JPH08261014A - 発電方法 - Google Patents
発電方法Info
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- JPH08261014A JPH08261014A JP7065944A JP6594495A JPH08261014A JP H08261014 A JPH08261014 A JP H08261014A JP 7065944 A JP7065944 A JP 7065944A JP 6594495 A JP6594495 A JP 6594495A JP H08261014 A JPH08261014 A JP H08261014A
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- hydrogen
- steam
- fuel cell
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- 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
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- 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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- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
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- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ガスタービンと燃料電池を用いる発電方法に
関する。 【構成】 高温高圧の燃焼ガスによりガスタービンを駆
動して発電すると共に、ガスタービンを駆動した後の温
度４００〜６５０℃で常圧の高温排ガスを加熱源とし
て、水素分離透過膜を有する改質装置により炭化水素を
水蒸気改質させて高純度水素を製造し、得られた高純度
水素を燃料電池に供給して発電する方法。
関する。 【構成】 高温高圧の燃焼ガスによりガスタービンを駆
動して発電すると共に、ガスタービンを駆動した後の温
度４００〜６５０℃で常圧の高温排ガスを加熱源とし
て、水素分離透過膜を有する改質装置により炭化水素を
水蒸気改質させて高純度水素を製造し、得られた高純度
水素を燃料電池に供給して発電する方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンと燃料電池
を用いる発電方法に関する。さらに詳しくは、ガスター
ビンを駆動して発電した後の常圧の高温排ガスを加熱源
として特定の改質装置により炭化水素の水蒸気改質を行
い、得られた高純度水素を燃料電池に供給して発電する
ことにより、装置全体として単位燃料当たりの発電効率
に極めて優れる発電方法に関する。
を用いる発電方法に関する。さらに詳しくは、ガスター
ビンを駆動して発電した後の常圧の高温排ガスを加熱源
として特定の改質装置により炭化水素の水蒸気改質を行
い、得られた高純度水素を燃料電池に供給して発電する
ことにより、装置全体として単位燃料当たりの発電効率
に極めて優れる発電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、日本における火力発電としては、
主として原油や重油を用い、ボイラにより生じた高温高
圧のスチームでタービンを回転させて発電するスチーム
タービンによる方法が主なものである。また最近では、
ＬＮＧなどを用いたコンバインド・サイクル発電法も採
用されている。前記スチームタービンによる発電では、
発電効率が約４０％／ＨＨＶ基準（ＨＨＶ：高位発熱
量）と比較的低い。これに対しコンバインド・サイクル
発電では圧縮機で圧縮した空気で燃料を燃焼させるか、
あるいは該圧縮空気を燃焼熱で加熱させ、得られる高温
高圧ガスでタービンを回転させて発電させ、さらにその
燃焼排ガスの有する高温熱エネルギをボイラで回収し、
スチームタービンを運転して再度発電する方法であり、
発電効率が約４８％／ＨＨＶ基準と比較的高いことが特
徴である。
主として原油や重油を用い、ボイラにより生じた高温高
圧のスチームでタービンを回転させて発電するスチーム
タービンによる方法が主なものである。また最近では、
ＬＮＧなどを用いたコンバインド・サイクル発電法も採
用されている。前記スチームタービンによる発電では、
発電効率が約４０％／ＨＨＶ基準（ＨＨＶ：高位発熱
量）と比較的低い。これに対しコンバインド・サイクル
発電では圧縮機で圧縮した空気で燃料を燃焼させるか、
