JPH04169073A - 燃料電池の排熱回収方法及び装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、燃料電池の排熱回収方法及び装置、詳しくは
、燃料電池からの水蒸気を含む低温の未反応ガスと給水
とを熱交換して給水を１３０℃程度の低温で、かつ低圧
で蒸発させ、この低温の水蒸気を改質用の水蒸気として
使用するとともに、改質器からの排ガスの温度を上げて
ガスタービンに導入する方法及び装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

近年、環境問題に関連し、発電効率の高い燃料電池の開
発が２．務となっている０発電効率を高めるには、電池
本体の発電効率を高めることと、排熱回収による動力発
生の効率を高める必要がある。

本発明は後者を改善しようとするものである。

天然ガスＣＣＨａが主成分）を燃料とする場合、Ｃしな
どを改質してＨ！とじて、これを燃料電池の中で鵠と反
応させて発電する。この改質のために水蒸気（Ｈ２Ｏ）
を使うが、一般に燃料電池から出る排ガスで水を蒸発さ
せて使用している。しかし、この水の蒸発熱が大きいた
め水蒸気のまま放出すると熱損失が大きい。

従来の方法では、動力回収に排ガスボイラで水蒸気を発
生させ蒸気タービンを駆動したり、加圧システムではガ
スタービンを使用しているが、いづれも改質の水蒸気は
、排ガスとともに大気に放出したり、熱利用できない冷
却水で冷却して除去している。

たとえば、特開平２−６００６０号公報には、排熱回収
装置付きの燃料電池システムにおいて、冷却水用熱交換
器での熱回収が少量かあるいは無い場合、水蒸気発生器
から発生する水蒸気量を増加させ、この水蒸気を改質器
の燃焼器からの排ガスにより加熱して過熱水蒸気として
スチームタービンへ導き、水蒸気の保有しているエネル
ギを蓄積するようにした装置が記載されている。

現在、開発中の燃料電池は、燃料として水素（Ｈｚ）を
利用するものであるが、Ｈ２の原料はＣ１，、ＣＩ（３
０Ｈ等の炭化水素系燃料で、これらを、８２０を加えて
例えば次のような反応により改質している。

（：Ｌ＋ＬＯ→ＣＯ＋３Ｈｚ ＣＩ、ＯＨ＋ＨｚＯ→Ｃ（ｈ＋３Ｈｚ これらの反応で得たＨ２を、燃料電池の内部で酸素（０
□）と反応させて電流を取り出し、同時にＨ２Ｏの蕉気
が生成する。

このプロセスを見ると、改質のために使用する水蒸気も
、電池内で生成するＨ、Ｏの蒸気も、生成するときに蒸
発の潜熱を必要とし、この熱の量は原燃料のもつ発熱量
の２０％にも達する。

一般のボイラ等でも、ＣＨ，を燃料とする場合には、潜
熱として１０％が捨てられているが、燃料電池において
、現在発表されている各方式では、例えば第３図の例の
ように全く回収されていないので、２０％が捨てられて
いることになり、動力回収の割合が小さくなっている。

第４図は、固体電解質型の燃料電池の原理図で、熔融炭
酸塩型燃料電池発電システム技術研究組合の平成２年３
月の報告書「天然ガス改質燃料電池発電システムの経済
性比較検討」第３頁に掲載された図である。

第４図において、天然ガス（Ｃｌ（、が主体）、メタノ
ール等の炭化水素系燃料（以下、天然ガスという）は天
然ガス供給装置７から天然ガス移送機８に送られ、所定
の圧力（一般には７〜１０ｋｇ／ｃｄ位）で天然ガス予
熱器２０を経て改質器５に送られる。

予熱された天然ガスは、改質器５に導入される前に、給
水装置１０．１１により供給され、水蒸気発生器２２．
２７で発生した水蒸気と混合される。

改質器５からの水素リッチな改質ガスは、熱交換器１８
を経て燃料電池１のアノード室３に供給される。燃料電
池１内での未反応のＨ２、ＣＯ５水蒸気を含むガスをア
ノード室３から取り出し、熱交換器１８、天然ガス予熱
器２０、熱交換器２１、水蒸気発生器２２、熱交換器２
３及びドレーンセパレータ２４に導き、圧力の不足分だ
け圧縮機１７で加圧して、導管４４．４５を経て燃料と
して改質器５に導く。熱交換器２３は、冷却水により冷
却するようにした冷却器である。一方、空気は空気供給
源１３から入り、圧縮機１５、中間冷却器２５、圧縮機
１６、熱交換器２６を経て改質器５に供給され、所定の
圧力下（一般には７〜１０ｋｇ／ｄ）で燃焼し、改質に
必要な熱を供給する。改質器５では、ある温度レベル（
４００℃以上位ンで運転されるため、その燃焼ガスも４
５０°Ｃ以上位の高温で排出され、導管５９．６０を経
てガスタービン１４に入り、動力回収される。

