JPS62285366A - Fuel cell power generation system - Google Patents
Fuel cell power generation systemInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
3、発明の詳細な説明
〔発明の技術分野〕
本発明は、燃料電池発電システムに係り、特にリサイク
ルライン内部でリサイクルブロワを循環する流体が高温
にならないよう構成した燃料電池発電システムに関する
。[Detailed Description of the Invention] 3. Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a fuel cell power generation system, and particularly relates to a fuel cell power generation system configured to prevent the fluid circulating through a recycle blower inside a recycle line from becoming high temperature. Regarding battery power generation systems.
近年、燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネル
ギーに変換するものとして燃料゛上池発電システムが知
られている。この燃料電池発電システムは通常、電解質
を挟んで一対の多孔質電極を配置して燃料電池を構成す
ると共に、一方の電極の背面に水素などの燃料を接触さ
せ、また他方の電極の背面に酸素などの酸化剤を接触さ
せ、このとき起こる電気化学的反応を利用して、上記電
極間から電気エネルギーを取出すようにしたものであり
、上記燃料と酸化剤が供給されている限り高い変換効率
で電気エネルギーを取出すことができるものである。2. Description of the Related Art In recent years, fuel storage power generation systems have become known as systems that directly convert the energy contained in fuel into electrical energy. This fuel cell power generation system usually consists of a pair of porous electrodes arranged with an electrolyte in between, and a fuel such as hydrogen is brought into contact with the back of one electrode, and oxygen is brought into contact with the back of the other electrode. This method uses the electrochemical reaction that occurs when an oxidizing agent, such as a It is something that can extract electrical energy.
第3図は、この種の代表的な燃料電池発電システムの基
本的構成を示したものである。図において、天然ガス、
または石炭ガス等の化石燃料よりなる燃料1とスチーム
供給器2からのスチームが、夫々燃料制御弁3とスチー
ム制御弁4とにより、スチームとカーボンの混合モル比
が3〜5程度となるように制御されて燃料改質装置5内
の改質触媒チューブ6に導入される。ここで、スチーム
と燃料1は500〜600°C程度まで加熱されて改質
反応を行ない、次に変成器7を経て水素含有率の高い改
質燃料となる。この水素含有率が高くなった改質燃料は
、燃料ガス気水分離装置8に送られて改質で余剰であっ
たスチームを除却した後、補助バーナ9へは補助バーナ
燃料制御弁10により、また燃料電池11の燃料極11
Aへは改質燃料制御弁12により、夫々流量が制御され
て送られる。FIG. 3 shows the basic configuration of a typical fuel cell power generation system of this type. In the figure, natural gas,
Alternatively, the fuel 1 made of fossil fuel such as coal gas and the steam from the steam supply device 2 are controlled by the fuel control valve 3 and the steam control valve 4, respectively, so that the mixing molar ratio of steam and carbon is about 3 to 5. It is controlled and introduced into the reforming catalyst tube 6 in the fuel reformer 5. Here, the steam and fuel 1 are heated to about 500 to 600°C to perform a reforming reaction, and then pass through a shift converter 7 to become reformed fuel with a high hydrogen content. This reformed fuel with increased hydrogen content is sent to the fuel gas steam water separator 8 to remove surplus steam from reforming, and then sent to the auxiliary burner 9 by the auxiliary burner fuel control valve 10. Also, the fuel electrode 11 of the fuel cell 11
The reformed fuel is sent to A with its flow rate controlled by the reformed fuel control valve 12.
燃料電池11の燃料極11Aへ流入した改質燃料は、酸
化剤極11Bに流入している空気と触媒反応を行ない、
その結果燃料の一部が消費されて電気エネルギーと反応
生成水とが得られる。この燃料電池11内で生成した反
応生成水の一部を含んで燃料極11Aを出た燃料排気ガ
スは、前述の燃料改質装置5のメインバーナ13の燃料
として送られるが、この途中においてガス中水分の回収
を行なうため燃料極排気ガス気水分離装置14を通過す
る。The reformed fuel that has flowed into the fuel electrode 11A of the fuel cell 11 undergoes a catalytic reaction with the air that has flowed into the oxidizer electrode 11B.
As a result, part of the fuel is consumed and electrical energy and reaction product water are obtained. The fuel exhaust gas that exits the fuel electrode 11A and contains a portion of the reaction product water generated in the fuel cell 11 is sent as fuel to the main burner 13 of the fuel reformer 5, but during this process, the gas The fuel electrode exhaust gas passes through a steam/water separator 14 in order to recover middle water.
そして、メインバーナ13へ送られた燃料排気ガスは燃
料改質装置5内で燃焼し、改質触媒チューブ6を加熱し
た後に高温排ガス15として排出される。 さらに、燃
料電池11の酸化剤極11Bから送られる空気排気ガス
と合流した後、混合器16へ送られてターボコンプレッ
サ17の駆動用のエネルギーの一部として使われる。一
方、補助バーナ9へ送られた改質燃料は補助バーナ9内
で燃焼し、その燃焼ガスが混合器16を通過してターボ
コンプレッサ17のタービン17Aを駆動する。Then, the fuel exhaust gas sent to the main burner 13 is burned in the fuel reformer 5 and is discharged as high-temperature exhaust gas 15 after heating the reforming catalyst tube 6. Furthermore, after combining with the air exhaust gas sent from the oxidizer electrode 11B of the fuel cell 11, it is sent to the mixer 16 and used as part of the energy for driving the turbo compressor 17. On the other hand, the reformed fuel sent to the auxiliary burner 9 is combusted within the auxiliary burner 9, and the combustion gas passes through the mixer 16 to drive the turbine 17A of the turbo compressor 17.
