JPH0963613A

JPH0963613A - りん酸形燃料電池発電装置及びその運転方法

Info

Publication number: JPH0963613A
Application number: JP7218589A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Tsuru; 潔都留
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-08-28
Filing date: 1995-08-28
Publication date: 1997-03-07
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: JP3355073B2

Abstract

(57)【要約】【課題】昇温が不十分な原料予熱器６にスチームを導
入すると、スチームの大半が凝縮してスチーム・カーボ
ン比が極端に低くなり、改質器７内の触媒のカーボンが
析出する恐れがある。【解決手段】原料予熱器６でスチームの大半が凝縮し
ている間はリサイクルガス回路１８の遮断弁１９を開に
して、脱硫器３内に残留している原燃料がリサイクルガ
ス回路１８を通してスチームエゼクタ５と原料予熱器６
との間を循環し、カーボン析出の恐れがなくなった時点
で遮断弁１９を閉として原燃料を改質器７に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、りん酸形燃料電
池発電装置及びその運転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は例えば、昭和６２年９月３０
日、サイエンスフォーラム社発行、「燃料電池設計技
術」（苗木和雄、高橋正雄監修）の第２７５頁に記載
された従来のりん酸形燃料電池発電装置の構成図であ
る。

【０００３】図１１において、１は原燃料を供給する原
燃料供給手段、２は原燃料を後述の脱硫器３の動作温度
まで昇温する原燃料予熱器、３は原燃料中の硫黄分を除
去する脱硫器、４はヒータ４ａを有する水蒸気分離器、
５はスチームエゼクタで、水蒸気分離器４から供給され
るスチームを用いて原燃料を吸引し、スチームと混合し
て混合ガスを生成する。６は混合ガスを予熱する原料予
熱器、７は混合ガスを反応させて水素と一酸化炭素とを
含む改質ガスを生成する改質器、８は改質器７を出た改
質ガス中の一酸化炭素を水素に変換して変成ガスを生成
するＣＯ変成器、９は変成ガス中の水素と空気中の酸素
とを反応させて発電する燃料電池で、変成ガスが供給さ
れる燃料極９ａと、空気が供給される空気極９ｂと、発
電時の発熱を逃がす冷却器９ｃとを備えている。１０は
リサイクルガス回路、１１〜１４は遮断弁、１５、１６
は窒素供給手段、１７は水素供給手段である。

【０００４】次に、プラント昇温時の動作について説明
する。図１１において、破線で示した回路は遮断弁１
１、１３及び図示しない遮断弁で閉塞されている。脱硫
器３、改質器７、ＣＯ変成器８等の反応器の触媒を発電
開始までに、それぞれ触媒の動作温度まで昇温する。改
質器７で燃料を燃焼して触媒を昇温する。また、同じ熱
で窒素やスチーム等の昇温媒体を通してＣＯ変成器８を
昇温する。脱硫器３は電気ヒータで昇温される場合が多
い。改質器７、ＣＯ変成器８等の反応器の触媒層が水分
が凝縮しない温度（例えば１００℃）になるまでは窒素
供給手段１５から窒素を供給して昇温する。

【０００５】改質器７、ＣＯ変成器８等の反応器の触媒
層が水分が凝縮しない温度になった時点で、図１２に示
すように水蒸気分離器４から供給されるスチームを熱媒
体として、改質器７やＣＯ変成器８を昇温する。なお、
図１２において、破線で示した回路は遮断弁１１、１２
及び図示しない遮断弁で閉塞されている。以下、窒素で
昇温している時間を窒素昇温、スチームで昇温する時間
をスチーム昇温と称することとする。なお、昇温にスチ
ームを使用するのは、窒素の使用量を削減するためであ
る。ＣＯ変成器８を通過したスチームは、開状態の遮断
弁１３から系外に放出される。りん酸形燃料電池９は、
スチームのみを供給するような雰囲気中の水蒸気分圧が
高い条件下におくと、りん酸が水分を吸収して発電特性
が低下するため、遮断弁１２によりスチームの供給を遮
断する。改質器７やＣＯ変成器８の触媒が所定の温度に
上昇したことを確認して、原燃料供給手段１から原燃料
を導入し発電を開始する。

【０００６】次に図１３において、脱硫器３及びＣＯ変
成器８の触媒の還元運転について説明する。脱硫器３及
びＣＯ変成器８の触媒は、プラントの据付時には酸化状
態にあるので、使用開始時には水素を用いて還元処理を
実施する必要がある。還元処理のために水素供給手段１
７から水素を供給するが、触媒に対して高濃度の水素を
供給すると急激に反応して触媒が過熱し、触媒の特性が
低下する。そのため、窒素供給手段１６から窒素を供給
して混合し、水素濃度を数％程度に下げてから触媒に供
給する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のりん酸形燃料電
池発電装置は以上のように構成されているので、脱硫器
３内に残留している原燃料がスチームの導入によりスチ
ームエゼクタ５で吸引され、スチームと混合されて改質
器７に供給される。しかし、この時点では原料予熱器６
は、まだ昇温が不十分でスチームの凝縮温度よりも低い
場合がある。この場合には、スチームの導入直後の数分
間程度において、スチームの大半が原料予熱器６の中で
凝縮する。この結果、改質器７の入口における原燃料流
量に対するスチーム流量の比率（一般に「スチーム・カ
ーボン比」と呼ばれている）が極端に低くなる。通常の
運転時は、スチーム・カーボン比が２．５〜４．０程度
であるが、１を切るような場合には、改質器７内の触媒
のカーボンが析出する恐れがあるという問題点があっ
た。

