JPH1167252A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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Publication number
JPH1167252A
JPH1167252A JP9229076A JP22907697A JPH1167252A JP H1167252 A JPH1167252 A JP H1167252A JP 9229076 A JP9229076 A JP 9229076A JP 22907697 A JP22907697 A JP 22907697A JP H1167252 A JPH1167252 A JP H1167252A
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JP
Japan
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gas
anode
cathode
line
fuel cell
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Pending
Application number
JP9229076A
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English (en)
Inventor
Hajime Saito
一 斉藤
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IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラント内の残存ガスを冷却して放出するこ
とにより、放出ラインの遮断弁と流量制御弁を低温仕様
として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に接続され冷却
器50、遮断弁52、流量制御弁54を経て装置内の残
存ガスを放出するガス放出ライン16と、この冷却器5
0と遮断弁52の間に接続され気水分離器37とパージ
ガスブロワ38を経て格納容器21に接続するパージガ
スライン15と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラント緊急停止
時にプラント内の残存ガスをして大気に放出する燃料電
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、一部は循環ライ
ン3によりカソードに循環し、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12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
酸素分が少なく炭酸ガスが多いので、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内のパージガ
スは炭酸ガスを含んでおり、パージガス放出ライン13
により炭酸ガスブロワ32の入側に放出され、カソード
に入る。
【0007】炭酸ガスリサイクルライン7には放出ライ
ン14が接続され、プラント緊急停止時にプラント内の
残存ガスを安全に大気に放出する。放出ライン14には
ガス放出時に開とする遮断弁40と、放出するガスの流
量を調整する流量制御弁42が設けられている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】プラント緊急停止時に
放出されるプラント内の残存ガスの温度は650℃程度
にもなる。また通常運転時には、炭酸ガスリサイクルラ
イン7の高温の燃焼排ガスを完全に締め切る必要がある
ため、遮断弁40および流量制御弁42には高温仕様の
弁が用いられており、これらはかなり高価なため、プラ
ントコストを引き上げる要因となっていた。
【0009】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
で、プラント内の残存ガスを冷却して放出することによ
り、ガス放出ラインの遮断弁と流量制御弁を低温仕様と
して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。
【0010】
【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接続され冷却器、遮断弁、流
量制御弁を経て装置内の残存ガスを放出する放出ライン
と、この冷却器と遮断弁の間に接続され気水分離器とパ
ージガスブロワを経て前記格納容器に接続するパージガ
スラインと、を備える。
【0011】パージガスラインは改質器からの燃焼排ガ
スを冷却器で冷却して格納容器に供給している。この冷
却器の容量をプラント緊急停止時に排出する残存ガスの
流量と格納容器21に供給する燃焼排ガスの流量の合計
量とする。残存ガスをこの冷却器で冷却した後、遮断弁
と流量制御弁を通して燃焼装置に排出することにによ
り、遮断弁と流量制御弁の仕様を低温仕様にして調達す
ることができ、プラントコストの低減を達成することが
できる。
【0012】
【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56により調整される。
【0013】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8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。
【0014】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。
【0015】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。
【0016】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59を経て空気ライン8に供給さ
れる。また、空気はバイパスライン10で空気ブロワ3
4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58が設けられ、更に圧縮機出
側とを結ぶタイライン11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。
【0017】炭酸ガスリサイクルライン7より分岐して
放出ライン16が設けられている。放出ライン16は分
岐点より冷却器50、遮断弁52、流量制御弁54のよ
うに配置されている。格納容器21へ改質器22からの
燃焼排ガスを冷却して供給するパージガスライン15
は、放出ライン16の冷却器50と遮断弁52の間より
分岐し、冷却された燃焼排ガスより水分を分離する気水
分離器37とこの分離したガスを格納容器21に送り込
むパージガスブロワ38を有し、格納容器21に接続し
ている。冷却器50の容量は残存ガス放出量と格納容器
21への燃焼排ガス供給量との合計量となっている。格
納容器21から炭酸ガスブロワ32の入側にパージガス
排出ライン13が設けられ、格納容器21内のパージガ
スをカソードに送り込んでいる。このパージガスは炭酸
ガスを含んでいるのでカソードで利用される。このパー
ジガス排出ライン13には差圧制御弁57が設けられ、
格納容器21内の圧力を減圧して炭酸ガスブロワ32入
側の圧力にまで低下している。
【0018】放出ライン16の遮断弁52と流量制御弁
54は低温に冷却された残存ガスを処理すればよいの
で、低温仕様の弁でよい。またガスは低温なので遮断弁
52からの多少のリークは許容される。これにより遮断
弁52と流量制御弁54の調達コストは大幅に低減され
る。
【0019】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、放出ラインにパージガスラインと共用の冷却器を設
け、プラント緊急停止時のプラント内の残存ガスを冷却
して遮断弁と流量制御弁とを低温仕様としたので、技術
的にも問題がある高温の排ガス放出弁の使用を避けるこ
とができプラント構成機器の信頼性が向する。さらにこ
れらの弁の調達費用が大幅に低下しプラントコストを低
減することができる。
【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 10 空気バイパスライン 11 タイライン 13 パージガス排出ライン 15 パージガスライン 16 放出ライン 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 37 気水分離器 38 パージガスブロワ 50 冷却器 52 遮断弁 54,56 流量制御弁 57 差圧制御弁 58,59 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
    イクルラインに接続され冷却器、遮断弁、流量制御弁を
    経て装置内の残存ガスを放出する放出ラインと、この冷
    却器と遮断弁の間に接続され気水分離器とパージガスブ
    ロワを経て前記格納容器に接続するパージガスライン
    と、を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
JP9229076A 1997-08-26 1997-08-26 燃料電池発電装置 Pending JPH1167252A (ja)

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Cited By (4)

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