JPS63126173A - Power generating system of fused carbonate type fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的コ
（産業上の利用分野）
本発明は燃料電池と、改質装置と、圧縮空気発生装置と
を備えて構成される溶融炭酸塩型燃料電池発電システム
に係り、特にシステムの発電効率を高め得るようにした
溶融炭酸塩型燃料電池発電システムに関するものである
。[Detailed Description of the Invention] [Purpose of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention provides a molten carbonate fuel cell power generation system comprising a fuel cell, a reformer, and a compressed air generator. In particular, the present invention relates to a molten carbonate fuel cell power generation system that can increase the power generation efficiency of the system.
（従来の技術）
従来、燃料の有している化学的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電池が知られてい
る。この燃料電池は通常、電解質層を挟んで燃料極およ
び酸化剤極（以下、空気極と称する）の一対の電極を配
置すると共に、燃料極に燃料ガスを供給しまた空気極に
酸化剤ガスを供給し、このとき起こる電気化学的反応を
利用して上記両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、上記燃料ガスと酸化剤ガスが供給さ
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。(Prior Art) Fuel cells are conventionally known as devices that directly convert chemical energy contained in fuel into electrical energy. This fuel cell usually has a pair of electrodes, a fuel electrode and an oxidizer electrode (hereinafter referred to as an air electrode), with an electrolyte layer in between, and fuel gas is supplied to the fuel electrode, and oxidant gas is supplied to the air electrode. The system uses the electrochemical reaction that occurs at this time to extract electrical energy from between the two electrodes, and as long as the fuel gas and oxidant gas are supplied, electrical energy can be extracted with high conversion efficiency. It is something that can be taken out.
さて、現在考えられている燃料電池としては種々のもの
があるが、リン酸水溶液電解質を電解質としたリン酸型
燃料電池に次いで実用化されると期待されている第二世
代の燃料電池として溶融炭酸塩型燃料電池がある。この
溶融炭酸塩型燃料電池は、溶融した炭酸塩を電解質とし
て保持した電解質層を挟んで、燃料極および空気極の一
対の電極を配置して成り、燃料極には燃料ガスとして水
素を、また空気極には炭酸ガスおよび酸化剤ガスとして
空気を夫々供給し、このとき起こる電気化学的反応によ
り両電極間から電気エネルギーを取出すようにしたもの
である。そしてこの種の溶融炭酸塩型燃料電池は、炭化
水素を主成分とづる原燃料を水蒸気改質することによっ
て、その燃料ガスである水素ガスおよび一酸化炭素を改
質ガスとして得るための改質装置と、同じく酸化剤ガス
である空気を圧縮空気として得るための圧縮空気発生装
置とを備えて、溶融炭酸塩型燃料電池発電システム全体
を構成していることが多い。Now, there are various types of fuel cells currently being considered, but the second-generation fuel cell, which is expected to be put into practical use after the phosphoric acid fuel cell that uses an aqueous phosphoric acid electrolyte as an electrolyte, is a molten fuel cell. There are carbonate fuel cells. This molten carbonate fuel cell consists of a pair of electrodes, a fuel electrode and an air electrode, sandwiching an electrolyte layer that holds molten carbonate as an electrolyte. Air is supplied to the air electrode as carbon dioxide gas and oxidant gas, respectively, and electrical energy is extracted from between the two electrodes through the electrochemical reaction that occurs at this time. This type of molten carbonate fuel cell is a reformed fuel cell that produces hydrogen gas and carbon monoxide, which are the fuel gases, by steam reforming the raw fuel mainly composed of hydrocarbons. In many cases, the entire molten carbonate fuel cell power generation system includes the device and a compressed air generator for obtaining air, which is also an oxidant gas, as compressed air.
ここで、炭化水素を主成分とする原燃料としては、例え
ば天然ガス、ナフサ、メタノール、石油ガス、石炭ガス
化ガス等が用いられる。また、溶融炭酸塩型燃料電池発
電システムの溶融炭酸塩型燃料電池の運転における必要
条件としては、次のようなものがある。Here, as the raw fuel containing hydrocarbon as a main component, for example, natural gas, naphtha, methanol, petroleum gas, coal gasified gas, etc. are used. Further, the following are necessary conditions for operating the molten carbonate fuel cell of the molten carbonate fuel cell power generation system.
（ａ）空気極の酸化剤ガスには、炭酸ガス（ＣＯ２）を
添加する。(a) Carbon dioxide (CO2) is added to the oxidant gas at the air electrode.
（ｂ）燃料極の入口において、炭素析出が起こらない燃
料ガス組成にする。(b) Create a fuel gas composition that does not cause carbon deposition at the inlet of the fuel electrode.
