JPH10302819A - Fuel cell generating set - Google Patents

Fuel cell generating set

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JPH10302819A
JPH10302819A JP9105668A JP10566897A JPH10302819A JP H10302819 A JPH10302819 A JP H10302819A JP 9105668 A JP9105668 A JP 9105668A JP 10566897 A JP10566897 A JP 10566897A JP H10302819 A JPH10302819 A JP H10302819A
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Japan
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cathode
gas
exhaust gas
line
anode
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JP9105668A
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Japanese (ja)
Inventor
Hajime Saito
一 斉藤
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/14Fuel cells with fused electrolytes
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
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    • H01M2300/0051Carbonates
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure simplification, high efficiency, and cost reduction of a fuel cell generating set by combusting an anode exhaust gas containing unburned combustibles and a cathode exhaust gas containing oxygen and supplying a part of the cathode exhaust gas together with that exhaust gas to a carbonic- acid gas recycle line. SOLUTION: In a reformer 22, anode and cathode exhaust gases are combusted by a combustor 22b, that exhaust gases is mixed with air through a carbonic-acid gas recycle line 10 together with a part of a bypassed cathode exhaust gas through a heating chamber of a main body 22a, and is supplied to a cathode of a fuel cell 20. On the other hand, city gas and steam mixture gas supplied to the reformer of the main body 22a is reformed in hydrogen rich, is supplied to an anode, and generates the fuel cell 20. Further, exhaust heat of the excess cathode exhaust gas is utilized for a turbine compressor 28 and a turbine power generator 29 of air supplied to a cathode, and that turbine exhaust gas is utilized as a heat source of a steam generator 30 for a fuel gas material.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、カソードに高水分
排ガスを導入して高効率化を計った燃料電池発電装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power generation system in which high-efficiency exhaust gas is introduced into a cathode to improve efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率で環境
への影響が少ないなど、従来の発電装置にない特徴を有
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、現在鋭意研究が進められている。
2. Description of the Related Art Molten carbonate fuel cells have features not found in conventional power generators, such as high efficiency and low environmental impact, and have attracted attention as power generation systems following hydro, thermal and nuclear power. Currently, intensive research is underway.

【0003】図2は都市ガスを燃料とする溶融炭酸塩型
燃料電池を用いた発電設備の一例を示す図である。同図
において、発電設備は、蒸気と混合した燃料ガス(都市
ガス)を水素を含むアノードガスに改質する改質器22
と、酸素を含むカソードガスと水素を含むアノードガス
とから発電する燃料電池20とを備えており、改質器2
2で作られるアノードガスはアノードガスライン2によ
り燃料電池20に供給され、燃料電池20の中でその大
部分を消費してアノード排ガスとなり、アノード排ガス
ライン4により燃焼用ガスとして改質器22の燃焼室へ
供給される。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a power generation facility using a molten carbonate fuel cell using city gas as fuel. In the figure, a power generation facility is a reformer 22 for reforming a fuel gas (city gas) mixed with steam into an anode gas containing hydrogen.
And a fuel cell 20 that generates power from a cathode gas containing oxygen and an anode gas containing hydrogen.
The anode gas produced in the fuel cell 20 is supplied to the fuel cell 20 through the anode gas line 2, and the majority of the anode gas is consumed in the fuel cell 20 to become the anode exhaust gas. It is supplied to the combustion chamber.

