JPH04334870A - 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池発電装置Info
- Publication number
- JPH04334870A JPH04334870A JP3107121A JP10712191A JPH04334870A JP H04334870 A JPH04334870 A JP H04334870A JP 3107121 A JP3107121 A JP 3107121A JP 10712191 A JP10712191 A JP 10712191A JP H04334870 A JPH04334870 A JP H04334870A
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- carbon dioxide
- fuel cell
- anode
- cathode
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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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、溶融炭酸塩型燃料電
池発電装置に関し、特に炭酸ガスを分離するための吸着
式ガス分離装置を備えた燃料電池発電装置に関するもの
である。
池発電装置に関し、特に炭酸ガスを分離するための吸着
式ガス分離装置を備えた燃料電池発電装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】図４並びに図５は例えば特開昭６２−２
７４５６１号公報に示された溶融炭酸塩型燃料電池発電
装置における圧力スイング吸着式ガス分離装置（以下、
ＰＳＡという）を用いた炭酸ガス回収方法を説明する構
成図であり、図において、ａは改質ガス系統、ｂはアノ
ード排出ガス系統、ｃはアノード反応ガス系統、ｄは空
気系統、ｅはカソード排出ガス系統、ｆはカソード反応
ガス系統、ｇはアノードリサイクルガス系統、１は溶融
炭酸塩型燃料電池本体、２は燃料極（アノード）、３は
空気極（カソード）、４は電解質、５は燃料予熱器、６
はＰＳＡ式ガス分離装置、７はアノードガス再循環ブロ
ワ、８は空気圧縮器、９は空気予熱器、１０は熱交換器
、１１はカソードガス再循環ブロワ、１２は混合器、１
３は膨張タービン、１４は発電機、１５は燃焼器（また
は触媒燃焼器）である。また、図６は例えば「化学装置
」（川井、鈴木；ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．８，ｐ．５４（
１９８９））に示されたＰＳＡの吸着等温線であり、炭
酸ガスの分圧に対する吸着剤中の炭酸ガス量（ｇ／ｇ）
を温度をパラメータとして示している。
７４５６１号公報に示された溶融炭酸塩型燃料電池発電
装置における圧力スイング吸着式ガス分離装置（以下、
ＰＳＡという）を用いた炭酸ガス回収方法を説明する構
成図であり、図において、ａは改質ガス系統、ｂはアノ
ード排出ガス系統、ｃはアノード反応ガス系統、ｄは空
気系統、ｅはカソード排出ガス系統、ｆはカソード反応
ガス系統、ｇはアノードリサイクルガス系統、１は溶融
炭酸塩型燃料電池本体、２は燃料極（アノード）、３は
空気極（カソード）、４は電解質、５は燃料予熱器、６
はＰＳＡ式ガス分離装置、７はアノードガス再循環ブロ
ワ、８は空気圧縮器、９は空気予熱器、１０は熱交換器
、１１はカソードガス再循環ブロワ、１２は混合器、１
３は膨張タービン、１４は発電機、１５は燃焼器（また
は触媒燃焼器）である。また、図６は例えば「化学装置
」（川井、鈴木；ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．８，ｐ．５４（
１９８９））に示されたＰＳＡの吸着等温線であり、炭
酸ガスの分圧に対する吸着剤中の炭酸ガス量（ｇ／ｇ）
を温度をパラメータとして示している。
