JPS6185773A - 複合燃料電池発電設備 - Google Patents

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】

（発明の利用分野〕 本発明は、電解質に炭酸リチウム、炭酸カリウムなどの
炭酸塩を用いた溶融炭酸塩型燃料電池（以下、ＭＦＣと
いう）と、を解質にリン酸を用いたリン酸型燃料電池（
以下、ＰＦＣという）とを組み合わせた複合燃料電池発
電設備に関する。 〔発明の背景〕 電解質に炭酸リチウムや炭酸カリウムなくの炭酸塩を用
い、この炭酸塩が溶融状態になる６００〜７００℃で運
転する燃料電池は１ＭＦＣと呼ばれている。このＭＦＣ
は、高温で反応するため。 反応が活発で、白金などの高価な触媒を必要とせず、現
在実用化が進んでいるＰＦＣに有害な一酸化炭素も使用
可能なため、使用燃料の幅が広くなる、さらに、Ｍ　Ｆ
　Ｃは排熱回収により石炭ガス化プロセスと組み合わせ
て約４５％以上の熱効率が期待できる。このため、ＰＦ
Ｃが第一世代燃料電池と呼ばれるのに対し、次世代に実
用化できる有望な発電装置として、ＭＦＣは第二世代燃
料電池とも呼ばれている。 第１１図に、雑誌ＩＥＰＲＩ　ＥＭ−１６７０Ｐａｇｅ
　Ｅ−７ＦｉｇＥ−３等に示されているＭＦＣを用いた
燃料電池発電設備の従来技術を示す。 この第１１図に示す燃料電池発電設備は、改質器反応管
３および改質器燃焼部４を有する改質器２と、改質ガス
とアノード排ガスのガス／ガスヒータ６と、アノード９
と電解質１０とカソード１１を有するＭＦＣ８と、アノ
ード排ガス用のガス／ガス熱交換器１３と、同アノード
排ガス用のガス冷却器１４と、ノックアウトドラム１５
と、アノード排ガス用の圧縮機１７と、カソード排ガス
用の圧縮機２４と、空気予熱器２９と、膨張タービン３
３と、蒸発器３６およびｆｆｉ炭器３７を有する排熱回
収熱交換器３５と、改質蒸気用の過熱ｓ４０と、ノック
アウトドラム１５とガス冷却器１４間の給水管に設けら
れた給水ポンプ４６と、膨張タービン３３に連結された
空気用の圧縮機４７および発電機４８等を備えている。 なお、第１１図中、１は燃料、５は改質ガス。 ７は反応ガス、１２．１６，１８．１９はアノード排ガ
ス、２０は燃料ガス、２１は圧縮空気と改質器燃焼部排
ガスとカソード循環ガスとの混合ガス、２２はカソード
排ガス、２３はカソードＷ環ガス、２５は圧縮空気と改
質器燃焼部排ガスとの混合ガス、２６は空気、２７，２
８．３０は圧縮空気、３１．３２はカソード排ガス、３
４はタービン排ガス、３８は排熱回収熱交換器出口排ガ
ス。 ３９は改質蒸気、４１は過熱蒸気、４２，４３゜４４は
改質器燃焼部排ガス、４５は給水である。 そして、この第１１図に示す従来の燃料電池発電設備で
は、燃料１には天然ガスなどが使用され、その燃料１は
加圧されて改質器２に送ら九、この改質器２により改質
さ九、その改質ガス５はガス／ガスヒータ６を通り１反
応ガス７としてＭＦＣ８のアノード９へ供給される。 一方、空気２６は膨張タービン３３により駆動される圧
縮機４７により圧縮された後、二つに分岐され、その一
方の圧縮空気２７は後述の改質器燃焼部排ガスと混合さ
れ、他方の圧縮空気２８は空気予熱器２９で予熱され、
その空気３０は燃料ガス２０と混合される。 他方、炭酸ガスである改質器燃焼部排ガス４２は二つに
分岐され、その一方の改質器燃焼部排ガス４３は過熱器
４０を通った後、圧縮空気２７に混合され、他方の改質
器燃焼部排ガス４４は空気予熱器２９を通った後、同じ
圧縮空気２７に混合される。 前記圧縮空気２７は改質器燃焼部排ガス４３゜４４との
混合ガス２５は、圧縮機２４で加圧さ九たカソード循環
ガス２３と混合され、これらの混合ガス２１はＭＦＣ８
のカソード１１へ供給される。 前記ＭＦＣ８のアノード９には反応ガス７である水素ま
たは水素含有ガスが供給され、カソード１１には空気と
