JP2000067891A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
- Publication number
- JP2000067891A JP2000067891A JP10236989A JP23698998A JP2000067891A JP 2000067891 A JP2000067891 A JP 2000067891A JP 10236989 A JP10236989 A JP 10236989A JP 23698998 A JP23698998 A JP 23698998A JP 2000067891 A JP2000067891 A JP 2000067891A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- fuel cell
- supply device
- air supply
- oxygen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸素分離膜１を備え、低コストで総合効率の
高い燃料電池発電システムを提供すること。 【解決手段】 空気が燃料電池セル用空気供給装置５に
より酸素分離膜１に供給され、酸素濃度が約２５〜４０
％程度の酸素富化空気が生成されて、燃料電池セル２の
空気極側に供給される。一方、炭化水素系燃料ＣmＨnが
改質器３に供給され、水素を主成分とする改質ガスに改
質されて、燃料電池セル２の燃料極側に供給される。燃
料電池セル２では水素を酸化させて電気エネルギーを発
生させる。本発明では酸素分離膜１で酸素富化空気と共
に生成される窒素富化空気を改質器３に供給すること
で、改質器３の燃焼温度を低減する。
高い燃料電池発電システムを提供すること。 【解決手段】 空気が燃料電池セル用空気供給装置５に
より酸素分離膜１に供給され、酸素濃度が約２５〜４０
％程度の酸素富化空気が生成されて、燃料電池セル２の
空気極側に供給される。一方、炭化水素系燃料ＣmＨnが
改質器３に供給され、水素を主成分とする改質ガスに改
質されて、燃料電池セル２の燃料極側に供給される。燃
料電池セル２では水素を酸化させて電気エネルギーを発
生させる。本発明では酸素分離膜１で酸素富化空気と共
に生成される窒素富化空気を改質器３に供給すること
で、改質器３の燃焼温度を低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料と酸化剤を用
いる燃料電池発電システムに係わり、特に酸化剤である
空気の供給側に酸素分離装置を設けた燃料電池発電シス
テムに関する。
いる燃料電池発電システムに係わり、特に酸化剤である
空気の供給側に酸素分離装置を設けた燃料電池発電シス
テムに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の出力を向上させる手段のひと
つとして、酸素分離装置を用いて空気中の酸素濃度を高
めることが提案されている（例えば、特開昭６０−２３
９７７号公報参照）。図６は酸素分離装置を設けた従来
の燃料電池発電システムの一例を示す図である。
つとして、酸素分離装置を用いて空気中の酸素濃度を高
めることが提案されている（例えば、特開昭６０−２３
９７７号公報参照）。図６は酸素分離装置を設けた従来
の燃料電池発電システムの一例を示す図である。
【０００３】酸素分離装置としては例えば酸素分離膜１
が用いられる。酸素分離膜１は燃料電池セル用空気供給
装置５から供給された空気中の酸素を濃縮し、酸素濃度
が約２５〜４０％程度の酸素富化空気を生成する。生成
された酸素富化空気は燃料電池セル２に供給されて発電
に用いられた後、セル排ガス排気口１６からプラント外
へ排出される。
が用いられる。酸素分離膜１は燃料電池セル用空気供給
装置５から供給された空気中の酸素を濃縮し、酸素濃度
が約２５〜４０％程度の酸素富化空気を生成する。生成
された酸素富化空気は燃料電池セル２に供給されて発電
に用いられた後、セル排ガス排気口１６からプラント外
へ排出される。
【０００４】この際、酸素分離膜１で酸素富化空気の生
成を行うと、同時に酸素が引きぬかれて酸素濃度が約５
〜１５％程度に低減された窒素富化空気が生成される。
この窒素富化空気はそのまま窒素富化空気排出口１０か
らプラント外に排出されることが多い。窒素富化空気の
利用方法に関しては、特開平７−３０２６０９号公報に
おいて昇圧コンプレッサを用いて容器に蓄えプラントの
可燃性ガス置換用として貯蔵しておく方法、あるいはガ
スタービン等を用いてエネルギーの回収に用いる方法が
記載されている。
成を行うと、同時に酸素が引きぬかれて酸素濃度が約５
〜１５％程度に低減された窒素富化空気が生成される。
この窒素富化空気はそのまま窒素富化空気排出口１０か
らプラント外に排出されることが多い。窒素富化空気の
利用方法に関しては、特開平７−３０２６０９号公報に
おいて昇圧コンプレッサを用いて容器に蓄えプラントの
可燃性ガス置換用として貯蔵しておく方法、あるいはガ
スタービン等を用いてエネルギーの回収に用いる方法が
記載されている。
【０００５】改質器３は都市ガス等の炭化水素系燃料か
ら水素を含む改質ガスを製造し燃料電池セル２に供給す
るための装置で、燃料の一部や燃料電池セルでの未反応
改質ガスを燃焼させることにより改質反応を行う。その
際、燃焼に必要な空気は改質器用空気供給装置７により
供給され、燃焼により発生した燃焼排ガスは気水分離器
１３で水分を回収した後に燃焼排ガス排気口１７からプ
ラント外へ排出される。
ら水素を含む改質ガスを製造し燃料電池セル２に供給す
るための装置で、燃料の一部や燃料電池セルでの未反応
改質ガスを燃焼させることにより改質反応を行う。その
際、燃焼に必要な空気は改質器用空気供給装置７により
供給され、燃焼により発生した燃焼排ガスは気水分離器
１３で水分を回収した後に燃焼排ガス排気口１７からプ
ラント外へ排出される。
【０００６】気水分離器１３で回収された回収水は、回
