JP3413925B2 - Fuel cell power generation equipment - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は燃料電池発電設備に関す
るものである。 【０００２】 【従来の技術】図２は改質器を備えた溶融炭酸塩型燃料
電池発電設備の一例を示したもので、燃料電池１のアノ
ード極２に燃料供給ライン３を介して水素４を供給し、
一方カソード極５に空気供給ライン６を介して圧縮空気
７による酸素を供給することで電池反応を起こさせて電
気を発生するようにしてあり、前記燃料電池１は、アノ
ード極２とカソード極５とを一つの組合わせ（セル）と
してそれを何層か積み重ねたものである。 【０００３】前記燃料供給ライン３の上流側には、例え
ば天然ガスなどの燃料８を高温で蒸気９と改質反応させ
ることで水素４を発生させる改質器１０が設けられてお
り、また改質器１０は前記アノード極２の出側ガス４ａ
の余剰燃料と、カソード極５の出側ガス７ａの余剰酸素
の一部とを燃焼側に導いて燃焼させることにより改質の
ための熱源を得るようにしている。図中８ａは脱硫装
置、１０’は改質器１０で発生した水素４によって前記
燃料８と蒸気９の混合物を予熱するようにした予熱器で
ある。 【０００４】前記燃料電池１には、起動用熱風発生装置
１１が備えられている。起動用熱風発生装置１１は、燃
料電池１の起動時に大量の熱風を発生させて設備全体の
起動を助けるためのもので、弁１２を介して供給される
燃料８（天然ガス）と、弁１４ａ，１４ｂを介してパイ
ロットバーナと燃焼部に供給される圧縮空気７とを燃焼
させて熱風を発生させる熱風発生炉１４を備え、その熱
風発生炉１４にて発生した高温燃焼ガス１５を空気加熱
器１６を経て前記カソード極５の出側ガス７ａと共に、
ガスタービン１７に供給されてガスタービン１７を駆動
するようになっており、且つ該ガスタービン１７を出た
排ガス１７ａは後述するボイラ２７に導かれて廃熱を回
収するようになっている。 【０００５】前記ガスタービン１７には同軸に空気圧縮
機１８が設けてあり、該空気圧縮機１８によって吸引圧
縮された圧縮空気７は、空気予熱器１９を経た後、空気
供給ライン６に備えた高温ブロワ２０及び前記空気加熱
器１６を介して前記燃料電池１のカソード極５に供給す
るようにしている。又、カソード極５の出側ガス７ａの
一部は、前記高温ブロワ２０の入口に導かれて再循環さ
れるようになっている。 【０００６】前記改質器１０の燃焼側の出口の排ガス１
０ａは、廃熱回収のための前記空気予熱器１９を介して
凝縮器２１に導かれ、更に気水分離器２２によって凝縮
水２３と炭酸ガス２４に分離し、炭酸ガス２４は低温ブ
ロワ２５を介して前記圧縮空気７に循環供給され、ま
た、凝縮水２３は炭酸イオンを含む強酸性の水であり、
これをそのまま利用及び排出することはできないので、
純水化装置２６に導いてアルカリ水に処理した後、前記
ボイラ２７に導いて蒸気発生に供した後、発生した蒸気
９は前記改質器１０の改質用蒸気として利用するように
している。 【０００７】更に、前記燃料電池発電設備においては、
燃料電池１を設置する前に、システムの性能をテストす
るためのパックテストと称される試験を行っており、こ
のパックテストのための排ガス処理装置２８を備えるよ
うにしている。 【０００８】排ガス処理装置２８は、改質器１０の改質
側から出た非常に高温となっている水素４を、弁３ａを
開として外部に取出し、水槽の２９の水中に通すことに
より水素４の温度を下げて安全性を図った後、燃焼器３
０に導いて燃焼させるようにしている。また、燃焼器３
０には空気ブロワ３１からの燃焼空気が供給されるよう
になっていると共に、燃料８の一部が弁１３を介して常
時供給されてパイロットバーナが常時点灯されており、
図示しない安全弁等が開放された場合に可燃性ガスが前
記燃焼器３０に導かれて燃焼されるようになっている。 【０００９】上記した燃料電池発電設備においては、燃
料電池１が設置される前にパックテストを行う。 【００１０】パックテストは、燃料電池１のアノード極
２とカソード極５に接続される入側と出側のラインをそ
のまま連通接続し、この状態で起動用熱風発生装置１１