改質されたガス（Ｈ２、ＣＯ生成分）は、導管３４を経
て熱交換器１８で予熱されて、燃料電池１のアノード室
３に入り、ここでカソード室４側から電解質板２を経て
きた０□と反応し、電流を発生するとともにＨｚＯとＣ
Ｏｔを生成する。燃料Ｈ２、ＣＯすべてが０２と反応す
るには、無限に近い大きな面積を必要とするため、一部
未反応のまま取り出し、前述のごとく、改質器の燃料に
利用する。

カソード室４には、Ｏｔの供給源である空気が、改質器
５への供給系から分岐して供給されるが、カソード室４
の最終部での０２ＷＡ度を高めるために、循環ブロワ−
１２で循環される。残りの排空気は導管６３を通り、改
質器５からの排ガスと混合されてガスタービン１４に入
る。６は反応管、１９は熱交換器、３０〜６３は導管で
ある。

第５図は、第４図における各点での作動温度の一例を示
している。固体電解質の場合は、一般に電池セル内での
反応は１０００℃位で行われる。

第５図の場合の１つの試真で、システムとしての発電出
力ｓ、ｏｏｏに−に対し、燃料の天然ガスの流量は１１
．１３０１１１　（一般に高位発熱量はＩＮが当り９，
５２０ｋｃａｌ）で、電池の出力は４，５０５ＫＷ、他
の回収動力は５８４に稠、必要動力は７７に−で、正味
出力は４，５０５＋５８４−７７−ｓ、ｏｏｏＫＷ　、
正味効率は５，０００／１１．１３０−０．４４９であ
る。

第４図において、ドレーンセパレータ２４でドレーンと
して排出されるのは２．６５６ｋｇ／ｈで、給水量は２
．５３０ｋｇ／ｈで、はぼ給水量がドレーンセパレータ
２４から排出される。つまりＣＦＩｍが燃料としてＨ，
０を生成する分は、ガスタービン１４の排気として放出
されるので、この点では一般のボイラやガスタービンで
の燃焼における損失と同しである。したがって、システ
ムとしては、上記のドレーンセパレータでドレーンとし
て分離するために熱交換器２３で冷却し、ここで熱の損
失が生じている。

現在、開発の進められている燃料電池は、リン酸塩型、
溶融炭酸塩型、第４図の固体電解質量の３種があり、作
動フローや温度レベルはかなり異なるが、改質のために
水を莫気に変えて使用し、その水をドレーンにして分離
放出する点では同じである。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図に示す発電プラントにおいて、天然ガスの加圧圧
力は７〜１０ａｔａになっているが、常圧での作動に比
べ発電効率が向上し、コンパクト化できコスト的に有利
である。発電効率が向上するのは、燃料電池自体も効率
向上し、ガスタービンでの動力回収ができるからである
。ガスタービンで動力回収しないときは、排ガスボイラ
で水蒸気をつくり、蒸気タービンを廻す必要がある。

なお、圧力が変わると、燃料電池において５．９１ｏｇ
Ｐｚ／Ｐ＋％だけ効率が高くなる。ここで、Ｐｔ＞Ｐ。

（Ｐ２／Ｐ、　＝　１０のとき５．９％向上する）また
、ガスタービンは高温で作動させた方が、動力回収量が
多く、効率も高くなる。

これらの点から見ると、第４図及び第５図に示すシステ
ムでは、次のような大きな欠点がある。

（１）導管３７の８３５℃と云う高温のガスを、燃料を
３００°Ｃとするために使用している。また、改質器５
の加熱用燃料を５００℃に加熱するのに、また、６４１
℃の高温のガスを４００℃の水蒸気の加熱に使用してい
る。

（２）改質器５を出た４５１℃の排気をそのままガスタ
ービン１４に入れている。また、カソード室４を出た高
温（７７６’Ｃ）のガスで給水を加熱して、その後、ガ
スタービン１４に入れている。

