JPH08241722A - 燃料電池発電装置および低負荷時の運転方法 - Google Patents
燃料電池発電装置および低負荷時の運転方法Info
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- JPH08241722A JPH08241722A JP7043945A JP4394595A JPH08241722A JP H08241722 A JPH08241722 A JP H08241722A JP 7043945 A JP7043945 A JP 7043945A JP 4394595 A JP4394595 A JP 4394595A JP H08241722 A JPH08241722 A JP H08241722A
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- cathode
- gas
- anode
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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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Abstract
(57)【要約】
【構成】 低負荷運転時に燃料電池発電装置の改質器２
に供給するアノード排ガス２３とカソード排ガス３１の
一部をバイパスして触媒燃焼器に導きその中で燃焼させ
て、その排ガスを改質器の燃焼室からカソード入口に排
ガスを循環させる排ガス循環ラインに戻すようにした。 【効果】 低負荷時に安定した運転ができる。
に供給するアノード排ガス２３とカソード排ガス３１の
一部をバイパスして触媒燃焼器に導きその中で燃焼させ
て、その排ガスを改質器の燃焼室からカソード入口に排
ガスを循環させる排ガス循環ラインに戻すようにした。 【効果】 低負荷時に安定した運転ができる。
Description
【０００１】本発明は、燃料電池発電装置に係り、特に
低負荷時に安定した運転が可能な溶融炭酸塩型燃料電池
に関する。
低負荷時に安定した運転が可能な溶融炭酸塩型燃料電池
に関する。
【０００２】
【従来の技術】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２０を水素を含むアノードガス２１に改質
する改質器２と、アノードガス２１と酸素を含むカソー
ドガス２２とから発電する燃料電池１とを一般的に備え
ており、改質器で作られたアノードガス２１は燃料電池
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２３として改質器２の燃
焼室Ｃｏに供給される。燃料ガス２０は燃料予熱器２４
により予熱されて改質器２の改質室Ｒｅに入る。改質器
２ではアノード排ガス２３中の可燃成分（水素、一酸化
炭素、メタン等）を燃焼室Ｃｏで燃焼し、高温の燃焼ガ
スにより改質室Ｒｅを加熱し内部を流れる燃料ガスを改
質する。燃焼室Ｃｏを出た燃焼排ガス２５は、排ガス循
環ライン３の空気予熱器２６で熱回収され凝縮器２７と
気水分離器２８で水分を除去され、タービン圧縮機２９
で加圧された空気３０が混入し、この混合ガスが空気予
熱器２６で加熱されてカソードガス２２に合流する。こ
れにより、電池のアノードＡ側で発生した二酸化炭素
が、燃焼排ガス２５を介して燃料電池用のカソードガス
２２に入り、燃料電池のカソード反応に必要な二酸化炭
素をカソード側Ｃに供給する。カソードガス２２は燃料
電池内でその一部が反応してカソード排ガス３１とな
り、その一部はカソード入口側に再循環され、一部は改
質器２の燃焼室Ｃｏに供給されてアノード排ガス２３を
燃焼させ、残りはタービン圧縮機２９に供給されて圧力
回収され、系外に排出される。なお、３２は燃料電池の
格納容器、３３、３４、３５、３６はブロワ、３７は脱
硫器、３８は水蒸気、３９は窒素ガスパージラインであ
る。
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２０を水素を含むアノードガス２１に改質
する改質器２と、アノードガス２１と酸素を含むカソー
ドガス２２とから発電する燃料電池１とを一般的に備え
ており、改質器で作られたアノードガス２１は燃料電池
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２３として改質器２の燃
焼室Ｃｏに供給される。燃料ガス２０は燃料予熱器２４
により予熱されて改質器２の改質室Ｒｅに入る。改質器
２ではアノード排ガス２３中の可燃成分（水素、一酸化
