JPH0828225B2 - 常圧型燃料電池発電プラント - Google Patents

常圧型燃料電池発電プラント

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JPH0828225B2
JPH0828225B2 JP60289256A JP28925685A JPH0828225B2 JP H0828225 B2 JPH0828225 B2 JP H0828225B2 JP 60289256 A JP60289256 A JP 60289256A JP 28925685 A JP28925685 A JP 28925685A JP H0828225 B2 JPH0828225 B2 JP H0828225B2
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敏明 吉田
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は燃料電池を使用した発電プラントに係り、特
にシステムとしての発電効率を向上させた燃料電池発電
プラントに関する。
〈従来の技術〉 第2図は従来の燃料電池発電プラントのフローシート
である。第2図において、1は溶融炭酸塩を使用した常
圧型燃料電池(MCFC)、2はリフォーマ、3は空気圧縮
機、4は空気予熱器、5は過熱器付蒸発器、6は天然ガ
ス圧縮機、7は天然ガス予熱器である。ここでMCFC1は
第3図に示すような構造となっている。第3図において
aは電解質保持材に電解質を含浸させたタイル、bは酸
化ニッケル等の多孔質板製のカソード、cはニッケル等
の多孔質板製のアノード、dはステンレス鋼製で集電機
能とガスの通路としての機能を合せもつセパレータ、e
は空気等の酸化ガス流、fは水素と一酸化炭素を含む燃
料ガス流である。
MCFCはかかる単一のユニット(セル)を多数積層した
ものである。即ちMCFCは水素と一酸化炭素を含む燃料ガ
スと、空気等の酸化ガスを、それぞれアノード側とカソ
ード側に供給されて水と炭酸ガスに変換すると共に電気
を発生させるものである。
MCFC1に供給されるガスの圧力と温度は燃料ガスおよ
び酸化ガス共に略1.2kg/cm2a,540℃程度である。
MCFC内の反応は発熱反応でありMCFCからの排気の温度
は略700℃程度である。MCFC1のアノード側に燃料ガスを
供給するリフォーマ2は内部に触媒を担持し、化学反応
を起させる熱交換器であって、加熱側はMCFC1のアノー
ド側から送られる未反応の水素と一酸化炭素を含むガス
と圧縮空気とをそれぞれ導入して内部で燃焼させてお
り、被加熱側は触媒を担持し天然ガス等のメタンを主成
分とするガスと水蒸気の混合ガスを受入れてそれを加熱
改質し水素と一酸化炭素を主成分とする燃料ガスとして
流出させるようになっている。そしてリフォーマ2から
の燃焼排ガスはMCFCのカソード側に送られる。
以下第2図のフローによって説明する。
空気を電動機3aにより駆動される空気圧縮機3により
略1.2kg/cm2aに圧縮し、空気予熱機4に送る。空気予熱
機4では上記圧縮空気とMCFC1のカソード側からの排気
の一部とをそれぞれ流通させて熱交換し、圧縮空気を略
505℃まで昇温すると共に、熱交換の終った排気を系外
に排出する。昇温された圧縮空気とリフォーマ2からの
燃焼排ガスとが混合されてMCFC1のカソード側に送られ
る。尚リフォーマからの燃焼排ガスと空気を混合してカ
ソード側に送るのは、カソード入口のガス温度を高める
と共にMCFC1タイルa中をカソード側からアノード側に
移行するCO3 --の供給源としてCO2を供給するためであ
る。MCFC1のカソード側からの排気は、その一部が上述
のように空気予熱器4に送られると共に、残部は過熱器
付蒸発器5に送られる。
過熱器付蒸発器5は蒸発器5aと過熱器5bからなり、カ
ソードからの排気の熱で蒸発した水蒸気一部は過熱器5b
で加熱されて過熱蒸気となり、残りの蒸気は外部に送ら
れる。過熱蒸気は先に述べたように天然ガスと混合さ
れ、リフォーマ2に送られる。上記混合ガスはリフォー
マ2で改質されて燃料ガスとなり、MCFC1のアノードに
送られる。MCFC1のアノードからの排ガス中には未反応
の水素ガス(H2)と一酸化炭素ガス(CO)が含まれてい
るので、上述のように燃料としてリフォーマ2に送られ
空気と共に燃焼される。そしてMCFC1のアノードからの
排ガスは略700℃程度の高温なので、リフォーマ2に送
られる途中で天然ガス予熱器7を通過し、リフォーマ2
に送られる天然ガスを予熱する。天然ガスは天然ガス圧
縮機6により昇圧され天然ガス予熱器7で昇温された
