JPH09231989A - 燃料電池発電設備 - Google Patents
燃料電池発電設備Info
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- JPH09231989A JPH09231989A JP8031961A JP3196196A JPH09231989A JP H09231989 A JPH09231989 A JP H09231989A JP 8031961 A JP8031961 A JP 8031961A JP 3196196 A JP3196196 A JP 3196196A JP H09231989 A JPH09231989 A JP H09231989A
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- anode
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- 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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池や改質器自体は従来のままで、アノ
ードガス中の燃料利用率の向上や排熱回収装置で生成さ
れる改質用蒸気消費量の低減を図り、延いてはプラント
効率を向上させる。 【解決手段】 燃料電池３のアノード極３ａからのアノ
ード排ガスＧEAの一部を燃料ガスＧFに合流させ、燃料
ガスＧFと一緒に改質器１の改質室１ａへ送給し、改質
室１ａからアノードガスＧAとして燃料電池３のアノー
ド極３ａへ導入する。 【効果】 燃料電池のアノード極における流配が良好と
なるため、燃料電池の燃料利用率が向上し、又アノード
排ガス中の蒸気が燃料ガスへ供給されるため、排熱回収
装置からの改質用蒸気消費量の低減を図ることができ
る。このため、全体としてプラントの効率が向上する。
ードガス中の燃料利用率の向上や排熱回収装置で生成さ
れる改質用蒸気消費量の低減を図り、延いてはプラント
効率を向上させる。 【解決手段】 燃料電池３のアノード極３ａからのアノ
ード排ガスＧEAの一部を燃料ガスＧFに合流させ、燃料
ガスＧFと一緒に改質器１の改質室１ａへ送給し、改質
室１ａからアノードガスＧAとして燃料電池３のアノー
ド極３ａへ導入する。 【効果】 燃料電池のアノード極における流配が良好と
なるため、燃料電池の燃料利用率が向上し、又アノード
排ガス中の蒸気が燃料ガスへ供給されるため、排熱回収
装置からの改質用蒸気消費量の低減を図ることができ
る。このため、全体としてプラントの効率が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料
電池を用いた燃料電池発電設備に関するものである。
電池を用いた燃料電池発電設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率で且つ
環境への影響が少い、等従来の発電装置にはない特長を
有しており、水力、火力、原子力に続く発電システムと
して注目を集め、現在世界各国で鋭意、研究開発が行わ
れている。
環境への影響が少い、等従来の発電装置にはない特長を
有しており、水力、火力、原子力に続く発電システムと
して注目を集め、現在世界各国で鋭意、研究開発が行わ
れている。
【０００３】而して、溶融炭酸塩型燃料電池を用いた従
来の燃料電池発電設備の一例は図３に示されている。
来の燃料電池発電設備の一例は図３に示されている。
【０００４】図中、１は改質室１ａと燃焼室１ｂを有す
る改質器、２は燃料ガス予熱器、３はアノード極３ａと
カソード極３ｂを一つの組み合わせとして複数層積重ね
形成した溶融炭酸塩型の燃料電池であり、改質器１及び
燃料ガス予熱器２並びに燃料電池３は図３において仮想
線で表わされている所定の圧力容器４内に収納されてい
る。
る改質器、２は燃料ガス予熱器、３はアノード極３ａと
カソード極３ｂを一つの組み合わせとして複数層積重ね
形成した溶融炭酸塩型の燃料電池であり、改質器１及び
燃料ガス予熱器２並びに燃料電池３は図３において仮想
線で表わされている所定の圧力容器４内に収納されてい
る。
【０００５】改質器１における改質室１ａの入口側に
は、都市ガス等の燃料ガスＧFを改質室１ａへ送給し得
るよう、中途部に上流側から下流側へ向けて燃料ガス送
給ブロワ５、脱硫器６、燃料ガス予熱器２を順次接続し
た燃料ガス送給管７が接続されている。
は、都市ガス等の燃料ガスＧFを改質室１ａへ送給し得
るよう、中途部に上流側から下流側へ向けて燃料ガス送
給ブロワ５、脱硫器６、燃料ガス予熱器２を順次接続し
た燃料ガス送給管７が接続されている。
【０００６】改質器１における改質室１ａの出口側に
は、中途部に燃料ガス予熱器２を接続したアノードガス
送給管８が接続され、アノードガス送給管８の先端は燃
料電池３のアノード極３ａに接続されている。而して、
改質室１ａで燃料ガスＧFを改質して得られた、水素、
一酸化炭素、メタン等の可燃成分を含むアノードガスＧ
Aはアノードガス送給管８を通って燃料電池３のアノー
ド極３ａ入口側へ送給されるようになっている。
は、中途部に燃料ガス予熱器２を接続したアノードガス
送給管８が接続され、アノードガス送給管８の先端は燃
料電池３のアノード極３ａに接続されている。而して、
改質室１ａで燃料ガスＧFを改質して得られた、水素、
一酸化炭素、メタン等の可燃成分を含むアノードガスＧ
Aはアノードガス送給管８を通って燃料電池３のアノー
ド極３ａ入口側へ送給されるようになっている。
【０００７】燃料電池３におけるアノード極３ａの出口
側と改質器１における燃焼室１ｂの入口側とは、アノー
ド極３ａから排出されたアノード排ガスＧEAが改質器１
における燃焼室１ｂへ送給されるよう、アノード排ガス
送給管９により接続され、アノード排ガス送給管９の中
