JPH11135140A - アノード排ガスをリサイクルする複合発電設備 - Google Patents
アノード排ガスをリサイクルする複合発電設備Info
- Publication number
- JPH11135140A JPH11135140A JP9295154A JP29515497A JPH11135140A JP H11135140 A JPH11135140 A JP H11135140A JP 9295154 A JP9295154 A JP 9295154A JP 29515497 A JP29515497 A JP 29515497A JP H11135140 A JPH11135140 A JP H11135140A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- exhaust gas
- anode
- reforming
- anode exhaust
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 プレート改質器の運転温度を高めることな
く、７〜８ａｔａ程度の高圧下において高い改質効率を
得ることができ、余分な水蒸気を大量に供給すること
なく、高圧下でのカーボン析出等を防ぎ改質反応を安定
して行うことができ、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、全体のプラント効率を高く維持で
きる複合発電設備を提供する。 【解決手段】 燃料ガス２を水素を含むアノードガス４
に改質する改質器１０と、アノードガスと酸素を含むカ
ソードガス９とから発電する燃料電池１２と、アノード
排ガス１１をカソード排ガス１６で燃焼させて高温ガス
１９を発生させる燃焼器２０と、高温排ガスで駆動され
空気を圧縮しかつ発電するガスタービン発電機１５と、
燃料電池のアノード側出口から改質器の改質室入口にア
ノード排ガスをリサイクルさせるアノード排ガスリサイ
クルライン２２を備える。
く、７〜８ａｔａ程度の高圧下において高い改質効率を
得ることができ、余分な水蒸気を大量に供給すること
なく、高圧下でのカーボン析出等を防ぎ改質反応を安定
して行うことができ、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、全体のプラント効率を高く維持で
きる複合発電設備を提供する。 【解決手段】 燃料ガス２を水素を含むアノードガス４
に改質する改質器１０と、アノードガスと酸素を含むカ
ソードガス９とから発電する燃料電池１２と、アノード
排ガス１１をカソード排ガス１６で燃焼させて高温ガス
１９を発生させる燃焼器２０と、高温排ガスで駆動され
空気を圧縮しかつ発電するガスタービン発電機１５と、
燃料電池のアノード側出口から改質器の改質室入口にア
ノード排ガスをリサイクルさせるアノード排ガスリサイ
クルライン２２を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アノード排ガスの
リサイクルラインを備えた燃料電池とガスタービンの複
合発電装置に関する。
リサイクルラインを備えた燃料電池とガスタービンの複
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３に模式的に示す天然
ガス等の原料ガスを水素を含むガスに改質するために改
質器が用いられる。改質器は、隔壁で分離された燃焼室
Ｃｏと改質室Ｒｅからなり、燃焼室Ｃｏで燃料ガス１
（例えば燃料電池からのアノード排ガス）を燃焼させ、
その熱で改質室Ｒｅを加熱し、その内部に充填された改
質触媒３により改質室を流れる原料ガス２を水素を含む
ガス４（以下、改質ガスという）に改質するようになっ
ている。
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３に模式的に示す天然
ガス等の原料ガスを水素を含むガスに改質するために改
質器が用いられる。改質器は、隔壁で分離された燃焼室
Ｃｏと改質室Ｒｅからなり、燃焼室Ｃｏで燃料ガス１
（例えば燃料電池からのアノード排ガス）を燃焼させ、
その熱で改質室Ｒｅを加熱し、その内部に充填された改
質触媒３により改質室を流れる原料ガス２を水素を含む
ガス４（以下、改質ガスという）に改質するようになっ
ている。
【０００３】かかる改質器として、従来のプラント用の
チューブラー型を発展させたものとしては、特公平３−
３５７７８号，特公平５−９３６２号，特開昭６２−２
７３０３号等が燃料電池用として既に提案されている。
チューブラー型を発展させたものとしては、特公平３−
３５７７８号，特公平５−９３６２号，特開昭６２−２
７３０３号等が燃料電池用として既に提案されている。
【０００４】一方、上述した従来のチューブラー改質器
とは全く異なる構成のプレート改質器が本願出願人から
既に提案され一部で用いられている。このプレート改質
器は、図４の原理図に例示するように、改質室Ｒｅと燃
焼室Ｃｏをそれぞれ平板状に構成して交互に積層したも
のであり、この燃焼室Ｃｏには、粒子状の燃焼触媒５が
平板状に充填され、外部マニホールド６ａ，６ｂから供
