JPH11238520A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH11238520A JPH11238520A JP10042298A JP4229898A JPH11238520A JP H11238520 A JPH11238520 A JP H11238520A JP 10042298 A JP10042298 A JP 10042298A JP 4229898 A JP4229898 A JP 4229898A JP H11238520 A JPH11238520 A JP H11238520A
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- gas
- cathode
- exhaust gas
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- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高価な循環ブロワを用いないでシステムを構
成した燃料電池発電装置を提供する。 【解決手段】 カソードとアノードからなり酸素を含む
カソードガスと水素を含むアノードガスから発電する燃
料電池５０と、カソードから排出されるカソード排ガス
とアノードから排出されるアノード排ガスとを燃焼する
燃焼器５２と、この燃焼器５２の燃焼排ガスの加熱によ
り、蒸気ライン４２と合流する燃料ライン４１から供給
された蒸気と混合した燃料ガスを水素を含むアノードガ
スに改質する改質器５１と、この改質器５１のアノード
ガスをアノードに供給するアノードガス供給ライン４３
と、圧縮機５６を有し空気をカソードに供給する空気供
給ライン４４と、改質器５１からの燃焼排ガスをこの空
気供給ライン４４の圧縮機５６出側に供給する燃焼排ガ
ス供給ライン４７と、を備える。
成した燃料電池発電装置を提供する。 【解決手段】 カソードとアノードからなり酸素を含む
カソードガスと水素を含むアノードガスから発電する燃
料電池５０と、カソードから排出されるカソード排ガス
とアノードから排出されるアノード排ガスとを燃焼する
燃焼器５２と、この燃焼器５２の燃焼排ガスの加熱によ
り、蒸気ライン４２と合流する燃料ライン４１から供給
された蒸気と混合した燃料ガスを水素を含むアノードガ
スに改質する改質器５１と、この改質器５１のアノード
ガスをアノードに供給するアノードガス供給ライン４３
と、圧縮機５６を有し空気をカソードに供給する空気供
給ライン４４と、改質器５１からの燃焼排ガスをこの空
気供給ライン４４の圧縮機５６出側に供給する燃焼排ガ
ス供給ライン４７と、を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カソードに高温の
カソードガスを循環させる炭酸ガスリサイクルブロワを
低温の空気を加圧する空気圧縮機で代替えできるシステ
ムとした経済的な燃料電池発電装置に関する。
カソードガスを循環させる炭酸ガスリサイクルブロワを
低温の空気を加圧する空気圧縮機で代替えできるシステ
ムとした経済的な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、現在鋭意研究が進められている。
への影響が少ないなど、従来の発電装置にない特徴を有
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、現在鋭意研究が進められている。
【０００３】図３は都市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。図３
において、発電設備は、蒸気と混合した燃料ガス（都市
ガス）を水素を含むアノードガスに改質する改質器２２
と、酸素を含むカソードガスと水素を含むアノードガス
とから発電する燃料電池２０とを備えており、改質器２
２で作られるアノードガスはアノードガスライン２によ
り燃料電池２０に供給され、燃料電池２０の中でその大
部分を消費してアノード排ガスとなり、アノード排ガス
ライン４により燃焼用ガスとして触媒燃焼器２３へ供給
される。
燃料電池を用いた発電設備の一例を示す図である。図３
において、発電設備は、蒸気と混合した燃料ガス（都市
ガス）を水素を含むアノードガスに改質する改質器２２
と、酸素を含むカソードガスと水素を含むアノードガス
とから発電する燃料電池２０とを備えており、改質器２
２で作られるアノードガスはアノードガスライン２によ
り燃料電池２０に供給され、燃料電池２０の中でその大
部分を消費してアノード排ガスとなり、アノード排ガス
ライン４により燃焼用ガスとして触媒燃焼器２３へ供給
される。
【０００４】触媒燃焼器２３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）を燃焼して高温
の燃焼排ガスを生成し、改質器２２の加熱室に供給しこ
の燃焼排ガスにより改質室を加熱し、改質室で改質触媒
により燃料ガスを改質してアノードガスとする。アノー
ドガスは燃料予熱器２４によって燃料ガスライン１を流
れる蒸気と混合した燃料ガスと熱交換し、燃料電池２０
のアノードに供給される。また加熱室を出た燃焼排ガス
は炭酸ガスリサイクルライン７で炭酸ガスリサイクルブ
ロワ３２によりカソードに供給される。燃焼排ガスには
多量の炭酸ガスが含まれており、電池反応に必要な炭酸
ガスの供給源となる。空気ライン８からの空気が炭酸ガ
スリサイクルブロワ３２の出側に供給されカソードの電
池反応に必要な酸素を供給する。カソードから排出され
るカソード排ガスの一部は循環ライン３によりカソード
に供給される。このカソード排ガスと燃焼排ガスと空気
が混合してカソードガスとなりカソードに供給される。
燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）を燃焼して高温
の燃焼排ガスを生成し、改質器２２の加熱室に供給しこ
