JPH11135139A - 燃料電池とガスタービンの複合発電装置 - Google Patents
燃料電池とガスタービンの複合発電装置Info
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- JPH11135139A JPH11135139A JP9295153A JP29515397A JPH11135139A JP H11135139 A JPH11135139 A JP H11135139A JP 9295153 A JP9295153 A JP 9295153A JP 29515397 A JP29515397 A JP 29515397A JP H11135139 A JPH11135139 A JP H11135139A
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- cathode
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
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- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池のアノード側に生じるＣＯ2 ガスを
カソード側に必要十分な量だけ循環させることができ、
かつカソード側のＣＯ2 分圧を低く抑えることができ、
更に、全体の発電効率も高く維持できる燃料電池とガス
タービンの複合発電装置を提供する。 【解決手段】 燃料ガス１を水素を含むアノードガスに
改質する改質器２０と、アノードガス２と酸素を含むカ
ソードガス３とから発電する燃料電池２２と、アノード
排ガス４を改質器の燃焼室２０ｂに供給するガスリサイ
クルライン２３と、アノード排ガスをカソード排ガス７
で燃焼させて高温ガスを発生させる燃焼器２４と、この
高温ガスで駆動され空気を圧縮しかつ発電するガスター
ビン発電機２５と、燃焼器に供給するアノード排ガス量
を制御する制御装置３０とを備え、制御装置３０によ
り、カソードガス３中のＣＯ2 分圧を所定の範囲に制御
する。
カソード側に必要十分な量だけ循環させることができ、
かつカソード側のＣＯ2 分圧を低く抑えることができ、
更に、全体の発電効率も高く維持できる燃料電池とガス
タービンの複合発電装置を提供する。 【解決手段】 燃料ガス１を水素を含むアノードガスに
改質する改質器２０と、アノードガス２と酸素を含むカ
ソードガス３とから発電する燃料電池２２と、アノード
排ガス４を改質器の燃焼室２０ｂに供給するガスリサイ
クルライン２３と、アノード排ガスをカソード排ガス７
で燃焼させて高温ガスを発生させる燃焼器２４と、この
高温ガスで駆動され空気を圧縮しかつ発電するガスター
ビン発電機２５と、燃焼器に供給するアノード排ガス量
を制御する制御装置３０とを備え、制御装置３０によ
り、カソードガス３中のＣＯ2 分圧を所定の範囲に制御
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池とガスタービ
ンの複合発電装置に関する。
ンの複合発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
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、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然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では、図２に例示するように天
然ガス等の燃料ガス１を水素を含むアノードガス２に改
質する改質器１０と、アノードガス２と酸素を含むカソ
ードガス３とから発電する燃料電池１２とを備えてお
り、改質器で作られたアノードガス２は燃料電池に供給
され、燃料電池内でその大部分（例えば８０％）を消費
した後、アノード排ガス４として改質器１０の燃焼室に
供給される。改質器１０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）が燃焼室で燃焼し、