一方、溶融炭酸塩型燃料電池発電システムを運用する上
で重要なことは、効率をできるだけ上げ、またシステム
をコンパクト化すること等である。On the other hand, what is important in operating a molten carbonate fuel cell power generation system is to increase efficiency as much as possible and to make the system compact.
そして、この溶融炭酸塩型燃料電池発電システムが他の
発電システムに対して経済的に優位にたつためには、シ
ステムの総合熱効率を最大限に高めることが必要であり
、このために種々の方法が研究されてきている。In order for this molten carbonate fuel cell power generation system to have an economic advantage over other power generation systems, it is necessary to maximize the overall thermal efficiency of the system, and various methods are used to achieve this. has been studied.
すなわち、溶融炭ＩＩＩ塩型燃料電池の燃料ガスとして
、炭化水素を水蒸気改質して得られる水素および一酸化
炭素を使用する場合、溶融炭酸塩型燃料電池内において
この燃料ガスに対し、ある燃料利用率（溶融炭酸塩型燃
料電池入口の水素子−酸化炭素の量に対する電気化学的
反応によって使用される水素子−酸化炭素の促）で運転
を行なった場合、溶融炭酸塩型燃料電池の燃料極から排
出ざ気取質のための改質装置の燃焼用燃料として利用す
ることが、溶融炭酸塩型燃料電池発電システムの総合熱
効率を上げる方法として知られている。That is, when hydrogen and carbon monoxide obtained by steam reforming hydrocarbons are used as fuel gas in a molten carbonate III salt fuel cell, a certain amount of fuel is used for this fuel gas in a molten carbonate fuel cell. When operated at a utilization rate (hydrogen molecules at the molten carbonate fuel cell inlet - hydrogen atoms used by the electrochemical reaction to the amount of carbon oxide - acceleration of carbon oxide), the fuel in the molten carbonate fuel cell It is known as a method to increase the overall thermal efficiency of a molten carbonate fuel cell power generation system to use it as a combustion fuel in a reformer for removing drafts from the poles.
また、溶融炭酸塩型燃料電池の空気極から排出される酸
素の希薄となった空気（以下、空気極排ガスと称する）
は、溶融炭酸塩型燃料電池で加圧運転する場合にはかな
りのΦ＃エネルギーを有しており、この母ｈエネルギー
をガスタービンにより回収して、圧縮空気供給のための
圧縮別動力の一部として利用づることが、溶融炭酸塩型
燃料電池発電システムの総合熱効率を改善する方法とし
てガスは、上述のように改質装置の燃焼用燃料として利
用されるが、燃料極排ガスの有する圧力エネルギーを回
収し、また改質装置から排出される燃焼排ガスの有する
熱エネルギーの回収効率を改善するために、改質装置の
燃焼室を溶融炭酸塩型燃料電池と同様に加圧とし、燃焼
排ガスを上述の空気極排ガスと共にガスタービンに供給
することによって動力回収を行なう方法も知られている
。In addition, oxygen-diluted air exhausted from the air electrode of a molten carbonate fuel cell (hereinafter referred to as air electrode exhaust gas)
has considerable Φ# energy when operated under pressure with a molten carbonate fuel cell, and this mother h energy is recovered by a gas turbine and used as part of the separate power for compression to supply compressed air. As a method of improving the overall thermal efficiency of a molten carbonate fuel cell power generation system, gas is used as a combustion fuel in a reformer as described above, but the pressure energy of the fuel electrode exhaust gas is In order to improve the recovery efficiency of the thermal energy contained in the flue gas discharged from the reformer, the combustion chamber of the reformer is pressurized in the same way as a molten carbonate fuel cell, and the flue gas is A method of recovering power by supplying the above-mentioned air electrode exhaust gas to a gas turbine is also known.
第３図は、この種の従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電シ
ステムの構成例を示したものである。第３図において、
１００は燃焼ＥＪ１０７を有し、燃料ガス系に配置され
た改質装置、１０１は単数または複数の燃料電池積層体
からなる溶融炭酸塩型燃料電池であり、溶融した炭酸塩
を電解質として保持した図示しない電解質層を挟んで配
置された空気極１０５と燃料極１０６を有している。ま
た、１０２はタービン１０３およびこれにより駆動され
る圧縮機１０４からなり、酸化剤ガス系に配置されＩ；
圧縮空気発生装置である。FIG. 3 shows an example of the configuration of this type of conventional molten carbonate fuel cell power generation system. In Figure 3,
Reference numeral 100 indicates a reformer having a combustion EJ 107 placed in the fuel gas system, and reference numeral 101 indicates a molten carbonate fuel cell consisting of one or more fuel cell stacks, which retains molten carbonate as an electrolyte. It has an air electrode 105 and a fuel electrode 106 arranged with an electrolyte layer sandwiched therebetween. Further, 102 is composed of a turbine 103 and a compressor 104 driven by the turbine 103, and is arranged in the oxidizing gas system.
