JPH0992313A - 燃料電池発電設備 - Google Patents
燃料電池発電設備Info
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Classifications
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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】 大型の熱交換器を用いることなく、ＣＯ2 リ
サイクルブロア（低温ブロア）の入口温度を下げ、これ
により電池入口温度を適正範囲に保持することができる
燃料電池発電設備を提供する。 【解決手段】 改質器１０の燃焼排ガス５を燃料電池１
１のカソード３側に供給する燃料電池発電設備におい
て、カソード側に供給する低温の加圧空気６と高温の燃
焼排ガス５とを直接混合するガス混合器２０と、混合さ
れ低温化した混合ガスを加圧する低温ブロア２１と、加
圧された混合ガスを燃料電池のカソード側に供給する循
環ライン２２とを備える。
サイクルブロア（低温ブロア）の入口温度を下げ、これ
により電池入口温度を適正範囲に保持することができる
燃料電池発電設備を提供する。 【解決手段】 改質器１０の燃焼排ガス５を燃料電池１
１のカソード３側に供給する燃料電池発電設備におい
て、カソード側に供給する低温の加圧空気６と高温の燃
焼排ガス５とを直接混合するガス混合器２０と、混合さ
れ低温化した混合ガスを加圧する低温ブロア２１と、加
圧された混合ガスを燃料電池のカソード側に供給する循
環ライン２２とを備える。
Description
【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。
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１１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で加圧空気６により冷却された後、低
温ブロア１７ｃで加圧され、空気予熱器１３ｂで予熱さ
れた加圧空気６と合流してカソードガス３に供給され
る。低温ブロア１７ｃは、改質器で発生したＣＯ2 ガス
を燃料電池のカソード側に供給してカソード反応に利用
することからＣＯ2 リサイクルブロアとも呼ばれる。
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１１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で加圧空気６により冷却された後、低
温ブロア１７ｃで加圧され、空気予熱器１３ｂで予熱さ
れた加圧空気６と合流してカソードガス３に供給され
る。低温ブロア１７ｃは、改質器で発生したＣＯ2 ガス
を燃料電池のカソード側に供給してカソード反応に利用
することからＣＯ2 リサイクルブロアとも呼ばれる。
【０００３】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、１５は逆止弁、１
６は加熱器、１７ｄは空気ブロア、１８は熱風発生炉で
ある。
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、１５は逆止弁、１
６は加熱器、１７ｄは空気ブロア、１８は熱風発生炉で
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の燃料電
池発電設備では、ＣＯ2 リサイクルブロア（低温ブロア
１７ｃ）の入口に空気予熱器１３ｂを設置してブロア入
口温度を下げ、かつ電池入口温度を適正温度（約５８０
℃）に保持している。しかし、空気予熱器１３ｂの使用
により、低温ブロア１７ｃのブロア入口温度を下げて、
安価な市販のブロアをそのまま使用できるメリットはあ
るが、空気予熱器１３ｂの入口温度差が大きく（例えば
７５０℃以上）、熱交換器（空気予熱器１３ｂ）の運転
条件が厳しく、装置が大型化する問題点があった。
池発電設備では、ＣＯ2 リサイクルブロア（低温ブロア
１７ｃ）の入口に空気予熱器１３ｂを設置してブロア入
口温度を下げ、かつ電池入口温度を適正温度（約５８０
℃）に保持している。しかし、空気予熱器１３ｂの使用
により、低温ブロア１７ｃのブロア入口温度を下げて、
安価な市販のブロアをそのまま使用できるメリットはあ
るが、空気予熱器１３ｂの入口温度差が大きく（例えば
７５０℃以上）、熱交換器（空気予熱器１３ｂ）の運転
条件が厳しく、装置が大型化する問題点があった。
【０００５】すなわち、図２の設備において、空気予熱
器１３ｂの入口温度は、燃焼排ガス５が約７７０℃，加
圧空気６が約２０℃であり、出口温度は、それぞれ約５
６０℃と６００℃となる。このため、入口温度差は約７
５０℃もあり、小型のプレート形熱交換器は許容温度差
（約３００℃前後）を大幅に越えるため、使用できず、
シェル・アンド・チューブ形熱交換器は、許容温度差が
大きく使用できるが大型になり、発電設備のコストが高
くなり、コンパクト化が困難であり、信頼性が低くなる
等の問題点があった。
器１３ｂの入口温度は、燃焼排ガス５が約７７０℃，加
圧空気６が約２０℃であり、出口温度は、それぞれ約５
６０℃と６００℃となる。このため、入口温度差は約７
５０℃もあり、小型のプレート形熱交換器は許容温度差
（約３００℃前後）を大幅に越えるため、使用できず、
シェル・アンド・チューブ形熱交換器は、許容温度差が
大きく使用できるが大型になり、発電設備のコストが高
くなり、コンパクト化が困難であり、信頼性が低くなる
等の問題点があった。
【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、大型
の熱交換器を用いることなく、ＣＯ2 リサイクルブロア
（低温ブロア）の入口温度を下げ、これにより電池入口
