JP2001043875A - 逆ブレイトン型燃料電池 - Google Patents
逆ブレイトン型燃料電池Info
- Publication number
- JP2001043875A JP2001043875A JP11249160A JP24916099A JP2001043875A JP 2001043875 A JP2001043875 A JP 2001043875A JP 11249160 A JP11249160 A JP 11249160A JP 24916099 A JP24916099 A JP 24916099A JP 2001043875 A JP2001043875 A JP 2001043875A
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- Japan
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- fuel cell
- turbine
- gas
- exhaust gas
- compressor
- 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.)
- Pending
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- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】この発明は燃料電池の排ガスの熱回収を動力に
変換する装置に関するものである。 【解決手段】燃料電池の排ガスを直接タービンにいれそ
の後、熱交換して作動ガスの温度をさげた状態で負圧で
作動する圧縮機に吸収し大気に放出する。この方式によ
り燃料電池および排ガスが常に大気圧に近い状態に保て
る。これにより始動も単純になりかつ、改質器を含む燃
料電池の構造が簡潔になる。
変換する装置に関するものである。 【解決手段】燃料電池の排ガスを直接タービンにいれそ
の後、熱交換して作動ガスの温度をさげた状態で負圧で
作動する圧縮機に吸収し大気に放出する。この方式によ
り燃料電池および排ガスが常に大気圧に近い状態に保て
る。これにより始動も単純になりかつ、改質器を含む燃
料電池の構造が簡潔になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】燃料電池による発電システムの一
つの形態として本発明は活用できる。
つの形態として本発明は活用できる。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は発電効率が高く炭酸ガスを排
出しないので次世代のエネルギー変換技術として研究開
発が行われている。しかし電気と同時に高温の排ガスが
必ず発生する。この排ガスの熱回収には主として２つの
方式がある。排熱に水を通して蒸気を作り蒸気タービン
をまわし出力を得る複合サイクル。今一つは、ガスター
ビンを用いあたかもその燃焼器として燃料電池の排熱を
活用し動力を得る。
出しないので次世代のエネルギー変換技術として研究開
発が行われている。しかし電気と同時に高温の排ガスが
必ず発生する。この排ガスの熱回収には主として２つの
方式がある。排熱に水を通して蒸気を作り蒸気タービン
をまわし出力を得る複合サイクル。今一つは、ガスター
ビンを用いあたかもその燃焼器として燃料電池の排熱を
活用し動力を得る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池の基本原理
は、酸素と水素ガスの触媒反応であり、最終生成物が水
であるため反応に関与する物質のエネルギー準位からみ
て、電気の発生は発熱を伴う。この発熱はいわゆる排熱
と考えられ、水等を媒体として温水または蒸気にかえら
れ再利用できる。あるいはガスタービンの燃焼器を取り
外し、燃料電池からの高温高圧のガスを直接タービンに
いれ、動力として再利用する。しかしこれらの再利用は
それぞれ次のような短所がある。まず温水だけにすると
熱の形でしか利用できない。蒸気の形にして蒸気タービ
ンで動力を回収するとなると高温高圧に耐えるボイラ
ー、復水器、ポンプなど付随設備が大型化し、まず小型
燃料電池から実用化しようとする現在の趨勢に合致しな
い。今一つのガスタービンを利用する方式は燃料電池入
口の空気が高圧になりそれに伴い燃料の水素ガスも高圧
化せざるを得ず、燃料電池本体が高圧になり構造強度上
問題が多い。さらにガスタービンの始動の手順が極めて
複雑になる。本発明はこれらの欠点を解決するものであ
る。
は、酸素と水素ガスの触媒反応であり、最終生成物が水
であるため反応に関与する物質のエネルギー準位からみ
て、電気の発生は発熱を伴う。この発熱はいわゆる排熱
と考えられ、水等を媒体として温水または蒸気にかえら