途部には、アノード排ガスＧEAが燃焼室１ｂ側からアノ
ード極３ａ側へ逆流しないよう、逆止弁１０が接続され
ている。
側と改質器１における燃焼室１ｂの入口側とは、アノー
ド極３ａから排出されたアノード排ガスＧEAが改質器１
における燃焼室１ｂへ送給されるよう、アノード排ガス
送給管９により接続され、アノード排ガス送給管９の中
途部には、アノード排ガスＧEAが燃焼室１ｂ側からアノ
ード極３ａ側へ逆流しないよう、逆止弁１０が接続され
ている。
【０００８】燃料電池３におけるカソード極３ｂの出口
側と改質器１における燃焼室１ｂの入口側とは、カソー
ド極３ｂから排出されたカソード排ガスＧECが改質器１
における燃焼室１ｂへ送給されるよう、カソード排ガス
送給管１１により接続され、カソード排ガス送給管１１
の中途部には、カソード排ガスＧECが燃焼室１ｂ側から
カソード極３ｂ側へ逆流しないよう、逆止弁１２が接続
されている。
側と改質器１における燃焼室１ｂの入口側とは、カソー
ド極３ｂから排出されたカソード排ガスＧECが改質器１
における燃焼室１ｂへ送給されるよう、カソード排ガス
送給管１１により接続され、カソード排ガス送給管１１
の中途部には、カソード排ガスＧECが燃焼室１ｂ側から
カソード極３ｂ側へ逆流しないよう、逆止弁１２が接続
されている。
【０００９】改質器１における燃焼室１ｂの出口側には
燃焼室１ｂから排出された燃焼排ガスＧEXを下流側へ送
給するための燃焼排ガス送給管１３が接続され、燃焼排
ガス送給管１３の下流端には混合器１４が接続されてい
る。
燃焼室１ｂから排出された燃焼排ガスＧEXを下流側へ送
給するための燃焼排ガス送給管１３が接続され、燃焼排
ガス送給管１３の下流端には混合器１４が接続されてい
る。
【００１０】燃焼排ガス送給管１３の中途部には、燃焼
排ガスＧEXの一部を抽出するガスタービン駆動ガス送給
管１５が接続され、ガスタービン駆動ガス送給管１５の
先端は、圧縮機１７を駆動するためのガスタービン１６
に接続されている。
排ガスＧEXの一部を抽出するガスタービン駆動ガス送給
管１５が接続され、ガスタービン駆動ガス送給管１５の
先端は、圧縮機１７を駆動するためのガスタービン１６
に接続されている。
【００１１】ガスタービン駆動ガス送給管１５には、後
述の加熱器２５からの熱風排ガスＧ EHをガスタービン駆
動ガス送給管１５へ流入させて燃焼排ガスＧEXと混合
し、ガスタービン駆動ガスＧEDを生成させるよう、熱風
排ガス送給管１８が接続されている。
述の加熱器２５からの熱風排ガスＧ EHをガスタービン駆
動ガス送給管１５へ流入させて燃焼排ガスＧEXと混合
し、ガスタービン駆動ガスＧEDを生成させるよう、熱風
排ガス送給管１８が接続されている。
【００１２】ガスタービン１６には、ガスタービン１６
から排気されたタービン排ガスＧETを排熱回収装置１９
へ送給し得るようタービン排ガス送給管２０が接続され
ている。
から排気されたタービン排ガスＧETを排熱回収装置１９
へ送給し得るようタービン排ガス送給管２０が接続され
ている。
【００１３】外部から圧縮機１７内へ導入され圧縮され
て生成された圧縮空気ＡCは、前記混合器１４へ送給さ
れるよう、圧縮機１７と混合器１４は圧縮空気送給管２
１により接続され、混合器１４では、燃焼排ガス送給管
１３から送給された二酸化炭素主体の燃焼排ガスＧEXと
圧縮空気送給管２１から送給された圧縮空気ＡCを混合
して一酸化炭素と空気の混合した混合ガスＧMを生成し
得るようになっている。
て生成された圧縮空気ＡCは、前記混合器１４へ送給さ
れるよう、圧縮機１７と混合器１４は圧縮空気送給管２
１により接続され、混合器１４では、燃焼排ガス送給管
１３から送給された二酸化炭素主体の燃焼排ガスＧEXと
圧縮空気送給管２１から送給された圧縮空気ＡCを混合
して一酸化炭素と空気の混合した混合ガスＧMを生成し
得るようになっている。
【００１４】混合器１４の出口側と燃料電池３における
カソード極３ｂの入口側とは、混合ガス循環管２２によ
り接続されており、混合ガス循環管２２には、上流側か
ら下流側へ向けて、低温ブロワ２３及びカソード極３ｂ
側から混合器１４側へ混合ガスＧMが逆流しないように
した逆止弁２４並びに加熱器２５が順次接続されてい
る。
カソード極３ｂの入口側とは、混合ガス循環管２２によ
り接続されており、混合ガス循環管２２には、上流側か
ら下流側へ向けて、低温ブロワ２３及びカソード極３ｂ
側から混合器１４側へ混合ガスＧMが逆流しないように
した逆止弁２４並びに加熱器２５が順次接続されてい
る。
【００１５】前記加熱器２５には熱風発生炉２６で発生
した熱風ＷHを送給して混合ガス循環管２２内を流れる
混合ガスＧMを熱風ＷHにより加熱し、カソードガスＧC
を生成し得るようになっており、混合ガス循環管２２内
を送給される混合ガスＧMを加熱してカソードガスＧCと
した後の熱風排ガスＧEHは、前述のように加熱器２５か
ら排出され、熱風排ガス送給管１８を通ってガスタービ
ン駆動ガス送給管１５へ導入し得るようになっている。
した熱風ＷHを送給して混合ガス循環管２２内を流れる
混合ガスＧMを熱風ＷHにより加熱し、カソードガスＧC
を生成し得るようになっており、混合ガス循環管２２内
を送給される混合ガスＧMを加熱してカソードガスＧCと
した後の熱風排ガスＧEHは、前述のように加熱器２５か
ら排出され、熱風排ガス送給管１８を通ってガスタービ
ン駆動ガス送給管１５へ導入し得るようになっている。
【００１６】排熱回収装置１９の蒸気出口側に接続した
蒸気管２７は、タービン排ガス送給管２０からのタービ
ン排ガスＧETにより排熱回収装置１９で加熱され生成さ
れた蒸気ＶPを燃料ガス送給管７内に送給し得るよう、
燃料ガス送給管７の脱硫器６接続部と燃料ガス予熱器２
接続部との間に圧力容器４の外部で接続されている。
蒸気管２７は、タービン排ガス送給管２０からのタービ