収水脱気装置４にて回収水脱気装置用空気供給装置８か
ら供給される空気と接触させることにより溶存二酸化炭
素濃度を低減させた後、イオン交換樹脂を用いた水処理
装置１４により金属イオン等を取り除き、プラント内で
電池冷却水の一部等に用いられる。電池冷却水は電池冷
却水循環ポンプ１９によって燃料電池セル２の内部を循
環し燃料電池セル２での発熱を除去し冷却を行うが、図
７に示すように電池冷却水の代わりに電池冷却用空気供
給装置１８によって供給される電池冷却用空気を用いて
燃料電池セル２の冷却を行う場合もある。
収水脱気装置４にて回収水脱気装置用空気供給装置８か
ら供給される空気と接触させることにより溶存二酸化炭
素濃度を低減させた後、イオン交換樹脂を用いた水処理
装置１４により金属イオン等を取り除き、プラント内で
電池冷却水の一部等に用いられる。電池冷却水は電池冷
却水循環ポンプ１９によって燃料電池セル２の内部を循
環し燃料電池セル２での発熱を除去し冷却を行うが、図
７に示すように電池冷却水の代わりに電池冷却用空気供
給装置１８によって供給される電池冷却用空気を用いて
燃料電池セル２の冷却を行う場合もある。
【０００７】また、プラント内の配管等から可燃性ガス
が漏洩した場合にプラント内に可燃性ガスが滞留するこ
とを防ぐために、プラント内の換気が行われている。プ
ラント内の換気方法としては、図６のようにプラント内
換気用空気吸い込み口１１にプラント内換気用空気供給
装置６を設ける方法と、図８のようにプラント内換気用
空気排出口１２にプラント内換気用空気排出装置９を設
ける方法等がある。
が漏洩した場合にプラント内に可燃性ガスが滞留するこ
とを防ぐために、プラント内の換気が行われている。プ
ラント内の換気方法としては、図６のようにプラント内
換気用空気吸い込み口１１にプラント内換気用空気供給
装置６を設ける方法と、図８のようにプラント内換気用
空気排出口１２にプラント内換気用空気排出装置９を設
ける方法等がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
酸素分離装置を設けた燃料電池発電システムでは燃料電
池セル用空気供給装置５、プラント内換気用空気供給装
置６又はプラント内換気用空気排出装置９、改質器用空
気供給装置７、回収水脱気装置用空気供給装置８がそれ
ぞれ個別に必要である。また、空気により燃料電池セル
の冷却を行う場合にはさらに電池冷却用空気供給装置１
８も必要となる。そのため、設備費用が高くなり、設置
スペースも個別に必要なためプラントの大型化に繋がる
という問題点がある。また、それぞれの空気供給装置に
個別に動力が必要なため、動力損失が大きく燃料電池発
電システム全体の総合効率を低下させるという問題点が
ある。
酸素分離装置を設けた燃料電池発電システムでは燃料電
池セル用空気供給装置５、プラント内換気用空気供給装
置６又はプラント内換気用空気排出装置９、改質器用空
気供給装置７、回収水脱気装置用空気供給装置８がそれ
ぞれ個別に必要である。また、空気により燃料電池セル
の冷却を行う場合にはさらに電池冷却用空気供給装置１
８も必要となる。そのため、設備費用が高くなり、設置
スペースも個別に必要なためプラントの大型化に繋がる
という問題点がある。また、それぞれの空気供給装置に
個別に動力が必要なため、動力損失が大きく燃料電池発
電システム全体の総合効率を低下させるという問題点が
ある。
【０００９】さらに、酸素分離装置で酸素富化空気の生
成を行うと同時に窒素富化空気が生成されるため、燃料
電池セル用空気供給装置５は燃料電池セル２に必要な酸
素富化空気の流量に加えて、プラント外に排出される窒
素富化空気の流量を合計した流量の空気を酸素分離装置
に供給する必要がある。例えば、酸素濃度２１％の大気
の供給を受けて酸素濃度４０％の酸素富化空気と酸素濃
度１０％の窒素富化空気とを同時に生成するような酸素
分離装置を用いた場合、毎分１リットルの酸素富化空気
を得るためには毎分約２．７リットルの空気を酸素分離
装置に供給する必要がある。
成を行うと同時に窒素富化空気が生成されるため、燃料
電池セル用空気供給装置５は燃料電池セル２に必要な酸
素富化空気の流量に加えて、プラント外に排出される窒
素富化空気の流量を合計した流量の空気を酸素分離装置
に供給する必要がある。例えば、酸素濃度２１％の大気
の供給を受けて酸素濃度４０％の酸素富化空気と酸素濃
度１０％の窒素富化空気とを同時に生成するような酸素
分離装置を用いた場合、毎分１リットルの酸素富化空気
を得るためには毎分約２．７リットルの空気を酸素分離
装置に供給する必要がある。
【００１０】従って、酸素分離装置を設けた燃料電池発
電システムの燃料電池セル用空気供給装置５は、酸素分
離装置を用いない燃料電池発電システムの場合よりも大
容量の装置が必要となり、動力損失も大きい。そのた
め、酸素富化空気によって燃料電池セル２の効率は向上
するものの燃料電池発電システム全体の総合効率はさほ
ど向上しないという問題点もある。そこで本発明の目的
は、以上のような問題点を解決し低コストで総合効率の
高い燃料電池発電システムを提供することにある。
電システムの燃料電池セル用空気供給装置５は、酸素分
離装置を用いない燃料電池発電システムの場合よりも大
容量の装置が必要となり、動力損失も大きい。そのた
め、酸素富化空気によって燃料電池セル２の効率は向上
するものの燃料電池発電システム全体の総合効率はさほ
ど向上しないという問題点もある。そこで本発明の目的
は、以上のような問題点を解決し低コストで総合効率の
高い燃料電池発電システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明における燃料電池発電システムは酸素分離装
置に空気を供給する空気供給装置がプラント内の他の空
気供給装置を兼用する空気供給装置を備えることを特徴
とする。請求項２に記載の燃料電池発電システムは、酸
素分離装置により生成される窒素富化空気を改質器用空
