール
貯蔵タンク33よりメタノール蒸発器22にメタノールを供
給しても短時間でメタノール液23を蒸発させることがで
きる。そしてメタノールの蒸気化の為の熱源には発電装
置からの排熱を利用しているため外部から熱を補給する
必要がなく、経済的な運転が可能となる。
【0022】また、メタノール蒸発器22の周囲を保温材
42で覆っているので、メタノール蒸発器22からの放熱量
は僅少であり常に一定の温度に保持することができる。
上述の実施例においては、メタノールの蒸気化に電池冷
却水との熱交換を利用したのみであったが、図2に示す
如く、従来の電気ヒーターによる加熱との併用してもよ
い。これはメタノールの蒸気化に必要な全ての熱量を賄
いきれない場合に有効である。また、図3に示す如く電
池冷却水との熱交換ではなく、改質器の燃焼排ガスとの
熱交換を考えてもよく、また、図4に示すように、図3
に示した実施例のものに電池冷却水の熱交換を併用する
ことによって、より多くのメタノール蒸気化のため熱量
を得るようにしてもよい。
【0023】また、以上の実施例においてはメタノール
蒸気化の供給ポイントを水添脱硫器の上流側にしてある
が、該供給ポイントを図5のように該水添脱硫器の下流
側としてもさしつかえない。
【0024】
【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、都
市ガス等の気体燃料の供給が断たれた場合に、メタノー
ル等の液体燃料の蒸気を安全かつ経済的に供給すること
ができ運転継続を可能とする燃体予備燃料切替型の燃料
電池発電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す構成図
【図2】本発明の第2の実施例を示す構成図
【図3】本発明の第3の実施例を示す構成図
【図4】本発明の第4の実施例を示す構成図
【図5】本発明の第5の実施例を示す構成図
【図6】従来例を示す構成図
【符号の説明】
1…都市ガス供給弁、2a…都市ガス供給ライン、3…
低温シフト変成器、4…改質ガスライン、5…再循環ラ
イン、6…水添脱硫装置、7…エジェクタ、8…分離
器、9…水蒸気ライン、10…改質器、11…電池供給ライ
ン、12…燃料電池本体、13…水素極、14…バーナライ
ン、15…空気圧縮機、16…酸素極、17…ポンプ、18…冷
却器、19,20…熱交換器、21…圧力検出器、22…メタノ
ール蒸発器、23…メタノール、26…蒸気安全弁、27…改
質器燃焼排ガス管、31,31a…熱交換器、32…メタノー
ル供給ポンプ、33…メタノール貯蔵タンク、34…三方
弁、35…温水ライン、41…メタノール蒸気供給ライン、
42…保温材

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 常時は改質器で改質された主燃料を燃料
    電池本体で使用し、前記主燃料が遮断した場合には前記
    改質器で改質された予備燃料を前記燃料電池本体で使用
    して発電を継続させるようにした燃料電池発電装置にお
    いて、前記予備燃料を液体から気体に状態変化させる予
    備燃料蒸発器と、この予備燃料蒸発器の周囲に設けられ
    た保温材と、前記予備燃料蒸発器に設けられ前記予備燃
    料を液体から気体に状態変化させるための熱を前記予備
    燃料に与える熱交換器と、前記燃料電池本体の電池冷却
    管からの流体を前記熱交換器に導く三方弁とを備えたこ
    とを特徴とする燃料電池発電装置。
  2. 【請求項2】 常時は改質器で改質された主燃料を燃料
    電池本体で使用し、前記主燃料が遮断した場合には前記
    改質器で改質された予備燃料を前記燃料電池本体で使用
    して発電を継続させるようにした燃料電池発電装置にお
    いて、前記予備燃料を液体から気体に状態変化させる予
    備燃料蒸発器と、この予備燃料蒸発器の周囲に設けられ
    た保温材と、前記予備燃料蒸発器に設けられ前記予備燃
    料を液体から気体に状態変化させるための熱を前記予備
    燃料に与える熱交換器と、前記燃料電池本体の電池冷却
    管からの流体を前記熱交換器に導く三方弁と、前記予備
    燃料蒸発器に設けられ前記予備燃料を液体から気体に状
    態変化させるための熱を前記予備燃料に与える電気ヒー
    タとを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
  3. 【請求項3】 常時は改質器で改質された主燃料を燃料
    電池本体で使用し、前記主燃料が遮断した場合には前記
    改質器で改質された予備燃料を前記燃料電池本体で使用
    して発電を継続させるようにした燃料電池発電装置にお
    いて、前記予備燃料を液体から気体に状態変化させる予
    備燃料蒸発器と、この予備燃料蒸発器の周囲に設けられ
    た保温材と、前記予備燃料蒸発器に設けられ前記予備燃
    料を液体から気体に状態変化させるための熱を前記予備
    燃料に与える熱交換器と、前記改質器からの燃焼排ガス
    を前記熱交換器に導く改質器燃焼排ガス管とを備えたこ
    とを特徴とする燃料電池発電装置。
  4. 【請求項4】 常時は改質器で改質された主燃料を燃料
    電池本体で使用し、前記主燃料が遮断した場合には前記
    改質器で改質された予備燃料を前記燃料電池本体で使用
    して発電を継続させるようにした燃料電池発電装置にお
    いて、前記予備燃料を液体から気体に状態変化させる予
    備燃料蒸発器と、この予備燃料蒸発器の周囲に設けられ
    た保温材と、前記予備燃料蒸発器に設けられ前記予備燃
    料を液体から気体に状態変化させるための熱を前記予備
    燃料に与える2個の熱交換器と、前記燃料電池本体の電
    池冷却管からの流体を前記熱交換器の一方に導く三方弁
    と、前記改質器からの燃焼排ガスを前記熱交換器の他方
    に導く改質器燃焼排ガス管とを備えたことを特徴とする
    燃料電池発電装置。
JP6042133A 1994-03-14 1994-03-14 燃料電池発電装置 Pending JPH07249422A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010044170A1 (ja) * 2008-10-17 2010-04-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010044170A1 (ja) * 2008-10-17 2010-04-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US8945788B2 (en) 2008-10-17 2015-02-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system

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