の燃焼排ガスにより改質室を加熱し、改質室で改質触媒
により燃料ガスを改質してアノードガスとする。アノー
ドガスは燃料予熱器２４によって燃料ガスライン１を流
れる蒸気と混合した燃料ガスと熱交換し、燃料電池２０
のアノードに供給される。また加熱室を出た燃焼排ガス
は炭酸ガスリサイクルライン７で炭酸ガスリサイクルブ
ロワ３２によりカソードに供給される。燃焼排ガスには
多量の炭酸ガスが含まれており、電池反応に必要な炭酸
ガスの供給源となる。空気ライン８からの空気が炭酸ガ
スリサイクルブロワ３２の出側に供給されカソードの電
池反応に必要な酸素を供給する。カソードから排出され
るカソード排ガスの一部は循環ライン３によりカソード
に供給される。このカソード排ガスと燃焼排ガスと空気
が混合してカソードガスとなりカソードに供給される。
【０００５】このカソードガスは燃料電池２０内で電池
反応して高温のカソード排ガスとなり、一部は循環ライ
ン３によりカソードを循環し、他の一部はカソード排ガ
スライン５により触媒燃焼器２３へ供給され、残部は排
熱利用ライン６で空気を圧縮する圧縮機を駆動するター
ビン圧縮機２８で動力を回収した後、さらに排熱回収蒸
気発生装置３０で熱エネルギを回収して系外に排出され
る。なお、この排熱回収蒸気発生装置３０で発生した蒸
気が蒸気ライン９により燃料ガスライン１に入り、燃料
ガスと混合して改質器２２に送られる。
反応して高温のカソード排ガスとなり、一部は循環ライ
ン３によりカソードを循環し、他の一部はカソード排ガ
スライン５により触媒燃焼器２３へ供給され、残部は排
熱利用ライン６で空気を圧縮する圧縮機を駆動するター
ビン圧縮機２８で動力を回収した後、さらに排熱回収蒸
気発生装置３０で熱エネルギを回収して系外に排出され
る。なお、この排熱回収蒸気発生装置３０で発生した蒸
気が蒸気ライン９により燃料ガスライン１に入り、燃料
ガスと混合して改質器２２に送られる。
【０００６】改質器２２としてはプレート型改質器がコ
ンパクトであるため採用されている。燃料電池のプラン
ト効率は高温高圧化することにより向上するが、圧力を
高くすると燃料電池２０と同じ圧力としている改質器２
２の改質率が低下するため、８ａｔａ（絶対気圧）程度
の圧力が用いられている。このため８ａｔａ以上の圧力
とする場合は、圧力による改質率の低下の少ないチュー
ブ型の改質器が用いられる。
ンパクトであるため採用されている。燃料電池のプラン
ト効率は高温高圧化することにより向上するが、圧力を
高くすると燃料電池２０と同じ圧力としている改質器２
２の改質率が低下するため、８ａｔａ（絶対気圧）程度
の圧力が用いられている。このため８ａｔａ以上の圧力
とする場合は、圧力による改質率の低下の少ないチュー
ブ型の改質器が用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】カソードの循環ライン
３には８００℃近い高温の燃焼排ガスとカソード排ガス
を循環する炭酸ガスリサイクルブロワ３２が設けられて
いるが、高温でかつ大容量であるため、高価な機器であ
り、発電装置の価格を高価なものとしている。
３には８００℃近い高温の燃焼排ガスとカソード排ガス
を循環する炭酸ガスリサイクルブロワ３２が設けられて
いるが、高温でかつ大容量であるため、高価な機器であ
り、発電装置の価格を高価なものとしている。
【０００８】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
で、高価な循環ブロワを用いないでシステムを構成した
燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
で、高価な循環ブロワを用いないでシステムを構成した
燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、カソードとアノードからなり
酸素を含むカソードガスと水素を含むアノードガスから
発電する燃料電池と、カソードから排出されるカソード
排ガスとアノードから排出されるアノード排ガスとを燃
焼する燃焼器と、この燃焼器の燃焼排ガスの加熱によ
り、蒸気ラインと合流する燃料ラインから供給された蒸
気と混合した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、この改質器のアノードガスをアノードに
供給するアノードガス供給ラインと、圧縮機を有し空気
をカソードに供給する空気供給ラインと、改質器からの
燃焼排ガスをこの空気供給ラインの圧縮機出側に供給す
る燃焼排ガス供給ラインと、を備える。
め、請求項１の発明では、カソードとアノードからなり
酸素を含むカソードガスと水素を含むアノードガスから
発電する燃料電池と、カソードから排出されるカソード
排ガスとアノードから排出されるアノード排ガスとを燃
焼する燃焼器と、この燃焼器の燃焼排ガスの加熱によ
り、蒸気ラインと合流する燃料ラインから供給された蒸
気と混合した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、この改質器のアノードガスをアノードに
供給するアノードガス供給ラインと、圧縮機を有し空気
をカソードに供給する空気供給ラインと、改質器からの
燃焼排ガスをこの空気供給ラインの圧縮機出側に供給す
る燃焼排ガス供給ラインと、を備える。
【００１０】圧縮機により加圧された空気はカソードに
送られるが、この空気には燃焼器より排出され、改質室
を加熱したがまだ高温の燃焼排ガスが含まれ、この混合
ガスが高温でカソードに送られる。これによりカソード
排ガスは燃焼器、改質器、空気供給ラインを通り循環す
るが、循環のエネルギーは燃焼排ガスが合流する空気を
送り出す圧縮機により与えられる。この圧縮機は高温で
はない空気を圧縮するものなので、高温仕様の高価なも
のは必要ない。これにより高温仕様の循環ブロワを高温
でない空気を圧縮する圧縮機で代替えできるので大きな
コストダウンを実現できる。
送られるが、この空気には燃焼器より排出され、改質室
