JP2508781B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JP2508781B2
JP2508781B2 JP63004773A JP477388A JP2508781B2 JP 2508781 B2 JP2508781 B2 JP 2508781B2 JP 63004773 A JP63004773 A JP 63004773A JP 477388 A JP477388 A JP 477388A JP 2508781 B2 JP2508781 B2 JP 2508781B2
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武憲 渡部
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    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネ
ルギーに変換させるエネルギー部門で用いる燃料電池の
発電装置に関するものである。
[従来の技術] 現在までに提案されている燃料電池のうち、たとえ
ば、溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質として溶融炭酸塩
を多孔質物質にしみ込ませてなる電解質板(タイル)
を、カソード(酸素極)とアノード(燃料極)で両面か
ら挟み、カソード側に酸化ガスを供給すると共にアノー
ド側に燃料ガスを供給することによりカソードとアノー
ドとの間で発生する電位差により発電が行われるように
したものを1セルとし、各セルをセパレータを介して多
層に積層した構成のものとしてある。
上記溶融炭酸塩型燃料電池による発電装置では、これ
までに、燃料ガスとして天然ガスを用いる場合、都市ガ
スを用いる場合、石炭を用いる場合等が提案されてお
り、天然ガスを燃料とする場合は天然ガスを改質し、都
市ガスを燃料とする場合は都市ガスを改質し、又、石炭
を燃料とする場合は石炭をガス化して精製している。
溶融炭酸塩型燃料電池の燃料として都市ガスの如き硫
黄分の入った常温のガス体を利用する燃料電池の発電シ
ステムとしては、第3図に示す構成のものが知られてい
る。すなわち、燃料電池1のアノード3に供給するため
の都市ガスTGをライン4により改質器5に導入され、こ
こで改質されてアノード3にライン6により供給される
ようにし、上記改質器5の入口側のライン4の途中に
は、ガス中の硫黄分を除去するための脱硫器7が組み込
まれていると共に、天然ガス予熱器(熱交換器)8と9
が上記脱硫器7の上流側と下流側に配置され、上記アノ
ード3から排出されたガスは、上記天然ガス予熱器9、
8の順に通過する間に改質器5に入る都市ガスTGと熱交
換を行った後に改質器5の燃焼室内に導入されるように
してある。又、燃料電池のカソード2に酸化ガスを供給
するため、空気Aを圧縮機10で圧縮した後、空気予熱器
11、タービン12、空気予熱器13を経てライン14によりカ
ソード2に供給すると共に、一部を分岐ライン15により
改質器5の燃焼室内に供給するようにし、上記カソード
2から排出されたガスは、分岐されて一方は空気予熱器
13、過熱器16、蒸発器17を通して排出されるようにして
あり、水H2Oは蒸発器17で蒸気になり過熱器16で過熱さ
れて前記ライン4に供給し、該ライン4のガスとともに
改質器5に入るようにし、改質器5の燃焼室出口から排
出された炭酸ガスを含むガスは、ライン14を流れるガス
とともにカソード2に供給されるようにしてある。18は
圧縮機である。
[発明が解決しようとする問題点] ところが、上記した従来の燃料電池発電装置では、燃
料電池1の冷却用としてカソード2側に多くの空気を流
すことにより冷却を行わせるようにしているため、改質
器5を出てカソード2に供給されるCO2を含むガスが、
冷却ガスとして導入される多量の空気と混ぜらせてカソ
ード2に供給されることになり、これによりカソード2
へのCO2の濃度が低くなって高い発電効率が得られない
問題があった。
そこで、本発明は、改質器から出てカソードに供給さ
れる炭酸ガスを含むガスに混ぜる空気の量を減少させて
改質器からの炭酸ガスの濃度低下を防止できるようにし
ようとするものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、上記目的を達成するために、改質器の改質
部で改質されたガスを燃料電池のアノードに供給するよ
う接続し、該アノードから排出されたガスを上記改質器
の燃料室部に導入するようにアノード出口側と改質器の
