JPH0773897A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】都市ガス等の気体燃料の供給が断たれた場合に
メタノール等の液体燃料が気化し、その蒸気が安定に供
給できるまでの間、メタンガス等のボンベに充填した気
体燃料を供給することによって燃料電池発電装置の継続
運転を可能にすることにある。 【構成】常時は都市ガス等の気体燃料を改質器10に供給
してその改質を行い、得られる改質ガスを燃料電池本体
12に供給して発電を行うとともに、都市ガスの供給がし
ゃ断された場合にメタノール蒸発器22で蒸気化させたメ
タノール蒸気を改質器10に供給するようにした燃料電池
発電装置において、都市ガス供給支障が検出されるとメ
タノール蒸発器22の加熱を開始すると同時に三方弁39,4
0 の切替えによりガスボンベ37よりメタンガス等の気体
燃料を改質器10に供給して燃料電池本体12の発電を継続
し、メタノール蒸発器22でメタノールが蒸気化した時点
で、三方弁39をメタノール蒸気ライン側に切替えて本来
の予備燃料であるメタノールによる運転に移行させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、常時使用している気体
燃料がしゃ断された場合でも自動的に予備燃料である液
体燃料による運転に切替えて燃料電池本体を継続動作さ
せ、安定した電力を供給するようにした燃料電池発電装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リン酸型燃料電池を使用した燃料電池発
電装置の燃料としては、天然ガス、都市ガス等のメタン
を主成分とした気体燃料、貯溜に便利なメタノール、液
化プロパンガス等の液体燃料が使用されている。これら
の燃料は何ずれも改質器で水蒸気改質を行って改質ガス
に変換し、この改質ガスをリン酸型燃料電池に供給し発
電に使用する。改質ガスに一酸化炭素が多く含まれてい
る場合には、リン酸型燃料電池に供給する前に低温シフ
ト変成器で一酸化炭素を低減させる。

【０００３】燃料電池発電装置の燃料として気体燃料、
例えば都市ガスを使用する場合、何らかの支障が生じて
都市ガスの供給が断たれると、燃料電池発電装置が停止
してしまうという問題がある。

【０００４】そこで、予備燃料として貯溜に便利な液体
燃料、例えばメタノールを貯溜し、都市ガスがしゃ断さ
れた場合にはこの液体燃料で燃料電池発電装置を継続運
転する方法が考えられる。しかし、液体燃料を気化させ
るためには、加熱時間が必要であり、不意の都市ガスし
ゃ断時に直ちに気化させて燃料電池発電装置に供給し、
その継続運転を行うことは困難である。

【０００５】図２は従来の都市ガスから予備燃料のメタ
ノールに切替可能な燃料電池発電装置の系統構成図を示
したものである。すなわち、図２に示すように通常運転
時には燃料供給弁１を開いて都市ガスを供給ライン２ａ
から２ｂに導入し、低温シフト変成器３の出口側の改質
ガスライン４から分岐した再循環ライン５から供給され
た改質ガスの一部とともに、水添脱硫装置６を経てエジ
ェクタ７に供給する。

【０００６】一方、エジェクタ７に分離器８から水蒸気
ライン９を介して水蒸気を供給し、エジェクタ７内で水
蒸気と都市ガスとを適当な比率で混合して、混合ガスを
改質器１０に供給する。改質器１０内に供給された混合
ガスは、加熱された触媒上で改質反応が行われた後、低
温シフト変成器３に供給される。

【０００７】改質器１０内では、内部の触媒層で、化学
式 ＣＨ₄ ＋Ｈ₂ Ｏ→３Ｈ₂ ＋ＣＯで表わされる改質反
応が進行し、低温シフト変成器３内では、内部の触媒層
で、化学式 ＣＯ＋Ｈ₂ Ｏ→Ｈ₂ ＋ＣＯ₂ で表わされる
一酸化炭素シフト反応が進行する。低温シフト変成器３
を出た改質ガスは電池供給ライン１１を介して燃料電池
本体１２の水素極１３に供給される。