【０００３】次に動作について説明する。燃料電池本体
１の単電池は燃料極（アノード）２と空気極（カソード
）３との間に電解質４を介在させて構成されている。 前記燃料極２及び空気極３への反応ガス供給系統はそれ
ぞれ以下のようなものである。燃料極２へは、燃料予熱
器５を通過した改質ａ、及びアノード排出ガスｂがＰＳ
Ａ式ガス分離装置６を通過して二酸化炭素が除去された
成分からなり、アノードガス再循環ブロワ７によって循
環されるアノードガスリサイクルｇが混合されてアノー
ド反応ガスｃとして供給される。一方、空気極３へは空
気圧縮器８と空気予熱器９とを順次通過した空気ｄ、Ｐ
ＳＡ式分離装置６から脱着された二酸化炭素、及び熱交
換器１０を通過し、カソードガス再循環ブロワ１１によ
って循環されるカソード排出ガスｅの一部が混合器１２
で混合されて炭酸ガス濃度５〜５０％に成分調整され、
カソード反応ガスｆとして供給される。これらの反応ガ
スの供給により溶融炭酸塩型燃料電池本体１で直流電流
が発生する。また、カソード排出ガスｅの一部は膨張タ
ービン１３へ送られ、その後大気中に放出される。その
膨張タービン１３の出力の一部は空気圧縮器８の動力と
して使用され、その出力の残りの一部は発電機１４の動
力として使用される。
１の単電池は燃料極（アノード）２と空気極（カソード
）３との間に電解質４を介在させて構成されている。 前記燃料極２及び空気極３への反応ガス供給系統はそれ
ぞれ以下のようなものである。燃料極２へは、燃料予熱
器５を通過した改質ａ、及びアノード排出ガスｂがＰＳ
Ａ式ガス分離装置６を通過して二酸化炭素が除去された
成分からなり、アノードガス再循環ブロワ７によって循
環されるアノードガスリサイクルｇが混合されてアノー
ド反応ガスｃとして供給される。一方、空気極３へは空
気圧縮器８と空気予熱器９とを順次通過した空気ｄ、Ｐ
ＳＡ式分離装置６から脱着された二酸化炭素、及び熱交
換器１０を通過し、カソードガス再循環ブロワ１１によ
って循環されるカソード排出ガスｅの一部が混合器１２
で混合されて炭酸ガス濃度５〜５０％に成分調整され、
カソード反応ガスｆとして供給される。これらの反応ガ
スの供給により溶融炭酸塩型燃料電池本体１で直流電流
が発生する。また、カソード排出ガスｅの一部は膨張タ
ービン１３へ送られ、その後大気中に放出される。その
膨張タービン１３の出力の一部は空気圧縮器８の動力と
して使用され、その出力の残りの一部は発電機１４の動
力として使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の溶融炭酸塩型燃
料電池発電装置は以上のようであるので、ＰＳＡを高温
で動作させると炭酸ガス回収率が悪くなり、一方、常温
近くで動作させると回収した炭酸ガスを昇温させる熱源
が別途必要になるなどの問題点があった。
料電池発電装置は以上のようであるので、ＰＳＡを高温
で動作させると炭酸ガス回収率が悪くなり、一方、常温
近くで動作させると回収した炭酸ガスを昇温させる熱源
が別途必要になるなどの問題点があった。
【０００５】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、炭酸ガスの回収率を向上させ
、システム全体の効率を向上させることのできる溶融炭
酸塩型燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
るためになされたもので、炭酸ガスの回収率を向上させ
、システム全体の効率を向上させることのできる溶融炭
酸塩型燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる溶融炭
酸塩型燃料電池発電装置は、溶融炭酸塩型燃料電池本体
と、該該燃料電池のアノードへ燃料系ガスを供給する系
統と、該燃料電池のカソードへ空気系ガスを供給する系
統と、アノード出口ガスに含まれる炭酸ガスを回収する
吸着式ガス分離装置と、この吸着式ガス分離装置から排
出されるオフガスの少なくとも一部を燃焼させる燃焼装
置とを備えるように構成したものである。
酸塩型燃料電池発電装置は、溶融炭酸塩型燃料電池本体