温度を適正範囲に保持す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。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、大型
の熱交換器を用いることなく、ＣＯ2 リサイクルブロア
（低温ブロア）の入口温度を下げ、これにより電池入口
温度を適正範囲に保持す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、改質器
の燃焼排ガスを燃料電池のカソード側に供給する燃料電
池発電設備において、カソード側に供給する低温の加圧
空気と高温の燃焼排ガスとを直接混合するガス混合器
と、混合され低温化した混合ガスを加圧する低温ブロア
と、加圧された混合ガスを燃料電池のカソード側に供給
する循環ラインと、を備えることを特徴とする燃料電池
発電設備が提供される。
の燃焼排ガスを燃料電池のカソード側に供給する燃料電
池発電設備において、カソード側に供給する低温の加圧
空気と高温の燃焼排ガスとを直接混合するガス混合器
と、混合され低温化した混合ガスを加圧する低温ブロア
と、加圧された混合ガスを燃料電池のカソード側に供給
する循環ラインと、を備えることを特徴とする燃料電池
発電設備が提供される。
【０００８】本発明のこの構成によれば、カソード側に
供給する低温（例えば約２０℃）の加圧空気と高温（例
えば約７７０℃）の燃焼排ガスとをガス混合器により直
接混合するので、この混合により、混合ガスの温度を低
温（例えば約６００℃）にすることができる。このガス
混合器は２つの流体を直接混合させるので、許容温度差
の大きいものを、簡単な構造で、小型かつ安価に製造す
ることができる。従って、大型の熱交換器を用いること
なく、ＣＯ2 リサイクルブロア（低温ブロア）の入口温
度を下げることができ、これにより電池入口温度を適正
範囲に保持することができる。
供給する低温（例えば約２０℃）の加圧空気と高温（例
えば約７７０℃）の燃焼排ガスとをガス混合器により直
接混合するので、この混合により、混合ガスの温度を低
温（例えば約６００℃）にすることができる。このガス
混合器は２つの流体を直接混合させるので、許容温度差
の大きいものを、簡単な構造で、小型かつ安価に製造す
ることができる。従って、大型の熱交換器を用いること
なく、ＣＯ2 リサイクルブロア（低温ブロア）の入口温
度を下げることができ、これにより電池入口温度を適正
範囲に保持することができる。
【０００９】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
ガス混合器は、加圧空気により燃焼排ガスを吸引するエ
ジェクタである。この構成により、低温ブロアによる吸
引力が小さい場合でも、改質器からの燃焼排ガスの流れ
を円滑にしその逆流を防止することができる。
ガス混合器は、加圧空気により燃焼排ガスを吸引するエ
ジェクタである。この構成により、低温ブロアによる吸
引力が小さい場合でも、改質器からの燃焼排ガスの流れ
を円滑にしその逆流を防止することができる。
【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、２点鎖線で囲む部分以外は、図２の従来例と
同様である。図１において、本発明の燃料電池発電設備
は、改質器１０の燃焼排ガス５を燃料電池１１のカソー
ド側３に供給するようになっており、カソード側に供給
する低温の加圧空気６と高温の燃焼排ガス５とを直接混
合するガス混合器２０と、混合され低温化した混合ガス
を加圧する低温ブロア２１と、加圧された混合ガスを燃
料電池のカソード側に供給する循環ライン２２と、を備
えている。循環ライン２２には、カソードガス３の逆流
を防止する逆止弁２３が設けられている。
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、２点鎖線で囲む部分以外は、図２の従来例と
同様である。図１において、本発明の燃料電池発電設備
は、改質器１０の燃焼排ガス５を燃料電池１１のカソー
ド側３に供給するようになっており、カソード側に供給
する低温の加圧空気６と高温の燃焼排ガス５とを直接混
合するガス混合器２０と、混合され低温化した混合ガス
を加圧する低温ブロア２１と、加圧された混合ガスを燃
料電池のカソード側に供給する循環ライン２２と、を備
えている。循環ライン２２には、カソードガス３の逆流
を防止する逆止弁２３が設けられている。
【００１１】また、低温ブロア２１は、燃料電池の運転
中は常に稼働しており、その流量はタービン圧縮機１２
と空気ブロア１７ｄの流量の総和よりも大きく設定され
ている。この構成により燃焼排ガス５のラインに逆止弁
を設けることなく、低温ブロア２１による吸引により、
改質器から燃焼排ガスを円滑に供給することができる。
中は常に稼働しており、その流量はタービン圧縮機１２
と空気ブロア１７ｄの流量の総和よりも大きく設定され
ている。この構成により燃焼排ガス５のラインに逆止弁
を設けることなく、低温ブロア２１による吸引により、
改質器から燃焼排ガスを円滑に供給することができる。
【００１２】ガス混合器２０は、単なる合流部を有する
配管でもよいが、好ましくは、加圧空気６により燃焼排
ガス５を吸引するエジェクタであるのがよい。この構成
により、低温ブロア１７ｃによる吸引力が小さい場合で
も、改質器からの燃焼排ガスの流れを円滑にしその逆流
を防止することができる。
配管でもよいが、好ましくは、加圧空気６により燃焼排
ガス５を吸引するエジェクタであるのがよい。この構成
により、低温ブロア１７ｃによる吸引力が小さい場合で
も、改質器からの燃焼排ガスの流れを円滑にしその逆流
を防止することができる。
【００１３】上述した構成により、ガス混合器２０によ
りカソード側３に供給する低温（例えば約２０℃）の加
