JP3263936B2 - Fuel cell generator - Google Patents

Fuel cell generator

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JP3263936B2
JP3263936B2 JP16495093A JP16495093A JP3263936B2 JP 3263936 B2 JP3263936 B2 JP 3263936B2 JP 16495093 A JP16495093 A JP 16495093A JP 16495093 A JP16495093 A JP 16495093A JP 3263936 B2 JP3263936 B2 JP 3263936B2
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fuel cell
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一 斉藤
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石川島播磨重工業株式会社
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • 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】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置に係
わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池を用いた燃
料電池発電装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power generator, and more particularly, to a fuel cell power generator using a molten carbonate fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図2に示すように天然ガ
ス等の燃料ガス1を水素を含むアノードガス2に改質す
る改質器10と、アノードガス2と酸素を含むカソード
ガス3とから発電する燃料電池20とを一般的に備えて
おり、改質器で作られたアノードガスは燃料電池に供給
され、燃料電池内でその大部分(例えば80%)を消費
した後、アノード排ガス4として改質器10の燃焼室C
oに供給される。燃料ガス1は燃料予熱器11で予熱さ
れて改質器の改質室Reに入る。改質器ではアノード排
ガス中の可燃成分(水素、一酸化炭素、メタン等)を燃
焼室で燃焼し、高温の燃焼ガスにより改質室Reを加熱
し内部を流れる燃料を改質する。改質室を出た燃焼排ガ
ス5は、空気予熱器32で熱回収され、凝縮器33と気
水分離器34で水分を除去され、タービン圧縮機(動力
回収装置40)で加圧された空気6が混入し、この混合
ガスが空気予熱器32で加熱されてカソードガス3に合
流する。これにより、電池のアノード側で発生した二酸
化炭素が、燃焼排ガス5を介して燃料電池用のカソード
ガス3に入り、燃料電池のカソード反応に必要な二酸化
炭素をカソード側Cに供給する。カソードガス3は燃料
電池内でその一部が反応してカソード排ガス7となり、
その一部はカソード入口側に再循環され、一部は改質器
10の燃焼室Coに供給されてアノード排ガス4を燃焼
させ、残りは動力回収装置40に供給されて圧力回収さ
れ、系外に排出される。なお、図中22は燃料電池の格
納容器、8は格納容器に供給されるパージガスである。
2. Description of the Related Art Molten carbonate fuel cells have features that are not found in conventional power generation devices, such as high efficiency and little impact on the environment, and have attracted attention as power generation systems following hydro, thermal and nuclear power. Are being researched and developed in various countries around the world. In particular, in a power generation facility using a molten carbonate fuel cell using natural gas as a fuel, as shown in FIG. 2, a reformer 10 for reforming a fuel gas 1 such as natural gas into an anode gas 2 containing hydrogen, The fuel cell 20 generally includes a fuel cell 20 that generates electricity from the anode gas 2 and the cathode gas 3 containing oxygen. The anode gas produced by the reformer is supplied to the fuel cell, and most of the anode gas is generated in the fuel cell. After consuming 80%, for example, the combustion chamber C of the reformer 10 is used as the anode exhaust gas 4.
o. The fuel gas 1 is preheated by the fuel preheater 11 and enters the reforming chamber Re of the reformer. In the reformer, combustible components (hydrogen, carbon monoxide, methane, etc.) in the anode exhaust gas are burned in the combustion chamber, and the reforming chamber Re is heated by the high-temperature combustion gas to reform the fuel flowing inside. The combustion exhaust gas 5 that has exited the reforming chamber is heat-recovered by the air preheater 32, water is removed by the condenser 33 and the steam separator 34, and the air is pressurized by the turbine compressor (power recovery device 40). The mixed gas is heated by the air preheater 32 and merges with the cathode gas 3. As a result, carbon dioxide generated on the anode side of the battery enters the cathode gas 3 for the fuel cell via the combustion exhaust gas 5 and supplies carbon dioxide required for the cathode reaction of the fuel cell to the cathode side C. A part of the cathode gas 3 reacts in the fuel cell to become a cathode exhaust gas 7,
A part thereof is recirculated to the cathode inlet side, a part is supplied to the combustion chamber Co of the reformer 10 to burn the anode exhaust gas 4, and the remaining part is supplied to the power recovery device 40 to be recovered in pressure, and Is discharged. In the drawing, reference numeral 22 denotes a storage container of the fuel cell, and reference numeral 8 denotes a purge gas supplied to the storage container.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】燃料電池20では反応
により大きな熱が発生する。そのため、従来の燃料電池
発電装置は、高温ブロア24及びガス冷却器(図示せ
ず)を備えたカソードガス循環ライン26を有し、カソ
ード排ガス7の一部を冷却しカソードガス3に混入させ
て燃料電池20の温度を維持するようになっていた。
In the fuel cell 20, a large amount of heat is generated by the reaction. Therefore, the conventional fuel cell power generator has a cathode gas circulation line 26 provided with a high-temperature blower 24 and a gas cooler (not shown), and cools a part of the cathode exhaust gas 7 and mixes it with the cathode gas 3. The temperature of the fuel cell 20 was maintained.

