JPH0628168B2 - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
- Publication number
- JPH0628168B2 JPH0628168B2 JP58080739A JP8073983A JPH0628168B2 JP H0628168 B2 JPH0628168 B2 JP H0628168B2 JP 58080739 A JP58080739 A JP 58080739A JP 8073983 A JP8073983 A JP 8073983A JP H0628168 B2 JPH0628168 B2 JP H0628168B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- fuel cell
- steam
- supply system
- reforming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- Y—GENERAL 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
- 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
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料電池発電システムに係り、燃料電池本体
と、燃料を改質するための燃料改質系統と、特に燃料改
質に必要なスチームを前記改質系統に供給するためのス
チーム供給系統と、燃料電池の酸化剤としての空気を前
記燃料電池本体に供給するための空気供給系統とを有す
る燃料電池発電システムの改良に関する。
と、燃料を改質するための燃料改質系統と、特に燃料改
質に必要なスチームを前記改質系統に供給するためのス
チーム供給系統と、燃料電池の酸化剤としての空気を前
記燃料電池本体に供給するための空気供給系統とを有す
る燃料電池発電システムの改良に関する。
この種の燃料電池発電システムの従来の構成を第１図に
示す。第１図において１は燃料改質系統で、この系統は
リホーマ１ｂと、１段または複数段のＣＯ変成器１ｃを
有している。２は空気供給系統であつて、膨張タービン
２ａ、この膨張タービン２ａと連動するコンプレツサ２
ｂを有している。３は燃料電池本体、４はスチーム供給
系統、４ａはスチームセパレータで燃料電池本体３で発
生する熱をライン２４，２５の冷却水より奪い、フラツ
シングによりスチームと水とを分離するもの、５は電池
燃料入口の水素分圧を高くするための気水分離器、６は
電池酸化剤排ガス中の生成水除去用気水分離器、７は気
水分離器５，６からの回収水の処理と電池冷却水補充供
給用の装置（単に水処理供給装置という）である。
示す。第１図において１は燃料改質系統で、この系統は
リホーマ１ｂと、１段または複数段のＣＯ変成器１ｃを
有している。２は空気供給系統であつて、膨張タービン
２ａ、この膨張タービン２ａと連動するコンプレツサ２
ｂを有している。３は燃料電池本体、４はスチーム供給
系統、４ａはスチームセパレータで燃料電池本体３で発
生する熱をライン２４，２５の冷却水より奪い、フラツ
シングによりスチームと水とを分離するもの、５は電池
燃料入口の水素分圧を高くするための気水分離器、６は
電池酸化剤排ガス中の生成水除去用気水分離器、７は気
水分離器５，６からの回収水の処理と電池冷却水補充供
給用の装置（単に水処理供給装置という）である。
第１図において、燃料電池本体３に必要な水素は、原料
供給ライン１ａからの天然ガス、メタノール等を用い
て、スチームライン２６からのスチームと混合し、リホ
ーマ１ｂにおける触媒反応により水素に改質される。こ
のときに必要なスチーム量は通常、燃料に対して３〜４
倍の過剰スチーム量である。
供給ライン１ａからの天然ガス、メタノール等を用い
て、スチームライン２６からのスチームと混合し、リホ
ーマ１ｂにおける触媒反応により水素に改質される。こ
のときに必要なスチーム量は通常、燃料に対して３〜４
倍の過剰スチーム量である。
このようにしてリホーマ１ｂで得られる改質ガス中に
は、ＣＯが多量に残存しており、この量が多いと、燃料
電池本体３に使用している白金触媒が被着し、電池反応
が阻害されるため、ＣＯ量を下げる必要がある。そこ
で、１段または複数段のＣＯ変成器１ｃを通して、ＣＯ
を水素に変成した後気水分離器５を経て燃料供給ライン
１３から燃料電池本体３へ供給する。酸化剤である空気
は、前記リホーマ１ｂの燃焼排ガスの高温高圧のガスを
動力源としてタービン２ａを駆動し、同軸で連続された
コンプレツサ２ｂにより空気供給ライン１６を経て燃料
