JP3582133B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 - Google Patents
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池を用いた燃料電池発電装置における送電端出力の高効率化を図るための燃料電池発電装置に関するものである。
【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。
【０００３】
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１と水蒸気２とを混合した燃料ガス３を水素を含むアノードガス４に改質する改質器１０と、アノードガス４と酸素を含むカソードガス８とから発電する燃料電池２０とを備えており、改質器１０で作られたアノードガス４は燃料電池２０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５となり改質器１０の燃焼室Ｃｏに燃焼用ガスとして供給される。
【０００４】
改質器１０ではアノード排ガス５中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）が燃焼室Ｃｏで燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスにより改質室Ｒｅを加熱し、改質室Ｒｅで改質触媒により燃料ガス３を改質する。
【０００５】
アノードガス４は、燃料予熱器２２で燃料ガス３と熱交換して冷却され、燃料電池２０のアノードＡに供給される。また、燃焼室Ｃｏを出た燃焼排ガス６は排ガス供給ライン１２上で、空気予熱器２４で冷却されて水分除去装置３０に入り、水分を除去されて、加圧空気供給ライン７により供給される加圧空気と合流してカソードガス８となる。
【０００６】
このカソードガス８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となり、その一部のカソード排ガス９ａは循環ライン１４上で、カソードガス８と混合されて燃料電池２０のカソードＣを循環し、他の一部のカソード排ガス９ｂは改質器１０の燃焼室Ｃｏへ供給され、残部はタービン供給ライン１６上で、空気を圧縮するタービン圧縮機２８で動力を回収した後、さらに放出ライン１８上で排熱回収蒸気発生装置４０により熱を回収されて系外に排出される。
【０００７】
水分除去装置３０は、凝縮器３２、水分分離器３４、ブロア３６、給水ポンプ３８などからなり、水分分離器３４で分離した水を給水ポンプ３８により排熱回収蒸気発生装置４０へ供給する。
【０００８】
排熱回収蒸気発生装置４０は、給水加熱器４２、蒸発器４４および過熱器４６からなり、タービン圧縮機２８からの高温の排ガスで給水ポンプ３８からの給水と熱交換し加熱蒸発させて水蒸気２を発生させる。発生した水蒸気２は、天然ガス１と混合されて燃料ガス３となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池２０は、天然ガス１と混合されて燃料ガス３を供給する水蒸気２を装置内で供給すべく、排ガス供給ライン１２上で水分除去装置３０により水分を除去し、排熱回収蒸気発生装置４０に供給して水蒸気２を発生させている。
【００１０】
しかし、上述したような装置では、ヒートロスが総熱量の約３０％（その約８０％が水分除去装置３０を構成する凝縮器３２によるもの）を占めており、送電端出力の高効率化を妨げる一つの要因となっていた。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために創案されたものである。すなわち、装置外部から排熱回収蒸気発生装置に水を供給することにより装置全体のヒートロスを抑えて送電端出力の高効率化を図る燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【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と酸素を含むカソードガスとから発電する燃料電池と、該燃料電池のアノード排ガスをカソード排ガスの一部で燃焼し、その熱で燃料ガスをアノードガスに改質する改質器と、前記燃料電池のカソード排ガスの一部をカソードに循環する循環ラインと、前記改質器の燃焼排ガスを冷却し、この冷却された燃焼排ガスを直接前記循環ラインに供給する排ガス供給ラインと、加圧空気を排ガス供給ラインに供給する加圧空気供給ラインと、加圧空気を供給するためのタービン圧縮機にカソード排ガスの一部を供給するタービン供給ラインと、前記タービン圧縮機により動力回収されたカソード排ガスの一部を放出する放出ラインと、放出ラインに設けられ水蒸気を発生する排熱回収蒸気発生装置と、該排熱回収蒸気発生装置に水を供給するための給水ラインとを備え、前記排ガス供給ラインは、冷却された改質器の燃焼排ガスを前記循環ラインに供給するためのブロワを備える、ことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池発電装置が提供される。
【００１３】
【作用】
上記本発明の装置によれば、改質器の燃焼排ガスを冷却し、この冷却された燃焼排ガスを直接前記循環ラインに供給する排ガス供給ラインを備え、この排ガス供給ラインは冷却された改質器の燃焼排ガスを循環ラインに供給するためのブロワを備えるので、水分除去装置を設ける必要がなく装置全体のヒートロスを抑えることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を図１を参照して説明する。なお、図において従来と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１５】
