JPH0794199A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH0794199A JPH0794199A JP5237022A JP23702293A JPH0794199A JP H0794199 A JPH0794199 A JP H0794199A JP 5237022 A JP5237022 A JP 5237022A JP 23702293 A JP23702293 A JP 23702293A JP H0794199 A JPH0794199 A JP H0794199A
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- turbine
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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
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池の部分負荷時において、カソード排
ガスの流量が変動しても安定して作動でき、タービン入
口温度を所望の温度範囲に維持でき、かつ燃焼の消費を
最小限に抑えることができる燃料電池発電装置を提供す
る。 【構成】 燃焼排ガス８で駆動するタービン１８とター
ビンの出力で空気６を圧縮する圧縮機１９とを有するタ
ービン圧縮機２０を備え、かつ内部に燃焼触媒４２を有
し、燃料電池１２の排ガス７で燃料ガス１を燃焼させて
燃焼排ガス８を発生させる触媒燃焼器４０と、圧縮機で
圧縮された空気の一部を触媒燃焼器に導く空気バイパス
ライン６ａ、６ｂと、制御装置５０とを備えている。制
御装置５０は、燃料電池の部分負荷時に空気バイパスラ
インを流れる空気の流量を調節して燃料電池への供給流
量を低減し、かつ触媒燃焼器への燃料ガスの流量を調節
してタービンへの燃焼排ガスの温度を制御する。
ガスの流量が変動しても安定して作動でき、タービン入
口温度を所望の温度範囲に維持でき、かつ燃焼の消費を
最小限に抑えることができる燃料電池発電装置を提供す
る。 【構成】 燃焼排ガス８で駆動するタービン１８とター
ビンの出力で空気６を圧縮する圧縮機１９とを有するタ
ービン圧縮機２０を備え、かつ内部に燃焼触媒４２を有
し、燃料電池１２の排ガス７で燃料ガス１を燃焼させて
燃焼排ガス８を発生させる触媒燃焼器４０と、圧縮機で
圧縮された空気の一部を触媒燃焼器に導く空気バイパス
ライン６ａ、６ｂと、制御装置５０とを備えている。制
御装置５０は、燃料電池の部分負荷時に空気バイパスラ
インを流れる空気の流量を調節して燃料電池への供給流
量を低減し、かつ触媒燃焼器への燃料ガスの流量を調節
してタービンへの燃焼排ガスの温度を制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置に係
わり、更に詳しくは、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装置に関する。
わり、更に詳しくは、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装置に関する。
【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・原子力に続く発電装置と
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
池を用いた発電装置は、図３に示すように改質器１０、
燃料電池１２、気水分離器１４、燃焼器１６、タービン
圧縮機２０等を備えており、燃料ガス１と水蒸気９の混
合ガスを燃料予熱器３１で予熱して改質器１０に供給
し、改質器１０で水素を含むアノードガス２に改質し、
更にこのアノードガス２と酸素を含むカソードガス３と
から燃料電池１２で発電するようになっている。
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・原子力に続く発電装置と
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