炭素、メタン等）を燃焼室Ｃｏで燃焼し、高温の燃焼ガ
スにより改質室Ｒｅを加熱し内部を流れる燃料ガスを改
質する。燃焼室Ｃｏを出た燃焼排ガス２５は、排ガス循
環ライン３の空気予熱器２６で熱回収され凝縮器２７と
気水分離器２８で水分を除去され、タービン圧縮機２９
で加圧された空気３０が混入し、この混合ガスが空気予
熱器２６で加熱されてカソードガス２２に合流する。こ
れにより、電池のアノードＡ側で発生した二酸化炭素
が、燃焼排ガス２５を介して燃料電池用のカソードガス
２２に入り、燃料電池のカソード反応に必要な二酸化炭
素をカソード側Ｃに供給する。カソードガス２２は燃料
電池内でその一部が反応してカソード排ガス３１とな
り、その一部はカソード入口側に再循環され、一部は改
質器２の燃焼室Ｃｏに供給されてアノード排ガス２３を
燃焼させ、残りはタービン圧縮機２９に供給されて圧力
回収され、系外に排出される。なお、３２は燃料電池の
格納容器、３３、３４、３５、３６はブロワ、３７は脱
硫器、３８は水蒸気、３９は窒素ガスパージラインであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上図２を用いて説明
した燃料電池発電装置は通常の運転時には何ら問題はな
いが、起動時や運転中の燃料電池と他の燃料電池とを並
列運転しようとするときなどには、ＯＣＶ状態（電圧は
発生しているが、電流がまだ流れていない状態）や低負
荷で運転する必要がある。例えばＯＣＶ状態では１００
％負荷のときの燃料消費量の５〜１０％の消費量で運転
する。今プラントに定格消費量の１０％の天然ガスを送
るとすると、その内の８％を燃料電池１で使用し残りの
２％を改質器２の燃焼室Ｃｏで使用すれば定格運転時と
同じ割合なので改質器２内での発熱と吸熱がバランスし
問題ないが、ＯＣＶ状態では燃料電池での使用料が減
り、その分アノード排ガス２３中の可燃分の量がふえる
ので改質器２内のバランスがくずれ改質器２が過熱して
しまう。そこで図３に示すようにアノード排ガスの一部
を抽出し排ガス処理装置４０で処理することになる。排
ガス処理装置４０は内部にパイロットバーナを有し可燃
ガスを燃して系外に排出する装置である。
した燃料電池発電装置は通常の運転時には何ら問題はな
いが、起動時や運転中の燃料電池と他の燃料電池とを並
列運転しようとするときなどには、ＯＣＶ状態（電圧は
発生しているが、電流がまだ流れていない状態）や低負
荷で運転する必要がある。例えばＯＣＶ状態では１００
％負荷のときの燃料消費量の５〜１０％の消費量で運転
する。今プラントに定格消費量の１０％の天然ガスを送
るとすると、その内の８％を燃料電池１で使用し残りの
２％を改質器２の燃焼室Ｃｏで使用すれば定格運転時と
同じ割合なので改質器２内での発熱と吸熱がバランスし
問題ないが、ＯＣＶ状態では燃料電池での使用料が減
り、その分アノード排ガス２３中の可燃分の量がふえる
ので改質器２内のバランスがくずれ改質器２が過熱して
しまう。そこで図３に示すようにアノード排ガスの一部
を抽出し排ガス処理装置４０で処理することになる。排
ガス処理装置４０は内部にパイロットバーナを有し可燃
ガスを燃して系外に排出する装置である。
【０００４】しかしこのやり方には次のような問題があ
る。 （１）低負荷時にはアノード排ガスの一部を外部に排出
してしまうのでカソードガスに供給される炭酸ガスの量
が不足し安定した運転が困難になる。 （２）排ガス処理装置が大きなスペースを占め、プラン
ト全体の設置面積が大きくなる。 （３）排ガス処理装置はパイロットバーナを燃やし続け
るのでランニングコストがかかる。
る。 （１）低負荷時にはアノード排ガスの一部を外部に排出
してしまうのでカソードガスに供給される炭酸ガスの量
が不足し安定した運転が困難になる。 （２）排ガス処理装置が大きなスペースを占め、プラン
ト全体の設置面積が大きくなる。 （３）排ガス処理装置はパイロットバーナを燃やし続け
るのでランニングコストがかかる。
【０００５】本発明は以上の欠点を除去し低負荷時でも
安定した運転が可能で、設置スペースが小さく、ランニ
ングコストの安い燃料電池発電装置を提供することを目
的としたものである。
安定した運転が可能で、設置スペースが小さく、ランニ
ングコストの安い燃料電池発電装置を提供することを目
的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の燃料電池発電装置はカソードとアノードを有
し、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（１）と、燃焼室と改質室を有
し燃料電池を出たアノード排ガスをカソード排ガスの一
