JPH0821412B2 - 燃料電池の発電方法 - Google Patents
燃料電池の発電方法Info
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- JPH0821412B2 JPH0821412B2 JP60217800A JP21780085A JPH0821412B2 JP H0821412 B2 JPH0821412 B2 JP H0821412B2 JP 60217800 A JP60217800 A JP 60217800A JP 21780085 A JP21780085 A JP 21780085A JP H0821412 B2 JPH0821412 B2 JP H0821412B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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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
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃料電池本体の燃料極に水素ガスを供給
し、空気極に酸化ガスを供給して発電を行なう燃料電池
の発電方法に係り、特にアノード出口ガス中の水分をド
レンせずに、また空気予熱器を２段に分けることで冷却
効果を上げて発電を効率よく行なえるようにした燃料電
池の発電方法に関するものである。
し、空気極に酸化ガスを供給して発電を行なう燃料電池
の発電方法に係り、特にアノード出口ガス中の水分をド
レンせずに、また空気予熱器を２段に分けることで冷却
効果を上げて発電を効率よく行なえるようにした燃料電
池の発電方法に関するものである。
［従来の技術］ 燃料電池の原理は、水の電気分解の逆の反応であり、
燃料中の水素と空気中の酸素とを化学的に反応させて電
気と水とを同時に取り出すものである。
燃料中の水素と空気中の酸素とを化学的に反応させて電
気と水とを同時に取り出すものである。
これを第２図により説明すると、燃料電池本体１は水
素などの燃料ガスを反応させる多孔質の燃料極（アノー
ド）２と、酸化ガスを反応させる空気極（カソード）３
と、この両電極2,3間に介在する炭酸塩からなる電解質
４とからなっており、図示のように燃料極２へ水素を含
む燃料ガスが供給され、他方空気極３へ酸素と炭酸ガス
を含む酸化ガスが供給されることになり各電極2,3内で
図示のように反応し炭酸イオン（CO3 2-）を媒介に水素
と酸素が反応して発電が行なわれる。
素などの燃料ガスを反応させる多孔質の燃料極（アノー
ド）２と、酸化ガスを反応させる空気極（カソード）３
と、この両電極2,3間に介在する炭酸塩からなる電解質
４とからなっており、図示のように燃料極２へ水素を含
む燃料ガスが供給され、他方空気極３へ酸素と炭酸ガス
を含む酸化ガスが供給されることになり各電極2,3内で
図示のように反応し炭酸イオン（CO3 2-）を媒介に水素
と酸素が反応して発電が行なわれる。
この燃料電池本体１は、多数多段に積層され、高出力
が得られるようになっている。第３図に従来燃料電池の
発電システムの一例を示す。
が得られるようになっている。第３図に従来燃料電池の
発電システムの一例を示す。
すなわち、図において１は多段に積層された燃料電池
本体、５はLNGなどの燃料ガスを改質して水素リッチガ
スとするリホーマ、６はLNGなど燃料ガスコンプレッ
サ、７は燃料予熱器、８は脱硫器、９は熱交換器、10は
給水ポンプ、11は給水加熱器、12は凝縮器、13は気液分
離器、14はブロワ、15は空気コンプレッサ、16は空気予
熱器、17は煙突である。
本体、５はLNGなどの燃料ガスを改質して水素リッチガ
スとするリホーマ、６はLNGなど燃料ガスコンプレッ
サ、７は燃料予熱器、８は脱硫器、９は熱交換器、10は
給水ポンプ、11は給水加熱器、12は凝縮器、13は気液分
離器、14はブロワ、15は空気コンプレッサ、16は空気予
熱器、17は煙突である。
先ず、LNGなどの燃料ガスは、燃料ガスコンプレッサ
６より燃料予熱器７で予熱され、脱硫器８で脱硫された
のちリホーマ５に供給され、また給水ポンプ10より給水
加熱器11を通って加熱された蒸気がリホーマ５に供給さ
れ、そこで燃料ガスが水素リッチガス及び一酸化炭素に
改質されて燃料電池本体１の燃料極（アノード）２に供
給される。この燃料極２で生じたアノードガス（H2O、C