を作動させる。すると、高温燃焼ガス１５によりガスタ
ービン１７が駆動され、更にボイラ２７が駆動され、ま
た空気圧縮機１８によって圧縮された圧縮空気７は空気
加熱器１６により前記高温燃焼ガス１５によって加熱さ
れた後、空気供給ライン６からそのまま前記高温燃焼ガ
ス１５と共にガスタービン１７に送られる。 【００１１】燃料８と、前記ボイラ２７の作動によって
生じた蒸気９が改質器１０の改質側に供給され、改質器
１０で発生した水素４は、燃料供給ライン３からそのま
ま、改質器１０の燃焼側に前記圧縮空気７と共に供給さ
れて改質のための熱源となる。 【００１２】この状態で燃料電池１を設置したと同一の
条件のパックテストを行うには、改質器１０による水素
４の発生量が過剰となるので、弁３ａを調整して、水素
４の一部を排ガス処理装置２８の水槽２９に取出し、更
に燃焼器３０に送って燃焼させることにより処理するよ
うにしている。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の燃
料電池発電設備においては、パックテストのために排ガ
ス処理装置を別個に備えるようにしており、そのために
装置価格が増加してしまう問題を有すると共に、排ガス
処理装置はかなり大型なものとなるために排ガス処理装
置を設置するための大きなスペースも必要となる等の問
題を有していた。 【００１４】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなし
たもので、排ガス処理装置を省略して簡単な構成にてパ
ックテストを実施できるようにした燃料電池発電設備を
提供することを目的とする。 【００１５】 【課題を解決するための手段】本発明は、アノード極
に、改質器で発生した水素を燃料供給ラインを介して供
給し、一方カソード極に、空気供給ラインを介して圧縮
空気による酸素を供給することで電池反応を起こさせて
電気を発生する燃料電池を備え、且つ起動用熱風発生装
置の高温燃焼ガス及び前記カソード極の出側ガスをガス
タービンに導き該ガスタービンと同軸の空気圧縮機を回
転させて前記カソード極に圧縮空気を供給するようにし
てある燃料電池発電設備であって、前記燃料供給ライン
に一端が接続され途中に水素冷却器を備えた水素放出管
の他端を前記起動用熱風発生装置に接続してパックテス
ト時に生じる過剰な水素を、起動用熱風発生装置で燃焼
させるようにし、且つ該起動用熱風発生装置に圧縮空気
を供給する空気管を前記水素冷却器を介して前記起動用
熱風発生装置に接続したことを特徴とする燃料電池発電
設備、に係るものである。 【００１６】 【作用】本発明では、燃料電池が設置される前のパック
テスト時、改質器で生成される過剰の水素を、水素放出
管により水素冷却器を介して起動用熱風発生装置に供給
して燃焼させる。この時、前記起動用熱風発生装置に供
給する圧縮空気を前記水素冷却器に通すことにより、起
動用熱風発生装置に供給される水素の温度を低下させて
燃焼温度を低く押えることにより起動用熱風発生装置の
安全を図るようにしている。 【００１７】上記したように、起動用熱風発生装置に、
排ガス処理機能を合わせ持たせるようにしているので、
排ガス処理装置を別個に設置する必要がなくなる。 【００１８】 【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。 【００１９】図１は本発明の一実施例を示したもので、
図２と同一の符号を付したものは同一物を表わしてお
り、以下本発明の特徴部分についてのみ詳述する。 【００２０】図１に示すように、燃料電池１のアノード
極２と改質器１０の改質側とを接続する水素４を供給す
るための燃料供給ライン３に、途中に水素冷却器３２を
備えた水素放出管３３の一端を接続し、また該水素放出
管３３の他端を起動用熱風発生装置１１に接続する。前
記燃料供給ライン３と水素放出管３３には水素放出管３
３への水素４の放出量の調節を行う弁３ａが備えてあ
り、且つ前記水素放出管３３には、前記弁３４を備えた
燃料管３５が接続されて、燃料８を起動用熱風発生装置
１１に供給することができるようになっている。 【００２１】また、空気圧縮機１８にて圧縮されて前記
起動用熱風発生装置１１に供給される圧縮空気７を導く