部で燃焼させその熱で水蒸気を含む燃料ガスをアノード
ガスに改質する改質器（２）と、改質器を出た燃焼排ガ
スを燃料電池に入るカソードガスに供給する排ガス循環
ライン（３）とを備えた燃料電池発電装置において、上
記改質器（２）の燃焼室へのアノード排ガスとカソード
排ガスの供給ライン（４）（５）から分岐したそれらの
ガスを混合燃焼させる触媒燃焼器（６）と、触媒燃焼器
（６）の排ガスを上記排ガス循環ライン（３）に返送す
る排ガス返送ライン（７）を設けたものである。
本発明の燃料電池発電装置はカソードとアノードを有
し、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（１）と、燃焼室と改質室を有
し燃料電池を出たアノード排ガスをカソード排ガスの一
部で燃焼させその熱で水蒸気を含む燃料ガスをアノード
ガスに改質する改質器（２）と、改質器を出た燃焼排ガ
スを燃料電池に入るカソードガスに供給する排ガス循環
ライン（３）とを備えた燃料電池発電装置において、上
記改質器（２）の燃焼室へのアノード排ガスとカソード
排ガスの供給ライン（４）（５）から分岐したそれらの
ガスを混合燃焼させる触媒燃焼器（６）と、触媒燃焼器
（６）の排ガスを上記排ガス循環ライン（３）に返送す
る排ガス返送ライン（７）を設けたものである。
【０００７】
【作用】燃料電池の低負荷運転時には改質器の燃焼室に
供給されるアノード排ガスとカソード排ガスの一部をそ
れぞれ分岐抽出してそれらのガスを触媒燃焼器に送る。
触媒燃焼器内でそれらのガスが反応して燃焼し、その排
ガスは改質器の燃焼室から燃料電池のカソードに送られ
る排ガス循環ラインへ返送される。このようにアノード
排ガスの一部は改質器の燃焼室をバイパスするので、燃
焼器の温度が異常に上昇することはない。
供給されるアノード排ガスとカソード排ガスの一部をそ
れぞれ分岐抽出してそれらのガスを触媒燃焼器に送る。
触媒燃焼器内でそれらのガスが反応して燃焼し、その排
ガスは改質器の燃焼室から燃料電池のカソードに送られ
る排ガス循環ラインへ返送される。このようにアノード
排ガスの一部は改質器の燃焼室をバイパスするので、燃
焼器の温度が異常に上昇することはない。
【０００８】
【実施例】以下本発明の実施例について図面を参酌しつ
つ説明する。図１は本発明の燃料電池発電装置のフロー
シートである。尚本発明の燃料電池発電装置は図２に示
す従来のものに一部の装置を追加したものなので、図２
と共通の部分については同一の符号を用い説明を省略す
る。
つ説明する。図１は本発明の燃料電池発電装置のフロー
シートである。尚本発明の燃料電池発電装置は図２に示
す従来のものに一部の装置を追加したものなので、図２
と共通の部分については同一の符号を用い説明を省略す
る。
【０００９】図１において６は触媒燃焼器である。触媒
燃焼器６内には触媒を担持しており、可燃分を含むアノ
ード排ガスと酸素を含むカソード排ガスの混合気体が内
部を通過すると両方のガスが触媒の作用で反応して燃焼
する。７は触媒燃焼器６からの排ガスを、改質器２の燃
焼室Ｃｏの燃焼排ガスを燃焼電池に入るカソードガス２
２に供給する排ガス循環ライン３に返送する排ガス返送
ラインである。８は排ガス返送ラインの空気予熱器２６
の出口側に設けられたコントロール弁、９は改質器２の
燃焼室Ｃｏの温度を検出し制御信号をコントロール弁８
に送る温度制御器である。尚４、５はそれぞれアノード
排ガスとカソード排ガスとを改質器２の燃焼室Ｃｏへ供
給する供給ラインである。
燃焼器６内には触媒を担持しており、可燃分を含むアノ
ード排ガスと酸素を含むカソード排ガスの混合気体が内
部を通過すると両方のガスが触媒の作用で反応して燃焼
する。７は触媒燃焼器６からの排ガスを、改質器２の燃
焼室Ｃｏの燃焼排ガスを燃焼電池に入るカソードガス２
２に供給する排ガス循環ライン３に返送する排ガス返送
ラインである。８は排ガス返送ラインの空気予熱器２６
の出口側に設けられたコントロール弁、９は改質器２の
燃焼室Ｃｏの温度を検出し制御信号をコントロール弁８
に送る温度制御器である。尚４、５はそれぞれアノード
排ガスとカソード排ガスとを改質器２の燃焼室Ｃｏへ供
給する供給ラインである。
【００１０】次に本実施例の作用を説明する。また図２
に示す従来例との共通の部分については説明を省略す
る。アノード排ガス供給ライン４とカソード排ガス供給
ライン５から分岐する配管を通ったアノード排ガス２３
とカソード排ガス３１は触媒燃焼器６内で混合し、混合
ガスは触媒燃焼器６内に担持された触媒に接触して燃焼
反応を起こす。燃焼した排ガスは排ガス返送ライン７を
通って空気予熱器２６に入り、さらにコントロール弁８
