JPH0845522A - 燃焼システム - Google Patents

燃焼システム

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JPH0845522A
JPH0845522A JP6179121A JP17912194A JPH0845522A JP H0845522 A JPH0845522 A JP H0845522A JP 6179121 A JP6179121 A JP 6179121A JP 17912194 A JP17912194 A JP 17912194A JP H0845522 A JPH0845522 A JP H0845522A
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JP
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fuel cell
combustion
burner
heat
gas
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JP6179121A
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Kazuhiko Harima
和彦 播磨
Yasuo Miyake
泰夫 三宅
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンパクトでしかも燃焼機器の熱の有効利用
を行なうことのできる、燃料電池と燃焼機器を有する燃
焼システムを提供することを目的とする。 【構成】 炭化水素ガスを燃焼させて使用するボイラ3
と炭化水素ガスをアノードガスの原料として用いる溶融
炭酸塩型燃料電池7とを有し、当該燃料電池7がボイラ
3の燃焼室2内に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】燃焼機器と燃料電池とを組み合わ
せてなる燃焼システムに関する。
【0002】
【従来の技術】燃焼機器では、燃焼することによって生
成した熱が、全て本来の使用目的に使用されるわけでは
なく、通常使用されない余分の熱ができる。この余分な
熱を他の目的に有効に利用することは、燃焼機器全体の
エネルギー1率を高めるうえで重要なことである。
【0003】その一つの方法として、燃料電池との組み
合わせが考えられる。燃料電池と組み合わせれば、電池
温度を作動温度に上昇させるために、上記した熱が利用
できる。また外部改質方式燃料電池では、燃料極側へ供
給する水素を主成分とするアノードガスを炭化水素系燃
料及び水蒸気を原料として用い、改質器中で改質反応さ
せて生成しているが、この改質器の温度を上昇させるた
めにも熱を利用することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池と
燃焼機器とを組み合わせた場合、上記したように燃焼機
器の余分な熱を利用できるが、以下のような問題が生じ
る。燃料電池によっては、電池運転開始時だけに熱が必
要であり、その後は電池反応時による熱によって電池作
動温度が維持でき、逆に電池運転時に冷却しなければな
らないものもある。このような場合、燃焼機器の余分な
熱は燃料作動開始時には使用されるが、その後はまた余
分な熱として放熱されるだけになり、燃焼機器の熱を有
効に利用するという点で問題がある。
【0005】また、上記した燃料電池と燃焼機器を組み
合わせる場合、燃料電池と燃焼機器とは別体とし、燃料
機器から燃料電池へ熱供給のための配管を設け、運転開
始時だけ燃料電池に熱を供給するようなシステムを組む
ことになる。しかしながら、これでは、燃料電池と燃焼
機器とを別体としたことや、燃料機器から燃料電池へ熱
供給のための配管を設けなければならないため、システ
ム自体が大きくなってしまうという問題が生じる。
【0006】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、コンパクトでしかも燃焼機器の熱の有効利用を
行なうことのできる、燃料電池と燃焼機器を有する燃焼
システムを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明では、炭化水素系燃料を燃焼させて
使用する燃焼機器と、炭化水素系燃料をアノードガスの
原料として用いる燃料電池とを有し、上記燃料電池が燃
焼機器の燃焼部に設けられていることを特徴とする。
【0008】請求項2の発明では、請求項1記載の燃料
電池が燃焼部のバーナの排ガスをカソードガスとして用
いることを特徴とする。請求項3の発明では、請求項2
の燃料電池のカソードガス取り入れ口が、燃焼部のバー
ナの方向に向いていることを特徴とする。請求項4の発
明では、請求項2、3記載の燃料電池が溶融炭酸塩型燃
料電池であることを特徴とする。
【0009】
【作用】燃料電池は自己発熱より、放熱量が大きいた
め、作動温度を保つためには、常に熱を必要とする。従
って、燃料電池は運転中に、燃焼機器の余分な熱を常に
使用することになる。また、上記したように燃料電池が
常に熱を利用するために、燃焼機器の燃焼部に燃料電池
を設けることができ、燃焼機器と燃料電池を一体化でき
