JP2002093437A - 燃料電池発電設備 - Google Patents
燃料電池発電設備Info
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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
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 アノード側からカソード側へＣＯ2ガスを供
給するためのブロア動力を大幅に低減することができ、
かつＣＯ2リサイクル及びカソードガスリサイクルのた
めの必要機器を小型かつ安価にすることができ、これに
より所内動力を下げて送電端効率を高め、かつ設備コス
トを低減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】 燃料を水素を含むアノードガスに改質す
る改質器１０と、アノードガスと酸素を含むカソードガ
スにより発電する燃料電池１）と、燃料電池で反応後の
アノード排ガスを加圧空気で燃焼させる触媒燃焼器１７
とを備え、改質器の改質室Ｒｅｆ、燃料電池のアノード
側Ａ、触媒燃焼器、改質器の加熱室Ｈ、燃料電池のカソ
ード側Ｃの順で各運転圧力が低く設定されており、圧力
勾配によりこの順でガスを流す。
給するためのブロア動力を大幅に低減することができ、
かつＣＯ2リサイクル及びカソードガスリサイクルのた
めの必要機器を小型かつ安価にすることができ、これに
より所内動力を下げて送電端効率を高め、かつ設備コス
トを低減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】 燃料を水素を含むアノードガスに改質す
る改質器１０と、アノードガスと酸素を含むカソードガ
スにより発電する燃料電池１）と、燃料電池で反応後の
アノード排ガスを加圧空気で燃焼させる触媒燃焼器１７
とを備え、改質器の改質室Ｒｅｆ、燃料電池のアノード
側Ａ、触媒燃焼器、改質器の加熱室Ｈ、燃料電池のカソ
ード側Ｃの順で各運転圧力が低く設定されており、圧力
勾配によりこの順でガスを流す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リサイクルブロア
の動力を低減し発電効率を高める燃料電池発電設備に関
する。
の動力を低減し発電効率を高める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。
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。
【０００３】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（燃料電池発電プラント）で
は、図３に示すように改質器１０、燃料電池１１、ター
ボチャージャー１２、排熱回収熱交換器１５等を備え、
天然ガス等の燃料１を燃料予熱器１３で予熱して改質器
１０の改質室Ｒｅｆに供給し、ここで燃料１を水素を含
むアノードガス２に改質する。燃料電池１１では、アノ
ードガス２と酸素を含むカソードガス３とから電気化学
的に発電する。燃料電池１１を出たアノード排ガス４と
カソード排ガス７の一部７ａは、触媒燃焼器１７に供給
されて触媒燃焼し高温の燃焼排ガス５を発生する。この
燃焼排ガス５は、改質器１０の燃焼室に供給され、ここ
で改質反応に必要な熱を改質室Ｒｅｆに供給する。
料電池を用いた発電設備（燃料電池発電プラント）で
は、図３に示すように改質器１０、燃料電池１１、ター
ボチャージャー１２、排熱回収熱交換器１５等を備え、
天然ガス等の燃料１を燃料予熱器１３で予熱して改質器
１０の改質室Ｒｅｆに供給し、ここで燃料１を水素を含
むアノードガス２に改質する。燃料電池１１では、アノ
ードガス２と酸素を含むカソードガス３とから電気化学
的に発電する。燃料電池１１を出たアノード排ガス４と
カソード排ガス７の一部７ａは、触媒燃焼器１７に供給
されて触媒燃焼し高温の燃焼排ガス５を発生する。この
燃焼排ガス５は、改質器１０の燃焼室に供給され、ここ
で改質反応に必要な熱を改質室Ｒｅｆに供給する。
【０００４】改質器１０を出た燃焼排ガス５は、ＣＯ2
ブロア１６（以下、ＣＯ2リサイクルブロアと呼ぶ）で
カソード入口側にリサイクルされ、ターボチャージャー
