JP2000331697A - アノード排ガスラインに蒸気注入する燃料電池発電装置 - Google Patents
アノード排ガスラインに蒸気注入する燃料電池発電装置Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 アノード排ガスラインのガス冷却器の温度制
御を容易にする。 【解決手段】 燃料電池２０と、カソード排ガスとアノ
ード排ガスとを燃焼する燃焼器２３と、この燃焼ガスを
利用する改質器２２と、炭酸ガスリサイクルライン７
と、を備えた燃料電池発電装置において、アノード排ガ
スをアノードから燃焼器２３に供給するアノード排ガス
ライン４は、アノード排ガスを冷却するガス冷却器３６
と、冷却により凝縮した水分を分離する気水分離器３８
と、水分分離したガスを加圧するアノードブロワ４０
と、このアノードブロワ４０を出たガスをガス冷却器３
６に入る前のアノード排ガスで加熱する熱交換器３４
と、この熱交換器３４とアノードブロワ４０との間に接
続され蒸気を供給するアノード蒸気ライン１０と、を備
える。
御を容易にする。 【解決手段】 燃料電池２０と、カソード排ガスとアノ
ード排ガスとを燃焼する燃焼器２３と、この燃焼ガスを
利用する改質器２２と、炭酸ガスリサイクルライン７
と、を備えた燃料電池発電装置において、アノード排ガ
スをアノードから燃焼器２３に供給するアノード排ガス
ライン４は、アノード排ガスを冷却するガス冷却器３６
と、冷却により凝縮した水分を分離する気水分離器３８
と、水分分離したガスを加圧するアノードブロワ４０
と、このアノードブロワ４０を出たガスをガス冷却器３
６に入る前のアノード排ガスで加熱する熱交換器３４
と、この熱交換器３４とアノードブロワ４０との間に接
続され蒸気を供給するアノード蒸気ライン１０と、を備
える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アノード排ガスに
蒸気を注入する燃料電池発電装置に関する。
蒸気を注入する燃料電池発電装置に関する。
【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。
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３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。図３
において、発電設備は、蒸気と混合した燃料ガス（都市
ガス）を水素を含むアノードガスに改質する改質器２２
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２０とを備えており、改質器２
２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２０に供給され、燃料電池２０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触媒燃焼器２３へ供給
される。
燃料電池を用いた発電設備の一例を示す図である。図３
において、発電設備は、蒸気と混合した燃料ガス（都市
ガス）を水素を含むアノードガスに改質する改質器２２
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２０とを備えており、改質器２
２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２０に供給され、燃料電池２０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触媒燃焼器２３へ供給
される。
【０００４】触媒燃焼器２３ではアノード排ガス中の可
燃成分を触媒で燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、改質
器２２の加熱室に供給しこの燃焼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２４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２０のアノードに供給される。また
加熱室を出た燃焼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３２によりカソードに供給さ
れる。燃焼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３２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によりカソードに供給される。このカソード排ガス
