JPH06275291A - 溶融炭酸塩型燃料電池システム - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池システムInfo
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- JPH06275291A JPH06275291A JP5064102A JP6410293A JPH06275291A JP H06275291 A JPH06275291 A JP H06275291A JP 5064102 A JP5064102 A JP 5064102A JP 6410293 A JP6410293 A JP 6410293A JP H06275291 A JPH06275291 A JP H06275291A
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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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 システムの小型化及び効率化を図り、電池の
運転条件の変化によらずに安定した運転を行うことがで
きる溶融炭酸塩型燃料電池システムを提供することを目
的とする。 【構成】 燃料極１から排出される燃料排ガス中の炭酸
ガスを酸化剤極２にリサイクルする炭酸ガスリサイクル
系１１に、燃料排ガス中の可燃性ガスを燃焼処理する触
媒燃焼器１５を備えた溶融炭酸塩型燃料電池システムに
おいて、前記炭酸ガスリサイクル系の触媒燃焼器１５よ
りも上流側に、燃料排ガス中の水素を吸着する水素吸着
手段７ａ・７ｂを少なくとも一つ設けたことを特徴とす
る。
運転条件の変化によらずに安定した運転を行うことがで
きる溶融炭酸塩型燃料電池システムを提供することを目
的とする。 【構成】 燃料極１から排出される燃料排ガス中の炭酸
ガスを酸化剤極２にリサイクルする炭酸ガスリサイクル
系１１に、燃料排ガス中の可燃性ガスを燃焼処理する触
媒燃焼器１５を備えた溶融炭酸塩型燃料電池システムに
おいて、前記炭酸ガスリサイクル系の触媒燃焼器１５よ
りも上流側に、燃料排ガス中の水素を吸着する水素吸着
手段７ａ・７ｂを少なくとも一つ設けたことを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は溶融炭酸塩型燃料電池シ
ステムに関し、詳しくは燃料排ガス中に含まれる炭酸ガ
スを酸化剤極にリサイクルする炭酸ガスリサイクル系の
改良に関する。
ステムに関し、詳しくは燃料排ガス中に含まれる炭酸ガ
スを酸化剤極にリサイクルする炭酸ガスリサイクル系の
改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）は、
電解質としてアルカリ金属炭酸塩、通常炭酸リチウム
（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）と炭酸カリウム（Ｋ2 ＣＯ3 ）との混
合塩を用いる。この混合塩は約４９０℃で溶融状態とな
り、炭酸イオン（ＣＯ3 2- ）の良好な伝導体となる。電
池の使用時には電解質が液体であるので、電解質を通常
リチウムアルミネート（ＬｉＡｌＯ2 ）等の多孔質セラ
ミックスに保持させて使用する。また、燃料極及び酸化
剤極はそれぞれニッケル及び酸化ニッケルで構成されて
おり、それぞれの電極の内部でガス，液状電解質，及び
固体電極を直接接触させ、電気化学反応を起こさせるた
め細孔構造を有している。
電解質としてアルカリ金属炭酸塩、通常炭酸リチウム
（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）と炭酸カリウム（Ｋ2 ＣＯ3 ）との混
合塩を用いる。この混合塩は約４９０℃で溶融状態とな
り、炭酸イオン（ＣＯ3 2- ）の良好な伝導体となる。電
池の使用時には電解質が液体であるので、電解質を通常
リチウムアルミネート（ＬｉＡｌＯ2 ）等の多孔質セラ
ミックスに保持させて使用する。また、燃料極及び酸化
剤極はそれぞれニッケル及び酸化ニッケルで構成されて
おり、それぞれの電極の内部でガス，液状電解質，及び
固体電極を直接接触させ、電気化学反応を起こさせるた
め細孔構造を有している。
【０００３】ところで、燃料極では、燃料極中の細孔を
伝わってきた水素ガスは電解質と電極との境界で、触媒
作用により、化１に示すように水素イオンと電子とに分
離する。 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ- （化１） 上記化１で生じた電子は電極を通じて放出され、また水
素イオンは電解質中を伝わってきた炭酸イオンと反応
し、水と炭酸ガスとになり、燃料極側に排出される。
伝わってきた水素ガスは電解質と電極との境界で、触媒
作用により、化１に示すように水素イオンと電子とに分
離する。 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ- （化１） 上記化１で生じた電子は電極を通じて放出され、また水
