JP2000331698A - ガスタービン排ガスを用いた燃料電池発電装置 - Google Patents
ガスタービン排ガスを用いた燃料電池発電装置Info
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-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池の燃料利用率を向上する。
【解決手段】 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１０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１２と、この燃焼器１２の燃焼排ガスで、燃料ガ
スライン２０よりの蒸気を含む燃料ガスを改質してアノ
ードガスを生成しアノードに供給する改質器１１と、こ
の改質器１１に供給された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２２と、を備えた燃料
電池発電装置において、カソードにガスタービン１の排
ガスを供給するガスタービン排ガスライン７と、アノー
ド排ガスの一部を燃料ガスライン２０に再循環するアノ
ード排ガス再循環ライン２５と、を設ける。
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１２と、この燃焼器１２の燃焼排ガスで、燃料ガ
スライン２０よりの蒸気を含む燃料ガスを改質してアノ
ードガスを生成しアノードに供給する改質器１１と、こ
の改質器１１に供給された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２２と、を備えた燃料
電池発電装置において、カソードにガスタービン１の排
ガスを供給するガスタービン排ガスライン７と、アノー
ド排ガスの一部を燃料ガスライン２０に再循環するアノ
ード排ガス再循環ライン２５と、を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの排
ガスをカソードに供給する燃料電池発電装置に関する。
ガスをカソードに供給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。更に効
率を高めるためガスタービンとのコンバインドシステム
の開発も行われている。
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。更に効
率を高めるためガスタービンとのコンバインドシステム
の開発も行われている。
【０００３】図４はガスタービンと溶融炭酸塩型燃料電
池と結合したコンバインドシステムを示す。燃料電池発
電装置２は常圧型（電池内圧力約１．１kgf/cm2 ）であ
り、ガスタービン１の排ガスには燃料電池１０のカソー
ドで必要とする炭酸ガスや酸素が含まれており、圧力も
同じなので、この排ガスをカソードに供給する。燃料電
池１０はアノードとカソードより構成され、アノードに
は改質器１１よりアノードガスが供給される。アノード
からのアノード排ガスとカソードからのカソード排ガス
を触媒燃焼器１２で燃焼し燃焼排ガスを改質器１１に供
給する。改質器１１は改質室と加熱室よりなり、改質室
は蒸気を含む燃料ガスを加熱室からの加熱と改質触媒に
より水素を含むアノードガスに改質しアノードに供給す
る。加熱室には触媒燃焼器１２より燃焼排ガスが供給さ
れ、改質室を加熱し改質反応を促進する。この燃焼排ガ
スにはカソードが必要とする炭酸ガスを含んでおり炭酸
ガス再循環ブロワ１５によりカソードガスとしてカソー
ドに供給される。
池と結合したコンバインドシステムを示す。燃料電池発
電装置２は常圧型（電池内圧力約１．１kgf/cm2 ）であ
り、ガスタービン１の排ガスには燃料電池１０のカソー
ドで必要とする炭酸ガスや酸素が含まれており、圧力も
同じなので、この排ガスをカソードに供給する。燃料電
池１０はアノードとカソードより構成され、アノードに
は改質器１１よりアノードガスが供給される。アノード
からのアノード排ガスとカソードからのカソード排ガス
を触媒燃焼器１２で燃焼し燃焼排ガスを改質器１１に供
給する。改質器１１は改質室と加熱室よりなり、改質室
は蒸気を含む燃料ガスを加熱室からの加熱と改質触媒に
より水素を含むアノードガスに改質しアノードに供給す
る。加熱室には触媒燃焼器１２より燃焼排ガスが供給さ
れ、改質室を加熱し改質反応を促進する。この燃焼排ガ
スにはカソードが必要とする炭酸ガスを含んでおり炭酸
ガス再循環ブロワ１５によりカソードガスとしてカソー
ドに供給される。
【０００４】燃料ガスを供給する燃料ライン１と改質器
１１で生成したアノードガスをアノードに供給するアノ
ードガスライン２１との熱交換を行う燃料予熱器１８が
設けられている。燃料予熱器１８は、蒸気と混合した燃
料ガスを加熱するとともに、改質室で生成された高温の
アノードガスをアノードの温度に適した温度、例えば６
