JPH08236135A - 燃料電池発電設備のカソード温度制御方法及び装置 - Google Patents

燃料電池発電設備のカソード温度制御方法及び装置

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JPH08236135A
JPH08236135A JP7034890A JP3489095A JPH08236135A JP H08236135 A JPH08236135 A JP H08236135A JP 7034890 A JP7034890 A JP 7034890A JP 3489095 A JP3489095 A JP 3489095A JP H08236135 A JPH08236135 A JP H08236135A
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Yoshihiro Aimono
美裕 四十物
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 カソード排ガスの温度を制御することにより
カソード排ガスの循環量の変動を少なくする。また循環
ブロワの容量を少なくする。 【構成】 水素を含むアノードガス2と酸素を含むカソ
ードガス3とから発電する燃料電池20と、燃料電池2
0のカソード排ガスの一部をカソードに循環するカソー
ド循環ライン24とを備え、カソード循環ライン24に
は、循環するカソード排ガス7を加熱する加熱器26が
設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池
を用いた燃料電池発電設備のカソード温度制御方法及び
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2に示すように天然ガ
ス等の燃料ガス1を水素を含むアノードガス2に改質す
る改質器10と、アノードガス2と酸素を含むカソード
ガス3とから発電する燃料電池20とを備えており、改
質器10で作られたアノードガス2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
費した後、アノード排ガス4として冷却器32、セパレ
ータ34に入り、水分を除去されて改質器10の燃焼室
10a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
10aで燃焼し、高温の燃焼ガスにより改質管10bを
加熱し改質管内を通る燃料ガス1を改質する。改質管1
0bを出た燃焼排ガス5はタービン圧縮機44から供給
される加圧空気6及び循環されるカソード排ガス7と合
流してカソードガス3となり、燃料電池20のカソード
側に必要な二酸化炭素を供給する。燃料電池内でその一
部が反応したカソードガス(カソード排ガス7)は、循
環ブロア22により燃料電池20の上流側に一部が循環
され、残りはタービン圧縮機44で圧力を回収され、排
熱回収装置50で熱を回収されて系外に排出される。
【0003】燃料電池は、融点の高い溶融炭酸塩を電解
液として用いており、平均温度が500℃以下となると
電解液が部分的に凝縮し、逆に700℃以上になると電
解液の蒸発や腐食が激しくなる問題がある。このため、
従来、燃料電池の温度制御は、タービン圧縮機44から
の空気6の量により最高温度(出口温度)を制御し、循
環ブロワ22によるカソード排ガス7の循環量により最
低温度(入口温度)を制御していた。すなわち、燃料電
池20に入るカソードガス3の温度を所定の範囲(例え
ば550〜600℃)になるように循環ブロワ22を制
御して循環するカソード排ガス7の流量を増減させ、カ
ソード排ガス7の温度が所定の範囲(例えば680〜7
00℃)になるようにタービン圧縮機44からの空気量
を制御していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池発電設備では
負荷が下がるにつれてカソード出口温度が下がる傾向に
ある。このため部分負荷運転の場合、カソード入口温度
を所定の温度に保つためにカソード排ガス7の循環量が
大幅に増大する。このため循環ブロワ22の容量は部分
負荷時の負荷により決まり、定格負荷時は循環ブロワ2
2を低容量の低効率の状態で使用しなければならないと
いう問題点があった。
【0005】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
もので、カソード排ガスの温度を制御することによりカ
ソード排ガスの循環量の変動を少なくすることを目的と
