JP7181060B2 - fuel cell power generation system - Google Patents
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Description
本発明は燃料電池発電システムに関し、特に低温液体燃料を用いて発電を行い、低温液体燃料の冷熱、及び低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーの少なくとも一方を有効活用可能とする、燃料電池発電システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell power generation system, and more particularly to a fuel cell power generation system that uses a low-temperature liquid fuel to generate power and effectively utilizes at least one of the cold energy of the low-temperature liquid fuel and the expansion energy when the low-temperature liquid fuel evaporates. Regarding the system.
燃料電池発電システムにおいて、炭素化合物燃料を用いる場合には、燃料電池から排出される排ガスに二酸化炭素ガスが含まれている。この排ガスから二酸化炭素ガスを分離することが考えられている(例えば、特許文献1~4参照)。
When carbon compound fuel is used in the fuel cell power generation system, the exhaust gas discharged from the fuel cell contains carbon dioxide gas. Separation of carbon dioxide gas from this exhaust gas has been considered (for example, see
二酸化炭素ガスは、液化して液化二酸化炭素とすることで、輸送や貯留層への圧入固定化、および商工業利用をしやすくなるが、二酸化炭素ガスを液化するには、圧縮機と冷却装置とが必要である。
しかしながら、圧縮機、及び冷却装置に商用電源、即ち、外部エネルギーを用いた場合、二酸化炭素ガスを効率的に液化するとはいえず、外部エネルギーの利用に伴って二酸化炭素が排出され、正味の二酸化炭素削減量が減少する恐れがある。
また、二酸化炭素ガスを分解して炭素を生成し、二酸化炭素ガスの大気への放出を抑制することが考えられるが、二酸化炭素ガスを分解して炭素を生成する装置は、商用電源、即ち、外部エネルギーを用いた場合、炭素を効率的に生成するとはいえず、外部エネルギーの利用に伴って二酸化炭素が排出され、正味の二酸化炭素削減量が減少する恐れがある。
従来の燃料電池発電システムでは、低温液体燃料の気化工場などから気化供給された気体の燃料ガスを供給することが一般的であるが、低温液体燃料を供給して低温液体燃料の持つ冷熱や、気化時の膨張エネルギーを燃料電池発電システムの発電や、燃料電池発電システムの発電時に排出される二酸化炭素の分離回収、および回収した二酸化炭素の液化や粉末炭素回収に有効利用する技術はなかった。
By liquefying carbon dioxide gas into liquefied carbon dioxide, it becomes easier to transport, fix by injection into reservoirs, and use in commerce and industry. and are required.
However, when a commercial power supply, that is, an external energy is used for the compressor and the cooling device, it cannot be said that the carbon dioxide gas is efficiently liquefied. There is a risk that the amount of carbon reduction will decrease.
In addition, it is possible to decompose carbon dioxide gas to generate carbon and suppress the release of carbon dioxide gas into the atmosphere. When external energy is used, it cannot be said that carbon is produced efficiently, and carbon dioxide is emitted with the use of external energy, which may reduce the net amount of carbon dioxide reduction.
In conventional fuel cell power generation systems, it is common to supply gaseous fuel gas that has been vaporized and supplied from a low-temperature liquid fuel vaporization factory or the like. There was no technology for effectively utilizing expansion energy during vaporization for power generation in a fuel cell power generation system, separation and recovery of carbon dioxide emitted during power generation in a fuel cell power generation system, liquefaction of the recovered carbon dioxide, and powder carbon recovery.
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、低温液体燃料の冷熱、及び低温液体燃料の気化時の膨張エネルギーの少なくとも一方を、燃料電池発電システムの発電や、燃料電池発電システムの発電時に排出される二酸化炭素の分離回収、および回収した二酸化炭素の液化や粉末炭素回収に有効活用する燃料電池発電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above facts, and uses at least one of the cold heat of the low-temperature liquid fuel and the expansion energy during vaporization of the low-temperature liquid fuel to generate power in a fuel cell power generation system or to generate power in a fuel cell power generation system. It is an object of the present invention to provide a fuel cell power generation system that can be effectively used for separating and recovering carbon dioxide that is sometimes discharged, liquefying the recovered carbon dioxide, and recovering powdered carbon.
第1の態様に係る燃料電池発電システムは、温度0℃以下の低温液体燃料が供給される液体燃料供給部と、前記低温液体燃料が気化した燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとにより発電し、第1の二酸化炭素ガスを含むオフガスを排出する燃料電池と、前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギー、及び前記低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて、前記第1の二酸化炭素ガスを非ガス化処理する非ガス化処理装置と、を備えている。 A fuel cell power generation system according to a first aspect generates power using a liquid fuel supply section to which a low-temperature liquid fuel having a temperature of 0° C. or less is supplied, a fuel gas obtained by vaporizing the low-temperature liquid fuel, and an oxidant gas containing oxygen. , using at least one of a fuel cell that discharges off-gas containing a first carbon dioxide gas, expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized, and cold heat of the low-temperature liquid fuel, the first carbon dioxide gas and a non-gasification treatment device for non-gasification treatment.
第1の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、液体燃料供給部には、液化水素または液化天然ガスに代表される、冷熱を保有する低温液体燃料が供給される。
燃料電池においては、液体燃料供給部から送られた低温液体燃料が気化した燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとにより発電が行なわれ、第1の二酸化炭素ガスを含むオフガスが排出される。
非ガス化処理装置は、低温液体燃料の気化時の膨張エネルギー、及び低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて、第1の二酸化炭素ガスを非ガス化処理する。
In the fuel cell power generation system according to the first aspect , the liquid fuel supply section is supplied with a low temperature liquid fuel that retains cold heat, typically liquefied hydrogen or liquefied natural gas.
In the fuel cell, power is generated by the fuel gas obtained by vaporizing the low-temperature liquid fuel sent from the liquid fuel supply unit and the oxidant gas containing oxygen, and the off-gas containing the first carbon dioxide gas is discharged.
The non-gasification device uses at least one of expansion energy during vaporization of the low-temperature liquid fuel and cold heat of the low-temperature liquid fuel to non-gasify the first carbon dioxide gas.
非ガス化処理装置は、低温液体燃料の気化時の膨張エネルギー、及び低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて第1の二酸化炭素ガスを非ガス化処理するので、商用電源等の外部エネルギーを用いて第1の二酸化炭素ガスを非ガス化処理する場合に比較して、効率的に第1の二酸化炭素ガスを非ガス化処理することができ、非ガス化処理に要するエネルギー損失を削減できる。 The non-gasification device uses at least one of the expansion energy during vaporization of the low-temperature liquid fuel and the cold heat of the low-temperature liquid fuel to non-gasify the first carbon dioxide gas, so external energy such as a commercial power supply is not required. The first carbon dioxide gas can be efficiently non-gasified and the energy loss required for the non-gasification process can be reduced compared to the case where the first carbon dioxide gas is non-gasified using .
なお、本開示における非ガス化処理とは、気体である第1の二酸化炭素ガスを、気体以外の形態にする処理のことであり、例えば二酸化炭素ガスを圧縮または冷却して液化二酸化炭素とする処理、または二酸化炭素を反応させて炭素を生成する処理等のことである。 In addition, the non-gasification treatment in the present disclosure is a treatment to convert the gaseous first carbon dioxide gas into a form other than gaseous form, for example, compressing or cooling carbon dioxide gas to form liquefied carbon dioxide. or the process of reacting carbon dioxide to produce carbon.
第2の態様は、第1の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記非ガス化処理として、少なくとも前記第1の二酸化炭素ガスを液化する。 A second aspect is the fuel cell power generation system according to the first aspect , wherein the non-gasification treatment device liquefies at least the first carbon dioxide gas as the non-gasification treatment.
第2の態様に係る燃料電池発電システムでは、非ガス化処理装置が、非ガス化処理として、少なくとも第1の二酸化炭素ガスを液化する。
低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギー、及び低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて第1の二酸化炭素ガスを液化するので、システム外部のエネルギーを用いて第1の二酸化炭素ガスを液化する場合に比較して、液化に要するエネルギー損失を削減できる。
In the fuel cell power generation system according to the second aspect , the non-gasification device liquefies at least the first carbon dioxide gas as the non-gasification treatment.
Since the first carbon dioxide gas is liquefied using at least one of the expansion energy when the low temperature liquid fuel is vaporized and the cold heat of the low temperature liquid fuel, the energy outside the system is used to liquefy the first carbon dioxide gas. Energy loss required for liquefaction can be reduced compared to the case.
第3の態様は、第1の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記非ガス化処理として、少なくとも前記第1の二酸化炭素ガスから炭素を生成する。 A third aspect is the fuel cell power generation system according to the first aspect , wherein the non-gasification treatment device generates carbon from at least the first carbon dioxide gas as the non-gasification treatment.
第3の態様に係る燃料電池発電システムでは、非ガス化処理装置が、非ガス化処理として、少なくとも第1の二酸化炭素ガスから炭素を生成する。
低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギー、及び低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて第1の二酸化炭素ガスから炭素を生成するので、システム外部のエネルギーを用いて第1の二酸化炭素ガスから炭素を生成する場合に比較して、炭素生成に要するエネルギー損失を削減できる。
In the fuel cell power generation system according to the third aspect , the non-gasification device generates carbon from at least the first carbon dioxide gas as the non-gasification treatment.
Since carbon is generated from the first carbon dioxide gas using at least one of the expansion energy when the low temperature liquid fuel is vaporized and the cold heat of the low temperature liquid fuel, energy outside the system is used to convert the first carbon dioxide gas Energy loss required for carbon production can be reduced compared to the case of producing carbon.
第4の態様は、第2の態様または第3の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料の冷熱で空気を冷却して液体空気を生成した後、前記液体空気から酸素を分離する深冷分離式酸素製造装置と、前記燃料電池の燃料極から排出される未燃焼の炭素化合物を含んだオフガスと前記深冷分離式酸素製造装置で分離された前記酸素とが供給され、前記オフガス中の未燃焼の前記炭素化合物を前記酸素により燃焼反応させて生成された第2の二酸化炭素ガス、及び前記第1の二酸化炭素ガスを含んだ燃焼オフガスを排出する燃焼部と、を備えている。 A fourth aspect is the fuel cell power generation system according to the second aspect or the third aspect , wherein the non-gasification treatment device cools the air with cold heat of the low-temperature liquid fuel to generate liquid air, a cryogenic separation type oxygen production device for separating oxygen from the liquid air; and the off-gas containing unburned carbon compounds discharged from the fuel electrode of the fuel cell and the said cryogenic separation type oxygen production device separated by the said cryogenic separation type oxygen production device. Oxygen is supplied, and a second carbon dioxide gas produced by causing a combustion reaction of the unburned carbon compound in the offgas with the oxygen and a combustion offgas containing the first carbon dioxide gas are discharged. and a combustion section.