【０００８】また、燃料電池９のセル特性の劣化を防止
するためには、無発電状態で水素を供給しないことが必
要である。このために、燃料極９ａの入口の遮断弁１２
を閉塞し、水素を含んだガスを遮断弁１３から系外に放
出しなければならないという問題点があった。

【０００９】さらに、脱硫器及びＣＯ変成器の触媒の還
元処理を行うために、触媒に対して高濃度の水素を供給
すると急激に反応して触媒が過熱するので、窒素で水素
濃度を数％程度に下げなければならないため、大量の窒
素が必要になるという問題点があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るり
ん酸形燃料電池発電装置は、原燃料中に水素を添加して
原燃料を脱硫反応に適した温度に加熱する原燃料予熱器
と、この原燃料予熱器で加熱した原燃料中の硫黄分を除
去する脱硫器と、スチームを供給する水蒸気分離器と、
この水蒸気分離器から供給されたスチームにより脱硫器
で処理した原燃料を吸引してスチームと混合し混合ガス
を生成するスチームエゼクタと、混合ガスを改質ガスに
より昇温させる原料予熱器と、この原料予熱器で昇温し
た混合ガスを加熱して改質ガスを生成する改質器と、改
質ガスを変成ガスに変成するＣＯ変成器と、変成ガスを
燃料ガスとして発電し、発電による発熱を冷却媒体で冷
却し、昇温した冷却媒体を水蒸気分離器に循環させるよ
うにした燃料電池とを備えたりん酸形燃料電池発電装置
において、原料予熱器の改質器側とスチームエゼクタの
脱硫器側とを、燃料電池が発電しているときに閉塞する
遮断弁を介して流体の流通が可能にリサイクルガス回路
を設けたものである。

【００１１】請求項２の発明に係るりん酸形燃料電池発
電装置は、請求項１に記載のりん酸形燃料電池発電装置
において、リサイクルガス回路のガスの流量を流量計で
計測し、流量変化により遮断弁の閉塞のタイミングを決
定するようにしたものである。

【００１２】請求項３の発明に係るりん酸形燃料電池発
電装置は、請求項１に記載のりん酸形燃料電池発電装置
において、原料予熱器の温度を温度センサで計測し、計
測した温度により遮断弁の閉塞のタイミングを決定する
ようにしたものである。

【００１３】請求項４の発明に係るりん酸形燃料電池発
電装置は、原燃料中に水素を添加して原燃料を脱硫反応
に適した温度に加熱する原燃料予熱器と、この原燃料予
熱器で加熱した原燃料中の硫黄分を除去する脱硫器と、
スチームを供給する水蒸気分離器と、この水蒸気分離器
から供給されたスチームにより脱硫器で処理した原燃料
を吸引してスチームと混合し混合ガスを生成するスチー
ムエゼクタと、混合ガスを改質ガスにより昇温させる原
料予熱器と、この原料予熱器で昇温した混合ガスを加熱
して改質ガスを生成する改質器と、改質ガスを変成ガス
に変成するＣＯ変成器と、変成ガスを燃料ガスとして発
電し、発電による発熱を冷却媒体で冷却し、昇温した冷
却媒体を水蒸気分離器に循環させるようにした燃料電池
と、変成ガスの一部を原燃料予熱器の上流に供給するリ
サイクルガス回路とを備えたりん酸形燃料電池発電装置
において、ＣＯ変成器と燃料電池との間に、プラント昇
温時に冷却水が供給される凝縮器を設けたものである。

【００１４】請求項５の発明に係るりん酸形燃料電池発
電装置は、原燃料中に水素を添加して原燃料を脱硫反応
に適した温度に加熱する原燃料予熱器と、この原燃料予
熱器で加熱した原燃料中の硫黄分を除去する脱硫器と、
スチームを供給する水蒸気分離器と、この水蒸気分離器
から供給されたスチームにより脱硫器で処理した原燃料
を吸引してスチームと混合し混合ガスを生成するスチー
ムエゼクタと、混合ガスを改質ガスにより昇温させる原
料予熱器と、この原料予熱器で昇温した混合ガスを加熱
して改質ガスを生成する改質器と、改質ガスを変成ガス
に変成するＣＯ変成器と、変成ガスを燃料ガスとして発
電し、発電による発熱を冷却媒体で冷却し、昇温した冷
却媒体を水蒸気分離器に循環させるようにした燃料電池
と、変成ガスの一部を原燃料予熱器の上流に供給するリ
サイクルガス回路とを備えたりん酸形燃料電池発電装置
において、リサイクルガス回路に、プラント昇温時に冷
却水が供給される凝縮器を設けたものである。

【００１５】請求項６の発明に係るりん酸形燃料電池発
電装置は、原燃料中に水素を添加して原燃料を脱硫反応
に適した温度に加熱する原燃料予熱器と、この原燃料予
熱器で加熱した原燃料中の硫黄分を除去する脱硫器と、
スチームを供給する水蒸気分離器と、この水蒸気分離器
から供給されたスチームにより脱硫器で処理した原燃料
を吸引してスチームと混合し混合ガスを生成するスチー
ムエゼクタと、混合ガスを改質ガスにより昇温させる原
料予熱器と、この原料予熱器で昇温した混合ガスを加熱
して改質ガスを生成する改質器と、改質ガスを変成ガス
に変成するＣＯ変成器と、変成ガスを燃料ガスとして発
電し、発電による発熱を冷却媒体で冷却し、昇温した冷
却媒体を水蒸気分離器に循環させるようにした燃料電池
と、変成ガスの一部を原燃料予熱器の上流に供給するリ
サイクルガス回路とを備えたりん酸形燃料電池発電装置
において、スチームエゼクタと原料予熱器との間に、脱
硫器の触媒又はＣＯ変成器の触媒の還元運転時に冷却水
が供給される凝縮器を設けたものである。

