JPH11126627A - 部分酸化により燃料改質する燃料電池発電装置 - Google Patents

部分酸化により燃料改質する燃料電池発電装置

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JPH11126627A
JPH11126627A JP9291993A JP29199397A JPH11126627A JP H11126627 A JPH11126627 A JP H11126627A JP 9291993 A JP9291993 A JP 9291993A JP 29199397 A JP29199397 A JP 29199397A JP H11126627 A JPH11126627 A JP H11126627A
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JP
Japan
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gas
fuel
cathode
anode
exhaust gas
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JP9291993A
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English (en)
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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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【課題】 改質器に代わり燃料ガスを水素ガスを含むア
ノードガスに改質する装置を設けることによりプラント
効率の向上を図る。 【解決手段】 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20と、カソードから排出されるカソード排ガス
の一部とアノードから排出されるアノード排ガスとを燃
焼し、その熱で水蒸気を含む燃料ガスを加熱する燃料予
熱器36と、この燃料予熱器36からの加熱燃料ガスに
酸素を加えて部分酸化し水素を含むアノードガスを前記
アノードに供給する混合器38と、カソード排ガスの一
部に燃料予熱器36の燃焼排ガスと空気とを混合してカ
ソードを循環させる循環ライン3と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料ガスを加熱し
酸素を加え部分酸化してアノードに供給する燃料電池発
電装置に関する。
【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。
【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触媒燃焼器23へ供給
される。
【0004】触媒燃焼器23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)を燃焼して高温
の燃焼排ガスを生成し、改質器22の加熱室に供給しこ
の燃焼排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、燃料電池20
のアノードに供給される。また加熱室を出た燃焼排ガス
は炭酸ガスリサイクルライン7で炭酸ガスリサイクルブ
ロワ32によりカソードに供給される。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。空気ライン8からの空気が炭酸ガ
スリサイクルブロワ32の出側に供給されカソードの電
池反応に必要な酸素を供給する。カソードから排出され
るカソード排ガスの一部は循環ライン3によりカソード
に供給される。このカソード排ガスと燃焼排ガスと空気
が混合してカソードガスとなりカソードに供給される。
【0005】このカソードガスは燃料電池20内で電池
反応して高温のカソード排ガスとなり、一部は循環ライ
ン3によりカソードを循環し、他の一部はカソード排ガ
スライン5により触媒燃焼器23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。
【0006】改質器22としてはプレート型改質器がコ
ンパクトであるため採用されている。しかしこのプレー
ト型改質器を用いた場合、技術面およびコスト面から改
質器22よりアノードに供給されるアノードガスの温度
が800℃以下に制限される。このためカソードに供給
されるカソードガスもアノードガスと同じ温度にして供
給する必要があり、共に800℃より高温のカソード排
ガスと改質器22の加熱室からの燃焼排ガスとに混合さ
れる空気の量とカソードガスの循環量を調整して温度を
低下させている。燃料電池のプラント効率は高温高圧化
することにより向上するが、温度には上述の制限があ
り、圧力の方も高くすると燃料電池20と同じ圧力とし
ている改質器22の改質率が低下するため、8ata
(絶対気圧)程度の圧力が用いられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】カソードの循環ライン
3では空気を電池反応に必要となる量以上に取り入れて
冷却用にしており、この冷却による熱損失が発生してい
る。また、冷却のためカソードガスの循環量を多くして
いるためこの循環に用いるブロワの動力損失が大きい。
改質器22の改質室は改質触媒が充填された間隙を燃料
ガスが通過しながら改質されてゆく構造になっており、
高圧下のため圧損が大きい。これらの損失のためプラン
ト効率が低下していた。
【0008】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
で、改質器に代わり燃料ガスを水素ガスを含むアノード
ガスに改質する装置を設けることによりプラント効率の
向上を図ることを目的とする。
【0009】
【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、カソードから排出されるカソード
排ガスの一部とアノードから排出されるアノード排ガス
とを燃焼し、その熱で水蒸気を含む燃料ガスを加熱する
燃料予熱器と、この燃料予熱器からの加熱燃料ガスに酸
素を加えて部分酸化し水素を含むアノードガスを前記ア
ノードに供給する混合器と、前記カソード排ガスの一部
に前記燃料予熱器の燃焼排ガスと空気とを混合してカソ
ードを循環させる循環ラインと、を備える。
【0010】燃料ガスを加熱し空気と混合すると燃料ガ
スに含まれるメタンガスなどは空気中の酸素と反応し一
酸化炭素ガスと水素ガスとなりこれがアノードガスとな
る。この反応には改質器のように改質触媒を必要としな
いので、圧損は発生しない。さらに温度制限もないの
で、循環ラインで空気を余分に入れて冷却し熱を失う必
要はない。また循環ラインの循環量を多くして冷却する
必要はないので、循環量を多くすることによる循環用ブ
ロワの動力損失もない。
【0011】
【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加熱する燃料予熱器3