圧空気６と高温（例えば約７７０℃）の燃焼排ガス５と
を直接混合するので、この混合により、混合ガスの温度
を低温（例えば約６００℃）にすることができる。ま
た、このガス混合器２０は２つの流体を直接混合させる
ので、許容温度差の大きいものを、簡単な構造で、小型
かつ安価に製造することができる。従って、シェル・ア
ンド・チューブ形熱交換器のような大型の熱交換器を用
いることなく、ＣＯ2 リサイクルブロア（低温ブロア２
１）の入口温度を下げることができ、これにより電池入
口温度を適正範囲に保持することができる。
りカソード側３に供給する低温（例えば約２０℃）の加
圧空気６と高温（例えば約７７０℃）の燃焼排ガス５と
を直接混合するので、この混合により、混合ガスの温度
を低温（例えば約６００℃）にすることができる。ま
た、このガス混合器２０は２つの流体を直接混合させる
ので、許容温度差の大きいものを、簡単な構造で、小型
かつ安価に製造することができる。従って、シェル・ア
ンド・チューブ形熱交換器のような大型の熱交換器を用
いることなく、ＣＯ2 リサイクルブロア（低温ブロア２
１）の入口温度を下げることができ、これにより電池入
口温度を適正範囲に保持することができる。
【００１４】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。
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。
【００１５】
【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、大型の熱交換器を用いることなく、ＣＯ2 リサ
イクルブロア（低温ブロア）の入口温度を下げ、電池入
口温度を適正範囲に保持することができ、これにより、
発電設備のコストを下げ、コンパクト化を図り、信頼性
を高めることができる、等の優れた効果を有する。
設備は、大型の熱交換器を用いることなく、ＣＯ2 リサ
イクルブロア（低温ブロア）の入口温度を下げ、電池入
口温度を適正範囲に保持することができ、これにより、
発電設備のコストを下げ、コンパクト化を図り、信頼性
を高めることができる、等の優れた効果を有する。
【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。
ある。
【図２】従来の燃料電池発電設備の全体構成図である。
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 逆止弁 １６ 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 １９ 排熱回収装置 ２０ ガス混合器 ２１ 低温ブロア ２２ 循環ライン ２３ 逆止弁
Claims (2)
- 【請求項１】 改質器の燃焼排ガスを燃料電池のカソー
ド側に供給する燃料電池発電設備において、 カソード側に供給する低温の加圧空気と高温の燃焼排ガ
スとを直接混合するガス混合器と、混合され低温化した
混合ガスを加圧する低温ブロアと、加圧された混合ガス
を燃料電池のカソード側に供給する循環ラインと、を備
えることを特徴とする燃料電池発電設備。 - 【請求項２】 前記ガス混合器は、加圧空気により燃焼
排ガスを吸引するエジェクタである、ことを特徴とする
請求項１に記載の燃料電池発電設備。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7250724A JPH0992313A (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | 燃料電池発電設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7250724A JPH0992313A (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | 燃料電池発電設備 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0992313A true JPH0992313A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17212111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7250724A Pending JPH0992313A (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | 燃料電池発電設備 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0992313A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100674622B1 (ko) * | 2005-11-04 | 2007-01-29 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 연료전지 발전시스템 |
-
1995
- 1995-09-28 JP JP7250724A patent/JPH0992313A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100674622B1 (ko) * | 2005-11-04 | 2007-01-29 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 연료전지 발전시스템 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
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