後、上述のように水蒸気と共にリフォーマ2に送られ
る。
〈発明が解決しようとする問題点〉 以上述べたような従来の常圧型燃料電池発電プラント
において、動力を消費するのは空気圧縮機3と天然ガス
圧縮機6であるが、天然ガスと空気の流量は重量比で略
1:80となっているので、動力消費の大部分は空気圧縮機
3である。空気圧縮機3によりMCFC1で発生する電力の
一部が消費されるので、プラントとしての送電端発電効
率が低下する。
〈発明の目的〉 本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたも
ので、空気予熱器4からの加熱圧縮空気を膨脹タービン
10に導入して1.2kg/cm2a程度まで減圧すると共に膨脹タ
ービン10を回転させ、該膨脹タービン10により空気圧縮
機3を駆動することにより、プラント内の消費電力を削
減し、それによりプラントとしての送電端発電効率を向
上させた常圧型燃料電池発電プラントを提供することを
目的とする。
〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため本発明の常圧型燃料電池発電
プラントは、第1図に示すように溶融炭酸塩型燃料電池
(MCFC)1と、MCFC1のアノード側からの排気と圧縮空
気を共に受入れて燃焼させ、燃焼排ガスをMCFC1のカソ
ード側に送るとともに、天然ガス等炭化水素を含むガス
と水蒸気を受入れて、上記燃焼熱で加熱して改質し、水
素と一酸化炭素を含む燃料ガスを生成させて、MCFCのア
ノード側に送るリフォーマ2と、該MCFCのカソード側と
リフォーマでの燃焼用に圧縮空気を送る空気圧縮機3
と、該圧縮機3からの圧縮空気とMCFCのカソード側から
の排気をそれぞれ流通させて熱交換し圧縮空気を加熱す
る空気予熱器4と、MCFCのカソード側からの排気を熱源
として、リフォーマに送られる上記水蒸気を発生させる
過熱器付蒸発器5とを備えた常圧型燃料電池発電プラン
トにおいて、上記空気予熱器4から該加熱圧縮空気を導
入して回転し、上記空気圧縮機3を駆動する膨張タービ
ン10と、該膨張タービン10から排気をMCFC1のカソード
側とリフォーマ2に送る配管と、前記膨張タービン10か
らの排気とMCFC1のカソード側からの排気をそれぞれ流
通させて熱交換し、前記膨張タービン10からの排気を加
熱する補助空気予熱機11とを設けたことを特徴とするも
のである。
〈作用〉 リフォーマ2に送られる空気は空気圧縮機3で従来よ
りも高圧の略2.4kg/cm2a程度まで昇圧して、空気予熱器
4に送り、ここで加熱後膨脹タービン10に送られここで
1.2kg/cm2a程度まで減圧すると共に、該タービン10を回
転させる。タービン10の排気はMCFC1のカソード側に送
られるとともに、リフォーマ2に燃焼用として送られる
ようになっている。
膨脹タービン10により空気圧縮機3を駆動するように
したので空気圧縮機駆動用の電力がほぼ不要となり、プ
ラントとしての送電端発電効率が向上する。
〈実 施 例〉 以下、本発明の一実施例を図面を参照しつつ説明す
る。
第1図は本発明の常圧型燃料電池発電プラントのフロ
ーシートである。第1図において1はMCFC、2はリフォ
ーマ、3は空気圧縮機、4は空気予熱器、5は過熱器付
蒸発器、6は天然ガス圧縮機、7は天然ガス予熱器、10
は膨脹タービン、11は補助空気予熱器、12は補助電動機
である。
尚本発明の燃料電池発電プラントと従来のものとの相
違は空気圧縮機3駆動用の膨脹タービン10と、該タービ
ン10の排気加熱用の補助空気予熱器11とを追加したこと
なので、その部分を中心に説明し、従来と同じ部分につ
いては同一の符号を用いてあり、説明は省略する。
空気は空気圧縮機3で略2.4kg/cm2aまで昇圧され、そ
の際断熱圧縮されるので略120℃まで昇温する。さらに
圧縮空気は空気予熱器4でMCFC1のカソードからの略700
℃の排気の一部と熱交換されて、略550℃まで昇温す
る。空気予熱器4出口の略2.4kg/cm2a,550℃の空気は膨
脹タービン10を通って略1.2kg/cm2a,略450℃まで減圧、
減温すると共に、タービン10を回転させて、空気圧縮機
3を駆動する。膨脹タービン10の排気は補助空気予熱器
11で、MCFC1のカソードからの排気の内空気予熱器に使
用した残部と熱交換し、タービン排気は略505℃まで昇
温した後MCFC1のカソード側に、送られると共にリフォ
ーマ2に燃焼用空気として送られる。尚本実施例では補
助空気予熱器11を使用しているが、空気予熱器4、膨脹
タービン10の条件設定によっては補助空気予熱器11は省
略できる。
