JPH0569856U - 溶融炭酸塩型燃料電池の保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融炭酸塩型燃料電池の負荷上昇時における
負荷変化率の向上を図ることを目的する。 【構成】 天然ガス１の改質を行って燃料ガス１０を得
る改質器６と、該改質器６により得られた燃料ガス１０
をアノード９側に導入する燃料電池８と、前記アノード
９からの出側ガス１２を前記改質器６に導いて燃焼し、
燃焼した酸化ガス７を前記燃料電池８のカソード１１側
に導くようにした酸化ガス供給流路１３とを備えた溶融
炭酸塩型燃料電池の保護装置であって、前記燃料電池８
のカソード１１出側の排気ガス１８のＣＯ₂濃度を検出
するＣＯ₂濃度計１９と、該ＣＯ₂濃度計１９からのＣＯ
₂濃度信号２０が設定値２１以下になった時に前記燃料
電池８を制御している制御装置１６の負荷増加信号１
７’を今の値に固定する負荷制限指令装置２２を備え
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、溶融炭酸塩型燃料電池の保護装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図４は従来の溶融炭酸塩型燃料電池の一例を示すもので、天然ガス１を改質用 燃料流路２と昇温用燃料流路３により分岐して改質用燃料４と昇温用燃料５とし て改質器６に導き、昇温用燃料５を改質器６の図示しないバーナに導いて燃焼さ せることにより改質器６内の触媒を加熱して略８００℃に保持するようにし、ま た改質用燃料４を改質器６の触媒に反応させて改質し、得られたＨ₂，ＣＯ等の 燃料ガス１０を燃料電池８のアノード９側に導き、又バーナの燃焼によって生じ たＣＯ₂等の酸化ガス７を燃料電池８のカソード１１側に導いて発電を行うよう にしている。又、改質器６のバーナには前記アノード９に導かれて反応した後の アノード出側ガス１２が酸化ガス供給流路を介して導かれ燃焼されるようになっ ている。即ち、アノード出側ガス１２には未だ反応に利用されなかったＨ₂，Ｃ Ｏが多く残っているので、これをバーナで燃焼させるようにしている。改質器６ の温度が所定温度（略８００℃）に達するようになると、前記アノード出側ガス １２をバーナで燃焼させるのみで改質器６の温度保持を十分に賄うことができる ようになるので、昇温用燃料流路３に設けた遮断弁１４を閉じるようにしている 。従って、前記昇温用燃料流路３による昇温用燃料５の供給は、殆ど改質器６の 起動時にのみ行われる。

【０００３】 前記燃料電池８は、出力指令１５を受けている制御装置１６からの負荷指令１ ７により、前記燃料ガス１０及び酸化ガス７の流量等が制御されて、出力指令１ ５に応じた電気の発電が行われるようになっている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、前記従来の装置においては、燃料電池８の負荷（出力）を上昇しよう とする時、負荷指令１７の負荷上昇幅が所定値より大きいと（特に低負荷から高 負荷に負荷変動しようとする時、図５では３０％から１００％に上昇）、改質器 ６に導入される改質用燃料４の流量は直ちに増加されて、アノード９に導かれる 燃料ガス１０の流量は増加されるが、アノード９からの出側ガス１２は比較的長 い酸化ガス供給流路１３を介して改質器６に導かれて燃焼され、燃焼によって生 じた酸化ガス７がカソード１１に導かれるようになっているために、酸化ガス７ の流量が増加するまでには時間的な遅れがあり、そのために図５に示すようにカ ソード１１入口における酸化ガス７のＣＯ₂量Ａが減少し、カソード１１出口の ＣＯ₂量Ｂが零になることがあり、そのために燃料電池８が異常状態で運転され ることになって燃料電池８の安全性が損われる重要な問題が生じていた。

【０００５】 本考案は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、溶融炭酸塩型燃料電池の 負荷上昇時に酸化ガスが不足する問題から燃料電池を保護することを目的とする 。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、天然ガスの改質を行って燃料ガスを得る改質器と、該改質器により 得られた燃料ガスをアノード側に導入する燃料電池と、前記アノードからの出側 ガスを前記改質器に導いて昇温用燃料として燃焼し、燃焼した酸化ガスを前記燃 料電池のカソード側に導くようにした酸化ガス供給流路とを備えた溶融炭酸塩型 燃料電池の保護装置であって、前記燃料電池のカソード出側の排気ガスのＣＯ₂ 濃度を検出するＣＯ₂濃度計と、該ＣＯ₂濃度計からのＣＯ₂濃度信号が設定値以 下になった時に前記燃料電池を制御している制御装置の負荷増加信号を今の値に 固定する負荷制限指令装置を備えたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の保 護装置、及び天然ガスの改質を行って燃料ガスを得る改質器と、該改質器により 得られた燃料ガスをアノード側に導入する燃料電池と、前記アノードからの出側 ガスを前記改質器に導いて昇温用燃料として燃焼し、燃焼した酸化ガスを前記燃 料電池のカソード側に導くようにした酸化ガス供給流路と、前記カソードからの 酸化ガスを導入して熱回収を行う熱回収装置とを備えた溶融炭酸塩型燃料電池の 保護装置であって、前記燃料電池のカソード出側の排気ガスのＣＯ₂濃度を検出 するＣＯ₂濃度計と、該ＣＯ₂濃度計からのＣＯ₂濃度信号が設定値以下になった 時に前記燃料ガスと酸化ガスを夫々バイパス流路に切替えて燃料電池への供給を 遮断することにより前記燃料電池の運転を停止する停止指令装置を備えたことを 特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の保護装置、に係るものである。