する。また循環ブロワの容量を少なくすることを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明では、水素を含むアノードガスと酸
素を含むカソードガスとから発電する燃料電池と、燃料
電池のカソード排ガスの一部をカソードに循環するカソ
ード循環ラインとを備え、循環するカソード排ガスの温
度を調節して供給されるカソードガスの温度を制御す
る。
【0007】請求項2の発明では、水素を含むアノード
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、燃料電池のカソード排ガスの一部をカソードに循環
するカソード循環ラインとを備え、前記カソード循環ラ
インには、循環するカソード排ガスを加熱する加熱器が
設けられている。
【0008】請求項3の発明では、前記加熱器はカソー
ド入口温度を所定の温度に保持するように加熱量を制御
する。
【0009】
【作用】請求項1の発明によれば、循環するカソード排
ガスの温度を調整し、混合してカソードガスとすること
によりカソードガスの入口温度を制御することができ
る。これにより、部分負荷時カソード排ガスの温度が低
下してもカソード入口の温度を所定の範囲に保つため循
環量を増やす必要がない。
【0010】請求項2の発明によれば、カソード循環ラ
インに加熱器を設けるので、カソード排ガスの温度を調
整することができ、混合してカソードガスとすることに
よりカソードガスの入口温度を制御することができる。
これにより、部分負荷時カソード排ガスの温度が低下し
てもカソード入口の温度を所定の範囲に保つため循環量
を増やす必要がない。
【0011】請求項3の発明によれば、加熱器はカソー
ドの入口温度を所定の温度とするよう加熱量を制御する
ので、部分負荷時にカソード排ガスの温度が低下しても
その循環量を増加させる必要はない。
【0012】
【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1は、本発明を実施する燃料電池発電
設備の全体構成図である。図2と同一符号は同一機能を
有するものを表す。この図において、燃料電池発電設備
は、改質器10、水素を含むアノードガス2と酸素を含
むカソードガス3とから発電する燃料電池20、セパレ
ータ34、燃料電池を通過したカソード排ガス7により
駆動され空気6を加圧するタービン圧縮機44、排熱回
収装置50等を備え、改質器10で燃料ガス1を改質
し、燃料電池20で発電し、セパレータ34でアノード
排ガス4中の水分を除去し、タービン圧縮機44でカソ
ード排ガス7の圧力を回収し、排熱回収装置50で排熱
を回収するようになっている。また、燃料電池20の上
流側にカソード排ガス7の一部を循環する循環ブロア2
2と、燃料電池に入るカソードガス3の温度を検出して
この温度が所定の範囲(550〜600℃)になるよう
に循環するカソード排ガス7の温度を制御してカソード
入口温度を制御する加熱器26とを備えている。
【0013】天然ガス等の燃料ガス1は脱硫器11で脱
硫後、セパレータ34で分離され排熱回収装置50で加
熱された水蒸気8と混合し、燃料予熱器12で加熱さ
れ、改質器10で改質されて水素を主体とするアノード
ガス2となり、燃料電池20のアノードAに供給され
る。燃料予熱器12はアノードAより排出されたアノー
ド排ガス4により燃料ガス1を加熱する。改質器10は
アノード排ガス4とタービン圧縮機44で加圧された空
気6とを燃焼する燃焼室10aと、燃焼室10aからの
伝熱により燃料ガス1を改質してアノードガス2にする
改質管10bとからなる。
【0014】改質器10の燃焼室10aからの燃焼排ガ
ス5は、空気予熱器14により改質室10aに供給され
る空気6を加熱して冷却され、タービン圧縮機44から
の空気6と混合してカソードガス3となり、さらに循環
するカソード排ガス7と混合して燃料電池20のカソー
ドCに供給される。燃料電池20はアノードガス2が通
過するアノードAと、カソードガス3が通過するカソー
ドCとからなり、アノードガス2中の水素、一酸化炭素
と、カソードガス3中の酸素、二酸化炭素とから化学反
応によって電気を発生する。
【0015】アノードAから排出されるアノード排ガス
4は燃焼成分を含んでいるので、改質器10の燃焼ガス
となる。このため燃料予熱器12とガス/ガス熱交換器
13で冷却し、冷却器32で凝縮してセパレータ34で
水分を分離した後、ブロワ36でガス/ガス熱交換器1
3に送られ加熱されて燃焼室10aに送られる。
【0016】カソードCから排出されるカソード排ガス
