JP2008282677A - 燃料電池発電設備 - Google Patents

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正稔 大島
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

【課題】循環ポンプを使用することなく、水素利用率および総合発電効率を高めることができる燃料電池発電設備を提供する。
【解決手段】ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）１２とＰＥＦＣ（固体高分子形燃料電池）１３とを併用し、ＳＯＦＣ１２が排出した水素含有ガスをリサイクル配管１４に通してＰＥＦＣ１３に供給する。ＳＯＦＣ１２で未使用の水素をＰＥＦＣ１３の発電に有効利用し、燃料電池発電設備１１全体の水素利用率および発電効率を高める。ＳＯＦＣ１２から供給された水素含有ガスには生成水が含まれているので、ＰＥＦＣ１３側の加湿設備を簡略化または省略できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、異なる種類の燃料電池を併用して、水素利用率を高めることができる燃料電池発電設備に関する。
従来、図３に示すように、燃料電池５１が排出した水素含有ガスを循環ポンプ５２で水素供給配管５３に戻し、燃料電池５１で再使用する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を備えた発電設備において、循環ポンプ５２にダイヤフラム型ポンプを用いる技術が記載されている。
特開平９−２５９９１２号公報
しかし、従来技術によると、水素利用率を高めるために循環ポンプ５２を追加する必要があり、燃料電池発電設備の構成が複雑になるうえ、循環ポンプ５２の消費電力により総合発電効率が低下するという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、循環ポンプを使用することなく、水素利用率および総合発電効率を高め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。
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池発電設備は、固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣと略す）と固体高分子形燃料電池（以下、ＰＥＦＣと略す）とを併用し、ＳＯＦＣが排出した水素含有ガスをＰＥＦＣに供給するリサイクル配管を備えたことを特徴とする。
また、本発明の燃料電池発電設備は、溶融炭酸塩形燃料電池（以下、ＭＣＦＣと略す）とＰＥＦＣとを併用し、ＭＣＦＣが排出した水素含有ガスをＰＥＦＣに供給するリサイクル配管を備えたことを特徴とする。
本発明の燃料電池発電設備は次のような効果を発揮する。
（ａ）ＳＯＦＣまたはＭＣＦＣが排出した水素含有ガスをＰＥＦＣで再使用するので、循環ポンプを使用することなく、設備全体の水素利用率および発電効率を高めることができる。
（ｂ）水素含有ガスには生成水が含まれているため、ＰＥＦＣ側の加湿設備を簡略化または省略できる。
（ｃ）水素に改質ガスを用いた場合は、ＳＯＦＣまたはＭＣＦＣが発電過程で改質ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変えるので、ＰＥＦＣ側の一酸化炭素による触媒被毒を抑制でき、高レベルの出力を維持できる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は実施例１の燃料電池発電設備を示し、図２は実施例２の燃料電池発電設備を示す。
図１に示すように、実施例１の燃料電池発電設備１１では、ＳＯＦＣ１２とＰＥＦＣ１３とが併用されている。ＳＯＦＣ１２は、燃料極で水素（H2）が電解質中の酸素イオン（O2-）と反応して水(H2O)を生成し、空気極で酸素（O２）が酸素イオンとなって燃料極側へ移動し、燃料極に生じた電子(e-)を外部回路に通して空気極へ流すことで発電を行う。
ＳＯＦＣ１２の排ガス中には未使用の水素と生成水（水蒸気）とが含まれ、この水素含有ガスがリサイクル配管１４を通ってＰＥＦＣ１３の燃料極に供給される。そして、ＰＥＦＣ１３がＳＯＦＣ１２から供給された水素と酸素との電気化学反応（図中の反応式参照）により発電を行い、酸素の少なくなった空気と水を排出する。
このため、ＳＯＦＣ１２で未使用の水素をＰＥＦＣ１３の発電に有効利用でき、設備全体の水素利用率および発電効率を高めることができる。また、ＳＯＦＣ１２は水蒸気を含んだ水素含有ガスを排出するので、ＰＥＦＣ１３側で水素含有ガスを再加湿する必要がなくなる。水素に改質ガスを用いる場合は、ＳＯＦＣ１２が発電過程で改質ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変化させるので、ＰＥＦＣ１３の白金触媒が一酸化炭素による被毒で性能劣化するおそれがなくなり、ＰＥＦＣ１３の発電能力を高レベルに維持することも可能である。
実施例２の燃料電池発電設備２１では、図２に示すように、ＭＣＦＣ２２とＰＥＦＣ２３とが併用されている。ＭＣＦＣ２２は、燃料極で水素（H2）が電解質中の炭酸イオン（CO3 2-）と反応して水(H2O)と炭酸ガス（CO2）を生成し、空気極で酸素（O２）と炭酸ガスが反応して炭酸イオンとなり、炭酸イオンが燃料極側へ移動し、燃料極に生じた電子(e-)を外部回路に通して空気極へ流すことで発電を行う。ＭＣＦＣ２２の排ガス中には未使用の水素と生成水と二酸化炭素が含まれ、この水素含有ガスがリサイクル配管２４を通ってＰＥＦＣ２３の燃料極に供給され、ＰＥＦＣ２３における発電に再使用される。
従って、実施例１と同様、ＭＣＦＣ２２で未使用の水素をＰＥＦＣ２３の発電に有効利用して、設備全体の水素利用率および発電効率を高めることができる。また、ＭＣＦＣ２２が排出した水素含有ガスには水蒸気が含まれているため、ＰＥＦＣ２３側での再加湿を省略できる。改質ガスを用いた場合も、ＭＣＦＣ２２が改質ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変えるので、ＰＥＦＣ２３側の一酸化炭素による触媒被毒を抑制することも可能である。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えばＳＯＦＣ１２、ＭＣＦＣ２２、ＰＥＦＣ１３，２３に排熱回収ユニットを付設して、総合発電効率のさらなる向上を図るなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。
本発明の実施例１を示す燃料電池発電設備のブロック図である。 本発明の実施例２を示す燃料電池発電設備のブロック図である。 従来の燃料電池発電設備を示すブロック図である。
符号の説明
１１ 燃料電池発電設備（実施例１）
１２ ＳＯＦＣ
１３ ＰＥＦＣ
１４ リサイクル配管
２１ 燃料電池発電設備（実施例２）
２２ ＭＣＦＣ
２３ ＰＥＦＣ
２４ リサイクル配管

Claims (2)

  1. 固体酸化物形燃料電池と固体高分子形燃料電池とを併用し、固体酸化物形燃料電池が排出した水素含有ガスを固体高分子形燃料電池に供給するリサイクル配管を備えたことを特徴とする燃料電池発電設備。
  2. 溶融炭酸塩形燃料電池と固体高分子形燃料電池とを併用し、溶融炭酸塩形燃料電池が排出した水素含有ガスを固体高分子形燃料電池に供給するリサイクル配管を備えたことを特徴とする燃料電池発電設備。
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