（３）熱交換器２３で水蒸気を冷却し、潜熱を無駄にす
てている。

これらは、給水を加熱して４００°Ｃと云う水蒸気を得
るのに多量の熱が必要で、このような熱回収の方法をと
らざるを得ないことにある。

また、前記の特開平２−６００６０号公報には、本発明
の特徴である「燃料電池からの未反応ガスと給水とを熱
交換して水蒸気を発生させ、この水蒸気を改質用の水蒸
気として用いるとともに、改質器からの排ガスの温度を
上げてガスタービンに導入して、システム全体の効率を
高めるＪという技術的思想は何も記載されていない。

従来、低温排熱で動力を回収する方法として、燃料電池
の低温の排熱（例えば、第４図及び第５図に示すフロー
では、１３１”Ｃのドレーン、排気ガス、ガスタービン
の中間冷却熱等を用いて、次の各種方法で動力回収する
方法が知られている。

（１１第６図に示すように、フロンタービンを用いる方
法：この方法では、排熱の５〜７％の動力を回収するこ
とができる（１３１℃の排熱の場合）。

２００万ｋｃａｌ／ｂの排熱で約２００ｘ　１０’ｘ　
−信子ｘ０．０６−１４０に曾回収することができる。

第６図において、１００はフロンタービン、１０２はコ
ンデンサ、１０４はポンプ、１０６は熱交換器である。

（２）蒸気タービンを用いる方法ニジステムは第６図と
同じで、性能もほぼ等しい。

（３）　　スターリングエンジンを用いる方法：考え方
は（２）、（３）と同様である。

また、上記の方法とは別に、ヒートトランスフォーマ（
第２種吸収ヒートポンプ）を用い、排熱源の温度を高め
て利用する方法がある。第７図はヒートトランスフォー
マの構成図を示している。

１０８は蒸発器、１１０は凝縮器、１１２は吸収器、１
１４は再生器、１１６．１１８．１２０はポンプである
。排熱源の温度１２０℃で、冷却水温度３０°Ｃとする
と、１８０°Ｃの水蒸気の取出しが可能である。したが
って、圧縮式のヒートポンプの代りにヒートトランスフ
ォーマを使用すると、蒸発器と再生器に使用した熱の約
５０％の１８０℃の熱しかとれないので、これだけでは
改質に必要な蒸気量が確保できず、別に水蒸気を発生す
る必要があこのため第２図では、熱交換器７２の出口の
水蒸気を含む未反応ガスの温度を第１図より高めて、こ
の熱量の増分だけ給水を直接加熱して水蒸気を発生させ
ている。

この方法では、圧縮機の動力は必要ないが、動力回収用
のガスタービン入口温度が第１図の場合より下がり、ガ
スタービンの回収動力が減し、第１図の場合と効率面で
余り変わらない。

また、別の方法として、例えば給水を、第１図の中間冷
却器２５や熱交換器２６を出た排ガスにより、低温・低
圧で蒸発させ、この低温・低圧の水蒸気を圧縮機で圧縮
して高温・高圧として、ヒートトランスフォーマからの
水蒸気と一緒にして改質器へ送る方法もある。この場合
は、熱交換器７２を出た未反応ガスの温度は６００℃と
第１図と同じでよい。また、ガスタービンの出力も第１
図と同しで、圧縮機動力は第１図より小さく、−見効率
が向上したように見えるが、圧縮機で圧縮せず、低温・
低圧の水蒸気で蒸気タービンを駆動すれば発電できる性
格のもので、第１図にこれを加えたものと比較する必要
があり、この場合は、効率面で殆ど差がなくなる。

本発明は、上記の諸点に鑑みなされたもので、燃料電池
で捨てられている潜熱をを効に回収し、動力回収量を多
くすることにより、全体の効率を高めるようにした燃料
電池の排熱回収方法及び装置を提供することを目的とす
るものである。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記の目的を達
成するために、請求項１の燃料電池の排熱回収方法は、
第１図を参照して説明すれば、炭化水素系燃料を予熱し
た後、改質器５に供給し、ここで水蒸気を加えて水素を
発生させ、この水素を燃料電池１のアノード室３に供給
し、酸素と反応させて電力を取り出すとともに、生成し
た水蒸気を含む未反応ガスを改質ガスと熱交換し、つい
で前記炭化水素系燃料、給水等の予熱に用いた後、ドレ
ーンを除去し、圧縮機１７で加圧して改質器５に導き、
給水を前記燃料電池１のアノード室３からの水蒸気を含
む未反応ガスで予熱して水蒸気とした後、改質器５に供
給し、一方、改質器５からの排ガスをガスタービン１４
に導入する燃料電池の排熱回収方法において、炭化水素
系燃料等を予熱した後の、燃料電池１のアノード室３か
らの水蒸気を含む未反応ガスと給水とを給水蒸発器７４
に導いて熱交換し、給水を蒸発させ、この水蒸気を圧縮
機７６に導いて加圧した後、改質用の水蒸気として用い
、一方、改質ガスと熱交換した後の、燃料電池１からの
水蒸気を含む未反応ガスと、改質器５からの排ガスとを
熱交換させて、加熱された排ガスをガスタービン１４に
導入することを特徴としている。