第4の態様に係る燃料電池発電システムでは、深冷分離式酸素製造装置が、低温液体燃料の冷熱で空気を冷却して液化した後に酸素を分離する。深冷分離式酸素製造装置は、低温液体燃料の冷熱を用いて空気を液化した後、酸素とそれ以外(窒素)との沸点の違いから酸素を分離するので、酸素のみを効率的に得ることができる。 In the fuel cell power generation system according to the fourth aspect , the cryogenic separation oxygen production device cools and liquefies the air with the cold heat of the low-temperature liquid fuel, and then separates the oxygen. Cryogenic separation type oxygen production equipment liquefies air using the cold heat of low-temperature liquid fuel, and then separates oxygen from the difference in boiling points between oxygen and the rest (nitrogen), so it is possible to obtain only oxygen efficiently. can be done.
また、燃焼部は、燃料電池の燃料極から排出される未燃焼の炭素化合物を含んだオフガスと、深冷分離式酸素製造装置で分離された酸素とが供給され、オフガス中の未燃焼の炭素化合物を酸素により燃焼反応させて生成された第2の二酸化炭素ガス、及び第1の二酸化炭素ガスを含んだ燃焼オフガスを排出する。燃料電池の燃料極から排出される未燃焼の炭素化合物を酸素で燃焼させることで、二酸化炭素ガスの濃度の高い燃焼オフガスを得ることができる。 In addition, the combustion unit is supplied with off-gas containing unburned carbon compounds discharged from the fuel electrode of the fuel cell and oxygen separated by the cryogenic separation type oxygen production device, and unburned carbon in the off-gas is supplied. A combustion off-gas containing the second carbon dioxide gas produced by the combustion reaction of the compound with oxygen and the first carbon dioxide gas is discharged. Combustion off-gas with a high concentration of carbon dioxide gas can be obtained by burning unburned carbon compounds discharged from the fuel electrode of the fuel cell with oxygen.
第5の態様は、第4の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記燃焼オフガスを冷却して、前記燃焼オフガスから水分を凝縮すると共に、前記燃焼オフガス中に含まれる前記第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスを分離する二酸化炭素ガス分離部を備えている。 A fifth aspect is the fuel cell power generation system according to the fourth aspect , wherein the non-gasification treatment device cools the combustion off-gas, condenses moisture from the combustion off-gas, and removes moisture contained in the combustion off-gas. and a carbon dioxide gas separation unit that separates the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas.
燃焼オフガスには、水分(水蒸気)と、第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスが含まれているため、燃焼オフガスを冷却すると、水分が凝縮されて液化し、気体である第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスと液体である水とを簡単に分離できる。 Since the combustion off-gas contains moisture (water vapor), the first carbon dioxide gas, and the second carbon dioxide gas, when the combustion off-gas is cooled, the moisture is condensed and liquefied to form the second gas. The first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas can be easily separated from the liquid water.
第6の態様は、第5の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記二酸化炭素ガス分離部は、前記低温液体燃料の前記冷熱で前記燃焼オフガスを冷却する。 A sixth aspect is the fuel cell power generation system according to the fifth aspect , wherein the carbon dioxide gas separator cools the combustion off-gas with the cold heat of the low-temperature liquid fuel.
第6の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料の冷熱を利用して燃料オフガスを冷却して第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスを分離するので、電力を用いて燃焼オフガスを冷却する場合に比較して、第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスの分離に要するエネルギー損失を削減できる。 In the fuel cell power generation system according to the sixth aspect , the cold heat of the low-temperature liquid fuel is used to cool the fuel off-gas and separate the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas. Energy loss required for separating the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas can be reduced compared to cooling the combustion off-gas.
さらに、第6の態様に係る燃料電池発電システムでは、発電中に、第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスの分離に電力を用いる必要が無いので、商用電源等の停電時も継続して第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスの分離を行なうことができ、また、燃料電池で発電した電力を用いることもないので、第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスの分離を行ないながら、高効率な燃料電池発電を継続することができる。 Furthermore, in the fuel cell power generation system according to the sixth aspect , there is no need to use electric power to separate the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas during power generation, so even when the commercial power supply is out of power. The separation of the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas can be continuously performed, and the power generated by the fuel cell is not used, so the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas It is possible to continue high-efficiency fuel cell power generation while separating carbon dioxide gas.
第7の態様は、第2の態様を前提とする第5又は第6態様の燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、前記駆動装置の前記動力で駆動され、前記二酸化炭素ガス分離部から排出された前記第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスを圧縮する第1圧縮機と、前記低温液体燃料の冷熱を用いて前記第1圧縮機で圧縮された前記第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスを冷却して液化二酸化炭素を得る冷却装置と、を備えている。 A seventh aspect is the fuel cell power generation system of the fifth or sixth aspect, which is premised on the second aspect, wherein the non-gasification treatment device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized. a driving device for generating power; and a second driving device for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas, which are driven by the power of the driving device and discharged from the carbon dioxide gas separation unit. 1 compressor, and a cooling device for obtaining liquefied carbon dioxide by cooling the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas compressed by the first compressor using the cold heat of the low-temperature liquid fuel. and have.
第7の態様に係る燃料電池発電システムでは、駆動装置が、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、第1圧縮機を駆動する動力を発生する。
第1圧縮機は、駆動装置から動力を得て駆動され、二酸化炭素ガス分離部から排出された第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスを圧縮する。
冷却装置は、低温液体燃料の冷熱を用いて第1圧縮機で圧縮された第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスを冷却して液化二酸化炭素を得る。
In the fuel cell power generation system according to the seventh aspect , the driving device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power for driving the first compressor.
The first compressor is driven by receiving power from the driving device, and compresses the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide gas separation section.
The cooling device uses cold heat of the low-temperature liquid fuel to cool the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas compressed by the first compressor to obtain liquefied carbon dioxide.
第7の態様に係る燃料電池発電システムでは、第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスを圧縮する第1圧縮機を、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動される駆動装置で駆動するので、システム外部の電力を用いて第1圧縮機を駆動する場合に比較して、第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガス二酸化炭素ガスの圧縮に要するエネルギー損失を削減できる。 In the fuel cell power generation system according to the seventh aspect , the first compressor that compresses the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas is driven using expansion energy when the low temperature liquid fuel is vaporized. energy required for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas carbon dioxide gas compared to the case where the first compressor is driven using electric power outside the system Reduce losses.
さらに、第7の態様に係る燃料電池発電システムでは、発電中に、第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスの圧縮にシステム外部の電力を用いる必要が無いので、商用電源等の停電時も継続して第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスの圧縮を行なうことができ、また、燃料電池で発電した電力を用いることもないので、第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスの圧縮を行ないながら、高効率な燃料電池発電を継続することができる。 Furthermore, in the fuel cell power generation system according to the seventh aspect , there is no need to use power outside the system for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas during power generation. Compression of the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas can be continued even during a power failure, and the power generated by the fuel cell is not used, so the first carbon dioxide gas, And while compressing the second carbon dioxide gas, highly efficient fuel cell power generation can be continued.
第8の態様は、第2の態様を前提とする第5又は第6態様の燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、前記駆動装置の前記動力で駆動され、電力を生成する発電機と、前記発電機で生成された電力で駆動される電気モータと、前記電気モータで駆動され、前記二酸化炭素ガス分離部から排出された前記第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスを圧縮する第2圧縮機と、前記低温液体燃料の冷熱を用いて前記第1圧縮機で圧縮された前記第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスを冷却して液化二酸化炭素を得る冷却装置と、を備えている。 An eighth aspect is the fuel cell power generation system of the fifth or sixth aspect, which is premised on the second aspect, wherein the non-gasification treatment device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized. a drive device that generates power, a generator that is driven by the power of the drive device and generates power, an electric motor that is driven by the power generated by the generator, and an electric motor that is driven by the electric motor , a second compressor for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide gas separation unit, and the first compressor using cold heat of the low temperature liquid fuel and a cooling device for obtaining liquefied carbon dioxide by cooling the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas compressed with.
第8の態様に係る燃料電池発電システムでは、駆動装置が、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、発電機を駆動する動力を発生する。
発電機は、駆動装置から動力を得て駆動され、電力を発生する。
電気モータは、発電機で生成された電力で駆動され、第2圧縮機を駆動する動力を発生する。
第2圧縮機は、電気モータから動力を得て駆動され、二酸化炭素ガス分離部から排出された第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスを圧縮する。
冷却装置は、低温液体燃料の冷熱を用いて第2圧縮機で圧縮された第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスを冷却して液化二酸化炭素を得る。
In the fuel cell power generation system according to the eighth aspect , the driving device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power for driving the generator.
The generator is powered by the driving device and driven to generate electric power.
The electric motor is driven by the power generated by the generator to generate power to drive the second compressor.
The second compressor is driven by receiving power from the electric motor, and compresses the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide gas separation section.
The cooling device cools the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas compressed by the second compressor using cold heat of the low-temperature liquid fuel to obtain liquefied carbon dioxide.
第8の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動装置を駆動し、該駆動装置で発電機を駆動し、該発電機で生成された電力で電気モータを駆動し、該電気モータで第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスを圧縮する第2圧縮機を駆動するので、システム外部の電力を用いて電気モータを駆動する場合に比較して、第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスの圧縮に要するエネルギー損失を削減できる。 In the fuel cell power generation system according to the eighth aspect , the expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized is used to drive the driving device, the driving device drives the generator, and the electric power generated by the generator The electric motor is driven, and the electric motor drives the second compressor that compresses the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas, so when the electric motor is driven using electric power outside the system In comparison, the energy loss required for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas can be reduced.
さらに、第8の態様に係る燃料電池発電システムでは、発電中に、第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスの圧縮にシステム外部の電力を用いる必要が無いので、商用電源等の停電時も継続して第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスの圧縮を行なうことができ、また、燃料電池で発電した電力を用いることもないので、第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスの圧縮を行ないながら、高効率な燃料電池発電を継続することができる。 Furthermore, in the fuel cell power generation system according to the eighth aspect , there is no need to use electric power outside the system for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas during power generation. Compression of the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas can be continued even during a power failure, and the power generated by the fuel cell is not used, so the first carbon dioxide gas, And while compressing the second carbon dioxide gas, highly efficient fuel cell power generation can be continued.
