JP2000348749A - 燃料電池発電プラントの起動方法 - Google Patents
燃料電池発電プラントの起動方法Info
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 大型でコストの高い機器を減らしてプラン
ト建設コストを低減することができ、定常運転時のブ
ロア動力を低減して高い発電効率を維持でき、昇温中
の水分凝縮をなくして燃料電池の性能低下を防ぐことが
できる燃料電池発電プラントの起動方法を提供する。 【解決手段】 改質器１０、燃料電池１１及びターボチ
ャージャ１２を備え、改質器で改質した燃料ガスとター
ボチャージャで加圧した空気とを燃料電池で反応させ、
その排ガスでターボチャージャを駆動する燃料電池発電
プラントの起動方法であって、ターボチャージャの上流
側に設置された起動用燃焼器２２と、ターボチャージャ
のタービン下流側に設置された起動用熱交換器２４とを
備え、起動用燃焼器で燃料を燃焼させてターボチャージ
ャを自立運転させ、起動用熱交換器でターボチャージャ
の排ガスとその加圧空気を熱交換して、加圧空気を加熱
しこの加熱空気で燃料電池発電プラントを昇温する。
ト建設コストを低減することができ、定常運転時のブ
ロア動力を低減して高い発電効率を維持でき、昇温中
の水分凝縮をなくして燃料電池の性能低下を防ぐことが
できる燃料電池発電プラントの起動方法を提供する。 【解決手段】 改質器１０、燃料電池１１及びターボチ
ャージャ１２を備え、改質器で改質した燃料ガスとター
ボチャージャで加圧した空気とを燃料電池で反応させ、
その排ガスでターボチャージャを駆動する燃料電池発電
プラントの起動方法であって、ターボチャージャの上流
側に設置された起動用燃焼器２２と、ターボチャージャ
のタービン下流側に設置された起動用熱交換器２４とを
備え、起動用燃焼器で燃料を燃焼させてターボチャージ
ャを自立運転させ、起動用熱交換器でターボチャージャ
の排ガスとその加圧空気を熱交換して、加圧空気を加熱
しこの加熱空気で燃料電池発電プラントを昇温する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電プラ
ントの起動方法に関する。
ントの起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率かつ環
境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特徴
を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システム
として注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行わ
れている。
境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特徴
を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システム
として注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行わ
れている。
【０００３】特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備（燃料電池発電プラント）で
は、図８に示すように天然ガス等の燃料ガス１を水素を
含むアノードガス２に改質する改質器１０と、アノード
ガス２と酸素を含むカソードガス３とから発電する燃料
電池１１とを備えており、改質器１０で作られたアノー
ドガス２は燃料電池１１に供給され、燃料電池内でその
大部分（例えば８０％）を消費した後、アノード排ガス
４として触媒燃焼器２０に供給される。触媒燃焼器２０
ではアノード排ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素、
メタン等）がカソード排ガス７の一部７ａにより燃焼
し、高温の燃焼ガスとなって改質器１０の加熱室Ｈに入
り、改質室Ｒｅを加熱し改質室の燃料を改質する。加熱
室Ｈを出た燃焼排ガス５はＣＯ2 リサイクルブロア１７
