JPH1021945A - 燃料電池装置 - Google Patents
燃料電池装置Info
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- JPH1021945A JPH1021945A JP8173234A JP17323496A JPH1021945A JP H1021945 A JPH1021945 A JP H1021945A JP 8173234 A JP8173234 A JP 8173234A JP 17323496 A JP17323496 A JP 17323496A JP H1021945 A JPH1021945 A JP H1021945A
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- gas
- exhaust gas
- reformer
- anode
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- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 無負荷から最低負荷までの負荷上昇過程にお
いても炭酸ガスをカソードに適切に供給することによ
り、負荷上昇を安定して行う。 【解決手段】 この燃料電池１のアノード排ガスを燃焼
し水蒸気を含む燃料ガスをアノードガスに改質する改質
器２と、この改質器２からの燃焼排ガスにより燃焼用空
気を加熱する空気予熱器３と、この空気予熱器３を通過
した燃焼排ガスに空気を混合してカソードに供給するカ
ソードガスライン４と、燃料電池１のアノード排ガスを
改質器２に供給するアノード排ガスライン５と、このア
ノード排ガスライン５より分岐しアノード排ガスを排出
するアノード排ガス分岐ライン６と、空気予熱器３を通
過する燃焼用空気を分岐して改質器２へ供給する空気分
岐ライン８と、を備え、空気分岐ライン８の分岐量を制
御して改質器２へ供給される燃焼用空気温度を制御し、
この温度に応じてアノード排ガス分岐ライン６の分岐量
を制御する。
いても炭酸ガスをカソードに適切に供給することによ
り、負荷上昇を安定して行う。 【解決手段】 この燃料電池１のアノード排ガスを燃焼
し水蒸気を含む燃料ガスをアノードガスに改質する改質
器２と、この改質器２からの燃焼排ガスにより燃焼用空
気を加熱する空気予熱器３と、この空気予熱器３を通過
した燃焼排ガスに空気を混合してカソードに供給するカ
ソードガスライン４と、燃料電池１のアノード排ガスを
改質器２に供給するアノード排ガスライン５と、このア
ノード排ガスライン５より分岐しアノード排ガスを排出
するアノード排ガス分岐ライン６と、空気予熱器３を通
過する燃焼用空気を分岐して改質器２へ供給する空気分
岐ライン８と、を備え、空気分岐ライン８の分岐量を制
御して改質器２へ供給される燃焼用空気温度を制御し、
この温度に応じてアノード排ガス分岐ライン６の分岐量
を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアノードガスを生成
する改質器に燃焼用空気を供給する設備を有する燃料電
池装置に関する。
する改質器に燃焼用空気を供給する設備を有する燃料電
池装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池はアノードとカソ
ードとからなり、次のような電極反応が行われる。 アノード反応（負極反応） Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ …（１） カソード反応（正極反応） ＣＯ2 ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ→ＣＯ3 2- …（２）
ードとからなり、次のような電極反応が行われる。 アノード反応（負極反応） Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ …（１） カソード反応（正極反応） ＣＯ2 ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ→ＣＯ3 2- …（２）
【０００３】アノードでは、（１）式により水素ガスと
ＣＯ3 2-とから水と炭酸ガスと電荷が生成され、カソー
ドでは、（２）式により炭酸ガスと酸素と電荷とからＣ
Ｏ3 2-が生成される。（１）式右辺はアノードから排出
されるアノード排ガスの成分を表しており、炭酸ガスが