素イオンは電解質中を伝わってきた炭酸イオンと反応
し、水と炭酸ガスとになり、燃料極側に排出される。
【０００４】 ２Ｈ+ ＋ＣＯ3 2- → Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 （化２） 一方、酸化剤極では酸化剤極中の細孔を伝わってきた酸
素と、燃料極から外部回路を通じてきた電子が、電解質
と電極との境界で、触媒作用により酸素イオンとなる。 1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- → Ｏ2- （化３） また、酸化剤極側に供給される炭酸ガスは酸化剤極で電
解質中に溶け、この炭酸ガスと前述した酸素イオンとが
結びついて炭酸イオンが作られる。
素と、燃料極から外部回路を通じてきた電子が、電解質
と電極との境界で、触媒作用により酸素イオンとなる。 1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- → Ｏ2- （化３） また、酸化剤極側に供給される炭酸ガスは酸化剤極で電
解質中に溶け、この炭酸ガスと前述した酸素イオンとが
結びついて炭酸イオンが作られる。
【０００５】ＣＯ2 ＋Ｏ2-→ ＣＯ3 2- （化４） 酸化剤極で発生した炭酸イオンは電解質中を燃料極側へ
伝播する。化１〜化４をまとめると、 燃料極 Ｈ2 ＋ＣＯ3 2- → Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ- 酸化剤極 ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- → ＣＯ3 2- Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ 即ち、溶融炭酸塩型燃料電池における化学反応は、炭酸
イオンを介した水素と酸素との反応にほかならないが、
燃料極で生じた電子を外部回路を通じて酸化剤極側に流
すことができるので、燃料電池から電気を取り出すこと
ができる。このような発電を行うためには、上記式から
明らかなように酸化剤極に炭酸ガスを供給する必要があ
るが、これは、通常、燃料極側で生じる炭酸ガスをリサ
イクルすることによって捕らえるので、外部から新たに
炭酸ガスを供給する必要がない。従来の炭酸ガスリサイ
クル系としては、例えば図２に示すようなシステムが用
いられており、燃料極２１から排出される燃料排ガス中
の水分を気水分離器２６によって先ず除去した後、更に
可燃性ガス（水素，メタン等）を触媒燃焼器２５によっ
て燃焼除去することにより燃料排ガス中に含まれる炭酸
ガスを回収し、これを酸化剤極２２にリサイクルしてい
た。
伝播する。化１〜化４をまとめると、 燃料極 Ｈ2 ＋ＣＯ3 2- → Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ- 酸化剤極 ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- → ＣＯ3 2- Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ 即ち、溶融炭酸塩型燃料電池における化学反応は、炭酸
イオンを介した水素と酸素との反応にほかならないが、
燃料極で生じた電子を外部回路を通じて酸化剤極側に流
すことができるので、燃料電池から電気を取り出すこと
ができる。このような発電を行うためには、上記式から
明らかなように酸化剤極に炭酸ガスを供給する必要があ
るが、これは、通常、燃料極側で生じる炭酸ガスをリサ
イクルすることによって捕らえるので、外部から新たに
炭酸ガスを供給する必要がない。従来の炭酸ガスリサイ
クル系としては、例えば図２に示すようなシステムが用
いられており、燃料極２１から排出される燃料排ガス中
の水分を気水分離器２６によって先ず除去した後、更に
可燃性ガス（水素，メタン等）を触媒燃焼器２５によっ
て燃焼除去することにより燃料排ガス中に含まれる炭酸
ガスを回収し、これを酸化剤極２２にリサイクルしてい
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般に、燃料電池シス
テムを安全に運転させるためには、酸化剤極２２にリサ
イクルするガスに含まれる水素ガスの濃度を爆発下限界
の1/4 （１％）以下に下げる必要がある。ところが、燃
料排ガス中の水素ガス濃度は電池の運転条件に応じて５
〜２０％の間で変動するので、低水素濃度のガスを酸化
剤極２２に供給するには触媒燃焼器２５に供給する空気
の量も水素ガス濃度に応じて変化させなければならな
い。その結果、空気の供給量が電池の運転条件に左右さ
れ、本来酸化剤ガスとして必要な空気を適切に供給する
ことができないので、電池を安定して運転させることが
困難である。
テムを安全に運転させるためには、酸化剤極２２にリサ
イクルするガスに含まれる水素ガスの濃度を爆発下限界
の1/4 （１％）以下に下げる必要がある。ところが、燃
料排ガス中の水素ガス濃度は電池の運転条件に応じて５
