(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ブロワ（２７）からの原料ガス（２６）に水蒸気（２３）を加えた燃料ガス（１）を改質器（３）の改質室（Ｒｅ）に導いて改質させ、改質した水素を含むアノードガス（２）を燃料電池（５）のアノード（Ａｎ）に供給すると共に、カソードガス（４）を燃料電池（５）のカソード（Ｃａ）に供給することにより発電を行い、前記カソード（Ｃａ）からのカソード排ガス（９）をタービン圧縮機（２１）のタービン（Ｔ）に導き、また前記カソード排ガス（９）の一部を前記アノード（Ａｎ）からのアノード排ガス（６）と共に改質器（３）の燃焼室（Ｃｏ）に導いて燃焼させることにより改質の熱源とし、改質器（３）からの燃焼排ガス（１０）を空気予熱器（１３）、凝縮器（１４）を介して気水分離ドラム（１５）に導き、タービン圧縮機（２１）における空気圧縮機（Ｃ）と空気ブロワ（２９）からの空気（１７）を、前記気水分離ドラム（１５）を経て低温ブロワ（１６）により昇圧された燃焼排ガス（１０）及び前記カソード排ガス（９）の一部と共に、カソード循環ライン（１８）を介して高温ブロワ（２８）によりカソードガス（４）として燃料電池（５）のカソード（Ｃａ）に供給し、更に低温ブロワ（１６）出口の排ガスの一部を格納容器（８）に導いて前記カソード循環ライン（１８）に戻すようにしている溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置の運転方法であって、燃料電池（５）の通常運転時に前記空気ブロワ（２９）を所定の低速回転で運転しておき、プラント緊急停止指令（３７）の発生時に、低温ブロワ（１６）、原料ブロワ（２７）、高温ブロワ（２８）は直ちに停止させるが、前記空気ブロワ（２９）の回転は所定時間継続させて、燃料電池（５）のカソード（Ｃａ）側の急速な圧力低下を防止した後、空気ブロワ（２９）の回転を停止することを特徴とする溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラントを緊急停止する時に燃料電池に異常差圧を生じさせないようにした溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融炭酸塩型の燃料電池は、高効率で環境への影響が少ないなど、従来の発電装置には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、現在世界各国で鋭意研究が進められている。
【０００３】
図４は天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置の一例を示す図である。図示するように、発電設備は、天然ガスと水蒸気とを混合した燃料ガス１を水素を含むアノードガス２に改質する改質器３と、酸素を含むカソードガス４と前記アノードガス２とから発電する燃料電池５とを一般に備えており、改質器３で作られたアノードガス２は燃料電池５のアノードＡｎに供給され、燃料電池５内でその大部分を消費してアノード排ガス６となり、アノード排ガスライン７により燃焼用ガスとして改質器３の燃焼室Ｃｏに供給される。なお、燃料電池５は格納容器８に格納され可燃性ガス等の外部への漏洩を防止して安全性を高めている。
【０００４】
改質器３は燃料電池５を出たアノード排ガス６中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）とカソード排ガス９の一部とで燃焼して高温の燃焼排ガス１０を生成する燃焼室Ｃｏと、内部に改質触媒が充填されていて燃焼室Ｃｏからの伝熱により燃料ガス１を改質する改質室Ｒｅとからなっており、改質室Ｒｅで改質された水素を含む高温のアノードガス２は、燃料加熱器１１を通り冷却されて燃料電池５のアノードＡｎに供給される。一方放熱により温度の下がった燃焼排ガス１０は排ガス供給ライン１２を通り空気予熱器１３で冷却され、凝縮器１４及び気水分離ドラム１５により水分が除去され、低温ブロワ１６により加圧され、空気１７と混合し、空気予熱器１３により加熱され、カソード循環ライン１８に入る。また、気水分離ドラム１５の出口には、燃焼排ガス１０の圧力が高い時に開く安全弁１９及び排ガス処理装置２０が接続されている。
【０００５】
