(57)【要約】【課題】排熱回収蒸気発生装置から発生する蒸気の脈動を防止して、改質器へ供給される蒸気流量を安定化させることができ、且つ改質器へ供給される蒸気と原燃料中の炭素とのＳ／Ｃの値のバラツキをなくして、燃料電池による発電を安定化し得、更に、ランニングコスト削減を図り得る燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御方法及び装置を提供する。【解決手段】気水分離器４から放出される蒸気流量Ｑを検出する蒸気流量検出器１６と、該蒸気流量検出器１６で検出された蒸気流量Ｑに基づき、前記気水分離器４の水位が一定となるよう給水ポンプ２へ回転数制御信号Ｎを出力する制御器１７とを備える。【選択図】図１
2005322553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水ポンプによって圧送される水を排熱回収蒸気発生装置で加熱して蒸気を発生させ、該排熱回収蒸気発生装置で発生した蒸気を気水分離器で気水分離した後、更に過熱して改質器へ供給するようにした燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御方法であって、
気水分離器から放出される蒸気流量に基づき、該気水分離器の水位が一定となるよう給水ポンプを回転数制御することを特徴とする燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御方法。
【請求項２】
給水ポンプによって圧送される水を排熱回収蒸気発生装置で加熱して蒸気を発生させ、該排熱回収蒸気発生装置で発生した蒸気を気水分離器で気水分離した後、更に過熱して改質器へ供給するようにした燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御装置であって、
気水分離器から放出される蒸気流量を検出する蒸気流量検出器と、
該蒸気流量検出器で検出された蒸気流量に基づき、前記気水分離器の水位が一定となるよう給水ポンプへ回転数制御信号を出力する制御器と
を備えたことを特徴とする燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御装置。
【請求項３】
蒸気流量検出器を、気水分離器から排熱回収蒸気発生装置の過熱器へ通じる気水分離蒸気ライン途中、又は排熱回収蒸気発生装置の過熱器の出側で且つ余剰蒸気の逃がしラインの分岐点より上流側の蒸気供給ライン途中に設けるようにした請求項２記載の燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、水の電気分解とは逆に水素と酸素を結合させて、その時に発生する電気と熱を取り出すものであり、その発電効率の高さや環境への適合性から、家庭用燃料電池コージェネレーションシステムや燃料電池自動車としての開発が盛んに行われているが、そうした燃料電池の燃料となる水素は、ナフサ、灯油等の石油系燃料や都市ガスといった原燃料を改質器で改質して製造される。 
【０００３】
図２は溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ：Molten Carbonate Fuel Cell）を用いた従来の燃料電池発電設備の一例を示すものであって、１は水が貯留される水タンク、２は水タンク１に貯留された水を圧送する給水ポンプ、３は給水ポンプ２によって圧送される水を加熱して蒸気を発生させるための節炭器３ａと蒸発器３ｂと過熱器３ｃとを備えた排熱回収蒸気発生装置、４は排熱回収蒸気発生装置３の節炭器３ａと蒸発器３ｂで加熱された蒸気を気水分離した後に過熱器３ｃへ導く気水分離器、５は排熱回収蒸気発生装置３の過熱器３ｃで過熱された蒸気と原燃料とが供給され改質ガスを生成する改質器、６は改質器５で生成された改質ガスが供給されるアノード６ａと酸化剤ガスが供給されるカソード６ｂとを有する燃料電池、７は燃料電池６から交流電力を取り出すインバータ、８は燃料電池６のカソード６ｂから排出される排ガスと燃料とを燃焼させる燃焼器、９は燃焼器８で燃焼した燃焼ガスによって回転駆動されるガスタービン、１０はガスタービン９によって駆動され発電を行う発電機である。
【０００４】
前記排熱回収蒸気発生装置３の過熱器３ｃで過熱された蒸気を改質器５へ供給する蒸気供給ライン１１途中には、蒸気流量調節弁１２が設けられると共に、該蒸気流量調節弁１２より上流側における蒸気供給ライン１１途中からは余剰の蒸気を逃がすための逃がしライン１３が分岐接続されており、又、前記改質器５へ原燃料を供給する原燃料供給ライン１４途中には、原燃料流量調節弁１５が設けられている。
【０００５】
図２に示される燃料電池発電設備においては、水タンク１に貯留された水が給水ポンプ２によって排熱回収蒸気発生装置３の節炭器３ａへ圧送されて加熱され、気水分離器４へ導入されると共に、該気水分離器４内の水が前記排熱回収蒸気発生装置３の蒸発器３ｂで加熱され、前記気水分離器４で気水分離された蒸気が、前記排熱回収蒸気発生装置３の過熱器３ｃで更に過熱され、蒸気供給ライン１１を介して改質器５へ供給される。尚、前記改質器５へ供給される蒸気流量は、蒸気流量調節弁１２の開度調節によって調節されており、余剰の蒸気は逃がしライン１３から逃がされ、図示していない系統を経て水タンク１へ戻される。
