JP2020030891A - Carbon dioxide-recovering fuel cell power generation system - Google Patents

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Abstract

To provide a carbon dioxide-recovering fuel cell power generation system capable of efficiently recovering carbon dioxide.SOLUTION: In a fuel cell power generation system 10A, air electrode off-gas exhausted from an air electrode 12B is introduced into an exhaust heat input type absorption refrigerator 36, and cold heat is generated in the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 using the air electrode off-gas as a heat source. Combustion off-gas is cooled in a condenser 26 by cold heat generated in the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, so that water vapor in fuel electrode off-gas is condensed. Thus, water vapor is removed from combustion off-gas, so that carbon dioxide is recovered.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は二酸化炭素回収型燃料電池発電システムに関し、特に炭素化合物燃料を用いて発電を行い、発電に伴って発生する二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収型燃料電池発電システムに関する。   The present invention relates to a carbon dioxide capture fuel cell power generation system, and more particularly to a carbon dioxide capture fuel cell power generation system that generates power using a carbon compound fuel and recovers carbon dioxide generated with the power generation.

燃料電池発電システムにおいて、炭素化合物燃料を用いる場合には、燃料電池セルスタックの燃料極から排出される燃料極オフガスに二酸化炭素が含まれている。この二酸化炭素を回収することが行われているが、燃料極オフガスには水蒸気を含む二酸化炭素以外の成分が混在している。そこで、例えば、特許文献１には、燃料極オフガスを冷却して水蒸気を凝縮により除去する二酸化炭素の回収技術が開示されている。   When a carbon compound fuel is used in the fuel cell power generation system, carbon dioxide is contained in the fuel electrode off-gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack. Although this carbon dioxide is recovered, components other than carbon dioxide including water vapor are mixed in the fuel electrode off-gas. Therefore, for example, Patent Literature 1 discloses a technology for recovering carbon dioxide that cools the fuel electrode off-gas and removes water vapor by condensation.

特開２０１３−１９６８９０号公報JP 2013-196890 A

このように、凝縮により水蒸気を除去して二酸化炭素を分離する場合、有る程度のサイズ制限がある凝縮器において十分な凝縮を行うめには、冷却水が必要となる。この冷却水を供給するための冷熱生成を含めて、効率よく二酸化炭素を回収することが求められる。   As described above, in the case where carbon dioxide is separated by removing water vapor by condensation, cooling water is required to perform sufficient condensation in a condenser having a certain size restriction. Efficient recovery of carbon dioxide is required, including the generation of cold heat for supplying this cooling water.

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、効率よく二酸化炭素を回収することが可能な二酸化炭素回収型燃料電池発電システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above facts, and has as its object to provide a carbon dioxide capture type fuel cell power generation system capable of efficiently recovering carbon dioxide.

請求項１記載の発明に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、炭素化合物を含み燃料極へ供給される燃料ガスと、酸素を含み空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、前記燃料極から燃料極オフガスが送出され前記空気極から空気極オフガスが送出される燃料電池と、前記空気極オフガスが導入され、前記空気極オフガスを熱源として冷熱を生成する冷熱生成部と、酸素と前記燃料極オフガスとが供給され、前記燃料極オフガスを燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部から送出される燃焼オフガスを前記冷熱生成部からの冷熱により冷却して前記燃料極オフガス中の水蒸気を凝縮させる凝縮器と、を備えている。   The carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to the first aspect of the present invention generates power using a fuel gas containing a carbon compound and supplied to a fuel electrode, and an oxidizing gas containing oxygen and supplied to an air electrode, A fuel cell in which a fuel electrode off-gas is sent from the fuel electrode and an air electrode off-gas is sent from the air electrode; a cold-heat generating unit in which the air electrode off-gas is introduced and generates cold using the air electrode off-gas as a heat source; and oxygen. And the fuel electrode off-gas are supplied, and a combustion unit that burns the fuel electrode off-gas, and the combustion off-gas sent from the combustion unit is cooled by cold heat from the cold heat generating unit to remove water vapor in the fuel electrode off-gas. And a condenser for condensing.

請求項１に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、燃料電池を備えている。燃料電池では、燃料極へ供給された燃料ガスと空気極へ供給された酸化剤ガスにより発電が行われる。燃料極からは燃料極オフガスが送出され、空気極からは空気極オフガスが送出される。燃料極オフガスは、酸素と共に燃焼部へ供給されて燃焼し、燃焼部から燃焼オフガスが送出される。空気極オフガスは冷熱生成部へ導入され、冷熱生成部で空気極オフガスを熱源として冷熱が生成される。そして、冷熱生成部で生成された冷熱により、凝縮器で燃焼オフガスが冷却され、燃料極オフガス中の水蒸気が凝縮する。水蒸気が凝縮された後の燃焼オフガスを二酸化炭素として回収することができる。   The carbon dioxide capture type fuel cell power generation system according to claim 1 includes a fuel cell. In a fuel cell, power is generated by a fuel gas supplied to a fuel electrode and an oxidizing gas supplied to an air electrode. Fuel electrode off-gas is delivered from the fuel electrode, and air electrode off-gas is delivered from the air electrode. The fuel electrode off-gas is supplied to the combustion section together with oxygen and burns, and the combustion off-gas is delivered from the combustion section. The air electrode off-gas is introduced into the cold heat generator, and the cold heat generator generates cold heat using the air electrode off-gas as a heat source. Then, the combustion off-gas is cooled by the condenser by the cold generated in the cold-heat generating section, and the water vapor in the fuel electrode off-gas is condensed. The combustion off-gas after the water vapor has been condensed can be recovered as carbon dioxide.

空気極オフガスには、可燃ガスや回収用の二酸化炭素が含まれていないため、冷熱生成部への供給量を容易に調整して、効率よく冷熱を生成し、二酸化炭素を回収することができる。   Since the air electrode off-gas does not contain combustible gas or carbon dioxide for recovery, it is possible to easily adjust the amount of supply to the cold heat generation unit, generate cold heat efficiently, and recover carbon dioxide. .

請求項２に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、前記燃料電池は、第１燃料極へ前記燃料ガスが供給される第１燃料電池と、前記第１燃料極から送出された第１燃料極オフガスを燃料として発電すると共に第２燃料極から第２燃料極オフガスが前記燃料極オフガスとして送出される第２燃料電池を含んで形成され、前記第１燃料極オフガスを前記冷熱生成部からの冷熱により冷却して前記第１燃料極オフガス中の水蒸気を凝縮させて前記第２燃料極へ供給する燃料再生凝縮器、を備えている。   The fuel cell power generation system according to claim 2, wherein the fuel cell comprises a first fuel cell in which the fuel gas is supplied to a first fuel electrode, and a first fuel delivered from the first fuel electrode. A second fuel electrode is formed including a second fuel cell that generates power using the pole off-gas as fuel and sends the second fuel pole off-gas from the second fuel pole as the fuel pole off-gas. A fuel regeneration condenser that is cooled by cold heat to condense water vapor in the first fuel electrode off-gas and supplies the water vapor to the second fuel electrode.

請求項２に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムでは、燃料電池が、第１燃料電池と第２燃料電池を有する、多段式となっているので、未反応の燃料ガスを再利用することができ、発電効率を向上させることができる。また、燃料再生凝縮器で第１燃料極オフガス中の水蒸気を凝縮させて前記第２燃料極へ供給するので、第１燃料極オフガス中の未反応燃料ガス成分の濃度低下が少なくなり、第２燃料電池での発電効率の低下を抑制することができる。また、燃料再生凝縮器で第１燃料極オフガスを冷却するための冷熱が、空気極オフガスを熱源として冷熱生成部で生成されるので、効率よく冷熱を生成して燃料再生を行うことができる。   In the carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 2, since the fuel cell is a multi-stage type having the first fuel cell and the second fuel cell, it is possible to reuse the unreacted fuel gas. Power generation efficiency can be improved. Further, since the steam in the first fuel electrode off-gas is condensed by the fuel regeneration condenser and supplied to the second fuel electrode, a decrease in the concentration of the unreacted fuel gas component in the first fuel electrode off-gas is reduced, and A decrease in power generation efficiency of the fuel cell can be suppressed. Further, since the cold heat for cooling the first fuel electrode off-gas in the fuel regeneration condenser is generated in the cold heat generation unit using the air electrode off-gas as a heat source, it is possible to efficiently generate the cold heat and regenerate the fuel.

請求項３に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、前記空気極オフガスの一部が供給され、供給された前記空気極オフガスから酸素を分離して前記燃焼部へ供給する酸素分離部、を備えている。   The carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 3, further comprising: an oxygen separation unit to which a part of the air electrode offgas is supplied, oxygen is separated from the supplied air electrode offgas and supplied to the combustion unit. Have.

請求項３に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムでは、酸素分離部へ供給された空気極オフガスの一部から酸素を分離して燃焼に供するので、高温の酸素を燃焼部へ供給することができる。   In the carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to the third aspect, oxygen is separated from a part of the air electrode off-gas supplied to the oxygen separation unit and supplied for combustion, so that high-temperature oxygen can be supplied to the combustion unit. it can.

請求項４に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、前記燃料電池は、水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池（ＰＣＦＣ：Proton Ceramic Solid Oxide Fuel Cell）である。   In the carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 4, the fuel cell is a proton-conducting solid oxide fuel cell (PCFC).

請求項４に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムでは、燃料電池として水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池を用いているので、空気極側で水が生成され、空気極オフガスに水蒸気が含まれる。したがって、冷熱生成部では、空気極オフガスの顕熱に加え、熱交換により水蒸気が凝縮する際の潜熱も熱源として利用され、効率よく冷熱を生成することができる。   In the carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 4, since the hydrogen ion conduction type solid oxide fuel cell is used as the fuel cell, water is generated on the air electrode side, and water vapor is contained in the air electrode off gas. It is. Therefore, in the cold heat generation unit, in addition to the sensible heat of the air electrode off-gas, the latent heat when water vapor is condensed by heat exchange is also used as a heat source, and the cold heat can be efficiently generated.

請求項５に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、前記燃料電池は、酸素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）である。   In the carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 5, the fuel cell is an oxygen ion conduction type solid oxide fuel cell (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell).

酸素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池では、炭素化合物である一酸化炭素が発電反応に利用されるので、発電効率を向上させることができる。   In the oxygen ion conductive solid oxide fuel cell, carbon monoxide, which is a carbon compound, is used for the power generation reaction, so that power generation efficiency can be improved.

本発明に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムによれば、効率よく二酸化炭素を回収することができる。   According to the carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system of the present invention, carbon dioxide can be efficiently recovered.

第１実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。1 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a first embodiment. 第１実施形態に係る燃料電池発電システムの制御系のブロック図である。It is a block diagram of a control system of the fuel cell power generation system according to the first embodiment. 第１実施形態の流量調整処理のフローチャートである。It is a flowchart of the flow rate adjustment processing of the first embodiment. 第１実施形態の冷却水温度調整処理のフローチャートである。It is a flow chart of cooling water temperature adjustment processing of a 1st embodiment. 第２実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a second embodiment. 第３実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a third embodiment. 第４実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a fourth embodiment. 第５実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a fifth embodiment. 第６実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a sixth embodiment. 第７実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a seventh embodiment. 第８実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to an eighth embodiment. 第９実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a ninth embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

〔第１実施形態〕
図１には、本発明の二酸化炭素回収型燃料電池発電システムの一例としての第１実施形態に係る燃料電池発電システム１０Ａが示されている。燃料電池発電システム１０Ａは、主要な構成として、第１燃料電池セルスタック１２、第２燃料電池セルスタック１４、酸素透過膜付燃焼器２０、凝縮器２６、二酸化炭素回収タンク２８、第１熱交換器３０、第２熱交換器３２、排熱投入型吸収式冷凍機３６、水タンク２７を備えている。また、図２に示されるように、燃料電池発電システム１０Ａを制御する制御部４０を備えている。 [First Embodiment]
FIG. 1 shows a fuel cell power generation system 10A according to a first embodiment as an example of a carbon dioxide capture type fuel cell power generation system of the present invention. The fuel cell power generation system 10A mainly includes a first fuel cell stack 12, a second fuel cell stack 14, a combustor 20 with an oxygen permeable membrane, a condenser 26, a carbon dioxide recovery tank 28, and a first heat exchange. A heat exchanger 30, a second heat exchanger 32, a waste heat input type absorption refrigerator 36, and a water tank 27 are provided. Further, as shown in FIG. 2, a control unit 40 for controlling the fuel cell power generation system 10A is provided.