高温の燃焼ガスにより改質管を加熱し改質管内を通る燃
料を改質する。改質室を出た燃焼排ガス５は圧力回収装
置１５から供給される加圧空気６と合流してカソードガ
ス３となり、燃料電池のカソード側に必要な二酸化炭素
を供給する。燃料電池内でその一部が反応したカソード
ガス（カソード排ガス７）は、ブロア１４により燃料電
池の上流側に一部が循環され、残りは圧力回収装置１５
で圧力回収され、熱回収装置１８で熱回収されて系外に
排出される。なお、この図で８は水蒸気である。
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
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、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然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では、図２に例示するように天
然ガス等の燃料ガス１を水素を含むアノードガス２に改
質する改質器１０と、アノードガス２と酸素を含むカソ
ードガス３とから発電する燃料電池１２とを備えてお
り、改質器で作られたアノードガス２は燃料電池に供給
され、燃料電池内でその大部分（例えば８０％）を消費
した後、アノード排ガス４として改質器１０の燃焼室に
供給される。改質器１０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）が燃焼室で燃焼し、
高温の燃焼ガスにより改質管を加熱し改質管内を通る燃
料を改質する。改質室を出た燃焼排ガス５は圧力回収装
置１５から供給される加圧空気６と合流してカソードガ
ス３となり、燃料電池のカソード側に必要な二酸化炭素
を供給する。燃料電池内でその一部が反応したカソード
ガス（カソード排ガス７）は、ブロア１４により燃料電
池の上流側に一部が循環され、残りは圧力回収装置１５
で圧力回収され、熱回収装置１８で熱回収されて系外に
排出される。なお、この図で８は水蒸気である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、燃料電
池のアノード側を出たアノード排ガス４は、従来全量を
改質器１０に供給して燃焼させ、その排ガスを燃料電池
のカソード側に供給することにより、電池反応に必要な
二酸化炭素を燃料電池にリサイクルするようになってい
た。
池のアノード側を出たアノード排ガス４は、従来全量を
改質器１０に供給して燃焼させ、その排ガスを燃料電池
のカソード側に供給することにより、電池反応に必要な
二酸化炭素を燃料電池にリサイクルするようになってい
た。
【０００４】しかし、燃料電池及びガスタービン発電機
の運転圧力が上昇するにつれて、リサイクルガス中の二
酸化炭素濃度（ＣＯ2 濃度）及びカソードガス中のＣＯ
2 濃度が上昇し過ぎる問題点がある。
の運転圧力が上昇するにつれて、リサイクルガス中の二
酸化炭素濃度（ＣＯ2 濃度）及びカソードガス中のＣＯ
2 濃度が上昇し過ぎる問題点がある。
【０００５】すなわち、ＣＯ2 ガスは、カソードでの電
池反応に必要不可欠であるが、この分圧が高くなり過ぎ
ると（例えば０．５〜０．６ａｔａ以上）、電解質中に
電極中のＮｉが溶出し、電池寿命が短くなる問題点があ
る。そのため、従来のように常圧から数ａｔａ程度の低
圧では、アノード排ガスを全量リサイクルしても、ＣＯ
2 分圧が低く問題がないが、運転圧力が更に上昇し、例
えば１０ａｔａ程度以上になる場合には、カソードガス
中のＣＯ2 分圧を低く抑えかつ電池反応に必要なＣＯ2
量を確保する必要があった。
池反応に必要不可欠であるが、この分圧が高くなり過ぎ
ると（例えば０．５〜０．６ａｔａ以上）、電解質中に
電極中のＮｉが溶出し、電池寿命が短くなる問題点があ
る。そのため、従来のように常圧から数ａｔａ程度の低
圧では、アノード排ガスを全量リサイクルしても、ＣＯ
2 分圧が低く問題がないが、運転圧力が更に上昇し、例
えば１０ａｔａ程度以上になる場合には、カソードガス
中のＣＯ2 分圧を低く抑えかつ電池反応に必要なＣＯ2
量を確保する必要があった。
【０００６】本発明はかかる課題を解決するために創案