ｃで加圧され、加圧空気６と合流してカソードガス３と
なる。このＣＯ2 リサイクルブロア１７ｃは、改質器で
発生したＣＯ2 ガスを燃料電池のカソード側に供給して
カソード反応に利用するようになっている。
料電池を用いた発電設備（燃料電池発電プラント）で
は、図８に示すように天然ガス等の燃料ガス１を水素を
含むアノードガス２に改質する改質器１０と、アノード
ガス２と酸素を含むカソードガス３とから発電する燃料
電池１１とを備えており、改質器１０で作られたアノー
ドガス２は燃料電池１１に供給され、燃料電池内でその
大部分（例えば８０％）を消費した後、アノード排ガス
４として触媒燃焼器２０に供給される。触媒燃焼器２０
ではアノード排ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素、
メタン等）がカソード排ガス７の一部７ａにより燃焼
し、高温の燃焼ガスとなって改質器１０の加熱室Ｈに入
り、改質室Ｒｅを加熱し改質室の燃料を改質する。加熱
室Ｈを出た燃焼排ガス５はＣＯ2 リサイクルブロア１７
ｃで加圧され、加圧空気６と合流してカソードガス３と
なる。このＣＯ2 リサイクルブロア１７ｃは、改質器で
発生したＣＯ2 ガスを燃料電池のカソード側に供給して
カソード反応に利用するようになっている。
【０００４】燃料電池内でその一部が反応したカソード
ガス（カソード排ガス７）の残り７ｂは、ターボチャー
ジャ１２で圧力を回収され、排熱回収蒸気発生装置１９
による熱回収後に系外に排出される。なお、図２におい
て、１３ａは燃料予熱器、１６は起動用ヒータ、１７ｄ
は空気ブロア、１８は起動用設備である。
ガス（カソード排ガス７）の残り７ｂは、ターボチャー
ジャ１２で圧力を回収され、排熱回収蒸気発生装置１９
による熱回収後に系外に排出される。なお、図２におい
て、１３ａは燃料予熱器、１６は起動用ヒータ、１７ｄ
は空気ブロア、１８は起動用設備である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の燃料電
池発電プラントでは、装置全体が常温に近い状態から燃
料電池の運転状態になるまでの起動のために、起動用の
ヒータ１６（例えば電気ヒータや熱交換器）と改質器の
燃焼器を昇温するための起動用設備１８が必要であっ
た。また、排熱回収蒸気発生装置１９での蒸気発生を優
先させることで改質器１０の昇温を先行させるためにＣ
Ｏ2 ブロワ１７ｃの入口から排熱回収蒸気発生装置１９
の入口までの抽気ライン１５が必要であった。
池発電プラントでは、装置全体が常温に近い状態から燃
料電池の運転状態になるまでの起動のために、起動用の
ヒータ１６（例えば電気ヒータや熱交換器）と改質器の
燃焼器を昇温するための起動用設備１８が必要であっ
た。また、排熱回収蒸気発生装置１９での蒸気発生を優
先させることで改質器１０の昇温を先行させるためにＣ
Ｏ2 ブロワ１７ｃの入口から排熱回収蒸気発生装置１９
の入口までの抽気ライン１５が必要であった。
【０００６】そのため、比較的頻度の低い起動時のみの
ために、起動用ヒータ１６（電気ヒータ、熱交換器）、
起動用設備１８、抽気ライン１５およびこれらの付帯設
備が必要であり、プラント建設コストを押し上げる要因
となっていた。すなわち、起動用ヒータ１６として電気
ヒータや熱交換器でＣＯ2 ブロワ１７ｃによるリサイク
ルラインを加熱する場合には、大型の電気ヒータや熱交
換器が必要となり、機器が大型であり、コスト高となる
ばかりでなく、リサイクルラインへの熱交換器等の設置
により、定常運転時のブロア動力が増し、発電効率を低
下させる問題点があった。また、起動用設備１８と抽気
ライン１５の組合せで昇温する場合には、燃焼排ガス中
の水分の凝縮により、燃料電池を構成する電解質板が水
分を吸水し発電性能を低下させる問題点があった。
ために、起動用ヒータ１６（電気ヒータ、熱交換器）、
起動用設備１８、抽気ライン１５およびこれらの付帯設
備が必要であり、プラント建設コストを押し上げる要因
となっていた。すなわち、起動用ヒータ１６として電気
ヒータや熱交換器でＣＯ2 ブロワ１７ｃによるリサイク
ルラインを加熱する場合には、大型の電気ヒータや熱交