O2,CO,H2等）は熱交換器９、燃料予熱器７を通り、加熱
器11で給水を加熱し、凝縮器12、気液分離器13でアノー
ドガス中の水分が除去されたのちブロワ14より熱交換器
９を通ってリホーマ５の加熱源として用いられる。また
空気は空気コンプレッサ15より空気予熱器16を通り、そ
こで燃料電池本体１の空気極（カソード）３を出た排ガ
スにより予熱され、その一部が空気極３に、また残りが
リホーマ５の加熱源として供給され、リホーマ５内でア
ノードガス中の残留H2ガスやCOガスを燃焼してリホーマ
５を通る燃料ガスと蒸気を加熱して改質反応させたのち
CO2ガスとして空気極３に供給される。
６より燃料予熱器７で予熱され、脱硫器８で脱硫された
のちリホーマ５に供給され、また給水ポンプ10より給水
加熱器11を通って加熱された蒸気がリホーマ５に供給さ
れ、そこで燃料ガスが水素リッチガス及び一酸化炭素に
改質されて燃料電池本体１の燃料極（アノード）２に供
給される。この燃料極２で生じたアノードガス（H2O、C
O2,CO,H2等）は熱交換器９、燃料予熱器７を通り、加熱
器11で給水を加熱し、凝縮器12、気液分離器13でアノー
ドガス中の水分が除去されたのちブロワ14より熱交換器
９を通ってリホーマ５の加熱源として用いられる。また
空気は空気コンプレッサ15より空気予熱器16を通り、そ
こで燃料電池本体１の空気極（カソード）３を出た排ガ
スにより予熱され、その一部が空気極３に、また残りが
リホーマ５の加熱源として供給され、リホーマ５内でア
ノードガス中の残留H2ガスやCOガスを燃焼してリホーマ
５を通る燃料ガスと蒸気を加熱して改質反応させたのち
CO2ガスとして空気極３に供給される。
従来この燃料電池の発電システムにおいては、燃料極
２で生じたアノード出口ガス中の蒸気を凝縮器12で凝縮
し、気液分離器13で分離し、水分を除去したアノード出
口ガス（CO2,CO,H2）をリホーマ５に供給し、リホーマ
５での反応温度を維持するようにしている。
２で生じたアノード出口ガス中の蒸気を凝縮器12で凝縮
し、気液分離器13で分離し、水分を除去したアノード出
口ガス（CO2,CO,H2）をリホーマ５に供給し、リホーマ
５での反応温度を維持するようにしている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、燃料電池本体１のアノード出口ガス中
の水分（蒸気）を除去するには、そのアノードガスを冷
却したのち再度加熱しなければならない。従って機器数
が増えコンパクトにならないという問題がある。
の水分（蒸気）を除去するには、そのアノードガスを冷
却したのち再度加熱しなければならない。従って機器数
が増えコンパクトにならないという問題がある。
また空気極３へ供給する空気は、燃料電池本体１自体
が発熱反応を伴なうため、冷却作用ももたせており、そ
の空気極３からの排ガスの全量で予熱して高温にしたの
では、空気極３内の温度が上がり過ぎて好ましくなく、
そのため空気コンプレッサ15の容量を大きくして予熱空
気温度を下げると、そのコンプレッサの消費電力が大き
くなり、効率が悪くなる問題がある。
が発熱反応を伴なうため、冷却作用ももたせており、そ
の空気極３からの排ガスの全量で予熱して高温にしたの
では、空気極３内の温度が上がり過ぎて好ましくなく、
そのため空気コンプレッサ15の容量を大きくして予熱空
気温度を下げると、そのコンプレッサの消費電力が大き
くなり、効率が悪くなる問題がある。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、燃料
電池で生じるアノード出口ガス中の水分を除去すること
なく必要最小の機器構成でリホーマでの改質温度を維持
すると共に、空気極からの排ガスの熱を有効に回収する
ことによって効率のよい冷却を行ない、補機動力を少な
くできる燃料電池の発電方法を提供することを目的とす
る。
電池で生じるアノード出口ガス中の水分を除去すること
なく必要最小の機器構成でリホーマでの改質温度を維持
すると共に、空気極からの排ガスの熱を有効に回収する
ことによって効率のよい冷却を行ない、補機動力を少な
くできる燃料電池の発電方法を提供することを目的とす
る。
［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明は、上記の目的を達成するために、燃料ガスと
水蒸気とをリホーマに供給して水素ガスに改質し、その
水素ガスを燃料電池本体の燃料極に供給し、他方その本
