JPS6132959A - 燃料電池発電システム - Google Patents

燃料電池発電システム

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JPS6132959A
JPS6132959A JP15792884A JP15792884A JPS6132959A JP S6132959 A JPS6132959 A JP S6132959A JP 15792884 A JP15792884 A JP 15792884A JP 15792884 A JP15792884 A JP 15792884A JP S6132959 A JPS6132959 A JP S6132959A
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air
steam
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turbine
fuel
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JP15792884A
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Hiroko Yamada
裕子 山田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029Heat exchange using liquids
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、水素主成分ガスを燃料として利用する燃料
電池発電システムに関するものである。
〔従来の技術〕
食塩電解7う/トやエチンンプラントで代表される石油
化学プラントにおいては、製品生産の過程で副生物とし
て多量の水素が発生する。従来この副生水素は、精製後
ボンベ詰めにして販売されたり、また一部コンビナート
内でボイラその他の熱源として利用されるのが普通であ
った。近年燃料電池発電システムの開発に伴い、その新
しい利用形態の1つとして、この副生水素を利用するシ
ステムが考えられ、各方面で検討されている。
副生水素を利用する燃料電池発電システムは、天然ガス
等炭化水素系燃料を使用する/ステムと異なシ、燃料改
質装置が不要となるのでプラントコスト低減、プラント
構成簡略化、プラント効率向上を期待する−ことができ
る。
第1図は例えば昭和57年12月発刊電気学会技術報告
■部第141号[燃料電池発′成技術の展望」4.5裂
燃料電池発電設備に示された従来の燃料改質装置を備え
た燃料電池発電システムを示す系統図である。
燃料電池発電システムは、主に改質系、燃料電池系、冷
却水系、ターボコ/グレツサ系の4゛つより構成される
。図において、(1)は燃料電池本体であシ、燃料極(
la)、空気也(To)、電解質マトリクスαc)、冷
却器(1d〕によシ構成されている。(2)は気水分離
器、(3)Qよ循環水ボンダ、(4)は電池冷却水ライ
ン、(5)は気水分離器(2)で発生したスチームを放
出するスチーム放出ンイ/、(6)は頃質反応に必要な
スチームを供給するスチーム供給ライン、(7)はター
ボコンプレッサ、(7a)及び(7b)はそれぞれター
ボコングノツ? <7)のコンブ7アサ及びタービン、
(8)は改質反応部(8a)とバーナ部(8b)とから
なる改質装置、(9)は改質装置(8)の改質反応部(
8a)に燃料を供給するための燃料供給ライン、QQは
改質ガスを燃料電池本体(1)の燃料極(la)に供給
するための改質ガス供給ライン、(ロ)は燃料極伽)で
使用され九残υの余剰燃料を改質装置(8)のバーナ部
(8b)に供給するための余剰燃料ライン、(6)、(
lkまターボコンプレッサ(7)のコンプレッサ(7a
)から燃料電池本体(1)の空気極ab)に空気を供給
するための空気供給ライン及び出口側の余剰空気ライン
、α4dターボコングレツプ(7)のコンフルツ? (
7a) カらの空気を改質装置(8)のバーナ部(&)
へ供給するための改質バーナ空気ライン、αQは改質装
置(8)のバーチ々μ(8b)出口側の排ガスラインで
ある。排ガスライン萌ハダーボコングレツサ(7)のタ
ービン(7b)に接続されて、レリ、バーナ部(2))
からの排ガスリま余剰空気ライン(至)の余剰空気とと
もにタービン(7b)に供給され、タービン(乃)に駆
動エネルギーを与える。
次に動作について説明する。天然ガスを主成分とする燃
料は、スチーム供給ライン(6)から供給されるスチー
ムと混合され、燃料供給ライン(9)を経由して改質装
置(8)の改質反応部(&L)に投入される。
燃料はその改質反応部03a)内で改質反応をし、水素