図１は本発明の装置の全体構成図である。
【００１６】
本発明においては、改質器１０からの燃焼排ガス６を排ガス供給ライン１２上の空気予熱器２４において、加圧空気供給ライン７により排ガス供給ライン１２に供給される加圧空気と熱交換することにより冷却した後、カソード排ガス９ａの循環ライン１４に供給するための低温ブロワ５０が設けられている。
【００１７】
さらに、排熱回収蒸気発生装置に水を供給するための給水ライン５２が設けられている。
【００１８】
次に本発明の装置の作用について説明する。
改質器１０からの燃焼排ガス６は約６００度の高温である。
【００１９】
排ガス供給ライン１２上の空気予熱器２４では、この燃焼排ガス６と約１００度の加圧空気とを熱交換して、燃焼排ガス６を約１５０度、加圧空気を約５５０度にしている。
【００２０】
冷却された燃焼排ガス６は、低温ブロワ５０によりカソード排ガス９ａの循環ライン１４に供給される途中で、加熱された加圧空気と混合されて約３５０度のカソードガス８となる。
カソードガス８は、約６８０度のカソード排ガス９ａと混合されて約５８０度となり高温ブロワ２６により燃料電池２０のカソードＣに供給される。
【００２１】
また、図示しない給水ポンプなどにより水源から水を汲み上げて給水ライン５２にのせ、排熱回収蒸気発生装置４０に水を供給している。
【００２２】
排熱回収蒸気発生装置４０は、給水加熱器４２、蒸発器４４および過熱器４６からなり、放出ライン１８によりタービン圧縮機２８により動力回収されたカソード排ガス９ｂの排熱を回収するとともに、給水ライン５２により供給される水と熱交換し水蒸気として発生させている。
【００２３】
本発明の装置によれば、従来のヒートロスの大きな要因となっていた凝縮器を必要としないため、ヒートロスを約５％にまで抑えることができ、送電端出力を約４％上げることができる。
【００２４】
なお、従来水分分離装置で除去していた燃焼排ガス６中の水分がそのまま循環ライン１４に供給されて燃料電池２０のカソードＣ、タービン供給ライン１６、放出ライン１８を通って外部に放出されているため、排ガスロスは増える。
【００２５】
また、排ガス供給ライン１２および循環ライン１４のガス流量が増えるため、低温ブロワ５０および高温ブロワ２６の動力が従来よりも必要になるが、同時にタービン供給ライン１６のガス流量も増えているため、タービン圧縮機２８による発電出力が上がり、結局装置全体のトータルロスを抑えている。
【００２６】
つまり、ヒートロスを抑えることにより、装置全体のトータルロスを抑え、送電端出力の高効率化を図ることができる。
【００２７】
さらに、凝縮器、水分分離器、給水ポンプなどからなる水分除去装置を必要としないため装置のコンパクト化を図ることもできる。
【００２８】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
上述したように、本発明の装置によれば、装置全体のヒートロスを抑え、送電端出力の高効率化を図ることができ、さらに装置のコンパクト化を図ることもできるなどの優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の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。
【符号の説明】
１ 天然ガス
２ 水蒸気
３ 燃料ガス
４ アノードガス
５ アノード排ガス
６ 燃料排ガス
７ 加圧空気供給ライン
８ カソードガス
９ａ，９ｂ カソード排ガス
１０ 改質器
１２ 燃料排ガス供給ライン
１４ 循環ライン
１６ タービン供給ライン
１８ 放出ライン
２０ 燃料電池
２２ 燃料予熱器
２４ 空気予熱器
２６ 高温ブロワ
２８ タービン圧縮機
４０ 排熱回収蒸気発生装置
４２ 給水加熱器
４４ 蒸発器
４６ 過熱器
５０ 低温ブロワ
５２ 給水ライン
【産業上の利用分野】
本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池を用いた燃料電池発電装置における送電端出力の高効率化を図るための燃料電池発電装置に関するものである。
【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。
【０００３】
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１と水蒸気２とを混合した燃料ガス３を水素を含むアノードガス４に改質する改質器１０と、アノードガス４と酸素を含むカソードガス８とから発電する燃料電池２０とを備えており、改質器１０で作られたアノードガス４は燃料電池２０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５となり改質器１０の燃焼室Ｃｏに燃焼用ガスとして供給される。
【０００４】
改質器１０ではアノード排ガス５中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）が燃焼室Ｃｏで燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスにより改質室Ｒｅを加熱し、改質室Ｒｅで改質触媒により燃料ガス３を改質する。