れ再利用できる。あるいはガスタービンの燃焼器を取り
外し、燃料電池からの高温高圧のガスを直接タービンに
いれ、動力として再利用する。しかしこれらの再利用は
それぞれ次のような短所がある。まず温水だけにすると
熱の形でしか利用できない。蒸気の形にして蒸気タービ
ンで動力を回収するとなると高温高圧に耐えるボイラ
ー、復水器、ポンプなど付随設備が大型化し、まず小型
燃料電池から実用化しようとする現在の趨勢に合致しな
い。今一つのガスタービンを利用する方式は燃料電池入
口の空気が高圧になりそれに伴い燃料の水素ガスも高圧
化せざるを得ず、燃料電池本体が高圧になり構造強度上
問題が多い。さらにガスタービンの始動の手順が極めて
複雑になる。本発明はこれらの欠点を解決するものであ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の概念図を図１に
示す。これは本発明を用いた燃料電池システムであり一
つの例として２００ｋｗ発電できる燃料電池１００につ
いて検討した計算結果を表している。図中三段で示して
ある数字はそれぞれの状態のとき温度（℃）、圧力（大
気圧を１とする）およびガス流量（ｋｇ／ｓ）を示す。
例えば流入空気は状態１のとき１５℃、圧力１．０（大
気圧）、流量０．５ｋｇ／ｓである。状態１の空気が熱
交換器１０４を通過し状態２の６２０℃まで高温にして
燃料電池で反応が進行しやすくする。一方、天然ガスを
燃料とすると通常３気圧程度の状態３でユーザーに送ら
れる。燃料タービン１０３で状態４まで減圧され熱交換
器１０５でさらに４００℃になり状態５で燃料電池に流
入する。燃料電池内で改質され水素と酸素の触媒反応が
起こり、排ガスが状態６ででる。９００℃の温度が示す
ように固体酸化物の電池すなわちＳＯＦＣを想定してお
り、またこれ以上に温度を上げないのは後に続くタービ
ンを無冷却にしたマイクロタービンをやはり想定してい
る。状態７でタービンに入り二つの熱交換器１０４、１
０６を経て状態１０の負圧で圧縮機１０２に吸い込まれ
る。このようにタービンと圧縮機を組み合わせ、かつ、
タービンから先に排ガスをいれ大気圧より低い圧力で作
動する圧縮機がほとんどすべてのガスを流動させている
のが本発明の特質である。
示す。これは本発明を用いた燃料電池システムであり一
つの例として２００ｋｗ発電できる燃料電池１００につ
いて検討した計算結果を表している。図中三段で示して
ある数字はそれぞれの状態のとき温度（℃）、圧力（大
気圧を１とする）およびガス流量（ｋｇ／ｓ）を示す。
例えば流入空気は状態１のとき１５℃、圧力１．０（大
気圧）、流量０．５ｋｇ／ｓである。状態１の空気が熱
交換器１０４を通過し状態２の６２０℃まで高温にして
燃料電池で反応が進行しやすくする。一方、天然ガスを
燃料とすると通常３気圧程度の状態３でユーザーに送ら
れる。燃料タービン１０３で状態４まで減圧され熱交換
器１０５でさらに４００℃になり状態５で燃料電池に流
入する。燃料電池内で改質され水素と酸素の触媒反応が
起こり、排ガスが状態６ででる。９００℃の温度が示す
ように固体酸化物の電池すなわちＳＯＦＣを想定してお
り、またこれ以上に温度を上げないのは後に続くタービ
ンを無冷却にしたマイクロタービンをやはり想定してい
る。状態７でタービンに入り二つの熱交換器１０４、１
０６を経て状態１０の負圧で圧縮機１０２に吸い込まれ
る。このようにタービンと圧縮機を組み合わせ、かつ、
タービンから先に排ガスをいれ大気圧より低い圧力で作
動する圧縮機がほとんどすべてのガスを流動させている
のが本発明の特質である。
【０００５】
【実施した計算例】図１に示した例は２００ｋｗの改質
器を内蔵する高温型固定酸化物燃料電池であり、圧縮機
とタービンの断熱効率はそれぞれ８０％、７５％と仮定
した。熱交換器すべてを加算して空気は全圧にたいして
３％、ガスは流速がたかいので６％と仮定した。圧縮機
やタービンの圧力比、膨張比は熱交換の条件から３近く
にとどめざるを得なかった。以上の結果、本発明のター
ビンと圧縮機の組み合わせによる動力発生の排ガスによ
る発電量は５１．８ｋｗであり、燃料電池のそれと合わ
せて２５１．８ｋｗになる。天然ガスのもつ低位発熱量
４００ｋｗを考慮して発電効率は６３．１％となる。図
１には燃料電池本体から電気を取り出す装置が省略して
ある。また排ガスには数パーセントの水蒸気が含まれて
おり最後の熱交換器１０６を通過中に水になるので、熱
交換器中に水を捕捉する装置を組み込む必要がある。も
しこの現象をさけるため熱交換器１０６をやめた場合を
計算してみると、動力発生装置の発電量は５１．８から
３４．６ｋｗに落ち、効率は６３．１から５８．８％に
なる。
器を内蔵する高温型固定酸化物燃料電池であり、圧縮機
とタービンの断熱効率はそれぞれ８０％、７５％と仮定
した。熱交換器すべてを加算して空気は全圧にたいして