It is a compressed air generator.
すなわち第３図において、外部から供給された炭化水素
を主成分とする原燃料１と、系内の排熱により発生させ
た水蒸気２とを混合した混合ガス３は、改質装置１００
内つまり内部に改質触媒層が設けられた改質管の内側に
導入され、上記改質管の外側に燃焼用燃料および燃焼用
空気を燃焼室１０７で燃焼して得られた高温燃焼ガスを
流通させることによって、水素および一酸化炭素を主成
分とした改質ガス４に改質され、これより溶融灰Ｍ塩型
燃料電池１０１の燃料極１０６にその燃料ガスとして供
給される。また、大気中の新鮮な空気７は、圧縮空気発
生装置１０２により空気極排ガス１２の排熱を利用して
所定の圧力まで昇圧して圧縮空気８とした後に、一部は
溶融炭酸塩型燃料電池１０１の空気極１０５へ供給する
酸化剤ガス１０として、また残りは上記改質装置１００
の燃焼室１０７の燃焼用空気９として供給される。That is, in FIG. 3, a mixed gas 3 consisting of a raw fuel 1 mainly composed of hydrocarbons supplied from the outside and water vapor 2 generated by exhaust heat within the system is supplied to the reformer 100.
A high-temperature combustion gas obtained by combusting combustion fuel and combustion air in a combustion chamber 107 is introduced into the inside of a reforming tube in which a reforming catalyst layer is provided inside, and outside of the reforming tube. By circulating it, it is reformed into a reformed gas 4 containing hydrogen and carbon monoxide as main components, which is then supplied to the fuel electrode 106 of the molten ash M-salt fuel cell 101 as the fuel gas. In addition, fresh air 7 in the atmosphere is pressurized to a predetermined pressure by a compressed air generator 102 using the exhaust heat of the air electrode exhaust gas 12 to become compressed air 8, and a part of it is converted into compressed air 8. The oxidant gas 10 is supplied to the air electrode 105 of the battery 101, and the rest is supplied to the reformer 100.
The combustion air 9 is supplied to the combustion chamber 107 of the combustion chamber 107.
そして、上記溶融炭酸塩型燃料電池１０１へ供給される
酸化剤ガス１０と、改質装置１００から排出される燃焼
排ガス６との混合ガス１１は、溶融炭酸塩型燃料電池１
０１の空気極１０５へ供給される。一方、上記溶融炭酸
塩型燃料電池１０１の燃料極１０６から排出された燃料
極排ガス５は、改質装置１００の燃焼室１０７の燃焼用
燃料として供給される。また、溶融炭酸塩型燃料電池１
０１の空気極１０５から排出された空気極排ガス１２は
、圧縮空気発生装置１０２のタービン１０３へ供給され
て排熱回収が行なわれる。さらに、上記溶融炭酸塩型燃
料電池１０１は例えば６５０℃付近の温度で作動し、空
気極１０５．燃料（ｆＪｌ ０６において夫々電気化学
的反応を行なうことにより、全体として燃料ガスの有す
る化学的エネルギーを、電気エネルギーと反応に伴う熱
エネルギーとに変換する。Then, the mixed gas 11 of the oxidant gas 10 supplied to the molten carbonate fuel cell 101 and the combustion exhaust gas 6 discharged from the reformer 100 is supplied to the molten carbonate fuel cell 101.
It is supplied to the air electrode 105 of No. 01. On the other hand, the fuel electrode exhaust gas 5 discharged from the fuel electrode 106 of the molten carbonate fuel cell 101 is supplied as combustion fuel to the combustion chamber 107 of the reformer 100. In addition, molten carbonate fuel cell 1
The air electrode exhaust gas 12 discharged from the air electrode 105 of No. 01 is supplied to the turbine 103 of the compressed air generator 102, and exhaust heat is recovered. Further, the molten carbonate fuel cell 101 operates at a temperature of around 650°C, for example, and the air electrode 105. By performing electrochemical reactions in the fuel (fJl 06), the chemical energy of the fuel gas as a whole is converted into electrical energy and thermal energy associated with the reaction.
ところで、上述したような従来の溶融炭酸塩型燃料電池
発電システムにおいては、次のような問題がある。すな
わち、従来では溶融炭酸塩型燃料電池１０１の排ガス利
用としては、燃料極排ガス５は改質装置１００の燃焼室
１０７での燃焼用燃料として用いられ、空気極排ガス１
２は圧縮空気発生装置１０２のタービン１０３を駆動す
る動力用として回収される。そして、この動力回収分に
より新鮮な空気７を改質装置１００の燃焼室１０７での
燃焼用空気として用いていることから、この分だけ外部
から余分の新鮮な空気７を導入する必要があり、この分
だけ効率を高くすることができないという問題があった
。However, the conventional molten carbonate fuel cell power generation system as described above has the following problems. That is, in conventional exhaust gas utilization of the molten carbonate fuel cell 101, the fuel electrode exhaust gas 5 is used as a combustion fuel in the combustion chamber 107 of the reformer 100, and the air electrode exhaust gas 1 is used as a fuel for combustion in the combustion chamber 107 of the reformer 100.