と燃焼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。
燃成分を触媒で燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、改質
器２２の加熱室に供給しこの燃焼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２４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２０のアノードに供給される。また
加熱室を出た燃焼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３２によりカソードに供給さ
れる。燃焼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３２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によりカソードに供給される。このカソード排ガス
と燃焼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。
【０００５】アノード排ガスライン４には、熱交換器３
４と、この熱交換器３４を出たアノード排ガスを冷却す
るガス冷却器３６と、冷却により凝縮した水分を分離す
る気水分離器３８と、水分を分離したアノード排ガスを
昇圧するアノードブロワ４０と、が設けられ、熱交換器
３４はアノードを出た高温のアノード排ガスでアノード
ブロワ４０を出た低温のアノード排ガスを加熱する。こ
のようにアノード排ガスを冷却して気水分離し水分を減
少させるのは、単位体積当たりの発熱量を増加させるた
めと、アノードブロワ４０を低温仕様（例えば、設計温
度１５０℃）とし、コストを低減するためである。
４と、この熱交換器３４を出たアノード排ガスを冷却す
るガス冷却器３６と、冷却により凝縮した水分を分離す
る気水分離器３８と、水分を分離したアノード排ガスを
昇圧するアノードブロワ４０と、が設けられ、熱交換器
３４はアノードを出た高温のアノード排ガスでアノード
ブロワ４０を出た低温のアノード排ガスを加熱する。こ
のようにアノード排ガスを冷却して気水分離し水分を減
少させるのは、単位体積当たりの発熱量を増加させるた
めと、アノードブロワ４０を低温仕様（例えば、設計温
度１５０℃）とし、コストを低減するためである。
【０００６】ガス冷却器３４は、冷却液を循環させアノ
ード排ガスを冷却するとともに、バイパス３５を設け、
流量制御弁４１でバイパス量を制御して冷却温度を制御
している。圧力は一定なので冷却温度を制御すると凝縮
量も制御できる。
ード排ガスを冷却するとともに、バイパス３５を設け、
流量制御弁４１でバイパス量を制御して冷却温度を制御
している。圧力は一定なので冷却温度を制御すると凝縮
量も制御できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ガス冷却器３６の温度
制御は、アノードブロワ４０に対しては、アノード排ガ
スを所定温度以下に低下させればよいが、あまり低下さ
せると凝縮量が多くなり、アノードブロワ４０で昇圧さ
れ熱交換器３４を通過するアノード排ガスに含まれる水
蒸気の量が少くなる。この水蒸気量が少くなるとアノー
ド排ガスに含まれるＣＯにより熱交換器３４に炭素析出
が発生する。特に燃料電池２０が低負荷時には、アノー
ド排ガス量が大幅に減少するため、ガス冷却器３６の出
口のガス温度が低下し、凝縮量が増大し熱交換器３４を
通過するアノード排ガス中の水蒸気濃度が極端に低下す
る。これにより、熱交換器３４に炭素析出が発生する可
能性が大きくなる。このためガス冷却器３６の温度制御
は大変難しくなっていた。
制御は、アノードブロワ４０に対しては、アノード排ガ
スを所定温度以下に低下させればよいが、あまり低下さ
せると凝縮量が多くなり、アノードブロワ４０で昇圧さ
れ熱交換器３４を通過するアノード排ガスに含まれる水
蒸気の量が少くなる。この水蒸気量が少くなるとアノー
ド排ガスに含まれるＣＯにより熱交換器３４に炭素析出
が発生する。特に燃料電池２０が低負荷時には、アノー
ド排ガス量が大幅に減少するため、ガス冷却器３６の出
口のガス温度が低下し、凝縮量が増大し熱交換器３４を
通過するアノード排ガス中の水蒸気濃度が極端に低下す
る。これにより、熱交換器３４に炭素析出が発生する可
能性が大きくなる。このためガス冷却器３６の温度制御
は大変難しくなっていた。