１２から供給される加圧空気６と合流し、カソードガス
３となって燃料電池１１のカソード側に供給される。反
応後のカソード排ガス７の一部７ｂは、カソードリサイ
クルライン１８を介してＣＯ2リサイクルブロア１６の
吸引側にリサイクルされ、残り７ｃはターボチャージャ
ー用の燃焼器１４に供給される。燃焼器１４は、起動時
や部分負荷時に用いられ、天然ガスをカソード排ガスで
燃焼し燃焼排ガスでターボチャージャーを駆動する。
ブロア１６（以下、ＣＯ2リサイクルブロアと呼ぶ）で
カソード入口側にリサイクルされ、ターボチャージャー
１２から供給される加圧空気６と合流し、カソードガス
３となって燃料電池１１のカソード側に供給される。反
応後のカソード排ガス７の一部７ｂは、カソードリサイ
クルライン１８を介してＣＯ2リサイクルブロア１６の
吸引側にリサイクルされ、残り７ｃはターボチャージャ
ー用の燃焼器１４に供給される。燃焼器１４は、起動時
や部分負荷時に用いられ、天然ガスをカソード排ガスで
燃焼し燃焼排ガスでターボチャージャーを駆動する。
【０００５】ターボチャージャー１２は、カソード排ガ
ス７ｃ及び燃焼器１４で発生した燃焼排ガスでタービン
Ｔを駆動して圧縮機Ｃで空気を圧縮し、この加圧空気６
は前述の燃料電池１１のカソード側上流に供給される。
タービンＴを出た排ガスは、排熱回収熱交換器１５に供
給され、ここで水蒸気を発生させたのち系外に放出され
る。発生した水蒸気８は燃料１に混合され改質器１０に
おける改質反応に用いられる。なお、図３において、１
８ａはカソードリサイクルライン１８の流量を制御する
ための高温流量調節弁、１２ａはタービンＴをバイパス
してガスを流すための流量調節弁である。その他の流量
調節弁の説明は省略する。
ス７ｃ及び燃焼器１４で発生した燃焼排ガスでタービン
Ｔを駆動して圧縮機Ｃで空気を圧縮し、この加圧空気６
は前述の燃料電池１１のカソード側上流に供給される。
タービンＴを出た排ガスは、排熱回収熱交換器１５に供
給され、ここで水蒸気を発生させたのち系外に放出され
る。発生した水蒸気８は燃料１に混合され改質器１０に
おける改質反応に用いられる。なお、図３において、１
８ａはカソードリサイクルライン１８の流量を制御する
ための高温流量調節弁、１２ａはタービンＴをバイパス
してガスを流すための流量調節弁である。その他の流量
調節弁の説明は省略する。
【０００６】上述した燃料電池発電設備において、燃料
電池１１（溶融炭酸塩型燃料電池）はアノード側とカソ
ード側とからなり、次のような電極反応が行われる。ア
ノード反応（負極反応）Ｈ2＋ＣＯ3 2-→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2＋
２ｅ．．（１）カソード反応（正極反応）ＣＯ2＋１／
２Ｏ2＋２ｅ→ＣＯ3 2-．．（２）
電池１１（溶融炭酸塩型燃料電池）はアノード側とカソ
ード側とからなり、次のような電極反応が行われる。ア
ノード反応（負極反応）Ｈ2＋ＣＯ3 2-→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2＋
２ｅ．．（１）カソード反応（正極反応）ＣＯ2＋１／
２Ｏ2＋２ｅ→ＣＯ3 2-．．（２）
【０００７】すなわちアノード側では、（１）式により
水素ガスとＣＯ3 2-とから水と炭酸ガスと電荷が生成さ
れ、カソード側では、（２）式により炭酸ガスと酸素と
電荷とからＣＯ3 2-が生成される。（１）式右辺はアノ
ードから排出されるアノード排ガス４の成分を表してお
り、炭酸ガスが含まれている。また（２）式左辺はカソ
ードに供給されるカソードガスの成分を表しており、同
じく炭酸ガスが含まれている。このため上述したＣＯ2
リサイクルブロア１６により、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
利用するようになっている。
水素ガスとＣＯ3 2-とから水と炭酸ガスと電荷が生成さ
れ、カソード側では、（２）式により炭酸ガスと酸素と
電荷とからＣＯ3 2-が生成される。（１）式右辺はアノ
ードから排出されるアノード排ガス４の成分を表してお
り、炭酸ガスが含まれている。また（２）式左辺はカソ
ードに供給されるカソードガスの成分を表しており、同
じく炭酸ガスが含まれている。このため上述したＣＯ2