第9の態様は、第4の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、前記駆動装置の前記動力で駆動され、電力を生成する発電機と、前記発電機で生成された電力を用いて水を電気分解して水素ガスを生成する水電解装置と、前記第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスと前記水素ガスとを触媒状で反応させ、炭素を生成する炭素生成部と、を備えている。 A ninth aspect is the fuel cell power generation system according to the fourth aspect , wherein the non-gasification device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power. a generator that is driven by the power of the driving device to generate electric power; a water electrolyzer that uses the electric power generated by the generator to electrolyze water to generate hydrogen gas; and a carbon generator for generating carbon by reacting carbon dioxide gas, and the second carbon dioxide gas and the hydrogen gas in a catalytic state.
第9の態様に係る燃料電池発電システムでは、駆動装置が、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、発電機を駆動する動力を発生する。
発電機は、駆動装置から動力を得て駆動され、電力を発生する。
水電解装置は、発電機で生成された電力を用いて水を電気分解して水素ガスを生成する。
炭素生成部は、第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスと水素ガスとを触媒上で反応させ、炭素を生成する。
In the fuel cell power generation system according to the ninth aspect , the driving device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power for driving the generator.
The generator is powered by the driving device and driven to generate electric power.
A water electrolyzer electrolyzes water using power generated by a generator to generate hydrogen gas.
The carbon generator causes the first carbon dioxide gas, the second carbon dioxide gas, and the hydrogen gas to react on a catalyst to generate carbon.
第9の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動装置を駆動し、該駆動装置で発電機を駆動し、該発電機で生成された電力で水電解装置を駆動するので、システム外部の電力を用いて水電解装置を駆動する場合に比較して、水の電気分解に要するエネルギー損失を削減できる。 In the fuel cell power generation system according to the ninth aspect , the expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized is used to drive the driving device, the driving device drives the generator, and the electric power generated by the generator Since the water electrolyzer is driven, energy loss required for water electrolysis can be reduced compared to the case where the water electrolyzer is driven using power outside the system.
さらに、第9の態様に係る燃料電池発電システムでは、発電中に、水の電気分解にシステム外部の電力を用いる必要が無いので、商用電源等の停電時も継続して水の電気分解を行なうことができ、また、燃料電池で発電した電力を用いることもないので、水の電気分解を行ないながら、高効率な燃料電池発電を継続することができる。 Furthermore, in the fuel cell power generation system according to the ninth aspect , since there is no need to use power outside the system for water electrolysis during power generation, water electrolysis can be continued even during a power outage such as a commercial power supply failure. Moreover, since the power generated by the fuel cell is not used, highly efficient fuel cell power generation can be continued while electrolyzing water.
また、炭素生成部で生成された炭素は、着火して燃焼しないかぎり、大気中に二酸化炭素ガスとなって放出されることが無いので、二酸化炭素ガスの大気への放出を抑制することができ、長期安定的な炭素固定化が可能となる。 In addition, since the carbon generated in the carbon generation unit is not released into the atmosphere as carbon dioxide gas unless it is ignited and burned, it is possible to suppress the release of carbon dioxide gas into the atmosphere. , long-term stable carbon fixation becomes possible.
第10の態様は、第5の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、前記駆動装置の前記動力で駆動され、電力を生成する発電機と、前記発電機で生成された電力を用いて駆動される電動ターボ冷凍機と、前記発電機で生成された電力を用いて水を電気分解して水素ガスを生成する水電解装置と、前記第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスと前記水素ガスとを触媒上で反応させ、炭素を生成する炭素生成部と、を備え、前記二酸化炭素ガス分離部は、前記燃焼部から排出される燃焼オフガスを前記電動ターボ冷凍機で生成された冷熱で冷却する。 A tenth aspect is the fuel cell power generation system according to the fifth aspect , wherein the non-gasification device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized, and a driving device that generates power. , a generator driven by the motive power of the drive device to generate electric power, an electric centrifugal chiller driven by using the electric power generated by the generator, and using the electric power generated by the generator A water electrolysis device that electrolyzes water to generate hydrogen gas, and a carbon generation that generates carbon by reacting the first carbon dioxide gas, the second carbon dioxide gas, and the hydrogen gas on a catalyst. and a section, wherein the carbon dioxide gas separation section cools combustion off-gas discharged from the combustion section with cold heat generated by the electric turbo chiller.
第10の態様に係る燃料電池発電システムでは、駆動装置が、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動されて動力を発生する。
発電機は、駆動装置での動力で駆動され、電力を生成する。
電動ターボ冷凍機は、発電機で生成された電力を用いて駆動され、冷熱を生成する。
水電解装置は、発電機で生成された電力を用いて水を電気分解して水素ガスを生成する。
二酸化炭素ガス分離部は、燃焼部から排出される燃焼オフガスを電動ターボ冷凍機で生成された冷熱で冷却し、水分を凝縮すると共に第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスを分離する。
また、炭素生成部は、第1の二酸化炭素ガス、及び第2の二酸化炭素ガスと水素ガスとを触媒上で反応させ、炭素と水蒸気とを生成する。
In the fuel cell power generation system according to the tenth aspect , the driving device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power.
The generator is driven by power in the drive to produce electrical power.
An electric centrifugal chiller is driven using electrical power generated by a generator to produce cold heat.
A water electrolyzer electrolyzes water using power generated by a generator to generate hydrogen gas.
The carbon dioxide gas separation unit cools the combustion off-gas discharged from the combustion unit with cold heat generated by the electric turbo chiller, condenses moisture, and separates the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas. do.
In addition, the carbon generation unit reacts the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas with the hydrogen gas on the catalyst to generate carbon and water vapor.
第10の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動装置を駆動し、該駆動装置で発電機を駆動し、該発電機で生成された電力で電動ターボ冷凍機を駆動するので、システム外部の電力を用いて電動ターボ冷凍機を駆動する場合に比較して、冷熱の生成に要するエネルギー損失を削減できる。
なお、電動ターボ冷凍機は、一般的に冷却効率が高いため、発電機で発電した電力を用いても、高効率で燃料電池発電システムを運転することができる。
In the fuel cell power generation system according to the tenth aspect , the expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized is used to drive the driving device, the driving device drives the generator, and the electric power generated by the generator Since the electric turbo-chiller is driven, the energy loss required for cold heat generation can be reduced compared to the case where the electric turbo-chiller is driven using electric power outside the system.
Since the electric centrifugal chiller generally has high cooling efficiency, even if the power generated by the generator is used, the fuel cell power generation system can be operated with high efficiency.
さらに、第10の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動装置を駆動し、該駆動装置で発電機を駆動し、該発電機で生成された電力で水電解装置を駆動するので、システム外部の電力を用いて水電解装置を駆動する場合に比較して、水の電気分解に要するエネルギー損失を削減できる。 Furthermore, in the fuel cell power generation system according to the tenth aspect , the expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized is used to drive the driving device, the driving device drives the generator, and the Since the water electrolyzer is driven by electric power, the energy loss required for water electrolysis can be reduced compared to the case where the water electrolyzer is driven by electric power outside the system.
第11の態様は、第1の態様~第10の態様の何れか1つの燃料電池発電システムにおいて、前記低温液体燃料が気化する際の前記膨張エネルギーを用いて駆動され、前記酸化剤ガスを大気圧を超える圧力に圧縮して前記燃料電池に供給する酸化剤ガス圧縮装置を備え、前記燃料電池は、前記酸化剤ガス圧縮装置で圧縮した高圧の前記酸化剤ガスと、前記低温液体燃料が気化膨張した後の大気圧を超える圧力とされた高圧の燃料ガスとが供給されて発電する前記燃料電池と、を有する。 An eleventh aspect is the fuel cell power generation system according to any one of the first aspect to the tenth aspect , which is driven using the expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate the oxidant gas. An oxidant gas compression device is provided for compressing the oxidant gas to a pressure exceeding atmospheric pressure and supplying it to the fuel cell. and the fuel cell that generates power by being supplied with a high-pressure fuel gas having a pressure higher than the atmospheric pressure after being vaporized and expanded.
第11の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて酸化剤ガス圧縮装置を駆動し、該酸化剤ガス圧縮装置で生成された大気圧を超える圧力とされた酸化剤ガスと、低温液体燃料が気化して生成された大気圧を超える圧力とされた高圧の燃料ガスとで、燃料電池を加圧環境下で駆動するので、常圧(大気圧)で駆動する燃料電池発電システムに比較して、燃料電池の発電性能を高めて発電運転を行うことができ、発電出力や効率を向上させるとともに、二酸化炭素の分離回収や非ガス化に係るエネルギー損失を削減できる。 In the fuel cell power generation system according to the eleventh aspect , the expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized is used to drive the oxidant gas compressor, and the pressure above atmospheric pressure generated by the oxidant gas compressor and The fuel cell is driven in a pressurized environment by the oxidant gas and the high-pressure fuel gas generated by vaporizing the low-temperature liquid fuel and having a pressure exceeding the atmospheric pressure. Compared to a fuel cell power generation system driven by a fuel cell, the power generation performance of the fuel cell can be improved and the power generation operation can be performed, and the power generation output and efficiency can be improved. can be reduced.
さらに、第11の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて酸化剤ガス圧縮装置を駆動し、燃料電池を該酸化剤ガス圧縮装置で生成された高圧の酸化剤ガスと、低温液体燃料が気化して生成した高圧の燃料ガスで駆動するので、商用電源等の停電時も継続して加圧環境下で、高効率な燃料電池発電を継続することができる。 Further, in the fuel cell power generation system according to the eleventh aspect , the expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized is used to drive the oxidant gas compression device, and the fuel cell is driven by the high pressure generated by the oxidant gas compression device. oxidant gas and high-pressure fuel gas generated by vaporizing low-temperature liquid fuel, it is possible to continue high-efficiency fuel cell power generation under a pressurized environment even in the event of a power failure such as a commercial power supply. can be done.