【０００５】
アノードガス４は、燃料予熱器２２で燃料ガス３と熱交換して冷却され、燃料電池２０のアノードＡに供給される。また、燃焼室Ｃｏを出た燃焼排ガス６は排ガス供給ライン１２上で、空気予熱器２４で冷却されて水分除去装置３０に入り、水分を除去されて、加圧空気供給ライン７により供給される加圧空気と合流してカソードガス８となる。
【０００６】
このカソードガス８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となり、その一部のカソード排ガス９ａは循環ライン１４上で、カソードガス８と混合されて燃料電池２０のカソードＣを循環し、他の一部のカソード排ガス９ｂは改質器１０の燃焼室Ｃｏへ供給され、残部はタービン供給ライン１６上で、空気を圧縮するタービン圧縮機２８で動力を回収した後、さらに放出ライン１８上で排熱回収蒸気発生装置４０により熱を回収されて系外に排出される。
【０００７】
水分除去装置３０は、凝縮器３２、水分分離器３４、ブロア３６、給水ポンプ３８などからなり、水分分離器３４で分離した水を給水ポンプ３８により排熱回収蒸気発生装置４０へ供給する。
【０００８】
排熱回収蒸気発生装置４０は、給水加熱器４２、蒸発器４４および過熱器４６からなり、タービン圧縮機２８からの高温の排ガスで給水ポンプ３８からの給水と熱交換し加熱蒸発させて水蒸気２を発生させる。発生した水蒸気２は、天然ガス１と混合されて燃料ガス３となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池２０は、天然ガス１と混合されて燃料ガス３を供給する水蒸気２を装置内で供給すべく、排ガス供給ライン１２上で水分除去装置３０により水分を除去し、排熱回収蒸気発生装置４０に供給して水蒸気２を発生させている。
【００１０】
しかし、上述したような装置では、ヒートロスが総熱量の約３０％（その約８０％が水分除去装置３０を構成する凝縮器３２によるもの）を占めており、送電端出力の高効率化を妨げる一つの要因となっていた。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために創案されたものである。すなわち、装置外部から排熱回収蒸気発生装置に水を供給することにより装置全体のヒートロスを抑えて送電端出力の高効率化を図る燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【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と酸素を含むカソードガスとから発電する燃料電池と、該燃料電池のアノード排ガスをカソード排ガスの一部で燃焼し、その熱で燃料ガスをアノードガスに改質する改質器と、前記燃料電池のカソード排ガスの一部をカソードに循環する循環ラインと、前記改質器の燃焼排ガスを冷却し、この冷却された燃焼排ガスを直接前記循環ラインに供給する排ガス供給ラインと、加圧空気を排ガス供給ラインに供給する加圧空気供給ラインと、加圧空気を供給するためのタービン圧縮機にカソード排ガスの一部を供給するタービン供給ラインと、前記タービン圧縮機により動力回収されたカソード排ガスの一部を放出する放出ラインと、放出ラインに設けられ水蒸気を発生する排熱回収蒸気発生装置と、該排熱回収蒸気発生装置に水を供給するための給水ラインとを備え、前記排ガス供給ラインは、冷却された改質器の燃焼排ガスを前記循環ラインに供給するためのブロワを備える、ことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池発電装置が提供される。
【００１３】
【作用】
上記本発明の装置によれば、改質器の燃焼排ガスを冷却し、この冷却された燃焼排ガスを直接前記循環ラインに供給する排ガス供給ラインを備え、この排ガス供給ラインは冷却された改質器の燃焼排ガスを循環ラインに供給するためのブロワを備えるので、水分除去装置を設ける必要がなく装置全体のヒートロスを抑えることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を図１を参照して説明する。なお、図において従来と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１５】
図１は本発明の装置の全体構成図である。
【００１６】
本発明においては、改質器１０からの燃焼排ガス６を排ガス供給ライン１２上の空気予熱器２４において、加圧空気供給ライン７により排ガス供給ライン１２に供給される加圧空気と熱交換することにより冷却した後、カソード排ガス９ａの循環ライン１４に供給するための低温ブロワ５０が設けられている。
【００１７】
さらに、排熱回収蒸気発生装置に水を供給するための給水ライン５２が設けられている。
【００１８】
次に本発明の装置の作用について説明する。
改質器１０からの燃焼排ガス６は約６００度の高温である。
【００１９】
排ガス供給ライン１２上の空気予熱器２４では、この燃焼排ガス６と約１００度の加圧空気とを熱交換して、燃焼排ガス６を約１５０度、加圧空気を約５５０度にしている。
【００２０】
冷却された燃焼排ガス６は、低温ブロワ５０によりカソード排ガス９ａの循環ライン１４に供給される途中で、加熱された加圧空気と混合されて約３５０度のカソードガス８となる。
カソードガス８は、約６８０度のカソード排ガス９ａと混合されて約５８０度となり高温ブロワ２６により燃料電池２０のカソードＣに供給される。
【００２１】