〜２０％の間で変動するので、低水素濃度のガスを酸化
剤極２２に供給するには触媒燃焼器２５に供給する空気
の量も水素ガス濃度に応じて変化させなければならな
い。その結果、空気の供給量が電池の運転条件に左右さ
れ、本来酸化剤ガスとして必要な空気を適切に供給する
ことができないので、電池を安定して運転させることが
困難である。
【０００７】加えて、燃料排ガス中の水素ガス濃度が高
くなると、水素ガスの濃度を爆発下限界の1/4 以下に下
げるために、触媒燃焼器２５に過剰の空気を供給する必
要がある。また、水素ガスの濃度が高くなればなるほど
触媒燃焼器２５の温度が上昇するので、触媒寿命を維持
するために触媒燃焼器２５を冷却する必要がある。した
がって、触媒燃焼器２５に過剰の空気を供給するための
大型のブロワ２７が必要になる。また、ブロワ２７が大
型になれば、ブロワ２７を駆動するための補機動力が余
分に必要になる。その結果、システムが大型化すると共
に、システム効率が低下する。
くなると、水素ガスの濃度を爆発下限界の1/4 以下に下
げるために、触媒燃焼器２５に過剰の空気を供給する必
要がある。また、水素ガスの濃度が高くなればなるほど
触媒燃焼器２５の温度が上昇するので、触媒寿命を維持
するために触媒燃焼器２５を冷却する必要がある。した
がって、触媒燃焼器２５に過剰の空気を供給するための
大型のブロワ２７が必要になる。また、ブロワ２７が大
型になれば、ブロワ２７を駆動するための補機動力が余
分に必要になる。その結果、システムが大型化すると共
に、システム効率が低下する。
【０００８】本発明は上記課題に鑑み、システムの小型
化及び効率化を図り、電池の運転条件の変化によらずに
安定した運転を行うことができる溶融炭酸塩型燃料電池
システムを提供することを目的とする。
化及び効率化を図り、電池の運転条件の変化によらずに
安定した運転を行うことができる溶融炭酸塩型燃料電池
システムを提供することを目的とする。
【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、以下のことを特徴とする。 燃料極から排出される燃料排ガス中の炭酸ガスを酸
化剤極にリサイクルする炭酸ガスリサイクル系に、燃料
排ガス中の可燃性ガスを燃焼処理する触媒燃焼器を備え
た溶融炭酸塩型燃料電池システムにおいて、前記炭酸ガ
スリサイクル系の触媒燃焼器よりも上流側に、燃料排ガ
ス中の水素を吸着する水素吸着手段を少なくとも一つ設
けたことを特徴とする。 前記水素吸着手段で吸着した水素を燃料極にリサイ
クルする水素リサイクル系を、更に備えたことを特徴と
する。 前記水素吸着手段は水素吸蔵合金であることを特徴
とする。
するため、以下のことを特徴とする。 燃料極から排出される燃料排ガス中の炭酸ガスを酸
化剤極にリサイクルする炭酸ガスリサイクル系に、燃料
排ガス中の可燃性ガスを燃焼処理する触媒燃焼器を備え
た溶融炭酸塩型燃料電池システムにおいて、前記炭酸ガ
スリサイクル系の触媒燃焼器よりも上流側に、燃料排ガ
ス中の水素を吸着する水素吸着手段を少なくとも一つ設
けたことを特徴とする。 前記水素吸着手段で吸着した水素を燃料極にリサイ
クルする水素リサイクル系を、更に備えたことを特徴と
する。 前記水素吸着手段は水素吸蔵合金であることを特徴
とする。
【００１０】
【作用】上記の構成によれば、触媒燃焼器よりも上流
側に水素吸着手段が設けられているので、触媒燃焼器で
燃焼処理する水素ガスの濃度が、例えば爆発下限界の1/
4 程度にまで低減する。したがって、触媒燃焼器で燃焼
処理する水素ガスが低濃度になり、しかも低濃度の水素
ガスを安定して供給されるので、触媒燃焼器の駆動条件
が安定する。これに伴って、触媒燃焼器に供給する空気
の量も安定するので、ブロワの駆動条件も安定し、本来
酸化剤ガスとして必要な空気を適切に供給することがで
きる。これらの結果、電池の運転条件の変化によらずに
常に安定して電池を運転させることが可能になる。
側に水素吸着手段が設けられているので、触媒燃焼器で
燃焼処理する水素ガスの濃度が、例えば爆発下限界の1/
4 程度にまで低減する。したがって、触媒燃焼器で燃焼
処理する水素ガスが低濃度になり、しかも低濃度の水素
ガスを安定して供給されるので、触媒燃焼器の駆動条件
が安定する。これに伴って、触媒燃焼器に供給する空気
の量も安定するので、ブロワの駆動条件も安定し、本来
酸化剤ガスとして必要な空気を適切に供給することがで
きる。これらの結果、電池の運転条件の変化によらずに
常に安定して電池を運転させることが可能になる。
【００１１】加えて、高濃度の水素ガスを触媒燃焼する
ためや，触媒燃焼器を冷却するために触媒燃焼器に過剰
の空気を供給する必要がないので、ブロワが小型になる
と共に、ブロワを駆動するための補機動力も低減する。
その結果、システムが小型化すると共に、システム効率
が向上する。ところで、従来の電池では、燃料排ガス中
の水素濃度がせいぜい２０％程度であるため、燃料排ガ
ス中の水素を燃料極にリサイクルして燃料の節約を図る
ためには、燃料排ガスを過剰に循環させる必要がある。
したがって、大型のブロワや昇圧機等が必要になるた