気として用いることにより、燃料電池セル用空気供給装
置と改質器用空気供給装置を兼用することが出来る。
め、本発明における燃料電池発電システムは酸素分離装
置に空気を供給する空気供給装置がプラント内の他の空
気供給装置を兼用する空気供給装置を備えることを特徴
とする。請求項２に記載の燃料電池発電システムは、酸
素分離装置により生成される窒素富化空気を改質器用空
気として用いることにより、燃料電池セル用空気供給装
置と改質器用空気供給装置を兼用することが出来る。
【００１２】請求項３に記載の燃料電池発電システム
は、酸素分離装置により生成される窒素富化空気を回収
水脱気装置用空気として用いることにより、燃料電池セ
ル用空気供給装置と回収水脱気装置用空気供給装置を兼
用することが出来る。請求項４に記載の燃料電池発電シ
ステムは、酸素分離装置により生成される窒素富化空気
を燃料電池セル冷却用空気として用いることにより、燃
料電池セル用空気供給装置と電池冷却用空気供給装置を
兼用することが出来る。
は、酸素分離装置により生成される窒素富化空気を回収
水脱気装置用空気として用いることにより、燃料電池セ
ル用空気供給装置と回収水脱気装置用空気供給装置を兼
用することが出来る。請求項４に記載の燃料電池発電シ
ステムは、酸素分離装置により生成される窒素富化空気
を燃料電池セル冷却用空気として用いることにより、燃
料電池セル用空気供給装置と電池冷却用空気供給装置を
兼用することが出来る。
【００１３】請求項５に記載の燃料電池発電システム
は、酸素分離装置により生成される窒素富化空気をプラ
ント内換気用空気として用いることにより、燃料電池セ
ル用空気供給装置とプラント内換気用空気供給装置を兼
用することが出来る。また、請求項６に記載の燃料電池
発電システムは、プラント内の換気を行った空気を酸素
分離装置に供給することによって、燃料電池セル用空気
供給装置とプラント内換気用空気排出装置を兼用するこ
とが出来る。
は、酸素分離装置により生成される窒素富化空気をプラ
ント内換気用空気として用いることにより、燃料電池セ
ル用空気供給装置とプラント内換気用空気供給装置を兼
用することが出来る。また、請求項６に記載の燃料電池
発電システムは、プラント内の換気を行った空気を酸素
分離装置に供給することによって、燃料電池セル用空気
供給装置とプラント内換気用空気排出装置を兼用するこ
とが出来る。
【００１４】以上述べた燃料電池発電システムにおい
て、酸素分離装置としては酸素富化空気及び窒素富化空
気が得られるものであればどのようなものでも良いが、
例えば圧力スイング吸着法を用いた酸素分離装置、酸素
分離膜を用いた酸素分離装置等が挙げられる。圧力スイ
ング吸着法はＰＳＡ(Pressure Swing Adsorption）法と
も呼ばれ、複数の酸素分離塔を用いて交互にガスの吸着
・脱着を繰り返すことによって酸素濃度が約９０〜９５
％程度の酸素富化空気を生成する工業的プロセスとして
実用化されている。酸素分離膜は一般に高分子材料等か
ら出来ており、酸素分子を選択的に透過させることによ
ってコンパクトな装置で酸素濃度が約２５〜４０％程度
の酸素富化空気を生成することが出来るため、医療用等
の分野で実用化されている。
て、酸素分離装置としては酸素富化空気及び窒素富化空
気が得られるものであればどのようなものでも良いが、
例えば圧力スイング吸着法を用いた酸素分離装置、酸素
分離膜を用いた酸素分離装置等が挙げられる。圧力スイ
ング吸着法はＰＳＡ(Pressure Swing Adsorption）法と
も呼ばれ、複数の酸素分離塔を用いて交互にガスの吸着
・脱着を繰り返すことによって酸素濃度が約９０〜９５
％程度の酸素富化空気を生成する工業的プロセスとして
実用化されている。酸素分離膜は一般に高分子材料等か
ら出来ており、酸素分子を選択的に透過させることによ
ってコンパクトな装置で酸素濃度が約２５〜４０％程度
の酸素富化空気を生成することが出来るため、医療用等
の分野で実用化されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の
燃料電池発電システムの系統図である。燃料電池発電シ
ステムの燃料である都市ガス等の炭化水素系燃料は改質
器３に供給される。改質器３は水蒸気改質法により炭化
水素系燃料を原燃料として水素を主成分とする改質ガス
を生成する装置である。水蒸気改質法は炭化水素系燃料
を触媒作用下で水蒸気と反応させるもので、その反応式
は一般的な炭化水素系燃料ＣmＨnに対して次の(1)式で
表現される。生成された改質ガスは燃料電池セル２の燃
料極側へ供給される。
て詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の
燃料電池発電システムの系統図である。燃料電池発電シ
ステムの燃料である都市ガス等の炭化水素系燃料は改質
器３に供給される。改質器３は水蒸気改質法により炭化
水素系燃料を原燃料として水素を主成分とする改質ガス
を生成する装置である。水蒸気改質法は炭化水素系燃料
を触媒作用下で水蒸気と反応させるもので、その反応式
は一般的な炭化水素系燃料ＣmＨnに対して次の(1)式で
表現される。生成された改質ガスは燃料電池セル２の燃
料極側へ供給される。
【００１６】 ２ＣmＨn＋２ｍＨ2Ｏ → ２ｍＣＯ＋(２ｍ＋ｎ)Ｈ2 (1) 空気は燃料電池セル用空気供給装置５により酸素分離膜
１に供給される。酸素分離膜１は一般に高分子材料等か
ら出来ており、酸素分子を選択的に透過させることによ
り酸素濃度が約２５〜４０％程度の酸素富化空気と酸素
濃度が約５〜１５％程度の窒素富化空気を生成する。酸
素分離膜１で生成された酸素富化空気は燃料電池セル２
の空気極側に供給される。燃料電池セル２では、改質器
３で生成された改質ガス中の水素と酸素分離膜１で生成
された酸素富化空気中の酸素が次の(2)〜(4)式のような
反応を起こすことによって、電気エネルギーと熱エネル
ギーを発生させる。
１に供給される。酸素分離膜１は一般に高分子材料等か
