JPH0737602A - Gas recovery system of molten carbonate fuel cell - Google Patents
Gas recovery system of molten carbonate fuel cellInfo
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- JPH0737602A JPH0737602A JP5184851A JP18485193A JPH0737602A JP H0737602 A JPH0737602 A JP H0737602A JP 5184851 A JP5184851 A JP 5184851A JP 18485193 A JP18485193 A JP 18485193A JP H0737602 A JPH0737602 A JP H0737602A
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、簡単なシステム構成で
安全に運転することができる溶融炭酸塩燃料電池のガス
回収システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molten carbonate fuel cell gas recovery system which can be operated safely with a simple system configuration.
【0002】[0002]
【従来の技術】図3は、従来の溶融炭酸塩燃料電池の排
ガス回収システムの1例を示す構成図である。燃料電池
1は、電解質2とその両面にそれぞれ当接されるアノー
ド3及びカソード4とを有し、アノード3側に燃料ガス
を供給し、カソード4側に通例空気と炭酸ガスの混合ガ
スからなる酸化剤ガスを供給することにより、化学エネ
ルギーを電気化学的な反応によって直接電気エネルギー
に変換し電力を得るようにしている。アノード3側の排
ガスは、炭酸ガスと水の他に水素及び一酸化炭素からな
る可燃性ガスが残留し、この可燃性のガスを燃焼触媒5
を有する触媒燃焼装置6に導き、触媒燃焼装置6に供給
されるエアによって燃焼させ、その発生熱を回収すると
ともに、燃焼ガスを酸化剤ガスとしてカソード4に回
収、供給するようにしている。また、燃料電池の冷却の
ため、カソード4側の排ガスの一部をカソード4の入口
にリサイクルするカソードリサイクルライン7を設ける
のが一般的である。2. Description of the Related Art FIG. 3 is a block diagram showing an example of a conventional exhaust gas recovery system for a molten carbonate fuel cell. The fuel cell 1 has an electrolyte 2 and an anode 3 and a cathode 4 that are in contact with both sides of the electrolyte 2. The fuel cell 1 supplies fuel gas to the anode 3 side, and the cathode 4 side is usually composed of a mixed gas of air and carbon dioxide gas. By supplying an oxidant gas, chemical energy is directly converted into electric energy by an electrochemical reaction to obtain electric power. In the exhaust gas on the anode 3 side, in addition to carbon dioxide gas and water, flammable gas composed of hydrogen and carbon monoxide remains, and the flammable gas is burned by the combustion catalyst 5
Is introduced into the catalytic combustion apparatus 6 and burned by the air supplied to the catalytic combustion apparatus 6 to recover the generated heat and also to collect and supply the combustion gas as an oxidant gas to the cathode 4. Further, in order to cool the fuel cell, it is general to provide a cathode recycle line 7 for recycling a part of the exhaust gas on the cathode 4 side to the inlet of the cathode 4.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方式においては、触媒燃焼装置6においては、アノ
ード3の排気側の可燃性ガスと酸素が混合されるため、
可燃性ガスの濃度を爆発下限界以下に抑えるための構
造、制御が複雑になるという問題を有している。また、
燃焼触媒が劣化するという問題も有している。そこで、
アノード3の排気側の可燃性ガスをバーナにより直接、
燃焼させる方法が考えられるが、溶融炭酸塩燃料電池の
運転温度は約600〜700℃と低く、かつ、アノード
3の排気側の可燃性ガスの熱量が数100kcal/N
m3例えば200kcal/Nm3程度しかなく、通常の
バーナで燃焼させることは困難であった。However, in the above-mentioned conventional method, in the catalytic combustion device 6, the combustible gas on the exhaust side of the anode 3 is mixed with oxygen.
There is a problem that the structure and control for controlling the concentration of combustible gas below the lower explosion limit become complicated. Also,
There is also a problem that the combustion catalyst deteriorates. Therefore,
The combustible gas on the exhaust side of the anode 3 is directly burned by a burner.
Although a method of burning is considered, the operating temperature of the molten carbonate fuel cell is as low as about 600 to 700 ° C., and the amount of heat of the combustible gas on the exhaust side of the anode 3 is several hundred kcal / N.
m 3 is, for example, only about 200 kcal / Nm 3, and it was difficult to burn with a normal burner.
