JPH08298130A - Fuel cell power plant - Google Patents

Fuel cell power plant

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JPH08298130A
JPH08298130A JP7103917A JP10391795A JPH08298130A JP H08298130 A JPH08298130 A JP H08298130A JP 7103917 A JP7103917 A JP 7103917A JP 10391795 A JP10391795 A JP 10391795A JP H08298130 A JPH08298130 A JP H08298130A
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JP
Japan
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cathode
fuel cell
power plant
gas
cell power
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Application number
JP7103917A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Kusama
伸行 草間
Minoru Okumura
実 奥村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • 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

Abstract

PURPOSE: To improve long period stability of cell performance by providing a specific constitution so as to prevent a blockade of a cathode gas flow path in the interior of a fuel cell, in a fuel cell power plant comprising an anode electrode and a cathode electrode. CONSTITUTION: In a fuel cell power plant comprising an anode electrode 6b and a cathode electrode 6c, in a inlet pipe of the cathode electrode 6c, filters 12a, 12b of removing impurities contained in fuel gas are set up in a route of the downstream in a confluent point of a delivery pipe of a cathode recycle blower 9 of circulating outlet gas of the cathode electrode 6c. In the filters 12a, 12b, preferably a permanent magnet is used to remove iron rust contained in fuel gas. In the filters 12a, 12b, preferably a contact cooler coming into direct contact with water is used to remove iron rust and salts in fuel gas.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池発電プラントに
係わり、特にガス中の不純物を除去して燃料電池本体の
長期信頼性を向上する燃料電池発電プラントに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power plant, and more particularly to a fuel cell power plant for removing impurities in gas to improve long-term reliability of a fuel cell body.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池発電プラントでは、アノード極
(燃料極)に供給される水素と、カソード極(空気極)
に供給される酸素との化学反応により電気エネルギを取
り出している。
2. Description of the Related Art In a fuel cell power plant, hydrogen supplied to an anode (fuel electrode) and a cathode (air electrode)
Electric energy is taken out by a chemical reaction with oxygen supplied to the.

【0003】図3は従来の加圧型燃料電池発電プラント
の構成図である。燃料ガスの一つである天然ガス中には
不臭剤として硫黄化合物が添加されているので、この硫
黄化合物は脱硫器1で除去された後、改質器2に送られ
る。改質器2に送られた天然ガスは改質触媒の存在下で
蒸気分離器3からの蒸気と反応し、水素リッチガスにな
る。改質器2を出た一酸化炭素を含む水素リッチガス
は、一酸化炭素変成器4により一酸化炭素が低減され、
さらに過剰の水分がコンタクトクーラ5により除去さ
れ、電池本体6のアノード極6aに送られる。
FIG. 3 is a block diagram of a conventional pressurized fuel cell power plant. Since a sulfur compound is added as an odorant to natural gas, which is one of the fuel gases, the sulfur compound is removed by the desulfurizer 1 and then sent to the reformer 2. The natural gas sent to the reformer 2 reacts with the steam from the steam separator 3 in the presence of the reforming catalyst to become a hydrogen-rich gas. The hydrogen-rich gas containing carbon monoxide that has exited the reformer 2 is reduced in carbon monoxide by the carbon monoxide shift converter 4,
Further, excess water is removed by the contact cooler 5 and sent to the anode 6a of the battery body 6.

【0004】一方、カソードガスとしては一般に空気が
使用され、空気コンプレッサ7により昇圧された空気
は、直接電池本体6のカソード極6cに送られ、水素と
酸素の電気化学反応により電気エネルギが得られる。ま
た、反応生成物として水と熱が発生するが、この熱は冷
却板6aに冷却水を流すことにより取り除かれる。
On the other hand, air is generally used as the cathode gas, and the air pressurized by the air compressor 7 is directly sent to the cathode electrode 6c of the battery body 6 to obtain electric energy by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen. . Water and heat are generated as reaction products, and this heat is removed by flowing cooling water through the cooling plate 6a.