池を用いた発電装置は、図３に示すように改質器１０、
燃料電池１２、気水分離器１４、燃焼器１６、タービン
圧縮機２０等を備えており、燃料ガス１と水蒸気９の混
合ガスを燃料予熱器３１で予熱して改質器１０に供給
し、改質器１０で水素を含むアノードガス２に改質し、
更にこのアノードガス２と酸素を含むカソードガス３と
から燃料電池１２で発電するようになっている。
【０００３】改質器１０で作られたアノードガス２は燃
料電池１２内でその大部分（例えば８０％）を消費して
アノード排ガス４となり、燃料予熱器３１、ガス／ガス
熱交換器３２、冷却器３３で熱回収され、気水分離器１
４で水分を分離される。水分を分離されたアノード排ガ
ス４は、ブロア２２で加圧され、ガス／ガス熱交換器３
２で予熱されて改質器１０の燃焼室に供給される。改質
器１０ではアノード排ガス４中の可燃成分（水素、一酸
化炭素、メタン等）が燃焼室で燃焼し、発生した高温の
燃焼ガスにより改質管を加熱し内部を流れる混合ガス
（燃料ガス１と水蒸気９の混合ガス）を改質する。改質
室を出た燃焼排ガス５は、空気予熱器３４で熱回収さ
れ、空気６と合流してカソードガス３となり、燃料電池
１２のカソード側Ｃに供給される。カソードガス３は燃
料電池１２内でその一部が反応してカソード排ガス７と
なり、その一部はブロア２４によりカソード入口側に再
循環され、残りは燃焼器１６に供給されて燃料ガス１を
燃焼させて燃焼排ガス８となり、この燃焼排ガス８はタ
ービン圧縮機２０のタービン１８に供給されて圧力回収
され、過熱器３５、蒸発器３６、及び給水加熱器３７で
熱回収されて系外に排出される。なお、２６は給水ポン
プである。
料電池１２内でその大部分（例えば８０％）を消費して
アノード排ガス４となり、燃料予熱器３１、ガス／ガス
熱交換器３２、冷却器３３で熱回収され、気水分離器１
４で水分を分離される。水分を分離されたアノード排ガ
ス４は、ブロア２２で加圧され、ガス／ガス熱交換器３
２で予熱されて改質器１０の燃焼室に供給される。改質
器１０ではアノード排ガス４中の可燃成分（水素、一酸
化炭素、メタン等）が燃焼室で燃焼し、発生した高温の
燃焼ガスにより改質管を加熱し内部を流れる混合ガス
（燃料ガス１と水蒸気９の混合ガス）を改質する。改質
室を出た燃焼排ガス５は、空気予熱器３４で熱回収さ
れ、空気６と合流してカソードガス３となり、燃料電池
１２のカソード側Ｃに供給される。カソードガス３は燃
料電池１２内でその一部が反応してカソード排ガス７と
なり、その一部はブロア２４によりカソード入口側に再
循環され、残りは燃焼器１６に供給されて燃料ガス１を
燃焼させて燃焼排ガス８となり、この燃焼排ガス８はタ
ービン圧縮機２０のタービン１８に供給されて圧力回収
され、過熱器３５、蒸発器３６、及び給水加熱器３７で
熱回収されて系外に排出される。なお、２６は給水ポン
プである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した燃料電池発電
装置において、部分負荷時には燃料ガス１及び空気６の
流量を負荷に応じて低減する必要がある。しかし、ター
ビン圧縮機２０の圧縮機１９は、流量制御範囲が１００
〜８０％であり、８０％以下に流量を絞るとサージング
を起こす問題点がある。
装置において、部分負荷時には燃料ガス１及び空気６の
流量を負荷に応じて低減する必要がある。しかし、ター
ビン圧縮機２０の圧縮機１９は、流量制御範囲が１００
〜８０％であり、８０％以下に流量を絞るとサージング
を起こす問題点がある。
【０００５】そのため、従来の燃料電池発電装置では、
８０％以下の部分負荷時でも圧縮機Ｃの吐出流量を定格
の８０％以上に保持し、吐出流量の一部を空気供給ライ
ン６ａを介してタービン１８の入口側へ流出させて空気
６の実質的な流量を低減させていた。しかし、かかる手
段では、タービン１８に流入する燃焼排ガス８の温度が
下がり、過熱器３５及び蒸発器３６に供給する燃焼排ガ
ス８の温度が下がって、改質器１０で必要な蒸気９が不
足する問題点があった。従って、燃焼器１６で燃料ガス
１を燃焼させて燃焼排ガス８のタービン入口温度を昇温
する必要があった。
８０％以下の部分負荷時でも圧縮機Ｃの吐出流量を定格
の８０％以上に保持し、吐出流量の一部を空気供給ライ