【0004】本発明は、上記問題を解決するものであっ
て、燃料電池のアノードの排ガスを蓄熱式燃焼装置によ
り燃焼可能にさせることにより、安全性の高い溶融炭酸
塩燃料電池のガス回収システムを提供することを目的と
する。The present invention solves the above problems and provides a highly safe gas recovery system for a molten carbonate fuel cell by making the exhaust gas from the anode of the fuel cell combustible by a heat storage type combustion device. The purpose is to provide.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、電
解質2と、電解質2の両面にそれぞれ当接されるアノー
ド3及びカソード4とを有し、アノード3側に燃料ガス
を供給し、カソード4側に酸化剤ガスを供給する溶融炭
酸塩燃料電池において、燃焼ハウジング8に設けられる
2つのガス通路9a、9bと、ガス通路9a、9b内に
配設されるおよび蓄熱体10a、10bおよびアノード
排ガス供給管11a、11bと、アノード3排気側とア
ノード排ガス供給管11a、11bを交互に接続可能に
する第1の切換手段12と、エアをガス通路9a、9b
に交互に接続可能にするとともに、ガス通路9a、9b
をカソード4給気側に交互に接続可能にする第2の切換
手段13とを備えることを特徴としている。なお、上記
構成に付加した番号は、本発明の理解を容易にするため
に図面と対比させるためのもので、これにより本発明の
構成が何ら限定されるものではない。To this end, the present invention has an electrolyte 2 and an anode 3 and a cathode 4 which are respectively in contact with both surfaces of the electrolyte 2, and a fuel gas is supplied to the anode 3 side to form a cathode. In a molten carbonate fuel cell that supplies an oxidant gas to the fourth side, two gas passages 9a and 9b provided in a combustion housing 8 and heat storage bodies 10a and 10b and an anode arranged in the gas passages 9a and 9b Exhaust gas supply pipes 11a, 11b, first switching means 12 for alternately connecting the exhaust side of the anode 3 and the anode exhaust gas supply pipes 11a, 11b, and air for gas passages 9a, 9b.
Can be alternately connected to the gas passages 9a, 9b
And a second switching means 13 for alternately connecting the cathode 4 to the supply side of the cathode 4. It should be noted that the numbers added to the above-mentioned configurations are for comparison with the drawings in order to facilitate understanding of the present invention, and the configurations of the present invention are not limited thereby.
【0006】[0006]
【作用】本発明においては、所定時間毎に燃焼がアノー
ド排ガス供給管で交互に起こり、蓄熱体が交互に加熱、
蓄熱されるため、アノード排ガス供給管から交互に供給
されるアノードの排ガスを自動的、かつ連続的に燃焼さ
せ、燃焼ガスをカソードに連続して供給することができ
る。In the present invention, combustion occurs alternately in the anode exhaust gas supply pipe at predetermined time intervals, and the heat storage bodies are alternately heated,
Since the heat is stored, the exhaust gas of the anode alternately supplied from the anode exhaust gas supply pipe can be automatically and continuously combusted, and the combustion gas can be continuously supplied to the cathode.
【0007】[0007]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は本発明の溶融炭酸塩燃料電池の排ガス回収
システムの1実施例を示す構成図である。燃料電池1
は、溶融アルカリ炭酸塩を電解質保持材に保持させた電
解質2と、この電解質2の両面にそれぞれ当接されるア
ノード3及びカソード4とを有し、燃料電池1を約60
0〜700℃で運転し、アノード3側に燃料ガスを供給
し、カソード4側に酸化剤ガスを供給する。前記燃料ガ
スとしては、例えば、炭化水素と水蒸気或いはこれを主
に水素及び一酸化炭素に改質したガスを用い、前記酸化
剤ガスとしては、触媒燃焼装置6から供給される空気と
炭酸ガスの混合ガスを用い、さらに、これにエア14を
混ぜてもよい。アノード3の排ガスは、蓄熱式燃焼装置
7に回収され、これに供給されるエア15によって燃焼
させ、燃焼ガスを酸化剤ガスとしてカソード4に供給す
るようにしている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an exhaust gas recovery system for a molten carbonate fuel cell of the present invention. Fuel cell 1
Has an electrolyte 2 in which a molten alkali carbonate is held by an electrolyte holding material, and an anode 3 and a cathode 4 which are in contact with both surfaces of the electrolyte 2, respectively, and the fuel cell 1 has about 60
The fuel gas is supplied to the anode 3 side and the oxidant gas is supplied to the cathode 4 side by operating at 0 to 700 ° C. As the fuel gas, for example, hydrocarbon and water vapor or a gas obtained by mainly reforming it into hydrogen and carbon monoxide is used, and as the oxidant gas, air and carbon dioxide gas supplied from the catalytic combustion device 6 are used. A mixed gas may be used, and the air 14 may be mixed therein. The exhaust gas from the anode 3 is collected by the regenerative combustion device 7, burned by the air 15 supplied thereto, and the combustion gas is supplied to the cathode 4 as an oxidant gas.