第１燃料電池セルスタック１２は、水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池（ＰＣＦＣ：Proton Ceramic Solid Oxide Fuel Cell）であり、電解質層１２Ｃと、当該電解質層１２Ｃの表裏面にそれぞれ積層された第１燃料極（燃料極）１２Ａ、及び第１空気極（空気極）１２Ｂと、を有している。   The first fuel cell stack 12 is a proton-conducting solid oxide fuel cell (PCFC), which is a hydrogen ion conductive solid oxide fuel cell. The first fuel cell stack 12 has an electrolyte layer 12C and second electrolyte layers 12C stacked on the front and back surfaces of the electrolyte layer 12C, respectively. It has one fuel electrode (fuel electrode) 12A and a first air electrode (air electrode) 12B.

なお、第２燃料電池セルスタック１４についての基本構成は、第１燃料電池セルスタック１２と同様であり、第１燃料極１２Ａに対応する第２燃料極１４Ａ、第１空気極１２Ｂに対応する第２空気極１４Ｂ、及び電解質層１２Ｃに対応する電解質層１４Ｃを有している。   The basic configuration of the second fuel cell stack 14 is the same as that of the first fuel cell stack 12, and the second fuel electrode 14A corresponding to the first fuel electrode 12A and the second fuel electrode 14B corresponding to the first air electrode 12B. It has two air electrodes 14B and an electrolyte layer 14C corresponding to the electrolyte layer 12C.

第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａには、燃料ガス管Ｐ１の一端が接続されており、燃料ガス管Ｐ１の他端は図示しないガス源に接続されている。ガス源からは、燃料供給ブロワＢ１により燃料ガスが第１燃料極１２Ａへ送出される。なお、本実施形態では、燃料ガスとしてメタンを用いるが、改質により水素を生成可能なガスであれば特に限定されず、炭化水素燃料を用いることができる。炭化水素燃料としては、天然ガス、ＬＰガス（液化石油ガス）、バイオガス、石炭改質ガス、低級炭化水素ガスなどが例示される。低級炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭素数４以下の低級炭化水素が挙げられ、本実施形態で用いるメタンが好ましい。なお、炭化水素燃料としては、上述した低級炭化水素ガスを混合したものであってもよく、上述した低級炭化水素ガスは天然ガス、都市ガス、ＬＰガス等のガスであってもよい。原料ガスに不純物が含まれる場合、脱硫器等が必要になるが、図では省略されている。   One end of a fuel gas pipe P1 is connected to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12, and the other end of the fuel gas pipe P1 is connected to a gas source (not shown). From the gas source, fuel gas is delivered to the first fuel electrode 12A by the fuel supply blower B1. In this embodiment, methane is used as the fuel gas. However, the fuel gas is not particularly limited as long as it can generate hydrogen by reforming, and a hydrocarbon fuel can be used. Examples of the hydrocarbon fuel include natural gas, LP gas (liquefied petroleum gas), biogas, coal reformed gas, and lower hydrocarbon gas. Examples of the lower hydrocarbon gas include lower hydrocarbons having 4 or less carbon atoms, such as methane, ethane, ethylene, propane, and butane. Methane used in the present embodiment is preferable. The hydrocarbon fuel may be a mixture of the above-mentioned lower hydrocarbon gas, and the above-mentioned lower hydrocarbon gas may be a gas such as natural gas, city gas, or LP gas. If the source gas contains impurities, a desulfurizer or the like is required, but is omitted in the figure.

燃料ガス管Ｐ１には、水蒸気管Ｐ２が合流接続されており、不図示の水蒸気源から、起動時や停止時などに、適宜水蒸気が送り込まれる。メタン及び水蒸気は燃料ガス管Ｐ１で合流され、第１燃料極１２Ａへ供給される。なお、本実施形態では、後述するように第２燃料極オフガスの一部が第１燃料極１２Ａへ戻されて水蒸気が再利用されるため、水蒸気管Ｐ２からの水蒸気は、燃料電池発電システム１０Ａの起動や停止工程において、必要時に補充的に供給される。   A steam pipe P2 is connected to the fuel gas pipe P1 so that steam is appropriately fed from a steam source (not shown) at the time of starting or stopping. Methane and water vapor are combined at the fuel gas pipe P1 and supplied to the first fuel electrode 12A. In the present embodiment, since a part of the second fuel electrode off-gas is returned to the first fuel electrode 12A and the steam is reused as described later, the steam from the steam pipe P2 is discharged from the fuel cell power generation system 10A. In the start-up and stop processes, the water is supplementarily supplied when necessary.

第１燃料極１２Ａでは、下記（１）式に示すように、燃料ガスが水蒸気改質され、水素と一酸化炭素が生成される。また、下記（２）式に示すように、生成された一酸化炭素と水とのシフト反応により二酸化炭素と水素が生成される。   At the first fuel electrode 12A, as shown in the following equation (1), the fuel gas is subjected to steam reforming to generate hydrogen and carbon monoxide. Further, as shown in the following formula (2), carbon dioxide and hydrogen are generated by a shift reaction between the generated carbon monoxide and water.

ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ …（１）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２ …（２） CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO (1)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (2)

そして、第１燃料極１２Ａにおいて、下記（３）式に示すように、水素が水素イオンと電子とに分離される。   Then, at the first fuel electrode 12A, hydrogen is separated into hydrogen ions and electrons as shown in the following equation (3).

（燃料極反応）
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−…（３） (Fuel electrode reaction)
H 2 → 2H + + 2e − (3)

水素イオンは、電解質層１２Ｃを通って第１空気極１２Ｂへ移動する。電子は、外部回路（不図示）を通って第１空気極へ移動する。これにより、第１燃料電池セルスタック１２において発電される。発電時に、第１燃料電池セルスタック１２は、発熱する。   The hydrogen ions move to the first air electrode 12B through the electrolyte layer 12C. The electrons move to the first cathode through an external circuit (not shown). Thereby, power is generated in the first fuel cell stack 12. During power generation, the first fuel cell stack 12 generates heat.

第１燃料電池セルスタック１２の第１空気極１２Ｂには、酸化剤ガス管Ｐ５から酸化剤ガス（空気）が供給される。酸化剤ガス管Ｐ５へは、酸化剤ガスブロワＢ２により空気が導入されている。酸化剤ガス管Ｐ５には、第２熱交換器３２が設けられており、酸化剤ガス管Ｐ５を流れる空気が、後述する空気極オフガス管Ｐ６を流れる空気極オフガスと熱交換により加熱される。加熱された空気は、第１空気極１２Ｂへ供給される。   The oxidizing gas (air) is supplied to the first air electrode 12B of the first fuel cell stack 12 from the oxidizing gas pipe P5. Air is introduced into the oxidizing gas pipe P5 by an oxidizing gas blower B2. The oxidizing gas pipe P5 is provided with a second heat exchanger 32, and the air flowing through the oxidizing gas pipe P5 is heated by heat exchange with an air electrode off-gas flowing through an air electrode off-gas pipe P6 described later. The heated air is supplied to the first air electrode 12B.

第１空気極１２Ｂでは、下記（４）式に示すように、電解質層１２Ｃを通って第１燃料極１２Ａから移動してきた水素イオン、外部回路を通って第１燃料極１２Ａから移動した電子が、酸化剤ガス中の酸素と反応して水蒸気が生成される。   At the first air electrode 12B, as shown in the following equation (4), hydrogen ions that have moved from the first fuel electrode 12A through the electrolyte layer 12C and electrons that have moved from the first fuel electrode 12A through the external circuit are: Reacts with oxygen in the oxidant gas to generate water vapor.

（空気極反応）
２Ｈ＋＋２ｅ−＋１／２Ｏ２ →Ｈ２Ｏ …（４） (Air cathode reaction)
2H + + 2e − + ＯO 2 → H 2 O (4)

また、第１空気極１２Ｂには、空気極オフガス管Ｐ６が接続されている。第１空気極１２Ｂから空気極オフガス管Ｐ６へ空気極オフガスが排出される。なお、酸化剤ガス管Ｐ５及び空気極オフガス管Ｐ６は、第２空気極１４Ｂとも同様に接続されており、第１空気極１２Ｂ及び第２空気極１４Ｂは、並列的に接続されている。   An air electrode off-gas pipe P6 is connected to the first air electrode 12B. The air electrode off-gas is discharged from the first air electrode 12B to the air electrode off-gas pipe P6. Note that the oxidizing gas pipe P5 and the air electrode off-gas pipe P6 are similarly connected to the second air electrode 14B, and the first air electrode 12B and the second air electrode 14B are connected in parallel.

第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａには第１燃料極オフガス管Ｐ７の一端が接続されており、第１燃料極オフガス管Ｐ７の他端は第２燃料電池セルスタック１４の第２燃料極１４Ａに接続されている。第１燃料極１２Ａから第１燃料極オフガス管Ｐ７へ第１燃料極オフガスが送出される。燃料極オフガスには、未改質の燃料ガス成分、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気等が含まれている。   One end of a first fuel electrode off-gas pipe P7 is connected to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12, and the other end of the first fuel electrode off-gas pipe P7 is connected to the first fuel electrode off-gas pipe P7. Two fuel electrodes 14A are connected. The first fuel electrode off-gas is sent from the first fuel electrode 12A to the first fuel electrode off-gas pipe P7. The fuel electrode off-gas contains unreformed fuel gas components, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, and the like.

第２燃料電池セルスタック１４の第２燃料極１４Ａには、第２燃料極オフガス管Ｐ７−２の一端が接続されており、第２燃料極１４Ａから、第２燃料極オフガスが送出される。第２燃料極オフガス管Ｐ７−２の他端は、酸素透過膜付燃焼器２０と接続されている。第２燃料極オフガス管Ｐ７−２からは、循環ガス管Ｐ３が分岐されており、循環ガス管Ｐ３は、第１燃料極１２Ａへ接続される燃料ガス管Ｐ１と接続されている。循環ガス管Ｐ３には、循環ガスブロアＢ３が設けられている。   One end of a second fuel electrode off-gas pipe P7-2 is connected to the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14, and the second fuel electrode off-gas is delivered from the second fuel electrode 14A. The other end of the second fuel electrode off-gas pipe P7-2 is connected to the combustor 20 with the oxygen permeable membrane. A circulating gas pipe P3 is branched from the second fuel electrode off-gas pipe P7-2, and the circulating gas pipe P3 is connected to a fuel gas pipe P1 connected to the first fuel electrode 12A. A circulation gas blower B3 is provided in the circulation gas pipe P3.

第２燃料電池セルスタック１４では、第１燃料電池セルスタック１２と同様の発電反応が行われ、第２空気極１４Ｂから空気極オフガス管Ｐ６へ空気極オフガスが送出される。第２空気極１４Ｂと接続された空気極オフガス管Ｐ６は、第１空気極１２Ｂと接続された空気極オフガス管Ｐ６との合流部よりも上流側で分岐されており、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２が形成されている。分岐空気極オフガス管Ｐ６−２には、流量調整可能な流量調整バルブ４２が設けられている。流量調整バルブ４２は、制御部４０と接続されている。流量調整バルブ４２は、制御部４０により制御され、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐する空気極オフガス流量が調整される。分岐空気極オフガス管Ｐ６−２の下流端は、酸素透過膜付燃焼器２０と接続されている。   In the second fuel cell stack 14, a power generation reaction similar to that of the first fuel cell stack 12 is performed, and the air electrode off-gas is sent from the second air electrode 14B to the air electrode off-gas pipe P6. The air electrode off-gas pipe P6 connected to the second air electrode 14B is branched upstream from a junction with the air electrode off-gas pipe P6 connected to the first air electrode 12B, and the branched air electrode off-gas pipe P6 is formed. -2 is formed. The branch air electrode off-gas pipe P6-2 is provided with a flow rate adjusting valve 42 capable of adjusting the flow rate. The flow control valve 42 is connected to the control unit 40. The flow rate adjusting valve 42 is controlled by the control unit 40, and adjusts the flow rate of the air electrode off-gas branched to the branch air electrode off-gas pipe P6-2. The downstream end of the branch air electrode off-gas pipe P6-2 is connected to the combustor 20 with an oxygen permeable membrane.

酸素透過膜付燃焼器２０は、多重円筒状とされており、多重円筒の外周筒を形成する燃焼部２２と、燃焼部２２の径方向内側に配置された酸素分離部２４を有している。燃焼部２２内には、燃焼空間２２Ａが形成されている。   The combustor 20 with an oxygen permeable membrane has a multi-cylindrical shape, and has a combustion part 22 forming an outer peripheral cylinder of the multi-cylinder, and an oxygen separation part 24 arranged radially inside the combustion part 22. . A combustion space 22 </ b> A is formed in the combustion section 22.