ン６ａを介してタービン１８の入口側へ流出させて空気
６の実質的な流量を低減させていた。しかし、かかる手
段では、タービン１８に流入する燃焼排ガス８の温度が
下がり、過熱器３５及び蒸発器３６に供給する燃焼排ガ
ス８の温度が下がって、改質器１０で必要な蒸気９が不
足する問題点があった。従って、燃焼器１６で燃料ガス
１を燃焼させて燃焼排ガス８のタービン入口温度を昇温
する必要があった。
【０００６】しかし、従来の燃料電池発電装置では、燃
焼器１６にバーナ燃焼器を用いているため、燃料電池の
負荷変化時にカソード排ガス７の流量が変化すると、バ
ーナの火炎が吹き消えるおそれがあった。また、バーナ
燃焼器の燃焼を安定させるためにパイロットバーナを常
時点火させておく必要があり、パイロットバーナによる
燃料の消費によりプラントの発電効率が低下する問題点
があった。
焼器１６にバーナ燃焼器を用いているため、燃料電池の
負荷変化時にカソード排ガス７の流量が変化すると、バ
ーナの火炎が吹き消えるおそれがあった。また、バーナ
燃焼器の燃焼を安定させるためにパイロットバーナを常
時点火させておく必要があり、パイロットバーナによる
燃料の消費によりプラントの発電効率が低下する問題点
があった。
【０００７】本発明はかかる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
電池の部分負荷時において、カソード排ガスの流量が変
動しても安定して作動でき、タービン入口温度を所望の
温度範囲に維持でき、かつ燃焼の消費を最小限に抑える
ことができる燃料電池発電装置を提供することにある。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、燃料
電池の部分負荷時において、カソード排ガスの流量が変
動しても安定して作動でき、タービン入口温度を所望の
温度範囲に維持でき、かつ燃焼の消費を最小限に抑える
ことができる燃料電池発電装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃焼排
ガスで駆動するタービンと該タービンの出力で空気を圧
縮する圧縮機とを有するタービン圧縮機を備えた燃料電
池発電装置において、内部に燃焼触媒を有し、燃料電池
の排ガスで燃料ガスを燃焼させて燃焼排ガスを発生させ
る触媒燃焼器と、前記圧縮機で圧縮された空気の一部を
触媒燃焼器に導く空気バイパスラインと、燃料電池の部
分負荷時に前記空気バイパスラインを流れる空気の流量
を調節して燃料電池への供給流量を低減し、かつ触媒燃
焼器への燃料ガスの流量を調節してタービンへの燃焼排
ガスの温度を制御する制御装置と、を備えたことを特徴
とする燃料電池発電装置が提供される。
ガスで駆動するタービンと該タービンの出力で空気を圧
縮する圧縮機とを有するタービン圧縮機を備えた燃料電
池発電装置において、内部に燃焼触媒を有し、燃料電池
の排ガスで燃料ガスを燃焼させて燃焼排ガスを発生させ
る触媒燃焼器と、前記圧縮機で圧縮された空気の一部を
触媒燃焼器に導く空気バイパスラインと、燃料電池の部
分負荷時に前記空気バイパスラインを流れる空気の流量
を調節して燃料電池への供給流量を低減し、かつ触媒燃
焼器への燃料ガスの流量を調節してタービンへの燃焼排
ガスの温度を制御する制御装置と、を備えたことを特徴
とする燃料電池発電装置が提供される。
【０００９】本発明の好ましい実施例によれば、前記空
気バイパスラインは、燃焼触媒の上流側に前記圧縮機に
よる圧縮空気を供給する上流空気ラインと、前記燃焼触
媒の下流側に前記圧縮機による圧縮空気を供給する下流
空気ラインとを有し、燃焼触媒の温度を検出する触媒温
度センサーと、タービンに供給される燃焼排ガスの温度
を検出するガス温度センサーとを更に備え、前記制御装
置は、前記触媒温度センサーの検出温度が燃焼触媒の許
容最高温度に近ずく場合には、前記上流空気ラインの流
量を増加させかつ下流空気ラインの流量を減少させ、ガ
ス温度センサーの検出温度がタービンの必要最低温度に
近ずく場合には、燃料ガスの流量を増加させるように制
御されるようになっている。前記上流空気ラインには、
流量調節弁が設けられている、ことが好ましい。
気バイパスラインは、燃焼触媒の上流側に前記圧縮機に
