JPH01241760A - 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池発電システムInfo
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- JPH01241760A JPH01241760A JP63071456A JP7145688A JPH01241760A JP H01241760 A JPH01241760 A JP H01241760A JP 63071456 A JP63071456 A JP 63071456A JP 7145688 A JP7145688 A JP 7145688A JP H01241760 A JPH01241760 A JP H01241760A
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、溶融炭酸塩型燃料電池を使用する発電シス
テムの構成に関するものである。
テムの構成に関するものである。
第３図は例えば特開昭６０−１６５０６３号公報に示さ
れた従来の石炭ガス化ガス利用溶融炭酸塩型燃料電池発
電システムの系統図であり、図において、（１１は石炭
ガス化炉、（２）は石炭ガス化ガス用排気熱回収ボイラ
、（３）は蒸気タービン発電システム、（４）はガス精
製装置、＋５）は溶融炭酸塩型燃料電池アノードガスリ
サイクルブロワ、（６）は溶融炭酸塩型燃料電池本体、
（７）は上記溶融炭酸塩型燃料電池（６）中のアノード
（燃料電ｉ）、（８１は触媒燃焼器、（９）は上記溶融
炭酸塩型燃料電池（６）用酸化剤の一つである空気供給
用圧縮機、ＯＩは上記溶融炭酸塩型燃料電池（６）中の
カソード（酸化剤電極） 、０２１はカソードガス循環
プロワ、０１は上記溶融炭酸塩型燃料電池（６）中の電
解質層、（財）はカソードガス用排熱回収ボイラ、ａり
は膨張タービン、０醗は排熱回収ボイラ、αｎは発電機
である。
れた従来の石炭ガス化ガス利用溶融炭酸塩型燃料電池発
電システムの系統図であり、図において、（１１は石炭
ガス化炉、（２）は石炭ガス化ガス用排気熱回収ボイラ
、（３）は蒸気タービン発電システム、（４）はガス精
製装置、＋５）は溶融炭酸塩型燃料電池アノードガスリ
サイクルブロワ、（６）は溶融炭酸塩型燃料電池本体、
（７）は上記溶融炭酸塩型燃料電池（６）中のアノード
（燃料電ｉ）、（８１は触媒燃焼器、（９）は上記溶融
炭酸塩型燃料電池（６）用酸化剤の一つである空気供給
用圧縮機、ＯＩは上記溶融炭酸塩型燃料電池（６）中の
カソード（酸化剤電極） 、０２１はカソードガス循環
プロワ、０１は上記溶融炭酸塩型燃料電池（６）中の電
解質層、（財）はカソードガス用排熱回収ボイラ、ａり
は膨張タービン、０醗は排熱回収ボイラ、αｎは発電機
である。
この例では、石炭ガス化炉＋１１、石炭ガス化ガス用排
熱回収ボイラ（２）、およびガス精製装置（４）により
燃料処理装置が構成され、この燃料処理装置とアノード
ガスサイクルブロワ（５）により燃料系統が構成され、
また空気供給用圧縮＠ （９）、触媒燃焼器（８）、カ
ソードガス用排熱回収ボイラ０４）、カソードガス循環
ブロワ＠、膨張タービン０！９、および排熱回収ボイラ
０［９によって酸化剤系統が構成されている。
熱回収ボイラ（２）、およびガス精製装置（４）により
燃料処理装置が構成され、この燃料処理装置とアノード
ガスサイクルブロワ（５）により燃料系統が構成され、
また空気供給用圧縮＠ （９）、触媒燃焼器（８）、カ
ソードガス用排熱回収ボイラ０４）、カソードガス循環
ブロワ＠、膨張タービン０！９、および排熱回収ボイラ
０［９によって酸化剤系統が構成されている。
次に動作について説明する。石炭・水スラリー等の原燃
料ｆａ）と酸素ｆｂｌをガス化炉＋１１に送り、ここで
部分酸化法によって水素、−酸化炭素、二酸化炭素、水
蒸気を主成分とする高温、高圧の燃料ガスｆｃｌを生成
する。この高温、高圧の燃料ガスｆｃｌを排熱回収ボイ
ラ（２）に送り、ここで蒸気タービン発電システム（３
）に熱を与える０次に、温度が降下した燃料ガスをガス
精製装置（４）に送り、ここでガス中のダストおよび不
純ガスを除去する。
料ｆａ）と酸素ｆｂｌをガス化炉＋１１に送り、ここで
部分酸化法によって水素、−酸化炭素、二酸化炭素、水
蒸気を主成分とする高温、高圧の燃料ガスｆｃｌを生成
する。この高温、高圧の燃料ガスｆｃｌを排熱回収ボイ
ラ（２）に送り、ここで蒸気タービン発電システム（３
）に熱を与える０次に、温度が降下した燃料ガスをガス
精製装置（４）に送り、ここでガス中のダストおよび不
純ガスを除去する。
圧力を持った洗浄な燃料ガスは、リサイクルブロワ（５
