JPH0552036B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料電池を用いた発電装置に関するも
のである。

〔発明の背景〕

燃料電池はエネルギの変換効率が高く、環境問
題が少なく、モジユール構成により出力規模を自
由に選択可能である等の特徴を有しており、水
力、火力、原子力に次ぐ発電方式として有望視さ
れている。

固体電解質型燃料電池はリン酸型、溶融炭酸塩
型に次ぐ第３世代の燃料電池として我が国ではム
ーンライト計画において開発が推進されており、
米国ではウエスチングハウス社が開発を行なつて
いる。これらの状況については例えば、〓電気学
会技術報告（部）K1号（燃料電池の展望）〓、
電気学会（昭和57年12月）等に詳細に記述されて
いる。

固体電解質型燃料電池の発電原理については、
例えば、〓高温固体電解質燃料電池の試作および
発電試験〓、高温学会誌（第７巻、第５号）、
（1981年９月）等に詳細に記述されている。

上記の固体電解質型燃料電池の原理について、
第１図を参照しつつ次に説明する。固体電解質型
燃料電池は燃料電極１、空気電極２、固体電解質
３より構成される。燃料電極１は電子導電性が大
きく、還元雰囲気中で安定で、かつ、電解質と反
応しないものとしてNiO、Co等が用いられてい
る。一方、空気電極２は電子導電性と共にイオン
導電性が大きく、酸化雰囲気中で化学的に安定で
あり、電解質の熱膨脹の整合がとれるものとして
Ni−Al、LaCoO₃、SnO₂ドープのIn₂O₃等が考え
られている。また固体電解質３としてはイオン輸
率が１に近く、物理化学的に安定であり、ガスを
通さない等の条件を満たすものとしてZrO₂、
ThO₂、CeO₂等の安定化物質が利用可能である
が、現在では酸化イツトリウム（Y₂O₃）で安定
化したジルコニア（ZrO₂）が多く用いられてい
る。この安定化ジルコニアは蛍石型結晶構造をも
ち、酸素原子の格子欠陥により酸素分圧に比例し
た酸素イオン導電性を持つ。この酸素イオン導電
性は1000℃程度で顕著になる。

電池を作動させるためには、燃料側に水素、一
酸化炭素等の燃料５を流し、空気側に空気７を流
し、両電極を負荷４で結ぶ。燃料側では燃料５と
電解質３中の酸素イオン８が次のような反応を生
ずる。

CO＋O^2-→CO＋2e^- H₂＋O^2-→H₂O＋2e^- 酸素イオン８は電解質３中を導電し、電気側で
は酸素イオン８の不足が生じ、空気７中の酸素は O₂＋4e^-→DO^2- となり、この反応により電子の移動が生じ、空気
電極２から燃料電極１へと電流９が流れる。

なお、固体電解質型燃料電池はリン酸型、溶融
炭酸塩型等のように燃料成分に対する制限がな
く、例えば天然ガス等を直接燃料として用いるこ
とが可能である。即ち、燃料電池内が高温で内部
リフオーミング反応が生じ、出口燃料排ガスH₂、
COが生ずる。しかし、他の燃料電池と同様に供
給した燃料および酸素を完全に消費する事は電流
密度、電池の大きさ等の制限により困難であり、
燃料側の排燃料６中には水と未反応燃料が残り、
空気側の排気中には未反応酸素が残ることにな
る。また、分極７ａによる電池効率の低下分は反
応に伴う熱となり、特別な冷却機構、媒体を用い
ない限り、燃料側及び空気側の気体両方もしくは
一方の温度を上昇させる結果となる。

理論的な起電力である開路電圧Ｅは、ネルンス
トの式により燃料側および空気側の酸素分圧P_O2
の比として次式のように表わされる。

Ｅ＝RT／4FlnP_O2（空気側）／P_O2（燃料側） ここでＲはガス定数、Ｔは動作温度、Ｆはフア
ラデイ定数である。

固体電解質燃料電池の動作温度がイオン導電性
を良くするために必然的に高くならざるを得な
く、その排熱温度が高い事を利用し、発電プラン
トに利用する考えは、例えばパワーソースのジヤ
ーナル（Journal of Power Source）10（1983）
89−102高温溶融塩燃料電池の技術的問題（High
−Temperature Solid Oxide Fuell Cell−
Technical Status）等において論じられている。

