JP3360688B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JP3360688B2 JP3360688B2 JP16056592A JP16056592A JP3360688B2 JP 3360688 B2 JP3360688 B2 JP 3360688B2 JP 16056592 A JP16056592 A JP 16056592A JP 16056592 A JP16056592 A JP 16056592A JP 3360688 B2 JP3360688 B2 JP 3360688B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置に関
し、更に詳しくは、改質器を出た高温のアノードガスと
改質器に供給する低温の燃料ガスとの間で熱を交換する
燃料電池発電装置に関する。
し、更に詳しくは、改質器を出た高温のアノードガスと
改質器に供給する低温の燃料ガスとの間で熱を交換する
燃料電池発電装置に関する。
【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は、都市部のビルやマンション
等に分散して設置し、都市ガスを燃料として発電と冷暖
房を行うことにより、従来の送電に伴うロスが大幅に低
減でき、かつ８０％以上の熱効率を発揮できるシステム
として脚光を浴びている。
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は、都市部のビルやマンション
等に分散して設置し、都市ガスを燃料として発電と冷暖
房を行うことにより、従来の送電に伴うロスが大幅に低
減でき、かつ８０％以上の熱効率を発揮できるシステム
として脚光を浴びている。
【０００３】かかる発電設備は、改質器と燃料電池を備
え、改質器により天然ガスを水素を含むアノードガスに
改質し、このアノードガスと酸素を含むカソードガスと
から燃料電池により発電し、その余熱により温水を製造
するものである。この燃料電池内での主な電池反応は、
Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ のアノード反
応と、1/2 Ｏ2 ＋ＣＯ2 ＋２ｅ →ＣＯ3 2- のカソード
反応であり、全体としては水素（Ｈ2 ）が水（Ｈ2 Ｏ）
に変わる反応である。従って、本質的に排ガスはクリー
ンであり、環境への影響は極めて少ない。
え、改質器により天然ガスを水素を含むアノードガスに
改質し、このアノードガスと酸素を含むカソードガスと
から燃料電池により発電し、その余熱により温水を製造
するものである。この燃料電池内での主な電池反応は、
Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ のアノード反
応と、1/2 Ｏ2 ＋ＣＯ2 ＋２ｅ →ＣＯ3 2- のカソード
反応であり、全体としては水素（Ｈ2 ）が水（Ｈ2 Ｏ）
に変わる反応である。従って、本質的に排ガスはクリー
ンであり、環境への影響は極めて少ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】都市ガスを燃料とする
場合には、都市ガスに含まれる微量な硫黄分を除去する
ために脱硫器を備え、本発電設備の排ガスをクリーンに
保ち、かつ燃料電池の性能を阻害しないようにする必要
がある。しかし、かかる脱硫器は供給される都市ガスの
温度が低いため大量の脱硫剤を必要とする問題があっ
た。また、脱硫剤の性能を上げるために都市ガスを予熱
するには別個に大型の熱交換器を必要とする。
場合には、都市ガスに含まれる微量な硫黄分を除去する
ために脱硫器を備え、本発電設備の排ガスをクリーンに
保ち、かつ燃料電池の性能を阻害しないようにする必要
がある。しかし、かかる脱硫器は供給される都市ガスの
温度が低いため大量の脱硫剤を必要とする問題があっ
た。また、脱硫剤の性能を上げるために都市ガスを予熱
するには別個に大型の熱交換器を必要とする。
【０００５】従って、かかる脱硫器と熱交換器との使用
により、発電設備が大型化し、ビルやマンションに設置
する際の設置面積が増大する問題があった。
により、発電設備が大型化し、ビルやマンションに設置
する際の設置面積が増大する問題があった。
【０００６】本発明は、かかる問題を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明は、発電装置が