【００１６】請求項７の発明に係るりん酸形燃料電池や
発電装置の運転方法は、原燃料中に水素を添加して原燃
料を脱硫反応に適した温度に加熱する原燃料予熱器と、
この原燃料予熱器で加熱した原燃料中の硫黄分を除去す
る脱硫器と、スチームを供給する水蒸気分離器と、この
水蒸気分離器から供給されたスチームにより脱硫器で処
理した原燃料を吸引してスチームと混合し混合ガスを生
成するスチームエゼクタと、混合ガスを改質ガスにより
昇温させる原料予熱器と、この原料予熱器で昇温した混
合ガスを加熱して改質ガスを生成する改質器と、改質ガ
スを変成ガスに変成するＣＯ変成器と、変成ガスを燃料
ガスとして発電し、発電による発熱を冷却媒体で冷却
し、昇温した冷却媒体を水蒸気分離器に循環させるよう
にした燃料電池と、変成ガスの一部を原燃料予熱器の上
流に供給するリサイクルガス回路とを備えたりん酸形燃
料電池発電装置の運転方法において、脱硫器の触媒又は
ＣＯ変成器の触媒の還元運転時に、水蒸気分離器からス
チームをスチームエゼクタに供給して還元時に必要な窒
素と水素とを循環させるとともに、ＣＯ変成器と燃料電
池との間に設けた凝縮器に冷却水を供給して、凝縮器内
でスチームを凝縮させるようにしたものである。

【００１７】請求項８の発明に係るりん酸形燃料電池発
電装置の運転方法は、原燃料中に水素を添加して原燃料
を脱硫反応に適した温度に加熱する原燃料予熱器と、こ
の原燃料予熱器で加熱した原燃料中の硫黄分を除去する
脱硫器と、スチームを供給する水蒸気分離器と、この水
蒸気分離器から供給されたスチームにより脱硫器で処理
した原燃料を吸引してスチームと混合し混合ガスを生成
するスチームエゼクタと、混合ガスを改質ガスにより昇
温させる原料予熱器と、この原料予熱器で昇温した混合
ガスを加熱して改質ガスを生成する改質器と、改質ガス
を変成ガスに変成するＣＯ変成器と、変成ガスを燃料ガ
スとして発電し、発電による発熱を冷却媒体で冷却し、
昇温した冷却媒体を水蒸気分離器に循環させるようにし
た燃料電池と、変成ガスの一部を原燃料予熱器の上流に
供給するリサイクルガス回路とを備えたりん酸形燃料電
池発電装置の運転方法において、脱硫器の触媒又はＣＯ
変成器の触媒の還元運転時に、水蒸気分離器からスチー
ムをスチームエゼクタに供給して還元時に必要な窒素と
水素とを循環させるとともに、スチームエゼクタと原料
予熱器との間に設けた凝縮器に冷却水を供給して、凝縮
器内でスチームを凝縮させるようにしたものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は実施の形態１の発明に係る構成図
である。図１において、１は原燃料供給手段で、都市ガ
スや天然ガスなどの原燃料を供給する。２は原燃料予熱
器で、原燃料を後述の脱硫器３の動作温度まで昇温す
る。３は脱硫器で、原燃料の硫黄分を水素を用いて除去
する。４はヒータ４ａを有する水蒸気分離器、５はスチ
ームエゼクタで、水蒸気分離器４から供給されるスチー
ムを用いて原燃料を吸引し、スチームと混合して混合ガ
スを生成する。６は原料予熱器で、スチームエゼクタ５
で生成した混合ガスを予熱する。７は都市ガス等の燃料
に空気を供給して燃焼させて、原料予熱器６で予熱した
混合ガスを反応させる改質器で、水素と一酸化炭素とを
含む改質ガスを生成する。

【００１９】８はＣＯ変成器で、改質器７を出た改質ガ
ス中の一酸化炭素を水素に変換して変成ガスを生成す
る。９は変成ガス中の水素と空気中の酸素とを反応させ
て発電する燃料電池で、変成ガスが供給される燃料極９
ａと、空気が供給される空気極９ｂと、発電時の発熱を
逃がす冷却器９ｃとを備えている。１０は脱硫用リサイ
クルガス回路で、ＣＯ変成器８で生成した変成ガスの一
部を、原燃料予熱器２の上流にリサイクルガスとして供
給する。１１は遮断弁で、リサイクルガス回路１０を開
閉する。１８はガスリサイクル回路で、原料予熱器６を
出たガスを脱硫器３とスチームエゼクタ５との間にリサ
イクルする。１９は遮断弁で、ガスリサイクル回路１８
を開閉制御する。

【００２０】次に発電時の動作について説明する。図１
において、破線で示した回路は遮断弁（図示せず）で閉
塞されている。さらに、遮断弁１１を「開」及び遮断弁
１９を「閉」としておく。原燃料は原燃料予熱器２によ
って水素添加され、脱硫反応に適した温度（３００℃〜
４００℃）まで昇温して脱硫器３に供給される。脱硫器
３で脱硫された原燃料は、スチームエゼクタ５でスチー
ムと混合されて混合ガスが生成される。原料予熱器６で
改質反応に適した温度まで昇温された混合ガスは、改質
器７へ供給される。