を通って排ガス循環ライン３に合流する。改質器２の燃
焼室内の温度は温度制御器９で検出され温度が高すぎる
場合はコントロール弁８を開いてバイパス量を増すこと
により、アノード排ガスとカソード排ガスの燃焼室への
流入量を減らし、低すぎる場合はコントロール弁８を絞
って、バイパス量を減らし、燃焼室Ｃｏへの排ガスの流
入量を増やす。このような制御により燃焼室の温度を適
正に保つことができると共に、燃焼ガスが系外に抽出さ
れないのでカソードガス２２中の炭酸ガスの量が不足す
ることがない。尚本発明の燃料電池発電装置を通常の負
荷で運転する場合には触媒燃焼器６へのバイパス流量を
無くせばよい。
に示す従来例との共通の部分については説明を省略す
る。アノード排ガス供給ライン４とカソード排ガス供給
ライン５から分岐する配管を通ったアノード排ガス２３
とカソード排ガス３１は触媒燃焼器６内で混合し、混合
ガスは触媒燃焼器６内に担持された触媒に接触して燃焼
反応を起こす。燃焼した排ガスは排ガス返送ライン７を
通って空気予熱器２６に入り、さらにコントロール弁８
を通って排ガス循環ライン３に合流する。改質器２の燃
焼室内の温度は温度制御器９で検出され温度が高すぎる
場合はコントロール弁８を開いてバイパス量を増すこと
により、アノード排ガスとカソード排ガスの燃焼室への
流入量を減らし、低すぎる場合はコントロール弁８を絞
って、バイパス量を減らし、燃焼室Ｃｏへの排ガスの流
入量を増やす。このような制御により燃焼室の温度を適
正に保つことができると共に、燃焼ガスが系外に抽出さ
れないのでカソードガス２２中の炭酸ガスの量が不足す
ることがない。尚本発明の燃料電池発電装置を通常の負
荷で運転する場合には触媒燃焼器６へのバイパス流量を
無くせばよい。
【００１１】
【発明の効果】以上述べたように本発明には以下の効果
がある。 （１）改質器へのアノード排ガスとカソード排ガス供給
ラインからバイパスを取り、触媒燃焼器を通して燃焼
し、排ガス循環ラインに戻すようにしたので、改質器に
余分の可燃ガスが供給されず、改質器での吸熱量が低下
する低負荷運転時でも改質器が過熱されることがなく、
カソードガス中の炭酸ガス量の低下もない。 （２）従来必要とされた排ガス処理装置が不要となるの
で、プラント全体の設置スペースがすくなくてすむ。 （３）排ガス処理装置の運転のためのエネルギーが不要
になるので省エネが図れる。
がある。 （１）改質器へのアノード排ガスとカソード排ガス供給
ラインからバイパスを取り、触媒燃焼器を通して燃焼
し、排ガス循環ラインに戻すようにしたので、改質器に
余分の可燃ガスが供給されず、改質器での吸熱量が低下
する低負荷運転時でも改質器が過熱されることがなく、
カソードガス中の炭酸ガス量の低下もない。 （２）従来必要とされた排ガス処理装置が不要となるの
で、プラント全体の設置スペースがすくなくてすむ。 （３）排ガス処理装置の運転のためのエネルギーが不要
になるので省エネが図れる。
【図１】本発明の燃料電池発電装置のフローシート。
【図２】従来の燃料電池発電装置のフローシート。
【図３】従来の燃料電池発電装置のフローシート。
１ 燃料電池 ２ 改質器 ３ 排ガス循環ライン ４ アノード排ガス供給ライン ５ カソード排ガス供給ライン ６ 触媒燃焼器 ７ 排ガス返送ライン
Claims (2)
- 【請求項１】 カソードとアノードを有し、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（１）と、燃焼室と改質室を有し燃料電池を出
たアノード排ガスをカソード排ガスの一部で燃焼させそ
の熱で水蒸気を含む燃料ガスをアノードガスに改質する
改質器（２）と、改質器を出た燃焼排ガスを燃料電池に
入るカソードガスに供給する排ガス循環ライン（３）と
を備えた燃料電池発電装置において、上記改質器（２）
の燃焼室へのアノード排ガスとカソード排ガスの供給ラ
イン（４）（５）から分岐したそれらのガスを混合燃焼
させる触媒燃焼器（６）と、該触媒燃焼器（６）の排ガ
スを上記排ガス循環ライン（３）に返送する排ガス返送
ライン（７）を設けたことを特徴とする燃料電池発電装
置。 - 【請求項２】 カソードとアノードを有し、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（１）と、燃焼室と改質室を有し燃料電池を出
たアノード排ガスをカソード排ガスの一部で燃焼させそ
の熱で水蒸気を含む燃料ガスをアノードガスに改質する
改質器（２）と、改質器を出た燃焼排ガスを燃料電池に
入るカソードガスに供給する排ガス循環ライン（３）と
を備えた燃料電池発電装置の低負荷時の運転方法であっ