給される燃料ガス１と燃焼用空気７とが、図に破線で示
すように流れ、燃焼触媒５の作用により反応（燃焼）し
て発熱し、燃焼排ガス８が反対側の外部マニホールド６
ｃから排出される。一方、改質室Ｒｅには、粒子状の改
質触媒３が同様に平板状に充填され、外部マニホールド
６ｄから供給される原料ガス２が、図に実線で示すよう
に流れ、改質触媒３の作用により原料ガス２を改質し、
改質ガス４が、反対側の外部マニホールド６ｅから排出
されるようになっている。
とは全く異なる構成のプレート改質器が本願出願人から
既に提案され一部で用いられている。このプレート改質
器は、図４の原理図に例示するように、改質室Ｒｅと燃
焼室Ｃｏをそれぞれ平板状に構成して交互に積層したも
のであり、この燃焼室Ｃｏには、粒子状の燃焼触媒５が
平板状に充填され、外部マニホールド６ａ，６ｂから供
給される燃料ガス１と燃焼用空気７とが、図に破線で示
すように流れ、燃焼触媒５の作用により反応（燃焼）し
て発熱し、燃焼排ガス８が反対側の外部マニホールド６
ｃから排出される。一方、改質室Ｒｅには、粒子状の改
質触媒３が同様に平板状に充填され、外部マニホールド
６ｄから供給される原料ガス２が、図に実線で示すよう
に流れ、改質触媒３の作用により原料ガス２を改質し、
改質ガス４が、反対側の外部マニホールド６ｅから排出
されるようになっている。
【０００５】更に、図４の燃料室Ｃｏを高温ガスが流れ
る加熱室Ｈに置き換え、別の独立した燃焼器（例えば触
媒燃焼器）からこの加熱室Ｈに高温の燃焼排ガスを供給
する燃焼器別置きのプレート改質器も開発されている。
かかるプレート改質器はチューブラー改質器と比較する
と、体積当たりの伝熱面積が大きく、非常に小型軽量に
できる特徴を有しており、燃料電池用ばかりでなく、そ
の他の分野（例えば水素製造等）への適用が要望されて
いる。
る加熱室Ｈに置き換え、別の独立した燃焼器（例えば触
媒燃焼器）からこの加熱室Ｈに高温の燃焼排ガスを供給
する燃焼器別置きのプレート改質器も開発されている。
かかるプレート改質器はチューブラー改質器と比較する
と、体積当たりの伝熱面積が大きく、非常に小型軽量に
できる特徴を有しており、燃料電池用ばかりでなく、そ
の他の分野（例えば水素製造等）への適用が要望されて
いる。
【０００６】上述した改質器を用いた燃料電池とガスタ
ービンの複合発電設備では、図５に例示するように天然
ガス等の原料ガス２を水素を含むアノードガス４に改質
する改質器１０と、アノードガス４と酸素を含むカソー
ドガス９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４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１１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８は圧力回収装
置１５から供給される加圧空気１３と合流してカソード
ガス９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１６）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１７は水蒸気である。
ービンの複合発電設備では、図５に例示するように天然
ガス等の原料ガス２を水素を含むアノードガス４に改質
する改質器１０と、アノードガス４と酸素を含むカソー
ドガス９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４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１１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８は圧力回収装
置１５から供給される加圧空気１３と合流してカソード
ガス９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１６）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１７は水蒸気である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した複合発電設備
において、運転圧力の高圧化はプラント効率の向上とコ
ンパクト化に有効である。このため、プレート改質器の
運転圧力を燃料電池の運転圧力と共に、７〜８ａｔａ程
度まで高めることが望まれている。 しかし、メタンの改質反応は、ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→３Ｈ2 ＋ＣＯ．．（式１） の主反応式で表され、反応によりモル数（体積）が増加
する反応であるため、高圧力化により平衡定数が低くな
り、改質率が大幅に低下する問題点がある。またこれを
解決するために改質温度を上昇させると、プレート改質
器を構成する隔壁が過熱されて寿命が極端に短くなり、
更に耐熱材料（例えばセラミックス材）を用いると、非
常に高価になりコストが大幅に上昇する問題点がある。
において、運転圧力の高圧化はプラント効率の向上とコ