【０００８】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、アノード排ガスラインのガス冷却器の温度制御を
容易にすることを目的とする。
ので、アノード排ガスラインのガス冷却器の温度制御を
容易にすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、カソードとアノードからなり
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
発電する燃料電池と、カソードから排出されるカソード
排ガスとアノードから排出されるアノード排ガスとを燃
焼する燃焼器と、この燃焼器の燃焼ガスで蒸気を含む燃
料ガスを改質してアノードガスを生成し前記アノードに
供給する改質器と、この改質器に供給された燃焼ガスを
カソードに循環させる炭酸ガスリサイクルラインと、を
備えた燃料電池発電装置において、前記アノード排ガス
をアノードから前記燃焼器に供給するアノード排ガスラ
インは、アノード排ガスを冷却するガス冷却器と、冷却
により凝縮した水分を分離する気水分離器と、水分分離
したガスを加圧するアノードブロワと、このアノードブ
ロワを出たガスをガス冷却器に入る前のアノード排ガス
で加熱する熱交換器と、この熱交換器とアノードブロワ
との間に接続され蒸気を供給するアノード蒸気ライン
と、を備えている。
め、請求項１の発明では、カソードとアノードからなり
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
発電する燃料電池と、カソードから排出されるカソード
排ガスとアノードから排出されるアノード排ガスとを燃
焼する燃焼器と、この燃焼器の燃焼ガスで蒸気を含む燃
料ガスを改質してアノードガスを生成し前記アノードに
供給する改質器と、この改質器に供給された燃焼ガスを
カソードに循環させる炭酸ガスリサイクルラインと、を
備えた燃料電池発電装置において、前記アノード排ガス
をアノードから前記燃焼器に供給するアノード排ガスラ
インは、アノード排ガスを冷却するガス冷却器と、冷却
により凝縮した水分を分離する気水分離器と、水分分離
したガスを加圧するアノードブロワと、このアノードブ
ロワを出たガスをガス冷却器に入る前のアノード排ガス
で加熱する熱交換器と、この熱交換器とアノードブロワ
との間に接続され蒸気を供給するアノード蒸気ライン
と、を備えている。
【００１０】熱交換器とアノードブロワとの間にアノー
ド蒸気ラインを設けたことにより、熱交換器を通過する
アノード排ガス中の水蒸気量を、炭素析出が発生しない
ように調整できる。ガス冷却器ではアノード排ガスの温
度をアノードブロワに必要な温度以下にすればよいの
で、温度制御が簡単になる。
ド蒸気ラインを設けたことにより、熱交換器を通過する
アノード排ガス中の水蒸気量を、炭素析出が発生しない
ように調整できる。ガス冷却器ではアノード排ガスの温
度をアノードブロワに必要な温度以下にすればよいの
で、温度制御が簡単になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の燃
料電池発電装置の全体構成図である。本図において図３
と同一機能を有するものは同一符号で表す。燃料電池発
電装置は、蒸気を含む燃料ガスを加熱する燃料予熱器２
４と、この加熱された燃料ガスを水素を含むアノードガ
スに改質する改質器２２と、このアノードガスと酸素お
よび炭酸ガスを含むカソードガスとから発電する燃料電
池２０とを備える。燃料電池２０から排出されるアノー
ド排ガスは、アノード排ガスライン４により触媒燃焼器
２３に供給され、酸素を含むカソード排ガスの一部と共
に燃焼触媒を用いて燃焼する。改質器２２は加熱室と改
質室からなり、加熱室には触媒燃焼器２３からの燃焼ガ
スが供給され、改質室は水蒸気を含む都市ガスを改質触
媒と加熱室からの加熱により水素を含むアノードガスに
改質し、アノードガスライン２によりアノードに供給す
る。加熱室より排出される燃焼ガスには炭酸ガスが含ま
れるので、この炭酸ガスを炭酸ガスリサイクルライン７
によりカソードに供給する。循環ライン３はこの炭酸ガ
スと空気ライン８により供給される酸素とカソード排ガ
スの一部とを混合してカソードガスとし、炭酸ガスリサ
イクルブロワ３２によりカソードを循環させる。循環ラ
イン３の循環ガス量は流量制御弁３３により調整され
る。
図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の燃
料電池発電装置の全体構成図である。本図において図３
と同一機能を有するものは同一符号で表す。燃料電池発
電装置は、蒸気を含む燃料ガスを加熱する燃料予熱器２
