JPH0963608A - 燃料電池発電設備 - Google Patents

燃料電池発電設備

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JPH0963608A
JPH0963608A JP7210347A JP21034795A JPH0963608A JP H0963608 A JPH0963608 A JP H0963608A JP 7210347 A JP7210347 A JP 7210347A JP 21034795 A JP21034795 A JP 21034795A JP H0963608 A JPH0963608 A JP H0963608A
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hot air
heater
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JP7210347A
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Hajime Saito
一 斉藤
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Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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    • 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】 余分な燃料を用いることなく、燃料電池の温
度を所定範囲に維持することができ、かつ排ガスの冷却
・凝縮を最小限に抑えて凝縮熱によるヒートロスを大幅
に低減すると共に、冷却・凝縮に必要な機器をなくし設
備のコンパクト化を図ることができる燃料電池発電設備
を提供する。 【解決手段】 燃料電池11のカソードガス3を間接加
熱する加熱器16bと、加熱器に高温ガスを供給する熱
風発生炉18と、熱風発生炉に改質器10の燃焼室を出
た燃焼排ガス5を供給する排ガスライン21と、を備
え、発電開始後に燃焼排ガス5を熱風発生炉を通して加
熱器16bに供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料
電池を用いた燃料電池発電設備に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
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開発が行
われている。特に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では、図2に示すように天然ガ
ス等の燃料ガス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11とを備えており、改
質器10で作られたアノードガス2は燃料電池に供給さ
れ、燃料電池内でその大部分(例えば80%)を消費し
た後、アノード排ガス4として改質器の燃焼室Coに供
給される。改質器10ではアノード排ガス中の可燃成分
(水素、一酸化炭素、メタン等)がカソード排ガスによ
り燃焼し、高温の燃焼ガスにより改質室Reを加熱し改
質室の燃料を改質する。改質室を出た燃焼排ガス5は空
気予熱器13b、凝縮器16a、気水分離器15を通っ
て水分を除去され、低温ブロア17cで加圧され、ター
ビン圧縮機12から供給される加圧空気6と合流してカ
ソードガス3となり、燃料電池のカソード側に電池反応
に必要な二酸化炭素を供給する。燃料電池内でその一部
が反応したカソードガス(カソード排ガス7)は、高温
ブロア17bにより燃料電池の上流側に一部が循環さ
れ、残りの一部7aは改質器に燃焼用空気として供給さ
れ、残り7bはタービン圧縮機12で圧力を回収され、
排熱回収装置19による熱回収後に系外に排出される。
なお、図2において、13aは燃料予熱器、14は脱硫
器、16bは加熱器、17dは空気ブロア、18は熱風
発生炉である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来、かかる燃料電池
発電設備の起動は、内部に窒素ガスを充填した状態
で、熱風発生炉18により加熱器16bに熱風を供給
し、加熱器16bで内部を循環する窒素ガスを加熱し、
この窒素ガスの循環により、燃料電池11と改質器1
0を加熱し、これらが所定の温度に達したときに、ター
ビン圧縮機12から空気を導入して、燃料電池11を介
して改質器10の燃焼室Coに空気を供給し、次いで
水蒸気8と燃料ガス1を改質器に供給して、燃料電池1
1を介して改質器10の燃焼室Coに燃料ガスを供給し
て燃焼させ、その熱で改質室Reを流れる燃料ガス1を