あるいは該圧縮空気を燃焼熱で加熱させ、得られる高温
高圧ガスでタービンを回転させて発電させ、さらにその
燃焼排ガスの有する高温熱エネルギをボイラで回収し、
スチームタービンを運転して再度発電する方法であり、
発電効率が約４８％／ＨＨＶ基準と比較的高いことが特
徴である。
【０００３】一方、総合熱効率が８０％以上と極めて高
く、騒音や振動が小さく、かつ大気汚染の心配がない都
市型の電源として、燃料電池の実用化に向けて盛んに研
究開発がなされている。燃料電池としては１５０〜２３
０℃で作動するりん酸型、１００℃以下で作動する固体
高分子型、アルカリ型、作動温度６００〜７００℃の溶
融炭酸塩型などがある。これらのうち、特に１００℃以
下で作動する固体高分子型では、電極の白金などの触媒
がＣＯにより被毒されるため、燃料電池に供給する水素
含有ガス中のＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下にする必要があ
るとされている。このため、従来の炭化水素やアルコー
ルの水蒸気改質法により製造した水素を燃料電池用の燃
料ガスとするには、当該粗製水素をＣＯ変成器や水素精
製器によりさらに精製し、ＣＯ含有量が１０ｐｐｍ以下
の高純度とする必要があり、そのための工程が複雑で、
かつ多量の高温熱エネルギを要し、コストの面から問題
となっていた。
く、騒音や振動が小さく、かつ大気汚染の心配がない都
市型の電源として、燃料電池の実用化に向けて盛んに研
究開発がなされている。燃料電池としては１５０〜２３
０℃で作動するりん酸型、１００℃以下で作動する固体
高分子型、アルカリ型、作動温度６００〜７００℃の溶
融炭酸塩型などがある。これらのうち、特に１００℃以
下で作動する固体高分子型では、電極の白金などの触媒
がＣＯにより被毒されるため、燃料電池に供給する水素
含有ガス中のＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下にする必要があ
るとされている。このため、従来の炭化水素やアルコー
ルの水蒸気改質法により製造した水素を燃料電池用の燃
料ガスとするには、当該粗製水素をＣＯ変成器や水素精
製器によりさらに精製し、ＣＯ含有量が１０ｐｐｍ以下
の高純度とする必要があり、そのための工程が複雑で、
かつ多量の高温熱エネルギを要し、コストの面から問題
となっていた。
【０００４】ところで最近、前記水蒸気改質法による水
素の製造方法において、膜分離の併用技術が提案されて
いる。例えば、米国特許第５，２２９，１０２号明細書
には、触媒を充填したチューブ状の多孔質セラミック膜
に炭化水素を供給することにより、生成した水素を選択
的に透過させる改質器が記載されている。これにより、
生成した水素を系外に取り去ることにより、改質反応の
平衡が水素生成系に傾く結果、従来の改質器において７
５０〜８８０℃の高温が必要であったのに対し、３００
〜７００℃の比較的低温度で改質できる旨が記載されて
いる。また比較的低温度で改質できるので、ガスタービ
ンやガスエンジンの排出ガス程度の温度を改質熱源とし
て利用できることが記載されている。またこれとは別
に、改質装置にパラジウム系薄膜を併用し、改質により
得られる水素を薄膜を通して高純度水素とし、これを燃
料電池に供給する技術も知られている。
素の製造方法において、膜分離の併用技術が提案されて
いる。例えば、米国特許第５，２２９，１０２号明細書
には、触媒を充填したチューブ状の多孔質セラミック膜
に炭化水素を供給することにより、生成した水素を選択
的に透過させる改質器が記載されている。これにより、
生成した水素を系外に取り去ることにより、改質反応の
平衡が水素生成系に傾く結果、従来の改質器において７
５０〜８８０℃の高温が必要であったのに対し、３００
〜７００℃の比較的低温度で改質できる旨が記載されて
いる。また比較的低温度で改質できるので、ガスタービ
ンやガスエンジンの排出ガス程度の温度を改質熱源とし
て利用できることが記載されている。またこれとは別
に、改質装置にパラジウム系薄膜を併用し、改質により
得られる水素を薄膜を通して高純度水素とし、これを燃
料電池に供給する技術も知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようにコンバイン
ド・サイクル発電、改質器による高純度水素の製造、さ
らには燃料電池による発電など個々の技術や、それらの
一部の組合わせ技術については断片的に試みられ、単位
燃料当たりの発電効率を高める努力がなされているもの
の、より一層の発電効率の向上が求められていることは
言うまでもない。前記した米国特許明細書には、ガスタ
ービンと改質器の組合わせについては記載されているも
のの、これらにさらに燃料電池を組合わせた発電方法に
