JP2000260446A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JP2000260446A JP11063937A JP6393799A JP2000260446A JP 2000260446 A JP2000260446 A JP 2000260446A JP 11063937 A JP11063937 A JP 11063937A JP 6393799 A JP6393799 A JP 6393799A JP 2000260446 A JP2000260446 A JP 2000260446A
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カソードに空気を供給するブロワや圧縮機お
よび高温仕様の流量調整弁の低減を図った燃料電池発電
装置を提供する。 【解決手段】 アノードに供給される水素を含むアノー
ドガスとカソードに供給される酸素を含むカソードガス
で発電する燃料電池20と、燃料ガスと蒸気を改質器で
アノードガスとしアノードに供給するアノードガスライ
ン2と、アノード排ガスとカソード排ガスとを触媒燃焼
器23で燃焼して燃焼排ガスを発生し改質器22を加熱
した後ブロワ32によりカソードに供給する炭酸ガスリ
サイクルライン7と、カソード排ガスで給水を加熱して
蒸気を発生し燃料ガスに混合して改質器22に供給する
排熱回収蒸気発生装置30と、この給水を加熱したカソ
ード排ガスの放出量を調整する調整弁40と、を備え、
ブロワ32に空気取り入れ口を設け、調整弁40で放出
量を調整することにより空気取り入れ口より取り入れる
空気量を調整する。

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
電池発電装置に係わり、特にカソードに供給する空気を
炭酸ガスリサイクルラインのブロワで供給するようにし
た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。
【0003】図4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4
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で生成さ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
により燃料ガスと蒸気の混合気体を改質して水素を主体
とするアノードガスにする。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の出側でカソード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。
【0005】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へ供給されてアノード
排ガスとともに燃焼し、残部は空気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。また、触媒燃焼器23の出口温度を改質器22の
改質に必要な温度領域に保持するため、カソード排ガス
ライン5の触媒燃焼器23への分岐点の手前より炭酸ガ
スリサイクルブロワ32の入口に至る触媒燃焼器バイパ
ス3が設けられている。触媒燃焼器バイパス3には流量
調整弁25が設けられ、カソード排ガスの触媒燃焼器2
3への流量を制御している。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】タービン圧縮機28の圧縮機Cで圧縮され
た空気は空気ライン8によりカソードに供給される。ま
た空気ライン8に並行して起動用空気ライン6が設けら
れている。起動用空気ライン6には電動の起動用ブロワ
34と起動用燃焼器36が設けられ、燃料電池20起動
時に燃焼により加熱された空気をカソードに供給する。
起動用燃焼器36は燃料を空気で燃焼し酸素を含む燃焼
ガスを発生する。起動が終わり定常運転になり、タービ
ン圧縮機28からの圧縮空気が供給されるようになる
と、起動用ブロワ34と起動用燃焼器36とは停止す
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池が火力発電や
原子力発電と競合して商業的に成り立つためには、装置
を簡略化しコストを低減することが強く要望されてい
る。カソードへの空気供給は、タービン圧縮機28、起
動用ブロワ34により行われ、これらにより供給された
空気を炭酸ガスリサイクルブロワ32で循環させてお
り、ブロワと圧縮機が重複されている。また触媒燃焼器
バイパス3には高温のカソード排ガスが流れるため、流
量調整弁25は高温仕様の弁であり、高価なものとなっ
ていた。
【0008】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
で、カソードに空気を供給するブロワや圧縮機および高
温仕様の流量調整弁の低減を図っ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、アノードに供給される水素を
含むアノードガスとカソードに供給される酸素を含むカ
ソードガスで発電する燃料電池と、燃料ガスと蒸気を改
質器でアノードガスとしアノードに供給するアノードガ
スラインと、アノード排ガスとカソード排ガスとを触媒
燃焼器で燃焼して燃焼排ガスを発生し改質器を加熱した
後ブロワによりカソードに供給する炭酸ガスリサイクル
ラインと、カソード排ガスで給水を加熱して蒸気を発生
し前記燃料ガスに混合して改質器に供給する排熱回収蒸
気発生装置と、この給水を加熱したカソード排ガスの放
出量を調整する調整弁と、を備え、前記ブロワに空気取
り入れ口を設け、前記調整弁で放出量を調整することに
より前記空気取り入れ口より取り入れる空気量を調整す
る。
【0010】炭酸ガスリサイクルラインはカソード排ガ
スを循環させるが、その一部を排熱回収蒸気発生装置に
供給している。炭酸ガスリサイクルラインのブロワは一
定回転数で回転している場合、出側の排熱回収蒸気発生
装置でカソード排ガスを放出すると、ヘッド圧が高まり
放出したカソード排ガス量に応じた空気量を吸入するこ
とができる。本発明はこの作用を用いて、排熱回収蒸気
発生装置の出側に設けた調整弁でカソード排ガスの放出
量を調整することにより、ブロワで吸引する空気量を制