４と、この加熱された燃料ガスを水素を含むアノードガ
スに改質する改質器２２と、このアノードガスと酸素お
よび炭酸ガスを含むカソードガスとから発電する燃料電
池２０とを備える。燃料電池２０から排出されるアノー
ド排ガスは、アノード排ガスライン４により触媒燃焼器
２３に供給され、酸素を含むカソード排ガスの一部と共
に燃焼触媒を用いて燃焼する。改質器２２は加熱室と改
質室からなり、加熱室には触媒燃焼器２３からの燃焼ガ
スが供給され、改質室は水蒸気を含む都市ガスを改質触
媒と加熱室からの加熱により水素を含むアノードガスに
改質し、アノードガスライン２によりアノードに供給す
る。加熱室より排出される燃焼ガスには炭酸ガスが含ま
れるので、この炭酸ガスを炭酸ガスリサイクルライン７
によりカソードに供給する。循環ライン３はこの炭酸ガ
スと空気ライン８により供給される酸素とカソード排ガ
スの一部とを混合してカソードガスとし、炭酸ガスリサ
イクルブロワ３２によりカソードを循環させる。循環ラ
イン３の循環ガス量は流量制御弁３３により調整され
る。
【００１２】天然ガスを成分とする都市ガスは燃料ガス
ライン１により供給され、脱硫器２６で硫酸分を除去さ
れた後蒸気ライン９からの蒸気と混合し、燃料予熱器２
４で加熱されて改質器２２に入りアノードガスに改質さ
れて、アノードガスライン２により燃料電池２０のアノ
ードに供給される。燃料電池２０のカソードには、炭酸
ガスリサイクルライン７からの炭酸ガスと、空気ライン
８からの空気と、循環ライン３からのカソード排ガスと
が混合されてカソードガスとなり、炭酸ガスリサイクル
ブロワ３２により供給される。燃料電池２０はアノード
ガスとカソードガスを供給され発電を行う。アノードで
の反応により蒸気と未燃焼成分を含むアノード排ガスが
排出され、アノード排ガスライン４により触媒燃焼器２
３に供給される。カソードでの反応により生成さたカソ
ード排ガスは、一部は循環ライン３によりカソードへ循
環し、他の一部はカソード排ガスライン５により触媒燃
焼器２３に供給され、残部はタービン圧縮機２８に供給
される。
ライン１により供給され、脱硫器２６で硫酸分を除去さ
れた後蒸気ライン９からの蒸気と混合し、燃料予熱器２
４で加熱されて改質器２２に入りアノードガスに改質さ
れて、アノードガスライン２により燃料電池２０のアノ
ードに供給される。燃料電池２０のカソードには、炭酸
ガスリサイクルライン７からの炭酸ガスと、空気ライン
８からの空気と、循環ライン３からのカソード排ガスと
が混合されてカソードガスとなり、炭酸ガスリサイクル
ブロワ３２により供給される。燃料電池２０はアノード
ガスとカソードガスを供給され発電を行う。アノードで
の反応により蒸気と未燃焼成分を含むアノード排ガスが
排出され、アノード排ガスライン４により触媒燃焼器２
３に供給される。カソードでの反応により生成さたカソ
ード排ガスは、一部は循環ライン３によりカソードへ循
環し、他の一部はカソード排ガスライン５により触媒燃
焼器２３に供給され、残部はタービン圧縮機２８に供給
される。
【００１３】触媒燃焼器２３には燃料電池２０のアノー
ド排ガスとカソード排ガスの一部が供給される。燃料電
池２０の燃料利用率は８０％程度なので、アノード排ガ
スには２０％程度の燃料成分（水素、一酸化炭素、メタ
ン等）が含まれている。カソード排ガスには燃焼に必要
な酸素が含まれている。これらが触媒燃焼器２３で燃焼
され高温の燃焼ガスを生成しこれを改質器２２に供給す
る。改質器２２を加熱した後の燃焼ガスには炭酸ガスが
含まれ、これはカソードでの電池反応に必要なので、炭
酸ガスリサイクルライン７によりカソードへ供給され
る。
ド排ガスとカソード排ガスの一部が供給される。燃料電
池２０の燃料利用率は８０％程度なので、アノード排ガ
スには２０％程度の燃料成分（水素、一酸化炭素、メタ
ン等）が含まれている。カソード排ガスには燃焼に必要
な酸素が含まれている。これらが触媒燃焼器２３で燃焼
され高温の燃焼ガスを生成しこれを改質器２２に供給す
る。改質器２２を加熱した後の燃焼ガスには炭酸ガスが
含まれ、これはカソードでの電池反応に必要なので、炭
酸ガスリサイクルライン７によりカソードへ供給され
る。
【００１４】アノード排ガスライン４には、熱交換器３
４と、この熱交換器３４を出たアノード排ガスを冷却す
るガス冷却器３６と、冷却により凝縮した水分を分離す
る気水分離器３８と、水分を分離したアノード排ガスを
昇圧するアノードブロワ４０と、が設けられ、熱交換器
３４はアノードを出た高温のアノード排ガスでアノード
ブロワ４０を出た低温のアノード排ガスを加熱する。こ
のようにアノード排ガスを冷却するのは、水分を少なく
