JP2928583B2

JP2928583B2 - Fuel cell generator

Info

Publication number: JP2928583B2
Application number: JP2105458A
Authority: JP
Inventors: 宏伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-04-23
Filing date: 1990-04-23
Publication date: 1999-08-03
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: JPH044571A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、燃料電池発電装置に関し、特に、停止時
に窒素ガスによるパージを行う燃料電池発電装置に関す
るものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power generator, and more particularly to a fuel cell power generator that performs purging with nitrogen gas when stopped.

［従来の技術］燃料電池発電装置は、従来の汽力発電に比べ高効率が
期待できること、環境保全性に優れている等の利点があ
り、実用且を目指し近年盛んに開発が進められている。
燃料電池発電装置は、燃料電池本体と、天然ガス等の炭
化水素系燃料を改質して燃料電池本体に水素ガスを供給
する改質装置とを備えており、停止時には燃料電池本体
および改質装置を窒素でパージし、窒素雰囲気の中で保
管する必要がある。[Prior Art] A fuel cell power generator has advantages such as higher efficiency than conventional steam power generation and superior environmental preservation, and has been actively developed in recent years for practical use.
The fuel cell power generator includes a fuel cell main body and a reformer that reforms a hydrocarbon-based fuel such as natural gas and supplies hydrogen gas to the fuel cell main body. The equipment must be purged with nitrogen and stored in a nitrogen atmosphere.

燃料電池発電装置の窒素によるパージ方法の従来例と
しては、特開昭61−32362号公報に記載されているもの
があり、その構成の概要を第２図に示す。図において、
燃料電池本体（１）は、燃料極（1a）、空気極（1b）お
よび電解質（1c）からなっている。改質装置（２）は、
燃料を燃料電池本体（１）の反応に必要な水素主成分の
ガスに改質する。燃料供給配管（３）には、燃料流量を
コントロールするため燃料流量調節弁（４）が設けられ
ている。窒素ガス供給配管（６）は、プラント停止時に
燃料ライン［燃料極（1a）、改質装置（２）］をパージ
するために燃料供給配管（３）に接続されるニードル弁
等の流量設定弁（７）を備えている。空気供給配管
（９）には、空気流量をコントロールするため空気流量
調節弁（10）が設けられている。窒素ガス供給配管（1
2）には、プラント停止時に空気極（1b）がパージする
ために空気供給配管（９）に接続されるニードル弁等の
流量設定弁（13）を備えている。また、各供給ラインは
開閉弁（５），（８），（11），（14）がそれぞれ設け
られている。As a conventional example of a method of purging a fuel cell power generator with nitrogen, there is a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 61-32362. The outline of the structure is shown in FIG. In the figure,
The fuel cell body (1) includes a fuel electrode (1a), an air electrode (1b), and an electrolyte (1c). The reformer (2)
The fuel is reformed into a hydrogen-based gas required for the reaction of the fuel cell body (1). The fuel supply pipe (3) is provided with a fuel flow control valve (4) for controlling the fuel flow. A nitrogen gas supply pipe (6) is a flow setting valve such as a needle valve connected to the fuel supply pipe (3) to purge the fuel line [fuel electrode (1a), reformer (2)] when the plant is stopped. (7) is provided. The air supply pipe (9) is provided with an air flow control valve (10) for controlling the air flow. Nitrogen gas supply piping (1
2) is provided with a flow setting valve (13) such as a needle valve connected to the air supply pipe (9) to purge the air electrode (1b) when the plant is stopped. Each supply line is provided with an on-off valve (5), (8), (11), (14).

