JPH02172159A - 溶融炭酸塩型燃料電池発電方法及び装置 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池発電方法及び装置Info
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- JPH02172159A JPH02172159A JP63324797A JP32479788A JPH02172159A JP H02172159 A JPH02172159 A JP H02172159A JP 63324797 A JP63324797 A JP 63324797A JP 32479788 A JP32479788 A JP 32479788A JP H02172159 A JPH02172159 A JP H02172159A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- 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］
本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換させるエネルギ一部門で用いる燃料電池のう
ち、特に、溶融炭酸塩型燃料電池の発電方法及び装置に
関するものである。
ギーに変換させるエネルギ一部門で用いる燃料電池のう
ち、特に、溶融炭酸塩型燃料電池の発電方法及び装置に
関するものである。
Ｕ従来の技術］
現在までに提案されている燃ＩＩ電池のうち、特に溶融
炭酸塩型燃料電池は、電解質として溶融炭Ｍ塩を多孔質
物質にしみ込ませてなるタイル（電解質板）を、カソー
ド（酸素極）とアノード（燃料極）で両面から挟み、カ
ソード側に酸化ガスを供給すると共にアノード側に燃料
ガスを供給することによりカソード側とアノード側で反
応が行われて発電が行われるようにしたものを１セルと
し、各セルをセパレータを介して多層に積層した構成の
ものとしである。
炭酸塩型燃料電池は、電解質として溶融炭Ｍ塩を多孔質
物質にしみ込ませてなるタイル（電解質板）を、カソー
ド（酸素極）とアノード（燃料極）で両面から挟み、カ
ソード側に酸化ガスを供給すると共にアノード側に燃料
ガスを供給することによりカソード側とアノード側で反
応が行われて発電が行われるようにしたものを１セルと
し、各セルをセパレータを介して多層に積層した構成の
ものとしである。
上記溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電システムにおい
て、燃料として天然ガスあるいは都市ガスを用いる場合
は、これら天然ガス、都市ガスを改質して燃料ガスとし
燃料電池のアノードに供給するようにしである。
て、燃料として天然ガスあるいは都市ガスを用いる場合
は、これら天然ガス、都市ガスを改質して燃料ガスとし
燃料電池のアノードに供給するようにしである。
上記天然ガスの改質の型式としては、外部改質型と内部
改質型とが従来より知られている。
改質型とが従来より知られている。
従来の外部改質型のものとしては、第８図に概略を示す
如く、燃料電池ａのアノードｂに供給する燃料ガスとし
て、炭化水素（メタン等の天然ガス）を改質して用いる
場合に炭化水素を改質器ｄに入れ、ここで得られた水素
（Ｈ２）と−Ｍ化炭素（Ｃｏ）を燃料ガスとしてアノー
ドｂに入れて一部発電に消費させるようにし、又、アノ
ードｂから出たアノード出口ガスは、燃料電池内で発生
した炭酸ガス（ＣＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）のほかに、未利
用のメタン（Ｃ）（４） 、水素（Ｈ２）、−Ｖ化炭素
（Ｃｏ）を含むので、改質器ｄの燃焼室へ導入して燃焼
させるためにラインｅにて改質器ｄの燃焼室に供給し燃
焼させて改質に必要な熱量を供給させるようにし、改質
器ｄの燃焼室から排出されたＣ ０２を含むガスはライ
ン［を通り空気Ａと合流させてカソードＣに送り電池反
応に利用させるよう番こしたものが一般的である。
如く、燃料電池ａのアノードｂに供給する燃料ガスとし
て、炭化水素（メタン等の天然ガス）を改質して用いる
場合に炭化水素を改質器ｄに入れ、ここで得られた水素
（Ｈ２）と−Ｍ化炭素（Ｃｏ）を燃料ガスとしてアノー
ドｂに入れて一部発電に消費させるようにし、又、アノ
ードｂから出たアノード出口ガスは、燃料電池内で発生
した炭酸ガス（ＣＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）のほかに、未利
用のメタン（Ｃ）（４） 、水素（Ｈ２）、−Ｖ化炭素
（Ｃｏ）を含むので、改質器ｄの燃焼室へ導入して燃焼
させるためにラインｅにて改質器ｄの燃焼室に供給し燃
焼させて改質に必要な熱量を供給させるようにし、改質
器ｄの燃焼室から排出されたＣ ０２を含むガスはライ
ン［を通り空気Ａと合流させてカソードＣに送り電池反
応に利用させるよう番こしたものが一般的である。
一方、内部改質型のものとしては、第９図に示１如く、
燃料電池ａ内に改質器ｄが組み込まれていて、燃料電池
ａの発熱を改質器ｄでの改質反応の熱に直接利用するよ
うにしたもので、アノードｂから排出されるアノード出
口ガスは、前記外部改質型の場合の７ノード出ロガスと
