JPH0729587A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JPH0729587A
JPH0729587A JP5170764A JP17076493A JPH0729587A JP H0729587 A JPH0729587 A JP H0729587A JP 5170764 A JP5170764 A JP 5170764A JP 17076493 A JP17076493 A JP 17076493A JP H0729587 A JPH0729587 A JP H0729587A
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JP
Japan
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cathode
gas
fuel cell
exhaust gas
air
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Pending
Application number
JP5170764A
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English (en)
Inventor
Hajime Saito
一 斉藤
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IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0729587A publication Critical patent/JPH0729587A/ja
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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】 【目的】 カソード循環ラインの循環手段のコスト低減
を図る。 【構成】 水蒸気を含む燃料ガス1を水素を含むアノー
ドガス2に改質する改質器10と、酸素を含むカソード
ガス3とアノードガス2とから発電する燃料電池20
と、燃料電池20のカソード排ガス7をカソードに循環
するカソード循環ライン21と、燃料電池20のアノー
ド排ガス4を改質器10の燃焼室に排出する排出ライン
12と、改質器10の燃焼排ガス5を空気6と混合して
カソード循環ライン21に供給する排ガス供給ライン1
3と、空気6を供給する空気ライン14と、を備え、カ
ソード循環ライン21にエゼクタ24を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カソード循環ラインに
エゼクタを備えた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、従来の発電装置にはない特徴を
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、現在世界各国で鋭意研究が進められて
いる。
【0003】図3は天然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。同図
において、発電設備は、天然ガスと水蒸気とを混合した
燃料ガス1を水素を含むアノードガス2に改質する改質
器10と、酸素を含むカソードガス3とアノードガス2
とから発電する燃料電池20とを一般に備えており、改
質器10で作られたアノードガス2は燃料電池20に供
給され、燃料電池20内でその大部分を消費してアノー
ド排ガス4となり、燃焼用ガスとして改質器10の燃焼
室Coに供給される。
【0004】改質器10ではアノード排ガス4中の可燃
成分(水素、一酸化炭素、メタン等)を燃焼室で燃焼し
て高温の燃焼ガスを生成し、この高温の燃焼ガスにより
改質器10を加熱し、改質器10内を通る燃料ガス1を
改質する。改質器10を出た燃焼排ガス5は空気6に合
流してカソードガス3となり、このカソードガス3は、
燃料電池20内で一部が反応して高温のカソード排ガス
7となり、空気6を圧縮するタービン圧縮機40で動力
を回収した後、さらに図示しない排熱回収蒸気発生装置
で動力を回収して系外に排出される。
【0005】燃焼排ガス5は排ガス供給ライン13を通
り、空気6と合流してカソード循環ライン21に入る。
カソード循環ライン21には循環ブロワ23が設けら
れ、カソードガス3を循環している。カソードガス3は
燃料電池20内で反応しカソード排ガス7となり、燃焼
排ガス5と空気6と混合して循環しているが、その温度
は、500〜600℃となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の発電設備で