以上の構成により、プラント運転中、燃料は燃料量調
節弁（４）を通して改質装置（２）に供給され、改質装
置（２）内で水素を主成分とする改質ガスに改質された
後、燃料電池本体（１）の燃料極（1a）に供給される。
改質ガスは、水蒸気改質により、燃料が天然ガスの場合
で天然ガス流量の約７〜８倍の流量となっている。電池
内での反応により負荷に応じた水素が消費された後、反
応に使われなかった余剰の改質ガスは排出配管を通して
排出される。また、空気は、空気流量調節弁（10）を通
して燃料電池本体（１）の空気極（1b）に供給され、反
応で酸素を消費された後、余剰の空気は排出配管より排
出される。With the above configuration, during operation of the plant, the fuel is supplied to the reformer (2) through the fuel amount control valve (4), and is reformed in the reformer (2) into a reformed gas containing hydrogen as a main component. After that, the fuel is supplied to the fuel electrode (1a) of the fuel cell body (1).
The reformed gas has a flow rate of about 7 to 8 times the natural gas flow rate when the fuel is natural gas due to steam reforming. After the hydrogen corresponding to the load is consumed by the reaction in the battery, the surplus reformed gas not used for the reaction is discharged through a discharge pipe. Further, the air is supplied to the air electrode (1b) of the fuel cell body (1) through the air flow control valve (10), and after the oxygen is consumed in the reaction, excess air is discharged from the discharge pipe.

通常、常圧動作の燃料電池の場合は、システム簡素化
のため燃料電池両極の差圧制御は行わず、燃料電池下流
側排出ラインの抵抗により決まる両極の圧力が運転中に
ほぼ等しくなるような管路抵抗の設計を行っている。Normally, in the case of a fuel cell operating at normal pressure, pressure difference control between the fuel cell electrodes is not performed for simplification of the system, and the pressure of the electrodes determined by the resistance of the fuel cell downstream discharge line becomes substantially equal during operation. Designing pipeline resistance.

次に、プラント停止時には、負荷遮断と同時に燃料，
空気供給配管（３），（９）の開閉弁（５），（11）は
閉、窒素ガス供給配管（６），（12）の開閉弁（８），
（14）が開になり、燃料，空気各ラインが窒素でパージ
される。Next, when the plant is stopped, the fuel,
On-off valves (5) and (11) of air supply pipes (3) and (9) are closed, and on-off valves (8) and (12) of nitrogen gas supply pipes (6) and (12)
(14) is opened, and the fuel and air lines are purged with nitrogen.

［発明が解決しようとする課題］従来の燃料電池発電装置は以上のように構成されてい
るので、窒素パージの際には、燃料ライン中の燃料は窒
素パージにより窒素で置換され、改質装置に送られて改
質装置内での改質によりその流量が数倍（燃料が天然ガ
スの場合、通常７〜８倍に増大した状態で燃料電池燃料
極を通過する。[Problem to be Solved by the Invention] Since the conventional fuel cell power generator is configured as described above, at the time of nitrogen purging, the fuel in the fuel line is replaced with nitrogen by the nitrogen purge, And the flow rate is increased several times by reforming in the reformer (when the fuel is natural gas, the fuel gas passes through the fuel electrode in a state of being increased 7 to 8 times normally).

従って、改質装置より上流側の燃料が全て窒素に置換
されるまでは窒素パージ流量の数倍（燃料が天然ガスの
場合は通常７〜８倍）の改質ガスが燃料極を流れる。そ
のため、空気極側の背圧に比べ燃料極側の背圧が増大、
即ち両極間差圧が増大し、電極のシール性に、延いては
燃料電池の寿命に悪影響を与えるという問題点があっ
た。Therefore, until all the fuel on the upstream side of the reformer is replaced with nitrogen, reformed gas having a flow rate several times the nitrogen purge flow rate (normally 7 to 8 times when the fuel is natural gas) flows through the fuel electrode. As a result, the back pressure on the fuel electrode side increases compared to the back pressure on the air electrode side,
That is, there has been a problem that the pressure difference between the two electrodes increases, which adversely affects the sealing performance of the electrode and, in turn, the life of the fuel cell.

この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、窒素パージの際、両極間の差圧の増大を抑
え電極のシール性を損なわない燃料電池発電装置を得る
ことを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell power generator that suppresses an increase in a differential pressure between the two electrodes during nitrogen purging and does not impair the sealing performance of the electrodes. I do.

