JPH10199559A - 燃料電池発電装置の熱交換器およびその洗浄方法 - Google Patents

燃料電池発電装置の熱交換器およびその洗浄方法

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JPH10199559A
JPH10199559A JP9006145A JP614597A JPH10199559A JP H10199559 A JPH10199559 A JP H10199559A JP 9006145 A JP9006145 A JP 9006145A JP 614597 A JP614597 A JP 614597A JP H10199559 A JPH10199559 A JP H10199559A
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JP
Japan
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heat exchanger
fuel
gas
steam
fuel cell
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JP9006145A
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English (en)
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Shunsuke Oga
俊輔 大賀
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池発電装置内に設置された熱交換器を
取り外すことなく、定期的に洗浄して熱交換器内部の電
熱面への不純物の堆積物を取り除くことを目的とする。 【解決手段】 本発明の燃料電池発電装置の熱交換器に
は、洗浄用のノズルまたはバブリングガスを導入するノ
ズルが設置されている。

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、反応物および生
成物を通過させて化学エネルギーを電気エネルギーに変
換する燃料電池発電装置に関し、特に、炭化水素系の原
燃料ガスを燃料改質器で水蒸気改質した後、その改質ガ
スを加熱するための熱交換器およびその洗浄方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】燃料電池発電装置は、天然ガスやメタノ
ール等の燃料を水素リッチなガスに改質する燃料改質
器、水素リッチなガス中の水素と空気中の酸素とを電気
化学的に反応させて発電する燃料電池本体、燃料電池で
発電された直流電力を、交流電力に変換する電力変換装
置、これらの装置を相互に関連付け、適性に作動させる
制御装置、燃料電池や燃料改質器からの排熱を回収して
利用する排熱回収装置、電池本体を起動させる時に系内
を所定の温度まで昇温するための起動用加熱装置、停止
させる時に系内の可燃性ガスを窒素等の不活性ガスで置
換するパージ装置等を効果的に組み合わせてなる。
【0003】燃料電池発電装置のエネルギー変換器とし
て組み込まれるリン酸型燃料電池は、濃厚リン酸溶液を
含有する電解質層を中央にして、負極としての燃料極と
正極としての空気極が密着一体化されている。メタンガ
ス等の炭化水素系原燃料を水蒸気改質して得られた燃料
改質ガス中の水素を燃料極に、空気中の酸素を空気極に
供給し、電気化学反応によって燃料(水素等)の持って
いるエネルギーを直接電気エネルギーとして取り出し発
電を行う。原燃料を改質して燃料改質ガスを得るには、
燃料改質器の中でメタン等の原燃料に水蒸気を加えて水
とメタンとの反応を触媒で促進して行う。なお、原燃料
ガスの改質に費やされた水蒸気量に対応する量の水を燃
料改質器に補給する。このような従来の燃料電池発電装
置のフロー概要を図3に示す。
【0004】図3において、燃料電池本体1は基本ユニ
ットのスタックの概略が図式的に示されている。燃料極
2と空気極3とがリン酸電解質層(図示されてない)を
挟持しており、燃料極、空気極および電解質層からなる
単位セルを基本ユニットとする。発電装置としては多数
の単位セルを積層化したスタックを使用する。積層化の