００℃程度に降温する働きをする。
１１で生成したアノードガスをアノードに供給するアノ
ードガスライン２１との熱交換を行う燃料予熱器１８が
設けられている。燃料予熱器１８は、蒸気と混合した燃
料ガスを加熱するとともに、改質室で生成された高温の
アノードガスをアノードの温度に適した温度、例えば６
００℃程度に降温する働きをする。
【０００５】カソードでは電池反応を行うために炭酸ガ
スと酸素を必要とする。このためガスタービン１と結合
していない単独の燃料電池ではカソードに空気ラインを
設け、空気と燃焼排ガスとの混合ガスをカソードガスと
し、カソードに供給している。ガスタービンとのコンバ
インシステムでは、この空気に代えて、炭酸ガスと酸素
を含む高温のガスタービン排ガスをカソードに、改質器
１１からの燃焼排ガスと混合してカソードガスとして供
給する。このためガスタービンとのコンバインドシステ
ムでは、カソードガスは空気の場合より酸素濃度が低い
のが特徴である。
スと酸素を必要とする。このためガスタービン１と結合
していない単独の燃料電池ではカソードに空気ラインを
設け、空気と燃焼排ガスとの混合ガスをカソードガスと
し、カソードに供給している。ガスタービンとのコンバ
インシステムでは、この空気に代えて、炭酸ガスと酸素
を含む高温のガスタービン排ガスをカソードに、改質器
１１からの燃焼排ガスと混合してカソードガスとして供
給する。このためガスタービンとのコンバインドシステ
ムでは、カソードガスは空気の場合より酸素濃度が低い
のが特徴である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池の入口から出
口まで電池内での燃料利用率は８５％以下に押えられて
いる。これ以上にすると電池内のガス配流の影響で局所
的に燃料不足が生ずる恐れがあるからである。このため
燃料利用率が上げられないので、残りの１５％は燃焼器
で燃焼しなければならない。
口まで電池内での燃料利用率は８５％以下に押えられて
いる。これ以上にすると電池内のガス配流の影響で局所
的に燃料不足が生ずる恐れがあるからである。このため
燃料利用率が上げられないので、残りの１５％は燃焼器
で燃焼しなければならない。
【０００７】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、燃料電池の燃料利用率を向上することを目的とす
る。
ので、燃料電池の燃料利用率を向上することを目的とす
る。
【０００８】
【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、この燃焼器の燃焼排ガスで、燃料ガス
ラインよりの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と、を備えた燃料電池発電装置に
おいて、前記カソードにガスタービンの排ガスを供給す
るガスタービン排ガスラインと、前記アノード排ガスの
一部を前記燃料ガスラインに再循環するアノード排ガス
再循環ラインと、を設ける。
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、この燃焼器の燃焼排ガスで、燃料ガス
ラインよりの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と、を備えた燃料電池発電装置に
おいて、前記カソードにガスタービンの排ガスを供給す
るガスタービン排ガスラインと、前記アノード排ガスの
一部を前記燃料ガスラインに再循環するアノード排ガス
再循環ラインと、を設ける。
【０００９】アノード排ガスには蒸気が多く含まれてい
るので、アノード排ガスを改質器に再循環させることに
より改質温度を低下することができる。アノード排ガス
中の未反応分は再びアノードに供給され電池内で反応す
るので、燃料利用率が向上する。燃料利用率上昇および
改質温度低下により、燃焼器での燃焼温度、燃焼排ガス
温度は低下するが、ガスタービンより高温の排ガスが供
給されるので、カソードに供給されるガスの温度をカソ
ードで必要とする温度に維持できる。また、改質温度が
下がり燃料ガスを加熱しなくてもよくなり、改質器で生
成するアノードガスの温度も低減し、アノード入口で必
要とされる温度になるので、従来用いていた燃料予熱器
が不要になる。
るので、アノード排ガスを改質器に再循環させることに
より改質温度を低下することができる。アノード排ガス
中の未反応分は再びアノードに供給され電池内で反応す
るので、燃料利用率が向上する。燃料利用率上昇および
改質温度低下により、燃焼器での燃焼温度、燃焼排ガス
温度は低下するが、ガスタービンより高温の排ガスが供
給されるので、カソードに供給されるガスの温度をカソ
ードで必要とする温度に維持できる。また、改質温度が
下がり燃料ガスを加熱しなくてもよくなり、改質器で生
成するアノードガスの温度も低減し、アノード入口で必
要とされる温度になるので、従来用いていた燃料予熱器