と、該該燃料電池のアノードへ燃料系ガスを供給する系
統と、該燃料電池のカソードへ空気系ガスを供給する系
統と、アノード出口ガスに含まれる炭酸ガスを回収する
吸着式ガス分離装置と、この吸着式ガス分離装置から排
出されるオフガスの少なくとも一部を燃焼させる燃焼装
置とを備えるように構成したものである。
【０００７】
【作用】この発明における燃焼装置は、吸着式ガス分離
装置で未回収の炭酸ガス並びに可燃性ガスを含む吸着式
ガス分離装置のオフガスを燃焼させることで可燃成分を
含まない炭酸ガスを主成分とする高温ガスを生成させる
ことでシステムの効率を向上させる。
装置で未回収の炭酸ガス並びに可燃性ガスを含む吸着式
ガス分離装置のオフガスを燃焼させることで可燃成分を
含まない炭酸ガスを主成分とする高温ガスを生成させる
ことでシステムの効率を向上させる。
【０００８】
実施例１．図１はこの発明の一実施例による燃料電池発
電システムの要部を示す構成図であり、図において１６
は燃焼装置、１７は熱交換器、１８は混合器、ｈはリサ
イクルオフガス系統、ｉは燃焼非ガス系統、ｊはリサイ
クル混合ガス系統である。その他の符号は上記従来装置
と同一または相当するものであるから説明を省略する。
電システムの要部を示す構成図であり、図において１６
は燃焼装置、１７は熱交換器、１８は混合器、ｈはリサ
イクルオフガス系統、ｉは燃焼非ガス系統、ｊはリサイ
クル混合ガス系統である。その他の符号は上記従来装置
と同一または相当するものであるから説明を省略する。
【０００９】次に動作について説明する。燃料極（アノ
ード）２、空気極（カソード）３並びに電解質４等から
構成される燃料電池本体１において、アノード２には燃
料系ガスａ、並びにアノード排ガスｂがＰＳＡ式ガス分
離装置６によって炭酸ガスが分離されたＰＳＡオフガス
ｈのうち燃焼装置１６への供給ガスを除く成分からなり
、アノードガス循環ブロワ７によって循環されるアノー
ドリサイクルガスｇが混合された後、燃料系予熱器５を
通過し、アノード反応ガスｃとして供給される。一方、
カソード３への空気圧縮器８を通過した空気系ガスｄ、
並びに熱交換器１０を通過しカソードガス循環ブロワ１
１によって循環されるカソード排ガスｅの一部が混合器
１２で混合され、再度、熱交換器１０で予熱されたリサ
イクル混合ガスｊ、ＰＳＡ式ガス分離装置６から脱着さ
れた炭酸ガス、及びＰＳＡ式ガス分離装置６で炭酸ガス
を分離した後のＰＳＡオフガスｈの一部または全部を燃
焼装置１６で燃焼し熱交換器１７を通過した燃焼排ガス
ｉが混合器１８で混合された後、空気系予熱器９を通過
し、カソード反応ガスｆとして供給される。また、カソ
ード排ガスｅの一部は膨張タービン１３へ送られ、その
出力の一部は空気圧縮器８の動力として、残りは発電機
１４の動力として使用される。
ード）２、空気極（カソード）３並びに電解質４等から
構成される燃料電池本体１において、アノード２には燃
料系ガスａ、並びにアノード排ガスｂがＰＳＡ式ガス分
離装置６によって炭酸ガスが分離されたＰＳＡオフガス
ｈのうち燃焼装置１６への供給ガスを除く成分からなり
、アノードガス循環ブロワ７によって循環されるアノー
ドリサイクルガスｇが混合された後、燃料系予熱器５を
通過し、アノード反応ガスｃとして供給される。一方、
カソード３への空気圧縮器８を通過した空気系ガスｄ、
並びに熱交換器１０を通過しカソードガス循環ブロワ１
１によって循環されるカソード排ガスｅの一部が混合器
１２で混合され、再度、熱交換器１０で予熱されたリサ
イクル混合ガスｊ、ＰＳＡ式ガス分離装置６から脱着さ
れた炭酸ガス、及びＰＳＡ式ガス分離装置６で炭酸ガス
を分離した後のＰＳＡオフガスｈの一部または全部を燃
焼装置１６で燃焼し熱交換器１７を通過した燃焼排ガス
ｉが混合器１８で混合された後、空気系予熱器９を通過
し、カソード反応ガスｆとして供給される。また、カソ
ード排ガスｅの一部は膨張タービン１３へ送られ、その
出力の一部は空気圧縮器８の動力として、残りは発電機
１４の動力として使用される。
【００１０】上記実施例によれば、ＰＳＡオフガス中の