小型であり、設置面積の少ない燃料電池発電装置を提供
することを目的とするものである。
案されたものである。すなわち、本発明は、発電装置が
小型であり、設置面積の少ない燃料電池発電装置を提供
することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料ガ
スを水素を含む高温のアノードガスに改質する改質器
（１０）と、前記アノードガスと酸素を含むカソードガ
スとから発電する燃料電池（２０）と、前記改質器を出
た高温のアノードガスと前記改質器に供給する低温の燃
料ガスとの間で熱を交換する熱交換器（４０）と、を備
えた燃料電池発電 装置であって、前記熱交換器は、伝熱
面を隔ててアノードガスを通過する高温室（４４）と燃
料ガスを通過する低温室（４６）を備えたシェル・アン
ド・チューブ型の熱交換器であり、前記低温室となるシ
ェルとチューブの間には硫黄分を除去する脱硫剤（１
２）が充填されている、ことを特徴とする燃料電池発電
装置が提供される。
スを水素を含む高温のアノードガスに改質する改質器
（１０）と、前記アノードガスと酸素を含むカソードガ
スとから発電する燃料電池（２０）と、前記改質器を出
た高温のアノードガスと前記改質器に供給する低温の燃
料ガスとの間で熱を交換する熱交換器（４０）と、を備
えた燃料電池発電 装置であって、前記熱交換器は、伝熱
面を隔ててアノードガスを通過する高温室（４４）と燃
料ガスを通過する低温室（４６）を備えたシェル・アン
ド・チューブ型の熱交換器であり、前記低温室となるシ
ェルとチューブの間には硫黄分を除去する脱硫剤（１
２）が充填されている、ことを特徴とする燃料電池発電
装置が提供される。
【０００８】本発明の好ましい実施例によれば、改質器
に供給する燃料ガスは都市ガスである。
に供給する燃料ガスは都市ガスである。
【０００９】
【作用】本発明は、改質器を出た高温のアノードガスを
冷却するのに従来から設けられていた隔板式熱交換器、
すなわち燃料予熱器に着目し、この燃料予熱器の低温室
に脱硫剤を充填すれば、燃料ガスの予熱と脱硫が同時に
行われ、従って脱硫剤の性能を上げるために別個に熱交
換器を必要としないことに着目したものである。
冷却するのに従来から設けられていた隔板式熱交換器、
すなわち燃料予熱器に着目し、この燃料予熱器の低温室
に脱硫剤を充填すれば、燃料ガスの予熱と脱硫が同時に
行われ、従って脱硫剤の性能を上げるために別個に熱交
換器を必要としないことに着目したものである。
【００１０】すなわち、本発明の構成によれば、隔板式
熱交換器の一種であるシェル・アンド・チューブ型の熱
交換器（４０）の低温室に硫黄分を除去する脱硫剤（１
２）が充填されているので燃料ガスが予熱され、脱硫性
能が高まり、かつ脱硫剤の必要量も少なくなる。更に、
従来の脱硫器に必要であった容器や保温、及び配管が不
要になる。従って、脱硫器と燃料予熱器とを別個に設け
る場合と比較して、装置が小型になり、製作コストも低
減され、かつ設置面積も小さくすることができる。
熱交換器の一種であるシェル・アンド・チューブ型の熱
交換器（４０）の低温室に硫黄分を除去する脱硫剤（１
２）が充填されているので燃料ガスが予熱され、脱硫性
能が高まり、かつ脱硫剤の必要量も少なくなる。更に、
従来の脱硫器に必要であった容器や保温、及び配管が不
要になる。従って、脱硫器と燃料予熱器とを別個に設け
る場合と比較して、装置が小型になり、製作コストも低
減され、かつ設置面積も小さくすることができる。
【００１１】
【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。図１は、本発明による発電設備を示す全
体構成図である。この図において、発電設備は、燃料ガ
スを水素を含むアノードガスに改質する改質器１０と、
前記アノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池２０と、アノード排ガスを燃焼させる触媒
燃焼器３０と、改質器１０を出た高温のアノードガスと
改質器１０に供給する低温の燃料ガスとの間で熱を交換
する熱交換器すなわち燃料予熱器４０とを備える。本発
電設備は更に、空気を予熱する空気予熱器１４と、排ガ
ス中の水分を凝縮する凝縮器１６と、凝縮水を分離する
気液分離器１８とを備えている。
して説明する。図１は、本発明による発電設備を示す全
体構成図である。この図において、発電設備は、燃料ガ
スを水素を含むアノードガスに改質する改質器１０と、
