JP2888604B2 - 燃料電池発電プラント - Google Patents

燃料電池発電プラント

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JP2888604B2
JP2888604B2 JP2136155A JP13615590A JP2888604B2 JP 2888604 B2 JP2888604 B2 JP 2888604B2 JP 2136155 A JP2136155 A JP 2136155A JP 13615590 A JP13615590 A JP 13615590A JP 2888604 B2 JP2888604 B2 JP 2888604B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、燃料電池発電プラント、とくに燃料電池本
体に格納した燃料極および空気極が大気圧よりも高い圧
力下で運転されるリン酸型燃料電池発電プラントに関す
る。
(従来の技術) 燃料電池発電プラントは、燃料電池へ水素と炭酸ガス
の混合ガス(水素リッチガス)を供給する燃料系、燃料
電池へ酸素を供給する空気系、燃料電池における水素と
酸素の化学反応によって発生する反応熱を冷却する冷却
水系とから構成されている。さらに、この燃料電池発電
プラントには、燃料電池における水素と酸素の化学反応
によって発生する直流電力を交流電力に変換する直交変
換装置および発電プラントを安全かつ効率よく運転する
ための運転制御装置等が配設されている。
ここで、第5図について従来の燃料電池発電プラント
の構成を説明する。
第5図の燃料電池発電プラントの全体構成図に示すよ
うに、まず、燃料電池は、燃料電池本体11、水素と炭酸
ガスの混合ガス(水素リッチガス)が通過する燃料極1
2、酸素が通過する空気極13、水素と酸素の化学反応熱
を冷却する冷却水通路14および電解質15から構成されて
いる。ここで、一般に、電解質にリン酸を使用する電池
をリン酸型燃料電池と称する。このような燃料電池で
は、水素と酸素との化学反応によって直流電力を発生す
る。しかし、燃料電池の発電効率を向上させるには、燃
料中の水素分圧および空気中の酸素分圧を高くすること
が望ましい。このため、数千KWから数万KWの規模の大型
燃料電池発電プラントでは、その作動流体としての燃料
および空気の圧力が8気圧前後で運転されている。
まず、燃料電池発電プラントの燃料系では、天然ガ
ス、ナフサ等の炭化水素と水蒸気との化学反応によっ
て、水素と炭酸ガスの混合ガス(水素リッチガス)を生
成し、この混合ガスを燃料電池の燃料極12へ供給する。
ここで、この燃料系をメタンを主成分とするガス(以
下、天然ガスとする)を例にとって説明する。天然ガス
コンプレッサ(図示せず)によって規定圧力に昇圧され
た天然ガスは、水蒸気分離器45、高温蒸気過熱器24およ
び低温蒸気過熱器27を介して導入される過熱蒸気と混合
し、原燃料予熱器21により予熱されて改質器22へ供給さ
れる。この改質器22では、この中に格納されている改質
触媒のもとで、次の化学反応により水素、炭酸ガスおよ
び一酸化炭素の混合ガスが発生する。
CH4+H2O→CO+3H2 ……(1) CO+H2O→CO2+H2 ……(2) ここで、式(1)の化学反応は、吸熱反応、式(2)
の化学反応は、発熱反応であるが、式(1)の吸熱量が
圧倒的に大である。さらに、式(1),(2)で示され
る化学反応は、触媒のもとでの反応であるため、天然ガ
スと水蒸気の混合ガス温度を500〜800℃に保つ必要があ
る。
次いで、改質器22から排出される水素、炭酸ガスおよ
び一酸化炭素の混合ガスは、原燃料予熱器21で約400℃
まで冷却され、高温CO変成器23へ導かれる。高温CO変成
器23で処理された混合ガスは、高温蒸気過熱器24とガス
冷却器25で約200℃まで冷却された後、低温CO変成器26
へ導かれ、さらに、低温蒸気過熱器27で冷却されてから
燃料ガスコンタクトクーラ28に導かれる。高温CO変成器
23および低温CO変成器26において改質器22からの混合ガ
