JPS6341191B2 - - Google Patents
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- JPS6341191B2 JPS6341191B2 JP57047983A JP4798382A JPS6341191B2 JP S6341191 B2 JPS6341191 B2 JP S6341191B2 JP 57047983 A JP57047983 A JP 57047983A JP 4798382 A JP4798382 A JP 4798382A JP S6341191 B2 JPS6341191 B2 JP S6341191B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、原料ガスたとえば天然ガスを水蒸
気改質および一酸化炭素変成等の如く改質・変成
して水素ガス等の燃料ガスを生成する燃料処理装
置と、生成された燃料ガスおよび空気等の酸化剤
ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池とを備え
た燃料電池発電システム、とくにシステムの停止
時に構成装置の要求に合わせて窒素ガス等の不活
性ガスにて内部のガスを置換する燃料電池発電シ
ステムに関するものである。
気改質および一酸化炭素変成等の如く改質・変成
して水素ガス等の燃料ガスを生成する燃料処理装
置と、生成された燃料ガスおよび空気等の酸化剤
ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池とを備え
た燃料電池発電システム、とくにシステムの停止
時に構成装置の要求に合わせて窒素ガス等の不活
性ガスにて内部のガスを置換する燃料電池発電シ
ステムに関するものである。
この種の不活性ガス置換は一般に化学反応処理
設備において広く行われているものであるが、燃
料電池発電システムにおいては、高温となつてい
る構成部品の材質が多種にわたるため、高圧ボン
ベまたは液化ガスを減圧してなる低温の不活性ガ
スを直接系統内に導入すると、熱応力の影響を受
けやすい欠点がある。
設備において広く行われているものであるが、燃
料電池発電システムにおいては、高温となつてい
る構成部品の材質が多種にわたるため、高圧ボン
ベまたは液化ガスを減圧してなる低温の不活性ガ
スを直接系統内に導入すると、熱応力の影響を受
けやすい欠点がある。
そこで本発明は、上述の欠点を除去して、熱応
力の発生を軽減することにより、材料自体の強度
だけでなく、部品の組合せ状態を長期にわたつて
良好に維持することの可能な燃料電池発電システ
ムを提供することを目的とする。
力の発生を軽減することにより、材料自体の強度
だけでなく、部品の組合せ状態を長期にわたつて
良好に維持することの可能な燃料電池発電システ
ムを提供することを目的とする。
この目的は、本発明の燃料電池発電システムに
よれば、不活性ガスをシステム内で利用可能な熱
源にて予熱したうえで系内に導入するパージ用不
活性ガス予熱手段を備えることにより達成され
る。
よれば、不活性ガスをシステム内で利用可能な熱
源にて予熱したうえで系内に導入するパージ用不
活性ガス予熱手段を備えることにより達成され
る。
第１図は本発明の一実施例の基本系統図であ
る。
る。
第１図において、図面の右方に示す１０は水素
−酸素（空気）型の燃料電池で、燃料室１１、酸
化剤（空気）室１２、電極１３および１４ならび
に電解液室ないしは電解液含浸マトリツクス１５
から構成されている。空気室１２には、空気源１
６からブロア１７を介して空気が給送される。空
気は燃料電池起動時および必要に応じて運転時に
ブロア１８および起動用空気加熱器１９を介して
一部循環させられて所定の温度に保持される。燃
料室１１には原料ガスを水蒸気改質して得た水素
を多量に含む燃料ガスが供給される。改質プロセ
スは次のとおりである。
−酸素（空気）型の燃料電池で、燃料室１１、酸
化剤（空気）室１２、電極１３および１４ならび
に電解液室ないしは電解液含浸マトリツクス１５
から構成されている。空気室１２には、空気源１
６からブロア１７を介して空気が給送される。空
気は燃料電池起動時および必要に応じて運転時に
ブロア１８および起動用空気加熱器１９を介して
一部循環させられて所定の温度に保持される。燃
料室１１には原料ガスを水蒸気改質して得た水素
を多量に含む燃料ガスが供給される。改質プロセ
スは次のとおりである。
まず原料ガスとしては、メタンガスを主成分と
する天然ガスが用いられるが、改質用の触媒の活
性低下の原因となる硫黄分を除去するために、原
料ガス源２１からの原料ガスに水素（たとえば後