ンパクト化に有効である。このため、プレート改質器の
運転圧力を燃料電池の運転圧力と共に、７〜８ａｔａ程
度まで高めることが望まれている。 しかし、メタンの改質反応は、ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→３Ｈ2 ＋ＣＯ．．（式１） の主反応式で表され、反応によりモル数（体積）が増加
する反応であるため、高圧力化により平衡定数が低くな
り、改質率が大幅に低下する問題点がある。またこれを
解決するために改質温度を上昇させると、プレート改質
器を構成する隔壁が過熱されて寿命が極端に短くなり、
更に耐熱材料（例えばセラミックス材）を用いると、非
常に高価になりコストが大幅に上昇する問題点がある。
【０００８】また、高圧下でカーボン析出等を防ぎ改
質反応を安定して行うためには、水蒸気を余分に供給
し、Ｈ2 Ｏ／ＣＨ4 の比率（Ｓ／Ｃ）を通常３以上にす
る必要があるが、このため余分な水蒸気を大量に製造・
供給する必要があり、プラント全体の効率が低下する問
題点がある。
質反応を安定して行うためには、水蒸気を余分に供給
し、Ｈ2 Ｏ／ＣＨ4 の比率（Ｓ／Ｃ）を通常３以上にす
る必要があるが、このため余分な水蒸気を大量に製造・
供給する必要があり、プラント全体の効率が低下する問
題点がある。
【０００９】更に、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は、従来全量を改質器に供給
して燃焼させ、その排ガスを燃料電池のカソード側に供
給して、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が、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ＣＯ2 濃度が上昇し過ぎる問題点がある。
ド側を出たアノード排ガスは、従来全量を改質器に供給
して燃焼させ、その排ガスを燃料電池のカソード側に供
給して、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が、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ＣＯ2 濃度が上昇し過ぎる問題点がある。
【００１０】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。
【００１１】本発明はかかる問題点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、プ
レート改質器の運転温度を高めることなく、７〜８ａｔ
ａ程度の高圧下において高い改質効率を得ることがで
き、余分な水蒸気を大量に供給することなく、高圧下
でのカーボン析出等を防ぎ改質反応を安定して行うこと
ができ、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、全体のプラント効率を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。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、プ
レート改質器の運転温度を高めることなく、７〜８ａｔ
ａ程度の高圧下において高い改質効率を得ることがで
き、余分な水蒸気を大量に供給することなく、高圧下
でのカーボン析出等を防ぎ改質反応を安定して行うこと
ができ、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、全体のプラント効率を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。
【００１２】
【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、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、を備え
た複合発電設備において、燃料電池のアノード側出口か
ら改質器の改質室入口にアノード排ガスをリサイクルさ
せるアノード排ガスリサイクルラインを備えた、ことを
特徴とする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、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、を備え
た複合発電設備において、燃料電池のアノード側出口か
ら改質器の改質室入口にアノード排ガスをリサイクルさ
せるアノード排ガスリサイクルラインを備えた、ことを
特徴とする複合発電装置が提供される。
【００１３】上記本発明の構成によれば、アノード排ガ
スリサイクルラインを介して燃料電池のアノード側出口
から改質器の改質室入口にアノード排ガスがリサイクル
される。アノード排ガスの主成分はアノード反応により
生じたＨ2 ＯとＣＯ2 であり、未反応Ｈ2 ，ＣＯは少な
い。従って、アノード排ガスを燃料ガスにリサイクル
させることにより、改質室における燃料ガス（例えばメ
タン）の分圧が低下し、（式１）におけるメタンの改質