燃焼室部入口側とを接続し、又、上記改質器の燃焼室部
を出たガスは空気と混ぜて燃料電池のカソードに供給す
るように構成してある燃料電池発電装置において、内部
に触媒を入れた冷却部を燃料電池のカソードに隣接して
設け、該冷却部の入口側に、脱硫器で脱硫された後のガ
スを熱交換器を経て導入するためのラインを接続すると
共に、該冷却部の出口側と改質器の改質部の入口側とを
接続してなり、改質器で改質する前のガスを冷却部に導
いて改質反応を行わせてカソードの冷却を行った後、改
質器の改質部に導入して改質させるようにした構成とす
る。
[作用] 燃料電池のカソード内の熱を、脱硫された後のガスを
冷却部で改質するときの吸熱反応で奪うことによりカソ
ードを冷却することができるため、カソードへ供給する
酸化ガスとしての空気量を減少させることができる。こ
れにより改質器からカソードへ供給される炭酸ガスの濃
度低下を防止することができる。
[実 施 例] 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すもので、燃料電池1
の1セルとして、カソード2及びアノード3のほかに、
カソード2内の熱をとるための冷却部として内部に触媒
を入れて燃料ガスとしての都市ガスTGを改質させるよう
にした冷却部19を設け、都市ガスTGが、脱硫器7で脱硫
処理された後に熱交換器20を経て上記冷却部19に導かれ
るようにライン21を設けると共に、該冷却部19で予め改
質された後に都市ガスTGが改質器5の改質部5aに導入さ
れ、ここで改質されたガスが上記熱交換器20を経て燃料
電池1のアノード3へライン22により供給されるように
し、且つ上記アノード3から排出されたガスは、改質器
5の燃焼室部5bへ導入されるようにする。
又、燃料電池1のカソード2に酸化ガスを供給するた
めに、空気Aを圧縮機10で圧縮した後、2つのラインに
分け、1つのライン14に導いた空気Aをカソード2に供
給するようにすると共に、他方のライン15に分岐させた
空気Aを熱交換機23を通した後、改質器5の燃焼室部5b
に導入させるようにし、上記カソード2への空気供給ラ
イン14の途中にエジェクタ24を設けて、上記改質器5の
燃焼室部5bから排出された炭酸ガスを含むガスが、上記
エジェクタ24を通過する空気に引かれてカソード2へ供
給されるようにし、更に、上記カソード2から排出され
たガスが熱交換器23を経て蒸発器25へ導くようにし、軟
水装置26を通して蒸発器25へ導かれる水H2Oを蒸発さ
せ、蒸気は一部を前記ライン21へ合流させ、残りの給湯
用とし、又、蒸発器25を出たガスは煙突へと導くように
する。
第3図に示す従来の燃料電池発電装置では、都市ガス
TGは脱硫処理後、直接改質器5に導入して改質し、一
方、カソード2へは多量の空気を酸化ガスとして供給し
て燃料電池の冷却作用をさせるようにしているが、本発
明では、この点を改め、都市ガスTGは、脱硫処理した
後、燃料電池1の冷却部19に導いて燃料電池の冷却を行
わせるようにするので、カソード2への供給空気量を従
来方式に比して減少させることができる。すなわち、都
市ガスTGは、脱硫器7で脱硫処理された後、熱交換器20
を通り、先ず燃料電池1の冷却部19に導入される。該冷
却部19には触媒が入れてあって都市ガスTGはここで改質
されるようにしてあり、この改質時の吸熱反応により燃
料電池1のカソード2の熱が奪われ、冷却作用が行われ
る。上記冷却部19を出たガスは、次に改質器5の改質部
5aに導入されて改質された後、熱交換器20を通って燃料
電池1のアノード3に供給され、アノード3から排出さ
れたガスは改質器5の燃焼室部5bへ導かれる。
一方、空気Aは、圧縮機10で圧縮された後、2つに分
岐されて、一方はライン14によりエジェクタ24を通り燃
料電池1のカソード2へ供給され、このとき、改質器5
の燃焼室部5bから排出された炭酸ガスを含むガスは、エ
ジェクタ24で空気流に吸引されてカソード2に供給され
る。この際、改質器5からのガスがエジェクタ24で吸引
されてカソード2へ供給されるので、駆動源を使用しな
いで炭酸ガスを含むガスをカソード2へ供給できてコン
パクト化を図ることができると共に、アノード3とカソ
ード2の圧力差もエジェクタ24の作用によりなくすこと
ができる。カソード2から排出されたガスは、分岐され
たライン15を通る空気と熱交換器23で熱交換した後、蒸
発器25へと導かれ、導入された水を蒸発させて、蒸気の
一部を都市ガスTGに混ぜてスチームリフォーミングさせ
るようにする。
本発明においては、燃料電池1の冷却部19でカソード