されたものである。すなわち、本発明の目的は、燃料電
池のアノード側に生じるＣＯ2 ガスをカソード側に必要
十分な量だけ循環させることができ、かつカソード側の
ＣＯ2 分圧を低く抑えることができ、更に、全体の発電
効率も高く維持できる燃料電池とガスタービンの複合発
電装置を提供することにある。
されたものである。すなわち、本発明の目的は、燃料電
池のアノード側に生じるＣＯ2 ガスをカソード側に必要
十分な量だけ循環させることができ、かつカソード側の
ＣＯ2 分圧を低く抑えることができ、更に、全体の発電
効率も高く維持できる燃料電池とガスタービンの複合発
電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料ガ
スを水素を含むアノードガスに改質する改質器と、アノ
ードガスと酸素を含むカソードガスとから発電する燃料
電池と、アノード排ガスを改質器の燃焼室に供給するガ
スリサイクルラインと、アノード排ガスをカソード排ガ
スで燃焼させて高温ガスを発生させる燃焼器と、該高温
ガスで駆動され空気を圧縮しかつ発電するガスタービン
発電機と、燃焼器に供給するアノード排ガス量を制御す
る制御装置とを備え、該制御装置により、カソードガス
中のＣＯ 2 分圧を所定の範囲に制御する、ことを特徴と
する燃料電池とガスタービンの複合発電装置が提供され
る。
スを水素を含むアノードガスに改質する改質器と、アノ
ードガスと酸素を含むカソードガスとから発電する燃料
電池と、アノード排ガスを改質器の燃焼室に供給するガ
スリサイクルラインと、アノード排ガスをカソード排ガ
スで燃焼させて高温ガスを発生させる燃焼器と、該高温
ガスで駆動され空気を圧縮しかつ発電するガスタービン
発電機と、燃焼器に供給するアノード排ガス量を制御す
る制御装置とを備え、該制御装置により、カソードガス
中のＣＯ 2 分圧を所定の範囲に制御する、ことを特徴と
する燃料電池とガスタービンの複合発電装置が提供され
る。
【０００８】上記本発明の構成によれば、制御装置によ
り、燃焼器に供給するアノード排ガス量を制御してカソ
ードガス中のＣＯ2 分圧を所定の範囲に制御することが
できる。すなわち、運転圧力が低い場合には、従来と同
様に燃焼器にアノード排ガスを供給せず、全量をガスリ
サイクルラインを介してカソードガスに混入することに
より、アノード側で発生したＣＯ2 の全量をカソード側
に供給してカソードでの電池反応に供することができ
る。また、運転圧力が高く、ＣＯ2 分圧が問題になる場
合には、アノード排ガスの一部をリサイクルすることな
く燃焼器に供給して燃焼させガスタービン発電機を駆動
することにより、リサイクルガス中のＣＯ 2 を減らし、
ＣＯ2 分圧を下げることができる。このＣＯ2 分圧の低
下の割合は、燃焼器での燃焼量が増えるほど急激に低下
するので、例えば１０％程度を燃焼させることにより、
１０ａｔａ以上の運転圧力において、カソードガス中の
ＣＯ 2 分圧を低く抑えかつ電池反応に必要なＣＯ2 量を
確保することができる。
り、燃焼器に供給するアノード排ガス量を制御してカソ
ードガス中のＣＯ2 分圧を所定の範囲に制御することが
できる。すなわち、運転圧力が低い場合には、従来と同
様に燃焼器にアノード排ガスを供給せず、全量をガスリ
サイクルラインを介してカソードガスに混入することに
より、アノード側で発生したＣＯ2 の全量をカソード側
に供給してカソードでの電池反応に供することができ
る。また、運転圧力が高く、ＣＯ2 分圧が問題になる場
合には、アノード排ガスの一部をリサイクルすることな
く燃焼器に供給して燃焼させガスタービン発電機を駆動
することにより、リサイクルガス中のＣＯ 2 を減らし、
ＣＯ2 分圧を下げることができる。このＣＯ2 分圧の低
下の割合は、燃焼器での燃焼量が増えるほど急激に低下
するので、例えば１０％程度を燃焼させることにより、
１０ａｔａ以上の運転圧力において、カソードガス中の
ＣＯ 2 分圧を低く抑えかつ電池反応に必要なＣＯ2 量を
確保することができる。
【０００９】本発明の好ましい実施形態によれば、アノ
ードガスの圧力とＣＯ2 濃度を検出する圧力検出器と濃
度検出器を備え、検出された圧力と濃度からＣＯ2 分圧