が不要になる。
【００１０】
【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ガ
スタービンと燃料電池発電装置とのコンバインドシステ
ムの全体構成図である。本図において図４と同一機能を
有するものは同一符号で表す。ガスタービン１は、空気
を加圧するコンプレッサ３と、この加圧さた空気と燃料
ガスを混合して燃焼する燃焼器４と、燃焼器４で発生す
る燃焼ガスで回転し、コンプレッサ３を駆動するととも
に、発電機６を駆動するタービン５より構成される。タ
ービン５より排出される高温の排ガスは、ガスタービン
排ガスライン７により、燃料電池発電装置２に供給され
る。
図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態のガ
スタービンと燃料電池発電装置とのコンバインドシステ
ムの全体構成図である。本図において図４と同一機能を
有するものは同一符号で表す。ガスタービン１は、空気
を加圧するコンプレッサ３と、この加圧さた空気と燃料
ガスを混合して燃焼する燃焼器４と、燃焼器４で発生す
る燃焼ガスで回転し、コンプレッサ３を駆動するととも
に、発電機６を駆動するタービン５より構成される。タ
ービン５より排出される高温の排ガスは、ガスタービン
排ガスライン７により、燃料電池発電装置２に供給され
る。
【００１１】燃料電池発電装置２は、アノードとカソー
ドからなる燃料電池１０と、改質室と加熱室よりなる改
質器１１と、加熱室に燃焼排ガスを供給する触媒燃焼器
１２と、カソード排ガスとガスタービンの排ガスにより
蒸気を発生する排熱回収蒸気発生器１３と、この発生し
た蒸気で図示しない発電機を回転する蒸気タービンより
構成される。
ドからなる燃料電池１０と、改質室と加熱室よりなる改
質器１１と、加熱室に燃焼排ガスを供給する触媒燃焼器
１２と、カソード排ガスとガスタービンの排ガスにより
蒸気を発生する排熱回収蒸気発生器１３と、この発生し
た蒸気で図示しない発電機を回転する蒸気タービンより
構成される。
【００１２】天然ガス等の燃料ガスは、燃料ガスライン
２０で蒸気と混合し改質室に供給さる。燃料電池１０の
アノードからはアノード排ガスがアノード排ガスライン
２３により触媒燃焼器１２に供給される。またカソード
からはカソード排ガスがカソード排ガスライン２４によ
り触媒燃焼器１２に供給される。触媒燃焼器１２では、
アノード排ガス中の未反応成分（水素、一酸化炭素、メ
タン等）が、カソード排ガス中に含まれる酸素と、燃焼
触媒のもとで燃焼し燃焼排ガスを生成する。
２０で蒸気と混合し改質室に供給さる。燃料電池１０の
アノードからはアノード排ガスがアノード排ガスライン
２３により触媒燃焼器１２に供給される。またカソード
からはカソード排ガスがカソード排ガスライン２４によ
り触媒燃焼器１２に供給される。触媒燃焼器１２では、
アノード排ガス中の未反応成分（水素、一酸化炭素、メ
タン等）が、カソード排ガス中に含まれる酸素と、燃焼
触媒のもとで燃焼し燃焼排ガスを生成する。
【００１３】燃焼排ガスは改質器１１の加熱室に供給さ
れ、改質室を加熱する。改質室では蒸気を含む燃料ガス
を改質触媒のもとで加熱して水素ガスを含むアノードガ
スを生成し、アノードガスライン２１によりアノードに
供給する。加熱室より排出される燃焼排ガスには炭酸ガ
スが含まれており、これはカソードでの電池反応に必要
なので、炭酸ガス再循環ライン２２の炭酸ガス再循環ブ
ロワ１５でカソードへ供給される。
れ、改質室を加熱する。改質室では蒸気を含む燃料ガス
を改質触媒のもとで加熱して水素ガスを含むアノードガ
スを生成し、アノードガスライン２１によりアノードに
供給する。加熱室より排出される燃焼排ガスには炭酸ガ
スが含まれており、これはカソードでの電池反応に必要
なので、炭酸ガス再循環ライン２２の炭酸ガス再循環ブ
ロワ１５でカソードへ供給される。
【００１４】ガスタービン排ガスライン７は分岐して１
つは炭酸ガス再循環ブロワ１５の出口側に接続され、ガ
スタービン１の排ガスをカソードに供給し、他はカソー
ド排ガスライン２４に接続され、排熱回収蒸気発生器１
３に排ガスを供給する。排熱回収蒸気発生器１３ではこ
の排ガスとカソード排ガスにより蒸気を発生し、蒸気タ
ービン１４に供給する。蒸気タービン１４ではこの蒸気
によりタービンを駆動し、図示しない発電機を駆動して
発電する。
つは炭酸ガス再循環ブロワ１５の出口側に接続され、ガ
スタービン１の排ガスをカソードに供給し、他はカソー
ド排ガスライン２４に接続され、排熱回収蒸気発生器１
３に排ガスを供給する。排熱回収蒸気発生器１３ではこ
の排ガスとカソード排ガスにより蒸気を発生し、蒸気タ
ービン１４に供給する。蒸気タービン１４ではこの蒸気
によりタービンを駆動し、図示しない発電機を駆動して
発電する。
【００１５】アノード排ガスライン２３と燃料ガスライ
ン２０を結んでアノード排ガス再循環ライン２５が設け
