JPH0419964A - 溶融炭酸塩型燃料電池のカソード用空気量制御方法及び装置 - Google Patents

溶融炭酸塩型燃料電池のカソード用空気量制御方法及び装置

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JPH0419964A
JPH0419964A JP2122973A JP12297390A JPH0419964A JP H0419964 A JPH0419964 A JP H0419964A JP 2122973 A JP2122973 A JP 2122973A JP 12297390 A JP12297390 A JP 12297390A JP H0419964 A JPH0419964 A JP H0419964A
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Hiromasa Morimoto
森本 弘正
Satoshi Hatori
聡 羽鳥
Kokichi Uematsu
宏吉 上松
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IHI Corp
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Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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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] 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換させるエネルギ一部門で用いる燃料電池のう
ち、溶融炭酸塩型燃料電池のカソードへ供給される空気
流量を調整するカソード用空気最制御方法及び装置に関
するものである。
[従来の技術] 溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質としての溶融炭酸塩を
多孔質物質にしみ込ませてなるタイル(電解質板)を、
カソード(酸素極)とアノード(燃料極)で両面から挟
み、カソード側に酸化ガスを供給すると共にアノード側
に燃料カスを供給することによりカソード側とアノード
側での反応によってカソードとアノードとの間に発生す
る電位差により発電か行われるようにしたものを1セル
とし、各セルをセパレータを介して多層に積層してスタ
ックとするようにしである。
上記の如き溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電システム
のうち、燃料に天然カスを使用するものにおいては、第
2図に一例を示す如く、燃料電池1のカソード2に酸化
カスを供給するため、空気Aを圧縮機4で圧縮した後、
空気供給ライン6によりカソード2の入口側に供給する
と共に、一部の空気Aは分岐ラインZ上に設けた空気予
熱器8を通した後に改質器9の燃焼室側に導き、ここで
燃焼させてカス供給ライン10゜上記空気予熱器8を経
て上記空気供給ライン6の空気と混ぜてカソード2へ供
給するようにしてあり、カソード2から排出されたカソ
ードカスは、カンードガス出ロライン11より補助燃焼
器12を経てタービン5に導かれ、タービン5から過熱
器13、蒸発器14を通して大気へ放出させるようにし
である。又、燃料電池1のアノード3には、天然カスN
Gか脱硫器15て脱硫され、天然カス予熱器16で予熱
された後、蒸発器14、過熱器13によって生成され、
蒸気ライン23を経て供給される過熱蒸気と混合され、
改質器9の改質室内に導入され、ここで改質されて燃料
カスとして燃料ガス供給ライン17よりアノード3に供
給されるようにしてあり、アノード3から排出されたア
ノードカスは、上記天然カス予熱器16、熱交換器18
、凝縮器19を経て気液分離機20へ導き、ここでアノ
ードガス中のH2Oを分離し、ガスはブロワ21で昇圧
されて熱交換器18に入り、該熱交換器18で温められ
てから改質器9の燃焼室へ供給されるようにすると共に
、上記分離されたH2Oは、ポンプ22で加圧されて蒸
発器14へ送られ、ここで蒸気となり過熱器13て過熱
された後、蒸気ライン23を経て天然カスNGに改質器
9人口で混ぜられるようにしである。24はカソード2
とアノード3の差圧制御弁である。
上記の如き溶融炭酸塩型燃料電池発電システムにおいて
、圧縮機4の空気流量制御方式としては、燃料電池1の
負荷変動によらず圧縮機4を流れる空気流量を一定のま
まとする空気流量一定制御方式と、圧縮機4の吸込側に
流量調節弁30を設けて負荷変動と共に圧縮機に流入す
る空気流量を変える方式かある。
いずれの空気流量制御方式においても、燃料電池1の負
荷変動に伴い、カソードカス流量は変わるので、何の処
置もしなければカソード2と筺体25の差圧が変動する
。したかつて、差圧を一定以内に保つために、カソード
圧力を制御する必要があり、従来、カソード2と筐体2
