JPH04144068A - 燃料電池発電システムの昇温方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、燃料電池発電プラントの起動時に、燃料電池
を昇温するための昇温方法に関するものである。

（従来の技術） 近年、燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネル
ギーに変換するものとして燃料電池発電システムが知ら
れている。この燃料電池発電システムは、通常、電解質
を挟んで一対の多孔質電極を配置して燃料電池単位セル
を構成すると共に、一方の電極である燃料極の背面に水
素等の燃料を接触させ、また、他方の電極である空気極
の背面に空気等の酸化剤を接触させ、このとき起こる電
気化学的反応を利用して、上記電極間から電気エネルギ
ーを取り出すようにしたものであり、この様な単位セル
を多数枚積層配置して燃料電池スタックを構成し、これ
に前記燃料と酸化剤が供給されている限り、高い変換効
率で電気エネルギーを取り出すことができるものである
。

この様な燃料電池発電システムにおいては、燃料電池発
電プラントを起動する際に、燃料電池を昇温させる必要
がある。そのため、従来から、第２図に示した様な昇温
方法が用いられていた。即ち、原燃料である天然ガスを
必要な圧力に昇圧する天然ガスコンプレッサ１が、アフ
タークーラー２及び遮断弁３を介して燃料改質処理装置
４に接続され、さらに、燃料電池５に接続されている。

また、燃料改質処理装置４の出口４ｂから入口４ａには
、改質処理されたガスを循環させる燃料循環系統Ａが設
けられ、この燃料循環系統Ａの経路中には、循環コンプ
レッサ６及びそれより容量の大きい起動用循環コンプレ
ッサ７が互いに並列に設けられている。

なお、前記アフタークーラー２は、天然ガスコンプレッ
サ１における圧縮処理によって昇温した天然ガスを冷却
するためのものであり、また、燃料改質処理装置４は、
天然ガスを水素リッチガスに改質し、−酸化炭素をＨ２
に変成し、さらに、脱硫等を行うものである。また、燃
料循環系統Ａは、燃料改質処理装置４の処理効率を向上
させるために、燃料電池発電プラントの運転中に燃料ガ
スを再び燃料改質処理装置４に循環させるためのもので
ある。

この様な燃料電池発電システムにおいて、燃料電池発電
プラントを起動する際には、以下の様にして燃料電池の
昇温を行っている。即ち、燃料循環系統Ａを用いて窒素
を循環させ、この窒素を燃料改質処理装置４内の熱源を
用いて昇温させ、それを燃料電池５に送り込むことによ
って燃料電池を昇温させている。なお、この際の循環流
量は通常運転時よりかなり大きいため、循環用コンプレ
ッサ６に代わって大容量の起動用循環コンプレッサ７が
用いられている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の様に構成された従来の燃料電池発
電システムの昇温方法においては、プラントの起動時の
みに使用する大容量の起動用循環コンプレッサ７を設置
しなければならないため、プラントの縮小化が図れない
といった欠点があった。また、従来の昇温方法は、燃料
改質処理装置４を出た燃料ガスを、再び燃料改質処理装
置４に循環させるたけてあり、何ら補助熱源が設けられ
ていないため、燃料電池を起動するに足る熱量を得るの
に長時間を要し、起動時間の短縮化を実現することは困
難であった。

本発明は、上記の欠点を解消するために提案されたもの
で、その目的は、プラントの縮小化及び起動時間の短縮
化を可能とし、経済性に優れた簡便な燃料電池発電シス
テムの昇温方法を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の燃料電池発電システムの昇温方法は、燃料改質
処理装置の出口側より入口側に燃料ガスを循環させるよ
うに設けられた燃料循環系統から分岐して、原燃料コン
プレッサの入口側に接続される起動用循環系統を設け、
また、原燃料コンプレッサの下流側に設けられたアフタ
ークーラーにバイパス系統を設け、起動時には、燃料改
質処理装置より出た燃料ガスを、起動用循環系統を経由
して原燃料コンプレッサに送り込み、さらに、バイパス
系統を経由して燃料改質処理装置に循環させることを特
徴とするものである。

（作用） 本発明の燃料電池発電システムの昇温方法によれば、従
来必要であった大容量の起動用コンプレッサを不要とす
ることができるので、プラントの縮小化が可能となる。

また、原燃料コンプレッサを経由させることによって燃
料ガスが昇温されるので、補助熱源として利用すること
ができ、起動時昇温作業が効率良く行える。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図に基づいて具体的に説
明する。なお、第２図に示した従来型と同一の部材につ
いては同一の符号を付して、説明を省略する。

