JPH0566717B2 - - Google Patents

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JPH0566717B2
JPH0566717B2 JP60097043A JP9704385A JPH0566717B2 JP H0566717 B2 JPH0566717 B2 JP H0566717B2 JP 60097043 A JP60097043 A JP 60097043A JP 9704385 A JP9704385 A JP 9704385A JP H0566717 B2 JPH0566717 B2 JP H0566717B2
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JP
Japan
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fuel
steam
fuel cell
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air
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Yasuyuki Hamazaki
Hiroko Yamada
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029Heat exchange using liquids
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Sustainable Energy (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、水素主成分ガスを燃料として利用
する燃料電池発電システムに関するものである。
〔従来の技術〕
食塩電解プラントやエチレンプラントで代表さ
れる石油化学プラントにおいては、製品生産の過
程で副生物として多量の水素が発生する。従来こ
の副生水素は、精製後ボンベ詰めにして販売され
たり、また一部コンビナート内でボイラその他の
熱源として利用されるのが普通であつた。近年燃
料電池発電システムの開発に伴い、その新しい利
用形態の1つとして、この副生水素を利用するシ
ステムが考えられ、各方面で検討されている。
副生水素が利用する燃料電池発電システムは、
天然ガス等炭化水素系燃料を使用するシステムと
異なり、燃料改質装置が不要となるのでプラント
コスト低減、プラント構成簡略化、プラント効率
向上を期待することができる。
第2図は例えば昭和57年12月発刊電気学会技術
報告部第141号「燃料電池発電技術の展望」
4.5kW燃料電池発電設備に示された従来と燃料改
質装置を備えた燃料電池発電システムを示す系統
図である。
燃料電池発電システムは、主に改質系、燃料電
池系、冷却水系、ターボコンプレツサ系の4つよ
り構成される。図において、1は燃料電池本体で
あり、燃料極1a、空気極1b、電解質マトリク
ス1c、冷却器1dにより構成されている。2は
気水分離器、3は循環水ポンプ、4は電池冷却水
ライン、5は気水分離器2で発生したスチームを
放出するスチーム放出ライン、6は改質反応に必
要なスチームを供給するスチーム供給ライン、7
はターボコンプレツサ、7a及び7bはそれぞれ
ターボコンプレツサ7のコンプレツサ及びタービ
ン、8は改質反応部8aとバーナ部8bとからな
る改質装置、9は改質装置8の改質反応部8aに
燃料を供給するための燃料供給ライン、10は改
質ガスを燃料電池本体1の燃料極1aに供給する
ための改質ガス供給ライン、11は燃料極1aで
使用された残りの余剰燃料を改質装置8のバーナ
部8bに供給するための余剰燃料ライン、12,
13はターボコンプレツサ7のコンプレツサ7a
から燃料電池本体1の空気極1bの空気を供給す
るための空気供給ライン及び出口側の余剰空気ラ
イン、14はターボコンプレツサ7のコンプレツ
サ7aからの空気を改質装置8のバーナ部8bへ
供給するための改質バーナ空気ライン、15は改
質装置8のバーナ部8b出口側の排ガスラインで
ある。排ガスライン15はターボコンプレツサ7
のタービン7bに接続されており、バーナ部8b
からの排ガスは余剰空気ライン13の余剰空気と
ともにタービン7bに供給され、タービン7bに
駆動エネルギーを与える。
次に動作について説明する。天然ガスを主成分
とする燃料は、スチーム供給ライン6から供給さ
れるスチームと混合され、燃料供給ライン9を経
由して改質装置8の改質反応部8aに投入され
る。燃料はその改質反応部8a内で改質反応を
し、水素を主成分とする改質ガスとなり、燃料電
池本体1の燃料極1aに投入される。そこで消費
された後の余剰燃料は余剰燃料ライン11を通つ