スは、触媒作用のもとで、次の化学反応により、その一
酸化炭素が水素と炭酸ガスに変換される。
CO+H2O→CO2+H2 ……(3) 燃料系における天然ガスと水蒸気の化学反応では、こ
の化学反応に必要な水蒸気量のみを反応系に供給するの
ではなく、一般にその2倍以上の水蒸気量を供給する。
したがって、燃料電池の燃料極12へ混合ガス(水素リッ
チガス)を供給する前に、燃料ガスコンタクトクーラ28
において、冷却水入口配管51より冷却水を導入し、これ
と混合ガスを直接接触させて熱交換し、水蒸気分を凝縮
させる。熱交換を終了した冷却水は、冷却水出口配管52
より水回収装置等(図示せず)へ排出される。そして、
水蒸気分が分離除去された混合ガス(水素リッチガス)
は、燃料電池の燃料極へ供給される。
また、燃料電池発電プラントの空気系では、第1段コ
ンプレッサ31と第2段コンプレッサ32の2段のコンプレ
ッサによって、空気を規定圧力に昇圧し、燃料電池の空
気極13へ酸素を供給するようになっている。そのため
に、第1段コンプレッサ31と第2段コンプレッサ32の中
間に中間冷却器33を配設し、第1段コンプレッサ31の出
口からの空気は、ここで冷却されてから第2段コンプレ
ッサ32へ導かれる。なお、中間冷却器33への冷却水は、
冷却水入口配管53から導かれ、空気と熱交換後、冷却水
出口配管54より冷却塔等の冷却装置(図示せず)に回収
される。
燃料電池本体11では、次式に示す水素と酸素の化学反
応によって直流電力が発生する。
2H2+O2→2H2O+(直流電力) ……(4) この直流電力は、直交変換器(図示せず)によって交
流電力に変換され、変圧器、他の電気回路を経て、外部
電力系統に供給される。式(4)に示す化学反応により
電力と水蒸気が発生するが、リン酸型燃料電池では、発
生した水蒸気は空気極13側へ随伴される。燃料電池の燃
料極12と空気極13へ供給される水素と空気は、それらの
全量が式(4)に示す化学反応に消費されずに、約20%
の水素および約30%の酸素がこの化学反応に関与するこ
となく、燃料極12と空気極13を素通りする。この燃料極
12を素通りしたガス(以下、排燃料という)は、可燃分
として水素を含んでいるので、この排燃料を改質器22の
加熱源として利用する。一方、空気極13を素通りしたガ
スは、酸素、窒素および水蒸気の混合ガスであるので、
以下に示すプロセスを経て、排燃料燃焼用空気として利
用される。まず、燃料電池で上記した化学反応を終了し
た空気極13からの出口ガスは、僅かであるが、電解質15
から分離・飛散されたリン酸を含んでいるため、まず、
リン酸スクラバ34でその中からリン酸を除去する。リン
酸スクラバ34から排出されたガスは、空気極排気ガス再
生器35にて冷却され、空気極排気ガスコンタクトクーラ
36に導かれる。この排気ガスコンタクトクーラ36におい
て排気ガスは冷却水入口配管55からの冷却水と直接接触
し、排気ガス中の水蒸気分を凝縮させる。そして、冷却
水は冷却水出口配管56より水回収装置等(図示せず)へ
排出される。
空気極排気ガスコンタクトクーラ36で水蒸気分が分離
された酸素と窒素の混合ガス(以下、排空気という。酸
素濃度が空気の約1/2)は、空気極排気ガス再生器35へ
導かれて、空気極排気のもつ顕熱を回収して加熱され
る。さらに、排空気は、ガス冷却器25において、燃料系
ガスの熱を回収して予熱され、次いで、改質器バーナ空
気予熱器37で予熱されて、改質器バーナ38へ導かれる。
改質器バーナ38では、排燃料を予熱された排空気で燃焼
し、式(1)に示す改質反応(吸熱反応)を維持するの
に必要な熱源を供給する。また、排空気中の酸素濃度を
微調節するために、第2段コンプレッサ32からのフレッ
シュ空気を調節弁39を介して改質器バーナ38に注入し、
そこでの排燃料の燃焼をより確実なものとしている。
改質器22において、改質反応に必要な熱量を提供した
燃焼排ガスは、依然として、圧力:約8気圧、温度:約
550℃といった高いエネルギを有している。そのため、
燃料電池の空気極13へ酸素を供給する第1および第2コ