第２図は前記文献中で検討されている例を引用
したもので、以下第２図により説明する。

燃料２５は、燃料予熱器１０を通り、固体電解
質燃料電池本体１１に入る。一方、空気２６はフ
アン２２から空気予熱器１３を通り、固体電解質
燃料電池本体１１に入る。固体電解質燃料電池１
１で発電３１を行なつた非燃料および排空気２８
はアフターバーナー１２内で燃焼され、一部は燃
料予熱器１０へ導入されて燃料を予熱した後に煙
突２４より外部へ放出される。残りの燃料排ガス
２８は廃熱ボイラ１５を通り給水加熱器１６を通
り、空気予熱器１３を通つた後に煙突２４より外
部へ放出される。給水加熱器１６は給水２９を加
熱し、加熱された給水は廃熱ボイラ１５で過熱蒸
気３０となり蒸気タービン１９を駆動する。蒸気
タービン１９は発電機２１を駆動し発電を行な
い、蒸気タービン１９を駆動した蒸気３０はコン
デンサ２０で復水され脱気器１７に入り、脱気さ
れた後に給水ポンプ１８へ入る。

補助燃焼器１４は、起動時に弁２３ａを開いて
燃料２５を供給するとともに、フアン２２を作動
させ空気２６を供給し、弁２３ｂを開き燃焼ガス
を燃料予備器１０に導入し、供給燃料の余熱源と
して用いる。

このような固体電解質燃料電池発電システムで
は、固体電解質燃料電池における電気化学反応に
よる発熱および固体電解質燃料電池における未反
応燃料は、熱に変換され、熱の形態のみで蒸気の
発生、蒸気タービンの駆動等に利用されるため固
体電解質燃料電池の作動温度が高く排熱の質が良
好である特徴を充分に生かすことができていない
のが大きな欠点である。

次に溶融炭酸塩型燃料電池に関しては〓電気学
会技術報告（部）141号（燃料電池の展望）〓、
電気学会（昭和57年12月）等に詳細に記述されて
いる。そこで、まず溶融炭酸塩型燃料電池の原理
を第３図により説明する。溶融炭酸塩型燃料電池
は燃料電極４１、電気電極４２、電解質４３より
構成される。燃料電極４１はNiCo、Niのような
Ni合金の多孔質体が使われており、還元雰囲気
中で焼結された電極板である。またNiやSUS製
の網や細線を埋設して電極板を補強している。一
方、空気電極４２はNiOが用いられており、この
導電性を高めるためLiが添加されている。また燃
料電極４１と同様、金属網を埋設して補強してい
る。

電解質は、その一般的特性として２種類以上の
アルカリ炭酸塩を混合すると融点が低下するので
電解質４３は混合炭酸塩が用いられ、一般に
（Li₂CO₃）_0.62（K₂CO₃）_0.38が用いられている。こ
の電解質４３は動作温度600〜700℃で液体となる
ので電極気孔内へのしみ込みや電池外部への流出
が起こり、この電解質流動性防止としてマトリク
ス式あるいはペイスト式が用いられている。

上記の構成の燃料電池は、起動・停止に伴う温
度変化で電解質板に亀裂を生ずるなどの欠点もあ
る。

次に燃料電池の発電原理を説明する。燃料極４
１へ水素４５を供給し、空気極４２へ空気と炭酸
ガスとの混合ガス４７を供給し、両電極を負荷４
４で結ぶ。空気極４２では空気中の酸素と炭酸ガ
ス４７とが外部回路から電子を受け取つて炭酸イ
オン４８となり、電解質４３中を燃料極４１へ移
動し、水素４５と反応して炭酸ガスと水４６を生
成する。この時の反応式は 空気極：O₂＋2CO₂＋4e^-→2CO₃ ^2- 燃料極：2H₂＋2CO₃ ^2-→2CO₂＋2H₂O＋4e^- となり、両式から全体の反応は次のようになる。