体の空気極に酸化ガスを供給して発電する燃料電池の発
電方法において、上記燃料極への水素ガス供給で生じた
水蒸気を含むアノードガスを、上記リホーマの加熱源に
用いたのち、上記空気極に供給し、また空気極からの排
ガスを第２空気予熱器から第１空気予熱器に流し、他方
空気を第１空気予熱器から第２空気予熱器に流し、その
第１空気予熱器を出た予熱空気の一部を上記空気極に供
給し、さらに第２空気予熱器を出た高温の予熱空気を、
上記リホーマの加熱源に用いたのち空気極に供給するも
ので、アノード出口ガス中に含まれる水分を分離せず、
そのままリホーマの加熱源として供給することでドレン
機器が不用となると共に、燃料ガスのリホーマへの入口
温度は予熱器なしに高くでき、また空気予熱器を２段に
分けることにより第１空気予熱器を出た比較的低い予熱
空気を空気極に供給することで、その入口空気温度を小
流量で必要な値まで低下でき、さらに第２空気予熱器を
出た高温の予熱空気をリホーマの加熱源に用いることで
リホーマでの改質を効率よくできると共に燃料電池での
利用率を向上できるようにしたものである。
水蒸気とをリホーマに供給して水素ガスに改質し、その
水素ガスを燃料電池本体の燃料極に供給し、他方その本
体の空気極に酸化ガスを供給して発電する燃料電池の発
電方法において、上記燃料極への水素ガス供給で生じた
水蒸気を含むアノードガスを、上記リホーマの加熱源に
用いたのち、上記空気極に供給し、また空気極からの排
ガスを第２空気予熱器から第１空気予熱器に流し、他方
空気を第１空気予熱器から第２空気予熱器に流し、その
第１空気予熱器を出た予熱空気の一部を上記空気極に供
給し、さらに第２空気予熱器を出た高温の予熱空気を、
上記リホーマの加熱源に用いたのち空気極に供給するも
ので、アノード出口ガス中に含まれる水分を分離せず、
そのままリホーマの加熱源として供給することでドレン
機器が不用となると共に、燃料ガスのリホーマへの入口
温度は予熱器なしに高くでき、また空気予熱器を２段に
分けることにより第１空気予熱器を出た比較的低い予熱
空気を空気極に供給することで、その入口空気温度を小
流量で必要な値まで低下でき、さらに第２空気予熱器を
出た高温の予熱空気をリホーマの加熱源に用いることで
リホーマでの改質を効率よくできると共に燃料電池での
利用率を向上できるようにしたものである。
［実施例］ 以下、本発明に係る燃料電池の発電方法の好適一実施
例を添付図面に基づいて説明する。
例を添付図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の燃料電池の発電方法を実施する発電
プラントのフローシートの一例を示す。図において、１
は燃料電池本体で、燃料極（アノード）２と空気極（カ
ソード）３と、その電極2,3間に介在された炭酸塩を含
む電解質４とからなる。５はリホーマで、燃料ガスと蒸
気とを反応させてH2ガスとCOガスに改質する。リホーマ
５は反応管5aと、反応管5aを加熱すべく、燃料電池本体
１からのアノード出口ガス中の残留H2ガスやCOガスを供
給空気で燃焼させる燃焼室5bとからなっている。６は燃
料ガスコンプレッサ、８は脱硫器である。
プラントのフローシートの一例を示す。図において、１
は燃料電池本体で、燃料極（アノード）２と空気極（カ
ソード）３と、その電極2,3間に介在された炭酸塩を含
む電解質４とからなる。５はリホーマで、燃料ガスと蒸
気とを反応させてH2ガスとCOガスに改質する。リホーマ
５は反応管5aと、反応管5aを加熱すべく、燃料電池本体
１からのアノード出口ガス中の残留H2ガスやCOガスを供
給空気で燃焼させる燃焼室5bとからなっている。６は燃
料ガスコンプレッサ、８は脱硫器である。
燃料ガスコンプレッサ６から燃料ガスは、第１燃料予
熱器18、脱硫器８、第２燃料予熱器19を通ってリホーマ
５の反応管5aに供給されるよう燃料ガス供給ライン20で
接続される。
熱器18、脱硫器８、第２燃料予熱器19を通ってリホーマ
５の反応管5aに供給されるよう燃料ガス供給ライン20で
接続される。
リホーマ５の反応管5aを出た水素リッチガスは、燃料
電池本体１の燃料極（アノード）２に供給され、そのア
ノードガスがライン21により第２燃料予熱器19から第１
燃料予熱器18を通ってリホーマ５の燃焼室5bに流れるよ
う接続される。
電池本体１の燃料極（アノード）２に供給され、そのア
ノードガスがライン21により第２燃料予熱器19から第１
燃料予熱器18を通ってリホーマ５の燃焼室5bに流れるよ