て改質装置8のバーナ部8bに送られて燃焼さ
せ、反応に必要な熱を与える。
電池本体の性能は各反応ガスと圧力の増大によ
つて向上する傾向を示し、このため燃料、空気各
反応ガスの動作圧力は、例えば3〜6Kg/cm2G程
度に加圧維持される。このとき、空気の圧縮には
多大の動力を必要とし、その値は電池の発生エネ
ルギーの約20%にも達する。このため、このシス
テムにおいてはターボンコンプレツサ7を設置
し、系内で余剰エネルギーの有効利用を図つてい
る。すなわち、圧縮空気は改質装置8のバーナ部
8bからの燃料排ガスと燃料電池本体1の空気極
1bからの余剰空気を駆動エネルギーとして利用
するターボコンプレツサ7のコンプレツサ7aよ
り供給される。
また、一方、燃料電池本体1は、特性維持のた
めある動作温度(例えば約190℃)に保たねばな
らないが、そのため冷却水系統が設けられ、燃料
電池本体1内の反応で発生した熱とスチームとし
て回収して、気水分離器2により水とスチームに
分離される。この時発生するスチームのエンタル
ピーは燃料電池発生電力の約80〜90%になる。そ
のうち約1/2は改質装置8の反応部8aに投入さ
れ、改質反応に利用されるが、残りの1/2は系外
へ排出される。この系外排出スチームは復水器に
より凝縮させてそのまま系内に戻したり、あるい
は燃料電池システム外で昇温設備や冷暖房用とし
て利用されたりする。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上の様に、改質装置8を有する従来のシステ
ムでは、燃料電池本体1の燃料極1aで消費され
た余剰燃料は、改質装置8のバーナ部8bにおい
て燃焼させ、反応必要熱として利用される。ま
た、改質装置8の排ガスエネルギーと空気極1b
からの余剰空気をターボコンプレツサ7により系
内で有効に回収し、空気圧縮動力を得ることがで
きた。しかし先に示した副生水素を利用するシス
テムにおいては、改質装置8がないためこの余剰
燃料を系内で有効に利用できず、系外に排出しな
ければならない。
この発明は、上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、水素主成分ガスを燃料とし
て利用する燃料電池システムにおいて、余剰燃料
を系内で有効に利用し総合熱効率を向上させるこ
とを目的とする。
この発明に係る水素主成分ガスを燃料として利
用する燃料電池システムでは、燃料電池本体を冷
却する冷却水ラインの冷却水を燃料電池本体の燃
料極で消費された残りの余剰燃料を燃焼させる加
熱器によつて加熱し、余剰燃料の燃焼エネルギー
を余剰スチームとして回収し燃料電池系外で利用
するか、あるいは燃料電池本体を冷却する冷却水
ラインに設けられた気水分離器で分離される余剰
スチームを余剰スチームラインに設置した燃料電
池本体の燃料極で消費された残りの余剰燃料を燃
焼させる加熱器で加熱昇温させて過熱スチームと
し、この過熱スチームにより動力を回収するよう
にしたものである。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第1図において、1〜4は上述した従来シス
テムの構成と同様である。16は気水分離器2で
発生した余剰スチームを燃料電池本体1の燃料極
1aからの余剰燃焼を燃焼させて加熱し過熱スチ
ームとする加熱器、17は加熱器16で得られた
過熱スチームを駆動エネルギーとして利用するス
チームタービン、18はこのスチームタービン1
7に直結された発電機、19は燃料電池本体1の
燃料極1a入口側の副生水素供給ライン、20は
同じく燃料極1a出口側の余剰燃料ライン、21
は気水分離器2で発生する余剰スチームを利用す
るための余剰スチームラインであり、この余剰ス
チームラインの途中に加熱器16が設けられ過熱
蒸気がスチームタービン17と燃料電池系外利用
の系統へ供給される。22は燃料電池本体1の空
気極1bからの余剰空気を駆動エネルギーとして
利用するガスタービン、23はこのガスタービン
22に直結され空気極1bに空気を供給するエア
コンプレツサ、24は燃料電池本体1の空気極1
b入口側の空気供給ライン、25は同じく空気極
1b出口側の余剰空気ラインである。
次にこの発明の動作について説明する。
副生水素を利用する燃料電池発電システムにお
いては改質装置8がなく、副生水素は副生水素供
給ライン19を経由して直接燃料電池本体1の燃
料極1aに投入され、反応に利用される。ここで
利用された残りの余剰燃料は余剰燃料ライン20
を経由し、加熱器16で燃焼させ、過熱スチーム
発生の熱源として利用される。一方、燃料電池本
体1の動作温度を一定に保つために用いられる冷
却水は、燃料電池本体1での反応熱により一部は
スチームとなり気水分離器2に送られる。気水分
離器2で分離されたスチームは余剰スチームとな
つて余剰スチームライン21へ送られる。余剰ス