空気管３６を、前記水素冷却器３２に供給した水素４を
冷却した後、前記起動用熱風発生装置１１に導くように
水素冷却器３２に接続している。 【００２２】次に上記実施例の作用を説明する。 【００２３】燃料電池１が設置される前のパックテスト
時、燃料電池１の設置時と同一条件での試験を行おうと
すると、改質器１０で生成される水素４が過剰となるの
で、この時、弁３ａを開ける操作を行うことによって水
素４の一部を水素放出管３３に排出する。 【００２４】水素放出管３３に排出された水素４は、水
素冷却器３２に供給され、この時、起動用熱風発生装置
１１に供給される圧縮空気７が空気管３６によって導か
れていることによって温度が下げられた後、起動用熱風
発生装置１１に供給されて燃焼される。 【００２５】この時、改質器１０によって発生される水
素４は非常に高温となっており、従ってこの高温の水素
４を直接起動用熱風発生装置１１に供給して燃焼する
と、燃焼温度が異常に上昇して起動用熱風発生装置１１
を損傷してしまう可能性があるが、前記したように水素
４を圧縮空気７により水素冷却器３２にて冷却するよう
にしていることにより、起動用熱風発生装置１１での燃
焼温度を低く押えて、起動用熱風発生装置１１の安全を
図ることがでる。 【００２６】上記したように、起動用熱風発生装置１１
に、パックテスト時に生じる過剰な水素４を処理するこ
とができる排ガス処理機能を合わせ持たせるようにして
いることにより、従来のように排ガス処理装置を別個に
設置する必要がなくなる。 【００２７】尚、本発明は前記実施例にのみ限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に於い
て種々変更を加え得ることは勿論である。 【００２８】 【発明の効果】本発明の燃料電池発電設備によれば、パ
ックテスト時に生じる過剰な水素を、水素放出管を介し
て水素冷却器に供給した後、起動用熱風発生装置に供給
して燃焼させるようにしているので、前記過剰な水素を
起動用熱風発生装置にて安全に処理することができ、こ
のように、起動用熱風発生装置に、パックテスト時に生
じる過剰な水素を処理する排ガス処理機能を合わせ持た
せるようにしたことにより、従来のように排ガス処理装
置を別個に設置する必要がなくなり、設備費用と設置ス
ペースの削減を図ることができる優れた効果を奏し得
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power generation system. 2. Description of the Related Art FIG. 2 shows an example of a molten carbonate type fuel cell power generation system equipped with a reformer, wherein hydrogen 4 is supplied to an anode 2 of a fuel cell 1 through a fuel supply line 3. Supply,
On the other hand, oxygen is supplied from the compressed air 7 to the cathode 5 through the air supply line 6 to cause a cell reaction to generate electricity, and the fuel cell 1 includes the anode 2 and the cathode 5. Are stacked as a combination (cell) in several layers. On the upstream side of the fuel supply line 3, a reformer 10 for generating hydrogen 4 by reforming a fuel 8 such as natural gas with steam 9 at a high temperature is provided. The porcelain 10 is an outlet gas 4a of the anode 2.