また、図示しない給水ポンプなどにより水源から水を汲み上げて給水ライン５２にのせ、排熱回収蒸気発生装置４０に水を供給している。
【００２２】
排熱回収蒸気発生装置４０は、給水加熱器４２、蒸発器４４および過熱器４６からなり、放出ライン１８によりタービン圧縮機２８により動力回収されたカソード排ガス９ｂの排熱を回収するとともに、給水ライン５２により供給される水と熱交換し水蒸気として発生させている。
【００２３】
本発明の装置によれば、従来のヒートロスの大きな要因となっていた凝縮器を必要としないため、ヒートロスを約５％にまで抑えることができ、送電端出力を約４％上げることができる。
【００２４】
なお、従来水分分離装置で除去していた燃焼排ガス６中の水分がそのまま循環ライン１４に供給されて燃料電池２０のカソードＣ、タービン供給ライン１６、放出ライン１８を通って外部に放出されているため、排ガスロスは増える。
【００２５】
また、排ガス供給ライン１２および循環ライン１４のガス流量が増えるため、低温ブロワ５０および高温ブロワ２６の動力が従来よりも必要になるが、同時にタービン供給ライン１６のガス流量も増えているため、タービン圧縮機２８による発電出力が上がり、結局装置全体のトータルロスを抑えている。
【００２６】
つまり、ヒートロスを抑えることにより、装置全体のトータルロスを抑え、送電端出力の高効率化を図ることができる。
【００２７】
さらに、凝縮器、水分分離器、給水ポンプなどからなる水分除去装置を必要としないため装置のコンパクト化を図ることもできる。
【００２８】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
上述したように、本発明の装置によれば、装置全体のヒートロスを抑え、送電端出力の高効率化を図ることができ、さらに装置のコンパクト化を図ることもできるなどの優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の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。
【符号の説明】
１ 天然ガス
２ 水蒸気
３ 燃料ガス
４ アノードガス
５ アノード排ガス
６ 燃料排ガス
７ 加圧空気供給ライン
８ カソードガス
９ａ，９ｂ カソード排ガス
１０ 改質器
１２ 燃料排ガス供給ライン
１４ 循環ライン
１６ タービン供給ライン
１８ 放出ライン
２０ 燃料電池
２２ 燃料予熱器
２４ 空気予熱器
２６ 高温ブロワ
２８ タービン圧縮機
４０ 排熱回収蒸気発生装置
４２ 給水加熱器
４４ 蒸発器
４６ 過熱器
５０ 低温ブロワ
５２ 給水ライン
Claims (1)
- 水素を含む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と、該燃料電池のアノード排ガスをカソード排ガスの一部で燃焼し、その熱で燃料ガスをアノードガスに改質する改質器と、前記燃料電池のカソード排ガスの一部をカソードに循環する循環ラインと、前記改質器の燃焼排ガスを冷却し、この冷却された燃焼排ガスを直接前記循環ラインに供給する排ガス供給ラインと、加圧空気を排ガス供給ラインに供給する加圧空気供給ラインと、加圧空気を供給するためのタービン圧縮機にカソード排ガスの一部を供給するタービン供給ラインと、前記タービン圧縮機により動力回収されたカソード排ガスの一部を放出する放出ラインと、放出ラインに設けられ水蒸気を発生する排熱回収蒸気発生装置と、該排熱回収蒸気発生装置に水を供給するための給水ラインとを備え、
前記排ガス供給ラインは、冷却された改質器の燃焼排ガスを前記循環ラインに供給するためのブロワを備える、ことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04394495A JP3582133B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04394495A JP3582133B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08241725A JPH08241725A (ja) | 1996-09-17 |
| JP3582133B2 true JP3582133B2 (ja) | 2004-10-27 |
Family
ID=12677819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04394495A Expired - Fee Related JP3582133B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3582133B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11162488A (ja) * | 1997-11-25 | 1999-06-18 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | カソードへ蒸気注入する燃料電池発電装置 |
-
1995
- 1995-03-03 JP JP04394495A patent/JP3582133B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08241725A (ja) | 1996-09-17 |
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