ン排ガスＧETにより排熱回収装置１９で加熱され生成さ
れた蒸気ＶPを燃料ガス送給管７内に送給し得るよう、
燃料ガス送給管７の脱硫器６接続部と燃料ガス予熱器２
接続部との間に圧力容器４の外部で接続されている。
【００１７】なお、図中、２８はガスタービン１６側か
ら燃焼排ガス送給管１３側へガスタービン駆動ガスＧED
が逆流しないよう、ガスタービン駆動ガス送給管１５の
熱風排ガス送給管１８接続部よりも燃焼排ガスＧEX流れ
方向上流側に接続された逆止弁、２９はガスタービン駆
動ガス送給管１５側から加熱器２５側へ熱風排ガスＧ EH
が逆流しないよう、熱風排ガス送給管１８に接続された
逆止弁である。
ら燃焼排ガス送給管１３側へガスタービン駆動ガスＧED
が逆流しないよう、ガスタービン駆動ガス送給管１５の
熱風排ガス送給管１８接続部よりも燃焼排ガスＧEX流れ
方向上流側に接続された逆止弁、２９はガスタービン駆
動ガス送給管１５側から加熱器２５側へ熱風排ガスＧ EH
が逆流しないよう、熱風排ガス送給管１８に接続された
逆止弁である。
【００１８】又、図示してないが、例えば圧縮空気送給
管２１の中途部には、圧縮空気抽出管が接続され、圧縮
空気送給管２１から圧縮空気抽出管へ抽出された圧縮空
気Ａ Cの一部は、圧縮空気抽出管から圧力容器４内へ導
入し得るようになっている。これは、燃料電池３及び改
質器１並に燃料ガス予熱器２は内圧が高いため、圧力容
器４内に圧縮空気ＡCを導入することにより、圧力容器
４内の圧力と、燃料電池３、改質器１、燃料ガス予熱器
２といった各機器の内圧との差圧を小さくし、燃料電池
３、改質器１、燃料ガス予熱器２の小型化、延いては設
備全体の小型化を図るためである。
管２１の中途部には、圧縮空気抽出管が接続され、圧縮
空気送給管２１から圧縮空気抽出管へ抽出された圧縮空
気Ａ Cの一部は、圧縮空気抽出管から圧力容器４内へ導
入し得るようになっている。これは、燃料電池３及び改
質器１並に燃料ガス予熱器２は内圧が高いため、圧力容
器４内に圧縮空気ＡCを導入することにより、圧力容器
４内の圧力と、燃料電池３、改質器１、燃料ガス予熱器
２といった各機器の内圧との差圧を小さくし、燃料電池
３、改質器１、燃料ガス予熱器２の小型化、延いては設
備全体の小型化を図るためである。
【００１９】上述の燃料電池発電設備での発電は次のよ
うに行われる。
うに行われる。
【００２０】すなわち、燃料ガス送給ブロワ５により加
圧されて燃料ガス送給管７内を送られて来た燃料ガスＧ
Fは、脱硫器６で脱硫され、脱硫された燃料ガスＧFに
は、排熱回収装置１９から蒸気管２７を介して送給され
て来た蒸気ＶPが吹き込まれ、蒸気ＶPを吹き込まれた燃
料ガスＧFは、燃料ガス予熱器２で予熱されて改質器１
の改質室１ａ内へ導入される。
圧されて燃料ガス送給管７内を送られて来た燃料ガスＧ
Fは、脱硫器６で脱硫され、脱硫された燃料ガスＧFに
は、排熱回収装置１９から蒸気管２７を介して送給され
て来た蒸気ＶPが吹き込まれ、蒸気ＶPを吹き込まれた燃
料ガスＧFは、燃料ガス予熱器２で予熱されて改質器１
の改質室１ａ内へ導入される。
【００２１】燃料ガスＧFとしては、都市ガスのように
水素、一酸化炭素、酸素等可燃成分を多量に含むガスを
用いる。又燃料ガスＧFに蒸気ＶPを吹き込むのは、改質
器１で燃料ガスＧF中の可燃成分が炭化することなく、
改質が円滑に行われるようにするためである。
水素、一酸化炭素、酸素等可燃成分を多量に含むガスを
用いる。又燃料ガスＧFに蒸気ＶPを吹き込むのは、改質
器１で燃料ガスＧF中の可燃成分が炭化することなく、
改質が円滑に行われるようにするためである。
【００２２】一方、燃料電池３のアノード極３ａから排
出された、水素や一酸化炭素等の可燃成分を若干含むア
ノード排ガスＧEAはアノード排ガス送給管９を通り、又
カソード極３ｂから排出された、二酸化炭素や空気を含
むカソード排ガスＧECはカソード排ガス送給管１１を通
り、夫々改質器１の燃焼室１ｂへ導入され、燃焼室１ｂ
ではカソード排ガスＧECの熱によりアノード排ガスＧEA
中の可燃成分が燃焼し、高温の燃焼ガスが生成される。
出された、水素や一酸化炭素等の可燃成分を若干含むア
ノード排ガスＧEAはアノード排ガス送給管９を通り、又
カソード極３ｂから排出された、二酸化炭素や空気を含
むカソード排ガスＧECはカソード排ガス送給管１１を通
り、夫々改質器１の燃焼室１ｂへ導入され、燃焼室１ｂ
ではカソード排ガスＧECの熱によりアノード排ガスＧEA
中の可燃成分が燃焼し、高温の燃焼ガスが生成される。
【００２３】このため燃焼ガスの熱により燃焼室１ｂを
介して改質室１ａが加熱され、燃料ガス送給管７から改
質室１ａ内に導入された燃料ガスＧFは、改質室１ａの
熱により加熱され、改質されてアノードガスＧAが生成
され、生成されたアノードガスＧAは改質器１の改質室
１ａから送出され、アノードガス送給管８から燃料ガス
予熱器２へ導入され、該燃料ガス予熱器２において、ア
ノードガスＧAの熱により、燃料ガス送給管７内を送給
されて来た燃料ガスＧFを予熱し、しかる後、燃料電池
３のアノード極３ａへ送給される。
介して改質室１ａが加熱され、燃料ガス送給管７から改
質室１ａ内に導入された燃料ガスＧFは、改質室１ａの
熱により加熱され、改質されてアノードガスＧAが生成
され、生成されたアノードガスＧAは改質器１の改質室
１ａから送出され、アノードガス送給管８から燃料ガス
予熱器２へ導入され、該燃料ガス予熱器２において、ア
ノードガスＧAの熱により、燃料ガス送給管７内を送給
されて来た燃料ガスＧFを予熱し、しかる後、燃料電池
３のアノード極３ａへ送給される。
【００２４】改質器１の燃焼室１ｂで生成された燃焼ガ
スは、燃料ガスＧFを加熱して改質した後、二酸化炭素
等を含む燃焼排ガスＧEXとして燃焼室１ｂから燃焼排ガ
ス送給管１３へ排出され、下流側へ送給される。
スは、燃料ガスＧFを加熱して改質した後、二酸化炭素
