(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードとアノードを有し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（１０）と、カソード排ガスでアノード排ガスを燃焼する燃焼器（１３）と、燃焼器の燃焼排ガスで水蒸気を含む燃料ガスを改質する改質器（１２）と、カソード排ガスの一部を燃焼器に導くカソード排ガスライン（５）と、燃焼器の燃焼排ガスをカソードに循環させる炭酸ガスリサイクルライン（７）と、カソード排ガスラインの下流側からカソード排ガスの一部を炭酸ガスリサイクルラインに供給する循環ライン（３）と、循環ラインの更に下流側からカソード排ガスの残部を熱エネルギを回収して系外に排出する排熱利用ライン（６）とを備えた燃料電池発電設備において、カソード排ガスライン（５）と循環ライン（３）の間に緊急遮断弁（３０）を設けた、ことを特徴とする燃料電池発電設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、緊急遮断時に内部のガスを安全かつ確実に排気できる燃料電池発電設備に関する。
【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。この図において、発電設備は、都市ガス等に水蒸気を混合した燃料ガス１を水素を含むアノードガスに改質する改質器１２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１０とを備えており、改質器１２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１０に供給され、燃料電池１０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燃焼器１３へ供給される。
【０００４】
燃焼器１３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１２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１４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、燃料電池１０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で炭酸ガスリサイクルブロワ２２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リサイクルブロワ２２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により炭酸ガスリサイクルライン７に流入し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。なお、８ａは空気ブロア、１５は循環ライン３の流量を調節するリサイクル流量調節弁である。
【０００５】
カソードガスは燃料電池１０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により燃焼器１３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１８で動力を回収した後、さらに排熱回収蒸気発生装置２０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２０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１２に送られる。また、１９はエキスパンダーであり、高圧のカソード排ガスを膨張させてエネルギーを回収するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した燃料電池発電設備において、プラント緊急停止時にはカソード排ガスを確実に燃焼器１３に導き、アノード排ガスを完全燃焼して排気する必要がある。そのため、従来の設備では、ＣＯ2 リサイクルブロア２２の入口側と排熱回収蒸気発生装置２０の出口間を結ぶアノード排ガスライン２４を設け、このラインに、緊急開放弁１６ａ，流量調節弁（コントロール弁）１６ｂを設け、かつ排熱回収蒸気発生装置２０の出口側に出口閉鎖弁１７を設けて緊急開放弁１６ａ，流量調節弁１６ｂとアノード排ガスライン２４を介して排気していた。すなわち、図２に太線で示すように、出口閉鎖弁１７を閉鎖し、緊急開放弁１６ａ，１６ｂを開放することにより、カソード排ガスをカソード排ガスライン５から確実に燃焼器１３に供給し、アノード排ガスを燃焼させて、その排ガスをアノード排ガスライン２４を介して排気することができる。
【０００７】
しかし、アノード排ガスライン２４に設置する緊急開放弁１６ａは、常用時に高温ガスを完全にシールする必要があるので、高価な高温タイプのボール弁を使用する必要があった。そのため、この緊急開放弁１６ａと共に、緊急開放弁１６ｂ、出口閉鎖弁１７、及びアノード排ガスライン２４の設置に費用がかかり過ぎる問題点があった。
【０００８】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高価な高温タイプのボール弁を用いることなく、かつ余分なアノード排ガスラインを別個に設けることなく、緊急停止時にカソード排ガスを確実に燃焼器に導き、アノード排ガスを完全燃焼して排気することができる燃料電池発電設備を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、カソードとアノードを有し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（１０）と、カソード排ガスでアノード排ガスを燃焼する燃焼器（１３）と、燃焼器の燃焼排ガスで水蒸気を含む燃料ガスを改質する改質器（１２）と、カソード排ガスの一部を燃焼器に導くカソード排ガスライン（５）と、燃焼器の燃焼排ガスをカソードに循環させる炭酸ガスリサイクルライン（７）と、カソード排ガスラインの下流側からカソード排ガスの一部を炭酸ガスリサイクルラインに供給する循環ライン（３）と、循環ラインの更に下流側からカソード排ガスの残部を熱エネルギを回収して系外に排出する排熱利用ライン（６）とを備えた燃料電池発電設備において、カソード排ガスライン（５）と循環ライン（３）の間に緊急遮断弁（３０）を設けたことを特徴とする燃料電池発電設備が提供される。