炭酸ガスとの混合ガス２１が供給される。そして、カソ
ード１１では酸素と炭酸ガスとが電子を受は取って炭素
イオンとなり、電解質１０中に入る。７ノード９では、
水素と電解質１０中の炭酸イオンが反応して炭素ガスと
水を生成し、電子を放出する。つまり、カソード１１で
炭酸ガスを生成する。 反応後のアノード排ガス１２中には、水素、−酸化炭素
など、未反応の反応ガスが含まれているため、アノード
排ガス１２を改質器用の燃料ガス２０として改質器２へ
供給し、熱回収している。 ＭＦＣ８では、作動温度が６００〜７５０℃の高温で、
加圧下で行われているので、カソード排ガス２２を膨張
タービン３３で膨張させ、動力回収している。なお、タ
ービン排ガス３４は熱回収されて系外へ排出される。 前述のごとく、ＭＦＣ８では炭酸ガスをカソード１１で
消費し、これをアノード９で生成するため、反応ガスの
利用率（７ノードで実際に消費される反応ガス量／アノ
ードへ供給される反応ガス量）を上昇させると、アノー
ド９で生成される炭酸ガスおよび水分のために反応ガス
が希釈される。 また、同時に燃料電池内での反応による反応ガスの消費
が進むため１反応ガスの反応に関与する成分の濃度が著
しく減少し、燃料電池の電圧が低下し、熱効率が低下す
ることが知られている。 第７図に、ＭＦＣの反応ガスの利用率と電池効率の関係
を示す。 反応ガスの利用率の増加に従って電池効率が低下するこ
とが分かる。燃料電池発電設備の効率は、（電池効率）
Ｘ（反応ガスの利用率）として表されるため、燃料電池
発電設備の熱効率を向上させるためには１反応ガスの利
用率を上げても電池効率の低下の少ない燃料電池を開発
すると同時に。 低い反応ガスの利用率でも高い熱効率が得られる熱回収
システムを開発することが重要である。 前述のＭＦＣの特性に対して、ＰＦＣは反応ガスの利用
率について異なった特性を示す。 第８図に、ＰＦＣの反応ガスの利用率と電池効率の関係
を示す。 ＭＦＣが反応ガスの利用率の増加に従って電池効率が低
下するのに対し、ＰＦＣは反応ガスの利用率が増加して
も、反応ガス利用率が８０％位までは一定の電池効率を
示し、その後反応ガス利用率が約９０％付近で、電池効
率が急速に低下する。 これは、ＭＦＣは電池反応に関与する反応ガスの成分の
消費と同時に、アノードでの炭酸ガスと水の生成により
反応ガスの反応に関与する成分が著しく減少するのに対
し、ＰＦＣはアノードでは反応ガスの消費だけで１反応
に関与しない成分の生成による反応ガスの希釈は起こら
ないためである。 第９図に、ＰＦＣの特性として１反応ガスの水素濃度と
電池効率の関係について示す。 この第９図から反応ガス中の水素濃度の増加に従い、電
池効率はリニアに増加していることが分かる。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、ＭＦＣとＰＦＣの特性を利用して設備
全体の熱効率を向上させ得る複合燃料電池発電設備を提
供するにあり１本発明の他の目的は燃料として天然ガス
等を有効に利用して運転可能な複合燃料電池発電設備を
提供するにある。 〔発明の概要〕 本発明の１番目の発明は、ＭＦＣとＰＦＣとを連続的に
組み合わせ、ＭＦＣのアノード排ガスをＰＦＣの燃料と
して使用するように構成したところに特徴を有するもの
で、この構成により、　ＮＦＣの熱効率を高くするため
に反応ガス利用率を下げても、ＭＦＣのアノード排ガス
をＰＦＣにおいて高い反応ガス利用率で再び利用できる
ため、設備全体の熱効率を向上させることができる。 本発明の２番目の発明は、前記１番目の発明において、
ＭＦＣとＰＦＣの他にシフトコンバータを連続的に組み
合わせ、ＭＦＣの７ノード排ガスをシフトコンバータへ
導入し、シフトコンバータにて一酸化炭素と水分から二
酸化炭素と水素を生成するシフト反応を行った後の反応