電池本体３に供給される。この酸化剤は電池内で消費さ
れ、逆に電池反応から生ずる生成水と一緒に電池カソー
ドから空気排出ライン１７を経て排出される。この生成
水は熱交換器で冷却し気水分離器６により分離し、ライ
ン２２を介して水処理供給装置７へ回収される。しかし
ながら、この気水分離により、電池カソードからの排ガ
スの熱が放出されるため、システム全体の熱効率が低下
することになる。
は、ＣＯが多量に残存しており、この量が多いと、燃料
電池本体３に使用している白金触媒が被着し、電池反応
が阻害されるため、ＣＯ量を下げる必要がある。そこ
で、１段または複数段のＣＯ変成器１ｃを通して、ＣＯ
を水素に変成した後気水分離器５を経て燃料供給ライン
１３から燃料電池本体３へ供給する。酸化剤である空気
は、前記リホーマ１ｂの燃焼排ガスの高温高圧のガスを
動力源としてタービン２ａを駆動し、同軸で連続された
コンプレツサ２ｂにより空気供給ライン１６を経て燃料
電池本体３に供給される。この酸化剤は電池内で消費さ
れ、逆に電池反応から生ずる生成水と一緒に電池カソー
ドから空気排出ライン１７を経て排出される。この生成
水は熱交換器で冷却し気水分離器６により分離し、ライ
ン２２を介して水処理供給装置７へ回収される。しかし
ながら、この気水分離により、電池カソードからの排ガ
スの熱が放出されるため、システム全体の熱効率が低下
することになる。
一方、燃料電池本体３においては、電池反応、すなわち
発生電圧は燃料電池本体３内に入つてくる燃料ガス中の
水素分圧に依存し、水素分圧が高い程発生電圧が高くな
る。このため、ＣＯ変成器１ｃを通して得られる改質ガ
ス中の水素分圧を高くする必要がある。しかし改質ガス
中にはリホーマ１ｂでスチームが過剰に混合するため、
残存スチーム量が多く水素分圧を下げており、このため
に燃料ガス中のスチームを除去するため熱交換器による
気水分離器５により冷却している。この冷却による放熱
によつてもシステムの熱効率を低下することになる。
発生電圧は燃料電池本体３内に入つてくる燃料ガス中の
水素分圧に依存し、水素分圧が高い程発生電圧が高くな
る。このため、ＣＯ変成器１ｃを通して得られる改質ガ
ス中の水素分圧を高くする必要がある。しかし改質ガス
中にはリホーマ１ｂでスチームが過剰に混合するため、
残存スチーム量が多く水素分圧を下げており、このため
に燃料ガス中のスチームを除去するため熱交換器による
気水分離器５により冷却している。この冷却による放熱
によつてもシステムの熱効率を低下することになる。
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消し、
システムの熱効率を向上させることができる燃料電池発
電システムを提供することにある。
システムの熱効率を向上させることができる燃料電池発
電システムを提供することにある。
上記目的は、燃料電池本体と、燃料を改質するリホーマ
を有する燃料改質系統と、該燃料を前記燃料電池本体に
供給する燃料供給系統と、燃料改質に必要なスチームを
前記燃料改質系統に供給するためのスチーム供給系統
と、燃料電池の酸化剤としての空気を前記燃料電池本体
に供給するための空気供給系統と、該空気を前記燃料電
池から排出し、前記燃料改質系統に供給するカソード排
ガス供給系統とを有する燃料電池発電システムにおい
て、前記カソード排ガス供給系統または前記燃料供給系
統の少なくとも一方の系統の途中に前記カソード排ガス
または前記燃料を、その温度に対する飽和水蒸気圧以上
に加圧して、そのガス中に含まれているスチームを凝縮
液化し、該スチームを除去する圧縮機を設けたことによ
り達成される。
を有する燃料改質系統と、該燃料を前記燃料電池本体に
供給する燃料供給系統と、燃料改質に必要なスチームを
前記燃料改質系統に供給するためのスチーム供給系統
と、燃料電池の酸化剤としての空気を前記燃料電池本体
に供給するための空気供給系統と、該空気を前記燃料電
池から排出し、前記燃料改質系統に供給するカソード排
ガス供給系統とを有する燃料電池発電システムにおい
て、前記カソード排ガス供給系統または前記燃料供給系
統の少なくとも一方の系統の途中に前記カソード排ガス
または前記燃料を、その温度に対する飽和水蒸気圧以上
に加圧して、そのガス中に含まれているスチームを凝縮
液化し、該スチームを除去する圧縮機を設けたことによ
り達成される。
以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
第２図は本発明の一実施例を示すシステム構成図であつ
て、第１図に示す従来例と異なる点は第１図の熱交換に
よる気水分離器６の代りに圧縮器２７を設けていること
である。したがつて第２図における他の構成部分は第１
