JPS6396870A - 燃料電池発電システム - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池発電システムに係り、特にその運転温
度、運転圧力が高温高圧な燃料電池発電システムに関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来の燃料電池発電システムでは特公昭５８−５６２３
１号公報に記載されているように、改質器の燃焼部へ供
給される燃料は燃料電池の燃料極の排出ガスが使用され
ている。また、燃料電池の空気極へ空気を供給する圧縮
機は、改質器の燃焼排ガスのエネルギーを利用したター
ビンにより駆動されている。更に、燃料電池の空気極の
排出ガスも改質器の燃焼ガスと合流しており、空気極お
よび燃料極と改質器の燃焼部、タービンとは配管により
連結されている。

【発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では改質器で生成され、燃料極へ供給され
る改質ガス（水素リッチガス）は燃料電池の発電に必要
な量と、改質器の反応部の改質反応に必要な熱量との２
種類の要素を満足する量になるように制御しなければな
らない、このため燃耕種の入口流量制御が複雑化すると
共に、空気極と燃料極との間の差圧（以下、極間差圧と
称す）を制御する上からも不都合であった。また、改質
器の燃焼ガスはタービンへ流入するため、タービン圧縮
機の運転条件の変動によりタービンの入口圧力が変動し
、その圧力変動が上流の改質器の燃焼部の圧力に伝播し
、更にその上流の燃料極および空気極の圧力変動となっ
て表われ、極間差圧を制御する上での外乱となっていた
。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、麺間差圧
制御上の外乱を極力最小限に抑え、極間差圧制御を単純
で容易なものとすることを可能とした燃料電池発電シス
テムを提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、改質器の燃焼部へは改質器の反応部入口で
分岐した天然ガスを燃料として供給し。

燃料極および空気極の排出ガスは燃料電池の後流に設け
たボイラに供給して燃焼させ、空気極へ供給する空気の
圧縮機は、ボイラで発生した蒸気を使用するタービンに
よって駆動するようにすることにより、達成される。

〔作用〕

燃料電池の燃料極への供給燃料と改質器の燃焼部への供
給燃料との流量制御を夫々独立して行うことができると
共に、燃料極からの排出ガスおよび空気極からの排出ガ
スは排出後直ちにボイラの燃料室で合流し、燃焼するの
で、空気極と燃料極とは常に同じ圧力に維持される。ま
た、ボイラで燃焼後、燃焼ガスは大気へ放出されるのみ
なので、ボイラの燃焼室の圧力変動は殆んどないと考え
てよく、燃料電池の極間差圧の制御を容易にすることが
できる。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
１図には本発明の一実施例が示さゎている。同図に示さ
れているように燃料電池発電システムは燃料極１ａおよ
び空気極１ｂを有する燃料電池１．燃料極１ａへ供給す
る水素を、炭化水素を改質して生成すると共に、燃焼部
２ａおよび反応部２ｂを有する改質器２、空気極１ｂに
供給する空気を圧縮する圧縮機３およびタービン４、燃
料電池１を水により冷却する冷却装置５等を備えている
。このように構成された燃料電池発電システムで本実施
例では改質器２の燃焼部２ａにその反応部２ｂ入口で分
岐した天然ガスを燃料として供給すると共に、燃料電池
１の後流に燃料極１ａからの排出ガスを燃料とし、空気
極１ｂからの排出ガスを燃焼用空気とするボイラ６を設
け、かっこのボイラ６で発生した蒸気によりタービン４
を駆動させるようにした。このようにすることにより改
質器２の燃焼部２ａにその反応部２ｂ入口で分岐した天
然ガスが燃料として供給されると共に。

燃料電池１の後流に燃料極１ａがらの排出ガスを燃料と
し、空気極１ｂからの排出ガスを燃焼用空気とするボイ
ラ６が設けられ、がっこのボイラ６で発生した蒸気によ
りタービン４が駆動されるようになって、燃料電池１の
燃料Ｖｉｉ１ａへの供給燃料と改質器２の燃焼部２ａへ
の供給燃料との流量制御を夫々独立して行うことができ
、空気極１ｂと燃料極１ａとは同じ圧力に維持されるよ
うになり、極間差圧制御上の外乱を極力最小限に抑え。

