JPH0358154B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0358154B2 JPH0358154B2 JP57047320A JP4732082A JPH0358154B2 JP H0358154 B2 JPH0358154 B2 JP H0358154B2 JP 57047320 A JP57047320 A JP 57047320A JP 4732082 A JP4732082 A JP 4732082A JP H0358154 B2 JPH0358154 B2 JP H0358154B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- fuel cell
- steam
- heat recovery
- reformer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
-
- 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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、燃料、たとえばメタンを主成分とす
る天然ガスを水蒸気改質して水素燃料ガスを作
り、これを水素−酸素（空気）型燃料電池に供給
して電力を得るような燃料電池方法の改良に関す
る。
る天然ガスを水蒸気改質して水素燃料ガスを作
り、これを水素−酸素（空気）型燃料電池に供給
して電力を得るような燃料電池方法の改良に関す
る。
燃料電池の発電効率を上げるため、近時、燃料
電池の操作圧力は、１〜８Kg／cm2Ｇと加圧の方向
にあり、燃料電池に供給される空気は圧縮機によ
り昇圧されている。
電池の操作圧力は、１〜８Kg／cm2Ｇと加圧の方向
にあり、燃料電池に供給される空気は圧縮機によ
り昇圧されている。
本発明は圧縮機の駆動用動力を有効に回収し、
もつて、燃料電池発電システムの効率を上げるこ
とを目的とする。
もつて、燃料電池発電システムの効率を上げるこ
とを目的とする。
従来、加圧型の燃料電池発電システムにおいて
は、空気圧縮機と排熱回収タービンとを同軸に設
け、水蒸気改質器からの燃焼排ガスを排熱回収タ
ービンに導き、もつて空気圧縮機の駆動用動力を
回収することが行われていた。
は、空気圧縮機と排熱回収タービンとを同軸に設
け、水蒸気改質器からの燃焼排ガスを排熱回収タ
ービンに導き、もつて空気圧縮機の駆動用動力を
回収することが行われていた。
この場合、燃料電池冷却用の水から得られるス
チームは改質用スチームとして用い、過剰分は冷
却器で凝縮させていた。
チームは改質用スチームとして用い、過剰分は冷
却器で凝縮させていた。
本発明は上記スチームの有効利用を図るもので
あつて、本発明は、 (1) 改質装置において、燃料をスチームにより改
質して水素燃料を得、 (2) 該水素燃料と、排熱回収タービンを備えた圧
縮機により昇圧された空気とを原料とする燃料
電池において発電を行い、 (3) 発電に使用された後の水素燃料と空気を、前
記改質装置において燃焼させることにより改質
反応の熱源として用い、 (4) 発生した燃焼排ガスを排熱回収タービンに供
給することよりなる燃料電池の発電方法におい
て、燃料電池の水冷却手段により発生するスチ
ームのうち、少なくとも一部を改質装置から発
生する燃焼排ガスと共に排熱回収タービンに供
給することを特徴とする燃料電池の発電方法を
提供するものである。
あつて、本発明は、 (1) 改質装置において、燃料をスチームにより改
質して水素燃料を得、 (2) 該水素燃料と、排熱回収タービンを備えた圧
縮機により昇圧された空気とを原料とする燃料
電池において発電を行い、 (3) 発電に使用された後の水素燃料と空気を、前
記改質装置において燃焼させることにより改質
反応の熱源として用い、 (4) 発生した燃焼排ガスを排熱回収タービンに供
給することよりなる燃料電池の発電方法におい
て、燃料電池の水冷却手段により発生するスチ
ームのうち、少なくとも一部を改質装置から発
生する燃焼排ガスと共に排熱回収タービンに供
給することを特徴とする燃料電池の発電方法を
提供するものである。
なお、本発明および上記従来技術と異なり、燃
料電池の冷却手段を経て発生したスチームを空気
圧縮機駆動用タービンの熱源とする方法が、例え
ば特開昭51−104539により公知であるが、この方
法では、燃料電池から発生するスチーム量に制限
があること、ならびに発生スチーム圧力にも制限
があることより、たとえ、スチームを加熱すると
しても、排熱回収タービンでの回収動力には限り
がある。このため、圧縮空気圧を高めることが困
難なので燃料電池の効率を高めることができな
い。
料電池の冷却手段を経て発生したスチームを空気
圧縮機駆動用タービンの熱源とする方法が、例え
ば特開昭51−104539により公知であるが、この方
法では、燃料電池から発生するスチーム量に制限
があること、ならびに発生スチーム圧力にも制限
があることより、たとえ、スチームを加熱すると
しても、排熱回収タービンでの回収動力には限り
がある。このため、圧縮空気圧を高めることが困
難なので燃料電池の効率を高めることができな
い。
次に図面に基づき本発明を説明する。
第１図は、本発明の発電方法を示すフローシー
トであり、改質装置４、燃料電池８、圧縮機２２
および排熱回収タービン４０が主な構成機器であ
る。
トであり、改質装置４、燃料電池８、圧縮機２２
および排熱回収タービン４０が主な構成機器であ
る。
改質装置４は夫々公知の水蒸気改質器、高温変