等を含む燃焼排ガスＧEXとして燃焼室１ｂから燃焼排ガ
ス送給管１３へ排出され、下流側へ送給される。
【００２５】而して、燃焼排ガスＧEXの一部は、途中
で、ガスタービン駆動ガス送給管１５へ送られ、残りの
燃焼排ガスＧEXは全て燃焼排ガス送給管１３を経て混合
器１４へ送給される。
で、ガスタービン駆動ガス送給管１５へ送られ、残りの
燃焼排ガスＧEXは全て燃焼排ガス送給管１３を経て混合
器１４へ送給される。
【００２６】ガスタービン駆動ガス送給管１５へ導入さ
れた一部の燃焼排ガスＧEXは、ガスタービン駆動ガス送
給管１５内を通ってガスタービン１６方向へ送給され
る。
れた一部の燃焼排ガスＧEXは、ガスタービン駆動ガス送
給管１５内を通ってガスタービン１６方向へ送給され
る。
【００２７】一方、熱風発生炉２６で発生した熱風ＷH
は、加熱器２５へ送給され、混合ガス循環管２２を通っ
て加熱器２５へ送給された混合ガスＧMを加熱し、しか
る後加熱器２５から熱風排ガスＧEHとして熱風排ガス送
給管１８へ排出され、熱風排ガス送給管１８からガスタ
ービン駆動ガス送給管１５内へ導入され、ガスタービン
駆動ガス送給管１５内を流れる燃焼排ガスＧEXと合流し
て混合し、ガスタービン駆動ガスＧEDが生成される。
は、加熱器２５へ送給され、混合ガス循環管２２を通っ
て加熱器２５へ送給された混合ガスＧMを加熱し、しか
る後加熱器２５から熱風排ガスＧEHとして熱風排ガス送
給管１８へ排出され、熱風排ガス送給管１８からガスタ
ービン駆動ガス送給管１５内へ導入され、ガスタービン
駆動ガス送給管１５内を流れる燃焼排ガスＧEXと合流し
て混合し、ガスタービン駆動ガスＧEDが生成される。
【００２８】而して、生成したガスタービン駆動ガスＧ
EDは、更にガスタービン駆動ガス送給管１５を下流側へ
向い送られてガスタービン１６に導入され、ガスタービ
ン１６を駆動する。
EDは、更にガスタービン駆動ガス送給管１５を下流側へ
向い送られてガスタービン１６に導入され、ガスタービ
ン１６を駆動する。
【００２９】又、ガスタービン１６を駆動した後抽気さ
れたタービン排ガスＧETは、タービン排ガス送給管２０
を経て排熱回収装置１９へ送られ、排熱回収装置１９に
おいて水を加熱し、蒸気ＶPを生成させる。
れたタービン排ガスＧETは、タービン排ガス送給管２０
を経て排熱回収装置１９へ送られ、排熱回収装置１９に
おいて水を加熱し、蒸気ＶPを生成させる。
【００３０】水や蒸気により排熱を回収されたタービン
排ガスＧETは排熱回収装置１９から外部へ放出され、排
熱回収装置１９で生成された蒸気ＶPは、前述したごと
く蒸気管２７を通って燃料ガス送給管７へ送給され、燃
料ガス送給管７中の燃料ガスＧFに吹き込まれる。
排ガスＧETは排熱回収装置１９から外部へ放出され、排
熱回収装置１９で生成された蒸気ＶPは、前述したごと
く蒸気管２７を通って燃料ガス送給管７へ送給され、燃
料ガス送給管７中の燃料ガスＧFに吹き込まれる。
【００３１】ガスタービン駆動ガスＧEDによりガスター
ビン１６が駆動されると圧縮機１７も駆動されるため、
圧縮機１７内に導入された空気は圧縮空気ＡCとして圧
縮機１７から圧縮空気送給管２１へ吐出される。
ビン１６が駆動されると圧縮機１７も駆動されるため、
圧縮機１７内に導入された空気は圧縮空気ＡCとして圧
縮機１７から圧縮空気送給管２１へ吐出される。
【００３２】又、圧縮空気ＡCは、圧縮空気送給管２１
を通って混合器１４へ導入され、混合器１４では、燃焼
排ガス送給管１３からの燃焼排ガスＧEXと圧縮空気送給
管２１からの圧縮空気ＡCが混合して二酸化炭素及び酸
素等を含む混合ガスＧMが生成される。
を通って混合器１４へ導入され、混合器１４では、燃焼
排ガス送給管１３からの燃焼排ガスＧEXと圧縮空気送給
管２１からの圧縮空気ＡCが混合して二酸化炭素及び酸
素等を含む混合ガスＧMが生成される。
【００３３】混合器１４で生成された混合ガスＧMは、
低温ブロワ２３に吸入されると共に加圧されて吐出さ
れ、混合ガス循環管２２を通って加熱器２５へ導入さ
れ、加熱器２５において熱風発生炉２６で生成されて送
給されて来た熱風ＷHにより加熱され、更に混合ガス循
環管２２を下流に向って送給され、カソードガスＧCと
して燃料電池３のカソード極３ｂへ導入される。加熱器
２５から排出された熱風排ガスＧEHは前述のごとくガス
タービン１６の駆動に供される。
低温ブロワ２３に吸入されると共に加圧されて吐出さ
れ、混合ガス循環管２２を通って加熱器２５へ導入さ
れ、加熱器２５において熱風発生炉２６で生成されて送
給されて来た熱風ＷHにより加熱され、更に混合ガス循
環管２２を下流に向って送給され、カソードガスＧCと
して燃料電池３のカソード極３ｂへ導入される。加熱器
２５から排出された熱風排ガスＧEHは前述のごとくガス
タービン１６の駆動に供される。
【００３４】而して、燃料電池３のアノード極３ａにア
ノードガスＧAが導入され、カソード極３ｂにカソード
ガスＧCが導入されると、各極３ａ，３ｂでは従来周知
の所定の化学反応が生じて発電が行われ、発電された電
気は所定の手段で外部へ取り出される。この際アノード
極３ａでは可燃成分の約８０％が消費されるが、改質器
１の燃焼室１ｂでは、残りの約２０％の可燃成分が燃焼
するため、その熱により前述のごとく改質器１では燃料
ガスＧFの改質が行われることになる。
ノードガスＧAが導入され、カソード極３ｂにカソード
ガスＧCが導入されると、各極３ａ，３ｂでは従来周知
の所定の化学反応が生じて発電が行われ、発電された電
気は所定の手段で外部へ取り出される。この際アノード
極３ａでは可燃成分の約８０％が消費されるが、改質器
１の燃焼室１ｂでは、残りの約２０％の可燃成分が燃焼
するため、その熱により前述のごとく改質器１では燃料
ガスＧFの改質が行われることになる。
【００３５】
【発明が解決しようとする課題】上述の燃料電池発電設
備においては、燃料ガスＧFの利用率（燃料利用率）の
