JPH08213039A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】燃料電池発電装置の燃料改質器の起動時、改質
管を昇温するためバーナで起動用原燃料を燃焼する燃焼
空気が、燃料電池からの燃料オフガスをバーナに供給す
るオフガス供給系を逆流して燃料電池の発電開始時の開
回路電圧が規定の電圧が得られないことを防ぐ。 【構成】燃料電池２の燃料オフガスをバーナ７に供給す
るオフガス供給系１７から分岐して大気に開口し、弁４
０を備える放出管４１を設け、燃料改質器３の改質管９
の起動昇温時、弁４０を開にすることにより、起動用原
燃料を燃焼するため、燃焼空気供給系１５を経てブロワ
１４によりバーナ７に供給される燃焼空気のうちオフガ
ス供給系１７を逆流する燃焼空気の大部分を放出管４１
から放出して燃焼空気の燃料電池２への逆流量を僅小に
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料改質器と、この燃
料改質器で改質したガスを燃料とする燃料電池とを主要
構成部とする燃料電池発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は供給される燃料と空気とが内
装される電解質を介して電気化学反応を起こして発電す
るものであり、電解質の種類により、固体高分子電解質
型，りん酸型，溶融炭酸塩型，固体酸化物型等の各種の
燃料電池が知られている。ここでは電解質としてりん酸
を用いているりん酸型燃料電池を主たる対象として、こ
の燃料電池と、燃料電池の燃料として原燃料を水蒸気改
質した改質ガスを生成する燃料改質器とを主要構成部と
する燃料電池発電装置について図を用いて説明する。

【０００３】図２は上記の燃料電池発電装置の系統図で
ある。図２において、燃料電池発電装置１は、りん酸型
の燃料電池２，燃料改質器３及びシフトコンバータ４か
らなる燃料ガス供給装置５，これらの機器に接続する後
述の原燃料や空気等が流れる系統から構成されている。
りん酸型の燃料電池２は、りん酸電解質層と、これを挟
持する燃料電極及び空気電極とを備え、供給される燃料
と空気とにより電気化学反応を起こして発電する。

【０００４】燃料改質器３は、バーナ７と、容器８内に
配設され、改質触媒が充填された改質管９とを備え、例
えば天然ガス等の原燃料が通流する改質管９をバーナ７
での燃焼により生じる燃焼ガス等の熱媒により加熱して
原燃料を水素に富むガスに水蒸気改質する。シフトコン
バータ４は、燃料改質器３で水蒸気改質したガスに含ま
れ、燃料電池２の電極に有害な一酸化炭素を変成して一
酸化炭素濃度を低減する。

【０００５】原燃料供給系１０は燃料改質器３の改質管
９の入口に接続して設けられ、水蒸気改質ガス供給系１
１は改質管９の出口とシフトコンバータ４の入口に接続
して設けられ、改質ガス供給系１２はシフトコンバータ
４の出口と燃料電池２の燃料電極とに接続して設けられ
ている。燃料改質器３のバーナ７には、ブロワ１４によ
り燃焼空気を供給する燃焼空気供給系１５と、起動時、
改質管９を昇温するための起動用原燃料を供給する起動
用原燃料供給系１６と、燃料電池２の発電時、燃料電極
から排出される燃料オフガスを供給するオフガス供給系
１７とが接続して設けられている。

【０００６】燃料改質器３の容器８には燃焼排ガスを排
出する燃焼排ガス系２０が接続して設けられ、燃焼排ガ
ス系２０には燃焼空気供給系１５を流れる燃焼空気及び
オフガス供給系１７を流れる燃料オフガスを、容器８か
ら排出される燃焼排ガスとの熱交換により予熱する燃焼
系予熱器２１と、冷却水と熱交換する熱交換器２２と、
燃焼排ガスを冷却して得られた燃焼による生成水を貯留
する補助水タンク２３とが備えられている。なお、２４
は燃焼排ガス系２０の排気口である。

【０００７】空気供給系２６は燃料電池２の空気電極に
ブロワ２７を備えて接続し、空気電極に空気を供給す
る。空気排出系２８は燃料電池２の空気電極に接続し、
空気電極からの空気オフガスを排出する。なお、３０は
負荷であり、燃料電池２と電気回路３１により接続され
ている。このような構成により、燃料電池発電装置１の
運転による発電時、原燃料供給系１０を経る原燃料は燃
料改質器３の改質管９を通流する。この際、後述するよ
うに燃料電池２の発電に伴って燃料電池２の燃料電極か
ら電気化学反応に寄与しない水素を含む燃料オフガスが
排出され、この燃料オフガスはオフガス供給系１７を
経、燃焼系予熱器２１で予熱された後、燃料改質器３の
バーナ７に供給される。そして、この燃料オフガスはバ
ーナ７にて燃焼空気供給系１５を経てブロワ１４により
昇圧されて供給される燃焼空気により燃焼される。この
バーナ７にての燃焼により生じる熱媒により原燃料が通
流する改質管９は加熱され、原燃料は水素に富むガスに
水蒸気改質される。なお、改質管９を加熱した後の燃焼
排ガスは燃焼系予熱器２１，熱交換器２２を備えた燃焼
排ガス系２０を経て排気口２４から大気に放出される。
なお、燃焼排ガス中の水分は冷却されて生成水となり、
補助水タンクに貯留される。

