JP6063922B2 - Co2捕捉を用いて燃料電池からの収量を増加するための再循環施設 - Google Patents
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Description
高温アノード排気流を発生するように構成されたアノードを備える燃料電池であって、アノードは流入口および流出口を備える、燃料電池と、
高温アノードの冷却から電力を発生するように構成された廃熱回収サイクルと、
廃熱回収サイクルによって冷却された排気ガスを圧縮するように構成された圧縮機と、
圧縮された排気ガスを膨張させ冷却するように構成された膨張器と、
膨張したガスの少なくとも一部分を受け取り、膨張器による冷却の前に圧縮された廃熱回収サイクル排気ガスを予冷するように構成された熱交換器システムであって、廃熱回収サイクルを通過する排気ガスから相変化によって水(H2O)および二酸化炭素(CO2)を除去するようにさらに構成され、廃熱回収サイクルに入る前に燃料電池アノード排気ガス中に初めに存在したものより高いモル濃度の一酸化炭素(CO)および水素(H2)燃料を有して燃料電池アノードの流入口に戻される燃料の流れを発生するようにさらに構成された、熱交換器システムと
を備える。
高温排気ガスを発生するように構成されたアノードを備える燃料電池であって、アノードは流入口および流出口を備える、燃料電池と、
高温アノードの冷却から電力を発生するように構成された廃熱回収サイクルと、
廃熱回収サイクルを通過する排気ガスから相変化によって水(H2O)および二酸化炭素(CO2)を除去するように構成された熱交換器システムであって、廃熱回収サイクルに入る前に燃料電池アノード排気ガス中に初めに存在したものより高いモル濃度の一酸化炭素(CO)および水素(H2)燃料を有して燃料電池アノードの流入口に戻される燃料の流れを発生するようにさらに構成された、熱交換器システムと
を備える。
一酸化炭素(CO)および水素(H2)を発生するように構成された炭化水素燃料改質システムと、
COを二酸化炭素(CO2)に変換するように構成された水性ガスシフト反応器と、
H2を加熱し、固体、液体、または両方のCO2を除去するように構成された熱交換器システムと、
熱交換器システムからのH2の流れに反応して高温排気ガスを発生するように構成されたアノードを備えた燃料電池であって、アノードは流入口および流出口を備える、燃料電池と、
高温アノードの冷却から電力を発生するように構成された廃熱回収サイクルと
を備える。
高温排気ガスを発生するように構成されたアノードを備える燃料電池であって、アノードは流入口および流出口を備える、燃料電池と、
炭化水素燃料から炭素を除去し、改質した燃料を燃料電池アノードの流出口から下流側の燃料電池再循環施設内に導入するように構成された、炭化水素燃料改質システムと、
高温アノードの冷却から電力を発生するように構成された廃熱回収サイクルと、
廃熱回収サイクルによって冷却された排気ガスを圧縮するように構成された圧縮機と、
圧縮された排気ガスを膨張させ冷却するように構成された膨張器と、
膨張したガスの少なくとも一部分を受け取り、膨張器による冷却の前に圧縮された廃熱回収サイクル排気ガスを予冷するように構成された熱交換器システムであって、廃熱回収サイクルを通過する排気ガスから相変化によって水(H2O)および二酸化炭素(CO2)を除去するようにさらに構成され、廃熱回収サイクルに入る前に燃料電池アノード排気ガス中に初めに存在したものより高いモル濃度の一酸化炭素(CO)および水素(H2)燃料を有して燃料電池アノードの流入口に戻される燃料の流れを発生するようにさらに構成された、熱交換器システムと
を備える。