The excess fuel and a part of the excess oxygen of the outlet gas 7a of the cathode 5 are led to the combustion side and burned to obtain a heat source for reforming. In the figure, reference numeral 8a denotes a desulfurizer and 10 'denotes a preheater for preheating a mixture of the fuel 8 and the steam 9 by the hydrogen 4 generated in the reformer 10. The fuel cell 1 is provided with a hot air generator 11 for starting. The startup hot air generator 11 is for generating a large amount of hot air at the time of startup of the fuel cell 1 to assist the startup of the entire equipment, and includes a fuel 8 (natural gas) supplied via a valve 12 and a valve 14a. , 14b, a hot air generating furnace 14 for generating hot air by burning the pilot air and compressed air 7 supplied to the combustion section, and a high-temperature combustion gas 15 generated in the hot air generating furnace 14 is supplied to an air heater. 16 and together with the outlet gas 7a of the cathode electrode 5,
The gas turbine 17 is supplied to the gas turbine 17 to drive the gas turbine 17, and the exhaust gas 17 a exiting the gas turbine 17 is guided to a boiler 27 described later to recover waste heat. The gas turbine 17 is provided with an air compressor 18 coaxially. The compressed air 7 sucked and compressed by the air compressor 18 is supplied to an air supply line 6 after passing through an air preheater 19. The fuel is supplied to the cathode 5 of the fuel cell 1 through the high-temperature blower 20 and the air heater 16. Also, a part of the outlet gas 7a of the cathode 5 is guided to the inlet of the high-temperature blower 20 and is recirculated. Exhaust gas 1 at the combustion side outlet of the reformer 10
0a is led to a condenser 21 via the air preheater 19 for waste heat recovery, and further separated into condensed water 23 and carbon dioxide 24 by a steam separator 22. The condensed water 23 is strongly acidic water containing carbonate ions,
Since this cannot be used and discharged as it is,
After being guided to a pure water treatment device 26 to be treated with alkaline water, and then guided to the boiler 27 for steam generation, the generated steam 9 is used as the reforming steam of the reformer 10. . Further, in the fuel cell power generation equipment,
Before installing the fuel cell 1, a test called a pack test for testing the performance of the system is performed, and an exhaust gas treatment device 28 for the pack test is provided . The exhaust gas treatment device 28 takes out the extremely hot hydrogen 4 from the reforming side of the reformer 10 by opening the valve 3a to the outside and passing it through the water in the water tank 29 by passing it through the water. After lowering the temperature of 4 and ensuring safety, the combustor 3
It is led to 0 and burned. In addition, combustor 3
0 is supplied with the combustion air from the air blower 31 and a part of the fuel 8 is always supplied through the valve 13 so that the pilot burner is always lit.
When a safety valve (not shown) or the like is opened, the combustible gas is guided to the combustor 30 and burned. In the above-described fuel cell power generation equipment, a pack test is performed before the fuel cell 1 is installed. In the pack test, the inlet and outlet lines connected to the anode 2 and the cathode 5 of the fuel cell 1 are connected as they are, and the hot air generator 11
Activate Then, the gas turbine 17 is driven by the high-temperature combustion gas 15, the boiler 27 is further driven, and the compressed air 7 compressed by the air compressor 18 is heated by the high-temperature combustion gas 15 by the air heater 16. The high-temperature combustion gas 15 is sent to the gas turbine 17 from the air supply line 6 as it is. The fuel 8 and the steam 9 generated by the operation of the boiler 27 are supplied to the reforming side of the reformer 10, and the hydrogen 4 generated in the reformer 10 is directly reformed from the fuel supply line 3. It is supplied to the combustion side of the vessel 10 together with the compressed air 7 and serves as a heat source for reforming. In this state, to perform a pack test under the same conditions as when the fuel cell 1 was installed, the amount of hydrogen 4 generated by the reformer 10 becomes excessive. A part is taken out to a water tank 29 of an exhaust gas treatment device 28, and further sent to a combustor 30 to be burned and treated. [0013] However, in the above-described conventional fuel cell power generation equipment, an exhaust gas treatment device is separately provided for a pack test, which increases the price of the device. In addition to having a problem, the exhaust gas treatment device becomes considerably large, so that a large space for installing the exhaust gas treatment device is required. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide a fuel cell power generation facility capable of performing a pack test with a simple configuration by omitting an exhaust gas treatment device. And According to the present invention, hydrogen generated in a reformer is supplied to an anode through a fuel supply line, while compressed air is supplied to a cathode through an air supply line. A fuel cell that generates electricity by causing a cell reaction by supplying oxygen according to the present invention, and guides the high-temperature combustion gas of the hot air generator for starting and the outlet gas of the cathode electrode to a gas turbine and is coaxial with the gas turbine. A fuel cell power generation facility wherein an air compressor is rotated to supply compressed air to the cathode, wherein one end of the hydrogen discharge pipe is connected to the fuel supply line and has a hydrogen cooler in the middle. Pakkutesu the other end connected to said starting hot air generator device