３％、ガスは流速がたかいので６％と仮定した。圧縮機
やタービンの圧力比、膨張比は熱交換の条件から３近く
にとどめざるを得なかった。以上の結果、本発明のター
ビンと圧縮機の組み合わせによる動力発生の排ガスによ
る発電量は５１．８ｋｗであり、燃料電池のそれと合わ
せて２５１．８ｋｗになる。天然ガスのもつ低位発熱量
４００ｋｗを考慮して発電効率は６３．１％となる。図
１には燃料電池本体から電気を取り出す装置が省略して
ある。また排ガスには数パーセントの水蒸気が含まれて
おり最後の熱交換器１０６を通過中に水になるので、熱
交換器中に水を捕捉する装置を組み込む必要がある。も
しこの現象をさけるため熱交換器１０６をやめた場合を
計算してみると、動力発生装置の発電量は５１．８から
３４．６ｋｗに落ち、効率は６３．１から５８．８％に
なる。
【図１】本発明の概念による燃料電池発電システム
１００ 燃料電池 １０１ タービン １０２ 圧縮機 １０３ 燃料用タービン １０４ 熱交換器 １０５ 熱交換器 １０６ 熱交換器 １０７ 発電機 １０８ 発電機 Ｃ 圧縮機 Ｔ タービン ηｃ 圧縮機断熱効率 ηｔ タービン断熱効率 πｃ 圧縮機圧力比 πｔ タービン膨張比 Ｑｔｈ 低位発熱量
Claims (1)
- 【請求項１】燃料電池からでる高温の排ガスをタービン
に流入させタービン出口後に熱交換してガスの温度を下
げ入口が負圧で作動する圧縮機に流入し動力を発生させ
る装置を有する燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11249160A JP2001043875A (ja) | 1999-07-29 | 1999-07-29 | 逆ブレイトン型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11249160A JP2001043875A (ja) | 1999-07-29 | 1999-07-29 | 逆ブレイトン型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001043875A true JP2001043875A (ja) | 2001-02-16 |
Family
ID=17188808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11249160A Pending JP2001043875A (ja) | 1999-07-29 | 1999-07-29 | 逆ブレイトン型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001043875A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008115777A (ja) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 作動ガス流入路の冷却構造を備える常圧燃焼タービンシステム |
| US9228494B2 (en) | 2009-07-03 | 2016-01-05 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Hybrid cycle SOFC-inverted gas turbine with CO2 separation |
| CN108730763A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-11-02 | 大连民族大学 | 基于空气循环的开式热泵热水装置 |
-
1999
- 1999-07-29 JP JP11249160A patent/JP2001043875A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008115777A (ja) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 作動ガス流入路の冷却構造を備える常圧燃焼タービンシステム |
| US9228494B2 (en) | 2009-07-03 | 2016-01-05 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Hybrid cycle SOFC-inverted gas turbine with CO2 separation |
| CN108730763A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-11-02 | 大连民族大学 | 基于空气循环的开式热泵热水装置 |
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