2 is recovered as power for driving the turbine 103 of the compressed air generator 102. Since the fresh air 7 from this power recovery is used as combustion air in the combustion chamber 107 of the reformer 100, it is necessary to introduce extra fresh air 7 from the outside for this amount. There was a problem that the efficiency could not be increased by this amount.
（発明が解決しようとする問題点）
以上のように、従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電システ
ムでは、高い発電効率で運転を行なうことができないと
いう問題があった。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the conventional molten carbonate fuel cell power generation system has a problem in that it cannot be operated with high power generation efficiency.
本発明は上述のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的は高い発電効率で運転を行なうことが可
能な信頼性の高い溶融炭酸塩型燃料電池発電システムを
提供することにある。The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a highly reliable molten carbonate fuel cell power generation system that can operate with high power generation efficiency. be.
［発明の構成］
（問題点を解決するための手段）
上記の目的を達成するために本発明では、改質管の内側
に原燃料と水蒸気との混合ガスを導入すると共に、上記
改質管の外側に燃焼用燃料および燃焼用空気を燃焼室で
燃焼して得られた高温燃焼ガスを流通させることにより
水素および一酸化炭素を主成分とした改質ガスを生成す
る改質装置と、タービンにて駆動される圧縮機により大
気中の空気を所定圧まで昇圧して圧縮空気を発生する圧
縮空気発生装置と、上記改質装置で得られた改質ガスを
燃料ガスとして燃料極に導入すると共に。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention introduces a mixed gas of raw fuel and steam into the inside of the reforming tube, and A reformer that generates reformed gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide by circulating high-temperature combustion gas obtained by burning combustion fuel and combustion air in a combustion chamber, and a turbine. A compressed air generator that generates compressed air by boosting atmospheric air to a predetermined pressure using a compressor driven by a compressor, and a compressed air generator that generates compressed air by pressurizing air in the atmosphere to a predetermined pressure by a compressor driven by a compressor, and introducing the reformed gas obtained by the reformer into the fuel electrode as fuel gas. With.
上記圧縮空気発生装置で得られた圧縮空気と上記改質装
置から排出される燃焼排ガスとの混合ガスを酸化剤ガス
として酸化剤極に導入し、このとき起こる電気化学的反
応により両電極間から電気エネルギーを取出す溶融炭酸
塩型燃料電池とを備え、上記溶融炭酸塩型燃料電池の酸
化剤極から排出される排ガスの少なくとも一部と、上記
圧縮空気発生装置で得られた圧縮空気の少なくとも一部
との混合ガスを上記改質装置の燃焼室における燃焼用空
気として導入し、さらに上記溶融炭酸塩型燃料電池の燃
料極から排出される排ガスと、上記原燃料の多くとも一
部との混合ガスを上記改質装置の燃焼室における燃焼用
燃料として導入する構成と、 したことを特徴とする
。A mixed gas of the compressed air obtained by the compressed air generator and the combustion exhaust gas discharged from the reformer is introduced into the oxidizer electrode as an oxidizer gas, and the electrochemical reaction that occurs at this time causes the gas to flow between the two electrodes. a molten carbonate fuel cell that extracts electrical energy, and at least part of the exhaust gas discharged from the oxidizer electrode of the molten carbonate fuel cell and at least part of the compressed air obtained by the compressed air generator. Introducing the mixed gas with the mixture as combustion air in the combustion chamber of the reformer, and further mixing the exhaust gas discharged from the fuel electrode of the molten carbonate fuel cell with at least a part of the raw fuel. The present invention is characterized by a configuration in which gas is introduced as combustion fuel in the combustion chamber of the reformer.
（作用）
上述の溶融炭酸塩型燃料電池発電システムにおいては、
改質装置の燃焼室での燃焼用空気として、溶融炭酸塩型
燃料電池の空気極からの空気極排ガスと、圧縮空気発生
装置からの新鮮な空気との混合ガスを使用し、また同じ
く燃焼用燃料として、溶融炭酸塩型燃料電池の燃料極か
らの燃料極排ガスと、外部から供給される原燃料との混
合ガスを使用していることから、新鮮な空気の使用量が
減少し、この新鮮な空気を圧縮するために必要な圧縮空
気発生装置の圧縮機の動力が節減できる。(Function) In the above-mentioned molten carbonate fuel cell power generation system,
The combustion air in the combustion chamber of the reformer is a mixture of the air electrode exhaust gas from the air electrode of the molten carbonate fuel cell and the fresh air from the compressed air generator. As the fuel is a mixture of fuel electrode exhaust gas from the fuel electrode of a molten carbonate fuel cell and raw fuel supplied from outside, the amount of fresh air used is reduced. The power of the compressor of the compressed air generator required to compress the air can be saved.