【0005】また、アノード極6b出口とカソード極6
c出口の排燃料と排空気の一部は、電池内部の燃料利用
率及び酸素利用率をコントロールするため、アノードリ
サイクルブロワ8及びカソードリサイクルブロワ9によ
り再循環される。残りの排ガスは改質器バーナ2aに送
られ改質反応を進めるための熱源となる。さらに、改質
器2からの燃料排ガスは補助バーナ10に送られ、補助
バーナ10の燃料排ガスとともに空気コンプレッサ7を
駆動するガスタービン11へ導入され、そこで仕事をし
た後、プラント排ガスとなる。
Further, the outlet of the anode 6b and the cathode 6
Part of the exhaust fuel and exhaust air at the c outlet is recirculated by the anode recycle blower 8 and the cathode recycle blower 9 in order to control the fuel utilization rate and oxygen utilization rate inside the cell. The remaining exhaust gas is sent to the reformer burner 2a and becomes a heat source for promoting the reforming reaction. Further, the fuel exhaust gas from the reformer 2 is sent to the auxiliary burner 10, is introduced together with the fuel exhaust gas of the auxiliary burner 10 into the gas turbine 11 which drives the air compressor 7, and after working there, becomes the plant exhaust gas.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の燃料電池発電プラントにおいて、カソードガスとして
使われる空気は、空気コンプレッサ7から電池本体6の
カソード極6cに直接供給される。カソードガスとして
空気を使用した場合、空気中の酸素含有量は21%であ
り、実際の反応に必要な酸素量を得るためには約5倍の
空気を供給する必要がある。さらに、プラント効率を上
げるため、空気コンプレッサからカソード極までの圧力
損失を少なくしてガスタービンの動力を小さくする必要
がある。
As described above, in the conventional fuel cell power plant, the air used as the cathode gas is directly supplied from the air compressor 7 to the cathode electrode 6c of the cell body 6. When air is used as the cathode gas, the oxygen content in the air is 21%, and it is necessary to supply about 5 times as much air to obtain the oxygen amount necessary for the actual reaction. Further, in order to increase the plant efficiency, it is necessary to reduce the pressure loss from the air compressor to the cathode electrode and reduce the power of the gas turbine.

【0007】そこで、燃料管に比べて空気配管は大口径
管が使われ、コスト低減のため耐食性に優れたステンレ
ス鋼管ではなく、炭素鋼管が採用されている。しかしな
がら、炭素鋼管は空気中の酸素や水分により錆が発生す
る。特に、カソード出口ガスを循環するリサイクルブロ
ワをもつシステムでは、電池生成水を含むガスを循環さ
せるため錆の発生が著しい。その結果、錆を含む空気が
電池本体のカソード極に供給されることになり、電解液
として使われている粘性のあるリン酸と結合して電池内
部のカソードガス流路を閉塞させるようになるため、電
池電圧低下の要因になっている。
Therefore, a large-diameter pipe is used as the air pipe as compared with the fuel pipe, and a carbon steel pipe is used instead of a stainless steel pipe having excellent corrosion resistance for cost reduction. However, carbon steel pipes rust due to oxygen and moisture in the air. In particular, in a system having a recycle blower that circulates the cathode outlet gas, rust is remarkably generated because the gas containing the battery-generated water is circulated. As a result, rust-containing air is supplied to the cathode electrode of the battery body, and it binds to the viscous phosphoric acid used as the electrolyte solution to block the cathode gas flow path inside the battery. Therefore, it is a cause of the battery voltage drop.

【0008】本発明は上記問題を解決するためになされ
たもので、その目的は燃料電池発電プラントのカソード
ガス系統に、燃料ガス中に含まれる不純物を除去するフ
ィルタ等を備えることによりコンパクトで安価な燃料電
池発電プラントを提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to make the cathode gas system of a fuel cell power plant equipped with a filter or the like for removing impurities contained in the fuel gas, so that it is compact and inexpensive. Fuel cell power plant.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1はアノード極とカソード極から成
る燃料電池発電プラントにおいて、燃料ガス中に含まれ
る不純物を除去するフィルタを、前記カソード極出口ガ
スを循環させるカソードリサイクルブロワ吐出配管との
合流点より下流側に設置したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, claim 1 of the present invention provides a filter for removing impurities contained in a fuel gas in a fuel cell power plant comprising an anode and a cathode. It is characterized in that it is installed on the downstream side of the confluence point with the cathode recycle blower discharge pipe for circulating the cathode electrode outlet gas.