【０００８】この燃料電池本体１２では、上記改質ガス
中の一部の水素を利用し、残りの水素を含む燃料排ガス
はバーナライン１４を介して改質器１０のバーナに供給
される。このバーナで空気圧縮機１５から供給される空
気により電池排ガス中の水素を燃焼させて改質器１０を
加熱する。また、空気圧縮機１５からは燃料電池本体１
２の酸素極１６にも空気が送られる。

【０００９】一方、燃料電池本体１２の冷却水は、ポン
プ１７を介して分離器８から冷却器１８に供給される。
冷却器１８を出た冷却水は、熱交換器１９，２０を経て
分離器８に戻される。

【００１０】以上は都市ガス運転時の動作であるが、都
市ガスライン２ａの圧力が所定値以下に低下した場合に
は、この都市ガス供給ライン２ａに設けた圧力検出器２
１によりそのガス圧低下を検出し、メタノール蒸発器２
２に貯溜されたメタノール２３をヒータ２４により加熱
して蒸気化させる。そのメタノール蒸気を蒸気供給弁２
５を開いて都市ガス供給ライン２ｂに導入する。このと
き、都市ガス供給ライン２ａ側の燃料供給弁１は、蒸気
供給弁２５が開くと同時に閉じる。

【００１１】しかし、都市ガス圧力の低下を検出してか
らヒータ２４を投入しても、メタノールが蒸気化するま
でに少なくとも数分を要し、その間は燃料の供給が不足
し燃料電池本体１２に所定量の水素が供給されなくな
り、電圧が低下し燃料電池がシャット・ダウンしてしま
う。

【００１２】図中２６は蒸気安全弁を示し、また２７は
改質器燃焼排ガスを示す。

【００１３】なお、都市ガスの不意のしゃ断に備えて常
時メタノール蒸発器を加熱してメタノールを気化させて
おくことも考えられるが、エネルギーロスが大きく発電
効率の低下につながる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
事情に鑑みてなされたもので、都市ガス等の気体燃料の
供給が断たれても、メタノール等の液体燃料の蒸気が安
定に供給できるまでの間、メタンガス等のボンベに充填
した気体燃料を供給することにより、所定の出力を確保
しながら運転を継続させることができる燃料電池発電装
置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】本発明は上記の目的を達
成するため、常時は気体燃料を改質器に供給してその改
質を行い、改質ガスを燃料電池本体に供給して発電を行
うとともに、前記気体燃料の供給がしゃ断された場合に
は蒸発器で液体燃料を蒸気化させ、この液体燃料蒸気を
前記改質器に供給するようにした燃料電池発電装置にお
いて、メタン等の気体燃料が充填されたガスボンベと、
前記蒸発器より液体燃料蒸気を供給する液体燃料蒸気ラ
インまたは前記ガスボンベより気体燃料を供給するボン
ベガスラインの何ずれかに切替える切替弁と、前記気体
燃料の供給支障を検出する検出器と、この検出器により
気体燃料の供給支障が検出されると前記蒸発器で液体燃
料の加熱を行うと共に、前記切替弁をボンベガスライン
側に切替えて前記気体燃料を前記改質器に供給し、且つ
前記蒸発器の液体燃料供給準備が完了した時点で前記切
替弁を液体燃料蒸気ライン側に切替えて前記液体燃料蒸
気を前記改質器に供給する制御手段とを備えたものであ
る。

【００１６】

【作用】このような構成の燃料電池発電装置にあって
は、通常の気体燃料による運転中に気体燃料供給支障が
検出されると、蒸発器で液体燃料の加熱が行われると同
時に切替弁がボンベガスライン側に切替えられ、蒸発器
で液体燃料が蒸気化するまでの数分間の遅れの間、ボン
ベに充填された気体燃料が改質器に供給されるので、燃
料電池本体の発電運転を安定した状態で継続することが
でき、さらに液体燃料が蒸気化した時点で切替弁を液体
燃料蒸気ライン側に切替られるので、本来の予備燃料で
ある液体燃料による運転にスムースに移行させることが
でき、長時間の運転が可能となる。