Combustion of excess hydrogen generated at the start-up by a hot air generator for startup
And an air pipe for supplying compressed air to the hot-air generator for startup is connected to the hot-air generator for startup via the hydrogen cooler. is there. According to the present invention, during the pack test before the fuel cell is installed, excess hydrogen generated in the reformer is supplied to the hot air generator for startup via the hydrogen cooler by the hydrogen discharge pipe. Supply and burn. At this time, by passing the compressed air supplied to the hot air generator for starting through the hydrogen cooler, the temperature of the hydrogen supplied to the hot air generating device for starting is lowered, and the combustion temperature is kept low. The generator is kept safe. As described above, the hot air generator for starting includes:
Because it is designed to have an exhaust gas treatment function,
There is no need to separately install an exhaust gas treatment device. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
The components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2 represent the same components, and only the features of the present invention will be described below in detail. As shown in FIG. 1, a hydrogen cooler 32 is connected to a fuel supply line 3 for supplying hydrogen 4 connecting the anode 2 of the fuel cell 1 and the reforming side of the reformer 10. One end of the hydrogen discharge pipe 33 provided is connected, and the other end of the hydrogen discharge pipe 33 is connected to the hot air generator 11 for starting. The hydrogen supply pipe 3 is connected to the fuel supply line 3 and the hydrogen discharge pipe 33.
A valve 3a for adjusting the amount of hydrogen 4 released to the fuel cell 3 is provided, and a fuel pipe 35 provided with the valve 34 is connected to the hydrogen discharge pipe 33, so that the hot air generator for starting the fuel 8 is provided. 11 can be supplied. An air pipe 36 for leading the compressed air 7 compressed by the air compressor 18 and supplied to the hot air generator 11 for starting is cooled by the hydrogen 4 supplied to the hydrogen cooler 32. It is connected to a hydrogen cooler 32 so as to guide the hot air generator 11 for starting. Next, the operation of the above embodiment will be described. At the time of a pack test before the fuel cell 1 is installed, if a test is performed under the same conditions as when the fuel cell 1 is installed, the amount of hydrogen 4 generated in the reformer 10 becomes excessive. At this time, a part of the hydrogen 4 is discharged to the hydrogen discharge pipe 33 by performing an operation of opening the valve 3 a. The hydrogen 4 discharged to the hydrogen discharge pipe 33 is supplied to the hydrogen cooler 32. At this time, the compressed air 7 supplied to the hot air generator 11 for starting is guided by the air pipe 36. After the temperature is lowered, it is supplied to the hot air generator 11 for starting and burned. At this time, the hydrogen 4 generated by the reformer 10 is at a very high temperature. Therefore, when this high-temperature hydrogen 4 is supplied directly to the hot air generator 11 for startup and burned, the combustion temperature becomes abnormal. Hot air generator 11 for starting up
However, since the hydrogen 4 is cooled by the compressed air 7 in the hydrogen cooler 32 as described above, the combustion temperature in the hot air generator 11 for starting can be kept low. Thus, the safety of the hot air generator 11 for starting can be improved. As described above, the starting hot air generator 11
In addition, since an exhaust gas treating function capable of treating excess hydrogen 4 generated during a pack test is additionally provided, it is not necessary to separately install an exhaust gas treating device as in the related art. It should be noted that the present invention is not limited only to the above-described embodiment, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the scope of the present invention. According to the fuel cell power generation equipment of the present invention, excess hydrogen generated during the pack test is supplied to the hydrogen cooler via the hydrogen discharge pipe, and then supplied to the hot air generator for startup. The excess hot hydrogen can be safely processed by the hot air generator for startup, and thus the excess hot hydrogen generated at the time of the pack test can be processed by the hot air generator for startup. By having the exhaust gas treatment function, it is not necessary to separately install an exhaust gas treatment device as in the related art, and an excellent effect of reducing equipment costs and installation space can be achieved.