し単位体積当たりの発熱量増加と、アノードブロワ４０
を低温仕様のものとするためである。
４と、この熱交換器３４を出たアノード排ガスを冷却す
るガス冷却器３６と、冷却により凝縮した水分を分離す
る気水分離器３８と、水分を分離したアノード排ガスを
昇圧するアノードブロワ４０と、が設けられ、熱交換器
３４はアノードを出た高温のアノード排ガスでアノード
ブロワ４０を出た低温のアノード排ガスを加熱する。こ
のようにアノード排ガスを冷却するのは、水分を少なく
し単位体積当たりの発熱量増加と、アノードブロワ４０
を低温仕様のものとするためである。
【００１５】カソード排ガスの一部は、タービン圧縮機
２８のタービンを駆動した後、排熱回収蒸気発生装置３
０へ供給される。排熱回収蒸気発生装置３０では給水を
タービン圧縮機２８のタービンを駆動した排ガスにより
蒸気とし、蒸気ライン９により燃料ガスライン１に供給
し、さらに、蒸気ライン９より分岐したアノード蒸気ラ
イン１０により熱交換器３４のアノードブロワ４０側の
入口側に供給する。アノード蒸気ライン１０には流量制
御弁４３が設けられ、ガス冷却器３６の出口に設けられ
た温度計４２の計測値に基づき蒸気流量を制御する。排
熱回収蒸気発生装置３０の排ガスは大気に放出される。
空気はタービン圧縮機２８の圧縮機へ入り、加圧されて
空気ライン８に供給される。
２８のタービンを駆動した後、排熱回収蒸気発生装置３
０へ供給される。排熱回収蒸気発生装置３０では給水を
タービン圧縮機２８のタービンを駆動した排ガスにより
蒸気とし、蒸気ライン９により燃料ガスライン１に供給
し、さらに、蒸気ライン９より分岐したアノード蒸気ラ
イン１０により熱交換器３４のアノードブロワ４０側の
入口側に供給する。アノード蒸気ライン１０には流量制
御弁４３が設けられ、ガス冷却器３６の出口に設けられ
た温度計４２の計測値に基づき蒸気流量を制御する。排
熱回収蒸気発生装置３０の排ガスは大気に放出される。
空気はタービン圧縮機２８の圧縮機へ入り、加圧されて
空気ライン８に供給される。
【００１６】このように構成された燃料電池発電装置の
アノード排ガスライン４に設けられたガス冷却器３６と
アノード蒸気ライン１０の働きを説明する。ガス冷却器
３６では出口におけるアノード排ガス温度が、アノード
ブロワ４０の設計仕様温度、例えば１５０℃以下になる
ように冷却液の流量等を制御する。設計仕様温度以下で
あればよいので、精確な制御は必要なく、制御が簡単に
なる。このため図３のようにバイパス３５は設けていな
い。燃料電池２０内は一定の圧力が保たれているのでア
ノード排ガスも所定の圧力で排出される。このためガス
冷却器３６の出口の温度を温度計４２で計測すれば、こ
の温度を凝縮温度として気水分離器３８を出てゆくアノ
ード排ガスの蒸気濃度が分かる。
アノード排ガスライン４に設けられたガス冷却器３６と
アノード蒸気ライン１０の働きを説明する。ガス冷却器
３６では出口におけるアノード排ガス温度が、アノード
ブロワ４０の設計仕様温度、例えば１５０℃以下になる
ように冷却液の流量等を制御する。設計仕様温度以下で
あればよいので、精確な制御は必要なく、制御が簡単に
なる。このため図３のようにバイパス３５は設けていな
い。燃料電池２０内は一定の圧力が保たれているのでア
ノード排ガスも所定の圧力で排出される。このためガス
冷却器３６の出口の温度を温度計４２で計測すれば、こ
の温度を凝縮温度として気水分離器３８を出てゆくアノ
ード排ガスの蒸気濃度が分かる。
【００１７】アノード蒸気ライン１０では熱交換器３４
を通過するアノード排ガスに含まれる蒸気濃度が熱交換
器３４に炭素析出を発生しない濃度となるよう、流量制
御弁４３で蒸気量を温度計４２の計測値に基づき制御す
る。この炭素析出を発生しない蒸気濃度はアノード排ガ
スが通過する熱交換器３４の温度によって決まり、例え
ば、アノードから排出されるアノード排ガスの温度が６
７０〜６８０℃の場合、この熱交換器３４の温度は６０
０℃程度になる。このとき１７〜２０％以上の蒸気濃度
とすれば熱交換器３４への炭素析出を防止できる。
を通過するアノード排ガスに含まれる蒸気濃度が熱交換
器３４に炭素析出を発生しない濃度となるよう、流量制
御弁４３で蒸気量を温度計４２の計測値に基づき制御す
る。この炭素析出を発生しない蒸気濃度はアノード排ガ
スが通過する熱交換器３４の温度によって決まり、例え
ば、アノードから排出されるアノード排ガスの温度が６
７０〜６８０℃の場合、この熱交換器３４の温度は６０
０℃程度になる。このとき１７〜２０％以上の蒸気濃度
とすれば熱交換器３４への炭素析出を防止できる。