そして、請求項３の装置は、第１図を参照して説明すれ
ば、炭化水素系燃料を予熱した後、改質器５に供給し、
ここで水蒸気を加えて水素を発生させ、この水素を燃料
電池１のアノード室３に供給し、酸素と反応させて電力
を取り出すとともに、生成した水蒸気を含む未反応ガス
を改質ガスと熱交換し、ついで前記炭化水素系燃料、給
水等の予熱に用いた後、ドレーンを除去し、圧縮機１７
で加圧して改質器５に導き、給水を前記燃料電池１のア
ノード室３からの水蒸気を含む未反応ガスで予熱して水
蒸気とした後、改質器５に供給し、−方、改質器５から
の排ガスをガスタービン１４に導入するようにした燃料
電池の排熱回収装置において、 炭化水素系燃料予熱器７０の下流側の未反応ガスライン
７１に接続された、給水を蒸発させるための給水蒸発器
７４と、 この給水蒸発器７４からの水蒸気ライン７５に接続され
た圧縮機７６と、 この圧縮機７６に接続され、改質器５へ水蒸気を導く水
蒸気供給ライン７７と、 改質器５からの排ガスと、燃料電池１からの水蒸気を含
む未反応ガスとを熱交換させるための熱交換器７２とを
少なくとも備えたことを特徴としている。

また、請求項２の方法は、第２図を参照して説明すれば
、炭化水素系燃料を予熱した後、改質器５に供給し、こ
こで水蒸気を加えて水素を発生させ、この水素を燃料電
池１のアノード室３に供給し、酸素と反応させて電力を
取り出すとともに、生成した水蒸気を含む未反応ガスを
改質ガスと熱交換し、ついで前記炭化水素系燃料、給水
等の予熱に用いた後、ドレーンを除去し、圧縮機１７で
加圧して改質器５に導き、給水を前記燃料電池１のアノ
ード室３からの水蒸気を含む未反応ガスで予熱して水蒸
気とした後、改質器５に供給し、−方、改質器５からの
排ガスをガスタービン１４に導入する燃料電池の排熱回
収方法において、炭化水素系燃料等を予熱した後の、燃
料電池１のアノード室３からの水蒸気を含む未反応ガス
をヒートトランスフォーマ８８の蒸発器１０８と再生器
１１４に導き、それぞれ冷媒と吸収液を加熱し、凝縮器
１１０には冷却水を導き冷媒蒸気を凝縮させ、給水を吸
収器１１２で加熱して水蒸気を得、この水蒸気を改質用
の水蒸気として用い、−方、改質ガスと熱交換した後の
、燃料電池１からの水蒸気を含む未反応ガスと、改質器
５からの排ガスとを熱交換させて、加熱された排ガスを
ガスタービン１４に導入することを特徴としている。

そして、請求項４の装置は、第２図を参照して説明すれ
ば、炭化水素系燃料を予熱した後、改質器５に供給し、
ここで水蒸気を加えて水素を発生させ、この水素を燃料
電池１のアノード室３に供給し、酸素と反応させて電力
を取り出すとともに、生成した水蒸気を含む未反応ガス
を改質ガスと熱交換し、ついで前記炭化水素系燃料、給
水等の予熱に用いた後、ドレーンを除去し、圧縮機１７
で加圧して改質器５に導き、給水を前記燃料電池１のア
ノード室３からの水蒸気を含む未反応ガスで予熱して水
蒸気とした後、改質器５に供給し、−方、改質器５から
の排ガスをガスタービン１４に導入するようにした燃料
電池の排熱回収装置において、 給水子熱器８４の下流側の未反応ガスライン８７に接続
された、給水を蒸発させるためのヒートトランスフォー
マ８８と、 このヒートトランスフォーマ８８に接続され、改質器５
へ水蒸気を導く水蒸気供給ライン９４と、改質器５から
の排ガスと、燃料電池１からの水蒸気を含む未反応ガス
とを熱交換させるための熱交換器７２とを少なくとも備
えたことを特徴としている。