含まれている。また（２）式左辺はカソードに供給され
るカソードガスの成分を表しており、同じく炭酸ガスが
含まれている。このためアノード排ガスの炭酸ガスをカ
ソードに供給するようにしている。
ＣＯ3 2-とから水と炭酸ガスと電荷が生成され、カソー
ドでは、（２）式により炭酸ガスと酸素と電荷とからＣ
Ｏ3 2-が生成される。（１）式右辺はアノードから排出
されるアノード排ガスの成分を表しており、炭酸ガスが
含まれている。また（２）式左辺はカソードに供給され
るカソードガスの成分を表しており、同じく炭酸ガスが
含まれている。このためアノード排ガスの炭酸ガスをカ
ソードに供給するようにしている。
【０００４】この供給方法としては、アノード排ガスに
はアノード反応が行われなかった燃焼可能成分が含まれ
ているので、改質器で燃焼させ燃料ガスをアノードガス
に改質する熱源とする。この燃焼排ガスに空気を混合し
カソードガスを生成してカソードに供給する。また、カ
ソード排ガスにはカソード反応が行われなかった酸素が
含まれており、これらは高温であるのでアノード排ガス
を燃焼するに必要な酸素供給源として使用されている。
はアノード反応が行われなかった燃焼可能成分が含まれ
ているので、改質器で燃焼させ燃料ガスをアノードガス
に改質する熱源とする。この燃焼排ガスに空気を混合し
カソードガスを生成してカソードに供給する。また、カ
ソード排ガスにはカソード反応が行われなかった酸素が
含まれており、これらは高温であるのでアノード排ガス
を燃焼するに必要な酸素供給源として使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池は電力を供給
する最低負荷を、例えば定格出力の３０％というように
設定してあり、最低負荷から定格負荷間は、アノードに
おける未反応分と改質器の燃焼に必要な熱量との熱バラ
ンスがとれているが、無負荷から最低負荷までの負荷上
昇過程では負荷に対して燃料が過剰となる。このため改
質器の熱源となるアノード排ガスの量が過剰になり改質
器が過熱してしまうので、過剰なアノード排ガスを系外
に排出している。しかし過熱を抑えるため過剰なアノー
ド排ガスを排出するとカソードに送られる炭酸ガスの量
が減少し安定した出力上昇ができなくなるという問題が
発生していた。
する最低負荷を、例えば定格出力の３０％というように
設定してあり、最低負荷から定格負荷間は、アノードに
おける未反応分と改質器の燃焼に必要な熱量との熱バラ
ンスがとれているが、無負荷から最低負荷までの負荷上
昇過程では負荷に対して燃料が過剰となる。このため改
質器の熱源となるアノード排ガスの量が過剰になり改質
器が過熱してしまうので、過剰なアノード排ガスを系外
に排出している。しかし過熱を抑えるため過剰なアノー
ド排ガスを排出するとカソードに送られる炭酸ガスの量
が減少し安定した出力上昇ができなくなるという問題が
発生していた。
【０００６】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
もので、無負荷から最低負荷までの負荷上昇過程におい
ても炭酸ガスをカソードに適切に供給することにより、
負荷上昇を安定して行う燃料電池装置を提供することを
目的とする。
もので、無負荷から最低負荷までの負荷上昇過程におい
ても炭酸ガスをカソードに適切に供給することにより、
負荷上昇を安定して行う燃料電池装置を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、酸素を含むカソードガスの供
給を受けるカソードと水素を含むアノードガスの供給を
受けるアノードとからなる燃料電池と、この燃料電池の
アノード排ガスを燃焼し水蒸気を含む燃料ガスをアノー
ドガスに改質する改質器と、この改質器からの燃焼排ガ
スによりこの改質器へ供給する燃焼用空気を加熱する空
気予熱器と、この空気予熱器を通過した燃焼排ガスに空
気を混合してカソードガスとしカソードに供給するカソ
ードガスラインと、前記燃料電池のアノード排ガスを改
質器に供給するアノード排ガスラインと、このアノード
排ガスラインより分岐しアノード排ガスを排出するアノ
ード排ガス分岐ラインと、前記空気予熱器を通過する燃
焼用空気を分岐して改質器へ供給する空気分岐ライン
と、を備え、前記空気分岐ラインの分岐量を制御して改
質器へ供給される燃焼用空気温度を制御し、この温度に
応じて前記アノード排ガス分岐ラインの分岐量を制御す
る。
め、請求項１の発明では、酸素を含むカソードガスの供
給を受けるカソードと水素を含むアノードガスの供給を