を加熱したがまだ高温の燃焼排ガスが含まれ、この混合
ガスが高温でカソードに送られる。これによりカソード
排ガスは燃焼器、改質器、空気供給ラインを通り循環す
るが、循環のエネルギーは燃焼排ガスが合流する空気を
送り出す圧縮機により与えられる。この圧縮機は高温で
はない空気を圧縮するものなので、高温仕様の高価なも
のは必要ない。これにより高温仕様の循環ブロワを高温
でない空気を圧縮する圧縮機で代替えできるので大きな
コストダウンを実現できる。
【００１１】請求項２の発明では、請求項１において、
前記蒸気ラインにアノード排ガスを供給するアノード排
ガス供給ラインを設ける。
前記蒸気ラインにアノード排ガスを供給するアノード排
ガス供給ラインを設ける。
【００１２】アノード排ガスを蒸気に混合し、この混合
ガスにさらに燃料ガスを混合したものを改質器に送り、
アノードガスにしてアノードに送りこむ。これによりア
ノードを通過する循環経路が形成される。このようにア
ノード排ガスを循環させることにより、アノード入口に
析出され易いカーボンの付着を防止できる。
ガスにさらに燃料ガスを混合したものを改質器に送り、
アノードガスにしてアノードに送りこむ。これによりア
ノードを通過する循環経路が形成される。このようにア
ノード排ガスを循環させることにより、アノード入口に
析出され易いカーボンの付着を防止できる。
【００１３】請求項３の発明では、カソードとアノード
からなり酸素を含むカソードガスと水素を含むアノード
ガスから発電する燃料電池と、カソードから排出される
カソード排ガスとアノードから排出されるアノード排ガ
スとを燃焼する燃焼器と、圧縮機を有し空気をカソード
に供給する空気供給ラインと、前記燃焼器の燃焼排ガス
を前記圧縮機の出側に供給する燃焼排ガス供給ライン
と、蒸気ラインと合流する燃料ラインから供給された蒸
気と混合した燃料ガスを水素を含むアノードガスに改質
しアノードに供給する改質器と、を備える。
からなり酸素を含むカソードガスと水素を含むアノード
ガスから発電する燃料電池と、カソードから排出される
カソード排ガスとアノードから排出されるアノード排ガ
スとを燃焼する燃焼器と、圧縮機を有し空気をカソード
に供給する空気供給ラインと、前記燃焼器の燃焼排ガス
を前記圧縮機の出側に供給する燃焼排ガス供給ライン
と、蒸気ラインと合流する燃料ラインから供給された蒸
気と混合した燃料ガスを水素を含むアノードガスに改質
しアノードに供給する改質器と、を備える。
【００１４】圧縮機により加圧された空気はカソードに
供給されるが、圧縮機の出側で燃焼器から排出される燃
焼排ガスも混合してカソードに送られる。これにより、
カソード排ガスは燃焼器で燃焼し空気供給ラインを通り
カソードに戻るという循環を行なう。この循環は圧縮機
のエネルギーにより行われるが、圧縮機は高温でない空
気を圧縮するため、高温仕様のものとする必要はない。
供給されるが、圧縮機の出側で燃焼器から排出される燃
焼排ガスも混合してカソードに送られる。これにより、
カソード排ガスは燃焼器で燃焼し空気供給ラインを通り
カソードに戻るという循環を行なう。この循環は圧縮機
のエネルギーにより行われるが、圧縮機は高温でない空
気を圧縮するため、高温仕様のものとする必要はない。
【００１５】請求項４の発明では、請求項３において、
前記アノード排ガスに含まれる未燃焼ガスを触媒により
アノードガスに改質し前記蒸気ラインに供給する断熱改
質器を備える。
前記アノード排ガスに含まれる未燃焼ガスを触媒により
アノードガスに改質し前記蒸気ラインに供給する断熱改
質器を備える。
【００１６】アノード排ガスには未燃焼ガスが含まれ、
かつ高温であるので改質触媒を通すことによりアノード
ガスを発生する。これを蒸気ラインに混入し、燃料ガス
と混合して改質器に送ることにより、改質器の改質率を
向上させることができる。
かつ高温であるので改質触媒を通すことによりアノード
ガスを発生する。これを蒸気ラインに混入し、燃料ガス
と混合して改質器に送ることにより、改質器の改質率を
向上させることができる。
【００１７】請求項５の発明では、請求項３において、
前記改質器は前記燃料ラインからの燃料ガスと前記空気
供給ラインからの空気により燃焼してこの燃焼熱により
アノードガスを生成し燃焼排ガスをカソードに供給す
る。
前記改質器は前記燃料ラインからの燃料ガスと前記空気
供給ラインからの空気により燃焼してこの燃焼熱により
アノードガスを生成し燃焼排ガスをカソードに供給す
る。
【００１８】改質器は燃料ガスを加熱しながら改質触媒
を通し改質するが、この加熱を燃料ガスの一部を空気供
給ラインからの空気により燃焼させて行なう。この燃焼
排ガスをカソードに供給することにより、燃焼排ガスの
有効利用ができる。
を通し改質するが、この加熱を燃料ガスの一部を空気供
給ラインからの空気により燃焼させて行なう。この燃焼
排ガスをカソードに供給することにより、燃焼排ガスの
有効利用ができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態
の燃料電池発電装置の全体構成図である。なお、本実施
形態は８ａｔａまでの装置で、改質器５１はプレート型
が用いられる。燃料ガスを供給する燃料ライン４１は蒸
気ライン４２と合流し、燃料予熱器５３で加熱され、改
質器５１の改質ガスを発生する改質室に接続される。改
質室より発生した水素ガスを主体とするアノードガスは
燃料予熱器５３で燃料ガスを加熱した後、アノードガス
供給ライン４３によりアノードに供給される。蒸気ライ
ン４２にはエゼクター５９が設けられ、アノード出側よ
りアノード排ガスをエゼクター５９に供給するアノード
排ガス供給ライン４５が設けられている。
図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態
の燃料電池発電装置の全体構成図である。なお、本実施
形態は８ａｔａまでの装置で、改質器５１はプレート型
が用いられる。燃料ガスを供給する燃料ライン４１は蒸