【００２１】改質器７で改質反応により生成された改質
ガスは、原料予熱器６と原燃料予熱器２とで冷却されて
ＣＯ変成器８に供給される。ＣＯ変成器８で改質ガス中
の一酸化炭素が水素に変換されて、燃料電池９の燃料極
９ａに供給され、空気極９ｂに供給された空気中の酸素
と反応して発電する。ＣＯ変成器８を出た改質ガスの一
部は、スチームエゼクタ５により吸引されてリサイクル
ガス回路１０を通じて原燃料予熱器２の上流にリサイク
ルされる。脱硫器３の水素添加反応に必要な水素は、原
燃料の５％程度の水素濃度とするのが一般的であり、そ
れに近い濃度となるようにリサイクルする流量が設定さ
れる。

【００２２】プラント昇温中の窒素昇温については、従
来例と同様である。即ち、図２において、改質器７に都
市ガスなどの燃料を供給して燃焼させ、その熱で改質器
７の触媒を昇温する。また、同じ熱で昇温媒体の窒素を
通してＣＯ変成器８を昇温する。そして、改質器７、Ｃ
Ｏ変成器８等の反応器の触媒層が水分が凝縮しない温度
（例えば１００℃）になるまでは、窒素供給手段１５か
ら供給する窒素を昇温媒体として窒素昇温する。

【００２３】改質器７、ＣＯ変成器８などの反応器の触
媒層が水分が凝縮しない温度になって、水蒸気分離器４
からスチームエゼクタ５にスチームを供給する直前に遮
断弁１９を開として、図３に示すようにスチーム昇温を
行う。スチームを供給すると、スチームエゼクタ５の吸
引力により、原料予熱器６から出たガスを吸引する。ス
チームエゼクタ５で吸引できる量は、スチームエゼクタ
５の特性にもよるが、スチームの流量に対して半分以下
の場合が多い。原料予熱器６内でスチームの殆どが凝縮
している間は、脱硫器３内に残留している原燃料が循環
するだけなので、原料予熱器６から出るガス量が小さい
ため、その殆どが吸引できる。スチームの凝縮分が少な
くなれば、原料予熱器６を出るガス量が増えてきて吸引
できる比率が下がってくる。しかし、このときには、既
にスチーム・カーボン比が１を越えているので、カーボ
ン析出は発生しない。この後のスチーム昇温中は、遮断
弁１９は「開」状態でも、「閉」状態でもよい。しか
し、原燃料を導入して発電を開始する時点では、遮断弁
１９を「閉」にする必要がある。遮断弁１９を「開」に
していると、原料予熱器６の出口のガスを吸引すること
で、原燃料を吸引する能力が不足して、必要な原燃料の
供給ができないからである。

【００２４】以上のように、水蒸気分離器４からスチー
ムエゼクタ５にスチームを供給した際に、原料予熱器６
でスチームの大半が凝縮している間は、脱硫器３内に残
留している原燃料（一部スチームを含む）がスチームエ
ゼクタ５と原料予熱器６との間を循環し、改質器７に供
給されない。したがって、スチームの凝縮が少なくな
り、カーボン析出の恐れがなくなった時点で遮断弁１９
を「閉」としてリサイクルガス回路１８を閉塞し、原燃
料を改質器７に供給するので、改質器７の触媒内でカー
ボンが析出するのを防止できる。

【００２５】実施の形態２．図４は実施の形態２の発明
に係る構成図である。図４において、１〜１１、１５、
１７〜１９は実施の形態１の図１のものと同様である。
２０はリサイクルガス回路１８に設けた流量計で、リサ
イクルガス回路１８のガス流量を計測する。

【００２６】図４において、窒素昇温の後にスチーム昇
温をしないで発電開始する場合には、発電開始前に供給
するスチームの原料予熱器６内での水分の凝縮がほぼ収
まった時点で、すぐに原燃料を供給しないと燃料電池９
にスチームを流す時間が長くなり、燃料電池のセル特性
が低下する。そこで、原料予熱器６内の凝縮の低下をリ
サイクルガス回路１８に設けた流量計２０で、スチーム
エゼクタ５の入口にリサイクルされるガス流量を計測
し、原料予熱器６内でスチームの大半が凝縮しているか
どうかの判断を行う。この結果により、遮断弁１９を
「閉」にするタイミングを決定する。

【００２７】以上により、原料予熱器６内での水分の凝
縮の度合をガス流量の増加により検出するので、燃料電
池９にスチームを流す時間を短縮し、燃料電池のセル特
性の低下を防止することができる。

【００２８】実施の形態３．図５は実施の形態３の発明
に係る構成図である。図５において、１〜１１、１５、
１７〜１９は実施の形態１の図１のものと同様である。
２１は原料予熱器６に取り付けた熱電対などの温度セン
サで、原料予熱器６の温度を計測する。

【００２９】次に動作について説明する。図５におい
て、実施の形態２と同様に、燃料電池９にスチームを流
す時間を短縮するために、温度センサ２１で原料予熱器
６の温度変化をモニターし、原料予熱器６内でスチーム
の大半が凝縮しているかどうかの判断を行う。この結果
により、遮断弁１９を「閉」にするタイミングを決定す
る。

【００３０】以上により、原料予熱器６内での水分の凝
縮の度合を、温度センサ２１で原料予熱器６の温度を検
出し、温度変化により遮断弁１９を閉じるタイミングを
決定するので、燃料電池９にスチームを流す時間を短縮
し、燃料電池９のセル特性の低下を防止することができ
る。

【００３１】実施の形態４．図６は実施の形態４の発明
に係る構成図である。図６において、１〜１１、１５、
１７〜１９は実施の形態１の図１のものと同様である。
２２は冷却水が供給される凝縮器で、ＣＯ変成器８と燃
料電池９の燃料極９ａとの間に設けられている。２３は
凝縮器２２への冷却水を制御する遮断弁である。