ンプレッサ31,32を駆動するエネルギとして利用され
る。すなわち、改質器22からの燃焼排気ガスは、第2段
ガスタービン40へ導かれ、これにより、第2段コプレッ
サ32を駆動し、その後、第1段ガスタービン41へ導かれ
て第1段コンプレッサ31を駆動した後、大気中へ放出さ
れる。ここで、改質器22と第2段ガスタービン40の中間
に補助燃焼器42が配設されている。ここで、改質器22か
らの燃焼排ガスでは第1および第2段コンプレッサ31,3
2を駆動するのに不足するエネルギーを天然ガスを焚増
して補強する。補助燃焼器42への燃料は、天然ガスコン
プレッサ(図示せず)で昇圧された天然ガスを燃料系へ
供給する前に分岐させて供給する。また、ここでの燃焼
用の空気は、第2段コンプレッサ32より燃料電池の空気
極13へ供給する前に分岐させ、空気調節弁48を経て補助
燃焼器42へ導くようになっている。また、燃料電池発電
プラント全体として、空気量に余剰が生じた場合は、第
2段コンプレッサ32の出口に分岐点を設け、空気バイパ
ス弁43を介して改質器燃焼排ガス系へ余剰空気を導く。
一方、第1および第2段ガスタービン40,41の改質器燃
焼排ガス系にエネルギーの余剰が生じた場合は、燃焼排
ガス系に設けた排気ガスバイパス弁44により余剰エネル
ギーを大気中へ放出させる。
さらに、燃料電池本体11では、式(4)に示す化学反
応が発熱反応であるため、これを冷却する必要がある。
このため、別途配設した水蒸気分離器45に冷却水を貯
め、この冷却水を冷却水ポンプ46により昇圧し、冷却水
通路14へ圧送し、燃料電池本体11を冷却する。その後、
この冷却水は、まず、燃料電池本体11の出口では、水・
蒸気の二相流の状態となって、水蒸気分離器45へ回収さ
れ、この中で水と蒸気とに分離される。ここで分離され
た水蒸気は、低温蒸気過熱器27と高温蒸気過熱器24で加
熱され、過熱蒸気として天然ガスと混合され、燃料系へ
供給される。一方、分離された水は、燃料電池の冷却水
に供されるが、燃料系での天然ガスと水蒸気との化学反
応に消費された分だけ不足する。そのため、補給水弁47
を介して発電プラントの外部より電池の冷却系へ補給さ
れるようになっている。
(発明が解決しようとする課題) このように、従来の大型のリン酸型燃料電池発電プラ
ントでは、燃料電池からの排燃料と排空気を改質反応熱
源として、また改質器燃焼排ガスをもつ熱エネルギーを
ガスタービンの駆動ガスとしてそれぞれ有効利用し、さ
らに燃料電池の化学反応熱を冷却するために発生した水
蒸気の燃料系への回収等を図っていた。そのため、燃料
電池発電プラントが大型化、複雑化するとともに、燃料
電池発電プラントの運転の高効率化を達成するためには
巧妙かつ洗練された技術を駆使する必要があった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、燃料電
池発電プラントにおける反応器または直接接触式ガスコ
ンタクトクーラ等の塔槽機器と熱交換器の複合一体化を
図ることにより、塔槽機器と熱交換器を接続する各種配
管を不要とし、かつ、燃料電池発電プラントの小型・コ
ンパクト化、製作コストの低減およびその信頼性の向上
を図った燃料電池発電プラントを提供することを目的と
している。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明は、燃料極と空気極
と冷却水通路とを有する燃料電池本体と、燃料供給源と
前記燃料極とを接続するとともに、前記燃料供給源から
供給される炭化水素を水蒸気と反応させて、生成された
水素と炭酸ガスとを含んでなる混合ガスを前記燃料極に
供給する燃料系と、前記燃料系に設けられた改質器と、
前記冷却水通路から排出された水蒸気を加熱した過熱蒸
気を前記改質器に供給される燃料に混合されるように構
成されてなる水蒸気系と、前記燃料系を流れる混合ガス
中に含まれる一酸化炭素ガスを触媒作用のもとで水素ガ
スおよび炭酸ガスに変換する高温CO変成器と、前記水蒸
気系を流れる水蒸気を加熱して過熱蒸気とする高温蒸気