受けるアノードとからなる燃料電池と、この燃料電池の
アノード排ガスを燃焼し水蒸気を含む燃料ガスをアノー
ドガスに改質する改質器と、この改質器からの燃焼排ガ
スによりこの改質器へ供給する燃焼用空気を加熱する空
気予熱器と、この空気予熱器を通過した燃焼排ガスに空
気を混合してカソードガスとしカソードに供給するカソ
ードガスラインと、前記燃料電池のアノード排ガスを改
質器に供給するアノード排ガスラインと、このアノード
排ガスラインより分岐しアノード排ガスを排出するアノ
ード排ガス分岐ラインと、前記空気予熱器を通過する燃
焼用空気を分岐して改質器へ供給する空気分岐ライン
と、を備え、前記空気分岐ラインの分岐量を制御して改
質器へ供給される燃焼用空気温度を制御し、この温度に
応じて前記アノード排ガス分岐ラインの分岐量を制御す
る。
【０００８】改質器でアノード排ガスを燃焼するのに使
用する燃焼用空気を空気予熱器により改質器の燃焼排ガ
スで予熱して供給するが、無負荷から最低負荷までの負
荷上昇過程においては、空気予熱器を通過する燃焼用空
気を空気分岐ラインにより分岐して予熱されない低温の
空気を改質器へ供給する。これにより燃焼用空気の顕熱
が低下するので、その分改質器へ供給するアノード排ガ
ス量を増大させ、この燃焼排ガスに含まれる炭酸ガスを
カソードに供給することにより、カソードにおける炭酸
ガスの不足を防止し安定した出力上昇を行うことができ
る。このため空気分岐ラインの分岐量を制御して改質器
へ供給される燃焼用空気温度を制御し、この温度に応じ
てアノード排ガス分岐ラインの分岐量を制御して、改質
器が過熱せずかつカソードに適切な量の炭酸ガスを供給
することができる。
用する燃焼用空気を空気予熱器により改質器の燃焼排ガ
スで予熱して供給するが、無負荷から最低負荷までの負
荷上昇過程においては、空気予熱器を通過する燃焼用空
気を空気分岐ラインにより分岐して予熱されない低温の
空気を改質器へ供給する。これにより燃焼用空気の顕熱
が低下するので、その分改質器へ供給するアノード排ガ
ス量を増大させ、この燃焼排ガスに含まれる炭酸ガスを
カソードに供給することにより、カソードにおける炭酸
ガスの不足を防止し安定した出力上昇を行うことができ
る。このため空気分岐ラインの分岐量を制御して改質器
へ供給される燃焼用空気温度を制御し、この温度に応じ
てアノード排ガス分岐ラインの分岐量を制御して、改質
器が過熱せずかつカソードに適切な量の炭酸ガスを供給
することができる。
【０００９】請求項２の発明では、酸素を含むカソード
ガスの供給を受けるカソードと水素を含むアノードガス
の供給を受けるアノードとからなる燃料電池と、この燃
料電池のアノード排ガスをカソード排ガスの一部で燃焼
しその熱で水蒸気を含む燃料ガスをアノードガスに改質
する改質器と、前記燃料電池のカソード排ガスの一部を
改質器へ供給するカソード排ガスラインと、前記改質器
の燃焼排ガスに空気を混合してカソードガスとしカソー
ドに供給するカソードガスラインと、前記カソード排ガ
スラインに設けられ改質器へ供給するカソード排ガスを
分岐して排出する排出ラインと、前記改質器へ燃焼用空
気を供給する空気ラインと、を備え、前記燃料電池の負
荷が所定値より低いときは、前記排出ラインより改質器
へ供給されるカソード排ガスを系外へ排出し、前記空気
ラインより燃焼用空気を改質器へ供給する。
ガスの供給を受けるカソードと水素を含むアノードガス
の供給を受けるアノードとからなる燃料電池と、この燃
料電池のアノード排ガスをカソード排ガスの一部で燃焼
しその熱で水蒸気を含む燃料ガスをアノードガスに改質
する改質器と、前記燃料電池のカソード排ガスの一部を
改質器へ供給するカソード排ガスラインと、前記改質器
の燃焼排ガスに空気を混合してカソードガスとしカソー
ドに供給するカソードガスラインと、前記カソード排ガ
スラインに設けられ改質器へ供給するカソード排ガスを
分岐して排出する排出ラインと、前記改質器へ燃焼用空
気を供給する空気ラインと、を備え、前記燃料電池の負
荷が所定値より低いときは、前記排出ラインより改質器
へ供給されるカソード排ガスを系外へ排出し、前記空気
ラインより燃焼用空気を改質器へ供給する。
【００１０】請求項２の発明では、改質器でアノード排
ガスを燃焼させる酸素源としてカソード排ガスを用いて
いる。無負荷から最低負荷までの負荷上昇過程において
は、カソード排ガスラインより供給されるカソード排ガ
スを全て排出ラインより系外に排出してしまい、空気ラ
インから低温の空気を供給する。この空気量はアノード