【００３２】次に動作について説明する。図６におい
て、発電中は冷却による効率の低下、冷却水の節約及び
冷却水循環動力の節約のために、遮断弁２３を「閉」に
して凝縮器２２には冷却水を流さないようにする。この
ため、発電中の動作は実施の形態１と同様である。

【００３３】プラント昇温中は、窒素昇温までは実施の
形態１と同様である。次に、水蒸気分離器４からスチー
ムエゼクタ５にスチームを供給して、窒素供給手段１５
から供給された窒素と混合し、同時に遮断弁２３を
「開」にして、凝縮器２２に冷却水を流す。窒素が混合
されたスチームは改質器７やＣＯ変成器８を昇温した
後、凝縮器２２内でスチームが凝縮してドレンとして放
出される。そのために、燃料極９ａの入口に放出回路を
設ける必要はない。スチームの流し始めは、昇温用の窒
素供給手段１５から窒素を供給するが、凝縮器２２の出
口からドライな窒素が回収されて、リサイクルガス回路
１０を通して循環されるため、窒素の供給は殆ど不要で
ある。

【００３４】以上のように、プラント昇温時に水蒸気分
離器４からスチームをスチームエゼクタ５に供給し、窒
素供給手段１５から供給される窒素と混合して改質器７
やＣＯ変成器８の昇温を行い、凝縮器２２で凝縮させて
ドライな窒素を再びスチームエゼクタ５の吸引により、
原燃料予熱器２の入口にリサイクルして循環させるの
で、窒素の使用量を節約することができる。

【００３５】実施の形態５．図７は実施の形態５の発明
に係る構成図である。図７において、１〜１１、１５、
１７〜１９は実施の形態１のものと同様である。２４は
リサイクルガス回路１０に設けた凝縮器で、冷却水が供
給される。２５は凝縮器２４の冷却水を制御する遮断弁
である。

【００３６】次に動作について説明する。図７におい
て、発電中は冷却による効率の低下、冷却水の節約及び
冷却水循環動力の節約のために、遮断弁２５を「閉」に
して凝縮器２４には冷却水を流さないようにする。この
ため、発電中の動作は実施の形態１と同様である。

【００３７】プラント昇温中は、窒素昇温までは実施の
形態１と同様である。次に、水蒸気分離器４からスチー
ムエゼクタ５にスチームを供給して、窒素供給手段１５
から供給された窒素と混合し、同時に遮断弁２５を
「開」にして凝縮器２４に冷却水を流す。窒素が混合さ
れたスチームは改質器７やＣＯ変成器８を昇温した後、
スチームエゼクタ５に吸引されてリサイクルガス回路１
０の凝縮器２４でスチームが凝縮してドレンとして放出
される。そのために、燃料極９ａの入口に放出回路を設
ける必要はない。スチームの流し始めは、昇温用の窒素
供給手段１５から窒素を供給するが、凝縮器２４の出口
からドライな窒素が回収されて、リサイクルガス回路１
０を通して循環されるため、窒素の供給は殆ど不要であ
る。

【００３８】以上のように、プラント昇温中に水蒸気分
離器４からスチームエゼクタ５にスチームを供給したと
同時に遮断弁２５を「開」にし、凝縮器２４に冷却水を
流して凝縮することにより、ドライな窒素を再び原料予
熱器６の入口にリサイクルして循環させるので、窒素の
使用量を節約することができる。

【００３９】実施の形態６．図８は実施の形態６の発明
に係る構成図である。図８において、１〜１１、１５、
１７〜１９は実施の形態１の図１のものと同様であり、
２２及び２３は実施の形態４の図６のものと同様であ
る。２６は水素濃度センサで、還元時の水素濃度をモニ
ターする。

【００４０】次に動作について説明する。図８におい
て、脱硫器３やＣＯ変成器８の触媒還元を行うには、こ
れらの触媒を触媒還元に適した温度に昇温する必要があ
る。このためには、実施の形態１で説明した窒素昇温や
スチーム昇温により、これらの触媒の昇温を行う。そし
て、触媒還元に適した温度になった時点で、水蒸気分離
器４からスチームエゼクタ５にスチームを供給して、窒
素供給手段１５から供給された窒素と、水素供給手段１
７から供給された水素とを混合し、同時に遮断弁２３を
「開」にして凝縮器２２に冷却水を流す。窒素が混合さ
れたスチームは改質器７やＣＯ変成器８を昇温した後、
凝縮器２２でスチームが凝縮してドレンとして放出され
る。そのために、燃料極９ａの入口にドレンの放出回路
を設ける必要はない。

【００４１】スチームの流し始めは、昇温用の窒素供給
手段１５から窒素を供給するが、凝縮器２２の出口から
ドライな窒素が回収されて、リサイクルガス回路１０を
通して循環されるため、窒素の供給は殆ど不要である。
また、水素については、水素濃度センサ２６を監視しな
がら適当な濃度になるように水素供給手段１７から供給
する水素量を調整する。触媒で反応しなかったスチーム
と混合された水素分は、窒素と同様にリサイクルされ
る。

【００４２】以上のように、触媒還元時にスチーム、窒
素及び水素を混合したガスを凝縮器２２で凝縮させてド
ライな窒素と水素とにして、スチームエゼクタ５の吸引
によってリサイクルガス回路１０を通して原燃料予熱器
２の入口にリサイクルし、窒素及び水素を循環させるの
で、窒素は殆ど補充する必要がない。また、水素につい
ては、水素濃度センサ２６を監視しながら水素の供給量
を調整し、触媒で反応しなかった水素分はリサイクルさ
れるため、水素の消費量を節約できる。