同じ成分からなり、未利用のＣＨ４、Ｈ２、ＣＯを含ん
でおり、水素分離器Ｑで水素を分離して水素（Ｈ２）を
ラインｈから改質器ｄへの燃料供給うインｉを経て改質
器ｄへ戻１ようにすると共に、Ｃｌ−１ａ、ＣＯ及び未
分離のＨ２は、触媒燃焼器ｊで燃焼させて空気へととも
にラインｋにてカソードＣに送るようにしたものがある
（米国特許第４５３２１９２号）。
燃料電池ａ内に改質器ｄが組み込まれていて、燃料電池
ａの発熱を改質器ｄでの改質反応の熱に直接利用するよ
うにしたもので、アノードｂから排出されるアノード出
口ガスは、前記外部改質型の場合の７ノード出ロガスと
同じ成分からなり、未利用のＣＨ４、Ｈ２、ＣＯを含ん
でおり、水素分離器Ｑで水素を分離して水素（Ｈ２）を
ラインｈから改質器ｄへの燃料供給うインｉを経て改質
器ｄへ戻１ようにすると共に、Ｃｌ−１ａ、ＣＯ及び未
分離のＨ２は、触媒燃焼器ｊで燃焼させて空気へととも
にラインｋにてカソードＣに送るようにしたものがある
（米国特許第４５３２１９２号）。
［発明が解決しようとする課題］
ところが、上記外部改質型、内部改質型のいずれのもの
も、アノードｂから排出されたガス中に含まれている未
改質のＣＨ４及び燃料電池内で未利用のＣＯ，Ｈ２は燃
焼させた後に空気ととちにカソードＣに供給するように
していることから、上記ＣＨ４、ＣＯ、Ｈ２は完全に電
池反応に利用できず、燃焼して熱エネルギーに変換され
るため、発電効率が悪い、という問題があり、又、改質
器ｄで未改質のメタン（ＣＨ４）は、発電効率の低下に
つながるので、メタンの改質率を高くする必要があり、
そのために改質用スチームを多くしたり、改質反応温度
を高くする必要かあること、塩１’ｌ＠池内で未利用の
１１２、ｃ。
も、アノードｂから排出されたガス中に含まれている未
改質のＣＨ４及び燃料電池内で未利用のＣＯ，Ｈ２は燃
焼させた後に空気ととちにカソードＣに供給するように
していることから、上記ＣＨ４、ＣＯ、Ｈ２は完全に電
池反応に利用できず、燃焼して熱エネルギーに変換され
るため、発電効率が悪い、という問題があり、又、改質
器ｄで未改質のメタン（ＣＨ４）は、発電効率の低下に
つながるので、メタンの改質率を高くする必要があり、
そのために改質用スチームを多くしたり、改質反応温度
を高くする必要かあること、塩１’ｌ＠池内で未利用の
１１２、ｃ。
も発電効率を低下させるが、これらの利用率を上げると
電池電圧が低下するため、Ｈ２、ｃｏの一部は未利用の
まま残さざるを得ないこと、等の問題もあり、更に、燃
料電池からの未燃ガスは炭酸ガスを多く含み、低カロリ
ーガスであるため、これを燃焼するには高価な触媒燃焼
器が必要となる、という問題かおる。
電池電圧が低下するため、Ｈ２、ｃｏの一部は未利用の
まま残さざるを得ないこと、等の問題もあり、更に、燃
料電池からの未燃ガスは炭酸ガスを多く含み、低カロリ
ーガスであるため、これを燃焼するには高価な触媒燃焼
器が必要となる、という問題かおる。
そこで、本発明は、燃料電池のアノードから排出された
アノード出口ガス中の炭酸ガスを除去した後に改質器に
入れて燃料電池のアノードへ戻すようにして発電効率を
向上させるようにし、更に、前記従来の問題点を解消で
きるようにしようとするものである。
アノード出口ガス中の炭酸ガスを除去した後に改質器に
入れて燃料電池のアノードへ戻すようにして発電効率を
向上させるようにし、更に、前記従来の問題点を解消で
きるようにしようとするものである。
［課題を解決するための手段］
本発明は、上記課題を解決するために、溶融炭酸塩型燃
料電池のアノードに、改質器で改質された燃料ガスを供
給して電気化学反応に利用し、上記アノードから排出さ
れたアノード出口ガスを炭酸ガス分離装置へ導いて炭酸
ガスを除去し、炭酸ガスは空気とともに燃料電池のカソ
ードに供給させるようにし、且つ炭酸ガスを除去された
アノード出口ガスは改質器を経て燃料電池のアノードに
戻すようにする。上記改質器は、アノード出口ガスの大
部分を導入させて改質に必要な熱量を改質部に与えるよ
うにしたものとか、燃料電池のカソード出ロガスを導入
さけて改質に必要な熱量を与えるようにした、いわゆる
燃焼室を有しない型式のものとしてもよく、又、燃焼室
を有する改質器としてもよい。
料電池のアノードに、改質器で改質された燃料ガスを供
給して電気化学反応に利用し、上記アノードから排出さ
れたアノード出口ガスを炭酸ガス分離装置へ導いて炭酸
ガスを除去し、炭酸ガスは空気とともに燃料電池のカソ
ードに供給させるようにし、且つ炭酸ガスを除去された
アノード出口ガスは改質器を経て燃料電池のアノードに
戻すようにする。上記改質器は、アノード出口ガスの大
部分を導入させて改質に必要な熱量を改質部に与えるよ
うにしたものとか、燃料電池のカソード出ロガスを導入
さけて改質に必要な熱量を与えるようにした、いわゆる
燃焼室を有しない型式のものとしてもよく、又、燃焼室
を有する改質器としてもよい。
又、炭酸ガス分離装置にアノード出口ガスを導く途中に
、シフト反応器を設置して、炭酸ガスの分離を容易にす
ることは好ましく、又、炭酸ガス分離装置を出たアノー
ド出口ガスの一部を燃焼器で燃焼させて燃料電池のカソ
ードに入れるようにすることはカソードの温度を高めら
れて好ましい。
、シフト反応器を設置して、炭酸ガスの分離を容易にす
ることは好ましく、又、炭酸ガス分離装置を出たアノー