リサイクルブロア１６により、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
利用するようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、溶融
炭酸塩型燃料電池を用いた燃料電池発電設備では、アノ
ード反応で生成したＣＯ2ガスをカソードで反応させる
ために、アノード側からカソード側へＣＯ2ガスを供給
する必要があり、そのためにＣＯ2リサイクルブロア１
６が設けられているが、このブロアの消費動力が大き
く、送電端効率を低下させる主要因となっていた。
炭酸塩型燃料電池を用いた燃料電池発電設備では、アノ
ード反応で生成したＣＯ2ガスをカソードで反応させる
ために、アノード側からカソード側へＣＯ2ガスを供給
する必要があり、そのためにＣＯ2リサイクルブロア１
６が設けられているが、このブロアの消費動力が大き
く、送電端効率を低下させる主要因となっていた。
【０００９】すなわち、例えば図３の燃料電池発電設備
において、アノード側のリサイクルガス量とカソード側
のリサイクルガス量はほぼ同量であるが、運転圧力が約
２ａｔａの場合に、アノード側のリサイクルにおける圧
損が約１３５０ｍｍＡｑに達するため、リサイクルブロ
アによる圧縮動力が大きい問題点があった。なお、この
圧損の内訳は、触媒燃焼器約５００ｍｍＡｑ、改質器約
５００ｍｍＡｑ、その他約３５０ｍｍＡｑ程度である。
において、アノード側のリサイクルガス量とカソード側
のリサイクルガス量はほぼ同量であるが、運転圧力が約
２ａｔａの場合に、アノード側のリサイクルにおける圧
損が約１３５０ｍｍＡｑに達するため、リサイクルブロ
アによる圧縮動力が大きい問題点があった。なお、この
圧損の内訳は、触媒燃焼器約５００ｍｍＡｑ、改質器約
５００ｍｍＡｑ、その他約３５０ｍｍＡｑ程度である。
【００１０】また、従来の燃料電池発電設備では、ＣＯ
2リサイクルブロア１６で高温ガスを大量に流す必要が
あるため高価であるばかりでなく、高温流量調節弁１８
ａも高温ガスを大量（アノード側のリサイクルガス量と
同等量）に流す必要があるため、高価であり、この２つ
の機器のために製造コストが高い問題点があった。
2リサイクルブロア１６で高温ガスを大量に流す必要が
あるため高価であるばかりでなく、高温流量調節弁１８
ａも高温ガスを大量（アノード側のリサイクルガス量と
同等量）に流す必要があるため、高価であり、この２つ
の機器のために製造コストが高い問題点があった。
【００１１】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、アノ
ード側からカソード側へＣＯ2ガスを供給するためのブ
ロア動力を大幅に低減することができ、かつＣＯ2リサ
イクル及びカソードガスリサイクルのための必要機器を
小型かつ安価にすることができ、これにより所内動力を
下げて送電端効率を高め、かつ設備コストを低減するこ
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、アノ
ード側からカソード側へＣＯ2ガスを供給するためのブ
ロア動力を大幅に低減することができ、かつＣＯ2リサ
イクル及びカソードガスリサイクルのための必要機器を
小型かつ安価にすることができ、これにより所内動力を
下げて送電端効率を高め、かつ設備コストを低減するこ
とができる燃料電池発電設備を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料を
水素を含むアノードガスに改質する改質器（１０）と、
アノードガスと酸素を含むカソードガスにより発電する
燃料電池（１１）と、燃料電池で反応後のアノード排ガ
スを加圧空気で燃焼させる触媒燃焼器（１７）とを備
え、前記改質器の改質室Ｒｅｆ、燃料電池のアノード側
Ａ、触媒燃焼器、改質器の加熱室Ｈ、燃料電池のカソー
ド側Ｃの順で各運転圧力が低く設定されており、圧力勾
配によりこの順でガスを流す、ことを特徴とする燃料電
池発電設備が提供される。
水素を含むアノードガスに改質する改質器（１０）と、
アノードガスと酸素を含むカソードガスにより発電する
燃料電池（１１）と、燃料電池で反応後のアノード排ガ
スを加圧空気で燃焼させる触媒燃焼器（１７）とを備
え、前記改質器の改質室Ｒｅｆ、燃料電池のアノード側
Ａ、触媒燃焼器、改質器の加熱室Ｈ、燃料電池のカソー