述する気水分離器４９からの水素含有ガスの一
部）を添加して、脱硫反応器２４に送り込む。脱
硫反応器２４において硫黄分を除去された原料ガ
スは、水蒸気発生装置２５からの水蒸気とともに
改質装置３０に送られる。改質装置３０はたとえ
ば外部加熱形の多管式反応炉として構成され、メ
タンガスと水蒸気とをたとえばニツケル系触媒に
より反応させて、一酸化炭素と水素とを生成す
る。改質装置３０には、燃料電池の空気室１２か
らの排出ガスを配管３２を介して供給するととも
に、燃料電池の燃料室１１からの排気ガスを、場
合によつては補助燃料としての原料ガスの一部と
混合したうえで配管３４を介して供給し、改質装
置３０内のバーナーで燃焼させる。
する天然ガスが用いられるが、改質用の触媒の活
性低下の原因となる硫黄分を除去するために、原
料ガス源２１からの原料ガスに水素（たとえば後
述する気水分離器４９からの水素含有ガスの一
部）を添加して、脱硫反応器２４に送り込む。脱
硫反応器２４において硫黄分を除去された原料ガ
スは、水蒸気発生装置２５からの水蒸気とともに
改質装置３０に送られる。改質装置３０はたとえ
ば外部加熱形の多管式反応炉として構成され、メ
タンガスと水蒸気とをたとえばニツケル系触媒に
より反応させて、一酸化炭素と水素とを生成す
る。改質装置３０には、燃料電池の空気室１２か
らの排出ガスを配管３２を介して供給するととも
に、燃料電池の燃料室１１からの排気ガスを、場
合によつては補助燃料としての原料ガスの一部と
混合したうえで配管３４を介して供給し、改質装
置３０内のバーナーで燃焼させる。
さて、改質装置３０を通過して水蒸気改質され
た原料ガスは、燃料電池１０の電極１３を劣化さ
せる一酸化炭素を含んでいるので、一酸化炭素変
成器４０に送られ、そこで一酸化炭素を二酸化炭
素に変成する。
た原料ガスは、燃料電池１０の電極１３を劣化さ
せる一酸化炭素を含んでいるので、一酸化炭素変
成器４０に送られ、そこで一酸化炭素を二酸化炭
素に変成する。
かくして精製された水素を含む燃料ガスは冷却
器４８にて冷却されたのち、気水分離器４９にて
水分を分離され、リザーバタンク５０を介して燃
料電池１０の燃料室１１に供給される。燃料ガス
は、燃料室に供給される前に適当な方法で所定の
温度に予熱される。
器４８にて冷却されたのち、気水分離器４９にて
水分を分離され、リザーバタンク５０を介して燃
料電池１０の燃料室１１に供給される。燃料ガス
は、燃料室に供給される前に適当な方法で所定の
温度に予熱される。
燃料電池１０の出力は直流（DC）であるので、
サイリスタ変換装置６０にて交流（AC）に変換
して最終的な出力とされる。
サイリスタ変換装置６０にて交流（AC）に変換
して最終的な出力とされる。
なお、図において黒く塗り潰した配管系統は燃
料ガスの主経路、二本の線で管状に示されている
配管系統は空気ガスの主径路である。
料ガスの主経路、二本の線で管状に示されている
配管系統は空気ガスの主径路である。
次にシステム停止時の系統内ガスの排出ないし
置換方法について説明する。図において１００番
台の符号を付した弁は遮断弁であり、理解を容易
にするために弁記号を黒く塗り漬してある。２０
０番台の符号を付しかつ黒く塗り漬していない弁
は、次の機能を有する。
置換方法について説明する。図において１００番
台の符号を付した弁は遮断弁であり、理解を容易
にするために弁記号を黒く塗り漬してある。２０
０番台の符号を付しかつ黒く塗り漬していない弁
は、次の機能を有する。
すなわち、奇数番号である２０１，２０３，２
０５，２０７，２０９および２１１を付された弁
は不活性ガスたとえば窒素（以下N2で示す）送
入弁で、送入を意味する内向きの矢印が付されて
いる。
０５，２０７，２０９および２１１を付された弁
は不活性ガスたとえば窒素（以下N2で示す）送
入弁で、送入を意味する内向きの矢印が付されて
いる。
また、偶数番号である２００，２０２，２０
４，２０６，２０８および２１０を付された弁は
ベント（排出）弁で、排出を意味する外向きの矢
印が付されている。
４，２０６，２０８および２１０を付された弁は
ベント（排出）弁で、排出を意味する外向きの矢
印が付されている。
さて、これらの弁により、図の実施例ではシス
テムの配管系統は次の６系統に分割されている。
テムの配管系統は次の６系統に分割されている。
第１の系統は、遮断弁１０１と遮断弁１１１と
の間の補助燃料系統で、N2送入弁２０３よりN2
を送入しベント弁２０４より排出する。第２の系
統は、遮断弁１０２と遮断弁１０４との間の脱硫
系統で、N2送入弁２０１よりN2を送入しベント
弁２０２より排出する。第３の系統は、遮断弁１
０４と遮断弁１０９との間の改質装置３０、一酸