反応が促進され、運転温度を高めることなく、高い改質
効率を得ることができる。また、Ｈ2 Ｏがリサイクル
されることにより、余分な水蒸気を大量に供給すること
なく、高圧下でのカーボン析出等を防ぎ改質反応を安定
して行うことができる。更に、ＣＯ2 がリサイクルさ
れることにより、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、かつその量を調節することでカソード側のＣＯ2
分圧を低く抑えることができる。
スリサイクルラインを介して燃料電池のアノード側出口
から改質器の改質室入口にアノード排ガスがリサイクル
される。アノード排ガスの主成分はアノード反応により
生じたＨ2 ＯとＣＯ2 であり、未反応Ｈ2 ，ＣＯは少な
い。従って、アノード排ガスを燃料ガスにリサイクル
させることにより、改質室における燃料ガス（例えばメ
タン）の分圧が低下し、（式１）におけるメタンの改質
反応が促進され、運転温度を高めることなく、高い改質
効率を得ることができる。また、Ｈ2 Ｏがリサイクル
されることにより、余分な水蒸気を大量に供給すること
なく、高圧下でのカーボン析出等を防ぎ改質反応を安定
して行うことができる。更に、ＣＯ2 がリサイクルさ
れることにより、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、かつその量を調節することでカソード側のＣＯ2
分圧を低く抑えることができる。
【００１４】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
体のプラント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。また、アノード排ガスとカソード排ガスが燃焼
器で連通しているので、燃料電池のアノード側とカソー
ド側の差圧がほとんど発生せず、従来不可欠であった差
圧制御を不要にすることができる。
とガスタービンで無駄なく有効に利用しているので、全
体のプラント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。また、アノード排ガスとカソード排ガスが燃焼
器で連通しているので、燃料電池のアノード側とカソー
ド側の差圧がほとんど発生せず、従来不可欠であった差
圧制御を不要にすることができる。
【００１５】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
アノード排ガスリサイクルラインは、改質用水蒸気で駆
動しアノード排ガスを吸引するインジェクタを備える。
この構成により、高温リサイクルブロア等の高価な機器
を使用することなく、アノード排ガスを吸引してリサイ
クルさせることができる。また、前記アノード排ガスリ
サイクルラインは、アノード排ガスから熱回収して改質
用水蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えることが好
ましい。この構成により、アノード排ガスを冷却して改
質に適した温度にすると共に、改質器に必要な水蒸気を
発生させることができ、改質器に必要な水蒸気量を低減
することができる。
アノード排ガスリサイクルラインは、改質用水蒸気で駆
動しアノード排ガスを吸引するインジェクタを備える。
この構成により、高温リサイクルブロア等の高価な機器
を使用することなく、アノード排ガスを吸引してリサイ
クルさせることができる。また、前記アノード排ガスリ
サイクルラインは、アノード排ガスから熱回収して改質
用水蒸気を発生させる排熱回収ボイラを備えることが好
ましい。この構成により、アノード排ガスを冷却して改
質に適した温度にすると共に、改質器に必要な水蒸気を
発生させることができ、改質器に必要な水蒸気量を低減
することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
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
明の複合発電設備の第１実施形態を示す全体構成図であ
る。この図において、本発明の複合発電設備は、燃料ガ
ス２を水素を含むアノードガス４に改質する改質器１０
と、アノードガス４と酸素を含むカソードガス９とから
発電する燃料電池１２と、アノード排ガス１１をカソー
ド排ガス１６で燃焼させて高温ガス１９を発生させる燃
焼器２０と、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１５と、を備えている。
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
明の複合発電設備の第１実施形態を示す全体構成図であ
る。この図において、本発明の複合発電設備は、燃料ガ
ス２を水素を含むアノードガス４に改質する改質器１０
と、アノードガス４と酸素を含むカソードガス９とから
発電する燃料電池１２と、アノード排ガス１１をカソー
ド排ガス１６で燃焼させて高温ガス１９を発生させる燃
焼器２０と、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１５と、を備えている。