ら出来ており、酸素分子を選択的に透過させることによ
り酸素濃度が約２５〜４０％程度の酸素富化空気と酸素
濃度が約５〜１５％程度の窒素富化空気を生成する。酸
素分離膜１で生成された酸素富化空気は燃料電池セル２
の空気極側に供給される。燃料電池セル２では、改質器
３で生成された改質ガス中の水素と酸素分離膜１で生成
された酸素富化空気中の酸素が次の(2)〜(4)式のような
反応を起こすことによって、電気エネルギーと熱エネル
ギーを発生させる。
【００１７】 空気極側 Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- → ２Ｈ2Ｏ (2) 燃料極側 ２Ｈ2 → ４Ｈ+＋４ｅ- (3) 全体 Ｏ2＋２Ｈ2 → ２Ｈ2Ｏ (4)
【００１８】燃料電池セル２で発生する排ガスのうち、
空気極側のセル排ガスは熱交換器等により熱回収を行っ
た後にセル排ガス排気口１６より排出される。また、燃
料極側のセル排ガスには燃料電池セル２で消費されなか
った未反応改質ガスが残っているため、再び改質器３へ
と送られる。改質器３内部にはバーナーが設けられてお
り、供給される燃料の一部と燃料電池セル２からの未反
応改質ガスを酸素分離膜１から供給される窒素富化空気
で燃焼させることによって、吸熱反応である水蒸気改質
反応に必要な熱を発生させている。
空気極側のセル排ガスは熱交換器等により熱回収を行っ
た後にセル排ガス排気口１６より排出される。また、燃
料極側のセル排ガスには燃料電池セル２で消費されなか
った未反応改質ガスが残っているため、再び改質器３へ
と送られる。改質器３内部にはバーナーが設けられてお
り、供給される燃料の一部と燃料電池セル２からの未反
応改質ガスを酸素分離膜１から供給される窒素富化空気
で燃焼させることによって、吸熱反応である水蒸気改質
反応に必要な熱を発生させている。
【００１９】改質器３内部のバーナーで発生した燃焼排
ガスは、熱交換器等による熱回収、気水分離器１３によ
る水分の回収を行った後、燃焼排ガス排気口１７から排
出される。気水分離器１３で回収された回収水は、回収
水脱気装置４にて回収水脱気装置用空気供給装置８から
供給される空気と接触させることによって溶存二酸化炭
素濃度を低減させた後、水処理装置１４へと送られる。
水処理装置１４には通常イオン交換樹脂が用いられ、こ
こで回収水中の金属イオン等が除去される。
ガスは、熱交換器等による熱回収、気水分離器１３によ
る水分の回収を行った後、燃焼排ガス排気口１７から排
出される。気水分離器１３で回収された回収水は、回収
水脱気装置４にて回収水脱気装置用空気供給装置８から
供給される空気と接触させることによって溶存二酸化炭
素濃度を低減させた後、水処理装置１４へと送られる。
水処理装置１４には通常イオン交換樹脂が用いられ、こ
こで回収水中の金属イオン等が除去される。
【００２０】その後回収水は、プラント内で使用される
水、例えば電池冷却水の一部等に用いられる。電池冷却
水は電池冷却水循環ポンプ１９によって燃料電池セル２
内部を循環し、燃料電池セル２での発電に伴う発熱を除
去し冷却を行う。また、プラント内の装置から発生する
熱の放熱を行い、プラント内の配管等から可燃性ガスが
漏洩した場合にプラント内に可燃性ガスが滞留すること
を防止するために、常にプラント内の換気が行われてい
る。プラント内換気用空気は、プラント内換気用空気供
給装置６によりプラント内換気用空気吸い込み口１１か
らプラント内に導入され、プラント内の換気を行った後
にプラント内換気用空気排出口１２より排出される。
水、例えば電池冷却水の一部等に用いられる。電池冷却
水は電池冷却水循環ポンプ１９によって燃料電池セル２
内部を循環し、燃料電池セル２での発電に伴う発熱を除
去し冷却を行う。また、プラント内の装置から発生する
熱の放熱を行い、プラント内の配管等から可燃性ガスが
漏洩した場合にプラント内に可燃性ガスが滞留すること
を防止するために、常にプラント内の換気が行われてい
る。プラント内換気用空気は、プラント内換気用空気供
給装置６によりプラント内換気用空気吸い込み口１１か
らプラント内に導入され、プラント内の換気を行った後
にプラント内換気用空気排出口１２より排出される。
【００２１】本実施の形態においては、酸素分離膜１で
生成される窒素富化空気は改質器３に供給され燃焼用の
空気として用いられるため、燃料電池セル用空気供給装
置５と改質器用空気供給装置７を兼用することが可能と
なる。さらに、酸素濃度の低い窒素富化空気を燃焼に用
いることにより、通常の空気を用いて燃焼を行った場合
と比較して燃焼温度が低減され、窒素酸化物（ＮＯx）
の発生量が低減される。
生成される窒素富化空気は改質器３に供給され燃焼用の
空気として用いられるため、燃料電池セル用空気供給装
置５と改質器用空気供給装置７を兼用することが可能と
なる。さらに、酸素濃度の低い窒素富化空気を燃焼に用
いることにより、通常の空気を用いて燃焼を行った場合
と比較して燃焼温度が低減され、窒素酸化物（ＮＯx）
の発生量が低減される。
【００２２】次に、第２の実施の形態について図２を用
いて説明する。基本的には第１の実施の形態と同様であ
るが、本実施の形態では酸素分離膜１で生成される窒素
富化空気は回収水脱気装置４へ供給され、回収水と接触
させることによって回収水中の溶存二酸化炭素を低減さ
せるために用いられる。また、改質器３内部のバーナー
での燃焼に用いられる空気は改質器用空気供給装置７に
よって供給される。
いて説明する。基本的には第１の実施の形態と同様であ
るが、本実施の形態では酸素分離膜１で生成される窒素
富化空気は回収水脱気装置４へ供給され、回収水と接触
させることによって回収水中の溶存二酸化炭素を低減さ
せるために用いられる。また、改質器３内部のバーナー
での燃焼に用いられる空気は改質器用空気供給装置７に
よって供給される。
【００２３】本実施の形態においては、酸素分離膜１で
生成される窒素富化空気は回収水脱気装置４に供給され