酸素分離部２４は、燃焼部２２の径方向内側に配置されており、燃焼空間２２Ａに隣接して空気流路２４Ａが形成されている。空気流路２４Ａと燃焼空間２２Ａとは、酸素透過膜２３により仕切られている。酸素透過膜２３には、例えば、ＬＳＣＦなどの電子と酸素イオンの混合導電性セラミクスや、ＹＳＺなどの酸素イオン導電性のセラミクス緻密膜を用いることができる。第２燃料極オフガス管Ｐ７−２の他端は、燃焼空間２２Ａの入口に接続され、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２の下流端は、空気流路２４Ａの入口に接続されている。燃焼空間２２Ａの内部には、酸化触媒が配されている。酸化触媒としては、例えば、ニッケルやルテニウムなどを用いることができる。   The oxygen separation unit 24 is disposed radially inside the combustion unit 22 and has an air flow passage 24A formed adjacent to the combustion space 22A. The air passage 24A and the combustion space 22A are separated by an oxygen permeable film 23. As the oxygen permeable film 23, for example, a mixed conductive ceramic of electrons and oxygen ions such as LSCF or a dense ceramic film of oxygen ions conductive such as YSZ can be used. The other end of the second fuel electrode off-gas pipe P7-2 is connected to the inlet of the combustion space 22A, and the downstream end of the branch air electrode off-gas pipe P6-2 is connected to the inlet of the air flow path 24A. An oxidation catalyst is arranged inside the combustion space 22A. As the oxidation catalyst, for example, nickel or ruthenium can be used.

第２空気極オフガスは、空気流路２４Ａに供給され、第２空気極オフガスに含まれている酸素が酸素透過膜２３を透過して燃焼空間２２Ａへ移動する。燃焼空間２２Ａへ移動しない第２空気極オフガスは、空気流路２４Ａの出口側に接続された排気管Ｐ１２から外部へ排気される。   The second air electrode off-gas is supplied to the air flow path 24A, and oxygen contained in the second air electrode off-gas passes through the oxygen permeable membrane 23 and moves to the combustion space 22A. The second air electrode off-gas that does not move to the combustion space 22A is exhausted to the outside from an exhaust pipe P12 connected to the outlet side of the air flow path 24A.

第２燃料極オフガスは、燃焼空間２２Ａに供給され、酸素分離部２４から酸素透過膜２３を透過して移動した酸素と混合される。これにより、酸化触媒を介して、第２燃料極オフガス中の可燃ガス成分（未改質のメタン、未反応の水素、未反応の一酸化炭素等）と酸素とで燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。燃焼空間２２Ａの出口側には、燃焼オフガス管Ｐ８が接続されており、燃焼空間２２Ａから燃焼オフガスが送出される。   The second fuel electrode off-gas is supplied to the combustion space 22A, and is mixed with the oxygen that has passed through the oxygen permeable membrane 23 from the oxygen separator 24 and moved. Thus, a combustion reaction occurs between the combustible gas components (unreformed methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) and oxygen in the second fuel electrode off-gas via the oxidation catalyst, and carbon dioxide is generated. And steam are generated. The combustion off-gas pipe P8 is connected to the outlet side of the combustion space 22A, and the combustion off-gas is discharged from the combustion space 22A.

燃焼オフガス管Ｐ８は、第１熱交換器３０を経由し、他端が凝縮器２６に接続されている。第１熱交換器３０では、燃料ガスと燃焼オフガスとの熱交換により、燃料ガスが加熱される。凝縮器２６には、冷却水循環流路２６Ａが配管されており、後述する排熱投入型吸収式冷凍機３６からの冷却水がポンプ２６Ｐの駆動により循環供給され、燃焼オフガスが冷却される。これにより、燃焼オフガス中の水蒸気が凝縮する。凝縮した水は水配管Ｐ９を介して水タンク２７へ送出される。水タンク２７には、配管Ｐ１１の一端が接続されており、配管Ｐ１１の他端は、２分岐されて、冷却塔３８及び冷却水循環流路２６Ａと接続されている。   The other end of the combustion off-gas pipe P8 is connected to the condenser 26 via the first heat exchanger 30. In the first heat exchanger 30, the fuel gas is heated by heat exchange between the fuel gas and the combustion off-gas. The condenser 26 is provided with a cooling water circulation flow path 26A, and cooling water from an exhaust heat input type absorption refrigerator 36 to be described later is circulated and supplied by driving a pump 26P to cool the combustion off-gas. Thereby, the water vapor in the combustion off-gas condenses. The condensed water is sent out to the water tank 27 via the water pipe P9. One end of a pipe P11 is connected to the water tank 27, and the other end of the pipe P11 is branched into two and connected to a cooling tower 38 and a cooling water circulation flow path 26A.

水蒸気が分離除去された燃焼オフガスは、二酸化炭素ガス管Ｐ１０へ送出される。凝縮器２６で水（液相）が除去された燃焼オフガスは、二酸化炭素濃度の高いガスとなっており、当該燃焼オフガスを二酸化炭素リッチガスと称する。二酸化炭素ガス管Ｐ１０には、組成検出部４４が設けられている。組成検出部４４では、凝縮器２６から送出された二酸化炭素リッチガスの組成が検出される。具体的には、メタン、一酸化炭素、水素などの可燃ガスの濃度、二酸化炭素、酸素の各々の濃度が検出される。組成検出部４４は、制御部４０と接続されており、検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報が制御部４０へ送信される。   The combustion off-gas from which the water vapor has been separated and removed is sent to a carbon dioxide gas pipe P10. The combustion offgas from which water (liquid phase) has been removed by the condenser 26 is a gas having a high carbon dioxide concentration, and the combustion offgas is referred to as a carbon dioxide rich gas. A composition detector 44 is provided in the carbon dioxide gas pipe P10. The composition detecting section 44 detects the composition of the carbon dioxide-rich gas sent from the condenser 26. Specifically, the concentrations of combustible gas such as methane, carbon monoxide, and hydrogen, and the concentrations of carbon dioxide and oxygen are detected. The composition detection unit 44 is connected to the control unit 40, and the composition information of the detected carbon dioxide-rich gas is transmitted to the control unit 40.

二酸化炭素ガス管Ｐ１０は、組成検出部４４よりも下流側で分岐されており、分岐の一方の二酸化炭素ガス管Ｐ１０−１は二酸化炭素回収タンク２８へ接続されている。分岐の他方の二酸化炭素ガス管Ｐ１０−２は、二酸化炭素供給ライン２９へ接続されている。二酸化炭素ガス管Ｐ１０−１及び二酸化炭素ガス管Ｐ１０−２には、開閉バルブＶ１、Ｖ２が各々に設けられている。二酸化炭素ガス管Ｐ１０の前述した分岐よりも上流側には、二酸化炭素用ブロアＢ４が設けられている。   The carbon dioxide gas pipe P10 is branched on the downstream side of the composition detecting section 44, and one of the branched carbon dioxide gas pipes P10-1 is connected to the carbon dioxide recovery tank 28. The other carbon dioxide gas pipe P10-2 of the branch is connected to the carbon dioxide supply line 29. The carbon dioxide gas pipe P10-1 and the carbon dioxide gas pipe P10-2 are provided with opening / closing valves V1 and V2, respectively. A carbon dioxide blower B4 is provided upstream of the branch of the carbon dioxide gas pipe P10.

第１空気極１２Ｂ及び第２空気極１４Ｂからの空気極オフガス管Ｐ６が合流された合流部よりも下流側には、第２熱交換器３２が設けられている。第２熱交換器３２では、空気極オフガス管Ｐ６を流れる空気極オフガスと酸化剤ガス管Ｐ５を流れる酸化剤ガスとの間で熱交換が行われ、酸化剤ガスが加熱され、空気極オフガスが冷却される。空気極オフガスは、第２熱交換器３２を経て、排熱投入型吸収式冷凍機３６へ供給される。   A second heat exchanger 32 is provided downstream of the junction where the air electrode off-gas pipes P6 from the first air electrode 12B and the second air electrode 14B are merged. In the second heat exchanger 32, heat exchange is performed between the air electrode off-gas flowing through the air electrode off-gas pipe P6 and the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas pipe P5, the oxidizing gas is heated, and the air electrode off-gas is generated. Cooled. The air electrode off-gas is supplied to the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 through the second heat exchanger 32.

排熱投入型吸収式冷凍機３６は、排熱を用いて冷熱を生成するヒートポンプであり、一例として蒸気／排熱投入型吸収式冷凍機を用いることができる。蒸気／排熱投入型吸収式冷凍機では、空気極オフガスの熱により、水蒸気を吸収した吸収液（例えば、臭化リチウム水溶液やアンモニア水溶液）を加熱することにより吸収液から水を分離させて再生する。吸収液を加熱して冷却された空気極オフガスは、水蒸気が凝縮され、凝縮水は水配管Ｐ３６−２により水タンク２７へ供給される。水蒸気が凝縮除去された後の空気極オフガスは、排気管Ｐ３６−１に送出され、排熱投入型吸収式冷凍機３６の外部に排気される。   The exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is a heat pump that generates cold heat using the exhaust heat, and for example, a steam / exhaust heat input type absorption refrigerator can be used. In a steam / exhaust heat input absorption refrigerator, the absorption liquid (for example, aqueous lithium bromide solution or aqueous ammonia solution) that has absorbed water vapor is heated by the heat of the air electrode off-gas to separate water from the absorption liquid and regenerate it. I do. Water vapor is condensed in the air electrode off-gas cooled by heating the absorbing liquid, and the condensed water is supplied to the water tank 27 through the water pipe P36-2. The air electrode off-gas from which the water vapor has been condensed and removed is sent to the exhaust pipe P36-1, and is exhausted to the outside of the exhaust heat input type absorption refrigerator 36.

加熱により再生された吸収液は、水蒸気を吸収することにより水の蒸発を促進し、冷熱の生成に寄与する。排熱投入型吸収式冷凍機３６は、放熱回路３７を介して冷却塔３８と接続されている。放熱回路３７には、ポンプ３７Ｐが設置されており、ポンプ３７Ｐにより放熱回路３７に冷却水が供給される。排熱投入型吸収式冷凍機３６で吸収液が水蒸気を吸収するときに生じる吸収熱は、放熱回路３７を流れる冷却水を介して冷却塔３８から大気へ放出される。   The absorbing liquid regenerated by heating absorbs water vapor to promote the evaporation of water and contributes to the generation of cold. The exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is connected to a cooling tower 38 via a heat radiation circuit 37. A pump 37P is provided in the heat radiation circuit 37, and the pump 37P supplies cooling water to the heat radiation circuit 37. Absorbed heat generated when the absorbing liquid absorbs water vapor in the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is released from the cooling tower 38 to the atmosphere via cooling water flowing through the heat radiation circuit 37.

排熱投入型吸収式冷凍機３６で生成された冷熱は、冷却水循環流路２６Ａを流れる冷却水を介して凝縮器２６へ送られ、凝縮器２６で燃焼オフガスが冷却され、さらに燃焼オフガス中の水蒸気が凝縮除去される。   The cold generated by the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is sent to the condenser 26 through the cooling water flowing through the cooling water circulation channel 26A, and the combustion off-gas is cooled by the condenser 26. Water vapor is condensed and removed.

水タンク２７は、冷却水循環流路２６Ａ、放熱回路３７、及び、排熱投入型吸収式冷凍機３６の熱媒としての水が流れる熱媒流路（不図示）と接続されている。冷却水循環流路２６Ａ、放熱回路３７、及び、熱媒流路では、水が不足した場合に、水タンク２７から適宜水が補充される。   The water tank 27 is connected to a cooling water circulation flow path 26A, a heat radiation circuit 37, and a heat medium flow path (not shown) through which water as a heat medium of the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 flows. In the cooling water circulation flow path 26A, the heat radiation circuit 37, and the heat medium flow path, when water is insufficient, water is appropriately replenished from the water tank 27.

