JPH04324252A - 燃料電池発電プラント - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電プラント
に係り、特に燃料電池本体を収容する圧力容器に改良さ
れた仕方でパージガスを供給する燃料電池発電プラント
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に燃料電池発電プラントは、電池外
部から燃料と酸化剤とを連続的に供給し、その燃料の酸
化によって生ずる化学エネルギーを直接電気エネルギー
に変化させるものである。

【０００３】この燃料電池発電プラントは通常、図４に
示すように化学反応により電流を発生させる燃料電池本
体５１と、この燃料電池本体５１を収容して周囲環境か
ら燃料電池本体５１を隔離する圧力容器５２とを備えて
いる。燃料電池本体５１は、図示しない燃料極と酸化剤
極とを備え、燃料極にはメタンガスやメチルアルコール
等から生成された水素等の燃料が導管５３を通じて供給
され、酸化剤極には導管５４を通じて酸素や空気等の酸
化剤が供給される。燃料と酸化剤とは燃料電池本体５１
の中で燃焼した後、それぞれ排燃料、排酸化剤となり導
管５５、５６を通じて排出される。

【０００４】また、圧力容器５１には、パージガス供給
源５７から導管５８を通じてパージガスが供給され、圧
力容器５１を通過したパージガスは導管５９を通じて排
出される。

【０００５】一般的に燃料電池本体５１の燃料極、酸化
剤極に十分なガスシール性を持たせているが、長期運転
による経年変化等により、燃料電池本体５１から燃料や
酸化剤が圧力容器５１内に混合して滞留する場合がある
。この場合、不測の爆発等の危険が生じる恐れがあるの
で上述のように圧力容器５１は、定期的にあるいは常時
パージされるようになっている。パージガスとしては燃
料や酸化剤との反応性の乏しい窒素等の不活性ガスを用
いられるが、このパージガスとして、排燃料を再処理し
たリフォーマ排ガスを利用することも知られている（特
公平２−２２６６６４）。このリフォーマ排ガスは可燃
性成分や酸素成分を一部含んでいる。

【０００６】燃料電池本体５１に供給されるパージガス
の圧力は燃料電池本体５１の内部の圧力に比べて高圧で
あればあるほど、燃料電池本体５１からの燃料や酸化剤
の漏れを効果的に防止できる。一方、パージガスの圧力
が高いとパージガスが燃料電池本体５１の内部へ侵入し
、パージガス中に含まれる可燃性成分および酸素成分と
燃料電池本体５１中の燃料および酸化剤とが複雑な反応
をして本来の電気化学反応を妨げるおそれがある。その
ために、パージガスは、それが燃料電池本体５１に侵入
しても複雑な反応をしないような適当な圧力に設定され
て供給される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パージ
ガスの中の可燃性成分や酸素成分の割合はパージガスの
精製経路や供給経路等の様々な条件によって変わり得る
ものである。特に、リフォーマ排ガスの中に残存する可
燃性成分や酸素成分の割合は一定とはなりにくい。

【０００８】このような状況において、燃料電池本体５
１に侵入するパージガスの可燃性成分等と燃料電池本体
５１の中の燃料等との実質的な反応を防止するために、
パージガスに含まれる可燃性成分等の最大の濃度を想定
し、この想定された濃度に基づいてパージガスの圧力を
十分に低く設定している。このため、パージガスの中に
含まれる可燃性成分等の濃度が減少しても可燃性成分の
最大濃度に合わせて、パージガスの圧力を低く設定して
おくため、圧力容器５２を安全で効率的にパージできな
いという問題があった。

【０００９】そこで本発明の目的は、上記従来技術が有
する問題を解消し、パージガスの中に含まれる可燃性成
分等の濃度に対応させて、パージガスの圧力を適当な圧
力に設定し、燃料電池本体を安全で効率的にパージする
ことを可能にした燃料電池発電プラントを提供すること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、燃料電池本体とこの燃料電池本体を収容
する圧力容器とを有し、パージガスが前記圧力容器へパ
ージ入口管を経て供給されるとともに、前記圧力容器か
らパージガスがパージ排ガス管を経て排出される燃料電
池発電プラントにおいて、前記圧力容器に供給されるパ
ージガスの所定の構成成分の濃度を検出する濃度検出器
と、この濃度検出器の測定結果に基づき前記圧力容器内
のパージガスの圧力を調節するパージガス圧力調節手段
とを備えることを特徴とする。