カソードガス４は、燃料電池５のカソードＣａで一部が反応して高温のカソード排ガス９となり、カソード排ガスライン３４により空気１７を圧縮するタービン圧縮機２１に導かれて動力を回収した後、さらに排熱回収のため蒸気発生器２２で水蒸気を発生して系外に排出される。この水蒸気２３は蒸気ライン２４により燃料ガス供給ライン２５に送られ原料ブロワ２７から送られてくる原料ガス２６と混合して燃料ガス１となり改質器３に供給される。
【０００６】
前記燃料電池５のカソード排ガス９の一部は、カソード循環ライン１８により前記空気予熱器１３からの空気と合流して高温ブロワ２８により、カソードガス４として燃料電池５のカソードＣａに循環供給される。
【０００７】
また、タービン圧縮機２１の空気圧縮機Ｃで圧縮された空気１７は低温ブロワ１６の出口で燃焼排ガス１０と合流する。タービン圧縮機２１には空気ブロワ２９を有するバイパスライン３０が設けられており、タービン圧縮機２１の容量が不足した時のバックアップに使用される。
【０００８】
即ち、上記空気ブロワ２９は、図５に示すように、燃料電池５の起動時を含む低負荷運転時等のタービン圧縮機２１に送られるカソード排ガス９の流量が少ない時にも空気１７の要求量を満たすために、空気圧縮機Ｃの不足分を補うように作動させるものであり、よって空気ブロワ２９は起動と停止を繰り返すように運転されている。従って、前記空気ブロワ２９は、他の低温ブロワ１６、原料ブロワ２７、高温ブロワ２８に指示されている運転指令４２とは別に図示しない運転制御装置からの低負荷時運転指令４３によって制御されるようになっている。
【０００９】
図４において、原料ブロワ２７の出口には燃料供給弁３１が設けてあり、該燃料供給弁３１の出口にはＮ２供給弁３２を備えたＮ２ガスパージライン３３が接続されている。また、前記格納容器８には、低温ブロワ１６出口の排ガスが排ガス供給ライン３５を介して供給されており、また格納容器８は戻りライン３６を介してカソード循環ライン１８に接続されて、格納容器８内が所定の圧力に保持されるようになっている。
【００１０】
プラント稼動中は燃料供給弁３１は開となり、原料ブロワ２７により原料ガス２６が供給され、蒸気ライン２４から供給される水蒸気２３と混合して燃料ガス１となって改質器３の改質室Ｒｅに供給されている。なお、原料ガス２６としては天然ガスなどが用いられる。
【００１１】
溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置では、保護インターロック作動によるプラントの緊急停止指令が出されると、低温ブロワ１６、原料ブロワ２７、高温ブロワ２８、空気ブロワ２９の全てが直ちに停止されるようになっており、そしてプラント緊急停止指令が出されると、燃料供給弁３１は閉となり、配管及び改質器３の改質室Ｒｅ内をＮ２パージするためＮ２供給弁３２が開となりＮ２ガスがＮ２ガスパージライン３３により供給されるようになっている。
【００１２】
溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置では、差圧によるガスの漏洩によって高価な燃料電池５が破損する危険があり、そのために、燃料電池５のアノードＡｎ側とカソードＣａ側との間の差圧及びアノードＡｎ側と格納容器８内と間の差圧を許容値内に制御する必要がある。
【００１３】
図６は保護インターロック回路の一例を示すもので、燃料電池５のアノードＡｎ側とカソードＣａ側の差圧が許容値より大となった時、或いは格納容器８内とアノードＡｎ側との差圧が許容値より大となった時、及び燃料電池５の出口温度が設定温度より高くなった時、或いはその他のプラント緊急停止項目の何れかが生じた時は、プラント緊急停止指令３７が発せられるようになっており、且つプラント緊急停止指令３７が発せられると、ディレイタイマー３８とワイプアウト３９の組合わせにより、緊急停止指令４０を一定時間出力し、その後その緊急停止指令４０をクリアーにして、プラントの起動（ＯＮ作動）が可能な状態に復帰させるようにした停止指令回路４１を備えている。該停止指令回路４１からの緊急停止指令４０は、前記低温ブロワ１６、原料ブロワ２７、高温ブロワ２８、空気ブロワ２９の夫々に送られて、それらを同時に停止させるようにしている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前記溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置では、図４に太い実線で示すように、燃料電池５のカソードＣａから出たカソード排ガス９が、タービン圧縮機２１に導かれて圧力を開放されるまでのカソード排ガスライン３４の長さは比較的短く、しかもカソード排ガス９の流量が多いためにカソード排ガスライン３４は大径となっている。