ついては何ら示唆されていない。また後者の改質装置に
パラジウム系薄膜を取付け、得られる高純度の水素を燃
料電池に供給する技術に関しても、ガスタービンなどの
高温排ガス熱源を有効利用する点については知られてい
ない。
ド・サイクル発電、改質器による高純度水素の製造、さ
らには燃料電池による発電など個々の技術や、それらの
一部の組合わせ技術については断片的に試みられ、単位
燃料当たりの発電効率を高める努力がなされているもの
の、より一層の発電効率の向上が求められていることは
言うまでもない。前記した米国特許明細書には、ガスタ
ービンと改質器の組合わせについては記載されているも
のの、これらにさらに燃料電池を組合わせた発電方法に
ついては何ら示唆されていない。また後者の改質装置に
パラジウム系薄膜を取付け、得られる高純度の水素を燃
料電池に供給する技術に関しても、ガスタービンなどの
高温排ガス熱源を有効利用する点については知られてい
ない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような技術の現状に
鑑み、本発明者らは総合的に見て単位燃料当たりの発電
効率を極限まで高めるために鋭意検討した結果、既存の
動力設備及び発電設備を所定方法で総合的に組合わせる
ことにより、これまで知られていた以上の極めて高い発
電効率が達成され得ることに想到し、本発明を完成させ
ることができた。
鑑み、本発明者らは総合的に見て単位燃料当たりの発電
効率を極限まで高めるために鋭意検討した結果、既存の
動力設備及び発電設備を所定方法で総合的に組合わせる
ことにより、これまで知られていた以上の極めて高い発
電効率が達成され得ることに想到し、本発明を完成させ
ることができた。
【０００７】すなわち、本発明は（１）高温高圧の燃焼
ガスによりガスタービンを駆動して発電すると共に、ガ
スタービンを駆動した後の温度４００〜６５０℃の高圧
高温排ガスを加熱源として、水素分離透過膜（以下、
「メンブレン」と称す。）を有する改質装置により炭化
水素を水蒸気改質させて高純度水素を製造し、得られた
高純度水素を燃料電池に供給して発電することを特徴と
する発電方法、（２）水素分離透過膜が無機多孔体の表
面にパラジウム含有合金の薄膜を形成させた構造を有す
るものである上記（１）記載の発電方法、（３）改質装
置を加熱した後の排ガスを用いて蒸気を発生させ、スチ
ームタービンシステムにより発電することを特徴とする
上記（１）または（２）記載の発電方法及び（４）燃料
電池が固体高分子型燃料電池である上記（１）〜（３）
の何れかに記載の発電方法である。以下、本発明を詳し
く説明する。
ガスによりガスタービンを駆動して発電すると共に、ガ
スタービンを駆動した後の温度４００〜６５０℃の高圧
高温排ガスを加熱源として、水素分離透過膜（以下、
「メンブレン」と称す。）を有する改質装置により炭化
水素を水蒸気改質させて高純度水素を製造し、得られた
高純度水素を燃料電池に供給して発電することを特徴と
する発電方法、（２）水素分離透過膜が無機多孔体の表
面にパラジウム含有合金の薄膜を形成させた構造を有す
るものである上記（１）記載の発電方法、（３）改質装
置を加熱した後の排ガスを用いて蒸気を発生させ、スチ
ームタービンシステムにより発電することを特徴とする
上記（１）または（２）記載の発電方法及び（４）燃料
電池が固体高分子型燃料電池である上記（１）〜（３）
の何れかに記載の発電方法である。以下、本発明を詳し
く説明する。
【０００８】本発明で採用される改質装置としては、高
純度の水素、例えばＣＯ濃度が１０ｐｐｍ以下の高純度
水素を供給でき、改質が４００〜６５０℃の温度範囲で
行えるものであれば特に限定されない。このように比較
的低温で改質がなされ得るのは、改質器がメンブレンを
有しており、生成した水素を系外に取出すことにより、
前記のように化学平衡が水素生成系に移行することに起
因する。天然ガスの主成分であるメタン（ＣＨ4 ）の場
合を例にとると、改質反応、すなわちＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ＝
３Ｈ2 ＋ＣＯにおいて、従来の改質法では反応領域温度
を約８００℃にすることが必要であったが、同じ転化率
を達成するのにメンブレンを利用することにより、温度
４００〜６５０℃で達成することができる。
純度の水素、例えばＣＯ濃度が１０ｐｐｍ以下の高純度
水素を供給でき、改質が４００〜６５０℃の温度範囲で
行えるものであれば特に限定されない。このように比較
的低温で改質がなされ得るのは、改質器がメンブレンを
有しており、生成した水素を系外に取出すことにより、
前記のように化学平衡が水素生成系に移行することに起
因する。天然ガスの主成分であるメタン（ＣＨ4 ）の場