加熱器と、を複合一体的に組み合わせてなり、前記高温
CO変成器内の混合ガスと前記高温蒸気加熱器内の水蒸気
との間で熱交換が行われる第1の複合機器と、前記燃料
系を流れる混合ガス中に含まれる一酸化炭素ガスを触媒
作用のもとで水素ガスおよび炭酸ガスに変換する低温CO
変成器と、前記水蒸気系を流れる水蒸気を加熱して過熱
蒸気とする低温蒸気加熱器と、を複合一体的に組み合わ
せてなり、前記低温CO変成器内の混合ガスと前記低温蒸
気加熱器内の水蒸気との間で熱交換が行われる第2の複
合機器と、前記空気極と前記改質器とを接続するととも
に、前記空気極から排出された水蒸気を含む排気ガスか
ら水蒸気分を除去するようにして、前記改質器に導く空
気極排気系と、前記空気極排気系に設けられ、前記空気
極から排出された排気ガスに含まれる水蒸気分を水と直
接接触させることにより凝縮させる直接接触式凝縮器
と、前記直接接触式凝縮器を経た排気ガスを前記直接接
触式凝縮器を経る前の排気ガスと熱交換して再生する排
気ガス再生器と、を複合一体的に組み合わせてなる第3
の複合機器と、を備えたことを特徴とする燃料電池発電
プラントを提供する。
(実施例) 以下、本発明の燃料電池発電プラントの実施例を第1
図から第4図について説明する。なお、第5図に示した
従来の燃料電池発電プラントと共通する部分については
同一符号を示し、それらの構成と作用の説明を省略す
る。
第1図に示す実施例においては、燃料電池発電プラン
トの燃料系では、第5図に示したCO変成器と熱交換器と
を複合一体化する。すなわち、高温CO変成器23と高温蒸
気過熱器24とを複合一体化して機器(A)60(第1の複
合機器60)を構成する。また、低温CO変成器26と低温蒸
気過熱器27とを複合一体化して機器(B)80(第2の複
合機器80)を構成する。さらに、空気極排気系では、空
気極排ガスコンタクトクーラ36と空気極排気ガス再生器
35とを複合一体化して機器(C)100(第3の複合機器1
00)を構成する。そして、第1図に示すように、燃料系
に機器(A)60と機器(B)80を、また、空気極排気系
へ機器(C)100を配設する。なお、燃料電池本体11の
冷却水通路14の出口から出発して、水蒸気分離器45、機
器(B)80および機器(A)60を経て、後述する改質器
22の上流側で燃料系と交わる経路を、水蒸気系というこ
ととする。また、その他の機器構成配置は、第5図に示
す従来の燃料電池発電プラントと同様とする。
まず、第2図について、従来の高温CO変成器23と高温
蒸気過熱器24とを複合一体化した機器(A)60の構成を
説明する。機器(A)60は、容器62と、この上部に設け
られたガス入口座61からなり、容器62の内部には、その
下側部に設置された触媒支持装置64により高温CO変成器
として機能する高温CO変成触媒63が支持・充填されてい
る。第1図に示す改質器22で改質されたガスが原燃料予
熱器21を経てガス入口座61から容器62内に導かれる。一
方、容器62の底部には高温蒸気過熱器用の一方の管板65
が設けられ、伝熱管66がこの管板65に固着されている。
また、伝熱管66の下端部には他方の管板67が取付けら
れ、容器62の底部から垂下した胴71内に収容されてい
る。胴71の上部には蒸気出口座70が、また、その中途に
は蒸気入口座69が設けられるとともに、下部にはガス出
口座68が設けられている。これらが高温蒸気過熱器とし
て機能する。また、伝熱管66と胴71との温度差によって
生じる伸び差を吸収するために胴71は上下に二分され、
その間にまたがって伸縮継手72が配設されている。
改質されたガスが、高温CO変成触媒63を通過すること
によって、燃料系ガス中の一酸化炭素は式(3)に示す
化学反応によって、水素と炭酸ガスへの変換が進む。こ
の高温CO変成触媒63を通過した燃料系ガスは、伝熱管66
の管内を流下し、伝熱管66と胴71の間に形成される空間
を流れる水蒸気と熱交換して冷却され、ガス出口座68か
らガス冷却器25へ送られる。一方、蒸気入口座69より胴
71内に導入された蒸気は、胴内を蛇行しつつ上昇する間
