JPH05283090A - 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池発電装置Info
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- JPH05283090A JPH05283090A JP4105302A JP10530292A JPH05283090A JP H05283090 A JPH05283090 A JP H05283090A JP 4105302 A JP4105302 A JP 4105302A JP 10530292 A JP10530292 A JP 10530292A JP H05283090 A JPH05283090 A JP H05283090A
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- Japan
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- fuel
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- gas
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- 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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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料利用率を向上させると共に、電流密度を
自動的に調整させて上流側と下流側の燃料電池の電圧を
同一に保つ。 【構成】 溶融炭酸塩型燃料電池ＩとＩＩを設置する。
両燃料電池Ｉ，ＩＩのカソード２同士、アノード３同士
を接続して直列とする。燃料ガスＦＧを上流側の燃料電
池Ｉのアノード３に供給し、該アノード３で利用した
後、下流側の燃料電池ＩＩのアノード３にそのまま供給
する。又、上流側と下流側の燃料電池ＩとＩＩを電気的
に並列につなぎ、各燃料電池Ｉ，ＩＩの電流密度を自動
的に調整して電圧を一定に保つようにする。
自動的に調整させて上流側と下流側の燃料電池の電圧を
同一に保つ。 【構成】 溶融炭酸塩型燃料電池ＩとＩＩを設置する。
両燃料電池Ｉ，ＩＩのカソード２同士、アノード３同士
を接続して直列とする。燃料ガスＦＧを上流側の燃料電
池Ｉのアノード３に供給し、該アノード３で利用した
後、下流側の燃料電池ＩＩのアノード３にそのまま供給
する。又、上流側と下流側の燃料電池ＩとＩＩを電気的
に並列につなぎ、各燃料電池Ｉ，ＩＩの電流密度を自動
的に調整して電圧を一定に保つようにする。
Description
【０００１】
【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ー部門
で用いる燃料電池のうち、特に、溶融炭酸塩型燃料電池
発電装置に関するものである。
ギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー部門
で用いる燃料電池のうち、特に、溶融炭酸塩型燃料電池
発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在までに知られている溶融炭酸塩型燃
料電池の発電装置のうち、一例を示すと、図２に示す如
き系統構成のものがある。
料電池の発電装置のうち、一例を示すと、図２に示す如
き系統構成のものがある。
【０００３】この図２に示すものは、次のように構成さ
れている。すなわち、溶融炭酸塩を多孔質物質にしみ込
ませてなる電解質板１をカソード２とアノード３の両電
極で両面から挟み、カソード２側に酸化ガスとして空気
Ａを、又、アノード３側に燃料ガスＦＧをそれぞれ供給
するようにしたものを１セルとし、各セルをセパレータ
（図示せず）を介し積層してスタックとした構成の溶融
炭酸塩型燃料電池Ｉを用い、該燃料電池Ｉのアノード３
の入口側に改質器４で改質された燃料ガスＦＧの供給ラ
イン５を接続し、改質原料ガスとしての天然ガスＮＧ
が、天然ガス供給ライン６上の脱硫器７で脱硫された
後、天然ガス予熱器８で予熱されて改質器４の改質室４
ａに供給されて改質され、上記燃料ガスＦＧとしてアノ
ード３に供給されるようにしてある。一方、空気Ａは、
フィルタ９を通り、空気供給ライン１０上の空気ブロワ
１１で昇圧され、空気予熱器１２で加熱されて燃料電池
Ｉのカソード２の入口側へ供給されるようにしてあり、
上記アノード３から排出されたアノード出口ガスはアノ
ード出口ガスライン１３により触媒燃焼器１４へ導か