排ガスの燃焼によって改質器が過熱しない量とする。本
発明は改質器の過熱を防止するためアノード排ガスの供
給を少なくするという方法を用いていないのでカソード
で炭酸ガスが不足するということは生じない。
ガスを燃焼させる酸素源としてカソード排ガスを用いて
いる。無負荷から最低負荷までの負荷上昇過程において
は、カソード排ガスラインより供給されるカソード排ガ
スを全て排出ラインより系外に排出してしまい、空気ラ
インから低温の空気を供給する。この空気量はアノード
排ガスの燃焼によって改質器が過熱しない量とする。本
発明は改質器の過熱を防止するためアノード排ガスの供
給を少なくするという方法を用いていないのでカソード
で炭酸ガスが不足するということは生じない。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は第１実施の形態を示
す機器配管図である。燃料電池１はカソードＣとアノー
ドＡより構成される。改質器２は、燃料ガスライン９よ
り水蒸気を含む燃料ガス（天然ガスがよく用いられる）
を供給され、改質触媒によりアノードガスを生成しアノ
ードガス供給ライン１０によりアノードＡに供給する改
質室Ｒｅと、アノード排ガスライン５より供給されるア
ノード排ガスを燃焼用空気により燃焼して高温の燃焼排
ガスを発生しこの発生熱で改質室Ｒｅを加熱する燃焼室
Ｃｏより構成される。
て図面を参照して説明する。図１は第１実施の形態を示
す機器配管図である。燃料電池１はカソードＣとアノー
ドＡより構成される。改質器２は、燃料ガスライン９よ
り水蒸気を含む燃料ガス（天然ガスがよく用いられる）
を供給され、改質触媒によりアノードガスを生成しアノ
ードガス供給ライン１０によりアノードＡに供給する改
質室Ｒｅと、アノード排ガスライン５より供給されるア
ノード排ガスを燃焼用空気により燃焼して高温の燃焼排
ガスを発生しこの発生熱で改質室Ｒｅを加熱する燃焼室
Ｃｏより構成される。
【００１２】空気予熱器３は改質器２の燃焼室Ｃｏへ供
給する燃焼用空気を燃焼室Ｃｏから排出される燃焼排ガ
スで加熱する。このため空気予熱器３には燃焼用空気ラ
イン７が接続され、さらに、燃焼排ガスに空気を混合し
カソードガスを生成しカソードＣに供給するカソードガ
スライン４が接続している。燃焼用空気ライン７には空
気予熱器３をバイパスする空気分岐ライン８が設けられ
ている。空気分岐ライン８にはバイパスする空気流量を
調節する流量調節弁１２が設けられ、燃焼室Ｃｏ内へ供
給される燃焼用空気の温度が所定の温度となるように空
気流量を調節する。アノード排ガスライン５にはアノー
ド排ガス分岐ライン６が設けられ、アノード排ガスを分
岐して系外に排出する。アノード排ガス分岐ライン６に
は流量調節弁１１が設けられ排出するアノード排ガス量
を制御する。
給する燃焼用空気を燃焼室Ｃｏから排出される燃焼排ガ
スで加熱する。このため空気予熱器３には燃焼用空気ラ
イン７が接続され、さらに、燃焼排ガスに空気を混合し
カソードガスを生成しカソードＣに供給するカソードガ
スライン４が接続している。燃焼用空気ライン７には空
気予熱器３をバイパスする空気分岐ライン８が設けられ
ている。空気分岐ライン８にはバイパスする空気流量を
調節する流量調節弁１２が設けられ、燃焼室Ｃｏ内へ供
給される燃焼用空気の温度が所定の温度となるように空
気流量を調節する。アノード排ガスライン５にはアノー
ド排ガス分岐ライン６が設けられ、アノード排ガスを分
岐して系外に排出する。アノード排ガス分岐ライン６に
は流量調節弁１１が設けられ排出するアノード排ガス量
を制御する。
【００１３】次に動作について説明する。本燃料電池１
は定格出力の、例えば、３０％を最低負荷とする。先ず
無負荷より最低負荷までの動作について説明する。最低
負荷とは発電装置として正常に動作する最低の負荷であ
り、燃料ガス、改質器燃焼用燃料であるアノード排ガ
ス、改質器に必要な熱量との熱バランスがとれている。
そのとき各系統を流れるガス等はこの最低負荷時の流量
が流れるように制御されている。このため、起動すると
燃料ガスライン９より最低負荷に相当する燃料ガスと水
蒸気が改質器２の改質室Ｒｅに送られ、改質されてアノ
ードガスとなり、アノードガス供給ライン１０によりア
ノードに供給される。アノードＡではアノード反応によ
りアノード排ガスが発生し、アノード排ガスライン５よ
り改質器２の燃焼室Ｃｏに供給される。しかし、燃料電
池１の出力が最低負荷に達していない間は、負荷に対し
て燃料ガスが過剰であるので、改質器に必要な熱量以上
にアノード排ガス中の未反応可燃成分が多くなる。この