ガスを前記ＰＦＣの燃料として使用するように構成した
ところに特徴を有するもので、この構成により、燃料ガ
ス中の一酸化炭素をＰＦＣに対して全く無害な二酸化炭
素にするとともに、燃料としても利用可能な水素を生成
させることができ、したがって燃料として天然ガス等を
有効に使用して運転することができる。

【発明の実施例】

以下１本発明の実施例を図面により説明する。 第１図は、本発明の第１の実施例を示す。 この第１の実施例のものは、改質器反応管３および改質
器燃焼部４を有する改質ｌＩ２と、アノード９と電解質
１０とカソード１１とを有するＭＦＣ８と、ガス／ガス
熱交換器１３と、シフトコンバータ４９と、アノード５
２と電解質５３とカソード５４とを有するＰＦＣ５１と
、膨張タービン３３と、これに連結された発電機４８お
よび圧縮機２４，４７．５６と、排熱回収ボイラ３５と
。 過熱器４０と、気水分離器５９と、給水ポンプ４６等を
備えている。 そして、この実施例ではシフトコンバータ４９は、ＭＦ
Ｃ８とＰＦＣ５１との間に設置され。 ＭＦＣ８とはガス／ガス熱交換１１１３を介して接続さ
れ、ＰＦＣ５１とは直接接続されている。 なお、第１図中、１は燃料、５は反応ガス、１２はＭＦ
Ｃのアノード排ガス、２２は同カソード排ガス、２３は
ＭＦＣのカソード循環ガス。 ３２はＭＦＣから出るカソード排ガス、３４は膨張ター
ビンから出るカソード排ガス、３８は排熱回収熱交換器
出口排ガス、３９は改質蒸気、４１は過熱蒸気、５０は
シフトコンバータからＰＦＣへ入れる反応ガス、５５は
ＰＦＣのアノード排ガス、５７は圧縮空気、５８はＰＦ
Ｃのカソード排ガス、６０は気水分離器で分離された水
、６１はＰＦＣから出て圧縮機で圧縮されかつＭＦＣの
カソードへ入れるカソード排ガス、６２はＰＦＣのカソ
ードへ入れるカソード排ガス、６３は改質器排ガス、６
４は圧縮器から改質器燃焼部へ送る圧縮空気である。 前記改質器２には、燃料１として約１０〜１２ｋｇ／ｃ
ｓｆに加圧された天然ガス等が供給される。 一方、排熱回収ボイラ３５で蒸気３９が生成され、この
蒸気３９は過熱器４０で過熱され、その過熱蒸気４１は
前記改質器２に供給される。 前記改質器２では、改質器反応管３で燃料１が過熱蒸気
４１と改質反応を起こし、メタンを主成分とするガスが
水素および一酸化炭素を主成分とするガスに改質される
。 前記改質された水素および一酸化炭素を主成分とする反
応ガス５は、ＭＦＣ８のアノード９へ供給される。 前記ＭＦＣ８は、燃料電池セルの積層体で構成され、各
燃料電池セルは正極と負極とこれら両極の間に配置され
た電解質１０とを有して構成されている。前記正極と、
この正極の非電解質側に設けられたガス通路とでカソー
ド１１が構成されている。前記負極と、この負極の非電
解質側に設けられたガス通路とでアノード９が構成され
ている。 前記電解質１０には、炭酸リチウム、炭酸カリウム等の
炭酸塩を用い、この炭酸塩が溶融状態になる温度で運転
される。 前記ＭＦＣ８のアノード９へ供給された反応ガス５は、
カソード１１へ供給される空気と炭酸ガスの混合ガスと
反応する。ＭＦＣ８のカソード１１では、前記混合ガス
が電子を受は取って炭酸イオンとなり、電解質１０中へ
入る。前記ＭＦＣ８のアノード９では、水素と電解質１
０中の炭酸イオンが反応して炭酸ガスおよび水が生成さ
れ、電子を放出する。この結果、ＭＦＣ８のアノード９
からカソード１１へ電子が移動し、電流が発生する。 ＭＦＣ８のアノード排ガス１２は、ガス／ガス熱交換器
１３にて熱交換して冷却され、シフトコンバータ４９へ
送られる。 ＭＦＣ８では、前述のごとく、アノード９において水が
生成されるため、アノード排ガス１２中には水分が含ま
れている。前記シフトコンバータ４９では、このアノー
ド排ガス１２中の水分と一酸化炭素から水素と二酸化炭
素を生成するシフト反応を行い、ＰＦＣ５１へ供給する
