JPS6134863A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
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- JPS6134863A JPS6134863A JP59158005A JP15800584A JPS6134863A JP S6134863 A JPS6134863 A JP S6134863A JP 59158005 A JP59158005 A JP 59158005A JP 15800584 A JP15800584 A JP 15800584A JP S6134863 A JPS6134863 A JP S6134863A
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- Japan
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- steam
- air
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
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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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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。
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。
電池発電システムに関するものである。
食塩電解プラントやエチレ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シ、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。
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シ、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システムと異なり、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
。
等炭化水素系燃料を使用するシステムと異なり、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「燃料電池発電技術の展望」４．５荻
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。
告■部第１４１号「燃料電池発電技術の展望」４．５荻
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、ターボコンプレンサ系の４９よ多構成される
。図において、（１）は燃料電池本体であり、燃料極α
ａ）、電気極（１ｂ）、電解質マトリクス（ｌｃ）、冷
却器αｄ）によ多構成されている。（２）は気水分離器
、（３）は循環水ポンプ、（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
るスチーム放出ライン、（６）は改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
ンプレッサ（７）のコンプレッサ及びタービン、（８）
は改質反応部偶）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（＆）に燃料
を供給するための、燃料供給ライン、αＱは改質ガスを
燃料電池本体（１）の燃料極（１ａ）に供給するための
改質ガス供給ライン、（６）は燃料極（１ａ）で使用さ
れた残りの余剰燃料を改質装置（８）のバーナ部（ア）
に供給するための余剰燃料ライン、（６）、ａ３はター
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（Ｔｏ）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、α４１
ｉｄターボコングレツサ（７）のコンプレッサ（７ａ）
からの空気を改質装置（８）のバーナ部（８ｂ）へ供給
するだめの改質バーナ空気ライン、（ト）は改質装置（
８）のバーナ部（８ｂ）出口側の排カスラインである。
冷却水系、ターボコンプレンサ系の４９よ多構成される
。図において、（１）は燃料電池本体であり、燃料極α
ａ）、電気極（１ｂ）、電解質マトリクス（ｌｃ）、冷
却器αｄ）によ多構成されている。（２）は気水分離器
、（３）は循環水ポンプ、（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
るスチーム放出ライン、（６）は改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
ンプレッサ（７）のコンプレッサ及びタービン、（８）
は改質反応部偶）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（＆）に燃料
を供給するための、燃料供給ライン、αＱは改質ガスを
燃料電池本体（１）の燃料極（１ａ）に供給するための
改質ガス供給ライン、（６）は燃料極（１ａ）で使用さ
れた残りの余剰燃料を改質装置（８）のバーナ部（ア）
に供給するための余剰燃料ライン、（６）、ａ３はター
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（Ｔｏ）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、α４１
ｉｄターボコングレツサ（７）のコンプレッサ（７ａ）
からの空気を改質装置（８）のバーナ部（８ｂ）へ供給
するだめの改質バーナ空気ライン、（ト）は改質装置（
８）のバーナ部（８ｂ）出口側の排カスラインである。
排ガスライ／［相］はターボコンプレッサ（７）のター
ビン（７ｂ）に接続されておシ、バーナ部（８ｂ）から
の排ガスは余剰空気ライン（至）の余剰空気とともにタ
ービン（７ｂ）に供給され、タービン（７ｂ）に駆動エ
ネルギーを与える。
ビン（７ｂ）に接続されておシ、バーナ部（８ｂ）から
の排ガスは余剰空気ライン（至）の余剰空気とともにタ
ービン（７ｂ）に供給され、タービン（７ｂ）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（８ａ）に投入される。
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（８ａ）に投入される。
燃料はその改質反応部（８ａ）内で改′質反応をし、水
素を主成分とする改質ガスとなり、燃料電池本体（１）
の燃料ｆｆｉ （ｌａ）に投入される０そこで消費され
た後の余剰燃料は、余剰燃料ラインαηを通って改質装
置（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。
素を主成分とする改質ガスとなり、燃料電池本体（１）
の燃料ｆｆｉ （ｌａ）に投入される０そこで消費され
た後の余剰燃料は、余剰燃料ラインαηを通って改質装
置（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、空気各反応ガスの動作
圧力は、例えば３〜６ ｈａ７６ｄｌ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の約２０係にも達する
。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、系内で依剰エネルギーの有効利用を