よる圧縮空気を供給する上流空気ラインと、前記燃焼触
媒の下流側に前記圧縮機による圧縮空気を供給する下流
空気ラインとを有し、燃焼触媒の温度を検出する触媒温
度センサーと、タービンに供給される燃焼排ガスの温度
を検出するガス温度センサーとを更に備え、前記制御装
置は、前記触媒温度センサーの検出温度が燃焼触媒の許
容最高温度に近ずく場合には、前記上流空気ラインの流
量を増加させかつ下流空気ラインの流量を減少させ、ガ
ス温度センサーの検出温度がタービンの必要最低温度に
近ずく場合には、燃料ガスの流量を増加させるように制
御されるようになっている。前記上流空気ラインには、
流量調節弁が設けられている、ことが好ましい。
【００１０】
【作用】上記本発明の構成によれば、燃焼触媒を有する
触媒燃焼器を備えているので、燃料電池の負荷変化時に
カソード排ガスの流量が変化しても、バーナ燃焼器のよ
うにバーナの火炎が吹き消えるおそれがない。従って、
従来のようにパイロットバーナを用いることなく、広い
温度範囲（例えば約３５０℃〜８００℃）で安定した燃
焼を維持することができる。また、圧縮機で圧縮された
空気の一部を触媒燃焼器に導く空気バイパスラインと、
空気バイパスラインを流れる空気の流量を調節しかつ触
媒燃焼器への燃料ガスの流量を調節する制御装置とを備
えているので、空気の流量を調節して燃料電池への供給
流量を実質的に低減して圧縮機の流量をサーシングが起
こらない流量に保持することができ、かつ燃料ガスの流
量を調節してタービンへの燃焼排ガスの温度を必要な温
度以上に保持することができる。
触媒燃焼器を備えているので、燃料電池の負荷変化時に
カソード排ガスの流量が変化しても、バーナ燃焼器のよ
うにバーナの火炎が吹き消えるおそれがない。従って、
従来のようにパイロットバーナを用いることなく、広い
温度範囲（例えば約３５０℃〜８００℃）で安定した燃
焼を維持することができる。また、圧縮機で圧縮された
空気の一部を触媒燃焼器に導く空気バイパスラインと、
空気バイパスラインを流れる空気の流量を調節しかつ触
媒燃焼器への燃料ガスの流量を調節する制御装置とを備
えているので、空気の流量を調節して燃料電池への供給
流量を実質的に低減して圧縮機の流量をサーシングが起
こらない流量に保持することができ、かつ燃料ガスの流
量を調節してタービンへの燃焼排ガスの温度を必要な温
度以上に保持することができる。
【００１１】また、本発明の好ましい実施例によれば、
制御装置により触媒温度センサーの検出温度が燃焼触媒
の許容最高温度（耐熱温度）に近ずく場合には、上流空
気ラインの流量を増加させかつ下流空気ラインの流量を
減少させるので、空気バイパスラインを流れる空気の全
量を変化させることなく、燃焼触媒に供給される空気量
を増して燃焼触媒の温度を下げることができる。逆に燃
焼触媒の温度が触媒反応を維持できる最低温度（例えば
３５０℃）以下になるときは上流空気ラインの調節弁に
よって空気量を減らすのがよい。
制御装置により触媒温度センサーの検出温度が燃焼触媒
の許容最高温度（耐熱温度）に近ずく場合には、上流空
気ラインの流量を増加させかつ下流空気ラインの流量を
減少させるので、空気バイパスラインを流れる空気の全
量を変化させることなく、燃焼触媒に供給される空気量
を増して燃焼触媒の温度を下げることができる。逆に燃
焼触媒の温度が触媒反応を維持できる最低温度（例えば
３５０℃）以下になるときは上流空気ラインの調節弁に
よって空気量を減らすのがよい。
【００１２】更に、制御装置によりガス温度センサーの
検出温度がタービンの必要最低温度に近ずく場合には、
燃料ガスの流量を増加させるので、空気バイパスライン
を流れる空気の全量を変化させることなく、燃焼排ガス
の温度をタービンの必要最低温度以上に保持することが
できる。
検出温度がタービンの必要最低温度に近ずく場合には、
燃料ガスの流量を増加させるので、空気バイパスライン
を流れる空気の全量を変化させることなく、燃焼排ガス
の温度をタービンの必要最低温度以上に保持することが
できる。
【００１３】
【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。なお、各図において共通する構成機器に