反応ガス５０を生成する。すなわち、 ＣＯ＋Ｈ，０−）Ｃｏ、＋Ｈ。 により、アノード排ガス１２中の一酸化炭素をＰＦＣ５
１に対して無害な二酸化炭素にするとともに、燃料とし
て利用できる水素を生成する。 前記ＰＦＣ５１は、アノード５２、電解質５３およびカ
ソード５４により構成されており、電解質５３にはリン
酸が用いられている他は、前記ＭＦＣ８と同様である。 前記ＭＦＣ８は電解質１０である炭酸塩が溶融状態とな
るように、約６５０℃と高温で作動するのに対し、ＰＦ
Ｃ５１は約２００℃と比較的低温で作動する。 したがって、この実施例のように、シフトコンバータ４
９をＭＦＣ８とＰＦＣ５１の間に設けたことにより、例
えばＭＦＣ８の作動温度を６００〜６５０℃とした時、
シフトコンバータ４９の作動温度を２５０〜３５０℃、
ＰＦＣ５１の約２００℃とすることができ、ＭＦＣ８，
シフトコンバータ４９およびＰＦＣ５１をそれぞれ合理
的な温度で反応作用させることができる。 前記ＰＦＣ５１のアノード５２へ供給された反応ガス５
０は、この反応ガス５０中の水素が電子を放出して水素
イオンとなり、電解質５３中へ入る、ＰＦＣ５１のカソ
ード５４では、水素イオンと酸素が反応して電子を受は
取り、水を生成する。 その結果、アノード５２からカソード５４へ電子が移動
し、電流が発生する。 ＰＦＣ５１のアノード排ガス５５は、ガス／ガス熱交換
器１３にて熱交換することによって過熱され、第１図中
に符号■で示すように改質器燃焼部４へ送られる。 一方、圧縮機５６により空気が約７−／ｄに加圧され、
その圧縮空気５７はＰＦＣ５１のカソード５４へ供給さ
れる。また、前記圧縮空気５７の一部が分岐され、この
分岐された圧縮空気６４は第１図中に符号■で示すよう
に改質器燃焼部４へ送られる。 ＰＦＣ：５１のカソード排ガス５８は、気水分離器５９
にて冷却され、このカソード排ガス５８中の水分が除去
された後、圧縮機４７へ送られる。 また、カソード排ガス５８から分離された水６０は給水
ポンプ４６により排熱口取ボイラ３５へ送られ、ここで
改質蒸気３９とされ、改質器２に供給される。 前記圧縮機４７により約１０ｍ／ｄに加圧されたカソー
ド排ガス６１は、ガス中に未だ多量の未反応酸素を含ん
でいるため１ＭＦＣ８のカソード１１へ送られ、電池反
応に使われる。また、この実施例ではＰＦＣ５１を空冷
式としているので、前記圧縮機４７で加圧されたカソー
ド排ガス６１の一部を分岐し、分岐されたカソード排ガ
ス６２を電池冷却用としてＰＦＣ５１のカソード５４へ
戻し、再循環させている。 ＭＦＣ８のカソード１１へは、ＰＦＣ５１のカソード排
ガス６２の他に、炭酸ガス供給用として改質ｌ１２の排
ガス６３が送られる。 電池反応後のＭＦＣ８のカソード排ガス２２は分岐され
、その一方のカソード排ガス３１は圧縮機２４に送られ
、加圧されてＭＦＣ８のカソード１１へ戻され、電池冷
却のために再循環される。 他方のカソード排ガス３２は、膨張タービン３３にて仕
事をし、圧縮機２４，４７．５６を駆動する。そして、
膨張タービン３３を出たカソード排ガス３４は排熱回収
ボイラ３５にて熱回取されてから系外へ放出される。 改質器２により燃料１を水素および一酸化炭素を主成分
とするガスに改質する反応は、吸熱反応であり、外部か
ら熱を与える必要がある。この実施例では、改質器燃焼
部４の燃料としてＰＦＣ５１の７ノード排ガス５５を供
給し、燃焼用空気として圧縮機５６で加圧された圧縮空
気６４を供給し、改質器燃焼部４において燃焼反応を行
っている。 ＭＦＣ８およびＰＦＣ５１は、そのいずれも反応ガスの
圧力が高い程、熱効率が高くなる。そこで、この実施例
においても、ＭＦＣ８およびＰＦＣ５１に入れる反応ガ
スを加圧するように構成されている。 前記第１１図に示した従来の燃料電池発電設備では、燃
料１は改質器２→ＭＦＣ８のアノード９→改質器燃焼部