方法は単位セルの構造や温度制御の方法によって大幅に
異なるが、スタックでは構成部品を保護すると同時に、
起電反応速度の均一化を図ることが必要なので、起電ロ
スによって発生した熱を除去し、単位セルの温度を最適
値に維持する必要がある。そのため、4〜6単位セルお
きに熱水/二相流循環パイプの冷却管4が埋められた冷
却板5が配置されてスタックが構成され、スタック系外
に熱が放出される。
【0005】天然ガス等の原燃料は燃料供給系7を通っ
てエゼクタポンプ8で、水蒸気分離器21で分離され水
蒸気供給系9を通ってきた水蒸気と一緒にされ、熱交換
器12で予熱された後、燃料改質器6に供給され改質触
媒下で水素に富むガスに改質される。
【0006】水素リッチなガスに改質された燃料改質ガ
スは負極活物質として使用するため、燃料改質ガス供給
系11を通って燃料電池本体1の燃料極2に供給され
る。燃料改質器6は系内でのエネルギー回収を有効に行
うように設計されており、リフォーマーの加熱に使うよ
うバーナー(図示せず)が接続されている。燃料極2で
起電反応に寄与しなかった水素を含有する残りの分(オ
フガス)は、リフォーマーの燃料の一部として利用する
ためオフガス供給系13を通ってバーナーに送られる。
燃料改質器6のバーナーは燃焼空気供給用のブロア17
から取り込んだ空気とオフガス供給系から取り込んだ水
素リッチなオフガスを燃焼させてその熱をリフォーマー
の加熱に利用し、更に燃焼排ガスは燃焼排ガス系18を
通って図示されてない給水回収器へ送られる。
【0007】燃料改質器6の反応温度は700℃である
ので燃料改質ガスが高温のまま燃料極に供給されると熱
効率が低下する。そこで、それを避けるため、一旦熱交
換器に送られそこで熱が回収された後、温度を下げた状
態で燃料極2に供給される。燃料改質器で回収された熱
は、燃料供給系7から供給される燃料ガスおよび水蒸気
分離器21で分離された水蒸気の混合ガスを燃料改質器
へ送る前に熱交換器で予熱するために利用される。
【0008】燃料電池の発電時に冷却水を循環させるた
め、冷却管4は水蒸気分離器21および冷却水循環ポン
プ22を含む冷却水循環系20に接続している。熱の除
去に用いられた冷却水は冷却管4から水蒸気分離器21
に送られる。水蒸気分離器21では冷却管4から排出さ
れた蒸気との二相流である冷却水を水蒸気と冷却水とに
分離し、分離された水蒸気は原燃料に混入させるために
燃料改質器6に送り込まれ、分離された冷却水は冷却水
循環ポンプ22を駆動させ燃料電池本体の冷却管4に送
り込まれる。分離された水蒸気を元圧の低い原燃料に混
入させるために、分離された水蒸気を駆動流体とし、原
燃料を被駆動流体とするエゼクタポンプ8を使用する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このような構成の燃料
電池発電装置では、長時間運転すると熱交換器に、特に
燃料改質器からの燃料改質ガスを導入する口に、水素改
質に用いられる燃料改質器から飛散する触媒粉や燃料中
の不純物が堆積して、熱交換器の伝熱面を覆い性能を低
下させる。熱交換器の機能の1つは、高温度で反応する
燃料改質器に高温のガスを供給するため熱交換器でガス
を予め加熱し燃料改質器の熱効率を上げることにある。
従ってその機能が低下すると、燃料改質器の熱効率が低
下し、結果として燃料改質器のバーナーでの燃料の炊き
込み量を増加させなければならなくなる。このことはオ
フガス量の増加、ひいては燃料供給量の増加につなが
り、最終的には発電効率の低下につながる。
【0010】この事態を避けるためには、熱交換器に不
純物が堆積しないように熱交換器を定期的に洗浄するこ
とが好ましい。しかし、熱交換器はコンパクト化された
燃料電池発電装置の内部に組み込まれているものであ
り、また断熱を完全にするため強固な断熱施工が成され
た高温機器であるため、この機器を取り外して洗浄する
ことは容易ではなく手間のかかる作業である。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたものであり、本発明は熱交換器を燃料
電池発電装置から取り外すことなく定期的に洗浄するこ
とを目的とする。
【0012】すなわち、請求項1の発明は、燃料改質器
からの燃料改質ガスとの熱交換により、原燃料ガスと水