れ、ここでアノード出口ガス中の未反応成分を、カソー
ド出口ガスライン１５より分岐させて導いたカソード出
口ガスの一部を利用して燃焼させるようにし、この燃焼
熱を改質器４の加熱室４ｂへ供給して改質反応に利用さ
せるように触媒燃焼器１４と加熱室４ｂとを燃焼排ガス
ライン１６にて接続してあり、上記カソード２から排出
されたカソード出口ガスの残りは、カソード出口ガスラ
イン１５より上記空気予熱器１２を経て大気へ放出させ
るようにし、又、カソード出口ガスの一部はカソードリ
サイクルブロワ１８によりリサイクルライン１７を通し
てカソード２の入口側へリサイクルするようにしてあ
る。又、上記改質器４の加熱室４ｂから排出されたガス
は、該ガスの顕熱を水蒸気発生に用いるようにするた
め、排ガスライン１９より蒸気過熱器２０、蒸気発生器
２１、温水発生器２２、カソードガス冷却器２３を経て
気液分離器２４へ導くようにしてあり、該気水分離器２
４には、上水Ｈ2 Ｏを水処理装置２５で処理して供給す
るようにしてあって、気水分離器２４で分離された水
は、上水Ｈ2 Ｏとともに給水ポンプ２６で加圧されて上
記蒸気発生器２１へ導かれるようにしてある。更に、上
記蒸気発生器２１で発生した水蒸気は、一部は水蒸気回
収ライン２７より回収されるようにすると共に、他の一
部は蒸気過熱器２０で過熱されて水蒸気ライン２８より
天然ガス供給ライン６に導かれるようにしてあり、又、
上記気水分離器２４で分離されたガスＣＯ2 は、空気供
給ライン１０の空気ブロワ１１の吸入側へ導かれ、空気
との混合ガスＭＧとしてカソード２の入口側へ供給され
るようにしてある。
れている。すなわち、溶融炭酸塩を多孔質物質にしみ込
ませてなる電解質板１をカソード２とアノード３の両電
極で両面から挟み、カソード２側に酸化ガスとして空気
Ａを、又、アノード３側に燃料ガスＦＧをそれぞれ供給
するようにしたものを１セルとし、各セルをセパレータ
（図示せず）を介し積層してスタックとした構成の溶融
炭酸塩型燃料電池Ｉを用い、該燃料電池Ｉのアノード３
の入口側に改質器４で改質された燃料ガスＦＧの供給ラ
イン５を接続し、改質原料ガスとしての天然ガスＮＧ
が、天然ガス供給ライン６上の脱硫器７で脱硫された
後、天然ガス予熱器８で予熱されて改質器４の改質室４
ａに供給されて改質され、上記燃料ガスＦＧとしてアノ
ード３に供給されるようにしてある。一方、空気Ａは、
フィルタ９を通り、空気供給ライン１０上の空気ブロワ
１１で昇圧され、空気予熱器１２で加熱されて燃料電池
Ｉのカソード２の入口側へ供給されるようにしてあり、
上記アノード３から排出されたアノード出口ガスはアノ
ード出口ガスライン１３により触媒燃焼器１４へ導か
れ、ここでアノード出口ガス中の未反応成分を、カソー
ド出口ガスライン１５より分岐させて導いたカソード出
口ガスの一部を利用して燃焼させるようにし、この燃焼
熱を改質器４の加熱室４ｂへ供給して改質反応に利用さ
せるように触媒燃焼器１４と加熱室４ｂとを燃焼排ガス
ライン１６にて接続してあり、上記カソード２から排出
されたカソード出口ガスの残りは、カソード出口ガスラ
イン１５より上記空気予熱器１２を経て大気へ放出させ
るようにし、又、カソード出口ガスの一部はカソードリ
サイクルブロワ１８によりリサイクルライン１７を通し
てカソード２の入口側へリサイクルするようにしてあ
る。又、上記改質器４の加熱室４ｂから排出されたガス
は、該ガスの顕熱を水蒸気発生に用いるようにするた
め、排ガスライン１９より蒸気過熱器２０、蒸気発生器
２１、温水発生器２２、カソードガス冷却器２３を経て
気液分離器２４へ導くようにしてあり、該気水分離器２
４には、上水Ｈ2 Ｏを水処理装置２５で処理して供給す
るようにしてあって、気水分離器２４で分離された水
は、上水Ｈ2 Ｏとともに給水ポンプ２６で加圧されて上
記蒸気発生器２１へ導かれるようにしてある。更に、上
記蒸気発生器２１で発生した水蒸気は、一部は水蒸気回
収ライン２７より回収されるようにすると共に、他の一
部は蒸気過熱器２０で過熱されて水蒸気ライン２８より
天然ガス供給ライン６に導かれるようにしてあり、又、
上記気水分離器２４で分離されたガスＣＯ2 は、空気供
給ライン１０の空気ブロワ１１の吸入側へ導かれ、空気
との混合ガスＭＧとしてカソード２の入口側へ供給され
るようにしてある。
【０００４】上記のように構成されている溶融炭酸塩型
燃料電池発電装置で発電を行わせるときは、天然ガスＮ
Ｇが脱硫器７、天然ガス予熱器８を経て改質器４の改質
室４ａに導かれることにより、ここで、 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 の反応が行われて、燃料ガスＦＧとして燃料電池Ｉのア
ノード３へ供給される。一方、燃料電池Ｉのカソード２