一方、 上記タービン17Aに連結して駆動されるコン
プレッサ17Bの吐出空気は、補助バーナ9、メインバ
ーナ13へ夫々補助バーナ空気制御弁18、メインバー
ナ空気制御弁19により空燃比を制御して送られると共
に、空気制御弁20により燃料電池11の酸化剤極11
Bへ送られ、余剰分はターボコン ・プレッサ17の駆
動用エネルギーの一部として混合器16へ送られる。酸
化剤極11Bに送られた空気の一部は、上記燃料極11
Aの水素と反応して消費された後、酸化剤極11B内で
生成した水分を含んで排出される。この排出された空気
排気ガスは、燃料排気ガスと同様に酸化剤極排気ガス気
水分離装置21により、空気排気ガス中のスチーム分を
一部復水除却した後に上記燃料改質装置5からの高温排
ガス15と合流する。On the other hand, the air discharged from the compressor 17B connected to and driven by the turbine 17A is sent to the auxiliary burner 9 and the main burner 13 with the air-fuel ratio controlled by the auxiliary burner air control valve 18 and the main burner air control valve 19, respectively. At the same time, the oxidizer electrode 11 of the fuel cell 11 is controlled by the air control valve 20.
B, and the surplus is sent to the mixer 16 as part of the energy for driving the turbo compressor 17. A part of the air sent to the oxidizer electrode 11B is
After it is consumed by reacting with the hydrogen of A, it is discharged containing the moisture generated in the oxidizer electrode 11B. Similar to the fuel exhaust gas, this discharged air exhaust gas is sent from the fuel reformer 5 after a part of the steam in the air exhaust gas is removed as condensation by the oxidizer electrode exhaust gas steam/water separator 21. It merges with high temperature exhaust gas 15.
裸も宗油I11十←;六j九十噴−厳雰り柘+jA出小
水素と酸化剤極11B内の酸素との触媒反応によって酸
化剤極11Bが正極(カソード)、燃料極11Aが負極
(アノード)となるように、電気エネルギーを発生し、
その両電極11A、 118間に接続された電気負荷2
2に当該電気エネルギーを供給する。この際、電気負荷
22により吸収された電流値に略比例して、両電極11
A、 IIB入口に供給された水素と酸素が反応して反
応生成水が得られ、このスチーム分を含んだ未反応ガス
分が両電極11A、 IIB出口より排出されることに
なる。Bare Mosoyu I110 ←; 6j 90 injections - Ganmori Tsuge + jA output Due to the catalytic reaction between a small amount of hydrogen and oxygen in the oxidizer electrode 11B, the oxidizer electrode 11B becomes a positive electrode (cathode) and the fuel electrode 11A becomes a negative electrode. (anode) to generate electrical energy,
Electric load 2 connected between both electrodes 11A and 118
The electrical energy is supplied to 2. At this time, both electrodes 11
The hydrogen and oxygen supplied to the inlets of A and IIB react to obtain reaction product water, and the unreacted gas containing this steam is discharged from the outlets of both electrodes 11A and IIB.
一方、酸化剤極11Bの出口からは、酸化剤極再循環ラ
イン(リサイクルライン)23が分岐され、スチーム分
を含んだ空気排気ガスの一部は、酸化剤極リサイクルガ
ス気水分離装置24にて復水除却した後、酸化剤極りサ
イクルブロワ−25へ送られる。酸化剤極りサイクルブ
ロワ−25より吐出された空気排気ガスは、酸化剤極リ
サイクルガス制御弁26にてリサイクル量を調整された
後酸化剤極11Bの入口ラインに戻され、余剰分は酸化
剤極りサイクルブロワ−25の出口ラインより分岐して
ぃる酸化剤極りサイクルブロワ−バイパスライン27に
よって酸化剤極りサイクルブロワ−25の入口ラインに
戻される。ここで酸化剤極リサイクルガス気水分離装置
24が設置されている目的は次のとおりである。すなわ
ちある一定の限度を超えて多量の湿分を含んだ空気排気
ガスが酸化剤極11B入口へ戻されてしまうと酸化剤極
11B内部で水分分子によって電極面上への酸素分子の
吸着が妨げられて電極反応が低下するために、良好な燃
料電池特性が得られなくなる可能性があるため酸化剤極
リサイクルガス気水分離装置24によって湿分が除去さ
れている。On the other hand, an oxidizer electrode recirculation line (recycle line) 23 is branched from the outlet of the oxidizer electrode 11B, and a part of the air exhaust gas containing steam is sent to the oxidizer electrode recycle gas steam-water separator 24. After removing the condensate, the oxidizing agent is sent to the cycle blower 25. The air exhaust gas discharged from the oxidizing agent cycle blower 25 is returned to the inlet line of the oxidizing agent electrode 11B after adjusting the recycling amount with the oxidizing agent electrode recycling gas control valve 26, and the surplus is returned to the oxidizing agent electrode 11B. The oxidant is returned to the inlet line of the oxidant cycle blower 25 by a bypass line 27 branching from the outlet line of the oxidant cycle blower 25 . The purpose of the oxidizer electrode recycled gas steam/water separator 24 is as follows. In other words, if the air exhaust gas containing a large amount of moisture exceeding a certain limit is returned to the inlet of the oxidizer electrode 11B, moisture molecules inside the oxidizer electrode 11B will prevent the adsorption of oxygen molecules onto the electrode surface. Moisture is removed by the oxidant electrode recycled gas steam/water separator 24, since the electrode reaction may deteriorate and good fuel cell characteristics may not be obtained.
同様にして燃料極11Aの出口からは、燃料極再循環ラ
イン(リサイクルライン)28が分岐され、スチーム分
を含んだ燃料排気ガスの一部は、燃料極リサイクルガス
気水分離装置29にて復水除却した後、燃料極りサイク
ルブロワ−30へ送られる。Similarly, a fuel electrode recirculation line (recycle line) 28 is branched from the outlet of the fuel electrode 11A, and a part of the fuel exhaust gas containing steam is recycled at the fuel electrode recycling gas steam/water separator 29. After removing the water, the fuel is sent to the cycle blower 30.