）によって供給されるリサイクルガス（ｄ＋と混合し、
溶融炭酸塩型燃料電池（６）のアノード（７）に供給さ
れる。アノード（７）では、次の＋１１式、（２）式で
示す電気化学反応が進行し、水素と一酸化炭素を消費し
二酸化炭素と水を生成する。
）によって供給されるリサイクルガス（ｄ＋と混合し、
溶融炭酸塩型燃料電池（６）のアノード（７）に供給さ
れる。アノード（７）では、次の＋１１式、（２）式で
示す電気化学反応が進行し、水素と一酸化炭素を消費し
二酸化炭素と水を生成する。
Ｈ１＋ＣＯ３”−＝ Ｈ１Ｏ＋ Ｃｏ！＋ ２８−
ｆｌｌＣｏ ＋ Ｈ！Ｏ→ｏｓ ＋ Ｃｏ□
（２）溶融炭酸塩型燃料電池（６）内の燃料
（Ｈ，＋ＣＯ）の反応率は高くても８０〜９０％なので
、アノード（７）出口ガス中には未反応の一酸化炭素、
水素が残存している。これを前記リサイクルブロワ（５
）で昇圧し、一部をリサイクルしてアノード（７）入口
側に戻し、残りの出口ガス（ｆ）を触媒燃焼器（８）に
送る。
ｆｌｌＣｏ ＋ Ｈ！Ｏ→ｏｓ ＋ Ｃｏ□
（２）溶融炭酸塩型燃料電池（６）内の燃料
（Ｈ，＋ＣＯ）の反応率は高くても８０〜９０％なので
、アノード（７）出口ガス中には未反応の一酸化炭素、
水素が残存している。これを前記リサイクルブロワ（５
）で昇圧し、一部をリサイクルしてアノード（７）入口
側に戻し、残りの出口ガス（ｆ）を触媒燃焼器（８）に
送る。
一方、空気（ｇ）を圧縮機（９）で昇圧し前記触媒燃焼
機（８）に送る。前記残りの出ロガスｆｆＪ中の一酸化
炭素、水素はここで完全燃焼し二酸化炭素および水を生
成する。触媒燃焼器（８）内で溶融炭酸塩型燃料電池（
６）のカソードα鴫に必要な二酸化炭素を補給された酸
化剤（ｈｌは、リサイクルブロワ０乃で昇圧した酸化剤
（１）と混合しカソードＯＩ入口側に送られろ。
機（８）に送る。前記残りの出ロガスｆｆＪ中の一酸化
炭素、水素はここで完全燃焼し二酸化炭素および水を生
成する。触媒燃焼器（８）内で溶融炭酸塩型燃料電池（
６）のカソードα鴫に必要な二酸化炭素を補給された酸
化剤（ｈｌは、リサイクルブロワ０乃で昇圧した酸化剤
（１）と混合しカソードＯＩ入口側に送られろ。
カソードα〔では下記（３）式の示す電気化学反応が進
行し、カソードＯＩで生成された炭酸塩イオンは電解質
層０湯中をアノード（７）に移行する。（矢印ｊ）ＣＯ
ｘ ” １／２０ｇ＋ ２ｅ −→ＣＯ３”−ｆ３１溶
融炭酸塩型燃料電池（６）内では、（１＋式、（２）式
、（３）弐に示す反応が連続的に進行して直流の電気を
発生し、同時に多量の熱を発生する。この熱は、アノー
ド（７）およびカソード０〔を通過する燃料ガスおよび
前記酸化剤（ｈｌｉ）によって持ち去られ溶融炭酸塩型
燃料電池（６）の運転温度が一定に保持される。
行し、カソードＯＩで生成された炭酸塩イオンは電解質
層０湯中をアノード（７）に移行する。（矢印ｊ）ＣＯ
ｘ ” １／２０ｇ＋ ２ｅ −→ＣＯ３”−ｆ３１溶
融炭酸塩型燃料電池（６）内では、（１＋式、（２）式
、（３）弐に示す反応が連続的に進行して直流の電気を
発生し、同時に多量の熱を発生する。この熱は、アノー
ド（７）およびカソード０〔を通過する燃料ガスおよび
前記酸化剤（ｈｌｉ）によって持ち去られ溶融炭酸塩型
燃料電池（６）の運転温度が一定に保持される。
一部酸素を消費してカソードＯＩを出た酸化剤の一部は
排熱回収ボイラ０４１に導かれ、前述の蒸気ターピング
発電システム（３）に熱を与え、温度が降下した後、前
記リサイクルプロワ亜によってカソードＯＩ入口側にリ
サイクルされる。一方、カソードα・を出た残りの酸化
剤傭）は膨張ターピングαすで動力回収された後、さら
に排熱回収ボイラを通って熱回収され、大気中に放出さ
れる（矢印ｌ）、尚、膨張ターピング０９の出力の一部
を利用して前記圧縮機（９）を駆動し、残りの出力で発
電Ｉ！！０ηを駆動して電力を発生する。
排熱回収ボイラ０４１に導かれ、前述の蒸気ターピング
発電システム（３）に熱を与え、温度が降下した後、前
記リサイクルプロワ亜によってカソードＯＩ入口側にリ
サイクルされる。一方、カソードα・を出た残りの酸化
剤傭）は膨張ターピングαすで動力回収された後、さら
に排熱回収ボイラを通って熱回収され、大気中に放出さ
れる（矢印ｌ）、尚、膨張ターピング０９の出力の一部
を利用して前記圧縮機（９）を駆動し、残りの出力で発
電Ｉ！！０ηを駆動して電力を発生する。
従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電システムにおいては温
度調節系が以上のように構成されているので、溶融炭酸
塩型燃料電池本体の負荷急増時、或は電極間の局所的ガ
ス短絡（クロスオーバ）発生時などに、過渡的な温度上