【0004】改質器22ではアノード排ガス中の可燃成
分(水素、一酸化炭素、メタン等)を燃焼室で燃焼して
高温の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスにより改質室を
加熱し、改質室で改質触媒により燃料ガスを改質してア
ノードガスとする。アノードガスは燃料予熱器24によ
って燃料ガスライン1を流れる蒸気と混合した燃料ガス
と熱交換し、冷却された後燃料電池20のアノードに供
給される。また燃焼室を出た燃焼排ガスは燃焼排ガスラ
イン7で空気予熱器26により冷却された後、凝縮器4
4、気水分離器46を通り水分を除去され、低温ブロワ
34で加圧され、空気ライン8からの空気と合流して空
気予熱器26で加熱されカソードガスとなる。なお、燃
焼排ガスには多量の炭酸ガスが含まれており、電池反応
に必要な炭酸ガスの供給源となる。
[0004] In the reformer 22, combustible components (hydrogen, carbon monoxide, methane, etc.) in the anode exhaust gas are burned in a combustion chamber to generate a high-temperature combustion gas, which is used to heat the reforming chamber. The fuel gas is reformed by the reforming catalyst in the reforming chamber to produce anode gas. The anode gas exchanges heat with the fuel gas mixed with the steam flowing through the fuel gas line 1 by the fuel preheater 24, and after being cooled, is supplied to the anode of the fuel cell 20. The flue gas leaving the combustion chamber is cooled by an air preheater 26 in a flue gas line 7 and then cooled by a condenser 4.
4. Water is removed through the steam separator 46, pressurized by the low-temperature blower 34, combined with the air from the air line 8 and heated by the air preheater 26 to become a cathode gas. The combustion exhaust gas contains a large amount of carbon dioxide, and serves as a source of carbon dioxide necessary for the battery reaction.

【0005】このカソードガスはカソードを循環するカ
ソード循環ライン3に入り燃料電池20内で反応して高
温のカソード排ガスとなり、一部はカソード循環ライン
3に戻って循環し、他の一部はカソード排ガスライン5
により改質器22の燃焼室へ供給され、残部は排熱利用
ライン6で空気を圧縮する圧縮機を駆動するタービン圧
縮機28で動力を回収した後、さらに排熱回収蒸気発生
装置30で熱エネルギを回収して系外に排出される。な
お、この排熱回収蒸気発生装置30で発生した蒸気が蒸
気ライン9により燃料ガスライン1に入り、燃料ガスと
混合して改質器22に送られる。
The cathode gas enters a cathode circulation line 3 circulating through the cathode and reacts in the fuel cell 20 to produce a high-temperature cathode exhaust gas. Part of the cathode gas circulates back to the cathode circulation line 3 and part of the cathode gas is circulated. Exhaust gas line 5
After the power is recovered by a turbine compressor 28 that drives a compressor that compresses air in an exhaust heat utilization line 6, the remaining heat is recovered by a waste heat recovery steam generator 30. Energy is recovered and discharged out of the system. The steam generated by the exhaust heat recovery steam generator 30 enters the fuel gas line 1 through the steam line 9, mixes with the fuel gas, and is sent to the reformer 22.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような燃料電池装
置において、燃焼排ガスより凝縮器44、気水分離器4
6を用いて水分を除去した後、循環ライン3に炭酸ガス
を含むガスを供給していたが、最近水分を除去しない高
水分燃焼排ガスをカソードに供給することにより、燃料
電池の高効率化が図られている。この場合、改質器22
の燃焼排ガスをカソードに直接供給する炭酸ガスリサイ
クルラインが設けられ、循環ライン3には空気ライン8
からの加圧空気が供給される。しかしカソードに対して
2つの循環ラインが設けられることになり、システムの
単純化が要望されていた。またこのように燃焼排ガスを
カソードに直接供給する場合、従来凝縮器44で放出し
ていた熱エネルギがカソードに供給されるため、カソー
ド排ガスには余剰エネルギが含まれていた。
In such a fuel cell device, the condenser 44, the steam separator 4
6, the gas containing carbon dioxide gas was supplied to the circulation line 3. However, by supplying the high-moisture combustion exhaust gas from which water has not been removed recently to the cathode, the efficiency of the fuel cell can be improved. It is planned. In this case, the reformer 22
A carbon dioxide gas recycle line for directly supplying combustion exhaust gas to the cathode is provided.
Is supplied. However, since two circulation lines are provided for the cathode, simplification of the system has been desired. Further, when the combustion exhaust gas is directly supplied to the cathode as described above, the thermal energy that has conventionally been discharged from the condenser 44 is supplied to the cathode, and thus the cathode exhaust gas contains excess energy.