2の冷却を行わせるので、カソード2側に流す空気流に
よりカソード2の冷却を行わせる必要がなくなって、カ
ソード2へ供給する空気量を大幅に減少させることがで
き、これに伴ない改質器5からカソード2へ供給される
炭酸ガスの濃度を低下させることがなくなる。
次に、本発明の燃料電池発電装置において、改質器5
をプレート式にすると共に、熱交換器20もプレート式と
して燃料電池スタックとともに第1図のように1つの圧
力容器27内に収めて積層し、更にガスを流すラインを内
部マニホールド型に形成させることにより接続配管をほ
とんどなくすることができ、全体をコンパクトにできる
利点がある。
なお、本発明は、上記実施例にのみ限定されるもので
はなく、たとえば、冷却部19は内部に触媒を入れて都市
ガスをリフォーミングさせるようにし、このときの吸熱
反応でカソード2の熱を奪い冷却させるようにした場合
を示したが、第2図に一例を示す如く、燃料電池1のカ
ソード2に隣接して設けた冷却部19に空気を流すための
空気供給ライン28を独立して設け、冷却用として多量の
空気を冷却部19内に流してカソード2を冷却するように
し、これに伴ないカソード2への空気供給量を減少させ
るようにしてもよい。この場合は、都市ガスTGは脱硫後
改質器5へ導入することになる。
[発明の効果] 以上述べた如く、本発明の燃料電池発電装置によれ
ば、燃料電池のカソードを冷却するための内部に触媒を
入れた冷却部を設け、該冷却器に脱硫された後のガスを
供給して、冷却部内でガスの改質を行わせ、この改質時
の吸熱反応によりカソードの熱を奪ってカソードを冷却
するようにしてあるので、従来、冷却用としてカソード
側へ多くの空気を流していることによりカソードへの炭
酸ガスの濃度が低下していたことを改め、カソード側へ
の空気供給量を大幅に減少できて空気との混合による炭
酸ガス濃度の低下を防止することができ、高い発電効率
が得られる、という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料電池発電装置の一実施例を示す系
統図、第2図は本発明の他の例を示す系統図、第3図は
従来の燃料電池発電装置の系統図である。 1……燃料電池、2……カソード、3……アノード、5
……改質器、5……改質部、5b……燃焼室部、7……脱
硫器、19……冷却部、20……熱交換器、21,22……ライ
ン、24……エジェクタ、TG……都市ガス、A……空気。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平田 哲也 東京都江東区豊洲3丁目1番15号 石川 島播磨重工業株式会社東京第二工場内 (56)参考文献 特開 昭57−158963(JP,A) 特開 昭62−237673(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】改質器の改質部で改質されたガスを燃料電
    池のアノードに供給するよう接続し、該アノードから排
    出されたガスを上記改質器の燃焼室部に導入するように
    アノード出口側と改質器の燃焼室部入口側とを接続し、
    又、上記改質器の燃焼室部を出たガスは空気と混ぜて燃
    料電池のカソードに供給するように構成してある燃料電
    池発電装置において、内部に触媒を入れた冷却部を燃料
    電池のカソードに隣接して設け、該冷却部の入口側に、
    脱硫器で脱硫された後のガスを熱交換器を経て導入する
    ためのラインを接続すると共に、該冷却部の出口側と改
    質器の改質部の入口側とを接続してなり、改質器で改質
    する前のガスを冷却部に導いて改質反応を行わせてカソ
    ードの冷却を行った後、改質器の改質部に導入して改質
    させるようにした構成を有することを特徴とする燃料電
    池発電装置。
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JP2899709B2 (ja) * 1989-11-25 1999-06-02 石川島播磨重工業株式会社 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置
CN110867599A (zh) * 2019-12-10 2020-03-06 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统及方法

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