本発明に係る燃料電池発電システムによれば、低温液体燃料の冷熱、及び低温液体燃料の気化時の膨張エネルギーの少なくとも一方を有効活用することができる。 According to the fuel cell power generation system of the present invention, it is possible to effectively utilize at least one of the cold energy of the low-temperature liquid fuel and the expansion energy of the low-temperature liquid fuel when it is vaporized.
[第1実施形態]
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
図1には、本発明の燃料電池発電システムの一例としての第1実施形態に係る燃料電池発電システム10Aが示されている。燃料電池発電システム10Aは、主要な構成として、第1燃料電池セルスタック12、第2燃料電池セルスタック14、酸素製造装置16、酸素燃焼器18、凝縮器20、水タンク22、二酸化炭素ガス液化部24、タンク26等を備え、これらがオンサイト(2点鎖線で囲む)で設けられている。
[First embodiment]
An example of an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a fuel cell
本実施形態の第1燃料電池セルスタック12は、水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池(PCFC:Proton Ceramic Solid Oxide Fuel Cell)であり、電解質層12Cと、当該電解質層12Cの表裏面にそれぞれ積層された第1燃料極12A、及び第1空気極12Bと、を有している。
The first
第2燃料電池セルスタック14についての基本構成は、第1燃料電池セルスタック12と同様であり、第1燃料極12Aに対応する第2燃料極14A、第1空気極12Bに対応する第2空気極14B、及び電解質層12Cに対応する電解質層14Cを有している。
なお、第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14の詳細は後述する。
The basic configuration of the second
Details of the first
本実施形態の酸素製造装置16は、いわゆる深冷分離式酸素製造装置であり、空気から酸素を分離する方式のものである。深冷分離式酸素製造装置としは公知の構成のものを使用することができる。本実施形態の酸素製造装置16には、空気(大気)、及び空気の冷却等に使用される低温液体燃料(LF)が供給される。また、この酸素製造装置16の駆動には、第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14で発電された電力を用いることができる。
The
酸素製造装置16には、空気が供給される酸化剤ガス管P1、及び低温液体燃料が供給される液体燃料管P2、及び低温液体燃料が気化した燃料ガス(GF)を第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aへ送出する配管P12が接続されている。なお、配管P12の先端は、後述する配管P8の途中に接続されている。
The
低温液体燃料としては、一例として、大気圧下では気体であり、圧縮して低温液化する燃料、より具体的には、低温のLNG(液化天然ガス)やLH2(液化水素)またはその両方を用いることができるが、気化時に冷熱と膨張エネルギーを放出し、改質により水素を生成可能なものであれば特に限定されない。
ここで「低温液体燃料」の「低温」とは、少なくとも、0℃以下のことを意味する。
Examples of low-temperature liquid fuels include fuels that are gaseous under atmospheric pressure and are compressed to low-temperature liquids, more specifically, low-temperature LNG (liquefied natural gas) and/or LH 2 (liquefied hydrogen). Although it can be used, it is not particularly limited as long as it releases cold heat and expansion energy when vaporized and can generate hydrogen by reforming.
Here, the "low temperature" of the "low temperature liquid fuel" means at least 0°C or lower.
酸素製造装置16で製造された酸素は、配管P3を介して酸素燃焼器18に供給される。また、酸素燃焼器18には、第2燃料極オフガス管P4を介して第2燃料電池セルスタック14の第2燃料極14Aから排出された第2燃料極オフガスが供給される。
酸素燃焼器18では、第2燃料極オフガスが酸素により燃焼され、二酸化炭素と水蒸気とを含んだ燃焼ガスを排出する。燃焼ガスは、配管P5を介して凝縮器20に供給される。
Oxygen produced by the
In the
酸素製造装置16に接続された配管P2の途中には、後述する冷却装置32に接続される配管P6が接続されており、この配管P6の途中には、低温液体燃料を凝縮器20に供給する配管P7が接続されている。
A pipe P6 connected to a
配管P7は、中間部が凝縮器20の内部を通過しており、その先端が後述する駆動装置28から排出された燃料ガスを第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aへ送出する配管P8の途中に接続されている。
The middle part of the pipe P7 passes through the inside of the
凝縮器20では、配管P5を介して供給された燃焼オフガスが、配管P7を通過する低温液体燃料の冷熱で冷却され、これにより、燃焼オフガス中の水蒸気が凝縮する。凝縮した水は配管P9を介して水タンク22へ送出される。
In the
凝縮器20で水(液相)が除去された燃焼オフガスは、二酸化炭素濃度の高いガスとなっており、当該燃焼オフガスは二酸化炭素リッチガスと称することができる。凝縮器20から排出された二酸化炭素ガスは、配管P10を介して二酸化炭素ガス液化部24へ送出される。
The combustion off-gas from which water (liquid phase) has been removed by the
また、凝縮器20では、配管P7を通過する低温液体燃料(LF)が燃焼オフガスで加熱されることで気化して燃料ガス(GF:気体燃料)となり、配管P6を介して第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aへ送出される
Further, in the
(二酸化炭素ガス液化部の構成)
二酸化炭素ガス液化部24には、駆動装置28、駆動装置28で駆動される第1圧縮機としての第1圧縮機としての圧縮機30、及び二酸化炭素ガスを冷却する冷却装置32が設けられている。
(Configuration of carbon dioxide gas liquefaction unit)
The carbon dioxide
二酸化炭素ガス液化部24へ送られた二酸化炭素ガスは、圧縮機30で圧縮され、圧縮された二酸化炭素ガスは配管P11を介して冷却装置32へ送出される。
The carbon dioxide gas sent to the carbon dioxide
圧縮機30を駆動する本実施形態の駆動装置28は、高圧の気体が供給され、高圧の気体が膨張する際の膨張エネルギーを回転エネルギー(回転駆動力)に変換する装置である。本実施形態の駆動装置28は、高圧の燃料ガスが膨張する際の膨張エネルギーで回転する膨張タービンを有しているが、燃料ガスが膨張する際の膨張エネルギーを回転エネルギーに変換する装置であれば膨張タービンに限らず、ピストン式エアモータ、ロータリーベーン式エアモータ等の他の種類の駆動装置を用いることができる。
The
また、圧縮機30は、気体を圧縮できるものであればよく、羽根車若しくはロータの回転運動、又はピストンの往復運動によって気体を圧縮する機械、例えば、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、レシプロ圧縮機等の公知の構造のものを用いることができる。
In addition, the
冷却装置32は、圧縮機30で圧縮されて大気圧よりも高圧となり、かつ温度上昇した二酸化炭素ガスと、低温液体燃料との間で熱交換を行なう。冷却装置32に供給された二酸化炭素ガスは、低温液体燃料の冷熱で冷却されて液化二酸化炭素となり、低温液体燃料は温度上昇した二酸化炭素ガスで加熱されてガス化して大気圧よりも高圧の燃料ガスとなる。
The
このようにして冷却装置32で生成された高圧の燃料ガスが駆動装置28に供給され、高圧の燃料ガスが膨張する際の膨張エネルギーで駆動装置28の膨張タービンが回転されて、圧縮機30が駆動される。
The high-pressure fuel gas generated in the
駆動装置28を駆動した後の燃料ガスは、配管P8を介して第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aへ送出される。
冷却装置32で生成された液化二酸化炭素は、配管P11、ポンプ34を介してタンク26に送られて貯留される。
After driving the
The liquefied carbon dioxide produced by the cooling
(燃料電池の構成)
第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aには、配管P8を介して燃料ガスが供給される。なお、配管P8には、図示しない水蒸気管が合流接続されており、不図示の水蒸気源から、起動時や停止時などに、適宜水蒸気が送り込まれる。
(Configuration of fuel cell)
Fuel gas is supplied to the
第1燃料極12Aでは、下記(1)式に示すように、燃料ガスが水蒸気改質され、水素と一酸化炭素が生成される。また、下記(2)式に示すように、生成された一酸化炭素と水蒸気とのシフト反応により二酸化炭素と水素が生成される。
At the
CH4+H2O→3H2+CO …(1)
CO+H2O→CO2+H2 …(2)
CH 4 +H 2 O→3H 2 +CO (1)
CO+ H2O → CO2 + H2 (2)
そして、第1燃料極12Aにおいて、下記(3)式に示すように、水素が水素イオンと電子とに分離される。
Then, in the
(燃料極反応)
H2→2H++2e-…(3)
(Anode reaction)
H 2 →2H + +2e − (3)
水素イオンは、電解質層12Cを通って第1空気極12Bへ移動する。電子は、外部回路(不図示)を通って第1空気極へ移動する。これにより、第1燃料電池セルスタック12において発電される。発電時に、第1燃料電池セルスタック12は、発熱する。
The hydrogen ions move through the
第1燃料電池セルスタック12の第1空気極12Bには、酸化剤ガス管P13から酸化剤ガス(空気)が供給される。酸化剤ガス管P13へは、図示しない酸化剤ガスブロワにより空気が導入されている。
An oxidant gas (air) is supplied to the
第1空気極12Bでは、下記(4)式に示すように、電解質層12Cを通って第1燃料極12Aから移動してきた水素イオン、外部回路を通って第1燃料極12Aから移動した電子が、酸化剤ガス中の酸素と反応して水蒸気が生成される。
In the
(空気極反応)
2H++2e-+1/2O2 →H2O …(4)
(air electrode reaction)
2H + +2e − +1/2O 2 →H 2 O (4)
また、第1空気極12Bには、空気極オフガス管P14が接続されている。第1空気極12Bから空気極オフガス管P14へ空気極オフガスが排出され、空気極オフガスは第2燃料電池セルスタック14の第2空気極14Bへ送出される。