【0010】本発明の請求項2は、請求項1記載の燃料
電池発電プラントにおいて、前記フィルタに永久磁石を
使用して前記燃料ガス中に含まれる鉄錆を除去すること
を特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell power plant according to the first aspect, a permanent magnet is used for the filter to remove iron rust contained in the fuel gas.

【0011】本発明の請求項3は、請求項1記載の燃料
電池発電プラントにおいて、前記フィルタに水と直接接
触するコンタクトクーラを使用して前記燃料ガス中に含
まれる鉄錆及び塩類を除去することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell power plant according to the first aspect, iron rust and salts contained in the fuel gas are removed by using a contact cooler that is in direct contact with water on the filter. It is characterized by

【0012】[0012]

【作用】本発明の請求項1〜請求項3によると、電池本
体カソード入口に設置したフィルタでカソードガス中に
含まれる不純物、例えば鉄錆及び塩類等を除去すること
により、電池内部のカソードガス流路の閉塞を防止し、
電池性能の長期安定性を向上させることができる。
According to the first to third aspects of the present invention, impurities contained in the cathode gas, such as iron rust and salts, are removed by the filter installed at the cathode inlet of the battery main body to remove the cathode gas inside the battery. Prevents blockage of the flow path,
The long-term stability of battery performance can be improved.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例(請求項1及び請求項2対
応)の系統構成図を示したものであり、既に説明した図
3の従来の燃料電池発電プラントと異なる点は、カソー
ド極入口配管にガス中の不純物を除去させるフィルタ1
2a,12b及びフィルタ12a,12bの入口と出口
の差圧を計測する差圧計13a,13bをカソードリサ
イクルブロワ9の吐出配管の合流点の下流側経路に設置
されている点であり、その他の点は同一であるので、同
一部分には同符号を付し、重複説明は省略する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system configuration diagram of an embodiment (corresponding to claim 1 and claim 2) of the present invention. The difference from the conventional fuel cell power generation plant of FIG. Filter 1 for removing impurities in gas from piping
2a, 12b and differential pressure gauges 13a, 13b for measuring the differential pressure between the inlet and the outlet of the filters 12a, 12b are installed in the downstream path of the confluence of the discharge pipes of the cathode recycle blower 9, and other points. Are the same, the same parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0014】同図において、空気コンプレッサ7から直
接供給される空気およびカソードリサイクルブロワ9で
供給されるカソード出口空気中に含まれる不純物は、フ
ィルタ12aまたは12bで除去される。プラント運転
中、フィルタ12aに取り付けられた差圧計13aが目
詰まりで上昇した場合、フィルタ12bに切り替え、フ
ィルタ12aはエレメントの清掃または交換が行われ
る。
In the figure, impurities contained in the air directly supplied from the air compressor 7 and the cathode outlet air supplied by the cathode recycle blower 9 are removed by the filter 12a or 12b. When the differential pressure gauge 13a attached to the filter 12a rises due to clogging during plant operation, the filter 12b is switched to and the element of the filter 12a is cleaned or replaced.

【0015】空気中で炭素配管の表面に発生する錆は、
Fe(OH)2 やFeOOHのような磁性を持った酸化
鉄である。配管の圧力損失の厳しいシステムではフィル
タとして永久磁石を使うと効果的に鉄錆を除去すること
ができる。
The rust generated on the surface of the carbon pipe in the air is
Magnetic iron oxide such as Fe (OH) 2 and FeOOH. In a system with severe pressure loss in piping, iron rust can be effectively removed by using a permanent magnet as a filter.

【0016】図2は本発明の他の実施例(請求項3対
応)の系統構成図であり、図1の実施例と相違する点
は、フィルタ12aまたは12bの代りにカソード極入
口配管に、燃料ガスと水を直接接触させるコンタクトク
ーラ14を設置した点であり、その他の点は同一である
ので、同一部分には同符号を付し重複説明は省略する。
FIG. 2 is a system configuration diagram of another embodiment (corresponding to claim 3) of the present invention. The difference from the embodiment of FIG. 1 is that the cathode electrode inlet pipe is used instead of the filter 12a or 12b. Since the contact cooler 14 for directly contacting the fuel gas and the water is installed and the other points are the same, the same parts are denoted by the same reference numerals and the duplicate description will be omitted.