蒸気との混合ガスを燃料改質器への導入前に予熱する燃
料電池発電装置の熱交換器において、前記熱交換器には
熱交換器洗浄手段が備えつけられていることを特徴とす
る。
【0013】ここで、熱交換器洗浄手段は燃料改質ガス
を導入する口近傍に設けられていてもよい。
【0014】さらに、熱交換器洗浄手段が水および蒸気
のいずれかまたは両方を供給するノズルであってもよ
く、水および蒸気は水蒸気分離器より供給されてもよ
い。
【0015】請求項5の熱交換器の洗浄方法の発明は、
熱交換器の燃料ガスを導入する口近傍に設けられた洗浄
ノズルから水および蒸気のいずれかまたは両方を供給す
ることにより熱交換器を洗浄することを特徴とする。
【0016】ここで、水および蒸気は水蒸気分離器から
供給されてもよい。
【0017】請求項6の熱交換器の洗浄方法の発明は、
熱交換器に水を満たして熱交換器の下方に備えた洗浄ノ
ズルからガスを注入してバブリングすることにより熱交
換器の洗浄を行うことを特徴とする。
【0018】ここで、洗浄ノズルは燃料ガスを導入する
口近傍に設けられていてもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例を用いて具
体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。
【0020】
【実施例】
実施例1 この発明の燃料電池発電装置の一実施態様を図1に示
す。図1について、従来例を示した図3の燃料電池発電
装置のフロー概要図で説明したものと同一の機能を有す
るものについては同一番号付し、説明を省略した。ここ
では本発明の特徴とする構成部分について説明する。図
1において、熱交換器12には洗浄ノズル31が接続さ
れており、堆積物が多いと想定される燃料改質ガスを導
入する口近傍に、または熱交換器にその上流側で接続す
る燃料改質ガス供給系部分に洗浄ノズルを設けて、洗浄
ノズルから水蒸気等を供給して、熱交換器内の燃料ガス
改質触媒や不純物を除去したりする。ここで、洗浄ノズ
ルからの水蒸気等の供給量および吹き出し圧力は適宜調
節することができるようになっていてもよく、その場合
には堆積物が多い場合には水蒸気等の供給量を多くした
り、水蒸気等の吹き出し圧力を強くすることができる。
ここで洗浄ノズルから吹き出させるものは水蒸気分離器
21で分離された水蒸気を洗浄用蒸気供給系32を通し
て供給してもよいし、または燃料電池発電装置外から水
や蒸気を供給してもよい。通常、熱交換器の洗浄のため
の水等の供給は、燃料発電装置の運転を一時的に中断し
て行う。
【0021】なお、本発明においては、洗浄ノズルの吹
き出し口の方向が一回転するように設計されていてもよ
く、この場合には、不純物等がどこに堆積されても洗浄
ノズルの吹き出し口の方向を定めて効果的に水蒸気等を
吹き付けることができる。
【0022】さらには、洗浄ノズルの吹き出し口周辺
に、はけのようなものを装着して、水蒸気等の供給と同
時に回転させてもよい。
【0023】実施例2 本発明の燃料電池発電装置の他の実施態様を図2に示
す。図2において、従来例を示した図3の燃料電池発電
装置のフロー概要図で説明したものと同一の機能を有す
るものについては同一番号付し、説明を省略する。ここ
では本発明の特徴とする構成部分について説明する。図
2において、熱交換器12を洗浄するときに熱交換器を
水で満たし、その中に洗浄ノズル33からバブリング用
ガス34として例えば窒素ガスを導入する。また、洗浄
ノズルは、燃料ガスを導入する口近傍に設けられていて
もよい。洗浄ノズル33は熱交換器12の下方に設けら
れていることが好ましいが、熱交換器それ自体ではなく
熱交換器に水を導入する配管に設けられていてもよい。
洗浄ノズルから例えば窒素ガスを熱交換器中の水にバブ
リングすることにより不純物等の堆積物を除去すること
ができる。洗浄ノズルからのバブリング用ガスの吹き出
し圧力は熱交換器中の水がバブリングされ不純物の堆積
物が除去できるような圧力に調節してもよい。なお図示
してないが、熱交換器に水を導入し、洗浄後これを排水
するための流路およびバブリングするための窒素ガス導
入口が設けられている。ここで熱交換器に導入される水
は水蒸気分離器で分離された水を用いてもよい。
【0024】
【発明の効果】この発明による燃料電池発電装置によれ