【０００６】
前記改質器５に対しては、原燃料供給ライン１４から原燃料流量調節弁１５の開度調節によって所要量の原燃料が、前記蒸気供給ライン１１を流れる蒸気に混合される形で供給され、前記改質器５において改質ガスが生成され、該改質器５において生成された改質ガスが燃料電池６のアノード６ａへ供給されると共に、酸化剤ガスが燃料電池６のカソード６ｂへ供給されて発電が行われ、インバータ７により燃料電池６から交流電力が取り出される。
【０００７】
前記燃料電池６のカソード６ｂから排出される排ガスは、燃焼器８において燃料と混合されて燃焼し、該燃焼器８で燃焼した燃焼ガスによってガスタービン９が回転駆動され、発電機１０により発電が行われ、前記ガスタービン９を駆動した後の排ガスは、前記排熱回収蒸気発生装置３へ供給され、給水から蒸気を発生させるための熱源として利用される。
【０００８】
尚、前述の如き燃料電池発電設備と関連する技術を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００３−２２９１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図２に示されるような従来の燃料電池発電設備の場合、改質器５へ供給される蒸気流量は、蒸気流量調節弁１２の開度調節によって調節されているものの、気水分離器４の水位の上限と下限とを予め設定しておき、図示していない水位計の検出値に基づき、気水分離器４の水位が上限に達した時点で給水ポンプ２の運転を停止し、気水分離器４の水位が下限に達した時点で給水ポンプ２の運転を再開するといったように、給水ポンプ２をオン・オフ制御しているため、排熱回収蒸気発生装置３から発生する蒸気に脈動が生じ、前記改質器５へ供給される蒸気流量が安定しなくなると共に、改質器５へ供給される蒸気と原燃料中の炭素とのモル比、即ちＳ／Ｃ（Steam／Carbon）の値にバラツキが生じ、燃料電池６による発電が不安定になり、更に、給水ポンプ２の運転と停止が頻繁に行われることからランニングコストも嵩んでしまうという欠点を有していた。
【００１０】
本発明は、斯かる実情に鑑み、排熱回収蒸気発生装置から発生する蒸気の脈動を防止して、改質器へ供給される蒸気流量を安定化させることができ、且つ改質器へ供給される蒸気と原燃料中の炭素とのＳ／Ｃの値のバラツキをなくして、燃料電池による発電を安定化し得、更に、ランニングコスト削減を図り得る燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御方法及び装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、給水ポンプによって圧送される水を排熱回収蒸気発生装置で加熱して蒸気を発生させ、該排熱回収蒸気発生装置で発生した蒸気を気水分離器で気水分離した後、更に過熱して改質器へ供給するようにした燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御方法であって、
気水分離器から放出される蒸気流量に基づき、該気水分離器の水位が一定となるよう給水ポンプを回転数制御することを特徴とする燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御方法にかかるものである。
【００１２】
又、本発明は、給水ポンプによって圧送される水を排熱回収蒸気発生装置で加熱して蒸気を発生させ、該排熱回収蒸気発生装置で発生した蒸気を気水分離器で気水分離した後、更に過熱して改質器へ供給するようにした燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御装置であって、
気水分離器から放出される蒸気流量を検出する蒸気流量検出器と、
該蒸気流量検出器で検出された蒸気流量に基づき、前記気水分離器の水位が一定となるよう給水ポンプへ回転数制御信号を出力する制御器と
を備えたことを特徴とする燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御装置にかかるものである。
【００１３】
前記燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御装置においては、蒸気流量検出器を、気水分離器から排熱回収蒸気発生装置の過熱器へ通じる気水分離蒸気ライン途中、又は排熱回収蒸気発生装置の過熱器の出側で且つ余剰蒸気の逃がしラインの分岐点より上流側の蒸気供給ライン途中に設けるようにすることができる。
【００１４】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１５】
本発明の燃料電池発電設備においては、給水ポンプによって圧送される水が排熱回収蒸気発生装置で加熱されて蒸気が発生し、該排熱回収蒸気発生装置で発生した蒸気が気水分離器で気水分離された後、更に過熱されて改質器へ供給されるが、このとき、蒸気流量検出器によって気水分離器から放出される蒸気流量が検出されて制御器に入力され、該制御器において、前記蒸気流量に基づき、前記気水分離器の水位が一定となるよう給水ポンプへ回転数制御信号が出力される。