2H₂＋O₂→2H₂O 以上の反応により、電子の移動が生じ空気電極
４２から燃料電極４１へ電流４９が流れる。

次に、溶融炭酸塩型燃料電池のシステムについ
て第４図により説明する。天然ガスの化石燃料６
３はフアン６１を通して熱交換器６２で予熱され
て燃料改質器５０へ供給される。この時、燃料６
３中にイオウ分が含まれる際は改質触媒が被毒を
受けやすく、さらに燃料極５３はイオウ不純物の
影響を受けやすいので、改質器５０と燃料電池５
２本体との間に脱硫装置５１を設け、イオウ成分
を1ppm以下まで除去する必要がある。

一方、空気極５４へは空気にあらかじめ燃料極
排ガスを混合し、触媒燃焼器５６を通すことによ
つて残存する水素と一酸化炭素を水と炭酸ガスに
し、空気と炭酸ガスの混合ガス６７として供給さ
れる。燃料電池５２から排出される高温ガスは蒸
気タービン５９駆動用の熱源として使われ、すな
わち複合発電システムのボトミングサイクルとな
る。電池本体、及びボトミングサイクルを合わせ
た発電効率は約50〜60％が期待される。この際、
燃料電池発電システムの総合効率を向上させるた
め、燃料電池本体の改善と共に、これらのサブシ
ステムについて見直しが図られているが、質の高
いエネルギーを有効に利用できていないのが現状
である。

総合効率の目標値を80％とした場合、改質器５
０と燃料電池５２セル、あるいは燃料極５３とが
熱的に近接されていないので、改質器５０の運転
に必要な熱源を燃料電池５２から効率良く得るこ
とができないという事も問題点となる。

また、蒸気タービン、及び各種の周辺装置から
排出される比較的低温の熱源が有効に熱回収され
ていない等の問題もある。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、
燃料改質器まわりの補機系が省かれ、しかも効率
の高い燃料電池発電装置を提供することを目的と
する。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するために創作した本発明の
基本的な原理を次に述べる。

本発明は従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電シス
テムにおける燃料改質器に代えて約1000℃の高温
度を利用した固体電解質型燃料電池を組み合わせ
て、質の高い熱エネルギーを有効に利用すると同
時に、燃料改質器まわりの補機（例えば脱硫器、
改質器、一酸化炭素変成器など）を省くことによ
りシステムの簡略化が図れる高効率な燃料電池発
電システムである。つまり、燃料改質器と固体電
解質型燃料電池の動作温度がほぼ等しいことに注
目すると、燃料成分の純度はあまり厳しくなく、
しかも内部リフオーミング反応を伴う固体電解質
型燃料電池から生ずる電力をも利用することによ
り、従来の燃料改質器の熱回収によるエネルギ利
用率に比して格段に効率の高い燃料電池発電装置
が構成できる。

上記の原理に基づいて前述の目的を達成するた
め、本発明の燃料電池発電装置は、燃料予熱器と
空気予熱器とを設け、上記の燃料予熱器で予熱さ
れた燃料と空気予熱器で予熱された空気とによつ
て電気化学反応を行う固体電解質型燃料電池を設
けると共に、上記と別体に溶融塩型燃料電池を設
け、かつ、前記固体電解質型燃料電池から排気さ
れる燃料を前記溶融塩型燃料電池の燃料電極側に
供給するとともに、前記固体電解質型燃料電池か
ら排気される空気によつて溶融塩型燃料電池の燃
料電極側から排出された燃料を燃焼させた排ガス
を前記の溶融塩型燃料電池の空気電極側に供給し
て電気化学反応を行わせるように構成したことを
特徴とする。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第５図により説明する。ま
ず、燃料電池システムの構成を概略的に示す。燃
料８０の流れにしたがい、燃料予熱器７１、固体
電解質型燃料電池７２、コンプレツサ(a)７６、溶
融炭酸塩型燃料電池７５が設置されている。一
方、空気８１の流れにしたがい、コンプレツサ(b)
７７、空気予熱器７３、固体電解質型燃料電池７
２、触媒燃焼器７４、溶融炭酸塩型燃料電池７
５、及びタービン７８が設置されている。なお、
コンプレツサ(a)７６、及び(b)７７とタービン７８
は同軸で回転されるように構成されている。