【0007】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
で、カソードに設けられる循環ラインを1系統とし、さ
らにカソード排ガスに含まれる余剰エネルギの有効利用
を図り、燃料電池装置の高効率化および低コスト化を図
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has a single circulation line provided for the cathode, and furthermore, the effective use of surplus energy contained in the cathode exhaust gas to improve the efficiency of the fuel cell device and improve the efficiency of the fuel cell system. The objective is to reduce costs.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明では、カソードとアノードからなり
酸素を含むカソードガスと水素を含むアノードガスから
発電する燃料電池と、アノードから排出されるアノード
排ガスとカソードから排出されるカソード排ガスを燃焼
し、その熱で水蒸気を含む燃料ガスを改質しアノードガ
スとしてアノードに供給する改質器と、この改質器の燃
焼排ガスをカソードに供給する炭酸ガスリサイクルライ
ンと、この炭酸ガスリサイクルラインに空気を供給する
空気ラインと、前記改質器に供給されるカソード排ガス
をバイパスし前記炭酸ガスリサイクルラインに供給する
カソード排ガスバイパスラインと、前記空気ラインより
分岐して改質器に空気を供給する空気分岐ラインと、カ
ソード排ガスにより給水を加熱して蒸気を発生し燃料ガ
スに混入する排熱回収蒸気発生装置と、を備える。
To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a fuel cell comprising a cathode and an anode and generating electricity from a cathode gas containing oxygen and an anode gas containing hydrogen, and a fuel cell discharged from the anode are provided. A reformer that burns the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas discharged from the cathode, reforms the fuel gas containing water vapor with the heat, and supplies the fuel gas to the anode as anode gas, and supplies the combustion exhaust gas from this reformer to the cathode A carbon dioxide gas recycling line, an air line for supplying air to the carbon dioxide gas recycling line, a cathode exhaust gas bypass line for bypassing a cathode exhaust gas supplied to the reformer and supplying the same to the carbon dioxide gas recycling line, An air branch line that branches from the line and supplies air to the reformer, and a cathode exhaust gas Water is heated by comprising a heat recovery steam generator to be mixed into the fuel gas to generate steam, a.

【0009】改質器の燃焼器で未燃焼分を含むアノード
排ガスと、酸素を含むカソード排ガスが燃焼し、この燃
焼排ガスを炭酸ガスリサイクルラインに供給する。炭酸
ガスリサイクルラインには空気ライン8より空気が供給
され、カソードでの電池反応に必要な炭酸ガスと酸素を
含むカソードガスとなりカソードに供給される。カソー
ド排ガスの一部は改質器の燃焼器をバイパスするカソー
ド排ガスバイパスラインにより炭酸ガスリサイクルライ
ンに供給されている。これによりカソードには循環ライ
ンが構成される。改質器の燃焼ガスの温度は燃料ガスを
改質するのに適した所定温度とする必要があり、この所
定温度より高い場合は、空気分岐ラインより空気を燃焼
器に供給して冷却し、低い場合は、カソード排ガスバイ
パスラインに行くバイパス量を少なくし、燃焼器に行く
高温のカソード排ガスの流量を増加することにより、所
定温度とすることができる。
An anode exhaust gas containing unburned components and a cathode exhaust gas containing oxygen are burned in a combustor of the reformer, and the combustion waste gas is supplied to a carbon dioxide gas recycling line. Air is supplied from the air line 8 to the carbon dioxide gas recycling line, and becomes a cathode gas containing carbon dioxide and oxygen necessary for a battery reaction at the cathode, and is supplied to the cathode. Part of the cathode exhaust gas is supplied to the carbon dioxide gas recycling line through a cathode exhaust gas bypass line that bypasses a combustor of the reformer. Thereby, a circulation line is formed in the cathode. The temperature of the combustion gas of the reformer needs to be a predetermined temperature suitable for reforming the fuel gas.If the temperature is higher than the predetermined temperature, the air is supplied to the combustor from the air branch line to be cooled, If the temperature is low, the predetermined temperature can be set by reducing the bypass amount going to the cathode exhaust gas bypass line and increasing the flow rate of the hot cathode exhaust gas going to the combustor.