め、配管補機類が大型化する。しかしながら、上記構成
であれば、水素吸着手段で吸着した高純度の水素を水素
リサイクル配管を介して燃料極に供給することができる
ため、従来のように過剰のガスを循環させる必要がな
く、大型のブロワ等が不要になる。また、システム内で
発生する余剰熱を水素吸蔵合金に供給することにより、
高純度の水素（純水素）をリサイクルすることができる
ので、従来のような昇圧機等が不要になる。その結果、
燃料を節約してコストを下げることができると共に、水
素リサイクル系に要する配管系統が小型になるので、シ
ステムの小型化を図ることができる。
ためや，触媒燃焼器を冷却するために触媒燃焼器に過剰
の空気を供給する必要がないので、ブロワが小型になる
と共に、ブロワを駆動するための補機動力も低減する。
その結果、システムが小型化すると共に、システム効率
が向上する。ところで、従来の電池では、燃料排ガス中
の水素濃度がせいぜい２０％程度であるため、燃料排ガ
ス中の水素を燃料極にリサイクルして燃料の節約を図る
ためには、燃料排ガスを過剰に循環させる必要がある。
したがって、大型のブロワや昇圧機等が必要になるた
め、配管補機類が大型化する。しかしながら、上記構成
であれば、水素吸着手段で吸着した高純度の水素を水素
リサイクル配管を介して燃料極に供給することができる
ため、従来のように過剰のガスを循環させる必要がな
く、大型のブロワ等が不要になる。また、システム内で
発生する余剰熱を水素吸蔵合金に供給することにより、
高純度の水素（純水素）をリサイクルすることができる
ので、従来のような昇圧機等が不要になる。その結果、
燃料を節約してコストを下げることができると共に、水
素リサイクル系に要する配管系統が小型になるので、シ
ステムの小型化を図ることができる。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の一実施例に係る直接内部改質
方式の溶融炭酸塩型燃料電池システムの概略構成図であ
り、燃料極１と酸化剤極２とから成る燃料電池本体３
と、前記燃料極１に燃料ガス（メタン等の炭化水素ガ
ス）と水蒸気との混合ガスを供給する燃料供給配管４
と、前記燃料極１から排出される燃料排ガス中のＣＯを
水蒸気と反応させてＨ2 とＣＯ2 とにシフトさせるシフ
ト反応器５と、このシフト反応器５を通過した後の燃料
排ガスから水を分離する気水分離器６と、この気水分離
器６で水を分離した後の燃料排ガスから水素を吸着する
水素吸着槽７ａ・７ｂと、この水素吸着槽７ａ・７ｂへ
の燃料排ガスの供給・停止を司るストップ弁８ａ・８ｂ
と、前記水素吸着槽７ａ・７ｂの温度を一定に保つため
の熱交換器９ａ・９ｂと、前記水素吸着槽７ａ・７ｂで
吸着した水素を前記燃料極１に循環させる水素リサイク
ル配管１０と、酸化剤ガスを前記酸化剤極２にリサイク
ルする炭酸ガスリサイクル配管１１と、前記水素吸着槽
７ａ・７ｂで水素を吸着した後の燃料排ガスを前記炭酸
ガスリサイクル配管１１側に供給する流路切替弁１２ａ
（例えば、三方弁）と、前記水素吸着槽７ａ・７ｂで吸
着した水素を水素リサイクル配管１０側に供給する流路
切替弁１２ｂ（例えば、三方弁）と、前記水素吸着槽７
ａ・７ｂで水素を吸着した後の燃料排ガスを加圧してガ
ス混合器１３に供給するブロア１４と、触媒燃焼器１５
に空気を供給するブロワ１６とから主に構成されてい
る。尚、前記燃料極１のガス流路（図示せず）には改質
触媒が設置されている。
方式の溶融炭酸塩型燃料電池システムの概略構成図であ
り、燃料極１と酸化剤極２とから成る燃料電池本体３
と、前記燃料極１に燃料ガス（メタン等の炭化水素ガ
ス）と水蒸気との混合ガスを供給する燃料供給配管４
と、前記燃料極１から排出される燃料排ガス中のＣＯを
水蒸気と反応させてＨ2 とＣＯ2 とにシフトさせるシフ
ト反応器５と、このシフト反応器５を通過した後の燃料
排ガスから水を分離する気水分離器６と、この気水分離
器６で水を分離した後の燃料排ガスから水素を吸着する
水素吸着槽７ａ・７ｂと、この水素吸着槽７ａ・７ｂへ
の燃料排ガスの供給・停止を司るストップ弁８ａ・８ｂ
と、前記水素吸着槽７ａ・７ｂの温度を一定に保つため
の熱交換器９ａ・９ｂと、前記水素吸着槽７ａ・７ｂで
吸着した水素を前記燃料極１に循環させる水素リサイク
ル配管１０と、酸化剤ガスを前記酸化剤極２にリサイク
ルする炭酸ガスリサイクル配管１１と、前記水素吸着槽
７ａ・７ｂで水素を吸着した後の燃料排ガスを前記炭酸
ガスリサイクル配管１１側に供給する流路切替弁１２ａ
（例えば、三方弁）と、前記水素吸着槽７ａ・７ｂで吸
着した水素を水素リサイクル配管１０側に供給する流路
切替弁１２ｂ（例えば、三方弁）と、前記水素吸着槽７
ａ・７ｂで水素を吸着した後の燃料排ガスを加圧してガ
ス混合器１３に供給するブロア１４と、触媒燃焼器１５
に空気を供給するブロワ１６とから主に構成されてい
る。尚、前記燃料極１のガス流路（図示せず）には改質
触媒が設置されている。
【００１３】前記水素吸着槽７ａ・７ｂには水素吸蔵合
金が充填されており、シフト反応器５及び気水分離器６
を通過した後の燃料排ガス中の水素のみを選択的に吸着