［課題を解決するための手段］この発明に係る燃料電池発電装置は、燃料ラインパー
ジ用の窒素ガス供給配管を２系列並列に設け、各々の供
給系から窒素パージ流量を各々異なるように、一方を小
流量に他方を大流量に設定したものである。[Means for Solving the Problems] In the fuel cell power generator according to the present invention, two lines of nitrogen gas supply pipes for fuel line purging are provided in parallel, and the nitrogen purge flow rates from the respective supply systems are different from each other. Is set to a small flow rate and the other is set to a large flow rate.

［作用］この発明においては、窒素パージの際、燃料ラインの
改質装置より上流側の燃料が全て窒素に置換されるまで
は小流量設定の窒素供給系からパージを行い、その後は
大流量設定の窒素供給系からパージを行う。これによ
り、燃料電池両極間の差圧の増大が抑えられる。[Operation] In the present invention, during the nitrogen purge, the purge is performed from the nitrogen supply system at a small flow rate until all the fuel upstream of the reformer in the fuel line is replaced with nitrogen. Purge from the set nitrogen supply system. This suppresses an increase in the pressure difference between the two electrodes of the fuel cell.

［実施例］以下、この発明の一実施例を第１図について説明す
る。図において、符号（１）〜（14）は第２図における
ものと同様の部分であり、説明を省く。窒素ガス供給配
管（６）とは別に燃料ラインパージのため燃料供給配管
（３）に窒素ガスの供給配管（15）が接続されている。
（16）はパージ流量設定用に窒素ガス供給配管（15）上
に設けられたニードル弁等の流量設定弁（手動弁）、
（17）は開閉弁を示す。なお、燃料ラインパージ用の窒
素ガス供給配管（６），（15）上に設けられた流量設定
弁（７），（16）の開度は、（７）は小流量、（16）は
大量流が流れるように設定されている。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the figure, reference numerals (1) to (14) denote the same parts as those in FIG. 2, and a description thereof will be omitted. In addition to the nitrogen gas supply pipe (6), a nitrogen gas supply pipe (15) is connected to the fuel supply pipe (3) for purging the fuel line.
(16) is a flow rate setting valve (manual valve) such as a needle valve provided on the nitrogen gas supply pipe (15) for setting the purge flow rate,
(17) indicates an on-off valve. The opening of the flow rate setting valves (7) and (16) provided on the nitrogen gas supply pipes (6) and (15) for fuel line purge is as follows: (7) is a small flow rate, and (16) is a large flow rate. The flow is set to flow.

次に動作について説明する。プラント運転中の動作は
前述した従来装置の場合と同様であり、説明を省く。Next, the operation will be described. The operation during the operation of the plant is the same as that of the above-described conventional apparatus, and the description is omitted.

プラント停止時には、まず、負荷遮断と同時に、燃
料，空気供給配管（３），（９）の開閉弁（５），（1
1）が閉、窒素ガス供給配管（６），（12）の開閉弁
（８），（14）が開になり、燃料，空気各ラインの窒素
パージを行う。このときには燃料ラインのパージ用窒素
は、窒素ガス供給配管（６）を通して供給され、小流量
の窒素でパージが行われる。次に、燃料ラインの改質装
置（２）より上流側の燃料が全て窒素に置換された後、
窒素ガス供給配管（15）上の開閉弁（17）が開、窒素ガ
ス供給配管（６）上の開閉弁（８）が閉になり、燃料ラ
インの窒素パージ流量が小流量から大流量に切り替えら
れて窒素パージが継続される。以後、窒素パージが完了
するまで、燃料ラインの窒素パージは窒素ガス供給配管
（15）を通して、空気ラインの窒素パージは窒素ガス供
給配管（12）を通して行われる。When the plant is stopped, firstly, at the same time as the load is cut off, the on-off valves (5), (1) for the fuel and air supply pipes (3), (9)
1) is closed, and the on-off valves (8) and (14) of the nitrogen gas supply pipes (6) and (12) are opened, and the fuel and air lines are purged with nitrogen. At this time, the nitrogen for purging of the fuel line is supplied through a nitrogen gas supply pipe (6), and purging is performed with a small flow rate of nitrogen. Next, after all the fuel upstream of the reformer (2) in the fuel line is replaced with nitrogen,
The on-off valve (17) on the nitrogen gas supply pipe (15) is opened, the on-off valve (8) on the nitrogen gas supply pipe (6) is closed, and the nitrogen purge flow rate of the fuel line is switched from a small flow rate to a large flow rate. And the nitrogen purge is continued. Thereafter, until the nitrogen purge is completed, the nitrogen purge of the fuel line is performed through the nitrogen gas supply pipe (15), and the nitrogen purge of the air line is performed through the nitrogen gas supply pipe (12).