制御部４０は燃料電池発電システム１０Ａの全体を制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリ等を含んで構成されている。メモリには、後述する流量調整処理、冷却水温度調整処理や、通常運転時の処理に必要なデータや手順等が記憶されている。図２に示されるように、制御部４０は、流量調整バルブ４２、組成検出部４４、排熱投入型吸収式冷凍機３６、開閉バルブＶ１、開閉バルブＶ２と接続されている。流量調整バルブ４２、組成検出部４４、排熱投入型吸収式冷凍機３６、開閉バルブＶ１、開閉バルブＶ２は、制御部４０により制御される。なお、図２は、燃料電池発電システム１０Ａにおける制御部４０の接続関係の一部を示すものであり、図２では図示していないが、制御部４０は他の機器とも接続されている。   The control unit 40 controls the entire fuel cell power generation system 10A, and includes a CPU, a ROM, a RAM, a memory, and the like. The memory stores data, procedures, and the like necessary for a flow rate adjustment process, a cooling water temperature adjustment process, and a process during normal operation, which will be described later. As shown in FIG. 2, the control unit 40 is connected to the flow control valve 42, the composition detecting unit 44, the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, the open / close valve V1, and the open / close valve V2. The control unit 40 controls the flow control valve 42, the composition detection unit 44, the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, the open / close valve V1, and the open / close valve V2. FIG. 2 shows a part of the connection relationship of the control unit 40 in the fuel cell power generation system 10A. Although not shown in FIG. 2, the control unit 40 is also connected to other devices.

燃料電池発電システム１０Ａにおいて、ポンプ、ブロワ、その他の補機は、燃料電池発電システム１０Ａで発電された電力により駆動される。燃料電池発電システム１０Ａで発電された電力を直流のままで交流に変換することなく効率よく利用するために、補機は直流電流により駆動するものであることが好ましい。   In the fuel cell power generation system 10A, a pump, a blower, and other accessories are driven by the power generated by the fuel cell power generation system 10A. In order to efficiently use the electric power generated by the fuel cell power generation system 10A without converting it into a direct current, the auxiliary machine is preferably driven by a direct current.

次に、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａの動作について説明する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment will be described.

燃料電池発電システム１０Ａにおいては、燃料供給ブロワＢ１により、ガス源からメタンが燃料ガス管Ｐ１へ送出され、第１熱交換器３０を経ることで加熱され、第１燃料極１２Ａへ供給される。水蒸気管Ｐ２からは、水蒸気改質用の水蒸気が燃料ガス管Ｐ１を介して第１燃料極１２Ａへ供給される。なお、水蒸気の供給は、起動時及び不足時であり、定格運転時には、後述するように、循環ガス管Ｐ３から戻される第２燃料極オフガス中の水蒸気が改質水として利用される。   In the fuel cell power generation system 10A, methane is sent from the gas source to the fuel gas pipe P1 by the fuel supply blower B1, is heated by passing through the first heat exchanger 30, and is supplied to the first fuel electrode 12A. From the steam pipe P2, steam for steam reforming is supplied to the first fuel electrode 12A via the fuel gas pipe P1. The supply of steam is performed at the time of start-up and at the time of shortage. At the time of rated operation, the steam in the second fuel electrode off-gas returned from the circulation gas pipe P3 is used as reforming water, as described later.

第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａでは、燃料ガスが水蒸気改質され、水素と一酸化炭素が生成される。また、生成された一酸化炭素と水とのシフト反応により二酸化炭素と水素が生成される。   At the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12, the fuel gas is subjected to steam reforming to generate hydrogen and carbon monoxide. In addition, carbon dioxide and hydrogen are generated by a shift reaction between the generated carbon monoxide and water.

第１燃料電池セルスタック１２の第１空気極１２Ｂには、空気が酸化剤ガス管Ｐ５を経て供給される。第１燃料電池セルスタック１２では、第１燃料極１２Ａ及び第１空気極１２Ｂにおいて水素イオンが移動すると共に前述の反応が生じ、発電が行われる。第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａからは、第１燃料極オフガス管Ｐ７へ第１燃料極オフガスが送出される。また、第１空気極１２Ｂからは、空気極オフガス管Ｐ６へ空気極オフガスが送出される。   Air is supplied to the first air electrode 12B of the first fuel cell stack 12 via the oxidizing gas pipe P5. In the first fuel cell stack 12, hydrogen ions move in the first fuel electrode 12A and the first air electrode 12B, and the above-described reaction occurs to generate power. From the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12, the first fuel electrode off-gas is delivered to the first fuel electrode off-gas pipe P7. Further, the air electrode off-gas is sent from the first air electrode 12B to the air electrode off-gas pipe P6.

第１燃料極１２Ａから送出された第１燃料極オフガスは、第１燃料極オフガス管Ｐ７に導かれ、第２燃料電池セルスタック１４の第２燃料極１４Ａへ供給される。第２燃料電池セルスタック１４の第２空気極１４Ｂには、空気が酸化剤ガス管Ｐ５を経て供給される。第２燃料電池セルスタック１４でも第１燃料電池セルスタック１２と同様に発電が行われる。第２燃料電池セルスタック１４の第２燃料極１４Ａからは、第２燃料極オフガス管Ｐ７−２へ第２燃料極オフガスが送出される。また、第２空気極１４Ｂからは、空気極オフガス管Ｐ６へ空気極オフガスが送出される。第２空気極１４Ｂから送出された空気極オフガスは、一部が分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐され、その他は第１空気極１２Ｂから送出された空気極オフガスと合流される。   The first fuel electrode off-gas sent from the first fuel electrode 12A is guided to the first fuel electrode off-gas pipe P7 and supplied to the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14. Air is supplied to the second air electrode 14B of the second fuel cell stack 14 via the oxidizing gas pipe P5. The second fuel cell stack 14 also generates power similarly to the first fuel cell stack 12. The second fuel electrode off-gas is delivered from the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14 to the second fuel electrode off-gas pipe P7-2. Further, the air electrode off-gas is sent from the second air electrode 14B to the air electrode off-gas pipe P6. A part of the air electrode off-gas sent from the second air electrode 14B is branched to the branch air electrode off-gas pipe P6-2, and the other part is combined with the air electrode off-gas sent from the first air electrode 12B.

空気極オフガスは、第２熱交換器３２を経て排熱投入型吸収式冷凍機３６へ供給される。第２熱交換器３２では、空気極オフガスと酸化剤ガスとの間で熱交換が行われ、空気極オフガスによって酸化剤ガスが加熱される。排熱投入型吸収式冷凍機３６では、前述のように、空気極オフガスの熱を利用して冷熱が生成される。   The air electrode off-gas is supplied to the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 through the second heat exchanger 32. In the second heat exchanger 32, heat exchange is performed between the air electrode off-gas and the oxidizing gas, and the oxidizing gas is heated by the air electrode off-gas. In the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, as described above, cold heat is generated using the heat of the air electrode off-gas.

第２燃料極オフガスは、一部が循環ガス管Ｐ３へ分岐し、第１燃料極１２Ａへ戻される。その他の第２燃料極オフガスは、酸素透過膜付燃焼器２０の燃焼部２２へ供給され、燃焼空間２２Ａを流れる。   A part of the second fuel electrode off-gas branches to the circulation gas pipe P3, and is returned to the first fuel electrode 12A. The other second fuel electrode off-gas is supplied to the combustion section 22 of the combustor 20 with the oxygen permeable membrane, and flows through the combustion space 22A.

分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐された空気極オフガスは、酸素透過膜付燃焼器２０の酸素分離部２４へ供給される。酸素分離部２４へ供給された空気極オフガスは、空気流路２４Ａを流れる。空気流路２４Ａにおいて、空気極オフガスに含まれる酸素は、酸素透過膜２３を透過して燃焼空間２２Ａ側へ移動する。燃焼空間２２Ａでは、第２燃料極オフガス中の可燃ガス（メタン、水素、一酸化炭素等）と酸素の燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。二酸化炭素及び水蒸気を含む燃焼オフガスは、燃焼空間２２Ａから燃焼オフガス管Ｐ８へ送出される。燃焼オフガス管Ｐ８へ送出された燃焼オフガスは、第１熱交換器３０を経て凝縮器２６へ供給される。   The air electrode off-gas branched to the branch air electrode off-gas pipe P6-2 is supplied to the oxygen separator 24 of the combustor 20 with the oxygen permeable membrane. The air electrode off-gas supplied to the oxygen separation unit 24 flows through the air flow path 24A. In the air passage 24A, oxygen contained in the air electrode off-gas passes through the oxygen permeable membrane 23 and moves to the combustion space 22A side. In the combustion space 22A, a combustion reaction of combustible gas (methane, hydrogen, carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas and oxygen occurs, and carbon dioxide and water vapor are generated. The combustion off-gas containing carbon dioxide and water vapor is sent from the combustion space 22A to the combustion off-gas pipe P8. The combustion off-gas sent to the combustion off-gas pipe P8 is supplied to the condenser 26 via the first heat exchanger 30.

凝縮器２６へ供給された燃焼オフガスは、冷却水循環流路２６Ａを介して循環供給される排熱投入型吸収式冷凍機３６からの冷却水により冷却され、燃焼オフガス内の水蒸気が凝縮される。凝縮された水は水配管Ｐ９を介して水タンク２７へ送出される。水タンク２７には、水が貯留され、当該貯留水により、冷却塔３８の放熱回路３７及び排熱投入型吸収式冷凍機３６の冷却水循環流路２６Ａにおける冷却水が適宜補充される。   The combustion off-gas supplied to the condenser 26 is cooled by the cooling water from the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 circulated and supplied through the cooling water circulation passage 26A, and the steam in the combustion off-gas is condensed. The condensed water is sent out to the water tank 27 via the water pipe P9. Water is stored in the water tank 27, and the stored water appropriately replenishes the cooling water in the cooling water circulation channel 26A of the heat radiation circuit 37 of the cooling tower 38 and the exhaust heat input type absorption refrigerator 36.

凝縮器２６で水蒸気が除去された燃焼オフガスは、二酸化炭素濃度の高い二酸化炭素リッチガスとなり、二酸化炭素用ブロアＢ４により二酸化炭素ガス管Ｐ１０へ送出され、組成検出部４４に送られる。組成検出部４４では、二酸化炭素リッチガスの組成が検出され、検出された情報が制御部４０へ送信される。   The combustion off-gas from which the water vapor has been removed by the condenser 26 becomes a carbon dioxide-rich gas having a high carbon dioxide concentration, is sent to the carbon dioxide gas pipe P10 by the carbon dioxide blower B4, and is sent to the composition detecting unit 44. The composition detector 44 detects the composition of the carbon dioxide-rich gas, and transmits the detected information to the controller 40.

制御部４０は、組成検出部４４から送信された組成情報に基づいて、流量調整バルブ４２を制御して分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐する空気極オフガス量を調整すると共に、排熱投入型吸収式冷凍機３６で冷却水循環流路２６Ａへ送る冷却水の温度を制御する。具体的には、制御部４０では、以下の流量調整処理、冷却水温度調整処理が実行される。   The control unit 40 controls the flow rate adjustment valve 42 based on the composition information transmitted from the composition detection unit 44 to adjust the amount of the air electrode off-gas branched to the branch air electrode off-gas pipe P6-2 and to input the exhaust heat. The temperature of the cooling water sent to the cooling water circulation flow path 26A is controlled by the type absorption refrigerator 36. Specifically, the control unit 40 executes the following flow rate adjustment processing and cooling water temperature adjustment processing.

図３に示されるように、流量調整処理では、ステップＳ１０で、組成検出部４４で検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報において、可燃ガスの濃度が閾値Ｇ１以内かどうかを判断する。ここで、閾値Ｇ１は、二酸化炭素リッチガスにおいて十分に低い濃度であり０．１〜５ｖｏｌ％程度を設定することができ、０．１〜１ｖｏｌ％の範囲であることがより好ましい。可燃ガスの濃度が閾値Ｇ１よりも高い場合には、ステップＳ１２で流量調整バルブ４２を制御して、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐する空気極オフガスの流量を増加させる。これにより、酸素透過膜２３を透過して燃焼空間２２Ａへ移動する酸素の量が増加し、燃焼空間２２Ａで燃焼反応させることにより、二酸化炭素リッチガスに含まれる可燃ガスを減少させることができる。   As shown in FIG. 3, in the flow rate adjustment processing, in step S10, it is determined whether or not the concentration of the combustible gas is within the threshold value G1 in the composition information of the carbon dioxide-rich gas detected by the composition detection unit 44. Here, the threshold value G1 is a sufficiently low concentration in the carbon dioxide-rich gas, and can be set to about 0.1 to 5 vol%, and more preferably 0.1 to 1 vol%. If the concentration of the combustible gas is higher than the threshold value G1, the flow control valve 42 is controlled in step S12 to increase the flow rate of the air electrode off-gas branched to the branch air electrode off-gas pipe P6-2. Thereby, the amount of oxygen that permeates the oxygen permeable membrane 23 and moves to the combustion space 22A increases, and the combustion reaction in the combustion space 22A can reduce the combustible gas contained in the carbon dioxide-rich gas.