を演算し、該ＣＯ2 分圧が所定の範囲になるように燃焼
器に供給するアノード排ガス量を制御する。この構成に
より、制御装置により、アノードガスのＣＯ2 分圧とＣ
Ｏ2 量を正確に把握し、これらを所望の範囲に制御する
ことができる。
ードガスの圧力とＣＯ2 濃度を検出する圧力検出器と濃
度検出器を備え、検出された圧力と濃度からＣＯ2 分圧
を演算し、該ＣＯ2 分圧が所定の範囲になるように燃焼
器に供給するアノード排ガス量を制御する。この構成に
より、制御装置により、アノードガスのＣＯ2 分圧とＣ
Ｏ2 量を正確に把握し、これらを所望の範囲に制御する
ことができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、各図において、共通する部分には
同一の符号を付して使用する。図１は本発明による燃料
電池とガスタービンの複合発電装置の構成図である。こ
の図において、本発明の複合発電装置は、燃料ガス１を
水素を含むアノードガス２に改質する改質器２０と、ア
ノードガス２と酸素を含むカソードガス３とから発電す
る燃料電池２２と、アノード排ガス４を改質器２０の燃
焼室２０ｂに供給するガスリサイクルライン２３と、ア
ノード排ガス４をカソード排ガス７で燃焼させて高温ガ
スを発生させる燃焼器２４と、発生した高温ガスで駆動
され空気を圧縮しかつ発電するガスタービン発電機２５
とを備えている。
して説明する。なお、各図において、共通する部分には
同一の符号を付して使用する。図１は本発明による燃料
電池とガスタービンの複合発電装置の構成図である。こ
の図において、本発明の複合発電装置は、燃料ガス１を
水素を含むアノードガス２に改質する改質器２０と、ア
ノードガス２と酸素を含むカソードガス３とから発電す
る燃料電池２２と、アノード排ガス４を改質器２０の燃
焼室２０ｂに供給するガスリサイクルライン２３と、ア
ノード排ガス４をカソード排ガス７で燃焼させて高温ガ
スを発生させる燃焼器２４と、発生した高温ガスで駆動
され空気を圧縮しかつ発電するガスタービン発電機２５
とを備えている。
【００１１】改質器２０は、内部に改質触媒が充填され
た改質管２０ａと、改質管２０ａを加熱するための燃焼
室２０ｂとからなる。燃焼室２０ｂには、ガスリサイク
ルライン２３からアノード排ガス４が供給され、ガスタ
ービン発電機１８から供給される加圧空気６によりアノ
ード排ガス４を燃焼させるようになっている。また、燃
焼室２０ｂには別に燃料ガス１の供給ラインが設けられ
ており、必要に応じて燃料ガス１を燃焼させることがで
きるようになっている。燃焼室２０ｂで発生した燃焼排
ガス５は、ガスタービン発電機２５から供給される加圧
空気６に混入され、カソードガス３として燃焼電池１２
のカソード側Ｃに供給される。
た改質管２０ａと、改質管２０ａを加熱するための燃焼
室２０ｂとからなる。燃焼室２０ｂには、ガスリサイク
ルライン２３からアノード排ガス４が供給され、ガスタ
ービン発電機１８から供給される加圧空気６によりアノ
ード排ガス４を燃焼させるようになっている。また、燃
焼室２０ｂには別に燃料ガス１の供給ラインが設けられ
ており、必要に応じて燃料ガス１を燃焼させることがで
きるようになっている。燃焼室２０ｂで発生した燃焼排
ガス５は、ガスタービン発電機２５から供給される加圧
空気６に混入され、カソードガス３として燃焼電池１２
のカソード側Ｃに供給される。
【００１２】燃料電池２２は、電解質板ｔ、アノードａ
（電極）、カソードｃ（電極）及びセパレータ板ｓとか
らなる。電解質板ｔは、焼結したセラミック粉末からな
る平板であり、その隙間に溶融炭酸塩を高温の溶融状態
で保持するようになっている。それぞれ焼結した金属粉
末からなる平板状のアノードａ及びカソードｃは、電解
質板ｔを間に挟持する。単一の電池（単セル）は、これ
らのアノードａ、電解質板ｔ及びカソードｃから構成さ
れる。複数の導電性セパレータ板ｓは、その上下面にガ
ス流路を有し、その間に単セルを挟持し、アノードａ及
びカソードｃに沿ってそれぞれ水素を含むアノードガス
と酸素及び炭酸ガスを含むカソードガスを流すようにな
っている。かかる燃料電池２２を例えば約６５０℃の高
温に保持し、アノードａ及びカソードｃに沿ってそれぞ