合を例にとると、改質反応、すなわちＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ＝
３Ｈ2 ＋ＣＯにおいて、従来の改質法では反応領域温度
を約８００℃にすることが必要であったが、同じ転化率
を達成するのにメンブレンを利用することにより、温度
４００〜６５０℃で達成することができる。
【０００９】このようなメンブレンを備えた改質器は通
常メンブレンリアクタとも称されるものであり、熱効率
を考慮してより経済的な形状が種々工夫されている。メ
ンブレンとしては水素を選択的に透過する膜で、かつ耐
熱性を有する膜が用いられる。例えば膜厚１００μｍ以
上のパラジウム含有合金膜、あるいは膜厚５０μｍ以下
のパラジウム含有合金薄膜を無機多孔体、例えば金属や
セラミックの多孔体あるいは金属不織布上にコーティン
グしたものが用いられる。無機多孔体としてはシールな
どの加工性、耐衝撃性、水素透過性などの観点から金属
多孔体が好ましい。前記パラジウム含有合金としてはパ
ラジウム単独またはパラジウムを１０重量％以上含有す
るものが好ましく、パラジウム以外にＰｔ，Ｒｈ，Ｒ
ｕ，ＩｒなどのVIII族元素、Ｃｕ，Ａｇ，ＡｕなどのＩ
ｂ族元素を有するものが好ましい。この他、バナジウム
（Ｖ）を含有する合金膜、例えばＮｉ−Ｃｏ−Ｖ合金に
パラジウムをコーティングした膜などが用いられる。
常メンブレンリアクタとも称されるものであり、熱効率
を考慮してより経済的な形状が種々工夫されている。メ
ンブレンとしては水素を選択的に透過する膜で、かつ耐
熱性を有する膜が用いられる。例えば膜厚１００μｍ以
上のパラジウム含有合金膜、あるいは膜厚５０μｍ以下
のパラジウム含有合金薄膜を無機多孔体、例えば金属や
セラミックの多孔体あるいは金属不織布上にコーティン
グしたものが用いられる。無機多孔体としてはシールな
どの加工性、耐衝撃性、水素透過性などの観点から金属
多孔体が好ましい。前記パラジウム含有合金としてはパ
ラジウム単独またはパラジウムを１０重量％以上含有す
るものが好ましく、パラジウム以外にＰｔ，Ｒｈ，Ｒ
ｕ，ＩｒなどのVIII族元素、Ｃｕ，Ａｇ，ＡｕなどのＩ
ｂ族元素を有するものが好ましい。この他、バナジウム
（Ｖ）を含有する合金膜、例えばＮｉ−Ｃｏ−Ｖ合金に
パラジウムをコーティングした膜などが用いられる。
【００１０】炭化水素を水蒸気改質させる改質触媒とし
てはVIII族金属（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｐｔ
など）を含有するものが好ましく、Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈを
担持した触媒またはＮｉＯ含有触媒が特に好ましい。
てはVIII族金属（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｐｔ
など）を含有するものが好ましく、Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈを
担持した触媒またはＮｉＯ含有触媒が特に好ましい。
【００１１】改質原料として用いられる炭化水素として
は炭素数１〜１０程度のものが使用でき、これらにはメ
タンを主成分とする天然ガス、ＬＰＧ、都市ガス、ナフ
サなどの軽質炭化水素が含まれるが、中でも天然ガスを
用いることが好ましい。
は炭素数１〜１０程度のものが使用でき、これらにはメ
タンを主成分とする天然ガス、ＬＰＧ、都市ガス、ナフ
サなどの軽質炭化水素が含まれるが、中でも天然ガスを
用いることが好ましい。
【００１２】具体的な改質装置としては特に限定はな
く、公知のものが使用できる。例えば、特開平２−３１
１３０１号公報には、触媒を充填した反応管内に水素分
離機能を有する分離膜を、さらに前記反応管外側に外筒
を設け、触媒を充填した反応管内に改質原料を供給して
水素を発生させ、分離膜の内側に不活性ガス（スイープ
ガス）を流入させて分離膜を透過した水素をスイープガ
スに同伴させて系外に取出し、燃料電池に供給する技術
が記載されている。すなわち改質部を同心状の三重管と
し、中間層に触媒を充填して水素を製造し、分離膜を通
して管の中心部に分離された水素をスイープガスに同伴
させて排出するものである。改質器として好ましいもの
は上記のとおりであるが、この他に前記米国特許明細書
に記載されているようなセラミックメンブレンを用いる
こともできる。
く、公知のものが使用できる。例えば、特開平２−３１
１３０１号公報には、触媒を充填した反応管内に水素分
離機能を有する分離膜を、さらに前記反応管外側に外筒
を設け、触媒を充填した反応管内に改質原料を供給して
水素を発生させ、分離膜の内側に不活性ガス（スイープ
ガス）を流入させて分離膜を透過した水素をスイープガ
スに同伴させて系外に取出し、燃料電池に供給する技術