ド出口ガスの一部を燃焼器で燃焼させて燃料電池のカソ
ードに入れるようにすることはカソードの温度を高めら
れて好ましい。
［作 用］
アノードから出たアノード出口ガスには、未利用の燃料
、水素、−酸化炭素のほかに、燃料電池内で発生した炭
酸ガス、水が含まれているが、炭酸ガスの大部分を除去
して該炭酸ガスは空気とともにカソードに供給し、炭酸
ガスを除去した後のアノード出口ガスは改質器を経てア
ノードに戻されるので、燃料電池で利用てきなかった燃
料等を完全に消費させることができて、発電効率を良く
することができる。
、水素、−酸化炭素のほかに、燃料電池内で発生した炭
酸ガス、水が含まれているが、炭酸ガスの大部分を除去
して該炭酸ガスは空気とともにカソードに供給し、炭酸
ガスを除去した後のアノード出口ガスは改質器を経てア
ノードに戻されるので、燃料電池で利用てきなかった燃
料等を完全に消費させることができて、発電効率を良く
することができる。
［実 施 例］
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すもので、１は溶融炭酸
塩がしみ込ませであるタイル２をアノード３とカソード
４とで両面から挟んでなる溶融炭酸塩型の燃料電池、５
はアノード出口ガスにより改質に必要な熱量が与えられ
て燃料を燃料ガスに改質づるようにしである改質器で、
第２図に示す如く、改質部５ａと加熱部５ｂとを有し、
加熱部５ｂを流れるアノード出口ガスにより改質部５ａ
へ熱が与えられるようにしである。６は燃料の供給ライ
ン７の途中に設けた加熱器、８は改質器５で改質された
燃側ガスをアノード３に供給するライン、９はアノード
３からのアノード出口ガスライン、１０はアノード出口
ガスライン９の途中から分岐させて改質器５の入側に７
ノード出ロガスを導いて改質に必要な熱量が与えられる
ようにするためのアノード出口ガス分岐ライン、１１は
上記アノード出口ガスライン９の分岐ライン１０との接
続部よりも下流側に設けた冷却器、１２はアノード出口
ガスライン９の更に下流側に設けた凝縮器、１３は炭酸
ガス分離装置で、該炭酸ガス分離装置１３は、−例とし
てジェタノールアミン水溶液により炭酸ガスを吸収させ
るようにする吸収塔１３ａと、ジエタノルアミン水溶液
を再生させる再生塔１３ｂと、ジェタノールアミン水溶
液を再生塔１３ｂに供給Ｊるアミン水溶液供給うイン１
３ｃと、再生塔１３ｂで再生されたジェタノールアミン
水溶液を吸収塔１３ａに戻づアミン水溶液戻しライン１
３ｄとから構成されている。１４は炭酸ガス分離装置１
３で炭酸ガスが除去されて吸収塔１３ａから取り出され
るメタン、水素等の残ガスを燃料供給ライン７の加熱器
６の上流側に戻すための残ガスライン、１５は上記残ガ
スライン１４の途中に設けた残ガス加熱器、１６は炭酸
ガス分Ｎ装置１３の再生塔１３ｂの下部に接続した空気
供給管、１７は炭酸ガス分離装置１３て分離された炭酸
ガスを含む空気を再生塔１３ｂより取り出して燃料電池
１のカソード４に供給する空気供給ライン、１８は炭酸
ガス供給ライン１７の途中に設けた空気加熱器、１９は
水処理及びボイラ、２０は凝縮器１２からの水分を水処
理及びボイラ１９へ送るライン、２１は水処理及びボイ
ラ１９で分離された水蒸気を加熱器２２で過熱蒸気とし
た後に燃料供給ライン７の上流側に供給する水蒸気供給
ライン、２３は過剰な水分を系外に排出させる排出ライ
ン、２４は燃料電池１のカソード４から排出されるカソ
ード出ロガスラインである。
塩がしみ込ませであるタイル２をアノード３とカソード
４とで両面から挟んでなる溶融炭酸塩型の燃料電池、５
はアノード出口ガスにより改質に必要な熱量が与えられ
て燃料を燃料ガスに改質づるようにしである改質器で、
第２図に示す如く、改質部５ａと加熱部５ｂとを有し、
加熱部５ｂを流れるアノード出口ガスにより改質部５ａ
へ熱が与えられるようにしである。６は燃料の供給ライ
ン７の途中に設けた加熱器、８は改質器５で改質された
燃側ガスをアノード３に供給するライン、９はアノード
３からのアノード出口ガスライン、１０はアノード出口
ガスライン９の途中から分岐させて改質器５の入側に７
ノード出ロガスを導いて改質に必要な熱量が与えられる
ようにするためのアノード出口ガス分岐ライン、１１は
上記アノード出口ガスライン９の分岐ライン１０との接
続部よりも下流側に設けた冷却器、１２はアノード出口
ガスライン９の更に下流側に設けた凝縮器、１３は炭酸
ガス分離装置で、該炭酸ガス分離装置１３は、−例とし
てジェタノールアミン水溶液により炭酸ガスを吸収させ
るようにする吸収塔１３ａと、ジエタノルアミン水溶液
を再生させる再生塔１３ｂと、ジェタノールアミン水溶
液を再生塔１３ｂに供給Ｊるアミン水溶液供給うイン１
３ｃと、再生塔１３ｂで再生されたジェタノールアミン
水溶液を吸収塔１３ａに戻づアミン水溶液戻しライン１
３ｄとから構成されている。１４は炭酸ガス分離装置１
３で炭酸ガスが除去されて吸収塔１３ａから取り出され
るメタン、水素等の残ガスを燃料供給ライン７の加熱器
６の上流側に戻すための残ガスライン、１５は上記残ガ
スライン１４の途中に設けた残ガス加熱器、１６は炭酸
ガス分Ｎ装置１３の再生塔１３ｂの下部に接続した空気
供給管、１７は炭酸ガス分離装置１３て分離された炭酸
ガスを含む空気を再生塔１３ｂより取り出して燃料電池