【０００７】

【作用】

請求項１の考案では、カソード出側の酸化ガスのＣＯ₂濃度が設定値以下にな ると、負荷制限指令装置が、制御装置から燃料電池に入力されている負荷増加信 号をその時の値に固定するよう制御して、ＣＯ₂濃度が更に低下するのを防止す る。ＣＯ₂濃度が上昇してきたら再び負荷増加信号による燃料電池の制御を再開 するようにし、酸化ガスの不足による問題から燃料電池を保護する。

【０００８】 請求項２の考案では、カソード出側の酸化ガスのＣＯ₂濃度が設定値以下にな ると、停止指令装置が作動して燃料電池に供給されていた燃料ガスと酸化ガスを 夫々バイパス流路に切替えることにより燃料電池への供給を遮断し、燃料電池の 運転を停止させることにより、酸化ガスの不足による問題から燃料電池を保護す る。

【０００９】

【実施例】

以下本考案の実施例を図面を参照しつつ説明する。

【００１０】 図１は前記図４に示した溶融炭酸塩型燃料電池に適用した請求項１の考案の一 実施例を示すもので、図中図４と同一の符号を付したものは同一物を表わしてお り、詳細な説明は省略する。

【００１１】 図１に示すように、燃料電池８のカソード１１の出側に、カソード１１で反応 した後の排気ガス１８のＣＯ₂濃度を検出するＣＯ₂濃度計１９を設け、更に、該 ＣＯ₂濃度計１９からのＣＯ₂濃度信号２０と設定値２１を入力するようにした負 荷制限指令装置２２を設けている。該負荷制限指令装置２２は、前記ＣＯ₂濃度 信号２０が設定値２１以下になった時に前記燃料電池８を制御している制御装置 １６の負荷指令１７による負荷増加信号１７’を図３に示すように今の値ａに固 定する負荷制限指令信号２３を前記制御装置１６に出力するようになっている。

【００１２】 制御装置１６から負荷増加信号１７’が燃料電池８に出されると、改質器６か らの燃料ガス１０は短時間のうちに増加されるが、酸化ガス７は燃料電池８のア ノード９を通って反応した後、長い酸化ガス供給流路１３を経てカソード１１に 導かれるために時間遅れが生じ、このためにカソード１１において酸化ガス７不 足の傾向になる。

【００１３】 この時、酸化ガス７のＣＯ₂濃度をＣＯ₂濃度計１９が検出しているので、この 検出したＣＯ₂濃度信号２０が設定値２１より低下すると、負荷制限指令装置２ ２は、負荷制限指令信号２３を制御装置１６に出力して、制御装置１６から燃料 電池８に入力している負荷増加信号１７’をその時の値ａに固定するよう制御す る。これによってＣＯ₂濃度が更に低下するのが防止され、時間の経過と共に酸 化ガス７量が増加してくるので、ＣＯ₂濃度が設定値２１より上昇してきたら再 び負荷増加信号１７’による燃料電池８の制御を行う。これにより、酸化ガス７ の不足による問題から燃料電池８を保護することができる。

【００１４】 図２は請求項２の考案の一実施例を示したもので、燃料電池８による発電と、 カソード１１出側の排気ガス１８をボイラ等の熱回収装置２４に導いて熱を回収 するようにした電気／熱並給型の燃料電池８に適用した場合であり、こうした電 気／熱並給型の燃料電池８は、一般に事業所や家庭用等の比較的小型の装置とし て主に考えられている。このような電気／熱並給型の燃料電池８においては、不 具合が生じても直ちに点検・修理を行うことが困難であるので、酸化ガス７の不 足が生じた際には、燃料電池８の運転を停止することが考えられる。