【００４３】実施の形態７．図９は実施の形態７の発明
に係る構成図である。図９において、１〜１１、１５、
１７〜１９は実施の形態１の図１のものと同様であり、
２４及び２５は実施の形態５の図７のものと同様であ
り、２６は実施の形態６の図８のものと同様である。

【００４４】次に動作について説明する。図９におい
て、脱硫器３やＣＯ変成器８の触媒還元を行うには、こ
れらの触媒を触媒還元に適した温度に昇温する必要があ
るので、実施の形態１で説明した窒素昇温やスチーム昇
温により、触媒の昇温を行う。そして、触媒還元に適し
た温度になった時点で、水蒸気分離器４からスチームエ
ゼクタ５にスチームを供給して、窒素供給手段１５から
供給された窒素と、水素供給手段１７から供給された水
素とを混合し、同時に遮断弁２５を「開」にしてリサイ
クルガス回路１０に設けた凝縮器２４に冷却水を流す。
窒素が混合されたスチームは改質器７やＣＯ変成器８を
昇温した後、凝縮器２４でスチームが凝縮してドレンと
して放出される。そのために、燃料極９ａの入口にドレ
ンの放出回路を設ける必要はない。

【００４５】スチームの流し始めは、昇温用の窒素供給
手段１５から窒素を供給するが、凝縮器２４の出口から
ドライな窒素が回収されて、リサイクルガス回路１０を
通して循環されるため、窒素の供給は殆ど不要である。
また、水素については、水素濃度センサ２６を監視しな
がら適当な濃度になるように水素供給手段１７から供給
する水素量を調整する。触媒で反応しなかったスチーム
と混合された水素分は、窒素と同様にリサイクルされ
る。

【００４６】以上のように、ドライな窒素及び水素をリ
サイクルガス回路１０を通してリサイクルしているの
で、窒素は殆ど補充する必要がない。また、水素につい
ては、水素濃度センサ２６を監視しながら水素の供給量
を調整し、触媒で反応しなかった水素分をリサイクルす
るため、水素の消費量を節約できる。

【００４７】実施の形態８．図１０は実施の形態８の発
明に係る構成図である。図１０において、１〜１１、１
５、１７〜１９は実施の形態１の図１のものと同様であ
り、２６は実施の形態６の図８のものと同様である。２
７はスチームエゼクタ５と原料予熱器６との間に設けた
凝縮器、２８は凝縮器２７の冷却水を制御する遮断弁で
ある。

【００４８】次に動作について説明する。図１０におい
て、脱硫器３やＣＯ変成器８の触媒還元を行うには、こ
れらの触媒を触媒還元に適した温度に昇温する必要があ
るので、実施の形態１で説明した窒素昇温やスチーム昇
温により、触媒の昇温を行う。そして、触媒還元に適し
た温度になった時点で、水蒸気分離器４からスチームエ
ゼクタ５にスチームを供給して、窒素供給手段１５から
供給された窒素と、水素供給手段１７から供給された水
素とを混合し、同時に遮断弁２８を「開」にして凝縮器
２７に冷却水を流す。窒素と水素とが混合されたドライ
なガスは改質器７やＣＯ変成器８に供給される。スチー
ムは凝縮器２７で凝縮してドレンとして放出される。そ
のために、燃料極９ａの入口にドレンの放出回路を設け
る必要はない。

【００４９】スチームの流し始めは、昇温用の窒素供給
手段１５から窒素を供給するが、リサイクルガス回路１
０を通して循環されるため、窒素の供給は殆ど不要であ
る。また、水素については、水素濃度センサ２６を監視
しながら適当な濃度になるように水素供給手段１７から
供給する水素量を調整する。触媒で反応しなかったスチ
ームと混合された水素分は、窒素と同様にリサイクルさ
れる。

【００５０】以上のように、ドライな窒素及び水素をリ
サイクルガス回路１０を通してリサイクルしているの
で、窒素は殆ど補充する必要がない。また、水素につい
ては、水素濃度センサ２６を監視しながら水素の供給量
を調整し、触媒で反応しなかった水素分をリサイクルす
るため、水素の消費量を節約できる。

【００５１】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、燃料電池が発
電しているときに閉塞する遮断弁を通して流体の流通が
可能なリサイクルガス回路を設け、原料予熱器でスチー
ムの大半が凝縮している間は遮断弁を開にして、脱硫器
内に残留している原燃料がリサイクルガス回路を通して
スチームエゼクタと原料予熱器との間を循環し、カーボ
ン析出の恐れがなくなった時点で遮断弁を閉として原燃
料を改質器に供給することにより、改質器の触媒内での
カーボンの析出を防止できる。

【００５２】請求項２の発明によれば、請求項１に記載
のりん酸形燃料電池装置において、原料予熱器内での水
分の凝縮をガス流量の増加により検出して原燃料を供給
するタイミングを決定することにより、燃料電池にスチ
ームを流す時間が短縮されるので、燃料電池のセル特性
の低下を防止できる。

【００５３】請求項３の発明によれば、請求項１に記載
のりん酸形燃料電池発電装置において、原料予熱器内で
の水分の凝縮を温度変化により検出して原燃料を供給す
るタイミングを決定することにより、燃料電池にスチー
ムを流す時間が短縮されるので、燃料電池のセル特性の
低下を防止できる。

【００５４】請求項４の発明によれば、プラント昇温時
にスチームと窒素とを混合したガスで改質器やＣＯ変成
器の昇温を行った後、凝縮器で凝縮したドライな窒素を
リサイクルガス回路を通して原燃料予熱器の上流にリサ
イクルして循環されるので、窒素の使用量を節約でき
る。