う接続される。
燃料電池本体１の空気極３及びリホーマ５の燃焼室5b
へ供給する空気は、空気コンプレッサ15より、第１空気
予熱器22、及び第２空気予熱器23を通って燃焼空気ライ
ン24を介してリホーマ５の燃焼室5bに供給され、その燃
焼室5bからライン25を通って空気極３に供給され、また
第１空気予熱器22を通った予熱空気は、空気ライン26を
通ってリホーマ５のライン25からのガス（CO2）と共に
空気極３に供給される。
へ供給する空気は、空気コンプレッサ15より、第１空気
予熱器22、及び第２空気予熱器23を通って燃焼空気ライ
ン24を介してリホーマ５の燃焼室5bに供給され、その燃
焼室5bからライン25を通って空気極３に供給され、また
第１空気予熱器22を通った予熱空気は、空気ライン26を
通ってリホーマ５のライン25からのガス（CO2）と共に
空気極３に供給される。
空気極３で生じた排ガスは、排ガスライン27より、第
２空気予熱器23を通り、第１空気予熱器22を通って煙突
等（図示せず）に排気され、また一部の排ガスはライン
28より蒸気発生器29に供給される。蒸気発生器29は、伝
熱管30を有し、その伝熱管30に気液分離ドラム31が接続
され、伝熱管30内の給水が、ライン28からの排ガスで加
熱され、分離ドラム31で気液分離され、発生した蒸気
が、蒸気ライン32よりリホーマ５の反応管5aに供給され
る。
２空気予熱器23を通り、第１空気予熱器22を通って煙突
等（図示せず）に排気され、また一部の排ガスはライン
28より蒸気発生器29に供給される。蒸気発生器29は、伝
熱管30を有し、その伝熱管30に気液分離ドラム31が接続
され、伝熱管30内の給水が、ライン28からの排ガスで加
熱され、分離ドラム31で気液分離され、発生した蒸気
が、蒸気ライン32よりリホーマ５の反応管5aに供給され
る。
リホーマ５で改質されたガスの一部は戻りライン36よ
り脱硫器８に循環される。また燃料電池本体１の燃料極
２及び空気極３にはガスを循環するためのブロワー33,3
4が接続される。
り脱硫器８に循環される。また燃料電池本体１の燃料極
２及び空気極３にはガスを循環するためのブロワー33,3
4が接続される。
以上において、LNG等の燃料ガスは、第１燃料予熱器1
8で予熱され、脱硫器８で脱硫され、第２燃料予熱器19
で高温に予熱されたのちリホーマ５の反応管5aに供給さ
れる。この反応管5aには蒸気発生器29で生じた蒸気が、
蒸気ライン32を通じて供給され、燃料ガスの改質反応が
起り、COガスを含むH2リッチガスに改質されて燃料電池
本体１の燃料極２に供給される。この燃料極２を出たア
ノードガスは、ライン21より第２燃料予熱器19及び第１
燃料予熱器18を通って燃料ガスを高温に予熱したのち、
リホーマ５の燃焼室5bに供給される。
8で予熱され、脱硫器８で脱硫され、第２燃料予熱器19
で高温に予熱されたのちリホーマ５の反応管5aに供給さ
れる。この反応管5aには蒸気発生器29で生じた蒸気が、
蒸気ライン32を通じて供給され、燃料ガスの改質反応が
起り、COガスを含むH2リッチガスに改質されて燃料電池
本体１の燃料極２に供給される。この燃料極２を出たア
ノードガスは、ライン21より第２燃料予熱器19及び第１
燃料予熱器18を通って燃料ガスを高温に予熱したのち、
リホーマ５の燃焼室5bに供給される。
一方、空気は空気コンプレッサ15より第１空気予熱器
22を通り、そこで空気極３からの排ガスで予熱され、さ
らに第２空気予熱器23を通って高温に予熱されたのちリ
ホーマ５の燃焼室5bに供給され、ライン21から供給され
たアノードガス中の残留H2ガスやCOガスを燃焼し、その
燃焼温度で反応管5a内の温度を所定温度に保つ。燃焼後
のCO2ガス等のガスは、ライン25より空気極３に供給さ
れ、また第１空気予熱器22から空気ライン26を通った低
温の予熱空気が空気極３に供給され、第２図で説明した
反応が各極2,3で起り発電が行なわれることとなる。
22を通り、そこで空気極３からの排ガスで予熱され、さ
らに第２空気予熱器23を通って高温に予熱されたのちリ
ホーマ５の燃焼室5bに供給され、ライン21から供給され
たアノードガス中の残留H2ガスやCOガスを燃焼し、その
燃焼温度で反応管5a内の温度を所定温度に保つ。燃焼後
のCO2ガス等のガスは、ライン25より空気極３に供給さ
れ、また第１空気予熱器22から空気ライン26を通った低
温の予熱空気が空気極３に供給され、第２図で説明した
反応が各極2,3で起り発電が行なわれることとなる。