【００１７】なお、図１において、３１は脱硫器、３２
はＣＯ2 リサイクルブロア、３３はカソードガス循環流
量調節弁、３４は空気ブロア、３５は燃料予熱器であ
る。
はＣＯ2 リサイクルブロア、３３はカソードガス循環流
量調節弁、３４は空気ブロア、３５は燃料予熱器であ
る。
【００１８】更に、本発明によれば、燃料電池１２のア
ノード側出口から改質器１０の改質室入口にアノード排
ガス１１をリサイクルさせるアノード排ガスリサイクル
ライン２２を備えている。
ノード側出口から改質器１０の改質室入口にアノード排
ガス１１をリサイクルさせるアノード排ガスリサイクル
ライン２２を備えている。
【００１９】改質器１０は、内部に改質触媒が充填され
た改質室Ｒｅと、改質室Ｒｅを加熱するための加熱室Ｈ
とからなる。加熱室Ｈには、燃焼器２０から高温の燃焼
ガス１９が供給され、改質室Ｒｅを隔壁を隔てて間接加
熱し、水蒸気を含む燃料ガス２を改質するようになって
いる。
た改質室Ｒｅと、改質室Ｒｅを加熱するための加熱室Ｈ
とからなる。加熱室Ｈには、燃焼器２０から高温の燃焼
ガス１９が供給され、改質室Ｒｅを隔壁を隔てて間接加
熱し、水蒸気を含む燃料ガス２を改質するようになって
いる。
【００２０】燃料電池１２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
らなり、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４とカソ
ードガス９を流すことにより、次の反応により発電す
る。 アノード反応 Ｈ2 ＋ＣＯ3 2- →Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ．．．式２ カソード反応 ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ→ＣＯ3 2- ．．．式３ 式２、３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。
（電極）、カソードｃ（電極）及びセパレータ板ｓとか
らなり、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４とカソ
ードガス９を流すことにより、次の反応により発電す
る。 アノード反応 Ｈ2 ＋ＣＯ3 2- →Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ．．．式２ カソード反応 ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ→ＣＯ3 2- ．．．式３ 式２、３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。
【００２１】燃焼器２０には、アノード排ガス１１とカ
ソード排ガス１６が供給され、アノード排ガス１１をカ
ソード排ガス１６で燃焼させて高温ガス１９を発生させ
るようになっている。
ソード排ガス１６が供給され、アノード排ガス１１をカ
ソード排ガス１６で燃焼させて高温ガス１９を発生させ
るようになっている。
【００２２】ガスタービン発電機１５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、燃料電池１２
から供給かされる高温ガス（カソード排ガス１６）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で空気を圧縮して燃料電池等に供給し、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１２とガス
タービン１５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、燃料電池１２
から供給かされる高温ガス（カソード排ガス１６）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で空気を圧縮して燃料電池等に供給し、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１２とガス
タービン１５の両方で発電が行われる。
【００２３】図１の実施形態において、アノード排ガス
リサイクルライン２２には、改質用水蒸気１７で駆動し
アノード排ガス１１を吸引するインジェクタ２４が設け
られている。すなわち、この例では、インジェクタ２４
を介して水蒸気１７を燃料ガス２に供給する主蒸気ライ
ン２５と、インジェクタ２４をバイパスして水蒸気１７
を供給する副蒸気ライン２６とを有し、それぞれに流量
調節弁２５ａ，２６ａとオリフィス２５ｂ，２６ｂが設
けられている。更に、制御装置２７を備え、負荷指令に
より、主蒸気ライン２５と副蒸気ライン２６の水蒸気流
量を調節し、例えば負荷が大きいときに主蒸気ライン２
５の蒸気流量を大きくし、アノード排ガスリサイクルラ
イン２２を介して大量のアノード排ガス１１をリサイク
ルするようになっている。この構成により、高温リサイ
クルブロア等の高価な機器を使用することなく、アノー