【0008】前記蓄熱式燃焼装置7は、燃焼ハウジング
8と、燃焼ハウジング8に設けられる2つのガス通路9
a、9bと、ガス通路9a、9b内に配設されるおよび
蓄熱体10a、10bおよびアノード排ガス供給管11
a、11bとからなり、アノード排ガス供給管11a、
11bは、第1の切換弁12を介してアノード3の排気
側に接続され、ガス通路9a、9bは、第2の切換弁1
3を介してカソード4の給気側に接続されている。な
お、図1の実施例では、第1の切換弁12は三方切換弁
の例を示し、第2の切換弁13は四方切換弁の例を示し
ているが、これに限定されるものではなく、種々の切換
弁の組み合わせを採用できる。要するに、第1の切換弁
12は、アノード排気側とアノード排ガス供給管11
a、11bを交互に接続可能にする第1の切換手段であ
り、第2の切換弁13は、エアをガス通路9a、9bに
交互に接続可能にするとともに、ガス通路9a、9bを
カソード給気側に交互に接続可能にする第2の切換手段
である。The heat storage type combustion device 7 includes a combustion housing 8 and two gas passages 9 provided in the combustion housing 8.
a, 9b, the heat storage bodies 10a, 10b arranged in the gas passages 9a, 9b, and the anode exhaust gas supply pipe 11
a and 11b, and the anode exhaust gas supply pipe 11a,
11b is connected to the exhaust side of the anode 3 via the first switching valve 12, and the gas passages 9a and 9b are connected to the second switching valve 1
It is connected to the air supply side of the cathode 4 via 3. In the embodiment of FIG. 1, the first switching valve 12 is a three-way switching valve and the second switching valve 13 is a four-way switching valve. However, the present invention is not limited to this. A combination of various switching valves can be adopted. In short, the first switching valve 12 includes the anode exhaust side and the anode exhaust gas supply pipe 11
The second switching valve 13 is a first switching means that allows the a and 11b to be alternately connected, and the second switching valve 13 allows the air to be alternately connected to the gas passages 9a and 9b, and the gas passages 9a and 9b to be connected to the cathode supply. It is the second switching means that enables the alternate connection to the air side.
【0009】上記構成からなる本発明の作用について説
明する。先ず、第1の切換弁12および第2の切換弁1
3が、図1の状態では、アノード3の排ガスは、実線矢
印に示すように、第1の切換弁12、アノード排ガス供
給管11aを通って燃焼ハウジング8に供給され、エア
は、第2の切換弁13、ガス通路9a、蓄熱体10aを
通って燃焼ハウジング8に供給される。蓄熱体10aは
前回の排気時に高温に蓄熱されており、この蓄熱体10
aによってエア15は低カロリーのガスが自燃できる温
度まで加熱される。こうしてアノード排ガスは燃焼ハウ
ジング8内で燃焼され、燃焼ガスは、ガス通路9b側の
蓄熱体10bを通って排気され、その熱が蓄熱体10b
に蓄熱されるとともに、燃焼ガスは、ガス通路9b、第
2の切換弁13を経てカソード4に酸化剤ガスとして供
給される。The operation of the present invention having the above structure will be described. First, the first switching valve 12 and the second switching valve 1
3, in the state of FIG. 1, the exhaust gas of the anode 3 is supplied to the combustion housing 8 through the first switching valve 12 and the anode exhaust gas supply pipe 11a as shown by the solid arrow, and the air is supplied to the second housing. It is supplied to the combustion housing 8 through the switching valve 13, the gas passage 9a, and the heat storage body 10a. The heat storage body 10a has been stored at a high temperature at the time of the previous exhaust, and this heat storage body 10a
The air 15 is heated by a to a temperature at which the low-calorie gas can self-combust. In this way, the anode exhaust gas is combusted in the combustion housing 8, the combustion gas is exhausted through the heat storage body 10b on the gas passage 9b side, and the heat is stored in the heat storage body 10b.