はカソードガス3の温度は500〜600℃と高く、そ
のためカソードガス3をカソード入口側に循環させる循
環ブロワ23は、高温特別仕様となり、製作困難である
という問題点があった。すなわち600〜700℃の高
温用のブロワ3は特殊設計が必要であり、また高価な耐
熱金属を使用し、加工性が悪く、製作コストが高いとい
う問題点があった。さらにブロワの軸受もかなり高温に
なるため、冷却用の空気が多量に必要となり、この空気
を得るため、制御弁などの制御に使用する所内用空気圧
縮機の容量を大幅に増加する必要があった。またこの所
内用圧縮機の動力も容量増加に応じて増加しているた
め、システム全体のコストが上昇し、効率が低下すると
いう問題点があった。
【0007】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、カソード循環ラインに低コストな循環手段を備え
た燃料電池発電装置を提供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、水蒸気を含む燃料ガスを水素を含むアノードガスに
改質する改質器と、酸素を含むカソードガスとアノード
ガスとから発電する燃料電池と、該燃料電池のカソード
排ガスをカソードに循環するカソード循環ラインと、前
記燃料電池のアノード排ガスを前記改質器の燃焼室に排
出する排出ラインと、前記改質器の燃焼排ガスを空気と
混合して前記カソード循環ラインに供給する排ガス供給
ラインと、前記空気を供給する空気ラインと、を備えた
燃料電池発電装置において、前記カソード循環ラインに
エゼクタが設けられ、前記燃焼排ガスと前記空気の混合
気体により、カソード排ガスを吸入し、混合して循環す
るようになっているものである。
【0009】
【作用】エゼクタは吸引ガスをノズルより噴射し、その
随伴流によって吸入口よりのガスを吸入し、混合して吐
出口より吐出する。吸引ガスとして燃焼排ガスと空気と
の混合気体を用い、吸入ガスとしてカソード排ガスを用
いることにより、この混合ガスとしてのカソードガスを
カソード循環ラインに吐出する。これによりカソードガ
スを循環することができる。エゼクタには回転部分はな
く、構造が簡単なので、材質を選択することにより60
0〜700℃の高温に耐える構造とすることができる。
エゼクタは循環ブロワに比べ製作費が安く、冷却用空気
も不要であり、保守も容易であるため、プラント全体と
してコストが低減する。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明による燃料電池発電装置の全体構成
図である。本図において図2と同一のものは同一符号で
表す。燃料電池発電設備は、水蒸気を含む燃料ガス1を
水素を含むアノードガス2に改質する改質器10と、ア
ノードガス2と酸素を含むカソードガス3とから発電す
る燃料電池20とを備え、燃料電池20から排出される
アノード排ガス4は排出ライン12により改質器10の
燃焼室Coに供給されて燃焼し、その燃焼排ガス5が排
ガス供給ライン13とカソード循環ライン21を経て燃
料電池20のカソード側Cに供給される。
【0011】図1において燃料ガス1は燃料加熱器11
において加熱された後、改質器10に供給される。改質
器10は燃料電池20を出たアノード排ガス4とカソー
ド排ガス7により燃焼する燃焼室Coと、燃焼室Coか
らの伝熱により燃料ガス1を改質する改質室Reとから
なる。改質室Re内には改質触媒が充填され、燃焼室C
oで発生した高温の燃焼ガスによって燃料ガス1を水素
を含む高温のアノードガス2に改質し、燃料加熱器11
において冷却して燃料電池20に供給される。一方放熱
により温度の下がった燃焼排ガス5は排ガス供給ライン
13を通りカソード循環ライン21に入るが、排ガス供
給ライン13内では空気予熱器32で冷却され、凝縮器
33および気水分離器34により水分が除去され、低温
ブロワ35により加圧され、空気6と混合し、空気予熱
器32により加熱され、カソード循環ライン21に入
る。低温ブロワ35はルーツ式ブロワでゲージ圧力約1
Kg/cm2 で入ってきた燃焼排ガスを約1Kg/cm
2 加圧し、約2Kg/cm2で吐出する。カソード循環
ライン21のカソード入側に設けられた温度センサー2
5の計測値により吐出圧が制御される。
【0012】カソード排ガス7の一部は、タービン圧縮
機40のタービンを駆動し、図示しない排熱回収蒸気発
生装置へ供給される。タービン圧縮機40で圧縮された
空気6はさらに電動ブロワ42で加圧され、約2Kg/
cm2 の圧力で空気ライン14より吐出される。空気ラ
イン14は低温ブロワ35の出口で排ガス供給ライン1
3に合流する。なお、電動ブロワ42にはルーツ式が用
いられ、タービン圧縮機40より約1Kg/cm2 に加