【００１８】このようにアノード排ガスに蒸気を注入す
ることにより、この蒸気は触媒燃焼器23, 改質器２２を
通り炭酸ガスリサイクルライン７によりカソードに供給
される。カソードに蒸気が注入されると、次の理由によ
り電池電圧が上昇する。
ることにより、この蒸気は触媒燃焼器23, 改質器２２を
通り炭酸ガスリサイクルライン７によりカソードに供給
される。カソードに蒸気が注入されると、次の理由によ
り電池電圧が上昇する。
【００１９】炭酸塩溶融電池の電池反応は次のように行
われる。 アノード：Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ カソード：１／２Ｏ2 ＋ＣＯ2 ＋２ｅ→ＣＯ3 2- カソードに水蒸気が注入されると次の反応が起る。 Ｏ2-＋Ｈ2 Ｏ＝２ＯＨ- ２ＯＨ- ＋ＣＯ2 ＝ＣＯ3 2-＋Ｈ2 Ｏ という過程と、 Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ3 2-＝ＨＣＯ3 - ＋ＯＨ- ＨＣＯ3 - ＋Ｏ2 - ＝ＣＯ3 2-＋ＯＨ- という過程が生じる。いずれの過程も、アノードで電子
ｅを生成するのに必要なＣＯ3 2-が生成され、電解質板
を通してカソードからアノードに供給され、発電電圧の
上昇に寄与する。
われる。 アノード：Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ カソード：１／２Ｏ2 ＋ＣＯ2 ＋２ｅ→ＣＯ3 2- カソードに水蒸気が注入されると次の反応が起る。 Ｏ2-＋Ｈ2 Ｏ＝２ＯＨ- ２ＯＨ- ＋ＣＯ2 ＝ＣＯ3 2-＋Ｈ2 Ｏ という過程と、 Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ3 2-＝ＨＣＯ3 - ＋ＯＨ- ＨＣＯ3 - ＋Ｏ2 - ＝ＣＯ3 2-＋ＯＨ- という過程が生じる。いずれの過程も、アノードで電子
ｅを生成するのに必要なＣＯ3 2-が生成され、電解質板
を通してカソードからアノードに供給され、発電電圧の
上昇に寄与する。
【００２０】アノード蒸気ライン１０によりカソードに
供給された蒸気は上述の理由により電池電圧の上昇に寄
与するが、電池の冷却効果も加わり電池出力の増大に寄
与する。図２はカソードの蒸気濃度と電池電圧の変化を
示す実験データの一例である。横軸はＨ2 Ｏ濃度（％）
を示し、縦軸は電池電圧（Ｖ）を示す。折れ線ａ，ｂ，
ｃは圧力別の電圧を示し、ａが１ａｔａ（絶対気圧）、
ｂが３ａｔａ、ｃが５ａｔａの場合を示す。このように
カソード内のＨ2 Ｏ濃度が増加すれば、電池電圧が上昇
することが明確に現れている。
供給された蒸気は上述の理由により電池電圧の上昇に寄
与するが、電池の冷却効果も加わり電池出力の増大に寄
与する。図２はカソードの蒸気濃度と電池電圧の変化を
示す実験データの一例である。横軸はＨ2 Ｏ濃度（％）
を示し、縦軸は電池電圧（Ｖ）を示す。折れ線ａ，ｂ，
ｃは圧力別の電圧を示し、ａが１ａｔａ（絶対気圧）、
ｂが３ａｔａ、ｃが５ａｔａの場合を示す。このように
カソード内のＨ2 Ｏ濃度が増加すれば、電池電圧が上昇
することが明確に現れている。
【００２１】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、アノード排ガスラインに、冷却、気水分離、昇圧後
蒸気を注入する装置を設け、アノード排ガス中の蒸気濃
度を調整することにより、熱交換器内における炭素析出
を防止でき、ガス冷却器の温度制御を簡単にすることが
できる。また注入された蒸気はカソードに送られ、電池
電圧を上昇させ、電池出力を増大することができる。
は、アノード排ガスラインに、冷却、気水分離、昇圧後
蒸気を注入する装置を設け、アノード排ガス中の蒸気濃
度を調整することにより、熱交換器内における炭素析出
を防止でき、ガス冷却器の温度制御を簡単にすることが
できる。また注入された蒸気はカソードに送られ、電池
電圧を上昇させ、電池出力を増大することができる。
【図１】本発明の実施形態の燃料電池発電装置の全体構
成図である。
成図である。
【図２】カソードに蒸気を注入した場合の電圧上昇を示
す実験データの一例である。
す実験データの一例である。
【図３】従来の燃料電池発電装置の全体構成図である。
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 ９ 蒸気ライン １０ アノード蒸気ライン ２０ 燃料電池 ２２ 改質器 ２３ 触媒燃焼器 ２４ 燃料予熱器 ２６ 脱硫器 ２８ タービン圧縮機 ３０ 排熱回収蒸気発生装置 ３２ 炭酸ガスリサイクルブロワ ３３，４３ 流量制御弁 ３４ 熱交換器 ３６ ガス冷却器 ３８ 気水分離器 ４０ アノードブロワ ４２ 温度計