れアノードガスとカソードガスを流すことにより、次の
反応により電気が発電される。
（電極）、カソードｃ（電極）及びセパレータ板ｓとか
らなる。電解質板ｔは、焼結したセラミック粉末からな
る平板であり、その隙間に溶融炭酸塩を高温の溶融状態
で保持するようになっている。それぞれ焼結した金属粉
末からなる平板状のアノードａ及びカソードｃは、電解
質板ｔを間に挟持する。単一の電池（単セル）は、これ
らのアノードａ、電解質板ｔ及びカソードｃから構成さ
れる。複数の導電性セパレータ板ｓは、その上下面にガ
ス流路を有し、その間に単セルを挟持し、アノードａ及
びカソードｃに沿ってそれぞれ水素を含むアノードガス
と酸素及び炭酸ガスを含むカソードガスを流すようにな
っている。かかる燃料電池２２を例えば約６５０℃の高
温に保持し、アノードａ及びカソードｃに沿ってそれぞ
れアノードガスとカソードガスを流すことにより、次の
反応により電気が発電される。
【００１３】 アノード反応 Ｈ2 ＋ＣＯ3 2- →Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ．．．式１ カソード反応 ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ→ＣＯ3 2- ．．．式２ 式１、２から明らかなように、アノード反応により二酸
化炭素（ＣＯ2 ）が生成され、カソード反応により同量
のＣＯ2 が消費される。従って、アノード側で発生した
ＣＯ2 ガスをカソード側に循環することにより、外部か
らＣＯ2 を補給することなく、反応を促進することがで
きる。
化炭素（ＣＯ2 ）が生成され、カソード反応により同量
のＣＯ2 が消費される。従って、アノード側で発生した
ＣＯ2 ガスをカソード側に循環することにより、外部か
らＣＯ2 を補給することなく、反応を促進することがで
きる。
【００１４】ガスリサイクルライン２３には、リサイク
ルブロア２９が設置されており、アノード排ガス４を改
質器２０の燃焼室２０ｂに供給するようになっている。
これにより、アノード排ガス４の一部を改質器の燃焼室
２０ｂで燃焼させ、その排ガスをカソードガスに混入さ
せることにより、アノード側からカソード側にＣＯ2ガ
スを循環させることができる。なお、図１に細線で示す
ように、アノード排ガスの一部をアノードの入口側に供
給してもよい。これにより、アノード側のガス流量を増
大させることができる。
ルブロア２９が設置されており、アノード排ガス４を改
質器２０の燃焼室２０ｂに供給するようになっている。
これにより、アノード排ガス４の一部を改質器の燃焼室
２０ｂで燃焼させ、その排ガスをカソードガスに混入さ
せることにより、アノード側からカソード側にＣＯ2ガ
スを循環させることができる。なお、図１に細線で示す
ように、アノード排ガスの一部をアノードの入口側に供
給してもよい。これにより、アノード側のガス流量を増
大させることができる。
【００１５】燃焼器２４には、アノード排ガス４とカソ
ード排ガス７が供給され、アノード排ガス４をカソード
排ガス７で燃焼させて高温ガスを発生させるようになっ
ている。また、燃焼器２４にアノード排ガス４を供給す
るラインには流量調節弁２６が設置され、その流量を調
節できるようになっている。更に、燃焼器２４には別に
燃料ガス１の供給ラインが設けられており、必要に応じ
て燃料ガス１を燃焼させることができるようになってい
る。
ード排ガス７が供給され、アノード排ガス４をカソード
排ガス７で燃焼させて高温ガスを発生させるようになっ
ている。また、燃焼器２４にアノード排ガス４を供給す
るラインには流量調節弁２６が設置され、その流量を調
節できるようになっている。更に、燃焼器２４には別に
燃料ガス１の供給ラインが設けられており、必要に応じ
て燃料ガス１を燃焼させることができるようになってい
る。
【００１６】ガスタービン発電機２５は、ガスタービン
Ｔ、コンプレッサＣ、及び発電機Ｇからなり、これらが
同軸又は減速機を介して連結されており、燃焼器２４で
発生した高温ガスでガスタービンＴを駆動し、ガスター
ビンＴで駆動されたコンプレッサＣで空気を圧縮して改
質器２０等に供給し、同時に発電機Ｇを駆動して発電す
るようになっている。従って、本発明の複合発電装置で