図1は、一実施形態による固体酸化物形燃料電池(SOFC)再循環施設10を示す簡略図である。再循環施設10は、アノード11とカソード12とを含むSOFCを備える。アノード11の排気からの熱は、本明細書では有機ランキンサイクル(Organic Rankine cycle:ORC)13と呼ばれる、ランキン熱サイクルを駆動して電力を生じる。ORC排気ガスは、外気に近い温度および圧力にて一部の凝縮した水を除去した後に、および高圧で外気温度まで排気ガスを冷却することによる凝縮した水のさらなる除去の前に、ORC排気ガスを圧縮するように機能する圧縮機14に印加される。圧縮されたORC排気ガスは続いて膨張器15、およびたとえば熱交換器16を使用する事前膨張サイクルによってさらに冷却される。一態様によれば事前膨張サイクルは、熱交換器16との接触による、圧縮されたORC排気ガス流の冷却を通して動作する。
11 アノード
12 カソード
13 有機ランキンサイクル、ORC
14 圧縮機
15 膨張器
16 熱交換器
19 復熱器
20 固体酸化物形燃料電池(SOFC)再循環施設
22 電動冷却ユニット
24 液体CO2
26 固体CO2
30 固体酸化物形燃料電池(SOFC)再循環施設
40 固体酸化物形燃料電池(SOFC)再循環施設
42 改質装置
44 水性ガスシフト装置
50 圧縮−膨張プロセス
60 固体酸化物形燃料電池(SOFC)再循環施設
Claims (18)
- 燃料電池再循環施設であって、
高温アノード排気ガスを発生するように構成されたアノードを備える燃料電池であって、前記アノードは流入口および流出口を備える、燃料電池と、
前記排気ガスの冷却から電力を発生するように構成された廃熱回収サイクルと、
前記廃熱回収サイクルによって冷却された前記排気ガスを圧縮するように構成された圧縮機と、
圧縮された前記排気ガスを膨張させ冷却するように構成された膨張器と、
膨張した前記排気ガスの少なくとも一部分を受け取り、前記膨張器による冷却の前に圧縮された前記排気ガスを予冷するように構成された熱交換器システムであって、前記廃熱回収サイクルを通過する前記排気ガスから相変化によって水(H2O)および二酸化炭素(CO2)を除去するようにさらに構成され、前記廃熱回収サイクルに入る前に前記排気ガス中に初めに存在したものより高いモル濃度の一酸化炭素(CO)および水素(H2)燃料を有して前記燃料電池アノードの前記流入口に戻される燃料の流れを発生するようにさらに構成された、熱交換器システムと、
を備え、
前記膨張器によって発生された膨張した前記排気ガスから固体のCO 2 が、圧縮されかつ膨張する前の前記排気ガスから液体のCO 2 が除去される、
燃料電池再循環施設。 - 前記燃料電池が固体酸化物形燃料電池を備える、請求項1に記載の燃料電池再循環施設。
- 前記廃熱回収サイクルが有機ランキンサイクルを備える、請求項1または2に記載の燃料電池再循環施設。
- 前記熱交換器システムを通過する圧縮された前記排気ガスをさらに冷却するように構成された電動冷却ユニットをさらに備えた、請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池再循環施設。
- 前記燃料電池、廃熱回収サイクル、圧縮機、膨張器、および熱交換器システムが協調して、約50%より高い効率で動作する燃料電池をもたらす、請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池再循環施設。
- 前記廃熱回収サイクルによって発生される電力が、前記高温アノードの冷却のみに反応して前記廃熱回収サイクルによって発生される電力より大きくなるように、前記廃熱回収サイクルを駆動する追加の熱を発生するように構成されたカソードを、前記燃料電池がさらに備える、請求項1から5のいずれかに記載の燃料電池再循環施設。
- 燃料電池再循環施設であって、
一酸化炭素(CO)および水素(H2)を発生するように構成された炭化水素燃料改質システムと、
前記COを二酸化炭素(CO2)に変換するように構成された水性ガスシフト反応器と、
前記H2を加熱し、固体、液体、または両方の前記CO2を除去するように構成された熱交換器システムと、
前記熱交換器システムからのH2の流れに反応して高温排気ガスを発生するように構成されたアノードを備えた燃料電池であって、前記アノードは流入口および流出口を備える、燃料電池と、
前記高温排気ガスの冷却から電力を発生するように構成された廃熱回収サイクルと、
前記廃熱回収サイクルによって発生された前記排気ガスを圧縮するように構成された圧縮機と、
