JPH11167928A

JPH11167928A - りん酸形燃料電池発電装置

Info

Publication number: JPH11167928A
Application number: JP9334490A
Authority: JP
Inventors: Susumu Takeshige; 晋竹重; Kiyoshi Tsuru; 潔都留
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-12-04
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 1999-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料極入口の遮断弁と安全弁を不要として、
装置のコストを低減し、コンパクト化する。【解決手段】原料予熱器６と改質器７との間の配管か
ら分岐して放出回路１５を設ける。放出回路１５には遮
断弁１６と手動弁１７が設けられている。装置の起動時
に遮断弁１６を開にして、原料予熱器６の昇温のために
水蒸気分離器４からスチームを供給する。手動弁１７の
開度を調整して、改質器７からの燃焼ガスの逆流を防止
すると同時に、放出回路１５からスチームを放出して燃
料極９ａへ流れるスチーム量を少なくする。

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
発電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は例えば、特開平９−６３６１３号
公報に記載された従来のりん酸形燃料電池発電装置を示
すフロー図である。図において、１は都市ガスや天然ガ
スなどの原燃料中の硫黄分を、水素を用いて除去する脱
硫器、２は原燃料を脱硫器１の動作温度まで昇温する原
燃料予熱器、３は原燃料予熱器２の入口に接続された窒
素導入口、４はスチームを供給する水蒸気分離器、４ａ
は起動時に水蒸気分離器４を加熱する起動用電気ヒー
タ、５は水蒸気分離器４から供給されるスチームにより
原燃料を吸引し、スチームと混合するスチームエゼク
タ、６は原燃料とスチームの混合ガスを予熱する原料予
熱器、７は原燃料とスチームを反応させて水素を含む改
質ガスを生成する改質器、８は改質器７を出た改質ガス
中の一酸化炭素とスチームから水素を生成して変成ガス
を得るＣＯ変成器である。

【０００３】９はＣＯ変成器８を出た変成ガス中の水素
と空気中の酸素を反応させて発電する燃料電池、９ａは
変成ガスが供給される燃料極、９ｂは空気が供給される
空気極、９ｃは発電時の発熱を逃がす冷却器であり、燃
料極９ａ、空気極９ｂおよび冷却器９ｃで燃料電池９を
構成している。１０はＣＯ変成器８を出た変成ガスの一
部を脱硫器１の上流側へリサイクルするための水添用リ
サイクルガスライン、１２は燃料極９ａ入口の遮断弁、
１３はＣＯ変成器８出口に設けられたスチーム放出回
路、１４はスチーム放出回路１３の遮断弁、１１はスチ
ームエゼクタ５出口に設けられた安全弁である。

【０００４】次に、動作について説明する。まず、発電
時の動作について説明すると、都市ガスや天然ガスから
なる原燃料は、脱硫反応に適した温度まで原燃料予熱器
２によって昇温された後、脱硫器１に供給される。脱硫
器１で脱硫された原燃料は、水蒸気分離器４から供給さ
れるスチームの駆動力を用いてスチームエゼクタ５によ
り吸引され、スチームと混合されて、改質反応に適した
温度まで原料予熱器６で昇温された後、改質器７に供給
される。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で冷却された後、Ｃ
Ｏ変成器８に供給される。ＣＯ変成器８で改質ガス中の
一酸化炭素とスチームの反応で水素を生成した後、燃料
電池９の燃料極９ａに供給され、水素と空気極９ｂに供
給された空気中の酸素とが反応して発電が起こる。この
時、燃料極９ａ入口の遮断弁１２は開状態である。燃料
極９ａで発電のために水素が消費される。消費されなか
った水素や二酸化炭素などは燃料極出口ガスとして改質
器７のバーナ部７ａに供給され、空気により水素などが
燃焼する。燃焼ガスは改質器７内でその熱により原燃料
とスチームの混合ガスを加熱して改質ガスに変換する。
また、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により吸引されて水添用リサイクルガスライ
ン１０を通じて原燃料予熱器２の入口へリサイクルされ
る。