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示すフローチャートであ
る。 【図２】従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電設備の一例を
示すフローチャートである。 【符号の説明】 １ 燃料電池 ２ アノード極 ３ 燃料供給ライン ４ 水素 ５ カソード極 ６ 空気供給ライン ７ 圧縮空気 ７ａ 出側ガス １０ 改質器 １１ 起動用熱風発生装置 １５ 高温燃焼ガス １７ ガスタービン １８ 空気圧縮機 ３２ 水素冷却器 ３３ 水素放出管 ３６ 空気管BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flowchart showing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing an example of a conventional molten carbonate fuel cell power generation facility. [Description of Signs] 1 Fuel cell 2 Anode 3 Fuel supply line 4 Hydrogen 5 Cathode 6 Air supply line 7 Compressed air 7a Outlet gas 10 Reformer 11 Hot air generator for starting 15 Hot combustion gas 17 Gas turbine 18 Air Compressor 32 Hydrogen cooler 33 Hydrogen discharge pipe 36 Air pipe

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 アノード極に、改質器で発生した水素を
燃料供給ラインを介して供給し、一方カソード極に、空
気供給ラインを介して圧縮空気による酸素を供給するこ
とで電池反応を起こさせて電気を発生する燃料電池を備
え、且つ起動用熱風発生装置の高温燃焼ガス及び前記カ
ソード極の出側ガスをガスタービンに導き該ガスタービ
ンと同軸の空気圧縮機を回転させて前記カソード極に圧
縮空気を供給するようにしてある燃料電池発電設備であ
って、前記燃料供給ラインに一端が接続され途中に水素
冷却器を備えた水素放出管の他端を前記起動用熱風発生
装置に接続してパックテスト時に生じる過剰な水素を、
起動用熱風発生装置で燃焼させるようにし、且つ該起動
用熱風発生装置に圧縮空気を供給する空気管を前記水素
冷却器を介して前記起動用熱風発生装置に接続したこと
を特徴とする燃料電池発電設備。(57) [Claim 1] Hydrogen generated in a reformer is supplied to an anode through a fuel supply line, while oxygen generated by compressed air is supplied to a cathode through an air supply line. And a fuel cell that generates electricity by causing a battery reaction by supplying the fuel gas, and guides the high-temperature combustion gas of the hot air generator for starting and the outlet gas of the cathode electrode to a gas turbine, and air coaxial with the gas turbine. A fuel cell power generation facility wherein a compressor is rotated to supply compressed air to the cathode electrode, the other end of a hydrogen discharge pipe having one end connected to the fuel supply line and having a hydrogen cooler in the middle. Is connected to the hot air generator for start-up, and excess hydrogen generated during the pack test is
A fuel cell characterized in that an air pipe for causing combustion by a hot air generator for startup and for supplying compressed air to the hot air generator for startup is connected to the hot air generator for startup via the hydrogen cooler. Power generation equipment.