ド排ガスを吸引してリサイクルさせることができる。
リサイクルライン２２には、改質用水蒸気１７で駆動し
アノード排ガス１１を吸引するインジェクタ２４が設け
られている。すなわち、この例では、インジェクタ２４
を介して水蒸気１７を燃料ガス２に供給する主蒸気ライ
ン２５と、インジェクタ２４をバイパスして水蒸気１７
を供給する副蒸気ライン２６とを有し、それぞれに流量
調節弁２５ａ，２６ａとオリフィス２５ｂ，２６ｂが設
けられている。更に、制御装置２７を備え、負荷指令に
より、主蒸気ライン２５と副蒸気ライン２６の水蒸気流
量を調節し、例えば負荷が大きいときに主蒸気ライン２
５の蒸気流量を大きくし、アノード排ガスリサイクルラ
イン２２を介して大量のアノード排ガス１１をリサイク
ルするようになっている。この構成により、高温リサイ
クルブロア等の高価な機器を使用することなく、アノー
ド排ガスを吸引してリサイクルさせることができる。
【００２４】図２は、本発明の複合発電設備の第２実施
形態を示す全体構成図である。この図において、本発明
の複合発電設備は、アノード排ガスリサイクルライン２
２には、リサイクルブロア３７が設置されており、アノ
ード排ガス１１を改質器１０の改質室Ｒｅ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１１の一
部を改質器の改質室Ｒｅに供給し、改質室１０における
燃料ガス（例えばメタン）の分圧を低下させ、Ｈ2 Ｏを
リサイクルするようになっている。
形態を示す全体構成図である。この図において、本発明
の複合発電設備は、アノード排ガスリサイクルライン２
２には、リサイクルブロア３７が設置されており、アノ
ード排ガス１１を改質器１０の改質室Ｒｅ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１１の一
部を改質器の改質室Ｒｅに供給し、改質室１０における
燃料ガス（例えばメタン）の分圧を低下させ、Ｈ2 Ｏを
リサイクルするようになっている。
【００２５】また、燃焼器２０には別に燃料ガス２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。更に、この
実施形態では、アノード排ガスリサイクルライン２２
に、アノード排ガス１１から熱回収して改質用水蒸気１
７を発生させる排熱回収ボイラ３８を備えている。この
構成により、アノード排ガス１１を冷却して改質に適し
た温度にすると共に、改質器１０に必要な水蒸気を発生
させることができ、改質器に必要な水蒸気量を低減する
ことができる。その他の構成は、図１に示した第１実施
形態と同様である。
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。更に、この
実施形態では、アノード排ガスリサイクルライン２２
に、アノード排ガス１１から熱回収して改質用水蒸気１
７を発生させる排熱回収ボイラ３８を備えている。この
構成により、アノード排ガス１１を冷却して改質に適し
た温度にすると共に、改質器１０に必要な水蒸気を発生
させることができ、改質器に必要な水蒸気量を低減する
ことができる。その他の構成は、図１に示した第１実施
形態と同様である。
【００２６】上述した本発明の構成によれば、アノード
排ガスリサイクルライン２２を介して燃料電池１２のア
ノード側出口から改質器１０の改質室入口にアノード排
ガス１１がリサイクルされる。アノード排ガス１１の主
成分はアノード反応により生じたＨ2 ＯとＣＯ2 であ
り、未反応Ｈ2 ，ＣＯは少ない。従って、アノード排
ガス１１を燃料ガス２にリサイクルさせることにより、
改質室１０における燃料ガス（例えばメタン）の分圧が
低下し、（式１）におけるメタンの改質反応が促進さ
れ、運転温度を高めることなく、高い改質効率を得るこ
とができる。また、Ｈ2 Ｏがリサイクルされることに
より、余分な水蒸気を大量に供給することなく、高圧下
でのカーボン析出等を防ぎ改質反応を安定して行うこと
ができる。更に、ＣＯ2 がリサイクルされることによ
り、燃料電池１２のアノード側Ａに生じるＣＯ2 ガスを
カソード側Ｃに必要十分な量だけ循環させることがで
き、かつその量を調節することでカソード側のＣＯ2 分
圧を低く抑えることができる。
排ガスリサイクルライン２２を介して燃料電池１２のア
ノード側出口から改質器１０の改質室入口にアノード排
ガス１１がリサイクルされる。アノード排ガス１１の主
成分はアノード反応により生じたＨ2 ＯとＣＯ2 であ
り、未反応Ｈ2 ，ＣＯは少ない。従って、アノード排
ガス１１を燃料ガス２にリサイクルさせることにより、
改質室１０における燃料ガス（例えばメタン）の分圧が
低下し、（式１）におけるメタンの改質反応が促進さ
れ、運転温度を高めることなく、高い改質効率を得るこ
とができる。また、Ｈ2 Ｏがリサイクルされることに
より、余分な水蒸気を大量に供給することなく、高圧下
でのカーボン析出等を防ぎ改質反応を安定して行うこと
ができる。更に、ＣＯ2 がリサイクルされることによ
り、燃料電池１２のアノード側Ａに生じるＣＯ2 ガスを
カソード側Ｃに必要十分な量だけ循環させることがで
き、かつその量を調節することでカソード側のＣＯ2 分