ステップＳ１０で、可燃ガスの濃度が閾値Ｇ１以下の場合には、ステップＳ１４で、組成検出部４４で検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報において、酸素の濃度が閾値Ｏ１以内かどうかを判断する。ここで、閾値Ｏ１は、二酸化炭素リッチガスにおいて十分に低い濃度であり０．１〜５ｖｏｌ％程度を設定することができる。酸素の濃度が閾値Ｏ１よりも高い場合には、ステップＳ１６で流量調整バルブ４２を制御して、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐する空気極オフガスの流量を減少させる。これにより、酸素透過膜２３を透過して燃焼空間２２Ａへ移動する酸素の量が減少し、燃焼空間２２Ａで燃焼反応に供されずに残る酸素を減少させることができる。   If the combustible gas concentration is equal to or less than the threshold value G1 in step S10, it is determined in step S14 whether the oxygen concentration is within the threshold value O1 in the composition information of the carbon dioxide-rich gas detected by the composition detection unit 44. Here, the threshold value O1 is a sufficiently low concentration in the carbon dioxide-rich gas, and can be set to about 0.1 to 5 vol%. If the oxygen concentration is higher than the threshold value O1, the flow control valve 42 is controlled in step S16 to reduce the flow rate of the air electrode off-gas branched to the branch air electrode off-gas pipe P6-2. Thus, the amount of oxygen that permeates the oxygen permeable film 23 and moves to the combustion space 22A decreases, and oxygen remaining without being subjected to the combustion reaction in the combustion space 22A can be reduced.

ステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６の後、ステップＳ１０へ戻り、前述の処理を繰り返す。この流量調整処理は、燃料電池発電システム１０Ａの運転開始により開始され、運転中は継続され、運転停止により終了する。   After steps S12, S14, and S16, the process returns to step S10, and the above-described processing is repeated. This flow adjustment process is started when the operation of the fuel cell power generation system 10A is started, is continued during the operation, and ends when the operation is stopped.

また、図４に示されるように、凝縮量調整処理では、ステップＳ２０で、組成検出部４４で検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報において、水蒸気の濃度が閾値Ｍ以内かどうかを判断する。ここで、閾値Ｍは、二酸化炭素リッチガスにおいて十分に低い濃度であり０．１〜５ｖｏｌ％程度を設定することができ、０．１〜１ｖｏｌ％の範囲であることがより好ましい。水蒸気の濃度が閾値Ｍよりも高い場合には、ステップＳ２２で、凝縮強化を行う。具体的には、排熱投入型吸収式冷凍機３６を制御して冷却水循環流路２６Ａへ送る冷却水の温度を低下させたり、冷却水の循環流量を増加させたりする。これにより、凝縮器２６で凝縮により燃焼オフガスから分離される水の量が増加し、二酸化炭素リッチガスに含有される水蒸気の割合を小さくすることができる。   Further, as shown in FIG. 4, in the condensation amount adjustment processing, it is determined in step S20 whether or not the concentration of water vapor is within the threshold M in the composition information of the carbon dioxide rich gas detected by the composition detection unit 44. Here, the threshold value M is a sufficiently low concentration in the carbon dioxide-rich gas, and can be set to about 0.1 to 5 vol%, and more preferably 0.1 to 1 vol%. When the concentration of the water vapor is higher than the threshold value M, in step S22, the condensation is strengthened. Specifically, the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is controlled to lower the temperature of the cooling water sent to the cooling water circulation channel 26A, or to increase the circulation flow rate of the cooling water. As a result, the amount of water separated from the combustion off-gas by condensation in the condenser 26 increases, and the proportion of water vapor contained in the carbon dioxide-rich gas can be reduced.

ステップＳ２０、Ｓ２２の後、ステップＳ２０へ戻り、前述の処理を繰り返す。本凝縮量調整処理は、燃料電池発電システム１０Ａの運転開始により開始され、運転中は継続され、運転停止により終了する。   After steps S20 and S22, the process returns to step S20, and the above-described processing is repeated. This condensed amount adjustment processing is started when the operation of the fuel cell power generation system 10A is started, is continued during the operation, and ends when the operation is stopped.

二酸化炭素ガス管Ｐ１０へ送出された二酸化炭素リッチガスは、要求に応じて二酸化炭素回収タンク２８、または、二酸化炭素供給ラインへ送られる。二酸化炭素回収タンク２８へ送られる場合には、開閉バルブＶ１を開放、開閉バルブＶ２を閉鎖する。二酸化炭素ラインへ送られる場合には、開閉バルブＶ１を閉鎖、開閉バルブＶ２を開放する。   The carbon dioxide rich gas sent to the carbon dioxide gas pipe P10 is sent to the carbon dioxide recovery tank 28 or the carbon dioxide supply line as required. When sent to the carbon dioxide recovery tank 28, the open / close valve V1 is opened and the open / close valve V2 is closed. When sent to the carbon dioxide line, the on / off valve V1 is closed and the on / off valve V2 is opened.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、第２燃料電池セルスタック１４の第２燃料極１４Ａから送出された第２燃料極オフガスが燃焼部２２で燃焼されるので、第２燃料電池セルスタック１４での発電に供される前の第１燃料極オフガスを燃焼する場合と比較して、第２燃料電池セルスタック１４の発電に供される未反応燃料ガス量が多くなる。したがって、第２燃料電池セルスタック１４での発電効率を高めることができる。   In the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, since the second fuel electrode off-gas sent from the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14 is burned in the combustion unit 22, the second fuel cell cell stack 14 The amount of unreacted fuel gas supplied to the second fuel cell stack 14 for power generation is increased as compared with the case where the first fuel electrode off-gas is burned before being supplied to the power generation in the first embodiment. Therefore, the power generation efficiency of the second fuel cell stack 14 can be improved.

また、燃焼部２２では、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。また、燃焼部２２へは、空気極オフガス中の酸素のみが供給されまた、第２燃料極オフガスには、第１燃料極オフガスと比較して含まれる未反応の燃料ガス量が少なく、二酸化炭素の含有率が高い。したがって、燃焼部２２で未反応の燃料ガスを燃焼させる量と、当該未反応の燃料ガスを燃焼させるために必要となる酸素の量を少なくすることができる。   Further, in the combustion section 22, carbon dioxide and water vapor are generated by a combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off-gas and oxygen. Therefore, the combustible gas can be reduced from the second fuel electrode off-gas, and high-concentration carbon dioxide can be recovered. Further, only oxygen in the air electrode off-gas is supplied to the combustion unit 22. The amount of unreacted fuel gas contained in the second fuel electrode off-gas is smaller than that of the first fuel electrode off-gas. Is high. Therefore, it is possible to reduce the amount of burning the unreacted fuel gas in the combustion section 22 and the amount of oxygen required to burn the unreacted fuel gas.

また、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、空気極オフガス管Ｐ６から分岐された分岐空気極オフガス管Ｐ６−２を有しているので、組成検出部４４で検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報に基づいて、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐させる空気極オフガス流量を容易に調整することができる。これにより、燃焼オフガスに含まれる可燃ガス及び酸素の量が所定の閾値よりも低くなるように、燃焼部２２の燃焼空間２２Ａへ流入する酸素量を調整することができる。   Further, since the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment has the branch air electrode off-gas pipe P6-2 branched from the air electrode off-gas pipe P6, the composition of the carbon dioxide rich gas detected by the composition detection unit 44 Based on the information, the flow rate of the air electrode off-gas branched to the branch air electrode off-gas pipe P6-2 can be easily adjusted. Thereby, the amount of oxygen flowing into the combustion space 22A of the combustion part 22 can be adjusted so that the amounts of combustible gas and oxygen contained in the combustion off-gas become lower than the predetermined threshold.

なお、本実施形態では、空気極オフガスから酸素を分離して分離した酸素を燃焼部２２へ供給したが、酸素は必ずしも空気極オフガスから分離したものを供給する必要はなく、例えば、純酸素ボンベを用意して供給してもよい。本実施形態のように、空気極オフガスから分離して供給することにより、高温の酸素を燃焼部２２へ供給することができ、可燃ガスとの燃焼反応を生じやすくすることができる。   In the present embodiment, oxygen separated from the air electrode off-gas is supplied to the combustion unit 22. However, it is not always necessary to supply oxygen separated from the air electrode off-gas. May be prepared and supplied. As in the present embodiment, by supplying the oxygen gas separately from the air electrode off-gas, high-temperature oxygen can be supplied to the combustion unit 22 and the combustion reaction with the combustible gas can be easily caused.

また、本実施形態では、第２燃料電池セルスタック１４を備え、第１燃料電池セルスタック１２から送出される燃料極オフガスを第２燃料電池セルスタック１４で燃料ガスとして再利用する多段式の燃料電池発電システムについて説明したが、本発明において、多段式であることは必須ではない。第２燃料電池セルスタック１４を有さない燃料電池発電システムとすることもできる。   Further, in the present embodiment, the multi-stage fuel cell includes the second fuel cell stack 14 and reuses the fuel electrode off-gas sent from the first fuel cell stack 12 as the fuel gas in the second fuel cell stack 14. Although the battery power generation system has been described, in the present invention, a multi-stage system is not essential. A fuel cell power generation system without the second fuel cell stack 14 may be used.

さらに、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、組成検出部４４で検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報に基づいて、凝縮器２６で凝縮させる水の量を調整することにより、二酸化炭素リッチガスの二酸化炭素濃度を高くすることができる。   Further, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, the amount of water condensed in the condenser 26 is adjusted based on the composition information of the carbon dioxide rich gas detected by the composition detection unit 44, so that the carbon dioxide rich gas Carbon dioxide concentration can be increased.

また、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、燃料電池セルスタックに水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池を用いているので、第１燃料極１２Ａで水蒸気が生成されない。したがって、第１燃料極オフガスに含まれる水蒸気の量が少なくなるため、第２燃料電池での発電効率を向上させることができる。また、第２燃料極オフガスに含まれる水蒸気の量も少なくなるため、第２燃料極オフガスから除去する水蒸気の量を少なくすることができる。   Further, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, since the hydrogen ion conductive solid oxide fuel cell is used for the fuel cell stack, no water vapor is generated at the first fuel electrode 12A. Therefore, the amount of water vapor contained in the first fuel electrode off-gas is reduced, so that the power generation efficiency of the second fuel cell can be improved. Further, since the amount of water vapor contained in the second fuel electrode off-gas is also reduced, the amount of water vapor removed from the second fuel electrode off-gas can be reduced.

また、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、燃焼部２２よりも上流側から第２燃料極オフガスの一部を第１燃料極１２Ａへ供給する循環ガス管Ｐ３を備えている。したがって、第２燃料極オフガス中の未反応燃料ガス及び水蒸気の一部を、発電及び燃料ガスの水蒸気改質に、それぞれ再利用することができる   Further, the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment includes a circulating gas pipe P3 that supplies a part of the second fuel electrode off-gas to the first fuel electrode 12A from the upstream side of the combustion unit 22. Therefore, a part of the unreacted fuel gas and the steam in the second fuel electrode off-gas can be reused for power generation and steam reforming of the fuel gas, respectively.

また、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、燃焼部２２を酸素分離部２４の酸素透過膜２３と隣接配置することにより、燃焼部２２と酸素分離部２４が一体形成されたコンパクトな酸素透過膜付燃焼器２０を構成することができる。   Further, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, by arranging the combustion section 22 adjacent to the oxygen permeable membrane 23 of the oxygen separation section 24, a compact oxygen transmission section in which the combustion section 22 and the oxygen separation section 24 are integrally formed. The combustor 20 with a film can be constituted.