成器および低温変成器より構成されており、ここ
にて、燃料２（天然ガス）と後述する燃料改質用
スチームとの反応により得られた水素を主成分と
するガスはライン６を経て燃料電池８の燃料室１
０に送られる。
成器および低温変成器より構成されており、ここ
にて、燃料２（天然ガス）と後述する燃料改質用
スチームとの反応により得られた水素を主成分と
するガスはライン６を経て燃料電池８の燃料室１
０に送られる。
燃料電池８は、水素−酸素（空気）型の燃料電
池であり、電極１６により、燃料室１０、空気室
１２および電解液室１４にセパレートされ、更に
電池の発熱を制御するための電池冷却器３２によ
り構成されている。符号１８は直流・交流変換器
を示している。
池であり、電極１６により、燃料室１０、空気室
１２および電解液室１４にセパレートされ、更に
電池の発熱を制御するための電池冷却器３２によ
り構成されている。符号１８は直流・交流変換器
を示している。
燃料電池８の空気室１２には、圧縮機２２によ
り空気２０が昇圧されて送られ、前記水素ガスと
の反応により発電が行われる。
り空気２０が昇圧されて送られ、前記水素ガスと
の反応により発電が行われる。
反応を終了した水素ガス２６と、空気２４は共
に改質装置４に送られ燃焼させることにより改質
反応の熱源として利用され、前記改質反応が進め
られる。改質反応に必要なスチームは、燃料電池
の発熱を制御する為に用いられる補給水３０が、
電池冷却器３２を経る間に蒸発して得られるスチ
ーム３４の一部が用いられる。
に改質装置４に送られ燃焼させることにより改質
反応の熱源として利用され、前記改質反応が進め
られる。改質反応に必要なスチームは、燃料電池
の発熱を制御する為に用いられる補給水３０が、
電池冷却器３２を経る間に蒸発して得られるスチ
ーム３４の一部が用いられる。
改質装置からの燃料排ガス３６は排熱回収ター
ビン４０の駆動用動力として使用されこれと同軸
の圧縮機２２を駆動する。
ビン４０の駆動用動力として使用されこれと同軸
の圧縮機２２を駆動する。
これまで述べてきたプロセスにおいて、従来の
例では、圧縮機２２の動力としては、燃焼排ガス
３６だけでは不十分となるので、補助燃料（点線
ライン３として図示）をラインバーナ等の燃焼器
（図示せず）で燃焼させ、得られた排ガスを排熱
回収タービンに送給することにより、その不足量
を補つていた。
例では、圧縮機２２の動力としては、燃焼排ガス
３６だけでは不十分となるので、補助燃料（点線
ライン３として図示）をラインバーナ等の燃焼器
（図示せず）で燃焼させ、得られた排ガスを排熱
回収タービンに送給することにより、その不足量
を補つていた。
本発明による方法では、このような補助燃料を
使用することなく、電池冷却器３２より発生した
大量のスチーム３４のうち燃料改質用スチーム分
を差し引いた余剰のスチーム３８を排熱回収ター
ビン４０に供給することにより実施される。
使用することなく、電池冷却器３２より発生した
大量のスチーム３４のうち燃料改質用スチーム分
を差し引いた余剰のスチーム３８を排熱回収ター
ビン４０に供給することにより実施される。
最後に本発明の効果について述べれば以下の如
くである。
くである。
本発明による発電方法を1000KWの発電を目的
として設計した。水蒸気改質用燃料として天然ガ
ス（メタン88％、その他エタン、プロパン）
8.06Kg・mol／Hrと、燃料電池の発熱を押える
為に補給水として水1108Kg／Hrが必要であり、
この補給水が燃料電池の冷却に使用されることに
伴つて蒸発して得られたスチーム1108Kg／Hrの
うち523Kg／Hrを水蒸気改質用スチームとして使
用し、残り585Kg／Hrを燃焼排ガス３６と共に排
熱回収タービン４０へ供給し使用する。
として設計した。水蒸気改質用燃料として天然ガ
ス（メタン88％、その他エタン、プロパン）
8.06Kg・mol／Hrと、燃料電池の発熱を押える
為に補給水として水1108Kg／Hrが必要であり、
この補給水が燃料電池の冷却に使用されることに
伴つて蒸発して得られたスチーム1108Kg／Hrの
うち523Kg／Hrを水蒸気改質用スチームとして使
用し、残り585Kg／Hrを燃焼排ガス３６と共に排
熱回収タービン４０へ供給し使用する。
排熱回収タービンにより駆動される圧縮機によ
り、圧力3.5Kg／cm2Ｇの空気126.7Kg・mol／Ｈを
得ることができる。
り、圧力3.5Kg／cm2Ｇの空気126.7Kg・mol／Ｈを
得ることができる。
これに対して、前述した従来技術により、同様
の1000KWの発電を行うとすると、圧縮機により
圧力3.5Kg／cm2Ｇの空気126.7Kg・mol／Hrを得る
為には、補時燃料として天然ガス0.45Kg・mol／
Hrを必要とする。
の1000KWの発電を行うとすると、圧縮機により
圧力3.5Kg／cm2Ｇの空気126.7Kg・mol／Hrを得る
為には、補時燃料として天然ガス0.45Kg・mol／
Hrを必要とする。
以上の比較から、本発明によれば補助燃料を全
く必要としないことがわかる。
く必要としないことがわかる。
また、上記２例の発電効率を計算すると、従来
技術のものが39.8％であるのに対し、本発明によ
れば42.0％となり、２％強にも及ぶ発電効率の向
上を達成できることとなる。
技術のものが39.8％であるのに対し、本発明によ
れば42.0％となり、２％強にも及ぶ発電効率の向
上を達成できることとなる。
第１図は、本発明の発電方法を示すフローシー
トである。但し、図中の点線ライン３は従来技術
における補助燃料の経路である。 ４：改質装置、８：燃料電池、２２：圧縮機、