5の差圧は、カソードカス出口ライン11に専用の差圧
制御弁26を設け、カソード出口と筐体25の差圧を差
圧検出器27で検知して差圧制御弁26により制御させ
るようにしている。
又、圧縮機4の出口側圧力を一定に保つため、当該圧力
を圧力調節器28で検出して、流量調節弁29により余
剰空気を補助燃焼器12に流している。該補助燃焼器1
2では、燃料を燃焼させてタービン5に入るカスの温度
を一定に保持するようにしている。
[発明が解決しようとする課題] ところか、上)ホした空気流量一定制御方式では、ター
ビン5人口の空気温度を一定とするために補助燃焼器1
2茫多くの燃料を流すことになり、システムとしての部
分負荷効率が低下する問題があり、低負荷時の効率改善
が望まれている。一方、圧縮機4の吸込側に@量調節弁
30を設ける方式では、部分負荷時にタービンへ流入す
るカス流量か少なくなるので、入口圧力か低くなり、タ
ービン出力の低下を招くという問題かあった。又、カソ
ード2と筐体25との差圧制御に、差圧制御用高温弁を
必要としている。
そこで、本発明は、タービン入口温度を一定にするため
の補助燃焼器の燃料を減少させて低負荷時の効率を向上
し、又、カソードと筐体の差圧制御を差圧制御用の高温
弁なしで行えるようにしようとするものでおる。
[課題を解決するための手段] 本発明は、上記課題を解決するために、燃料電池のカソ
ードに圧縮機で圧縮した空気を供給し、且つ上記カソー
ドから排出されたカソードカスを補助燃焼器を介しター
ビンに導入させるようにし、更に、上記圧縮機で圧縮し
た空気の一部をタービンへ補助燃焼器を介しバイパスさ
せるようにしである構成において、上記圧縮機に導入さ
れる空気流量を流量調節弁番こより、燃料電池の負荷変
動に応じ調節するようにし、且つ燃料電池のカソードと
燃料電池を収納する筐体の差圧を、タービンの可変静翼
によるタービン上流側の圧力制御によって一定に保持さ
せるようにする溶融炭酸塩型燃料電池のカソード用空気
量制御方法とし、又、圧縮機の吸込側に流量調節弁を設
けて、該流量調節弁を燃料電池の負荷信号に基づきマス
タからの指令により制御するようにし、且つタービンの
初段静翼を可変翼とし、該可変翼を上記カソードと筐体
の差圧に応じて調整できるようにしたカソード用空気量
制御装置とする。
[作  用] 部分負荷時に圧縮機への空気吸込量を絞ると、圧縮機か
らタービンへの空気バイパス量か減少する。そのため、
タービン入口温度の低下か従来に比して少なくなるので
、それだけタービン入口温度を一定にするための補助燃
焼器燃料を減らすことかでき、低負荷時の効率を向上で
きる。又、カソードと筐体の差圧に基づきタービンの可
変翼を調整して、タービン入口圧力を一定に保持できる
ので、従来の差圧制御弁を省略することかでき、且つ、
低負荷時において、タービン効率を維持することかでき
る。
[実 施 例コ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の実施例を示す溶融炭酸塩型燃料電池発
電システムの要部を示すもので、燃料電池1のアノード
3には、改質器9で改質された燃料ガスが供給され、一
方、燃料電池1のカソード2には、圧縮機4で圧縮され
た空気か空気供給ライン6を経て供給され、且つカソー
ド2から排出されたカソードカスは、カソードカス出口
ライン11から補助燃焼器12を経てタービン5に導か
れるようにしである溶融炭酸塩型燃料電池発電システム
において、上記圧縮機4の吸込側に流量調節弁30を設
置し、該流量調節弁30を、燃料電池1の負荷信号を入
力して負荷変動に応じて指令を発するマスタ31に接続
し、マスタ31からの指令により上記流量調節弁30の
開度か調節されて、圧縮機4の空気吸込量か変えられる
ようにする。又、上記タービン5における初段静翼を他
の静翼より切り離して可変翼32とし、該可変翼32を
タービン5の上流側のカソードカス出口ライン11に設
けた圧力調節器33からの指令で調整されるようにする
と共に、燃料電池1のカソード2と筐体25の差圧を検
出する差圧検出器27を上記圧力調節器33に接続し、
更に、上記補助燃焼器12には天然カスNGの一部を天
然カスライン34より供給するようにし、該天然カスラ
イン34に設けた流量調節弁35を、タービン5の入口
側温度を検出する温度調節器36により調節できるよう
にする。そ勿他の構成は第2図に示すものと同じてあり
、同一のものには同一の符号か付しである。
燃料電池1の負荷か変動すると、この負荷変動に応じて
マスタ31がらの指令により圧縮機4の吸込側の流量調
節弁3oの開度が調節される。
燃料電池1の負荷が定格以下になると、その負荷に応じ
て上記流量調節弁3oが調節されて圧縮ll&4の空気
吸込量が絞られる。これにより圧縮機4からタービン5
への空気バイパス量は、空気流量一定制御方式に比して
減少し、且つカソード2への空気供給量も少なくなる。
このままではタービン5の入口圧力、すなわち、カソー
ド圧力が低下してしまうか、カソード圧力と筐体25の
圧力との差圧が差圧検出器27で検出されているので、
その差圧に応じてタービン5の可変翼32が調整されて