【０００５】次に、装置の起動昇温時の動作について説
明する。昇温の目的の一つは脱硫器１、改質器７、ＣＯ
変成器８などの反応器の触媒を、発電開始までにそれぞ
れの触媒動作温度まで上げることである。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、ＣＯ変成器８は、水蒸気分
離器４からの電池冷却水を循環（図示を省略）させて回
収する熱交換型であり、起動時は電池冷却水で昇温され
る。電池冷却水の温度は、停止保管時は７０〜１００℃
であり、起動開始後は水蒸気分離器４の起動用電気ヒー
タ４ａにより数時間の間に１７０℃程度まで昇温され
る。脱硫器１は、図示しない電気ヒータで昇温される。
以上のように、改質器７、ＣＯ変成器８、脱硫器１はそ
れぞれ昇温手段を有しており、冷起動時においても３〜
４時間後には、改質可能な温度に達している。

【０００６】原料予熱器６は、窒素導入口３から供給さ
れて改質器７を通過した窒素により昇温されるが、起動
時に使用する窒素量の削減のため、たとえば２００ｋＷ
級燃料電池の場合でこの窒素量は１〜１０Ｎｍ³程度で
あり、冷起動の場合、起動後３〜４時間経て改質器７や
ＣＯ変成器８の昇温が完了した時点で、原料予熱器６は
まだ１００℃に達しない。もし、この状態でスチームと
原燃料を供給して改質を開始すれば、スチームの供給開
始直後は原料予熱器６の昇温にスチームの熱が使用さ
れ、スチームの大半が原料予熱器６で凝縮する。その結
果として、改質器７入口における原燃料流量に対するス
チーム流量の比率（スチーム・カーボン比と一般に呼ば
れている）が極端に低くなり、その値が２を切るような
場合、改質器７の触媒内でカーボンが析出する恐れがあ
る。そのような事態を避けるため、原料予熱器６でのス
チームの凝縮が完了し、スチーム全量が下流に流れるよ
うになるまで、原燃料を供給しない。図８に一例を示す
ように、原料予熱器６出口の流量は数分の間にゼロから
入口流量と変わらないレベルに達する。図９に、このと
きの原料予熱器６の温度変化を示す。

【０００７】凝縮が生じないようになるまでの時間は、
昇温開始時の原料予熱器６の温度や気温によって変わる
ため、最も長時間の場合を想定して原燃料投入（つまり
改質開始）のタイミングを決めている。たとえば、図７
の装置で起動時に原料予熱器６出口のスチーム流量が図
８のように変化する場合は、その時間を１０分に設定し
ている。昇温中は遮断弁１４を開とし、改質器７、ＣＯ
変成器８を通過したスチームは、スチーム放出回路１３
から系外へ放出される。このとき、燃料極９ａ入口の遮
断弁１２は閉状態にしておく。これは、りん酸形燃料電
池は、スチームのみを燃料電池に供給すると燃料電池の
雰囲気中の水蒸気分圧が高くなり、燃料電池内のりん酸
が水分を吸収してセルの特性が低下するので、スチーム
が燃料極９ａに供給されないようにするためである。ま
た、もし安全弁１１が無いと、万一、発電運転中に遮断
弁１２が誤動作して閉じた場合、ガス回路が閉塞状態と
なってその上流が設計圧力を越え、最悪の場合、水蒸気
分離器４の圧力（６〜７ｋｇ／ｃｍ²Ｇ）まで上がる可
能性がある。これを避けるために原燃料とスチームを放
出する目的で、安全弁１１が設けられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のりん酸形燃料電
池発電は以上のように構成されているので、改質開始前
の昇温時のスチームを燃料電池の燃料極に供給させない
ために、燃料極入口に遮断弁とスチーム放出回路を設け
る必要があった。また、燃料極入口の遮断弁が誤動作し
た時の事故を防ぐために、安全弁が必要であった。この
ようなことから、装置のコストが高くなり、大きさが大
きくなるという問題があった。この発明は上記のような
問題点を解消するためになされたもので、燃料極入口の
遮断弁および安全弁を不要とし、装置のコストを低く
し、またコンパクト化することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るりん酸形
燃料電池発電装置は、原料予熱器と改質器の間からスチ
ームを放出できる放出回路を備えたものである。さら
に、原料予熱器出口の配管または放出回路に流量センサ
を設け、この流量センサで検出した流量により決定され
るタイミングで閉じる遮断弁を放出回路に設けたもので
ある。また、原料予熱器の温度を検出する温度センサを
設け、この温度センサで検出した温度により決定される
タイミングで閉じる遮断弁を放出回路に設けたものであ
る。また、放出回路の分岐点と改質器の間に、窒素を供
給する窒素供給部を設けたものである。また、原料予熱
器の出口側の圧力を一定に保持するように動作する一次
圧調整弁を放出回路に設けたものである。また、原料予
熱器と改質器の間から、スチームを燃料電池の燃料極と
改質器のバーナ部の間へバイパスできるバイパス回路を
備えたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１を示すりん酸形燃料電池発電装置のフロ
ー図である。図において、１は都市ガスや天然ガスなど
の原燃料中の硫黄分を、水素を用いて除去する脱硫器、
２は後述の改質ガスの熱を利用して、原燃料を脱硫器１
の動作温度まで昇温する原燃料予熱器、３は原燃料予熱
器２の入口に接続された、窒素供給のための窒素導入
口、４はスチームを供給する水蒸気分離器、４ａは装置
の起動昇温時に水蒸気分離器４を加熱する起動用電気ヒ
ータ、５は水蒸気分離器４から供給されるスチームによ
り原燃料を吸引し、スチームと混合して混合ガスを送り
出すスチームエゼクタ、６は改質ガスの熱を利用して、
スチームエゼクタ５からの混合ガスを予熱する原料予熱
器、７は混合ガスを改質、すなわち混合ガス中の原燃料
とスチームを加熱処理により反応させて水素を含む改質
ガスを生成する改質器、７ａは改質器７に供給される混
合ガスを加熱するバーナ部、８は改質器７で生成した改
質ガスを変成、すなわち一酸化炭素とスチームから水素
を生成して変成ガスを得るＣＯ変成器である。