する。この水素吸蔵合金はある温度になると一定の圧力
で水素を吸蔵するプラトーと呼ばれる平坦部分を有する
が、これは水素吸蔵合金の種類によって異なるため水素
吸着槽７ａ・７ｂでの水素吸着量も水素吸蔵合金の種類
によって決定される。ここでは、燃料排ガス中の水素濃
度が５〜２０％程度であることから、室温で0.０１ａｔ
ｍの平衡圧を有するミッシュメタル−Ｎｉ系の水素吸蔵
合金を用いた。このミッシュメタル−Ｎｉ系の合金を用
いた場合には、水素吸着糟７ａ・７ｂの排出側の水素濃
度が爆発下限界の1/4 程度である１％程度にまで低減す
る。尚、水素吸蔵合金による水素吸着反応は発熱反応で
あるが、水素吸着糟７ａ・７ｂに設置した熱交換器９ａ
・９ｂに室温程度の冷却水を供給して反応熱を除去する
ことにより、水素吸蔵合金の温度を室温付近に略一定に
保つことができる。
金が充填されており、シフト反応器５及び気水分離器６
を通過した後の燃料排ガス中の水素のみを選択的に吸着
する。この水素吸蔵合金はある温度になると一定の圧力
で水素を吸蔵するプラトーと呼ばれる平坦部分を有する
が、これは水素吸蔵合金の種類によって異なるため水素
吸着槽７ａ・７ｂでの水素吸着量も水素吸蔵合金の種類
によって決定される。ここでは、燃料排ガス中の水素濃
度が５〜２０％程度であることから、室温で0.０１ａｔ
ｍの平衡圧を有するミッシュメタル−Ｎｉ系の水素吸蔵
合金を用いた。このミッシュメタル−Ｎｉ系の合金を用
いた場合には、水素吸着糟７ａ・７ｂの排出側の水素濃
度が爆発下限界の1/4 程度である１％程度にまで低減す
る。尚、水素吸蔵合金による水素吸着反応は発熱反応で
あるが、水素吸着糟７ａ・７ｂに設置した熱交換器９ａ
・９ｂに室温程度の冷却水を供給して反応熱を除去する
ことにより、水素吸蔵合金の温度を室温付近に略一定に
保つことができる。
【００１４】以下、上記の如く構成された溶融炭酸塩型
燃料電池システムの作動について具体的に説明する。先
ず、燃料ガス（メタン等の炭化水素ガス）と水蒸気との
混合ガスを燃料供給配管４を介して燃料極１に供給する
と、燃料極１のガス流路に設置した改質触媒によって水
素と炭酸ガスとに改質される。この場合、燃料として導
入された炭化水素ガスは、改質触媒によって略１００％
水素に改質される。そして、電池反応によって水素が消
費され、水と炭酸ガスとが排出される。また、これとは
別の反応でＨ2 ，ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏの混合ガスは熱力学的
な平衡組成になり、Ｈ2 ，ＣＯ，ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏの混合
ガスとなる。その後、この４種の混合ガス（Ｈ2 ，Ｃ
Ｏ，ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏ）は、シフト反応器５によって３種
の混合ガス（Ｈ2 ，ＣＯ2，Ｈ2 Ｏ）に変化し、更に気
水分離器６によって水が分離され２種の混合ガス
（Ｈ2 ，ＣＯ2 ）になる。
燃料電池システムの作動について具体的に説明する。先
ず、燃料ガス（メタン等の炭化水素ガス）と水蒸気との
混合ガスを燃料供給配管４を介して燃料極１に供給する
と、燃料極１のガス流路に設置した改質触媒によって水
素と炭酸ガスとに改質される。この場合、燃料として導
入された炭化水素ガスは、改質触媒によって略１００％
水素に改質される。そして、電池反応によって水素が消
費され、水と炭酸ガスとが排出される。また、これとは
別の反応でＨ2 ，ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏの混合ガスは熱力学的
な平衡組成になり、Ｈ2 ，ＣＯ，ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏの混合
ガスとなる。その後、この４種の混合ガス（Ｈ2 ，Ｃ
Ｏ，ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏ）は、シフト反応器５によって３種
の混合ガス（Ｈ2 ，ＣＯ2，Ｈ2 Ｏ）に変化し、更に気
水分離器６によって水が分離され２種の混合ガス
（Ｈ2 ，ＣＯ2 ）になる。
【００１５】次に、何れか一方のストップ弁を開弁する
と共に他方のストップ弁を閉弁する。例えば、ストップ
弁８ａを開弁すると混合ガス（Ｈ2 ，ＣＯ2 ）が水素吸
着槽７ａに供給され、水素吸蔵合金の吸着過程によって
水素のみが選択的に吸着される。ここでは、燃料排ガス
中の水素濃度が５〜２０％程度であることから、室温で
0.０１ａｔｍの平衡圧を有するミッシュメタル−Ｎｉ系
の水素吸蔵合金を用いているので、水素吸着糟７ａ・７
ｂの排出側の水素濃度が爆発下限界の1/4 程度である１
％程度にまで低減する。
と共に他方のストップ弁を閉弁する。例えば、ストップ
弁８ａを開弁すると混合ガス（Ｈ2 ，ＣＯ2 ）が水素吸
着槽７ａに供給され、水素吸蔵合金の吸着過程によって
水素のみが選択的に吸着される。ここでは、燃料排ガス
中の水素濃度が５〜２０％程度であることから、室温で