可燃性ガスを燃焼させることで可燃成分を含まない炭酸
ガスを主成分とする、１２００℃前後まで温度が上昇し
たガスを得ることができる。このガスのもつ熱を回収す
ることで、システム全体の効率、機器効率を上昇させる
ことができる。さらに、アノード排ガスを高温の状態で
ＰＳＡに導入しても、ＰＳＡで未回収の炭酸ガス並びに
可燃性ガスを含むＰＳＡオフガスを燃焼装置で燃焼させ
ることで可燃成分を含まない炭酸ガス主成分のガスが得
られ、これをカソード側に供給することで炭酸ガス回収
率の改善、炭酸ガスの有効利用ができる。
可燃性ガスを燃焼させることで可燃成分を含まない炭酸
ガスを主成分とする、１２００℃前後まで温度が上昇し
たガスを得ることができる。このガスのもつ熱を回収す
ることで、システム全体の効率、機器効率を上昇させる
ことができる。さらに、アノード排ガスを高温の状態で
ＰＳＡに導入しても、ＰＳＡで未回収の炭酸ガス並びに
可燃性ガスを含むＰＳＡオフガスを燃焼装置で燃焼させ
ることで可燃成分を含まない炭酸ガス主成分のガスが得
られ、これをカソード側に供給することで炭酸ガス回収
率の改善、炭酸ガスの有効利用ができる。
【００１１】実施例２．図２はこの発明の他の実施例を
示す要部構成図であり、図における符号は図１に示す実
施例と同様のものである。この実施例においては、空気
圧縮器８によって圧縮された空気系統のガスｄを熱交換
器１７に直接導くように構成している。この実施例では
上記図１の実施例とほぼ同様の効果が得られるほか、図
１における混合器１２を省略することができる利点があ
る。
示す要部構成図であり、図における符号は図１に示す実
施例と同様のものである。この実施例においては、空気
圧縮器８によって圧縮された空気系統のガスｄを熱交換
器１７に直接導くように構成している。この実施例では
上記図１の実施例とほぼ同様の効果が得られるほか、図
１における混合器１２を省略することができる利点があ
る。
【００１２】実施例３．図３はこの発明のさらに他の実
施例を示す構成図である。図において、１９は熱交換器
、２０はタービン発電機である。その他の符号は図１に
示す実施例と同様であるから説明を省略する。
施例を示す構成図である。図において、１９は熱交換器
、２０はタービン発電機である。その他の符号は図１に
示す実施例と同様であるから説明を省略する。
【００１３】上記構成において、燃料系ガスａは熱交換
器１９によってアノード排ガスｂのもつ熱により予熱さ
れた後、燃料予熱器５に送給される。一方、アノード排
ガスｂは前記熱交換器１９を経た後、ＰＳＡ式ガス分離
装置６に送給される。さらに、燃焼装置１６によって燃
焼したＰＳＡオフガスは発電機２０に送給され、熱エネ
ルギーの一部を電気エネルギーとして放出した後、熱交
換器１７に送給される。この実施例では、上記実施例の
効果のほか、さらにシステムの効率を向上させることが
できるという効果が期待できる。
器１９によってアノード排ガスｂのもつ熱により予熱さ
れた後、燃料予熱器５に送給される。一方、アノード排
ガスｂは前記熱交換器１９を経た後、ＰＳＡ式ガス分離
装置６に送給される。さらに、燃焼装置１６によって燃
焼したＰＳＡオフガスは発電機２０に送給され、熱エネ
ルギーの一部を電気エネルギーとして放出した後、熱交
換器１７に送給される。この実施例では、上記実施例の
効果のほか、さらにシステムの効率を向上させることが
できるという効果が期待できる。
【００１４】なおこの他、アノード出口ガス温度より低
い温度でＰＳＡを動作させるために上記アノード出口ガ
ス系統に熱交換器または熱交換器ならびにドレン分離器
を設けるように構成してもよい。なお、上記実施例では
燃焼装置の燃焼排ガスを熱交換器にてガスの予熱に使用
し、あるいは発電に用いた場合について説明したが、こ
れらに限るものではなく如何なる熱回収装置を用いても
よい。また吸着式ガス分離装置はＰＳＡ式のものに限定
されるものではない。さらに、上記燃焼装置は、これに
限るものではなく例えば触媒燃焼装置等如何なる形式の
ものでもよい。