昇が起り迅速に対応できないなどの問題点があった。
度調節系が以上のように構成されているので、溶融炭酸
塩型燃料電池本体の負荷急増時、或は電極間の局所的ガ
ス短絡（クロスオーバ）発生時などに、過渡的な温度上
昇が起り迅速に対応できないなどの問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、過渡的な温度上昇に対応して、迅速に発生熱
量を除去できる溶融炭酸塩型燃料電池発電システムを得
ることを目的とする。
たもので、過渡的な温度上昇に対応して、迅速に発生熱
量を除去できる溶融炭酸塩型燃料電池発電システムを得
ることを目的とする。
この発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池発電システムは燃
料系統の燃料処理装置の後流側に接続され、燃料電池本
体の温度上昇時に燃料ガス中の水蒸気と反応して吸熱す
る液体燃料を燃料ガス中に噴霧注入する液体燃料供給装
置を備えたものである。
料系統の燃料処理装置の後流側に接続され、燃料電池本
体の温度上昇時に燃料ガス中の水蒸気と反応して吸熱す
る液体燃料を燃料ガス中に噴霧注入する液体燃料供給装
置を備えたものである。
この発明における溶融・炭酸塩型燃料電池発電システム
において、温度上昇時に燃料ガス系統の入口付近で、燃
料ガス中に直接注入された液体燃料例えばメタノール等
の低炭素数アルコールミストは、高温燃料ガスおよび構
成部材のために直ちに帰化し、燃料電極部材、その他電
池構成部材の触媒作用等で、燃料ガス中に残存すると水
蒸気と反応して一酸化炭素および水素を生成し、この反
応が吸熱反応のため電池構成部材を冷却することができ
る。
において、温度上昇時に燃料ガス系統の入口付近で、燃
料ガス中に直接注入された液体燃料例えばメタノール等
の低炭素数アルコールミストは、高温燃料ガスおよび構
成部材のために直ちに帰化し、燃料電極部材、その他電
池構成部材の触媒作用等で、燃料ガス中に残存すると水
蒸気と反応して一酸化炭素および水素を生成し、この反
応が吸熱反応のため電池構成部材を冷却することができ
る。
以下この発明の一実施例を図について説明する。
第１図において、Ｑｌはメタノール等の液体燃料貯槽、
Ｏｌは液体燃料貯槽ＯＩに貯えられたメタノール等の液
体燃料を加圧輸送する機構、（至）は加圧された液体燃
料を溶融炭酸塩型燃料電池本体（６）のアノード（７）
入口近傍の燃料ガス＋Ｃ１中に直接注入するための液体
燃料噴霧ノズル（２１）は遮断弁、（２２）は溶融炭酸
塩型燃料電池本体（６）内例えばガス流路に挿入された
熱電対等の温度検出器、（２３）は温度検出器（２２）
の信号とあらかじめ設定された温度上限を比較し、メタ
ノール等の液体燃料を、加圧輸送機構Ｑｌ及び遮断弁（
２１）の開閉を制御して注入するかどうかを決定する例
えばリレー等の温度調節器である。第１図中のその他の
記号は従来技術の構成の説明で述べた第２図と一致する
。
Ｏｌは液体燃料貯槽ＯＩに貯えられたメタノール等の液
体燃料を加圧輸送する機構、（至）は加圧された液体燃
料を溶融炭酸塩型燃料電池本体（６）のアノード（７）
入口近傍の燃料ガス＋Ｃ１中に直接注入するための液体
燃料噴霧ノズル（２１）は遮断弁、（２２）は溶融炭酸
塩型燃料電池本体（６）内例えばガス流路に挿入された
熱電対等の温度検出器、（２３）は温度検出器（２２）
の信号とあらかじめ設定された温度上限を比較し、メタ
ノール等の液体燃料を、加圧輸送機構Ｑｌ及び遮断弁（
２１）の開閉を制御して注入するかどうかを決定する例
えばリレー等の温度調節器である。第１図中のその他の
記号は従来技術の構成の説明で述べた第２図と一致する
。
溶融炭酸塩型燃料電池（６）内を通過するガス流量をガ
スリサイクルによってＪｆ［ｌ’ｆして、当該電池の動
作温度を調節する方式を採用した場合、当該電池の異常
時、或は負荷急増時などで電池温度が急上昇すると、ガ
スリサイクル系自体の運動量バッファ（慣性項）が大き
いため迅速に対応できない。
スリサイクルによってＪｆ［ｌ’ｆして、当該電池の動
作温度を調節する方式を採用した場合、当該電池の異常
時、或は負荷急増時などで電池温度が急上昇すると、ガ
スリサイクル系自体の運動量バッファ（慣性項）が大き
いため迅速に対応できない。
本実施例では、溶融炭酸塩型燃料電池（６）のアノード
（７）入口で燃料ガス（Ｃ１に直接注入された液体燃料
例えばメタノール等低炭素数アルコールは、直ちに気化
する。その後、アノード（７）内で電極材料（Ｎｉ等）
の触媒作用により、燃料ガスｔｅｌ中に含有される水蒸
気と以下の反応を進行させる。
（７）入口で燃料ガス（Ｃ１に直接注入された液体燃料