図と同一符号で示している。
て、第１図に示す従来例と異なる点は第１図の熱交換に
よる気水分離器６の代りに圧縮器２７を設けていること
である。したがつて第２図における他の構成部分は第１
図と同一符号で示している。
本実施例において、燃料電池本体３からのカソード排ガ
スはライン１７より圧縮器２７に導かれ、ここでカソー
ド排ガスの温度に対する飽和水蒸気圧以上に加圧され、
排ガス中のスチームは凝縮液化して排ガス中より除去さ
れ、水ライン２２より水処理供給装置７に導入される。
空気供給系の膨張タービン２ａは、リホーマ１ｂの燃焼
廃ガスのもつ高温、高圧のエネルギーで駆動させるもの
であるが、このエネルギーである圧力は、電池３からの
排ガスを燃焼させて得られるため、ライン１４，１７，
１８における圧損の大小により、動力が左右されること
になる。
スはライン１７より圧縮器２７に導かれ、ここでカソー
ド排ガスの温度に対する飽和水蒸気圧以上に加圧され、
排ガス中のスチームは凝縮液化して排ガス中より除去さ
れ、水ライン２２より水処理供給装置７に導入される。
空気供給系の膨張タービン２ａは、リホーマ１ｂの燃焼
廃ガスのもつ高温、高圧のエネルギーで駆動させるもの
であるが、このエネルギーである圧力は、電池３からの
排ガスを燃焼させて得られるため、ライン１４，１７，
１８における圧損の大小により、動力が左右されること
になる。
このように燃料電池本体３のカソード排ガスラインに圧
縮機２７を設けることにより、前記圧力損失が大きくて
も加圧することができ、かつ断熱圧縮からカソード排ガ
ス中の生成水も除去できるものである。したがつて、圧
力損失の高低に影響なく、タービン２ａを十分駆動する
ことができ経済性の高い発電システムを得ることができ
る。
縮機２７を設けることにより、前記圧力損失が大きくて
も加圧することができ、かつ断熱圧縮からカソード排ガ
ス中の生成水も除去できるものである。したがつて、圧
力損失の高低に影響なく、タービン２ａを十分駆動する
ことができ経済性の高い発電システムを得ることができ
る。
第３図は本発明の他の実施例を示すシステム構成図であ
つて、第１図に示す従来例と異なる点は、第１図の熱交
換による気水分離器５の代りに圧縮機２８を設けている
ことである。したがつて第３図において他の構成部分は
第１図と同一符号で示している。
つて、第１図に示す従来例と異なる点は、第１図の熱交
換による気水分離器５の代りに圧縮機２８を設けている
ことである。したがつて第３図において他の構成部分は
第１図と同一符号で示している。
本実施例において、ＣＯ変成器１ｃからの燃料ガスはラ
イン１２から圧縮機２８に導かれ、ここで燃料ガスの温
度に対する飽和水蒸気圧以上に加圧され、ガス中のスチ
ームが凝縮液化してガス中より除去され、水ライン２１
より水処理供給装置７に導入される。
イン１２から圧縮機２８に導かれ、ここで燃料ガスの温
度に対する飽和水蒸気圧以上に加圧され、ガス中のスチ
ームが凝縮液化してガス中より除去され、水ライン２１
より水処理供給装置７に導入される。
本実施例において、ＣＯ変換器１ｃからの燃料の供給圧
が低くとも燃料ガスは圧縮機２８により加圧されるので
燃料電池本体３の運転圧力を高圧にすることができ、か
つ圧縮機２８により断熱圧縮から、燃料ガス中のスチー
ムを除去できる。したがつて燃料側の供給圧に影響され
ることなく燃料電池本体の運転圧力を高くできるので都
市ガスからの引き込みによる燃料供給も可能となり分散
発電所システムとして有利であり、燃料供給設備が簡単
なものとすることができる。以上本発明の実施例を説明
したが、さらに、圧縮機２７又は２８によるガス中のス
チームの除去について、具体的な数値例をあげて説明す
る。一般に、燃料電池本体に供給されるガスの温度は１
７０〜１８０〔℃〕であり、それに対する飽和水蒸気圧
は７〜９〔kg／cm2Ｇ〕である。ここで、温度が１７０
〔℃〕で、これに対する飽和水蒸気圧が７〔kg／cm
2Ｇ〕のガス中に含まれているスチームを除去するため
に、９〔kg／cm2Ｇ〕まで加圧したとする。この場合飽
和水蒸気圧９〔kg／cm2Ｇ〕に対するガス温度は１８０
〔℃〕であるので、ガス中に含まれているスチームは凝
縮し水となる。このように、ガス中からスチームを除去
することができるのである。
が低くとも燃料ガスは圧縮機２８により加圧されるので
燃料電池本体３の運転圧力を高圧にすることができ、か
つ圧縮機２８により断熱圧縮から、燃料ガス中のスチー
ムを除去できる。したがつて燃料側の供給圧に影響され
ることなく燃料電池本体の運転圧力を高くできるので都
市ガスからの引き込みによる燃料供給も可能となり分散
発電所システムとして有利であり、燃料供給設備が簡単