また、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、空気極オフガスの熱を排熱投入型吸収式冷凍機３６での冷熱生成に用いるので、第１燃料電池セルスタック１２、第２燃料電池セルスタック１４からの空気極オフガスの排熱を有効利用することができる。また、空気極オフガスには、水蒸気が多く含まれているので、排熱投入型吸収式冷凍機３６において当該水蒸気が熱交換時に凝縮することにより、凝縮熱も有効に用いることができる。また、空気極オフガスは燃料極オフガスよりも流量が多いため、酸化剤ガスブロワＢ２を制御することにより、排熱投入型吸収式冷凍機３６への空気極オフガス供給量を容易に調整して、効率よく冷熱を生成することができる。さらに、空気極オフガスには、排熱投入型吸収式冷凍機３６を劣化させやすい、可燃ガスや回収用の二酸化炭素が含まれていないため、排熱投入型吸収式冷凍機３６の性能低下や劣化を抑制することもできる。なお、排熱投入型吸収式冷凍機３６への空気極オフガス供給量の調整は、空気極オフガス管Ｐ６にベント部分を設けて調整してもよい。   Further, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, since the heat of the air electrode off-gas is used for generating cold heat in the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, the first fuel cell stack 12, the second fuel cell stack The exhaust heat of the air electrode off-gas from 14 can be effectively used. Further, since the air electrode off-gas contains a large amount of water vapor, the water vapor is condensed at the time of heat exchange in the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, so that the heat of condensation can also be used effectively. Since the flow rate of the air electrode off-gas is larger than that of the fuel electrode off-gas, by controlling the oxidizing gas blower B2, the air electrode off-gas supply amount to the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 can be easily adjusted to improve the efficiency. It can generate cold well. Furthermore, since the air electrode off-gas does not contain flammable gas or carbon dioxide for recovery, which easily deteriorates the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, the performance of the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 may be deteriorated. Deterioration can also be suppressed. The supply amount of the air electrode off-gas to the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 may be adjusted by providing a vent portion in the air electrode off-gas pipe P6.

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the detailed description is omitted.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｂは、図５に示すように、第１実施形態の酸素透過膜付燃焼器２０に代えて、高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２を備えている。高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２以外の構成については、第１実施形態と同様である。   As shown in FIG. 5, the fuel cell power generation system 10B of the present embodiment includes a high-temperature oxygen production device 50 and a combustor 52 instead of the combustor 20 with the oxygen-permeable membrane of the first embodiment. The configuration other than the high-temperature oxygen production device 50 and the combustor 52 is the same as that of the first embodiment.

高温酸素製造装置５０の入口側には、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２の下流端が接続されている。高温酸素製造装置５０は、空気極オフガスから酸素を分離する装置であり、一例として、高温下で吸着と脱着を行うＰＳＡ装置を用いることができる。高温酸素製造装置５０の酸素出口側には、酸素供給管ＰＯの一端が接続されている。高温酸素製造装置５０の酸素が分離された後の空気極オフガス出口側には、排気管Ｐ１３が接続されている。酸素供給管ＰＯの他端は、燃焼器５２の入口側に接続されている。排気管Ｐ１３は、燃料電池発電システム１０Ｂの外部に開放されている。   The downstream end of the branch air electrode offgas pipe P6-2 is connected to the inlet side of the high-temperature oxygen production device 50. The high-temperature oxygen production device 50 is a device that separates oxygen from the air electrode off-gas, and as an example, a PSA device that performs adsorption and desorption at a high temperature can be used. One end of an oxygen supply pipe PO is connected to the oxygen outlet side of the high-temperature oxygen production device 50. An exhaust pipe P13 is connected to the air electrode off-gas outlet side of the high-temperature oxygen production device 50 after oxygen is separated. The other end of the oxygen supply pipe PO is connected to the inlet side of the combustor 52. The exhaust pipe P13 is open to the outside of the fuel cell power generation system 10B.

燃焼器５２の入口側には、前述の酸素供給管ＰＯの他端と、第２燃料極オフガス管Ｐ７−２の下流端が接続されている。燃焼器５２の内部では、第２燃料極オフガス中の可燃ガス成分（未改質のメタン、未反応の水素、未反応の一酸化炭素等）と、酸素供給管ＰＯから供給される酸素とで燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。燃焼器５２の出口側には、燃焼オフガス管Ｐ８が接続されており、燃焼器５２から燃焼オフガスが送出される。   The other end of the oxygen supply pipe PO and the downstream end of the second fuel electrode offgas pipe P7-2 are connected to the inlet side of the combustor 52. Inside the combustor 52, the combustible gas components (unreformed methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas are mixed with oxygen supplied from the oxygen supply pipe PO. A combustion reaction occurs, producing carbon dioxide and water vapor. The combustion off-gas pipe P8 is connected to the outlet side of the combustor 52, and the combustion off-gas is delivered from the combustor 52.

次に、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｂの動作について説明する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system 10B of the present embodiment will be described.

本実施形態においても、第１実施形態の燃料電池発電システム１０Ａと同様に、第１燃料電池セルスタック１２、第２燃料電池セルスタック１４での発電が行われる。第２空気極１４Ｂから送出され、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐された第２空気極オフガスは、高温酸素製造装置５０へ供給される。高温酸素製造装置５０では、第２空気極オフガスから酸素が分離され、分離された酸素は、酸素供給管ＰＯを介して燃焼器５２へ供給される。酸素が分離された後の空気極オフガスは、排気管Ｐ１３から外部へ排出される。   Also in the present embodiment, power generation is performed in the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14, similarly to the fuel cell power generation system 10A of the first embodiment. The second air electrode off-gas sent from the second air electrode 14B and branched to the branch air electrode off-gas pipe P6-2 is supplied to the high-temperature oxygen production device 50. In the high-temperature oxygen production device 50, oxygen is separated from the second air electrode off-gas, and the separated oxygen is supplied to the combustor 52 via the oxygen supply pipe PO. The air electrode off-gas from which oxygen has been separated is discharged to the outside from the exhaust pipe P13.

燃焼器５２では、第２燃料極オフガス中の可燃ガス成分（未改質のメタン、未反応の水素、未反応の一酸化炭素等）と、酸素とで燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。燃焼オフガスは、燃焼オフガス管Ｐ８へ送出され、第１実施形態と同様にして凝縮器２６で水が分離され、分離された水が水タンク２７に回収され、二酸化炭素リッチガスは、二酸化炭素回収タンク２８へ回収されるか、二酸化炭素ラインへと供給される。   In the combustor 52, a combustion reaction occurs between the combustible gas components (unreformed methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas and oxygen, and carbon dioxide and water vapor are generated. Generated. The combustion off-gas is sent to the combustion off-gas pipe P8, water is separated by the condenser 26 in the same manner as in the first embodiment, the separated water is collected in the water tank 27, and the carbon dioxide rich gas is supplied to the carbon dioxide recovery tank. 28 or supplied to a carbon dioxide line.

本実施形態においても、燃焼器５２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。   Also in the present embodiment, in the combustor 52, carbon dioxide and water vapor are generated by a combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off-gas and oxygen. Therefore, the combustible gas can be reduced from the second fuel electrode off-gas, and high-concentration carbon dioxide can be recovered.

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１、第２実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｃは、主に改質器５４を備えている点、循環ガス管Ｐ３を備えていない点、及び、これらの構成に関連する配管流路が、第１実施形態と異なっている。その他の構成は第１実施形態と同様である。   The fuel cell power generation system 10C of the present embodiment mainly includes the reformer 54, the point that the circulating gas pipe P3 is not provided, and the pipe flow paths related to these configurations according to the first embodiment. Is different. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

図６に示すように、燃料電池発電システム１０Ｃは、改質器５４を備えている。改質器５４の入口側には、燃料ガス管Ｐ１−１の一端が接続されている。また、改質器５４の入口側には、水供給管Ｐ２−２の一端が接続されている。水供給管Ｐ２−２の他端は、水タンク２７と接続されている。水供給管Ｐ２−２には、イオン交換樹脂５６及びポンプ２７Ｂが設けられている。ポンプ２７Ｂを駆動させることにより、水タンク２７に貯留された水がイオン交換樹脂５６を経て改質器５４へ供給される。   As shown in FIG. 6, the fuel cell power generation system 10C includes a reformer 54. One end of a fuel gas pipe P1-1 is connected to the inlet side of the reformer 54. One end of a water supply pipe P2-2 is connected to the inlet side of the reformer 54. The other end of the water supply pipe P2-2 is connected to the water tank 27. The water supply pipe P2-2 is provided with an ion exchange resin 56 and a pump 27B. By driving the pump 27B, the water stored in the water tank 27 is supplied to the reformer 54 via the ion exchange resin 56.

改質器５４の出口側には、改質ガス管Ｐ１−２の一端が接続されている。改質ガス管Ｐ１−２の他端は、第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａと接続されている。   One end of a reformed gas pipe P1-2 is connected to the outlet side of the reformer 54. The other end of the reformed gas pipe P1-2 is connected to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12.

次に、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｃの動作について説明する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system 10C of the present embodiment will be described.

改質器５４では、燃料ガスと水蒸気の混合ガスが燃焼オフガスとの熱交換により加熱され、水蒸気改質反応により、水素と一酸化炭素が生成される。また、生成された一酸化炭素と水蒸気とのシフト反応により二酸化炭素と水素が生成される。未反応の燃料ガス（メタン）、水素、一酸化炭素、二酸化炭素を含んだ改質ガスが、改質ガス管Ｐ１−２を通って第１燃料極１２Ａへ供給される。第１燃料電池セルスタック１２、第２燃料電池セルスタック１４では、第１実施形態と同様に発電が行われる。   In the reformer 54, the mixed gas of the fuel gas and the steam is heated by heat exchange with the combustion off-gas, and hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction. In addition, carbon dioxide and hydrogen are generated by a shift reaction between the generated carbon monoxide and water vapor. A reformed gas containing unreacted fuel gas (methane), hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide is supplied to the first fuel electrode 12A through the reformed gas pipe P1-2. The first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 generate electric power in the same manner as in the first embodiment.

第２燃料極１４Ａからは、第２燃料極オフガス管Ｐ７−２へ第２燃料極オフガスが送出される。第２燃料極オフガスは、分岐されることなく酸素透過膜付燃焼器２０の燃焼部２２へ供給される。第２空気極１４Ｂからは、空気極オフガス管Ｐ６へ空気極オフガスが送出され、第１実施形態と同様に、空気極オフガスの一部が分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐され、その他は第１空気極１２Ｂから送出された空気極オフガスと合流される。   The second fuel electrode off-gas is sent from the second fuel electrode 14A to the second fuel electrode off-gas pipe P7-2. The second fuel electrode off-gas is supplied to the combustion section 22 of the combustor 20 with an oxygen permeable membrane without branching. From the second air electrode 14B, the air electrode off-gas is sent to the air electrode off-gas pipe P6, and a part of the air electrode off-gas is branched to the branch air electrode off-gas pipe P6-2, as in the first embodiment, and the others are It merges with the air electrode off-gas sent from the first air electrode 12B.

酸素透過膜付燃焼器２０、凝縮器２６では、第１実施形態と同様に処理が行われ、二酸化炭素リッチガスは、二酸化炭素回収タンク２８へ回収されるか、二酸化炭素ラインへと供給される。   In the combustor 20 with the oxygen permeable membrane and the condenser 26, the same processing as in the first embodiment is performed, and the carbon dioxide-rich gas is recovered to the carbon dioxide recovery tank 28 or supplied to the carbon dioxide line.

本実施形態においても、酸素透過膜付燃焼器２０において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。   Also in the present embodiment, in the combustor 20 with the oxygen-permeable membrane, carbon dioxide and water vapor are generated by a combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode offgas and oxygen. Therefore, the combustible gas can be reduced from the second fuel electrode off-gas, and high-concentration carbon dioxide can be recovered.

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第３実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｄは、第３実施形態の酸素透過膜付燃焼器２０に代えて、第２実施形態の高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２を備えている。高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２以外の構成については、第３実施形態と同様である。   The fuel cell power generation system 10D of the present embodiment includes a high-temperature oxygen production device 50 and a combustor 52 of the second embodiment, instead of the combustor 20 with an oxygen-permeable membrane of the third embodiment. The configuration other than the high-temperature oxygen production device 50 and the combustor 52 is the same as that of the third embodiment.

高温酸素製造装置５０の入口側には、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２の下流端が接続され、高温酸素製造装置５０の酸素出口側には、酸素供給管ＰＯの一端が接続されている。高温酸素製造装置５０の酸素が分離された後の空気極オフガス出口側には、排気管Ｐ１３が接続されている。酸素供給管ＰＯの他端は、燃焼器５２の入口側に接続されている。排気管Ｐ１３は、燃料電池発電システム１０Ｄの外部に開放されている。   The downstream end of the branch air electrode offgas pipe P6-2 is connected to the inlet side of the high-temperature oxygen production apparatus 50, and one end of the oxygen supply pipe PO is connected to the oxygen exit side of the high-temperature oxygen production apparatus 50. An exhaust pipe P13 is connected to the air electrode off-gas outlet side of the high-temperature oxygen production device 50 after oxygen is separated. The other end of the oxygen supply pipe PO is connected to the inlet side of the combustor 52. The exhaust pipe P13 is open to the outside of the fuel cell power generation system 10D.