【００５５】請求項５の発明によれば、プラント昇温時
にスチームと窒素とを混合したガスで改質器やＣＯ変成
器の昇温を行った後、リサイクルガス回路に設けた凝縮
器で凝縮し、ドライな窒素を原燃料予熱器の上流にリサ
イクルして循環させるので、窒素の使用量を節約でき
る。

【００５６】請求項６の発明によれば、触媒還元時にス
チーム、窒素及び水素を混合したガスを凝縮器で凝縮
し、ドライな窒素と水素とをリサイクルガス回路を通し
て原燃料予熱器の上流にリサイクルして循環させるの
で、窒素及び水素の使用量を節約できる。

【００５７】請求項７の発明によれば、触媒還元時にス
チーム、窒素及び水素を混合したガスを凝縮器で凝縮
し、ドライな窒素と水素とをリサイクルガス回路を通し
て原燃料予熱器の上流にリサイクルして循環させるの
で、窒素及び水素の使用量を節約できる。

【００５８】請求項８の発明によれば、触媒還元時にス
チーム、窒素及び水素を混合したガスを凝縮器で凝縮
し、ドライな窒素と水素とをリサイクルガス回路を通し
て原燃料予熱器の上流にリサイクルして循環させるの
で、窒素及び水素の使用量を節約できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の発明に係る構成図である。