４の順に送られ、アノード排ガス１２は改質器２で燃焼
し、改質反応に必要な熱を供給し、膨張タービン３３で
仕事をするだけであつたが、第１１ｉ！ｉｔに示す本発
明の第１の実施例では、燃料１は改質器２→ＭＦＣ８の
アノード９→シフトコンバータ４９→ＰＦＣ５１のアノ
ード５２→改質器燃焼部４の順に送られ、ＭＦＣ８のア
ノード排ガス１２は改質器２で燃焼し、改質反応に熱を
供給し、膨張タービン３３で仕事をする他に。 さらにＰＦＣ：５１で電気を発生させる。 燃料電池の特性として前述のように、ＭＦＣ８は反応ガ
スの利用率の増加に従い、電池効率が低下するのに対し
、ＰＦＣ５１は反応ガスの利用率を増加させても、電池
効率はほぼ一定となる。また、燃料電池発電設備の効率
は、（電池効率）×（反応ガスの利用率）で表され、第
１１図に示した従来の燃料電池発電設備では電池効率を
高くするために反応ガスの利用率を下げると、改質器２
への燃料の熱量が増加するだけで、結局系外への熱損失
が増加することになり、設備全体の熱効率を向上させる
ことができなかった。これに対して。 第１図に示す本発明の第１の実施例においては、ＭＦＣ
８の反応ガスの利用率を下げて、ｆｆｉ池効率の高い状
態でＭＦＣ８を運転し、さらにＭＦＣ８のアノード排ガ
ス１２をＰＦＣ５１で使用して発電するため、改質器２
への燃料の熱量は一定であり、またＰＦＣ５１は燃料の
利用率を上げても電池効率はほぼ一定となるので、設備
全体の熱効率を向上させることができる。 燃料電池の燃料として電池反応に使われるガスの成分は
、各燃料電池によって異なる。ＭＦＣ８では水素と一酸
化炭素が電池反応に使われるのに対し、ＰＦＣ５１では
電池反応に使われる燃料の成分は水素のみであり、燃料
ガス中に一酸化炭素が含まれていると電極の触媒である
白金が被毒するため、ＰＦＣ５１の燃料ガス中には一酸
化炭素は含まれていてはならない。 第１図に示す本発明の第１の実施例では、ＭＦＣ８の７
ノード排ガス１２には一酸化炭素が含まれているため、
この７ノード排ガス１２をそのままＰＦＣ５１の反応ガ
スとして使用することができず、７ノード排ガス１２中
の一酸化炭素を二酸化炭素に転換する必要がある。一方
、ＭＦＣ：８のアノード排ガス１２中には電池反応によ
り生成された水分が含まれている。したがって、シフト
コンバータ４９でシフト反応 （ＣＯ＋ＨｍＯ−＋Ｃ：Ｏ，＋Ｈ，） を行わせるための水分を外部から供給する必要がなく、
シンプルな構成で、ＰＦＣ５１に供給する反応ガス５０
を生成することができる。 第２図は、本発明の第２の実施例を示す。 この第２の実施例のものは、前記第１の実施例に示した
設備とほとんど同じであるが、改質器燃焼部への空気供
給の仕方が異なっている。 つまり、圧縮機４７で加圧された圧縮空気としてのカソ
ード排ガス６１を改質器燃焼部４へ送って使用している
。 なお、改質器燃焼部４への空気供給源としては、設備内
の幾つかの空気取り出し点が考えられるが、この第２の
実施例はそのうちの一つの例である。 第３図は、本発明の第３の実施例を示す。 この第３の実施例のものは、前記第１．第２の実施例と
はＭＦＣのカソードへの炭酸ガスの供給、および改質器
への空気供給の仕方が異なっている。 すなわち、ＭＦＣ８のカソード１１への炭酸ガスの供給
は、アノード排ガス１２中の一部を分岐し、この分岐さ
れたアノード排ガス６６を触媒バーナ６７へ導き、圧縮
機４７により加圧されたＰＦＣ５１のカソード排ガス６
１と燃焼させ、炭酸ガス６８を生成し、これをＭＦＣ８
のカソード１１へ送るようにしている。 一方１ＭＦＣ８のカソード排ガス２２は分岐され、その
一部は改質器燃焼部４に送られ、他の一部はＭＦＣ８の
冷却のために再循環される。 改質器燃焼部４では、ＰＦＣ５１の７ノード排ガス５５
と、ＭＦＣ８のカソード排ガス２２とが燃焼反応し、燃