は同一の符号を付して使用する。図１は、本発明による
燃料電池発電装置の全体構成図である。この図におい
て、本発明による燃料電池発電装置は、燃焼排ガス８で
駆動するタービン１８とタービン１８の出力で空気６を
圧縮する圧縮機１９とを有するタービン圧縮機２０を備
えている。更に、この燃料電池発電装置は、内部に燃焼
触媒４２を有し燃料電池１２のカソード排ガス７で燃料
ガス１を燃焼させて燃焼排ガス８を発生させる触媒燃焼
器４０と、圧縮機１９で圧縮された空気６の一部を触媒
燃焼器に導く空気バイパスライン６ａ、６ｂとを備えて
いる。この空気バイパスライン６ａ、６ｂは、燃焼触媒
の上流側に圧縮機１９による圧縮空気６を供給する上流
空気ライン６ａと、燃焼触媒の下流側に圧縮機１９によ
る圧縮空気６を供給する下流空気ライン６ｂとからな
る。上流空気ライン６ａには、流量調節弁４４が設けら
れ、燃料ガス１のライン及び下流空気ライン６ｂにも、
同様の流量調節弁が設けられている。かかる構成におい
て、カソード排ガス７、燃料ガス１、及び上流空気ライ
ン６ａからの空気６は触媒燃焼器４０内の燃焼触媒４２
の上流側で混合する。なお、図１に示すその他の構成機
器は、図３に示した従来の燃料電池発電装置と同様であ
り、ここでは重複した説明を省略する。
して説明する。なお、各図において共通する構成機器に
は同一の符号を付して使用する。図１は、本発明による
燃料電池発電装置の全体構成図である。この図におい
て、本発明による燃料電池発電装置は、燃焼排ガス８で
駆動するタービン１８とタービン１８の出力で空気６を
圧縮する圧縮機１９とを有するタービン圧縮機２０を備
えている。更に、この燃料電池発電装置は、内部に燃焼
触媒４２を有し燃料電池１２のカソード排ガス７で燃料
ガス１を燃焼させて燃焼排ガス８を発生させる触媒燃焼
器４０と、圧縮機１９で圧縮された空気６の一部を触媒
燃焼器に導く空気バイパスライン６ａ、６ｂとを備えて
いる。この空気バイパスライン６ａ、６ｂは、燃焼触媒
の上流側に圧縮機１９による圧縮空気６を供給する上流
空気ライン６ａと、燃焼触媒の下流側に圧縮機１９によ
る圧縮空気６を供給する下流空気ライン６ｂとからな
る。上流空気ライン６ａには、流量調節弁４４が設けら
れ、燃料ガス１のライン及び下流空気ライン６ｂにも、
同様の流量調節弁が設けられている。かかる構成におい
て、カソード排ガス７、燃料ガス１、及び上流空気ライ
ン６ａからの空気６は触媒燃焼器４０内の燃焼触媒４２
の上流側で混合する。なお、図１に示すその他の構成機
器は、図３に示した従来の燃料電池発電装置と同様であ
り、ここでは重複した説明を省略する。
【００１４】図２は、本発明による燃料電池発電装置の
部分構成図であり、タービン圧縮機２０と触媒燃焼器４
０の周辺を示している。この図において、本発明の燃料
電池発電装置は、更に、燃焼触媒４２の温度を検出する
触媒温度センサー４６と、タービン１８に供給される燃
焼排ガス８の温度を検出するガス温度センサー４８と、
燃料電池１２（図１）の部分負荷時に空気バイパスライ
ン６ａ、６ｂを流れる空気の流量を調節して燃料電池１
２への供給流量を低減し、かつ触媒燃焼器４０への燃料
ガス１の流量を調節してタービン１８への燃焼排ガス８
の温度を制御する制御装置５０を備えている。この制御
装置５０は、触媒温度センサー４６の検出温度が燃焼触
媒４２の許容最高温度に近ずく場合には、上流空気ライ
ン６ａの流量を増加させかつ下流空気ライン６ｂの流量
を減少させ、ガス温度センサー４８の検出温度がタービ
ン１８の必要最低温度に近ずく場合には、燃料ガス１の
流量を増加させるように制御されるようになっている。
部分構成図であり、タービン圧縮機２０と触媒燃焼器４
０の周辺を示している。この図において、本発明の燃料
電池発電装置は、更に、燃焼触媒４２の温度を検出する
触媒温度センサー４６と、タービン１８に供給される燃
焼排ガス８の温度を検出するガス温度センサー４８と、
燃料電池１２（図１）の部分負荷時に空気バイパスライ
ン６ａ、６ｂを流れる空気の流量を調節して燃料電池１
２への供給流量を低減し、かつ触媒燃焼器４０への燃料
ガス１の流量を調節してタービン１８への燃焼排ガス８
の温度を制御する制御装置５０を備えている。この制御
装置５０は、触媒温度センサー４６の検出温度が燃焼触
