JPH03216964A - 溶融炭酸塩型燃料電池の発電方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業一Ｌの利用分野］ 本発明は燃料の＠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溶融炭酸塩型
燃料電池の発電方法に関するものである。

［従来の技術］ 現在までに提案されている溶融炭酸塩型燃料電池は、溶
融炭酸塩を多孔買物貿に浸み込ませでなる電解貿板（タ
イル》を、カソード（酸素極）と７ノード（燃料極）で
両面から挾み、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１−ることによりカソード
とアノードとの間で発生覆る電位差により発電か行われ
るようにしたものを１ヒルとし、各セルをセパレークを
介して多層に積層した構成のものとしてある。

上記溶融炭酸塩型燃料電池の燃料として用いる燃料ガス
は、改質器で製造されたものを用いるが、たとえば、天
然ガス改質を行う従来の天然ガス改質溶融炭酸塩型燃料
電池の発電シスデムの一例としては、第２図に承り如き
構成としてある。すなわら、燃料電池１０カソード２に
は酸化ガスを供給ずるため、空気八を空気供給ライン６
　［．のＬ「縮Ｗ７Ｌ４で■縮させた後、空気予熱器５
て予熱してカソ一ト２に供給覆ると共に、一部を改質器
８に分岐ライン７により供給し、カソード２から排出さ
れたガスは、ライン９を経でタービン１０に力き、更に
、上記空気予熱器５を通して排出されるようｔこしてあ
る。一方、燃料電池１のアノートに供給される改質原料
ガスとしての天然ガス（たとえば、メタン）　ＮＧは、
ブロ９１８により加圧されて天然ガス予熱器１１、ｌＢ
２　Ｍｌ器２３を経て改質器８に導入され、ここで改質
されて燃利ガスライン１９を経てアノード３に供給され
るようにし、該アノート３から排出ざれたアノードガス
ΔＧには水分が含まれているため、このアノードガスＡ
Ｇ中の水分を一旦ガスと分離した後に、分離した水は蒸
気として改質器８人口側で天然ガスＮＧと混ぜるように
している。ぞのために、従来では、燃料電池のアノート
３から排出されたアノードガスＡＧは、アノード出口ガ
スライン２０により天然ガス予熱器１１を通し、凝縮器
１２で冷却して凝縮しＩこ後、気液分離器１４にてガス
と水とに分離し、ガスＧはブロワ１３にて改貿器８に導
いて燃焼用ガスとして使用すると共に、水（Ｈ２０）は
ポンプ１５で加圧されて蒸気発生器１６へ送られ、ここ
で加熱されて蒸気として蒸気ライン１７を経て改質器８
の入口側で天然ガス導入ライン２２に供給され該天然ガ
ス導入ライン２２内の天然ガスＮＧと混ぜられるように
してあり、改質器８から排出された炭酸ガスを含む燃焼
排ガスは、排ガスライン２１を通って上記空気供給ライ
ン６を流れる空気と共に燃料電池１のカンード２に供給
されるようにしてある。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上記従来の溶融炭酸塩型燃料電池の発電シス
テムの場合、改質反応に必要な水蒸気を水から得るよう
にしでいるので、蒸気発生Ｆ５Ａｌ６か必要であると共
に、水を蒸発させるための熱量か必要であり、又、水を
蒸気発生器１６に供給Ｊ−るには、通常はボイラー供給
水を作る水処理装置により水処理をして純度の高い水と
する必要かある。

そこで、本発明は、燃料ガスの改質に必要な水分として
の水蒸気を、蒸気発生器を用いずにｊｕられるようにし
、蒸気発生器及び水を蒸発させるための熱量、史には水
処理装置等を不要とすることができるような溶融炭酸塩
型燃料電池の発電方法を提供しようとするものである。

１課題を解決リるための手段１ 本発明は、土記課題を解決覆るために、改貿原利ガスを
水蒸気とともに改質器に導入して改質させ、改貿された
燃料ガスを燃料電池のアノードに供給し、一方、燃料電
池のカソートに酸化ガスを供給し、アノート、カソード
間で電気イヒ学反応を行わせて発電を行わけるようにし
てある溶融炭酸塩型燃料電池の発電ｈ法において、ｔ記
燃料電池のアノードから排出されたアノードガスを炭酸
ガス分離装置に導いて、吸収液と接触させることにより
炭酸ガスを除去するとともに、上記吸収液を所要温度に
して吸収液の水の蒸気圧に相当づる水分をアノードガス
に保有させるようにし、次いで、該炭酸ガス除去後のア
ノードガスを上記改質器の上流位置で改質原料ガスに混
入させることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の発電
方法とりる。