１のカソード４に供給する空気供給ライン、１８は炭酸
ガス供給ライン１７の途中に設けた空気加熱器、１９は
水処理及びボイラ、２０は凝縮器１２からの水分を水処
理及びボイラ１９へ送るライン、２１は水処理及びボイ
ラ１９で分離された水蒸気を加熱器２２で過熱蒸気とし
た後に燃料供給ライン７の上流側に供給する水蒸気供給
ライン、２３は過剰な水分を系外に排出させる排出ライ
ン、２４は燃料電池１のカソード４から排出されるカソ
ード出ロガスラインである。
今、燃料供給ライン１に供給する炭化水素あるいはアル
コールを含んだ燃料として、メタンの場合を示すと、メ
タンは、加熱器６で予熱され、改質器５で改質されて、
水素、−酸化炭素、炭酸ガスが生成される。改質器５で
の改質に必要な熱量は、本実施例の場合はアノード３か
ら排出されるガスによって与えられる。改質器５で改質
された燃料ガスは、供給ライン８より燃ｔ１電池１のア
ノード３に入り、電気化学反応に利用される。アノード
３から排出されるガスには、未利用のメタン（ＣＩ−Ｉ
４＞ 、水素（Ｈ２）、−酸化炭素（ＣＯ’）のほかに
燃料電池内で発生した炭酸ガス（Ｃα）、水（Ｈ２Ｏ）
を含んでおり、大部分はアノード出口ガスライン９より
分岐さけたアノード出口ガス分岐ライン１０より改質器
５に送られ、又、一部はアノード出口ガスライン９より
冷却器１１、凝縮器１２を経てガス分は炭酸ガス分離装
置１３の吸収塔１３ａに送り込まれる。
コールを含んだ燃料として、メタンの場合を示すと、メ
タンは、加熱器６で予熱され、改質器５で改質されて、
水素、−酸化炭素、炭酸ガスが生成される。改質器５で
の改質に必要な熱量は、本実施例の場合はアノード３か
ら排出されるガスによって与えられる。改質器５で改質
された燃料ガスは、供給ライン８より燃ｔ１電池１のア
ノード３に入り、電気化学反応に利用される。アノード
３から排出されるガスには、未利用のメタン（ＣＩ−Ｉ
４＞ 、水素（Ｈ２）、−酸化炭素（ＣＯ’）のほかに
燃料電池内で発生した炭酸ガス（Ｃα）、水（Ｈ２Ｏ）
を含んでおり、大部分はアノード出口ガスライン９より
分岐さけたアノード出口ガス分岐ライン１０より改質器
５に送られ、又、一部はアノード出口ガスライン９より
冷却器１１、凝縮器１２を経てガス分は炭酸ガス分離装
置１３の吸収塔１３ａに送り込まれる。
上記炭酸ガス分離装置１３の吸収塔１３ａに送り込まれ
たガス中の大部分の炭酸ガスはジェタノールアミン水溶
液に接触することにより吸収されて除去され、一方、炭
酸ガスが分離除去されて残ったメタン、水素等を含むガ
スは、吸収塔１３ａの頂部より残ガスライン１４を通し
取り出された後、残ガス加熱器１５で予熱されて加熱器
６の上流側へ入り、改質器５で燃料ガスに改質されて燃
料電池１のアノード３へと送られて電池反応に与えられ
る。これにより発電効率を高めることが可能となる。又
、上記吸収塔１３ａで炭酸ガスを吸収したアミン水溶液
は、アミン水溶液供給ラインｔ３ｃを経て再生塔１３ｂ
に供給され、ここで、空気供給管１６より供給される空
気によって炭酸ガスはス１〜リッピングされ、炭酸ガス
を分餌【シたアミン水溶液はアミン水溶液戻しライン１
３ｄにより吸収塔１３ａに戻されて炭酸ガスの吸収に用
いられる。再生塔１３ｂで炭酸ガスを含んだ空気は、空
気加熱器１８で予熱された後、燃料電池１のカソード４
に供給され、ここで、酸素と炭酸ガスは電気化学反応に
利用される。
たガス中の大部分の炭酸ガスはジェタノールアミン水溶
液に接触することにより吸収されて除去され、一方、炭
酸ガスが分離除去されて残ったメタン、水素等を含むガ
スは、吸収塔１３ａの頂部より残ガスライン１４を通し
取り出された後、残ガス加熱器１５で予熱されて加熱器
６の上流側へ入り、改質器５で燃料ガスに改質されて燃
料電池１のアノード３へと送られて電池反応に与えられ
る。これにより発電効率を高めることが可能となる。又
、上記吸収塔１３ａで炭酸ガスを吸収したアミン水溶液
は、アミン水溶液供給ラインｔ３ｃを経て再生塔１３ｂ
に供給され、ここで、空気供給管１６より供給される空
気によって炭酸ガスはス１〜リッピングされ、炭酸ガス
を分餌【シたアミン水溶液はアミン水溶液戻しライン１
３ｄにより吸収塔１３ａに戻されて炭酸ガスの吸収に用
いられる。再生塔１３ｂで炭酸ガスを含んだ空気は、空
気加熱器１８で予熱された後、燃料電池１のカソード４
に供給され、ここで、酸素と炭酸ガスは電気化学反応に
利用される。
凝縮器１２で分離された水分は、ライン２０より水処理
及びボイラ１９に送られ、水蒸気は水蒸気供給ライン２
１を導かれる途中で加熱器２２で過熱蒸気となり、燃料
供給ライン７に導かれて改質器５での改質用水蒸気とし
て利用される。水処理及びボイラ１９での過剰の水分は
、排出ライン２３より糸外に排出される。
及びボイラ１９に送られ、水蒸気は水蒸気供給ライン２
１を導かれる途中で加熱器２２で過熱蒸気となり、燃料
供給ライン７に導かれて改質器５での改質用水蒸気とし
て利用される。水処理及びボイラ１９での過剰の水分は
、排出ライン２３より糸外に排出される。
本発明においては、上述したように、アノード出口ガス
ライン９により取り出されたアノード排ガスに含まれて
いる未利用のメタン、水素等を炭酸ガスと分離させて再
び改質器５を経て燃料電池１へ入れて電気化学反応に利
用するようにしておるため、従来の如き電池反応に利用
しないで燃焼させていた方式に比して発電効率を大幅に
高めることができる。この際、メタンはリサイクルでき
るので、改質器５でのメタン改質率は低くてもよく、そ
のため、改質反応に必要な熱量として電池の発熱を容易
に利用することができる。
ライン９により取り出されたアノード排ガスに含まれて
いる未利用のメタン、水素等を炭酸ガスと分離させて再
び改質器５を経て燃料電池１へ入れて電気化学反応に利
用するようにしておるため、従来の如き電池反応に利用
しないで燃焼させていた方式に比して発電効率を大幅に
高めることができる。この際、メタンはリサイクルでき
るので、改質器５でのメタン改質率は低くてもよく、そ
のため、改質反応に必要な熱量として電池の発熱を容易
に利用することができる。
次に、第３図は本発明の他の実施例を示すもので、冷却
器１１と凝縮器１２どの間にシフト反応器２５を設置し
て、アノード出口ライン９により取り出されたアノード
３からの排ガス中の”炭酸ガスの分離を容易にするよう
にしたものである。
器１１と凝縮器１２どの間にシフト反応器２５を設置し
て、アノード出口ライン９により取り出されたアノード
３からの排ガス中の”炭酸ガスの分離を容易にするよう
にしたものである。
第４図は本発明の更に他の実施例を示すもので、炭酸ガ
ス分離装置１３の吸収塔１３ａから取り出されるメタン
、水素等を含んだ残ガスの一部を、残ガス分岐ライン２
６より分岐ざぜ、空気供給ライン１７の途中に設けた燃
焼器２７に導いて燃焼させ、この燃焼ガスをカソード４
に入れるようにしたものである。この実施例によれば、
カソード４の温度を高め得られて発電効率を良くしたり
、アノード排ガスを長期循環させている間に微量成分の
蓄積を防ぐのに役立つ、という利点がある。
ス分離装置１３の吸収塔１３ａから取り出されるメタン
、水素等を含んだ残ガスの一部を、残ガス分岐ライン２
６より分岐ざぜ、空気供給ライン１７の途中に設けた燃
焼器２７に導いて燃焼させ、この燃焼ガスをカソード４
に入れるようにしたものである。この実施例によれば、
カソード４の温度を高め得られて発電効率を良くしたり
、アノード排ガスを長期循環させている間に微量成分の
蓄積を防ぐのに役立つ、という利点がある。
又、上記の実施例では、改質器５として、アノード出口
ガスライン９から分岐させたアノード出口ガス分岐ライ
ン１０よりアノード３からの排ガスを循環させて該アノ
ード排ガスのもつ熱を改質反応に与えるようにした形式
のものを例示しているが、本発明者の実験で、アノード
出口ガス分岐ライン１０を通して改質器５側へ循環させ
るガスの流量を、アノード出口ガスライン９により炭酸
ガス分離装置１３へと送られるガスの流量の３倍にとり
、且つアノード出口温度を７００°Ｃとし、燃料供給ラ
イン７の温度を５５０ ’Ｃとした場合、改質器５の出
口温度は６０７°Ｃとなり、メタンの改質率は２５．７
％であった。このようにメタンの改質率は悪くても、本
発明では未改質のメタンは１ぺて゛改質器に戻して電池
反応に利用できるようにするので、発電効率が高くなる
。
ガスライン９から分岐させたアノード出口ガス分岐ライ
ン１０よりアノード３からの排ガスを循環させて該アノ
ード排ガスのもつ熱を改質反応に与えるようにした形式
のものを例示しているが、本発明者の実験で、アノード
出口ガス分岐ライン１０を通して改質器５側へ循環させ
るガスの流量を、アノード出口ガスライン９により炭酸
ガス分離装置１３へと送られるガスの流量の３倍にとり
、且つアノード出口温度を７００°Ｃとし、燃料供給ラ
イン７の温度を５５０ ’Ｃとした場合、改質器５の出
口温度は６０７°Ｃとなり、メタンの改質率は２５．７
％であった。このようにメタンの改質率は悪くても、本
発明では未改質のメタンは１ぺて゛改質器に戻して電池
反応に利用できるようにするので、発電効率が高くなる
。
又、アノード出口ガスライン９を通してｌガス分離装置
１３に導かれたガスは、ここで炭酸ガスのみが除去され
るが、炭酸ガスの吸収液として、３０Ｗし％のジェタノ
ールアミン水溶液を用いた場合、吸収塔１３ａでは、ア
ノード排ガス中の炭酸ガスの８５゜８％を吸収分離する
ことができる。この分離された残りのガスは、メタン、
水素、−Ｍ化炭床、炭酸ガス及び水分を含んであり、改
質器５にすべて循環して戻すことができるため、燃料の
ロスかない。又、再生塔１３ｂでは、酸素利用率５０％
に相当刃る空気をス１〜リッピングガスとして利用した
場合、吸収塔１３ａで吸収した炭酸ガスのすべてをスト
リップでき、これを空気とともにカソード４に送ること
ができるので、再生のために、蒸気等による熱を加える
必要もない。
１３に導かれたガスは、ここで炭酸ガスのみが除去され
るが、炭酸ガスの吸収液として、３０Ｗし％のジェタノ
ールアミン水溶液を用いた場合、吸収塔１３ａでは、ア
ノード排ガス中の炭酸ガスの８５゜８％を吸収分離する
ことができる。この分離された残りのガスは、メタン、
水素、−Ｍ化炭床、炭酸ガス及び水分を含んであり、改
質器５にすべて循環して戻すことができるため、燃料の
ロスかない。又、再生塔１３ｂでは、酸素利用率５０％
に相当刃る空気をス１〜リッピングガスとして利用した
場合、吸収塔１３ａで吸収した炭酸ガスのすべてをスト
リップでき、これを空気とともにカソード４に送ること
ができるので、再生のために、蒸気等による熱を加える
必要もない。
次に、第１図に示す燃料電池発電システムと同様な構成
としである、常圧で運転する２０ＯＫＷ級の燃料電池発
電システムで、従来の外部改質型の燃料電池と比較した
結果を示すと、下表のとおりである。
としである、常圧で運転する２０ＯＫＷ級の燃料電池発
電システムで、従来の外部改質型の燃料電池と比較した
結果を示すと、下表のとおりである。
上記衣から明らかなように、本発明によれば、従来型よ
りも発電効率は、１．９１／１．５ ＝１．２７となり
、２７％上昇する。
りも発電効率は、１．９１／１．５ ＝１．２７となり
、２７％上昇する。
更に、第５図乃至第７図は改質器の他の例を示すもので
、第５図は改質部２８ａでの改質に必要な熱量をカソー
ド４から出たガスから与えるようにプるため、カソード
出口ガスを加熱部２８ｂに導き、改質反応に熱を与えた
ガスをカソードへ供給させるようにしである改質器２８
の例であり、第６図は改質部２９ａでの改質に必要な熱
量を燃焼部２９ｔ）での燃焼により与えるようにし、そ
のために、アノード出口ガスの一部を燃焼用として燃焼
部２９ｂに導くと同時にカソードへの空気の一部をライ
ン２９ｃより燃焼部２９ｂに導入して燃焼さぼるように
し、改質反応に熱を５えたガスはカソードに供給するよ
うにした改質器２９の例でおる。又、第７図は内部改質
型の燃料電池３０を示づもので、改質部３０ａをアノー
ド室３０ｂとカソード室３０ｃに接して設置したもので
ある。
、第５図は改質部２８ａでの改質に必要な熱量をカソー
ド４から出たガスから与えるようにプるため、カソード
出口ガスを加熱部２８ｂに導き、改質反応に熱を与えた
ガスをカソードへ供給させるようにしである改質器２８
の例であり、第６図は改質部２９ａでの改質に必要な熱
量を燃焼部２９ｔ）での燃焼により与えるようにし、そ
のために、アノード出口ガスの一部を燃焼用として燃焼
部２９ｂに導くと同時にカソードへの空気の一部をライ
ン２９ｃより燃焼部２９ｂに導入して燃焼さぼるように
し、改質反応に熱を５えたガスはカソードに供給するよ
うにした改質器２９の例でおる。又、第７図は内部改質
型の燃料電池３０を示づもので、改質部３０ａをアノー
ド室３０ｂとカソード室３０ｃに接して設置したもので
ある。
内部改質型の改質器の場合、従来の第９図に示す例では
メタンの改質率を高めなければならないことから改質部
をアノード室内に設ける必要があり、そのため、電解質
によって改質触媒か劣化され易い欠点がある。この点、
本発明では、メタン改質率は重要なファクターではなく
なるので、第７図に示す如く改質部３０ａとアノド室３
０ｂとを独立させることができ、又、改質触媒をアノー
ド室３０ｂに設ける必要がないので、電池券命を長くす
ることができるという利点がある。又、本発明において
、従来の内部改質型である改質部をアノード室内に設け
たものにも当然適用できるものである。
メタンの改質率を高めなければならないことから改質部
をアノード室内に設ける必要があり、そのため、電解質
によって改質触媒か劣化され易い欠点がある。この点、
本発明では、メタン改質率は重要なファクターではなく
なるので、第７図に示す如く改質部３０ａとアノド室３
０ｂとを独立させることができ、又、改質触媒をアノー
ド室３０ｂに設ける必要がないので、電池券命を長くす
ることができるという利点がある。又、本発明において
、従来の内部改質型である改質部をアノード室内に設け
たものにも当然適用できるものである。
本発明においては、改質器５に代えて第５図乃至第７図
に示す各種形式の改質器を用いることができる。又、炭
酸ガス吸収液としては、ジェタノールアミン（ＤＥＡ）
の代りに、他のアミンやアルカリ塩及びそれらの混合物
の水溶液を用いることかできる。
に示す各種形式の改質器を用いることができる。又、炭
酸ガス吸収液としては、ジェタノールアミン（ＤＥＡ）
の代りに、他のアミンやアルカリ塩及びそれらの混合物
の水溶液を用いることかできる。
［発明の効果１
以上述べた如く、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電装
置によれば、燃料電池のアノードから排出されたアノー
ド出口ガスを炭酸ガス分離装置に送って炭酸ガスを分離
した残りのガスを改質器を経て燃料電池のアノードに供
給し、炭酸ガスは空気とともに燃料電池のカソードに供
給させるようにするので、燃料電池で未利用の燃＊」を
循環させて電池反応に完全利用できて発電効率を高める
ことができると共に、燃料としてメタンを使用する場合
にアノード出口ガス中の炭酸ガスを分離し、メタンは改
質器にすべて戻すことかできて、改質器でのメタンの改
質率が低くても燃料利用率が低下しないことを意味し、
改質器の設計が非常に容易になる。又、電池性能を高め
るため、カソード入口温度をパーツ゛ての燃焼により高
めるようにすることにより、炭酸ガスの低くなったアノ
ード排ガスを利用できるため、高価な触媒燃焼器を設け
る必要がない、等の効果を奏し得る。
置によれば、燃料電池のアノードから排出されたアノー
ド出口ガスを炭酸ガス分離装置に送って炭酸ガスを分離
した残りのガスを改質器を経て燃料電池のアノードに供
給し、炭酸ガスは空気とともに燃料電池のカソードに供
給させるようにするので、燃料電池で未利用の燃＊」を
循環させて電池反応に完全利用できて発電効率を高める
ことができると共に、燃料としてメタンを使用する場合
にアノード出口ガス中の炭酸ガスを分離し、メタンは改
質器にすべて戻すことかできて、改質器でのメタンの改
質率が低くても燃料利用率が低下しないことを意味し、
改質器の設計が非常に容易になる。又、電池性能を高め
るため、カソード入口温度をパーツ゛ての燃焼により高
めるようにすることにより、炭酸ガスの低くなったアノ
ード排ガスを利用できるため、高価な触媒燃焼器を設け
る必要がない、等の効果を奏し得る。
第１図は本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の一実
施例を示すシステム系統構成図、第２図は第１図で使用
している改質器の概要図、第３図及び第４図はいずれも
本発明の他の実施例を示すシステム系統構成図、第５図
乃至第７図はいずれも改質器の伯の形式を示す概要図、
第８図は従来の外部改質型の燃料電池発電システムの概
略図、第９図は従来の内部改質型の燃料電池発電システ
ムの概略図である。 １・・・燃料電池、２・・・タイル、３・・・アノード
、４・・・カソード、５，２８．２９・・・改質器、７
・・・燃料供給ライン、８・・・燃料ガスの供給ライン
、９・・・７ノード出ロガスライン、１２・・・凝縮器
、１３・・・炭酸ガス分離装置、１３ａ・・・吸収塔、
１３ｂ・・・再生塔、１４・・・残ガスライン、１７・
・・空気供給ライン、２５・・・シフト反応器、２７・
・・燃焼器、３０・・・内部改質型の燃料電池。 第１図
施例を示すシステム系統構成図、第２図は第１図で使用
している改質器の概要図、第３図及び第４図はいずれも
本発明の他の実施例を示すシステム系統構成図、第５図
乃至第７図はいずれも改質器の伯の形式を示す概要図、
第８図は従来の外部改質型の燃料電池発電システムの概
略図、第９図は従来の内部改質型の燃料電池発電システ
ムの概略図である。 １・・・燃料電池、２・・・タイル、３・・・アノード
、４・・・カソード、５，２８．２９・・・改質器、７
・・・燃料供給ライン、８・・・燃料ガスの供給ライン
、９・・・７ノード出ロガスライン、１２・・・凝縮器
、１３・・・炭酸ガス分離装置、１３ａ・・・吸収塔、
１３ｂ・・・再生塔、１４・・・残ガスライン、１７・
・・空気供給ライン、２５・・・シフト反応器、２７・
・・燃焼器、３０・・・内部改質型の燃料電池。 第１図
Claims (3)
- （１）溶融炭酸塩型燃料電池のアノードから排出された
ガス中の炭酸ガスを除去した後、炭酸ガス濃度の低くな
つたアノード出口ガスを改質器を経て上記アノードへ入
れるよう循環させ、上記アノード出口ガスより分離した
炭酸ガスは空気とともに上記燃料電池のカソードに供給
することを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池発電方法。 - （２）溶融炭酸塩をしみ込ませたタイルをアノードとカ
ソードの両電極で挟み、アノード側に燃料ガスを、又、
カソード側に酸化ガスをそれぞれ供給することにより発
電するようにした溶融炭酸塩型燃料電池と、燃料を上記
燃料ガスに改質する改質器と、上記アノードから排出さ
れたアノード出口ガスに含まれている炭酸ガスを分離除
去させるための炭酸ガス分離装置と、該炭酸ガス分離装
置で炭酸ガスを除去されて残つたガスを上記改質器の上
流側に供給するため炭酸ガス分離装置と改質器上流側と
の間に配した残ガスラインと、上記炭酸ガス分離装置で
除去した炭酸ガスを空気とともに上記カソードに供給す
る空気供給ラインと、を備えてなることを特徴とする溶
融炭酸塩型燃料電池発電装置。 - （３）溶融炭酸塩をしみ込ませたタイルをアノードとカ
ソードの両電極で挟み、アノード側に燃料ガスを、又、
カソード側に酸化ガスをそれぞれ供給することにより発
電するようにした溶融炭酸塩型燃料電池と、燃料を上記
燃料ガスに改質する改質器と、上記アノードから排出さ
れたアノード出口ガス中の水分の一部を分離する凝縮器
と、該凝縮器で水分の一部を除去したガス分に含まれて
いる炭酸ガスを分離除去させるための炭酸ガス分離装置
と、該炭酸ガス分離装置で炭酸ガスを除去されて残った
ガスを上記改質器の上流側に供給するため炭酸ガス分離
装置と改質器上流側との間に配した残ガスラインと、上
記炭酸ガス分離装置で除去した炭酸ガスを空気とともに
上記カソードに供給する空気供給ラインと、を備えてな
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 (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63324797A JPH02172159A (ja) | 1988-12-24 | 1988-12-24 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電方法及び装置 |
| US07/424,134 US5068159A (en) | 1988-12-24 | 1989-10-19 | Electric power producing system using molten carbonate type fuel cell |