極間差圧制御を単純で容易なものとすることを可能とし
た燃料電池発電システムを得ることができる。

すなわち燃料電池１へは電流計７および電圧計８により
電流電圧を計測し、その負荷に応じた空気量、燃料量が
制御装！！！９により設定され、調節弁１０．１１によ
り所定の燃料および空気が供給される。同時に改質器２
の反応部２ｂへ供給される天然ガスも、調節弁１２によ
り負荷に応じた量に設定される。

天然ガスの改質に必要な蒸気量は流量計１３により天然
ガス流量を検出し、所定のスチームカーボン比となるよ
うに調節弁１４により流量調節される。改質器２の燃焼
部２ａへは反応部２ｂを改質反応を行わせる必要な温度
に維持するため、反応部２ｂの温度を温度計１５で検出
し、所定温度となるように調節弁１６で天然ガス流量を
制御する。改質器２の燃焼部２ａへの供給空気はプロア
１７により、天然ガス流量を流量計１８により検出して
所定の空燃比となるように調節弁１９で流量制御し送ら
れる。

燃料電池１の空気極１ｂおよび燃料極１ａで負荷に見合
う量の酸素および水素を消費された燃料および空気は、
そのまま後流側に設置されたボイラ６の燃焼室６ａへ送
られ、燃焼後大気へ排出される。また、ボイラ６の燃焼
室６ａは圧力計２０により圧力を常時監視し、調節弁２
１により一定圧力に制御される。

ボイラ６のドラム６ｂは一定の水位となるように水位計
２２で水位を検出し、調節弁２３により補給水が供給さ
れる。ボイラ６のドラム６ｂで発生した蒸気はタービン
４に送られ、動力として回収される。圧縮機３はタービ
ン４により駆動され。

圧縮空気を燃料電池１の空気極１ｂへ供給する。

燃料電池１の空気極１ｂからボイラ６の燃焼室６ａまで
の圧力損失の差圧はｍ節弁２４により調節する。

燃料電池１の冷却部１ｃへは冷却装置５のポンプ５ａに
より冷却水が送られ、燃料電池１を冷却後は水蒸気分離
器５ｂに送られて蒸気と水とに分離され、蒸気は改質器
２の反応部２ｂに供給される。

なお同図において２５はｃｏ変成器、２６は熱交換器、
２７から３０は流量計、３１から３４は制御装置である
。

このように本実施例によれば燃料電池１の燃料極１ａへ
の供給燃料と改質器２の燃焼部２ａへの供給燃料との流
量制御を夫々独立して行うことができ、空気極１ｂと燃
料極１ａとは一定圧力が制御さ九るボイラ６のａｍ室６
ａで合流するようになって、極間差圧制御上の外乱が最
小限に抑えられ、極間差圧制御が容易となる。

〔発明の効果〕

上述のように本発明は極間差圧制御上の外乱を極力最小
限に抑え、極間差圧制御を単純で容易なものとすること
ができるようになって、極間差圧制御上の外乱を極力最
小限に抑え、極間差圧制御を単純で容易なものとするこ
とを可能した燃料電池発電システムを得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池発電システムの一実施例のシ
ステムフロー図である。 １・・・燃料電池、１ａ・・・燃料極、ｌｂ・・・空気
極、１ｃ・・・冷却部、２・・・改質器、２ａ・・・燃
焼部、２ｂ・・・反応部、３・・・圧縮機、４・・・タ
ービン、５・・・冷却装置、５ａ・・・ポンプ、５ｂ・
・・水蒸気分前器、６・・・ボイラ、６ａ・・・燃焼室
、６ｂ・・・ドラム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃料極および空気極を有する燃料電池と、前記燃料
   極へ供給する水素を、炭化水素を改質して生成すると共
   に、燃焼部および反応部を有する改質器と、前記空気極
   に供給する空気を圧縮する圧縮機および圧縮機を駆動す
   るタービンと、前記燃料電池を水により冷却する冷却装
   置とを備えた燃料電池発電システムにおいて、前記改質
   器の燃焼部にその反応部入口で分岐した天然ガスを燃料
   として供給すると共に、前記燃料電池の後流に前記燃料
   極からの排出ガスを燃料とし、前記空気極からの排出ガ
   スを燃焼用空気とするボイラを設け、かつこのボイラで
   発生した蒸気により前記タービンを駆動させるようにし
   たことを特徴とする燃料電池発電システム。