【００１７】

【実施例】以下本発明による燃料電池発電装置の実施例
を気体燃料に都市ガスを、液体燃料にメタノールを使用
する場合を例にとって図面を参照して説明する。

【００１８】図１は本発明の実施例を示す燃料電池発電
系統の構成図であり、図２と同一部分には同一符号を付
してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ
述べる。

【００１９】本実施例では、図１に示すようにメタノー
ル蒸発器２２に対してその周囲を保温材で覆い、その内
部の上部にメタノール蒸気出口を設け、またメタノール
を加熱するための熱交換器３１を装着する。このメタノ
ール蒸発器２２には，都市ガスの供給がしゃ断した場合
にメタノール供給ポンプ３２を駆動してメタノール貯蔵
タンク３３よりメタノール２３が供給されるようになっ
ている。この場合、メタノール供給ポンプ３２は間欠運
転を行い、またメタノール蒸発器２２のメタノール液面
が容器中間部より低下すると運転を始め、液面２３ａが
所定の高さになると停止する。

【００２０】さらに、メタノール蒸発器２２に装着され
た熱交換器３１は、常時燃料電池本体１２の冷却器１８
の出口側に接続された熱交換器１９の出口より三方弁３
４、温水ライン３５を経て供給される温水により加熱さ
れるようになっている。この場合、熱交換器３１を加熱
した温水は、三方弁３４より分岐されて熱交換器２０に
より熱交換した温水と合流して分離器８に導かれる。

【００２１】一方、改質器１０には別個に用意されたメ
タンガス等のガスボンベ３７からメタンガス等の気体燃
料がボンベガス供給ライン３８より三方弁３９，４０を
介して供給可能になっている。

【００２２】この場合、三方弁３９の一方の流入口には
ボンベガス供給ライン３８を通じてガスボンベからの気
体燃料が供給され、他方の流入口にはメタノール蒸発器
２２で蒸発させたメタノールがメタノール蒸気出口より
メタノール蒸気供給ライン４１を通じて供給される。ま
た、三方弁４０の一方の流入口には都市ガス供給ライン
２ａを通じて都市ガスが供給され、他方の流入口には上
記三方弁３９の流出口からメタンガス等の気体燃料又は
メタノール蒸気が供給される。これら三方弁３９，４０
は図示しない制御装置からの切替指令により切替られる
ようになっている。

【００２３】なお、図中４３はメタノール蒸発器２２内
で蒸気化したメタノールの蒸気圧を計測する計測計であ
る。

【００２４】次に上記のように構成された燃料電池発電
装置の動作について述べる。

【００２５】通常の都市ガスによる運転は、従来例で述
べたのと同様であるが、この場合メタノール蒸発器２２
に装着された熱交換器３１には，燃料電池本体１２の冷
却器１８の出口側に接続された熱交換器１９の出口より
三方弁３４、温水ライン３５を経て温水が供給され、常
時メタノール蒸発器２２は加熱されている。

【００２６】このような状態にあるとき、都市ガス供給
ライン２ａの圧力が低下し、これを圧力検出器２１が検
出すると、直ちにメタノール供給ポンプ３２が起動し、
メタノール貯蔵タンク３３よりメタノール蒸発器２２に
メタノール２３が供給される。

【００２７】一方、これと同時に三方弁４０を通常運転
の都市ガス供給ライン２ａから、三方弁３９の流出側ラ
インに切替える。

【００２８】この三方弁３９は，メタノール蒸発器２２
で気化させたメタノール蒸気またはメタンガス等のガス
ボンベ３７からのメタンガス等の気体燃料の何ずれかを
選択して供給する。メタノール供給ポンプ３６の起動時
には、メタンガス等のボンベに充填した気体燃料が供給
されるように三方弁３９を切替える。その結果、三方弁
４０を都市ガス供給ライン２ａから三方弁３９の流出側
ラインに切替えることによってメタンガス等のボンベに
充填した気体燃料を改質器３６に直ちに供給することが
できる。