圧を低く抑えることができる。
【００２７】また、アノード排ガス１１の全量を燃料
電池１２とガスタービン１５で無駄なく有効に利用して
いるので、全体のプラント効率も高く維持できる。更
に、ガスタービン１５の燃焼器２０の燃料がアノード
排ガス１１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ＮＯ
x の発生を抑制することができる。また、アノード排
ガス１１とカソード排ガス１６が燃焼器２０で連通して
いるので、燃料電池１２のアノード側Ａとカソード側Ｃ
の差圧がほとんど発生せず、従来不可欠であった差圧制
御を不要にすることができる。
電池１２とガスタービン１５で無駄なく有効に利用して
いるので、全体のプラント効率も高く維持できる。更
に、ガスタービン１５の燃焼器２０の燃料がアノード
排ガス１１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ＮＯ
x の発生を抑制することができる。また、アノード排
ガス１１とカソード排ガス１６が燃焼器２０で連通して
いるので、燃料電池１２のアノード側Ａとカソード側Ｃ
の差圧がほとんど発生せず、従来不可欠であった差圧制
御を不要にすることができる。
【００２８】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】上述したように、本発明のアノード排ガ
スをリサイクルする複合発電設備は、 プレート改質器の運転温度を高めることなく、７〜８
ａｔａ程度の高圧下において高い改質効率を得ることが
でき、余分な水蒸気を大量に供給することなく、高圧
下でのカーボン析出等を防ぎ改質反応を安定して行うこ
とができ、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、全体のプラント効率を高く維持できる、等
の優れた効果を有する。
スをリサイクルする複合発電設備は、 プレート改質器の運転温度を高めることなく、７〜８
ａｔａ程度の高圧下において高い改質効率を得ることが
でき、余分な水蒸気を大量に供給することなく、高圧
下でのカーボン析出等を防ぎ改質反応を安定して行うこ
とができ、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、全体のプラント効率を高く維持できる、等
の優れた効果を有する。
【図１】本発明の複合発電設備の第１実施形態を示す全
体構成図である。
体構成図である。
【図２】本発明の複合発電設備の第２実施形態を示す全
体構成図である。
体構成図である。
【図３】従来の改質器の模式的構成図である。
【図４】従来のプレート改質器の原理図である。
【図５】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 原料ガス（プロセスガス） ３ 改質触媒 ４ 改質ガス ５ 燃焼触媒 ６ａ〜６ｅ 外部マニホールド ７ 燃焼用空気 ８ 燃焼ガス ９ カソードガス １０ 改質器 １１ アノード排ガス １２ 燃料電池 １３ 加圧空気 １４ ブロア １５ 圧力回収装置（ガスタービン発電機） １６ カソード排ガス １７ 水蒸気 １８ 熱回収装置 １９ 高温ガス ２０ 燃焼器 ２２ アノード排ガスリサイクルライン ２４ インジェクタ ２５ 主蒸気ライン ２６ 副蒸気ライン ２７ 制御装置 ３１ 脱硫器 ３２ ＣＯ2 リサイクルブロア ３３ カソードガス循環流量調節弁 ３４ 空気ブロア ３５ 燃料予熱器 ３７ リサイクルブロア ３８ 排熱回収ボイラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 和典 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内
Claims (3)
- 【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、
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、を備えた複合発電設備において、 燃料電池のアノード側出口から改質器の改質室入口にア
ノード排ガスをリサイクルさせるアノード排ガスリサイ
クルラインを備えた、ことを特徴とする複合発電装置。 - 【請求項２】 前記アノード排ガスリサイクルライン
は、改質用水蒸気で駆動しアノード排ガスを吸引するイ
ンジェクタを備える、ことを特徴とする請求項１に記載
の複合発電設備。 - 【請求項３】 前記アノード排ガスリサイクルライン
は、アノード排ガスから熱回収して改質用水蒸気を発生
させる排熱回収ボイラを備える、ことを特徴とする請求
項１に記載の複合発電設備。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9295154A JPH11135140A (ja) | 1997-10-28 | 1997-10-28 | アノード排ガスをリサイクルする複合発電設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9295154A JPH11135140A (ja) | 1997-10-28 | 1997-10-28 | アノード排ガスをリサイクルする複合発電設備 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135140A true JPH11135140A (ja) | 1999-05-21 |