には、空気Ａが空気予熱器１２で予熱されて供給され、
カソード２側では、 ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 -- の反応が行われ、生成された炭酸イオンＣＯ3 --が電解
質板１を通ってアノード３へ達する。アノード３には、
燃料ガスＦＧが供給されているので、アノード３側で、 ＣＯ3 --＋Ｈ2 →ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- ＣＯ3 --＋ＣＯ→２ＣＯ2 ＋２ｅ- の反応が行われ、カソード２側とアノード３側の各端子
板間に負荷を接続することにより電気が流れるようにし
てある。
燃料電池発電装置で発電を行わせるときは、天然ガスＮ
Ｇが脱硫器７、天然ガス予熱器８を経て改質器４の改質
室４ａに導かれることにより、ここで、 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 の反応が行われて、燃料ガスＦＧとして燃料電池Ｉのア
ノード３へ供給される。一方、燃料電池Ｉのカソード２
には、空気Ａが空気予熱器１２で予熱されて供給され、
カソード２側では、 ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 -- の反応が行われ、生成された炭酸イオンＣＯ3 --が電解
質板１を通ってアノード３へ達する。アノード３には、
燃料ガスＦＧが供給されているので、アノード３側で、 ＣＯ3 --＋Ｈ2 →ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- ＣＯ3 --＋ＣＯ→２ＣＯ2 ＋２ｅ- の反応が行われ、カソード２側とアノード３側の各端子
板間に負荷を接続することにより電気が流れるようにし
てある。
【０００５】上記従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置
では、燃料電池Ｉが１台だけ設置されているものである
ため、効率を良くするために定常運転時はアノード３で
ほとんどの燃料を反応させて燃料利用率を高めるように
しているが、アノードガスの流配が均一でないことが原
因して燃料利用率を一定（約８０％）以上高くすること
ができない。
では、燃料電池Ｉが１台だけ設置されているものである
ため、効率を良くするために定常運転時はアノード３で
ほとんどの燃料を反応させて燃料利用率を高めるように
しているが、アノードガスの流配が均一でないことが原
因して燃料利用率を一定（約８０％）以上高くすること
ができない。
【０００６】そのため、燃料利用率の向上を図るため
に、発電システムの系統中に燃料電池を２台設置して直
列に接続し、改質器からの燃料ガスを上流側の燃料電池
のアノードに供給して、該アノードから排出されたガス
を、下流側の燃料電池のアノードに供給するようにし、
２台トータルとしての燃料利用率を向上させることがで
きるようにしたものが提案されている（特願昭６３−４
９７６７号）。
に、発電システムの系統中に燃料電池を２台設置して直
列に接続し、改質器からの燃料ガスを上流側の燃料電池
のアノードに供給して、該アノードから排出されたガス
を、下流側の燃料電池のアノードに供給するようにし、
２台トータルとしての燃料利用率を向上させることがで
きるようにしたものが提案されている（特願昭６３−４
９７６７号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記近年提
案された方式は、燃料利用率の向上に着目したものであ
る。
案された方式は、燃料利用率の向上に着目したものであ
る。
【０００８】そこで、本発明は、上記近年提案された方
式の利点を生かしながら更に上流側と下流側の燃料電池
の電圧を一定に維持できるようにすると共に、上流側及
び下流側のいずれか一方の燃料電池が使えなくなっても
他方の燃料電池から出力できるようにしようとするもの
である。
式の利点を生かしながら更に上流側と下流側の燃料電池
の電圧を一定に維持できるようにすると共に、上流側及
び下流側のいずれか一方の燃料電池が使えなくなっても
他方の燃料電池から出力できるようにしようとするもの
である。
【０００９】
【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を複数個設置し
て、上流側の燃料電池と下流側の燃料電池のアノード同
士、カソード同士を各々直列に接続し、上流側の燃料電
池のアノード入口側に改質器の改質室を燃料ガス供給ラ
インで接続すると共に、下流側の燃料電池のアノードと
カソードの各出口側を上記改質器の加熱室に接続し、且
つ上記上流側と下流側の燃料電池を電気的に並列に接続