7の一部は補助燃焼器46で加熱され、タービン圧縮機
44を駆動した後、排熱回収装置50で熱回収をした後
放出される。タービン圧縮機44はタービン41と、タ
ービン41に駆動される圧縮機42と発電機43からな
り、圧縮機42は空気を圧縮して加圧空気6を供給し、
発電機43は燃料電池発電設備に電力を供給する。補助
燃焼器46は燃料ガス1を空気6で燃焼しカソード排ガ
ス7を加熱する。排熱回収装置50はセパレータ34で
分離され、給水ポンプ38により送られてくる水分を、
タービン41を駆動したカソード排ガス7で加熱して水
蒸気8とし燃料ガス1に混入する。
【0017】カソードCから排出されるカソード排ガス
7の他の一部はカソード循環ライン24に入る。カソー
ド循環ライン24は循環ブロワ22と加熱器26とカソ
ード入口の温度を計測する温度センサ28を備える。加
熱器26はカソード入口のカソードガス3の温度が所定
の範囲、例えば580〜600℃になるようカソード排
ガス7の温度を制御する。カソード循環ライン24に分
岐されたアノード排ガス7は循環ブロワ22で昇圧され
た後、加熱器26により昇温される。昇温されたガスは
カソードガス3と混合し、カソードガス3の温度を昇温
し、カソード入口温度が所定の温度となる。これにより
部分負荷等によりカソード排ガス7の温度が低下しても
従来のようにカソード排ガス7の流量を増加しなくても
よい。また、循環ブロワ22の容量を定格負荷に基づい
て定め、常に効率よく運転することができる。加熱器2
6としては電気加熱器、または燃焼加熱器等が用いられ
る。
【0018】カソード循環ガスの流量はカソードガス3
に与える熱量によって決まる。このため加熱器26によ
り加熱することによりカソード循環ガスの流量を調整す
ることができる。これによりカソード循環流量が所定の
流量より多い場合は加熱器26で昇温し循環量を減らす
ことができ、逆にカソード循環量が少ない場合は加熱器
26の加熱温度を下げてカソード循環量を増やすことが
出来る。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
はカソード循環ラインで循環ガスの温度を調整すること
により以下の効果を奏する。 カソード循環ガス量を減らすことが出来るので、循環
ブロワの駆動動力を減らすことが出来る。 カソード排ガスを加熱器でガス温度を設定することに
より、カソード循環ガス量を任意に設定することが出来
る。 循環ブロワの最大容量を小さくすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する燃料電池発電設備の全体構成
図である。
【図2】従来の燃料電池発電設備の全体構成図である。
【符号の説明】
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 水蒸気 10 改質器 10a 燃焼室 10b 改質管 11 脱硫器 12 燃料予熱器 13 ガス/ガス熱交換器 14 空気予熱器 20 燃料電池 22 循環ブロワ 24 カソード循環ライン 26 加熱器 28 温度センサ 32 冷却器 34 セパレータ 36 ブロア 38 給水ポンプ 41 タービン 42 圧縮機 43 発電機 44 タービン圧縮機 46 補助燃焼器 50 排熱回収装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素を含む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、燃料電池のカソ
    ード排ガスの一部をカソードに循環するカソード循環ラ
    インとを備え、 循環するカソード排ガスの温度を調節して供給されるカ
    ソードガスの温度を制御することを特徴とする燃料電池
    発電設備のカソード温度制御方法。
  2. 【請求項2】 水素を含む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、燃料電池のカソ
    ード排ガスの一部をカソードに循環するカソード循環ラ
    インとを備え、 前記カソード循環ラインには、循環するカソード排ガス
    を加熱する加熱器が設けられていることを特徴とする燃
    料電池発電設備のカソード温度制御装置。
  3. 【請求項3】 前記加熱器はカソード入口温度を所定の
    温度に保持するように加熱量を制御することを特徴とす
    る請求項2記載の燃料電池発電設備のカソード温度制御
    装置。
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