ためアノード排ガスの全量を改質器２に供給すると燃焼
用燃料として過剰となり、燃焼室Ｃｏが過熱する。
は定格出力の、例えば、３０％を最低負荷とする。先ず
無負荷より最低負荷までの動作について説明する。最低
負荷とは発電装置として正常に動作する最低の負荷であ
り、燃料ガス、改質器燃焼用燃料であるアノード排ガ
ス、改質器に必要な熱量との熱バランスがとれている。
そのとき各系統を流れるガス等はこの最低負荷時の流量
が流れるように制御されている。このため、起動すると
燃料ガスライン９より最低負荷に相当する燃料ガスと水
蒸気が改質器２の改質室Ｒｅに送られ、改質されてアノ
ードガスとなり、アノードガス供給ライン１０によりア
ノードに供給される。アノードＡではアノード反応によ
りアノード排ガスが発生し、アノード排ガスライン５よ
り改質器２の燃焼室Ｃｏに供給される。しかし、燃料電
池１の出力が最低負荷に達していない間は、負荷に対し
て燃料ガスが過剰であるので、改質器に必要な熱量以上
にアノード排ガス中の未反応可燃成分が多くなる。この
ためアノード排ガスの全量を改質器２に供給すると燃焼
用燃料として過剰となり、燃焼室Ｃｏが過熱する。
【００１４】このためアノード排ガス分岐ライン６によ
りアノード排ガスを分岐して系外に排出する。しかし、
このようにしただけでは、燃焼室Ｃｏからの燃焼排ガス
も少なくなり、この燃焼排ガスにカソードガスライン４
で空気を混合してカソードガスが生成されカソードＣに
供給されるので、アノード排ガスの供給が少なくなると
燃焼排ガスに含まれる炭酸ガスが不足し、カソードＣに
十分な炭酸ガスが供給されなくなり正常なカソード反応
ができなくなる。このため空気予熱器３を通る燃焼用空
気ライン７の空気を、空気予熱器３をバイパスし予熱し
ない状態で顕熱を低くして燃焼室Ｃｏに供給する。これ
によりアノード排ガス分岐ライン６の系外放出量を少な
くし、燃焼室Ｃｏへ供給するアノード排ガスを増加さ
せ、カソードガスの炭酸ガス含有量を多くし、カソード
Ｃにおける炭酸ガス利用率を低下させ、負荷上昇速度を
大きくし、安定した運転を行うことが可能になる。
りアノード排ガスを分岐して系外に排出する。しかし、
このようにしただけでは、燃焼室Ｃｏからの燃焼排ガス
も少なくなり、この燃焼排ガスにカソードガスライン４
で空気を混合してカソードガスが生成されカソードＣに
供給されるので、アノード排ガスの供給が少なくなると
燃焼排ガスに含まれる炭酸ガスが不足し、カソードＣに
十分な炭酸ガスが供給されなくなり正常なカソード反応
ができなくなる。このため空気予熱器３を通る燃焼用空
気ライン７の空気を、空気予熱器３をバイパスし予熱し
ない状態で顕熱を低くして燃焼室Ｃｏに供給する。これ
によりアノード排ガス分岐ライン６の系外放出量を少な
くし、燃焼室Ｃｏへ供給するアノード排ガスを増加さ
せ、カソードガスの炭酸ガス含有量を多くし、カソード
Ｃにおける炭酸ガス利用率を低下させ、負荷上昇速度を
大きくし、安定した運転を行うことが可能になる。
【００１５】空気分岐ライン８は燃焼室Ｃｏへ供給する
空気の温度を検出して、所定の温度となるよう流量調節
弁１２を制御する。またアノード排ガス分岐ライン６で
は流量調節弁１１を調節して、燃焼室Ｃｏで発生する燃
焼排ガスより生成するカソードガスの炭酸ガス含有量が
不足しないように分岐ガス流量を制御する。最低負荷に
相当する燃料ガス量で改質器の熱バランスのとれる負荷
に達した後は、アノード排ガス分岐ライン６からの分岐
量を少なくして零としてゆき、空気分岐ライン８の分岐
量も同様に零にしてゆく。
空気の温度を検出して、所定の温度となるよう流量調節
弁１２を制御する。またアノード排ガス分岐ライン６で
は流量調節弁１１を調節して、燃焼室Ｃｏで発生する燃
焼排ガスより生成するカソードガスの炭酸ガス含有量が
不足しないように分岐ガス流量を制御する。最低負荷に
相当する燃料ガス量で改質器の熱バランスのとれる負荷
に達した後は、アノード排ガス分岐ライン６からの分岐
量を少なくして零としてゆき、空気分岐ライン８の分岐
量も同様に零にしてゆく。
【００１６】次に第２実施の形態について説明する。図
２は第２実施の形態を示す機器配管図である。燃料電池
２１はカソードＣとアノードＡより構成される。改質器
２２は、燃料ガスライン２７より水蒸気を含む燃料ガス
（天然ガスがよく用いられる）を供給され、改質触媒に
よりアノードガスを生成しアノードガス供給ライン２８
によりアノードＡに供給する改質室Ｒｅと、アノード排
ガスライン２９より供給されるアノード排ガスを燃焼用