化炭素変成器４０、気水分離器４９、リザーバタ
ンク５０を含む燃料改質・変成系統で、当初は遮
断弁１０５とベント弁２００を開いて系内を水蒸
気発生装置２５からの水蒸気でパージし、次いで
遮断弁１０５を閉じN2送入弁２１１からN2を送
入する。N2送入弁２１１を省略する場合には、
遮断弁１０４を開いてN2送入弁２０１からのN2
によりN2パージおよび置換を行う。第４の系統
は、遮断弁１０８と遮断弁１１０との間の燃料電
池の燃料室１１を含む系統で、N2送入弁２０７
からN2を送入し、ベント弁２０８より排出する。
第５の系統は、遮断弁１０９，１１０と遮断弁１
１１，１１４との間の燃料電池燃料排ガスを改質
装置バーナへ送る系統で、N2送入弁２０５から
N2を送入しベント弁２０６より排出する。第６
の系統は、遮断弁１１５、遮断弁１１６との間の
燃料電池の空気室１２を含む系統で、N2送入弁
２０９からN2を送入しベント弁２１０より排出
する。
の間の補助燃料系統で、N2送入弁２０３よりN2
を送入しベント弁２０４より排出する。第２の系
統は、遮断弁１０２と遮断弁１０４との間の脱硫
系統で、N2送入弁２０１よりN2を送入しベント
弁２０２より排出する。第３の系統は、遮断弁１
０４と遮断弁１０９との間の改質装置３０、一酸
化炭素変成器４０、気水分離器４９、リザーバタ
ンク５０を含む燃料改質・変成系統で、当初は遮
断弁１０５とベント弁２００を開いて系内を水蒸
気発生装置２５からの水蒸気でパージし、次いで
遮断弁１０５を閉じN2送入弁２１１からN2を送
入する。N2送入弁２１１を省略する場合には、
遮断弁１０４を開いてN2送入弁２０１からのN2
によりN2パージおよび置換を行う。第４の系統
は、遮断弁１０８と遮断弁１１０との間の燃料電
池の燃料室１１を含む系統で、N2送入弁２０７
からN2を送入し、ベント弁２０８より排出する。
第５の系統は、遮断弁１０９，１１０と遮断弁１
１１，１１４との間の燃料電池燃料排ガスを改質
装置バーナへ送る系統で、N2送入弁２０５から
N2を送入しベント弁２０６より排出する。第６
の系統は、遮断弁１１５、遮断弁１１６との間の
燃料電池の空気室１２を含む系統で、N2送入弁
２０９からN2を送入しベント弁２１０より排出
する。
以上のように系統分割を行うことにより、サー
マルシヨツクを軽減し触媒を保護するために、第
３の系統は他の系統と切り離して水蒸気パージを
実行でき、第１、第２、第４および第５の系統
は、その間にN2による可燃性ガスパージが可能
であり、第６の系統も同時にN2置換を行うこと
により、第４の系統との間の、すなわち燃料電池
の両電極間の差圧調整および電池スタツク内部保
護を行うことができる。などの効果が得られる
が、このような系統分割を行う場合でも、不活性
ガスを低温のまま各系統内に導入すると、同一系
統内でも構成要素の材質の相違により、熱応力の
影響がでてくることが判明した。
マルシヨツクを軽減し触媒を保護するために、第
３の系統は他の系統と切り離して水蒸気パージを
実行でき、第１、第２、第４および第５の系統
は、その間にN2による可燃性ガスパージが可能
であり、第６の系統も同時にN2置換を行うこと
により、第４の系統との間の、すなわち燃料電池
の両電極間の差圧調整および電池スタツク内部保
護を行うことができる。などの効果が得られる
が、このような系統分割を行う場合でも、不活性
ガスを低温のまま各系統内に導入すると、同一系
統内でも構成要素の材質の相違により、熱応力の
影響がでてくることが判明した。
そこで、実施例では、N2送入弁２０１，２０
３，２０５，２０７，２０９および２１１に送入
される窒素の供給元ライン９０を、燃料処理装置
の改質装置３０の排ガス７０により直接または熱
交換器８０を介して予熱し、窒素を予めあたため
てから系統内に導入するパージ用不活性ガス予熱
手段を備えることにより各系統の構成機器にヒー
トシヨツクを与えないようにしている。この予熱
手段の熱源としては、他に燃料電池の排出空気熱
などシステム内で利用できる熱源であればどのよ
うなものでもよい。
３，２０５，２０７，２０９および２１１に送入
される窒素の供給元ライン９０を、燃料処理装置
の改質装置３０の排ガス７０により直接または熱
交換器８０を介して予熱し、窒素を予めあたため
てから系統内に導入するパージ用不活性ガス予熱
手段を備えることにより各系統の構成機器にヒー
トシヨツクを与えないようにしている。この予熱
手段の熱源としては、他に燃料電池の排出空気熱
などシステム内で利用できる熱源であればどのよ
うなものでもよい。
このように、本発明によれば系統内をパージす
る不活性ガスを予熱したうえで導入するパージ用
不活性ガス予熱手段を備えるようにしたことによ
つて、、材料および組立状態に影響を及ぼす熱応