向上や燃料ガスＧFを改質する際の排熱回収装置１９か
らの蒸気ＶPの消費量（改質用蒸気消費量）の低減はプ
ラント効率の向上に大きな影響を与える。
備においては、燃料ガスＧFの利用率（燃料利用率）の
向上や燃料ガスＧFを改質する際の排熱回収装置１９か
らの蒸気ＶPの消費量（改質用蒸気消費量）の低減はプ
ラント効率の向上に大きな影響を与える。
【００３６】そこで従来は燃料利用率向上のために燃料
電池３自体の性能を向上させ、改質用蒸気消費量低減の
ために改質器１自体の性能を向上させるといった改良が
種々試みられている。
電池３自体の性能を向上させ、改質用蒸気消費量低減の
ために改質器１自体の性能を向上させるといった改良が
種々試みられている。
【００３７】すなわち、例えば燃料電池３においては、
アノードマニホールド及びカソードマニホールドから図
４に示すごとくセパレータ部３０のアノードガス流路３
１、カソードガス流路３２にアノードガスＧA、カソー
ドガスＧCを流通させ、電解質板３３を介しアノードガ
スＧAとカソードガスＧCにより化学反応を起こさせる必
要があるが、アノードガスＧAのアノードガス流路３１
への流配が均一に行われないと燃料利用率が向上しな
い。このため、アノードガスＧAの流配が良好となるよ
うアノードマニホールド（図示せず）、アノードガス流
路３１の構造、配置等を種々検討しているが、未だ十分
満足できるものが得られていないのが現状である。
アノードマニホールド及びカソードマニホールドから図
４に示すごとくセパレータ部３０のアノードガス流路３
１、カソードガス流路３２にアノードガスＧA、カソー
ドガスＧCを流通させ、電解質板３３を介しアノードガ
スＧAとカソードガスＧCにより化学反応を起こさせる必
要があるが、アノードガスＧAのアノードガス流路３１
への流配が均一に行われないと燃料利用率が向上しな
い。このため、アノードガスＧAの流配が良好となるよ
うアノードマニホールド（図示せず）、アノードガス流
路３１の構造、配置等を種々検討しているが、未だ十分
満足できるものが得られていないのが現状である。
【００３８】なお、図４中、３４はアノード、３５はカ
ソードである。
ソードである。
【００３９】又、改質器１においては、改質用蒸気消費
量は主として燃料ガスＧFの流量により決定されるため
改質器１本体の性能を改善させてもなかなか改質用蒸気
消費量を減少させることは困難である。
量は主として燃料ガスＧFの流量により決定されるため
改質器１本体の性能を改善させてもなかなか改質用蒸気
消費量を減少させることは困難である。
【００４０】本発明は、上述の実情に鑑み、燃料電池自
体の性能を改善せずとも燃料利用率の向上を図ることが
でき、改質器自体の性能を改善せずとも排熱回収装置で
生成された蒸気の改質用蒸気消費量を減少させることが
でき、全体としてプラント効率の高い燃料電池発電設備
を提供することを目的としてなしたものである。
体の性能を改善せずとも燃料利用率の向上を図ることが
でき、改質器自体の性能を改善せずとも排熱回収装置で
生成された蒸気の改質用蒸気消費量を減少させることが
でき、全体としてプラント効率の高い燃料電池発電設備
を提供することを目的としてなしたものである。
【００４１】なお、燃料利用率、プラント効率は次式に
より表わされる。 燃料利用率＝燃料電池で消費された燃料ガスＧF中の可
燃成分の量÷燃料ガスＧF中に含まれる可燃成分の量 プラント効率＝実際に得られた電力÷消費された可燃成
分から発電されると予測される電力
より表わされる。 燃料利用率＝燃料電池で消費された燃料ガスＧF中の可
燃成分の量÷燃料ガスＧF中に含まれる可燃成分の量 プラント効率＝実際に得られた電力÷消費された可燃成
分から発電されると予測される電力
【００４２】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料電池のカ
ソード極からのカソード排ガスを改質器の燃焼室へ送給
する管路と、燃料電池のアノード極からのアノード排ガ
スを改質器の燃焼室へ送給する管路と、改質器の改質室
へ燃料ガスを送給する管路と、改質器の改質室で燃料ガ
スを改質して生成されたアノードガスを前記燃料電池の
アノード極へ送給する管路と、前記改質器の燃料室で生
成されて該燃焼室から排出された燃焼排ガスに酸素を含
むガスを混合しカソードガスとして前記燃料電池のカソ
ード極へ送給する管路と、熱回収装置で生成した蒸気
を、燃料ガスを改質器の改質室へ送給する管路に導入し
得るようにした蒸気管と、を備えた燃料電池発電設備で
あって、前記アノード極からのアノード排ガスを改質器
の燃焼室へ送給する管路の中途部にアノード排ガスの一
部を抜き出し送給するための循環管路を接続し、循環管
路のガス流れ方向先端を燃料ガスを改質器の改質室へ送
給する管路に接続したものである。
ソード極からのカソード排ガスを改質器の燃焼室へ送給
する管路と、燃料電池のアノード極からのアノード排ガ
スを改質器の燃焼室へ送給する管路と、改質器の改質室
へ燃料ガスを送給する管路と、改質器の改質室で燃料ガ
スを改質して生成されたアノードガスを前記燃料電池の
アノード極へ送給する管路と、前記改質器の燃料室で生
成されて該燃焼室から排出された燃焼排ガスに酸素を含
むガスを混合しカソードガスとして前記燃料電池のカソ
ード極へ送給する管路と、熱回収装置で生成した蒸気
を、燃料ガスを改質器の改質室へ送給する管路に導入し
得るようにした蒸気管と、を備えた燃料電池発電設備で
あって、前記アノード極からのアノード排ガスを改質器
の燃焼室へ送給する管路の中途部にアノード排ガスの一
部を抜き出し送給するための循環管路を接続し、循環管
路のガス流れ方向先端を燃料ガスを改質器の改質室へ送
給する管路に接続したものである。
【００４３】本発明では、燃焼ガスを一部のアノード排
ガスにより予熱し得るよう、アノード排ガスの一部を抜
