JPH1167251A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 格納容器のパージガスを空気とすることによ
りパージガスラインのコンパクト化とコスト低減化を図
った燃料電池発電装置を提供する。 【解決手段】 カソードとアノードからなり酸素を含む
カソードガスと水素を含むアノードガスから発電する燃
料電池２０と、この燃料電池２０を格納する格納容器２
１と、アノードから排出されるアノード排ガスとカソー
ドから排出されるカソード排ガスを燃焼し、その熱で水
蒸気を含む燃料ガスを改質しアノードガスとしてアノー
ドに供給する改質器２２と、この改質器２２からの燃焼
排ガスをカソードに供給する炭酸ガスリサイクルライン
７と、この炭酸ガスリサイクルライン７に空気を供給す
る空気ライン８と、カソード排ガスによりタービンを駆
動して空気を圧縮し空気ライン８に供給するタービン圧
縮機２８と、を備えた燃料電池発電装置において、空気
ライン８より分岐し格納容器２１にパージガスを供給す
るパージガスライン１４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池格納容器
のパージガスとして空気を供給する燃料電池発電装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率で環境
への影響が少ないなど、従来の発電装置にない特徴を有
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、現在鋭意研究が進められている。

【０００３】図２は都市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の一例を示す図である。同図
において、発電設備は、蒸気と混合した燃料ガス（都市
ガス）を水素を含むアノードガスに改質する改質器２２
と、酸素を含むカソードガスと水素を含むアノードガス
とから発電する燃料電池２０とを備えており、改質器２
２で作られるアノードガスはアノードガスライン２によ
り燃料電池２０に供給され、燃料電池２０の中でその大
部分を消費してアノード排ガスとなり、アノード排ガス
ライン４により燃焼用ガスとして触媒燃焼器２３へ供給
される。なお、燃料電池２０は格納容器２１内に格納さ
れている。

【０００４】触媒燃焼器２３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）を燃焼して高温
の燃焼排ガスを生成し、改質器２２の加熱室に供給しこ
の燃焼排ガスにより改質室を加熱し、改質室で改質触媒
により燃料ガスを改質してアノードガスとする。アノー
ドガスは燃料予熱器２４によって燃料ガスライン１を流
れる蒸気と混合した燃料ガスと熱交換し、冷却された後
燃料電池２０のアノードに供給される。また加熱室を出
た燃焼排ガスは炭酸ガスリサイクルライン７で炭酸ガス
ブロワ３２によりカソードに供給される。燃焼排ガスに
は多量の炭酸ガスが含まれており、電池反応に必要な炭
酸ガスの供給源となる。空気ライン８からの空気が炭酸
ガスブロワ３２の出側に供給されカソードの電池反応に
必要な酸素を供給する。カソードから排出されるカソー
ド排ガスの一部は循環ライン３によりカソードに供給さ
れる。このカソード排ガスと燃焼排ガスと空気が混合し
てカソードガスとなりカソードに供給される。

【０００５】このカソードガスは燃料電池２０内で電池
反応して高温のカソード排ガスとなり、一部はカソード
排ガスライン５により触媒燃焼器２３へ供給され、残部
は排熱利用ライン６で空気を圧縮する圧縮機を駆動する
タービン圧縮機２８で動力を回収した後、さらに排熱回
収蒸気発生装置３０で熱エネルギを回収して系外に排出
される。なお、この排熱回収蒸気発生装置３０で発生し
た蒸気が蒸気ライン９により燃料ガスライン１に入り、
燃料ガスと混合して改質器２２に送られる。

【０００６】改質器２２から排出される燃焼排ガスの一
部はパージガスライン１０で、冷却器３６により冷却さ
れ、気水分離器３７で水分を除去された後、パージガス
ブロワ３８で格納容器２１に供給される。燃焼排ガスは
酸素分が少ないので、燃料電池２０のように水素を含む
アノードガスを使用する場所には適しているとして用い
られている。格納容器２１のパージガスはパージガス放
出ライン１１により放出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】改質器２２から排出さ
れる燃焼排ガス（ほぼ５８０℃）の一部はパージガスラ
イン１０でほぼ５０℃に冷却されてパージガスとして格
納容器２１に供給される。パージガスライン１０ではこ
のような冷却を行なうため、冷却器３６、気水分離器３
７が必要であり、さらにこの冷却された燃焼排ガスを格
納容器２１に送り込むパージガスブロワ３８が必要であ
り、これらが燃料電池発電装置のコンパクト化およびコ
スト低減の弊害になっていた。