The heat of the combustion gas is stored, and the combustion gas is supplied to the cathode 4 as an oxidant gas through the gas passage 9b and the second switching valve 13.
【0010】所定時間後、第1の切換弁12が矢印A方
向に90゜、第2の切換弁13が矢印B方向に90゜回
動すると、アノード3の排ガスは、点線矢印に示すよう
に、第1の切換弁12、アノード排ガス供給管11bを
通って燃焼ハウジング8に供給され、エアは、第2の切
換弁13、ガス通路9b、蓄熱体10bを通って燃焼ハ
ウジング8に供給される。蓄熱体10bは前回の排気時
に高温に蓄熱されており、この蓄熱体10bによってエ
ア15は低カロリーのガスが自燃できる温度まで加熱さ
れる。こうしてアノード排ガスは燃焼ハウジング8内で
燃焼され、燃焼ガスは、ガス通路9a側の蓄熱体10a
を通って排気され、その熱が蓄熱体10aに蓄熱される
とともに、燃焼ガスは、ガス通路9a、第2の切換弁1
3を経てカソード4に酸化剤ガスとして供給される。After a predetermined time, when the first switching valve 12 is rotated 90 ° in the direction of arrow A and the second switching valve 13 is rotated 90 ° in the direction of arrow B, the exhaust gas from the anode 3 becomes as shown by the dotted arrow. , Is supplied to the combustion housing 8 through the first switching valve 12, the anode exhaust gas supply pipe 11b, and air is supplied to the combustion housing 8 through the second switching valve 13, the gas passage 9b, and the heat storage body 10b. . The heat storage body 10b is stored at a high temperature at the time of the previous exhaust, and the heat storage body 10b heats the air 15 to a temperature at which the low-calorie gas can self-combust. In this way, the anode exhaust gas is burned in the combustion housing 8, and the combustion gas is stored in the heat storage body 10a on the gas passage 9a side.
Is exhausted through the heat storage body 10a and the combustion gas is stored in the gas passage 9a and the second switching valve 1.
It is supplied as an oxidant gas to the cathode 4 via 3
【0011】以後、所定時間毎に第1および第2の切換
弁12、13が切り換えられ、燃焼がアノード排ガス供
給管11a側、11b側で交互に起こり、蓄熱体11
a、11bが交互に1000℃程度にまで加熱、蓄熱さ
れるため、アノード排ガス供給管11a、11bから交
互に供給されるアノード3の排ガスを自動的、かつ連続
的に燃焼させ、燃焼ガスをカソード4に連続して供給す
ることができる。After that, the first and second switching valves 12 and 13 are switched at predetermined time intervals, and combustion alternately occurs on the anode exhaust gas supply pipe 11a side and the anode exhaust gas supply side 11b side.
Since a and 11b are alternately heated and accumulated to about 1000 ° C., the exhaust gas of the anode 3 alternately supplied from the anode exhaust gas supply pipes 11a and 11b is automatically and continuously combusted, and the combustion gas is used as a cathode. 4 can be continuously supplied.
【0012】図2は、本発明における蓄熱式燃焼装置の
変形例を示す構成図である。前記実施例においては、ア
ノード排ガス供給管11a、11bをガス通路9a、9
bの軸方向に沿って蓄熱体10a、10bを貫通させる
ように設けているが、本例においては、アノード排ガス
供給管11a、11bの先端をガス通路9a、9bの外
周から蓄熱体10a、10bの前部に配置させている。
なお、アノード排ガス供給管11a、11bの先端を蓄
熱体10a、10bの後部に配置するようにしてもよ
い。FIG. 2 is a block diagram showing a modified example of the heat storage type combustion apparatus in the present invention. In the above embodiment, the anode exhaust gas supply pipes 11a and 11b are connected to the gas passages 9a and 9a.
Although the heat storage bodies 10a and 10b are provided so as to penetrate along the axial direction of b, in the present example, the tips of the anode exhaust gas supply pipes 11a and 11b are connected to the heat storage bodies 10a and 10b from the outer periphery of the gas passages 9a and 9b. It is placed in the front part of.