Family
ID=17816964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9295154A Pending JPH11135140A (ja) | 1997-10-28 | 1997-10-28 | アノード排ガスをリサイクルする複合発電設備 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11135140A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001185196A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-06 | Daikin Ind 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 |
| EP1571725A1 (en) * | 2004-03-04 | 2005-09-07 | Delphi Technologies, Inc. | Hybrid power generating system combining a fuel cell and a gass turbine |
| JP2006248806A (ja) * | 2005-03-08 | 2006-09-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 水素燃料供給システム及び燃料電池システム |
| JP2013140805A (ja) * | 2013-02-25 | 2013-07-18 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | 複合発電設備 |
| CN110873462A (zh) * | 2018-08-29 | 2020-03-10 | 宁波方太厨具有限公司 | 一种带积碳提醒的燃气热水器及其积碳提醒控制方法 |
-
1997
- 1997-10-28 JP JP9295154A patent/JPH11135140A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001185196A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-06 | Daikin Ind 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 |
| JP2005129536A (ja) * | 2003-10-27 | 2005-05-19 | Robert Bosch Gmbh | 燃料電池システム内の改質器のためのバーナ |
| GB2408093B (en) * | 2003-10-27 | 2006-07-05 | Bosch Gmbh Robert | Burner for a reformer in a fuel-cell system |
| EP1571725A1 (en) * | 2004-03-04 | 2005-09-07 | Delphi Technologies, Inc. | Hybrid power generating system combining a fuel cell and a gass turbine |
| US7306871B2 (en) | 2004-03-04 | 2007-12-11 | Delphi Technologies, Inc. | Hybrid power generating system combining a fuel cell and a gas turbine |
| JP2006248806A (ja) * | 2005-03-08 | 2006-09-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 水素燃料供給システム及び燃料電池システム |
| JP2013140805A (ja) * | 2013-02-25 | 2013-07-18 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | 複合発電設備 |
| CN110873462A (zh) * | 2018-08-29 | 2020-03-10 | 宁波方太厨具有限公司 | 一种带积碳提醒的燃气热水器及其积碳提醒控制方法 |
| CN110873462B (zh) * | 2018-08-29 | 2023-10-24 | 宁波方太厨具有限公司 | 一种带积碳提醒的燃气热水器的积碳提醒控制方法 |
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