6と、この加熱された燃料ガスと空気とを混合して部分
酸化し一酸化炭素と水素を含むアノードガスに改質する
混合器38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20とを備え
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23に供給さ
れ、酸素を含むカソード排ガスの一部と共に燃焼触媒を
用いて燃焼する。燃料予熱器36は水蒸気を含む都市ガ
スを触媒燃焼器23からの燃焼排ガスにより加熱し混合
器38に送る。燃料予熱器36で燃料ガスを加熱した燃
焼排ガスには炭酸ガスが含まれるので、この炭酸ガスを
炭酸ガスリサイクルライン7により循環ライン3に供給
する。循環ライン3はこの炭酸ガスと空気ライン8によ
り供給される酸素とカソード排ガスの一部を混合してカ
ソードガスとし、炭酸ガスリサイクルブロワ32により
カソードを循環させる。循環ライン3の循環ガス量は流
量制御弁40により調整される。
【0012】混合器38では次の反応により水蒸気を含
む燃料ガス(主成分はメタンCH4)が空気中の酸素と
部分酸化して一酸化炭素と水素ガスを含むアノードガス
を生成する。 CH4 +1/2O2 +H2 O→CO+2H2 +H2 O…(1) なお、部分酸化促進のために混合器38内に低圧損の部
分酸化触媒を設ける。
【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、脱硫器26で硫酸分を除去さ
れた後蒸気ライン9からの蒸気と混合し、燃料予熱器3
6で加熱されて混合器38に入る。空気ライン8より分
岐した空気分岐ライン10からの空気と加熱された燃料
ガスとは混合器38で(1)式の反応によりアノードガ
スとなり、アノードガスライン2により燃料電池20の
アノードに供給される。空気分岐ライン10からの空気
量は流量制御弁42により調整される。燃料電池20の
カソードには、炭酸ガスリサイクルライン7からの炭酸
ガスと、空気ライン8からの空気と、循環ライン3から
のカソード排ガスとが混合されてカソードガスとなり、
炭酸ガスリサイクルブロワ32により供給される。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23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、一部は循環ライン3
によりカソードへ循環し、他の一部はカソード排ガスラ
イン5により触媒燃焼器23に供給され、残部は排熱利
用ライン6に供給される。
【0014】触媒燃焼器23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20
%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。これらが触媒燃焼器
23で燃焼され高温の燃焼排ガスを生成しこれを燃料予
熱器36に供給する。燃料予熱器36で燃料ガスを加熱
した後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7によりカソードへ供給される。
【0015】炭酸ガスリサイクルライン7には炭酸ガス
リサイクルブロワ32が設けられ、この炭酸ガスリサイ
クルブロワ32の入側には循環ライン3が接続され、出
側には空気ライン8が接続されており、これらのライン
3,7,8からのガスをカソードに送り込んでいる。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の排ガスは大気に放
出される。
【0016】空気はタービン圧縮機28の圧縮機へ入
り、加圧されて逆止弁44を経て空気ライン8に供給さ
れる。空気はバイパスライン12で空気ブロワ34によ
り加圧され空気ライン8に供給される。空気ブロワ34
の入側には逆止弁46が設けられ、更に圧縮機出側とを
結ぶタイライン13が設けられている。空気ブロワ34
はタービン圧縮機28のバックアップとして用いられ
る。プラント始動時はカソード排ガスの量が少ないので
電動機で駆動される空気ブロワ34が用いられる。空気
ライン8より空気分岐ライン10が分岐され、混合器3
8に空気を供給する。
【0017】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、従来のプレート型改質器に代わり混合器により改質
ガス(アノードガス)を生成することにより次の効果を
奏する。 プラントの温度、圧力を改質ガスに制限されること
なくプラント効率に基づき設定することができる。 従来のように改質ガスの温度制限を守るため循環ラ
インに空気を電池反応に必要な量より多く冷却のために
取込んで電池より熱を放出することによる熱損失がな
い。同じく冷却のため循環ラインの循環流量を多くする
ことによる炭酸ガスリサイクルブロワの動力損失も防止
できる。 従来の高圧損の改質器を省略できるので、圧損減少
によりプラント効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図2】従来の燃料電池発電装置の全体構成図である。
【符号の説明】
1 燃料ガスライン 2 アノードガスライン 3 循環ライン 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 7 炭酸ガスリサイクルライン 8 空気ライン 9 蒸気ライン 10 空気分岐ライン 12 バイパスライン 13 タイライン 20 燃料電池 23 触媒燃焼器 26 脱硫器 28 タービン圧縮機 30 排熱回収蒸気発生装置 32 炭酸ガスリサイクルブロワ 34 空気ブロワ 36 燃料予熱器 38 混合器 40,42 流量制御弁 44,46 逆止弁

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、カソードから排出されるカソード排ガスの一
    部とアノードから排出されるアノード排ガスとを燃焼
    し、その熱で水蒸気を含む燃料ガスを加熱する燃料予熱
    器と、この燃料予熱器からの加熱燃料ガスに酸素を加え
    て部分酸化し水素を含むアノードガスを前記アノードに
    供給する混合器と、カソード排ガスの一部に前記燃料予
    熱器の燃焼排ガスと空気とを混合してカソードを循環さ
    せる循環ラインと、を備えたことを特徴とする部分酸化
    により燃料改質する燃料電池発電装置。
JP9291993A 1997-10-24 1997-10-24 部分酸化により燃料改質する燃料電池発電装置 Pending JPH11126627A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004087377A (ja) * 2002-08-28 2004-03-18 Daikin Ind Ltd 燃料電池発電システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004087377A (ja) * 2002-08-28 2004-03-18 Daikin Ind Ltd 燃料電池発電システム

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