【００２９】その後、圧力計４３によりメタノール蒸発
器２２の内部蒸気圧力が所定値以上になったことを検出
した時点で、三方弁３９をボンベガス供給ライン３８か
らメタノール蒸気供給ライン４１に切替える。これによ
り、所定量のメタノール蒸気が三方弁４０より水添脱硫
装置６、エジェクタ７を経由して改質器３６に供給され
る。

【００３０】したがって、このような構成とすれば、都
市ガスがしゃ断してメタルール蒸気が吐出されるまでの
数分間の間は、メタンガス等のガスボンベ３７より気体
燃料を改質器３６に供給し、その改質ガスにより燃料電
池本体１２を継続して運転することができる。この場
合、気体燃料の使用時間は短時間なので、小容量のガス
ボンベでよい。

【００３１】なお、上記実施例では、三方弁３９，４０
を設けてボンベからの気体燃料とメタノールとの切替、
都市ガスとボンベからの気体燃料またはメタノールとの
切替を行うようにしたが、メタノール蒸気供給ライン４
１とボンベガス供給ライン３８に二方弁を設け、また都
市ガス供給ライン２ａに閉鎖弁を設けてこれらを制御指
令で開閉しても前述と同様の切替制御を行うことができ
るものである。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、都市
ガス等の気体燃料の供給が断たれた場合に、メタノール
等の液体燃料蒸気が安定に供給できるまでの間、メタン
ガス等のボンベに充填した気体燃料を供給することによ
り、所定の出力を確保しながら運転を継続させることが
できる燃料電池発電装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃料電池発電装置の第１の実施例
を示す系統構成図。

【図２】従来の燃料電池発電装置の一例を示す系統構成
図。

【符号の説明】

２ａ……都市ガス供給ライン、３……低温シフト変成
器、４……改質ガスライン、５……再循環ライン、６…
…水添脱硫装置、７……エジェクタ、８……分離器、９
……水蒸気ライン、１０……改質器、１１……電池供給
ライン、１２……燃料電池本体、１３……水素極、１４
……バーナライン、１５……空気圧縮機、１６……酸素
極、１７……ポンプ、１８……冷却器、１９，２０……
熱交換器、２１……圧力検出器、２２……メタノール蒸
発器、２３……メタノール、２４……ヒータ、２５……
蒸気供給弁、２６……蒸気安全弁、２７……改質器燃焼
排ガス、３１……熱交換器、３２……メタノール供給ポ
ンプ、３３……メタノール貯蔵タンク、３４，３９，４
０……三方弁、３５……温水ライン、３７……ガスボン
ベ、３８……ボンベガス供給ライン、４１……メタノー
ル蒸気供給ライン、４３……圧力計。

フロントページの続き (72)発明者 徳野 正敏 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 岡村 長生 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 東芝アイテック株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 常時は気体燃料を改質器に供給してその
   改質を行い、得られる改質ガスを燃料電池本体に供給し
   て発電を行うとともに、前記気体燃料の供給がしゃ断し
   た場合に蒸発器で加熱し蒸気化させた液体燃料蒸気を前
   記改質器に供給するようにした燃料電池発電装置におい
   て、メタンガス等の気体燃料が充填されたガスボンベ
   と、前記蒸発器で液体燃料蒸気を供給する液体燃料蒸気
   ラインまたは前記ガスボンベより気体燃料を供給するボ
   ンベガスラインの何ずれかに切替える切替弁と、前記気
   体燃料の供給支障を検出する検出器と、この検出器によ
   り気体燃料の供給支障が検出されると前記蒸発器の加熱
   を開始するとともに、前記切替弁をボンベガスライン側
   に切替えて前記ボンベガスを前記改質器に供給し、且つ
   前記蒸発器で液体燃料が蒸気化した時点で前記切替弁を
   液体燃料蒸気ライン側に切替えて前記液体燃料蒸気を前
   記改質器に供給する制御手段とを備えたことを特徴とす
   る燃料電池発電装置。