ド側Ｃの順で各運転圧力が低く設定されており、圧力勾
配によりこの順でガスを流す、ことを特徴とする燃料電
池発電設備が提供される。
【００１３】上記本発明の構成によれば、改質器（１
０）の改質室Ｒｅｆ、燃料電池（１１）のアノード側
Ａ、触媒燃焼器（１７）、改質器（１０）の加熱室Ｈ、
燃料電池（１１）のカソード側Ｃの順で各運転圧力が低
く設定されているので、圧力勾配によりこの順でガスを
流すことができる。すなわち、圧力勾配のみで、改質器
の改質室Ｒｅｆに燃料を供給して改質し、改質した燃料
ガスをアノードガスとして燃料電池のアノード側Ａで反
応させ、反応後のアノード排ガスを触媒燃焼器に供給し
て加圧空気で燃焼させ、その燃焼排ガスを改質器の加熱
室Ｈに供給し、更にその排ガスを燃料電池のカソード側
に順に流し、アノード側で発生したＣＯ２を燃焼排ガス
としてカソード側に供給することができる。また、従来
のＣＯ2リサイクルブロアを廃止してこの流れを形成で
きるので、高価なＣＯ2リサイクルブロアをなくすこと
ができるばかりでなく、アノード側からカソード側へＣ
Ｏ2ガスを供給するためのブロア動力を大幅に低減で
き、所内動力を下げて送電端効率を高めることができ
る。
０）の改質室Ｒｅｆ、燃料電池（１１）のアノード側
Ａ、触媒燃焼器（１７）、改質器（１０）の加熱室Ｈ、
燃料電池（１１）のカソード側Ｃの順で各運転圧力が低
く設定されているので、圧力勾配によりこの順でガスを
流すことができる。すなわち、圧力勾配のみで、改質器
の改質室Ｒｅｆに燃料を供給して改質し、改質した燃料
ガスをアノードガスとして燃料電池のアノード側Ａで反
応させ、反応後のアノード排ガスを触媒燃焼器に供給し
て加圧空気で燃焼させ、その燃焼排ガスを改質器の加熱
室Ｈに供給し、更にその排ガスを燃料電池のカソード側
に順に流し、アノード側で発生したＣＯ２を燃焼排ガス
としてカソード側に供給することができる。また、従来
のＣＯ2リサイクルブロアを廃止してこの流れを形成で
きるので、高価なＣＯ2リサイクルブロアをなくすこと
ができるばかりでなく、アノード側からカソード側へＣ
Ｏ2ガスを供給するためのブロア動力を大幅に低減で
き、所内動力を下げて送電端効率を高めることができ
る。
【００１４】本発明の好ましい実施形態によれば、燃料
電池のカソード側Ｃを出たカソード排ガスをカソード側
Ｃの上流にリサイクルするカソードガスリサイクルブロ
ア（２０）を備える。この構成により、燃料電池の温度
制御のための高温流量調節弁１８ａをカソードガスリサ
イクルブロア（２０）で置き換えることができる。この
場合、カソード側Ｃの圧力損失は、相対的に低い（例え
ば約３５０ｍｍＡｑ）ので、カソードガスリサイクルブ
ロア（２０）の必要動力を大幅に低く（従来のＣＯ2リ
サイクルブロアの約１／８に）することができる。ま
た、高温流量調節弁１８ａの絞り弁で圧力降下させる場
合に比べてエネルギ損失が少なくできる。
電池のカソード側Ｃを出たカソード排ガスをカソード側
Ｃの上流にリサイクルするカソードガスリサイクルブロ
ア（２０）を備える。この構成により、燃料電池の温度
制御のための高温流量調節弁１８ａをカソードガスリサ
イクルブロア（２０）で置き換えることができる。この
場合、カソード側Ｃの圧力損失は、相対的に低い（例え
ば約３５０ｍｍＡｑ）ので、カソードガスリサイクルブ
ロア（２０）の必要動力を大幅に低く（従来のＣＯ2リ
サイクルブロアの約１／８に）することができる。ま
た、高温流量調節弁１８ａの絞り弁で圧力降下させる場
合に比べてエネルギ損失が少なくできる。
【００１５】また、カソード排ガスで駆動されるターボ
チャージャー（１２）と、該ターボチャージャーで圧縮
した加圧空気をターボチャージャーの排熱で予熱する再
生熱交換器（２１）とを備え、該再生熱交換器で予熱し
た加圧空気を前記触媒燃焼器に供給する。この構成によ
り、カソード排ガスの熱エネルギをターボチャージャー
と再生熱交換器（２１）で加圧空気の予熱に用いること
ができ、エネルギロスを低減し燃料利用率を高く維持す
ることができる。
チャージャー（１２）と、該ターボチャージャーで圧縮
した加圧空気をターボチャージャーの排熱で予熱する再
生熱交換器（２１）とを備え、該再生熱交換器で予熱し
た加圧空気を前記触媒燃焼器に供給する。この構成によ
り、カソード排ガスの熱エネルギをターボチャージャー