本発明の方式において用いられるヒートトランスフォー
マとは、排熱を蒸発器と再生器に導き、それぞれ冷媒と
吸収液を加熱し、凝縮器には冷却水を導き冷媒蒸気を凝
縮させ、吸収器から高温の熱を取り出すようにした第２
種吸収ヒートポンプ（第２図参照）を云う。

例えば、４０℃の給水を加熱して水蒸気を得るとき、ど
のような形で熱が使われるかを見ると、１０ｋｇ／ｄａ
ｂｓの場合の熱量は、給水１ｋｇ当り、給水−−１０ｋ
ｇ／ｃｄａｂｓ飽和水　　１８１．２−４０−１４１．
２ｋｃａｌ／）Ｃｇ ＬＯｋｇ／ｃｊ飽和水→飽和水蒸気　６６３．２−１８
１．２−４８２．０ｋｃａｌ／ｋｇ １０ｋｇ／ｄ飽和水蒸気→４００℃１０ｋｇ／ｄ過熱水
蒸気　　　　　　　　　　　　　　　　　　７８０．７
　−６６３．２＝１１７．５ｋｃａｌ／ｋｇ となる、つまり、蒸発の熱が６５％を占めている。

１０ｋｇ／ｃｊ（ａｂｓ）の水蒸気温度は１７９．０４
”Ｃであるが、もし２　ｋｇ　／　ｃ４　ａ　ｂ　ｓで
蒸発させれば、１２０℃であり、第４図の熱交換器２３
を蒸発器として利用できる。つまり、第４図で捨てる熱
で水を蒸発させられる。

しかし、このままでは圧力が低いため、改質器への供給
はできないので、この１２０°Ｃ（２ｋｇ／　ｃｊａｂ
ｓ）の水蒸気を葎気圧縮機で１０ｋｇ／ｃｄまで加圧す
ると、３３０℃の過熱水蒸気が得られるので、４００°
Ｃまでは僅か１ｋｇの水蒸気当り７８０．７−７４４．
１　＝　３６．６ｋｃａｌ／ｋｇで高温の熱は少しです
む。

この場合の図を第１図に示している。水蒸気の圧縮に必
要な動力はモータ入力で、給水１ｋｇ当り次式のように
０．１２８１に−である。この動力に見合う以上のガス
タービン出力増が必要である。

９７−２　Ｘ　　ａｓｏ　Ｘ　　ｏ　、　９ａ　　Ｘ了
Ｔ　＝０．１２８１に＋＋ただし、内部効率０．８５、
機械効率０．９８、モータ効率０．９としている。

つぎに、ガスタービン入口温度が、第５図の６５３°Ｃ
から第１図の７７６℃になったときに、ガスタービンの
出力がどのように変化するかを試真する。

ガスタービン入口温度をｒ１ｔ″ｋ、Ｔｓｚ″ｋ、ガス
タービン出口を丁４１″に％　　７４ｔ”とすると、Ｋ Ｐ１１＋ 、’、　ｔ　、２＝　７０４．６−２７３　＝　４３１
．６”Ｃ、’、　３．７０６−３，２７２　＝４３４囮
増となる。

一方、給水は２５３０ｋｇ／ｈであるから、５，０ＯＯ
Ｋ−では２，５３ｏ　Ｘｏ、１２８１−３２４に−で、
４３４−３２４−１１０ＫＨの増となる。更に、蒸気圧
縮機をガスタービンの軸に取り付けると、モータ効率分
回収でき、更に３３に賀動力回収量が増える。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説
明する。ただしこの実施例に記載されている構成機器の
形状、その相対配！などは、とくに特定的な記載がない
限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のも
のではなく、単なる説明例にすぎない、また、各部の温
度は一例として記載したもので、これらの値に限定され
るものではない。

実施例１ 第１図は実施例１における燃料電池の排熱回収装置を示
している。炭化水素系燃料、例えば天然ガスを天然ガス
供給装置７から供給し、天然ガス移送機８で加圧し、天
然ガス予熱器７０で燃料電池のアノード室３からの水蒸
気を含む４００℃前後の未反応ガスと熱交換した後、３
００℃前後に加熱されて改質器５に供給される。水素リ
ッチの改質ガスば熱交換器１８で燃料電池のアノード室
３からの水蒸気を含む１０００℃前後の未反応ガスと熱
交換し、９００°Ｃ前後に加熱されてアノード室３に供
給される。熱交換器１８で水蒸気を含む未反応ガスは８
３５℃前後に降温し、ついで、熱交換器７２に導かれて
改質器５からの４５１“Ｃ前後の排ガスと熱交換する。