【０００８】ところで、改質管９の加熱により原燃料を
水蒸気改質したガスは水蒸気改質ガス供給系１１を経て
シフトコンバータ４に流入し、ここでガス中に含まれる
一酸化炭素を変成し、一酸化炭素濃度の低い改質ガスと
なって改質ガス供給系１２を経て燃料電池２の燃料電極
に供給される。一方、空気は空気供給系２６を経てブロ
ワ２７により燃料電池２の空気電極に供給される。した
がって、燃料電池２は供給される改質ガスと空気とがり
ん酸電解質を介して電気化学反応を起こして発電する。
この発電した電力は電気回路３１を経て負荷３０に供給
される。

【０００９】なお、上記の発電中、電気化学反応に寄与
しない水素を含む燃料オフガスは、燃料電池２の燃料電
極からオフガス供給系１７を経て燃料改質器３のバーナ
７に供給されて燃焼され、この燃焼により生じた熱媒に
より燃料改質器３の改質管９を加熱して改質管９を通流
する原燃料を水蒸気改質する。一方、電気化学反応した
後の空気オフガスは空気電極から空気排出系２８を経て
外部に排出される。

【００１０】ところで、燃料電池発電装置１の起動時、
燃料改質器３の改質管９を水蒸気改質反応に適する温度
まで昇温する必要があるが、この場合には運転時のよう
に燃料電池２から燃料オフガスは発生していないので、
起動用原燃料供給系１６を経て供給される起動用原燃料
をバーナ７に供給し、燃焼空気供給系１５を経て供給さ
れる燃焼空気により燃焼し、この燃焼により生じる熱媒
により改質管９を昇温する。昇温終了後、原燃料を改質
管９に供給して前述のような改質を行なう運転に移行す
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】燃料改質器３の改質管
９の起動時の昇温は、バーナ７にて起動用原燃料供給系
１６を経て供給される起動用原燃料を、燃焼空気供給系
１５を経てブロワ１４により昇圧されて供給される燃焼
空気により燃焼させて生じた熱媒による加熱により行な
われるが、燃焼空気供給系１５と燃料電池２からバーナ
７に燃料オフガスを供給するオフガス供給系１７とはバ
ーナ７にて連通しているので、改質管９の起動昇温時、
燃焼に与る燃焼空気がオフガス供給系１７を経て燃料電
池２の方に流れる可能性があり、燃焼空気の混入により
燃料電池発電装置１の起動時における燃料電池２の発電
開始時、開回路電圧を規定の電圧になる良好な状態に保
てないという問題がある。

【００１２】本発明の目的は、燃料改質器の起動昇温
時、燃焼空気がオフガス供給系を経て燃料電池に逆流す
る量を僅小にすることのできる燃料電池発電装置を提供
することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によればバーナにて燃料を、燃焼空気供給系
を経て供給される燃焼空気により燃焼させて生じる熱媒
により、原燃料が通流する改質触媒が充填された改質管
を加熱して原燃料を水素に富むガスに改質する燃料改質
器と、この燃料改質器で改質したガスと別に供給される
空気とにより発電する燃料電池とを備え、燃料改質器の
起動時の改質管の昇温は、起動用原燃料のバーナでの燃
焼により生じる熱媒により行ない、燃料電池の発電時の
改質管の加熱は、燃料電池の燃料電極から排出され、オ
フガス供給系を経て供給される燃料オフガスのバーナで
の燃焼により生じる熱媒により行なう燃料電池発電装置
において、オフガス供給系から分岐して大気に開口し、
弁を備える放出管を設けるものとする。

【００１４】

【作用】原燃料を水素に富むガスに改質する燃料改質器
と、この燃料改質器で改質したガスと別に供給される空
気とにより発電する燃料電池とを備える燃料電池発電装
置において、燃料改質器の起動時、改質触媒が充填さ
れ、原燃料が通流する改質管の昇温は、燃料電池が発電
していないため、燃料電池の燃料電極から排出される燃
料オフガスは生じないので、起動用原燃料を、燃焼空気
供給系を経て供給される燃焼空気によりバーナにて燃焼
させて生じる熱媒による加熱により行なわれる。

