JPS62291865A

JPS62291865A - 燃料電池発電装置

Info

Publication number: JPS62291865A
Application number: JP61133836A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Doi; 土居　邦宏; Chifumi Yamaguchi; 山口　千文
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-06-11
Filing date: 1986-06-11
Publication date: 1987-12-18

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】Ｊ、　発明の詳細な説明〔産業上の利用分野〕この発明は、燃料電池発電装置、特に、燃料電池から気
水分離器へのスチーム回収量や排ガスからの回収熱量の
増大を図った燃料電池発電装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、燃料電池発電装置例えばメタノール燃料電池発電
装置としては、数ｋＷ以下の小規模のものが試作され、
また、大規模なシステムについて検討がなされているが
、数十ｋＷから数百ｋＷ規模のものはなかった。

第３図は、例えば、ＤＯＥ　／　ＮＡＳＡ　／＝７０／
−／、　ＮＡＳＡＣＲ−／　Ａり９コＪ号（７９ｇ−年
５月ＮＡＳＡ）第λ−／コページに記載の天然ガス燃料
の１ＩＯｋ＊システムの概略図である。

図において、符号（１）は天然ガスを供給する燃料供給
装置、（２）は燃料を脱硫処理する前処理装置、（３）
はスチーム改質反応に必要なスチームを燃料ガスに供給
混合させる混合晶、（９）は改質器、（ｊ）は改質器（
り出口のガス中の一酸化炭素を低減させる転化鮨、（６
）は改質ガスと空気との供給をうけて直流電力を発生す
る電池スタック、（ワ）は電池スタック（６）の空気極
に空気を供給する空気供給装置、（す）は電池スタック
（６）に循環供給される電池冷却水の冷却水ラインに設
けられている気水分離器、（９１＆−１：１に池冷却水
を電池スタック（６）に供給する冷却水循環ポンプ、（
１０）は気水分離器（Ｊ）の補給水加熱器、（／／）は
改質器燃焼排ガスおよび余剰空気よシこの装置に必要な
水を回収する冷却器、（八〇は純水装置、（／３）は純
水供給ポンプである。

次にこの従来装置の動作について説明する。

燃料供給装置（１）よシ供給された炭化水素系燃料は、
前処理装置（コ）において、含有する硫黄化合物を除去
され、混合器（３）でスチームを添加され−Ｃ１改質器
（ｌｌ）に導入される。

改質器（ｌｌ）に投入された燃料は、スチーム改質反応
によシ水素リッチなガスとなシ、更に、転化ＤＯ）にお
いて−酸化炭素を低減された改質ガスとなって、電池ス
タック（６）の燃料極に供給される。

一方、空気供給装置（７）より空気極に常温の空気が供
給され、直流電力を発生する。

常温の空気は、改質器（り）のバーナにも供給され、余
剰燃料の燃焼に使用される。

電池スタック（６）における発熱外は、気水分離ｉ　（
ｆｆ）内の水を冷却水循環ポンプ（９）によシミ池スタ
ック（Ａ）　ＶＣ循環させ気水分離器（ｔ）に回収する
。また、気水分離器（ｔ）は、気相部のスチームを混合
器（３）に供給したシ、凝縮水加熱器（１０）において
、余剰空気との熱交換によシ昇温された補給水（純水）
を受入れ、装置の水、蒸気収支および熱収支のバランス
をとっている。

一方、余剰空気は凝縮水加熱器（１０）において冷却さ
れて含有するリン酸を除去され、改質器燃焼排ガスと混
合されて、冷却Ｂ　（／／）に導入され、含有する水分
の一部は凝縮水となる。この凝縮水のうち、装置の水収
支に必要な量が、純水装置（／２）で処理されて純水と
なシ、残シはドレイン水として排出される。この純水は
、純水供給ポンプ（１３）によシ、補給水として気水分
離器（ｇ）に補給される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の燃料電池発電装置は、上記のように構成されてい
るので、常温の空気が改質器バーナおよび電池スタック
（６）の空気極に供給されるため、改質器燃焼熱量およ
び電池から気水分離器（ｇ）に回収される回収熱量が低
く、特Ｋ、電力負荷が小さい場合には、改質器の助熱や
気水分離器への熱投入等が必要となるなど、装置の発電
効率が低いという問題点があった。