【０００８】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
で、格納容器のパージガスを空気とすることによりパー
ジガスラインのコンパクト化とコスト低減化を図った燃
料電池発電装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【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、カソードとアノードからなり
酸素を含むカソードガスと水素を含むアノードガスから
発電する燃料電池と、この燃料電池を格納する格納容器
と、アノードから排出されるアノード排ガスとカソード
から排出されるカソード排ガスを燃焼し、その熱で水蒸
気を含む燃料ガスを改質しアノードガスとしてアノード
に供給する改質器と、この改質器からの燃焼排ガスをカ
ソードに供給する炭酸ガスリサイクルラインと、この炭
酸ガスリサイクルラインに空気を供給する空気ライン
と、前記カソード排ガスによりタービンを駆動して空気
を圧縮し前記空気ラインに供給するタービン圧縮機と、
を備えた燃料電池発電装置において、前記空気ラインよ
り分岐し前記格納容器にパージガスを供給するパージガ
スラインを設ける。

【００１０】カソードに供給される圧縮空気はカソード
排ガスを用いてタービン圧縮機により生成される。一般
的にタービン圧縮機が供給する空気量は燃料電池プラン
トが必要とする空気量よりも多く、一部大気に放出する
場合もある。特に低負荷時には空気過剰状態となる。格
納容器にバージガスを供給するのは低負荷時に行われる
ことが多いので、この余剰空気を有効に利用できる。な
お、格納容器内に水素検出器を設け水素の漏洩を監視す
ることにより安全性は確保される。また、従来のパージ
ガスラインに用いられていた冷却器、気水分離器、パー
ジガスブロワなどが不要になるので、コンパクトな装置
となり、運転が容易となりプラントコストの低減を図る
ことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の燃
料電池発電装置の全体構成図である。本図において図２
と同一機能を有するものは同一符号で表す。燃料電池発
電装置は、蒸気を含む燃料ガスを水素を含むアノードガ
スに改質する改質器２２と、アノードガスと酸素および
炭酸ガスを含むカソードガスとから発電する燃料電池２
０とを備える。燃料電池２０は格納容器２１に格納され
ている。燃料電池２０から排出されるアノード排ガス
は、アノード排ガスライン４により触媒燃焼器２３に供
給され、酸素を含むカソード排ガスの一部と共に燃焼触
媒を用いて燃焼する。改質器２２は水蒸気を含む都市ガ
スを触媒により改質ガスにする改質室と触媒燃焼器２３
からの燃焼排ガスにより改質室を加熱する加熱室からな
る。カソードには、炭酸ガスを含む燃焼排ガスが炭酸ガ
スリサイクルライン７により供給され、空気ライン８に
より酸素を含む空気が供給され、さらに循環ライン３に
よりカソード排ガスの一部を循環させ、これらが混合し
てカソードガスとして供給される。循環ライン３の循環
ガス量は流量制御弁４０により調整される。

【００１２】天然ガスを成分とする都市ガスは燃料ガス
ライン１により供給され、脱硫器２６で硫酸分を除去さ
れた後蒸気ライン９からの蒸気と混合し、燃料予熱器２
４で予熱されて改質器２２の改質室に入る。改質室より
生成されたアノードガスはアノードガスライン２により
燃料予熱器２４で燃料ガスを加熱した後、燃料電池２０
のアノードに供給される。燃料電池２０のカソードに
は、炭酸ガスリサイクルライン７からの炭酸ガスと、空
気ライン７からの空気と、循環ライン３からのカソード
排ガスとが混合されてカソードガスとなり、この混合ガ
スが炭酸ガスブロワ３２により供給される。燃料電池２
０はアノードガスとカソードガスを供給され発電を行
う。アノードでの反応により蒸気と未燃焼成分を含むア
ノード排ガスが排出され、アノード排ガスライン４によ
り触媒燃焼器２３に供給される。カソードでの反応によ
り生成さたカソード排ガスは、一部は循環ライン３によ
りカソードへ循環し、他の一部はカソード排ガスライン
５により触媒燃焼器２３に供給され、残部は排熱利用ラ
イン６に供給される。

【００１３】触媒燃焼器２３には燃料電池２０のアノー
ド排ガスとカソード排ガスが供給される。燃料電池の燃
料利用率は８０％程度なので、アノード排ガスには２０
％程度の燃料成分が含まれている。カソード排ガスには
燃焼に必要な酸素が含まれている。改質器２２の加熱室
からの燃焼排ガスには炭酸ガスが含まれ、これはカソー
ドでの電池反応に必要なので、炭酸ガスリサイクルライ
ン７によりカソードへ供給される。