は、燃料電池２２とガスタービン２５の両方で発電が行
われる。
Ｔ、コンプレッサＣ、及び発電機Ｇからなり、これらが
同軸又は減速機を介して連結されており、燃焼器２４で
発生した高温ガスでガスタービンＴを駆動し、ガスター
ビンＴで駆動されたコンプレッサＣで空気を圧縮して改
質器２０等に供給し、同時に発電機Ｇを駆動して発電す
るようになっている。従って、本発明の複合発電装置で
は、燃料電池２２とガスタービン２５の両方で発電が行
われる。
【００１７】本発明の複合発電装置は、更に、燃焼器２
４に供給するアノード排ガス量を制御する制御装置３０
とを備えている。また、燃料電池のアノード側入口又は
出口（この例では両方）に、アノードガスの圧力とＣＯ
2 濃度を検出する圧力検出器２７ａ，２７ｂと濃度検出
器２８ａ，２８ｂを備えている。制御装置は、圧力検出
器２７ａ，２７ｂと濃度検出器２８ａ，２８ｂで検出さ
れた圧力と濃度からＣＯ2 分圧を演算し、このＣＯ2 分
圧が所定の範囲になるように流量調節弁２６を調節して
燃焼器２４に供給するアノード排ガス量を制御する。Ｃ
Ｏ2 分圧の所定の範囲とは、例えば０．６ａｔａ以下で
あり、Ｎｉ溶出が発生しない或いは許容できるＣＯ2 分
圧に設定する。この構成により、制御装置により、アノ
ードガスのＣＯ2 分圧とＣＯ2 量を正確に把握し、Ｎｉ
溶出が発生しない或いは許容できるＣＯ2 分圧であり、
かつカソード反応（式２）で必要となる量より十分に多
いＣＯ2 量に制御することができる。
４に供給するアノード排ガス量を制御する制御装置３０
とを備えている。また、燃料電池のアノード側入口又は
出口（この例では両方）に、アノードガスの圧力とＣＯ
2 濃度を検出する圧力検出器２７ａ，２７ｂと濃度検出
器２８ａ，２８ｂを備えている。制御装置は、圧力検出
器２７ａ，２７ｂと濃度検出器２８ａ，２８ｂで検出さ
れた圧力と濃度からＣＯ2 分圧を演算し、このＣＯ2 分
圧が所定の範囲になるように流量調節弁２６を調節して
燃焼器２４に供給するアノード排ガス量を制御する。Ｃ
Ｏ2 分圧の所定の範囲とは、例えば０．６ａｔａ以下で
あり、Ｎｉ溶出が発生しない或いは許容できるＣＯ2 分
圧に設定する。この構成により、制御装置により、アノ
ードガスのＣＯ2 分圧とＣＯ2 量を正確に把握し、Ｎｉ
溶出が発生しない或いは許容できるＣＯ2 分圧であり、
かつカソード反応（式２）で必要となる量より十分に多
いＣＯ2 量に制御することができる。
【００１８】上述したように本発明の構成によれば、制
御装置３０により、燃焼器２４に供給するアノード排ガ
ス量を制御してカソードガス中のＣＯ2 分圧を所定の範
囲に制御することができる。すなわち、運転圧力が低い
場合には、従来と同様に燃焼器２４にアノード排ガス４
を供給せず、全量をガスリサイクルライン２３を介して
カソードガスに混入することにより、アノード側で発生
したＣＯ2 の全量をカソード側に供給してカソードでの
電池反応に供することができる。
御装置３０により、燃焼器２４に供給するアノード排ガ
ス量を制御してカソードガス中のＣＯ2 分圧を所定の範
囲に制御することができる。すなわち、運転圧力が低い
場合には、従来と同様に燃焼器２４にアノード排ガス４
を供給せず、全量をガスリサイクルライン２３を介して
カソードガスに混入することにより、アノード側で発生
したＣＯ2 の全量をカソード側に供給してカソードでの
電池反応に供することができる。
【００１９】また、運転圧力が高く、ＣＯ2 分圧が問題
になる場合には、アノード排ガス４の一部をリサイクル
することなく燃焼器２４に供給して燃焼させガスタービ
ン発電機２５を駆動することにより、リサイクルガス中
のＣＯ2 を減らし、ＣＯ2 分圧を下げることができる。
このＣＯ2 分圧の低下の割合は、燃焼器での燃焼量が増
えるほど急激に低下するので、例えば１０％程度を燃焼
させることにより、１０ａｔａ以上の運転圧力におい
て、カソードガス中のＣＯ2 分圧を低く抑えかつ電池反
応に必要なＣＯ2 量を確保することができる。
になる場合には、アノード排ガス４の一部をリサイクル
することなく燃焼器２４に供給して燃焼させガスタービ
ン発電機２５を駆動することにより、リサイクルガス中