燃料極りサイクルブロワ−30より吐出された燃料排気
ガスは、燃料極リサイクルガス制御弁31にてリサイク
ル量を調整された後、燃料極11Aの入口ラインに戻さ
れ、余剰分は燃料極りサイクルブロワ−30の出口ライ
ンより分岐している燃料極りサイクルブロワ−バイパス
ライン32によって、燃料極りサイクルブロワ−30の
入口ラインに戻される。The fuel exhaust gas discharged from the fuel pole cycle blower 30 is returned to the inlet line of the fuel pole 11A after the recycling amount is adjusted by the fuel pole recycling gas control valve 31, and the surplus is returned to the fuel pole cycle blower 30. An anode cycle blower bypass line 32 branching from the outlet line of the blower 30 returns to the inlet line of the anode cycle blower 30.
ここで燃料極リサイクルガス気水分離装置29が設置さ
れている目的は次のとおりである。すなわち。The purpose of the fuel electrode recycled gas steam/water separation device 29 being installed here is as follows. Namely.
ある一定の限度を超えて多量の湿分を含んだ燃料排気ガ
スが燃料極11A入口へ戻されてしまうと、燃料極11
A内部の電解質の水蒸気分圧が均一に保たれないばかり
か、この湿分の量がある限度レベルを超えると電解質の
一部が飛散してしまい良好な燃料電池特性が得られなく
なる可能性があるため燃料極リサイクルガス気水分離装
置29によって湿分が除去されている。If fuel exhaust gas containing a large amount of moisture exceeding a certain limit is returned to the inlet of the fuel electrode 11A, the fuel electrode 11
Not only is the water vapor partial pressure of the electrolyte inside A not kept uniform, but if the amount of moisture exceeds a certain limit level, part of the electrolyte may scatter, making it impossible to obtain good fuel cell characteristics. Therefore, moisture is removed by the fuel electrode recycled gas steam/water separator 29.
これら両極のリサイクルラインは、電池反応後の未反応
ガスを循環して再利用する目的で設けられ、燃料ガスお
よび空気を有効に使用するという効果をもつものである
。These recycle lines at both poles are provided for the purpose of circulating and reusing unreacted gas after the cell reaction, and have the effect of effectively using fuel gas and air.
ところで、酸化剤極リサイクルガス制御弁26より酸化
剤極1113へ送られる空気排気ガスのりサイクル量は
、従来より燃料電池11の負荷電流に応じて調整されて
いる。そこで、ある負荷帯においては、リサイクルする
量を非常に少なくあるいは、まったくおこなわないで運
転することもある。この場合、酸化剤極りサイクルブロ
ワ−25により圧縮仕事を受は高温となったブロワ−出
口側の空気排気ガスのほとんどは酸化剤極リサイクルブ
ロワ−バイパスライン27を通過して酸化剤極りサイク
ルブロワ−25の入口に戻されたのち、再び酸化剤極り
サイクルブロワ−25を通って圧縮仕事を受けることに
なる。このため酸化剤極りサイクルブロワ−25と酸化
剤極リサイクルブロワ−バイパスライン27を空気排気
ガスが循環することにより、配管等の放熱量と平衡状態
に達するまで、酸化剤極リサイクルブロワ−25から吐
出される空気排気ガスの温度は上昇することになる。Incidentally, the cycle amount of the air exhaust gas sent to the oxidizer electrode 1113 from the oxidizer electrode recycle gas control valve 26 has been conventionally adjusted in accordance with the load current of the fuel cell 11. Therefore, in a certain load range, the amount of recycling may be very small or may not be recycled at all. In this case, most of the air exhaust gas on the high temperature blower outlet side receives the compression work by the oxidizer cycle blower 25 and passes through the oxidizer cycle blower bypass line 27 to complete the oxidizer cycle. After being returned to the inlet of the blower 25, the oxidizer passes through the cycle blower 25 again and receives compression work. Therefore, by circulating the air exhaust gas through the oxidizer cycle blower 25 and the oxidizer cycle blower bypass line 27, the air exhaust gas is circulated through the oxidizer cycle blower 25 and the oxidizer cycle blower 25 until it reaches an equilibrium state with the amount of heat dissipated from the piping, etc. The temperature of the discharged air exhaust gas will increase.
この結果、酸化剤極りサイクルブロワ−25が吸入する
空気排気ガスが高温となることによって酸化剤極リサイ
クルブロワ−25の容積効率が低下するばかりか、酸化
剤極りサイクルブロワ−25木休も高温となるため、こ
れが許容値を超えて温度上昇した場合、ブロワ−内部で
インペラーとケーシングが熱膨張により接触をおこした
り、またシール部の劣化等が生じやすくなる。最悪の場
合には、運転中に酸化剤極りサイクルブロワ−25が突
然に回転停止することにも至る。この場合もし燃料電池
11が発電状態で、若干でも酸化剤極リサイクルガス制
御弁26を介して酸化剤極11Bへ空気排気ガスをリサ
イクルしている場合であれば、酸化剤極りサイクルブロ
ワ−25が停止することにより、酸化剤極11Bヘリサ
イクルされる空気排気ガスの供給もただちに停止するた
め、急激に空気利用率が高くなる。空気利用率とは、酸
化剤極1113へ供給される酸素量に対し、燃料電池1
1内部で発電のために消費された酸素量の割合を示す数
値で一般に空気利用率が高くなるほど電池出力電圧は低
下し、また空気利用率がある許容レベルを超えて高くな
った場合には電池の寿命の低下を招くこともある。As a result, the air exhaust gas taken in by the oxidizer cycle blower 25 becomes high temperature, which not only reduces the volumetric efficiency of the oxidizer cycle blower 25, but also reduces the volumetric efficiency of the oxidizer cycle blower 25. Because of the high temperature, if the temperature rises beyond the allowable value, the impeller and casing may come into contact with each other due to thermal expansion inside the blower, and the seal portion may deteriorate. In the worst case, the oxidizer cycle blower 25 may suddenly stop rotating during operation. In this case, if the fuel cell 11 is in a power generation state and even a small amount of air exhaust gas is recycled to the oxidizer electrode 11B via the oxidizer electrode recycle gas control valve 26, the oxidizer electrode cycle blower 25 When this stops, the supply of the air exhaust gas recycled to the oxidizer electrode 11B also immediately stops, so that the air utilization rate suddenly increases. The air utilization rate refers to the amount of oxygen supplied to the oxidizer electrode 1113 in the fuel cell 1.