換器が必要となり、機器が大型であり、コスト高となる
ばかりでなく、リサイクルラインへの熱交換器等の設置
により、定常運転時のブロア動力が増し、発電効率を低
下させる問題点があった。また、起動用設備１８と抽気
ライン１５の組合せで昇温する場合には、燃焼排ガス中
の水分の凝縮により、燃料電池を構成する電解質板が水
分を吸水し発電性能を低下させる問題点があった。
【０００７】本発明は、上述した問題点を解決するため
に創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、
大型でコストの高い機器を減らしてプラント建設コス
トを低減することができ、定常運転時のブロア動力を
低減して高い発電効率を維持でき、昇温中の水分凝縮
をなくして燃料電池の性能低下を防ぐことができる燃料
電池発電プラントの起動方法を提供することにある。
に創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、
大型でコストの高い機器を減らしてプラント建設コス
トを低減することができ、定常運転時のブロア動力を
低減して高い発電効率を維持でき、昇温中の水分凝縮
をなくして燃料電池の性能低下を防ぐことができる燃料
電池発電プラントの起動方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、改質器
（１０）、燃料電池（１１）及びターボチャージャ（１
２）を備え、改質器で改質した燃料ガスとターボチャー
ジャで加圧した空気とを燃料電池で反応させ、その排ガ
スでターボチャージャを駆動する燃料電池発電プラント
の起動方法であって、ターボチャージャの上流側に設置
された起動用燃焼器（２２）と、ターボチャージャのタ
ービン下流側に設置された起動用熱交換器（２４）とを
備え、起動用燃焼器で燃料を燃焼させてターボチャージ
ャを自立運転させ、起動用熱交換器でターボチャージャ
の排ガスとその加圧空気を熱交換して、加圧空気を加熱
しこの加熱空気で燃料電池発電プラントを昇温する、こ
とを特徴とする燃料電池発電プラントの起動方法が提供
される。
（１０）、燃料電池（１１）及びターボチャージャ（１
２）を備え、改質器で改質した燃料ガスとターボチャー
ジャで加圧した空気とを燃料電池で反応させ、その排ガ
スでターボチャージャを駆動する燃料電池発電プラント
の起動方法であって、ターボチャージャの上流側に設置
された起動用燃焼器（２２）と、ターボチャージャのタ
ービン下流側に設置された起動用熱交換器（２４）とを
備え、起動用燃焼器で燃料を燃焼させてターボチャージ
ャを自立運転させ、起動用熱交換器でターボチャージャ
の排ガスとその加圧空気を熱交換して、加圧空気を加熱
しこの加熱空気で燃料電池発電プラントを昇温する、こ
とを特徴とする燃料電池発電プラントの起動方法が提供
される。
【０００９】上記本発明の方法によれば、ターボチャー
ジャの上流側に設置された起動用燃焼器（２２）で燃料
（例えば、天然ガス）を計装空気で燃焼させることによ
り、燃焼開始からすぐにターボチャージャを起動でき
る。また、供給空気は全量、起動用燃焼器を経てターボ
チャージャのタービンに戻るので、ターボチャージャを
短時間に自立運転させ、安定した空気供給が行えるよう
になる。従って、計装空気により起動用燃焼器が燃焼を
開始すると、すぐにターボチャージャが起動し、ターボ
チャージャの供給空気による自立運転へと移行できるこ
とから、従来必要であった空気ブロアを省略でき、或い
は、少なくとも計装空気容量を小さくできるため、低コ
スト化ができる。
ジャの上流側に設置された起動用燃焼器（２２）で燃料
（例えば、天然ガス）を計装空気で燃焼させることによ
り、燃焼開始からすぐにターボチャージャを起動でき
る。また、供給空気は全量、起動用燃焼器を経てターボ
チャージャのタービンに戻るので、ターボチャージャを
短時間に自立運転させ、安定した空気供給が行えるよう
になる。従って、計装空気により起動用燃焼器が燃焼を
開始すると、すぐにターボチャージャが起動し、ターボ
チャージャの供給空気による自立運転へと移行できるこ
とから、従来必要であった空気ブロアを省略でき、或い
は、少なくとも計装空気容量を小さくできるため、低コ