のＣＯ2 を減らし、ＣＯ2 分圧を下げることができる。
このＣＯ2 分圧の低下の割合は、燃焼器での燃焼量が増
えるほど急激に低下するので、例えば１０％程度を燃焼
させることにより、１０ａｔａ以上の運転圧力におい
て、カソードガス中のＣＯ2 分圧を低く抑えかつ電池反
応に必要なＣＯ2 量を確保することができる。
【００２０】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できるこ
とは勿論である。
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できるこ
とは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池とガ
スタービンの複合発電装置は、燃料電池のアノード側に
生じるＣＯ2 ガスをカソード側に必要十分な量だけ循環
させることができ、かつカソード側のＣＯ2 分圧を低く
抑えることができ、Ｎｉ溶出を抑制し電池の長寿命化を
図ることができる。また、アノード排ガスの全量を燃料
電池とガスタービンで無駄なく有効に利用しているの
で、全体の発電効率も高く維持できる。更に、ガスター
ビンの燃焼器の燃料がアノード排ガスであり、反応で発
生した水蒸気も大量に含まれているので、ガスタービン
出力を高めると同時にＮＯx の発生を抑制することがで
きる。
スタービンの複合発電装置は、燃料電池のアノード側に
生じるＣＯ2 ガスをカソード側に必要十分な量だけ循環
させることができ、かつカソード側のＣＯ2 分圧を低く
抑えることができ、Ｎｉ溶出を抑制し電池の長寿命化を
図ることができる。また、アノード排ガスの全量を燃料
電池とガスタービンで無駄なく有効に利用しているの
で、全体の発電効率も高く維持できる。更に、ガスター
ビンの燃焼器の燃料がアノード排ガスであり、反応で発
生した水蒸気も大量に含まれているので、ガスタービン
出力を高めると同時にＮＯx の発生を抑制することがで
きる。
【図１】本発明による燃料電池とガスタービンの複合発
電装置の構成図である。
電装置の構成図である。
【図２】溶融炭酸塩型燃料電池を用いた従来の発電設備
の全体構成図である。
の全体構成図である。
１ 燃料ガス ２ アノードガス ３ カソードガス ４ アノード排ガス ５ 燃焼排ガス ６ 空気 ７ カソード排ガス ８ 蒸気 ９ 冷却水 １０ 改質器 １２ 燃料電池 １４ ブロア １５ 圧力回収装置 １６ タービン １７ コンプレッサ １８ 熱回収装置 ２０ 改質器 ２０ａ 改質管 ２０ｂ 燃焼室 ２２ 燃料電池 ２４ 燃焼器 ２５ ガスタービン発電機 ２６ 流量調節弁 ２７ａ，２７ｂ 圧力検出器 ２８ａ，２８ｂ 濃度検出器 ２９ リサイクルブロア ３０ 制御装置
Claims (2)
- 【請求項１】 燃料ガスを水素を含むアノードガスに改
質する改質器と、アノードガスと酸素を含むカソードガ
スとから発電する燃料電池と、アノード排ガスを改質器
の燃焼室に供給するガスリサイクルラインと、アノード
排ガスをカソード排ガスで燃焼させて高温ガスを発生さ
せる燃焼器と、該高温ガスで駆動され空気を圧縮しかつ
発電するガスタービン発電機と、燃焼器に供給するアノ
ード排ガス量を制御する制御装置とを備え、 該制御装置により、カソードガス中のＣＯ2 分圧を所定
の範囲に制御する、ことを特徴とする燃料電池とガスタ
ービンの複合発電装置。 - 【請求項２】 アノードガスの圧力とＣＯ2 濃度を検出
する圧力検出器と濃度検出器を備え、検出された圧力と
濃度からＣＯ2 分圧を演算し、該ＣＯ2 分圧が所定の範
囲になるように燃焼器に供給するアノード排ガス量を制
御する、ことを特徴とする請求項１に記載の複合発電装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29515397A JP3928675B2 (ja) | 1997-10-28 | 1997-10-28 | 燃料電池とガスタービンの複合発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29515397A JP3928675B2 (ja) | 1997-10-28 | 1997-10-28 | 燃料電池とガスタービンの複合発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135139A true JPH11135139A (ja) | 1999-05-21 |