した構成を有する溶融炭酸塩型燃料電池発電装置とす
る。
決するために、溶融炭酸塩型燃料電池を複数個設置し
て、上流側の燃料電池と下流側の燃料電池のアノード同
士、カソード同士を各々直列に接続し、上流側の燃料電
池のアノード入口側に改質器の改質室を燃料ガス供給ラ
インで接続すると共に、下流側の燃料電池のアノードと
カソードの各出口側を上記改質器の加熱室に接続し、且
つ上記上流側と下流側の燃料電池を電気的に並列に接続
した構成を有する溶融炭酸塩型燃料電池発電装置とす
る。
【００１０】又、上流側と下流側の各燃料電池を同じ電
極面積とするとよい。
極面積とするとよい。
【００１１】
【作用】同じ電極面積を有する複数個の燃料電池が直列
に接続してあると共に、電気的には並列に接続してある
ので、改質室からの燃料ガスが上流側の燃料電池のアノ
ードに供給されると、該上流側の燃料電池のアノードで
利用された後、下流側の燃料電池のアノードに供給され
ることになるため、燃料利用率が向上すると共に、これ
に応じて上流側の燃料電池での電流密度が高く、下流側
の燃料電池での電流密度が低く調整されて上流側と下流
側の燃料電池の電圧を一定にすることができる。又、各
々の燃料電池を電気的に並列接続していることから、た
とえば、上流側の燃料電池が故障しても、下流側の燃料
電池は使用できることになる。
に接続してあると共に、電気的には並列に接続してある
ので、改質室からの燃料ガスが上流側の燃料電池のアノ
ードに供給されると、該上流側の燃料電池のアノードで
利用された後、下流側の燃料電池のアノードに供給され
ることになるため、燃料利用率が向上すると共に、これ
に応じて上流側の燃料電池での電流密度が高く、下流側
の燃料電池での電流密度が低く調整されて上流側と下流
側の燃料電池の電圧を一定にすることができる。又、各
々の燃料電池を電気的に並列接続していることから、た
とえば、上流側の燃料電池が故障しても、下流側の燃料
電池は使用できることになる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１３】図１は本発明の一実施例を示すもので、電
解質板１をカソード２とアノード３の両電極で両面から
挟んでカソード２側に酸化ガスとして空気Ａを、又、ア
ノード３側に燃料ガスＦＧをそれぞれ供給するようにし
てあるセルを図示しないセパレータを介し積層してスタ
ックとした構成の溶融炭酸塩型燃料電池を２個直列に接
続した場合について示す。
解質板１をカソード２とアノード３の両電極で両面から
挟んでカソード２側に酸化ガスとして空気Ａを、又、ア
ノード３側に燃料ガスＦＧをそれぞれ供給するようにし
てあるセルを図示しないセパレータを介し積層してスタ
ックとした構成の溶融炭酸塩型燃料電池を２個直列に接
続した場合について示す。
【００１４】すなわち、電極面積を共に同一にした燃料
電池ＩとＩＩを設置して、上流側の燃料電池Ｉと下流側
の燃料電池ＩＩのカソード２同士、アノード３同士を各
々直列に接続すると共に、上記各燃料電池Ｉ，ＩＩを電
気的に並列に接続するよう配線３１し、且つ改質原料ガ
スとして天然ガスＮＧを改質して燃料電池Ｉのアノード
３への燃料ガスとする改質器４を設置して、上記上流側
の燃料電池Ｉのアノード３の入口側と上記改質器４の改
質室４ａとを燃料ガス供給ライン５にて接続し、改質室
４ａで改質された燃料ガスＦＧが上流側の燃料電池Ｉの
アノード３に供給されて、該アノード３で利用された
後、下流側の燃料電池ＩＩのアノード３へ供給されて利
用されるようにする。一方、酸化ガスとしての空気Ａ
は、フィルタ９を通り、空気供給ライン１０上の空気ブ
ロワ１１で加圧され、空気予熱器１２で加熱された後、
後述するリサイクルライン１７を経て上流側の燃料電池
Ｉのカソード２に供給され、更に、該カソード２から下
流側の燃料電池ＩＩのカソード２に供給されるようにす
る。
電池ＩとＩＩを設置して、上流側の燃料電池Ｉと下流側
の燃料電池ＩＩのカソード２同士、アノード３同士を各
々直列に接続すると共に、上記各燃料電池Ｉ，ＩＩを電
気的に並列に接続するよう配線３１し、且つ改質原料ガ
スとして天然ガスＮＧを改質して燃料電池Ｉのアノード
３への燃料ガスとする改質器４を設置して、上記上流側
の燃料電池Ｉのアノード３の入口側と上記改質器４の改
質室４ａとを燃料ガス供給ライン５にて接続し、改質室
４ａで改質された燃料ガスＦＧが上流側の燃料電池Ｉの
アノード３に供給されて、該アノード３で利用された
後、下流側の燃料電池ＩＩのアノード３へ供給されて利
用されるようにする。一方、酸化ガスとしての空気Ａ
は、フィルタ９を通り、空気供給ライン１０上の空気ブ
ロワ１１で加圧され、空気予熱器１２で加熱された後、
後述するリサイクルライン１７を経て上流側の燃料電池