媒４２の許容最高温度に近ずく場合には、上流空気ライ
ン６ａの流量を増加させかつ下流空気ライン６ｂの流量
を減少させ、ガス温度センサー４８の検出温度がタービ
ン１８の必要最低温度に近ずく場合には、燃料ガス１の
流量を増加させるように制御されるようになっている。
【００１５】すなわち、燃料ガス１の流量は、触媒燃焼
器４０の出口ガス（燃焼排ガス８）をタービン入口で必
要な温度まで加熱できる量であり、図示の流量調節弁で
制御される。また触媒燃焼器４０に供給する空気は、上
流空気ライン６ａと下流空気ライン６ｂによって供給さ
れる。また、触媒燃焼器４０に供給する空気６のうち燃
焼触媒４２の入口で混合する空気流量は、混合ガス温度
が触媒で反応することができる最低温度（約３５０℃）
以上であり、かつ触媒温度が触媒の耐熱温度（約７８０
℃）以下となる流量とする。この燃焼触媒４２の上流に
供給する空気流量は上流空気ライン６ａに設けた調節弁
４４によって制御する。残りの空気６は下流空気ライン
６ｂに設けた流量調節弁によって制御され、下流空気ラ
イン６ｂを通り、燃焼触媒４２の下流で燃焼排ガスと混
合した後、触媒燃焼器４０から出ていき、ガスタービン
１８の入口へと導かれる。なお、下流空気ライン６ｂに
流量調節弁を設けず、図にＡで示す位置に流量調節弁を
設けて下流空気ライン６ｂへ流れる空気流量を調節して
もよい。
器４０の出口ガス（燃焼排ガス８）をタービン入口で必
要な温度まで加熱できる量であり、図示の流量調節弁で
制御される。また触媒燃焼器４０に供給する空気は、上
流空気ライン６ａと下流空気ライン６ｂによって供給さ
れる。また、触媒燃焼器４０に供給する空気６のうち燃
焼触媒４２の入口で混合する空気流量は、混合ガス温度
が触媒で反応することができる最低温度（約３５０℃）
以上であり、かつ触媒温度が触媒の耐熱温度（約７８０
℃）以下となる流量とする。この燃焼触媒４２の上流に
供給する空気流量は上流空気ライン６ａに設けた調節弁
４４によって制御する。残りの空気６は下流空気ライン
６ｂに設けた流量調節弁によって制御され、下流空気ラ
イン６ｂを通り、燃焼触媒４２の下流で燃焼排ガスと混
合した後、触媒燃焼器４０から出ていき、ガスタービン
１８の入口へと導かれる。なお、下流空気ライン６ｂに
流量調節弁を設けず、図にＡで示す位置に流量調節弁を
設けて下流空気ライン６ｂへ流れる空気流量を調節して
もよい。
【００１６】上述した構成により、本発明によれば、燃
焼触媒を有する触媒燃焼器を備えているので、燃料電池
の負荷変化時にカソード排ガスの流量が変化しても、バ
ーナ燃焼器のようにバーナの火炎が吹き消えるおそれが
ない。従って、従来のようにパイロットバーナを用いる
ことなく、広い温度範囲（例えば約３５０℃〜８００
℃）で安定した燃焼を維持することができる。また、圧
縮機で圧縮された空気の一部を触媒燃焼器に導く空気バ
イパスラインと、空気バイパスラインを流れる空気の流
量を調節しかつ触媒燃焼器への燃料ガスの流量を調節す
る制御装置とを備えているので、空気の流量を調節して
燃料電池への供給流量を実質的に低減して圧縮機の流量
をサーシングが起こらない流量に保持することができ、
かつ燃料ガスの流量を調節してタービンへの燃焼排ガス
の温度を必要な温度以上に保持することができる。
焼触媒を有する触媒燃焼器を備えているので、燃料電池
の負荷変化時にカソード排ガスの流量が変化しても、バ
ーナ燃焼器のようにバーナの火炎が吹き消えるおそれが
ない。従って、従来のようにパイロットバーナを用いる
ことなく、広い温度範囲（例えば約３５０℃〜８００
℃）で安定した燃焼を維持することができる。また、圧
縮機で圧縮された空気の一部を触媒燃焼器に導く空気バ
イパスラインと、空気バイパスラインを流れる空気の流
量を調節しかつ触媒燃焼器への燃料ガスの流量を調節す
る制御装置とを備えているので、空気の流量を調節して
燃料電池への供給流量を実質的に低減して圧縮機の流量
をサーシングが起こらない流量に保持することができ、
かつ燃料ガスの流量を調節してタービンへの燃焼排ガス
の温度を必要な温度以上に保持することができる。
【００１７】また、本発明の好ましい実施例によれば、
制御装置により触媒温度センサーの検出温度が燃焼触媒
