JPS6171561A - 燃料電池複合プラント - Google Patents

燃料電池複合プラント

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JPS6171561A
JPS6171561A JP59193638A JP19363884A JPS6171561A JP S6171561 A JPS6171561 A JP S6171561A JP 59193638 A JP59193638 A JP 59193638A JP 19363884 A JP19363884 A JP 19363884A JP S6171561 A JPS6171561 A JP S6171561A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料′岨池発寛プラントとアルゴンガス製造プ
ラントとを複合させた燃料電池複合グ２ントに関する。
〔従来の技術〕
従来の燃料電池、例えばリン酸型燃料を池による発電プ
ラントの一例′に第３図を参照して説明する。
第３図において、燃料電池本体ｌは燃料極（アノード）
１ａと空気極（カソード）ｉｂとの間に電解質（リン酸
）ｌＣを介在させて構成されている。前記燃料極１ａに
は、原料ガス生成系２からの原料ガス及び酸素ガスホル
ダー３からの酸素（あるいは空気）が改質装置４へ送ら
れ、反応して生成した水累濃度約７０％の水素リッチガ
スがパルプ５を介し℃供給される。
一方、前記空気極Ｉｂには、エアフィルタ６で除しんさ
れ、空気圧縮機７で昇圧された空気が供給される。また
、燃料電池本体ｌでのエネルギー変換効率は約５０％で
あり、残りは熱エネルギーとなるので冷却部１ｄにて放
熱が行なわれる。冷媒としての空気は前記窒気圧鰯機７
からパルプ８を介して冷却部ｔｄに供給され、熱交換器
９で冷却された後、空気循堀機ノθにより循環される。
なお、空気圧縮機７からの空気の一部は起動用及びメイ
クアップ用としても用いられる。更に、水素リッチガス
及び空気はそれぞれその一部が燃料電池本体ｌでの反応
で消費され、燃料極１ａ出口からパルプ１１を介して出
てくる未反応ガス及び空気極Ｊｂ出口からの未反応ガス
はガスタービン１２の燃料及び燃焼用を気として使用さ
れる。最終的にこれらのガスはガスタービン１２で動力
回収後、糸外へ放出される。なお、休転時にはパルプ５
、パルプｌｌｔ″操作し、窒素ガスホルダ１３からパル
プ１４を介して燃料極１ａへ供給される窒素カスで水素
リッチガスを置換する。
〔発明が゛′解決しようとする問題点〕上記ｒ）７ｔＲ
型燃料電池では、空気極（カソード）ｌｂに供給される
のが大気（酸素濃度２０％）であるので、ガスの利用率
が低く、セル電圧を高（することが困難なうえに機器を
コンパクトにできない。また、この空気はエアフィルタ
６ｆｃ通過し次だけであり、清浄度が低いためセルの寿
命を低下させる口この空気の清浄度を高くしようとする
と、設備費が増大する。更に、空気系統及び冷却系統で
の補へ動力が太き（、運転経費が高い。
本発明は上記欠点を解消するためになされたものであり
、燃料［池発篭プラントとアルゴンガス製造プラントを
複合させることにより、王として従来の燃料電池発電プ
ラントの空気系統を改善し、燃料電池発電プラントの性
能向上とともに両プラントのコスト低減を図ろうとする
ものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の燃料電池複合プラントは、燃料電池と、燃料電
池アノードへの燃料ガス供給装置と、燃料電池カソード
ヘアルゴンを含む烏純度鈑素カスを供給するガス分離装
置と、アノード及びカソードからの未反応ガスを燃焼さ
せる燃焼器と、燃焼カス中の水を凝縮除去してアルゴン
ガス製造得るための冷却器とを具備したことを特徴とす
るものである。
〔作用〕
本発明によれば、ガス分離装置から供給されるアルゴン
含有酸素ガスは高濃度で清浄度６ｔ　Ｈいので、高いセ
ル電圧を得ることができ、機器ｔコンパクトにでき、し
かもセル寿命を延ばすことができる。また、ガス分離装
置に必要な設備及び運転費を従来の燃料電池の空気系統
の代わりとＩ７て用い、一方ガス分離の一部を燃料電池
の設備を用いて行なうので、低コストで発電及びアルゴ