られ、アノード排ガス再循環ブロワ１６によりアノード
排ガスを蒸気を含む燃料ガスとともに改質室に送り込
み、アノードガスを生成してアノードに供給し、アノー
ドで反応してアノード排ガスとなる循環が行なわれる。
ン２０を結んでアノード排ガス再循環ライン２５が設け
られ、アノード排ガス再循環ブロワ１６によりアノード
排ガスを蒸気を含む燃料ガスとともに改質室に送り込
み、アノードガスを生成してアノードに供給し、アノー
ドで反応してアノード排ガスとなる循環が行なわれる。
【００１６】このように構成された燃料電池発電装置の
動作を説明する。従来常圧の燃料電池の改質器では、７
５０℃程度の燃焼排ガスで加熱され改質反応を行い７０
０℃以上のアノードガスを生成し、十分な改質率を得て
いる。アノード排ガスは電池反応で発生した多量の蒸気
Ｈ2 Ｏを含むので、これを改質器１１に再循環させるこ
とにより、同等な改質率の得られる改質温度が大幅に低
下する。例えばアノード排ガスを６０％程度再循環させ
ると改質温度を６００℃程度とすることができる。ま
た、再循環することによりアノード排ガス中の未反応分
が再びアノードに供給されるので、電池出入口基準の燃
料利用率を８５％としてもアノード排ガスを６０％程度
再循環することにより、総合の燃料利用率は９０％以上
にすることができる。
動作を説明する。従来常圧の燃料電池の改質器では、７
５０℃程度の燃焼排ガスで加熱され改質反応を行い７０
０℃以上のアノードガスを生成し、十分な改質率を得て
いる。アノード排ガスは電池反応で発生した多量の蒸気
Ｈ2 Ｏを含むので、これを改質器１１に再循環させるこ
とにより、同等な改質率の得られる改質温度が大幅に低
下する。例えばアノード排ガスを６０％程度再循環させ
ると改質温度を６００℃程度とすることができる。ま
た、再循環することによりアノード排ガス中の未反応分
が再びアノードに供給されるので、電池出入口基準の燃
料利用率を８５％としてもアノード排ガスを６０％程度
再循環することにより、総合の燃料利用率は９０％以上
にすることができる。
【００１７】アノード排ガスを一部再循環することによ
り触媒燃焼器１２に送られる発熱量が減少し、触媒燃焼
器１２から排出される燃焼排ガスの温度も低下する。し
かし改質温度も低下するので適合する。加熱室から排出
される燃焼排ガスの温度も低下する。この燃焼排ガスに
ガスタービンからの排ガスを混合してカソードに供給さ
れる。カソードに供給されるガスのカソード入口での必
要温度は５８０℃程度であり、ガスタービンの排ガスの
温度は高いので、燃焼排ガスの温度が低下してもガスタ
ービンの排ガスとの混合ガスの温度はカソードの条件に
適合する。なお、ガスタービンとコンバインドしてない
燃料電池発電装置では、ガスタービンの排ガスの代わり
に空気をカソードに供給しているが、空気の温度は低い
ので燃焼排ガスで加熱する必要がある。故にアノード排
ガスを再循環して改質温度を低下する本発明は、ガスタ
ービンとコンバインドした燃料電池発電装置に適応され
る。
り触媒燃焼器１２に送られる発熱量が減少し、触媒燃焼
器１２から排出される燃焼排ガスの温度も低下する。し
かし改質温度も低下するので適合する。加熱室から排出
される燃焼排ガスの温度も低下する。この燃焼排ガスに
ガスタービンからの排ガスを混合してカソードに供給さ
れる。カソードに供給されるガスのカソード入口での必
要温度は５８０℃程度であり、ガスタービンの排ガスの
温度は高いので、燃焼排ガスの温度が低下してもガスタ
ービンの排ガスとの混合ガスの温度はカソードの条件に
適合する。なお、ガスタービンとコンバインドしてない
燃料電池発電装置では、ガスタービンの排ガスの代わり
に空気をカソードに供給しているが、空気の温度は低い
ので燃焼排ガスで加熱する必要がある。故にアノード排
ガスを再循環して改質温度を低下する本発明は、ガスタ
ービンとコンバインドした燃料電池発電装置に適応され
る。
【００１８】アノード排ガスを再循環することにより改
質温度を６００℃程度と低下させ、アノード入口温度と
ほぼ等しくしているが、これでも従来の高温（７００℃
程度）の改質温度の場合と同等の改質率が得られるのは
次の理由による。改質反応は次式で表される。 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→３Ｈ2 ＋ＣＯ …（１） 改質反応はモル数が増加する反応であるため、圧力が低
い方が反応が進み易い。改質温度をアノード入口温度と
同等としても十分な改質率が得られるのは、常圧の燃料
電池であるため、加圧型のものに比べ圧力が低いこと、
および蒸気濃度が高いことによる。
質温度を６００℃程度と低下させ、アノード入口温度と
ほぼ等しくしているが、これでも従来の高温（７００℃
程度）の改質温度の場合と同等の改質率が得られるのは
次の理由による。改質反応は次式で表される。 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→３Ｈ2 ＋ＣＯ …（１） 改質反応はモル数が増加する反応であるため、圧力が低