Claims (1)
- 【請求項１】 カソードとアノードからなり酸素を含む
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
料電池と、カソードから排出されるカソード排ガスとア
ノードから排出されるアノード排ガスとを燃焼する燃焼
器と、この燃焼器の燃焼ガスで蒸気を含む燃料ガスを改
質してアノードガスを生成し前記アノードに供給する改
質器と、この改質器に供給された燃焼ガスをカソードに
循環させる炭酸ガスリサイクルラインと、を備えた燃料
電池発電装置において、前記アノード排ガスをアノード
から前記燃焼器に供給するアノード排ガスラインは、ア
ノード排ガスを冷却するガス冷却器と、冷却により凝縮
した水分を分離する気水分離器と、水分分離したガスを
加圧するアノードブロワと、このアノードブロワを出た
ガスをガス冷却器に入る前のアノード排ガスで加熱する
熱交換器と、この熱交換器とアノードブロワとの間に接
続され蒸気を供給するアノード蒸気ラインと、を備えて
いることを特徴とするアノード排ガスラインに蒸気注入
する燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13858699A JP4154680B2 (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | アノード排ガスラインに蒸気注入する燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13858699A JP4154680B2 (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | アノード排ガスラインに蒸気注入する燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000331697A true JP2000331697A (ja) | 2000-11-30 |
| JP4154680B2 JP4154680B2 (ja) | 2008-09-24 |
Family
ID=15225586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13858699A Expired - Fee Related JP4154680B2 (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | アノード排ガスラインに蒸気注入する燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4154680B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100798452B1 (ko) | 2006-07-31 | 2008-01-28 | (주)퓨얼셀 파워 | 연료전지 시스템 |
| JP2009503789A (ja) * | 2005-07-25 | 2009-01-29 | ブルーム エナジー コーポレーション | アノード排気を部分的にリサイクルする燃料電池システム |
| JP2010015712A (ja) * | 2008-07-01 | 2010-01-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システムおよび発電方法 |
| JP2010020965A (ja) * | 2008-07-09 | 2010-01-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システムおよびその動作方法 |
| JP2010044960A (ja) * | 2008-08-13 | 2010-02-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システムおよび燃料電池発電方法 |
| JP2010055810A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| KR101440192B1 (ko) | 2012-10-09 | 2014-09-15 | 한국기계연구원 | 터보차저 방식의 공기 연료 유입 연료전지 시스템 |
| KR101457589B1 (ko) | 2012-09-19 | 2014-11-04 | 충남대학교산학협력단 | 연소기의 가연 한계 확장 구조를 갖는 연료전지 시스템 |