【００１１】９は変成ガスを燃料ガスとして発電する燃
料電池、９ａはＣＯ変成器８から変成ガスが供給される
燃料極、９ｂは空気が供給される空気極、９ｃは発電時
の発熱を逃がす冷却器であり、燃料極９ａ、空気極９ｂ
および冷却器９ｃで燃料電池９を構成している。１０は
ＣＯ変成器８を出た変成ガスの一部を脱硫器１の上流側
へリサイクルして脱硫器１へ水素を供給するための水添
用リサイクルガスライン、１５は原料予熱器６と改質器
７の間の配管から分岐して設けられてスチームを放出す
る放出回路、１６は放出回路１５に設けられた遮断弁、
１７は放出回路１５に設けられてスチームの放出量を調
整する手動弁である。

【００１２】次に、動作について説明する。まず、発電
時の動作については、従来の場合と同様である。ただ
し、遮断バルブ１６は閉じられている。原燃料は、水添
用リサイクルガスライン１０からの変成ガスが加えられ
て、原燃料予熱器２によって脱硫反応に適した温度まで
昇温された後、脱硫器１へ供給される。脱硫器１で脱硫
された原燃料は、水蒸気分離器４から供給されるスチー
ムの駆動力を用いてスチームエゼクタ５により吸引さ
れ、スチームと混合されて、その混合ガスが改質反応に
適した温度まで原料予熱器６で昇温された後、改質器７
に供給され、加熱処理される。改質器７で改質反応によ
り生成された改質ガスは、その熱により原料予熱器６、
原燃料予熱器２でそれぞれ混合ガス、原燃料を予熱する
とともに、改質ガス自身が冷却され、ＣＯ変成器８へ供
給される。ＣＯ変成器で、改質ガス中の一酸化炭素とス
チームの反応で水素を生成して変成ガスを得た後、燃料
電池９の燃料極９ａに供給される。なお、水蒸気分離器
４からＣＯ変成器８へ、図示を省略したが、電池冷却水
を循環させてＣＯ変成器８を冷却する。

【００１３】燃料極９ａへ供給された変成ガス中の水素
と、空気極９ｂへ供給された空気中の酸素とが反応し
て、燃料電池９で発電が行われる。この時に生じる熱
は、水蒸気分離器４から冷却器９ｃへ送られる電池冷却
水で逃がす。発電のために水素が消費されるが、消費さ
れなかった水素や、その他二酸化炭素などは燃料極出口
ガスとして改質器７のバーナ部７ａに供給され、空気に
より水素などが燃焼する。この燃焼で生じる燃焼ガスは
改質器７内でその熱により原燃料とスチームの混合ガス
を加熱して改質処理する。また、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
水添用リサイクルガスライン１０を通じて原料予熱器２
の入口へリサイクルされる。