【0010】請求項2の発明では、前記カソード排ガス
によりタービンを駆動して発電し排ガスを前記排熱回収
蒸気発生装置に供給するカソード排ガス発電ラインと、
この排熱回収蒸気発生装置で発生した蒸気の一部を前記
カソード排ガス発電ラインのタービンに供給する蒸気分
岐ラインと、をさらに備える。
In a second aspect of the present invention, a cathode exhaust gas power generation line drives a turbine with the cathode exhaust gas to generate electric power and supplies the exhaust gas to the exhaust heat recovery steam generator.
A steam branch line that supplies a part of the steam generated by the exhaust heat recovery steam generator to a turbine of the cathode exhaust gas power generation line.

【0011】カソード排ガスの余剰エネルギ利用方法と
して、この余剰エネルギでタービン駆動の発電機により
発電しエネルギを回収する。さらにこの余剰エネルギで
排熱回収蒸気発生装置により発生した蒸気を発電機を駆
動するタービンに供給することによりエネルギを回収で
きる。
As a method of utilizing the surplus energy of the cathode exhaust gas, the surplus energy is used to generate power by a turbine-driven generator to recover the energy. Further, energy can be recovered by supplying the steam generated by the exhaust heat recovery steam generator to the turbine that drives the generator with the surplus energy.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図1は本発明の実施形態の燃
料電池発電装置の全体構成図である。本図において図2
と同一機能を有するものは同一符号で表す。燃料電池発
電装置は、蒸気を含む燃料ガスを水素を含むアノードガ
スに改質する改質器22と、アノードガスと酸素および
炭酸ガスを含むカソードガスとから発電する燃料電池2
0とを備え、改質器22は改質ガス(アノードガス)を
生成する改質器本体22aとガスを触媒を用いて燃焼し
燃焼排ガスを生成する触媒燃焼器22bからなる。燃料
電池20から排出されるアノード排ガスは、アノード排
ガスライン4により触媒燃焼器22bに供給され、カソ
ード排ガスの一部と共に燃焼する。改質器本体22aは
水蒸気を含む都市ガスを触媒により改質ガスにする改質
室と触媒燃焼器22bからの燃焼排ガスにより改質室を
加熱する加熱室からなる。カソードには炭酸ガスを含む
燃焼排ガスが炭酸ガスリサイクルライン10により供給
され、空気ライン8により酸素を含む空気が供給され、
これらが混合してカソードガスとして供給される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell power generation device according to an embodiment of the present invention. In this figure, FIG.
Those having the same functions as those described above are denoted by the same reference numerals. The fuel cell power generator includes a reformer 22 that reforms a fuel gas containing steam into an anode gas containing hydrogen, and a fuel cell 2 that generates electricity from the anode gas and a cathode gas containing oxygen and carbon dioxide.
The reformer 22 includes a reformer main body 22a that generates a reformed gas (anode gas) and a catalytic combustor 22b that burns the gas using a catalyst to generate a combustion exhaust gas. The anode exhaust gas discharged from the fuel cell 20 is supplied to the catalytic combustor 22b by the anode exhaust gas line 4 and burns together with a part of the cathode exhaust gas. The reformer main body 22a includes a reforming chamber for converting city gas containing water vapor into a reforming gas by a catalyst, and a heating chamber for heating the reforming chamber with the combustion exhaust gas from the catalytic combustor 22b. A combustion exhaust gas containing carbon dioxide is supplied to the cathode by a carbon dioxide gas recycle line 10, and air containing oxygen is supplied by an air line 8.
These are mixed and supplied as a cathode gas.