1. This is a value that indicates the percentage of oxygen consumed internally for power generation. Generally speaking, the higher the air utilization rate, the lower the battery output voltage will be, and if the air utilization rate exceeds a certain allowable level, the battery output voltage will decrease. This may lead to a reduction in the lifespan of the product.
すなわち、酸化剤極りサイクルブロワ−25が停止する
ことにより電池特性が、急激に低下することで安定した
電池電圧による発電運転をおこなうことが回連となるば
かりか、電池寿命の低下に至ることが考えられる。In other words, when the oxidizing cycle blower 25 stops, the battery characteristics sharply deteriorate, which not only makes it difficult to perform power generation with a stable battery voltage, but also shortens the battery life. is possible.
同様に、燃料極リサイクルガス制御弁31より燃料極l
IAへ送られる燃料排気ガスのリサイクル量は、燃料電
池11の負荷電流に応じて調整されている。Similarly, the fuel electrode recycle gas control valve 31
The amount of recycled fuel exhaust gas sent to the IA is adjusted according to the load current of the fuel cell 11.
そこである負荷帯においては、リサイクルする量を非常
に少なく、あるいは、まったくおこなわないで運転する
こともある。この場合、燃料極りサイクルブロワ−30
により圧縮仕事を受は高温となったブロワ−出口側の燃
料排気ガスがほとんどは、燃料極りサイクルブロワ−バ
イパスライン32を通過して燃料極りサイクルブロワ−
30の入口に戻されたのち、再び燃料極りサイクルブロ
ワ−30を通って圧縮仕事を受けることになる。このた
め燃料極りサイクルブロワ−30と燃料極りサイクルブ
ロワ−バイパスライン32を燃料排気ガスが循環するこ
とにより、配管等の放熱量と平衡状態に達するまで、燃
料極りサイクルブロワ−30から吐出される燃料排気ガ
スの温度は上昇することになる。Therefore, in certain load ranges, the amount of recycling may be very small, or may not be recycled at all. In this case, the fuel pole cycle blower 30
Most of the fuel exhaust gas on the outlet side of the blower, which receives compression work and has reached a high temperature, passes through the bypass line 32 to the fuel terminal cycle blower.
After being returned to the inlet of fuel cell 30, it passes through the fuel pole cycle blower 30 again and receives compression work. Therefore, by circulating the fuel exhaust gas through the fuel pole cycle blower 30 and the fuel pole cycle blower bypass line 32, the fuel exhaust gas is discharged from the fuel pole cycle blower 30 until it reaches an equilibrium state with the amount of heat dissipated from the piping, etc. The temperature of the fuel exhaust gas will rise.
この結果、燃料極りサイクルブロワ−30が吸入する燃
料排気ガスが高温ガスになることによって燃料極りサイ
クルブロワ−30の容積効率が低下するばかりか、燃料
極りサイクルブロワ−30本体も高温となるため、これ
が許容値を超えて温度上昇した場合、ブロワ−内部でイ
ンペラーとケーシングが熱膨張により接触をおこしたり
、またベアリング部の劣化が生じやすくなる。最悪の場
合には、運転中に燃料極りサイクルブロワ−30が突然
に回転停止することにも至る。この場合、燃料電池11
が発電状態で、若干でも燃料極リサイクルガス制御弁3
1を介して、燃料極lIAへ燃料排気ガスをリサイクル
している場合であれば、燃料極りサイクルブロワ−30
が突然停止することにより、燃料極11Aヘリサイクル
される燃料排気ガスの供給もただちに停止するため、急
激に燃料利用率が高くなる。燃料利用率とは、燃料極1
1Aへ供給される水素量に対し、燃料電池11内部で発
電のために消費された水素量の割合を示す数値で、一般
に燃料利用率が非常に高い場合に電池出力電圧は低下し
、また電池寿命の低下を招くことがある。すなわち燃料
極りサイクルブロワ−30が停止し、燃料利用率が非常
に高くなった場合、電池特性が急激に低下することで、
安定した電池電圧による発電運転をおこなうことが困難
となるばかりか、電池寿命の低下に至ることが考えられ
る。また、燃料極りサイクルブロワ−30が停止するこ
とによって、燃料改質装置5のメインバーナ13へ送ら
れる燃料排気ガスの組成が大きく変化することになる。As a result, the fuel exhaust gas taken in by the fuel pole cycle blower 30 becomes a high-temperature gas, which not only reduces the volumetric efficiency of the fuel pole cycle blower 30, but also causes the fuel pole cycle blower 30 itself to become hot. Therefore, if the temperature rises beyond the allowable value, the impeller and casing may come into contact with each other due to thermal expansion inside the blower, and the bearing portion may deteriorate. In the worst case, the fuel pole cycle blower 30 may suddenly stop rotating during operation. In this case, the fuel cell 11
is in power generation state, even if the fuel electrode recycling gas control valve 3
If the fuel exhaust gas is recycled to the fuel electrode lIA through the fuel electrode cycle blower 30
When the fuel electrode 11A suddenly stops, the supply of fuel exhaust gas recycled to the fuel electrode 11A also stops immediately, so that the fuel utilization rate suddenly increases. Fuel utilization rate refers to fuel electrode 1
This is a numerical value that indicates the ratio of the amount of hydrogen consumed for power generation inside the fuel cell 11 to the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 1A.Generally, when the fuel utilization rate is very high, the cell output voltage decreases, and the battery This may lead to a reduction in service life. In other words, if the fuel pole cycle blower 30 stops and the fuel utilization rate becomes extremely high, the battery characteristics will rapidly deteriorate,
Not only will it be difficult to perform power generation operation with a stable battery voltage, but it is conceivable that the battery life will be shortened. Further, when the fuel pole cycle blower 30 is stopped, the composition of the fuel exhaust gas sent to the main burner 13 of the fuel reformer 5 changes significantly.
