JPS62285368A

JPS62285368A - 燃料電池発電プラント

Info

Publication number: JPS62285368A
Application number: JP61127345A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakayama; 隆中山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-06-03
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1987-12-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は燃料電池発電プラントに係り、特に発電プラン
トの運転停止後において、燃料電池のリサイクルライン
中に残留する未反応ガスを速やかに系外に放出し得るよ
うに構成した燃料電池発電プラントに関する。

（従来の技術）燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネルギーに
変換するものとして燃利電池発・電プラントが知られて
いる。この燃料電池発電プラントは通常、電解質を挟ん
で一対の多孔質電極を配置して燃料電池を構成すると共
に、一方の電極の背面に水素などの燃料を接触させ、ま
た他方の電４※の背面に酸素などの酸化剤を接触させ、
このとき起こる電気化学的反応を利用して、上記電極間
から電気エネルギーを取り出すようにしたものであり、
燃料と酸化剤か供給されている限り高い変換効率で電気
エネルギーを取り出すことができるもので必る。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、上記した燃料電池発電プラントにおいては、
異常時（例えばカソード排ガス中に燃料の成分が検出さ
れたとき等）には、直ちに燃料および空気の供給を停止
し、配管中の燃料及び空気を窒素カスなどの不活性ノノ
ズによりパージ（系外へ放出）する必要がある。

一方、燃料電池発電プラントには燃料電池本体出口の未
反応カスを再刊用するために、リサイクルブロワを具備
したりナイクルラインか燃料電池本体出口から入口に向
って設けられている。

配管中の燃１１及び空気を窒素ガスなどの不活性ガスに
よるパージ当たってパージガス（不活性ガス）は電池入
口側ラインの上流より注入され、電池電極内の残留未反
応ガスを電池出口側下流へ排出するが、リサイクルライ
ン上流側及びリサイクルライン下流側は停止しているリ
サイクルブロワにより閉鎖されていて、ガスが非常に流
れにくいかまたは全く流れ１ｄない状況におる。従って
、リサイクルライン中に残留している未反応ガスの大部
分はなかなか排出されず、わずかに電池出口側ラインか
らの分岐点及び電池入口側ラインとの合流点からのガス
拡散により極めて少量の未反応ガスが除去されるにすぎ
ない。この結果、電池電極内のパージが修了した後も長
時間に亘りリナイクルライン中には未反応ガスか滞留し
てしまう恐れがあり、特に燃料ガスの残留分は可燃性で
おるので、このまま放置されると何らかの原因で空気と
混合した場合には引火、爆発に至る危険性がめった。

ざらに、配管中のガス拡散により電池型１へ反応が継続
することによって、運転を停止している筈の電池両極間
に高い電圧か誘起される危険性が必った。このような高
い誘起電圧は、電池重囲触媒の活性を低下させてしまう
恐れかあり、これは電池の特性劣化につながる。

しかして、上述のことは電池酸化剤極についても同様に
言えることである。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、燃料電池発電プラントの発電運転停止後において、リ
ナイクルライン中に残留する未反応ガスを短時間で確実
に敢出し得るようにすることにより配管中に可燃はカス
か残留することを防洪することにおる。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、上記目的を達成するために、燃料電池発電プ
ラン１〜において、リサイクルブロワに異面されたり１
ナイクルブロワとして正逆両方向の送風が可能なブロワ
を具備したことを特徴とするものである。

く作　用）本発明は、上記の如く構成することにより、リサイクル
ライン中のパージはりサイクルブロワを逆に送風するこ
とによって行われるため、電池側に比較して配管抵抗の
大きいリサイクルライン側を短時間に確実にパージする
ことができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の系、銃口を示すもので、同
図に示すように、石炭ノノズ等の化石燃イタ１よりなる
燃料１とスチーム供給器２からのスチームが、夫々燃料
流用調節弁３とスチーム流量調節弁４とにより、スチー
ムとカーホンの）捏合モル比が３〜５程度となるように
制御されて燃利改貿装置５内の改質接触デユープ６に導
入される。ここて、スチームと燃料は５００〜６００°
Ｃ程度まで加熱されて改質反応を行ない、次に変成器７
を経て水素含有率の高い燃料カスとなる。この水素含有
率か高くなった燃料ガスは、燃料カス気水分離器８に送
られて改質で余剰になったスチームを除五口した後、補
助バーナ９へは補助バーナ燃料流量調節弁１０により、
また燃料電池１１の燃料極１１Ａへは燃料ガス流量調節
弁１２により、夫々流量が制御されて送られる。