い温度でＰＳＡを動作させるために上記アノード出口ガ
ス系統に熱交換器または熱交換器ならびにドレン分離器
を設けるように構成してもよい。なお、上記実施例では
燃焼装置の燃焼排ガスを熱交換器にてガスの予熱に使用
し、あるいは発電に用いた場合について説明したが、こ
れらに限るものではなく如何なる熱回収装置を用いても
よい。また吸着式ガス分離装置はＰＳＡ式のものに限定
されるものではない。さらに、上記燃焼装置は、これに
限るものではなく例えば触媒燃焼装置等如何なる形式の
ものでもよい。
【００１５】また、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電
装置の炭酸ガス回収・循環方法の各機器の構成は上記実
施例に示したものに限定されるものではない。
装置の炭酸ガス回収・循環方法の各機器の構成は上記実
施例に示したものに限定されるものではない。
【００１６】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、吸着式
ガス分離装置から排出されるオフガスの少なくとも一部
を燃焼させる燃焼装置とを備えるように構成したことに
より、炭酸ガスの回収率を向上させ、システム全体の効
率を上昇させることのできる溶融炭酸塩型燃料電池発電
装置が得られる効果がある。
ガス分離装置から排出されるオフガスの少なくとも一部
を燃焼させる燃焼装置とを備えるように構成したことに
より、炭酸ガスの回収率を向上させ、システム全体の効
率を上昇させることのできる溶融炭酸塩型燃料電池発電
装置が得られる効果がある。
【図１】この発明の一実施例による溶融炭酸塩型燃料電
池発電装置の要部を説明する構成図である。
池発電装置の要部を説明する構成図である。
【図２】この発明の他の実施例を示す構成図である。
【図３】この発明のさらに他の実施例を示す構成図であ
る。
る。
【図４】従来の装置を示す構成図である。
【図５】従来装置の他の例を示す構成図である。
【図６】炭酸ガスの分圧に対する吸着剤中の炭酸ガス量
（ｇ／ｇ）を温度をパラメータとして示す特性図である
。
（ｇ／ｇ）を温度をパラメータとして示す特性図である
。
ａ 改質ガス系統
ｂ アノード排ガス系統
１ 溶融炭酸塩型燃料電池本体
２ 燃料極（アノード）
３ 空気極（カソード）
６ 吸着式ガス分離装置
１６ 燃焼装置
Claims (1)
- 【請求項１】 溶融炭酸塩型燃料電池本体と、該燃料
電池のアノードへ燃料系ガスを供給する系統と、該燃料
電池のカソードへ空気系ガスを供給する系統と、アノー
ド出口ガスに含まれる炭酸ガスを回収する吸着式ガス分
離装置と、この吸着式ガス分離装置から排出されるオフ
ガスの少なくとも一部を燃焼させる燃焼装置とを備えた
溶融炭酸塩型燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3107121A JPH04334870A (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3107121A JPH04334870A (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04334870A true JPH04334870A (ja) | 1992-11-20 |
Family
ID=14451022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3107121A Pending JPH04334870A (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04334870A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1991
- 1991-05-13 JP JP3107121A patent/JPH04334870A/ja active Pending
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