Ｉのカソード２に供給され、更に、該カソード２から下
流側の燃料電池ＩＩのカソード２に供給されるようにす
る。
【００１５】上記下流側の燃料電池ＩＩのアノード３か
ら排出されたアノード出口ガスは、カソード２から排出
されたカソード出口ガスの一部とともに触媒燃焼器１４
に供給され、上記アノード出口ガス中の未反応分がカソ
ード出口ガスの一部を用いて燃焼させられるようにし
て、該触媒燃焼器１４で燃焼させられた燃焼熱が改質器
４の加熱室４ｂに燃焼排ガスライン１６より導入される
ようにし、又、上記下流側の燃料電池ＩＩのカソード２
から排出されたカソード出口ガスの残りの一部は、カソ
ード出口ガスライン１５より上記空気予熱器１２を経て
大気へ放出させるようにすると共に、残りはリサイクル
ライン１７、カソードリサイクルブロワ１８を経て直接
上流側の燃料電池Ｉのカソード２に供給されるようにす
る。
ら排出されたアノード出口ガスは、カソード２から排出
されたカソード出口ガスの一部とともに触媒燃焼器１４
に供給され、上記アノード出口ガス中の未反応分がカソ
ード出口ガスの一部を用いて燃焼させられるようにし
て、該触媒燃焼器１４で燃焼させられた燃焼熱が改質器
４の加熱室４ｂに燃焼排ガスライン１６より導入される
ようにし、又、上記下流側の燃料電池ＩＩのカソード２
から排出されたカソード出口ガスの残りの一部は、カソ
ード出口ガスライン１５より上記空気予熱器１２を経て
大気へ放出させるようにすると共に、残りはリサイクル
ライン１７、カソードリサイクルブロワ１８を経て直接
上流側の燃料電池Ｉのカソード２に供給されるようにす
る。
【００１６】更に、上記改質器４の加熱室４ｂから排出
されたガスは、図２に示す場合と同様に排ガスライン１
９より蒸気過熱器２０、蒸気発生器２１、温水発生器２
２、カソードガス冷却器２３を経て気水分離器２４へ導
かれるようにしてあり、該気水分離器２４で分離された
ガスＣＯ2 がブロワ２９で昇圧されて空気ブロワ１１の
下流側に導かれ、空気との混合ガスＭＧとしてカソード
出口ガスの一部と合流してリサイクルされるようにし、
上記空気供給ライン１０における空気ブロワ１１と気水
分離器２４からのガス導入部との間の位置と、下流側燃
料電池ＩＩのカソード２の入口側とを、空気分岐ライン
３０にて接続し、低温の空気を、下流側の燃料電池ＩＩ
のカソード２入口側へ送って該カソード２へ供給される
ガスの温度を下げるようにする。
されたガスは、図２に示す場合と同様に排ガスライン１
９より蒸気過熱器２０、蒸気発生器２１、温水発生器２
２、カソードガス冷却器２３を経て気水分離器２４へ導
かれるようにしてあり、該気水分離器２４で分離された
ガスＣＯ2 がブロワ２９で昇圧されて空気ブロワ１１の
下流側に導かれ、空気との混合ガスＭＧとしてカソード
出口ガスの一部と合流してリサイクルされるようにし、
上記空気供給ライン１０における空気ブロワ１１と気水
分離器２４からのガス導入部との間の位置と、下流側燃
料電池ＩＩのカソード２の入口側とを、空気分岐ライン
３０にて接続し、低温の空気を、下流側の燃料電池ＩＩ
のカソード２入口側へ送って該カソード２へ供給される
ガスの温度を下げるようにする。
【００１７】なお、その他の構成は、図２に示すものと
同じであり、同一のものには同一の符号が付してある。
同じであり、同一のものには同一の符号が付してある。
【００１８】改質原料ガスとしての天然ガスＮＧが改質
器４の改質室４ａで燃料ガスＦＧに改質されると、該燃
料ガスＦＧは、上流側の燃料電池Ｉのアノード３に供給
され、ここで、カソード２側での反応により生成されて
電解質板１を通り泳動して来た炭酸塩ＣＯ3 --と反応さ
せられて燃料が利用される。上流側の燃料電池Ｉのアノ
ード３から排出されたアノード出口ガスは、そのまま下
流側の燃料電池ＩＩのアノード３に供給され、ここで、
上流側のアノード３で未利用の燃料を利用した反応が行
われた後、排出される。この際、燃料電池ＩとＩＩのア
ノード３が直列に接続してあるため、トータルとしての
燃料利用率を向上させることができる。
器４の改質室４ａで燃料ガスＦＧに改質されると、該燃
料ガスＦＧは、上流側の燃料電池Ｉのアノード３に供給
され、ここで、カソード２側での反応により生成されて
電解質板１を通り泳動して来た炭酸塩ＣＯ3 --と反応さ
せられて燃料が利用される。上流側の燃料電池Ｉのアノ
ード３から排出されたアノード出口ガスは、そのまま下
流側の燃料電池ＩＩのアノード３に供給され、ここで、
上流側のアノード３で未利用の燃料を利用した反応が行
われた後、排出される。この際、燃料電池ＩとＩＩのア
ノード３が直列に接続してあるため、トータルとしての
燃料利用率を向上させることができる。
【００１９】上記において、上流側と下流側の燃料電池
Ｉ，ＩＩとも同じ電極面積であるため、セル内を流れる