スト化ができる。
【００１０】更に、ターボチャージャのタービン下流側
に設置された起動用熱交換器（２４）で、ターボチャー
ジャの排ガスとその加圧空気を熱交換して、加圧空気を
加熱しこの加熱空気で燃料電池発電プラントを昇温する
ので、ターボチャージャで圧縮した加圧空気を予熱し
て、例えば触媒燃焼器の上流側に供給することができ
る。また、加圧空気を予熱して供給するので、従来の燃
焼排ガスによる昇温時に問題となる水分凝縮を本質的に
防止することができ、かつ起動用熱交換器を小型にし
て、低コスト化ができる。
に設置された起動用熱交換器（２４）で、ターボチャー
ジャの排ガスとその加圧空気を熱交換して、加圧空気を
加熱しこの加熱空気で燃料電池発電プラントを昇温する
ので、ターボチャージャで圧縮した加圧空気を予熱し
て、例えば触媒燃焼器の上流側に供給することができ
る。また、加圧空気を予熱して供給するので、従来の燃
焼排ガスによる昇温時に問題となる水分凝縮を本質的に
防止することができ、かつ起動用熱交換器を小型にし
て、低コスト化ができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通の
部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。図
１は、本発明の方法を適用する燃料電池発電プラントの
全体構成図である。この図において、図８に示した従来
のプラントから起動用ヒータ１６、起動用設備１８、抽
気ライン１５、空気ブロア１７ｄおよびこれらの付帯設
備が省略されている。また、図１では、それらの代わり
に、ターボチャージャの上流側に設置された起動用燃焼
器２２と、ターボチャージャのタービン下流側に設置さ
れた起動用熱交換器２４とを備えている。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通の
部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。図
１は、本発明の方法を適用する燃料電池発電プラントの
全体構成図である。この図において、図８に示した従来
のプラントから起動用ヒータ１６、起動用設備１８、抽
気ライン１５、空気ブロア１７ｄおよびこれらの付帯設
備が省略されている。また、図１では、それらの代わり
に、ターボチャージャの上流側に設置された起動用燃焼
器２２と、ターボチャージャのタービン下流側に設置さ
れた起動用熱交換器２４とを備えている。
【００１２】起動用燃焼器２２は、燃料電池１１とター
ボチャージャ１２のタービンＴを結ぶカソード排ガスラ
インの途中に設置されている。この燃焼器２２には計装
用空気と、起動用燃料（例えば天然ガス）が供給できる
ようになっている。また、燃焼器２２とタービンＴの間
には、温度検出器２８ａが設置されており、燃焼器出口
温度が一定になるように起動用燃料の流量を制御できる
ようになっている。
ボチャージャ１２のタービンＴを結ぶカソード排ガスラ
インの途中に設置されている。この燃焼器２２には計装
用空気と、起動用燃料（例えば天然ガス）が供給できる
ようになっている。また、燃焼器２２とタービンＴの間
には、温度検出器２８ａが設置されており、燃焼器出口
温度が一定になるように起動用燃料の流量を制御できる
ようになっている。
【００１３】起動用熱交換器２４は、例えばプレートフ
ィン型の間接熱交換器であり、タービンＴと排熱回収蒸
気発生装置１９（ＨＲＳＧ）を結ぶ排ガスラインに設置
されている。また、この熱交換器２４には、ターボチャ
ージャ１２のコンプレッサＣで加圧した加圧空気を供給
する加圧空気ライン２６ａと熱交換器２４で加熱した空
気を触媒燃焼器２０の上流側に供給する加熱空気ライン
２６ｂが接続されている。更に、加熱空気ライン２６ｂ
の途中には助燃用天然ガスの供給ラインが設けられてい
る。
ィン型の間接熱交換器であり、タービンＴと排熱回収蒸
気発生装置１９（ＨＲＳＧ）を結ぶ排ガスラインに設置
されている。また、この熱交換器２４には、ターボチャ
ージャ１２のコンプレッサＣで加圧した加圧空気を供給
する加圧空気ライン２６ａと熱交換器２４で加熱した空