【００１５】
このため、緊急停止指令により高温ブロワ２８が停止されると、大径のカソード排ガスライン３４によりカソード排ガス９が直ちにタービン圧縮機２１に開放され、これにより燃料電池５のカソードＣａ側の圧力は直ちに低下する。また、プラント停止時には、低温ブロワ１６の停止と、カソード排ガス９の圧力低下により、格納容器８内の圧力も直ちに低下することになる。
【００１６】
一方、原料ブロワ２７が停止されて燃料供給弁３１が閉じられても、燃料ガス供給ライン２５内に残っている燃料ガス１は改質が行われて、所定の間アノードガス２が燃料電池５に供給され続けることになり、更に図４に破線で示すように、燃料電池５から出たアノード排ガス６は、アノード排ガスライン７を介して改質器３に導かれて燃焼により燃焼排ガス１０となり、更に排ガス供給ライン１２により、空気予熱器１３、凝縮器１４を介して気水分離ドラム１５に開放されるまでの距離が長く、しかも前記排ガス供給ライン１２を流れる燃焼排ガス１０は前記カソード排ガス９と比較して流量が少ないために小径となっている。
【００１７】
このために、プラント緊急停止指令３７が出て原料ブロワ２７が停止されても、燃料電池５に供給されるアノードガス２の流量が減少し、これにより燃料電池５から改質器３に供給されるアノード排ガス６の流量が減少し、更に改質器３から出た燃焼排ガス１０が気水分離ドラム１５に開放されて初めて圧力が低下するようになっているために、前記燃料電池５のアノードＡｎ側の圧力が低下するまでに長い時間が掛ってしまう。
【００１８】
この様に、プラント緊急停止時に、カソード排ガスライン３４のカソード排ガス９の圧力、及び格納容器８内の圧力は急速に低下するのに対して、アノード排ガスライン７のアノード排ガス６の圧力はなかなか低下せず、このために燃料電池５のアノードＡｎ側とカソードＣａ側との間の差圧、及び格納容器８内とアノードＡｎ側との間の差圧が許容値を超えてしまう危険を有していた。
【００１９】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、プラント緊急停止時における燃料電池のアノード側とカソード側との間及びアノード側と格納容器内との間の差圧を許容値内に保持することができるようにした溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置の運転方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになしたもので、原料ブロワ２７からの原料ガス２６に水蒸気２３を加えた燃料ガス１を改質器３の改質室Ｒｅに導いて改質させ、改質した水素を含むアノードガス２を燃料電池５のアノードＡｎに供給すると共に、カソードガス４を燃料電池５のカソードＣａに供給することにより発電を行い、前記カソードＣａからのカソード排ガス９をタービン圧縮機２１のタービンＴに導き、また前記カソード排ガス９の一部を前記アノードＡｎからのアノード排ガス６と共に改質器３の燃焼室Ｃｏに導いて燃焼させることにより改質の熱源とし、改質器３からの燃焼排ガス１０を空気予熱器１３、凝縮器１４を介して気水分離ドラム１５に導き、タービン圧縮機２１における空気圧縮機Ｃと空気ブロワ２９からの空気１７を、前記気水分離ドラム１５を経て低温ブロワ１６により昇圧された燃焼排ガス１０及び前記カソード排ガス９の一部と共に、カソード循環ライン１８を介して高温ブロワ２８によりカソードガス４として燃料電池５のカソードＣａに供給し、更に低温ブロワ１６出口の排ガスの一部を格納容器８に導いて前記カソード循環ライン１８に戻すようにしている溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置の運転方法であって、燃料電池５の通常運転時に前記空気ブロワ２９を所定の低速回転で運転しておき、プラント緊急停止指令３７の発生時に、低温ブロワ１６、原料ブロワ２７、高温ブロワ２８は直ちに停止させるが、前記空気ブロワ２９の回転は所定時間継続させて、燃料電池５のカソードＣａ側の急速な圧力低下を防止した後、空気ブロワ２９の回転を停止することを特徴とする溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置の運転方法、に係るものである。