図っている。すなわち、圧扁空気は改質装置（８）のバ
ーナ部（出）からの燃焼排ガスと燃料電池本体（１）の
空気極（１ｂ）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 また一方、燃料電池本体（１）は、特性維持のためある
動作温度（例えば約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゛区部発生電力の
約８０〜９０チになる。そのうち約１／２４は改質装置
（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／！は系外へ排出される。この系外排出
スチームは復水器によｐ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。
する傾向を示し、このため燃料、空気各反応ガスの動作
圧力は、例えば３〜６ ｈａ７６ｄｌ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の約２０係にも達する
。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、系内で依剰エネルギーの有効利用を
図っている。すなわち、圧扁空気は改質装置（８）のバ
ーナ部（出）からの燃焼排ガスと燃料電池本体（１）の
空気極（１ｂ）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 また一方、燃料電池本体（１）は、特性維持のためある
動作温度（例えば約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゛区部発生電力の
約８０〜９０チになる。そのうち約１／２４は改質装置
（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／！は系外へ排出される。この系外排出
スチームは復水器によｐ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。
以上の椴に改質装置を有する従来のシステムでは、改質
ｆｆｉ ｉｆｆ （Ｒ）の排ガスエネルギーをターボコ
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ヲ
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するターボコンプレッサ（７）を系
内に組み込め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）に空気を供給するだめの別の圧縮空気供給源が
必要となり、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
、このシ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大き
いという特長があり、これを有効に利用することが一つ
の課題であった。
ｆｆｉ ｉｆｆ （Ｒ）の排ガスエネルギーをターボコ
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ヲ
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するターボコンプレッサ（７）を系
内に組み込め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）に空気を供給するだめの別の圧縮空気供給源が
必要となり、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
、このシ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大き
いという特長があり、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ｒよ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、燃料電池本体の冷動水ルーグで
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、このスチーム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で、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。
ためになされたもので、燃料電池本体の冷動水ルーグで
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、このスチーム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で、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。
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）ｌｌ−１：上述した従
来システムの構成と同様である。０傍は気水分離器（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
スチールタービン、Ｑカはこのスチームタービン（Ｊｌ
に直結すれたニアコンプレッサ、ｄ８け気水分離器（２
）で゛ 発生したスチームをスチームタービンＱＱに
供１−ｔ−るためのスチームライン、ＱＩ＃−ｊニアコ
ンプレッサθηから燃料電池本体（１）の空気極（ｌｂ
）へ空気を供給するだめの空気供給ライン、（イ）は空
気極αｂ）出口側の余剰空気フィン、（ロ）及び＠は燃
料電池本体（１）の燃料極（１ａ）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。
来システムの構成と同様である。０傍は気水分離器（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
スチールタービン、Ｑカはこのスチームタービン（Ｊｌ
に直結すれたニアコンプレッサ、ｄ８け気水分離器（２
）で゛ 発生したスチームをスチームタービンＱＱに
供１−ｔ−るためのスチームライン、ＱＩ＃−ｊニアコ
ンプレッサθηから燃料電池本体（１）の空気極（ｌｂ
）へ空気を供給するだめの空気供給ライン、（イ）は空
気極αｂ）出口側の余剰空気フィン、（ロ）及び＠は燃
料電池本体（１）の燃料極（１ａ）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。
スチームの動力を利用し、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坤料電池発電シ
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＠を経由して直接燃料電池本体（１）
の燃料極αａ）に投入され、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）での反応熱によりスチー
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αＱに投入され、エアコングレッサαカの駆動源と
して利用される。スチームタービンσ呻に直結されたニ
アコンプレッサαのは、スチームターヒフ９時より与え
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（Ｔｏ）に送るつこの様にし
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
燃料及び余剰空気は、それぞれ余剰燃料ライン（２）、
余剰空気ライン四を経由して系外に排屯される。