料１の改質反応に必要な熱を与えふ後、改質器排ガス６
３は膨張タービン３３、排熱回収ボイラ３５により熱回
収させ、系外へ放出される。 第４図は、本発明の第４の実施例を示す。 前記第１〜第３の実施例のものは、空冷ＭＦＣと空冷Ｐ
ＦＣの組み合わせであるのに対し、この第４実施例のも
のは空冷ＭＦＣと水冷ＰＦＣの組み合わせである。 ＰＦＣの冷却系統としては、給水ポンプ４６により冷却
水７０がＰＦＣ５１へ送られ、このＰＦＣ５１と熱交換
してこれを冷却するとともに、冷却水７０は過熱されて
気水分離器６９へ送られる。 気水分離器６９では、水が蒸気となるための潜熱により
水が冷却され、その冷却水７０は再びＰＦＣ５１へ送ら
れる。また、気水分離１１６９で発生した蒸気は、ガス
／ガス熱交換器７１で過熱され、改質器２へ改質蒸気３
９として送られる。 この第４の実施例において、ＰＦＣの冷却系統以外の構
成２作用は前記第１の実施例と同様である。 第５図は、本発明の第５の実施例を示すもので、圧縮機
４７で加圧された圧縮空気としてのＰＦＣ５１のカソー
ド排ガス６１の一部を分岐し、このカソード排ガス６１
を改質器燃焼部４へ送り、使用している。 この第５の実施例の他の構成１作用は、前記第４の実施
例と同様である。 第６図は、本発明の第６の実施例を示すもので、ＰＦＣ
５１を空冷ＰＦＣに代えて水冷ＰＦＣとし、ＰＦＣの冷
却系統を変えた他は、前記第３の実施例と同様である。 次に、第１０図は本発明複合燃料電池設備の特性を、従
来技術と比較して示す。 前記第１１図に示した従来技術では、電池効率は５５％
、反応ガス利用率は７４．５％、改質器の熱効率は１３
１．４％であり、燃料電池の熱効率は（電池効率）×（
反応ガスの利用率）×（改質器の熱効率）として表され
、直流として５３．８％。 直流／交流変換器のロスを差し引いて燃料１の入熱の５
２．８％の燃料電池電気出力（第１０図中に符号７２で
示す）を発生する。燃料電池で電気出力を発生した残り
のエネルギー４６．２％は、カソード排ガスの顕熱、７
ノード排ガス中の顕熱。 未反応ガスの反応熱として熱回収サイクルへ供給される
が、膨張タービンの熱効率が低いため、膨張タービンで
は燃料１の入熱の９．４％の電気出力（第１０図中に符
号７３で示す）しか発生しなかった。したがって、従来
技術では、！備全体として燃料入熱の６２．２％の電気
出力を発生する。 本発明によれば、ＭＦＣでの反応ガスの利用率を６０％
とすることにより、電池効率５７．４％と第７図に示す
特性に従って上昇する。改質器の熱効率は同一であるの
で、反応ガス利用率を１９．５％低下させても、燃料電
池の出力比は１５．９％しか低下せず、直流として４５
．３％の電気出力を発生し、交流として４４．４％の電
気出力（第１０図中に符号７４で示す）を発生する。 本発明において、ＭＦＣで電気を発生した残りのエネル
ギーである燃料入熱の５４．７％は、ＭＦＣの反応ガス
の利用率を下げたことにより。 その多くが未反応ガスの反応熱となっているため、未反
応ガス（ＭＦＣのアノード排ガス）をＰＦＣに使うこと
により、直流として２２．３％、交流左して２１．９％
の電気出力（第１０図中に符号７５で示す）を発生する
。したがって、設備全体としては第１０図から分かるよ
うに、燃料入熱の６６．３％の電気出力を発生させるこ
とができ。 従来の燃料電池発電設備に比べ、相対値６．６％。 熱効率が向上する。 従来技術では、ＭＦＣで電気を発生した残りのエネルギ
ーの約２０％しか電気出力となっていないのに対し１本
発明においては約４０％が電気出力となっている。この
ため、ＭＦＣの反応ガス利用率を下げても、ＭＦＣを高
い電池効率で運転でき、またＭＦＣで電気を発生した残
りのエネルギーをＰＦＣで有効に熱回収できるので、設
備全体の熱効率を向上させることができる。 〔発明の効果〕 以上説明した本発明の１番目の発明によれば、ＭＦＣと