An air electrode offgas pipe P14 is connected to the
第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aには第1燃料極オフガス管P15の一端が接続されており、第1燃料極オフガス管P15の他端は第2燃料電池セルスタック14の第2燃料極14Aに接続されている。第1燃料極12Aから第1燃料極オフガス管P15へ第1燃料極オフガスが送出される。燃料極オフガスには、未改質の燃料ガス成分、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気等が含まれている。
One end of the first fuel electrode off-gas pipe P15 is connected to the
第2燃料電池セルスタック14の第2燃料極14Aには、第2燃料極オフガス管P4の一端が接続されており、第2燃料極14Aから、第2燃料極オフガスが酸素燃焼器18へ送出される。
One end of the second fuel electrode off-gas pipe P4 is connected to the
第2燃料電池セルスタック14では、第1燃料電池セルスタック12と同様の発電反応が行われ、第2空気極14Bからは空気極オフガス管P16を介して空気極オフガスがシステム外部(大気)へ排出される。
In the second
(作用、効果)
次に、本実施形態の燃料電池発電システム10Aの動作について説明する。
燃料電池発電システム10Aに低温液体燃料、及び空気が供給されると、空気は酸化剤ガス管P1を介して酸素製造装置16に供給され、低温液体燃料は、酸素製造装置16、凝縮器20及び二酸化炭素ガス液化部24の冷却装置32へ送出される。
(action, effect)
Next, the operation of the fuel cell
When the low temperature liquid fuel and air are supplied to the fuel cell
酸素製造装置16では、空気が低温液体燃料の冷熱で冷却された後、酸素(ガス)が分離され、酸素は、配管P3を介して酸素燃焼器18へ送出される。なお、酸素以外の残りの気体(窒素等)は、外部(大気)へ排出される。低温液体燃料は、酸素燃焼器18で空気を冷却した後に気体の燃料ガスとなり、配管P12を介して第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aへ送出される。なお、配管P12には、下流側で、凝縮器20を通過した後の燃料ガス、及び圧縮機30を通過した後の燃料ガスも流入する。
In the
この酸素製造装置16は、深冷分離式酸素製造装置であり、第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14で発電された電力で駆動され、低温液体燃料の冷熱を用いて空気を液化した後、酸素を分離するので、酸素を効率的に得ることができる。また、酸素製造装置16は、外部の電力を用いずに稼動できるため、酸素製造に要するエネルギー損失を削減でき、商用電源等の停電時も継続して酸素を製造できる。
This
なお、配管P12を介して燃料ガスが第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aへ供給され、酸化材ガス管P13を介して酸化剤ガス(空気)が第1空気極12Bへ供給されることで第1燃料電池セルスタック12で発電が行われる。
Fuel gas is supplied to the
第2燃料電池セルスタック14では、第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aから排出された第1燃料極オフガスが第2燃料電池セルスタック14の第2燃料極14Aに供給され、第1燃料電池セルスタック12の第1空気極12Bから排出された第1空気極オフガスが第2燃料電池セルスタック14の第2空気極14Bへ供給され、発電が行われる。
In the second
第2空気極14Bで生成された空気極オフガスは、空気極オフガス管P16を介してシステム外部(大気)へ排出される。
一方、第2燃料極14Aから排出された第2燃料極オフガス(未燃焼の炭素化合物、及び二酸化炭素ガス(本発明の第1の二酸化炭素ガス)を含む)は、第2燃料極オフガス管P4を介して酸素燃焼器18へ送出され、第2燃料極オフガス中の未燃焼の炭素化合物が、酸素により燃焼され二酸化炭素ガス(本発明の第2の二酸化炭素ガス)が生成される。
The cathode off-gas generated at the
On the other hand, the second fuel electrode off-gas (including unburned carbon compounds and carbon dioxide gas (first carbon dioxide gas of the present invention)) discharged from the
これにより、酸素燃焼器18からは、第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14の発電に伴って生成された二酸化炭素ガス(第1の二酸化炭素ガス)と、第2燃料極オフガス中の未燃焼の炭素化合物が酸素で燃焼されて生成された二酸化炭素ガス(第2の二酸化炭素ガス)と、水蒸気とを含んだ燃焼ガスが排出される。この燃焼ガスは、配管P5を介して凝縮器20に供給される。
As a result, from the
なお、酸素燃焼器18から排出される第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14の発電に伴って生成された二酸化炭素ガス(第1の二酸化炭素ガス)と、空気極オフガス中の未燃焼の炭素化合物が酸素で燃焼されて生成された二酸化炭素ガス(第2の二酸化炭素ガス)とが混合したものは、以後、単に二酸化炭素ガスと呼ぶ。
Note that the carbon dioxide gas (first carbon dioxide gas) generated with the power generation of the first
凝縮器20では、燃焼オフガスが低温液体燃料の冷熱で冷却され、燃焼オフガス中の水蒸気が凝縮し、凝縮した水は配管P9を介して水タンク22へ送出される。凝縮器20では、水(液相)が除去された燃焼オフガスは、二酸化炭素濃度の高いガスとなって配管P10を介して二酸化炭素ガス液化部24の圧縮機30へ送出される。
In the
また、凝縮器20では、配管P7を通過する低温液体燃料が燃焼オフガスで加熱されることで気化して燃料ガスとなり、配管P6を介して第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aへ送出される。
Also, in the
このように、本実施形態の凝縮器20では、燃焼オフガス中の水蒸気を凝縮させ、水分と二酸化炭素ガスとを分離する際に低温液体燃料の冷熱を用いており、商用電源等のシステム外部の電力を用いた電動式の冷凍機等で生成した冷熱を使用しないので、エネルギー損失を削減でき、商用電源等の停電時も継続して水分と二酸化炭素ガスとの分離を行なうことができる。
As described above, in the
凝縮器20から排出された二酸化炭素ガスは、配管P10を介して二酸化炭素ガス液化部24の圧縮機30へ送出されて圧縮され、高圧となった二酸化炭素ガスは、配管P11を介して冷却装置32へ送出される。
The carbon dioxide gas discharged from the
冷却装置32では、高圧となった二酸化炭素ガス(CO2)が、低温液体燃料(LF)の冷熱によって冷却されて液化二酸化炭素(LCO2)となり、低温液体燃料が、圧縮されて温度上昇した二酸化炭素ガスで加熱されて気化し、高圧の燃料ガス(GF)となる。このようにして生成された高圧の燃料ガスは、駆動装置28へ送出される。駆動装置28は、高圧の燃料ガスが膨張する際の膨張エネルギーを回転エネルギーに変換し、圧縮機30を駆動する。
In the
このように、本実施形態の圧縮機30は、高圧の燃料ガスが膨張する際の膨張エネルギーを回転エネルギー(回転駆動力)に変換する駆動装置28で駆動されるので、商用電源等のシステム外部の電力を用いた電気モータ等で駆動した場合に比較してエネルギー損失が少なく、商用電源等の停電時も継続して二酸化炭素ガスの圧縮を行なうことができる。
As described above, the
冷却装置32では、図2の炭酸ガスの状態図で示すように、沸騰線と溶解線とで囲まれる液体と記載されている領域の圧力、及び温度となるように、二酸化炭素ガスを圧縮すると共に冷却することで、二酸化炭素ガスを液化して液化二酸化炭素とすることができる。
In the
二酸化炭素ガス液化部24で生成された液化二酸化炭素は、配管P11、ポンプ34を介してタンク26に送られて貯留される。なお、タンク26に貯留された液化二酸化炭素は、従来通り、商工業用等として利用することもできる。
The liquefied carbon dioxide generated in the carbon dioxide
本実施形態の燃料電池発電システム10Aは、オンサイトで設けられているので、発電中は、連続的に液化二酸化炭素を効率的に製造し、タンク26に貯留することができる。なお、タンク26に貯留した液化二酸化炭素は、ローリー36等で輸送してもよく、パイプライン等で輸送してもよい。
Since the fuel cell
また、図示は省略するが、冷却装置32と駆動装置28との間の配管P6に、流量調整弁、圧力調整弁、圧力センサ、流量センサ等を設け、駆動装置28に送出される燃料ガスの圧力、及び流量を、圧力センサ、及び流量センサからの情報に基づいて制御装置で流量調整弁、圧力調整弁をコントロールし、駆動装置28の回転速度を調整することができる。
Although not shown, the pipe P6 between the cooling
以上のように、本実施形態の燃料電池発電システム10Aによれば、低温液体燃料を利用可能な環境下において、低温液体燃料の冷熱、及び低温液体燃料の気化時の膨張エネルギーを有効活用することができる。
As described above, according to the fuel cell
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、第1実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the invention will be described. In this embodiment, the same reference numerals are assigned to the same parts as in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
図3に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム10Bは、第1の実施形態の燃料電池発電システム10Aとは、二酸化炭素ガス液化部24の構成が異なっている。
本実施形態の二酸化炭素ガス液化部24は、駆動装置28が発電機38を駆動し、発電機38で生成された電力で電気モータ40を駆動し、電気モータ40の駆動力で第2圧縮機としての圧縮機30を駆動する構成となっている。
As shown in FIG. 3, the fuel cell
In the carbon dioxide
このように、本実施形態の圧縮機30も第1の実施形態と同様に、商用電源等のシステム外部の電力を用いた電気モータ等で駆動されないので、商用電源等のシステム外部の電力を用いた電気モータ等で駆動した場合に比較してエネルギー損失が少なく、商用電源等の停電時も継続して二酸化炭素ガスの圧縮を行なうことができる。
なお、本実施形態では、発電機38で生成された電力で酸素製造装置16を駆動することもできる。
なお、その他の作用、効果は第1の実施形態と同様である。
As described above, the
In addition, in this embodiment, the
Other actions and effects are the same as those of the first embodiment.