気を触媒燃焼器２０の上流側に供給する加熱空気ライン
２６ｂが接続されている。更に、加熱空気ライン２６ｂ
の途中には助燃用天然ガスの供給ラインが設けられてい
る。
【００１４】また、図１において、２７ａは空気用三方
弁であり、コンプレッサＣで加圧した加圧空気を燃料電
池１１に供給するラインと加圧空気ライン２６ａとに切
替えることができる。更に、２７ｂは高温リサイクル調
節弁であり、燃料電池１１を出たカソード排ガスのその
上流側へのリサイクル量を調節する。また、２７ｃは、
逆止弁である。また、２８ｂは、触媒燃焼器２０の下流
側に設けられた温度検出器であり、触媒燃焼器２０の出
口温度を検出してフィードバックする。更に、２８ｃ，
２８ｄは、燃料電池１１のカソード側の入口と出口に設
けられた温度検出器である。
弁であり、コンプレッサＣで加圧した加圧空気を燃料電
池１１に供給するラインと加圧空気ライン２６ａとに切
替えることができる。更に、２７ｂは高温リサイクル調
節弁であり、燃料電池１１を出たカソード排ガスのその
上流側へのリサイクル量を調節する。また、２７ｃは、
逆止弁である。また、２８ｂは、触媒燃焼器２０の下流
側に設けられた温度検出器であり、触媒燃焼器２０の出
口温度を検出してフィードバックする。更に、２８ｃ，
２８ｄは、燃料電池１１のカソード側の入口と出口に設
けられた温度検出器である。
【００１５】上述した構成の燃料電池発電プラントを用
いて、本発明の方法によれば、起動用燃焼器２２で燃料
を燃焼させてターボチャージャ１２を自立運転させ、起
動用熱交換器２４でターボチャージャ１２の排ガスとそ
の加圧空気を熱交換して、加圧空気を加熱しこの加熱空
気で燃料電池発電プラントを昇温する。図１から明らか
なように、本発明の方法では、ガス設備を最小限とし、
計装空気のみを用いて起動するようになっている。ま
た、加熱源として電気ヒータを用いずガス燃焼を基本と
している。
いて、本発明の方法によれば、起動用燃焼器２２で燃料
を燃焼させてターボチャージャ１２を自立運転させ、起
動用熱交換器２４でターボチャージャ１２の排ガスとそ
の加圧空気を熱交換して、加圧空気を加熱しこの加熱空
気で燃料電池発電プラントを昇温する。図１から明らか
なように、本発明の方法では、ガス設備を最小限とし、
計装空気のみを用いて起動するようになっている。ま
た、加熱源として電気ヒータを用いずガス燃焼を基本と
している。
【００１６】図２〜図７は、本発明の方法による起動用
燃焼器起動時からスタンバイ条件成立時までの構成図で
ある。以下、これらの図に基ずいて、本発明の方法を詳
述する。
燃焼器起動時からスタンバイ条件成立時までの構成図で
ある。以下、これらの図に基ずいて、本発明の方法を詳
述する。
【００１７】図２は、システム温度が常温に近い状態か
らの本発明の起動用燃焼器起動時の構成図である。起動
用燃焼器起動時には、起動用燃焼器２２を着火できる最
小限の空気を計装空気ラインから供給すると共に、起動
用天然ガスラインから燃料を供給し、起動用燃焼器２２
に着火する。起動用燃焼器２２にてターボチャージャ１
２が起動し、ターボチャージャ１２のコンプレッサＣに
て供給された圧縮空気は、三方弁２７ａ、起動用加熱器
２４、触媒燃焼器２０、改質器１０、燃料電池１１を経
て全量起動用燃焼器２２に戻ってくる。これに伴い計装
空気を減らしてターボチャージャ自立運転に移行する。
また、起動用天然ガス流量で燃焼器温度を一定に制御す
る。なお、本発明の方法では、ターボチャージャによる
圧縮空気はドライヤを介しておらず、またシステム温度
はほぼ常温であるため、昇圧により凝縮が生じる可能性
がある。このため燃料電池内温度が１００℃程度まで上
昇するまでは、システム圧力を昇圧しないのがよい。
らの本発明の起動用燃焼器起動時の構成図である。起動
用燃焼器起動時には、起動用燃焼器２２を着火できる最
小限の空気を計装空気ラインから供給すると共に、起動
用天然ガスラインから燃料を供給し、起動用燃焼器２２
に着火する。起動用燃焼器２２にてターボチャージャ１
２が起動し、ターボチャージャ１２のコンプレッサＣに
て供給された圧縮空気は、三方弁２７ａ、起動用加熱器
２４、触媒燃焼器２０、改質器１０、燃料電池１１を経