ＰＦＣとを連続的に組み会わせ、ＭＦＣのアノード排ガ
スをＰＦＣの燃料として使用するように構成しており、
ＭＦＣとＰＦＣの特性を有効に利用して設備全体の熱効
率を向上させ得る効果がある。 また、本発明の２番目の発明によれば、前記１番目の発
明において、ＭＦＣとＰＦＣの他のシフトコンバータを
連続的に組み合わせ、ＭＦＣの７ノード排ガスをシフト
コンバータへ導入し、シフトコンバータにより一酸化炭
素と水分から二酸化炭素と水素を生成するシフト反応を
行った後の反応ガスをＰＦＣの燃料として使用するよう
に構成しているので、燃料ガス中の一酸化炭素をＰＦＣ
に対して全く無害な二酸化炭素にするとともに。 燃料としても利用可能な水素を生成させることができる
結果、燃料として天然ガス等を有効に使用して運転し得
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明複合燃料電池発電設備の第１〜
第６の実施例を示す図、第７図はＭＦＣの電池効率と燃
料（反応ガス）の利用率の関係を示す図、第８図はＰＦ
Ｃの電池効率と燃料（反応ガス）の利用率の関係を示す
図、第９図はＰＦＣの電池効率と燃料（反応ガス）中の
水素濃度の関係を示す図、第１０図は本発明複合燃料電
池発電設備の熱効率を従来技術と比較して示す図、第１
１図は従来技術としてのＭＦＣの発電設備を示す図であ
る。 １・・・燃料、２・・・改質器、５・・・改質器で改質
された反応ガス、８・・・ＭＦＣ１９・・・ＭＦＣのア
ノード、１０・・・同電解質、１１・・・同カソード、
１２・・・ＮＦＣのカソード排ガス、２２，３１，３２
・・・同カソード排ガス、２３・・・圧縮機からＭＦＣ
のカソードへ送られる圧縮空気、２４，４７．５６・・
・圧縮機。 ３３・・・膨張タービン、３５・・・排熱回収ボイラ、
４０・・・改質蒸気の過熱器、４８・・・発電機、４９
・・・シフトコンバータ、５０・・・シフトコンバータ
からＰＦＣへ送られる反応ガス、５１・・・ＰＦＣ１５
２・・・ＰＦＣのアノード、５３・・・同電解質、５４
・・・同カソード、５５・・・ＰＦＣのアノード排ガス
、５７・・・圧縮機からＰＦＣのカソードへ送られる圧
縮空気、５８・・・ＰＦＣのカソード排ガス、５９・・
・気水分離器、６０・・・気水分離器で分離された水、
６１・・・気水分離器で分離されかつ圧縮機で加圧され
た空気であるＰＦＣのカソード排ガス、６２・・・同Ｐ
ＦＣのカソードへ戻すカソード排ガス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電解質に炭酸リチウム、炭酸カリウムなどを用い、
   かつ前記炭酸塩が溶融状態になる温度で運転する溶融炭
   酸塩型燃料電池と、電解質にリン酸を用いたリン酸型燃
   料電池とを連続的に組み合わせ、溶融炭酸塩型燃料電池
   のアノード排ガスをリン酸型燃料電池の燃料として使用
   するように構成したことを特徴とする複合燃料電池発電
   設備。 ２、電解質に炭酸リチウム、炭酸カリウムなどを用い、
   かつ前記多酸塩が溶融状態になる温度で運転する溶融炭
   酸塩型燃料電池と、電解質にリン酸を用いたリン酸型燃
   料電池と、シフトコンバータとを連続的に組み合わせ、
   溶融炭酸塩型燃料電池のアノード排ガスをシフトコンバ
   ータへ導入し、シフトコンバータにて一酸化炭素と水分
   から二酸化炭素と水素を生成するシフト反応を行った後
   の反応ガスを前記リン酸型燃料電池の燃料として使用す
   るように構成したことを特徴とする複合燃料電池発電設
   備。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記シフトコンバ
   ータを、溶融炭酸塩型燃料電池とリン酸型燃料電池との
   間に接続したことを特徴とする複合燃料電池発電設備。