【００１４】次に、装置の起動昇温時の動作について説
明する。停止状態にある装置の起動に際して、脱硫器
１、改質器７、ＣＯ変成器８などの反応器の触媒の温度
を、発電開始までにそれぞれの触媒動作温度まで上昇さ
せる。改質器７のバーナ部７ａに都市ガスなどの燃料と
空気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、ＣＯ変成器８は水蒸気分離器４から、起
動用電気ヒータ４ａで加熱された電池冷却水を送って昇
温する。装置が停止保管されている時の電池冷却水の温
度は７０〜１００℃であり、起動用電気ヒータ４ａで加
熱されて数時間の間に１７０℃程度まで昇温される。脱
硫器１は、図示しない電気ヒータで昇温される。以上の
ように、改質器７、ＣＯ変成器８、脱硫器１はそれぞれ
昇温手段を有しており、冷起動時においても３〜４時間
後には、改質可能な温度に達している。

【００１５】改質器７、ＣＯ変成器８、脱硫器１などの
反応器の触媒が動作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にスチームを供給すると同時
に遮断弁１６を開とする。冷起動時の原料予熱器６出口
におけるスチーム流量の推移は、図８に示した曲線と同
様になる。遮断弁１６を開にしている間、窒素導入口３
から窒素の供給を続ける。これは、図示を省略したが、
Ａ部には機器が設けられていて圧損が生じており、この
窒素供給を停止すると、スチームの大半が原料予熱器６
で凝縮した場合、改質器７のバーナ部７ａが設けられた
炉内から燃焼ガスが逆流する恐れがあるためである。も
し窒素を供給しなければ、スチームの大半が原料予熱器
６で凝縮した場合、改質器７にほとんど何も供給されな
い状態になるため、原料予熱器６出口の圧力が改質器７
の炉内の圧力よりも低くなり、燃焼ガスがバーナ部７
ａ、燃料極９ａ、ＣＯ変成器８、原燃料予熱器２、原料
予熱器６、改質器７、放出回路１５の経路で逆流して放
出される可能性がある。

【００１６】燃焼ガスは酸素成分を含んでいて、逆流が
生じるとＣＯ変成器８や改質器７の触媒を酸化させるの
で、逆流を避ける必要がある。特にＣＯ変成器８は発熱
し、高温となって触媒が損傷するため、逆流を生じさせ
てはならない。この逆流を防止するために、窒素導入口
３から窒素を流すわけである。手動弁１７もこの逆流を
防ぐために、放出回路１５の圧損を調整する役割を持
つ。スチームが原料予熱器６で全量凝縮し、原料予熱器
６出口に窒素しか流れないときに、原料予熱器６出口の
圧力が改質器７の炉内の圧力よりも低くならないよう
に、手動弁１７の開度を調整する。原料予熱器６の予熱
のために供給されたスチームのうち、原料予熱器６で凝
縮せず出ていくスチームは、放出回路１５と改質器７以
降との流路の流路抵抗の大きさの比率により分配されて
流れる。ここで、手動弁１７の開度を下げすぎると逆流
が生じないが、放出回路１５に流れるスチーム量の比率
が改質器７以降に流れるスチーム量に比して小さくな
り、放出回路１５のスチーム放出効果が小さくなってし
まうので、手動弁１７を適当な開度に調整する必要があ
る。

【００１７】手動弁１７を適当な開度に調整すれば、逆
流の防止と同時に、原料予熱器６出口を出たスチームの
大半を放出回路１５から放出することが可能である。こ
の結果、燃料電池９の燃料極９ａへ供給されるスチーム
の累積量が少なく、したがって、セル特性にほとんど影
響を与えない。原料予熱器６でスチームの凝縮が生じな
くなる時間を見計らって、放出回路１５の遮断弁１６を
閉じるとともに、窒素導入口３からの窒素の供給をや
め、原燃料を供給して改質を開始する。