空気により燃焼して高温の燃焼排ガスを発生しこの発生
熱で改質室Ｒｅを加熱する燃焼室Ｃｏより構成される。
２は第２実施の形態を示す機器配管図である。燃料電池
２１はカソードＣとアノードＡより構成される。改質器
２２は、燃料ガスライン２７より水蒸気を含む燃料ガス
（天然ガスがよく用いられる）を供給され、改質触媒に
よりアノードガスを生成しアノードガス供給ライン２８
によりアノードＡに供給する改質室Ｒｅと、アノード排
ガスライン２９より供給されるアノード排ガスを燃焼用
空気により燃焼して高温の燃焼排ガスを発生しこの発生
熱で改質室Ｒｅを加熱する燃焼室Ｃｏより構成される。
【００１７】カソードＣからのカソード排ガスの一部
は、カソード排ガスライン２３により燃焼室Ｃｏに供給
されアノード排ガスを燃焼する酸素源となる。燃焼室Ｃ
ｏで発生する燃焼排ガスはカソードガスライン２４で空
気と混合してカソードガスとなりカソードＣに供給され
る。カソード排ガスライン２３にはカソード排ガス分岐
ライン２５が設けられ、カソード排ガスを系外に排出す
る。また燃焼室Ｃｏには空気ライン２６が設けられ、カ
ソード排ガスに代わる低温酸素源となる。カソード排ガ
スライン２３には遮断弁３０、カソード排ガス分岐ライ
ン２５には遮断弁３１、空気ライン２６には遮断弁３２
が設けられている。
は、カソード排ガスライン２３により燃焼室Ｃｏに供給
されアノード排ガスを燃焼する酸素源となる。燃焼室Ｃ
ｏで発生する燃焼排ガスはカソードガスライン２４で空
気と混合してカソードガスとなりカソードＣに供給され
る。カソード排ガスライン２３にはカソード排ガス分岐
ライン２５が設けられ、カソード排ガスを系外に排出す
る。また燃焼室Ｃｏには空気ライン２６が設けられ、カ
ソード排ガスに代わる低温酸素源となる。カソード排ガ
スライン２３には遮断弁３０、カソード排ガス分岐ライ
ン２５には遮断弁３１、空気ライン２６には遮断弁３２
が設けられている。
【００１８】次に動作について説明する。燃料電池２１
は定格出力の３０％を最低負荷とし、無負荷より最低負
荷までの動作について説明する。最低負荷とは発電装置
として正常に動作する最低の負荷であり、燃料ガス、改
質器燃焼用燃料であるアノード排ガス、改質器に必要な
熱量との熱バランスがとれている。そのとき各系統を流
れるガス等はこの最低負荷時の流量が流れるように制御
されている。このため、起動すると燃料ガスライン２７
より最低負荷に相当する燃料ガスと水蒸気が改質器２２
の改質室Ｒｅに送られ、改質されてアノードガスとな
り、アノードガス供給ライン２８によりアノードＡに供
給される。アノードＡではアノード反応によりアノード
排ガスが発生し、アノード排ガスライン２９より改質器
２２の燃焼室Ｃｏに供給される。しかし、燃料電池２１
の出力が最低負荷に達していない間は、負荷に対して燃
料ガスが過剰であるので、改質器に必要な熱量以上にア
ノード排ガス中の未反応可燃成分が多くなる。このため
アノード排ガスの全量を改質器２２に供給すると燃焼用
燃料として過剰となり、燃焼室Ｃｏが過熱する。
は定格出力の３０％を最低負荷とし、無負荷より最低負
荷までの動作について説明する。最低負荷とは発電装置
として正常に動作する最低の負荷であり、燃料ガス、改
質器燃焼用燃料であるアノード排ガス、改質器に必要な
熱量との熱バランスがとれている。そのとき各系統を流
れるガス等はこの最低負荷時の流量が流れるように制御
されている。このため、起動すると燃料ガスライン２７
より最低負荷に相当する燃料ガスと水蒸気が改質器２２
の改質室Ｒｅに送られ、改質されてアノードガスとな
り、アノードガス供給ライン２８によりアノードＡに供
給される。アノードＡではアノード反応によりアノード
排ガスが発生し、アノード排ガスライン２９より改質器
２２の燃焼室Ｃｏに供給される。しかし、燃料電池２１
の出力が最低負荷に達していない間は、負荷に対して燃
料ガスが過剰であるので、改質器に必要な熱量以上にア
ノード排ガス中の未反応可燃成分が多くなる。このため
アノード排ガスの全量を改質器２２に供給すると燃焼用
燃料として過剰となり、燃焼室Ｃｏが過熱する。
【００１９】このため従来は第１実施の形態に示すよう
にアノード排ガスを分岐して系外に排出していたが、本
実施の形態ではカソード排ガスライン２３の遮断弁３０
を閉とし、カソード排ガス分岐ライン２５の遮断弁３１
を開としてカソード排ガスの燃焼室Ｃｏへの供給を止
め、遮断弁３２を開として空気ライン２６より空気を供
給する。これにより高温のカソード排ガスに代えて低温