が記載されている。すなわち改質部を同心状の三重管と
し、中間層に触媒を充填して水素を製造し、分離膜を通
して管の中心部に分離された水素をスイープガスに同伴
させて排出するものである。改質器として好ましいもの
は上記のとおりであるが、この他に前記米国特許明細書
に記載されているようなセラミックメンブレンを用いる
こともできる。
【００１３】本発明で使用される燃料電池としては、前
記のりん酸型、固体高分子型、アルカリ型、溶融炭酸塩
型などがあげられるが、これらの中では特に固体高分子
型燃料電池が好ましい。
記のりん酸型、固体高分子型、アルカリ型、溶融炭酸塩
型などがあげられるが、これらの中では特に固体高分子
型燃料電池が好ましい。
【００１４】本発明においては、高温高圧の燃焼ガスか
らガスタービンにより動力が取出され、動力の一部はエ
アコンプレッサに使用され、残りの動力は発電に使用さ
れるが、前記発電の代りに一部または全部を動力のまま
取出すことも可能である。
らガスタービンにより動力が取出され、動力の一部はエ
アコンプレッサに使用され、残りの動力は発電に使用さ
れるが、前記発電の代りに一部または全部を動力のまま
取出すことも可能である。
【００１５】以下、本発明による発電方法で使用できる
装置の一例を図１によって説明する。図１では主要設備
のみ示し、付属設備は省略してある。
装置の一例を図１によって説明する。図１では主要設備
のみ示し、付属設備は省略してある。
【００１６】図１はコンバインド・サイクル発電、改質
装置、及び燃料電池を組合わせた発電装置である。図１
において、取込まれた大気１はエアコンプレッサ２で圧
縮され、燃焼器４に送り込まれる。燃焼器４には天然ガ
ス３及び後記するようにメンブレンリアクタ（改質装
置）から水素を分離した残りのオフガス９が燃料の一部
として供給される。天然ガス３の代りに、重金属含量な
どの品質問題がなければ他の炭化水素含有燃料を用いて
もよい。前記オフガス９にはＣＯや未反応天然ガス、水
素、ＣＯ2 、スチームなどが含まれる。燃焼器４で発生
した高温高圧の燃焼ガス５をガスタービン６に導き、タ
ービンを駆動させ、軸回転動力は発電に使用される。前
記燃焼ガス５は通常、温度１３００℃以上、好ましくは
１３５０℃以上であり、圧力１５〜２０ｋｇ／ｃｍ2 を
有している。ガスタービン６から排出される動力を取出
した後の高温排ガス７は排熱回収ボイラ１０に導かれる
が、この排ガスは常圧であり、発電用ガスタービンを経
由した高温排ガス７の温度は通常５００〜６５０℃の範
囲、好ましくは５３０〜６００℃の範囲である。排熱回
収ボイラ１０内には、メンブレンリアクタ８と、その水
蒸気改質及びスチームタービン１５に使用するスチーム
を得る加熱器１４が設置され、高温排ガス７により順次
加熱される。
装置、及び燃料電池を組合わせた発電装置である。図１
において、取込まれた大気１はエアコンプレッサ２で圧
縮され、燃焼器４に送り込まれる。燃焼器４には天然ガ
ス３及び後記するようにメンブレンリアクタ（改質装
置）から水素を分離した残りのオフガス９が燃料の一部
として供給される。天然ガス３の代りに、重金属含量な
どの品質問題がなければ他の炭化水素含有燃料を用いて
もよい。前記オフガス９にはＣＯや未反応天然ガス、水
素、ＣＯ2 、スチームなどが含まれる。燃焼器４で発生
した高温高圧の燃焼ガス５をガスタービン６に導き、タ
ービンを駆動させ、軸回転動力は発電に使用される。前
記燃焼ガス５は通常、温度１３００℃以上、好ましくは
１３５０℃以上であり、圧力１５〜２０ｋｇ／ｃｍ2 を
有している。ガスタービン６から排出される動力を取出
した後の高温排ガス７は排熱回収ボイラ１０に導かれる
が、この排ガスは常圧であり、発電用ガスタービンを経
由した高温排ガス７の温度は通常５００〜６５０℃の範
囲、好ましくは５３０〜６００℃の範囲である。排熱回
収ボイラ１０内には、メンブレンリアクタ８と、その水
蒸気改質及びスチームタービン１５に使用するスチーム
を得る加熱器１４が設置され、高温排ガス７により順次
加熱される。
【００１７】メンブレンリアクタ８において、改質反応
により生成した水素は前記メンブレンの作用により、高
純度の水素１１として燃料電池１２に供給されて発電に
使用される。前記メンブレンリアクタ８には改質原料と
して天然ガス１８及び加熱器１４で得られるスチームの
一部１７が供給される。なお、加熱器１４で発生する大
部分のスチームはスチームタービン１５の駆動及びそれ
による発電に使用される。スチームタービン１５を駆動
した後の低圧、低温のスチームは冷却水により復水器１
６で冷却され、メイクアップのために供給される水１３
と共に加熱器１４に戻る。
により生成した水素は前記メンブレンの作用により、高
純度の水素１１として燃料電池１２に供給されて発電に
使用される。前記メンブレンリアクタ８には改質原料と