【００１１】本発明の望ましい態様は次のとおりである
。前記圧力容器の圧力と前記燃料電池本体の圧力との差
を検出する差圧検出器をさらに備え、この差圧検出器の
測定結果に基づき前記のパージガス圧力調節手段により
前記圧力容器内のパージガスの圧力を調節することを特
徴とする請求項１記載の燃料電池発電プラント。

【００１２】前記パージガス圧力調節手段は、前記パー
ジ排ガス管に設けられた調節弁であることを特徴とする
請求項１または請求項２記載の燃料電池発電プラント。

【００１３】前記パージガス圧力調節手段は、前記パー
ジ入口管に設けられた可変速ブロワであることを特徴と
する請求項１または請求項２記載の燃料電池発電プラン
ト。

【００１４】前記パージガス圧力調節手段は、前記パー
ジ入口管と前記パージ排ガス管とを連結するバイパス管
と、そのバイパス管に設けられたバイパス調節弁とを有
することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
燃料電池発電プラント。

【００１５】また、前記圧力容器の圧力と前記燃料電池
本体の圧力との差を検出する差圧検出器をさらに備え、
この差圧検出器の測定結果に基づき前記圧力容器内のパ
ージガスの圧力を調節することを特徴とする。

【００１６】

【作用】燃料電池本体を収容する圧力容器に供給される
パージガスの中に含まれる所定成分、例えば可燃性成分
や酸素成分の濃度を濃度検出器によって測定し、圧力容
器のパージガスの圧力が、その測定された濃度に対応す
る許容圧力に比べて高いときにはパージガスの圧力を低
くなるように、また、圧力容器のパージガスの圧力がそ
の許容圧力に比べて低いときにはパージガスの圧力を高
くなるように、パージガス圧力調節手段によってパージ
ガスの圧力を調節する。

【００１７】また、さらに設けた差圧検出器によって圧
力容器の圧力と燃料電池本体の圧力との差を検出し、こ
の測定された圧力差が、濃度検出器によって測定した濃
度に対応する圧力差と等しくなるように、パージガス圧
力調節手段によって圧力容器内のパージガスの圧力を調
節する。

【００１８】

【実施例】以下本発明による燃料電池発電プラントの実
施例を図１乃至図３を参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明の一実施例による燃料電池
発電プラントを示したブロック図である。図１において
符号１は、電気化学反応を起こして電流を発生させる燃
料電池本体であり、この燃料電池本体１は圧力容器２の
中に密閉して収容されている。燃料電池本体１には、図
示しない一対の多孔質電極である燃料極と酸化剤極とが
電解質を挟んで構成されている。燃料極には燃料として
外部から導管３を通じてメタンガス等から回質されて生
成された水素が供給され、酸化剤極には酸化剤として外
部から導管４を通じて酸素が供給される。また、燃料電
池本体１の中で燃焼した燃料と酸化剤とは、導管５およ
び６を経て排燃料、排酸化剤として排出される。

【００２０】また、圧力容器２の外方にはパージガス供
給源１６が設けられており、このパージガス供給源６か
らパージ入口管７を経て圧力容器２へパージガスが供給
され、圧力容器２内のパージガスはパージ排ガス管８を
通じて外部へ排出される。パージガスはパージガス供給
源１６から圧力容器２へ定期的または周期的に供給され
るようになっている。

【００２１】なお、パージガス供給源１６から供給され
るパージガスは、導管５から排出された排燃料を図示し
ない処理装置によって抽出して生成されたリフォーマ排
ガスである。このリフォーマ排ガスには、窒素等の不活
性ガスの他に炭素ガス、水素ガス等の可燃性ガスや酸素
が多少量混入している。

【００２２】また、パージ入口管７にパージガスの中の
水素ガス等の可燃性ガスの濃度を測定する濃度検出器９
が取り付けられている。

【００２３】一方、パージ排ガス管８と導管６との間に
は、圧力容器２の圧力と燃料電池本体１の圧力との圧力
差を測定するための差圧検出器１０が設けられている。 なお、この差圧検出器１０は、パージ排ガス管８と導管
５との間に設置しても構わない。