燃料電池１１の燃料極１１Ａへ流入した燃料ガス中の水
素は、酸化剤極１１Ｂに流入している空気中の酸素と触
媒反応を行ない、その結果燃料の一部が消費されて電気
エネルギーと反応生成水とが得られる。この燃料電池１
１内で生成した反応生成水の一部を含んで燃料極１１Ａ
を出た燃料排ガスは、前述の燃料改質装置５のメインバ
ーナ１３の燃料として送られるが、この途中においてガ
ス中水分の回収を行なうため燃料排カス気水分離器１６
を通過する。

そして、メインバーナ１３へ送られた燃料排ガスは燃料
改質装置５内で燃焼し、改質触媒チューブ６を加熱した
後に高温排ガス１７として排出される。

ざらに、この高温排ガス１７は燃料電池１１の酸化剤極
１１Ｂから送られる空気排ガスと合流した後、混合器１
８へ送られて空気供給装置（ターボコンプレッサ）１９
の駆動用エネルギーの一部として使われる。また、補助
バーナ９へ送られた燃料ガスは補助バーナ９内で燃焼し
、その燃料ガスが混合器１８を通過して空気供給装置（
ターボコンプレッサ）１９のタービン１９Ａを駆動する
。

一方、上記タービン１９Ａに連結して駆動されるコンプ
レッサ１９Ｂの吐出空気は、補助バーナ９、メインバー
ナ１３へ夫々補助バーナ空気流量調節弁２０、メインバ
ーナ空気流量調節弁２１により空燃比を調節して送られ
ると共に、空気流量調節弁２２により燃料電池１１の酸
化剤極１１Ｂへ送られ、余剰分は空気供給装置（ターボ
コンプレッサ）１つの駆動用エネルギーの一部として混
合器１８へ送られる。

酸化剤極１１Ｂに送られた空気の一部は、上記燃料極１
１Ａの水素と反応して消費された後、酸化剤極１１Ｂ内
で生成した水分を含んで排出される。この１排出された
空気排カスは燃料排ガスと同様に空気排ガス気水分離器
２５により空気排ガス中のスチーム分を一部腹水した後
に上記燃料改質装置５からの高温排ガス１７と合流する
。

上述したように、燃料電池１１は燃料極１１Ａ内の水素
と酸化剤極１１Ｂ内の酸素との触媒反応によって酸化剤
極１１Ｂが正（へ、燃料極１１Ａか負極となるように、
電気エネルギーを発生する。そして、この両電極１１Ａ
　、１１８間に接続された電気負荷２６により吸収され
た電流値に略比例して、両電極１１Ａ、１１８人口に供
給された水素と酸素が反応して反応生成水が１９られ１
、このスチーム分を含んだ゛未反応ガス分か訓電１ｊＩ
ｊｌｌＡ　、１１Ｂ昌口より排出されることになる。

一方、燃料極１１Ａ出口からは燃料再循環装置に連なる
リサイクル配管１４か８点で分岐され燃料排ガスの一部
は燃料再循環両方向ブロア１５を経て燃料極１１Ａの入
口のｂ点に戻される。あるいは酸化剤極１１Ｂの出口か
らは空気再循環装置に連なる空気１ノサイクル配管２３
が分岐され空気排ガスの一部は、空気再循口１両方向ブ
ロワ２４を経て酸化剤極１１Ｂの入口に戻される。これ
らの両極と再循１Ｍ装置は、燃料排ガスの水素濃度およ
び空気排ガスの酸素）開度を調節し、燃料電池の濃度分
離作用により電池発生電圧を調整するとともに、電池反
応後の未反応ガスを再利用することにより電池に対して
より多くの反応ガスが供給できることから、より高い負
荷で運転でき燃料電池発電プラントの効率増大の効果が
得られる。

次に、本燃料電池発電プラントが発電運転を停止した後
のパージ操作について説明する。

このパージ操作は燃料電池発電プラントの発電運転停止
後に配管中に残留する未反応カス（改質燃料カス及び空
気）を系外に放出するために行なう操作であり、もしこ
れが速やかに行なわなければ、電池反応が継続してしま
うばかりか、一部の配管中には燃料なとの未燃ガスが残
留して何らかの原因による引火の可能性もあり危険であ
る。図においては破線で示す配管部かパージラインを示
しており、未反応ガスを系外に放出する装置である。パ
ージカス（置換気体）としては、一般的にはＮ２ガスな
どの不活性気体を用いる。配管の各所にパージガス注入
弁２７．２８．２９が設けられてあり、プラントの発電
運転停止後は原燃料調節弁３゜改質燃料調節弁１２及び
空気調節弁２２が仝閉する一方で、弁２７．２８．２９
が開いてＮ２ガスを配管系に注入する。一方、リサイク
ルライン１４中側へ流入したパージ用ガスは、これを用
いてこれまでリサイクルの方向に送風を行っていた同じ
ブロワ１５を、逆向きに送風させることによってリサイ
クルライン１４中の反応性ガスのパージを行い、そのパ
ージ用ガスは電池側パージのガスと再合流してざらに下
流の機器をパージの後、系外へ放出される。また、これ
と同時にパージガス放出弁３０及び３１を開いて配管中
の残存未反応ガスを大気中に放出することでパージ操作
が行われる。