と再生熱交換器（２１）で加圧空気の予熱に用いること
ができ、エネルギロスを低減し燃料利用率を高く維持す
ることができる。
【００１６】
【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、各図において共通の
部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。図
１は、本発明の燃料電池発電設備の全体構成図である。
この図に示すように、本発明の燃料電池発電設備は、改
質器１０、燃料電池１１、ターボチャージャー１２、燃
料予熱器１３、ターボチャージャー用の燃焼器１４、排
熱回収熱交換器１５、触媒燃焼器１７、等を備える。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通の
部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。図
１は、本発明の燃料電池発電設備の全体構成図である。
この図に示すように、本発明の燃料電池発電設備は、改
質器１０、燃料電池１１、ターボチャージャー１２、燃
料予熱器１３、ターボチャージャー用の燃焼器１４、排
熱回収熱交換器１５、触媒燃焼器１７、等を備える。
【００１７】改質器１０は、燃料１（例えば天然ガス
等）を水素を含むアノードガス２に改質し、燃料電池１
１は、アノードガス２と酸素を含むカソードガス３によ
り発電する。その他のターボチャージャー１２、燃料予
熱器１３、ターボチャージャー用の燃焼器１４、排熱回
収熱交換器１５の構成及び機能も、図３に示した従来の
燃料電池発電設備と同一である。
等）を水素を含むアノードガス２に改質し、燃料電池１
１は、アノードガス２と酸素を含むカソードガス３によ
り発電する。その他のターボチャージャー１２、燃料予
熱器１３、ターボチャージャー用の燃焼器１４、排熱回
収熱交換器１５の構成及び機能も、図３に示した従来の
燃料電池発電設備と同一である。
【００１８】本発明の燃料電池発電設備では、触媒燃焼
器１７は、燃料電池１１で反応後のアノード排ガス４を
加圧空気６ａで燃焼させるようになっている。また、カ
ソード排ガス７はこの触媒燃焼器１７には供給されず、
燃料電池１１のカソード側上流側と燃焼器１４に供給さ
れる。
器１７は、燃料電池１１で反応後のアノード排ガス４を
加圧空気６ａで燃焼させるようになっている。また、カ
ソード排ガス７はこの触媒燃焼器１７には供給されず、
燃料電池１１のカソード側上流側と燃焼器１４に供給さ
れる。
【００１９】また、ターボチャージャー１２で圧縮した
加圧空気の一部６ａを触媒燃焼器１７に供給する空気ラ
イン２２と、この空気ラインに設けられ加圧空気６ａを
ターボチャージャー１２の排熱で予熱する再生熱交換器
２１を備え、加圧空気６ａをこの再生熱交換器２１で予
熱して触媒燃焼器１７に供給するようになっている。
加圧空気の一部６ａを触媒燃焼器１７に供給する空気ラ
イン２２と、この空気ラインに設けられ加圧空気６ａを
ターボチャージャー１２の排熱で予熱する再生熱交換器
２１を備え、加圧空気６ａをこの再生熱交換器２１で予
熱して触媒燃焼器１７に供給するようになっている。
【００２０】更に、燃料電池１１のカソード側Ｃを出た
カソード排ガスの一部７ｂをカソード側Ｃの上流にリサ
イクルするカソードガスリサイクルブロア２０がカソー
ドリサイクルライン１８に設けられ、このブロア２０の
流量制御により燃料電池１１の温度を制御するようにな
っている。
カソード排ガスの一部７ｂをカソード側Ｃの上流にリサ
イクルするカソードガスリサイクルブロア２０がカソー
ドリサイクルライン１８に設けられ、このブロア２０の
流量制御により燃料電池１１の温度を制御するようにな
っている。
【００２１】図２は、本発明の燃料電池発電設備の圧力
勾配を示す図である。図１及び図２から明らかなよう
に、本発明の燃料電池発電設備では、改質器１０の改質
室Ｒｅｆ、燃料電池１１のアノード側Ａ、触媒燃焼器１
７、改質器１０の加熱室Ｈ、燃料電池１１のカソード側
Ｃの順で各運転圧力が低く設定されており、圧力勾配に
よりこの順でガスを流すようになっている。
勾配を示す図である。図１及び図２から明らかなよう
に、本発明の燃料電池発電設備では、改質器１０の改質
室Ｒｅｆ、燃料電池１１のアノード側Ａ、触媒燃焼器１