御し吸引した空気をカソードに送るようにしたものであ
る。これにより起動用ブロワとタービン圧縮機を用いる
必要がなくなる。また、触媒燃焼器に供給するカソード
排ガスの流量も排熱回収蒸気発生装置の出側に設けた調
整弁で調整できるので、従来の触媒燃焼器バイパスが不
要になり高温仕様の流量調整弁も不要になる。
【0011】請求項2の発明では、前記空気取り入れ口
の上流に空気により燃料を燃焼し燃焼ガスを空気取り入
れ口に供給する燃焼器が設けられている。
【0012】燃料電池起動時は電池内は低温であるの
で、燃料ガスを空気で燃焼して燃焼ガスを発生しブロワ
により電池内に供給し、アノードガスとともに電池反応
を開始し、起動を行う。
【0013】
【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は本発明の燃料電池発電
装置の構成を示すブロック図である。図4と同一符号の
ものは同一のラインや機器等を表す。図4の装置につい
て詳細に説明したので、図4との相違点を説明する。図
1においては、図4のタービン圧縮機28と空気ライン
8、および起動用ブロワ34と起動用空気ライン6を廃
止し、カソード排ガスの一部を排熱回収蒸気発生装置3
0に供給して給水を加熱し、流量調整弁40を経て大気
に放出する。燃料ガスを空気で燃焼して燃焼ガスを発生
する起動用燃焼器36を炭酸ガスリサイクルブロワ32
の入側に設け、この起動用燃焼器36の入側には取り入
れる空気の流量を計測するオリフィス38を設け、この
計測データはトランスミッタ39で流量調整弁40に送
られる。流量調整弁40はこの計測データに基づきカソ
ード排ガスの放出流量を調節する。なお、起動用燃焼器
36は起動時には燃料ガスを空気で燃焼するが、起動後
は単に空気の通路となる。
【0014】次に動作について説明する。図2は炭酸ガ
スリサイクルライン7とカソード排ガスの放出ラインを
示す。図3は炭酸ガスリサイクルブロワの流量Qと入側
と出側の差圧ΔPとの関係を示す。炭酸ガスリサイクル
ブロワ32の回転数は一定とする。炭酸ガスリサイクル
ブロワ32には一定流量Q0 が流れており、この時の炭
酸ガスリサイクルブロワ32の差圧をΔP0 とする。流
量調整弁40を開けて流量Q1 を放出すると、炭酸ガス
リサイクルライン7にはQ0 −Q1 の流量が流れる。こ
のとき炭酸ガスリサイクルブロワ32の回転数一定とし
たときの性能曲線によりブロワ差圧はΔP1 に上昇す
る。この差圧により空気を流量Q1 吸入するとブロワ差
圧はΔP0 になり、安定する。このように流量調整弁4
0で放出するガスの流量Q1 とほぼ同じ空気流量を炭酸
ガスリサイクルブロワ32は吸入することができるの
で、流量調整弁40の放出流量を調整することにより炭
酸ガスリサイクルブロワ32の空気吸入流量を調整する
ことができる。
【0015】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、カソード排ガスの放出流量を流量調整弁により調整
することにより、炭酸ガスリサイクルブロワで吸入する
空気流量を調整できるので、従来用いられていたタービ
ン圧縮機や起動用ブロワを不要とすることができる。ま
た、触媒燃焼器に供給するカソード排ガスの流量も流量
調整弁で調整できるので、従来の触媒燃焼器バイパスが
不要になり高温仕様の流量調整弁も不要になる。これに
より、プラントの建設コストおよびメンテナンスコスト
を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池発電装置の構成を示す図であ
る。
【図2】炭酸ガスリサイクルラインとカソード排ガスの
放出ラインの動作を示す図である。
【図3】炭酸ガスリサイクルブロワの流量Qと入側と出
側の差圧ΔPの関係を示す図である。
【図4】従来の燃料電池発電装置の構成を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 燃料ガスライン 2 アノードガスライン 3 触媒燃焼器バイパス 4 アノード排ガスライン 5 カソード排ガスライン 7 炭酸ガスリサイクルライン 9 蒸気ライン 20 燃料電池 22 改質器 23 触媒燃焼器 24 燃料予熱器 25 流量調整弁 26 脱硫器 30 排熱回収蒸気発生装置 32 炭酸ガスリサイクルブロワ 36 起動用燃焼器 38 オリフィス 39 トランスミッタ 40 流量調整弁

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アノードに供給される水素を含むアノー
    ドガスとカソードに供給される酸素を含むカソードガス
    で発電する燃料電池と、燃料ガスと蒸気を改質器でアノ
    ードガスとしアノードに供給するアノードガスライン
    と、アノード排ガスとカソード排ガスとを触媒燃焼器で
    燃焼して燃焼排ガスを発生し改質器を加熱した後ブロワ
    によりカソードに供給する炭酸ガスリサイクルライン
    と、カソード排ガスで給水を加熱して蒸気を発生し前記
    燃料ガスに混合して改質器に供給する排熱回収蒸気発生
    装置と、この給水を加熱したカソード排ガスの放出量を
    調整する調整弁と、を備え、前記ブロワに空気取り入れ
    口を設け、前記調整弁で放出量を調整することにより前
    記空気取り入れ口より取り入れる空気量を調整すること
    を特徴とする燃料電池発電装置。
  2. 【請求項2】 前記空気取り入れ口の上流に空気により
    燃料を燃焼し燃焼ガスを空気取り入れ口に供給する燃焼
    器が設けられていることを特徴とする請求項1記載の燃
    料電池発電装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100829089B1 (ko) 2006-11-15 2008-05-19 지에스칼텍스 주식회사 연료전지 시스템 및 그 운전방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6846584B2 (en) 2001-07-12 2005-01-25 Co2 Solution Inc. Process for generating electricity with a hydrogen fuel cell
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