このため、改質触媒チューブ6に与える熱量が変化し。Therefore, the amount of heat given to the reforming catalyst tube 6 changes.
燃料改質装置5の改質量が変化することによってプラン
ト全体のバランスが崩れ、安定した発電運転をおこなう
ことが困難となることが考えられる。It is conceivable that the change in the amount of reforming in the fuel reformer 5 may disrupt the balance of the entire plant, making it difficult to perform stable power generation operation.
そこで上述の問題点を改善し、信頼性の高いプラントの
運転を得るための一手法としては、酸化剤極りサイクル
ブロワ−25および燃料極りサイクルブロワ−30とし
て、大幅な温度上昇にも耐えることのできる特別の性能
を有した高温型のブロワ−を使用することが考えられる
。しかしこのような高温型のブロワ−は特殊な耐熱材料
を使用しコストが高いものとなるので、全体のシステム
コストを上昇させる要因となる。またこのような高温型
のブロワ−は、一般的に高温の状態で圧縮効率が最も大
きくなるような特性を有している。つまりブロワ−内部
においては熱膨張を考慮して常温状態ではインペラーと
ケーシングの間隙寸法を大きくとっであるため、熱膨張
が進んでインペラーとケーシングの間隙が小さくなる温
度帯に至るまでは、間隙からの漏れ量が多くブロワ−の
圧縮効率は低い状態となっている。このため酸化剤極1
1Bへ多くリサイクルをおこない、酸化剤極りサイクル
ブロワ−バイパスライン27を流れる量が少なくなるよ
うな燃料電池11の負荷帯においては、酸化剤極りサイ
クルブロワ−25本体がさほど高温とならないことから
酸化剤極りサイクルブロワ−25は、低圧縮効率すなわ
ち低エネルギー効率のもとで運転されることになる。ま
た同様に燃料極11Aへ多くリサイクルをおこない、燃
料極りサイクルブロワ−バイパスライン32を流れる量
が少なくなるような燃料電池11の負荷帯においては、
燃料極リサイクルブロワ−30本体がさほど高温となら
ないことから燃料極りサイクルブロワ−30は低圧縮効
率すなわち低エネルギー効率のもとで運転されることに
なる。この結果負荷を変更する頻度の高いピークロード
対応型の燃料電池発電プラントにおいて上述したような
高温型のブロワ−を使用することは、ある負荷帯におい
て運転コストを上昇させる要因となる。Therefore, one method to improve the above-mentioned problems and obtain highly reliable plant operation is to use an oxidizer cycle blower 25 and a fuel cycle blower 30 that can withstand large temperature increases. It is conceivable to use a high-temperature type blower with special performance that can be used. However, such high-temperature type blowers use special heat-resistant materials and are expensive, which increases the overall system cost. Further, such high-temperature type blowers generally have a characteristic that compression efficiency is maximized at high temperatures. In other words, inside the blower, the gap between the impeller and the casing is set large at room temperature in consideration of thermal expansion. The amount of leakage is large and the compression efficiency of the blower is low. Therefore, oxidizer electrode 1
In the load zone of the fuel cell 11 where a large amount of oxidant is recycled to 1B and the amount of oxidant flowing through the oxidant cycle blower bypass line 27 is small, the oxidant cycle blower 25 body does not reach a very high temperature. The oxidizer cycle blower 25 will be operated with low compression efficiency, ie low energy efficiency. Similarly, in the load zone of the fuel cell 11 where a large amount is recycled to the fuel electrode 11A and the amount flowing through the fuel electrode cycle blower bypass line 32 is small,
Since the main body of the fuel electrode recycle blower 30 does not reach a very high temperature, the fuel electrode cycle blower 30 is operated with low compression efficiency, that is, low energy efficiency. As a result, using a high-temperature blower as described above in a peak-load type fuel cell power generation plant where the load is frequently changed becomes a factor that increases operating costs in a certain load range.
本発明は上記のような問題点を解決するために成された
もので、その目的は、低コストの酸化剤極りサイクルブ
ロワ−あるいは燃料極りサイクルブロワ−を適用し、か
つ上記酸化剤極りサイクルブロワ−あるいは燃料極りサ
イクルブロワ−を用いて高効率で信頼性の高いリサイク
ル運転をおこなうことを可能とし、これらの結果として
低コストでかつ信頼性の高い燃料電池発電システムを提
供することにある。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to apply a low-cost oxidizer cycle blower or fuel pole cycle blower, and to To enable highly efficient and reliable recycling operation using a recycle blower or a fuel pole cycle blower, and as a result, to provide a low cost and highly reliable fuel cell power generation system. It is in.
電解質層を挟んで燃料極および酸化剤極の一対の電極を
配置すると共に、前記燃料極に燃料をまた前記酸化剤極
に酸化剤を夫々供給してこのとき起こる電気化学的反応
により前記電極間から電気エネルギーを取出す燃料電池
と、前記燃料電池の燃料極あるいは酸化剤極の双方また
は、いずれか一方の電極出口側ラインを介して排出され
る排気ガスの一部を分岐し、再循環ブロワ−を介して夫
々対応した電極入口側ラインへ再循環させるように構成
された再循環ラインと、前記夫々の再循環ライン中、再
循環ブロワ−の前段に設けられて当該ラインを流れるガ
ス中のスチーム分を除却する気水分離装置と、前記夫々
の再循環ブロワ−より吐出される排気ガスの一部を分岐
し、夫々対応した再循環ブロワ−の上流側へ接続するバ
イパスラインとを備えて成る燃料電池発電システムにお
いて、前記バイパスライン上に、当該ラインを流れるガ
スを冷却媒体により冷却する冷却器を設けることを特徴
とする。A pair of electrodes, a fuel electrode and an oxidizer electrode, are arranged with an electrolyte layer in between, and a fuel is supplied to the fuel electrode and an oxidizer is supplied to the oxidizer electrode, and an electrochemical reaction occurs at this time to create a gap between the electrodes. A fuel cell extracts electrical energy from the fuel cell, and a part of the exhaust gas discharged through the outlet line of the fuel electrode and/or the oxidizer electrode of the fuel cell is branched and recirculated. a recirculation line configured to recirculate the gas to the corresponding electrode inlet side line through the recirculation line; and a bypass line that branches part of the exhaust gas discharged from each of the recirculation blowers and connects it to the upstream side of the corresponding recirculation blower. The fuel cell power generation system is characterized in that a cooler is provided on the bypass line to cool the gas flowing through the line with a cooling medium.