【図２】実施の形態１の発明の動作を説明する説明図
である。

【図３】実施の形態１の発明の動作を説明する説明図
である。

【図４】実施の形態２の発明に係る構成図である。

【図５】実施の形態３の発明に係る構成図である。

【図６】実施の形態４の発明に係る構成図である。

【図７】実施の形態５の発明に係る構成図である。

【図８】実施の形態６の発明に係る構成図である。

【図９】実施の形態７の発明に係る構成図である。

【図１０】実施の形態８の発明に係る構成図である。

【図１１】従来のりん酸形燃料電池発電装置の構成図
である。

【図１２】従来のりん酸形燃料電池発電装置の動作を
説明する説明図である。

【図１３】従来のりん酸形燃料電池発電装置の動作を
説明する説明図である。

【符号の説明】

２原燃料予熱器、３脱硫器、４水蒸気分離器、５
スチームエゼクタ、６原料予熱器、７改質器、８
ＣＯ変成器、９燃料電池、１０，１８リサイクル
ガス回路、１１，１９遮断弁、２０流量計、２１
温度センサ、２２，２４，２７凝縮器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原燃料中に水素を添加して上記原燃料を
脱硫反応に適した温度に加熱する原燃料予熱器と、この
原燃料予熱器で加熱した上記原燃料中の硫黄分を除去す
る脱硫器と、スチームを供給する水蒸気分離器と、この
水蒸気分離器から供給された上記スチームにより上記脱
硫器で処理した上記原燃料を吸引して上記スチームと混
合し混合ガスを生成するスチームエゼクタと、上記混合
ガスを改質ガスにより昇温させる原料予熱器と、この原
料予熱器で昇温した上記混合ガスを加熱して上記改質ガ
スを生成する改質器と、上記改質ガスを変成ガスに変成
するＣＯ変成器と、上記変成ガスを燃料ガスとして発電
し、発電による発熱を冷却媒体で冷却し、昇温した上記
冷却媒体を上記水蒸気分離器に循環させるようにした燃
料電池とを備えたりん酸形燃料電池発電装置において、
上記原料予熱器の上記改質器側と上記スチームエゼクタ
の上記脱硫器側とを、上記燃料電池が発電しているとき
に閉塞する遮断弁を介して流体の流通が可能にリサイク
ルガス回路を設けたことを特徴とするりん酸形燃料電池
発電装置。
【請求項２】請求項１に記載のりん酸形燃料電池発電
装置において、リサイクルガス回路のガスの流量を流量
計で計測し、流量変化により遮断弁の閉塞のタイミング
を決定することを特徴とするりん酸形燃料電池発電装
置。
【請求項３】請求項１に記載のりん酸形燃料電池発電
装置において、原料予熱器の温度を温度センサで計測
し、計測した温度により遮断弁の閉塞のタイミングを決
定することを特徴とするりん酸形燃料電池発電装置。
【請求項４】原燃料中に水素を添加して上記原燃料を
脱硫反応に適した温度に加熱する原燃料予熱器と、この
原燃料予熱器で加熱した上記原燃料中の硫黄分を除去す
る脱硫器と、スチームを供給する水蒸気分離器と、この
水蒸気分離器から供給された上記スチームにより上記脱
硫器で処理した上記原燃料を吸引して上記スチームと混
合し混合ガスを生成するスチームエゼクタと、上記混合
ガスを改質ガスにより昇温させる原料予熱器と、この原
料予熱器で昇温した上記混合ガスを加熱して上記改質ガ
スを生成する改質器と、上記改質ガスを変成ガスに変成
するＣＯ変成器と、上記変成ガスを燃料ガスとして発電
し、発電による発熱を冷却媒体で冷却し、昇温した上記
冷却媒体を上記水蒸気分離器に循環させるようにした燃
料電池と、上記変成ガスの一部を上記原燃料予熱器の上
流に供給するリサイクルガス回路とを備えたりん酸形燃
料電池発電装置において、上記ＣＯ変成器と上記燃料電
池との間に、プラント昇温時に冷却水が供給される凝縮
器を設けたことを特徴とするりん酸形燃料電池発電装
置。
【請求項５】原燃料中に水素を添加して上記原燃料を
脱硫反応に適した温度に加熱する原燃料予熱器と、この
原燃料予熱器で加熱した上記原燃料中の硫黄分を除去す
る脱硫器と、スチームを供給する水蒸気分離器と、この
水蒸気分離器から供給された上記スチームにより上記脱
硫器で処理した上記原燃料を吸引して上記スチームと混
合し混合ガスを生成するスチームエゼクタと、上記混合
ガスを改質ガスにより昇温させる原料予熱器と、この原
料予熱器で昇温した上記混合ガスを加熱して上記改質ガ
スを生成する改質器と、上記改質ガスを変成ガスに変成
するＣＯ変成器と、上記変成ガスを燃料ガスとして発電
し、発電による発熱を冷却媒体で冷却し、昇温した上記
冷却媒体を上記水蒸気分離器に循環させるようにした燃
料電池と、上記変成ガスの一部を上記原燃料予熱器の上
流に供給するリサイクルガス回路とを備えたりん酸形燃
料電池発電装置において、上記リサイクルガス回路に、
プラント昇温時に冷却水が供給される凝縮器を設けたこ
とを特徴とするりん酸形燃料電池発電装置。
【請求項６】原燃料中に水素を添加して上記原燃料を
脱硫反応に適した温度に加熱する原燃料予熱器と、この
原燃料予熱器で加熱した上記原燃料中の硫黄分を除去す
る脱硫器と、スチームを供給する水蒸気分離器と、この
水蒸気分離器から供給された上記スチームにより上記脱
硫器で処理した上記原燃料を吸引して上記スチームと混
合し混合ガスを生成するスチームエゼクタと、上記混合
ガスを改質ガスにより昇温させる原料予熱器と、この原
料予熱器で昇温した上記混合ガスを加熱して上記改質ガ
スを生成する改質器と、上記改質ガスを変成ガスに変成
するＣＯ変成器と、上記変成ガスを燃料ガスとして発電
し、発電による発熱を冷却媒体で冷却し、昇温した上記
冷却媒体を上記水蒸気分離器に循環させるようにした燃
料電池と、上記変成ガスの一部を上記原燃料予熱器の上
流に供給するリサイクルガス回路とを備えたりん酸形燃
料電池発電装置において、上記スチームエゼクタと上記
原料予熱器との間に、上記脱硫器の触媒又は上記ＣＯ変
成器の触媒の還元運転時に冷却水が供給される凝縮器を
設けたことを特徴とするりん酸形燃料電池発電装置。
【請求項７】原燃料中に水素を添加して上記原燃料を
脱硫反応に適した温度に加熱する原燃料予熱器と、この
原燃料予熱器で加熱した上記原燃料中の硫黄分を除去す
る脱硫器と、スチームを供給する水蒸気分離器と、この
水蒸気分離器から供給された上記スチームにより上記脱
硫器で処理した上記原燃料を吸引して上記スチームと混
合し混合ガスを生成するスチームエゼクタと、上記混合
ガスを改質ガスにより昇温させる原料予熱器と、この原
料予熱器で昇温した上記混合ガスを加熱して上記改質ガ
スを生成する改質器と、上記改質ガスを変成ガスに変成
するＣＯ変成器と、上記変成ガスを燃料ガスとして発電
し、発電による発熱を冷却媒体で冷却し、昇温した上記
冷却媒体を上記水蒸気分離器に循環させるようにした燃
料電池と、上記変成ガスの一部を上記原燃料予熱器の上
流に供給するリサイクルガス回路とを備えたりん酸形燃
料電池発電装置の運転方法において、上記脱硫器の触媒
又は上記ＣＯ変成器の触媒の還元運転時に、上記水蒸気
分離器から上記スチームを上記スチームエゼクタに供給
して還元時に必要な窒素と水素とを循環させるととも
に、上記ＣＯ変成器と上記燃料電池との間に設けた凝縮
器に冷却水を供給して、上記凝縮器内で上記スチームを
凝縮させるようにしたことを特徴とするりん酸形燃料電
池発電装置の運転方法。
【請求項８】原燃料中に水素を添加して上記原燃料を
脱硫反応に適した温度に加熱する原燃料予熱器と、この
原燃料予熱器で加熱した上記原燃料中の硫黄分を除去す
る脱硫器と、スチームを供給する水蒸気分離器と、この
水蒸気分離器から供給された上記スチームにより上記脱
硫器で処理した上記原燃料を吸引して上記スチームと混
合し混合ガスを生成するスチームエゼクタと、上記混合
ガスを改質ガスにより昇温させる原料予熱器と、この原
料予熱器で昇温した上記混合ガスを加熱して上記改質ガ
スを生成する改質器と、上記改質ガスを変成ガスに変成
するＣＯ変成器と、上記変成ガスを燃料ガスとして発電
し、発電による発熱を冷却媒体で冷却し、昇温した上記
冷却媒体を上記水蒸気分離器に循環させるようにした燃
料電池と、上記変成ガスの一部を上記原燃料予熱器の上
流に供給するリサイクルガス回路とを備えたりん酸形燃
料電池発電装置の運転方法において、上記脱硫器の触媒
又は上記ＣＯ変成器の触媒の還元運転時に、上記水蒸気
分離器から上記スチームを上記スチームエゼクタに供給
して還元時に必要な窒素と水素とを循環させるととも
に、上記スチームエゼクタと上記原料予熱器との間に設
けた凝縮器に冷却水を供給して、上記凝縮器内で上記ス
チームを凝縮させるようにしたことを特徴とするりん酸
形燃料電池発電装置の運転方法。