て、上記改質器（２）の燃焼室へのアノード排ガスとカ
ソード排ガスの供給ライン（４）（５）から分岐したそ
れらのガスを触媒燃焼器を用いて燃焼させ、該燃焼排ガ
スを上記排ガス循環ライン（３）に返送することを特徴
とする燃料電池発電装置の低負荷時の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7043945A JPH08241722A (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 燃料電池発電装置および低負荷時の運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7043945A JPH08241722A (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 燃料電池発電装置および低負荷時の運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08241722A true JPH08241722A (ja) | 1996-09-17 |
Family
ID=12677849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7043945A Pending JPH08241722A (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 燃料電池発電装置および低負荷時の運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08241722A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1124275A2 (en) * | 2000-02-11 | 2001-08-16 | General Motors Corporation | Method and apparatus for controlling combustor temperature of a fuel cell system during transient load changes |
| US20140087280A1 (en) * | 2011-05-13 | 2014-03-27 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| US9362575B2 (en) | 2011-05-13 | 2016-06-07 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell module |
-
1995
- 1995-03-03 JP JP7043945A patent/JPH08241722A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1124275A2 (en) * | 2000-02-11 | 2001-08-16 | General Motors Corporation | Method and apparatus for controlling combustor temperature of a fuel cell system during transient load changes |
| EP1124275A3 (en) * | 2000-02-11 | 2004-02-25 | General Motors Corporation | Method and apparatus for controlling combustor temperature of a fuel cell system during transient load changes |
| US20140087280A1 (en) * | 2011-05-13 | 2014-03-27 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| US9362575B2 (en) | 2011-05-13 | 2016-06-07 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell module |
| US9640819B2 (en) * | 2011-05-13 | 2017-05-02 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
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