気ライン４２と合流し、燃料予熱器５３で加熱され、改
質器５１の改質ガスを発生する改質室に接続される。改
質室より発生した水素ガスを主体とするアノードガスは
燃料予熱器５３で燃料ガスを加熱した後、アノードガス
供給ライン４３によりアノードに供給される。蒸気ライ
ン４２にはエゼクター５９が設けられ、アノード出側よ
りアノード排ガスをエゼクター５９に供給するアノード
排ガス供給ライン４５が設けられている。
【００２０】空気をカソードに供給する空気供給ライン
４４がカソードに接続されている。空気供給ライン４４
には、タービン圧縮機５５と空気冷却器５８とモータ駆
動圧縮機５６とエゼクタ５９が設けられ、取り入れた空
気を先ずタービン圧縮機５５で圧縮した後、圧縮による
温度上昇した圧縮空気を空気冷却器５８で冷却し、これ
をモータ駆動圧縮機５６で圧縮してカソードに供給す
る。空気供給ライン４４には、タービン圧縮機５５の出
側よりエゼクタ５９の出側までに空気バイパスライン４
４ａが設けられ、モータ駆動圧縮機５６が稼働しない場
合も、タービン圧縮機５５から圧縮空気を送り出すよう
になっている。このため両ライン４４，４４ａには逆止
弁６１が設けられている。
４４がカソードに接続されている。空気供給ライン４４
には、タービン圧縮機５５と空気冷却器５８とモータ駆
動圧縮機５６とエゼクタ５９が設けられ、取り入れた空
気を先ずタービン圧縮機５５で圧縮した後、圧縮による
温度上昇した圧縮空気を空気冷却器５８で冷却し、これ
をモータ駆動圧縮機５６で圧縮してカソードに供給す
る。空気供給ライン４４には、タービン圧縮機５５の出
側よりエゼクタ５９の出側までに空気バイパスライン４
４ａが設けられ、モータ駆動圧縮機５６が稼働しない場
合も、タービン圧縮機５５から圧縮空気を送り出すよう
になっている。このため両ライン４４，４４ａには逆止
弁６１が設けられている。
【００２１】燃料電池５０はカソードとアノードよりな
り、アノード排ガスとカソード排ガスは燃焼触媒により
燃焼する燃焼器５２に排出される。燃焼器５２で燃焼し
た燃焼排ガスは改質器５１の加熱室に入り、改質室を加
熱して改質反応を促進した後、燃焼排ガス供給ライン４
７によりモータ駆動圧縮機５８の出側に設けられたエゼ
クタ５９に入り空気と混合してカソードに供給される。
り、アノード排ガスとカソード排ガスは燃焼触媒により
燃焼する燃焼器５２に排出される。燃焼器５２で燃焼し
た燃焼排ガスは改質器５１の加熱室に入り、改質室を加
熱して改質反応を促進した後、燃焼排ガス供給ライン４
７によりモータ駆動圧縮機５８の出側に設けられたエゼ
クタ５９に入り空気と混合してカソードに供給される。
【００２２】カソード出側より排熱回収蒸気発生器５４
までカソード排ガス供給ライン４６が設けられ、タービ
ン圧縮機５５のタービンを駆動し、その排ガスで排熱回
収蒸気発生器５４で給水を加熱して蒸気を発生し、蒸気
ライン４２に供給する。排熱回収蒸気発生器５４からの
排ガスはシステム外に放出される。カソード排ガスライ
ン４６には、タービン圧縮機５５のタービンを挟んでカ
ソード排ガスパイパスライン４６ａが設けられ、タービ
ン発電機５７を駆動する。カソード排ガス供給ライン４
６へ取り出されるカソード排ガスの量は流量調節弁６０
により調節される。
までカソード排ガス供給ライン４６が設けられ、タービ
ン圧縮機５５のタービンを駆動し、その排ガスで排熱回
収蒸気発生器５４で給水を加熱して蒸気を発生し、蒸気
ライン４２に供給する。排熱回収蒸気発生器５４からの
排ガスはシステム外に放出される。カソード排ガスライ
ン４６には、タービン圧縮機５５のタービンを挟んでカ
ソード排ガスパイパスライン４６ａが設けられ、タービ
ン発電機５７を駆動する。カソード排ガス供給ライン４
６へ取り出されるカソード排ガスの量は流量調節弁６０
により調節される。
【００２３】次に動作について説明する。燃料ライン４
１と蒸気ライン４２から供給される蒸気を含んだ燃料ガ
スは燃料予熱器５３で加熱され、改質器５１の改質室で
水素ガスを主体とするアノードガスに改質され、燃料予
熱器５３で燃料ガスを加熱した後、アノードガス供給ラ
イン４３によりアノードに供給される。一方空気供給ラ
イン４４からカソードに圧縮空気がタービン圧縮機５５
とモータ駆動圧縮機５６により圧縮されて供給される。
改質器５１の加熱室から排出される燃焼排ガスは排ガス
供給ライン４７によりモータ駆動圧縮機５６の出側に入
り、圧縮空気と混合してカソードガスとなりカソードに
供給される。
１と蒸気ライン４２から供給される蒸気を含んだ燃料ガ
スは燃料予熱器５３で加熱され、改質器５１の改質室で
水素ガスを主体とするアノードガスに改質され、燃料予
熱器５３で燃料ガスを加熱した後、アノードガス供給ラ
イン４３によりアノードに供給される。一方空気供給ラ
イン４４からカソードに圧縮空気がタービン圧縮機５５
とモータ駆動圧縮機５６により圧縮されて供給される。
改質器５１の加熱室から排出される燃焼排ガスは排ガス
供給ライン４７によりモータ駆動圧縮機５６の出側に入
り、圧縮空気と混合してカソードガスとなりカソードに
供給される。
【００２４】燃料電池５０ではカソードガスとアノード
ガスが電池反応を行い、発電した後、カソードからカソ
ード排ガス、アノードからアノード排ガスを排出する。
電池反応の効率は８０％程度なので、アノード排ガスに
は未燃焼ガスが含まれ、カソード排ガスには酸素が含ま
れている。燃焼器５２ではこの両排ガスを燃焼触媒を用
いて燃焼して高温の燃焼排ガスを生成し、改質器５１の
加熱室に供給する。改質室内には改質触媒が充填されて
おり、加熱室からの加熱と改質触媒により蒸気を含む燃
料ガスを水素ガスを主体とするアノードガスに改質す
る。
ガスが電池反応を行い、発電した後、カソードからカソ
ード排ガス、アノードからアノード排ガスを排出する。
電池反応の効率は８０％程度なので、アノード排ガスに
は未燃焼ガスが含まれ、カソード排ガスには酸素が含ま
れている。燃焼器５２ではこの両排ガスを燃焼触媒を用