そしてこの動力節減量は、圧縮空気発生装置のタービン
へ供給されるガス適が全体として減少することによる回
収動力の減少量に比べて大きいため、高い発電効率で運
転が行なわれることになる。Since this amount of power savings is larger than the amount of reduction in recovered power due to the overall reduction in the amount of gas supplied to the turbine of the compressed air generator, operation is performed with high power generation efficiency.
（実施例）
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は、本発明による溶融炭酸塩型燃料電池発電シス
テムの構成例をブロック的に示すものであり、第３図と
同一部分には同一符号を付して示してその説明を省略し
、ここでは異なる部分についてのみ述べる。FIG. 1 shows in block form an example of the configuration of a molten carbonate fuel cell power generation system according to the present invention, and the same parts as in FIG. Only the different parts will be described here.
すなわち第１図は、前述した第４図における溶融炭酸塩
型燃料電池１０１の空気極１０５から排出される空気極
排ガス１２の一部１７と、前記圧縮空気発生装置１０２
で得られた圧縮空気８の一部９との混合ガス１９を、前
記改質装置１００の燃焼室１０７における燃焼用空気と
して導入し、一方上記溶融炭酸塩型燃料電池１０１の燃
料極１０６から排出される燃料極排ガス５と、前記原燃
料１の一部１４との混合ガス１６を、上記改質装置１０
０の燃焼室１０７における燃焼用燃料として導入する構
成としたものである。That is, FIG. 1 shows a portion 17 of the air electrode exhaust gas 12 discharged from the air electrode 105 of the molten carbonate fuel cell 101 shown in FIG.
A mixed gas 19 with a portion 9 of the compressed air 8 obtained in step 1 is introduced as combustion air in the combustion chamber 107 of the reformer 100, while being discharged from the fuel electrode 106 of the molten carbonate fuel cell 101. A mixed gas 16 of the fuel electrode exhaust gas 5 and a portion 14 of the raw fuel 1 is transferred to the reformer 10.
This configuration is such that the fuel is introduced as combustion fuel in the combustion chamber 107 of No. 0.
次に、かかる如く構成した溶融炭酸塩型燃料電池発電シ
ステムの作用について述べる。Next, the operation of the molten carbonate fuel cell power generation system constructed as described above will be described.
第１図において、まず外部から供給された炭化水素を主
成分とする原燃料１は、改質装置１００の改質管内に供
給される原燃料１５と、改質装置１００の燃焼室１０７
に供給される原燃料１４とに分離される。そして、この
分離された一方の原燃料１５と、系内の排熱により発生
させた水蒸気２とを混合した混合ガス３は、改質装置１
００の改質管内に供給され、ここで水素および一酸化炭
素を主成分とした改質ガス４に改質され、この改質ガス
４は溶融炭酸塩型燃料電池１０１の燃料極１０６にその
燃料ガスとして供給される。また、上記溶融炭酸塩型燃
料電池１０１の空気［！１０５から排出される空気極排
ガス１２の一部１８にて。In FIG. 1, raw fuel 1 mainly composed of hydrocarbons supplied from the outside is first divided into raw fuel 15 supplied into the reforming tube of reformer 100 and combustion chamber 107 of reformer 100.
It is separated into raw fuel 14, which is supplied to The mixed gas 3, which is a mixture of the separated one raw fuel 15 and the steam 2 generated by the exhaust heat in the system, is supplied to the reformer 1.
The reformed gas 4 is supplied to the fuel electrode 106 of the molten carbonate fuel cell 101, where it is reformed into a reformed gas 4 mainly composed of hydrogen and carbon monoxide. Supplied as a gas. Moreover, the air [! At part 18 of the cathode exhaust gas 12 discharged from 105.
圧縮空気発生装置１０２のタービン１０３を駆動し、こ
れを動力源として圧縮閤１０４により、大気中の新鮮な
空気７が所定の圧力まで昇圧される。A turbine 103 of a compressed air generator 102 is driven, and fresh air 7 in the atmosphere is pressurized to a predetermined pressure by a compressor 104 using the turbine 103 as a power source.