に伝熱管66内を流れる燃料系ガスと熱交換して加熱さ
れ、蒸気出口座70から機器(A)60の外に排出され、天
然ガスと混合されてから、原燃料予熱器21へ供給され
る。
次に、第3図について、従来の低温CO変成器26と低温
蒸気過熱器27とを複合一体化した機器(B)80の構成を
説明する。機器(B)80は、容器82と、この内の下部に
配設された触媒支持装置84によって支持される環状の低
温CO変成触媒83(低温CO変成器)とからなり、容器82の
上部に設けたガス入口座81から、第1図に示すガス冷却
器25によって冷却された改質混合ガス(水素リッチガ
ス)が導入されるようになっている。また、容器82の底
部には、一方の管板85を配設し、また、他方の管板86を
容器82の上方部に容器82より突出するように配設する。
さらに、管板85,86間に伝熱管87を固着し、その周囲を
胴88で囲んで低温蒸気過熱器を構成する。
燃料系ガス中の一酸化炭素は、ガス入口座81から導入
されて、低温CO変成触媒83内を流下することによって、
式(3)に示す化学反応を起こし、水素と炭酸ガスとに
完全に変換される。低温CO変成触媒83を通過したガス
は、低温蒸気過熱器胴88と伝熱管87との間に形成される
空間を上昇する。さらに、伝熱管87内を流下する蒸気入
口座90からの蒸気と熱交換して冷却され、ガス出口座89
より、第1図に示す燃料ガスコンタクトクーラ28に導入
され、そこでガス中の水蒸気分が除去された後、電池の
燃料極12へ供給される。
一方、水蒸気分離器45からの水蒸気は、低温蒸気過熱
器用の蒸気入口座90から胴88内に導入され、伝熱管87内
を流下し、胴88内を上昇するガスと熱交換して加熱され
た後、蒸気出口座91を経て、従来の高温CO変成器と高温
蒸気過熱器とを複合一体化した機器(A)60へ供給され
る。なお、必要に応じて、低温CO変成触媒83が充填され
る容器82と低温蒸気過熱器用の胴88との温度差による伸
び差を吸収するために、触媒支持装置84と胴88との間に
環状の隙間を設けることもできる。
さらに、第4図について、従来の空気極排気ガス再生
器35と空気極排気ガスコンタクトクーラ36とを複合一体
化した機器(C)100の構成を説明する。第4図(a)
は、その縦断面図、第4図(b)は、第4図(a)のX
矢視部分の部分拡大図であって、機器(C)100は、容
器102とその中央部に配設された空気極排気ガス再生器
とからなる。燃料電池本体11で化学反応を終了した空気
極排気ガスは、リン酸スクラバ34を経て機器(C)100
の排気ガス入口座101に導かれるようになっている。ま
た、容器102の上方部には突出した形で一方の管板103が
設けられ、他方の管板104が容器102の下部に配設されて
いる。また、管板103,104間には、伝熱管105が固着され
ている。さらに、再生器胴106は、容器102の上部に固着
され、容器102の中央部に配設され、その下端は、他方
の管板104と連結されずに、複数の伝熱管105によって吊
り下げられる構成となっている。これらが空気極排気ガ
ス再生器を構成する。
このような構成により、排気ガス入口座101から導か
れた高温ガスは、伝熱管105内を流下し、再生器胴106と
伝熱管105との間に形成される空間を流れるガスと熱交
換し冷却される。また、容器102内に配設された再生器
胴106の周囲には、これよりも大径の第2胴107が管板10
4に連結されて配置されている。容器102の内側と第2胴
107との間に形成される環状空間には、排気ガスコンタ
クトクーラ用の充填物108が充填物支持装置109によって
支持されつつ充填されている。ここで伝熱管105内を流
下する間に冷却された空気極排気ガスは、容器102の内
側と第2胴107との間に形成される環状空間に充填され
た充填物108の間を上昇する間に、冷却水入口座110より
導かれた充填物108間を流下する冷却水と熱交換し、冷
却される。そして、この間に、空気極排ガス中の水蒸気
は凝縮し、分離される。さらに、充填物108間を流下す
る冷却水は、凝縮・分離された水蒸気とともに容器102