［発明の効果］ 以上詳述してきたことから明らかなように本発明によ
れば次のごとき優れた効果を発揮する。
れば次のごとき優れた効果を発揮する。
（１） 燃料電池本体の燃料極で生じたアノードガス中
の水分を除去せず、そのままリホーマの加熱源に用いる
ので、従来のようにドレン機器を必要とせず、その分の
コストを低減できる。
の水分を除去せず、そのままリホーマの加熱源に用いる
ので、従来のようにドレン機器を必要とせず、その分の
コストを低減できる。
（２） 空気を二段に予熱し、高温の予熱空気をリホー
マの加熱源として、また低温の予熱空気を空気極に供給
することで、リホーマでの効率を維持しつつ電池本体で
の燃料の利用率を向上させることができる。
マの加熱源として、また低温の予熱空気を空気極に供給
することで、リホーマでの効率を維持しつつ電池本体で
の燃料の利用率を向上させることができる。
（３） さらに、少ない空気量で効率よい冷却ができる
ため、全体の効率も上がる。
ため、全体の効率も上がる。
第１図は本発明の燃料電池の発電方法を実施する装置の
一例を示す図、第２図は燃料電池の詳細を示す図、第３
図は従来例を示す図である。 図中、１は燃料電池本体、２は燃料極、３は空気極、５
はリホーマ、20は燃料ガス供給ライン、22は第１空気予
熱器、23は第２空気予熱器、29は蒸気発生器である。
一例を示す図、第２図は燃料電池の詳細を示す図、第３
図は従来例を示す図である。 図中、１は燃料電池本体、２は燃料極、３は空気極、５
はリホーマ、20は燃料ガス供給ライン、22は第１空気予
熱器、23は第２空気予熱器、29は蒸気発生器である。
Claims (1)
- 【請求項１】燃料ガスと水蒸気とをリホーマに供給して
水素ガスに改質し、その水素ガスを燃料電池本体の燃料
極に供給し、他方その本体の空気極に酸化ガスを供給し
て発電する燃料電池の発電方法において、上記燃料極へ
の水素ガス供給で生じた水蒸気を含むアノードガスを、
上記リホーマの加熱源に用いたのち、上記空気極に供給
し、また空気極からの排ガスを第２空気予熱器から第１
空気予熱器に流し、他方空気を第１空気予熱器から第２
空気予熱器に流し、その第１空気予熱器を出た予熱空気
の一部を上記空気極に供給し、さらに第２空気予熱器を
出た高温の予熱空気を、上記リホーマの加熱源に用いた
のち空気極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 |
|---|---|---|---|
| JP60217800A JPH0821412B2 (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | 燃料電池の発電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60217800A JPH0821412B2 (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | 燃料電池の発電方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6280970A JPS6280970A (ja) | 1987-04-14 |
| JPH0821412B2 true JPH0821412B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=16709928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60217800A Expired - Lifetime JPH0821412B2 (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | 燃料電池の発電方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821412B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1985
- 1985-10-02 JP JP60217800A patent/JPH0821412B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6280970A (ja) | 1987-04-14 |
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