７、改質器１０の加熱室Ｈ、燃料電池１１のカソード側
Ｃの順で各運転圧力が低く設定されており、圧力勾配に
よりこの順でガスを流すようになっている。
【００２２】なお、一例において、運転圧力が２ａｔａ
の場合に、各機器の圧力損失は、改質器１０の改質室Ｒ
ｅｆ：約１００ｍｍＡｑ、燃料電池１１のアノード側
Ａ：約５０ｍｍＡｑ、触媒燃焼器１７：約５００ｍｍＡ
ｑ、改質器１０の加熱室Ｈ：約５００ｍｍＡｑ、燃料電
池１１のカソード側Ｃ：約３５０ｍｍＡｑである。従っ
て、燃料１からカソード側出口までの圧力損失ΔＰは約
１５００ｍｍＡｑであり、その分、供給燃料の圧力を高
くしておくだけで、上記の順でガスを流すことができ
る。また、この場合に、カソードガスリサイクルブロア
２０の必要な揚程は、燃料電池１１のカソード側Ｃの圧
力損失（約３５０ｍｍＡｑ）のみであり、かつアノード
側のリサイクルガス量とカソード側のリサイクルガス量
はほぼ同量であるから、ブロア２０の必要動力は、ＣＯ
2リサイクルブロアの比較して約１／７．７（＝３５０
／１３５０×０．５）に低減する。
の場合に、各機器の圧力損失は、改質器１０の改質室Ｒ
ｅｆ：約１００ｍｍＡｑ、燃料電池１１のアノード側
Ａ：約５０ｍｍＡｑ、触媒燃焼器１７：約５００ｍｍＡ
ｑ、改質器１０の加熱室Ｈ：約５００ｍｍＡｑ、燃料電
池１１のカソード側Ｃ：約３５０ｍｍＡｑである。従っ
て、燃料１からカソード側出口までの圧力損失ΔＰは約
１５００ｍｍＡｑであり、その分、供給燃料の圧力を高
くしておくだけで、上記の順でガスを流すことができ
る。また、この場合に、カソードガスリサイクルブロア
２０の必要な揚程は、燃料電池１１のカソード側Ｃの圧
力損失（約３５０ｍｍＡｑ）のみであり、かつアノード
側のリサイクルガス量とカソード側のリサイクルガス量
はほぼ同量であるから、ブロア２０の必要動力は、ＣＯ
2リサイクルブロアの比較して約１／７．７（＝３５０
／１３５０×０．５）に低減する。
【００２３】上述したように、本発明によれば、ＣＯ2
ガスリサイクル動力の低減による送電端効率の向上およ
びカソードリサイクル系統の高温調節弁を廃止すること
によるコスト低減とシステムの簡素化ができる。
ガスリサイクル動力の低減による送電端効率の向上およ
びカソードリサイクル系統の高温調節弁を廃止すること
によるコスト低減とシステムの簡素化ができる。
【００２４】すなわち、本発明は、従来から必要とされ
てきたアノード、カソード間のＣＯ 2リサイクルブロワ
を設置しないシステムであり、このシステムでは電池極
間差圧はアノード出口〜カソード入口までの圧損分（約
１０００ｍｍＡｑ）となる。また、リサイクルブロア２
０の揚程はカソード圧損分のみ（約３５０ｍｍＡｑ）と
なり、その分ブロワ動力低減に寄与できる。また、本シ
ステムではカソードリサイクルラインの高温調節弁１８
ａは不要となり、コスト低減、システムの簡素化に寄与
できる。また、アノード排ガス７ｃの顕熱は、起動専用
機器として設置する再生熱交換器２１により熱回収し
て、これにより昇温した空気６ａでアノード排ガス４を
燃焼する。
てきたアノード、カソード間のＣＯ 2リサイクルブロワ
を設置しないシステムであり、このシステムでは電池極
間差圧はアノード出口〜カソード入口までの圧損分（約
１０００ｍｍＡｑ）となる。また、リサイクルブロア２
０の揚程はカソード圧損分のみ（約３５０ｍｍＡｑ）と
なり、その分ブロワ動力低減に寄与できる。また、本シ
ステムではカソードリサイクルラインの高温調節弁１８
ａは不要となり、コスト低減、システムの簡素化に寄与
できる。また、アノード排ガス７ｃの顕熱は、起動専用
機器として設置する再生熱交換器２１により熱回収し
て、これにより昇温した空気６ａでアノード排ガス４を
燃焼する。
【００２５】以上の構成により、発電端効率は採用前後
でも約５０％とほぼ等しいが、送電端効率はカソードブ
ロワ動力の低減により４５％から４７％へ約２ポイント
上昇することがシュミレーションにより確認された。
でも約５０％とほぼ等しいが、送電端効率はカソードブ
ロワ動力の低減により４５％から４７％へ約２ポイント
上昇することがシュミレーションにより確認された。
【００２６】なお本発明は、上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。
【００２７】