【００１８】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２を示すりん酸形燃料電池発電装置のフロー図であ
る。図において、１８は原燃料予熱器６の出口に設けら
れてそこに流れる流量を検出する流量センサであり、こ
の流量センサ１８で検出した流量により決定されるタイ
ミングで遮断弁１６を閉じるようにしている。他は、実
施の形態１の場合と同様であるので説明を省略する。

【００１９】次に、動作について説明する。実施の形態
１では、起動昇温時に、原料予熱器６でスチームの凝縮
が生じなくなる時間を見計らって、放出回路１５の遮断
弁１６を閉じるとともに、窒素導入口３からの窒素の供
給を停止した。しかし、原料予熱器６でスチームの凝縮
が生じなくなる時間は、昇温開始時点での原料予熱器６
の温度や気温などによって変わるので、凝縮完了に最も
時間がかかる厳冬期における冷起動時の昇温データを用
いてその時間を決める必要がある。そのため、暖起動時
や夏期などでは、この時間よりももっと短い時間でスチ
ームの凝縮が完了しているのに、余分にスチームを流し
続けることになる。

【００２０】この実施の形態では、原料予熱器６出口に
流量センサ１８を取り付け、この流量センサ１８による
検出量が、窒素導入口３からの窒素流量と水蒸気分離器
４からのスチーム供給量との合計にほぼ近づいた時点
で、スチームの凝縮が完了したと判断して、放出回路１
５の遮断弁１６を閉じるとともに、窒素導入口３からの
窒素の供給をやめ、原燃料を供給して改質を開始する。
その他の動作は実施の形態１の場合と同様であるので説
明を省略する。以上のようにして、燃料極９ａに流れる
スチームの累積量を実施の形態１の場合よりも少なくす
ることができる。なお、流量センサを原料予熱器６の出
口ではなく、放出回路１５に設けて、その流量センサで
検出した流量の増加により、スチームの凝縮の完了を判
断するようにしても同様の効果を発揮できる。

【００２１】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３を示すりん酸形燃料電池発電装置のフロー図であ
る。図において、１９は原料予熱器６に設けられてその
温度を検出する温度センサとしての熱電対であり、この
熱電対１９で検出した温度により決定されるタイミング
で遮断弁１６を閉じるようにしている。他は、実施の形
態１の場合と同様であるので説明を省略する。

【００２２】次に、動作について説明する。この実施の
形態では、起動昇温時に、原料予熱器６におけるスチー
ムの凝縮完了を、原料予熱器６に設けられた熱電対によ
る検出値で判断する。図９に示すように、スチームの凝
縮が継続している間は、熱電対１９が、スチームの凝縮
温度である１００℃程度を検出し続けるが、凝縮が完了
すると温度が上昇を始めるので、スチームの凝縮完了を
知ることができる。具体的には、１００℃を１０〜２０
℃程度越えた時点で、スチームの凝縮が完了したと判断
する。この時点で放出回路１５の遮断弁１６を閉じると
ともに、窒素導入口３からの窒素の供給をやめ、原燃料
を供給して改質を開始する。その他の動作については実
施の形態１の場合と同様であるので説明を省略する。以
上により、燃料極９ａに流れるスチームの累積量を実施
の形態１の場合よりも少なくできる。また、実施の形態
２のように流量センサを設けるのに比べて簡単であるの
で、低コストでコンパクトにできる。またプラント（装
置）の規模が変わっても、タイミング判断基準の温度値
を変えなくてよいので簡便に用いることができる。な
お、上記説明の熱電対１９のような温度センサを、後述
の実施の形態４〜６の原料予熱器に設けて、同様に改質
開始のタイミング決定に用いることもできる。

【００２３】実施の形態４．図４は、この発明の実施の
形態４を示すりん酸形燃料電池発電装置のフロー図であ
る。図において、２０は起動昇温時に窒素を供給する窒
素供給部であり、原料予熱器６と改質器７との間の配管
からの放出回路１５の分岐点Ｂと、改質器７との間に接
続して設けられている。２１は窒素供給部２０に設けら
れた遮断弁である。他は、実施の形態１の場合と同様で
あるので説明を省略する。