圧縮された前記排気ガスを膨張させ冷却するように構成された膨張器と、
を備え、
前記熱交換器システムは、膨張した前記排気ガスの少なくとも一部分を受け取り、前記膨張器による冷却の前に前記圧縮された排気ガスを予冷するようにさらに構成され、
前記膨張器によって発生された膨張した前記排気ガスから固体のCO 2 が、圧縮されかつ膨張する前の前記排気ガスから液体のCO 2 が除去される、
燃料電池再循環施設。 - 前記燃料電池が固体酸化物形燃料電池を備える、請求項7に記載の燃料電池再循環施設。
- 前記廃熱回収サイクルが有機ランキンサイクルを備える、請求項7または8に記載の燃料電池再循環施設。
- 前記廃熱回収サイクルの排気からH2燃料のみの流れを前記燃料電池アノードの前記流入口に戻すように構成された、H2再利用経路をさらに備えた、請求項7から9のいずれかに記載の燃料電池再循環施設。
- 前記熱交換器システムを通過する前記CO2をさらに冷却するように構成された電動冷却ユニットをさらに備えた、請求項7から10のいずれかに記載の燃料電池再循環施設。
- 前記炭化水素燃料改質システム、水性ガスシフト反応器、熱交換器システム、燃料電池、および廃熱回収システムが協調して、約50%より高い効率で動作する燃料電池をもたらす、請求項7から11のいずれかに記載の燃料電池再循環施設。
- 前記廃熱回収サイクルによって発生される電力が、前記高温アノードの冷却のみに反応して前記ORCによって発生される電力より大きくなるように、前記廃熱回収サイクルを駆動する追加の熱を発生するように構成されたカソードを、前記燃料電池がさらに備える、請求項7から12のいずれかに記載の燃料電池再循環施設。
- 燃料電池再循環施設であって、
高温排気ガスを発生するように構成されたアノードを備える燃料電池であって、前記アノードは流入口および流出口を備える、燃料電池と、
炭化水素燃料から炭素を除去し、改質した燃料を前記燃料電池アノードの前記流出口から下流側の前記燃料電池再循環施設内に導入するように構成された、炭化水素燃料改質システムと、
前記排気ガスの冷却から電力を発生するように構成された廃熱回収サイクルと、
前記廃熱回収サイクルによって冷却された前記排気ガスを圧縮するように構成された圧縮機と、
圧縮された前記排気ガスを膨張させ冷却するように構成された膨張器と、
膨張した前記排気ガスの少なくとも一部分を受け取り、前記膨張器による冷却の前に圧縮された前記排気ガスを予冷するように構成された熱交換器システムであって、前記廃熱回収サイクルを通過する前記排気ガスから相変化によって水(H2O)および二酸化炭素(CO2)を除去するようにさらに構成され、前記廃熱回収サイクルに入る前に前記燃料電池アノード排気ガス中に初めに存在したものより高いモル濃度の一酸化炭素(CO)および水素(H2)燃料を有して前記燃料電池アノードの前記流入口に戻される燃料の流れを発生するようにさらに構成された、熱交換器システムと、
を備え、
前記膨張器によって発生された膨張した前記排気ガスから固体のCO 2 が、圧縮されかつ膨張する前の前記排気ガスから液体のCO 2 が除去される、
燃料電池再循環施設。 - 前記燃料電池が固体酸化物形燃料電池を備える、請求項14に記載の燃料電池再循環施設。
- 前記廃熱回収サイクルが有機ランキンサイクルを備える、請求項14または15に記載の燃料電池再循環施設。
- 前記燃料電池、燃料改質システム、廃熱回収サイクル、圧縮機、膨張器、および熱交換器システムが協調して、約50%より高い効率で動作する燃料電池をもたらす、請求項14から16のいずれかに記載の燃料電池再循環施設。
- 前記廃熱回収サイクルによって発生される電力が、前記高温アノードの冷却のみに反応して前記廃熱回収サイクルによって発生される電力より大きくなるように、前記廃熱回収サイクルを駆動する追加の熱を発生するように構成されたカソードを、前記燃料電池がさらに備える、請求項14から17のいずれかに記載の燃料電池再循環施設。
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