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る燃料電池発電システム10Cを図4にしたがって説明する。本実施形態の燃料電池発電システム10Cは、発電を行なうと共に、発電で生じた二酸化炭素ガスの大気への放出を抑制するために炭素粉末を製造するものである。なお、第1実施形態、及び第2実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
[Third embodiment]
Next, a fuel cell
図4に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム10Cでは、供給された低温液体燃料の一部が、配管P2の途中に接続された配管P17を介して蒸発器42に送出される。蒸発器42では、低温液体燃料が空気(大気)の熱によって気化(蒸発)されて燃料ガスとなる。なお、蒸発器42に、第2燃料電池セルスタック14の第2空気極14Bから排出される空気極オフガスの熱、酸素燃焼器18の熱等、システム内部で発生した熱を供給して低温液体燃料の気化を促進してもよい。
As shown in FIG. 4, in the fuel cell
蒸発器42から排出された燃料ガスは、配管P18を介して駆動装置28へ送出され、駆動装置28を駆動する。なお、駆動装置28を駆動した後の燃料ガスは、配管P19を介して第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aへ送出される。
The fuel gas discharged from the
本実施形態の駆動装置28は発電機38を駆動し、発電機38で生成された電力は、後述する電動ターボ冷凍機44、及び炭素製造部46の水電解装置48等に用いられる。
The driving
本実施形態の凝縮器20には、電動ターボ冷凍機44との間で冷却水を循環させる冷却水循環流路20Aが配管されており、冷却水循環流路20Aには電動ターボ冷凍機44で冷却された冷却水が図示しないポンプの駆動により循環供給される。
A cooling
本実施形態の凝縮器20では、燃焼オフガスが、電動ターボ冷凍機44で生成された冷却水の冷熱で冷却される。凝縮器20で凝縮した水は一部が水配管P9を介して水タンク22へ送出され、水タンク22の水の一部が、水配管P20を介して後述する炭素製造部46の水電解装置48に送出される。
In the
(炭素製造部)
炭素製造部46は、水電解装置48、配管P21、水素ブロワ50、配管P22、酸素ブロワ52、酸素タンク54、粉末炭素生成器56等を含んで構成されている。
(Carbon Production Department)
The
水電解装置48には、水配管P20、ポンプ58、及び水浄化装置60を経た水タンク22の水が供給される。水浄化装置60は、水タンク22からの水を浄化(異物除去、PH調整等)する。水電解装置48は、発電機38で得られた交流電力を直流電力に変換し、水を電気分解して水素ガスと酸素ガスとを生成することができる。
Water in the
水電解装置48で生成された水素ガスは、配管P21、水素ブロワ50を介して粉末炭素生成器56へ送られ、酸素ガスは、配管P22、酸素ブロワ52を介して酸素タンク54へ送られ、酸素タンク54に貯留される。
なお、水素ブロワ50、及び酸素ブロワ52は、発電機38で得られた交流電力で駆動することができるが、第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14で発電された電力で駆動してもよい。
Hydrogen gas generated by the
The
粉末炭素生成器56は、一例として、多重円筒状とされており、平面視で円環状とされたガス流路56Aと、ガス流路56Aの径方向内側に配置された炭素固定化部56Bとを有している。
炭素固定化部56Bでは、配管P24を凝縮器20から送られた二酸化炭素ガスと、水電解装置48から送られた水素ガスとが供給される。炭素固定化部56Bで二酸化炭素ガスと水素ガスとに対し触媒を用いて下記(5)式のような還元反応を生じさせるようになっている。
CO2+2H2→C+2H2O …(5)
As an example, the
Carbon dioxide gas sent from the
CO2 + 2H2- >C+ 2H2O (5)
上記還元反応で生じるCは、粉末炭素であり、炭素固定化部56Bの下部から排出することができる。また、上記還元反応で生じるH20は、具体的には水蒸気であり、該水蒸気は、配管P23を介して凝縮器20へ送られる。
The C produced by the reduction reaction is powdered carbon and can be discharged from the lower portion of the
(作用、効果)
次に、本実施形態の燃料電池発電システム10Cの作用を説明する。
本実施形態では、凝縮器20に付与する冷熱を低温液体燃料の冷熱ではなく、電動ターボ冷凍機44で生成した冷熱を用いているが、電動ターボ冷凍機44は、一般的に冷却効率が高いため、発電機38で発電した電力を用いても、高効率で燃料電池発電システム10Cを運転することができる。
(action, effect)
Next, the operation of the fuel cell
In this embodiment, the cold heat generated by the
本実施形態の燃料電池発電システム10Cでは、水電解装置48が、燃料ガスの膨張エネルギーで駆動される駆動装置28で駆動される発電機38で得られた交流電力を直流電力に変換して水を電気分解しているので、商用電源等のシステム外部の電力を用いて水を電気分解する場合に比較してエネルギー損失が少なく、商用電源等の停電時も継続して水の電気分解を行なうことができる。
In the fuel cell
なお、水電解装置48は、二酸化炭素ガスを大気中に放出しない図示しない再生可能エネルギー発電で得られた電力(いわゆる「クリーンエネルギー」)を用いて水を電気分解することもできる。再生可能エネルギー発電として、一例として、太陽光発電、太陽熱発電、水力発電、風力発電、地熱発電、波力発電、温度差発電、バイオマス発電等を挙げることができるが、他のものであってもよい。
The
炭素固定化部56Bでは、凝縮器20から送られた二酸化炭素ガスと、水電解装置48から送られた水素ガスとが供給されて前記(5)式のような還元反応が生じる。上記反応を開始させるには、雰囲気温度を高温にする必要があるが、該反応により熱が生じるので、一旦反応が開始された後には、外部より熱を加える必要はない。なお、粉末炭素生成器56を起動する際には、最初に、ガス流路56Aに水素ガスと酸素ガスとを供給して着火する。着火後、前記(5)式の反応により熱が生じれば、酸素ガスと水素ガスの供給は停止する。
In the
炭素固定化部56Bでは、二酸化炭素ガスと水素ガスとを連続して供給することで、粉末炭素(前記(5)式の「C」)を連続して生成することができる。生成された粉末炭素は、炭素固定化部56Bの下方から取り出すことができる。また、二酸化炭素ガスと水素ガスとが反応して生成された水蒸気(前記(5)式のH2O)は、炭素固定化部56Bの下方から排出される。なお、炭素固定化部56Bから排出された水蒸気は、配管P25を介して凝縮器20へ送られ、凝縮器20で冷却されて水となる。
なお、凝縮器20で生成されて水タンク22に貯留された水は、冷却水循環流路20Aの冷却水の補充に用いることができる。
In the
The water generated by the
本実施形態の燃料電池発電システム10Cは、オンサイトで設けられているので、発電中は、連続的に粉末炭素を効率的に製造することができる。
粉末炭素は、着火して燃焼しないかぎり、大気中に二酸化炭素ガスとなって放出されることは無く、二酸化炭素ガスの大気への放出を抑制することができる。
また、粉末炭素は貯留サイトへの輸送も容易であり、着火源と酸素が揃う条件下に置かなければ、地下に埋め立て処分したり、地上に野積みするだけでも、長期安定的な炭素固定化が可能となる。なお、製造された粉末炭素は、カーボンブラック等として商工業利用することもできる。
Since the fuel cell
Powdered carbon is not released into the atmosphere as carbon dioxide gas unless it is ignited and burned, and can suppress the release of carbon dioxide gas into the atmosphere.
In addition, powdered carbon can be easily transported to a storage site, and if it is not placed under conditions where an ignition source and oxygen are available, it can be stably fixed for a long period of time even if it is simply dumped on the ground or landfilled underground. becomes possible. The produced powdery carbon can also be used commercially and industrially as carbon black or the like.
本実施形態の燃料電池発電システム10Cでは、二酸化炭素ガスから粉末炭素を生成したが、粉末炭素をグラファイト、カーボンナノチューブまたはダイヤモンド等にする炭素製品製造装置62を更に付加してもよい。炭素製品製造装置62では、例えば、回収した粉末炭素を、燃料電池発電システム10Cで発電された電力、または再生可能エネルギーによる電力等を活用して高温(電気ヒータ昇温)、高圧(電動高圧プレス)環境下におくことで、公知の技術により合成ダイヤモンドの粉末を得ることができる。また、例えば、回収した粉末炭素を、燃料電池発電システム10Cで発電された電力、または再生可能エネルギーによる電力等を活用して、アーク放電法、レーザーアブレーション法、CVD法等、公知の技術によりカーボンナノチューブを得ることができる。さらに、回収した粉末炭素を、燃料電池発電システム10Cで発電された電力、または再生可能エネルギーによる電力等を活用して、公知の技術により、グラファイトを得ることができる。
In the fuel cell
炭素粉末をグラファイトやカーボンナノチューブまたはダイヤモンド粉末とすることで、着火源や酸素があっても容易に燃焼することはなく、地上に野積みしても、安全かつ長期安定的に炭素を固定することが可能となり、貯留場所の制限もなくなり、輸送や圧入のエネルギーロスやコストを低減できる。なお、グラファイトは鉛筆の芯や自動車用のブレーキパッド等に、カーボンナノチューブは半導体や構造材料として、合成ダイヤモンド粉末は、工事、工作機械のダイヤモンドカッターの刃材等に、それぞれ商工業利用することもできる。 By using graphite, carbon nanotubes, or diamond powder as the carbon powder, it does not burn easily even if there is an ignition source or oxygen, and even if it is piled up on the ground, it can safely and stably fix carbon for a long time. As a result, there are no restrictions on storage locations, and energy loss and costs associated with transportation and injection can be reduced. Graphite can be used in pencil leads and brake pads for automobiles, carbon nanotubes can be used as semiconductors and structural materials, and synthetic diamond powder can be used in construction and as diamond cutter blades for machine tools. can.
なお、この炭素製品製造装置62も炭素製造部46の一部であり、燃料電池発電システム10Cにオンサイトで設けられている。また、粉末炭素を利用して製造する物も、上記の炭素製品に限らず、カーボンナノホーンやフラーレンといった炭素材料を、公知の技術により製造して商工業利用しても良い。
Note that this carbon
以上のように、本実施形態の燃料電池発電システム10Bによれば、低温液体燃料を利用可能な環境下において、低温液体燃料の気化時の膨張エネルギーを有効活用することができる。
As described above, according to the fuel cell
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係る燃料電池発電システム10Dを図5にしたがって説明する。本実施形態の燃料電池発電システム10Dは、発電システムの出力および効率を向上させるために、低温液体燃料の気化時に発生する膨張エネルギーを用いて圧縮装置を駆動し、燃料電池発電システムに供給する酸化剤ガスを圧縮して大気圧を超えた圧力とされた高圧の圧縮酸化剤ガスを生成し、該圧縮酸化剤ガスを燃料電池発電システムの酸化剤ガスとして供給するとともに、低温液体燃料の気化時に生成する大気圧よりも高圧の燃料ガスを燃料ガスとして供給することで、第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14を加圧環境下で運転させることにより、第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14の出力および効率を向上させるものである。なお、第1実施形態、第2実施形態、及び第3実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
[Fourth embodiment]
Next, a fuel cell
図5に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム10Dは、冷却装置32を通過した大気圧を超える高圧の燃料ガスで駆動される駆動装置63、駆動装置63で駆動される圧縮機65を備えている。この駆動装置63と圧縮機65とで本発明の酸化剤ガス圧縮装置が構成されている。
As shown in FIG. 5, the fuel cell
冷却装置32を通過した高圧の燃料ガスは、配管P37を介して駆動装置63に送出され、駆動装置63を駆動する。なお、駆動装置63を駆動して駆動装置63から排出された燃料ガスは、配管P38を介して配管P8へ送出される。
The high-pressure fuel gas that has passed through the
駆動装置63で駆動される圧縮機65は、酸化剤ガス管P13の中間部に設けられており、供給された酸化剤ガス(空気)を圧縮して大気圧よりも高圧の圧縮酸化剤ガスを第1燃料電池セルスタック12の第1空気極12Bに供給することができる。
The
なお、ここでいう「大気圧よりも高圧」とは、0.1MPaを超える圧力であることが好ましい。
また、本実施形態の燃料電池発電システム10Dに用いられる第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14は、0.1MPaを超える圧力に加圧された酸化剤ガス、及び燃料ガスによって発電を行なうことができるものであり、一般的には、加圧駆動型燃料電池と呼ばれるものである。
In addition, it is preferable that it is the pressure exceeding 0.1 MPa with "higher pressure than atmospheric pressure" here.