たので、システムのコンパクト化を図ることができた。
【0010】燃料電池が燃焼部のバーナの排ガスをカソ
ードガスとして用いるのであれば、バーナの熱だけでな
く排ガスも利用できるので、エネルギーの有効利用にな
る。また、カソードガスとして空気を供給するためのポ
ンプ等を設ける必要が無くなりシステムを簡略化でき
る。また、上記したバーナの排ガスをカソードガスとし
て用いる燃料電池のカソードガス取り入れ口が、燃焼部
のバーナの方向に向いてれば、カノードガスが供給され
やすい状態になる。
【0011】バーナの排ガスをカソードガスとする燃料
電池として、溶融炭酸塩型燃料電池を用いることができ
る。
【0012】
【実施例】以下に、本発明の一実施例の説明を行なう。 (実施例)本実施例の燃焼システムの燃焼機器は、貯水
槽1と、内部にバーナ4が設けられた燃焼室2とを有す
るボイラー3である。
【0013】上記燃焼室2内のバーナ4は、図示しない
供給源から供給される炭化水素系ガスを燃料として用い
て燃焼し、燃焼室2内の温度を上昇させるものであり、
バーナ4と炭化水素系ガスの供給源とは、通路Aによっ
て連結されている。一方、貯水槽1中には、水の供給孔
1aから供給された水があり、この水が、バーナの熱に
よって、温水或いは水蒸気となり、取り出し口1bから
取り出されるようになっている。。
【0014】上記ボイラ3の燃焼室2内にはさらに、蒸
発器5と、改質器6と、溶融炭酸塩型燃料電池7と、逆
火防止器8とが設けられている。蒸発器5は、貯水槽1
より供給される水を水蒸気にし、この水蒸気と上記バー
ナ4の燃料と同じ供給源から供給される炭化水素系ガス
とを混合し、この混合ガスを改質器6に供給するもので
ある。
【0015】この蒸発器5と貯水槽1とは、蒸発器5へ
の水の供給が可能なように通路Bによって連結されてお
り、さらにこの通路Bの途中には、蒸発器5に必要量の
水が供給されるように、水の流量を制御する水量制御器
9が設けられている。また、蒸発器5と、上記通路Aの
途中とは、蒸発器5への炭化水素系ガスの供給が可能な
ように通路Cによって連結されており、さらにこの通路
Cの途中には、蒸発器5に必要量の炭化水素系ガスが供
給されるように、炭化水素系ガスの流量を制御する炭化
水素系ガス流量制御器10が設けられている。
【0016】また、蒸発器5と改質器6とは通路Dによ
って連結されており、この通路Dを通って、混合ガスが
改質器6に供給できるようになっている。改質器6は、
蒸発器5から供給された水蒸気と炭化水素系ガスとの混
合ガスを用いて水素リッチガスを生成し、生成した水素
リッチガスを溶融炭酸塩型燃料電池7に供給するもので
ある。この改質器6と溶融炭酸塩型燃料電池7とは通路
Eによって連結されており、この通路Eにより水素リッ
チガスが溶融炭酸塩型燃料電池7に供給できるようにな
っている。
【0017】溶融炭酸塩型燃料電池7は、改質器6から
供給された水素リッチガスをアノードガスとし、上記バ
ーナ4の燃料排ガスと燃焼室2側壁に設けられた空気孔
2aから取り入れられる空気中の酸素とをカソードガス
として、電気化学的に反応させて発電を行なうものであ
る。この、溶融炭酸塩型燃料電池7は単セル7aを複数
個積層させた積層型の燃料電池であり、そのカソードガ
ス取り入れ口側7bには、マニホールドは設けられてお
らず、バーナ4側から上昇してくるバーナ排ガスが取り
入れ易いように、バーナ4方向を向いている。
【0018】また、この溶融炭酸塩型燃料電池7は、自
己発熱よりも放熱量が大きい燃料電池であるため作動時
には、作動温度を維持するために常に熱を必要とする。
逆火防止器8は、溶融炭酸塩型燃料電池7から排出され
るアノード排ガスが通過する通路Fに設けられており、
電池外部に排出されるアノード排ガスが、通路Fを通過
する途中で爆発等を起こさないようにするためのもので
ある。
【0019】また、燃焼室2の側壁には、燃焼室2の側
壁を貫通した状態で絶縁端子11が設けられており、燃
焼室2内の溶融炭酸塩型燃料電池7と接続されている。
さらにこの絶縁端子11は、バーナ3の外部に設けられ
た直交変換器12と接続され、この直交変換器12は負
荷13と接続されている。上記燃焼システムは、以下の
ように作動する。
【0020】先ず、バーナ4に供給源から通路Aを通過
して炭化水素系ガスが供給されると、バーナ4は燃焼を
開始し、燃焼室2内の温度が上昇する。これにより、貯
水槽1内の水の加熱が開始される。またこれと同時に燃
焼室2内に設置された溶融炭酸塩型燃料電池7、改質器
6、蒸発器5は、それぞれは作動温度にまで上昇する。
【0021】このように昇温された蒸発器5には、燃料
流量制御装置10によって流量を制御された炭化水素系
ガスが通路Cを通過して供給される。これと同時に蒸発
器5には水量制御器9によって流量を制御された水が通
路Bを通過して導入される。蒸発器5は、供給された水
から水蒸気を生成し、この水蒸気と炭化水素系ガスとを
混合する。この水蒸気と炭化水素系ガスとの混合ガスは
通路Dを通過して、改質器6に供給される。
【0022】改質器6は蒸発器5から供給された混合ガ
スの改質反応を行い、水素リッチガスを生成する。生成
した水素リッチガスは、通路Eを通過して溶融炭酸塩型
燃料電池7に供給される。溶融炭酸塩型燃料電池7は、