して天然ガス１８及び加熱器１４で得られるスチームの
一部１７が供給される。なお、加熱器１４で発生する大
部分のスチームはスチームタービン１５の駆動及びそれ
による発電に使用される。スチームタービン１５を駆動
した後の低圧、低温のスチームは冷却水により復水器１
６で冷却され、メイクアップのために供給される水１３
と共に加熱器１４に戻る。
【００１８】図２はスチームタービン１５を使用しない
で、加熱器１４により得られたスチーム１７を全量メン
ブレンリアクタ８に供給する場合を示している。図１と
共通部分は同一符号を付してあるので説明は省略する。
この場合は、メタンのＣＯとＨ2 への改質率が向上する
と共に、より多くのスチームが供給されることにより、
前記改質反応により生成するＣＯの改質がさらに進み、
次の反応、すなわち、ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ＝ＣＯ2 ＋Ｈ2 が起
きやすくなり、更に多くの水素１１を得ることができ
る。従って、生成する水素を消費できる燃料電池の容量
が必要となるが、一部の水素は他の用途に使用すること
もできる。
で、加熱器１４により得られたスチーム１７を全量メン
ブレンリアクタ８に供給する場合を示している。図１と
共通部分は同一符号を付してあるので説明は省略する。
この場合は、メタンのＣＯとＨ2 への改質率が向上する
と共に、より多くのスチームが供給されることにより、
前記改質反応により生成するＣＯの改質がさらに進み、
次の反応、すなわち、ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ＝ＣＯ2 ＋Ｈ2 が起
きやすくなり、更に多くの水素１１を得ることができ
る。従って、生成する水素を消費できる燃料電池の容量
が必要となるが、一部の水素は他の用途に使用すること
もできる。
【００１９】図３は加熱器１４で得られた一部のスチー
ム１７をメンブレンリアクタ８に供給すると共に、残り
のスチーム１９を燃焼器４の燃焼ガス５と共にガスター
ビン６に供給する場合である。図１と共通部分は同一符
号を付してあるので説明は省略する。この場合は、最終
的に多くの水の凝縮潜熱を煙突２０から排出することと
なるが、ガスタービンでより多くの電力を取出すことが
可能である。
ム１７をメンブレンリアクタ８に供給すると共に、残り
のスチーム１９を燃焼器４の燃焼ガス５と共にガスター
ビン６に供給する場合である。図１と共通部分は同一符
号を付してあるので説明は省略する。この場合は、最終
的に多くの水の凝縮潜熱を煙突２０から排出することと
なるが、ガスタービンでより多くの電力を取出すことが
可能である。
【００２０】図４は比較のため、従来のコンバインド・
サイクル発電の装置を示したものである。この場合も図
１と共通部分は同一符号を付してあるので説明は省略す
る。図４で採用されるコンバインド・サイクル発電で
は、単なるスチームタービンシステムを使用する場合に
比べ、発電効率が大幅に向上しているものの、復水器１
６により大量の熱エネルギを海水などの低温熱源に捨て
なければならないため、スチームタービンシステムの発
電効率は３２％前後であり、ガスタービンの発電効率と
併せても、前記のように４７％程度である。これに対し
て、図１〜３の装置では、常圧で温度４００〜６５０℃
の高温排ガスの有する熱エネルギを、まずメンブレンリ
アクタ８により高熱効率を有する燃料電池１２の原料水
素の製造に用い、その後の温度の下がった、すなわち低
品位熱エネルギである排ガスを使用して、スチーム加熱
器１４によりスチームを発生させるものであり、図１の
場合は、そのスチームを主にスチームタービンに、図
２，３の場合はメンブレンリアクタ８やガスタービン６
へのスチーム供給源として用いるのであるから、ガスタ
ービン６、燃料電池１２を含め総合的にみると、天然ガ
スの発熱量に対する発電効率は少なくとも５６％前後を
達成できることとなる。
サイクル発電の装置を示したものである。この場合も図
１と共通部分は同一符号を付してあるので説明は省略す
る。図４で採用されるコンバインド・サイクル発電で
は、単なるスチームタービンシステムを使用する場合に
比べ、発電効率が大幅に向上しているものの、復水器１
６により大量の熱エネルギを海水などの低温熱源に捨て
なければならないため、スチームタービンシステムの発
電効率は３２％前後であり、ガスタービンの発電効率と
併せても、前記のように４７％程度である。これに対し
て、図１〜３の装置では、常圧で温度４００〜６５０℃
の高温排ガスの有する熱エネルギを、まずメンブレンリ
アクタ８により高熱効率を有する燃料電池１２の原料水
素の製造に用い、その後の温度の下がった、すなわち低
品位熱エネルギである排ガスを使用して、スチーム加熱
器１４によりスチームを発生させるものであり、図１の