て全量起動用燃焼器２２に戻ってくる。これに伴い計装
空気を減らしてターボチャージャ自立運転に移行する。
また、起動用天然ガス流量で燃焼器温度を一定に制御す
る。なお、本発明の方法では、ターボチャージャによる
圧縮空気はドライヤを介しておらず、またシステム温度
はほぼ常温であるため、昇圧により凝縮が生じる可能性
がある。このため燃料電池内温度が１００℃程度まで上
昇するまでは、システム圧力を昇圧しないのがよい。
【００１８】図３は、ターボチャージャ自立運転成立時
の構成図である。この図に示すように、ターボチャージ
ャの自立運転が成立すると、計装空気ラインからの空気
供給なしに、コンプレッサＣで圧縮した空気で燃焼器２
２の燃焼を継続することができる。この状態で、起動用
加熱器２４で加圧空気をターボチャージャの排ガスと熱
交換して、加圧空気を徐々に加熱し、この加熱空気を約
４００℃程度まで昇温することができる。
の構成図である。この図に示すように、ターボチャージ
ャの自立運転が成立すると、計装空気ラインからの空気
供給なしに、コンプレッサＣで圧縮した空気で燃焼器２
２の燃焼を継続することができる。この状態で、起動用
加熱器２４で加圧空気をターボチャージャの排ガスと熱
交換して、加圧空気を徐々に加熱し、この加熱空気を約
４００℃程度まで昇温することができる。
【００１９】図４は、触媒燃焼開始時の構成図である。
燃料電池１１の出口温度が１００℃を超え、燃焼排ガス
の凝縮が生じない温度まで昇温が完了したら、触媒燃焼
器２０の出口温度が３５０℃以上であることを確認して
触媒燃焼器２０に助燃用天然ガスを供給し、触媒燃焼器
２０の燃焼を開始する。出口温度が３５０℃以上である
ことにより、触媒燃焼を安定して開始することができ
る。更にこの燃焼を開始後、触媒燃焼器２０の温度が約
７００℃程度となるように、助燃用天然ガス流量を制御
する。また、燃料電池出入り温度差が規定値内（例えば
３０℃以内）に収まるように高温ブロア出力を決める。
燃料電池１１の出口温度が１００℃を超え、燃焼排ガス
の凝縮が生じない温度まで昇温が完了したら、触媒燃焼
器２０の出口温度が３５０℃以上であることを確認して
触媒燃焼器２０に助燃用天然ガスを供給し、触媒燃焼器
２０の燃焼を開始する。出口温度が３５０℃以上である
ことにより、触媒燃焼を安定して開始することができ
る。更にこの燃焼を開始後、触媒燃焼器２０の温度が約
７００℃程度となるように、助燃用天然ガス流量を制御
する。また、燃料電池出入り温度差が規定値内（例えば
３０℃以内）に収まるように高温ブロア出力を決める。
【００２０】図５は、改質準備時の構成図である。逆止
弁を経て、カソード排ガスを触媒燃焼器２０に導入し、
燃焼可能な温度まで昇温する（例えば燃料電池出口温度
３５０℃以上）。次いで、三方弁２７ａを燃料電池入口
へと切替え、起動用加熱器２４を通る空気をゼロとし、
触媒燃焼器２０の燃焼用空気をカソード出口からのリサ
イクルガスに切り替える。更に、起動用加熱器の空気流
量をゼロとすることでＨＲＳＧ入口温度を上げて、蒸気
量を確保する。
弁を経て、カソード排ガスを触媒燃焼器２０に導入し、
燃焼可能な温度まで昇温する（例えば燃料電池出口温度
３５０℃以上）。次いで、三方弁２７ａを燃料電池入口
へと切替え、起動用加熱器２４を通る空気をゼロとし、
触媒燃焼器２０の燃焼用空気をカソード出口からのリサ
イクルガスに切り替える。更に、起動用加熱器の空気流
量をゼロとすることでＨＲＳＧ入口温度を上げて、蒸気
量を確保する。
【００２１】図６は、改質開始時の構成図である。ＨＲ
ＳＧからの蒸気供給を開始後、天然ガス１の供給を徐々
に増やして改質を開始する。天然ガス１の供給流量が増
加するに伴い、温度検出器２８ｃによる温度制御により
助燃用天然ガス流量は減少する。この助燃用天然ガス流
量がゼロとなった時点で、温度検出器２８ｃによる触媒
燃焼器２０の温度制御は、高温リサイクル調節弁２７ｂ
に切り替える。なおカソードブロア１７ｃは、燃料電池
入り出の温度差を制御する。
ＳＧからの蒸気供給を開始後、天然ガス１の供給を徐々
に増やして改質を開始する。天然ガス１の供給流量が増
加するに伴い、温度検出器２８ｃによる温度制御により