供給された水素リッチガスと、バーナ4の排ガス中の酸
素、二酸化炭素、及び燃焼室2の側壁の空気孔2aから
供給される空気中の酸素を用いて電気化学反応を起こし
発電を開始する。
【0023】溶融炭酸塩型燃料電池7で発生した電気は
絶縁端子11を介して直交変換器12に導入され交流に
変換され負荷13で消費される。またアノード排ガスは
通路F及び逆火防止器8を通過して溶融炭酸塩型燃料電
池7から燃焼室2内へと排出され、アノード排ガス中の
水素及び可燃性ガスはバーナ4の燃焼に使用される。
【0024】上記システムでは、溶融炭酸塩型燃料電池
7、改質器6、蒸発器5は、作動中は常にバーナ4の熱
により、作動温度に保たれることになり、燃焼機器の熱
の有効利用を図ることができた。 (その他の事項) 上記実施例では、燃焼室の空気孔からの空気とバー
ナ部の排ガスとをカソードガスとして用いたが、図2の
ように、ボイラ3外部に設けたポンプ14から空気をカ
ソードガスとして供給するような構成にしてもよい。こ
の場合、燃料電池7のカソードガス取り入れ口7bにマ
ニホールド(不図示)を設け、このマニホールドと上記
ポンプ14とを通路Gによって連結すればよい。 上記実施例では、溶融炭酸塩型燃料電池を用いた
が、これに限ることはなく、リン酸電解質型、高温固体
電解質型等どのような種類の電池を用いてもよい。 上記実施例では、燃料電池の構造が積層型のもので
あったがこれに限ることはなく、例えば、単セルを横方
向に並列に並べた燃料電池にであってもよい。 上記実施例では外部改質方式の燃料電池について記
載したが、内部改質方式の燃料電池を使用することによ
り、改質器を設けなくてよいので燃焼室の小さい燃焼機
器との組み合わせを行なうことができ、よりコンパクト
な燃焼システムを実現できる。 また、上記の燃焼システムに使用したような自己発
熱量より、放熱量が多い燃料電池と燃焼機器を組み合わ
せることは、燃料電池にとって以下のような利点を有す
る。
【0025】自己発熱量より、放熱量が多い燃料電池で
は、作動温度を保つために、従来では、アノード極から
排出されるアノード排ガスを燃焼して自己の保温を行な
っていた。ところが、このようにアノード排ガスを用い
ると、例えば、負荷が大きい運転を行なった場合、アノ
ード排ガス中の水素成分は少なく、アノード排ガスを燃
焼させても、燃料電池の温度を保つだけの熱量を得るこ
とができない場合が生じる。つまり、負荷によって、燃
焼熱量が変化し、燃料電池の温度がふらついてしまい、
電池の運転に支障が生じることがあるのである。
【0026】このようなことが起こらないように、上記
のような保温方法の燃料電池では、運転条件が制約され
ることがあった。しかしながら、本発明の方法であれ
ば、燃料電池の温度はバーナによって保障されるので、
燃料電池は負荷変動を自由に行なうことができる。 上記実施例では、燃焼機器としてボイラを示した
が、これに限定することはなく、例えば、ガス湯沸器、
石油ストーブ等の炭化水素系の燃料を用いる燃焼機器で
あればよい。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料電池は自己発熱より、放熱量が大きいため、作動温
度を保つために、常に熱を必要とする。従って、燃料電
池は運転中に、燃焼機器の余分な熱を常に使用すること
になり、燃焼機器の余分な熱を有効に使用することがで
きるといった効果を奏した。
【0028】また、上記したように燃料電池が常に熱を
利用するために、燃焼機器の燃焼部に燃料電池を設け、
燃焼機器と燃料電池とを一体化させることができ、シス
テムのコンパクト化を図ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例にかかる燃焼システムの模式図で
ある。
【図2】本発明の一例にかかる燃焼システムの模式図で
ある。
【符号の説明】
2 燃焼室 3 ボイラ 4 バーナ 7 溶融炭酸塩型燃料電池

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化水素系燃料を燃焼させて使用する燃
    焼機器と、炭化水素系燃料をアノードガスの原料として
    用いる燃料電池とを有し、 上記燃料電池が燃焼機器の燃焼部に設けられていること
    を特徴とする燃焼システム。
  2. 【請求項2】 上記燃料電池が燃焼部のバーナの排ガス
    をカソードガスとして用いることを特徴とする請求項1
    記載の燃焼システム。
  3. 【請求項3】 上記燃料電池のカソードガス取り入れ口
    が、燃焼部のバーナの方向に向いていることを特徴とす
    る請求項2記載の燃焼システム。
  4. 【請求項4】 上記燃料電池が、溶融炭酸塩型燃料電池
    であることを特徴とする請求項2、3記載の燃焼システ
    ム。
JP6179121A 1994-07-29 1994-07-29 燃焼システム Pending JPH0845522A (ja)

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Cited By (4)

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