について説明する。副生水素を利用する坤料電池発電シ
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＠を経由して直接燃料電池本体（１）
の燃料極αａ）に投入され、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）での反応熱によりスチー
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αＱに投入され、エアコングレッサαカの駆動源と
して利用される。スチームタービンσ呻に直結されたニ
アコンプレッサαのは、スチームターヒフ９時より与え
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（Ｔｏ）に送るつこの様にし
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
燃料及び余剰空気は、それぞれ余剰燃料ライン（２）、
余剰空気ライン四を経由して系外に排屯される。
なお、上記実施例ではスチームタービン（１６）に投入
されたスチームのエネルギーはニアコンプレッサαのに
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。
されたスチームのエネルギーはニアコンプレッサαのに
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。
システム外での動力として利用することができる。
一方、回収動力が空気圧縮に必要な動力に対し不足する
場合には、スチームタービンａ時に電動機（図示せず）
を直結し、不足動力を電動機によりまかなうことも考え
られる。
場合には、スチームタービンａ時に電動機（図示せず）
を直結し、不足動力を電動機によりまかなうことも考え
られる。
°まだ、上記実施例でに、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おいて述べ
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ｉ料電池発電システムを適用
することが１きる０ 〔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り駆動されるスチームター
ビンと、このスチームタービンに直結されたニアコンプ
レッサとを設置したことにより、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。
素を利用する燃料電池発電システムの場合において述べ
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ｉ料電池発電システムを適用
することが１きる０ 〔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り駆動されるスチームター
ビンと、このスチームタービンに直結されたニアコンプ
レッサとを設置したことにより、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。
第１図は従来の燃料電池発電システムを示す系統図、第
２図はこの発明の一実施例による燃料電池発電システム
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、ｑ・はスチームタービン、α力はニアコンプレッサ
である。 な２、図中同一符号は、同一または相当部分を示す。
２図はこの発明の一実施例による燃料電池発電システム
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、ｑ・はスチームタービン、α力はニアコンプレッサ
である。 な２、図中同一符号は、同一または相当部分を示す。
Claims (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、この
スチーム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を備えたことを特徴とする
燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59158005A JPS6134863A (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59158005A JPS6134863A (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6134863A true JPS6134863A (ja) | 1986-02-19 |
Family
ID=15662170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59158005A Pending JPS6134863A (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6134863A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62208562A (ja) * | 1986-03-10 | 1987-09-12 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電プラント |
| FR2816763A1 (fr) * | 2000-11-16 | 2002-05-17 | Renault | Vehicule automobile propulse par un moteur electrique alimente par une pile a combustible |
| DE102012005121A1 (de) * | 2012-03-14 | 2013-09-19 | Vaillant Gmbh | Kühlsystem für eine Brennstoffzelle |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51104539A (ja) * | 1975-02-12 | 1976-09-16 | United Technologies Corp | |
| JPS5387975A (en) * | 1976-12-15 | 1978-08-02 | Ici Ltd | Energy collection in chemical methods |
-
1984
- 1984-07-26 JP JP59158005A patent/JPS6134863A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP1207580A1 (fr) * | 2000-11-16 | 2002-05-22 | Renault | Véhicule automobile propulsé par un moteur électrique alimenté par une pile à combustible |
| DE102012005121A1 (de) * | 2012-03-14 | 2013-09-19 | Vaillant Gmbh | Kühlsystem für eine Brennstoffzelle |
| EP2639414A3 (de) * | 2012-03-14 | 2014-04-16 | Vaillant GmbH | Kühlsystem für eine Brennstoffzelle und damit verbundene Dampfturbine |
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