助燃用天然ガス流量は減少する。この助燃用天然ガス流
量がゼロとなった時点で、温度検出器２８ｃによる触媒
燃焼器２０の温度制御は、高温リサイクル調節弁２７ｂ
に切り替える。なおカソードブロア１７ｃは、燃料電池
入り出の温度差を制御する。
【００２２】図７は、スタンバイ条件成立時の構成図で
ある。この状態で、燃料電池１１は約５８０〜６１０℃
に昇温されており、かつ改質器１０から改質ガスが安定
供給されているので、いつでも燃料電池１１の作動を開
始し燃料電池発電を開始することができる。
ある。この状態で、燃料電池１１は約５８０〜６１０℃
に昇温されており、かつ改質器１０から改質ガスが安定
供給されているので、いつでも燃料電池１１の作動を開
始し燃料電池発電を開始することができる。
【００２３】上述した本発明の方法によれば、ターボチ
ャージャの上流側に設置された起動用燃焼器２２で燃料
（例えば、天然ガス）を計装空気で燃焼させることによ
り、燃焼開始からすぐにターボチャージャを起動でき
る。また、供給空気は全量、起動用燃焼器２２を経てタ
ーボチャージャのタービンに戻るので、ターボチャージ
ャを短時間に自立運転させ、安定した空気供給が行える
ようになる。従って、計装空気により起動用燃焼器２２
が燃焼を開始すると、すぐにターボチャージャが起動
し、ターボチャージャの供給空気による自立運転へと移
行できることから、従来必要であった空気ブロアを省略
でき、或いは、少なくとも計装空気容量を小さくできる
ため、低コスト化ができる。
ャージャの上流側に設置された起動用燃焼器２２で燃料
（例えば、天然ガス）を計装空気で燃焼させることによ
り、燃焼開始からすぐにターボチャージャを起動でき
る。また、供給空気は全量、起動用燃焼器２２を経てタ
ーボチャージャのタービンに戻るので、ターボチャージ
ャを短時間に自立運転させ、安定した空気供給が行える
ようになる。従って、計装空気により起動用燃焼器２２
が燃焼を開始すると、すぐにターボチャージャが起動
し、ターボチャージャの供給空気による自立運転へと移
行できることから、従来必要であった空気ブロアを省略
でき、或いは、少なくとも計装空気容量を小さくできる
ため、低コスト化ができる。
【００２４】更に、ターボチャージャのタービン下流側
に設置された起動用熱交換器２４で、ターボチャージャ
の排ガスとその加圧空気を熱交換して、加圧空気を加熱
しこの加熱空気で燃料電池発電プラントを昇温するの
で、ターボチャージャで圧縮した加圧空気を予熱して、
例えば触媒燃焼器２０の上流側に供給することができ
る。また、加圧空気を予熱して供給するので、従来の燃
焼排ガスによる昇温時に問題となる水分凝縮を本質的に
防止することができ、かつ起動用熱交換器２４を小型に
して、低コスト化ができる。
に設置された起動用熱交換器２４で、ターボチャージャ
の排ガスとその加圧空気を熱交換して、加圧空気を加熱
しこの加熱空気で燃料電池発電プラントを昇温するの
で、ターボチャージャで圧縮した加圧空気を予熱して、
例えば触媒燃焼器２０の上流側に供給することができ
る。また、加圧空気を予熱して供給するので、従来の燃
焼排ガスによる昇温時に問題となる水分凝縮を本質的に
防止することができ、かつ起動用熱交換器２４を小型に
して、低コスト化ができる。
【００２５】なお本発明は、上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。
【００２６】
【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池発電
プラントの起動方法は、大型でコストの高い機器を減
らしてプラント建設コストを低減することができ、定
常運転時のブロア動力を低減して高い発電効率を維持で
き、昇温中の水分凝縮をなくして燃料電池の性能低下
を防ぐことができる、等の優れた効果を有する。
プラントの起動方法は、大型でコストの高い機器を減
らしてプラント建設コストを低減することができ、定
常運転時のブロア動力を低減して高い発電効率を維持で
き、昇温中の水分凝縮をなくして燃料電池の性能低下
を防ぐことができる、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明の方法を適用する燃料電池発電プラント