の許容最高温度（耐熱温度）に近ずく場合には、上流空
気ラインの流量を増加させかつ下流空気ラインの流量を
減少させるので、空気バイパスラインを流れる空気の全
量を変化させることなく、燃焼触媒に供給される空気量
を増して燃焼触媒の温度を低下させることができる。逆
に燃焼触媒の温度が触媒反応を維持できる最低温度（例
えば３５０℃）以下になるときは上流空気ラインの調節
弁によって空気量を減らすのがよい。
制御装置により触媒温度センサーの検出温度が燃焼触媒
の許容最高温度（耐熱温度）に近ずく場合には、上流空
気ラインの流量を増加させかつ下流空気ラインの流量を
減少させるので、空気バイパスラインを流れる空気の全
量を変化させることなく、燃焼触媒に供給される空気量
を増して燃焼触媒の温度を低下させることができる。逆
に燃焼触媒の温度が触媒反応を維持できる最低温度（例
えば３５０℃）以下になるときは上流空気ラインの調節
弁によって空気量を減らすのがよい。
【００１８】更に、制御装置によりガス温度センサーの
検出温度がタービンの必要最低温度に近ずく場合には、
燃料ガスの流量を増加させるので、空気バイパスライン
を流れる空気の全量を変化させることなく、燃焼排ガス
の温度をタービンの必要最低温度以上に保持することが
できる。
検出温度がタービンの必要最低温度に近ずく場合には、
燃料ガスの流量を増加させるので、空気バイパスライン
を流れる空気の全量を変化させることなく、燃焼排ガス
の温度をタービンの必要最低温度以上に保持することが
できる。
【００１９】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、ター
ビン圧縮機２０に高温ガスを供給するために従来のバー
ナ燃焼ではなく触媒燃焼を用いた触媒燃焼器を有してお
り、バーナ燃焼に起こるような、燃料電池の負荷変動
からくるガス流量の変動による燃焼器の失火を防ぐこと
ができ、かつ、バーナ燃焼で必要なパイロットバーナ
による燃料の消費がないため、そこでの燃料消費分だけ
プラントの発電効率の低下を防ぐことができる。
ビン圧縮機２０に高温ガスを供給するために従来のバー
ナ燃焼ではなく触媒燃焼を用いた触媒燃焼器を有してお
り、バーナ燃焼に起こるような、燃料電池の負荷変動
からくるガス流量の変動による燃焼器の失火を防ぐこと
ができ、かつ、バーナ燃焼で必要なパイロットバーナ
による燃料の消費がないため、そこでの燃料消費分だけ
プラントの発電効率の低下を防ぐことができる。
【００２０】従って、本発明の燃料電池発電装置は、燃
料電池の部分負荷時において、カソード排ガスの流量が
変動しても安定して作動でき、タービン入口温度を所望
の温度範囲に維持でき、かつ燃焼の消費を最小限に抑え
ることができる、等の優れた効果を有する。
料電池の部分負荷時において、カソード排ガスの流量が
変動しても安定して作動でき、タービン入口温度を所望
の温度範囲に維持でき、かつ燃焼の消費を最小限に抑え
ることができる、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明による燃料電池発電装置の全体構成図で
ある。
ある。
【図２】本発明による燃料電池発電装置のタービン圧縮
機と触媒燃焼器の周辺を示す部分構成図である。
機と触媒燃焼器の周辺を示す部分構成図である。
【図３】従来の燃料電池発電装置の全体構成図である。
１ 燃料ガス ２ アノードガス ３ カソードガス ４ アノード排ガス ５ 燃焼排ガス ６ 空気 ７ カソード排ガス ８ 燃焼排ガス ９ 蒸気 １０ 改質器 １２ 燃料電池 １４ 気水分離器 １６ 燃焼器 １８ タービン １９ 圧縮機 ２０ タービン圧縮機 ２２ ブロア ２４ ブロア ２６ 給水ポンプ ３１ 燃料予熱器 ３２ ガス／ガス熱交換器 ３３ 冷却器 ３４ 空気予熱器 ３５ 過熱器 ３６ 蒸発器 ３７ 給水加熱器 ４０ 触媒燃焼器 ４２ 燃焼触媒 ４４ 流量調節弁 ４６ 触媒温度センサー ４８ ガス温度センサー ５０ 制御装置 Ａ アノード側 Ｃ カソード側
Claims (3)
- 【請求項１】 燃焼排ガスで駆動するタービンと該ター
ビンの出力で空気を圧縮する圧縮機とを有するタービン
圧縮機を備えた燃料電池発電装置において、 内部に燃焼触媒を有し、燃料電池の排ガスで燃料ガスを