タービン5の入口圧力が制御され、カソード2と筐体2
5の差圧か一定に保持される。
なお、可変翼32はタービン5の初段静翼のみでなくて
もよい。
[発明の効果] 以上述べた如く、本発明によれば、燃料電池のカソード
へ空気を圧縮して供給させる圧縮機をタービンにより駆
動させるようにし、カソードから排出されたカソードカ
スを補助燃焼器を通して上記タービンに導くようにし、
且つ圧縮機からタービンへ空気をバイパスさせるように
しである構成において、上記圧縮機に吸込まれる空気流
量を、燃料電池の負荷に応じて開度調節される流量調節
弁により調節するようにし、且つ燃料電池カソードと燃
料電池を収納する筐体の差圧を、タービンの初段静翼を
可変翼にして可変翼の調整で一定に保つようにするので
、燃料電池が低負荷になるに従い圧縮機へ吸い込まれる
空気量か絞られて、タービンへの空気バイパス量を、従
来の空気流量一定制御の圧縮機を用いる方式に比して減
少させることかでき、これに伴いタービン入口温度を一
定とするための補助燃焼器燃料を減少させる口とができ
て、低負荷時の効率を向上させることかでき、しかもタ
ービン入口の可変翼によりタービン入口圧力(カソード
圧力)を制御してタービンの効率を低負荷時においても
維持することかでき、且つカソードと筐体の差圧制御を
行うことかでき、従来方式の差圧制御用高温弁を省略す
ることかできる、等の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す要部の概要図、第2図は
従来方式を採用した溶融炭酸塩型燃料電池発電システム
の一例を示す系統構成図である。 1・・・燃料電池、2・・・カソード、3・・・アノー
ド、4・・・圧縮機、5・・・タービン、6・・・空気
供給ライン、11・・・カソードガス出口ライン、12
・・・補助燃焼器、25・・・筐体、27・・・差圧検
出器、30・・・流量調節弁、31・・・マスタ、32
・・・可変翼。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)溶融炭酸塩型燃料電池のカソードへ圧縮機で圧縮
    した空気を供給すると共に、圧縮空気をタービンへ補助
    燃焼器を介してバイパスさせるようにし、且つ上記カソ
    ードから排出されたカソードガスを上記補助燃焼器を経
    てタービンへ導くようにしてある溶融炭酸塩型燃料電池
    のカソード用空気量制御方法において、上記圧縮機の空
    気吸込量を燃料電池の負荷変動に応じて調節し、且つ上
    記圧縮機の空気吸込量の調節で生じるカソードと燃料電
    池を収納する筐体との差圧をタービンの可変静翼による
    タービン入口圧力の制御により一定以内に保持させるよ
    うにすることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池のカソ
    ード用空気量制御方法。
  2. (2)溶融炭酸塩型燃料電池のカソードへ圧縮機で圧縮
    した空気を供給すると共に、圧縮空気をタービンへ補助
    燃焼器を介してバイパスさせるようにし、且つ上記カソ
    ードから排出されたカソードガスを上記補助燃焼器を経
    てタービンへ導くようにしてある溶融炭酸塩型燃料電池
    のカソード用空気量制御装置において、上記圧縮機の吸
    込側に流量調節弁を設け、該流量調節弁を、燃料電池の
    負荷変動に応じて指令を発するマスタに接続し、且つ上
    記タービンの少なくとも初段静翼を可変翼とし、該可変
    翼を、上記カソードと燃料電池を収納する筐体との差圧
    に基づき調整するようにしてなる構成を有することを特
    徴とする溶融炭酸塩型燃料電池のカソード用空気量制御
    装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0629013A3 (de) * 1993-06-07 1995-11-29 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zur Luftversorgung eines Brennstoffzellensystems.
CN113357954A (zh) * 2021-07-12 2021-09-07 西安热工研究院有限公司 一种电极加热熔融盐装置和方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0629013A3 (de) * 1993-06-07 1995-11-29 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zur Luftversorgung eines Brennstoffzellensystems.
CN113357954A (zh) * 2021-07-12 2021-09-07 西安热工研究院有限公司 一种电极加热熔融盐装置和方法

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