【００１６】
この結果、従来の如く、気水分離器の水位の上限と下限とを予め設定しておき、水位計の検出値に基づき、気水分離器の水位が上限に達した時点で給水ポンプの運転を停止し、気水分離器の水位が下限に達した時点で給水ポンプの運転を再開するといったように、給水ポンプをオン・オフ制御するのとは異なり、該給水ポンプは、常時、回転数制御されて、気水分離器の水位が一定に保持されるため、排熱回収蒸気発生装置から発生する蒸気に脈動が生じず、前記改質器へ供給される蒸気流量が安定すると共に、改質器へ供給される蒸気と原燃料中の炭素とのモル比（Ｓ／Ｃ）の値にバラツキが生じなくなり、燃料電池による発電が安定して行われ、更に、給水ポンプの運転と停止が頻繁に行われなくなることからランニングコストも削減されることとなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御方法及び装置によれば、排熱回収蒸気発生装置から発生する蒸気の脈動を防止して、改質器へ供給される蒸気流量を安定化させることができ、且つ改質器へ供給される蒸気と原燃料中の炭素とのＳ／Ｃの値のバラツキをなくして、燃料電池による発電を安定化し得、更に、ランニングコスト削減を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図２に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１に示す如く、気水分離器４から放出される蒸気流量Ｑを検出する蒸気流量検出器１６と、該蒸気流量検出器１６で検出された蒸気流量Ｑに基づき、前記気水分離器４の水位が一定となるよう給水ポンプ２へ回転数制御信号Ｎを出力する制御器１７とを備えるようにした点にある。
【００２０】
本図示例の場合、前記蒸気流量検出器１６は、気水分離器４から排熱回収蒸気発生装置３の過熱器３ｃへ通じる気水分離蒸気ライン１８途中に設けるようにしてあるが、排熱回収蒸気発生装置３の過熱器３ｃの出側で且つ余剰蒸気の逃がしライン１３の分岐点より上流側の蒸気供給ライン１１途中に設けるようにすることも可能である。
【００２１】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２２】
図１に示す燃料電池発電設備においては、水タンク１に貯留された水が給水ポンプ２によって排熱回収蒸気発生装置３の節炭器３ａへ圧送されて加熱され、気水分離器４へ導入されると共に、該気水分離器４内の水が前記排熱回収蒸気発生装置３の蒸発器３ｂで加熱され、前記気水分離器４で気水分離された蒸気が、前記排熱回収蒸気発生装置３の過熱器３ｃで更に過熱され、蒸気供給ライン１１を介して改質器５へ供給されるが、このとき、蒸気流量検出器１６によって気水分離器４から放出される蒸気流量Ｑが検出されて制御器１７に入力され、該制御器１７において、前記蒸気流量Ｑに基づき、前記気水分離器４の水位が一定となるよう給水ポンプ２へ回転数制御信号Ｎが出力される。
【００２３】
この結果、従来の如く、気水分離器４の水位の上限と下限とを予め設定しておき、水位計の検出値に基づき、気水分離器４の水位が上限に達した時点で給水ポンプ２の運転を停止し、気水分離器４の水位が下限に達した時点で給水ポンプ２の運転を再開するといったように、給水ポンプ２をオン・オフ制御するのとは異なり、該給水ポンプ２は、常時、回転数制御されて、気水分離器４の水位が一定に保持されるため、排熱回収蒸気発生装置３から発生する蒸気に脈動が生じず、前記改質器５へ供給される蒸気流量が安定すると共に、改質器５へ供給される蒸気と原燃料中の炭素とのモル比（Ｓ／Ｃ）の値にバラツキが生じなくなり、燃料電池６による発電が安定して行われ、更に、給水ポンプ２の運転と停止が頻繁に行われなくなることからランニングコストも削減されることとなる。
【００２４】
こうして、排熱回収蒸気発生装置３から発生する蒸気の脈動を防止して、改質器５へ供給される蒸気流量を安定化させることができ、且つ改質器５へ供給される蒸気と原燃料中の炭素とのＳ／Ｃの値のバラツキをなくして、燃料電池６による発電を安定化し得、更に、ランニングコスト削減を図り得る。
【００２５】
尚、本発明の燃料電池発電設備における蒸気供給流量制御方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明を実施する形態の一例の全体系統図である。
【図２】従来例の全体系統図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    水タンク
２    給水ポンプ
３    排熱回収蒸気発生装置
３ａ  節炭器
３ｂ  蒸発器
３ｃ  過熱器
４    気水分離器
５    改質器
６    燃料電池
１１    蒸気供給ライン
１２    蒸気流量調節弁
１３    逃がしライン
１４    原燃料供給ライン
１５    原燃料流量調節弁
１６    蒸気流量検出器
１７    制御器
１８    気水分離蒸気ライン
Ｑ    蒸気流量
Ｎ    回転数制御信号
【図１】
2005322553.tif 000003
【図２】
2005322553.tif 000004