の全体構成図である。
の全体構成図である。
【図２】本発明の起動用燃焼器起動時の構成図である。
【図３】本発明のターボチャージャ自立運転成立時の構
成図である。
成図である。
【図４】本発明の触媒燃焼開始時の構成図である。
【図５】本発明の改質準備時の構成図である。
【図６】本発明の改質開始時の構成図である。
【図７】本発明のスタンバイ条件成立時の構成図であ
る。
る。
【図８】従来の燃料電池発電プラントの全体構成図であ
る。
る。
１ 燃料ガス ２ アノードガス ３ カソードガス ４ アノード排ガス ５ 燃焼排ガス ６ 空気ライン ７ カソード排ガス ７ａ，７ｂ カソード排ガスライン ８ 水蒸気 １０ 改質器 １１ 燃料電池 １２ ターボチャージャ １３ａ 燃料予熱器 １６ 加熱器 １７ｃ ＣＯ2 リサイクルブロア（カソードブロア） １７ｄ 空気ブロア １８ 起動用設備 １９ 排熱回収蒸気発生装置 ２０ 触媒燃焼器 ２２ 起動用燃焼器 ２４ 起動用熱交換器 ２６ａ 加圧空気ライン ２６ｂ 加熱空気ライン ２７ａ 空気用三方弁 ２７ｂ 高温リサイクル調節弁 ２７ｃ 逆止弁付き開閉弁 ２８ａ〜２８ｄ 温度検出器
Claims (1)
- 【請求項１】 改質器（１０）、燃料電池（１１）及び
ターボチャージャ（１２）を備え、改質器で改質した燃
料ガスとターボチャージャで加圧した空気とを燃料電池
で反応させ、その排ガスでターボチャージャを駆動する
燃料電池発電プラントの起動方法であって、 ターボチャージャの上流側に設置された起動用燃焼器
（２２）と、ターボチャージャのタービン下流側に設置
された起動用熱交換器（２４）とを備え、起動用燃焼器
で燃料を燃焼させてターボチャージャを自立運転させ、
起動用熱交換器でターボチャージャの排ガスとその加圧
空気を熱交換して、加圧空気を加熱しこの加熱空気で燃
料電池発電プラントを昇温する、ことを特徴とする燃料
電池発電プラントの起動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11154076A JP2000348749A (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | 燃料電池発電プラントの起動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11154076A JP2000348749A (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | 燃料電池発電プラントの起動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000348749A true JP2000348749A (ja) | 2000-12-15 |
Family
ID=15576375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11154076A Pending JP2000348749A (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | 燃料電池発電プラントの起動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000348749A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005504428A (ja) * | 2001-03-09 | 2005-02-10 | 本田技研工業株式会社 | 炭化水素水蒸気改質器のマイクロコンポーネントシステム、および水素ガス生産のサイクル |
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-
1999
- 1999-06-01 JP JP11154076A patent/JP2000348749A/ja active Pending
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