次に、本システムの動作原理について説明す
る。まず、フアン８６を通つて天然ガス等の燃料
８０は固体電解質型燃料電池７２の燃料極へ供給
される。

定常運転状態において、燃料８０はフアン８６
と当該燃料電池７２との間に設置された燃料予熱
器７１内で反応前の燃料８０ａと反応後の燃料８
０ｂとのガス−ガス熱交換を行い、固体電解質型
燃料電池７２の動作温度である800〜1000℃に昇
温されて燃料入口マニホールド７２ａから供給さ
れる。一方、空気８１はコンプレツサ(a)７７によ
り昇圧され、固体電解質型燃料電池７２内へ供給
される。空気８１の場合も燃料８０と同様、反応
前後の空気８１ａ，８１ｂと空気予熱器７３内で
ガス−ガス熱交換を行い、同様に当該燃料電池７
２へ800〜1000℃に昇温されて電気入口マニホー
ルド７２ｃから供給される。この時、固体電解質
型燃料電池７２内で燃料８０は内部リフオーミン
グ反応を伴いながら水素を発生し、この水素と空
気８１中の酸素とが電気化学反応を行い、酸素イ
オン（O^2-）の移動により直流電流が流れ、電気
出力８３ａを生ずる。そこで、固体電解質型燃料
電池７２から排出された燃料８０ｂは水素を若干
消費した状態で燃料予熱器７１で熱交換の後、コ
ンプレツサ(d)７６で昇圧されて溶融炭酸塩型燃料
電池７５へ供給される。一方、固体電解質型燃料
電池７２から排出された空気８１ｂは酸素をある
量を消費した状態で空気予熱器７３で熱交換の
後、上記溶融炭酸塩型燃料電池７５の燃料極７５
ａから排出された燃料とともに触媒燃焼器７４内
で燃焼し、空気と炭酸ガスとを生成して上記燃料
電池７５の空気極７５ｂへ供給される。この時、
溶融炭酸塩型燃料電池７５内において燃料８０中
の水素と混合ガス中の酸素と炭酸ガスが電気化学
反応を行い、炭酸イオンCO₃ ^2-の移動により電流
が流れて直流の電気出力８３ｂを生ずる。この
際、固体電解質型燃料電池７２、及び溶融炭酸塩
型燃料電池７５において生じた直流電圧はともに
インバータを介して交流に変換される。ここで、
溶融炭酸塩型燃料電池７５の空気極７５ｂから排
出された高温ガスはタービン７８へ導かれて発電
する。この際、コンプレツサ(a)７６、コンプレツ
サ(b)７７、及びタービン７８の駆動軸は同軸であ
る。

上記実施例の発電装置は、従来の燃料改質器及
び補器系が省かれて、その代り固体電解質型燃料
電池７２と燃料予熱器７１、空気予熱器７３が設
置された簡潔な構成である。本実施例では各予熱
器７１，７３と固体電解質型燃料電池７２本体と
は別構造として示しているが、本発明を実施する
場合、これらの構成部材はそれぞれ別体の機器に
限定されるものではなく、双方の予熱器７１，７
３を固体電解質型燃料電池７２本体内へ納めた一
体構造も考えられる。この際、固体電解質型燃料
電池７２本体は燃料８０、及び空気８１の予熱を
行うと同時に、燃料側で内部リフオーミング反応
を生じることにより、当該燃料電池７２本体内で
燃料８０は電気化学反応に必要な水素を発生する
など、シンプルな構造でありながら燃料電池の反
応に必要な各状態を容易に達成することができる
点で非常に重要なシステムである。従来は燃料改
質器を設けて水素を生成する方法、あるいは溶融
炭酸塩型燃料電池７５本体の燃料極側の通路内へ
活性触媒を内蔵して内部リフオーミング反応を生
ずる方向などがあるが、前者の水素を生成する方
法は熱回収用のリサイクルの為に構成が複雑とな
る。また、後者の内部リフオーミング反応を生ぜ
しめる方法は通路内のガスの流れに関する信頼性
に欠ける等の欠点がある。

これらの従来技術に比し、前述の固体電解質型
燃料電池７２を設置した場合、従来のリフオーマ
構造の内部を固体電解質型燃料電池に置き換えた
として考えれば、リフオーマでの高温度の熱エネ
ルギーを別の熱回収系へリサイクルする必要がな
く、しかも本体それ自身で直接電気出力を生ずる
ため、燃料改質系まわりは極めてシステムが簡略
化され、その上燃料電池発電システムの総合効率
は極めて高いものとなる。なおこの際、燃料８０
は純度の高いものを用いる必要はなく、天然ガ
ス、あるいは石灰ガス化ガスなど、ほとんどの気
体燃料を用い得る。