例えばメタノール等低炭素数アルコールは、直ちに気化
する。その後、アノード（７）内で電極材料（Ｎｉ等）
の触媒作用により、燃料ガスｔｅｌ中に含有される水蒸
気と以下の反応を進行させる。
ＣＨｓＯＨ＝ Ｃｏ ＋２ｏ、 ｆ４
１Ｃｏ ＋Ｈ，０→ＣＯ，＋Ｈ，ｆｉｌ この複合反応は総括的に吸熱反応であるので、前記ガス
リサイクル部が追随するまでの時間、過渡的に発生する
熱量を保証することができ、溶融炭酸塩型燃料電池の温
度上昇時に迅速に要所を冷却するとも可能となる。
１Ｃｏ ＋Ｈ，０→ＣＯ，＋Ｈ，ｆｉｌ この複合反応は総括的に吸熱反応であるので、前記ガス
リサイクル部が追随するまでの時間、過渡的に発生する
熱量を保証することができ、溶融炭酸塩型燃料電池の温
度上昇時に迅速に要所を冷却するとも可能となる。
なお、上記実施例では、液体燃料注入個所を溶融炭酸塩
型燃料電池（６）のアノード（７）入口における燃料ガ
ス系統配管に設けたものをしめしたが、例えば第２図に
示すように燃料系統の入ロマニーホールド（２４）に液
体燃料噴霧ノズル（２）を複数個、分散させて設置して
もよい。
型燃料電池（６）のアノード（７）入口における燃料ガ
ス系統配管に設けたものをしめしたが、例えば第２図に
示すように燃料系統の入ロマニーホールド（２４）に液
体燃料噴霧ノズル（２）を複数個、分散させて設置して
もよい。
以上のように、この発明のよれば燃料系統の燃料処理装
置の後流側に接続され、燃料電池本体の温度上昇時に燃
料ガス中の水蒸気と反応して吸熱する液体燃料を上記燃
料ガス中に噴霧注入する液体燃料供給装置を備えたので
、負荷急増時、異常時等の過渡的な温度上昇保証が可能
となり、溶融炭酸塩型燃料電池発電システムの信頼性を
向上できる。
置の後流側に接続され、燃料電池本体の温度上昇時に燃
料ガス中の水蒸気と反応して吸熱する液体燃料を上記燃
料ガス中に噴霧注入する液体燃料供給装置を備えたので
、負荷急増時、異常時等の過渡的な温度上昇保証が可能
となり、溶融炭酸塩型燃料電池発電システムの信頼性を
向上できる。
第１図はこの発明の一実施例による溶融炭酸塩型燃料電
池発電システムを示す系統図、第２図はこの発明の他の
実施例による溶融炭酸塩型燃料電池発電システムの主要
部を拡大して示す断面構成図、第３図は従来の溶融炭酸
塩型燃料電池発電システムを示す系統図である。 （１）石炭ガス化炉、（２）石炭ガス化ガス用排熱回収
ボイラ、（４）ガス精製装置、（５）溶融炭酸塩型燃料
電池アノードガスリサイクルプロワ、（６）溶融炭酸塩
型燃料電池、（７）アノード（燃料電極） 、＋８１触
媒燃焼器、（９）空気供給用圧縮機、Ｏｌカソード（酸
化剤電極）、（２）カソードガス循環ブロワ、０１電解
質層、αり膨張タービン、αｅ排熱回収ボイラ、Ｏｌメ
タノール等の液体燃料貯槽、ａＳ液体燃料加圧輸送機構
、（至）液体燃料噴霧ノズル、（２１）遮断弁、（２２
）温度検出器、（２３）温度調節器、（２４）マニホー
ルド。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。
池発電システムを示す系統図、第２図はこの発明の他の
実施例による溶融炭酸塩型燃料電池発電システムの主要
部を拡大して示す断面構成図、第３図は従来の溶融炭酸
塩型燃料電池発電システムを示す系統図である。 （１）石炭ガス化炉、（２）石炭ガス化ガス用排熱回収
ボイラ、（４）ガス精製装置、（５）溶融炭酸塩型燃料
電池アノードガスリサイクルプロワ、（６）溶融炭酸塩
型燃料電池、（７）アノード（燃料電極） 、＋８１触
媒燃焼器、（９）空気供給用圧縮機、Ｏｌカソード（酸
化剤電極）、（２）カソードガス循環ブロワ、０１電解
質層、αり膨張タービン、αｅ排熱回収ボイラ、Ｏｌメ
タノール等の液体燃料貯槽、ａＳ液体燃料加圧輸送機構
、（至）液体燃料噴霧ノズル、（２１）遮断弁、（２２
）温度検出器、（２３）温度調節器、（２４）マニホー
ルド。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。
Claims (1)
- （１）電解質層を介在して対向する燃料電極と酸化剤電
極を有する単電池、および上記燃料電極に対向して設け
る燃料ガス流路と上記酸化剤電極に対向して設ける燃料
ガス流路とを分離するセパレータ板を交互に積層する燃
料電池本体と、源燃料から燃料ガスを製造する燃料処理
装置を有し、上記燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃
料系統と、上記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する
酸化系統とを備える溶融炭酸塩型燃料電池発電システム