また、余９Ａ空気は、冷却器（／／）で生成する凝縮水
と大・′２（圧下で熱交臭させ熱回収を行なうので、十
分な熱回収ができないなどの問題点も合わせ有していた
。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、装置構成機番の数や燃料および空気の消費
＆ｌを変えることなく、改質器および電池スタックの空
気極への投入熱量を増大することができ、従って、気水
分離器への回収熱量を増大できるとともに、電力負荷が
小さい場合でも、改５ｆ　ｔｉの助熱や気水分離器への
熱投入が不要で、かつ、発電効率を向上できる燃料電池
発電装置を提供することを目的とする、〔間Ｈｇ点を解決するための手段〕この発明に係る燃料電池発電装置は、空気供給装置の送
気側又は吸気側に再生熱交ｉ＾２１を設けて供給空気を
ｔｍ電池スタックらの余剰空気で昇温させ、この昇温さ
れた空気を、改質器バーナおよび電池スタックの空気極
に導入する構成としたものである。

〔作用〕

この発明における燃料電池発電装置は、空気供給装置の
送気側又は吸気側に設けた再生熟交摸器によル、空気供
給装置からの供給空気を電池スタックからの余剰空気に
よシ昇温する。

この昇温された空気は、改質器のバーナおよび電池スタ
ックの空気極に導入され、バーナ燃焼熱量の増大、およ
び気水分＃Ｉ鮨への電池スタックからの回収熱量の増大
となって、発電効率の高い、すなわち、燃料利用率の高
い運転が可能となる。

また、電力負荷が小さい場合でも改質器の助熱や気水分
離器への熱投入は不要となる。

〔実施例〕

以下、この発明をその一実施例を示す図に基づいて説明
する。

第１図において、符号（１）は例えば燃料となるメタノ
ールを供給する燃料供給装置、（３）はスチーム改質反
応に必要なスチームを燃料に供給混合させる混合器、（
りは改質器、（Ａ）は改質ガスと空気との供給をうけて
直流電力を発生する電池スタック、（り）は電池スタッ
ク（６）の空気極に空気を供給する空気供給装置、ＣＩ
）は気水分１ｆＩｌ器、（９）は電池冷却水を電池スタ
ック（６）に供給する冷却水循環ポンプであって、（，
２／）は空気供給装置（７）から装置に供給される空気
を昇温する空気加熱器である再生熱交換器である。また
、符号（／／）は改質器燃焼排ガスと空気加熱器（２／
）で熱交換された余剰空気との混合ガスよシ装置に必要
な水を回収する冷却器、（ノコ）は純水装置、（／３）
は純水供給ポンプである。

次に上記実施例の動作について説明する。

燃料供給装置（１）よシ供給されたメタノール燃料は、
混合器（ｊ）でスチームを添加されて、改質器（りに導
入される。

ここでは、スチーム改質反応によシ水素リッチな一酸化
炭素濃度の低い改質ガスとなシ、電池スタック（６）の
燃料極に供給される。

一方、空気供給装置（７）よシ供給される空気は、空気
加熱器（，２／）において、電池スタック（Ａ）からの
余剰空気によシ昇温されて、電池スタック（６）の空気
極および改質器（りのバーナへ供給され。

電池スタック（６）における酸化剤、改質器（りのバー
ナ燃焼用空気として使用される。

電池スタック（６）における発熱分は、気水分離器（ざ
）内の水を、冷却水循環ポンプ（９）によシ、電池スタ
ック（６）に送給して気水分離器（りに回収する。

一方、空気加熱器（コ／）に導入された余剰空気は、冷
却されて少量の凝縮水を生成し、含有するリン酸が除去
され、改質器（りからの燃焼排ガスと混合されて、冷却
器（ｌｌ）に導入され、含有する水分の一部は凝縮水と
なる。この凝縮水のうち装置の運転に必要な量の凝縮水
が純水装置（ノコ）によって純水とされ、また、残シは
ドレイン水として排出される。この純水は、純水供給ポ
ンプ（１３）によシ、補給水として気水分ｍｓに補給さ
れる。