【００２４】また、パージ排ガス管８には、パージガス
の流速を調節する調節弁１１が設けられており、この調
節弁１１によって圧力容器２内のパージガスの圧力を調
節することができる。この調節弁１１は、差圧検出器１
０の測定結果に基づき、制御装置１５により開閉の程度
を調節できるようになっている。

【００２５】次に本実施例の作用について説明する。ま
ず、濃度検出器９によって圧力容器２へ供給されるパー
ジガスの中の可燃性成分の濃度を測定する。この測定し
た濃度の値に基づいて経験的データから、燃料電池本体
１の圧力に対する圧力容器２の相対的圧力をどの程度ま
で高くしても許容できるかを知ることができるので、こ
の許容圧力差を求めておく。次に差圧検出器１０で測定
した圧力容器２の圧力と燃料電池本体１の圧力との圧力
差を測定し、この測定される圧力差が経験的データから
求めた許容圧力差に略等しくなるように制御装置１５に
より調節弁１１を開閉する。すなわち、測定された圧力
差が許容圧力差よりも高い場合は調節弁１１を閉じ、測
定された圧力差が許容圧力差より低い場合は調節弁１１
を開く。

【００２６】このように調節弁１１により、燃料電池本
体１と圧力容器２との間の圧力差をパージガスの可燃性
成分の濃度に対応する許容圧力差に略等しくすることに
よって、パージガス中にに含まれる可燃性成分の割合が
変化しても略等しくする圧力容器２におけるパージガス
の圧力を必要以上に低くすることなく最適の圧力に設定
し、安全で効率的に圧力容器２をパージすることができ
る。

【００２７】次に、図２に本発明の他の実施例を示す。 本実施例においては、図２に示すように、パージ入口管
７に可変速ブロワ１２が設けられている。この可変速ブ
ロワ１２は、濃度検出器９の測定結果に基づき、差圧検
出器１０で測定される圧力差が所定の許容差圧力に略等
しくなるように、制御装置１５によりパージガス供給源
１６から供給されるパージガスの圧力を変化させるもの
である。これによって、圧力容器２の中のパージガスの
圧力を最適に調整することができる。

【００２８】また、図３に本発明のさらに他の実施例を
示す。この実施例においては、図３に示すように、パー
ジ入口管７とパージ排ガス管８との間をバイパス管１３
で連結し、このバイパス管１３にバイパス調節弁１４が
設けられている。このバイパス調節弁１４を開閉するこ
とによって、濃度検出器９の測定結果に基づき、差圧検
出器１０で測定される圧力差が所定の許容圧力差になる
ように、制御装置１５から圧力容器２の中のパージガス
の圧力を最適に調整することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、パージガスの所定の構成成分の濃度を測定し、
この測定結果に基づき圧力容器内のパージガスの圧力を
調節することができるので、パージガスの可燃性成分や
酸素等の濃度が変化したとしても、可燃性成分等の濃度
に依存した最適の圧力でパージガスを供給することがで
きる。このため圧力容器内を安全で効率的にパージする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃料電池発電プラントの一実施例
の系統図。

【図２】同燃料電池発電プラントの他の実施例の系統図
。

【図３】同燃料電池発電プラントのさらに他の実施例の
系統図。

【図４】従来の燃料電池発電プラントの系統図。

【符号の説明】

１　　燃料電池本体 ２　　圧力容器 ７　　パージ入口管 ８　　パージ排ガス管 ９　　濃度検出器 １０　　差圧検出器 １１　　調節弁 １２　　可変速ブロワ １３　　バイパス管 １４　　バイパス調節弁 １６　　パージガス供給源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料電池本体とこの燃料電池本体を収容す
   る圧力容器とを有し、パージガスを前記圧力容器へパー
   ジ入口管を経て供給するとともに、前記圧力容器からパ
   ージガスをパージ排ガス管を経て排出する燃料電池発電
   プラントにおいて、前記圧力容器に供給されるパージガ
   スの所定成分の濃度を検出する濃度検出器と、この濃度
   検出器の測定結果に基づき前記圧力容器内のパージガス
   の圧力を調節するパージガス圧力調節手段とを備えたこ
   とを特徴とする燃料電池発電プラント。