燃焼させて燃焼排ガスを発生させる触媒燃焼器と、 前記圧縮機で圧縮された空気の一部を触媒燃焼器に導く
空気バイパスラインと、 燃料電池の部分負荷時に前記空気バイパスラインを流れ
る空気の流量を調節して燃料電池への供給流量を低減
し、かつ触媒燃焼器への燃料ガスの流量を調節してター
ビンへの燃焼排ガスの温度を制御する制御装置と、を備
えたことを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 前記空気バイパスラインは、燃焼触媒の
上流側に前記圧縮機による圧縮空気を供給する上流空気
ラインと、前記燃焼触媒の下流側に前記圧縮機による圧
縮空気を供給する下流空気ラインとを有し、 燃焼触媒の温度を検出する触媒温度センサーと、タービ
ンに供給される燃焼排ガスの温度を検出するガス温度セ
ンサーとを更に備え、 前記制御装置は、前記触媒温度センサーの検出温度が燃
焼触媒の許容最高温度に近ずく場合には、前記上流空気
ラインの流量を増加させかつ下流空気ラインの流量を減
少させ、ガス温度センサーの検出温度がタービンの必要
最低温度に近ずく場合には、燃料ガスの流量を増加させ
るように制御されるようになっている、ことを特徴とす
る請求項１に記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項３】 前記上流空気ラインには、流量調節弁が
設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の燃
料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23702293A JP3509141B2 (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23702293A JP3509141B2 (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794199A true JPH0794199A (ja) | 1995-04-07 |
| JP3509141B2 JP3509141B2 (ja) | 2004-03-22 |
Family
ID=17009235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23702293A Expired - Fee Related JP3509141B2 (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3509141B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006093023A (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム及びこれを用いた電力供給システム |
| JP2014123473A (ja) * | 2012-12-20 | 2014-07-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 発電システム及び発電システムの運転方法 |
-
1993
- 1993-09-24 JP JP23702293A patent/JP3509141B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006093023A (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム及びこれを用いた電力供給システム |
| JP2014123473A (ja) * | 2012-12-20 | 2014-07-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 発電システム及び発電システムの運転方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3509141B2 (ja) | 2004-03-22 |
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