回収水の脱気のために用いられるため、燃料電池セル用
空気供給装置５と回収水脱気装置用空気供給装置８を兼
用することが可能となる。また、一般に酸素分離膜１に
用いられる高分子材料の二酸化炭素透過速度は酸素透過
速度よりも大きいため、酸素分離膜１に供給される空気
中の二酸化炭素は酸素富化空気側に分離されるので、窒
素富化空気中の二酸化炭素濃度は通常の空気よりも低く
なる。従って、酸素分離膜１により生成された二酸化炭
素濃度の低い窒素富化空気を回収水脱気装置４に供給し
て回収水の脱気に用いることにより、通常の空気を用い
た場合と比較してより溶存二酸化炭素濃度の低い回収水
を得ることが出来、その結果水処理装置１４のイオン交
換樹脂寿命を延ばしランニングコストを低減することが
出来る。
生成される窒素富化空気は回収水脱気装置４に供給され
回収水の脱気のために用いられるため、燃料電池セル用
空気供給装置５と回収水脱気装置用空気供給装置８を兼
用することが可能となる。また、一般に酸素分離膜１に
用いられる高分子材料の二酸化炭素透過速度は酸素透過
速度よりも大きいため、酸素分離膜１に供給される空気
中の二酸化炭素は酸素富化空気側に分離されるので、窒
素富化空気中の二酸化炭素濃度は通常の空気よりも低く
なる。従って、酸素分離膜１により生成された二酸化炭
素濃度の低い窒素富化空気を回収水脱気装置４に供給し
て回収水の脱気に用いることにより、通常の空気を用い
た場合と比較してより溶存二酸化炭素濃度の低い回収水
を得ることが出来、その結果水処理装置１４のイオン交
換樹脂寿命を延ばしランニングコストを低減することが
出来る。
【００２４】次に、第３の実施の形態について図３を用
いて説明する。基本的には第１の実施の形態と同様であ
るが、本実施の形態では燃料電池セル２の冷却は空気に
よって行われ、その冷却用空気としては酸素分離膜１で
生成される窒素富化空気が用いられる。そのため、電池
冷却水循環ポンプ１９は不要となる。
いて説明する。基本的には第１の実施の形態と同様であ
るが、本実施の形態では燃料電池セル２の冷却は空気に
よって行われ、その冷却用空気としては酸素分離膜１で
生成される窒素富化空気が用いられる。そのため、電池
冷却水循環ポンプ１９は不要となる。
【００２５】また、改質器３内部のバーナーでの燃焼に
用いられる空気は改質器用空気供給装置７によって供給
される。本実施の形態においては、酸素分離膜１で生成
される窒素富化空気は燃料電池セル２に供給され電池冷
却用空気として用いられるため、燃料電池セル用空気供
給装置５と電池冷却用空気供給装置１８を兼用すること
が可能となる。
用いられる空気は改質器用空気供給装置７によって供給
される。本実施の形態においては、酸素分離膜１で生成
される窒素富化空気は燃料電池セル２に供給され電池冷
却用空気として用いられるため、燃料電池セル用空気供
給装置５と電池冷却用空気供給装置１８を兼用すること
が可能となる。
【００２６】次に、第４の実施の形態について図４を用
いて説明する。基本的には第１の実施の形態と同様であ
るが、本実施の形態では酸素分離膜１で生成される窒素
富化空気は酸素分離膜１に設けられたプラント内換気空
気用窒素富化空気放散口１５からプラント内に放出さ
れ、プラント内の換気を行った後、プラント内換気用空
気排出口１２から排出される。また、改質器３内部のバ
ーナーでの燃焼に用いられる空気は改質器用空気供給装
置７によって供給される。
いて説明する。基本的には第１の実施の形態と同様であ
るが、本実施の形態では酸素分離膜１で生成される窒素
富化空気は酸素分離膜１に設けられたプラント内換気空
気用窒素富化空気放散口１５からプラント内に放出さ
れ、プラント内の換気を行った後、プラント内換気用空
気排出口１２から排出される。また、改質器３内部のバ
ーナーでの燃焼に用いられる空気は改質器用空気供給装
置７によって供給される。
【００２７】本実施の形態においては、酸素分離膜１で
生成される窒素富化空気はプラント内換気用空気として
用いられるため、燃料電池セル用空気供給装置５とプラ
ント内換気用空気供給装置６を兼用することが可能とな
る。さらに、酸素濃度の低い窒素富化空気によりプラン
ト内の換気を行うため、万一プラント内部に可燃性ガス
が漏洩した場合でも酸素濃度が低いために爆発等の事故
に繋がる危険性が低いという利点がある。
生成される窒素富化空気はプラント内換気用空気として
用いられるため、燃料電池セル用空気供給装置５とプラ
ント内換気用空気供給装置６を兼用することが可能とな
る。さらに、酸素濃度の低い窒素富化空気によりプラン
ト内の換気を行うため、万一プラント内部に可燃性ガス
が漏洩した場合でも酸素濃度が低いために爆発等の事故
に繋がる危険性が低いという利点がある。
【００２８】次に、第５の実施の形態について図５を用
いて説明する。基本的には第４の実施の形態と同様であ
るが、本実施の形態ではプラント内換気用空気吸い込み
口１１からプラント内に導入されプラント内の換気を行
った後プラント内換気用空気排出装置９によりプラント
内換気用空気排出口１２から排出される空気を酸素分離
膜１に供給する。酸素分離膜１において生成される窒素
富化空気はそのままプラント外へ排出される。
いて説明する。基本的には第４の実施の形態と同様であ
るが、本実施の形態ではプラント内換気用空気吸い込み
口１１からプラント内に導入されプラント内の換気を行
った後プラント内換気用空気排出装置９によりプラント
内換気用空気排出口１２から排出される空気を酸素分離
膜１に供給する。酸素分離膜１において生成される窒素
富化空気はそのままプラント外へ排出される。
【００２９】本実施の形態においては、プラント内の換
気を行いプラント内換気用空気排出装置により排出され
る空気が酸素分離膜に供給されるため、燃料電池セル用
空気供給装置５とプラント内換気用空気排出装置９を兼
用することが可能となる。以上では、燃料電池セル用空
気供給装置５をプラント内換気用空気供給装置６又はプ
ラント内換気用空気排出装置９、改質器用空気供給装置