前記アノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池２０と、アノード排ガスを燃焼させる触媒
燃焼器３０と、改質器１０を出た高温のアノードガスと
改質器１０に供給する低温の燃料ガスとの間で熱を交換
する熱交換器すなわち燃料予熱器４０とを備える。本発
電設備は更に、空気を予熱する空気予熱器１４と、排ガ
ス中の水分を凝縮する凝縮器１６と、凝縮水を分離する
気液分離器１８とを備えている。
【００１２】燃料予熱器４０は、シェル・アンド・チュ
ーブ型の熱交換器であり、伝熱面を隔てて高温室と低温
室を備えている。高温室を高温ガスすなわち高温のアノ
ードガスが通過し、低温室を低温ガスすなわち燃料ガス
となる都市ガスが通過する。この低温室には硫黄分を除
去する脱硫剤が充填されている。
ーブ型の熱交換器であり、伝熱面を隔てて高温室と低温
室を備えている。高温室を高温ガスすなわち高温のアノ
ードガスが通過し、低温室を低温ガスすなわち燃料ガス
となる都市ガスが通過する。この低温室には硫黄分を除
去する脱硫剤が充填されている。
【００１３】天然ガス等の都市ガスには微量の硫黄分が
含まれている。この都市ガスはライン１を通って燃料予
熱器４０の低温側に供給され、高温ガスにより加熱され
ると同時に脱硫剤により脱硫され、次いで改質器１０に
供給される。
含まれている。この都市ガスはライン１を通って燃料予
熱器４０の低温側に供給され、高温ガスにより加熱され
ると同時に脱硫剤により脱硫され、次いで改質器１０に
供給される。
【００１４】改質器１０は、触媒燃焼器３０から燃焼ガ
スライン６を介して供給される高温の燃焼ガスが完全燃
焼する燃焼室Ｃｏと、燃焼室からの伝熱により燃料ガス
を改質する改質室Ｒｅとからなる。改質器１０は、燃焼
室Ｃｏと改質室Ｒｅを平面状にし、これを複数積層させ
たプレート型改質器であるのが良い。改質室Ｒｅ内には
改質触媒が充填され、燃焼室Ｃｏで発生した高温の燃焼
ガスにより燃料ガスを水素を含む高温のアノードガスに
改質する。放熱により温度が下がった燃焼排ガスは、燃
焼排ガスライン７を介して空気予熱器１４に供給されて
空気を加熱し、次いで、凝縮器１６と気液分離器１８に
より水分が除去される。一方、改質器１０を出た高温の
アノードガスは、アノードガスライン２を介して燃料予
熱器４０に供給され、この燃料予熱器４０で冷却され、
燃料電池２０に供給される。
スライン６を介して供給される高温の燃焼ガスが完全燃
焼する燃焼室Ｃｏと、燃焼室からの伝熱により燃料ガス
を改質する改質室Ｒｅとからなる。改質器１０は、燃焼
室Ｃｏと改質室Ｒｅを平面状にし、これを複数積層させ
たプレート型改質器であるのが良い。改質室Ｒｅ内には
改質触媒が充填され、燃焼室Ｃｏで発生した高温の燃焼
ガスにより燃料ガスを水素を含む高温のアノードガスに
改質する。放熱により温度が下がった燃焼排ガスは、燃
焼排ガスライン７を介して空気予熱器１４に供給されて
空気を加熱し、次いで、凝縮器１６と気液分離器１８に
より水分が除去される。一方、改質器１０を出た高温の
アノードガスは、アノードガスライン２を介して燃料予
熱器４０に供給され、この燃料予熱器４０で冷却され、
燃料電池２０に供給される。
【００１５】燃料電池２０は、アノードガスが通過する
アノード側Ａと、カソードガスが通過するカソード側Ｃ
とからなり、アノードガス中の水素、一酸化炭素と、カ
ソードガス中の酸素、二酸化炭素とから化学反応により
電気を発生するようになっている。燃料電池２０は、溶
融炭酸塩型燃料電池であるのが良い。
アノード側Ａと、カソードガスが通過するカソード側Ｃ
とからなり、アノードガス中の水素、一酸化炭素と、カ
ソードガス中の酸素、二酸化炭素とから化学反応により
電気を発生するようになっている。燃料電池２０は、溶
融炭酸塩型燃料電池であるのが良い。
【００１６】燃料電池２０を出たアノード排ガスとカソ
ード排ガスはアノード排ガスライン４及びカソード排ガ
スライン５を介して触媒燃焼器３０に供給される。この
触媒燃焼器３０内には、ハニカム状のニッケルを主成分
とする燃焼触媒が充填されており、アノード排ガスに含
まれる未燃分をカソード排ガスに含まれる酸素により燃
焼させるようになっている。この触媒燃焼器３０で発生
した高温の燃焼ガスはライン６を介して改質器１０の燃
焼室Ｃｏに供給される。
ード排ガスはアノード排ガスライン４及びカソード排ガ
スライン５を介して触媒燃焼器３０に供給される。この
触媒燃焼器３０内には、ハニカム状のニッケルを主成分