いて燃焼して高温の燃焼排ガスを生成し、改質器５１の
加熱室に供給する。改質室内には改質触媒が充填されて
おり、加熱室からの加熱と改質触媒により蒸気を含む燃
料ガスを水素ガスを主体とするアノードガスに改質す
る。
【００２５】アノード排ガスの一部はアノード排ガス供
給ライン４５によりエゼクタ５９を介して蒸気ライン４
２に入る。これにより改質室とアノードを結ぶアノード
ガス循環ラインが構成され、これによりアノード入口で
のカーボン析出を防止する。また、カソード排ガスの一
部はカソード排ガス供給ライン４６によりタービン圧縮
機５５とタービン発電機５７に供給され、さらに排熱回
収蒸気発生器５４で蒸気を発生して、この蒸気を蒸気ラ
イン４２に供給する。カソード排ガスは燃焼器５２、加
熱室を通りエゼクタ５９より空気供給ライン４４に入
り、カソードを循環する。この場合循環するエネルギー
は、タービン圧縮機５５とモータ駆動圧縮機５６により
与えられるが、これらは低温の空気を圧縮するので、高
温で大容量のブロワを必要としない。
給ライン４５によりエゼクタ５９を介して蒸気ライン４
２に入る。これにより改質室とアノードを結ぶアノード
ガス循環ラインが構成され、これによりアノード入口で
のカーボン析出を防止する。また、カソード排ガスの一
部はカソード排ガス供給ライン４６によりタービン圧縮
機５５とタービン発電機５７に供給され、さらに排熱回
収蒸気発生器５４で蒸気を発生して、この蒸気を蒸気ラ
イン４２に供給する。カソード排ガスは燃焼器５２、加
熱室を通りエゼクタ５９より空気供給ライン４４に入
り、カソードを循環する。この場合循環するエネルギー
は、タービン圧縮機５５とモータ駆動圧縮機５６により
与えられるが、これらは低温の空気を圧縮するので、高
温で大容量のブロワを必要としない。
【００２６】次に図２により第２実施形態を説明する。
なお図１と図２において同一機能を有するものは同一符
号で表す。第２実施形態は８〜１２ａｔａ程度の高圧の
装置を示し、改質器６３はチューブ型改質器が用いられ
ている。燃料ライン４１は改質器６３の改質室に接続さ
れ燃料ガスを供給する。また燃料ライン４１からは燃焼
器７１に接続する燃料第１分岐ライン４１ａと改質器６
３の燃焼室に接続する燃料第２分岐ライン４１ｂが分岐
されている。燃料ライン４１にはオリフィス型の流量計
６６とこの流量計６６に基づき動作する流量調節弁６０
が設けられ、燃料第２分岐ライン４１ｂには、改質室の
出口の温度を計測する温度計６８に基づき動作する流量
調節弁６０が設けられている。また燃料第１分岐ライン
４１ａにも流量調節弁６０が設けられている。
なお図１と図２において同一機能を有するものは同一符
号で表す。第２実施形態は８〜１２ａｔａ程度の高圧の
装置を示し、改質器６３はチューブ型改質器が用いられ
ている。燃料ライン４１は改質器６３の改質室に接続さ
れ燃料ガスを供給する。また燃料ライン４１からは燃焼
器７１に接続する燃料第１分岐ライン４１ａと改質器６
３の燃焼室に接続する燃料第２分岐ライン４１ｂが分岐
されている。燃料ライン４１にはオリフィス型の流量計
６６とこの流量計６６に基づき動作する流量調節弁６０
が設けられ、燃料第２分岐ライン４１ｂには、改質室の
出口の温度を計測する温度計６８に基づき動作する流量
調節弁６０が設けられている。また燃料第１分岐ライン
４１ａにも流量調節弁６０が設けられている。
【００２７】改質器６３は燃料ガスを燃焼する燃焼室
と、この燃焼室内に設けられ改質触媒が充填されたチュ
ーブよりなる改質室から構成されている。改質器６３に
は燃料予熱器６４が設けられ、改質室に入る燃料ガスと
改質室を出るアノードガスとで熱交換を行なう。排熱回
収蒸気発生器５４より燃料ライン４１の流量計６６の出
側に至る蒸気ライン４２が設けられ、燃料ガスに蒸気を
供給する。蒸気ライン４２にはオリフィス型の流量計６
６と、この流量計６６に基づき動作する流量調節弁６０
が設けられ、さらに流量計６６の出側にエゼクタ５９が
設けられ、断熱改質器６９からの改質ガスが流入する。
このエゼクタ５９の出側からアノード入側へ接続する蒸
気分岐ライン４２ａが設けられ、止め弁７０により蒸気
と改質ガスの分岐を制御する。
と、この燃焼室内に設けられ改質触媒が充填されたチュ
ーブよりなる改質室から構成されている。改質器６３に
は燃料予熱器６４が設けられ、改質室に入る燃料ガスと
改質室を出るアノードガスとで熱交換を行なう。排熱回
収蒸気発生器５４より燃料ライン４１の流量計６６の出
側に至る蒸気ライン４２が設けられ、燃料ガスに蒸気を
供給する。蒸気ライン４２にはオリフィス型の流量計６
６と、この流量計６６に基づき動作する流量調節弁６０
が設けられ、さらに流量計６６の出側にエゼクタ５９が
設けられ、断熱改質器６９からの改質ガスが流入する。
このエゼクタ５９の出側からアノード入側へ接続する蒸
気分岐ライン４２ａが設けられ、止め弁７０により蒸気
と改質ガスの分岐を制御する。
【００２８】燃料電池５０はカソードとアノードで構成
され、カソードガスとアノードガスの電池反応により発
電し、それぞれ高温のカソード排ガスとアノード排ガス
を排出する。両排ガスは触媒により燃焼をする燃焼器５
２に送られ燃焼して燃焼排ガスを排出する。
され、カソードガスとアノードガスの電池反応により発
電し、それぞれ高温のカソード排ガスとアノード排ガス
を排出する。両排ガスは触媒により燃焼をする燃焼器５
２に送られ燃焼して燃焼排ガスを排出する。
【００２９】タービン圧縮機及び発電機６７からカソー
ド入側まで空気供給ライン４４が設けられ、カソードに
圧縮空気を供給する。空気供給ライン４４には、空気冷
却機５８、モータ駆動圧縮機５６、逆止弁６１、エゼク
タ５９、空気予熱器６５、流量調節弁６０がこの順で設
けられている。空気供給ライン４４には、空気冷却器５
８の入側からエゼクタ５９の出側まで空気パイパスライ
ン４４ａが設けられ、モータ駆動圧縮機５６が稼働しな
い場合も、タービン圧縮機及び発電機６７から圧縮空気