ガスの流速は、上流側の燃料電池Ｉも下流側の燃料電池
ＩＩも一定であるが、上流側燃料電池において燃料が消
費されるので、これに伴いガス濃度が上流側と下流側の
燃料電池Ｉ，ＩＩで異なって来て、上流側で高く、下流
側で低くなり、上流側と下流側の燃料電池Ｉ，ＩＩでは
電流密度が違って来る。すなわち、ガス濃度が高いと、
電流が多く流れるので、電流密度は大きいが、ガス濃度
が低いと、電流の流れが少ないので、電流密度は小さ
い。
Ｉ，ＩＩとも同じ電極面積であるため、セル内を流れる
ガスの流速は、上流側の燃料電池Ｉも下流側の燃料電池
ＩＩも一定であるが、上流側燃料電池において燃料が消
費されるので、これに伴いガス濃度が上流側と下流側の
燃料電池Ｉ，ＩＩで異なって来て、上流側で高く、下流
側で低くなり、上流側と下流側の燃料電池Ｉ，ＩＩでは
電流密度が違って来る。すなわち、ガス濃度が高いと、
電流が多く流れるので、電流密度は大きいが、ガス濃度
が低いと、電流の流れが少ないので、電流密度は小さ
い。
【００２０】したがって、上流側の燃料電池Ｉと下流側
の燃料電池ＩＩを電気的に直列につなぐと、下流側の燃
料電池ＩＩはガス濃度が低いので、電圧は運転ができな
いほど低くなる可能性があるが、この点、本発明では、
上流側の燃料電池Ｉと下流側の燃料電池ＩＩを電気的に
並列としてあるので、電流値は上流側の燃料電池Ｉと下
流側の燃料電池ＩＩで独立に設定され、上流側の燃料電
池Ｉの電流密度が大きく、下流側の電流密度が小さくな
るように自動的に調整されて、燃料電池Ｉ，ＩＩの電圧
を一定に保つことが可能となる。
の燃料電池ＩＩを電気的に直列につなぐと、下流側の燃
料電池ＩＩはガス濃度が低いので、電圧は運転ができな
いほど低くなる可能性があるが、この点、本発明では、
上流側の燃料電池Ｉと下流側の燃料電池ＩＩを電気的に
並列としてあるので、電流値は上流側の燃料電池Ｉと下
流側の燃料電池ＩＩで独立に設定され、上流側の燃料電
池Ｉの電流密度が大きく、下流側の電流密度が小さくな
るように自動的に調整されて、燃料電池Ｉ，ＩＩの電圧
を一定に保つことが可能となる。
【００２１】因に、本発明者等は、上流側の燃料電池Ｉ
と下流側の燃料電池ＩＩの電極面積を同一にする条件
で、３種類（５９４ｍ2 、５３４ｍ2 、１２３ｍ2 ）の
大きさを選び、これらについて上流側の燃料電池Ｉと下
流側の燃料電池ＩＩの燃料利用率を適宜変更し、上流側
及び下流側の燃料電池Ｉ，ＩＩの電圧が一定となるため
の電流密度について調べたところ、表１のケース１、ケ
ース２及びケース３の如き結果が得られた。
と下流側の燃料電池ＩＩの電極面積を同一にする条件
で、３種類（５９４ｍ2 、５３４ｍ2 、１２３ｍ2 ）の
大きさを選び、これらについて上流側の燃料電池Ｉと下
流側の燃料電池ＩＩの燃料利用率を適宜変更し、上流側
及び下流側の燃料電池Ｉ，ＩＩの電圧が一定となるため
の電流密度について調べたところ、表１のケース１、ケ
ース２及びケース３の如き結果が得られた。
【００２２】
【表１】 表１におけるケース１、ケース２、ケース３のように３
種類の電極面積を上流側と下流側の燃料電池ＩとＩＩで
同じにし、且つ上流側と下流側の燃料電池を電気的に並
列に接続して、電圧を一定とすると、各々の燃料利用率
は、上流側で５０〜６０％、下流側で７０〜８０％の範
囲内となり、各々の電流密度は、上流側の燃料電池Ｉで
１８０〜１９０mA／cm2 、下流側の燃料電池ＩＩで１１
０〜１２０mA／cm2 の範囲内となり、上流側の電流密度
が大きく、下流側の電流密度が小さくなるよう調整され
ることがわかった。
種類の電極面積を上流側と下流側の燃料電池ＩとＩＩで
同じにし、且つ上流側と下流側の燃料電池を電気的に並
列に接続して、電圧を一定とすると、各々の燃料利用率
は、上流側で５０〜６０％、下流側で７０〜８０％の範
囲内となり、各々の電流密度は、上流側の燃料電池Ｉで
１８０〜１９０mA／cm2 、下流側の燃料電池ＩＩで１１
０〜１２０mA／cm2 の範囲内となり、上流側の電流密度
が大きく、下流側の電流密度が小さくなるよう調整され
ることがわかった。
【００２３】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、たとえば、上流側の燃料電池Ｉと下流
側の燃料電池ＩＩを同じ電極面積とした場合について示
したが、下流側で圧損は生じるが、上流側の燃料電池Ｉ
と下流側の燃料電池ＩＩの電極面積を２：１としてもよ
いこと、２個の燃料電池ＩとＩＩの各カソード２同士、
アノード３同士を各々直列につないだ場合を示したが、
２個以上でもよいこと、更に、下流側の燃料電池ＩＩの
カソード２入口側に空気供給ライン１０より分岐した分
岐ライン３０を接続した場合を示したが、この方式に代