【0013】天然ガスを成分とする都市ガスは燃料ガス
ライン1により供給され、蒸気ライン9からの蒸気と混
合し、燃料予熱器24で予熱されて改質器本体22aの
改質室に入る。改質室より生成されたアノードガスはア
ノードガスライン2により燃料予熱器24で燃料ガスを
加熱した後、燃料電池20のアノードに供給される。燃
料電池20のカソードには炭酸ガスリサイクルライン1
0とこれに合流する空気ライン8から炭酸ガスと酸素を
含むカソードガスが供給される。燃料電池20はアノー
ドガスとカソードガスを供給され発電を行う。アノード
での反応により蒸気と未燃焼成分を含むアノード排ガス
が排出され、アノード排ガスライン4により触媒燃焼器
22bに供給される。カソードでの反応により生成さた
カソード排ガスは、一部はカソード排ガスライン5によ
り触媒燃焼器22bに供給され、残部は排熱利用ライン
6およびカソード排ガス発電ライン12に供給される。
The city gas containing natural gas as a component is supplied by the fuel gas line 1, mixed with the steam from the steam line 9, preheated by the fuel preheater 24, and enters the reforming chamber of the reformer main body 22a. The anode gas generated from the reforming chamber is supplied to the anode of the fuel cell 20 after the fuel gas is heated by the fuel preheater 24 through the anode gas line 2. The cathode of the fuel cell 20 has a carbon dioxide recycle line 1
The cathode gas containing carbon dioxide gas and oxygen is supplied from the air line 8 and the air line 8 which joins the cathode gas. The fuel cell 20 is supplied with the anode gas and the cathode gas to generate power. An anode exhaust gas containing steam and unburned components is discharged by the reaction at the anode, and supplied to the catalytic combustor 22b through the anode exhaust gas line 4. A part of the cathode exhaust gas generated by the reaction at the cathode is supplied to the catalytic combustor 22b by the cathode exhaust gas line 5, and the remainder is supplied to the exhaust heat utilization line 6 and the cathode exhaust gas power generation line 12.

【0014】触媒燃焼器22bには燃料電池20のアノ
ード排ガスとカソード排ガスが供給される。燃料電池の
燃料利用率は80%程度なので、アノード排ガスには2
0%程度の燃料成分が含まれている。カソード排ガスに
は燃焼に必要な酸素が含まれている。改質器本体22a
の加熱室からの燃焼排ガスには炭酸ガスが含まれ、これ
はカソードでの電池反応に必要なので、炭酸ガスリサイ
クルライン10によりカソードへ供給される。
An anode exhaust gas and a cathode exhaust gas of the fuel cell 20 are supplied to the catalytic combustor 22b. Since the fuel utilization of the fuel cell is about 80%, 2%
About 0% fuel component is contained. Cathode exhaust gas contains oxygen necessary for combustion. Reformer body 22a
The combustion exhaust gas from the heating chamber contains carbon dioxide gas, which is necessary for the battery reaction at the cathode, and is supplied to the cathode by the carbon dioxide gas recycling line 10.

【0015】カソード排ガスの一部は排熱利用ライン6
へ供給され、タービン圧縮機28のタービンを駆動した
後、排熱回収蒸気発生装置30へ供給される。排熱回収
蒸気発生装置30では給水をタービン圧縮機28のター
ビンを駆動した排ガスにより蒸気とし、蒸気ライン9に
より燃料ガスライン1に供給する。排熱回収蒸気発生装
置30の排ガスは、凝縮器44で凝縮され、気水分離器
46で水分を分離され、分離した水分は図示しない純水
装置に送られる。なお排熱回収蒸気発生装置30は図示
しない純粋装置より蒸気発生に必要な給水を受ける。気
水分離器46を出たカソード排ガスは大気に放出され
る。
A part of the cathode exhaust gas is used as exhaust heat utilization line 6.
After driving the turbine of the turbine compressor 28, it is supplied to the exhaust heat recovery steam generator 30. In the exhaust heat recovery steam generator 30, feed water is converted into steam by the exhaust gas that drives the turbine of the turbine compressor 28, and supplied to the fuel gas line 1 through the steam line 9. Exhaust gas from the exhaust heat recovery steam generator 30 is condensed in the condenser 44, water is separated in the steam separator 46, and the separated water is sent to a pure water device (not shown). The exhaust heat recovery steam generator 30 receives a water supply necessary for steam generation from a pure device (not shown). The cathode exhaust gas leaving the steam separator 46 is released to the atmosphere.