【００１０】
上記本発明の構成によれば、プラント緊急停止時に緊急遮断弁（３０）を閉鎖することにより、カソード排ガスを全量燃焼器に導入し、燃焼器（１３）内でアノード排ガスを完全に燃焼させて排気できる。この燃焼排ガスは、循環ライン（３）を逆流して排熱利用ライン（６）に入り、そのまま系外が排出される。従って、プラント緊急停止時用に従来のように独立したアノード排ガスライン２４を設置する必要がない。
【００１１】
また、緊急遮断弁（３０）は、カソード排ガスの系統ライン内に設置されるので常用／緊急停止時共にその間を完全にシールする必要がなく、高価なボール弁の代わりに安価なダンパ弁を用いることができる。
更に、従来と比べてアノード排ガスライン２４と共にその緊急開放弁１６ａ，コントロール弁１６ｂ及び排熱回収蒸気発生装置の出口遮断弁１７も不要となり、大幅な低コスト化が実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
図１は、本発明の燃料電池発電設備の全体構成図である。この図において、本発明の燃料電池発電設備は、カソードとアノードを有し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１０と、カソード排ガスでアノード排ガスを燃焼する燃焼器１３と、燃焼器の燃焼排ガスで水蒸気を含む燃料ガスを改質する改質器１２と、カソード排ガスの一部を燃焼器１３に導くカソード排ガスライン５と、燃焼器１３の燃焼排ガスをカソードに循環させる炭酸ガスリサイクルライン７と、カソード排ガスラインの下流側からカソード排ガスの一部を炭酸ガスリサイクルライン７に供給する循環ライン３と、循環ライン３の更に下流側からカソード排ガスの残部を熱エネルギを回収して系外に排出する排熱利用ライン６とを備えている。
【００１３】
更に、図１の燃料電池発電設備は、図２の燃料電池発電設備と比較すると、図２における遮断弁１６ａ，コントロール弁１６ｂ，出口遮断弁１７、アノード排ガスライン２４が省略され、その代わりに緊急遮断弁３０が追加されている。その他の構成は、図２に示した燃料電池発電設備と同様である。
緊急遮断弁３０は、カソード排ガスライン５と循環ライン３の間に設けられている。この緊急遮断弁３０には、比較的安価な安価なダンパ弁（バタフライ弁）を用いるのがよい。ダンパ弁は、完全にシールする機能はないが、カソード排ガスライン５と循環ライン３の両方がカソード排ガスが流れるラインであるためその必要性がない。すなわち、カソード排ガスの系統ライン内に設置されるので常用／緊急停止時共にその間を完全にシールする必要がなく、高価なボール弁の代わりに安価なダンパ弁を用いることができる。
【００１４】
上述した本発明の構成によれば、プラント緊急停止時に緊急遮断弁３０を閉鎖することにより、図１に太線で示すように、カソード排ガスを全量燃焼器１３に導入し、燃焼器１３内でアノード排ガスを完全に燃焼させて排気できる。この燃焼排ガスは、循環ライン３を逆流して排熱利用ライン６に入り、そのまま系外が排出される。従って、プラント緊急停止時用に従来のように独立したアノード排ガスライン２４を設置する必要がない。
【００１５】
また、アノード排ガスライン２４と共にその緊急開放弁１６ａ，コントロール弁１６ｂ及び排熱回収蒸気発生装置の出口遮断弁１７も不要となり、大幅な低コスト化が実現できる。
【００１６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで、種々に変更できることは勿論である。
【００１７】
【発明の効果】
上述した本発明により、従来のアノード排ガス系統を削除することで低コスト化を図ることが可能になった。特に、アノード排ガスライン２４に設置した緊急開放弁１６ａは１台で４千万円近くするため低コスト化の障害になっていたが、カソード出口に安価（２００万円程度）なダンパ弁３０を設けるだけで、同様の機能を発揮させることができる。従って、アノード排ガスライン等を含めて約５千万円のコストダウンができ、これは出力１０００ｋｗ規模で５万円／ｋｗのコストダウンに相当する。
【００１８】
従って、本発明の燃料電池発電設備は、高価な高温タイプのボール弁を用いることなく、かつ余分なアノード排ガスラインを別個に設けることなく、緊急停止時にカソード排ガスを確実に燃焼器に導き、アノード排ガスを完全燃焼して排気することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池発電設備の全体構成図である。
【図２】従来の燃料電池発電設備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
８ａ  空気ブロア
９  蒸気ライン
１０  燃料電池
１２  改質器
１３  燃焼器
１４  燃料予熱器
１６ａ，１６ｂ
１７  出口閉鎖弁
１８  タービン圧縮機
１９  エキスパンダー
２０  排熱回収蒸気発生装置
２２  炭酸ガスリサイクルブロワ
２４  アノード排ガスライン
３０  緊急遮断弁
【図１】
0003882307.tif 000002
【図２】
0003882307.tif 000003