い方が反応が進み易い。改質温度をアノード入口温度と
同等としても十分な改質率が得られるのは、常圧の燃料
電池であるため、加圧型のものに比べ圧力が低いこと、
および蒸気濃度が高いことによる。
【００１９】次に、改質温度が低くてもＳ／Ｃ（スチー
ムカーボン比）が大きければ改質温度が高い場合と同じ
改質率が得られるデータを説明する。図２はＳ／Ｃと改
質率の変化を改質温度をパラメータとして示した図であ
る。常圧型燃料電池とガスタービンとのコンバインドシ
ステムのデータで、条件として常圧（１．１ｋｇ／ｃｍ
2 ），燃料は天然ガスの場合である。改質温度７００
℃、Ｓ／Ｃ＝３．０で改質率は９５％となるが、改質温
度６００℃、Ｓ／Ｃ＝７．５以上で改質率９５％が得ら
れる。
ムカーボン比）が大きければ改質温度が高い場合と同じ
改質率が得られるデータを説明する。図２はＳ／Ｃと改
質率の変化を改質温度をパラメータとして示した図であ
る。常圧型燃料電池とガスタービンとのコンバインドシ
ステムのデータで、条件として常圧（１．１ｋｇ／ｃｍ
2 ），燃料は天然ガスの場合である。改質温度７００
℃、Ｓ／Ｃ＝３．０で改質率は９５％となるが、改質温
度６００℃、Ｓ／Ｃ＝７．５以上で改質率９５％が得ら
れる。
【００２０】図３は本実施形態において、アノード排ガ
ス再循環ライン２５を設けない従来システムと本実施形
態との改質率を同じくした場合のＳ／Ｃの相違を示す。
従来のシステムは改質温度７００℃、Ｓ／Ｃは３であ
り、本実施形態のシステムは改質温度６００℃、Ｓ／Ｃ
は８．７である。改質率は両システムとも９５％であ
る。なお、本実施形態のシステムのアノード排ガス再循
環率は５５％である。Ｓ／Ｃと改質率との関係が図２と
多少異なるのは、本実施形態のシステムでは改質器入口
にＣＯ2 が多量に含まれている影響による。
ス再循環ライン２５を設けない従来システムと本実施形
態との改質率を同じくした場合のＳ／Ｃの相違を示す。
従来のシステムは改質温度７００℃、Ｓ／Ｃは３であ
り、本実施形態のシステムは改質温度６００℃、Ｓ／Ｃ
は８．７である。改質率は両システムとも９５％であ
る。なお、本実施形態のシステムのアノード排ガス再循
環率は５５％である。Ｓ／Ｃと改質率との関係が図２と
多少異なるのは、本実施形態のシステムでは改質器入口
にＣＯ2 が多量に含まれている影響による。
【００２１】本発明のシステムでは、改質温度を大幅に
低下することができるので、燃料ガスを加熱して改質器
に供給する必要がなくなる。また改質器出口でのアノー
ドガスの温度はアノード入口温度とほぼ同じになる。こ
れにより図４に示す燃料予熱器１８は、本発明のシステ
ムでは不要になる。
低下することができるので、燃料ガスを加熱して改質器
に供給する必要がなくなる。また改質器出口でのアノー
ドガスの温度はアノード入口温度とほぼ同じになる。こ
れにより図４に示す燃料予熱器１８は、本発明のシステ
ムでは不要になる。
【００２２】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、アノード排ガスの一部を改質器入口に再循環するこ
とにより、Ｓ／Ｃを増加し改質温度を低下することがで
きる。これにより燃料予熱器が不要になる。またアノー
ド排ガスの未燃焼燃料分を改質器でアノードガスに改質
しアノードに循環させて燃焼することにより燃料利用率
を向上させることができる。これらの結果として、シス
テムがよりシンプルとなり、単位排ガス当たりの燃料電
池出力を増加することができ、プラント全体の発電効率
を向上することができる。
は、アノード排ガスの一部を改質器入口に再循環するこ
とにより、Ｓ／Ｃを増加し改質温度を低下することがで
きる。これにより燃料予熱器が不要になる。またアノー
ド排ガスの未燃焼燃料分を改質器でアノードガスに改質
しアノードに循環させて燃焼することにより燃料利用率
を向上させることができる。これらの結果として、シス
テムがよりシンプルとなり、単位排ガス当たりの燃料電
池出力を増加することができ、プラント全体の発電効率
を向上することができる。
【図１】本発明の実施形態のガスタービンと燃料電池発
電装置とのコンバインドシステムの全体構成図である。
電装置とのコンバインドシステムの全体構成図である。
【図２】改質温度をパラメータとしたＳ／Ｃと改質率の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図３】改質率を同じとした場合の従来のシステムと本
発明のシステムとの改質温度とＳ／Ｃとの関係を示す。
発明のシステムとの改質温度とＳ／Ｃとの関係を示す。
【図４】従来のガスタービンと燃料電池発電装置とのコ
ンバインドシステムの全体構成図である。
ンバインドシステムの全体構成図である。