そして、この昇圧により得られた圧縮空気８の一部は、
酸化剤ガス１０として溶融炭酸塩型燃料電池１０１に供
給され、残り９は改質装置ｌｌ ００の燃焼室１０７に
供給される。ここで、溶融炭酸塩型燃料電池１０１に供
給される酸化剤ガス１０は改質装置１００からの燃焼排
ガス６と混合され、空気穫用の酸化剤ガス１１として溶
融炭酸塩型燃料電池１０１の空気極１０５に供給される
。これにより、溶融炭酸塩型燃料電池１０１は例えば６
５０℃付近の温度で作動し、空気極１０５．燃料極１０
６において夫々電気化学的反応が起こり、全体として燃
料ガスの有する化学的エネルギーが。A part of the compressed air 8 obtained by this pressurization is
The oxidant gas 10 is supplied to the molten carbonate fuel cell 101, and the remaining 9 is supplied to the combustion chamber 107 of the reformer 1100. Here, the oxidizing gas 10 supplied to the molten carbonate fuel cell 101 is mixed with the combustion exhaust gas 6 from the reformer 100, and the oxidizing gas 11 for air harvesting is mixed with the oxidizing gas 10 supplied to the molten carbonate fuel cell 101. is supplied to pole 105. As a result, the molten carbonate fuel cell 101 has, for example, 6
Operating at a temperature around 50°C, the air electrode 105. Fuel electrode 10
6, an electrochemical reaction occurs, and the chemical energy of the fuel gas as a whole increases.
電気エネルギーと反応に伴う熱エネルギーとに変換され
る。It is converted into electrical energy and thermal energy associated with the reaction.
一方、上記溶融炭酸塩型燃料電池１０１の燃料極１０６
から排出された燃料園排ガス５は、上述の分離された他
方の原燃料１４と混合された後、改質装置用の燃焼用燃
料１６として改質装置１００の燃焼室１０７に供給され
る。また、溶融炭酸塩型燃料電池１０１の空気極１０５
から排出された空気極排ガス１２は、一部が圧縮空気発
生装置１０２のタービン１０３にその駆動用ガスとして
供給され、残り１７は上述の圧縮空気８の一部の空気９
と混合された後、改質装置用の燃焼用空気１９として改
質装置１００の燃焼室１０７に供給される。On the other hand, the fuel electrode 106 of the molten carbonate fuel cell 101
After being mixed with the other separated raw fuel 14 described above, the fuel garden exhaust gas 5 discharged from the fuel garden is supplied to the combustion chamber 107 of the reformer 100 as combustion fuel 16 for the reformer. In addition, the air electrode 105 of the molten carbonate fuel cell 101
A part of the air electrode exhaust gas 12 discharged from the air electrode is supplied to the turbine 103 of the compressed air generator 102 as its driving gas, and the remaining part 17 is supplied to the air 9 as part of the compressed air 8 mentioned above.
After being mixed with the air, it is supplied to the combustion chamber 107 of the reformer 100 as combustion air 19 for the reformer.
この場合、本実施例の溶融炭酸塩型燃料電池発電システ
ムでは、溶融炭酸塩型燃料電池１０１の空気極１０５か
ら排出される空気極排ガス１２の一部１７と、圧縮空気
発生装置１０２で１１られた圧縮空気８の一部９との混
合ガスを、改質装置１００の燃焼室１０７における燃焼
用空気として使用するようにしているので、溶融炭酸塩
型燃料電池１０１の酸素利用率により発電効率の変化が
現われる。すなわち第２図は、酸素利用率（％）に対づ
る発電効率（％、ＨＨＶ）の特性曲線を示したものであ
る。なお第２図では、改質装置１００の燃焼用空気とし
て新１！Ｙな空気７のみを用いた従来例のものについて
も、比較のために併せて示している。第２図から、本実
施例の溶融炭酸塩型燃料電池発電システムでは、酸素＋
す周率６０％において発電効率が５２．２％であるのに
対して、従来例のものでは発電効率は５１．２％であり
、本実施例のものによって約１％の発電効率のアップが
可能となることが明らかである。In this case, in the molten carbonate fuel cell power generation system of this embodiment, a portion 17 of the air electrode exhaust gas 12 discharged from the air electrode 105 of the molten carbonate fuel cell 101 and a Since the mixed gas with part 9 of the compressed air 8 is used as combustion air in the combustion chamber 107 of the reformer 100, the power generation efficiency is improved by the oxygen utilization rate of the molten carbonate fuel cell 101. Change appears. That is, FIG. 2 shows a characteristic curve of power generation efficiency (%, HHV) versus oxygen utilization rate (%). In addition, in FIG. 2, new 1! is used as the combustion air for the reformer 100. A conventional example using only Y air 7 is also shown for comparison. From Figure 2, in the molten carbonate fuel cell power generation system of this example, oxygen +
At a frequency of 60%, the power generation efficiency is 52.2%, whereas in the conventional example, the power generation efficiency is 51.2%, and in this example, the power generation efficiency is increased by approximately 1%. It is clear that this is possible.