’に−f、成分とする改質ガスとなり、燃料電池本体〔
1)の燃料fi(la) K投入される0そこで消費さ
れた後の余A燃料は余剰燃料ライン(ロ)を通って改質
装置f(8)のバーナ部(8b)に送られて燃焼し、反
応に必要な熱を与える。
電池本体の性能は各反応ガスの圧力の増大によって向上
する傾向を示し、このため燃料、空気各反応カスの動作
圧力は、例えば3〜6#/#程度に加圧維持される。こ
のとき、空気の圧縮には多大の動力を必要とし、その値
は電池の発生エネルギーノ+l’J20%にも達する。
このため、このシステムにおいてはターボコンプレッサ
(7)を設置し、系内て余剰エイルギーの有効利用を図
っている。すなわち、圧縮空気は改質装置(8)のバー
ナ部(8b)からの燃焼排ガスと燃料電池本体(1)の
空気極(To)からの余剰空気を駆動エネルギーとして
利用するターボコンプレッサ(7)のコンプレッサ(7
a)より供給される0 また−万、燃料電池本体(1)ハ、特性維持のためある
動作温度(例えは約190℃)に保たねばなら 。
ないが、そのため冷却水系統が設けられ、燃料電池本体
(1)内の反応で発生した熱をスチームとして回収して
、気水分離器(2)により水とスチームに分離される。
この時発生するスチームのエンタルピーは燃料電池発生
電力の約80〜90%になる。そのうち約1/2L改質
装置(8)の反応部(8a)に投入され、改質反応に利
用されるが、残り1/2は系外へ排水される。この系外
排出スチームは復水器により凝縮させてそのまま系内に
戻したり、あるいは燃料電池システム外で昇温設備や冷
暖房用として利用されたりする。
以上の様に改質装置(8) ′(i−有する従来のシス
テムでlよ、改質装置(8)の排ガスエネルギーと空気
極(ib)からの余剰空気をターボコンプレッサ(7)
により系内で有効に回収し、空気圧縮動力を得ることが
できた。しかし先に示した副生水素を利用するシステム
においては、改質装置(8)がないためその排ガスを利
用できず、空気極(To)からの余剰空気のみでは必要
タービン動力の40〜5oft、か得られないことの理
由からターボコンプレッサ(7)を系内で有効に利用で
きないという従来のシステムとは異なった事情が存在す
る。このため、このシステムでは燃料電池本体(1) 
K空気を供給するための別の圧縮空気供給源が必要とな
シ、このだめの動力源を系外に求めればシステム効率が
きわめて悪くなるという不都合があった。一方この7ス
テムでは改質装置 (8)がなく改質反応で使うスチー
ムが不要なためスチーム系外排出量が太さいという特徴
があり、これを有効に利用することが一つの課題であっ
た。
この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので、燃料電池本体の冷却水ループで
発生するスチームによって駆動されるスチームタービン
と、燃料電池本体の空気極からの余剰空気によって駆動
されるガスタービンと、これらのスチームタービン及び
ガスタービンに直結され、燃料電池本体に空気を供給す
るニアコンプレッサとを設けることによシ、系内の排エ
ネルギーを有効に利用して圧縮空気を供給できる燃料電
池発電システムを提供するものである。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第2
図において、(1)〜(4)は上述した従来システムの
構成と同様であるOQ6は燃料電池本体(1)の空気極
(1b)からの余剰空気と駆動エネルギーとして利用す
るガスタービン、α力は気水分離器(2)で発生したス
チームを駆動エネルギーとして利用するスチームタービ
ン、叫はこのガスタービンQOとスチームタービン0と
に直結されたニアコンプレッサ、四は燃料電池本体(1
)の空気極(1b)からガスタービン(至)へ余剰空気
を供給するための余剰空気ライン、四は気水分離器(2
)で発生したスチームをスチームタービンαのへ供給す
るためのスチームライン、■υはニアコンプレッサ叫か
ら燃料電池本体(1)の空気極(1b)へ空気を供給す
るための空気供給ライン、(2)、@は燃料電池本体(
1)の燃料極(la)入口側の副生水素供給ライン及び
出口側の余剰燃料ラインである。
余剰空気とスチームのエネルギーを動力として利用し、
圧縮空気を供給するシステムについて説明する。副生水
素を利用する燃料電池発電システムにおいては改質装置
(8)がなく、副生水素は副生水素供給ライン四を経由
して直接燃料電池本体(1)の燃料極αa)K投入され
、反応に利用される。燃料電池本体(1)の動作温度を
一定に保つために用いられる冷却水は、燃料電池本体(
1)での反応熱によシスチームとなり気水分離器(2)