［作　　用］ アノードガスが炭酸ガス分離装置内に導かれると、吸収
液との接触によりアノードガス中の炭酸ガスと水分とが
分離される。この際、吸収液の腸瑣を所要の温度に調整
しておくと、アノードガス中に改質に必要な水蒸気を含
ませることができるようになる。

［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図は本発明の方法を実施Ｊ゛るための発電システム
の要部を示すもので、第２図に示す溶融炭酸塩型燃料電
池の発電システムと同様な構成において、燃料電池１の
アノード３から拮出ざれたアノートガスΔＧを凝縮器１
２で凝縮した後、気液分離器１４にてガスと水とに分離
し、ガスＧを改質器８に導き、水（Ｈ２０）を蒸気発生
器１６へ送り、蒸気発生器１６て発生さけた水蒸気を改
質１京料ガスとしての天然ガス導入ライン２２内の人然
ガスＮＧに混入した後、改質器８に供給して改質ざける
ようにしてある構成に代えて、燃ＩＩ電池１のアノード
３から排出される高温の７ノートガスＡＧを導く７ノー
ト出［］刀スライン２０を、炭酸ガス分離装置３０に接
続し、且つ該炭酸ガス分離装置３０には、吸収液供給ラ
イン２４より所要温度に温葭調節ざれた吸収液２５を供
給さけるようにして、該吸収液２５にアノードガスＡＧ
を接触さけることによりアノード刀スＡＧ中の炭酸ガス
と水分とを分離させると共に吸収液２５の承り水の蒸気
１■に相当りろ水分をアノードガスＡＧに含ませられる
ようにし、又、上記７ノード出口ガスライン２０上の炭
酸ガス分離装置３０よりも上流位置に、炭酸ガス分離装
ｉｊｌ３０より排出された吸収液２５と炭酸ガス分離装
置３０へ導入される以前のアノードガスＡＧとを熱交換
させて吸収液２５を予熱する熱交換器２６を設けて、該
熱交換器２６に、上記炭酸ガス分離装置３０からの吸収
液取出ライン２７を通し、上記アノード出［」ライン２
０内を流れるアノードガスＡＧの熱を吸収液取出ライン
２７を流れる吸収液２５に与えるようにし、更に、上記
炭酸ガス分離装置３０の頂部に接続ざれたアノードガス
ライン２８を改質原料ガス導入ライン２２Ｇ，．接続し
、炭酸ガスを除去し且つ水分が含まれた状態のアノード
ガスＡＧを改質原料ガスＮＧに混じて改質器８に導入さ
せるようにｌる。なお、熱交換器２６で予熱された吸収
液取出ライン２７を流れる吸収液２５は、図示しない再
生装置で再生された後、再び吸収液供給ライン２４を通
して炭酸ガス分ｌｉｉｉ装置３０に供給されるようにし
てある。又、再生装置で分離された炭酸ガスは、カソー
ド２に空気とともに供給できるようにしてある。図中、
２９は改質原料ガスＮＧに混ば゛るアノード刀スＡＧを
予熱１るための予熱器を示覆。

溶融炭酸塩型燃料電池１のアノード３から排出された高
温のアノードガスＡＧは、改質器８へ導かれる改質原料
ガスの予熱等に熱を利用した後、アノード出口ガスライ
ン２０より熱交換器２６／＼入る。詠熱交換器２６には
炭酸ガス分離装置３０から取り出されＩこ吸収液取出ラ
イン２７の吸収液２５か通るので、上記アノートガスＡ
Ｇは熱交換器２６で吸収液２５に熱を与えて予熱し、自
身は温度か低下さけられる。熱交換器２６で低温となっ
たアノードガス△Ｇが炭酸ガス分離装置３０に供給され
ると、ここで、アノードガスＡＧは、吸収液供給管２４
を通して供給される吸収液２５と接触さぜられで炭酸ガ
スが吸収除去される。このとき、同ｈに水分も吸収され
るか、供給される吸収液２５の温度を適切に選ぶことに
より、アノードガスＡＧ中に改質に必要な水蒸気を含ま
せることかできる。リーなわら、吸収液２５の水の蒸気
汁に相当した水分をアノード出口ガスに保有させること
ができる。炭酸ガスが除去され且つ水分が含まされたア
ノードガスＡＧは予熱器２９で予熱された後、アノード
ガスライン２８から改貿１京料刀ス導入ライン２２に入
れられて改質原料ガスＮＧと共に改質器８に導入される
。この際、７ノードガスＡＧ中には、上述した如く改質
に必要な水分を水蒸気の形で保有させてあるため、改質
器８での改質反応により燃料ガスとしての改質か行われ
る。これにより改質された改質ガス（燃料ガス）が燃料
電池１のアノード３側に供給されることになる。