【００２４】次に、動作について説明する。実施の形態
１では起動昇温時に遮断弁１６を開にしている間、窒素
導入口３から窒素の供給を続けるが、この実施の形態で
は、窒素導入口３から窒素の供給をせず、代わって窒素
供給部２０から窒素を供給する。実施の形態１では、放
出回路１５から放出されるガス（窒素とスチームの混合
流体）と改質器７以降に流れるガスの成分が同じである
のに対して、この実施の形態では、改質器７以降に流れ
るガス中のスチーム比率は、放出回路１５から放出され
るガス中のスチーム比率よりも低くなる。これは窒素供
給部２０から供給された窒素が優先的に改質器７以降に
流れるからである。その他の動作については実施の形態
１の場合と同様であるので説明を省略する。以上のよう
に改質器７以降に流れるスチームの量が少ないので、燃
料極９ａに供給されるスチームの累積量が実施の形態１
の場合に比べて少なくなる。

【００２５】実施の形態５．図５は、この発明の実施の
形態５を示すりん酸形燃料電池発電装置のフロー図であ
る。図において、２２は放出回路１５に設けられた一次
圧調整弁で、一次圧（すなわち、原料予熱器６出口圧
力）を、設定値に保持するように動作する自力式の圧力
調整弁であり、一次圧が設定値よりも高い場合に弁を開
いてガスを流し、一次圧が設定値よりも低い場合は弁を
閉じて一次圧を一定に保持するように動作するようにな
っている。他は、実施の形態１の場合と同様であるので
説明を省略する。

【００２６】次に、動作について説明する。一次圧調整
弁２２の一次圧の設定値を、改質器７の炉内圧力よりも
少し高い圧力に設定しておく。そうすることにより、起
動昇温時に改質器７の炉内からの燃焼ガスの逆流を防ぐ
ことができる。その他の動作については実施の形態１の
場合と同様であるので説明を省略する。このように、一
次圧調整弁２２が圧力に応じて開閉するので、実施の形
態１のように固定開度の手動弁１７により調整する場合
と比べて、逆流を防止しながら放出回路１５に流れるガ
ス流量の比率を大きくして、燃料極９ａに流れるスチー
ムの累積量を減らすことができる。

【００２７】実施の形態６．図６は、この発明の実施の
形態６を示すりん酸形燃料電池発電装置のフロー図であ
る。図において、２３はスチームのバイパス回路であ
り、原料予熱器６と改質器７の間の配管から、燃料電池
９の燃料極９ａと改質器７の間の配管、つまり燃料極９
ａの出口側に接続されている。２４はバイパス回路２３
に設けられた遮断弁である。実施の形態１の場合の放出
回路１５、遮断弁１６、手動弁１７は設けられておら
ず、その他は実施の形態１と同様であるので説明を省略
する。

【００２８】次に動作について説明する。起動昇温時に
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
給すると同時に遮断弁２４を開とする。このとき、窒素
導入口３からは窒素を供給しなくても良い。スチームの
バイパス回路２３が燃料極９ａ出口につながっているの
で燃焼ガスの逆流が生じないためである。原料予熱器６
で凝縮が生じなくなる時間を見計らって、放出回路１５
の遮断弁２４を開くとともに、原燃料を供給して改質を
開始する。他の動作については実施の形態１と同様であ
るので説明を省略する。

【００２９】

【発明の効果】この発明に係る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、原料予熱器と改
質器の間に放出回路を備えることにより、起動昇温時
に、燃焼ガスの逆流を防止すると同時に原料予熱器を出
たスチームを放出回路から放出して燃料電池の燃料極へ
流れるスチームの累積量を少なくすることができ、した
がって従来装置にあった燃料極入口の遮断弁および燃料
極入口のスチーム放出回路を無くすことができ、さらに
上記燃料極入口の遮断弁の誤動作対策としての安全弁を
無くすことができ、装置のコストが低減するとともにコ
ンパクトになる。さらに、原料予熱器出口または放出回
路に流量センサを設けて、その検出流量により決定され
るタイミングで閉じる遮断弁を放出回路に設けることに
より、また、原料予熱器の温度を検出する温度センサを
設けて、その検出温度により決定されるタイミングで閉
じる遮断弁を放出回路に設けることにより、いずれも起
動昇温時に、原料予熱器におけるスチーム凝縮完了にタ
イミングを合わせて改質を開始して燃料極にスチームが
流れる時間を短くすることができ、したがって燃料極に
流れるスチームの累積量をさらに少なくしてセルの特性
の低下を防止できる。