ここで排ガスは７５１°Ｃ前後に加熱され、ガスタービ
ン１４へ導かれる。

従来方式を示す第４図及び第５図においては、改質器５
からの４５１℃前後の排ガスは、そのままガスタービン
１４へ導かれていたので、第１図に示す本発明の方式で
は、ガス温度が高くなった分だけ、ガスタービン１４に
おける動力回収量が増加するという利点がある。

給水装置１０から供給される給水は、天然ガス予熱器７
０の下流側の未反応ガスライン７１に接続された給水蒸
発器７４に導かれ、ここで天然ガス予熱器７０を出た３
６０℃前後の未反応ガスと熱交換し、１２０℃前後の水
蒸気が発生する。この水蒸気は水蒸気ライン７５を経て
圧縮器７６で加圧されて３３０°Ｃ前後の水蒸気となり
、熱交換器７８で４４６℃前後の未反応ガスと熱交換し
て、４００°Ｃ前後の水蒸気となって水蒸気供給ライン
７７を経て改質器５人口の天然ガス導管に供給混合され
る。

給水蒸発器７４を出た１３］”Ｃ前後の未反応ガスは、
ドレーンセパレータ２４に入り、ドレーンが分離される
とともに、未反応ガスは圧縮機１７に導かれ加圧されて
１４２°Ｃ前後に昇温された後、熱交換器８０で６００
°Ｃ前後の未反応ガスと熱交換し、５００℃前後に加熱
されて改質器５へ燃料として供給される。

一方、空気供給ｓ１３からの空気は圧縮＄１１５へ導か
れ、ついで中間冷却器２５、圧縮機１６、熱交換器２６
を経て２系統に分岐し、分岐した一方の空気は、熱交換
器１９でカソード室４からの１０００°Ｃ前後の排空気
により加熱された後、カソード室４へ供給される。熱交
換器１９を出た７７６℃前後の排空気は、一部が循環ブ
ロワ−１２により循環され、残部はガスタービン１４へ
導かれる。

分岐した他方の空気は、熱交換器８２を経て改質器５へ
燃焼用空気として供給される。

実施例２ 第２図は実施例２における燃料電池の排熱回収装置を示
している。炭化水素系燃料、例えば天然ガスを天然ガス
供給装置７から供給し、天然ガス移送機８で加圧し、天
然ガス予熱器７０で燃料電池のアノード室３からの水蒸
気を含む未反応ガスと熱交換した後、加熱されて改質器
５に供給される。改質ガスは熱交換器１８で燃料電池の
アノード室３からの水蒸気を含む１０００°Ｃ前後の未
反応ガスと熱交換し、９００℃前後に加熱されてアノー
ド室３に供給される。熱交換器１８で水蒸気を含む未反
応ガスは８３５℃前後に降温し、ついで、熱交換器７２
に導かれて改質器５からの４５１℃前後の排ガスと熱交
換する。ここで排ガスは７００°Ｃ前後に加熱され、ガ
スタービン１４へ導カれる。

従来方式を示す第４図及び第５図においては、改質器５
からの４５１℃前後の排ガスは、そのままガスタービン
１４へ導かれていたので、第２図に示す本発明の方式で
は、ガス温度が高くなった分だけ、ガスタービン１４に
おける動力回収量が増加するという利点がある。

給水装置１０から供給される給水は、２系統に分岐し、
一方の系統の給水は、給水子熱器８４へ導かれて、天然
ガス予熱器７０を出た未反応ガスにより加熱される。他
方の系統の給水は、ホントウェルタンク８６を経て、給
水子熱器８４の下流側の未反応ガスライン８７に接続さ
れたヒートトランスフォーマ８８の１収器１１２へ導か
れる。

一方、給水子熱器８４を出た水蒸気を含む未反応ガスは
、蒸発器１０８及び再生器１１４へ導かれ、蒸発器１０
８内で冷媒を加熱するとともに、再生器１１４内で吸収
液を加熱する。蒸発器１゜８を出た未反応ガス及び再生
器１１４を出た未反応ガスはドレーンセパレータ２４へ
送られ、ここでドレーンが分離され、未反応ガスは圧縮
機１７で加圧された後、熱交換器９０で７００℃前後の
未反応ガスと熱交換し加熱された後、改質器５へ燃料と
して供給される。

吸収器１１２へ導入されていた給水は、吸収液により加
熱されて水蒸気となり、給水子熱器８４からの水蒸気と
合流して水蒸気加熱器９２へ導かれ、ここで未反応ガス
により加熱された後、水蒸気供給ライン９４を経て改質
器５人口の天然ガス導管に供給混合される。