ンガス製造を行なうことができる。
〔実施例〕
以下１本発明の実施例を第１図及び第２図を参照して説
明する。
第１図において、燃料電池本体２１は燃料極（アノード
）Ｚｔａと空気極（カソード）　ｚｌｂとの間に電解質
（リン酸）　２１　Ｃを介在させて構成されている。ま
た、燃料電池本体２１の冷却部２１ｄでは放熱が行なわ
れている。前記燃料倹２１ａには原料ガス生成系２２か
らの原料ガス及び酸素ガスホルダー２３からの酸素（あ
るいは空気）が改質装置２４へ送られ、反応して生成し
几水素リッチガスが供給される。一方、前記空気極２１
ｂには、エアフィルタ２５で除じんされ、空気圧縮機２
６で昇圧され、更に圧力スイング吸着式（Ｐｒｅｓｓｕ
ｒｅ　Ｓｗｉｎｇ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　。
以下ＰＥＡ式と記丁ンガス分離装置２７を通過したアル
ゴンガスを含む高純度酸素ガスが供給される。このＰＳ
Ａ式ガス分離装ｒＪｉｔ、２７には真空ポンプ２８が接
続されている。なお、ＰＥＡ式ガス分離装置ｔ２７につ
いては、後記するように第２図を参照して更に詳細に説
明する。前記燃料極２１Ｂに供給され次水素リッチガス
及び空気極２１ｂに供給され友アルゴ／ガスを含む高純
度酸素ガスはそれぞれその一部が反応して発電が行なわ
れる。燃焼＆Ｘｔａ出口及び空気極２１ｂ出口からのそ
れぞれの未反応ガスは適度に混合されて燃焼器２９に送
られ、水素と酸素とは全量水に変換される。この際、ア
ルゴンガスは不活性であるので、そのまま排出され、ド
ライベースでほぼ１００％濃度となる。更に、冷却器３
０で水を＠縮し、気液分離器３１で水を除去してアルゴ
ンガスをアルゴンガスホルダ３２へ送る。
次に、前記ＰＳＡ式ガス分離装置２７を第２１七参照し
て説明する。
第２図において、エアフィルタ２５を通って除じんされ
た空気は空気圧縮機２６で約５〜／ｃＩＩＬ２に昇圧さ
れ、冷却器３３で圧縮熱が除去され、更に水分分離器３
４で水分が除去された後、空気入口バルブ３５ａ　、３
５ｂ　、３５Ｃ，３５ｄを介して吸着塔３６　ａ　、　
３６　ｂ　、　３６　ｃ　、　３６ｄへ送られる。これ
ら吸着塔３６ａ、３６ｂ、３６ｃ。
３６ｄ内にはいわゆるモレキニラーシーブと呼ばれるゼ
オライト等からなる吸着剤３７、・・・が内蔵されてお
り、酸素及びアルゴンのみが吸着剤３７、・・・全通過
し、製品ガス供給パルプ３８ａ。
３８ｂ、３１ＪＣ，３８ｄ　　を介して製品ガスホルタ
３９へ送られる。なお、空気入口側には廃空気出口パル
プ４０ａ、４０ｂ、４０Ｃ，４０ｄが設けられ、真空ポ
ンプ２８と接続されている。
また、空気出口側には均圧パルプ４１　ａ　、　４１ｂ
。
４１Ｃ，４１ｄが設けられている。上述したゼオライト
のような吸着剤３７・・・には、その吸着能力に対して
かなり大量の望気が送り込まれるため、吸Ｎ能力回復の
ため、圧力を下げて空気を吸着し、廃空気出口パルプ４
０ａ、４０ｂ。
４ｏｃ、４ｏｄ及び真空ポンプ２８を介して系外へ放出
する必要がある。そして、連続的に製品ガス（アルゴン
を含有する高純度酸素）を供給するためには、高圧下で
の吸着と低圧下での脱着とを周期的に行なう必要があり
、吸着塔は最低２組必要であり、第２図では４組設置し
次側を図示している。また、前記吸着及び脱着の工程を
スムーズに行なうために、空気入ロバルブ３５ａ〜３６
ｄ１製品ガス供給バルブ３８ａ〜ｊ　８ｄ、廃空気出口
パルプ４０ａ　〜４０ｄ。
均圧パルプ４１ａ〜４１ｄは制御装置４２からの信号で
制御される◎ 以上の構成により燃料電池発電プラントとアルゴンガス
製造プラントとの両プラントが有機的に複合されている
。
しかして上記燃料電池複合プラントによれば、燃料電池
本体２１の空気極（カソード）２１ｂに送られるガスは
通常の空気ではなく、ＰＳＡ式ガス分離装置２７を経た
ものであるので、酸素磯度約９５％（Ａｒ濃度約５チ）
の高純度のものである。したがってガスの利用率を高め
ることができ、高いセル電圧を得ることができ性能向上
ヲ遂成することができ、しかもガスの総鷺が減るので機
器をコンパクトにしたり、圧損全減少することができる
。また、アルゴンを含む高純度酸素ガスはエアフィルタ
２５及び吸着剤３７を通過しているので清浄度が為く、