【0016】カソード排ガスの一部はさらにカソード排
ガス発電ライン12に供給され、タービン発電機29を
駆動して発電し、エネルギを回収して排ガスを排熱回収
蒸気発生装置30に供給する。排熱回収蒸気発生装置3
0はこの排ガスとタービン圧縮機28からの排ガスとに
より蒸気を発生する。発生した蒸気の一部は蒸気ライン
9から分岐した蒸気分岐ライン9aによりタービン発電
機29に供給され電力を発生する。
A part of the cathode exhaust gas is further supplied to the cathode exhaust gas power generation line 12 to drive the turbine generator 29 to generate power, recover energy and supply the exhaust gas to the exhaust heat recovery steam generator 30. Exhaust heat recovery steam generator 3
No. 0 generates steam by the exhaust gas and the exhaust gas from the turbine compressor 28. A part of the generated steam is supplied to a turbine generator 29 by a steam branch line 9a branched from the steam line 9 to generate electric power.

【0017】タービン圧縮機28で圧縮された空気は空
気ライン8の低温ブロワ34で加圧されて炭酸ガスリサ
イクルライン10に入り、燃焼排ガスと混合されてカソ
ードに供給される。炭酸ガスリサイクルライン10には
炭酸ガス循環ブロワ38が設けられ電動機Mによって駆
動される。電動機Mには回転制御器42が設けられ、カ
ソード入口に設けられた温度測定器40に計測される温
度が所定の温度、例えば600℃〜650℃となるよう
に電動機Mの回転を制御する。触媒燃焼器22bの入側
のカソード排ガスライン5から炭酸ガスリサイクルライ
ン10に入るカソード排ガスバイパスライン11が設け
られている。また、空気ライン8より分岐した空気分岐
ライン8aがカソード排ガスバイパスライン11の取り
出し位置よりも触媒燃焼器22bに近い位置に接続され
ている。
The air compressed by the turbine compressor 28 is pressurized by the low-temperature blower 34 in the air line 8 and enters the carbon dioxide gas recycling line 10, where it is mixed with the combustion exhaust gas and supplied to the cathode. The carbon dioxide gas recycling line 10 is provided with a carbon dioxide gas circulation blower 38 and is driven by the electric motor M. The motor M is provided with a rotation controller 42, which controls the rotation of the motor M so that the temperature measured by the temperature measuring device 40 provided at the cathode inlet is a predetermined temperature, for example, 600 ° C to 650 ° C. A cathode exhaust gas bypass line 11 that enters the carbon dioxide gas recycling line 10 from the cathode exhaust gas line 5 on the inlet side of the catalytic combustor 22b is provided. Further, an air branch line 8a branched from the air line 8 is connected to a position closer to the catalytic combustor 22b than a position at which the cathode exhaust gas bypass line 11 is taken out.