次に、上記工程を具体的な実験結果に基づいて詳述する
。

燃料電池１での発電を常圧で行う場合において、アノー
ドガスＡＧを熱交換器２６で９０℃近くにまで冷却して
吸収液２５を予熱した。この際、吸収液２５としては、
３０ｗｔ％の炭酸カリ水溶液を用いた。この状態で、炭
酸ガス分離装置３０に供給する吸収液２５の温度を７５
℃としたところ、炭酸ガス分離装置３０の頂部から排出
されたアノードガスＡＧは、圧力が１．　１３Ｎｇ／　
ｒａＡＢｓで、２９．４ｍｏｌｅ％の水分を含んでいた
。次に、このアノードガスＡＧを予熱器２９て予熱した
後、外部から供給したメタンを主成分とリる改質原料ガ
スＮＧと共に改質器８に供給したところ、改質器８での
炭素原子当たりの水熱気−［ル比は１．７１となり、改
質温度６４５゜Ｃで、炭素析出を伴うことなく改質率６
６％で運転できた。更に、この改質されｌこ燃料ガスを
燃料電池１の７ノード３側に供給すると、このガスに含
まれる水木及び一酸化炭素の約５６％か発電に利用され
た。しかる後、アノード３を出たアノードガスＡＧを冷
却して炭酸ガス分離装置３０に供給し、未利用の水素、
一酸化炭素及びメタンを回収させ、再磨改貿器８を経て
燃利電池１のアノード３側に供給しても、発電に利用す
ることができた。このように、燃料利用率は高くなくて
も、未利用燃料は再利用できるため、システムとしての
燃料利用率は高く、約９１％にすることができた。

なお、上記実施例では、改質器８を燃料電池１と分離し
て外部に設けた場合を示したが、燃料電池１内に組み込
んで電池の陵応熱を利用した内部改質器としてもよいこ
と、その他本発明の要旨を逸ｆｌｕない範囲内において
種々変更を加え１ｑることは勿論である。

［発明の効果１ 以ト述べた如く、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池の発電
方法によれば、次の如き優れた効果を発揮する。

（１》　　炭酸ガス分１ｉ＄１装置の運転温度、リなわ
ら、吸収液の温度を適切に選ぶだけで、改質原料ガス中
に混入するアノードガス中に改質反応に必要な水分（水
蒸気）を含ませることができるので、従来の如き改質用
の水蒸気を水から発生させる蒸気発生器を不要にできる
。

（１１）　　電池反応で生成された水分に等しい量の水
分を炭酸ガスと共に吸収液に吸収させることかできるの
で、アノードガスからの水分分離用の伯の手段が不要で
ある。

（Ｉ１）　　水の蒸発器が不要となるため、従来必要と
していた水処理装置を不要にできる。

（転）水の蒸発器か不東となることから、水を蒸発させ
るための熱最も不要となり、システム全体の総合熱効率
を向上覆ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶融炭Ｍ塩型燃料電池の発電方法を実
／Ｊ１ｉｉするためのシステムの一例を示１部分図、第
２図は従来システムの一例を示す概略図である。 １・・・燃料電池、３・・・アノート、８・・・改質器
、２０・・・アノード出ロガスライン、２２・・・改質
原料ガス（人然ガス》導入ライン、２４・・・吸収液供
給ライン、２５・・・吸収液、３０・・・炭酸ガス分ｌ
ｉＳｌｉ装冒、八Ｇ・・・アノードガス、ＮＧ・・・改
質原料ガス（天然ガス）。 第１図 ７７ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）改質原料ガスを水蒸気とともに改質器に導入して
   改質させ、改質された燃料ガスを燃料電池のアノードに
   供給し、一方、燃料電池のカソードに酸化ガスを供給し
   、アノード、カソード間で電気化学反応を行わせて発電
   を行わせるようにしてある溶融炭酸塩型燃料電池の発電
   方法において、上記燃料電池のアノードから排出された
   アノードガスを炭酸ガス分離装置に導いて、吸収液と接
   触させることにより炭酸ガスを除去するとともに、上記
   吸収液を所要温度にして吸収液の水の蒸気圧に相当する
   水分をアノードガスに保有させるようにし、次いで、該
   炭酸ガス除去後のアノードガスを上記改質器の上流位置
   で改質原料ガスに混入させることを特徴とする溶融炭酸
   塩型燃料電池の発電方法。