一方、空気供給源１３からの空気は圧縮機１５へ導かれ
、ついで中間冷却器２５、圧縮機１６、熱交換器２６を
経て２系統に分岐し、分岐した一方の空気は、熱交換器
１９でカソード室４からの１０００℃前後の排空気によ
り加熱された後、カソード室４へ供給される。熱交換器
１９を出た７０６℃前後の排空気は、一部が循環ブロワ
−１２により循環され、残部はガスタービン１４へ導か
れる。

分岐した他方の空気は、熱交換器８２を経て改質器５へ
燃焼用空気として供給される。

実施例３ 第３図は実施例３における装置の要部を示している。す
なわち、第２図における、給水を未反応ガスで加熱する
給水子熱器８４の代りに、第１図における給水蒸発器７
４及び圧縮機７６にかかわる部分を設けたものである。

他の構成、作用は第２図の場合と同様である。

本例は、第１図と第２図との折衷案であり、両者の長所
を育している。なお、第３図では、圧縮式ヒートポンプ
の低温加熱に未反応ガスを使用しているが、他の排熱を
用いることも可能もある。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成されているので、つぎのよう
な効果を奏する。

（１）改質用水蒸気の加熱に、高温の未反応ガスを使用
しなくてもよいので、ガスタービンの入口温度が高めら
れて動力回収量が増え、発電効率が高くなる。

（２）請求項２．４では、冷却水で冷却除去する熱をヒ
ートポンプで汲み上げ、改質用水蒸気の蒸発に使用でき
、高温排ガスはガスタービンの動力発生に有効活用でき
るので、効率の改善を図ることができる。また、ヒート
ポンプ自体は市販のものが使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池の排熱回収装置の一実施例を
示す系統図、第２図は同じく他の実施例を示す系統図、
第３図は本発明の装置の要部を示す系統図、第４図は従
来の装置の一例を示す系統図、第５図は第４図の装置に
おける各部の温度及び圧力を示す系統図、第６図及び第
７図は従来の低温排熱回収装置の一例を示す説明図であ
る。 １・・・燃料電池、２・・・電解質板、３・・・アノー
ド室、４・・・カソード室、５・・・改質器、７・・・
天然ガス供給装置、１０．１１・・・給水装置、１３・
・・空気供給源、１４・・・ガスタービン、１５．１６
．１７・・・圧縮機、２０・・・天然ガス予熱器、２２
．２７・・・水蒸気発生器、２４・・・ドレーンセパレ
ータ、７０・・・天然ガス予熱器、７１・・・未反応ガ
スライン、７２．７８．８０．８２・・・熱交換器、７
４・・・給水蒸発器、７５・・・水蒸気ライン、７６・
・・圧縮機、７７・・・水蒸気供給ライン、８４・・・
給水子熱器、８６・・・ホットウェルタンク、８７・・
・未反応ガスライン、８８・・・ヒートトランスフォー
マ、９０・・・熱交換器、９２・・・水蒸気加熱器、９
４・・・水蒸気供給ライン、１０８・・・蒸発器、１１
０・・・凝縮器、１１２・・・吸収器、１１４・・・再
生器 第６図 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　炭化水素系燃料を予熱した後、改質器（５）に供給
   し、ここで水蒸気を加えて水素を発生させ、この水素を
   燃料電池（１）のアノード室（３）に供給し、酸素と反
   応させて電力を取り出すとともに、生成した水蒸気を含
   む未反応ガスを改質ガスと熱交換し、ついで前記炭化水
   素系燃料、給水等の予熱に用いた後、ドレーンを除去し
   、圧縮機（１７）で加圧して改質器（５）に導き、給水
   を前記燃料電池（１）のアノード室（３）からの水蒸気
   を含む未反応ガスで予熱して水蒸気とした後、改質器（
   ５）に供給し、一方、改質器（５）からの排ガスをガス
   タービン（１４）に導入する燃料電池の排熱回収方法に
   おいて、 炭化水素系燃料等を予熱した後の、燃料電池（１）のア
   ノード室（３）からの水蒸気を含む未反応ガスと給水と
   を給水蒸発器（７４）に導いて熱交換し、給水を蒸発さ
   せ、この水蒸気を圧縮機（７６）に導いて加圧した後、
   改質用の水蒸気として用い、一方、改質ガスと熱交換し
   た後の、燃料電池（１）からの水蒸気を含む未反応ガス