の下部に導かれ、冷却水出口座111より発電プラント系
外の水回収装置等(図示せず)に回収される。一方、水
蒸気が分離された空気極排ガスは、必要に応じて配設さ
れるミストセパレータ112を通過し、さらに再生器胴106
と第2胴107との間に形成される環状空間を流下し、再
生器胴106内へ導かれ、その中を上昇する間に伝熱管105
内を流下する排気ガスと熱交換する。これにより排気ガ
スのもつ顕熱を回収する形で加熱されてから容器102上
部の排気ガス出口座113から排出され、第1図に示すガ
ス冷却器25へ供給される。排気ガス中の水蒸気が分離さ
れ、かつ、加熱されたガスは、排空気として、さらにガ
ス冷却器25と改質器バーナ空気予熱器37で加熱され、改
質器バーナ38の燃焼用空気として利用される。
また、第4図(b)に示すように、伝熱管105と第2
胴107の温度差によって生じる伸び差を吸収するため
に、伸縮継手114を管板104と第2胴107の間に設けるこ
ともできる。
さらに、ミストセパレータ112からの微細なミストが
合体して生じる液滴を排出するために、管板104に、第
4図(a)に示すようにドレン抜き115を付設すること
もできる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、燃料電池発電プラントの燃料系にお
いて反応器と熱交換器の複合一体化、また、空気系にお
いて空気極排気ガスコンタクトクーラと熱交換器の複合
一体化が図れるので、各機器と熱交換器とを接続する配
管が不要となる。そのため、燃料電池発電プラントの小
型・コンパクト化およびその製作コストの低減が図れる
とともに、大巾にその信頼性が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料電池発電プラントの実施例の全体
構成図、第2図は高温CO変成器と高温蒸気過熱器を複合
一体化した機器の縦断面図、第3図は低温CO変成器と低
温蒸気過熱器を複合一体化した機器の縦断面図、第4図
は空気極排気ガス再生器と空気極排気ガスコンタクトク
ーラを複合一体化した機器の縦断面図、第5図は従来の
燃料電池発電プラントの全体構成図である。 11……燃料電池本体、12……燃料極、13……空気極、21
……原燃料予熱器、22……改質器、25……ガス冷却器、
28……燃料ガスコンタクトクーラ、31……第1段コンプ
レッサ、32……第2段コンプレッサ、33……中間冷却
器、34……リン酸スクラバ、37……改質器バーナ空気予
熱器、38……改質器バーナ、40……第2段ガスタービ
ン、41……第1段ガスタービン、42……補助燃焼器、45
……水蒸気分離器、60……高温CO変成器と高温蒸気過熱
器を複合一体化した機器、80……低温CO変成器と低温蒸
気過熱器を複合一体化した機器、100……空気極排気ガ
ス再生器と空気排気ガスコンタクトクーラを複合一体化
した機器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三好 倫三 神奈川県横浜市鶴見区末広町2―4 株 式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 竹田 信治 神奈川県横浜市鶴見区末広町2―4 株 式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 高橋 守 神奈川県横浜市鶴見区末広町2―4 株 式会社東芝京浜事業所内 (56)参考文献 特開 昭59−217605(JP,A) 特開 昭62−165873(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 8/00 - 8/24

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料極と空気極と冷却水通路とを有する燃
    料電池本体と、 燃料供給源と前記燃料極とを接続するとともに、前記燃
    料供給源から供給される炭化水素を水蒸気と反応させ
    て、生成された水素と炭酸ガスとを含んでなる混合ガス