き出し送給するための循環管路と燃料ガスを改質器の改
質室へ送給する管路に燃料ガス予熱器を接続し、前記循
環管路の、燃料ガス予熱器から燃料ガスを改質器の改質
室へ送給する管路までの間に循環ブロワを設けることが
でき、燃焼ガスを一部のアノード排ガスにより予熱し得
るよう、アノード排ガスの一部を抜き出し送給するため
の循環管路と燃料ガスを改質器の改質室へ送給する管路
に燃料ガス予熱器を接続し、燃料ガスを改質器の改質室
へ送給する管路及び循環管路の接続部と、燃料ガス予熱
器との間に燃料ガスとアノード排ガスとが混合したガス
を送給するためのブロワを設けることもできる。
ガスにより予熱し得るよう、アノード排ガスの一部を抜
き出し送給するための循環管路と燃料ガスを改質器の改
質室へ送給する管路に燃料ガス予熱器を接続し、前記循
環管路の、燃料ガス予熱器から燃料ガスを改質器の改質
室へ送給する管路までの間に循環ブロワを設けることが
でき、燃焼ガスを一部のアノード排ガスにより予熱し得
るよう、アノード排ガスの一部を抜き出し送給するため
の循環管路と燃料ガスを改質器の改質室へ送給する管路
に燃料ガス予熱器を接続し、燃料ガスを改質器の改質室
へ送給する管路及び循環管路の接続部と、燃料ガス予熱
器との間に燃料ガスとアノード排ガスとが混合したガス
を送給するためのブロワを設けることもできる。
【００４４】本発明では、アノード極におけるアノード
ガスの流配が良好となるため燃料利用率が向上し、又熱
回収装置で生成した蒸気の消費量を減少させて改質用蒸
気消費量を減少させることができ、その結果、プラント
効果の向上を図ることができる。
ガスの流配が良好となるため燃料利用率が向上し、又熱
回収装置で生成した蒸気の消費量を減少させて改質用蒸
気消費量を減少させることができ、その結果、プラント
効果の向上を図ることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を添
付図面を参照しつつ説明する。
付図面を参照しつつ説明する。
【００４６】図１は本発明の実施の形態の一例である。
【００４７】而して、本形態例において、改質器１の改
質室１ａ出口側に接続されたアノードガス送給管８は、
図３に示す従来の設備とは異なり、燃料ガス予熱器２に
接続されることなく、直接燃料電池３のアノード極３ａ
入口側に接続されている。
質室１ａ出口側に接続されたアノードガス送給管８は、
図３に示す従来の設備とは異なり、燃料ガス予熱器２に
接続されることなく、直接燃料電池３のアノード極３ａ
入口側に接続されている。
【００４８】又、燃料電池３のアノード極３ａ出口側に
接続されているアノード排ガス送給管９には、逆止弁１
０の取付け位置よりもガス流れ方向上流側が接続位置Ｘ
１となるよう、アノード排ガス循環管３６が接続され、
アノード排ガス循環管３６は、中途部を燃料ガス予熱器
２に接続されると共に、その先端は、燃料ガス送給管７
の燃料ガス予熱器２と、改質器１における改質室１ａと
の間の部分に接続されている。
接続されているアノード排ガス送給管９には、逆止弁１
０の取付け位置よりもガス流れ方向上流側が接続位置Ｘ
１となるよう、アノード排ガス循環管３６が接続され、
アノード排ガス循環管３６は、中途部を燃料ガス予熱器
２に接続されると共に、その先端は、燃料ガス送給管７
の燃料ガス予熱器２と、改質器１における改質室１ａと
の間の部分に接続されている。
【００４９】更に、アノード排ガス循環管３６の燃料ガ
ス予熱器２接続部よりもガス流れ方向下流側には、アノ
ード排ガス循環ブロワ３７が設けられている。
ス予熱器２接続部よりもガス流れ方向下流側には、アノ
ード排ガス循環ブロワ３７が設けられている。
【００５０】なお、上述した点以外は、本実施の形態例
は、図３に示す従来設備と同じであるので、同一のもの
には同一の符号を付し、説明を省略する。
は、図３に示す従来設備と同じであるので、同一のもの
には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５１】発電時に燃料電池３のアノード極３ａから
排出されたアノード排ガスＧEAの一部は改質器１の燃焼
室１ｂに送給され、アノード排ガスＧEA中の可燃成分
は、燃料電池３のカソード極３ｂから燃焼室１ｂへ供給
されたカソード排ガスＧECの熱により燃焼して改質室１
ａに導入された燃料ガスＧFの改質に供される。
排出されたアノード排ガスＧEAの一部は改質器１の燃焼
室１ｂに送給され、アノード排ガスＧEA中の可燃成分
は、燃料電池３のカソード極３ｂから燃焼室１ｂへ供給
されたカソード排ガスＧECの熱により燃焼して改質室１
ａに導入された燃料ガスＧFの改質に供される。
【００５２】一方、残りのアノード排ガスＧEAは、接続
位置Ｘ１からアノード排ガス循環管３６へ流入し、燃料
ガス予熱器２において、燃料ガス送給管７中を送給され
る燃料ガスＧFを予熱し、燃料ガス予熱器２の下流側で
アノード排ガス循環ブロワ３７により加圧されたうえア
ノード排ガス循環管３６を通って燃料ガス送給管７内へ
流入し、燃料ガスＧFと一緒に改質器１の改質室１ａへ
供給され、改質室１ａで燃料ガスＧFが改質されて得ら
れたアノードガスＧAと共にアノードガスＧAとしてアノ
ードガス送給管８を通り、燃料電池３のアノード極３ａ
へ送給される。
位置Ｘ１からアノード排ガス循環管３６へ流入し、燃料
ガス予熱器２において、燃料ガス送給管７中を送給され
る燃料ガスＧFを予熱し、燃料ガス予熱器２の下流側で
アノード排ガス循環ブロワ３７により加圧されたうえア
ノード排ガス循環管３６を通って燃料ガス送給管７内へ
流入し、燃料ガスＧFと一緒に改質器１の改質室１ａへ
供給され、改質室１ａで燃料ガスＧFが改質されて得ら
れたアノードガスＧAと共にアノードガスＧAとしてアノ
ードガス送給管８を通り、燃料電池３のアノード極３ａ
へ送給される。
【００５３】アノード排ガスＧEAの一部を循環させ、燃
料ガスＧFを改質して得られたアノードガスＧAと共に燃