７、回収水脱気装置用空気供給装置８、電池冷却用空気
供給装置１８のうちのいずれか１つと兼用する方法につ
いて説明を行ったが、酸素分離膜１で生成される窒素富
化空気の量が多い場合には、燃料電池セル用空気供給装
置５を他の空気供給装置のうちのいずれか２つ以上と兼
用することも可能である。
気を行いプラント内換気用空気排出装置により排出され
る空気が酸素分離膜に供給されるため、燃料電池セル用
空気供給装置５とプラント内換気用空気排出装置９を兼
用することが可能となる。以上では、燃料電池セル用空
気供給装置５をプラント内換気用空気供給装置６又はプ
ラント内換気用空気排出装置９、改質器用空気供給装置
７、回収水脱気装置用空気供給装置８、電池冷却用空気
供給装置１８のうちのいずれか１つと兼用する方法につ
いて説明を行ったが、酸素分離膜１で生成される窒素富
化空気の量が多い場合には、燃料電池セル用空気供給装
置５を他の空気供給装置のうちのいずれか２つ以上と兼
用することも可能である。
【００３０】また、改質器３がシステム内に単独で設け
られていない燃料電池発電システム、すなわち改質器３
が燃料電池セル２に内蔵されたような燃料電池発電シス
テム、あるいはシステム内に改質器３を持たずに水素等
の燃料を直接供給するような燃料電池発電システムにお
いても、燃料電池セル用空気供給装置５を他の空気供給
装置と兼用する事は可能である。さらに、いずれの場合
も酸素分離装置としては酸素分離膜以外の装置、例えば
ＰＳＡ法による酸素分離装置等を用いることが出来る。
られていない燃料電池発電システム、すなわち改質器３
が燃料電池セル２に内蔵されたような燃料電池発電シス
テム、あるいはシステム内に改質器３を持たずに水素等
の燃料を直接供給するような燃料電池発電システムにお
いても、燃料電池セル用空気供給装置５を他の空気供給
装置と兼用する事は可能である。さらに、いずれの場合
も酸素分離装置としては酸素分離膜以外の装置、例えば
ＰＳＡ法による酸素分離装置等を用いることが出来る。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば酸素
分離装置を設けた燃料電池発電システムにおいて、燃料
電池セル用空気供給装置５をプラント内の他の空気供給
装置のいずれか１つ以上と兼用することにより、プラン
ト内換気用空気供給装置６、プラント内換気用空気排出
装置９、改質器用空気供給装置７、回収水脱気装置用空
気供給装置８、電池冷却用空気供給装置１８、または電
池冷却水循環ポンプ１９のいずれか１つ以上が不要とな
り、その結果、設備コストの低減、プラントの小型化、
動力損失の低減による燃料電池発電システム全体の総合
効率向上が可能となる。
分離装置を設けた燃料電池発電システムにおいて、燃料
電池セル用空気供給装置５をプラント内の他の空気供給
装置のいずれか１つ以上と兼用することにより、プラン
ト内換気用空気供給装置６、プラント内換気用空気排出
装置９、改質器用空気供給装置７、回収水脱気装置用空
気供給装置８、電池冷却用空気供給装置１８、または電
池冷却水循環ポンプ１９のいずれか１つ以上が不要とな
り、その結果、設備コストの低減、プラントの小型化、
動力損失の低減による燃料電池発電システム全体の総合
効率向上が可能となる。
【００３２】また、燃料電池セル用空気供給装置５を改
質器用空気供給装置７と兼用した場合には、酸素濃度の
低い窒素富化空気を燃焼に用いることにより、通常の空
気を用いて燃焼を行った場合と比較して燃焼温度が低減
され、窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が低減される。あ
るいは、酸素分離装置に酸素分離膜を用い燃料電池セル
用空気供給装置５を回収水脱気装置用空気供給装置８と
兼用した場合には、二酸化炭素濃度の低い窒素富化空気
を回収水の脱気に用いることにより、通常の空気を用い
た場合と比較してより溶存二酸化炭素濃度の低い回収水
を得ることが出来、その結果水処理装置１４のイオン交
換樹脂寿命を延ばしランニングコストを低減することが
出来る。
質器用空気供給装置７と兼用した場合には、酸素濃度の
低い窒素富化空気を燃焼に用いることにより、通常の空
気を用いて燃焼を行った場合と比較して燃焼温度が低減
され、窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が低減される。あ
るいは、酸素分離装置に酸素分離膜を用い燃料電池セル
用空気供給装置５を回収水脱気装置用空気供給装置８と
兼用した場合には、二酸化炭素濃度の低い窒素富化空気
を回収水の脱気に用いることにより、通常の空気を用い
た場合と比較してより溶存二酸化炭素濃度の低い回収水
を得ることが出来、その結果水処理装置１４のイオン交
換樹脂寿命を延ばしランニングコストを低減することが
出来る。
【００３３】さらに、燃料電池セル用空気供給装置５を
プラント内換気用空気供給装置６と兼用した場合には、
プラント内の換気を酸素濃度の低い窒素富化空気で行う
ことにより、万一プラント内部に可燃性ガスが漏洩した
場合でも酸素濃度が低いために爆発等の事故に繋がる危
険性が低いという利点がある。
プラント内換気用空気供給装置６と兼用した場合には、
プラント内の換気を酸素濃度の低い窒素富化空気で行う
ことにより、万一プラント内部に可燃性ガスが漏洩した
場合でも酸素濃度が低いために爆発等の事故に繋がる危
険性が低いという利点がある。
【図１】第１の実施の形態（改質器用空気供給装置と兼
用）の系統図。
用）の系統図。
【図２】第２の実施の形態（回収水脱気装置用空気供給
装置と兼用）の系統図。
装置と兼用）の系統図。
【図３】第３の実施の形態（電池冷却用空気供給装置と
兼用）の系統図。
兼用）の系統図。
【図４】第４の実施の形態（プラント内換気用空気供給
装置と兼用）の系統図。
装置と兼用）の系統図。
【図５】第５の実施の形態（プラント内換気用空気排出
装置と兼用）の系統図。
装置と兼用）の系統図。