【００１５】また、燃料電池の発電時、燃料改質器での
改質反応のために行なわれる改質管の加熱は、燃料電池
の燃料電極から排出される燃料オフガスを前記燃焼空気
供給系を経た燃焼空気によりバーナにて燃焼させて生じ
る熱媒により行なわれる。ここで、上記の燃焼空気供給
系とオフガス供給系とはバーナにて連通しており、この
ため、燃料改質器の起動時の昇温に際して起動用原燃料
を燃焼する燃焼空気はバーナからオフガス供給系を経て
燃料電池の方に逆流する可能性があるが、オフガス供給
管から分岐して設けた放出管の弁を開にすることによ
り、オフガス供給管を逆流する燃焼空気はその大部分が
放出管から大気に放出される。したがって、燃料電池内
に流入する燃焼空気量は僅小になるので、燃料電池発電
装置の起動時における燃料電池の発電開始時の開回路電
圧は規定の電圧を保つ良好な状態に保たれる。

【００１６】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図１は本発明の実施例による燃料電池発電装
置の系統図である。なお、図１において図２の従来例と
同一部品には同じ符号を付し、その説明を省略する。図
１において図２の従来例と異なるのは、オフガス供給系
１７から分岐して弁４０を備え、大気に開口する放出管
４１を設けたことである。

【００１７】このような構成により、燃料改質器３の起
動時、改質管９は、起動用原燃料供給系１６を経て供給
される起動用原燃料を、燃焼空気供給系１５を経てブロ
ワ１４により昇圧されて供給される燃焼空気によりバー
ナ７にて燃焼させて生じる熱媒の加熱により水蒸気改質
反応に適する温度に昇温される。この際、燃焼空気供給
系１５とオフガス供給系１７とがバーナ７にて連通して
いるので、ブロワ１４により昇圧されてバーナ７に供給
された燃焼空気は、バーナ７からオフガス供給系１７に
逆流する可能性がある。しかしながら、オフガス供給系
１７から分岐した排出管４１の弁４０を開にすることに
より、オフガス供給系１７を逆流した燃焼空気の大部分
は放出管４１を経て大気に放出され、燃料電池２に逆流
する燃焼空気量は僅小となる。したがって燃料電池発電
装置１の起動時における燃料電池の発電開始の開回路電
圧は規定の電圧が得られる良好な状態を保つことができ
る。

【００１８】なお、燃料電池２の発電時には、放出管４
１の弁４０を閉にする。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば前述の構成により、燃料改質器の改質管の起動
昇温時、オフガス供給系から分岐した放出管の弁を開に
するので、昇温のためバーナにて起動用原燃料を燃焼さ
せる燃焼空気がオフガス供給系に逆流した場合、その大
部分は放出管から大気に放出され、このため燃料電池に
流入する燃焼空気量は僅小となるので、燃料電池発電装
置の起動時における燃料電池の発電開始時の開回路電圧
は規定の電圧が得られる良好な状態を保つことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による燃料電池発電装置の系統
図

【図２】従来の燃料電池発電装置の系統図

【符号の説明】

１ 燃料電池発電装置 ２ 燃料電池 ３ 燃料改質器 ７ バーナ ９ 改質管 １５ 燃焼空気供給系 １７ オフガス供給系 ４０ 弁 ４１ 放出管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 元一 神奈川県逗子市久木２丁目６番Ｂ９号 (72)発明者 岩佐 信弘 大阪府岸和田市葛城町910−55 (72)発明者 加藤 啓 愛知県名古屋市天白区天白町植田字焼山16 −３ ユーロハイツＫ２−201 (72)発明者 清水 浩 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バーナにて燃料を、燃焼空気供給系を経て
   供給される燃焼空気により燃焼させて生じる熱媒によ
   り、原燃料が通流する改質触媒が充填された改質管を加
   熱して原燃料を水素に富むガスに改質する燃料改質器
   と、この燃料改質器で改質したガスと別に供給される空
   気とにより発電する燃料電池とを備え、燃料改質器の起
   動時の改質管の昇温は、起動用原燃料のバーナでの燃焼
   により生じる熱媒により行ない、燃料電池の発電時の改
   質管の加熱は、燃料電池の燃料電極から排出され、オフ
   ガス供給系を経て供給される燃料オフガスのバーナでの
   燃焼により生じる熱媒により行なう燃料電池発電装置に
   おいて、オフガス供給系から分岐して大気に開口し、弁
   を備える放出管を設けたことを特徴とする燃料電池発電
   装置。