JPH10284101A - 燃料電池発電装置の熱交換器の洗浄方法 - Google Patents

燃料電池発電装置の熱交換器の洗浄方法

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JPH10284101A
JPH10284101A JP9086897A JP8689797A JPH10284101A JP H10284101 A JPH10284101 A JP H10284101A JP 9086897 A JP9086897 A JP 9086897A JP 8689797 A JP8689797 A JP 8689797A JP H10284101 A JPH10284101 A JP H10284101A
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JP
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steam
fuel
heat exchanger
fuel cell
gas
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Application number
JP9086897A
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English (en)
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Yuji Sawada
雄治 澤田
Norihisa Kamiya
規寿 神家
Shunsuke Oga
俊輔 大賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Osaka Gas Co Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029Heat exchange using liquids
    • 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
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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、定期的にまたは不定期に洗浄して熱
交換器内部の電熱器への不純物の堆積を阻止することを
目的とする。 【解決手段】 本発明の洗浄方法は、一時的に水蒸気の
供給量を増加させて余剰の水蒸気を熱交換器に供給する
ことにより熱交換器の洗浄を行う。

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、燃料電池発電装
置の熱交換器の洗浄方法に関し、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
スを冷却するための熱交換器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2に示す。
【0004】図2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のバーナーは燃焼用空気供給用のブロア1
7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
換器に送られ熱がそこで回収された後、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または不定
期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、本発明は、炭化水素系の原燃料
ガスと水蒸気分離器から供出される水蒸気との混合ガス
を予熱して、原燃料ガスを水蒸気改質する燃料改質器へ
送り込み、かつ燃料改質器からの燃料改質ガスを導入し
てから燃料電池本体へ送り出す燃料電池発電装置の熱交
換器を、前記燃料改質器に水蒸気を一時的に多量に供給
して熱交換器の内壁に余剰水蒸気を供給することによ
り、洗浄することを特徴とする。
【0013】
【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。
【0014】
【実施例】本発明の洗浄方法の一実施態様を図1に示
す。図1について、従来例を示した図2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、水蒸気分離器21の水蒸気供給系9への出
口に水蒸気調節弁10が設けられている。燃料改質器6
に導入される燃料ガスおよび水蒸気の混合ガス中の水蒸
気の量はできるだけ少ない方が高温排熱が得られるので
好ましい。従って、通常は燃料改質器6およびCO変成
器の触媒能力に見合うだけの最小の量の水蒸気が燃料改
質器に送られる。熱交換器12の内壁に不純物が付着し
てきた場合には、その時点で調節弁10を大きく開いて
水蒸気分離器から供給される水蒸気の量を一時的に増加
させる。燃料改質器内で水蒸気改質に消費されなかった
余剰の水蒸気は燃料改質器を通り抜けて熱交換器に供給
され、堆積された不純物を機械的あるいは多量の水蒸気
と化学的に反応させることにより除去する。除去された
不純物は、固体のものは後段のフィルターで、また気体
になったものはそのまま排気されることにより除かれ
る。燃料改質器から熱交換器に供給される水蒸気の量お
よび吹き出し圧力は調節弁10により変えることができ
る。熱交換器の内部を洗浄した後水蒸気は給水回収器
(図示しない)に送られる。通常、熱交換器内部の洗浄
は燃料電池発電装置の運転を中断することなく、定期的
に、または不純物が付着した時点で適宜に、水蒸気供給
量を増加させて洗浄を行うが、もちろん運転を中断して
洗浄を行ってもよい。
【0015】なお、本発明においては、熱交換器に燃料
改質ガスを供給する供給口の周囲にはけのようなものを
装備し、供給される水蒸気の量が多くなるとそれが回転
して堆積物を機械的に除去するようになっていてもよ
い。
【0016】
【発明の効果】この発明による燃料電池発電装置によれ
ば、一時的に多量に供給される水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除去することができ
るので、熱交換器を燃料発電装置から取り外すことな
く、簡易に熱交換器内壁の洗浄を行うことができた。ま
た、この発明によれば、燃料電池発電装置の運転中も水
蒸気調節バルブを多めに開くだけで熱交換器の洗浄を行
うことができるので、運転を止めることなく簡易に洗浄
ができ、容易に熱交換器の機能を維持でき、性能の低下
ももたらさない。
【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】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 10 水蒸気調節弁 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 20 冷却水循環系 21 水蒸気分離器 22 冷却水循環ポンプ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化水素系の原燃料ガスと水蒸気分離器
    から供出される水蒸気との混合ガスを予熱して、原燃料
    ガスを水蒸気改質する燃料改質器へ送り込み、かつ燃料
    改質器からの燃料改質ガスを導入してから燃料電池本体
    へ送り出す燃料電池発電装置の熱交換器を、前記燃料改
    質器に水蒸気を一時的に多量に供給して熱交換器の内壁
    に余剰水蒸気を供給することにより、洗浄することを特
    徴とする燃料電池発電装置の熱交換器の洗浄方法。
JP9086897A 1997-04-04 1997-04-04 燃料電池発電装置の熱交換器の洗浄方法 Pending JPH10284101A (ja)

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