JP3505742B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JP3505742B2 JP17076393A JP17076393A JP3505742B2 JP 3505742 B2 JP3505742 B2 JP 3505742B2 JP 17076393 A JP17076393 A JP 17076393A JP 17076393 A JP17076393 A JP 17076393A JP 3505742 B2 JP3505742 B2 JP 3505742B2
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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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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、カソードガス循環ライ
ンに循環ブロワを備えた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、高効率で環境
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が進められて
いる。 【0003】図2は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の一例を示す図である。同図
において、発電設備は、天然ガスと水蒸気とを混合した
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、酸素を含むカソードガス3とアノードガス2
とから発電する燃料電池20とを一般に備えており、改
質器10で作られたアノードガス2は燃料電池20に供
給され、燃料電池20内でその大部分を消費してアノー
ド排ガス4となり、燃焼用ガスとして改質器10の燃焼
室Coに供給される。 【0004】改質器10ではアノード排ガス4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
て高温の燃焼ガスを生成し、この高温の燃焼ガスにより
改質器10を加熱し、改質器10内を通る燃料ガス1を
改質する。改質器10を出た燃焼排ガス5は空気6に合
流してカソード循環ライン21に入り、カソードガス3
となり、このカソードガス3は、燃料電池20内で一部
が反応して高温のカソード排ガス7となり、空気6を圧
縮するタービン圧縮器40で動力を回収した後、さらに
図示しない排熱回収蒸気発生装置で動力を回収して系外
に排出される。 【0005】カソード循環ライン21には電動モータで
駆動される循環ブロワ23が設けられており、カソード
ガス3を循環させている。カソードガス3の温度は50
0〜600℃であるので循環ブロワ23自体の温度もか
なり高温となる。このため軸受部を冷却し、焼付けを防
止する必要がある。図3は循環ブロワ23の一例を示す
図である。本図は単段ブロワを示すが単段ブロワは軸貫
通部が一箇所となるためシール上有利である。60は羽
根車で、軸61と一体になり回転する。62は軸受で2
箇所で軸61を支持する。63は環状の空気供給路で一
定のピッチで設けられた開口64より空気を供給し冷却
する。65は軸61との間の間隙で、軸受62を冷却し
た空気はこの間隙65より車室66に入り、カソードガ
ス3と混合する。67はメカニカルシールでカソードガ
ス3や供給された空気の漏洩を防止する。 【0006】循環ブロワ23の場合、冷却用ガスとして
空気を用いるが、このため、従来は図2に示すように空
気圧縮機50を設けていた。この空気圧縮機50は弁な
どを制御する所内用空気圧縮機50を利用することが多
い。弁制御用として普通弁1個あたり1Nm3 /h程度
の空気が必要となるが、循環ブロワ23の場合、燃料電
池20の発電量を例えば、40KWとすると、60Nm
3 /hもの空気量を必要とする。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】このため、循環ブロワ
23の冷却用空気を所内用空気圧縮機50より供給する
場合、所内用空気圧縮機50の容量の半分程度を必要と
する。所内用圧縮機50は弁制御等を行うため、圧力と
流量等を精度よく一定に保持する必要があるが、冷却用
の空気としては、それ程精度よく保持する必要はない。
しかし同一の圧縮機で制御用空気と冷却用空気を供給す
るため、全て制御用空気の精度で管理しなければならな
いという問題点があった。また、所内用空気圧縮機50
の容量が大きくなり、これに伴い使用する動力も増加
し、プラント効率が低下すると言う問題点もあった。 【0008】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、所内用空気圧縮機の容量ならびに使用する動力の
低減を図った燃料電池発電装置を提供することを目的と
する。 【0009】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、水蒸気を含む燃料ガスを水素を含むアノードガスに
改質する改質器と、酸素を含むカソードガスとアノード
ガスとから発電する燃料電池と、該燃料電池のカソード
排ガスをカソードに循環するカソード循環ラインと、該
カソード循環ラインに設けられ空気で冷却される軸受部
を備えた循環ブロワと、前記燃料電池のアノード排ガス
を前記改質器の燃焼室に排出する排出ラインと、前記改
質器の燃焼排ガスに空気を混合して前記カソード循環ラ
インに供給する排ガス供給ラインと、該排ガス供給ライ
ンに前記空気を供給する空気ラインと、を備えた燃料電
池発電装置において、前記空気ラインと前記循環ブロワ
とを接続する冷却空気ラインが設けられ、この空気圧を
循環ブロア内の圧力よりも大きな圧力に設定することに
より、空気ラインの空気の一部を前記軸受部の周囲に設
けられた開口より吐出して軸受を冷却した後、前記軸受
部と軸との間隙を通過して車室に入り、カソードガスと
混合してカソードに入るようになっている。 【0010】 【作用】循環ブロワで循環しているカソードガスの圧力
は1〜2Kg/cm2 である。一方空気ラインの圧力も
同程度なので、この空気圧を循環ブロワ内の圧力より少
し大きな圧力に設定することにより、空気ラインからの
冷却用空気の供給が可能となる。これにより循環ブロワ
の軸受を冷却した空気はカソードガスに混入し、カソー