圧された空気6をさらに約1Kg/cm2 加圧してい
る。
【0013】燃料電池20は、アノードガス2が通過す
るアノード側Aと、カソードガス3が通過するカソード
側Cとからなり、アノードガス中の水素、一酸化炭素
と、カソードガス中の酸素、二酸化炭素とから化学反応
によって電気を発生する。燃料電池20は格納容器22
に格納され、可燃性ガスの外部への漏洩を防止し、安全
性を高めている。
【0014】カソード排ガス7の一部は、空気予熱器3
2で加熱された燃焼排ガス5および空気6と混合し、カ
ソードガス3となり、カソード循環ライン21によりカ
ソードに供給される。カソード循環ライン21にはエゼ
クタ24が設けられ、カソードガス3を循環する。
【0015】図2はエゼクタ24の構成を示す図で、エ
ゼクタ24は断面がくびれ、続いて広がったノズル51
と、そのノズル51を囲む円筒状の吸入部52と、吸入
部52に続く末広がりの吐出部53より構成され、ノズ
ル51には吸引口54、吸入部52には吸入口55、吐
出部53には吐出口56が設けられている。吸引口54
より入った吸引ガスはノズル51を通過することにより
高速噴流となる。吸入口55より入った吸入ガスはこの
高速噴流の随伴流として吸入され、吸引ガスと吸入ガス
は混合し、末広がりの吐出部53を通過して速度エネル
ギが圧力エネルギに変換され、吐出口56より排出され
る。
【0016】実施例では吸引ガスとして燃焼排ガス5と
空気6の混合ガスが用いられ、吸入ガスとしてカソード
排ガス7が用いられ、吐出口56よりこれらの混合ガス
がカソードガス3となって吐出される。
【0017】カソード循環ライン21ではカソードに供
給するカソードガス3の流量を制御することにより燃料
電池20の温度制御が行われている。このため、カソー
ド循環ライン21のカソード入側に温度センサー25を
設け低温ブロワ35の吐出圧を制御することにより、エ
ゼクタ24の吸引口54より流入する燃焼排ガス5と空
気6との混合ガスの流量を制御し、カソードガス3の流
量を制御する。燃焼排ガス5と空気6との混合ガスの温
度はカソードガス3より低いので、混合ガスの流量を増
加することによりカソードガス3の温度は低くなる。
【0018】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
はカソード循環ラインの循環ブロワをエゼクタにするこ
とにより機器自体のコストが低減し、さらに軸冷却が不
要なため冷却用空気圧縮機およびその動力が不要とな
る。ただし、エゼクタ効率を考慮してエゼクタを駆動す
る吸引ガスの圧力を若干高圧としているが、全体として
安価なシステム構成になり、システムのコスト低減が可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による燃料電池発電装置の全体構成図で
ある。
【図2】エゼクタの構成を説明する図である。
【図3】従来の燃料電池発電装置の全体構成図である。
【符号の説明】
1 燃料ガス 2 アノードガス 3 カソードガス 4 アノード排ガス 5 燃焼排ガス 6 空気 7 カソード排ガス 10 改質器 11 燃料加熱器 12 排出ライン 13 排ガス供給ライン 14 空気ライン 20 燃料電池 21 カソード循環ライン 22 格納容器 24 エゼクタ 25 温度センサ 32 空気予熱器 33 凝縮器 34 気水分離器 35 低温ブロワ 40 タービン圧縮機 42 電動ブロワ 51 ノズル 52 吸入部 53 吐出部 54 吸引口 55 吸入口 56 吐出口 Re 改質室 Co 燃焼室 A アノード側 C カソード側

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水蒸気を含む燃料ガスを水素を含むアノ
    ードガスに改質する改質器と、酸素を含むカソードガス
    とアノードガスとから発電する燃料電池と、該燃料電池
    のカソード排ガスをカソードに循環するカソード循環ラ
    インと、前記燃料電池のアノード排ガスを前記改質器の
    燃焼室に排出する排出ラインと、前記改質器の燃焼排ガ
    スを空気と混合して前記カソード循環ラインに供給する
    排ガス供給ラインと、前記空気を供給する空気ライン
    と、を備えた燃料電池発電装置において、 前記カソード循環ラインにエゼクタが設けられ、前記燃
    焼排ガスと前記空気の混合気体により、カソード排ガス
    を吸入し、混合して循環するようになっていることを特
    徴とする燃料電池発電装置。
JP5170764A 1993-07-12 1993-07-12 燃料電池発電装置 Pending JPH0729587A (ja)

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