| JP2019169419A (ja) * | 2018-03-26 | 2019-10-03 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム |
| WO2020090716A1 (ja) * | 2018-10-30 | 2020-05-07 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム及びオフガスの再生方法 |
| CN114709453A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-07-05 | 佛山市清极能源科技有限公司 | 一种燃料电池电堆的空气控制系统及其方法 |
-
1999
- 1999-05-19 JP JP13858699A patent/JP4154680B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2009503789A (ja) * | 2005-07-25 | 2009-01-29 | ブルーム エナジー コーポレーション | アノード排気を部分的にリサイクルする燃料電池システム |
| KR100798452B1 (ko) | 2006-07-31 | 2008-01-28 | (주)퓨얼셀 파워 | 연료전지 시스템 |
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| KR101457589B1 (ko) | 2012-09-19 | 2014-11-04 | 충남대학교산학협력단 | 연소기의 가연 한계 확장 구조를 갖는 연료전지 시스템 |
| KR101440192B1 (ko) | 2012-10-09 | 2014-09-15 | 한국기계연구원 | 터보차저 방식의 공기 연료 유입 연료전지 시스템 |
| JP2019169419A (ja) * | 2018-03-26 | 2019-10-03 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム |
| WO2020090716A1 (ja) * | 2018-10-30 | 2020-05-07 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム及びオフガスの再生方法 |
| JP2020071963A (ja) * | 2018-10-30 | 2020-05-07 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム及びオフガスの再生方法 |
| CN112912338A (zh) * | 2018-10-30 | 2021-06-04 | 东京瓦斯株式会社 | 燃料电池系统以及废气的再生方法 |
| KR20210080500A (ko) * | 2018-10-30 | 2021-06-30 | 도쿄 가스 가부시키가이샤 | 연료 전지 시스템 및 오프 가스의 재생 방법 |
| KR102655994B1 (ko) * | 2018-10-30 | 2024-04-11 | 도쿄 가스 가부시키가이샤 | 연료 전지 시스템 및 오프 가스의 재생 방법 |
| CN112912338B (zh) * | 2018-10-30 | 2024-06-04 | 东京瓦斯株式会社 | 燃料电池系统以及废气的再生方法 |
| US12401052B2 (en) | 2018-10-30 | 2025-08-26 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Fuel cell system and method of reprocessing off-gas |
| CN114709453A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-07-05 | 佛山市清极能源科技有限公司 | 一种燃料电池电堆的空气控制系统及其方法 |
| CN114709453B (zh) * | 2022-06-08 | 2022-08-30 | 佛山市清极能源科技有限公司 | 一种燃料电池电堆的空气控制系统及其方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4154680B2 (ja) | 2008-09-24 |
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