【0004】しかし、従来のかかる冷却手段では、燃料
電池の発熱量が大きいため、カソードガス3に混入させ
るカソード排ガス7の量が非常に多くなり(例えば、反
応に必要なカソードガスの10倍以上)、カソードガス
循環ライン26の配管径が大きくなり、高温ブロア24
が大型になり、大きな動力を必要とする問題点があっ
た。一方、燃料ガス1は燃料予熱器11で予熱して改質
器に供給されるが、この燃料予熱器11も大型である問
題点があった。
However, in such a conventional cooling means, since the calorific value of the fuel cell is large, the amount of the cathode exhaust gas 7 mixed into the cathode gas 3 becomes extremely large (for example, 10 times or more of the cathode gas required for the reaction). ), The pipe diameter of the cathode gas circulation line 26 becomes large,
However, there is a problem that the size becomes large and large power is required. On the other hand, the fuel gas 1 is preheated by the fuel preheater 11 and supplied to the reformer. However, the fuel preheater 11 also has a problem that it is large.

【0005】本発明は、上述した問題点を解決するため
に創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、
カソードガスに混入させるカソード排ガスの流量を低減
でき、これによりカソードガス循環ラインの配管径を小
さくし、高温ブロアを小型にし、かつ高温ブロアの動力
を低減できる燃料電池発電装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. That is, the object of the present invention is:
An object of the present invention is to provide a fuel cell power generation device that can reduce the flow rate of cathode exhaust gas mixed into the cathode gas, thereby reducing the diameter of the piping of the cathode gas circulation line, reducing the size of the high-temperature blower, and reducing the power of the high-temperature blower. .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、水素を
含むアノードガス(2)と酸素を含むカソードガス
(3)とから発電する燃料電池(20)と、燃料電池
(20)を出たアノード排ガス(4)をカソード排ガス
(7)の一部で燃焼させその熱で燃料ガス(1)をア
ノードガス(2)に改質する改質器(10)と、前記燃
料電池(20)を格納する格納容器(22)と、前記
料ガス(1)を間接加熱するために、前記燃料電池(2
0)を構成する複数のセルの間に挟持され、該燃料電池
(20)とは別個独立した燃料ガス用流路を備えると共
に、前記格納容器(22)内に格納されている燃料予熱
器(28)と、を備えた、ことを特徴とする燃料電池発
電装置が供給される。
According to Means for Solving the Problems] The present invention, cathode gas containing oxygen and anode gas (2) containing hydrogen
(3) a fuel cell (20) for generating electricity from a, the fuel cell
The anode exhaust gas (4) leaving (20) is converted to the cathode exhaust gas.
(7) is burned in some reformer for reforming fuel gas (1) by the heat in the anode gas (2) and (10), storage container for storing the fuel cell (20) (22) If, in order to indirectly heat the fuel <br/> material gas (1), wherein the fuel cell (2
0), the fuel cell is sandwiched between a plurality of cells constituting the fuel cell.
If a fuel gas flow path independent of (20) is provided,
The fuel preheating stored in the storage container (22)
, A fuel cell power generator comprising:

【0007】[0007]