改質して改質ガス(アノードガス2)を燃料電池11に
供給し発電を開始する。
【0004】熱風発生炉18は、発電開始後は熱風の供
給を停止し、燃料電池の温度制御は高温ブロア17bに
よるカソードガスの循環により行うようになっている。
しかし、実際には燃料電池の運転中も加熱器16bや循
環ラインからの放熱が大きく、燃料電池の反応熱だけで
は燃料電池の温度が維持できない問題点があった。その
ため、発電開始後であっても、熱風発生炉18を運転し
て熱風を供給する必要があり、余分な燃料を必要とし、
プラント効率が悪化する問題点があった。
【0005】また、従来の燃料電池発電設備では、上述
したように、改質器10を出た燃焼排ガスを冷却・凝縮
して水分を除去しているため、例えば空気予熱器13
b、凝縮器16a、気水分離器15等を必要するとと共
に、凝縮熱によるヒートロスが大きく、プラント効率の
向上を妨げる一因となっていた。
【0006】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、余分
な燃料を用いることなく、燃料電池の温度を所定範囲に
維持することができ、かつ排ガスの冷却・凝縮を最小限
に抑えて凝縮熱によるヒートロスを大幅に低減すると共
に、冷却・凝縮に必要な機器をなくし、設備のコンパク
ト化を図ることができる燃料電池発電設備を提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料電
池のカソードガスを間接加熱する加熱器と、該加熱器に
高温ガスを供給する熱風発生炉と、該熱風発生炉に改質
器の燃焼室を出た燃焼排ガスを供給する排ガスライン
と、を備え、発電開始後に燃焼排ガスを熱風発生炉を通
して前記加熱器に供給する、ことを特徴とする燃料電池
発電設備が提供される。この構成により、燃焼室を出た
燃焼排ガスによりカソードガスを間接加熱することがで
き、余分な燃料を用いることなく、燃料電池の温度を所
定範囲に維持することができ、かつ燃焼排ガスの冷却・
凝縮によるヒートロスをなくし、プラント効率を大幅に
向上することができる。
【0008】本発明の好ましい実施形態によれば、ター
ビン圧縮機で加圧された空気を前記熱風発生炉に供給す
る空気供給ラインと、該空気供給ラインに設けられた空
気ブロアと、外気を空気ブロアに導く逆止弁と、を備え
る。この構成により、内圧が低い起動時には、空気ブロ
アにより逆止弁を通して外気を熱風発生炉に供給するこ
とができ、タービン圧縮機が駆動され内圧が高まってき
た段階では、タービン圧縮機で加圧された空気を空気ブ
ロアにより更に高圧にして熱風発生炉に供給することが
でき、起動から加圧運転時まで熱風発生炉に効率的に空
気を供給することができる。
【0009】また、排気用開閉弁を有し、加熱器を通過
した高温ガスをタービン圧縮機のタービン上流側に導く
排気ラインと、循環用開閉弁を有し、前記高温ガスを燃
料電池の上流側のカソードガスに導入する循環ライン
と、を備え、起動時には排気用開閉弁のみを開いて高温
ガスにより、タービン圧縮機を駆動し、発電開始後には
循環用開閉弁のみを開いて燃焼排ガスをカソードガスに
導入する、ことが好ましい。この構成により、起動時
に、高温ガスによりタービン圧縮機を駆動して空気を内
部に導入することができ、発電開始後にはCO2 ガスを
含む燃焼排ガスをカソードガスに導入して電池反応に用
いることができる。なお、燃焼排ガスが混入されたカソ
ードガスは、燃料電池を通過後にその一部がタービン圧
縮機に供給されるため、発電開始後もタービン圧縮機に
より空気が導入される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。図1は、本発
明による燃料電池発電設備の全体構成図である。この図
において、燃料電池発電設備は、燃料電池11のカソー
ドガス3を間接加熱する加熱器16bと、加熱器16b
に高温ガスを供給する熱風発生炉18と、熱風発生炉1
8に改質器10の燃焼室Coを出た燃焼排ガス5を供給
する排ガスライン21と、を備え、発電開始後に燃焼排
ガス5を熱風発生炉18を通して加熱器16bに供給す
るようになっている。すなわち、本発明の燃料電池発電
設備には、図2の従来例に示した空気予熱器13b,凝
縮器16a,気水分離器15等がなく、燃焼室Coを出
た燃焼排ガス5が排ガスライン21を介して熱風発生炉
18に直接供給されるようになっている。
【0011】この構成により、燃焼室Coを出た燃焼排
ガス5によりカソードガス3を間接加熱することがで
き、余分な燃料を用いることなく、燃料電池11の温度
を所定範囲に維持することができ、かつ燃焼排ガス5の
冷却・凝縮によるヒートロスをなくし、プラント効率を
大幅に向上することができる。
【0012】また、図1の燃料電池発電設備は、タービ
ン圧縮機12で加圧された空気6を熱風発生炉18に供