【0018】触媒燃焼器22bの出側には温度測定器4
1が設けられ、加熱室に供給される燃焼排ガスの温度を
計測する。この温度は改質室で燃料ガスを改質するのに
適切な所定温度とする必要があり、この所定温度は、例
えば780℃〜800℃である。この所定温度より低い
場合は、カソード排ガスバイパスライン11に設けられ
た流量制御弁48によりバイパス量を少くして、高温の
カソード排ガスを多量に触媒燃焼器22bに供給するこ
とにより、燃焼排ガスの温度を高くする。また、所定温
度より高温の場合は、空気分岐ライン8aに設けられた
流量制御弁49により空気の供給量を増加して、燃焼排
ガスの温度を低下させる。なお、アノードには図示しな
い燃料ガス(都市ガス)を直接供給するラインがあり、
燃焼排ガスが著しく低温の場合、触媒燃焼器22bへの
アノード排ガスの供給量を増加して燃焼するガスの量を
増加し、燃焼排ガスの温度を高くする。
A temperature measuring device 4 is provided on the output side of the catalytic combustor 22b.
1 is provided to measure the temperature of the combustion exhaust gas supplied to the heating chamber. This temperature needs to be a predetermined temperature suitable for reforming the fuel gas in the reforming chamber, and the predetermined temperature is, for example, 780 ° C to 800 ° C. When the temperature is lower than the predetermined temperature, the amount of bypass is reduced by the flow control valve 48 provided in the cathode exhaust gas bypass line 11, and a large amount of high-temperature cathode exhaust gas is supplied to the catalytic combustor 22b. Higher. When the temperature is higher than the predetermined temperature, the flow rate of the air is increased by the flow control valve 49 provided in the air branch line 8a to lower the temperature of the combustion exhaust gas. The anode has a line for directly supplying fuel gas (city gas) (not shown).
When the temperature of the combustion exhaust gas is extremely low, the supply amount of the anode exhaust gas to the catalytic combustor 22b is increased to increase the amount of gas to be burned, thereby increasing the temperature of the combustion exhaust gas.

【0019】燃料電池の負荷がほぼ一定の場合、カソー
ド排ガスバイパスライン11のバイパス量は負荷に応じ
た一定量となる。このため流量制御弁48を負荷に対応
した固定のオリフィスにしてもよい。流量制御弁48は
高温仕様で高価であるが、オリフィスにすることにより
大幅なコストダウンを図ることができる。
When the load on the fuel cell is substantially constant, the bypass amount of the cathode exhaust gas bypass line 11 is constant according to the load. Therefore, the flow control valve 48 may be a fixed orifice corresponding to the load. Although the flow control valve 48 is expensive due to its high-temperature specification, the use of an orifice can significantly reduce the cost.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、高水分排ガスをカソードに導入して高効率化を図っ
た燃料電池システムに必要となるカソード循環ラインと
炭酸ガスリサイクルラインを統合し、高温カソードブロ
ワを炭酸ガス循環ブロワに統合することにより、高温仕
様のブロワを減少させコストダウンを実現することがで
きた。またカソード排ガスの余剰エネルギで発電するこ
とにより発電システムの高効率化を促進することができ
る。このような対策により、競合するガスタービンコン
バインドシステムに対抗できる発電システムを提供する
ことが出来、燃料電池発電システムの市場への導入が効
率面、コスト面で可能となる。
As is apparent from the above description, the present invention integrates a cathode circulation line and a carbon dioxide gas recycling line necessary for a fuel cell system which achieves high efficiency by introducing high-moisture exhaust gas to the cathode. However, by integrating the high-temperature cathode blower into the carbon dioxide gas circulation blower, it was possible to reduce the number of high-temperature specification blowers and achieve cost reduction. Further, by generating power using the surplus energy of the cathode exhaust gas, it is possible to promote higher efficiency of the power generation system. By taking such measures, it is possible to provide a power generation system that can compete with competing gas turbine combined systems, and it is possible to introduce a fuel cell power generation system into the market in terms of efficiency and cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態の燃料電池発電装置の全体構
成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell power generation device according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来の燃料電池発電装置の全体構成図である。FIG. 2 is an overall configuration diagram of a conventional fuel cell power generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料ガスライン 2 アノードガスライン 4 アノード排ガスライン 5 カソード排ガスライン 6 排熱利用ライン 8 空気ライン 8a 空気分岐ライン 9 蒸気ライン 9a 蒸気分岐ライン 10 炭酸ガスリサイクルライン 11 カソード排ガスバイパスライン 12 カソード排ガス発電ライン 20 燃料電池 22 改質器 22a 改質器本体 22b 触媒燃焼器 24 燃料予熱器 28 タービン圧縮機 29 タービン発電機 30 排熱回収蒸気発生装置 34 低温ブロワ 38 炭酸ガス循環ブロワ 40,41 温度計測器 42 回転制御器 44 凝縮器 46 気水分離器 48,49 流量制御弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel gas line 2 Anode gas line 4 Anode exhaust gas line 5 Cathode exhaust gas line 6 Exhaust heat utilization line 8 Air line 8a Air branch line 9 Steam line 9a Steam branch line 10 Carbon dioxide gas recycling line 11 Cathode exhaust gas bypass line 12 Cathode exhaust gas power generation line Reference Signs List 20 fuel cell 22 reformer 22a reformer main body 22b catalytic combustor 24 fuel preheater 28 turbine compressor 29 turbine generator 30 exhaust heat recovery steam generator 34 low temperature blower 38 carbon dioxide circulating blower 40, 41 temperature measuring device 42 Rotation controller 44 Condenser 46 Steam separator 48, 49 Flow control valve