【００１４】炭酸ガスリサイクルライン７には炭酸ガス
ブロワ３２が設けられ、この炭酸ガスブロワ３２の入側
には循環ライン３が接続され、出側には空気ライン８が
接続されており、これらのライン３，７，８からのガス
をカソードに送り込んでいる。カソード排ガスの一部は
排熱利用ライン６へ供給され、タービン圧縮機２８を駆
動した後、排熱回収蒸気発生装置３０へ供給される。排
熱回収蒸気発生装置３０では給水をタービン圧縮機２８
のタービンを駆動した排ガスにより蒸気とし、蒸気ライ
ン９により燃料ガスライン１に供給する。排熱回収蒸気
発生装置３０の排ガスは大気に放出される。

【００１５】空気はタービン圧縮器２８の圧縮機へ入
り、加圧されて逆止弁４５を経て空気ライン８に供給さ
れる。空気はバイパスライン１２で空気ブロワ３４によ
り加圧され空気ライン８に供給される。空気ブロワ３４
の入側には逆止弁４４が設けられ、更に圧縮機出側とを
結ぶタイライン１３が設けられている。空気ブロワ３４
はタービン圧縮機２８のバックアップとして用いられ
る。プラント始動時はカソード排ガスの量が少ないので
電動機で駆動される空気ブロワ３４が用いられる。

【００１６】タービン圧縮機２８の圧縮機出側より格納
容器２１内にパージガスライン１４が設けられ空気を格
納容器２１に供給する。パージガスライン１４には逆止
弁４６と流量制御弁４１が設けられ、逆流を防止し流量
を調整する。さらに空気ブロワ３４の出側より逆止弁４
７を介してパージライン１４の逆止弁４６の出側に接続
する空気補助ライン１５が設けられ、空気ブロワ３４で
のバックアップもできるようになっている。格納容器２
１から流量制御弁４２を介して触媒燃焼器２３に格納容
器２１の排出ガスを供給するパージガス排出ライン１６
が設けられ、触媒燃焼器２３に酸素を供給する。

【００１７】燃料電池２０にはアノードより水素を含む
アノードガスが供給され電池反応を行なうが、このガス
が格納容器２１内に漏洩する可能性もあり、パージガス
の空気に含まれる酸素と一定の割合で混合しないよう、
図示しない水素検出器が設けられ、水素の漏洩を常に監
視している。これにより格納容器２１のパージガスを空
気としても、安全に稼働することができる。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、カソード排ガスで駆動されるタービン圧縮機で圧縮
した空気を格納容器のパージガスとして使用することに
より、従来燃焼排ガスを使用するため必要となってい
た、冷却器、気水分離器、パージガス用ブロワなどの設
備が不要となり、コンパクトな装置となり、運転性が向
上しプラントコストが低減される。また、タービン圧縮
機の余剰空気の有効利用となるので、プラント効率が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の燃料電池発電装置の全体構
成図である。

【図２】従来の燃料電池発電装置の全体構成図である。

【符号の説明】

１ 燃料ガスライン ２ アノードガスライン ３ 循環ライン ４ アノード排ガスライン ５ カソード排ガスライン ６ 排熱利用ライン ７ 炭酸ガスリサイクルライン ８ 空気ライン ９ 蒸気ライン １２ バイパスライン １３ タイライン １４ パージガスライン １５ 空気補助ライン １６ パージガス排出ライン ２０ 燃料電池 ２１ 格納容器 ２２ 改質器 ２３ 触媒燃焼器 ２４ 燃料予熱器 ２６ 脱硫器 ２８ タービン圧縮機 ３０ 排熱回収蒸気発生装置 ３２ 炭酸ガスブロワ ３４ 空気ブロワ ４０，４１，４２ 流量制御弁 ４４，４５，４６，４７ 逆止弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カソードとアノードからなり酸素を含む
   カソードガスと水素を含むアノードガスから発電する燃
   料電池と、この燃料電池を格納する格納容器と、アノー
   ドから排出されるアノード排ガスとカソードから排出さ
   れるカソード排ガスを燃焼し、その熱で水蒸気を含む燃
   料ガスを改質しアノードガスとしてアノードに供給する
   改質器と、この改質器からの燃焼排ガスをカソードに供
   給する炭酸ガスリサイクルラインと、この炭酸ガスリサ
   イクルラインに空気を供給する空気ラインと、前記カソ
   ード排ガスによりタービンを駆動して空気を圧縮し前記
   空気ラインに供給するタービン圧縮機と、を備えた燃料
   電池発電装置において、前記空気ラインより分岐し前記
   格納容器にパージガスを供給するパージガスラインを設
   けたことを特徴とする燃料電池発電装置。