【図６】水により燃料電池セルを冷却する場合の従来の
燃料電池発電システムの系統図。
燃料電池発電システムの系統図。
【図７】空気により燃料電池セルを冷却する場合の従来
の燃料電池発電システムの系統図。
の燃料電池発電システムの系統図。
【図８】プラント内換気用空気排出装置を設けた場合の
従来の燃料電池発電システムの系統図。
従来の燃料電池発電システムの系統図。
１ 酸素分離膜 ２ 燃料電池セル ３ 改質器 ４ 回収水脱気装置 ５ 燃料電池セル用空気供給装置 ６ プラント内換気用空気供給装置 ７ 改質器用空気供給装置 ８ 回収水脱気装置用空気供給装置 ９ プラント内換気用空気排出装置 １０ 窒素富化空気排出口 １１ プラント内換気用空気吸い込み口 １２ プラント内換気用空気排出口 １３ 気水分離器 １４ 水処理装置 １５ プラント内換気用窒素富化空気放散口 １６ セル排ガス排気口 １７ 燃焼排ガス排気口 １８ 電池冷却用空気供給装置 １９ 電池冷却水循環ポンプ
Claims (7)
- 【請求項１】 空気中の酸素を濃縮する酸素分離装置を
設けた燃料電池発電システムにおいて、酸素分離装置に
空気を供給する空気供給装置がプラント内の他の空気供
給装置を兼用するものである空気供給装置を備えること
を特徴とする燃料電池発電システム。 - 【請求項２】 前記空気供給装置は、改質器に空気を供
給する空気供給装置を兼用するものであることを特徴と
する、請求項１記載の燃料電池発電システム。 - 【請求項３】 前記空気供給装置は、回収水脱気装置に
空気を供給する空気供給装置を兼用するものであること
を特徴とする、請求項１記載の燃料電池発電システム。 - 【請求項４】 前記空気供給装置は、燃料電池セルに電
池冷却用空気を供給する空気供給装置を兼用するもので
あることを特徴とする、請求項１記載の燃料電池発電シ
ステム。 - 【請求項５】 前記空気供給装置は、プラント内換気用
空気吸い込み口に設けられた空気供給装置を兼用するも
のであることを特徴とする、請求項１記載の燃料電池発
電システム。 - 【請求項６】 前記空気供給装置は、プラント内換気用
空気排出口に設けられた空気供給装置を兼用するもので
あることを特徴とする、請求項１記載の燃料電池発電シ
ステム。 - 【請求項７】 酸素分離装置が酸素分離膜であることを
特徴とする、請求項１乃至６いずれかに記載の燃料電池
発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23698998A JP4011203B2 (ja) | 1998-08-24 | 1998-08-24 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23698998A JP4011203B2 (ja) | 1998-08-24 | 1998-08-24 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000067891A true JP2000067891A (ja) | 2000-03-03 |
| JP4011203B2 JP4011203B2 (ja) | 2007-11-21 |
Family
ID=17008749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23698998A Expired - Fee Related JP4011203B2 (ja) | 1998-08-24 | 1998-08-24 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4011203B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100786462B1 (ko) | 2006-05-17 | 2007-12-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 산소 공급기를 사용하는 개질기 및 이를 포함하는 연료전지시스템 |
| JP2008159467A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Kyocera Corp | 燃料電池装置 |
| KR20160149104A (ko) * | 2015-06-17 | 2016-12-27 | 삼성전자주식회사 | 공기 공급 모듈을 구비하는 금속 공기 전지 및 금속 공기 전지의 운전방법 |
| WO2019171833A1 (ja) * | 2018-03-08 | 2019-09-12 | 栗田工業株式会社 | 微生物発電装置及び方法 |
-
1998
- 1998-08-24 JP JP23698998A patent/JP4011203B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100786462B1 (ko) | 2006-05-17 | 2007-12-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 산소 공급기를 사용하는 개질기 및 이를 포함하는 연료전지시스템 |
| JP2008159467A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Kyocera Corp | 燃料電池装置 |
| KR20160149104A (ko) * | 2015-06-17 | 2016-12-27 | 삼성전자주식회사 | 공기 공급 모듈을 구비하는 금속 공기 전지 및 금속 공기 전지의 운전방법 |
| KR102395777B1 (ko) * | 2015-06-17 | 2022-05-09 | 삼성전자주식회사 | 공기 공급 모듈을 구비하는 금속 공기 전지 및 금속 공기 전지의 운전방법 |