ドガスとなってカソードに供給される。この結果、所内
用圧縮機の容量は半分近くになり小型化が可能となり、
使用動力も半分以下になる。なお、循環ブロワの軸受冷
却に供給される空気量が増加するので空気ラインの圧縮
機の負荷は増加するが、増加する空気量による出力の増
加は圧縮機全体の出力に比べて小さいので、増加出力は
所内圧縮機の出力減少量よりも少ない。このため燃料電
池発電装置全体としては効率がよくなる。 【0011】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
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。本図において図2と同一のものは同一符号で
表す。燃料電池発電設備は、水蒸気を含む燃料ガス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とを備え、燃料電池20から排出される
アノード排ガス4は排出ライン12により改質器10の
燃焼室Coに供給されて燃焼し、その燃焼排ガス5が排
ガス供給ライン13とカソード循環ライン21を経て燃
料電池20のカソード側Cに供給される。 【0012】図1において燃料ガス1は燃料加熱器11
において加熱された後、改質器10に供給される。改質
器10は燃料電池20を出たアノード排ガス4とカソー
ド排ガス7により燃焼する燃焼室Coと、燃焼室Coか
らの伝熱により燃料ガス1を改質する改質室Reとから
なる。改質室Re内には改質触媒が充填され、燃焼室C
oで発生した高温の燃焼ガスによって燃料ガス1を水素
を含む高温のアノードガス2に改質し、燃料加熱器11
において冷却して燃料電池20に供給する。一方放熱に
より温度の下がった燃焼排ガス5は排ガス供給ライン1
3を通りカソード循環ライン21に入るが、排ガス供給
ライン13内では空気予熱器32で冷却され、凝縮器3
3および気水分離器34により水分が除去され、低温ブ
ロワ35により加圧され、空気6と混合し、空気予熱器
32により加熱され、カソード循環ライン21に入る。 【0013】カソード排ガス7の一部は、タービン圧縮
機40のタービンを駆動し、図示しない排熱回収蒸気発
生装置へ供給される。タービン圧縮機40で圧縮された
空気6は空気ライン14を通り低温ブロア35の出口で
燃焼排ガス5と合流する。タービン圧縮機40には電動
ブロワ42を有するバイパスライン41が設けられてお
り、タービン圧縮機40の容量が不足したときのバック
アップとして働く。 【0014】燃料電池20は、アノードガス2が通過す
るアノード側Aと、カソードガス3が通過するカソード
側Cとからなり、アノードガス2中の水素、一酸化炭素
と、カソードガス3中の酸素、二酸化炭素との化学反応
によって電気を発生する。燃料電池20は格納容器22
内に格納され、可燃性ガスの外部への漏洩を防止し、安
全性を高める。 【0015】カソード排ガス7の一部は、空気予熱器3
2で加熱された燃焼排ガス5および空気6と混合し、カ
ソード循環ライン21によりカソードに供給される。カ
ソード循環ライン21は、循環ブロワ23によりカソー
ドガス3を循環する。 【0016】空気ライン14と循環ブロワ23とを結ぶ
冷却空気ライン43により空気6を循環ブロワ23に供
給する。循環ブロワ23内では、図3に示すように冷却
空気は、まず空気供給路63に入り、周囲に設けられた
開口64より吐出して軸受62を冷却する。軸受62を
冷却後、間隙65を通過して、車室66に入りカソード
ガス3と混合してカソードに入り、電池反応に必要な酸
素を供給している。 【0017】 【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は循環ブロワの軸受の冷却用空気を、カソード循環ライ
ンに供給する空気の一部から供給することにより、所内
用圧縮機から供給する必要がなくなるので、所内用圧縮
機の容量および動力使用量を大幅に減少することがで
き、プラント全体としての効率が向上する。
【図面の簡単な説明】 【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。 【図2】従来の燃料電池発電装置の全体構成図である。 【図3】循環ブロワの軸受を空気冷却する説明図であ
る。 【符号の説明】 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 10 改質器 11 燃料加熱器 12 排出ライン 13 排ガス供給ライン 14 空気ライン 20 燃料電池 21 カソード循環ライン 22 格納容器 23 循環ブロワ 32 空気予熱器 33 凝縮器 34 気水分離器 35 低温ブロワ 40 タービン圧縮機 41 バイパスライン 42 電動ブロワ 43 冷却空気ライン 60 羽根車 61 軸 62 軸受 63 空気供給路 64 開口 65 間隙 66 車室 67 メカニカルシール Re 改質室 Co 燃焼室 A アノード側 C カソード側
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/04 H01M 8/06

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 水蒸気を含む燃料ガスを水素を含むアノ
    ードガスに改質する改質器と、酸素を含むカソードガス
    とアノードガスとから発電する燃料電池と、該燃料電池
    のカソード排ガスをカソードに循環するカソード循環ラ
    インと、該カソード循環ラインに設けられ空気で冷却さ
    れる軸受部を備えた循環ブロワと、前記燃料電池のアノ
    ード排ガスを前記改質器の燃焼室に排出する排出ライン
    と、前記改質器の燃焼排ガスに空気を混合して前記カソ
    ード循環ラインに供給する排ガス供給ラインと、該排ガ
    ス供給ラインに前記空気を供給する空気ラインと、を備
    えた燃料電池発電装置において、 前記空気ラインと前記循環ブロワとを接続する冷却空気
    ラインが設けられ、この空気圧を循環ブロア内の圧力よ
    りも大きな圧力に設定することにより、空気ラインの空
    気の一部を前記軸受部の周囲に設けられた開口より吐出
    して軸受を冷却した後、前記軸受部と軸との間隙を通過
    して車室に入り、カソードガスと混合してカソードに入
    ようになっていることを特徴とする燃料電池発電装
    置。
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