の空気が供給されるため、アノード排ガスの供給を制限
しなくても燃焼室Ｃｏの過熱を防止することができる。
また、アノード排ガスの供給を制限していないので、燃
焼室Ｃｏから排出される燃焼排ガスに含まれる炭酸ガス
の量は減少せず、カソードＣに供給される炭酸ガスも不
足しない。これにより、カソードＣにおける炭酸ガス利
用率を低下させ、負荷上昇速度を大きくし、安定した運
転を行うことが可能になる。
にアノード排ガスを分岐して系外に排出していたが、本
実施の形態ではカソード排ガスライン２３の遮断弁３０
を閉とし、カソード排ガス分岐ライン２５の遮断弁３１
を開としてカソード排ガスの燃焼室Ｃｏへの供給を止
め、遮断弁３２を開として空気ライン２６より空気を供
給する。これにより高温のカソード排ガスに代えて低温
の空気が供給されるため、アノード排ガスの供給を制限
しなくても燃焼室Ｃｏの過熱を防止することができる。
また、アノード排ガスの供給を制限していないので、燃
焼室Ｃｏから排出される燃焼排ガスに含まれる炭酸ガス
の量は減少せず、カソードＣに供給される炭酸ガスも不
足しない。これにより、カソードＣにおける炭酸ガス利
用率を低下させ、負荷上昇速度を大きくし、安定した運
転を行うことが可能になる。
【００２０】このようにして最低負荷まで出力が上昇す
ると遮断弁３０を開とし、遮断弁３１を閉にしてカソー
ド排ガスの供給を開始し、これに応じて遮断弁３２を閉
じて空気の供給を停止する。以降この状態で所定の負荷
まで出力上昇して定常運転を行う。
ると遮断弁３０を開とし、遮断弁３１を閉にしてカソー
ド排ガスの供給を開始し、これに応じて遮断弁３２を閉
じて空気の供給を停止する。以降この状態で所定の負荷
まで出力上昇して定常運転を行う。
【００２１】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、起動時より最低負荷となるまでの期間にアノード排
ガスの改質器への供給を減少させず低温の空気を供給し
て改質器の過熱を防止し、かつカソードへの炭酸ガスの
供給を適切に行う。これによりカソード入口の炭酸ガス
濃度が上がるため、電池のセル電圧が上昇し、負荷上昇
速度が上げられ、安定した運転ができる。
は、起動時より最低負荷となるまでの期間にアノード排
ガスの改質器への供給を減少させず低温の空気を供給し
て改質器の過熱を防止し、かつカソードへの炭酸ガスの
供給を適切に行う。これによりカソード入口の炭酸ガス
濃度が上がるため、電池のセル電圧が上昇し、負荷上昇
速度が上げられ、安定した運転ができる。
【図１】本発明の第１実施の形態を示す機器配管図であ
る。
る。
【図２】本発明の第２実施の形態を示す機器配管図であ
る。
る。
１ 燃料電池 ２ 改質器 ３ 空気予熱器 ４ カソードガスライン ５ アノード排ガスライン ６ アノード排ガス分岐ライン ７ 燃焼用空気ライン ８ 空気分岐ライン ９ 燃料ガスライン １０ アノードガス供給ライン １１，１２ 流量調節弁 ２１ 燃料電池 ２２ 改質器 ２３ カソード排ガスライン ２４ カソードガスライン ２５ カソード排ガス分岐ライン ２６ 空気ライン ２７ 燃料ガスライン ２８ アノードガス供給ライン ２９ アノード排ガスライン ３０，３１，３２ 遮断弁
Claims (2)
- 【請求項１】 酸素を含むカソードガスの供給を受ける
カソードと水素を含むアノードガスの供給を受けるアノ
ードとからなる燃料電池と、この燃料電池のアノード排
ガスを燃焼し水蒸気を含む燃料ガスをアノードガスに改
質する改質器と、この改質器からの燃焼排ガスによりこ
の改質器へ供給する燃焼用空気を加熱する空気予熱器
と、この空気予熱器を通過した燃焼排ガスに空気を混合
してカソードガスとしカソードに供給するカソードガス
ラインと、前記燃料電池のアノード排ガスを改質器に供
給するアノード排ガスラインと、このアノード排ガスラ
インより分岐しアノード排ガスを排出するアノード排ガ
ス分岐ラインと、前記空気予熱器を通過する燃焼用空気
を分岐して改質器へ供給する空気分岐ラインと、を備
え、前記空気分岐ラインの分岐量を制御して改質器へ供
給される燃焼用空気温度を制御し、この温度に応じて前
記アノード排ガス分岐ラインの分岐量を制御することを
特徴とする燃料電池装置。 - 【請求項２】 酸素を含むカソードガスの供給を受ける
カソードと水素を含むアノードガスの供給を受けるアノ
ードとからなる燃料電池と、この燃料電池のアノード排
ガスをカソード排ガスの一部で燃焼しその熱で水蒸気を
含む燃料ガスをアノードガスに改質する改質器と、前記