以上の説明において、パージラインとパージカス注入弁
及びパージガス放出弁の接地位置は固定して考えられる
ものではなく、パージ操作が効率的に行われるものであ
れば配管系統中の他の適当な位置におってもよい。ただ
、電池極内のパージを確実に行うためにパージガス注入
弁は電池両極入口配管部の上流側からＮ２ガスを注入で
きるように設置することが一般に行なわれている。

第２図Ｘ本発明の他の実施例の系統図である。

なあ、上記実施例と同一部分には同一符号を付してその
詳細な説明は省略する。

上記実施例においては、リサイクルブロワは１台で正逆
両方向の送風が可能なブロワ１５．２４を用いたが、本
実施例においては一方向のみの送風が可能なりザイクル
用ブロワ４０とパージ用ブロワ４１からなる一対のブロ
ワを逆方向に並列して接続したことを特徴とする。この
ような構成をとると、ブロワ部分のラインが２重となる
ためシステム構成上やや不利となるが、上記実施例と同
様な作用を有することは勿論である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の燃料電池発電プラントに
よると、燃料電池システムの発電運転停止後において、
りグイクルライン中に残留する未反応カスを速やかにパ
ージすることかできるので、配管中に可燃カスが長く残
菌して引火の危険性かなく、また未反応カスが長く残留
して配管中に拡散することが原因となって電池電極反応
か４継続するようなこともないから電池両電極間に高い
電圧が誘起せず、したかって電池特性劣化に至るような
ことがないので安全性がすぐれ、ざらにパージ用パイパ
スラインも不要になるというすぐれた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は本発明の
他の実施例の系統図でおる。１・・・燃料　　　　　　２・・・スチーム供給器３・
・・燃料流量調節弁　４・・・スチーム流量調節弁５・
・・燃料改質装置　　６・・・改質接触チューブ７・・
・変成器　　　　　８・・・燃料ガス気水分離器９・・
・補助バーナ１０・・・補助バーナ燃料流量調節弁１１・・・燃料電池　　　　１１八・・・燃料極１１Ｂ
・・・酸化剤極　　　１２・・・燃料ガス流旦調節弁１
３・・・メインバーナ　　１４・・・燃料リサイクル配
管１５・・・燃料再循環両方向ブロワ１６・・・燃料排ガス気水分離器１７・・・高温排ガス　　　１８・・・混合器１９・・
・空気供給装置（ターボコンプレッサ）１９Ａ・・・タ
ービン１９Ｂ・・・コンプレッサ２０・・・補助バーナ空気流量調節弁２１・・・メインバーナ空気流量調節弁２２・・・空気
流量調節弁２３・・・空気リサイクル配管２４・・・空気再循環両方向ブロワ２５・・・空気排ガス気水分離器２６・・・電気負荷２７・・・変成器３０．３１・・・パージカス放出弁４０・・・リサイクル用ブロワ４１・・・パージ用ブロワ３０、３１・・・パージガス放出弁４０・・・リサイクル用ブロワ４１・・・パージ用ブロワ代理人　弁理士　則　近　恵　イわ同　　三俣弘文

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電解質を挟んで燃料極および酸化剤極からなる一
対の電極を配置すると共に前記燃料極に燃料を供給し、
また前記酸化剤極に酸化剤を供給して、このとき起こる
電気化学的反応により前記電極間から電気エネルギーを
取り出す燃料電池と、発電プラントの運転停止時に配管
系統に置換ガスを注入して系統内の未反応ガスを系外に
放出するパージラインと、前記燃料電池の燃料極または
酸化剤極の少なくとも一方の電極の出口側に設けられ、
かつ夫々の電極出口側ラインを介して排出される排ガス
の一部を分岐しリサイクルブロワを介して夫々対応した
電極入口側ラインへ再循環させるように構成されたリサ
イクルラインとを備えてなる燃料電池発電プラントにお
いて、リサイクルブロワとして正逆両方向の送風が可能
なブロワを具備したことを特徴とする燃料電池発電プラ
ント。
（２）リサイクルブロワは一対の逆方向に並列接続した
再循環ブロワとパージ用ブロワからなることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の燃料電池発電プラント。