| WO2019171833A1 (ja) * | 2018-03-08 | 2019-09-12 | 栗田工業株式会社 | 微生物発電装置及び方法 |
| JP2019160458A (ja) * | 2018-03-08 | 2019-09-19 | 栗田工業株式会社 | 微生物発電装置及び方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4011203B2 (ja) | 2007-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20030207161A1 (en) | Hydrogen production and water recovery system for a fuel cell | |
| JP5496494B2 (ja) | 発電システム | |
| JP2002525805A (ja) | 改良された水の管理のための排気回収を備えた燃料電池電源装置 | |
| EP1463135B1 (en) | Fuel cell system | |
| JP2002319428A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池発電設備 | |
| JP3809646B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
| CN115036539A (zh) | 一种燃料电池发电系统及其控制方法 | |
| JPH08236131A (ja) | 固体高分子型燃料電池システム | |
| JP4419329B2 (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池発電装置 | |
| JP4011203B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP2001143733A (ja) | 燃料電池システムの加湿装置 | |
| JP3906083B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池発電装置 | |
| JPH11176462A (ja) | ピークカット型燃料電池システム | |
| JP3349801B2 (ja) | 燃料電池による発電装置での窒素循環装置 | |
| JPH10302824A (ja) | 一酸化炭素除去装置 | |
| JP3349802B2 (ja) | 燃料電池シール用窒素ガスの再生方法及び装置 | |
| JP4221981B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP3561659B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2020111492A (ja) | 水素製造システム | |
| WO2004112180A1 (ja) | 燃料電池コージェネレーションシステム | |
| US20070298292A1 (en) | Regenerating an adsorption bed in a fuel cell-based system | |
| JPS6280970A (ja) | 燃料電池の発電方法 | |
| JP2007073394A (ja) | 燃料電池システム | |
| KR20180133003A (ko) | 선박용 연료전지 시스템 | |
| JPH04206158A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池を用いる発電プラント |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040810 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041214 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050210 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061031 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061227 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070220 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070423 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070522 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070720 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070814 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070905 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100914 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100914 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110914 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120914 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130914 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |