JPH0218553B2 - - Google Patents
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- JPH0218553B2 JPH0218553B2 JP57185376A JP18537682A JPH0218553B2 JP H0218553 B2 JPH0218553 B2 JP H0218553B2 JP 57185376 A JP57185376 A JP 57185376A JP 18537682 A JP18537682 A JP 18537682A JP H0218553 B2 JPH0218553 B2 JP H0218553B2
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- hydrogen
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- expander
- compressor
- steam reforming
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Classifications
-
- 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
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- 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
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
（目的）
水素をエネルギー源とする燃料電池発電は時間
的・季節的な負荷変動への対応性が良いこと、装
置がコンパクトなので敷地面積が小さくて済むこ
と、廃ガスがクリーンでありかつ無騒音なことな
どから消費地立地の地域発電方式として脚光を浴
びつつある。
的・季節的な負荷変動への対応性が良いこと、装
置がコンパクトなので敷地面積が小さくて済むこ
と、廃ガスがクリーンでありかつ無騒音なことな
どから消費地立地の地域発電方式として脚光を浴
びつつある。
燃料電池発電の経済性を高める為には、電池自
身のエネルギー変換効率を高める事が重要なこと
はもちろんであるが、そのエネルギー源である水
素を安価に供給する事もそれに劣らない重要性を
持つている。
身のエネルギー変換効率を高める事が重要なこと
はもちろんであるが、そのエネルギー源である水
素を安価に供給する事もそれに劣らない重要性を
持つている。
水素発生装置は電池本体に隣接して設置しトー
タルシステムとして運営する事がガス輸送コスト
の軽減・余剰エネルギーの回収・時間的・季節的
負荷変動への即応性等の点で有利であるが、消費
地立地の地域発電である事を考慮すると、所要敷
地面積が小さく、操業及び保守点検が容易である
事が重要である。
タルシステムとして運営する事がガス輸送コスト
の軽減・余剰エネルギーの回収・時間的・季節的
負荷変動への即応性等の点で有利であるが、消費
地立地の地域発電である事を考慮すると、所要敷
地面積が小さく、操業及び保守点検が容易である
事が重要である。
水素を発生する経済的な方法としては天然ガス
のような炭化水素原料の水蒸気改質反応による方
法が広く用いられており、これとリン酸型燃料電
池とを組合わせるシステムが有望とされている。
のような炭化水素原料の水蒸気改質反応による方
法が広く用いられており、これとリン酸型燃料電
池とを組合わせるシステムが有望とされている。
リン酸型燃料電池は加圧下で操業する方が効率
が良いので１〜８Kg／cm2Ｇで運転され、それに供
給する水素も加圧されたものが得られるよう水蒸
気改質反応管も加圧下で操業される。さらにまた
余剰エネルギーを効率的に回収するため、水蒸気
改質反応管を加熱する燃焼加熱炉も加圧下で操業
するのが従来のシステム設計の基本となつてい
る。
が良いので１〜８Kg／cm2Ｇで運転され、それに供
給する水素も加圧されたものが得られるよう水蒸
気改質反応管も加圧下で操業される。さらにまた
余剰エネルギーを効率的に回収するため、水蒸気
改質反応管を加熱する燃焼加熱炉も加圧下で操業
するのが従来のシステム設計の基本となつてい
る。
しかしながら燃料と酸素との混合物を加圧下で
燃焼する方法は現在技術開発段階にあり常圧附近
の燃焼で同等の経済性が得られるならばそれに越
したことはない。
燃焼する方法は現在技術開発段階にあり常圧附近
の燃焼で同等の経済性が得られるならばそれに越
したことはない。
本発明は従来法に比し著しいエネルギー損失を
伴う事なく水蒸気改質反応器の燃焼加熱部の常圧
操業を行う事の出来るシステムを提供するもので
ある。
伴う事なく水蒸気改質反応器の燃焼加熱部の常圧
操業を行う事の出来るシステムを提供するもので
ある。
（従来技術）
説明の便宜上まず従来技術について述べる。第
１図に示したのがその概念図で、１はリン酸型燃
料電池で１〜８Kg／cm2Ｇの加圧下で操業されてい
る。従つてその水素電極（陰極）２にライン３か
ら供給される水素も、酸素電池（陽極）４にライ
ン５から供給される酸素含有ガス（通常空気）も
それぞれ所要圧に昇圧されていなければならな
い。水素の方は水蒸気改質反応の原料として液化
天然ガスと高圧蒸気を使用し反応器も加圧操業す
れば発生する水素も加圧されているのでコンプレ
ツサーを用いる事なくそのまま使用できるが、酸
素含有ガス源として常圧の空気を用いる場合はこ
れを所要圧まで圧縮する必要がある。
１図に示したのがその概念図で、１はリン酸型燃
料電池で１〜８Kg／cm2Ｇの加圧下で操業されてい
る。従つてその水素電極（陰極）２にライン３か
ら供給される水素も、酸素電池（陽極）４にライ
ン５から供給される酸素含有ガス（通常空気）も
それぞれ所要圧に昇圧されていなければならな
い。水素の方は水蒸気改質反応の原料として液化
天然ガスと高圧蒸気を使用し反応器も加圧操業す
れば発生する水素も加圧されているのでコンプレ
ツサーを用いる事なくそのまま使用できるが、酸
素含有ガス源として常圧の空気を用いる場合はこ
れを所要圧まで圧縮する必要がある。
リン酸型燃料電池では供給した水素及び酸素の
全部が消費されるわけではなく水素含有オフガス
はライン６から、酸素含有オフガスはライン７か
らそれぞれ排出される。第１図の従来法ではこの
両オフガスを水素発生装置８の水蒸気改質反応器
の燃焼加熱部９に送入して燃焼させ熱源とする。
この燃焼加熱部の熱廃ガスをエクスパンダーコン
プレツサー１０のエクスパンダー１１を通して減
圧する。これに連動して駆動されるコンプレツサ
ー１２によりライン１３からの空気を圧縮し、ラ
イン５を通じて燃料電池の酸素電極４に供給して
いる。ライン１４は燃料電池の冷却水系、１５は
水素発生装置への原料天然ガスの送入ライン、１
６は同じく水蒸気の送入ラインを示す。この図で
はモデル化した為８を水素発生装置と総称したが
実際は水蒸気改質反応器、高温シフト、低温シフ
ト等の反応器及び熱交換器等の付帯機器を含むも
のとして理解すべきである。
全部が消費されるわけではなく水素含有オフガス
はライン６から、酸素含有オフガスはライン７か
らそれぞれ排出される。第１図の従来法ではこの
両オフガスを水素発生装置８の水蒸気改質反応器
の燃焼加熱部９に送入して燃焼させ熱源とする。
この燃焼加熱部の熱廃ガスをエクスパンダーコン
プレツサー１０のエクスパンダー１１を通して減
圧する。これに連動して駆動されるコンプレツサ
ー１２によりライン１３からの空気を圧縮し、ラ
イン５を通じて燃料電池の酸素電極４に供給して
いる。ライン１４は燃料電池の冷却水系、１５は
水素発生装置への原料天然ガスの送入ライン、１
６は同じく水蒸気の送入ラインを示す。この図で
はモデル化した為８を水素発生装置と総称したが
実際は水蒸気改質反応器、高温シフト、低温シフ
ト等の反応器及び熱交換器等の付帯機器を含むも
のとして理解すべきである。
従来法ではこのように余剰エネルギー回収シス
テムが組まれているが、第１図からもわかる通り
エクスパンダー１１までは減圧されていないので
燃焼加熱部９は加圧操業になつている。
テムが組まれているが、第１図からもわかる通り
エクスパンダー１１までは減圧されていないので
燃焼加熱部９は加圧操業になつている。
これを常圧操業にするためエクスパンダーコン
プレツサー１０を燃焼加熱部９の手前に置いただ
けではエネルギーが不足で所要動力を回収する事
ができない。
プレツサー１０を燃焼加熱部９の手前に置いただ
けではエネルギーが不足で所要動力を回収する事
ができない。
（本発明の構成）
本発明はこの点を改良したものである。これを
第２図により説明する。
第２図により説明する。
加圧下で操業される燃料電池１からの酸素含有
オフガスをライン７で導き水素発生装置８の余熱
で加熱後（１７は熱交換器）エクスパンダーコン
プレツサー１０のエクスパンダー１１を通して減
圧した後、ライン１８を経て、水蒸気改質反応器
の燃焼加熱部９に燃焼用酸素源として供給し、エ
クスパンダーコンプレツサー１０のコンプレツサ
ー１２には常圧の空気をライン１３から供給して
加圧後燃料電池の酸素源としてライン５から供給
する。これで燃焼加熱部は常圧操業となる。１９
は燃焼廃ガス放出ラインである。
オフガスをライン７で導き水素発生装置８の余熱
で加熱後（１７は熱交換器）エクスパンダーコン
プレツサー１０のエクスパンダー１１を通して減
圧した後、ライン１８を経て、水蒸気改質反応器
の燃焼加熱部９に燃焼用酸素源として供給し、エ
クスパンダーコンプレツサー１０のコンプレツサ
ー１２には常圧の空気をライン１３から供給して
加圧後燃料電池の酸素源としてライン５から供給
する。これで燃焼加熱部は常圧操業となる。１９
は燃焼廃ガス放出ラインである。
ライン７からの酸素含有ガスは本来持つていた
圧力エネルギーに加えて熱交換器１７で熱エネル
ギーをも吸収することになるので、エクスパンダ
ー１１でそれが動力に変換されると、燃料電池で
必要とする空気を昇圧するに十分な動力をコンプ
レツサー１２に与えることができる。
圧力エネルギーに加えて熱交換器１７で熱エネル
ギーをも吸収することになるので、エクスパンダ
ー１１でそれが動力に変換されると、燃料電池で
必要とする空気を昇圧するに十分な動力をコンプ
レツサー１２に与えることができる。
第２図の発明ではライン６の水素含有オフガス
をそのまま減圧して燃焼加熱部９に送入して燃料
とする場合を示している。
をそのまま減圧して燃焼加熱部９に送入して燃料
とする場合を示している。
燃料電池の操業圧にもよるが、燃料電池用空気
をさらに昇圧する必要がある場合は水素含有オフ
ガスの潜在エネルギーをも同様に利用する事がで
きる。これを第３図により説明する。
をさらに昇圧する必要がある場合は水素含有オフ
ガスの潜在エネルギーをも同様に利用する事がで
きる。これを第３図により説明する。
即ち既述の発明に加えて、燃料電池１からの水
素含有オフガスをライン６で導き、水素発生装置
８の余熱で加熱後（２３は熱交換器）第２のエク
スパンダーコンプレツサー２０のエクスパンダー
２１を通して減圧した後水蒸気改質反応器の燃焼
加熱部９に供給して燃料とする。
素含有オフガスをライン６で導き、水素発生装置
８の余熱で加熱後（２３は熱交換器）第２のエク
スパンダーコンプレツサー２０のエクスパンダー
２１を通して減圧した後水蒸気改質反応器の燃焼
加熱部９に供給して燃料とする。
一方燃料電池からの酸素含有オフガスをエクス
パンダー１１に供給する事により駆動されている
第１のエクスパンダーコンプレツサー１０のコン
プレツサー１２で加圧された空気を前記第２のエ
クスパンダーコンプレツサー２０のコンプレツサ
ー２２に供給してさらに昇圧した後ライン５で燃
料電池の酸素源として供給する。この場合も燃焼
加熱部は常圧付近（減圧も含む）で操業できる。
パンダー１１に供給する事により駆動されている
第１のエクスパンダーコンプレツサー１０のコン
プレツサー１２で加圧された空気を前記第２のエ
クスパンダーコンプレツサー２０のコンプレツサ
ー２２に供給してさらに昇圧した後ライン５で燃
料電池の酸素源として供給する。この場合も燃焼
加熱部は常圧付近（減圧も含む）で操業できる。
（効果）
以上詳述した本発明のシステムにより従来法に
比し消費エネルギー的に不利を招くことなく、水
蒸気改質反応器の燃焼加熱部を常圧付近で操業す
ることができ保守点検も容易である。
比し消費エネルギー的に不利を招くことなく、水
蒸気改質反応器の燃焼加熱部を常圧付近で操業す
ることができ保守点検も容易である。
第１図は従来システムの説明図、第２図及び第
３図は本発明のシステムの説明図。 １……燃料電池、２……水素電極（陰極）、３
……加圧水素供給ライン、４……酸素電極（陽
極）、５……加圧酸素含有ガス（空気）供給ライ
ン、６……水素含有オフガスライン、７……酸素
含有オフガスライン、８……水素発生装置、９…
…同水蒸気改質反応器の燃焼加熱部、１０……エ
クスパンダーコンプレツサー、１１……同エクス
パンダー、１２……同コンプレツサー、１３……
常圧空気供給ライン、１４……燃料電池冷却水
系、１５……水蒸気改質反応器原料天然ガス送入
ライン、１６……同水蒸気送入ライン、１７……
酸素含有オフガス加熱用熱交換器、１８……減圧
酸素含有オフガス送入ライン、１９……燃焼廃ガ
ス放出ライン、２０……第２エクスパンダーコン
プレツサー、２１……同エクスパンダー、２２…
…同コンプレツサー、２３……水素含有オフガス
加熱用熱交換器。
３図は本発明のシステムの説明図。 １……燃料電池、２……水素電極（陰極）、３
……加圧水素供給ライン、４……酸素電極（陽
極）、５……加圧酸素含有ガス（空気）供給ライ
ン、６……水素含有オフガスライン、７……酸素
含有オフガスライン、８……水素発生装置、９…
…同水蒸気改質反応器の燃焼加熱部、１０……エ
クスパンダーコンプレツサー、１１……同エクス
パンダー、１２……同コンプレツサー、１３……
常圧空気供給ライン、１４……燃料電池冷却水
系、１５……水蒸気改質反応器原料天然ガス送入
ライン、１６……同水蒸気送入ライン、１７……
酸素含有オフガス加熱用熱交換器、１８……減圧
酸素含有オフガス送入ライン、１９……燃焼廃ガ
ス放出ライン、２０……第２エクスパンダーコン
プレツサー、２１……同エクスパンダー、２２…
…同コンプレツサー、２３……水素含有オフガス
加熱用熱交換器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭化水素の水蒸気改質による水素発生装置と
リン酸型燃料電池との組合せによる水素発電シス
テムにおいて、加圧下で操業される燃料電池から
の酸素含有オフガスを水素発生装置の余熱で加熱
後エクスパンダーコンプレツサーのエクスパンダ
ーを等して減圧した後水素発生装置の水蒸気改質
反応器の燃焼加熱部に燃焼用酸素源として供給
し、エクスパンダーコンプレツサーのコンプレツ
サーには常圧の空気を供給して加圧後燃料電池の
酸素源として供給し、水蒸気改質反応器の燃焼加
熱部は常圧付近で操業する事を特徴とする水素発
電システム。 ２ 炭化水素の水蒸気改質による水素発生装置と
リン酸型燃料電池との組合せによる水素発電シス
テムにおいて、加圧下で操業される燃料電池から
の酸素含有オフガスを水素発生装置の余熱で加熱
後第１のエクスパンダーコンプレツサーのエクス
パンダーを通して減圧した後水素発生装置の水蒸
気改質反応器の燃焼加熱部に燃焼用酸素源として
供給し、前記加圧下で操業される燃料電池からの
水素含有オフガスを水素発生装置の余熱で加熱後
第２のエクスパンダーコンプレツサーのエクスパ
ンダーを通して減圧した後水素発生装置の水蒸気
改質反応器の燃焼加熱部に供給して燃料とし、常
圧の空気を第１のエクスパンダーコンプレツサー
のコンプレツサーに供給して加圧後第２のエクス
パンダーコンプレツサーのコンプレツサーに供給
してさらに加圧した後燃料電池の酸素源として供
給し、水蒸気改質反応器の燃焼加熱部は常圧付近
で操業する事を特徴とする水素発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57185376A JPS5975574A (ja) | 1982-10-23 | 1982-10-23 | 水素発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57185376A JPS5975574A (ja) | 1982-10-23 | 1982-10-23 | 水素発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5975574A JPS5975574A (ja) | 1984-04-28 |
| JPH0218553B2 true JPH0218553B2 (ja) | 1990-04-25 |
Family
ID=16169714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57185376A Granted JPS5975574A (ja) | 1982-10-23 | 1982-10-23 | 水素発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5975574A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61151781A (ja) * | 1984-12-26 | 1986-07-10 | Hitachi Ltd | ベクトル処理装置 |
| US6921597B2 (en) | 1998-09-14 | 2005-07-26 | Questair Technologies Inc. | Electrical current generation system |
| WO2006052937A2 (en) | 2004-11-05 | 2006-05-18 | Questair Technologies, Inc. | Separation of carbon dioxide from other gases |
-
1982
- 1982-10-23 JP JP57185376A patent/JPS5975574A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5975574A (ja) | 1984-04-28 |
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