【００２１】
【作用】
燃料電池５の通常運転時、空気ブロワ２９を所定の低速回転で運転しておき、プラント緊急停止指令３７の発生時に、低温ブロワ１６、原料ブロワ２７、高温ブロワ２８は直ちに停止させるが、空気ブロワ２９は所定時間運転を継続させ、燃料電池５のカソードＣａ側の急速な圧力低下を防止し、プラント停止によりゆっくり圧力が低下するアノードＡｎ側の圧力に対して、空気ブロワ２９の回転を停止しても、アノードＡｎ側とカソードＣａ側及び格納容器８内との間の差圧が許容値内に保持できる状態になってから、空気ブロワ２９の回転を停止して、大きな差圧が発生することにより燃料電池５が損傷するのを防止する。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明を適用する溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置の一例を示したものであり、図４と同一物には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２４】
本発明を適用する溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置は、前記図１に示すように、原料ブロワ２７からの原料ガス２６に水蒸気２３を加えた燃料ガス１を改質器３に導いて改質させ、改質した水素を含むアノードガス２を燃料電池５のアノードＡｎに供給すると共に、カソードガス４を燃料電池５のカソードＣａに供給することにより発電を行うようにしている。
【００２５】
前記カソードＣａからのカソード排ガス９は、タービン圧縮機２１のタービンＴに導き、また前記カソード排ガス９の一部は前記アノードＡｎからのアノード排ガス６と共に改質器３の燃焼室Ｃｏに導いて燃焼させることにより改質の際の熱源としている。
【００２６】
改質器３の燃焼室Ｃｏからの燃焼排ガス１０は、空気予熱器１３、凝縮器１４を介して気水分離ドラム１５に導き、タービン圧縮機２１における空気圧縮機Ｃと空気ブロワ２９からの空気１７を、前記気水分離ドラム１５からの排ガスと共に、前記カソード排ガス９の循環を行うカソード循環ライン１８に導き、高温ブロワ２８によりカソードガス４として燃料電池５のカソードＣａに供給するようにしている。
【００２７】
上記構成を有した溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置において、前記空気ブロワ２９に、図２に示すように、定常運転時も所定の低速回転を行って所定の空気量Ｌ（例えば最大負荷時の全空気要求量の１０〜３０％程度）を供給し、これにより空気圧縮機Ｃの回転による空気との和によって要求量が達成されるように回転を制御する、常時運転指令４４を入力するようにしている。
【００２８】
また、図３に示す保護インターロック回路を設ける。図３の保護インターロック回路は、図６に示した従来装置と同様に、燃料電池５のアノードＡｎ側とカソードＣａ側の差圧が許容値より大となった時、或いは格納容器８内とアノードＡｎ側との差圧が許容値より大となった時、及び燃料電池５の出口温度が設定温度より高くなった時、或いはその他のプラント緊急停止項目の何れかが生じた時は、プラント緊急停止指令３７が発せられるようになっており、且つプラント緊急停止指令３７が発せられると、ディレイタイマー３８とワイプアウト３９の組合わせにより、緊急停止指令４０を一定時間出力し、その後その緊急停止指令４０をクリアーにして、プラントの起動（ＯＮ作動）が可能な状態に復帰させるようにした停止指令回路４１を備えている。
【００２９】
そして図３においては、前記停止指令回路４１からの緊急停止指令４０は、前記低温ブロワ１６、原料ブロワ２７、高温ブロワ２８の夫々に送られて、それらを同時に停止させるようになっている。
【００３０】
一方、前記プラント緊急停止指令３７をタイマー４５に導き、更に該タイマー４５を、ディレイタイマー３８とワイプアウト３９を組合わせた前記とは別の停止指令回路４６に接続し、該停止指令回路４６からの空気ブロワ停止指令４７を空気ブロワ２９に導くようにした停止遅延回路４８を備える。
【００３１】