0.０１ａｔｍの平衡圧を有するミッシュメタル−Ｎｉ系
の水素吸蔵合金を用いているので、水素吸着糟７ａ・７
ｂの排出側の水素濃度が爆発下限界の1/4 程度である１
％程度にまで低減する。
【００１６】続いて、流路切替弁１２ａを酸化剤極２側
に切り替えて、前記燃料排ガスガスをブロワ１４を介し
て触媒燃焼器１５に供給すると共に、ブロワ１６によっ
て最適の空気を供給する。そして、触媒燃焼器１５によ
って燃料排ガス中の可燃性ガスを燃焼除去した後、炭酸
ガスと空気とを酸化剤ガスとして炭酸ガスリサイクル配
管１１を介して酸化剤極２に供給する。
に切り替えて、前記燃料排ガスガスをブロワ１４を介し
て触媒燃焼器１５に供給すると共に、ブロワ１６によっ
て最適の空気を供給する。そして、触媒燃焼器１５によ
って燃料排ガス中の可燃性ガスを燃焼除去した後、炭酸
ガスと空気とを酸化剤ガスとして炭酸ガスリサイクル配
管１１を介して酸化剤極２に供給する。
【００１７】ところで、水素吸着槽７ａ内に充填された
水素吸蔵合金の吸着過程の終了を水素吸着槽７ａ内の急
激な圧力上昇によって検知すると、ストップ弁８ａを閉
弁して水素吸着槽７ａ側の燃料排ガスの供給を停止する
と共に、ストップ弁８ｂを開弁して水素吸着槽７ｂ側に
燃料排ガスを供給させる。これに伴って、水素吸着槽７
ｂからの燃料排ガスが酸化剤極２側に供給されるよう三
方弁１２ａを開弁すると共に、水素吸着槽７ａから水素
リサイクル配管１０側に水素が供給されるように三方弁
１２ｂを開弁する。これによって、水素吸着槽７ｂ側で
も前記水素吸着槽７ａ内と同様に水素の吸着が行われ
る。
水素吸蔵合金の吸着過程の終了を水素吸着槽７ａ内の急
激な圧力上昇によって検知すると、ストップ弁８ａを閉
弁して水素吸着槽７ａ側の燃料排ガスの供給を停止する
と共に、ストップ弁８ｂを開弁して水素吸着槽７ｂ側に
燃料排ガスを供給させる。これに伴って、水素吸着槽７
ｂからの燃料排ガスが酸化剤極２側に供給されるよう三
方弁１２ａを開弁すると共に、水素吸着槽７ａから水素
リサイクル配管１０側に水素が供給されるように三方弁
１２ｂを開弁する。これによって、水素吸着槽７ｂ側で
も前記水素吸着槽７ａ内と同様に水素の吸着が行われ
る。
【００１８】また、システム内で発生する１００℃程度
の低レベルの熱を熱交換器９ａを介して水素吸着槽７ａ
内の水素吸蔵合金に供給すると水素吸蔵合金のプラトー
圧力が大気圧以上に上昇するので、供給された熱量に見
合う脱水素化反応が進行して高純度の水素が放出され
る。この高純度の水素は水素リサイクル配管１０を介し
て燃料極１に供給されるため、燃料の制約が可能であ
る。
の低レベルの熱を熱交換器９ａを介して水素吸着槽７ａ
内の水素吸蔵合金に供給すると水素吸蔵合金のプラトー
圧力が大気圧以上に上昇するので、供給された熱量に見
合う脱水素化反応が進行して高純度の水素が放出され
る。この高純度の水素は水素リサイクル配管１０を介し
て燃料極１に供給されるため、燃料の制約が可能であ
る。
【００１９】その後、水素吸着槽７ｂ内に充填された水
素吸蔵合金の吸着過程の終了を水素吸着槽７ｂ内の急激
な圧力上昇によって検知すると共に、水素吸着槽７ａ内
に充填された水素吸蔵合金の再生過程の終了を水素吸着
槽７ａ内の急激な圧力低下によって検知すると、ストッ
プ弁８ｂを閉弁して水素吸着槽７ｂ側への燃料排ガスの
供給を停止すると共に、ストップ弁８ａを開弁して水素
吸着槽７ａ側に燃料排ガスを供給する。すると、水素吸
着槽７ａ内に充填された水素吸蔵合金が再生過程から吸
着過程へと移行すると共に、水素吸着槽７ｂ内に充填さ
れた水素吸蔵合金が吸着過程から再生過程へと移行す
る。以後は上述の動作を繰り返し行う。
素吸蔵合金の吸着過程の終了を水素吸着槽７ｂ内の急激
な圧力上昇によって検知すると共に、水素吸着槽７ａ内
に充填された水素吸蔵合金の再生過程の終了を水素吸着
槽７ａ内の急激な圧力低下によって検知すると、ストッ
プ弁８ｂを閉弁して水素吸着槽７ｂ側への燃料排ガスの
供給を停止すると共に、ストップ弁８ａを開弁して水素
吸着槽７ａ側に燃料排ガスを供給する。すると、水素吸
着槽７ａ内に充填された水素吸蔵合金が再生過程から吸
着過程へと移行すると共に、水素吸着槽７ｂ内に充填さ
れた水素吸蔵合金が吸着過程から再生過程へと移行す
る。以後は上述の動作を繰り返し行う。
【００２０】このように、水素吸着槽７ａ・７ｂ内の圧
力変化に応じて水素吸蔵合金の再生過程及び吸着過程を
交互に繰り返して行うことにより、効率よく発電を行う
ことが可能である。尚、水素吸着量と水素放出量とが異
なる運転条件の場合には、水素吸着槽を新たに１台追加
し、これをバッファーとして利用することにより連続運
転を円滑に行うことが可能になる。
力変化に応じて水素吸蔵合金の再生過程及び吸着過程を
交互に繰り返して行うことにより、効率よく発電を行う
ことが可能である。尚、水素吸着量と水素放出量とが異
なる運転条件の場合には、水素吸着槽を新たに１台追加
し、これをバッファーとして利用することにより連続運
転を円滑に行うことが可能になる。
【００２１】上記実施例によれば、高純度の水素を水素
リサイクル配管１０を介して燃料極１に供給することが