一方、固体電解質型燃料電池７２へ供給する空
気８１は電気化学反応の酸素を供給すると同時
に、固体電解質型燃料電池７２本体内において電
気化学反応により生ずる反応生成熱の冷却をも兼
ねている。この時、コンプレツサ(b)７７の圧力比
を10と仮定すれば、高温高圧化された空気８１ａ
は約300〜400℃であり、固体電解質型燃料電池７
２本体へ供給される前に、空気予熱器７３で上記
の生成熱除去用の燃料電池出口空気８１ｂの熱交
換して約700℃の空気８１ａとして供給されるの
で、固体電解質型燃料電池７２本体の冷却により
当該燃料電池７２本体構造物の熱応力低減、及び
本体からの回収熱を有効に利用できるなどの利点
がある。

ここで、燃料８０中の水素、及び空気８１中の
酸素はともに固体電解質型燃料電池７２内で一定
量消費されて溶融炭酸塩型燃料電池７５へ供給さ
れる。ところが、燃料８０は固体電解質型燃料電
池７２で内部リフオーミング反応を伴うため燃料
利用率はそれ程高くない。即ち残存水素量が多い
状態で溶融炭酸塩型燃料電池７５の燃料極７５ａ
へ供給される。また同様に、空気８１は固体電解
質型燃料電池７２内で電気化学反応として供給さ
れるばかりではなく、冷却用空気としても作用す
るので、空気利用率もそれ程高くない、即ち酸素
残存量の高い状態で触媒燃焼器７４を経て溶融炭
酸塩型燃料電池７５の空気極７５ｂへ供給され
る。したがつて、固体電解質型燃料電池７２内に
おいて、燃料利用率、及び空気利用率は約50％以
下と考えられ、ともに未反応燃料（例えば水素、
あるいは酸素）は溶融炭酸塩型燃料電池７５内へ
供給されて消費し、最終的に燃料利用率及び空気
利用率は約90％に到達すると考えられる。以上の
点から、本実施例の燃料電池発電装置は燃料中の
水素、及び空気中の酸素を有効に利用し、さらに
燃料電池本体内での電気化学反応に必要な熱エネ
ルギ、及び本体内で生ずる生成熱等の熱エネルギ
を無駄にリサイクルすることなく、熱回収できる
など非常に高高率な発電装置である。なお、溶融
炭酸塩型燃料電池７５の空気極７５ｂから排出さ
れた低質の熱エネルギは、タービン７８で発電す
ることにより回収する。この場合、固体電解質型
燃料電池（1000℃）、溶融炭酸塩型燃料電池（650
℃）、リン酸型燃料電池（200℃）と動作温度が降
下するのを利用して、タービンの代りにリン酸型
燃料電池を設け、溶融炭酸塩型燃料電池から排出
される排燃料、及び排空気をリン酸用の燃料、及
び空気として３フエイズタイプの燃料電池発電シ
ステムを構成することも可能である。この際、タ
ービン駆動で得られる発電量よりは高効率な発電
装置となるように考えられる。この場合、リン酸
型燃料電池での燃料および空気利用率を向上せし
めることが重要な技術的課題となる。

第６図は前記と異なる実施例を示し、前例（第
５図）と同一の図面参照番号を付したものは前例
におけると同様の構成部分である。

本実施例は、タービン７８の排気側に燃料予熱
器８４を設置し、本来の燃料予熱器７１へ流入す
る前に、タービン７８から排気される低質の熱エ
ネルギを燃料予熱器８４で熱回収し、本発電装置
における熱回収の効率を向上させるように構成し
てある。

また、本発明の他の実施例を第７図により説明
する。本例は、固体電解質型燃料電池７２へ供給
される空気８１が空気予熱器７３へ流入する前
に、溶融炭酸塩型燃料電池７５内を通り、当該燃
料電池７５を冷却すると同時に、冷却熱により空
気を予熱することにより、溶融炭酸塩型燃料電池
７５内で生成された熱を回収し、本発電装置にお
ける熱回収の効率を向上させるように構成してあ
る。