   と、改質器（５）からの排ガスとを熱交換させて、加熱
   された排ガスをガスタービン（１４）に導入することを
   特徴とする燃料電池の排熱回収方法。 ２　炭化水素系燃料を予熱した後、改質器（５）に供給
   し、ここで水蒸気を加えて水素を発生させ、この水素を
   燃料電池（１）のアノード室（３）に供給し、酸素と反
   応させて電力を取り出すとともに、生成した水蒸気を含
   む未反応ガスを改質ガスと熱交換し、ついで前記炭化水
   素系燃料、給水等の予熱に用いた後、ドレーンを除去し
   、圧縮機（１７）で加圧して改質器（５）に導き、給水
   を前記燃料電池（１）のアノード室（３）からの水蒸気
   を含む未反応ガスで予熱して水蒸気とした後、改質器（
   ５）に供給し、一方、改質器（５）からの排ガスをガス
   タービン（１４）に導入する燃料電池の排熱回収方法に
   おいて、 炭化水素系燃料等を予熱した後の、燃料電池（１）のア
   ノード室（３）からの水蒸気を含む未反応ガスをヒート
   トランスフォーマ（８８）の蒸発器（１０８）と再生器
   （１１４）に導き、それぞれ冷媒と吸収液を加熱し、凝
   縮器（１１０）には冷却水を導き冷媒蒸気を凝縮させ、
   給水を吸収器（１１２）で加熱して水蒸気を得、この水
   蒸気を改質用の水蒸気として用い、一方、改質ガスと熱
   交換した後の、燃料電池（１）からの水蒸気を含む未反
   応ガスと、改質器（５）からの排ガスとを熱交換させて
   、加熱された排ガスをガスタービン（１４）に導入する
   ことを特徴とする燃料電池の排熱回収方法。 ３　炭化水素系燃料を予熱した後、改質器（５）に供給
   し、ここで水蒸気を加えて水素を発生させ、この水素を
   燃料電池（１）のアノード室（３）に供給し、酸素と反
   応させて電力を取り出すとともに、生成した水蒸気を含
   む未反応ガスを改質ガスと熱交換し、ついで前記炭化水
   素系燃料、給水等の予熱に用いた後、ドレーンを除去し
   、圧縮機（１７）で加圧して改質器（５）に導き、給水
   を前記燃料電池（１）のアノード室（３）からの水蒸気
   を含む未反応ガスで予熱して水蒸気とした後、改質器（
   ５）に供給し、一方、改質器（５）からの排ガスをガス
   タービン（１４）に導入するようにした燃料電池の排熱
   回収装置において、 炭化水素系燃料予熱器（７０）の下流側の未反応ガスラ
   イン（７１）に接続された、給水を蒸発させるための給
   水蒸発器（７４）と、 この給水蒸発器（７４）からの水蒸気ライン（７５）に
   接続された圧縮機（７６）と、 この圧縮機（７６）に接続され、改質器（５）へ水蒸気
   を導く水蒸気供給ライン（７７）と、改質器（５）から
   の排ガスと、燃料電池（１）からの水蒸気を含む未反応
   ガスとを熱交換させるための熱交換器（７２）とを少な
   くとも備えたことを特徴とする燃料電池の排熱回収装置
   。 ４　炭化水素系燃料を予熱した後、改質器（５）に供給
   し、ここで水蒸気を加えて水素を発生させ、この水素を
   燃料電池（１）のアノード室（３）に供給し、酸素と反
   応させて電力を取り出すとともに、生成した水蒸気を含
   む未反応ガスを改質ガスと熱交換し、ついで前記炭化水
   素系燃料、給水等の予熱に用いた後、ドレーンを除去し
   、圧縮機（１７）で加圧して改質器（５）に導き、給水
   を前記燃料電池（１）のアノード室（３）からの水蒸気
   を含む未反応ガスで予熱して水蒸気とした後、改質器（
   ５）に供給し、一方、改質器（５）からの排ガスをガス
   タービン（１４）に導入するようにした燃料電池の排熱
   回収装置において、 給水子熱器（８４）の下流側の未反応ガスライン（８７
   ）に接続された、給水を蒸発させるためのヒートトラン
   スフォーマ（８８）と、このヒートトランスフォーマ（
   ８８）に接続され、改質器（５）へ水蒸気を導く水蒸気
   供給ライン（９４）と、 改質器（５）からの排ガスと、燃料電池（１）からの水
   蒸気を含む未反応ガスとを熱交換させるための熱交換器
   （７２）とを少なくとも備えたことを特徴とする燃料電
   池の排熱回収装置。