を送れるようになっている。燃焼器５２からの燃焼排ガ
スは燃焼排ガス供給ライン４７により空気供給ライン４
４のエゼクタ５９に流入し、空気と混合して空気予熱器
６５で加熱され、カソードガスとなりカソードに供給さ
れる。空気供給ライン４４のカソード側には流量調節弁
６０が設けられ、カソード入口に設けられた温度計６８
により流量が調節される。また空気供給ライン４４のカ
ソード側には空気分岐ライン４４ｂが設けられ燃焼排ガ
スと混合した空気を改質器６３の燃焼室に供給する。
ド入側まで空気供給ライン４４が設けられ、カソードに
圧縮空気を供給する。空気供給ライン４４には、空気冷
却機５８、モータ駆動圧縮機５６、逆止弁６１、エゼク
タ５９、空気予熱器６５、流量調節弁６０がこの順で設
けられている。空気供給ライン４４には、空気冷却器５
８の入側からエゼクタ５９の出側まで空気パイパスライ
ン４４ａが設けられ、モータ駆動圧縮機５６が稼働しな
い場合も、タービン圧縮機及び発電機６７から圧縮空気
を送れるようになっている。燃焼器５２からの燃焼排ガ
スは燃焼排ガス供給ライン４７により空気供給ライン４
４のエゼクタ５９に流入し、空気と混合して空気予熱器
６５で加熱され、カソードガスとなりカソードに供給さ
れる。空気供給ライン４４のカソード側には流量調節弁
６０が設けられ、カソード入口に設けられた温度計６８
により流量が調節される。また空気供給ライン４４のカ
ソード側には空気分岐ライン４４ｂが設けられ燃焼排ガ
スと混合した空気を改質器６３の燃焼室に供給する。
【００３０】カソード排ガスがカソードから排出され燃
焼器５２、エゼクタ５９、空気予熱器６５、を回りカソ
ードに供給される循環ラインを構成する。この循環させ
るエネルギはモータ駆動圧縮機５６により与えられる
が、モータ駆動圧縮機５６は低温の空気を圧縮するの
で、高温仕様の高価なブロワは必要としない。
焼器５２、エゼクタ５９、空気予熱器６５、を回りカソ
ードに供給される循環ラインを構成する。この循環させ
るエネルギはモータ駆動圧縮機５６により与えられる
が、モータ駆動圧縮機５６は低温の空気を圧縮するの
で、高温仕様の高価なブロワは必要としない。
【００３１】アノード出側より断熱改質器６９までアノ
ード排ガス供給ライン４５が設けられている。断熱改質
器６９はアノード排ガスを改質触媒だけで改質ガスに改
質するもので、加熱は行わない。改質ガスは蒸気ライン
４２のエゼクタ５９に供給され、蒸気とともに燃料ガス
と混合し改質器６３の改質室に送られ、水素ガスを主体
とする改質ガスになってアノードに供給される。なお、
蒸気と混合した改質ガスの一部は止め弁を開くことによ
り直接アノードに供給できるようになっている。高圧と
なると改質器６３の改質率が低下し、アノード排ガス中
に未燃焼分が増大するので、これを断熱改質器６９で改
質ガスとし、アノードに戻すことにより改質率の低下を
補っている。
ード排ガス供給ライン４５が設けられている。断熱改質
器６９はアノード排ガスを改質触媒だけで改質ガスに改
質するもので、加熱は行わない。改質ガスは蒸気ライン
４２のエゼクタ５９に供給され、蒸気とともに燃料ガス
と混合し改質器６３の改質室に送られ、水素ガスを主体
とする改質ガスになってアノードに供給される。なお、
蒸気と混合した改質ガスの一部は止め弁を開くことによ
り直接アノードに供給できるようになっている。高圧と
なると改質器６３の改質率が低下し、アノード排ガス中
に未燃焼分が増大するので、これを断熱改質器６９で改
質ガスとし、アノードに戻すことにより改質率の低下を
補っている。
【００３２】カソード出側より空気予熱器６５を通りタ
ービン圧縮機及び発電機６７までカソード排ガス供給ラ
イン４６が設けられ、カソード排ガスを流量調節弁６０
で調節し、空気予熱器６５で空気と燃焼排ガスとを加熱
し、タービン圧縮機及び発電機６７のタービンを駆動
し、この排ガスで排熱回収蒸気発生器５４で給水より蒸
気を発生する。なおカソード排ガスが十分発生しない燃
料電池起動時にも圧縮空気と蒸気を発生するため、燃焼
排ガスを発生する燃焼器７１が設けられている。この燃
焼器７１には、空気供給ライン４４から空気が供給さ
れ、燃料第１分岐ライン４１ａから燃料ガスが供給さ
れ、燃焼排ガスはカソード排ガス供給ライン４６よりタ
ービン圧縮機及び発電機６７のタービンに送られる。
ービン圧縮機及び発電機６７までカソード排ガス供給ラ
イン４６が設けられ、カソード排ガスを流量調節弁６０
で調節し、空気予熱器６５で空気と燃焼排ガスとを加熱
し、タービン圧縮機及び発電機６７のタービンを駆動
し、この排ガスで排熱回収蒸気発生器５４で給水より蒸
気を発生する。なおカソード排ガスが十分発生しない燃
料電池起動時にも圧縮空気と蒸気を発生するため、燃焼
排ガスを発生する燃焼器７１が設けられている。この燃
焼器７１には、空気供給ライン４４から空気が供給さ
れ、燃料第１分岐ライン４１ａから燃料ガスが供給さ
れ、燃焼排ガスはカソード排ガス供給ライン４６よりタ
ービン圧縮機及び発電機６７のタービンに送られる。
【００３３】次に動作について説明する。燃焼器７１に
は燃料第１分岐ライン４１ａより燃料ガスが送られ、燃
焼排ガスを発生しタービン圧縮機及び発電機６７を駆動
して圧縮空気の供給と起動に必要な機器に電気を供給す
る。またこのタービンの排ガスで排熱回収蒸気発生器５
４で蒸気を発生し、燃料ガスとともに改質器６３の改質
室に供給する。これとともに改質器６３の燃焼室には燃
料第２分岐ラインライン４１ｂからの燃料ガスと空気分
岐ライン４４ｂからの空気が供給され、燃焼して改質室
を加熱する。改質室には改質触媒が充填されており、蒸
気を含む燃料ガスを加熱して改質し、水素ガスを主体と
するアノードガスにしてアノードに供給する。燃焼室か
ら排出される炭酸ガスを含む燃焼排ガスと空気供給ライ
ン４４からの空気が混合してカソードガスとなりカソー
ドに供給される。
は燃料第１分岐ライン４１ａより燃料ガスが送られ、燃
焼排ガスを発生しタービン圧縮機及び発電機６７を駆動