第８図は更に異なる実施例を示す。本例におい
ては、固体電解質型燃料電池７２に供給される燃
料の経路および空気の経路に、それぞれ燃料予熱
器７１、及び空気予熱器７３が設置されている。
燃料予熱器７１では反応前後の燃料８０ａ，８０
ｂがガス−ガス熱交換を行うので、チユーブによ
る間接熱交換をとりはらい、燃料予熱器７１内で
反応前と後のガス組成の異なる燃料８０ａ，８０
ｂの直接熱交換を行う。ここで、直接熱交換方式
とは、従来の多管式熱交換器のように胴体内に多
数の伝熱管を配置した間接式熱交換器ではなく、
これら伝熱管を全て取り除いて高温流体と低温流
体とが胴体内で直接混合する直接ガス−ガス接触
式熱交換器である。このタイプは、熱交換する二
流体が同一成分の場合、成分の分離が容易な上に
伝熱管がないため熱交換性能が高く、しかもコン
パクトになる長所がある。この場合、固体電解質
型燃料電池７２内で内部リフオーミング反応によ
り生成された水素が、未反応の燃料８０中へ拡散
するので若干燃料のリフオーミング性能が低下す
るため、燃料予熱器７１とコンプレツサ(d)７６と
の間に補助燃料改質器８７を設置する必要があ
る。同様に、空気予熱器７３も反応前後のガス−
ガス直接熱交換を行うように間接式のチユーブを
取除いた直接式熱交換器にする。この場合、熱交
換する反応前後の空気８１ａ，８１ｂの組成は同
一であり、燃料予熱器７１に比してガス組成の変
化が厳しくないという利点が有る。以上のよう
に、燃料予熱器７１、及び空気予熱器７３をガス
−ガスの直接接触式熱交換器として、当該熱交換
器内に直接二流体であるガスとガスを混合及び熱
交換することにより、供給する燃料、及び空気の
組成を反応前後でほゞ均一化することができると
同時に、各予熱器７１，７３が極めてコンパクト
な構造となる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の燃料電池発電装
置は、従来装置に比して燃料改質器まわりの補機
系が著しく簡略化され、しかも効率が高いという
優れた実用的効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体電解質型燃料電池の原理
図、第２図は従来の固体電解質型燃料電池発電装
置を示す系統図、第３図は従来の溶融炭酸塩型燃
料電池の原理図、第４図は従来の溶融炭酸塩型燃
料電池発電装置を示す系統図、第５図は本発明の
１実施例である燃料電池発電装置を示す系統図、
第６図は本発明の他の実施例である燃料電池発電
装置を示す系統図、第７図は本発明の更に異なる
実施例である燃料電池発電装置を示す系統図、第
８図は本発明の更に異なる実施例である燃料電池
発電装置を示す系統図である。 １……燃料電池、２……空気電極、３……固体
電解質、４……負荷、５……燃料、６……水、７
……空気、８……酸素イオン、９……電流、１０
……燃料予熱器、１１……固体電解質燃料電池、
１２……アフタバーナ、１３……空気予熱器、１
４……補助燃焼器、１５……廃熱ボイラ、１６…
…給水加熱器、１７……脱気器、１８……給水ポ
ンプ、１９……蒸気タービン、２０……コンデン
サ、２１……発電機、２２……強制通風フアン、
２３……バルブ、２４……煙突、２５……燃料、
２６……空気、２７……予熱燃料ガス、２８……
排ガス、２９……給水、３０……過熱蒸気、３１
……電気出力、４１……燃料電極、４２……空気
電極、４３……電解質、４４……負荷、４５……
水素、４６……水素、二酸化炭素、及び水、４７
……空気と炭酸ガスの混合ガス、４８……炭酸イ
オン、４９……電流、５０……燃料改質器、５１
……脱硫装置、５２……溶融炭酸塩型燃料電池、
５３……燃料電極、５４……空気電極、５５……
電解質、５６……触媒燃焼器、５７……気液分離
器、５８……コンプレツサ、５９……タービン、
６０……発電機、６１……フアン、６２……熱交
換器、６３……燃料、６４……空気、６５……
水、６６……水蒸気、６７……空気と炭酸ガスの
混合ガス、６８……インバータ、６９……電気出
力、７１……燃料予熱器、７２……固体電解質型
燃料電池、７２ａ……燃料入口マニホールド、７
２ｂ……燃料出口マニホールド、７２ｃ……空気