燃焼器５２の入口側には、前述の酸素供給管ＰＯの他端と、第２燃料極オフガス管Ｐ７−２の下流端が接続されている。燃焼器５２の内部では、第２燃料極オフガス中の可燃ガス成分（未改質のメタン、未反応の水素、未反応の一酸化炭素等）と、酸素供給管ＰＯから供給される酸素とで燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。燃焼器５２の出口側には、燃焼オフガス管Ｐ８が接続されており、燃焼器５２から燃焼オフガスが送出される。   The other end of the oxygen supply pipe PO and the downstream end of the second fuel electrode offgas pipe P7-2 are connected to the inlet side of the combustor 52. Inside the combustor 52, the combustible gas components (unreformed methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas are mixed with oxygen supplied from the oxygen supply pipe PO. A combustion reaction occurs, producing carbon dioxide and water vapor. The combustion off-gas pipe P8 is connected to the outlet side of the combustor 52, and the combustion off-gas is delivered from the combustor 52.

次に、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｄの動作について説明する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system 10D of the present embodiment will be described.

本実施形態においても、第３実施形態の燃料電池発電システム１０Ｃと同様に、改質器５４で燃料ガスが水蒸気改質されて改質ガスが生成され、第１燃料電池セルスタック１２、第２燃料電池セルスタック１４での発電が行われる。第２空気極１４Ｂから送出され、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐された第２空気極オフガスは、高温酸素製造装置５０へ供給される。高温酸素製造装置５０では、第２空気極オフガスから酸素が分離され、分離された酸素は、酸素供給管ＰＯを介して燃焼器５２へ供給される。酸素が分離された後の空気極オフガスは、排気管Ｐ１３から外部へ排出される。   Also in the present embodiment, similarly to the fuel cell power generation system 10C of the third embodiment, the reformer 54 steam-reforms the fuel gas to generate a reformed gas, and the first fuel cell stack 12 and the second Power generation is performed in the fuel cell stack 14. The second air electrode off-gas sent from the second air electrode 14B and branched to the branch air electrode off-gas pipe P6-2 is supplied to the high-temperature oxygen production device 50. In the high-temperature oxygen production device 50, oxygen is separated from the second air electrode off-gas, and the separated oxygen is supplied to the combustor 52 via the oxygen supply pipe PO. The air electrode off-gas from which oxygen has been separated is discharged to the outside from the exhaust pipe P13.

燃焼器５２では、第２燃料極オフガス中の可燃ガス成分（未改質のメタン、未反応の水素、未反応の一酸化炭素等）と、酸素とで燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。燃焼オフガスは、燃焼オフガス管Ｐ８へ送出され、第１実施形態と同様にして凝縮器２６で水が分離され、分離された水が水タンク２７に回収され、二酸化炭素リッチガスは、二酸化炭素回収タンク２８へ回収されるか、二酸化炭素ラインへと供給される。   In the combustor 52, a combustion reaction occurs between the combustible gas components (unreformed methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas and oxygen, and carbon dioxide and water vapor are generated. Generated. The combustion off-gas is sent to the combustion off-gas pipe P8, water is separated by the condenser 26 in the same manner as in the first embodiment, the separated water is collected in the water tank 27, and the carbon dioxide rich gas is supplied to the carbon dioxide recovery tank. 28 or supplied to a carbon dioxide line.

本実施形態においても、燃焼器５２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。   Also in the present embodiment, in the combustor 52, carbon dioxide and water vapor are generated by a combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off-gas and oxygen. Therefore, the combustible gas can be reduced from the second fuel electrode off-gas, and high-concentration carbon dioxide can be recovered.

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第４実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｅでは、第１燃料極オフガス管Ｐ７の経路に、第３熱交換器３４及び凝縮器３５が設けられている点が第１実施形態と異なっている。   The fuel cell power generation system 10E of the present embodiment is different from the first embodiment in that a third heat exchanger 34 and a condenser 35 are provided in the path of the first fuel electrode off-gas pipe P7.

第１燃料極オフガス管Ｐ７は、第１燃料極１２Ａから延出され、第３熱交換器３４を経て凝縮器３５と接続されている。第１燃料極１２Ａから凝縮器３５までの第１アノオードオフガス管Ｐ７を符号Ｐ７Ａで示す。第１燃料極オフガス管Ｐ７Ａは、凝縮器３５の気体側出口から延出され、第３熱交換器３４を経て第２燃料極１４Ａと接続されている。凝縮器３５から第２燃料極１４Ａまでの第１アノオードオフガス管Ｐ７を符号Ｐ７Ｂで示す。凝縮器３５の液体側出口には、水配管Ｐ９−２の一端が接続されている。水配管Ｐ９−２の他端は水タンク２７に接続されている。凝縮器３５には、冷却水循環流路３５Ａが配管されており、排熱投入型吸収式冷凍機３６からの冷却水がポンプ３５Ｐの駆動により循環供給されている。これにより、第１燃料極オフガスが冷却され、第１燃料極オフガス中の水蒸気が凝縮する。凝縮した水は水配管Ｐ９−２を介して水タンク２７へ送出される。   The first fuel electrode off-gas pipe P7 extends from the first fuel electrode 12A and is connected to the condenser 35 via the third heat exchanger 34. A first anod off-gas pipe P7 from the first fuel electrode 12A to the condenser 35 is indicated by a symbol P7A. The first fuel electrode off-gas pipe P7A extends from the gas-side outlet of the condenser 35, and is connected to the second fuel electrode 14A via the third heat exchanger 34. A first anod off-gas pipe P7 from the condenser 35 to the second fuel electrode 14A is indicated by a reference symbol P7B. One end of a water pipe P9-2 is connected to a liquid-side outlet of the condenser 35. The other end of the water pipe P9-2 is connected to the water tank 27. The condenser 35 is provided with a cooling water circulation passage 35A, and cooling water from an exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is circulated and supplied by driving a pump 35P. Thereby, the first fuel electrode off-gas is cooled, and the water vapor in the first fuel electrode off-gas is condensed. The condensed water is sent out to the water tank 27 via the water pipe P9-2.

次に、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｅの動作について説明する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system 10E of the present embodiment will be described.

本実施形態においても、第１実施形態の燃料電池発電システム１０Ａと同様に、第１燃料電池セルスタック１２での発電が行われる。第１燃料極１２Ａから第１燃料極オフガス管Ｐ７−１へ送出された第１燃料極オフガスは、第３熱交換器３４で後述する再生燃料ガスと熱交換により冷却され、凝縮器３５へ供給される。凝縮器３５では、冷却水循環流路３５Ａを循環する冷却水により、第１燃料極オフガスが更に冷却され、第１燃料極オフガス中の水蒸気が凝縮する。ここで、冷却水循環流路３５Ａを循環する冷却水の温度は、再生燃料ガス中に残る水蒸気量が第２燃料電池セルスタック１４での発電効率を向上させる程度に第１燃料極オフガス中の水蒸気が凝縮するように設定されている。凝縮した水は水配管Ｐ９−２を介して水タンク２７へ送出される。   Also in the present embodiment, power generation is performed in the first fuel cell stack 12 as in the fuel cell power generation system 10A of the first embodiment. The first fuel electrode off-gas sent from the first fuel electrode 12A to the first fuel electrode off-gas pipe P7-1 is cooled by heat exchange with a regenerated fuel gas described later in the third heat exchanger 34 and supplied to the condenser 35. Is done. In the condenser 35, the first fuel electrode off-gas is further cooled by the cooling water circulating through the cooling water circulation channel 35A, and the water vapor in the first fuel electrode off-gas is condensed. Here, the temperature of the cooling water circulating through the cooling water circulation channel 35A is set to a value such that the amount of water vapor remaining in the regenerated fuel gas improves the power generation efficiency in the second fuel cell stack 14 so that the water vapor in the first fuel electrode off-gas is improved. Is set to condense. The condensed water is sent out to the water tank 27 via the water pipe P9-2.

凝縮水が分離された第１燃料極オフガスは、再生燃料ガスとして第１燃料極オフガス管Ｐ７Ｂへ送出され、第３熱交換器３４で水が分離される前の第１燃料極オフガスとの熱交換により加熱され、第２燃料極１４Ａへ供給される。第２燃料電池セルスタック１４では、第１実施形態の燃料電池発電システム１０Ａと同様に発電が行われる。   The first fuel electrode off-gas from which the condensed water has been separated is sent out to the first fuel electrode off-gas pipe P7B as a regenerated fuel gas, and the heat with the first fuel electrode off-gas before water is separated by the third heat exchanger 34. It is heated by the exchange and supplied to the second fuel electrode 14A. In the second fuel cell stack 14, power is generated in the same manner as in the fuel cell power generation system 10A of the first embodiment.

本実施形態では、第１燃料極オフガスから水蒸気の一部を分離して生成された再生燃料ガスを第２燃料極１４Ａへ供給するので、第２燃料電池セルスタック１４における発電効率を向上させることができる。   In the present embodiment, since the regenerated fuel gas generated by separating a part of the water vapor from the first fuel electrode off-gas is supplied to the second fuel electrode 14A, the power generation efficiency in the second fuel cell stack 14 is improved. Can be.

また、本実施形態においても、酸素透過膜付燃焼器２０の燃焼部２２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。   Also in the present embodiment, in the combustion section 22 of the combustor 20 with the oxygen permeable membrane, carbon dioxide and water vapor are generated by a combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode offgas and oxygen. Therefore, the combustible gas can be reduced from the second fuel electrode off-gas, and high-concentration carbon dioxide can be recovered.

［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第５実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [Sixth embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.

図９に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｆでは、第１燃料電池セルスタック６２及び第２燃料電池セルスタック６４は、第１実施形態の水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池に代えて固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）を用いている。したがって、第１燃料極６２Ａ（燃料極）、及び第１空気極６２Ｂ（空気極）では、以下のように反応が生じる。なお、第２燃料極６４Ａ、及び第２空気極６４Ｂでも同様である。   As shown in FIG. 9, in the fuel cell power generation system 10F of the present embodiment, the first fuel cell stack 62 and the second fuel cell stack 64 are the hydrogen ion conductive solid oxide fuel cell of the first embodiment. Instead, a solid oxide fuel cell (SOFC) is used. Therefore, reactions occur at the first fuel electrode 62A (fuel electrode) and the first air electrode 62B (air electrode) as follows. The same applies to the second fuel electrode 64A and the second air electrode 64B.

第１空気極６２Ｂでは、下記（５）式に示すように、酸化剤ガス中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。生成された酸素イオンは電解質層６２Ｃを通って第１燃料電池セルスタック６２の第１燃料極６２Ａに到達する。   At the first air electrode 62B, as shown in the following equation (5), oxygen in the oxidizing gas reacts with electrons to generate oxygen ions. The generated oxygen ions reach the first fuel electrode 62A of the first fuel cell stack 62 through the electrolyte layer 62C.

（空気極反応）
１／２Ｏ２＋２ｅ− →Ｏ２− …（５） (Air cathode reaction)
1 / 2O 2 + 2e − → O 2 -... (5)

一方、第１燃料電池セルスタック６２の第１燃料極６２Ａでは、下記（６）式及び（７）式に示すように、電解質層６２Ｃを通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水蒸気及び二酸化炭素と電子が生成される。第１燃料極６２Ａで生成された電子が第１燃料極６２Ａから外部回路を通って第１空気極６２Ｂに移動することで、発電される。   On the other hand, at the first fuel electrode 62A of the first fuel cell stack 62, as shown in the following equations (6) and (7), oxygen ions passing through the electrolyte layer 62C are converted into hydrogen and monoxide in the fuel gas. Reacts with carbon to produce water vapor, carbon dioxide and electrons. Electrons generated at the first fuel electrode 62A move from the first fuel electrode 62A to the first air electrode 62B through an external circuit to generate power.