以下、本発明を図面に示す一実施例について説明する。 An embodiment of the present invention shown in the drawings will be described below.
第1図は本発明による燃料電池発電システムの構成例を
ブロック的に示したものである。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a fuel cell power generation system according to the present invention.
なお、第1図において第3図と同一部分には、同一符号
としている。Note that the same parts in FIG. 1 as in FIG. 3 are given the same reference numerals.
またここでの実施例の説明は酸化剤極リサイクルライン
についてのみ述べであるが、燃料極リサイクルラインに
ついてもまったく同様のライン構成どなるので、その説
明は省略する。In addition, although the description of the embodiment here is only about the oxidizer electrode recycle line, the fuel electrode recycle line has exactly the same line configuration, so the explanation thereof will be omitted.
(発明の構成)
図において、先述の第3図の場合と同様酸化剤極11B
よりスチーム分を含んで排出された空気排気ガスの一部
は酸化剤極11B出ロラインより分岐された酸化剤極再
循環ライン23へ導入され、酸化剤極リサイクルガス気
水分離装置24にてスチーム分を除却したのち酸化剤極
りサイクルブロワ−25へ送られる。次に酸化剤極りサ
イクルブロワ−25で圧縮仕事を受けて吐出された空気
排気ガスは酸化剤極リサイクルガス制御弁26にてリサ
イクル量を調整され酸化剤極11Bの入口ラインに戻さ
れ、余剰分は酸化剤極りサイクルブロワ−25の出口ラ
インより分岐している酸化剤極りサイクルブロワ−バイ
パスライン27に導入される。酸化剤極りサイクルブロ
ワ−バイパスライン27に導入された空気排気ガスは、
次に新たに設けられた酸化剤極バイパスガス冷却器33
を通過したのち酸化剤極りサイクルブロワ−25の入口
ラインに戻されるような構成としている。(Structure of the Invention) In the figure, the oxidizer electrode 11B is similar to the case of FIG.
A part of the exhausted air exhaust gas containing more steam is introduced into the oxidizer electrode recirculation line 23 branched from the oxidizer electrode 11B outlet line, and is converted into steam in the oxidizer electrode recycle gas steam/water separator 24. After removing the oxidizing agent, the oxidizing agent is sent to the cycle blower 25. Next, the air exhaust gas discharged after being compressed by the oxidizer cycle blower 25 is recycled in an oxidizer electrode recycle gas control valve 26, and is returned to the inlet line of the oxidizer electrode 11B, leaving the excess The oxidizer is introduced into an oxidant cycle blower bypass line 27 which branches off from the outlet line of the oxidant cycle blower 25. The air exhaust gas introduced into the oxidizer cycle blower bypass line 27 is
Next, a newly installed oxidizer electrode bypass gas cooler 33
After passing through the oxidizing agent, the oxidizing agent is returned to the inlet line of the cycle blower 25.
(発明の作用)
かかる構成の燃料電池発電システムにおいて、空気排気
ガスが酸化剤極りサイクルブロワ−25により圧縮仕事
を受けながら酸化剤極りサイクルブロワ−25と酸化剤
極りサイクルブロワ−バイパスライン27を循環しても
酸化剤極りサイクルブロワ−バイパスライン27中に設
けられた酸化剤極バイパスガス冷却器33を通過し冷却
することにより、酸化剤極りサイクルブロワ−25の入
口での空気排気ガスの温度の過大な上昇が防止されるこ
ととなる。(Operation of the Invention) In the fuel cell power generation system configured as described above, while the air exhaust gas is subjected to compression work by the oxidizer cycle blower 25, the oxidizer cycle blower 25 and the oxidizer cycle blower bypass line are connected to each other. Even if the oxidizer is circulated through the oxidant cycle blower bypass line 27, the air at the inlet of the oxidizer cycle blower 25 is cooled by passing through the oxidizer bypass gas cooler 33 provided in the oxidizer bypass line 27. This will prevent an excessive rise in the temperature of the exhaust gas.
(発明の効果)
以上のように、かかる構成の燃料電池発電システムとす
ることにより、燃料電池11の負荷変動に関係なく、酸
化剤極りサイクルブロワ−バイパスライン27から酸化
剤極りサイクルブロワ−25へ空気排気ガスを常にある
一定の温度レベル以下の状態で供給出来ることから、酸
化剤極りサイクルブロワ−25をコスト的に安い低温型
のブロワ−で、常に効率の高いリサイクル運転をおこな
い得る。(Effects of the Invention) As described above, by providing the fuel cell power generation system with such a configuration, the oxidant cycle blower bypass line 27 can be Since the air exhaust gas can always be supplied to the oxidizer 25 at a temperature below a certain level, the oxidizer cycle blower 25 can be used as a low-temperature type blower that is inexpensive and can always perform highly efficient recycling operation. .
またブロワ−内部で熱膨張によるインペラーとケーシン
グの接触やシール部の劣化等が発生する可能性はきわめ
て小なくなるため、ブロワ故障による突然の停止に至る
ことなく信頼性の高いりサイクルブロワ−の運転が出来
る。これらの結果として、より低コストで高効率が得ら
れ、かつ信頼性の高い燃料電池発電システムを提供する
ことが出来る。In addition, the possibility of contact between the impeller and casing or deterioration of the seal due to thermal expansion inside the blower is extremely reduced, allowing reliable cycle blower operation without sudden stoppage due to blower failure. I can do it. As a result, it is possible to provide a fuel cell power generation system that is highly efficient and highly reliable at lower cost.