セルの寿命を延ばすことができる。
更に、燃料電池発電プラントにとっては、空気極（カソ
ード）２１ｂに供給するガスがアルゴンガス製造プラン
トに必要な設備から得られ、−カガスの分離の一部（酸
素とアルゴンとの分離）は燃料電池発電プラントの設備
（燃焼器２９等）を用いて行なうことができるので、発
電コスト及びアルゴン製造コストは単独プラントよりも
低減することができる。
なお、本発明において燃料電池本体２１の冷却部２１ｄ
は水冷式、空冷式、水素式、有機媒体式等いずれでもよ
い。
また、本発明において燃料電池用の原料カスとしては炭
化水軍（メタン’４ｆ−）　、天然ガス、メ１’／−ル
、製鉄所オフガス（高炉メずス、コークス炉ガス、転炉
ガス、電気炉ガス）等を用いることができる。なお、こ
れらは必要に応じ℃改質やガス分離器Ｍ；ｌ’れ、水素
リッチガスとして燃料極（アノード）側へ供給される。
また、燃料極へ供給されるガスは水素の他にＣｏ１及び
Ｃ０をかなり含むようなものであってもよい。このよう
な燃料ガスを用いる場合、第１図の気液分離器３１の下
流側にもＰＳＡ式ガス分離装＠を配置してもよい。すな
わち、上記のような燃料ガスを用いる場合、燃料極（ア
ノード）２１ａ及び空気極（カソード）２１ｂからの未
反応ガス′ｆｃ燃焼器２９で反応させ、水素と酸素と全
全重水に変換し、更に冷却器３０及び気層分離器３１ｆ
ｔ通過させると、出てくるガスはＡｒ、ｃｏ２及びＣＯ
となる。しかる後、図示しないＰＳＡ式ガス分離装Ｗｋ
通過させることによりＣＯ２及びＣＯが除去され、高純
度アルゴンガスがアルゴンガスホルダ３２へ送られる・
更に、以上の説明ではリン酸部燃料電池を用いた場合に
ついて述べたが、これに限らず、例えはアルカリ型燃料
寛池等にも適用することができる。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明の燃料電池複合プラントによれ
ば、燃料電池発電プラントの性能向上及び寿命延長を図
ることができるとともに発電コスト及びアルゴンガス製
造コス）を低減できる等顕著な効果？奏するものである
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例における燃料電池複合プラント
の系統図、第２図に同プラントに用いられるＰＳＡ式ガ
ス分離装置の系統図、第３図は従来の燃料電池発電プラ
ントの系統図である。 ２１・・・燃料電池本体、２１ａ・・・燃料＋ｆｊ！、
（アノード）、２１ｂ・・・空気極（カソード）、２１
Ｇ・・・電解質、２１ｄ・・・冷却部、２２・・・原料
ガス生成系、２３・・・酸素ガスホルダ、２４・・・改
質装置、２５・・・エアフィルタ、２６・・・空気圧組
機、２７・・・ＰＥＡ式ガス分離装置、２８・−・真空
ポンプ、２９・・・燃焼器、３０・・・冷却器、３１・
・・気敵分離器、３２・・・アルゴンガスホルダ、３３
・・・冷却器、３４・・・水分分離器、３５ａ〜３５ｄ
・・・窒気入ロバルプ、３６ａ〜３６ｄ・・・吸着塔、
３７・・・吸着剤、３８８〜３１１ｄ・・・製品ガス供
給バルブ、３９・・・製品ガスホルダ、４０ａ〜４Ｑｄ
・・・廃窒気出ロバルプ、４１ａ〜４Ｉｄ・・・均圧バ
ルブ、４２・・・制御装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 燃料電池と、該燃料電池のアノード側上流に配置され、
    燃料電池アノードへ燃料ガスを供給する燃料ガス供給装
    置と、前記燃料電池のカソード側上流に配置され、燃料
    電池カソードへアルゴンを含む高純度酸素ガスを供給す
    るガス分離装置と、前記燃料電池の下流側に配置され、
    アノード出口ガスとカソード出口ガスとを燃焼させる燃
    焼器と、該燃焼器の下流側に配置され、燃焼ガス中の水
    を凝縮除去して高純度アルゴンガスを得るための冷却器
    とを具備したことを特徴とする燃料電池複合プラント。
JP59193638A 1984-09-14 1984-09-14 燃料電池複合プラント Granted JPS6171561A (ja)

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