料電池３のアノード極３ａへ導入させると、アノードガ
スＧA全体の体積が増加するため、アノードマニホール
ドから図４に示すアノードガス流路３１へ導入されて流
れるアノードガスＧAの流速が大きくなり、アノードガ
スＧAの流配が向上するためアノードガスＧAの高リサイ
クル率を達成できる結果、アノードガスＧA中の燃料利
用率の向上を図ることができる。
料ガスＧFを改質して得られたアノードガスＧAと共に燃
料電池３のアノード極３ａへ導入させると、アノードガ
スＧA全体の体積が増加するため、アノードマニホール
ドから図４に示すアノードガス流路３１へ導入されて流
れるアノードガスＧAの流速が大きくなり、アノードガ
スＧAの流配が向上するためアノードガスＧAの高リサイ
クル率を達成できる結果、アノードガスＧA中の燃料利
用率の向上を図ることができる。
【００５４】又、燃料電池３におけるアノード極３ａで
の化学反応（Ｈ2＋ＣＯ3 2-→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2）により、ア
ノード排ガスＧEA中には蒸気が含まれ、該蒸気の一部は
アノード排ガス循環管３６から燃料ガス送給管７内へ送
給されるため、その分、排熱回収装置１９から蒸気管２
７を経て燃料ガス送給管７へ送給する蒸気ＶPの量を減
少させることができ、従って改質用蒸気消費量の低減を
図ることができる。
の化学反応（Ｈ2＋ＣＯ3 2-→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2）により、ア
ノード排ガスＧEA中には蒸気が含まれ、該蒸気の一部は
アノード排ガス循環管３６から燃料ガス送給管７内へ送
給されるため、その分、排熱回収装置１９から蒸気管２
７を経て燃料ガス送給管７へ送給する蒸気ＶPの量を減
少させることができ、従って改質用蒸気消費量の低減を
図ることができる。
【００５５】更に、燃料利用率の向上及び改質用蒸気消
費量の低減により、プラント効率の向上を図ることがで
きる。
費量の低減により、プラント効率の向上を図ることがで
きる。
【００５６】更に、アノード排ガス循環ブロワ３７は燃
料ガス予熱器２のガス流れ方向下流側に設けられてお
り、アノード排ガス循環ブロワ３７へ吸引されるアノー
ド排ガスＧEAの温度は低下しているため、アノード排ガ
ス循環ブロワ３７としては、低温ブロワで良く、市販の
ものを使用することができる。
料ガス予熱器２のガス流れ方向下流側に設けられてお
り、アノード排ガス循環ブロワ３７へ吸引されるアノー
ド排ガスＧEAの温度は低下しているため、アノード排ガ
ス循環ブロワ３７としては、低温ブロワで良く、市販の
ものを使用することができる。
【００５７】図２は本発明の実施の形態の他の例で、燃
料ガス送給ブロワ５と脱硫器６の配置順序を図１の場合
とは逆にして脱硫器６をガス流れ方向上流側に、又燃料
ガス送給ブロワ５を脱硫器６のガス流れ方向下流側に配
置し、アノード排ガス循環管３６には、図１に示すアノ
ード排ガス循環ブロワ３７は設けず、且つアノード排ガ
ス循環管３６のガス流れ方向先端と燃料ガス送給管７の
脱硫器６と燃料ガス送給ブロワ５との間に接続するよう
にしている。
料ガス送給ブロワ５と脱硫器６の配置順序を図１の場合
とは逆にして脱硫器６をガス流れ方向上流側に、又燃料
ガス送給ブロワ５を脱硫器６のガス流れ方向下流側に配
置し、アノード排ガス循環管３６には、図１に示すアノ
ード排ガス循環ブロワ３７は設けず、且つアノード排ガ
ス循環管３６のガス流れ方向先端と燃料ガス送給管７の
脱硫器６と燃料ガス送給ブロワ５との間に接続するよう
にしている。
【００５８】斯かる構成としても、図１の場合と同様の
作用効果を奏し得られる。
作用効果を奏し得られる。
【００５９】なお、本発明の実施の形態は、上述の形態
例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で種々変更を加え得ること、等は勿論であ
る。
例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で種々変更を加え得ること、等は勿論であ
る。
【００６０】
【発明の効果】本発明の燃料電池発電設備によれば、請
求項１，２，３何れの場合においても燃料電池や改質器
自体は従来のものと同じであっても、システムとしてア
ノードガス中の燃料利用率の向上や改質用蒸気消費量の
低減を図ることができ、従って燃料電池や改質器の性能
を向上させなくてもプラント効率を向上させることがで
き、又請求項２，３の場合は、循環ブロワ又は燃料ガス
を送給するブロワは低温ブロワとすることができ、市販
品を使用することができる。
求項１，２，３何れの場合においても燃料電池や改質器
自体は従来のものと同じであっても、システムとしてア
ノードガス中の燃料利用率の向上や改質用蒸気消費量の
低減を図ることができ、従って燃料電池や改質器の性能
を向上させなくてもプラント効率を向上させることがで
き、又請求項２，３の場合は、循環ブロワ又は燃料ガス
を送給するブロワは低温ブロワとすることができ、市販
品を使用することができる。
【図１】本発明の燃料発電設備の実施の形態の一例の全
体構成図である。
体構成図である。
【図２】本発明の燃料発電設備の実施の形態の他の例の
全体構成図である。
全体構成図である。
【図３】従来の燃料発電設備の一例の全体構成図であ
る。
る。
【図４】溶融炭酸塩型燃料電池の模式的構成図である。
１ 改質器 １ａ 改質室 １ｂ 燃焼室 ２ 燃料ガス予熱器 ３ 燃料電池 ３ａ アノード極 ３ｂ カソード極 ５ 燃料ガス送給ブロワ（ブロワ） ７ 燃料ガス送給管（管路） ８ アノードガス送給管（管路） ９ アノード排ガス送給管（管路） １９ 排熱回収装置（熱回収装置） ２２ 混合ガス循環管（管路） ２７ 蒸気管 ３６ アノード排ガス循環管（循環管路） ３７ アノード排ガス循環ブロワ（循環ブロワ） ＧF 燃料ガス ＧA アノードガス ＧC カソードガス ＧEA アノード排ガス ＧEC カソード排ガス ＧEX 燃焼排ガス ＶP 蒸気