    を前記燃料極に供給する燃料系と、 前記燃料系に設けられた改質器と、 前記冷却水通路から排出された水蒸気を加熱した過熱蒸
    気を前記改質器に供給される燃料に混合されるように構
    成されてなる水蒸気系と、 前記燃料系を流れる混合ガス中に含まれる一酸化炭素ガ
    スを触媒作用のもとで水素ガスおよび炭酸ガスに変換す
    る高温CO変成器と、前記水蒸気系を流れる水蒸気を加熱
    して過熱蒸気とする高温蒸気加熱器と、を複合一体的に
    組み合わせてなり、前記高温CO変成器内の混合ガスと前
    記高温蒸気加熱器内の水蒸気との間で熱交換が行われる
    第1の複合機器と、 前記燃料系を流れる混合ガス中に含まれる一酸化炭素ガ
    スを触媒作用のもとで水素ガスおよび炭酸ガスに変換す
    る低温CO変成器と、前記水蒸気系を流れる水蒸気を加熱
    して過熱蒸気とする低温蒸気加熱器と、を複合一体的に
    組み合わせてなり、前記低温CO変成器内の混合ガスと前
    記低温蒸気加熱器内の水蒸気との間で熱交換が行われる
    第2の複合機器と、 前記空気極と前記改質器とを接続するとともに、前記空
    気極から排出された水蒸気を含む排気ガスから水蒸気分
    を除去するようにして、前記改質器に導く空気極排気系
    と、 前記空気極排気系に設けられ、前記空気極から排出され
    た排気ガスに含まれる水蒸気分を水と直接接触させるこ
    とにより凝縮させる直接接触式凝縮器と、前記直接接触
    式凝縮器を経た排気ガスを前記直接接触式凝縮器を経る
    前の排気ガスと熱交換して再生する排気ガス再生器と、
    を複合一体的に組み合わせてなる第3の複合機器と、 を備えたことを特徴とする燃料電池発電プラント。
  2. 【請求項2】前記第1の複合機器は、 前記燃料系に接続され、内部に高温変成触媒が支持、充
    填された容器と、 前記容器に設けられ、前記高温変成触媒を通過した変成
    ガスを通過させて前記燃料系に排出する伝熱管と、 前記水蒸気系に接続されるとともに前記伝熱管を囲んで
    設けられ前記容器底部から垂下した胴と、を有し、 前記水蒸気系の水蒸気は、前記胴と前記伝熱管との間の
    空間に導入され、前記伝熱管内を流れる変成ガスとの間
    で熱交換が行われた後、前記水蒸気系に排出されること
    を特徴とする、請求項1に記載の燃料電池発電プラン
    ト。
  3. 【請求項3】前記第2の複合機器は、 前記燃料系に接続され、内部に低温変成触媒が収容され
    た容器と、 前記容器に設けられ、前記低温変成触媒を通過した変成
    ガスを通過させて前記燃料系に排出する伝熱管と、 前記水蒸気系に接続されるとともに前記伝熱管を囲んで
    設けられた胴と、を有し、 前記水蒸気系の水蒸気は、前記胴と前記伝熱管との間の
    空間に導入され、前記伝熱管内を流れる変成ガスとの間
    で熱交換が行われた後、前記水蒸気系に排出されること
    を特徴とする、請求項1に記載の燃料電池発電プラン
    ト。
  4. 【請求項4】前記第3の複合機器は、 冷却水の入口および出口を有する容器と、 前記容器に挿入されるとともに、前記空気極排気系に接
    続された再生器胴と、 前記再生器胴内に配置され、前記空気極排気系から前記
    再生器胴内に導入された排気ガスを通過させるための伝
    熱管と、 前記容器内の前記再生器胴の外側に配置され、前記伝熱
    管を通過した排気ガスと容器内に導入された冷却水を直
    接接触させて熱交換を行う熱交換手段と、を有し、 前記熱交換手段を通過して冷却された排気ガスは、前記
    再生器胴内の前記伝熱管の外側に通されることにより前
    記伝熱管を介して前記伝熱管内の排気ガスと熱交換した
    後、前記空気極排気系に排出されることを特徴とする、
    請求項1に記載の燃料電池発電プラント。
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