【作用】上記本発明の構成によれば、燃料予熱器(2
8)が、独立した流路を有し、燃料電池(20)と同一
の格納容器(22)内に格納されているので、この燃料
電池(20)の反応熱により、燃料ガス(1)を間接加
熱することができる。このため、別個に燃料予熱器(2
8)を備える必要がなくなり、保温や配管が少なくな
り、全体として小型(コンパクト)にすることができ
る。また、燃料電池(20)の発熱量の一部が燃料ガス
(1)によって除去されるので、カソードガス(3)
混入させるカソード排ガス(7)の量が少なくなり、こ
れによりカソードガス循環ライン(26)の配管径を小
さくし、高温ブロア(24)を小型にし、かつ高温ブロ
(24)の動力を低減できる。
According to the configuration of the present invention, the fuel preheater (2)
8) has an independent flow path and is the same as the fuel cell (20)
Since the storage is stored in the container (22), the reaction heat of the fuel cell (20), a fuel gas (1) can be indirectly heated. For this reason, the fuel preheater (2
8) is no longer required, the heat insulation and the number of pipes are reduced, and the whole can be made compact (compact). A part of the heat value of the fuel cell (20) is fuel gas.
Since it is removed by (1) , the amount of the cathode exhaust gas (7) mixed into the cathode gas (3) is reduced, whereby the pipe diameter of the cathode gas circulation line (26) is reduced, and the high-temperature blower (24) is removed. It is possible to reduce the size and power of the high-temperature blower (24) .

【0008】[0008]

【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、図2と同一の部分には同一の符号
を付して使用する。図1は、本発明による燃料電池発電
装置の全体構成図である。この図において、本発明によ
る燃料電池発電装置は、燃料ガス1を水素を含むアノー
ドガス2に改質する改質器10と、アノードガス2と酸
素を含むカソードガス3とから発電する燃料電池20
と、改質器10を出た燃焼排ガス5から熱回収する空気
予熱器32とを備えている。改質器10は、燃料電池2
0を出たアノードガス(すなわちアノード排ガス4)を
燃料電池20を出たカソードガス(すなわちカソード排
ガス7)の一部で燃焼させその熱で燃料ガス1をアノー
ドガス2に改質するようになっている。更に燃料電池発
電装置は、改質器10を出た燃焼排ガス5を燃料電池2
0に入るカソードガス3に供給する排ガス循環ライン3
0と、燃料電池20を出たカソード排ガス7の残部で空
気を圧縮して排ガス循環ライン30に供給する動力回収
装置40とを備えている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell power generator according to the present invention. Referring to FIG. 1, a fuel cell power generator according to the present invention includes a reformer 10 for reforming a fuel gas 1 into an anode gas 2 containing hydrogen and a fuel cell 20 for generating electricity from the anode gas 2 and the cathode gas 3 containing oxygen.
And an air preheater 32 that recovers heat from the combustion exhaust gas 5 that has exited the reformer 10. The reformer 10 includes the fuel cell 2
The anode gas (that is, the anode exhaust gas 4) that has exited 0 is burned by a part of the cathode gas (that is, the cathode exhaust gas 7) that has exited the fuel cell 20, and the heat is used to reform the fuel gas 1 into the anode gas 2. ing. Further, the fuel cell power generation device converts the combustion exhaust gas 5 exiting the reformer 10 into the fuel cell 2
Exhaust gas circulation line 3 for supplying cathode gas 3 entering 0
0, and a power recovery device 40 for compressing air in the remainder of the cathode exhaust gas 7 exiting the fuel cell 20 and supplying the compressed air to the exhaust gas circulation line 30.

【0009】燃料電池20は、格納容器22内に格納さ
れている。また、本発明による燃料電池20は、燃料ガ
ス1を間接加熱する燃料予熱器28を内蔵している。燃
料予熱器28は、燃料電池20を構成する複数のセル
(図示せず)の間に挟持され、燃料電池20とは別個の
燃料ガス用流路を備えているのがよい。すなわち、燃料
予熱器28は独立した流路を有するが、実質的には一体
に構成され、同一の格納容器22内に格納され、保温も
共通に施されるのがよい。
The fuel cell 20 is stored in a storage container 22. Further, the fuel cell 20 according to the present invention has a built-in fuel preheater 28 for indirectly heating the fuel gas 1. The fuel preheater 28 is preferably sandwiched between a plurality of cells (not shown) constituting the fuel cell 20 and has a fuel gas flow path separate from the fuel cell 20. That is, although the fuel preheater 28 has an independent flow path, it is preferable that the fuel preheater 28 be substantially integrally formed, stored in the same storage container 22, and be kept warm.