| CA002002227A CA2002227A1 (en) | 1988-12-24 | 1989-11-03 | Electric power producing system using molten carbonate type fuel cell |
| DE89123844T DE68907398T2 (de) | 1988-12-24 | 1989-12-22 | System zur Erzeugung elektrischer Energie mit Gebrauch von Brennstoffzellen des geschmolzenen Karbonattyps. |
| EP89123844A EP0376219B1 (en) | 1988-12-24 | 1989-12-22 | Electric power producing system using molten carbonate type fuel cell |
| US07/649,250 US5039579A (en) | 1988-12-24 | 1991-01-31 | Electric power producing system using molten carbonate type fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63324797A JPH02172159A (ja) | 1988-12-24 | 1988-12-24 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02172159A true JPH02172159A (ja) | 1990-07-03 |
Family
ID=18169790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63324797A Pending JPH02172159A (ja) | 1988-12-24 | 1988-12-24 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電方法及び装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5068159A (ja) |
| EP (1) | EP0376219B1 (ja) |
| JP (1) | JPH02172159A (ja) |
| CA (1) | CA2002227A1 (ja) |
| DE (1) | DE68907398T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009110917A (ja) * | 2007-10-30 | 2009-05-21 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池システムおよびその運転方法 |
Families Citing this family (81)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP0496011B1 (en) * | 1991-01-21 | 1996-11-06 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | Power generation system using molten carbonate fuel cells |
| US5208113A (en) * | 1991-07-10 | 1993-05-04 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | Power generation method using molten carbonate fuel cells |
| EP0564796B1 (de) * | 1992-03-13 | 2000-01-19 | Binsmaier, Hannelore, geb. Gallin-Ast | Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen |
| JPH0613096A (ja) * | 1992-06-25 | 1994-01-21 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池発電装置における改質方法及び装置 |
| US5792564A (en) * | 1993-03-10 | 1998-08-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Perpendicular recording medium and magnetic recording apparatus |
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| US20020112479A1 (en) * | 2001-01-09 | 2002-08-22 | Keefer Bowie G. | Power plant with energy recovery from fuel storage |
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