入口マニホールド、７２ｄ……空気出口マニホー
ルド、７３……空気予熱器、７４……触媒燃焼
器、７５……溶融炭酸塩型燃料電池、７５ａ……
燃料電極、７５ｂ……空気電極、７５ｃ……電解
質、７５ｄ……燃料空間、７５ｅ……空気空間、
７６……コンプレツサ(a)、７７……コンプレツサ
(b)、７８……タービン、７９……発電機、８０…
…燃料、８１……空気、８２……排気ガス、８３
……電気出力、８４……燃料予熱器、８５……空
気予熱器兼冷却器、８６……フアン、８７……補
助燃料改質器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料予熱器と空気予熱器とを設け、上記の燃
   料予熱器で予熱された燃料と空気予熱器で予熱さ
   れた空気とによつて電気化学反応を行う固体電解
   質型燃料電池を設けると共に、上記と別体に溶融
   塩型燃料電池を設け、かつ、前記固体電解質型燃
   料電池から排気される燃料を前記溶融塩型燃料電
   池の燃料電極側に供給するとともに、前記固体電
   解質型燃料電池から排気される空気によつて溶融
   塩型燃料電池の燃料電極側から排出された燃料を
   燃焼させた排ガスを前記の溶融塩型燃料電池の空
   気電極側に供給して電気化学反応を行わせるよう
   に構成したことを特徴とする燃料電池発電装置。 ２ 前記の固体電解質型燃料電池に供給する空気
   を加圧する圧縮機と、該固体電解質型燃料電池か
   ら排気されて溶融塩型燃料電池に供給される燃料
   を加圧する圧縮機と、該溶融塩型燃料電池の空気
   電極側から排出される酸化剤排ガスで駆動される
   膨張機とを設け、かつ、前記双方の圧縮機を前記
   の膨張機によつて回転駆動するように構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の燃
   料電池発電装置。 ３ 前記の固体電解質型燃料電池から排気された
   空気によつて燃料を燃焼させてその排ガスを溶融
   塩型燃料電池に供給する手段は、溶融塩型燃料電
   池の燃料電極側から排出される排ガス中の未反応
   燃料を触媒燃焼器により、固体電解質型燃料電池
   の排気空気で燃焼せしめる構造であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項若しくは同第２項に
   記載の燃料電池発電装置。 ４ 前記の膨張機は、固体電解質型燃料電池へ供
   給される燃料を予熱するために設置された燃料予
   熱器と別に、その排気側に膨張機から排出される
   低質の熱エネルギを回収するための燃料予熱器を
   設けたものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項に記載の燃料電池発電装置。 ５ 前記の溶融塩型燃料電池はこれを溶融炭酸塩
   型燃料電池とし、かつ、前記の空気圧縮機の出口
   空気を固体電解質型燃料電池の空気電極側へ供給
   される空気が空気予熱器へ流入される前に、前記
   溶融炭酸塩型電池内に送入して該燃料電池本体の
   冷却と空気の予熱とを行い、熱回収効率を向上さ
   せるように構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第２項に記載の燃料電池発電装置。 ６ 前記の空気予熱器は圧縮機から供給される空
   気と固体電解質型燃料電池の空気電極側から排出
   される空気とをガス−ガス直接熱交換するため、
   熱交換器内の間接式チユーブを取り除いた予熱器
   であることを特徴とする特許請求の範囲第２項に
   記載の燃料電池発電装置。 ７ 前記の燃料予熱器は、フアンから供給される
   燃料と固体電解質型燃料電池の燃料電極側から排
   出される燃料とをガス−ガス直接熱交換するた
   め、熱交換器内の間接式チユーブを取り除いた予
   熱器とし、かつ、溶融炭酸塩型燃料電池の燃料電
   極側にガスを送入する予熱器の出口側に補助燃料
   改質器を設けたものとすることを特徴とする特許
   請求の範囲第６項に記載の燃料電池発電装置。