【0017】本実施例では、コンタクトクーラ14によ
り鉄錆と一緒に空気中の塩類も除去することができる。
したがって、特に海岸近くに設置される燃料電池プラン
トでは空気中に含まれる塩類が多く、その効果は顕著で
ある。
In this embodiment, the contact cooler 14 can remove salts in the air as well as iron rust.
Therefore, particularly in a fuel cell plant installed near the coast, a large amount of salts is contained in the air, and the effect is remarkable.

【0018】以上のように本実施例によると、カソード
ガス中に含まれる鉄錆を主成分とした不純物をプラント
運転をしながら除去することができ、特別な付属設備な
しで配管に設置することができる。なお、カソードリサ
イクルが接続された系統では、その分岐点の下流側経路
にフィルタを設置すると、効果的である。
As described above, according to this embodiment, impurities mainly composed of iron rust contained in the cathode gas can be removed while the plant is operating, and the impurities can be installed in the pipe without any special auxiliary equipment. You can In the system to which the cathode recycle is connected, it is effective to install a filter on the downstream side path of the branch point.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上説明したように、本発明(請求項1
〜請求項3対応)によれば、フィルタまたはコンタクト
クーラをカソードリサイクルブロワの合流点の下流側経
路に設置しているので、プラント運転中にカソードガス
中に含まれる鉄錆及び空気中の塩類を主成分とした不純
物を処理することができ、コンパクトで安価な燃料電池
発電プラントコストを提供できる。
As described above, the present invention (Claim 1)
According to claim 3), since the filter or the contact cooler is installed in the downstream side passage of the confluence of the cathode recycle blower, iron rust contained in the cathode gas and salts in the air during the plant operation are eliminated. Impurities which are the main components can be treated, and a compact and inexpensive fuel cell power plant cost can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の系統構成図。FIG. 1 is a system configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例の系統構成図。FIG. 2 is a system configuration diagram of another embodiment of the present invention.

【図3】従来の燃料電池発電プラント系統構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional fuel cell power plant system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…脱硫器、2…改質器、2a…改質器バーナ、3…蒸
気分離器、4…一酸化炭素変成器、5…コンタクトクー
ラ、6…電池本体、6a…冷却板、6b…アノード極、
6c…カソード極、7…空気コンプレッサ、8…アノー
ドリサイクルブロワ、9…カソードリサイクルブロワ、
10…補助バーナ、11…ガスタービン、12a,12
b…フィルタ、13a,13b…差圧計、14…コンタ
クトクーラ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Desulfurizer, 2 ... Reformer, 2a ... Reformer burner, 3 ... Steam separator, 4 ... Carbon monoxide shift converter, 5 ... Contact cooler, 6 ... Battery body, 6a ... Cooling plate, 6b ... Anode very,
6c ... Cathode electrode, 7 ... Air compressor, 8 ... Anode recycling blower, 9 ... Cathode recycling blower,
10 ... Auxiliary burner, 11 ... Gas turbine, 12a, 12
b ... filter, 13a, 13b ... differential pressure gauge, 14 ... contact cooler.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アノード極とカソード極から成る燃料電
池発電プラントにおいて、燃料ガス中に含まれる不純物
を除去するフィルタを、前記カソード極出口ガスを循環
させるカソードリサイクルブロワ吐出配管との合流点よ
り下流側に設置したことを特徴とする燃料電池発電プラ
ント。
1. A fuel cell power plant comprising an anode and a cathode, wherein a filter for removing impurities contained in a fuel gas is provided downstream of a confluence point with a cathode recycle blower discharge pipe for circulating the cathode outlet gas. A fuel cell power plant that is installed on the side.
【請求項2】 前記フィルタに永久磁石を使用して前記
燃料ガス中に含まれる鉄錆を除去することを特徴とする
請求項1記載の燃料電池発電プラント。
2. The fuel cell power plant according to claim 1, wherein a permanent magnet is used for the filter to remove iron rust contained in the fuel gas.
【請求項3】 前記フィルタに水と直接接触するコンタ
クトクーラを使用して前記燃料ガス中に含まれる鉄錆及
び塩類を除去することを特徴とする請求項1記載の燃料
電池発電プラント。
3. The fuel cell power plant according to claim 1, wherein iron rust and salts contained in the fuel gas are removed by using a contact cooler in direct contact with water on the filter.
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