に送られる。その時発生する余剰スチームはスチームラ
イン四を通してスチームタービンa″I)に投入され、
ニアコンプレッサーの駆動源として利用される。また、
燃料電池本体(1)で反応に使用された残ルの余剰空気
は余剰空気ライン四を通ってガスタービンσ呻に投入さ
れ、ニアコンプレッサ叫の駆動源として利用される。例
えばニアコンプレッサ明の駆動に必要な動力は燃料電池
出力の約25係で、スチームによる動力回収は、その必
要動力の約501.余剰空気による回収は約50チとな
る。
ガスタービンtSとスチームタービン(ロ)に直結され
たニアコンプレッサーは、ガスタービンリ・とスチーム
タービンαηより与えられた動力で空気を動作圧力まで
昇圧し、圧縮空気を燃料電池本体(1)の空気極(lb
)に送る。この様にして空気圧縮に必要な動力を系内で
回収することができる。燃料電池本体(1)で反応に使
用された残りの余剰燃料は、余剰燃料ラインQを経由し
て系外に排出される。
なお、上記実施例ではスチームタービンσηに投入され
たスチームのエネルギーとガスタービンαqに投入され
た余剰空気のエネルギーは、ニアコンプレッサーに回収
され、空気圧縮に利用される場合について述べたが、回
収動力が空気圧縮に必要な動力に対し余る場合には、さ
らに発電機(図示せず)を直結し、余剰動力をこの発電
機で回収することも考えられる。
この場合、発電機の発生電力はシステム内の補機動力や
システム外での動力として利用することができる。
一方、回収動力が空気圧−に必要な動力に対し不足する
場合は、スチームタービンαη、ガスタービンσQに電
動機(図示せず)を直結し、不足動力を電動機によシま
かなう0 また、上記実施例では化学プラントにおける副生水素を
利用する燃料電池発電システムの場合について述べたが
、適用分野を特に化学プラントに限定するものではなく
、水素を燃料として使用できる場合には、分野を問わず
、全く同様の効果でこの燃料電池システムを適用するこ
とができる。
〔発明の効果〕
以上の様に、この発明によれば、燃料電池本体の冷却水
ループで発生するスチームによシ駆動されるスチームタ
ービンを、燃料電池本体の空気極からの余剰空気により
駆動されるガスタービンと、これらのスチームタービン
及びガスタービンに直結すれたニアコンプレッサとを設
置したことによシ、系内の排エネルギーを有効に利用し
て圧縮空気を供給でき、システムの効率を著しく向上さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の燃料電池発電システムの系統図、第2
図はこの発明の一実施例であ全燃料電池システムを示す
系統図である。 図において、(1)は燃料電池本体、(2)は気水分離
器、α時はガスタービン、aのはスチームタービン、四
は工1コンプレッサである。 なお、図中同一符号は、同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 水素主成分ガスを燃料として利用する燃料電池発電シス
    テムにおいて、燃料電池本体の冷却水ループで発生する
    スチームによって駆動されるスチームタービンと、上記
    燃料電池本体の空気極からの余剰空気によって駆動され
    るガスタービンと、上記スチームタービン及びガスター
    ビンに直結され、上記燃料電池本体に空気を供給するエ
    アコンプレッサとを備えたことを特徴とする燃料電池発
    電システム。
JP15792884A 1984-07-25 1984-07-25 燃料電池発電システム Pending JPS6132959A (ja)

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ID=15660531

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JP (1) JPS6132959A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2788631A1 (fr) * 1999-01-19 2000-07-21 Renault Pile a combustible
JP2009283178A (ja) * 2008-05-20 2009-12-03 Sanden Corp 燃料電池システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2788631A1 (fr) * 1999-01-19 2000-07-21 Renault Pile a combustible
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