なものとすることができる。以上本発明の実施例を説明
したが、さらに、圧縮機２７又は２８によるガス中のス
チームの除去について、具体的な数値例をあげて説明す
る。一般に、燃料電池本体に供給されるガスの温度は１
７０〜１８０〔℃〕であり、それに対する飽和水蒸気圧
は７〜９〔kg／cm2Ｇ〕である。ここで、温度が１７０
〔℃〕で、これに対する飽和水蒸気圧が７〔kg／cm
2Ｇ〕のガス中に含まれているスチームを除去するため
に、９〔kg／cm2Ｇ〕まで加圧したとする。この場合飽
和水蒸気圧９〔kg／cm2Ｇ〕に対するガス温度は１８０
〔℃〕であるので、ガス中に含まれているスチームは凝
縮し水となる。このように、ガス中からスチームを除去
することができるのである。
以上のように本発明によれば、スチームの温度を低下さ
せることなく、カソード排ガス又は燃料ガス中のスチー
ムを除去できるので、システムの熱効率が向上する。
せることなく、カソード排ガス又は燃料ガス中のスチー
ムを除去できるので、システムの熱効率が向上する。
第１図は従来の燃料電池発電システム構成図、第２図お
よび第３図はそれぞれ本発明の実施例を示す燃料電池発
電システム構成図である。 １……燃料改質系統、１ｂ……リホーマ、１ｃ……ＣＯ
変成器、２……空気供給系統、２ａ……膨張タービン、 ２ｂ……コンプレツサ、３……燃料電池本体、４……ス
チーム供給系統、５，６……気水分離器、２７，２８…
…圧縮機。
よび第３図はそれぞれ本発明の実施例を示す燃料電池発
電システム構成図である。 １……燃料改質系統、１ｂ……リホーマ、１ｃ……ＣＯ
変成器、２……空気供給系統、２ａ……膨張タービン、 ２ｂ……コンプレツサ、３……燃料電池本体、４……ス
チーム供給系統、５，６……気水分離器、２７，２８…
…圧縮機。
Claims (1)
- 【請求項１】燃料電池本体と、燃料を改質するリホーマ
を有する燃料改質系統と、該燃料を前記燃料電池本体に
供給する燃料供給系統と、燃料改質に必要なスチームを
前記燃料改質系統に供給するためのスチーム供給系統
と、燃料電池の酸化剤としての空気を前記燃料電池本体
に供給するための空気供給系統と、該空気を前記燃料電
池から排出し、前記燃料改質系統に供給するカソード排
ガス供給系統とを有する燃料電池発電システムにおい
て、 前記カソード排ガス供給系統または前記燃料供給系統の
少なくとも一方の系統の途中に前記カソード排ガスまた
は前記燃料を、その温度に対する飽和水蒸気圧以上に加
圧して、そのガス中に含まれているスチームを凝縮液化
し、該スチームを除去する圧縮機を設けたことを特徴と
する燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58080739A JPH0628168B2 (ja) | 1983-05-11 | 1983-05-11 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58080739A JPH0628168B2 (ja) | 1983-05-11 | 1983-05-11 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59207566A JPS59207566A (ja) | 1984-11-24 |
| JPH0628168B2 true JPH0628168B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=13726759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58080739A Expired - Lifetime JPH0628168B2 (ja) | 1983-05-11 | 1983-05-11 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0628168B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6348774A (ja) * | 1986-08-14 | 1988-03-01 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料改質器の燃焼ガス制御装置 |
-
1983
- 1983-05-11 JP JP58080739A patent/JPH0628168B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59207566A (ja) | 1984-11-24 |
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