(他の実施例)
次に第2図は本発明による燃料電池発電システムの他の
構成例をブロック的に示したものである。(Other Embodiments) Next, FIG. 2 is a block diagram showing another configuration example of the fuel cell power generation system according to the present invention.
なお第2図において第3図と同一部分には同一符号とし
ている。また、ここでの実施例の説明は酸化剤極リサイ
クルラインについてのみ述べであるが燃料極リサイクル
ラインについても、まったく同様のライン構成となるの
で、その説明は省略する。第1図においては酸化剤極り
サイクルブロワ−25と酸化剤極りサイクルブロワ−バ
イパスライン27間を空気排気ガスが循環しても、空気
排気ガスが高温ガスとならないよう、酸化剤極りサイク
ルブロワ−バイパスライン27中に酸化剤極バイパスガ
ス冷却器33を設置する構成としたが、酸化剤極再循環
ライン23中に設置されている、酸化剤極リサイクルガ
ス気水分離装置24が冷却復水式であれば、第2図に示
すように酸化剤極りサイクルブロワ−25の出口ライン
より分岐している酸化剤極りサイクルブロワ−バイパス
ライン27の出口ラインを酸化剤極リサイクルガス気水
分離器24の入口ラインに戻す構成としても良い。In FIG. 2, the same parts as in FIG. 3 are given the same reference numerals. Furthermore, although the description of the embodiment here is only about the oxidizer electrode recycle line, the fuel electrode recycle line has exactly the same line configuration, so the explanation thereof will be omitted. In Fig. 1, even if the air exhaust gas circulates between the oxidant maximum cycle blower 25 and the oxidizer maximum cycle blower bypass line 27, the oxidizer maximum cycle is Although the configuration is such that the oxidant electrode bypass gas cooler 33 is installed in the blower bypass line 27, the oxidant electrode recycle gas steam/water separation device 24 installed in the oxidant electrode recirculation line 23 is used for cooling and recovery. If it is a water type, as shown in Figure 2, the outlet line of the oxidizer cycle blower bypass line 27, which is branched from the outlet line of the oxidizer cycle blower 25, is connected to the oxidizer pole recycled gas air, water, It may also be configured to return to the inlet line of the separator 24.
つまり、酸化剤極りサイクルブロワ−25により圧縮仕
事を受けたのち、酸化剤極リサイクルガス制御弁26に
送られるガス分を除いて、酸化剤極りサイクルブロワ−
バイパスライン27へ導入された空気排気ガスは、酸化
剤極11Bの出口より、酸化剤極再循環ライン23へ導
入された空気排気ガスと合流したのち、再び酸化剤極リ
サイクルガス気水分離装置24へ導入される。酸化剤極
リサイクルガス気水分離装置24では、高温のスチーム
分を含んだ空気排気ガスを冷却し、スチーム分を復水除
却するので、常に酸化剤極りサイクルブロワ−25へは
、ある一定の温度レベル以下の状態で、空気排気ガスを
供給することが出来、第1図に示した構成によるものと
同様の作用が得られる。In other words, after receiving the compression work by the oxidant cycle blower 25, the oxidizer cycle blower is
The air exhaust gas introduced into the bypass line 27 joins with the air exhaust gas introduced into the oxidizer electrode recirculation line 23 from the outlet of the oxidizer electrode 11B, and then returns to the oxidizer electrode recycle gas steam/water separator 24. will be introduced to The oxidizer pole recycled gas steam/water separator 24 cools the air exhaust gas containing high-temperature steam and removes the steam as condensation. Air exhaust gas can be supplied under conditions below the temperature level, and an effect similar to that achieved by the configuration shown in FIG. 1 can be obtained.
以上のように、かかる構成の燃料電池発電システムとす
ることにより、燃料電池11の負荷変動に関係なく酸化
剤極りサイクルブロワ−バイパスライン27から酸化剤
極りサイクルブロワ−25へ空気排気ガスを常にある一
定の温度レベル以下の状態で供給出来ることから、酸化
剤極りサイクルブロワ−25をコスト的に安い、常温型
のブロワ−で、常に効率の高いリサイクル運転をおこな
い得る。As described above, by adopting a fuel cell power generation system having such a configuration, air exhaust gas is transferred from the oxidizer cycle blower bypass line 27 to the oxidizer cycle blower 25 regardless of the load fluctuation of the fuel cell 11. Since the oxidizing agent can be supplied at a temperature below a certain level at all times, the oxidizing agent cycle blower 25 can be used as a low-cost, room-temperature type blower to perform highly efficient recycling operations at all times.
またブロワ−内部でW牒叫り一正スノ・ツメ貴−レルー
シングの接触やシール部の劣化等が発生する可能性はき
わめて小さくなるため、ブロワ−故障による突然の停止
に至ることなく信頼性の高いりサイクルブロワ−の運転
が出来る。これらの結果として、より低コストで高効率
が得られ、かつ信頼性の高い燃料電池発電システムを提
供することが出来る。In addition, the possibility of contact between the windshield and claws or deterioration of the sealing part occurring inside the blower is extremely small, so the reliability can be improved without sudden stoppage due to blower failure. Able to operate high cycle blower. As a result, it is possible to provide a fuel cell power generation system that is highly efficient and highly reliable at lower cost.
以上説明したように本発明によれば、低コストの酸化剤
極りサイクルブロワ−1あるいは燃料極りサイクルブロ
ワ−を適用し、かつ上記酸化剤極りサイクルブロワ−あ
るいは燃料極りサイクルブロワ−を用いて、高効率で信
頼性の高いリサイクル運転を可能としたことにより、低
コストでかつ信頼性の高い燃料電池発電システムを提供
することが出来る。As explained above, according to the present invention, a low-cost oxidizer cycle blower 1 or fuel cycle blower is applied, and the oxidizer cycle blower or fuel cycle blower is By using this method, it is possible to perform highly efficient and reliable recycling operation, thereby making it possible to provide a low-cost and highly reliable fuel cell power generation system.