場合は、そのスチームを主にスチームタービンに、図
２，３の場合はメンブレンリアクタ８やガスタービン６
へのスチーム供給源として用いるのであるから、ガスタ
ービン６、燃料電池１２を含め総合的にみると、天然ガ
スの発熱量に対する発電効率は少なくとも５６％前後を
達成できることとなる。
【００２１】表１には図１及び図４において、天然ガス
を燃料としたケースの計算例を示す。
を燃料としたケースの計算例を示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明におい
ては従来の改質装置に比べ比較的低温で炭化水素の改質
が可能であることから、ガスタービンなどにより高温高
圧の燃焼ガスから動力を取出し、発電した後の排ガスの
有する熱エネルギを有効利用できる。こうして改質器か
ら得られた高純度水素を発電効率のよい燃料電池に供給
することにより、総合的にみて単位炭化水素燃料に対す
る極めて高い発電効率が達成されることとなった。
ては従来の改質装置に比べ比較的低温で炭化水素の改質
が可能であることから、ガスタービンなどにより高温高
圧の燃焼ガスから動力を取出し、発電した後の排ガスの
有する熱エネルギを有効利用できる。こうして改質器か
ら得られた高純度水素を発電効率のよい燃料電池に供給
することにより、総合的にみて単位炭化水素燃料に対す
る極めて高い発電効率が達成されることとなった。
【図１】本発明による発電方法で使用できる装置の一例
の説明図。
の説明図。
【図２】本発明による発電方法で使用できる別の装置の
一例の説明図。
一例の説明図。
【図３】本発明による発電方法で使用できる更に別の装
置の一例の説明図。
置の一例の説明図。
【図４】従来のコンバインド・サイクル発電による装置
の一例の説明図。
の一例の説明図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 一登 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 竹内 善幸 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 牧原 洋 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 長田 勇 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社本社内 (72)発明者 太田 洋州 神奈川県逗子市久木７−７−31 (72)発明者 白▲崎▼ 義則 埼玉県川口市芝西２−29−14
Claims (4)
- 【請求項１】 高温高圧の燃焼ガスによりガスタービン
を駆動して発電すると共に、ガスタービンを駆動した後
の温度４００〜６５０℃で常圧の高温排ガスを加熱源と
して、水素分離透過膜を有する改質装置により炭化水素
を水蒸気改質させて高純度水素を製造し、得られた高純
度水素を燃料電池に供給して発電することを特徴とする
発電方法。 - 【請求項２】 水素分離透過膜が無機多孔体の表面にパ
ラジウム含有合金の薄膜を形成させた構造を有するもの
である請求項１記載の発電方法。 - 【請求項３】 改質装置を加熱した後の排ガスを用いて
蒸気を発生させ、スチームタービンシステムにより発電
することを特徴とする請求項１または２記載の発電方
法。 - 【請求項４】 燃料電池が固体高分子型燃料電池である
請求項１〜３の何れかに記載の発電方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7065944A JPH08261014A (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 発電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7065944A JPH08261014A (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 発電方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08261014A true JPH08261014A (ja) | 1996-10-08 |
Family
ID=13301595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7065944A Pending JPH08261014A (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 発電方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08261014A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010075224A (ko) * | 1998-09-30 | 2001-08-09 | 가나이 쓰도무 | 연료전지시스템 및 그것을 사용한 차량 |