| JP3928675B2 JP3928675B2 (ja) | 2007-06-13 |
Family
ID=17816951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29515397A Expired - Fee Related JP3928675B2 (ja) | 1997-10-28 | 1997-10-28 | 燃料電池とガスタービンの複合発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3928675B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008096623A1 (ja) | 2007-02-07 | 2008-08-14 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | 発電設備 |
| JP2009205931A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | コンバインドシステム |
| US8329345B2 (en) | 2004-10-19 | 2012-12-11 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Combined power generation equipment |
| US8394552B2 (en) | 2006-09-19 | 2013-03-12 | Hamilton Sundstrand Corporation | Jet fuel based high pressure solid oxide fuel cell system |
-
1997
- 1997-10-28 JP JP29515397A patent/JP3928675B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8329345B2 (en) | 2004-10-19 | 2012-12-11 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Combined power generation equipment |
| US8394552B2 (en) | 2006-09-19 | 2013-03-12 | Hamilton Sundstrand Corporation | Jet fuel based high pressure solid oxide fuel cell system |
| US9118054B2 (en) | 2006-09-19 | 2015-08-25 | Hamilton Sundstrand Corporation | Jet fuel based high pressure solid oxide fuel cell system |
| WO2008096623A1 (ja) | 2007-02-07 | 2008-08-14 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | 発電設備 |
| US8110310B2 (en) | 2007-02-07 | 2012-02-07 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Power generating plant |
| JP2009205931A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | コンバインドシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3928675B2 (ja) | 2007-06-13 |
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