１ ガスタービン ２ 燃料電池発電装置 ３ コンプレサ ４ 燃焼器 ５ タービン ６ 発電機 ７ ガスタービン排ガスライン １０ 燃料電池 １１ 改質器 １２ 触媒燃焼器 １３ 排熱回収蒸気発生器 １４ 蒸気タービン １５ 炭酸ガス再循環ブロワ １６ アノード排ガス再循環ブロワ １８ 燃料予熱器 ２０ 燃料ガスライン ２１ アノードガスライン ２２ 炭酸ガス再循環ライン ２３ アノード排ガスライン ２４ カソード排ガスライン ２５ アノード排ガス再循環ライン
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、この燃焼器の燃焼排ガスで、燃料ガスラインより
の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
クルラインと、を備えた燃料電池発電装置において、前
記カソードにガスタービンの排ガスを供給するガスター
ビン排ガスラインと、前記アノード排ガスの一部を前記
燃料ガスラインに再循環するアノード排ガス再循環ライ
ンと、を設けたことを特徴とするガスタービン排ガスを
用いた燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11138606A JP2000331698A (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | ガスタービン排ガスを用いた燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11138606A JP2000331698A (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | ガスタービン排ガスを用いた燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000331698A true JP2000331698A (ja) | 2000-11-30 |
Family
ID=15226028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11138606A Pending JP2000331698A (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | ガスタービン排ガスを用いた燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000331698A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004006281A (ja) * | 2002-03-29 | 2004-01-08 | Kri Inc | エネルギ生成装置及びエネルギ搬送システム |
| US6846584B2 (en) | 2001-07-12 | 2005-01-25 | Co2 Solution Inc. | Process for generating electricity with a hydrogen fuel cell |
| EP1557896A1 (de) * | 2004-01-16 | 2005-07-27 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Energieumwandlungsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben der Energieumwandlungsvorrichtung |
| US7405016B2 (en) | 2001-08-28 | 2008-07-29 | Nucellsys Gmbh | Apparatus for supplying an oxygen-containing gas to a fuel cell system |
| US20090029205A1 (en) * | 2007-07-26 | 2009-01-29 | Bloom Energy Corporation | Integrated fuel line to support CPOX and SMR reactions in SOFC systems |
| WO2009070976A1 (fr) * | 2007-11-15 | 2009-06-11 | University Of Science And Technology Beijing | Système de production d'électricité par pile à combustible et procédé de production d'électricité correspondant |
| WO2010058749A1 (ja) * | 2008-11-18 | 2010-05-27 | 東京瓦斯株式会社 | Ｍｃｆｃ発電システムとその運転方法 |