えて、下流側の燃料電池ＩＩのカソード２の入口側にク
ーラを設置してもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
るものではなく、たとえば、上流側の燃料電池Ｉと下流
側の燃料電池ＩＩを同じ電極面積とした場合について示
したが、下流側で圧損は生じるが、上流側の燃料電池Ｉ
と下流側の燃料電池ＩＩの電極面積を２：１としてもよ
いこと、２個の燃料電池ＩとＩＩの各カソード２同士、
アノード３同士を各々直列につないだ場合を示したが、
２個以上でもよいこと、更に、下流側の燃料電池ＩＩの
カソード２入口側に空気供給ライン１０より分岐した分
岐ライン３０を接続した場合を示したが、この方式に代
えて、下流側の燃料電池ＩＩのカソード２の入口側にク
ーラを設置してもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】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、複数個の燃料電池を設置し
て上流側となる燃料電池と下流側となる燃料電池のカソ
ード同士、アノード同士を各々直列に接続し、且つ上流
側の燃料電池と下流側の燃料電池を電気的に並列につな
いだ構成を有しているので、次の如き優れた効果を奏し
得る。 (i) 燃料電池が直列につないであるため、トータルとし
ての燃料利用率が向上する。 (ii)上流側の燃料電池と下流側の燃料電池が電気的に並
列としてあるため、上流側と下流側の各燃料電池の電流
密度が調整されて、各燃料電池の電圧を同じに保つこと
ができる。 (iii) 上記(ii)のように電気的に並列であるため、たと
え上流側の燃料電池が故障しても下流側の燃料電池は使
用できる。 (iv)上流側の燃料電池と下流側の燃料電池とも同じ電池
面積とすることによりセル内ガス流速が一定となり、圧
損の均一化と小型化が図れる。
燃料電池発電装置によれば、複数個の燃料電池を設置し
て上流側となる燃料電池と下流側となる燃料電池のカソ
ード同士、アノード同士を各々直列に接続し、且つ上流
側の燃料電池と下流側の燃料電池を電気的に並列につな
いだ構成を有しているので、次の如き優れた効果を奏し
得る。 (i) 燃料電池が直列につないであるため、トータルとし
ての燃料利用率が向上する。 (ii)上流側の燃料電池と下流側の燃料電池が電気的に並
列としてあるため、上流側と下流側の各燃料電池の電流
密度が調整されて、各燃料電池の電圧を同じに保つこと
ができる。 (iii) 上記(ii)のように電気的に並列であるため、たと
え上流側の燃料電池が故障しても下流側の燃料電池は使
用できる。 (iv)上流側の燃料電池と下流側の燃料電池とも同じ電池
面積とすることによりセル内ガス流速が一定となり、圧
損の均一化と小型化が図れる。
【図１】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の系統
構成図である。
構成図である。
【図２】従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の系統構
成図である。
成図である。
Ｉ 上流側の燃料電池 ＩＩ 下流側の燃料電池 １ 電解質板 ２ カソード ３ アノード ４ 改質器 ４ａ 改質室 ４ｂ 加熱室 ５ 燃料ガス供給ライン １６ 燃焼排ガスライン ３１ 配線 ＦＧ 燃料ガス Ａ 空気
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽鳥 聡 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)発明者 小林 和典 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内
Claims (2)
- 【請求項１】 溶融炭酸塩型燃料電池を複数個設置し
て、上流側の燃料電池と下流側の燃料電池のアノード同
士、カソード同士を各々直列に接続し、且つ上記上流側
と下流側の燃料電池を電気的に並列に接続し、更に、上
記上流側の燃料電池のアノード入口側に改質器の改質室
を燃料ガス供給ラインで接続すると共に、下流側の燃料
電池のアノードとカソードの各出口側を上記改質器の加
熱室に接続した構成を有することを特徴とする溶融炭酸
塩型燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 上流側と下流側の各燃料電池を同じ電極