以下200KW MCFC発電プラントについて従来のものと本
発明のものとを比較する。第1表は空気圧縮機まわりの
圧力、温度条件の比較、第4図は従来例のプラントとし
てのエネルギーフローであり、第5図は本発明のプラン
トとしてのエネルギーフローである。
上記第2表から明らかなように本発明によれば空気圧
縮機3の駆動動力は、膨脹タービンによりほぼ全面的に
供給されるので、送電端効率はほぼ3.1%向上する。
〈発明の効果〉 以上述べたように本発明の常圧型燃料電池発電プラン
トには以下の効果がある。
(1)膨脹タービンを設け、空気予熱器出口の圧縮空気
を導入して回転し、空気圧縮機を駆動するようにしたの
で、所内動力がほぼ全面的にこの膨脹タービンによりま
かなわれ、膨脹タービンの出力圧力は、1.2kg/cm2程度
にしたので燃料電池まわりはほぼ常圧としたままで燃料
電池で発電する電力がほぼそのまま発電所外へ取り出せ
るので発電プラントとして送電端効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の常圧型燃料電池発電プラントのプロセ
スフローシート、第2図は従来の常圧型燃料電池発電プ
ラントのプロセスシート、第3図は溶融炭酸塩型燃料電
池の説明図、第4図は従来例のプラントとしてのエネル
ギーフロー、第5図は本発明のプラントとしてのエネル
ギーフローである。 1……MCFC 2……リフォーマ 3……空気圧縮機 4……空気予熱器 5……過熱器付蒸発器 10……膨脹タービン 11……補助空気予熱器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)と、MCFCの
    アノード側からの排気と圧縮空気を共に受入れて燃焼さ
    せ、燃焼排ガスをMCFCのカソード側に送るとともに、天
    然ガス等の炭化水素を含むガスと水蒸気を受入れて、上
    記燃焼熱で加熱して改質し、水素と一酸化炭素を含む燃
    料ガスを生成させて、MCFCのアノード側に送るリフォー
    マと、上記MCFCのカソード側と上記リフォーマでの燃焼
    用に圧縮空気を送る空気圧縮機と、該圧縮機からの圧縮
    空気とMCFCのカソード側からの排気をそれぞれ流通させ
    て熱交換し圧縮空気を加熱する空気予熱器と、MCFCのカ
    ソード側からの排気を熱源として、リフォーマに送られ
    る上記水蒸気を発生させる加熱器付蒸発器とを備えた常
    圧型燃料電池発電プラントにおいて、上記空気予熱器か
    ら加熱圧縮空気を導入して回転し、上記空気圧縮機を駆
    動する膨張タービンと、該膨張タービンから排気をMCFC
    のカソード側とリフォーマに送る配管と、前記膨張ター
    ビンからの排気とMCFCのカソード側からの排気をそれぞ
    れ流通させて熱交換し、前記膨張タービンからの排気を
    加熱する補助空気予熱器とを設けたことを特徴とする常
    圧型燃料電池発電プラント。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62234871A (ja) * 1986-04-04 1987-10-15 Hitachi Ltd 燃料電池発電プラント
JPH01157065A (ja) * 1987-12-14 1989-06-20 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池発電システム
CN114628731B (zh) * 2020-12-12 2023-07-14 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池系统气体进料装置及其控制方法
CN114243052A (zh) * 2021-11-19 2022-03-25 上海鲲华新能源科技有限公司 一种压缩空气储能和氢储能相结合的高效储能方法
CN117317333B (zh) * 2023-11-27 2024-01-30 常州创氢能源科技有限公司 航空用涡轮增压高温质子交换膜燃料电池电堆

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5719974A (en) * 1980-07-09 1982-02-02 Toshiba Corp Molten salt fuel cell system
JPS60160574A (ja) * 1984-01-30 1985-08-22 Shimadzu Corp 燃料電池発電用タ−ボコンプレツサシステム

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