給する空気供給ライン23と、空気供給ライン23に設
けられた空気ブロア17dと、外気を空気ブロア17d
に導く逆止弁22と、を備えている。この構成により、
内圧が低い起動時には、空気ブロア17dにより逆止弁
22を通して外気を熱風発生炉18に供給することがで
き、タービン圧縮機12が駆動され内圧が高まってきた
段階では、タービン圧縮機12で加圧された空気を空気
ブロア17dにより更に高圧にして熱風発生炉18に供
給することができ、起動から加圧運転時まで熱風発生炉
18に効率的に空気を供給することができる。
【0013】更に、この発電設備は、加熱器16bを通
過した高温ガスをタービン圧縮機12のタービン上流側
に導く排気ライン25と、高温ガスを燃料電池11の上
流側のカソードガス3に導入する循環ライン26と、を
備えている。また、排気ライン25と循環ライン26に
はそれぞれのラインを開閉させる排気用開閉弁20bと
循環用開閉弁20aが設けられている。なお、この図で
20cは、遮断弁であり、24は、発電開始後の燃焼排
ガス5の流れを容易にするためのオリフィスである。
【0014】この構成により、起動時には排気用開閉弁
20bのみを開いて高温ガスにより、タービン圧縮機1
2を駆動し空気6を内部に導入することができ、発電開
始後には循環用開閉弁20aのみを開いてCO2 ガスを
含む燃焼排ガス5をカソードガス3に導入して電池反応
に用いることができる。その他の構成は、図2と同様で
ある。
【0015】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
【0016】
【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池発電
設備は、余分な燃料を用いることなく、燃料電池の温度
を所定範囲に維持することができ、かつ排ガスの冷却・
凝縮を最小限に抑えて凝縮熱によるヒートロスを大幅に
低減すると共に、冷却・凝縮に必要な機器をなくし設備
のコンパクト化を図ることができる、等の優れた効果を
有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による燃料電池発電設備の全体構成図で
ある。
【図2】従来の燃料電池発電設備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 8 水蒸気 10 改質器 11 燃料電池 12 タービン圧縮機 13a 燃料予熱器 13b 空気予熱器 14 脱硫器 15 気水分離器 16a 凝縮器 16b 加熱器 17a 燃料ブロア 17b 高温ブロア 17c 低温ブロア 17d 空気ブロア 18 熱風発生炉 20a 循環用開閉弁 20b 排気用開閉弁 20c 遮断弁 21 排ガスライン 22 逆止弁 23 空気供給ライン 24 オリフィス 25 排気ライン 26 循環ライン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料電池のカソードガスを間接加熱する
    加熱器と、該加熱器に高温ガスを供給する熱風発生炉
    と、該熱風発生炉に改質器の燃焼室を出た燃焼排ガスを
    供給する排ガスラインと、を備え、発電開始後に燃焼排
    ガスを熱風発生炉を通して前記加熱器に供給する、こと
    を特徴とする燃料電池発電設備。
  2. 【請求項2】 タービン圧縮機で加圧された空気を前記
    熱風発生炉に供給する空気供給ラインと、該空気供給ラ
    インに設けられた空気ブロアと、外気を空気ブロアに導
    く逆止弁と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載
    の燃料電池発電設備。
  3. 【請求項3】 排気用開閉弁を有し、加熱器を通過した
    高温ガスをタービン圧縮機のタービン上流側に導く排気
    ラインと、循環用開閉弁を有し、前記高温ガスを燃料電
    池の上流側のカソードガスに導入する循環ラインと、を
    備え、起動時には排気用開閉弁のみを開いて高温ガスに
    より、タービン圧縮機を駆動し、発電開始後には循環用
    開閉弁のみを開いて燃焼排ガスをカソードガスに導入す
    る、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池発電設
    備。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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USD922746S1 (en) 2019-12-06 2021-06-22 Nike, Inc. Shoe
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