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料電池のカソード極からのカソード排
ガスを改質器の燃焼室へ送給する管路と、 燃料電池のアノード極からのアノード排ガスを改質器の
燃焼室へ送給する管路と、 改質器の改質室へ燃料ガスを送給する管路と、 改質器の改質室で燃料ガスを改質して生成されたアノー
ドガスを前記燃料電池のアノード極へ送給する管路と、 前記改質器の燃料室で生成されて該燃焼室から排出され
た燃焼排ガスに酸素を含むガスを混合しカソードガスと
して前記燃料電池のカソード極へ送給する管路と、熱回
収装置で生成した蒸気を、燃料ガスを改質器の改質室へ
送給する管路に導入し得るようにした蒸気管と、を備え
た燃料電池発電設備であって、 前記アノード極からのアノード排ガスを改質器の燃焼室
へ送給する管路の中途部にアノード排ガスの一部を抜き
出し送給するための循環管路を接続し、循環管路のガス
流れ方向先端を燃料ガスを改質器の改質室へ送給する管
路に接続したことを特徴とする燃料電池発電設備。 - 【請求項２】 燃焼ガスを一部のアノード排ガスにより
予熱し得るよう、アノード排ガスの一部を抜き出し送給
するための循環管路と燃料ガスを改質器の改質室へ送給
する管路に燃料ガス予熱器を接続し、前記循環管路の、
燃料ガス予熱器から燃料ガスを改質器の改質室へ送給す
る管路までの間に循環ブロワを設けた請求項１に記載の
燃料電池発電設備。 - 【請求項３】 燃焼ガスを一部のアノード排ガスにより
予熱し得るよう、アノード排ガスの一部を抜き出し送給
するための循環管路と燃料ガスを改質器の改質室へ送給
する管路に燃料ガス予熱器を接続し、燃料ガスを改質器
の改質室へ送給する管路及び循環管路の接続部と、燃料
ガス予熱器との間に燃料ガスとアノード排ガスとが混合
したガスを送給するためのブロワを設けた請求項１に記
載の燃料電池発電設備。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8031961A JPH09231989A (ja) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | 燃料電池発電設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8031961A JPH09231989A (ja) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | 燃料電池発電設備 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09231989A true JPH09231989A (ja) | 1997-09-05 |
Family
ID=12345563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8031961A Pending JPH09231989A (ja) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | 燃料電池発電設備 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09231989A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003109628A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-11 | Toto Ltd | 燃料電池システム |
| GB2408093A (en) * | 2003-10-27 | 2005-05-18 | Bosch Gmbh Robert | Burner for a reformer in a fuel cell system |
| JP2009503789A (ja) * | 2005-07-25 | 2009-01-29 | ブルーム エナジー コーポレーション | アノード排気を部分的にリサイクルする燃料電池システム |
| JP2009076273A (ja) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池システム |
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| JP5282103B2 (ja) * | 2008-11-18 | 2013-09-04 | 東京瓦斯株式会社 | 水素リサイクル型ｍｃｆｃ発電システム |
| WO2013190900A1 (ja) * | 2012-06-19 | 2013-12-27 | 日産自動車株式会社 | 固体酸化物型燃料電池システム及びその制御方法 |
-
1996
- 1996-02-20 JP JP8031961A patent/JPH09231989A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9391335B2 (en) | 2012-06-19 | 2016-07-12 | Nissan Motor Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell system and method for controlling same |
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Legal Events
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