いま、次の条件のもとて回収熱量の比較を行ってみた。

交流発ｗＬ端でｉｏｏｋｗ出力（定格）となるメタノー
ル燃料電池発電装置を考え、改質器および電池スタック
等の動作条件を次に示す表のように定めるとき、計算結
果によると、定格運転時の装置衣ハ　改質器、電池スタ
ック等の動作条件投入メタノール燃料量はｉｊ７Ｋｍｏ
ｌ／ｈ　　となる。

空気加熱器（，２／）における回収熱量を検討するため
、空気加熱器（２／）において、余剰空気をｉｑ。

℃から６ユよ℃に冷却し、余剰空気よシ若干の凝縮水を
発生させ、余剰空気中に含有されるリン酸を除去するこ
ととして、空気加熱器（−／）まわシの熱・物質収支を
とると、第一図のとおりであり、電池スタック（６）の
空気極および改質器（リバーナに供給される空気への回
収熱量は、／６コＸ　／　０″Ｋｃａｌ／ｈとなる。こ
のうち、電池スタック（Ａ）の空気極に回収される熱量
は、Ｚ３６×７０４′Ｋｃａｌ／ｈで、この熱量は全て
気水分離器（ざ）にスチームとして回収される。また、
改質器（弘）のバーナに回収された熱は、全て燃焼熱量
の低減に貢献できる。

一方、従来装置によると、余剰空気は、凝縮水加熱器（
１０）において冷却器（／／）で生成された５０℃、常
圧の凝縮水と熱交換されるため、凝縮水は最大／　００
　’Ｃまで昇温されることとなシ、回収熱量は、２４１
？ｊＫｃａｌ／ｈ　（＝　２．７ｊＫｍｏｌ／ｈＸ／ｇ
×（ｔｏｏ−ｓｏ））と少ない。従って、この発明）こ
よると、定格運転時の回収熱量は、／３×１０″Ｋ　ｃ
ａｌ／ｈ多くなり、メタノール投入量を熱量上ｇ幻ｎｏ
ｌ／ｈ低減することができ、発電効率の向上が計７Ｌる
。

また、よシ低い部分負荷運転においても、改質器の助燃
やメタノール改質用スチーム供給のための気水分離器（
ｔ）内の循環冷却水加熱を必要としない。

なお、上記実施例では、空気供給装置の空気吐出側に空
気加熱器を設けた場合を示したが、空気吸引側に設けて
もよい。

また、メタノール燃料電池発電装置に適用した例につい
て述べたが、他の燃料を用いたリン酸型燃料電池発電装
置や溶融炭酸塩型および固体電解質型の燃料）に池発電
装置でも同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、空気供給装置の空気
吐出側に空気加熱器を設け、余剰空気により供給空気を
昇温して改質器バーナおよび電池スタックの空気極に送
給し、また、余剰９似は露点より若干低い温度まで下げ
るようにしたので余剰空気中のリン酸蒸気を確実に除去
できるとともＫよシ低負荷運転まで気水分離幅内の冷却
水加熱によるスチームの生成を必要とせず、また、よシ
高い燃料利用率における運転をする場合には、改質器の
助燃を要しないので発電効率が向上した燃料電池発電装
置が得られる効果を有している。

【図面の簡単な説明】ｗＣ／図はこの発明の一実施例によるメタノール燃料電
池発電装置を示すフロー図、第２図は余剰空気より熱回
収される空気加熱器まわりの熱φ物質収支図、第３図は
従来の天然ガス燃料の燃料電池発電装置を示すフロー図
である。（１）・・燃料供給装置、（ｙ）・・改質器、（６）・
・電池スタック、（７）・・空気供給装置、（に）・・
気水分Ｍ器、（／／）・・冷却器、（２／）・・再生熱
交換器（空気加熱器）。なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。手続補正書「自発」昭和６２手　７１月１４日

Claims

【特許請求の範囲】

燃料供給装置と、空気供給装置と、燃料を水素リッチな
改質ガスに変換させる改質器と、該改質ガスおよび空気
により直流電力を発生させる電池スタックと、該電池ス
タックに冷却水を循環供給する冷却水ラインに設けられ
ている気水分離器とを備えている燃料電池発電装置にお
いて、電池スタックから排出される余剰空気と空気供給
装置から供給される空気とを熱交換させる再生熱交換器
を備えていることを特徴とする燃料電池発電装置。