Further, the first
(作用、効果)
次に、本実施形態の燃料電池発電システム10Dの作用を説明する。
本実施形態では、燃料電池発電システムに供給する圧縮酸化剤ガスを、商用電源等のシステム外部の電力を用いて駆動する圧縮装置を用いるのではなく、低温燃料が気化する際の膨張エネルギーを利用して駆動する酸化材ガス圧縮装置、即ち、駆動装置63、及び圧縮機65を用いるため、高効率に発電できる加圧駆動型燃料電池である第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14を、外部の電力を用いることなく、効率よく実現することができる。なお、第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14は、0.1MPaを超える圧力に加圧された高圧の圧縮酸化剤ガス、及び0.1MPaを超える圧力に加圧された高圧の燃料ガスを供給することで、常圧の酸化剤ガス、及び常圧の燃料ガスを供給する場合に比較して、発電量を増加させることができる。
(action, effect)
Next, the operation of the fuel cell
In this embodiment, the compressed oxidant gas to be supplied to the fuel cell power generation system does not use a compression device that is driven by electric power outside the system such as a commercial power supply, but uses the expansion energy when the low temperature fuel is vaporized. The first fuel
また、本実施形態の燃料電池発電システム10Dでは、第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14を加圧駆動するための酸化剤ガスとして、燃料ガスの膨張エネルギーで駆動される駆動装置63、及び圧縮機65で得られた圧縮酸化剤ガスを利用しており、燃料ガスも低温液体燃料の気化時に生成する高圧の燃料ガスを利用するため、商用電源等の停電時も継続して効率の良い加圧環境下で燃料電池発電を行なうことができる。
Further, in the fuel cell
[その他の実施形態]
以上、本発明の燃料電池発電システムの一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
[Other embodiments]
Although one embodiment of the fuel cell power generation system of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above, and can be implemented in various modifications without departing from the spirit of the present invention. It goes without saying that
上記実施形態では、発電で生じた二酸化炭素ガスを液化二酸化炭素として有効活用したり、炭素として二酸化炭素ガスの大気への放出を抑制したが、発電で生じた二酸化炭素ガスを他の物質とを反応させて二酸化炭素ガス以外の物質にする処理を行い、これによって、発電で生じた二酸化炭素ガスの大気への放出を抑制してもよい。 In the above embodiment, the carbon dioxide gas generated by power generation is effectively used as liquefied carbon dioxide, and the release of carbon dioxide gas into the atmosphere as carbon is suppressed. A treatment may be performed to react to produce a substance other than carbon dioxide gas, thereby suppressing the emission of carbon dioxide gas generated by power generation into the atmosphere.
第1の実施形態、及び第2の実施形態では、低温液体燃料の冷熱と、低温液体燃料の気化時の膨張エネルギーとを燃料電池システムで活用し、第3の実施形態では、低温液体燃料の気化時の膨張エネルギーを燃料電池システムで活用したが、本発明はこれに限らず、低温液体燃料の冷熱のみを燃料電池発電システムに活用してもよい。低温液体燃料の冷熱のみを燃料電池発電システムに活用するだけでも、低温液体燃料の冷熱を使用しない場合に比較してエネルギー損失を少なくできる。 In the first embodiment and the second embodiment, the cold heat of the low-temperature liquid fuel and the expansion energy at the time of vaporization of the low-temperature liquid fuel are utilized in the fuel cell system. Although the expansion energy during vaporization is utilized in the fuel cell system, the present invention is not limited to this, and only the cold heat of the low-temperature liquid fuel may be utilized in the fuel cell power generation system. Even if only the cold heat of the low-temperature liquid fuel is utilized in the fuel cell power generation system, energy loss can be reduced compared to the case where the cold heat of the low-temperature liquid fuel is not used.
第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14には、水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池が用いられていたが、本発明の燃料電池発電システムで用いる燃料電池としては、例えば、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)、リン酸形燃料電池(PAFC)、固体高分子形燃料電池(PEFC)等の他の種類の燃料電池を用いることもできる。
While the first
第2実施形態の燃料電池発電システム10Bでは、発電機38で発電した電力で電気モータ40を駆動したが、第2実施形態の燃料電池発電システム10Bに電動ターボ冷凍機44を設け、電動ターボ冷凍機44で生成された冷熱を、低温液体燃料の冷熱の代わりに凝縮器20や冷却装置32に用いこともできる。
In the fuel cell
上記第1~4実施形態の燃料電池発電システム10A~Dでは、液体燃料管P2を介してシステム外から低温液体燃料が供給される構成であったが、システム内に低温液体燃料を貯留する液体燃料タンクを設け、液体燃料タンクから低温液体燃料が供給される構成としてもよい。
In the fuel cell
なお、図示は省略するが、上記実施形態の燃料電池発電システム10A~Dにおいては、第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14に供給する酸化剤ガス、及び燃料ガスの流量、圧力、温度等をコンロールするために、酸化剤ガス、及び燃料ガスの配管途中に、制御部に接続した圧力センサ、流量センサ、温度センサ、圧力調整弁、流量調整弁等を設けることができる。
Although illustration is omitted, in the fuel cell
10 燃料電池発電システム
12 第1燃料電池セルスタック(燃料電池)
12A 第1燃料極(燃料極)
14 第2燃料電池セルスタック(燃料電池)
14A 第2燃料極(燃料極)
16 深冷分離式酸素製造装置(酸素分離部、非ガス化処理装置)
18 酸素燃焼器(燃焼部、非ガス化処理装置)
20 凝縮器(二酸化炭素分離部、非ガス化処理装置)
28 駆動装置(非ガス化処理装置)
30 圧縮機(第1圧縮機、第2圧縮機)
32 冷却装置(非ガス化処理装置)
38 発電機(非ガス化処理装置)
40 電気モータ(非ガス化処理装置)
44 電動ターボ冷凍機(非ガス化処理装置)
48 水電解装置(非ガス化処理装置)
56 粉末炭素生成器(炭素生成部)
63 駆動装置(酸化剤ガス圧縮装置)
65 圧縮機(酸化剤ガス圧縮装置)
10 fuel cell
12A first fuel electrode (fuel electrode)
14 Second fuel cell stack (fuel cell)
14A second fuel electrode (fuel electrode)
16 Cryogenic separation type oxygen production equipment (oxygen separation unit, non-gasification treatment equipment)
18 Oxygen burner (combustion part, non-gasification treatment device)
20 Condenser (carbon dioxide separation unit, non-gasification treatment device)
28 drive device (non-gasification treatment device)
30 compressor (first compressor, second compressor)
32 cooling equipment (non-gasification equipment)
38 Generator (non-gasification treatment equipment)
40 electric motor (non-gasification equipment)
44 Electric centrifugal chiller (non-gasification equipment)
48 Water electrolysis equipment (non-gasification equipment)
56 powder carbon generator (carbon generator)
63 drive device (oxidant gas compressor)
65 compressor (oxidant gas compressor)
Claims (9)
前記低温液体燃料が気化した燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとにより発電し、第1の二酸化炭素ガスを含むオフガスを排出する燃料電池と、
前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギー、及び前記低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて、前記第1の二酸化炭素ガスを非ガス化処理する非ガス化処理装置と、
を備え、
前記非ガス化処理装置は、前記非ガス化処理として、少なくとも前記第1の二酸化炭素ガスを液化し、
前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料の冷熱で空気を冷却して液体空気を生成した後、前記液体空気から酸素を分離する深冷分離式酸素製造装置と、前記燃料電池の燃料極から排出される未燃焼の炭素化合物を含んだオフガスと前記深冷分離式酸素製造装置で分離された前記酸素とが供給され、前記オフガス中の未燃焼の前記炭素化合物を前記酸素により燃焼反応させて生成された第2の二酸化炭素ガス、及び前記第1の二酸化炭素ガスを含んだ燃焼オフガスを排出する燃焼部と、を備えている、
燃料電池発電システム。 a liquid fuel supply unit supplied with a low-temperature liquid fuel having a temperature of 0° C. or lower;
a fuel cell that generates electric power with a fuel gas obtained by vaporizing the low-temperature liquid fuel and an oxidant gas containing oxygen, and discharges an off-gas containing a first carbon dioxide gas;
a non-gasification device for non-gasifying the first carbon dioxide gas using at least one of expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized and cold heat of the low-temperature liquid fuel;
with
The non-gasification treatment device liquefies at least the first carbon dioxide gas as the non-gasification treatment,
The non-gasification treatment device includes a cryogenic separation type oxygen production device that cools air with the cold heat of the low-temperature liquid fuel to generate liquid air, and then separates oxygen from the liquid air, and a fuel electrode of the fuel cell. The off-gas containing unburned carbon compounds discharged from and the oxygen separated by the cryogenic separation type oxygen production device are supplied, and the unburned carbon compounds in the off-gas are subjected to a combustion reaction with the oxygen. and a combustion unit that discharges a second carbon dioxide gas produced by the above process and a combustion off-gas containing the first carbon dioxide gas,
Fuel cell power generation system.