して圧縮空気の供給と起動に必要な機器に電気を供給す
る。またこのタービンの排ガスで排熱回収蒸気発生器５
４で蒸気を発生し、燃料ガスとともに改質器６３の改質
室に供給する。これとともに改質器６３の燃焼室には燃
料第２分岐ラインライン４１ｂからの燃料ガスと空気分
岐ライン４４ｂからの空気が供給され、燃焼して改質室
を加熱する。改質室には改質触媒が充填されており、蒸
気を含む燃料ガスを加熱して改質し、水素ガスを主体と
するアノードガスにしてアノードに供給する。燃焼室か
ら排出される炭酸ガスを含む燃焼排ガスと空気供給ライ
ン４４からの空気が混合してカソードガスとなりカソー
ドに供給される。
【００３４】燃料電池５０ではカソードガスとアノード
ガスの電池反応により発電が行われ、カソード排ガスと
アノード排ガスを排出する。この両排ガスは燃焼器５２
で燃焼して燃焼排ガスを発生し、エゼクタ５９により空
気供給ライン４４に供給され、空気と混合してカソード
ガスとなりカソードに供給される。カソードの出側から
のカソード排ガスの一部は空気予熱器６５で空気と燃焼
排ガスの混合ガスを加熱した後、タービン圧縮機及び発
電機６７を駆動し、最後に排熱回収蒸気発生器５４で蒸
気を発生後、装置外に排出さる。
ガスの電池反応により発電が行われ、カソード排ガスと
アノード排ガスを排出する。この両排ガスは燃焼器５２
で燃焼して燃焼排ガスを発生し、エゼクタ５９により空
気供給ライン４４に供給され、空気と混合してカソード
ガスとなりカソードに供給される。カソードの出側から
のカソード排ガスの一部は空気予熱器６５で空気と燃焼
排ガスの混合ガスを加熱した後、タービン圧縮機及び発
電機６７を駆動し、最後に排熱回収蒸気発生器５４で蒸
気を発生後、装置外に排出さる。
【００３５】アノード出側からのアノード排ガスの一部
は断熱改質器６９に供給され、残存する未燃焼ガスを改
質触媒により改質ガスにして、蒸気ライン４２のエゼク
タ５９に入り蒸気と混合し、さらに燃料ガスと混合して
改質室に送られ、改質ガスとなりアノードに供給され
る。
は断熱改質器６９に供給され、残存する未燃焼ガスを改
質触媒により改質ガスにして、蒸気ライン４２のエゼク
タ５９に入り蒸気と混合し、さらに燃料ガスと混合して
改質室に送られ、改質ガスとなりアノードに供給され
る。
【００３６】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、カソードを循環する高温ガスを空気供給ラインに設
けたモータ駆動圧縮機で行なうシステムとしたことによ
り、高温で大きな容量のカソードガス循環ブロワを必要
とせず、発電装置の低価格化に大きく貢献する。また、
アノードに循環ラインを構成することにより、低圧で稼
働する燃料電池では、アノード入口のカーボン析出を防
止し、高圧で稼働する燃料電池では改質器の改質効率の
低下を補うことができる。
は、カソードを循環する高温ガスを空気供給ラインに設
けたモータ駆動圧縮機で行なうシステムとしたことによ
り、高温で大きな容量のカソードガス循環ブロワを必要
とせず、発電装置の低価格化に大きく貢献する。また、
アノードに循環ラインを構成することにより、低圧で稼
働する燃料電池では、アノード入口のカーボン析出を防
止し、高圧で稼働する燃料電池では改質器の改質効率の
低下を補うことができる。
【図１】本発明の第１実施形態の燃料電池発電装置の全
体構成図である。
体構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態の燃料電池発電装置の全
体構成図である。
体構成図である。
【図３】従来の燃料電池発電装置の全体構成図である。
４１ 燃料ライン ４１ａ 燃料第１分岐ライン ４１ｂ 燃料第２分岐ライン ４２ 蒸気ライン ４２ａ 蒸気分岐ライン ４３ アノードガス供給ライン ４４ 空気供給ライン ４４ａ 空気バイパスライン ４４ｂ 空気分岐ライン ４５ アノード排ガス供給ライン ４６ カソード排ガス供給ライン ４６ａ カソード排ガスバイパスライン ４７ 燃焼排ガス供給ライン ５０ 燃料電池 ５１ 改質器 ５２ 燃焼器 ５３ 燃料予熱器 ５４ 排熱回収蒸気発生器 ５５ タービン圧縮機 ５６ モータ駆動圧縮機 ５７ タービン発電機 ５８ 空気冷却器 ５９ エゼクタ ６０ 流量調節弁 ６１ 逆止弁 ６３ 改質器 ６４ 燃料予熱器 ６５ 空気予熱器 ６６ 流量計 ６７ タービン圧縮機及ぶ発電機 ６８ 温度計 ６９ 断熱改質器 ７０ 止め弁 ７１ 燃焼器
Claims (5)
- 【請求項１】 カソードとアノードからなり酸素を含む
カソードガスと水素を含むアノードガスから発電する燃
料電池と、カソードから排出されるカソード排ガスとア
ノードから排出されるアノード排ガスとを燃焼する燃焼
器と、この燃焼器の燃焼排ガスの加熱により、蒸気ライ
ンと合流する燃料ラインから供給された蒸気と混合した
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、この改質器のアノードガスをアノードに供給するア
ノードガス供給ラインと、圧縮機を有し空気をカソード
に供給する空気供給ラインと、改質器からの燃焼排ガス
をこの空気供給ラインの圧縮機出側に供給する燃焼排ガ
ス供給ラインと、を備えたことを特徴とする燃料電池発
電装置。 - 【請求項２】 前記蒸気ラインにアノード排ガスを供給
するアノード排ガス供給ラインを設けたことを特徴とす
る請求項１記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項３】 カソードとアノードからなり酸素を含む
カソードガスと水素を含むアノードガスから発電する燃
料電池と、カソードから排出されるカソード排ガスとア
ノードから排出されるアノード排ガスとを燃焼する燃焼
器と、圧縮機を有し空気をカソードに供給する空気供給
ラインと、前記燃焼器の燃焼排ガスを前記圧縮機の出側
に供給する燃焼排ガス供給ラインと、蒸気ラインと合流
する燃料ラインから供給された蒸気と混合した燃料ガス