【発明の効果】上述したように、本発明の構成によれ
ば、改質器１０の改質室Ｒｅｆ、燃料電池１１のアノー
ド側Ａ、触媒燃焼器１７、改質器１０の加熱室Ｈ、燃料
電池１１のカソード側Ｃの順で各運転圧力が低く設定さ
れているので、圧力勾配によりこの順でガスを流すこと
ができ、アノード側で発生したＣＯ2を燃焼排ガスとし
てカソード側に供給することができる。また、従来のＣ
Ｏ2リサイクルブロアを廃止してこの流れを形成できる
ので、高価なＣＯ2リサイクルブロアをなくすことがで
きるばかりでなく、アノード側からカソード側へＣＯ2
ガスを供給するためのブロア動力を大幅に低減でき、所
内動力を下げて送電端効率を高めることができる。
ば、改質器１０の改質室Ｒｅｆ、燃料電池１１のアノー
ド側Ａ、触媒燃焼器１７、改質器１０の加熱室Ｈ、燃料
電池１１のカソード側Ｃの順で各運転圧力が低く設定さ
れているので、圧力勾配によりこの順でガスを流すこと
ができ、アノード側で発生したＣＯ2を燃焼排ガスとし
てカソード側に供給することができる。また、従来のＣ
Ｏ2リサイクルブロアを廃止してこの流れを形成できる
ので、高価なＣＯ2リサイクルブロアをなくすことがで
きるばかりでなく、アノード側からカソード側へＣＯ2
ガスを供給するためのブロア動力を大幅に低減でき、所
内動力を下げて送電端効率を高めることができる。
【００２８】更に、燃料電池の温度制御のための高温流
量調節弁１８ａをカソードガスリサイクルブロア２０で
置き換えることができる。この場合、カソード側Ｃの圧
力損失は、相対的に低い（例えば約３５０ｍｍＡｑ）の
で、カソードガスリサイクルブロア（２０）の必要動力
を大幅に低く（従来のＣＯ2リサイクルブロアの約１／
８に）することができる。また、高温流量調節弁１８ａ
の絞り弁で圧力降下させる場合に比べてエネルギ損失が
少なくできる。
量調節弁１８ａをカソードガスリサイクルブロア２０で
置き換えることができる。この場合、カソード側Ｃの圧
力損失は、相対的に低い（例えば約３５０ｍｍＡｑ）の
で、カソードガスリサイクルブロア（２０）の必要動力
を大幅に低く（従来のＣＯ2リサイクルブロアの約１／
８に）することができる。また、高温流量調節弁１８ａ
の絞り弁で圧力降下させる場合に比べてエネルギ損失が
少なくできる。
【００２９】また、カソード排ガスの熱エネルギをター
ボチャージャーと再生熱交換器２１で加圧空気の予熱に
用いることができ、エネルギロスを低減し燃料利用率を
高く維持することができる。
ボチャージャーと再生熱交換器２１で加圧空気の予熱に
用いることができ、エネルギロスを低減し燃料利用率を
高く維持することができる。
【００３０】従って、本発明の燃料電池発電設備は、ア
ノード側からカソード側へＣＯ２ガスを供給するための
ブロア動力を大幅に低減することができ、かつＣＯ２リ
サイクル及びカソードガスリサイクルのための必要機器
を小型かつ安価にすることができ、これにより所内動力
を下げて送電端効率を高め、かつ設備コストを低減する
ことができる、等の優れた効果を有する。
ノード側からカソード側へＣＯ２ガスを供給するための
ブロア動力を大幅に低減することができ、かつＣＯ２リ
サイクル及びカソードガスリサイクルのための必要機器
を小型かつ安価にすることができ、これにより所内動力
を下げて送電端効率を高め、かつ設備コストを低減する
ことができる、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明の燃料電池発電設備の全体構成図であ
る。
る。
【図２】本発明の燃料電池発電設備の圧力勾配を示す図
である。
である。
【図３】従来の燃料電池発電設備の全体構成図である。
１ 燃料、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、７，７
ａ，７ｂ，７ｃ カソード排ガス、８ 水蒸気、１０
改質器、１１ 燃料電池、１２ ターボチャージャー、
１２ａ 流量調節弁、１３ 燃料予熱器、１４ ガスタ
ービン用燃焼器、１５ 排熱回収熱交換器、１６ ＣＯ
2リサイクルブロア、１７ 触媒燃焼器、１８ カソー
ドリサイクルライン、１８ａ 高温流量調節弁、２０
カソードガスリサイクルブロア、２１ 再生熱交換器、
２２ 空気ライン
アノード排ガス、５ 燃焼排ガス、６ 空気、７，７
ａ，７ｂ，７ｃ カソード排ガス、８ 水蒸気、１０