できるため，従来のように多量のガスを循環させるため
の大型のブロワ等が不要になる。また、システム内で発
生する余剰熱を水素吸蔵合金に供給することにより、高
純度の水素をリサイクルすることができるので、従来の
ような昇圧機等が不要になる。その結果、水素リサイク
ル系に要する配管系統が小型になるので、システムの小
型化を図ることができる。
リサイクル配管１０を介して燃料極１に供給することが
できるため，従来のように多量のガスを循環させるため
の大型のブロワ等が不要になる。また、システム内で発
生する余剰熱を水素吸蔵合金に供給することにより、高
純度の水素をリサイクルすることができるので、従来の
ような昇圧機等が不要になる。その結果、水素リサイク
ル系に要する配管系統が小型になるので、システムの小
型化を図ることができる。
【００２２】
【発明の効果】以上の本発明によれば、触媒燃焼器より
も上流側に水素吸着手段が設けられているので、触媒燃
焼器で燃焼処理する水素ガスの濃度が、例えば爆発下限
界の1/4 程度にまで低減する。したがって、触媒燃焼器
で燃焼処理する水素ガスが低濃度になり、しかも低濃度
の水素ガスを安定して供給されるので、触媒燃焼器の駆
動条件が安定する。これに伴って、触媒燃焼器に供給す
る空気の量も安定するので、ブロワの駆動条件も安定
し、本来酸化剤ガスとして必要な空気を適切に供給する
ことができる。これらの結果、電池の運転条件の変化に
よらずに常に安定して電池を運転させることが可能にな
る。
も上流側に水素吸着手段が設けられているので、触媒燃
焼器で燃焼処理する水素ガスの濃度が、例えば爆発下限
界の1/4 程度にまで低減する。したがって、触媒燃焼器
で燃焼処理する水素ガスが低濃度になり、しかも低濃度
の水素ガスを安定して供給されるので、触媒燃焼器の駆
動条件が安定する。これに伴って、触媒燃焼器に供給す
る空気の量も安定するので、ブロワの駆動条件も安定
し、本来酸化剤ガスとして必要な空気を適切に供給する
ことができる。これらの結果、電池の運転条件の変化に
よらずに常に安定して電池を運転させることが可能にな
る。
【００２３】加えて、高濃度の水素ガスを触媒燃焼する
ためや，触媒燃焼器を冷却するために触媒燃焼器に過剰
の空気を供給する必要がないので、ブロワが小型になる
と共に、ブロワを駆動するための補機動力も低減する。
その結果、システムが小型化すると共に、システム効率
が向上する。
ためや，触媒燃焼器を冷却するために触媒燃焼器に過剰
の空気を供給する必要がないので、ブロワが小型になる
と共に、ブロワを駆動するための補機動力も低減する。
その結果、システムが小型化すると共に、システム効率
が向上する。
【図１】本発明の一実施例に係る溶融炭酸塩型燃料電池
システムの概略構成図である。
システムの概略構成図である。
【図２】従来の溶融炭酸塩型燃料電池システムの概略構
成図である。
成図である。
【符号の説明】 １ 燃料極 ２ 酸化剤極 ７ａ・７ｂ 水素吸着手段 １１ 炭酸ガスリサイクル系 １５ 触媒燃焼器
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料極から排出される燃料排ガス中の炭
酸ガスを酸化剤極にリサイクルする炭酸ガスリサイクル
系に、燃料排ガス中の可燃性ガスを燃焼処理する触媒燃
焼器を備えた溶融炭酸塩型燃料電池システムにおいて、 前記炭酸ガスリサイクル系の触媒燃焼器よりも上流側
に、燃料排ガス中の水素を吸着する水素吸着手段を少な
くとも一つ設けたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電
池システム。 - 【請求項２】 前記水素吸着手段で吸着した水素を燃料
極にリサイクルする水素リサイクル系を、更に備えたこ
とを特徴とする請求項１記載の溶融炭酸塩型燃料電池シ
ステム。 - 【請求項３】 前記水素吸着手段は水素吸蔵合金である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の溶融炭酸
塩型燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5064102A JPH06275291A (ja) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | 溶融炭酸塩型燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5064102A JPH06275291A (ja) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | 溶融炭酸塩型燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275291A true JPH06275291A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=13248383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5064102A Pending JPH06275291A (ja) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | 溶融炭酸塩型燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06275291A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002173305A (ja) * | 2000-12-05 | 2002-06-21 | Tokyo Gas Co Ltd | 水素製造装置 |