本実施例においては、第１図に示した様に、燃料循環系
統Ａから分岐して原燃料コンプレッサである天然ガスコ
ンプレッサ１の」二流側（且つ、図示しない原燃料遮断
弁の下流側）に接続される起動用循環系統Ｂが形成され
、この起動用循環系統Ｂには第１の遮断弁１０が設けら
れている。また、前記燃料循環系統Ａには、循環コンプ
レッサ６及び第２の遮断弁１１が設けられている。さら
に、アフタークーラー２及び遮断弁３をバイパスするア
フタークーラーバイパス系統Ｃが形成され、このバイパ
ス系統Ｃには第３の遮断弁１２が設けられている。

なお、前記第１の遮断弁１０及び第３の遮断弁１２は、
プラント起動昇温時のみ“開”とされ、第２の遮断弁１
１は起動昇温時のみ“閉”とされるように構成されてい
る。

この様な構成を有する本実施例の燃料電池発電システム
の昇温方法においては、以下に述べる様にして燃料電池
が昇温される。即ち、プラント起動時に燃料電池を昇温
する場合には、まず、燃料循環系統Ａに設けられた第２
の遮断弁１１を“閉”とし、起動用循環系統Ｂに設けら
れた第１の遮断弁１０を“開”とし、さらに、天然ガス
コンプレッサ１の−４−流側に設けられた図示しない原
燃料遮断弁を“閉”として、燃料改質処理装置４を出た
燃料ガスの一部を天然ガスコンプレッサ１に流入させ、
天然ガスコンプレッサ１によって昇圧・昇温し７た後、
高温状態を保つため、アフタークーラー２を経由せずに
、アフタークーラーバイパス系統Ｃを経由させて、燃料
改質処理袋ｗ４に昇温用ガスを循環させる。そして、こ
の燃料ガスを燃料改質処理装置４によってさらに昇温さ
せた後、燃料電池５に送り込むことによって、燃料電池
５を昇温させる。

この様に、本発明によれば、大容量の起動用循環コンプ
レッサが不要となるだけでなく、プラント内で最も容量
が大きく、且つ、流量及び圧力の調節が可能な天然ガス
コンプレッサを循環用コンプレッサきして用いるため、
起動時の昇温用ガスの循環量を大きくすることができ、
また、天然ガスコンプレッサにおける圧縮動作による発
熱を、昇温用の補助熱源として利用することができるた
め、昇温時間の短縮化が図れる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、上記の第１〜第３の遮断弁１０〜１２のすべである
いは一部を、燃料電池発電プラント内の任意の場所にお
ける温度を、予め定められた値にするよう制御する温度
調節弁とすることもてきる。この場合は、設定温度との
差によって、それらの弁開度を適宜調節することができ
るので、常に一定の条件で燃料電池を昇温することがで
きる。

［発明の効果］ 以上述べた様に、本発明によれば、燃料改質処理装置の
出口側より入口側に燃料ガスを循環させる燃料循環系統
から分岐して、原燃料コンプレッサの入口側に接続され
る起動用循環系統を設け、また、原燃料コンプレッサの
下流側に設けられたアフタークーラーにバイパス系統を
設け、起動時には、燃料ガスを起動用循環系統及びバイ
パス系統を経由させて燃料改質処理装置に循環させるこ
とによって、プラントの縮小化及び起動時間の短縮化を
可能とし、経済性に優れた簡便な燃料電池発電システム
の昇温方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池発電システムの昇温方法の一
実施例を示す構成図、第２図は従来の燃料電池発電シス
テムの昇温方法の一例を示す構成図である。 １・・・天然ガスコンプレッサ、２・・・アフタークー
ラー、３・・・遮断弁、４・・・燃料改質処理装置、５
・・・燃料電池、６・・・循環コンプレッサ、７・・・
起動用循環コンプレッサ、１０・・・第１の遮断弁、１
１．１．第２の遮断弁、１２・・・第３の遮断弁、Ａ・
・・燃料循環系統、Ｂ・・・起動用循環系統、Ｃ・・・
アフタークーラーバイパス系統。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料改質処理装置の出口側より入口側に燃料ガスを循環
   させるように設けられた燃料循環系統から分岐して、前
   記燃料改質処理装置の上流側に設けられた原燃料コンプ
   レッサの入口側に接続される起動用循環系統を設け、ま
   た、前記原燃料コンプレッサの下流側に設けられたアフ
   タークーラーにバイパス系統を設け、起動時には、燃料
   改質処理装置より出た燃料ガスを、前記起動用循環系統
   を経由して原燃料コンプレッサに送り込み、さらに、前
   記バイパス系統を経由して燃料改質処理装置に循環させ
   ることを特徴とする燃料電池発電システムの昇温方法。