上述したように、本実施例による溶融炭酸塩型燃料電池
発電システムにおいては、溶融炭酸塩型燃料電池１０１
の空気極１０５から排出される空気極排ガス１２の一部
１７と、前記圧縮空気発生装置１０２で得られた圧縮空
気８の一部９との混合ガス１９を、前記改質装＠１０ｏ
の燃焼室１０７における燃焼用空気として導入し、一方
上記溶融炭酸塩型燃料電池１０１の燃料極１０６から排
出される燃料極排ガス５と、前記原燃料１の一部１４と
の混合ガス１６を、上記改質装置１００の燃焼室１０７
における燃焼用燃料とじて導入する構成としたものであ
る。As described above, in the molten carbonate fuel cell power generation system according to this embodiment, the molten carbonate fuel cell 101
A mixed gas 19 of a part 17 of the air electrode exhaust gas 12 discharged from the air electrode 105 and a part 9 of the compressed air 8 obtained by the compressed air generator 102 is mixed with
A mixed gas 16 of fuel electrode exhaust gas 5 and part 14 of the raw fuel 1 is introduced as combustion air into the combustion chamber 107 of the molten carbonate fuel cell 101 and discharged from the fuel electrode 106 of the molten carbonate fuel cell 101. Combustion chamber 107 of the reformer 100
The structure is such that it is introduced as a combustion fuel.
従って、改質装置１００の燃焼室１０７での燃焼用空気
として使用される新鮮な空気７の使用Ｍが減少し、この
新鮮な空気７を圧縮するために必要な圧縮空気発生装置
１０２の圧縮機１０４の動力を節減することができる。Therefore, the use M of fresh air 7 used as combustion air in the combustion chamber 107 of the reformer 100 is reduced, and the compressor of the compressed air generator 102 required to compress this fresh air 7 is reduced. 104 can be saved.
そしてこの動力節減団は、圧縮空気発生装置１０２のタ
ービン１０３へ供給されるガス吊が全体として減少する
ことによる回収動力の減少量に比べて大きい！こめ、慟
めで高い発電効率で運転を行なうことが可能となる。This power saving is larger than the amount of reduction in recovered power due to the overall reduction in the amount of gas supplied to the turbine 103 of the compressed air generator 102! This makes it possible to operate with high power generation efficiency in a compact manner.
尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、その要旨を変更しない範囲で種々に変形して実施する
ことができるものである。Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented with various modifications without changing the gist thereof.
以上説明したように本発明によれば、溶融炭酸塩型燃料
電池の酸化剤極から排出される排ガスの少なくとも一部
と、上記圧縮空気発生装置で得られた圧縮空気の少なく
とも一部との混合ガスを上記改質装置の燃焼室にお（プ
る燃焼用空気として導入し、さらに上記溶融炭酸塩型燃
料電池の燃料極から排出される排ガスと、上記原燃料の
多くとも一部との混合ガスを上記改質装置の燃焼室にお
ける燃焼用燃料として導入する構成としたので、高い発
電効率で運転を行なうことが可能な極めて信頼性の高い
溶融炭酸塩型燃料電池発電システムが提供できる。As explained above, according to the present invention, at least a portion of the exhaust gas discharged from the oxidizer electrode of the molten carbonate fuel cell is mixed with at least a portion of the compressed air obtained by the compressed air generator. The gas is introduced into the combustion chamber of the reformer as combustion air, and the exhaust gas discharged from the fuel electrode of the molten carbonate fuel cell is mixed with at least a portion of the raw fuel. Since the gas is introduced as a fuel for combustion in the combustion chamber of the reformer, an extremely reliable molten carbonate fuel cell power generation system that can be operated with high power generation efficiency can be provided.