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 カソードとアノードからなり酸素を含む
カソードガスと水素を含むアノードガスから発電する燃
料電池と、アノードから排出されるアノード排ガスとカ
ソードから排出されるカソード排ガスを燃焼し、その熱
で水蒸気を含む燃料ガスを改質しアノードガスとしてア
ノードに供給する改質器と、この改質器の燃焼排ガスを
カソードに供給する炭酸ガスリサイクルラインと、この
炭酸ガスリサイクルラインに空気を供給する空気ライン
と、前記改質器に供給されるカソード排ガスをバイパス
し前記炭酸ガスリサイクルラインに供給するカソード排
ガスバイパスラインと、前記空気ラインより分岐して改
質器に空気を供給する空気分岐ラインと、カソード排ガ
スにより給水を加熱して蒸気を発生し燃料ガスに混入す
る排熱回収蒸気発生装置と、を備えたことを特徴とする
燃料電池発電装置。
1. A fuel cell comprising a cathode and an anode, which generates electricity from a cathode gas containing oxygen and an anode gas containing hydrogen, and an anode exhaust gas discharged from the anode and a cathode exhaust gas discharged from the cathode are burned. A reformer for reforming a fuel gas containing water vapor and supplying it as an anode gas to an anode; a carbon dioxide gas recycling line for supplying combustion exhaust gas from the reformer to a cathode; and air for supplying air to the carbon dioxide gas recycling line Line, a cathode exhaust gas bypass line that bypasses the cathode exhaust gas supplied to the reformer and supplies the carbon dioxide gas recycling line, an air branch line that branches from the air line and supplies air to the reformer, Heat supply water is heated by the cathode exhaust gas to generate steam, which is mixed with fuel gas to generate exhaust heat recovery steam And a fuel cell power generator.
【請求項2】 前記カソード排ガスによりタービンを駆
動して発電し排ガスを前記排熱回収蒸気発生装置に供給
するカソード排ガス発電ラインと、この排熱回収蒸気発
生装置で発生した蒸気の一部を前記カソード排ガス発電
ラインのタービンに供給する蒸気分岐ラインと、をさら
に備えたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電
装置。
2. A cathode exhaust gas power generation line for driving a turbine by the cathode exhaust gas to generate electric power and supplying the exhaust gas to the exhaust heat recovery steam generator, and a part of the steam generated by the exhaust heat recovery steam generator. The fuel cell power generator according to claim 1, further comprising: a steam branch line for supplying a turbine of the cathode exhaust gas power generation line.
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