ば、洗浄ノズルから供給される水や蒸気によって熱交換
器内の伝熱面への不純物等の堆積物を落としたり堆積を
阻止することができるので、燃料電池発電装置から熱交
換器を取り外すことなく定期的に熱交換器を洗浄するこ
とができ、容易に熱交換器の性能を復帰させることがで
きた。また窒素ガスを水中に導入しバブリングによって
熱交換器を洗浄する方法にあっては、バブリングによっ
て熱交換器内の水が撹拌されて伝熱面上の堆積物を落と
すことができる。このようにすれば熱交換器内を定期的
に容易に洗浄することができ、熱交換器の機能を維持
し、性能の低下をもたらさない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池発電装置の実施態様を示すフ
ロー概要図である。
【図2】本発明の燃料電池発電装置の他の実施態様を示
すフロー概要図である。
【図3】従来の燃料電池発電装置のフロー概要図であ
る。
【符号の説明】
1 燃料電池本体 2 燃料極 3 空気極 4 冷却管 5 冷却板 6 燃料改質器 7 燃料供給系 8 エゼクタポンプ 9 水蒸気供給系 11 改質ガス供給系 12 熱交換器 13 オフガス供給系 14 反応空気ブロア 15 空気供給系 16 空気排出系 17 燃焼用空気供給用ブロア 18 燃焼排ガス系 19 燃焼排ガス系 20 冷却水循環系 21 水蒸気分離器 22 冷却水循環ポンプ 31 洗浄用ノズル(水・蒸気供給用) 32 洗浄用蒸気供給系 33 洗浄ノズル(バブリングガス供給用) 34 バブリング用ガス

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料改質器からの燃料改質ガスとの熱交
    換により、原燃料ガスと水蒸気との混合ガスを燃料改質
    器への導入前に予熱する燃料電池発電装置の熱交換器に
    おいて、前記熱交換器には熱交換器洗浄手段が備えつけ
    られていることを特徴とする燃料電池発電装置の熱交換
    器。
  2. 【請求項2】 前記熱交換器洗浄手段が燃料改質ガスを
    導入する口近傍に設けられていることを特徴とする請求
    項1記載の燃料電池発電装置の熱交換器。
  3. 【請求項3】 前記熱交換器洗浄手段が水および蒸気の
    いずれかまたは両方を供給する洗浄ノズルであることを
    特徴とする請求項1または2記載の燃料電池発電装置の
    熱交換器。
  4. 【請求項4】 前記水および蒸気が水蒸気分離器より供
    給されることを特徴とする請求項3記載の燃料電池発電
    装置の熱交換器。
  5. 【請求項5】 請求項3または4に記載の熱交換器の内
    壁に、前記洗浄ノズルから水および蒸気のいずれかまた
    は両方を供給して熱交換器の洗浄を行うことを特徴とす
    る燃料電池発電装置の熱交換器の洗浄方法。
  6. 【請求項6】 請求項1または2に記載の熱交換器に水
    を満たして熱交換器の下方に備えた洗浄ノズルからガス
    を注入してバブリングすることにより熱交換器の洗浄を
    行うことを特徴とする燃料電池発電装置の熱交換器の洗
    浄方法。
JP9006145A 1997-01-17 1997-01-17 燃料電池発電装置の熱交換器およびその洗浄方法 Pending JPH10199559A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7582373B2 (en) 2001-11-15 2009-09-01 Jgc Catalysts And Chemicals Ltd. Electrolyte film and fuel cell
CN104197776A (zh) * 2014-08-19 2014-12-10 广州飞机维修工程有限公司 一种民用飞机燃油滑油热交换器的防爆清洗设备

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7582373B2 (en) 2001-11-15 2009-09-01 Jgc Catalysts And Chemicals Ltd. Electrolyte film and fuel cell
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