４０：排熱回収タービン。
トである。但し、図中の点線ライン３は従来技術
における補助燃料の経路である。 ４：改質装置、８：燃料電池、２２：圧縮機、
４０：排熱回収タービン。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １(1) 改質装置において、燃料をスチームにより
改質して水素燃料を得、 (2) 該水素燃料と、排熱回収タービンを備えた圧
縮機により昇圧された空気とを原料とする燃料
電池において発電を行い、 (3) 発電に使用された後の水素燃料と空気を、前
記改質装置において燃焼させることにより改質
反応の熱源として用い、 (4) 発生した燃焼排ガスを排熱回収タービンに供
給することよりなる燃料電池の発電方法におい
て、燃料電池の水冷却手段により発生するスチ
ームを前記改質装置に供給するとともに、前記
燃焼排ガスが供給される排熱回収タービンにも
直接的に供給することを特徴とする燃料電池の
発電方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57047320A JPS58165273A (ja) | 1982-03-26 | 1982-03-26 | 燃料電池の発電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57047320A JPS58165273A (ja) | 1982-03-26 | 1982-03-26 | 燃料電池の発電方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58165273A JPS58165273A (ja) | 1983-09-30 |
| JPH0358154B2 true JPH0358154B2 (ja) | 1991-09-04 |
Family
ID=12771980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57047320A Granted JPS58165273A (ja) | 1982-03-26 | 1982-03-26 | 燃料電池の発電方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58165273A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60115172A (ja) * | 1983-11-25 | 1985-06-21 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム |
| JPH0612077B2 (ja) * | 1987-02-06 | 1994-02-16 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池発電システム |
| US6916564B2 (en) | 2000-05-31 | 2005-07-12 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | High-efficiency fuel cell power system with power generating expander |
| US6921595B2 (en) | 2000-05-31 | 2005-07-26 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Joint-cycle high-efficiency fuel cell system with power generating turbine |
| US6817182B2 (en) | 2001-12-05 | 2004-11-16 | Lawrence G. Clawson | High-efficiency Otto cycle engine with power generating expander |
| CA2575629A1 (en) | 2004-06-11 | 2006-08-10 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Fuel fired hydrogen generator |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3973993A (en) * | 1975-02-12 | 1976-08-10 | United Technologies Corporation | Pressurized fuel cell power plant with steam flow through the cells |
| JPS5736784A (en) * | 1980-08-16 | 1982-02-27 | Mitsui Toatsu Chem Inc | Method of effectively utilizing exhaust gas in fuel-cell power generation device, and system for that |
-
1982
- 1982-03-26 JP JP57047320A patent/JPS58165273A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58165273A (ja) | 1983-09-30 |
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