| JP2010211931A (ja) * | 2009-03-06 | 2010-09-24 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システムと、この燃料電池システムの運転方法 |
| CN109546189A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-03-29 | 南京航空航天大学 | 一种以液体燃油为燃料电池氢源的多级重整发电系统 |
| CN116066239A (zh) * | 2023-03-01 | 2023-05-05 | 哈尔滨工业大学 | 双模态多工质联合循环系统及双模态多工质联合循环方法 |
-
1999
- 1999-05-19 JP JP11138606A patent/JP2000331698A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6846584B2 (en) | 2001-07-12 | 2005-01-25 | Co2 Solution Inc. | Process for generating electricity with a hydrogen fuel cell |
| US7405016B2 (en) | 2001-08-28 | 2008-07-29 | Nucellsys Gmbh | Apparatus for supplying an oxygen-containing gas to a fuel cell system |
| JP2004006281A (ja) * | 2002-03-29 | 2004-01-08 | Kri Inc | エネルギ生成装置及びエネルギ搬送システム |
| EP1557896A1 (de) * | 2004-01-16 | 2005-07-27 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Energieumwandlungsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben der Energieumwandlungsvorrichtung |
| US9680175B2 (en) * | 2007-07-26 | 2017-06-13 | Bloom Energy Corporation | Integrated fuel line to support CPOX and SMR reactions in SOFC systems |
| US20090029205A1 (en) * | 2007-07-26 | 2009-01-29 | Bloom Energy Corporation | Integrated fuel line to support CPOX and SMR reactions in SOFC systems |
| WO2009070976A1 (fr) * | 2007-11-15 | 2009-06-11 | University Of Science And Technology Beijing | Système de production d'électricité par pile à combustible et procédé de production d'électricité correspondant |
| WO2010058749A1 (ja) * | 2008-11-18 | 2010-05-27 | 東京瓦斯株式会社 | Ｍｃｆｃ発電システムとその運転方法 |
| JP5331819B2 (ja) * | 2008-11-18 | 2013-10-30 | 東京瓦斯株式会社 | Ｍｃｆｃ発電システム |
| KR101352219B1 (ko) * | 2008-11-18 | 2014-01-15 | 도쿄 가스 가부시키가이샤 | Ｍｃｆｃ 발전 시스템과 그 운전 방법 |
| JP2010211931A (ja) * | 2009-03-06 | 2010-09-24 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システムと、この燃料電池システムの運転方法 |
| CN109546189A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-03-29 | 南京航空航天大学 | 一种以液体燃油为燃料电池氢源的多级重整发电系统 |
| CN109546189B (zh) * | 2018-10-29 | 2021-10-22 | 南京航空航天大学 | 一种以液体燃油为燃料电池氢源的多级重整发电系统 |
| CN116066239A (zh) * | 2023-03-01 | 2023-05-05 | 哈尔滨工业大学 | 双模态多工质联合循环系统及双模态多工质联合循环方法 |
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