第１図は本発明による溶融炭酸塩型燃料電池発電システ
ムの一実施例を示す構成ブロック図、第２図は酸素利用
率と発電効率との関係を１本発明と従来のものについて
夫々比較して示す特性曲線図、第３図は従来の溶融炭酸
塩型燃料電池発電システムを示す構成ブロック図である
。
１００・・・改質装置、１０１・・・溶融炭酸塩型燃料
電池、１０２・・・圧縮空気発生装置、１０３・・・タ
ービン、１０４・・・圧縮機、１０５・・・空気極、１
０６・・・燃料極、１０７・・・燃焼室、１・・・原燃
料、２・・・水蒸気、３・・・混合ガス、４・・・改質
ガス、５・・・燃料極排ガス、６・・・燃焼排ガス、７
・・・新鮮な空気、８・・・圧縮空気、９・・・燃焼用
空気、１０・・・酸化剤ガス、１１・・・混合ガス、１
２・・・空気極排ガス、１４・・・原燃料１の一部、１
６・・・混合ガス、１７．１８・・・空気極排ガス１２
の一部、１９・・・混合ガス。
出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
第１図Figure 1 is a block diagram showing an embodiment of a molten carbonate fuel cell power generation system according to the present invention, and Figure 2 compares the relationship between oxygen utilization rate and power generation efficiency between the present invention and a conventional system. FIG. 3 is a block diagram showing a conventional molten carbonate fuel cell power generation system. 100... Reformer, 101... Molten carbonate fuel cell, 102... Compressed air generator, 103... Turbine, 104... Compressor, 105... Air electrode, 1
06...Fuel electrode, 107...Combustion chamber, 1...Raw fuel, 2...Steam, 3...Mixed gas, 4...Reformed gas, 5...Fuel electrode exhaust gas, 6... Combustion exhaust gas, 7
... Fresh air, 8... Compressed air, 9... Combustion air, 10... Oxidizing gas, 11... Mixed gas, 1
2...Air electrode exhaust gas, 14...Part of raw fuel 1, 1
6... Mixed gas, 17.18... Air electrode exhaust gas 12
Part of 19... mixed gas. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1
Claims (2)
入すると共に、前記改質管の外側に燃焼用燃料および燃
焼用空気を燃焼室で燃焼して得られた高温燃焼ガスを流
通させることにより水素および一酸化炭素を主成分とし
た改質ガスを生成する改質装置と、タービンにて駆動さ
れる圧縮機により大気中の空気を所定圧まで昇圧して圧
縮空気を発生する圧縮空気発生装置と、前記改質装置で
得られた改質ガスを燃料ガスとして燃料極に導入すると
共に、前記圧縮空気発生装置で得られた圧縮空気と前記
改質装置から排出される燃焼排ガスとの混合ガスを酸化
剤ガスとして酸化剤極に導入し、このとき起こる電気化
学的反応により両電極間から電気エネルギーを取出す溶
融炭酸塩型燃料電池とを備え、前記溶融炭酸塩型燃料電
池の酸化剤極から排出される排ガスの少なくとも一部と
、前記圧縮空気発生装置で得られた圧縮空気の少なくと
も一部との混合ガスを前記改質装置の燃焼室における燃
焼用空気として導入し、さらに前記溶融炭酸塩型燃料電
池の燃料極から排出される排ガスと、前記原燃料の多く
とも一部との混合ガスを前記改質装置の燃焼室における
燃焼用燃料として導入する構成としたことを特徴とする
溶融炭酸塩型燃料電池発電システム。(1) A mixed gas of raw fuel and steam is introduced into the inside of the reforming tube, and high-temperature combustion gas obtained by burning combustion fuel and combustion air in a combustion chamber is introduced into the outside of the reforming tube. A reformer generates reformed gas mainly consisting of hydrogen and carbon monoxide by circulating it, and a compressor driven by a turbine increases the pressure of air in the atmosphere to a predetermined pressure to generate compressed air. A compressed air generator, the reformed gas obtained by the reformer is introduced into the fuel electrode as a fuel gas, and the compressed air obtained by the compressed air generator and combustion exhaust gas discharged from the reformer. A molten carbonate fuel cell is equipped with a molten carbonate fuel cell in which a mixed gas of Introducing a mixed gas of at least part of the exhaust gas discharged from the oxidizer electrode and at least part of the compressed air obtained by the compressed air generator as combustion air in the combustion chamber of the reformer, and further The method is characterized in that a mixed gas of exhaust gas discharged from the fuel electrode of the molten carbonate fuel cell and at least a portion of the raw fuel is introduced as a fuel for combustion in the combustion chamber of the reformer. A molten carbonate fuel cell power generation system.
いるようにしたものである特許請求の範囲第（１）項記
載の溶融炭酸塩型燃料電池発電システム。(2) The molten carbonate fuel cell power generation system according to claim (1), wherein the raw fuel uses a material mainly composed of hydrocarbons.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61271221A JPH0665060B2 (en) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | Molten carbonate fuel cell power generation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61271221A JPH0665060B2 (en) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | Molten carbonate fuel cell power generation system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63126173A true JPS63126173A (en) | 1988-05-30 |
| JPH0665060B2 JPH0665060B2 (en) | 1994-08-22 |
Family
ID=17497036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61271221A Expired - Lifetime JPH0665060B2 (en) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | Molten carbonate fuel cell power generation system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0665060B2 (en) |
Cited By (5)
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| JPWO2008096623A1 (en) * | 2007-02-07 | 2010-05-20 | 財団法人電力中央研究所 | Power generation equipment |
| US8110310B2 (en) | 2007-02-07 | 2012-02-07 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Power generating plant |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0665060B2 (en) | 1994-08-22 |
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