改質器、１１ 燃料電池、１２ ターボチャージャー、
１２ａ 流量調節弁、１３ 燃料予熱器、１４ ガスタ
ービン用燃焼器、１５ 排熱回収熱交換器、１６ ＣＯ
2リサイクルブロア、１７ 触媒燃焼器、１８ カソー
ドリサイクルライン、１８ａ 高温流量調節弁、２０
カソードガスリサイクルブロア、２１ 再生熱交換器、
２２ 空気ライン
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料を水素を含むアノードガスに改質す
る改質器（１０）と、アノードガスと酸素を含むカソー
ドガスにより発電する燃料電池（１１）と、燃料電池で
反応後のアノード排ガスを加圧空気で燃焼させる触媒燃
焼器（１７）とを備え、前記改質器の改質室Ｒｅｆ、燃
料電池のアノード側Ａ、触媒燃焼器、改質器の加熱室
Ｈ、燃料電池のカソード側Ｃの順で各運転圧力が低く設
定されており、圧力勾配によりこの順でガスを流す、こ
とを特徴とする燃料電池発電設備。 - 【請求項２】 燃料電池のカソード側Ｃを出たカソード
排ガスをカソード側Ｃの上流にリサイクルするカソード
ガスリサイクルブロア（２０）を備える、ことを特徴と
する請求項１に記載の燃料電池発電設備。 - 【請求項３】 カソード排ガスで駆動されるターボチャ
ージャー（１２）と、該ターボチャージャーで圧縮した
加圧空気をターボチャージャーの排熱で予熱する再生熱
交換器（２１）とを備え、該再生熱交換器で予熱した加
圧空気を前記触媒燃焼器に供給する、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 |
|---|---|---|---|
| JP2000277164A JP2002093437A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | 燃料電池発電設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000277164A JP2002093437A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | 燃料電池発電設備 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002093437A true JP2002093437A (ja) | 2002-03-29 |
Family
ID=18762532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000277164A Pending JP2002093437A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | 燃料電池発電設備 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002093437A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011012942A1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method thereof |
-
2000
- 2000-09-12 JP JP2000277164A patent/JP2002093437A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011012942A1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method thereof |
| US9406949B2 (en) | 2009-07-30 | 2016-08-02 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method thereof |
| US9929415B2 (en) | 2009-07-30 | 2018-03-27 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method thereof |
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