前記低温液体燃料が気化した燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとにより発電し、第1の二酸化炭素ガスを含むオフガスを排出する燃料電池と、
前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギー、及び前記低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて、前記第1の二酸化炭素ガスを非ガス化処理する非ガス化処理装置と、
を備え、
前記非ガス化処理装置は、前記非ガス化処理として、少なくとも前記第1の二酸化炭素ガスから炭素を生成し、
前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料の冷熱で空気を冷却して液体空気を生成した後、前記液体空気から酸素を分離する深冷分離式酸素製造装置と、前記燃料電池の燃料極から排出される未燃焼の炭素化合物を含んだオフガスと前記深冷分離式酸素製造装置で分離された前記酸素とが供給され、前記オフガス中の未燃焼の前記炭素化合物を前記酸素により燃焼反応させて生成された第2の二酸化炭素ガス、及び前記第1の二酸化炭素ガスを含んだ燃焼オフガスを排出する燃焼部と、を備えている、
燃料電池発電システム。 a liquid fuel supply unit supplied with a low-temperature liquid fuel having a temperature of 0° C. or lower;
a fuel cell that generates electric power with a fuel gas obtained by vaporizing the low-temperature liquid fuel and an oxidant gas containing oxygen, and discharges an off-gas containing a first carbon dioxide gas;
a non-gasification device for non-gasifying the first carbon dioxide gas using at least one of expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized and cold heat of the low-temperature liquid fuel;
with
The non-gasification treatment device generates carbon from at least the first carbon dioxide gas as the non-gasification treatment,
The non-gasification treatment device includes a cryogenic separation type oxygen production device that cools air with the cold heat of the low-temperature liquid fuel to generate liquid air, and then separates oxygen from the liquid air, and a fuel electrode of the fuel cell. The off-gas containing unburned carbon compounds discharged from and the oxygen separated by the cryogenic separation type oxygen production device are supplied, and the unburned carbon compounds in the off-gas are subjected to a combustion reaction with the oxygen. and a combustion unit that discharges a second carbon dioxide gas produced by the above process and a combustion off-gas containing the first carbon dioxide gas,
Fuel cell power generation system.
請求項1または請求項2に記載の燃料電池発電システム。 The non-gasification treatment device cools the combustion off-gas, condenses moisture from the combustion off-gas, and removes the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas contained in the combustion off-gas. Equipped with a carbon dioxide gas separation unit to separate,
The fuel cell power generation system according to claim 1 or 2 .
前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、
前記駆動装置の前記動力で駆動され、前記二酸化炭素ガス分離部から排出された前記第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスを圧縮する第1圧縮機と、
前記低温液体燃料の冷熱を用いて前記第1圧縮機で圧縮された前記第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスを冷却して液化二酸化炭素を得る冷却装置と、を備えている、
請求項1を引用する請求項3または請求項4に記載の燃料電池発電システム。 The non-gasification treatment device is
a driving device driven by expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power;
a first compressor driven by the power of the driving device for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide gas separation unit;
and a cooling device for obtaining liquefied carbon dioxide by cooling the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas compressed by the first compressor using the cold heat of the low-temperature liquid fuel. there is
The fuel cell power generation system according to claim 3 or claim 4 citing claim 1 .
前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、
前記駆動装置の前記動力で駆動され、電力を生成する発電機と、
前記発電機で生成された電力で駆動される電気モータと、
前記電気モータで駆動され、前記二酸化炭素ガス分離部から排出された前記第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスを圧縮する第2圧縮機と、
前記低温液体燃料の冷熱を用いて前記第2圧縮機で圧縮された前記第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスを冷却して液化二酸化炭素を得る冷却装置と、を備えている、
請求項1を引用する請求項3または請求項4に記載の燃料電池発電システム。 The non-gasification treatment device is
a driving device driven by expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power;
a generator driven by the power of the driving device to generate electric power;
an electric motor driven by the power generated by the generator;
a second compressor driven by the electric motor for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide gas separation unit;
and a cooling device for obtaining liquefied carbon dioxide by cooling the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas compressed by the second compressor using the cold heat of the low-temperature liquid fuel. there is
The fuel cell power generation system according to claim 3 or claim 4 citing claim 1 .
前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、
前記駆動装置の前記動力で駆動され、電力を生成する発電機と、
前記発電機で生成された電力を用いて水を電気分解して水素ガスを生成する水電解装置と、
前記第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスと前記水素ガスとを触媒状で反応させ、炭素を生成する炭素生成部と、を備えている、
請求項1~請求項6の何れか1項に記載の燃料電池発電システム。 The non-gasification treatment device is
a driving device driven by expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power;
a generator driven by the power of the driving device to generate electric power;
a water electrolysis device that electrolyzes water using the power generated by the generator to generate hydrogen gas;
a carbon generation unit that reacts the first carbon dioxide gas, the second carbon dioxide gas, and the hydrogen gas in a catalytic state to generate carbon,
The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 6 .
前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、
前記駆動装置の前記動力で駆動され、電力を生成する発電機と、
前記発電機で生成された電力を用いて駆動される電動ターボ冷凍機と、
前記発電機で生成された電力を用いて水を電気分解して水素ガスを生成する水電解装置と、
前記第1の二酸化炭素ガス、及び前記第2の二酸化炭素ガスと前記水素ガスとを触媒上で反応させ、炭素を生成する炭素生成部と、を備え、
前記二酸化炭素ガス分離部は、前記燃焼部から排出される燃焼オフガスを前記電動ターボ冷凍機で生成された冷熱で冷却する、
請求項3または請求項4に記載の燃料電池発電システム。 The non-gasification treatment device is
a driving device driven by expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power;
a generator driven by the power of the driving device to generate electric power;
an electric centrifugal chiller driven using the electric power generated by the generator;
a water electrolysis device that electrolyzes water using the power generated by the generator to generate hydrogen gas;
a carbon generation unit for generating carbon by reacting the first carbon dioxide gas, the second carbon dioxide gas, and the hydrogen gas on a catalyst,
The carbon dioxide gas separation unit cools the combustion off-gas discharged from the combustion unit with cold heat generated by the electric turbo chiller.
5. The fuel cell power generation system according to claim 3 or 4 .
前記燃料電池は、前記酸化剤ガス圧縮装置で圧縮した高圧の前記酸化剤ガスと、前記低温液体燃料が気化膨張した後の大気圧を超える圧力とされた高圧の燃料ガスとが供給されて発電する前記燃料電池と、
を有する、
請求項1~8の何れか1項に記載の燃料電池発電システム。 an oxidant gas compression device driven by the expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized, compressing the oxidant gas to a pressure exceeding atmospheric pressure and supplying the oxidant gas to the fuel cell;
The fuel cell is supplied with the high-pressure oxidant gas compressed by the oxidant gas compression device and the high-pressure fuel gas having a pressure exceeding the atmospheric pressure after the vaporization and expansion of the low-temperature liquid fuel, thereby generating electric power. and
having
The fuel cell power generation system according to any one of claims 1-8 .
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112009697A (en) * | 2020-09-02 | 2020-12-01 | 成都精智艺科技有限责任公司 | Efficient LNG ship power supply system and method |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001323807A (en) | 2000-03-09 | 2001-11-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Turbine facility |
JP2003081605A (en) | 2001-09-05 | 2003-03-19 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Hydrogen producing method accompanying recovery of liquefied co2 |
JP2004063361A (en) | 2002-07-31 | 2004-02-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Carbon dioxide immobilization method and device |
JP2005135650A (en) | 2003-10-28 | 2005-05-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Hydrogen plant equipped with power generation system utilizing natural energy |
JP2010105578A (en) | 2008-10-31 | 2010-05-13 | Panasonic Corp | Movement body provided with high temperature type fuel cell, and power generation system including the same |
JP2012164423A (en) | 2011-02-03 | 2012-08-30 | Tokyo Gas Co Ltd | Co2 recovery type solid oxide fuel cell battery system and operation control method therefor |
JP2013196890A (en) | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Tokyo Gas Co Ltd | Co2 recovery type power generation system |
US20140245779A1 (en) | 2013-03-04 | 2014-09-04 | Lalit K. Bohra | Regasification Plant |
JP2014216271A (en) | 2013-04-26 | 2014-11-17 | 三菱重工業株式会社 | Power generation system and starting method of the same |
JP2015514669A (en) | 2012-04-16 | 2015-05-21 | シーアストーン リミテッド ライアビリティ カンパニー | Method for producing solid carbon by reducing carbon dioxide |
JP6692324B2 (en) | 2017-06-19 | 2020-05-13 | 三菱重工業株式会社 | Control device, control system, moving body, control method and program |
JP6698763B2 (en) | 2018-08-20 | 2020-05-27 | 東京瓦斯株式会社 | Liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3038393B2 (en) * | 1990-05-30 | 2000-05-08 | 石川島播磨重工業株式会社 | Molten carbonate fuel cell power generator with CO 2 separation device using LNG cold energy |
JPH1146460A (en) * | 1997-03-14 | 1999-02-16 | Toshiba Corp | Power storage system |
JPH11111320A (en) * | 1997-09-30 | 1999-04-23 | Mitsui Toatsu Chem Inc | Recovery and fixing method for carbon dioxide, nitrogen gas, and argon gas in fuel cell power generation using internal combustion type reformer |
-
2018
- 2018-11-20 JP JP2018217392A patent/JP7181060B2/en active Active
Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001323807A (en) | 2000-03-09 | 2001-11-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Turbine facility |
JP2003081605A (en) | 2001-09-05 | 2003-03-19 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Hydrogen producing method accompanying recovery of liquefied co2 |
JP2004063361A (en) | 2002-07-31 | 2004-02-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Carbon dioxide immobilization method and device |
JP2005135650A (en) | 2003-10-28 | 2005-05-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Hydrogen plant equipped with power generation system utilizing natural energy |
JP2010105578A (en) | 2008-10-31 | 2010-05-13 | Panasonic Corp | Movement body provided with high temperature type fuel cell, and power generation system including the same |
JP5581240B2 (en) | 2011-02-03 | 2014-08-27 | 東京瓦斯株式会社 | CO2 recovery type solid oxide fuel cell system and operation control method thereof |
JP2012164423A (en) | 2011-02-03 | 2012-08-30 | Tokyo Gas Co Ltd | Co2 recovery type solid oxide fuel cell battery system and operation control method therefor |
JP2013196890A (en) | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Tokyo Gas Co Ltd | Co2 recovery type power generation system |
JP2015514669A (en) | 2012-04-16 | 2015-05-21 | シーアストーン リミテッド ライアビリティ カンパニー | Method for producing solid carbon by reducing carbon dioxide |
US20140245779A1 (en) | 2013-03-04 | 2014-09-04 | Lalit K. Bohra | Regasification Plant |
JP2014216271A (en) | 2013-04-26 | 2014-11-17 | 三菱重工業株式会社 | Power generation system and starting method of the same |
JP6692324B2 (en) | 2017-06-19 | 2020-05-13 | 三菱重工業株式会社 | Control device, control system, moving body, control method and program |
JP6698763B2 (en) | 2018-08-20 | 2020-05-27 | 東京瓦斯株式会社 | Liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system |
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