（燃料極反応）
Ｈ２ ＋Ｏ２− →Ｈ２Ｏ＋２ｅ− …(６)
ＣＯ＋Ｏ２− →ＣＯ２＋２ｅ− …(７) (Fuel electrode reaction)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e − (6)
CO + O 2− → CO 2 + 2e − (7)

固体酸化物形燃料電池では、第１燃料極６２Ａ、第２燃料極６４Ａで水蒸気が生成されることから、水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池と比較して、第１燃料極オフガス、第２燃料極オフガスに含まれる水蒸気量が多い。一方、第１空気極６２Ｂ、第２空気極６４Ｂでは、水蒸気が生成されない。排熱投入型吸収式冷凍機３６へ供給された空気極オフガスは、熱交換後に排気管Ｐ３６−１から排気される。   In the solid oxide fuel cell, since the first fuel electrode 62A and the second fuel electrode 64A generate water vapor, the first fuel electrode off-gas and the second fuel electrode (2) The amount of water vapor contained in the fuel electrode off-gas is large. On the other hand, no water vapor is generated at the first air electrode 62B and the second air electrode 64B. The air electrode off-gas supplied to the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is exhausted from the exhaust pipe P36-1 after heat exchange.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｆでは、その他の構成については、第５実施形態と同様であり、第１燃料極オフガス管Ｐ７の経路に、第３熱交換器３４及び凝縮器３５が設けられている。ここで、第１燃料極オフガス、第２燃料極オフガスに含まれる水蒸気量は、燃料電池発電システム１０Ｅと比較して多いため、凝縮器３５での凝縮により除去する水蒸気量が多くなるように、冷却水循環流路３５Ａを循環する冷却水の温度が設定されている。凝縮した水は水配管Ｐ９−２を介して水タンク２７へ送出される。   The other configuration of the fuel cell power generation system 10F of the present embodiment is the same as that of the fifth embodiment, and the third heat exchanger 34 and the condenser 35 are provided in the path of the first fuel electrode offgas pipe P7. ing. Here, since the amount of water vapor contained in the first fuel electrode off-gas and the second fuel electrode off-gas is larger than that in the fuel cell power generation system 10E, the amount of water vapor removed by condensation in the condenser 35 is increased. The temperature of the cooling water circulating through the cooling water circulation channel 35A is set. The condensed water is sent out to the water tank 27 via the water pipe P9-2.

本実施形態では、第１燃料極オフガスから水蒸気の一部を分離して生成された再生燃料ガスを第２燃料極１４Ａへ供給するので、第２燃料電池セルスタック１４における発電効率を向上させることができる。   In the present embodiment, since the regenerated fuel gas generated by separating a part of the water vapor from the first fuel electrode off-gas is supplied to the second fuel electrode 14A, the power generation efficiency in the second fuel cell stack 14 is improved. Can be.

また、本実施形態においても、酸素透過膜付燃焼器２０の燃焼部２２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。   Also in the present embodiment, in the combustion section 22 of the combustor 20 with the oxygen permeable membrane, carbon dioxide and water vapor are generated by a combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode offgas and oxygen. Therefore, the combustible gas can be reduced from the second fuel electrode off-gas, and high-concentration carbon dioxide can be recovered.

［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第６実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [Seventh embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first to sixth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.

図１０に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｇでは、第６実施形態の酸素透過膜付燃焼器２０に代えて、第２実施形態と同様の高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２を備えている。高温酸素製造装置５０、燃焼器５２、及び、これらに関連する配管以外の構成については、第６実施形態と同様である。   As shown in FIG. 10, in the fuel cell power generation system 10G of the present embodiment, instead of the combustor 20 with an oxygen-permeable membrane of the sixth embodiment, a high-temperature oxygen production device 50 and a combustion system similar to those of the second embodiment are used. The container 52 is provided. The configuration other than the high-temperature oxygen production device 50, the combustor 52, and the piping related thereto is the same as in the sixth embodiment.

本実施形態においても、第１燃料極オフガスから水蒸気の一部を分離して生成された再生燃料ガスを第２燃料極１４Ａへ供給するので、第２燃料電池セルスタック１４における発電効率を向上させることができる。   Also in the present embodiment, since the regenerated fuel gas generated by separating a part of the water vapor from the first fuel electrode off-gas is supplied to the second fuel electrode 14A, the power generation efficiency in the second fuel cell stack 14 is improved. be able to.

また、本実施形態においても、燃焼器５２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。   Also in the present embodiment, in the combustor 52, carbon dioxide and water vapor are generated by a combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode offgas and oxygen. Therefore, the combustible gas can be reduced from the second fuel electrode off-gas, and high-concentration carbon dioxide can be recovered.

［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第７実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [Eighth Embodiment]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first to seventh embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.

図１１に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｈでは、第３実施形態と同様に、改質器５４を備えている点、循環ガス管Ｐ３を備えていない点、及び、これらの構成に関連する配管流路が、第６実施形態と異なっている。その他の構成は第６実施形態と同様である。   As shown in FIG. 11, in the fuel cell power generation system 10H of the present embodiment, similarly to the third embodiment, the point that the reformer 54 is provided, the point that the circulating gas pipe P3 is not provided, and The piping flow path related to the configuration is different from that of the sixth embodiment. Other configurations are the same as in the sixth embodiment.

本実施形態においても、第１燃料極オフガスから水蒸気の一部を分離して生成された再生燃料ガスを第２燃料極１４Ａへ供給するので、第２燃料電池セルスタック１４における発電効率を向上させることができる。   Also in the present embodiment, since the regenerated fuel gas generated by separating a part of the water vapor from the first fuel electrode off-gas is supplied to the second fuel electrode 14A, the power generation efficiency in the second fuel cell stack 14 is improved. be able to.

また、本実施形態においても、燃焼部２２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。   Also in the present embodiment, carbon dioxide and water vapor are generated by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode offgas and oxygen in the combustion section 22. Therefore, the combustible gas can be reduced from the second fuel electrode off-gas, and high-concentration carbon dioxide can be recovered.

［第９実施形態］
次に、本発明の第９実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第８実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [Ninth embodiment]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first to eighth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.

図１１に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｉでは、第８実施形態の酸素透過膜付燃焼器２０に代えて、第７実施形態の高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２を備えている。高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２以外の構成については、第８実施形態と同様である。   As shown in FIG. 11, in the fuel cell power generation system 10I of the present embodiment, a high-temperature oxygen production device 50 and a combustor 52 of the seventh embodiment are used instead of the combustor 20 with an oxygen-permeable membrane of the eighth embodiment. It has. The configuration other than the high-temperature oxygen production device 50 and the combustor 52 is the same as that of the eighth embodiment.

本実施形態においても、第１燃料極オフガスから水蒸気の一部を分離して生成された再生燃料ガスを第２燃料極１４Ａへ供給するので、第２燃料電池セルスタック１４における発電効率を向上させることができる。   Also in the present embodiment, since the regenerated fuel gas generated by separating a part of the water vapor from the first fuel electrode off-gas is supplied to the second fuel electrode 14A, the power generation efficiency in the second fuel cell stack 14 is improved. be able to.

また、本実施形態においても、燃焼器５２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。   Also in the present embodiment, in the combustor 52, carbon dioxide and water vapor are generated by a combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode offgas and oxygen. Therefore, the combustible gas can be reduced from the second fuel electrode off-gas, and high-concentration carbon dioxide can be recovered.

なお、本発明の燃料電池としては、他の燃料電池、例えば溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)、リン酸形燃料電池(PAFC)、固体高分子形燃料電池(PEFC)を用いることもできる。   In addition, as the fuel cell of the present invention, other fuel cells, for example, a molten carbonate fuel cell (MCFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), and a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can be used.

また、二酸化炭素供給ライン２９は、二酸化炭素液化装置や炭素分離装置に接続し、液体二酸化炭素や粉末炭素等を製造してもよい。   Further, the carbon dioxide supply line 29 may be connected to a carbon dioxide liquefier or a carbon separator to produce liquid carbon dioxide, powdered carbon, or the like.

なお、前述の第１〜第９実施形態では、排熱投入型吸収式冷凍機３６を用いて冷熱を生成したが、排熱投入型吸収式冷凍機３６に代えて他の排熱を利用するヒートポンプ、例えば、吸着式冷凍機を用いて冷熱を生成してもよい。   In the first to ninth embodiments, the cold heat is generated by using the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, but other exhaust heat is used instead of the exhaust heat input absorption refrigerator 36. Cold heat may be generated using a heat pump, for example, an adsorption refrigerator.

１０Ａ〜１０Ｉ 燃料電池発電システム（二酸化炭素回収型燃料電池発電システム）
１２、６２ 第１燃料電池セルスタック（燃料電池、第１燃料電池）
１２Ａ、６２Ａ 第１燃料極（燃料極）
１２Ｂ、６２Ｂ 第１空気極（空気極）
１４、６４ 第２燃料電池セルスタック（燃料電池、第２燃料電池）
１４Ａ、６４Ａ 第２燃料極（燃料極）
１４Ｂ、６４Ｂ 第２空気極（燃料極）
２２ 燃焼部、 ２４ 酸素分離部
２６ 凝縮器
３５ 凝縮器（燃料再生凝縮器）
５０ 高温酸素製造装置（酸素分離部）
５２ 燃焼器（燃焼部）
Ｐ６ 空気極オフガス管（空気極オフガス流路） 10A to 10I fuel cell power generation system (carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system)
12, 62 First fuel cell stack (fuel cell, first fuel cell)
12A, 62A First fuel electrode (fuel electrode)
12B, 62B 1st air electrode (air electrode)
14, 64 Second fuel cell stack (fuel cell, second fuel cell)
14A, 64A 2nd fuel electrode (fuel electrode)
14B, 64B 2nd air electrode (fuel electrode)
22 combustion part, 24 oxygen separation part 26 condenser 35 condenser (fuel regeneration condenser)
50 High-temperature oxygen production equipment (oxygen separation unit)
52 Combustor (combustion unit)
P6 Air electrode off gas pipe (Air electrode off gas flow path)

Claims (5)

炭素化合物を含み燃料極へ供給される燃料ガスと、酸素を含み空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、前記燃料極から燃料極オフガスが送出され前記空気極から空気極オフガスが送出される燃料電池と、
前記空気極オフガスが導入され、前記空気極オフガスを熱源として冷熱を生成する冷熱生成部と、
酸素と前記燃料極オフガスとが供給され、前記燃料極オフガスを燃焼させる燃焼部と、
前記燃焼部から送出される燃焼オフガスを前記冷熱生成部からの冷熱により冷却して前記燃料極オフガス中の水蒸気を凝縮させる凝縮器と、
を備えた二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。 A fuel gas containing a carbon compound and supplied to the fuel electrode, and an oxidant gas containing oxygen and supplied to the air electrode generate electric power, and the fuel electrode off-gas is sent from the fuel electrode and the air electrode off-gas is sent from the air electrode. A fuel cell to be delivered,
The cold cathode generating section that is configured to generate the cold heat by using the cathode off gas as a heat source,
Oxygen and the fuel electrode off-gas are supplied, a combustion unit for burning the fuel electrode off-gas,
A condenser that cools the combustion off-gas sent from the combustion unit by the cold heat from the cold heat generation unit and condenses the water vapor in the fuel electrode off-gas,
A carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system equipped with 前記燃料電池は、第１燃料極へ前記燃料ガスが供給される第１燃料電池と、前記第１燃料極から送出された第１燃料極オフガスを燃料として発電すると共に第２燃料極から第２燃料極オフガスが前記燃料極オフガスとして送出される第２燃料電池を含んで形成され、
前記第１燃料極オフガスを前記冷熱生成部からの冷熱により冷却して前記第１燃料極オフガス中の水蒸気を凝縮させて前記第２燃料極へ供給する燃料再生凝縮器、を備えた、請求項１に記載の二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。 The fuel cell includes: a first fuel cell in which the fuel gas is supplied to a first fuel electrode; and a second fuel electrode that generates power using a first fuel electrode off-gas delivered from the first fuel electrode as a fuel. An anode off-gas is formed including a second fuel cell that is delivered as the anode off-gas,
A fuel regeneration condenser comprising: a fuel regeneration condenser that cools the first fuel electrode off-gas with cold heat from the cold heat generating unit, condenses water vapor in the first fuel electrode off-gas, and supplies the water vapor to the second fuel electrode. 2. The carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to 1. 前記空気極オフガスの一部が供給され、供給された前記空気極オフガスから酸素を分離して前記燃焼部へ供給する酸素分離部、を備えた、請求項１または請求項２に記載の二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。   3. The carbon dioxide according to claim 1, further comprising: an oxygen separation unit to which a part of the air electrode off-gas is supplied, to separate oxygen from the supplied air electrode off-gas, and to supply the separated oxygen to the combustion unit. 4. Recovery fuel cell power generation system. 前記燃料電池は、水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。   The carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel cell is a hydrogen ion conduction type solid oxide fuel cell. 前記燃料電池は、酸素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。   The carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel cell is an oxygen ion conduction type solid oxide fuel cell.
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