【００３０】また、放出回路の分岐点と改質器の間に、
窒素供給部を設けることにより、起動昇温時に、改質器
以降に流れるガス中のスチーム比率を小さくして、燃料
極に流れるスチームの累積量を少なくできる。また、放
出回路に一次圧調整弁を設けることにより、起動昇温時
に、燃焼ガスの逆流をより確かなものにしながら、改質
器以降に流れるガス量を少なくして、燃料極に流れるス
チームの累積量を少なくできる。また、原料予熱器と改
質器の間から、スチームを燃料極とバーナ部の間へバイ
パスするバイパス回路を備えたので、上記と同様に従来
装置の燃料極入口の遮断弁とスチーム放出回路および安
全弁を無くして低コスト、コンパクト化するとともに、
起動昇温時に、燃焼ガスの逆流防止を確実にし、かつ窒
素の供給を不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１を示すりん酸形燃料
電池発電装置のフロー図である。

【図２】この発明の実施の形態２を示すりん酸形燃料
電池発電装置のフロー図である。

【図３】この発明の実施の形態３を示すりん酸形燃料
電池発電装置のフロー図である。

【図４】この発明の実施の形態４を示すりん酸形燃料
電池発電装置のフロー図である。

【図５】この発明の実施の形態５を示すりん酸形燃料
電池発電装置のフロー図である。

【図６】この発明の実施の形態６を示すりん酸形燃料
電池発電装置のフロー図である。

【図７】従来のりん酸形燃料電池発電装置のフロー図
である。

【図８】起動昇温時の原料予熱器出口のスチーム流量
を示すグラフである。

【図９】起動昇温時の原料予熱器の温度を示すグラフ
である。

【符号の説明】

６原料予熱器、７改質器、７ａバーナ部、８Ｃ
Ｏ変成器、９燃料電池、９ａ燃料極、１５放出回
路、１６遮断弁、１８流量センサ、１９熱電対、
２０窒素供給部、２２一次圧調整弁、２３バイパ
ス回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原燃料とスチームの混合ガスを加熱処理
して改質する改質器、この改質器により改質された改質
ガスの熱を用い、改質前の上記混合ガスを昇温して上記
改質器に供給する原料予熱器、上記改質器により改質さ
れた改質ガスを変成するＣＯ変成器、およびこのＣＯ変
成器により変成された変成ガスを燃料ガスとして発電す
る燃料電池を備えたりん酸形燃料電池発電装置におい
て、上記原料予熱器と上記改質器との間の配管からスチ
ームを放出できる放出回路を備え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】原料予熱器の出口の配管または放出回路
に流量を検出する流量センサを設けるとともに、この流
量センサで検出した流量により決定されるタイミングで
閉じる遮断弁を上記放出回路に設けたことを特徴とする
請求項１記載のりん酸形燃料電池発電装置。
【請求項３】原料予熱器の温度を検出する温度センサ
を設けるとともに、この温度センサで検出した温度によ
り決定されるタイミングで閉じる遮断弁を上記放出回路
に設けたことを特徴とする請求項１記載のりん酸形燃料
電池発電装置。
【請求項４】原料予熱器と改質器との間の配管からの
放出回路の分岐点と、上記改質器との間に、窒素を供給
する窒素供給部を設けたことを特徴とする請求項１記載
のりん酸形燃料電池発電装置。
【請求項５】原料予熱器の出口側の圧力を一定に保持
するように動作する一次圧調整弁を、放出回路に設けた
ことを特徴とする請求項１記載のりん酸形燃料電池発電
装置。
【請求項６】原燃料とスチームの混合ガスを加熱処理
して改質する改質器、この改質器により改質された改質
ガスの熱を用い、改質前の上記混合ガスを昇温して上記
改質器に供給する原料予熱器、上記改質器により改質さ
れた改質ガスを変成するＣＯ変成器、およびこのＣＯ変
成器により変成された変成ガスを燃料ガスとして発電す
る燃料電池を備えたりん酸形燃料電池発電装置におい
て、上記原料予熱器と上記改質器との間の配管からスチ
ームを、上記燃料電池の燃料極と上記改質器のバーナ部
との間の配管へバイパスできるバイパス回路を備えたこ
とを特徴とするりん酸形燃料電池発電装置。