において、上記燃料系統の燃料処理装置の後流側に接続
され、上記燃料電池本体の温度上昇時に上記燃料ガス中
の水蒸気と反応して吸熱する液体燃料を上記燃料ガス中
に噴霧注入する液体燃料供給装置を備えたことを特徴と
する溶融炭酸塩型燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63071456A JPH01241760A (ja) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63071456A JPH01241760A (ja) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01241760A true JPH01241760A (ja) | 1989-09-26 |
Family
ID=13461095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63071456A Pending JPH01241760A (ja) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01241760A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1235291A2 (en) * | 2001-02-21 | 2002-08-28 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| EP1324413A1 (en) * | 2001-10-02 | 2003-07-02 | Ngk Insulators, Ltd. | Fuel celll electric power generator |
| WO2005101562A1 (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-27 | Modine Manufacturing Company | Fuel humidifier and pre-heater for use in a fuel cell system |
| US8245491B2 (en) | 2006-11-15 | 2012-08-21 | Modine Manufacturing Company | Heat recovery system and method |
-
1988
- 1988-03-23 JP JP63071456A patent/JPH01241760A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1235291A2 (en) * | 2001-02-21 | 2002-08-28 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| EP1235291A3 (en) * | 2001-02-21 | 2004-05-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| US7108932B2 (en) | 2001-02-21 | 2006-09-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| EP1324413A1 (en) * | 2001-10-02 | 2003-07-02 | Ngk Insulators, Ltd. | Fuel celll electric power generator |
| WO2005101562A1 (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-27 | Modine Manufacturing Company | Fuel humidifier and pre-heater for use in a fuel cell system |
| US8245491B2 (en) | 2006-11-15 | 2012-08-21 | Modine Manufacturing Company | Heat recovery system and method |
| US8495859B2 (en) | 2006-11-15 | 2013-07-30 | Modine Manufacturing Company | Heat recovery system and method |
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