とする燃焼触媒が充填されており、アノード排ガスに含
まれる未燃分をカソード排ガスに含まれる酸素により燃
焼させるようになっている。この触媒燃焼器３０で発生
した高温の燃焼ガスはライン６を介して改質器１０の燃
焼室Ｃｏに供給される。
【００１７】なお、この触媒燃焼器を用いず、アノード
排ガスとカソード排ガスを直接改質器１０の燃焼室Ｃｏ
に供給し、この燃焼室で燃料させる場合もある。
排ガスとカソード排ガスを直接改質器１０の燃焼室Ｃｏ
に供給し、この燃焼室で燃料させる場合もある。
【００１８】燃料電池２０のカソードガスライン３には
空気源（図示せず）から空気ライン８、空気予熱器１４
を介して空気が供給される。この空気ライン８には気液
分離器１８により水分が分離された燃焼排ガスが供給さ
れ、電池の反応に必要な二酸化炭素を供給するようにな
っている。
空気源（図示せず）から空気ライン８、空気予熱器１４
を介して空気が供給される。この空気ライン８には気液
分離器１８により水分が分離された燃焼排ガスが供給さ
れ、電池の反応に必要な二酸化炭素を供給するようにな
っている。
【００１９】更に、燃料電池のカソード側Ｃを通過した
カソード排ガスの一部はカソード循環ライン９を介して
カソードライン３に循環される。このカソード循環ライ
ン９には通常、熱交換器（図示せず）、ブロア２２が設
けられ、循環するカソードガスの温度、流量を制御でき
るようになっている。
カソード排ガスの一部はカソード循環ライン９を介して
カソードライン３に循環される。このカソード循環ライ
ン９には通常、熱交換器（図示せず）、ブロア２２が設
けられ、循環するカソードガスの温度、流量を制御でき
るようになっている。
【００２０】図２は、燃料予熱器４０の断面構成図であ
る。この図において、燃料予熱器４０はシェル・アンド
・チューブ型の隔板式熱交換器であり、伝熱面すなわち
チューブ４２を隔てて高温のアノードガスと低温の都市
ガスとがそれぞれ通過する高温室４４と低温室４６を備
え、脱硫剤１２がシェル４８とチューブ４２の間に充填
されている。このシェル・アンド・チューブ型の隔板式
熱交換器は、図示のように横型であっても、或いは縦型
であっても良い。
る。この図において、燃料予熱器４０はシェル・アンド
・チューブ型の隔板式熱交換器であり、伝熱面すなわち
チューブ４２を隔てて高温のアノードガスと低温の都市
ガスとがそれぞれ通過する高温室４４と低温室４６を備
え、脱硫剤１２がシェル４８とチューブ４２の間に充填
されている。このシェル・アンド・チューブ型の隔板式
熱交換器は、図示のように横型であっても、或いは縦型
であっても良い。
【００２１】脱硫剤１２は、乾式の吸収剤（例えばアル
カリ土金属，アルカリ金属，マンガンなどの酸化物）、
吸着剤（例えば活性炭）、或いは酸化触媒（例えば五酸
化バナジウム触媒）である。これらの脱硫剤を、図示し
ない供給口からシェル４８とチューブ４２の間に充填
し、定期的に交換するのが良い。
カリ土金属，アルカリ金属，マンガンなどの酸化物）、
吸着剤（例えば活性炭）、或いは酸化触媒（例えば五酸
化バナジウム触媒）である。これらの脱硫剤を、図示し
ない供給口からシェル４８とチューブ４２の間に充填
し、定期的に交換するのが良い。
【００２２】図示のシェル・アンド・チューブ型の熱交
換器において、低温室４６の下方の入口には天然ガス等
の低温の都市ガスが連結され、低温室４６の上方の出口
には改質器１０へのラインが連結される。一方、高温室
４４の下方の入口には改質器からの高温のアノードガス
ラインが連結され、上方の出口には燃料電池へのアノー
ドラインが連結される。なお、これと異なり上下の配管
を逆にしても良い。
換器において、低温室４６の下方の入口には天然ガス等
の低温の都市ガスが連結され、低温室４６の上方の出口
には改質器１０へのラインが連結される。一方、高温室
４４の下方の入口には改質器からの高温のアノードガス
ラインが連結され、上方の出口には燃料電池へのアノー
ドラインが連結される。なお、これと異なり上下の配管
を逆にしても良い。
【００２３】使用において、低温の都市ガスは燃料ガス
ライン１を介して熱交換器内の低温室４６に導入され、
低温室の中をチューブ４２に沿って出口まで流れ、低温
室に充填された脱硫剤１２により硫黄分が除去される。
同時に低温の都市ガスは、高温のアノードガスが流れる
チューブ４２により加熱される。従って、加熱と脱硫が
同時に行われ、脱硫性能が高まり、装置が小型になる。