力の発生を軽減することができ、しかも熱源とし
て特別なものを用意する必要がないので、実施例
で述べたような系統分割を採用しない場合におい
てもきわめて有効に実施できるものである。
る不活性ガスを予熱したうえで導入するパージ用
不活性ガス予熱手段を備えるようにしたことによ
つて、、材料および組立状態に影響を及ぼす熱応
力の発生を軽減することができ、しかも熱源とし
て特別なものを用意する必要がないので、実施例
で述べたような系統分割を採用しない場合におい
てもきわめて有効に実施できるものである。
第１図は本発明の実施例の系統接続図である。
１０……燃料電池、３０……改質装置、７０…
…改質装置排ガス、９０……窒奏供給元ライン、
２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１
１……N2送入弁、２００，２０２，２０４，２
０６，２０８，２１０……ベント弁。
…改質装置排ガス、９０……窒奏供給元ライン、
２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１
１……N2送入弁、２００，２０２，２０４，２
０６，２０８，２１０……ベント弁。
Claims (1)
- １ 原燃料を改質・変成して燃料を生成する燃料
処理装置と、前記燃料と空気等の酸化剤の供給を
受けて発電を行う燃料電池とを備えた燃料電池発
電システムにおいて、前記燃料処理装置、燃料電
池および両者相互間の配管系統をパージするため
の不活性ガスを、システム内で利用可能な熱源に
より予熱するパージ用不活性ガス予熱手段を備え
ることを特徴とする燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57047983A JPS58164166A (ja) | 1982-03-25 | 1982-03-25 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57047983A JPS58164166A (ja) | 1982-03-25 | 1982-03-25 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58164166A JPS58164166A (ja) | 1983-09-29 |
| JPS6341191B2 true JPS6341191B2 (ja) | 1988-08-16 |
Family
ID=12790543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57047983A Granted JPS58164166A (ja) | 1982-03-25 | 1982-03-25 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58164166A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0950275A (ja) * | 1995-08-08 | 1997-02-18 | Suzuki Gakki Seisakusho:Kk | パッド型気鳴楽器 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02155172A (ja) * | 1988-12-08 | 1990-06-14 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池のガスパージ装置 |
| JP4613480B2 (ja) * | 2003-07-22 | 2011-01-19 | パナソニック株式会社 | 燃料電池発電装置とその運転方法 |
| JP4661055B2 (ja) * | 2004-02-03 | 2011-03-30 | パナソニック株式会社 | 燃料電池システムおよび運転方法 |
-
1982
- 1982-03-25 JP JP57047983A patent/JPS58164166A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0950275A (ja) * | 1995-08-08 | 1997-02-18 | Suzuki Gakki Seisakusho:Kk | パッド型気鳴楽器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58164166A (ja) | 1983-09-29 |
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