| WO2001071838A2 (de) * | 2000-03-18 | 2001-09-27 | Proton Motor Fuel Cell Gmbh | Kombinationsanlage mit einer brennstoffzelle und einem verbrennungsmotor und/oder brenner |
| JP2003049610A (ja) * | 2001-08-07 | 2003-02-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 電力／水素併給設備 |
| WO2004003362A1 (ja) * | 2002-06-26 | 2004-01-08 | Jfe Steel Corporation | 電力変動の抑制方法およびその発電設備 |
| JP2004502623A (ja) * | 2000-06-29 | 2004-01-29 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | 熱交換膜反応装置による発電 |
| CN109944700A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-28 | 清华大学 | 燃气轮机与燃料电池联合发电方法 |
-
1995
- 1995-03-24 JP JP7065944A patent/JPH08261014A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010075224A (ko) * | 1998-09-30 | 2001-08-09 | 가나이 쓰도무 | 연료전지시스템 및 그것을 사용한 차량 |
| WO2001071838A2 (de) * | 2000-03-18 | 2001-09-27 | Proton Motor Fuel Cell Gmbh | Kombinationsanlage mit einer brennstoffzelle und einem verbrennungsmotor und/oder brenner |
| WO2001071838A3 (de) * | 2000-03-18 | 2002-05-30 | Proton Motor Fuel Cell Gmbh | Kombinationsanlage mit einer brennstoffzelle und einem verbrennungsmotor und/oder brenner |
| JP2004502623A (ja) * | 2000-06-29 | 2004-01-29 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | 熱交換膜反応装置による発電 |
| JP2003049610A (ja) * | 2001-08-07 | 2003-02-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 電力／水素併給設備 |
| JP4638092B2 (ja) * | 2001-08-07 | 2011-02-23 | 三菱重工業株式会社 | 電力／水素併給設備 |
| WO2004003362A1 (ja) * | 2002-06-26 | 2004-01-08 | Jfe Steel Corporation | 電力変動の抑制方法およびその発電設備 |
| CN109944700A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-28 | 清华大学 | 燃气轮机与燃料电池联合发电方法 |
| CN109944700B (zh) * | 2019-03-26 | 2020-07-31 | 清华大学 | 燃气轮机与燃料电池联合发电方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040622 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20040804 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040823 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20040804 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050705 |