ライン１を介して熱交換器内の低温室４６に導入され、
低温室の中をチューブ４２に沿って出口まで流れ、低温
室に充填された脱硫剤１２により硫黄分が除去される。
同時に低温の都市ガスは、高温のアノードガスが流れる
チューブ４２により加熱される。従って、加熱と脱硫が
同時に行われ、脱硫性能が高まり、装置が小型になる。
【００２４】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、熱交換
器の低温室となるシェルとチューブの間には硫黄分を除
去する脱硫剤が充填されているので燃料ガスが予熱さ
れ、脱硫性能が高まり、かつ脱硫剤の必要量も少なくな
る。更に、従来の脱硫器に必要であった容器や保温、及
び配管が不要になる。従って、脱硫器と燃料予熱器とを
別個に設ける場合と比較して、装置を小型にし、製作コ
ストを低減し、かつ設置面積を小さくすることができ
る。
器の低温室となるシェルとチューブの間には硫黄分を除
去する脱硫剤が充填されているので燃料ガスが予熱さ
れ、脱硫性能が高まり、かつ脱硫剤の必要量も少なくな
る。更に、従来の脱硫器に必要であった容器や保温、及
び配管が不要になる。従って、脱硫器と燃料予熱器とを
別個に設ける場合と比較して、装置を小型にし、製作コ
ストを低減し、かつ設置面積を小さくすることができ
る。
【図１】 本発明の発電設備を示す全体構成図である。
【図２】 燃料予熱器の断面構成図である。
１ 燃料ガスライン ２ アノードガスライン ３ カソードガスライン ４ アノード排ガスライン ５ カソード排ガスライン ６ 燃料ガスライン ７ 燃料排ガスライン ８ カソードガスライン ９ カソード循環ライン １０ 改質器 １２ 脱硫剤 １４ 空気予熱器 １６ 凝縮器 １８ 気液分離器 ２０ 燃料電池 ３０ 触媒燃焼器 ４０ 熱交換器（燃料予熱器） ４２ チューブ ４４ 高温室 ４６ 低温室 ４８ シェル
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料ガスを水素を含む高温のアノードガ
スに改質する改質器（１０）と、 前記アノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池（２０）と、 前記改質器を出た高温のアノードガスと前記改質器に供
給する低温の燃料ガスとの間で熱を交換する熱交換器
（４０）と、を備えた燃料電池発電装置であって、 前記熱交換器は、 伝熱面を隔ててアノードガスを通過す
る高温室（４４）と燃料ガスを通過する低温室（４６）
を備えたシェル・アンド・チューブ型の熱交換器であ
り、前記低温室となるシェルとチューブの間には硫黄分
を除去する脱硫剤（１２）が充填されている、ことを特
徴とする燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16056592A JP3360688B2 (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16056592A JP3360688B2 (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH065299A JPH065299A (ja) | 1994-01-14 |
| JP3360688B2 true JP3360688B2 (ja) | 2002-12-24 |
Family
ID=15717728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16056592A Expired - Fee Related JP3360688B2 (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3360688B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4613022B2 (ja) * | 2004-03-12 | 2011-01-12 | 出光興産株式会社 | 脱硫器および燃料電池システム |
-
1992
- 1992-06-19 JP JP16056592A patent/JP3360688B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH065299A (ja) | 1994-01-14 |
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