【００１５】 図２はこうした考えに基づいてなされたものであり、燃料電池８のカソード１ １の出側に、カソード１１で反応した後の排気ガス１８のＣＯ₂濃度を検出する ＣＯ₂濃度計１９を設け、更に、該ＣＯ₂濃度計１９からのＣＯ₂濃度信号２０と 設定値２１を入力するようにした停止指令装置２５を設けている。又、前記燃料 電池８に燃料ガス１０を供給する燃料ガス流路２６に、アノード９をバイパスし 切換弁２７により切替えることができる燃料ガスバイパス流路２８を設けると共 に、前記酸化ガス供給流路１３に、カソード１１をバイパスし切換弁２９により 切替えることができる酸化ガスバイパス流路３０を設ける。前記停止指令装置２ ５は、前記ＣＯ₂濃度信号２０が設定値２１以下になった時に夫々バイパス流路 ２８，３０側に切替えて燃料電池８への燃料ガス１０と酸化ガス７の供給を遮断 するように切換弁２７，２９に切替指令信号３１を出力するようになっており、 又制御装置１６及び改質器６にも同時に停止信号３２を出力して天然ガス１の供 給を停止し改質器６の運転を停止するようになっている。これにより、前記燃料 電池８の運転が停止（トリップ）されるようになっている。

【００１６】 制御装置１６から負荷増加信号１７’が燃料電池８に指令されると、カソード １１に導かれる酸化ガス７が不足の傾向になる。

【００１７】 この時、酸化ガス７のＣＯ₂濃度をＣＯ₂濃度計１９が検出しているので、この ＣＯ₂濃度が設定値２１より低下すると、停止指令装置２５は切替指令信号３１ を切換弁２７，２９に出力して、酸化ガス供給流路１３と燃料ガス流路２６を夫 々バイパス流路２８，３０側に切替え、これにより燃料電池８への燃料ガス１０ 及び酸化ガス７の供給が遮断されて燃料電池８の運転が停止される。これと同時 に、停止信号３２が制御装置１６及び改質器６に出力されて改質器６の運転も停 止され、燃料電池８は酸化ガスの不足による問題から保護される。

【００１８】 尚、本考案は前記実施例にのみ限定されるものではなく、本考案の要旨を逸脱 しない範囲内に於いて種々変更を加え得ることは勿論である。

【００１９】

【考案の効果】 前記した本考案の溶融炭酸塩型燃料電池の保護装置によれば、負荷上昇時に燃 料電池に供給される酸化ガスの不足の問題が発生しても、燃料電池を安全に保護 することができる優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の請求項１の一実施例を示すブロック図
である。

【図２】本考案の請求項２の一実施例を示すブロック図
である。

【図３】図１の作用を示す線図である。

【図４】従来の溶融炭酸塩型燃料電池の一例を示すブロ
ック図である。

【図５】従来装置の作用を示す線図である。

【符号の説明】

１ 天然ガス ６ 改質器 ７ 酸化ガス ８ 燃料電池 ９ アノード １０ 燃料ガス １１ カソード １２ アノード出側ガス １３ 酸化ガス供給流路 １６ 制御装置 １７’負荷増加信号 １８ 排気ガス １９ ＣＯ₂濃度計 ２０ ＣＯ₂濃度信号 ２１ 設定値 ２２ 負荷制限指令装置 ２５ 停止指令装置 ２８ 燃料バイパス流路 ３０ 酸化ガスバイパス流路 ａ 今の値

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 天然ガスの改質を行って燃料ガスを得る
   改質器と、該改質器により得られた燃料ガスをアノード
   側に導入する燃料電池と、前記アノードからの出側ガス
   を前記改質器に導いて昇温用燃料として燃焼し、燃焼し
   た酸化ガスを前記燃料電池のカソード側に導くようにし
   た酸化ガス供給流路とを備えた溶融炭酸塩型燃料電池の
   保護装置であって、前記燃料電池のカソード出側の排気
   ガスのＣＯ₂濃度を検出するＣＯ₂濃度計と、該ＣＯ₂濃
   度計からのＣＯ₂濃度信号が設定値以下になった時に前
   記燃料電池を制御している制御装置の負荷増加信号を今
   の値に固定する負荷制限指令装置を備えたことを特徴と
   する溶融炭酸塩型燃料電池の保護装置。
2. 【請求項２】 天然ガスの改質を行って燃料ガスを得る
   改質器と、該改質器により得られた燃料ガスをアノード
   側に導入する燃料電池と、前記アノードからの出側ガス
   を前記改質器に導いて昇温用燃料として燃焼し、燃焼し
   た酸化ガスを前記燃料電池のカソード側に導くようにし
   た酸化ガス供給流路と、前記カソードからの酸化ガスを
   導入して熱回収を行う熱回収装置とを備えた溶融炭酸塩
   型燃料電池の保護装置であって、前記燃料電池のカソー
   ド出側の酸化ガスのＣＯ₂濃度を検出するＣＯ₂濃度計
   と、該ＣＯ₂濃度計からのＣＯ₂濃度信号が設定値以下に
   なった時に前記燃料ガスと酸化ガスを夫々バイパス流路
   に切替えて燃料電池への供給を遮断することにより前記
   燃料電池の運転を停止する停止指令装置を備えたことを
   特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の保護装置。