【0010】かかる構成により、燃料電池の反応熱によ
り、燃料ガスを間接加熱することができる。このため、
別個に燃料予熱器を備える必要がなくなり、保温や配管
が少なくなり、全体として小型(コンパクト)にするこ
とができる。
With this configuration, the fuel gas can be indirectly heated by the reaction heat of the fuel cell. For this reason,
There is no need to provide a separate fuel preheater, the number of heat retention and piping is reduced, and the whole can be made compact (compact).

【0011】[0011]

【発明の効果】上述したように本発明の燃料電池発電装
置は、燃料電池の反応熱により、燃料ガスを間接加熱す
ることができ、このため、別個に燃料予熱器を備える必
要がなくなり、保温や配管が少なくなり、全体として小
型(コンパクト)にすることができ、また、燃料電池の
発熱量の一部が燃料ガスによって除去されるので、カソ
ードガスに混入させるカソード排ガスの量が少なくな
り、これによりカソードガス循環ラインの配管径を小さ
くし、高温ブロアを小型にし、かつ高温ブロアの動力を
低減できる、等の優れた効果を有する。
As described above, the fuel cell power generator according to the present invention can indirectly heat the fuel gas by the reaction heat of the fuel cell, so that it is not necessary to provide a separate fuel preheater, and the heat retention can be maintained. And the number of pipes are reduced, so that the whole can be made small (compact). In addition, since a part of the calorific value of the fuel cell is removed by the fuel gas, the amount of the cathode exhaust gas mixed into the cathode gas decreases, This has excellent effects such as reducing the diameter of the piping of the cathode gas circulation line, reducing the size of the high-temperature blower, and reducing the power of the high-temperature blower.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による燃料電池発電装置の全体構成図で
ある。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell power generator according to the present invention.

【図2】従来の燃料電池発電装置の全体構成図である。FIG. 2 is an overall configuration diagram of a conventional fuel cell power generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料ガス 2 アノードガス 3 カソードガス 4 アノード排ガス 5 燃焼排ガス 6 空気 7 カソード排ガス 8 パージガス 10 改質器 11 燃料予熱器 20 燃料電池 22 格納容器 24 高温ブロア 26 カソードガス循環ライン 28 燃料予熱器 30 排ガス循環ライン 32 空気予熱器 33 凝縮器 34 気水分離器 40 動力回収装置 Re 改質室 Co 燃焼室 A アノード側 C カソード側 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel gas 2 Anode gas 3 Cathode gas 4 Anode exhaust gas 5 Combustion exhaust gas 6 Air 7 Cathode exhaust gas 8 Purge gas 10 Reformer 11 Fuel preheater 20 Fuel cell 22 Container 24 High temperature blower 26 Cathode gas circulation line 28 Fuel preheater 30 Exhaust gas Circulation line 32 Air preheater 33 Condenser 34 Steam separator 40 Power recovery device Re Reforming chamber Co Combustion chamber A Anode side C Cathode side

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 水素を含むアノードガス(2)と酸素を
含むカソードガス(3)とから発電する燃料電池(2
0)と、 燃料電池(20)を出たアノード排ガス(4)をカソ
ード排ガス(7)の一部で燃焼させその熱で燃料ガス
(1)をアノードガス(2)に改質する改質器(10)
と、 前記燃料電池(20)を格納する格納容器(22)と、 前記 燃料ガス(1)を間接加熱するために、前記燃料電
(20)を構成する複数のセルの間に挟持され、該燃
料電池(20)とは別個独立した燃料ガス用流路を備え
ると共に、前記格納容器(22)内に格納されている燃
料予熱器(28)と、 を備えた、ことを特徴とする燃料電池発電装置。
A fuel cell (2 ) that generates power from an anode gas (2) containing hydrogen and a cathode gas (3) containing oxygen.
0), is burned anode exhaust gas exiting the fuel cell (20) and (4) a part of the cathode exhaust gas (7), the fuel gas in the heat
Reformer (10) for reforming (1) to anode gas (2 )
When the fuel cell (20) storage container storing (22), in order to indirectly heat the fuel gas (1), is sandwiched between a plurality of cells of the fuel cell (20), said Burning
A fuel gas flow path independent of the fuel cell (20)
And the fuel stored in the storage container (22).
And a fuel pre-heater (28) .
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