燃料電池のカソード排ガスの一部を改質器へ供給するカ
ソード排ガスラインと、前記改質器の燃焼排ガスに空気
を混合してカソードガスとしカソードに供給するカソー
ドガスラインと、前記カソード排ガスラインに設けられ
改質器へ供給するカソード排ガスを分岐して排出する排
出ラインと、前記改質器へ燃焼用空気を供給する空気ラ
インと、を備え、前記燃料電池の負荷が所定値より低い
ときは、前記排出ラインより改質器へ供給されるカソー
ド排ガスを系外へ排出し、前記空気ラインより燃焼用空
気を改質器へ供給することを特徴とする燃料電池装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17323496A JP3659276B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17323496A JP3659276B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 燃料電池装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1021945A true JPH1021945A (ja) | 1998-01-23 |
| JP3659276B2 JP3659276B2 (ja) | 2005-06-15 |
Family
ID=15956645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17323496A Expired - Fee Related JP3659276B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 燃料電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3659276B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ299893B6 (cs) * | 1998-06-25 | 2008-12-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Systém s palivovými clánky a zpusob regulace techto palivových clánku |
| CN104170139A (zh) * | 2011-12-27 | 2014-11-26 | Posco能源公司 | 燃料电池混合动力*** |
| US12003008B2 (en) | 2018-03-16 | 2024-06-04 | Fuelcell Energy, Inc. | System and method for producing hydrogen using high temperature fuel cells |
-
1996
- 1996-07-03 JP JP17323496A patent/JP3659276B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ299893B6 (cs) * | 1998-06-25 | 2008-12-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Systém s palivovými clánky a zpusob regulace techto palivových clánku |
| CN104170139A (zh) * | 2011-12-27 | 2014-11-26 | Posco能源公司 | 燃料电池混合动力*** |
| US9435230B2 (en) | 2011-12-27 | 2016-09-06 | Posco Energy Co., Ltd. | Fuel cell hybrid system |
| US12003008B2 (en) | 2018-03-16 | 2024-06-04 | Fuelcell Energy, Inc. | System and method for producing hydrogen using high temperature fuel cells |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3659276B2 (ja) | 2005-06-15 |
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