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
本発明の他の実施例を示すブロック図、第3図は従来の
燃料電池発電システムを示すブロツク図である。
1・・・燃料
2・・・スチーム供給器
3・・・燃料制御弁
4・・・スチーム制御弁
5・・・燃料改質装置
6・・・改質触媒チューブ
7・・・変成器
8・・・燃料ガス気水分離装置
9・・・補助バーナ
10・・・補助バーナ燃料制御弁
11・・・燃料電池
11A・・・燃料極
11B・・・酸化剤極
12・・・改質燃料制御弁
13・・・メインバーナ
14・・・燃料排気ガス気水分離装置
15・・・高温排ガス
16・・・混合器
17・・・ターボコンプレッサ
・17A・・・タービン
17B・・・コンプレッサ
18・・・補助バーナ空気制御弁
19・・・メインバーナ空気制御弁
20・・・空気制御弁
21・・・酸化剤極排気ガス気水分1耀装置22・・・
電気負荷
23・・・酸化剤極再wI環ライン
24・・・酸化剤極リサイクルガス気水分離装置25・
・・酸化剤極りサイクルブロワ−26・・・酸化剤極リ
サイクルガス制御弁27・・・酸化剤極りサイクルブロ
ワ−バイパスライン28・・・燃料極再循環ライン
29・・・燃料極リサイクルガス気水分離装置30・・
・燃料極りサイクルブロワ−
31・・・燃料極リサイクルガス制御弁32・・・燃料
極りサイクルブロワ−バイパスライン33・・・酸化剤
極バイパスガス冷却器代理人 弁理士 則 近 憲
借
問 三俣弘文FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram showing a conventional fuel cell power generation system. 1... Fuel 2... Steam supply device 3... Fuel control valve 4... Steam control valve 5... Fuel reformer 6... Reforming catalyst tube 7... Shift converter 8... ...Fuel gas steam/water separation device 9...Auxiliary burner 10...Auxiliary burner fuel control valve 11...Fuel cell 11A...Fuel electrode 11B...Oxidizer electrode 12...Reformed fuel control Valve 13... Main burner 14... Fuel exhaust gas steam water separation device 15... High temperature exhaust gas 16... Mixer 17... Turbo compressor 17A... Turbine 17B... Compressor 18... - Auxiliary burner air control valve 19... Main burner air control valve 20... Air control valve 21... Oxidizer electrode exhaust gas steam/moisture device 22...
Electrical load 23... Oxidizer pole recycle line 24... Oxidizer pole recycled gas steam/water separation device 25.
... Oxidizer cycle blower 26... Oxidizer pole recycling gas control valve 27... Oxidizer pole cycle blower bypass line 28... Fuel electrode recirculation line 29... Fuel electrode recycling gas Steam/water separation device 30...
・Fuel pole cycle blower 31... Fuel pole recycling gas control valve 32... Fuel pole cycle blower bypass line 33... Oxidizer pole bypass gas cooler Agent Patent attorney Nori Chika
Borrowed Questions Hirofumi Mitsumata
Claims (2)
電極を配置すると共に、前記燃料極に燃料をまた前記酸
化剤極に酸化剤を夫々供給してこのとき起こる電気化学
的反応により前記電極間から電気エネルギーを取出す燃
料電池と、前記燃料電池の燃料極あるいは酸化剤極の双
方または、いずれか一方の電極出口側ラインを介して排
出される排気ガスの一部を分岐し再循環ブロワーを介し
て夫々対応した電極入口側ラインへ再循環させるように
構成された再循環ラインと、前記夫々の再循環ブロワー
の前段に設けられて当該ラインを流れるガス中のスチー
ム分を除却する気水分離装置と、前記夫々の再循環ブロ
ワーより吐出される排気ガスの一部を分岐し、夫々対応
した再循環ブロワー上流へ接続するバイパスラインとを
備えて成る燃料電池発電システムにおいて、 前記バイパスライン上に、当該ラインを流れるガスを冷
却する冷却器を設けたことを特徴とする燃料電池発電シ
ステム。(1) A pair of electrodes, a fuel electrode and an oxidizer electrode, are arranged with an electrolyte layer in between, and a fuel is supplied to the fuel electrode, and an oxidizer is supplied to the oxidizer electrode, so that an electrochemical reaction occurs. A fuel cell that extracts electrical energy from between the electrodes, and a part of the exhaust gas discharged through the fuel electrode and/or the oxidizer electrode of the fuel cell, and a part of the exhaust gas discharged through the electrode outlet line is branched and recirculated. A recirculation line configured to recirculate the gas to the corresponding electrode inlet side line via a blower, and a gas provided upstream of each of the recirculation blowers to remove steam in the gas flowing through the line. A fuel cell power generation system comprising a water separator and a bypass line that branches part of the exhaust gas discharged from each of the recirculation blowers and connects to the upstream side of each of the recirculation blowers, the bypass line A fuel cell power generation system characterized by further comprising a cooler for cooling gas flowing through the line.
ムにおいて、前記気水分離装置を冷却復水式とし、かつ
再循環ブロワー吐出側より分岐したバイパスラインを前
記気水分離装置よりも上流側の再循環ラインへ接続する
ことを特徴とする燃料電池発電システム。(2) In the fuel cell power generation system according to claim 1, the steam/water separation device is of a cooling condensing type, and a bypass line branched from the recirculation blower discharge side is provided upstream of the steam/water separation device. A fuel cell power generation system characterized by connection to a side recirculation line.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61127347A JPS62285366A (en) | 1986-06-03 | 1986-06-03 | Fuel cell power generation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61127347A JPS62285366A (en) | 1986-06-03 | 1986-06-03 | Fuel cell power generation system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPS62285366A true JPS62285366A (en) | 1987-12-11 |
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ID=14957678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61127347A Pending JPS62285366A (en) | 1986-06-03 | 1986-06-03 | Fuel cell power generation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62285366A (en) |
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