次に上記実施例の作用を説明する。
【００３２】
燃料電池５の通常運転時は、空気ブロワ２９を常時運転指令４４により常に低速で運転するようにして、図２に示すように空気圧縮機Ｃと空気ブロワ２９との両者で空気１７の要求量を保持させるようにする。
【００３３】
プラント緊急停止指令３７の発生時には、図３に示すように停止指令回路４１からの緊急停止指令４０によって低温ブロワ１６、原料ブロワ２７、高温ブロワ２８は直ちに停止される。
【００３４】
一方、前記プラント緊急停止指令３７は停止遅延回路４８にも導かれるが、停止遅延回路４８にはタイマー４５が備えられているので、前記プラント緊急停止指令３７が発せられても所定の時間だけ前記プラント緊急停止指令３７の出力が停止され、これにより空気ブロワ２９は回転が継続される。前記タイマー４５に設定された時間経過後に、前記プラント緊急停止指令３７が停止指令回路４６に出され、これにより空気ブロワ停止指令４７が空気ブロワ２９に出力されて空気ブロワ２９の回転が停止される。
【００３５】
前記したように、前記プラント緊急停止指令３７の発生後、空気ブロワ２９の運転を所定時間継続させることにより、プラント停止時に燃料電池５のカソードＣａ側の圧力が急速に低下するのを防止することができる。この時、プラント停止によってゆっくり圧力が低下するアノードＡｎ側の圧力に対して、空気ブロワ２９の回転を停止しても、アノードＡｎ側とカソードＣａ側及び格納容器８内との差圧が許容値内に保持できる状態になるまでの所要時間を予め求めておき、この時間を前記タイマー４５に設定しておくことにより、大きな差圧の発生により燃料電池５が損傷するのを防止することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は燃料電池５の通常運転時、空気ブロワ２９を所定の低速回転で運転しておき、プラント緊急停止指令３７の発生時に、低温ブロワ１６、原料ブロワ２７、高温ブロワ２８は直ちに停止させるが、空気ブロワ２９は所定時間運転を継続させ、燃料電池５のカソードＣａ側の急速な圧力低下を防止し、プラント停止によりゆっくり圧力が低下するアノードＡｎ側の圧力に対して、空気ブロワ２９の回転を停止しても、アノードＡｎ側とカソードＣａ側及び格納容器８内との間の差圧が許容値内に保持できる状態になってから、空気ブロワ２９の回転を停止するようにしているので、プラント緊急停止時に大きな差圧が発生することによって燃料電池５が損傷する問題を防止できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施する溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置の全体構成図である。
【図２】本発明における空気ブロワの運転方法を示す線図である。
【図３】本発明に用いる保護インターロック回路の一例を示す回路図である。
【図４】従来の溶融炭酸塩型の燃料電池発電装置の全体構成図である。
【図５】従来の空気ブロワの運転方法を示す線図である。
【図６】従来の保護インターロック回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１        燃料ガス
２        アノードガス
３        改質器
４        カソードガス
５        燃料電池
６        アノード排ガス
８        格納容器
９        カソード排ガス
１０      燃焼排ガス
１３      空気予熱器
１４      凝縮器
１５      気水分離ドラム
１６      低温ブロワ
１７      空気
１８      カソード循環ライン
２１      タービン圧縮機
２３      水蒸気
２６      原料ガス
２７      原料ブロワ
２８      高温ブロワ
２９      空気ブロワ
３７      プラント緊急停止指令
Ａｎ        アノード
Ｃａ        カソード
Ｒｅ        改質室
Ｃｏ        燃焼室
Ｃ        空気圧縮機
Ｔ        タービン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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