チームは余剰スチームライン21内に設けられた
加熱器16で加熱され、過熱スチームとなる。こ
の過熱スチームはスチームタービン17と燃料電
池系外利用の系統へ供給される。スチームタービ
ン17で動力回収され、スチームタービン17に
直結された発電機18により発電を行う。この発
電機の発生電力は燃料電池本体1からの発生電力
に加えられ、システム総合効率の向上に寄付す
る。
なお、燃料電池本体1の空気極1bへの空気供
給については、従来技術と同様の方法で行えばよ
い。ガスタービン22と直結されたエアコンプレ
ツサ23により圧縮された空気は空気供給ライン
24に経由して燃料電池本体1の空気極1bに投
入され反応に利用される。利用された残りの余剰
空気は余剰空気ライン25を通つてガスタービン
22に投入されエアコンプレツサ23の駆動源と
して利用される。また、コンプレツサ動力が不足
する場合、追焚き用の燃料炉(図示せず)を余剰
空気ライン25上に設置し、その燃料として余剰
燃料の一部を使用してもよく、また、ガスタービ
ン22とコンプレツサ23の軸をスチームタービ
ン17の軸に直結して空気を圧縮するための動力
として利用してもよい。
なお、上記実施例では気水分離器2出口側の余
剰スチームライン上に加熱器を設けたものを示し
たが、燃料電池本体1の冷却器1d出口側冷却水
ライン上に加熱器16を設けてもよい。この場
合、スチームタービンでの動力回収には不利にな
るがスチームタービンによる動力回収を行わなく
ても余剰スチームを燃料電池系外で利用できるた
め、システムの総合熱効率向上に関して十分な効
果を得ることができる。
上記実施例では化学プラントにおける副生水素
を利用する燃料電池発電システムの場合について
述べたが、適用分野を特に化学プラントに限定す
るものではなく、水素を燃料として使用できる場
合には、分野を問わず、全く同様の効果でこの燃
料電池発電システムを適用することができる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、燃料電池本
体を冷却する冷却水ラインの冷却水を燃料電池本
体の燃料極で消費された残りの余剰燃料を燃焼さ
せる加熱器によつて加熱し、余剰燃料の燃焼エネ
ルギーを余剰スチームとして回収し燃料電池系外
で利用するか、あるいは燃料電池本体を冷却する
冷却水ラインに設けられた気水分離器で分離され
る余剰スチームを余剰スチームラインに設置した
燃料電池本体の燃料極で消費された残りの余剰燃
料を燃焼させる加熱器で加熱昇温させて過熱スチ
ームとし、この過熱スチームにより動力を回収す
るようにしたので、システムの総合熱効率を著し
く向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による燃料電池発
電システムを示す系統図、第2図は従来の燃料電
池発電システムを示す系統図である。 図において、1は燃料電池本体、1aは燃料
極、16は加熱器、21は余剰スチームラインで
ある。なお、図中同一符号は、同一または相当部
分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 燃料極及び空気極から成る燃料電池本体と、
    この燃料電池本体を冷却する冷却水ラインと、こ
    の冷却水ライン中に設けられた気水分離器とを有
    し燃料として副生水素を利用する燃料電池発電シ
    ステムにおいて、上記気水分離器で生じる余剰ス
    チームを、上記燃料極で使用された残りの余剰燃
    料を燃焼させ加熱し過熱スチームとする加熱器を
    備えるとともに、この加熱器からの過熱スチーム
    より動力を回収するようにしたことを特徴とする
    燃料電池発電システム。
JP60097043A 1985-05-08 1985-05-08 燃料電池発電システム Granted JPS61256572A (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51104539A (ja) * 1975-02-12 1976-09-16 United Technologies Corp
JPS5828176A (ja) * 1981-08-12 1983-02-19 Toshiba Corp りん酸形燃料電池発電設備
JPS58123671A (ja) * 1982-01-18 1983-07-22 Toshiba Corp コンバインドサイクルプラント

Patent Citations (3)

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JPS61256572A (ja) 1986-11-14

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