The tips of the anode exhaust gas supply pipes 11a and 11b may be arranged at the rear of the heat storage bodies 10a and 10b.
【0013】[0013]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、燃料電池のアノードの排ガスを蓄熱式燃焼装置
により燃焼可能にさせることにより、従来の触媒による
燃焼のように、爆発の恐れや触媒の劣化がない安全性の
高い、ガス回収システムを提供することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, by making the exhaust gas of the anode of the fuel cell combustible by the regenerative combustion device, there is a risk of explosion like combustion by a conventional catalyst. It is possible to provide a highly safe gas recovery system that does not cause deterioration of catalysts and catalysts.
【図1】本発明の溶融炭酸塩燃料電池の排ガス回収シス
テムの1実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an exhaust gas recovery system for a molten carbonate fuel cell of the present invention.
【図2】本発明における蓄熱式燃焼装置の変形例を示す
構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a modified example of the heat storage type combustion device in the present invention.
【図3】従来の溶融炭酸塩燃料電池の排ガス回収システ
ムの1例を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of an exhaust gas recovery system for a conventional molten carbonate fuel cell.
1…燃料電池、2…電解質、3…アノード、4…カソー
ド 7…蓄熱式燃焼装置、8…燃焼ハウジング 9a、9b…ガス通路、10a、10b…蓄熱体 11a、11b…アノード排ガス供給管、12…第1の
切換手段 13…第2の切換手段、14、15…エアDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... Electrolyte, 3 ... Anode, 4 ... Cathode 7 ... Heat storage type combustion device, 8 ... Combustion housing 9a, 9b ... Gas passage, 10a, 10b ... Heat storage body 11a, 11b ... Anode exhaust gas supply pipe, 12 ... first switching means 13 ... second switching means, 14, 15 ... air
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 櫻田 智 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡一丁目3番1 号 東燃株式会社総合研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Satoshi Sakurada 1-3-1, Nishitsurugaoka, Oi-cho, Iruma-gun, Saitama Tonen Research Institute
Claims (1)
されるアノード及びカソードとを有し、前記アノード側
に燃料ガスを供給し、前記カソード側に酸化剤ガスを供
給する溶融炭酸塩燃料電池において、燃焼ハウジングに
設けられる2つのガス通路と、これらガス通路内に配設
されるおよび蓄熱体およびアノード排ガス供給管と、前
記アノード排気側とアノード排ガス供給管を交互に接続
可能にする第1の切換手段と、エアを前記ガス通路に交
互に接続可能にするとともに、ガス通路をカソード給気
側に交互に接続可能にする第2の切換手段とを備えるこ
とを特徴とするガス回収システム。1. A molten carbonate fuel having an electrolyte and an anode and a cathode that are in contact with both surfaces of the electrolyte, respectively, and supplies fuel gas to the anode side and oxidant gas to the cathode side. In the battery, two gas passages provided in the combustion housing, a heat storage body and an anode exhaust gas supply pipe disposed in these gas passages, and the anode exhaust side and the anode exhaust gas supply pipe can be alternately connected. 1. A gas recovery system comprising: a switching unit 1 and a second switching unit capable of alternately connecting air to the gas passage and alternately connecting the gas passage to the cathode air supply side. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5184851A JPH0737602A (en) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | Gas recovery system of molten carbonate fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5184851A JPH0737602A (en) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | Gas recovery system of molten carbonate fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0737602A true JPH0737602A (en) | 1995-02-07 |
Family
ID=16160422
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5184851A Pending JPH0737602A (en) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | Gas recovery system of molten carbonate fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0737602A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004319512A (en) * | 2003-04-18 | 2004-11-11 | Coen Co Inc | Fuel cell anode gas oxidation device and process |
CN113175686A (en) * | 2021-05-08 | 2021-07-27 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | Preheating method of molten salt heat storage system based on gas heat storage oxidation |
-
1993
- 1993-07-27 JP JP5184851A patent/JPH0737602A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004319512A (en) * | 2003-04-18 | 2004-11-11 | Coen Co Inc | Fuel cell anode gas oxidation device and process |
CN113175686A (en) * | 2021-05-08 | 2021-07-27 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | Preheating method of molten salt heat storage system based on gas heat storage oxidation |
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