面積とする請求項１記載の溶融炭酸塩型燃料電池発電装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10530292A JP3407311B2 (ja) | 1992-04-01 | 1992-04-01 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10530292A JP3407311B2 (ja) | 1992-04-01 | 1992-04-01 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05283090A true JPH05283090A (ja) | 1993-10-29 |
| JP3407311B2 JP3407311B2 (ja) | 2003-05-19 |
Family
ID=14403907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10530292A Expired - Fee Related JP3407311B2 (ja) | 1992-04-01 | 1992-04-01 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3407311B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003077506A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-14 | Nippon Soken Inc | 燃料電池システム |
| KR100486561B1 (ko) * | 2002-06-21 | 2005-05-03 | 엘지전자 주식회사 | 수소가스가 재활용되는 혼합 연료전지 |
| JP2016100138A (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム |
| JP2016134287A (ja) * | 2015-01-19 | 2016-07-25 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム、その運転方法及びその構成方法 |
| WO2018074443A1 (ja) * | 2016-10-19 | 2018-04-26 | 三菱重工業株式会社 | 二酸化炭素回収システム、火力発電設備、及び、二酸化炭素回収方法 |
-
1992
- 1992-04-01 JP JP10530292A patent/JP3407311B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003077506A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-14 | Nippon Soken Inc | 燃料電池システム |
| KR100486561B1 (ko) * | 2002-06-21 | 2005-05-03 | 엘지전자 주식회사 | 수소가스가 재활용되는 혼합 연료전지 |
| JP2016100138A (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム |
| JP2016134287A (ja) * | 2015-01-19 | 2016-07-25 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム、その運転方法及びその構成方法 |
| WO2018074443A1 (ja) * | 2016-10-19 | 2018-04-26 | 三菱重工業株式会社 | 二酸化炭素回収システム、火力発電設備、及び、二酸化炭素回収方法 |
| JPWO2018074443A1 (ja) * | 2016-10-19 | 2019-06-24 | 三菱重工業株式会社 | 二酸化炭素回収システム、火力発電設備、及び、二酸化炭素回収方法 |
| US11433350B2 (en) | 2016-10-19 | 2022-09-06 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Carbon dioxide recovery system, thermal power generation facility, and carbon dioxide recovery method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3407311B2 (ja) | 2003-05-19 |
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Legal Events
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