| US6846584B2 (en) | 2001-07-12 | 2005-01-25 | Co2 Solution Inc. | Process for generating electricity with a hydrogen fuel cell |
| JP2005129536A (ja) * | 2003-10-27 | 2005-05-19 | Robert Bosch Gmbh | 燃料電池システム内の改質器のためのバーナ |
| JP2007018907A (ja) * | 2005-07-08 | 2007-01-25 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 発電システム |
| JP2008108621A (ja) * | 2006-10-26 | 2008-05-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システムとその二酸化炭素回収方法 |
| JP2008108620A (ja) * | 2006-10-26 | 2008-05-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システムとその二酸化炭素回収方法 |
| EP2127005A1 (en) * | 2007-02-05 | 2009-12-02 | Fuelcell Energy, Inc. | Integrated fuel cell and heat engine hybrid system for high efficiency power generation |
| KR101397092B1 (ko) * | 2012-12-28 | 2014-05-19 | 포스코에너지 주식회사 | 발전 시스템 |
-
1993
- 1993-03-23 JP JP5064102A patent/JPH06275291A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002173305A (ja) * | 2000-12-05 | 2002-06-21 | Tokyo Gas Co Ltd | 水素製造装置 |
| US6846584B2 (en) | 2001-07-12 | 2005-01-25 | Co2 Solution Inc. | Process for generating electricity with a hydrogen fuel cell |
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| JP2008108620A (ja) * | 2006-10-26 | 2008-05-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システムとその二酸化炭素回収方法 |
| EP2127005A1 (en) * | 2007-02-05 | 2009-12-02 | Fuelcell Energy, Inc. | Integrated fuel cell and heat engine hybrid system for high efficiency power generation |
| EP2127005A4 (en) * | 2007-02-05 | 2011-03-30 | Fuelcell Energy Inc | INTEGRATED FUEL CELL AND THERMAL ENGINE HYBRID SYSTEM FOR HIGH-EFFICIENCY POWER GENERATION |
| KR101397092B1 (ko) * | 2012-12-28 | 2014-05-19 | 포스코에너지 주식회사 | 발전 시스템 |
| WO2014104526A1 (ko) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | 포스코에너지 주식회사 | 발전 시스템 |
| JP2016505197A (ja) * | 2012-12-28 | 2016-02-18 | ポスコエナジー株式会社Ｐｏｓｃｏｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 発電システム |
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