を水素を含むアノードガスに改質しアノードに供給する
改質器と、を備えたことを特徴とする燃料電池発電装
置。 - 【請求項４】 前記アノード排ガスに含まれる未燃焼ガ
スを触媒によりアノードガスに改質し前記蒸気ラインに
供給する断熱改質器を備えたことを特徴とする請求項３
記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項５】 前記改質器は前記燃料ラインからの燃料
ガスと前記空気供給ラインからの空気により燃焼してこ
の燃焼熱によりアノードガスを生成し燃焼排ガスをカソ
ードに供給することを特徴とする請求項３記載の燃料電
池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10042298A JPH11238520A (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10042298A JPH11238520A (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11238520A true JPH11238520A (ja) | 1999-08-31 |
Family
ID=12632132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10042298A Pending JPH11238520A (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11238520A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003129961A (ja) * | 2001-10-25 | 2003-05-08 | Hitachi Ltd | 燃料電池用圧縮機 |
| JP2005135910A (ja) * | 2003-10-29 | 2005-05-26 | General Motors Corp <Gm> | 燃料電池システムの給気のための２段階圧縮 |
| WO2009070976A1 (fr) * | 2007-11-15 | 2009-06-11 | University Of Science And Technology Beijing | Système de production d'électricité par pile à combustible et procédé de production d'électricité correspondant |
| JP2009205931A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | コンバインドシステム |
| JP2010510642A (ja) * | 2006-11-20 | 2010-04-02 | エーエーセーテー ベスローテン フェンノートシャップ | 高温燃料電池を具備するシステム |
| JP2012504301A (ja) * | 2008-09-30 | 2012-02-16 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | 燃料電池スタック用の空気供給装置、燃料電池システム、および空気供給装置の運転方法 |
| JP2014082092A (ja) * | 2012-10-16 | 2014-05-08 | Toyota Motor Corp | 内燃機関 |
| US9819038B2 (en) | 2011-03-31 | 2017-11-14 | General Electric Company | Fuel cell reforming system with carbon dioxide removal |
| JP2021136169A (ja) * | 2020-02-27 | 2021-09-13 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム |
| JP2021141031A (ja) * | 2020-03-09 | 2021-09-16 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム |
-
1998
- 1998-02-24 JP JP10042298A patent/JPH11238520A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003129961A (ja) * | 2001-10-25 | 2003-05-08 | Hitachi Ltd | 燃料電池用圧縮機 |
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| WO2009070976A1 (fr) * | 2007-11-15 | 2009-06-11 | University Of Science And Technology Beijing | Système de production d'électricité par pile à combustible et procédé de production d'électricité correspondant |
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| JP2021141031A (ja) * | 2020-03-09 | 2021-09-16 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム |
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|---|---|---|---|
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