改質装置（２）より上流側の燃料が全て窒素に置換さ
れるまでは窒素パージ流量の数倍（燃料が天然ガスの場
合は通常７〜８倍）の改質が燃料極（1a）を流れるよう
に、燃料ラインの窒素パージ流量を２段階に変化させ、
改質装置（２）より上流側の燃料が全て窒素に置換され
るまでは窒素パージ流量を小流量としたため、両極間の
差圧の増大を抑えることが可能になる。Until all the fuel on the upstream side of the reformer (2) is replaced with nitrogen, reforming several times the nitrogen purge flow rate (usually 7 to 8 times when the fuel is natural gas) removes the fuel electrode (1a). Change the nitrogen purge flow rate of the fuel line in two stages so that
The nitrogen purge flow rate is kept small until all the fuel on the upstream side of the reformer (2) is replaced with nitrogen, so that an increase in the differential pressure between the two electrodes can be suppressed.

［発明の効果］以上のように、この発明は、窒素パージの際の燃料ラ
インの窒素パージ流量を２段階に変化させ、改質装置よ
り上流側の燃料が全て窒素に置換されるまでは窒素パー
ジ流量を小流量としたので、燃料電池両極間の差圧の増
大を抑えることができ、電極シール性を損なわず、長寿
命で、かつ、安定性を向上しうる効果がある。[Effects of the Invention] As described above, the present invention changes the nitrogen purge flow rate of the fuel line at the time of nitrogen purge in two stages, and until the fuel upstream of the reformer is completely replaced with nitrogen, Since the purge flow rate is set to a small flow rate, it is possible to suppress an increase in the differential pressure between the two electrodes of the fuel cell, and to provide an effect that the electrode sealing property is not impaired, the life is long, and the stability is improved.

[Brief description of the drawings]

第１図はこの発明の一実施例の系統図、第２図は従来の
燃料電池発電装置の系統図である。（１）……燃料電池本体、（1a）……燃料極、（1b）…
…空気極、（1c）……電解質層、（２）……改質装置、
（３）……燃料供給配管、（６），（12），（15）……
窒素ガス供給配管、（９）……空気供給配管。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。FIG. 1 is a system diagram of one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a system diagram of a conventional fuel cell power generator. (1) ... fuel cell body, (1a) ... fuel electrode, (1b) ...
… Air electrode, (1c)… electrolyte layer, (2)… reformer,
(3) ... fuel supply pipe, (6), (12), (15) ...
Nitrogen gas supply piping, (9) ... air supply piping. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims

(57) [Claims]

1. A fuel cell body having a fuel electrode, an air electrode and an electrolyte layer, and a reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel and supplying a reformed gas containing hydrogen as a main component to the fuel cell body. A fuel supply piping system for supplying fuel to the reformer,
A fuel cell power generation system comprising: an air supply pipe system for supplying air to the air electrode; and a nitrogen gas supply pipe respectively connected in the middle of the fuel supply pipe and the air supply pipe for supplying nitrogen gas for purging. A fuel cell power generator, wherein the fuel supply pipe is provided with two lines of the nitrogen gas supply pipe that changes a purge flow rate in two stages when purging with nitrogen gas.