JPS63141269A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
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- JPS63141269A JPS63141269A JP61284284A JP28428486A JPS63141269A JP S63141269 A JPS63141269 A JP S63141269A JP 61284284 A JP61284284 A JP 61284284A JP 28428486 A JP28428486 A JP 28428486A JP S63141269 A JPS63141269 A JP S63141269A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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。
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］
本発明は燃料電池発電システムに関し、詳しくは水蒸気
改質ガスの排熱を熱源とし、得られた高圧のプロセスス
チームを用いて、原料を水蒸気改質、ＣＯ変成させ、得
られた高圧の燃料ガスを使用して熱効率を高めることに
よって発電効率を向上させた燃料電池発電システムに関
する。
改質ガスの排熱を熱源とし、得られた高圧のプロセスス
チームを用いて、原料を水蒸気改質、ＣＯ変成させ、得
られた高圧の燃料ガスを使用して熱効率を高めることに
よって発電効率を向上させた燃料電池発電システムに関
する。
［従来の技術］
リン酸型の燃料電池発電システムでは、水蒸気改質に使
用するプロセススチームの熱源として、燃料電池本体の
冷却を兼ねて燃Ｆｌ電池の排熱を利用してスチームを発
生させているが、排熱（燃料電池の運転温度）以上のス
チームが得られないという欠点がある。燃料電池は運転
圧力が高い程、電池効率が高くなるので、供給する燃料
ガスの圧力を電池の別械的な許容圧力〈約１０ｋａ ／
ｃｉ−Ｇ ）まで運転圧力を上げたいが、水蒸気改質
を行なう改質炉への供給スチームの圧力が６．０〜７．
０ｋｇ／ｃｄ−Ｇであるため、燃ＦＩＮ池は４．Ｏｋｇ
／ ｃｍ−Ｇ前後でしか運転されていないのが実状で
ある。
用するプロセススチームの熱源として、燃料電池本体の
冷却を兼ねて燃Ｆｌ電池の排熱を利用してスチームを発
生させているが、排熱（燃料電池の運転温度）以上のス
チームが得られないという欠点がある。燃料電池は運転
圧力が高い程、電池効率が高くなるので、供給する燃料
ガスの圧力を電池の別械的な許容圧力〈約１０ｋａ ／
ｃｉ−Ｇ ）まで運転圧力を上げたいが、水蒸気改質
を行なう改質炉への供給スチームの圧力が６．０〜７．
０ｋｇ／ｃｄ−Ｇであるため、燃ＦＩＮ池は４．Ｏｋｇ
／ ｃｍ−Ｇ前後でしか運転されていないのが実状で
ある。
そこで、スチームの発生圧力（すなわち温度）を上げる
ための工夫として特開昭５７−１４１８７７＠公報に開
示されている方法があるが、これは空冷式の燃料電池に
しか応用できないものである。
ための工夫として特開昭５７−１４１８７７＠公報に開
示されている方法があるが、これは空冷式の燃料電池に
しか応用できないものである。
また、特開昭５７−１５８９６４号公報に開示されてい
るような、アノードの運転圧力を下げてしまう方法もあ
るが、この条件に合う差圧の大きな燃料電池がいまだに
開発されておらず現実的なものではない。
るような、アノードの運転圧力を下げてしまう方法もあ
るが、この条件に合う差圧の大きな燃料電池がいまだに
開発されておらず現実的なものではない。
また、スチームの圧力を上げるために圧縮器を設置する
こともできるが、設備費用の点から好ましくない。
こともできるが、設備費用の点から好ましくない。
［発明の解決しようとする問題点］
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり
、高圧のプロセススチームの発生源をシステム内に組込
むことによって、熱効率を高めて発電効率を向上させ、
かつコンパクトで運転操作の容易な燃料電池発電システ
ムを提供することを目的とするものである。
、高圧のプロセススチームの発生源をシステム内に組込
むことによって、熱効率を高めて発電効率を向上させ、
かつコンパクトで運転操作の容易な燃料電池発電システ
ムを提供することを目的とするものである。
［問題点を解決するための手段および作用］木発明者は
高圧のプロセススチームを得るため、スチームの発生源
を種々検討した結果、本発明を完成させるに至った。
高圧のプロセススチームを得るため、スチームの発生源
を種々検討した結果、本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は、原料を水蒸気改質、変成して水素燃
料を生成する燃料処理装置および前記水素燃料と空気等
の酸化剤の供給を受けて発電を行なう燃料電池とからな
る燃料電池発電システムにおいて、改質ガスの保有する
熱量を利用して改質水蒸気を発生させることを特徴とす
る燃料電池発電システムにある。
料を生成する燃料処理装置および前記水素燃料と空気等
の酸化剤の供給を受けて発電を行なう燃料電池とからな
る燃料電池発電システムにおいて、改質ガスの保有する
熱量を利用して改質水蒸気を発生させることを特徴とす
る燃料電池発電システムにある。
以下、本発明を図面に基づき具体的に説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すプロセス７０−シート
であり、排熱をプロセススチームに変換するために、従
来の大型の水素の製造Ｓ！置に用いられる排熱ボイラと
断熱型変成反応器を組合わせたものである。
であり、排熱をプロセススチームに変換するために、従
来の大型の水素の製造Ｓ！置に用いられる排熱ボイラと
断熱型変成反応器を組合わせたものである。
同図において、メタン等からなる原料は、水蒸気改質炉
（装置）１において水蒸気改質される。
（装置）１において水蒸気改質される。
水蒸気改質された改質ガスは、排熱ボイラ２ａによって
冷却され、次いで断熱型高温ｃｏ変成反応器３に導入さ
れる。改質ガスはこの断熱型窩Ｈｇ ＣＯ変成反応器３
において、ｃｏ変成され、高温変成ガスとなり、再び排
熱ボイラ２ｂによって冷却される。冷却された高温変成
ガスは、断熱型低温ＣＯ変成反応器４に導入され、ざら
にｃｏ変成され、低温変成ガスとなり、燃料電池の燃料
ガスとして使用される。
冷却され、次いで断熱型高温ｃｏ変成反応器３に導入さ
れる。改質ガスはこの断熱型窩Ｈｇ ＣＯ変成反応器３
において、ｃｏ変成され、高温変成ガスとなり、再び排
熱ボイラ２ｂによって冷却される。冷却された高温変成
ガスは、断熱型低温ＣＯ変成反応器４に導入され、ざら
にｃｏ変成され、低温変成ガスとなり、燃料電池の燃料
ガスとして使用される。
一方、排熱ボイラ２ａ、２ｂにおいて、吸熱された熱エ
ネルギーは、スチームドラム５を経て、プロセススチー
ムに変換され、スチームライン６を通って、原料ととも
に水蒸気改質炉１に導入される。
ネルギーは、スチームドラム５を経て、プロセススチー
ムに変換され、スチームライン６を通って、原料ととも
に水蒸気改質炉１に導入される。
第２図は本発明の他の実施例を示すプロセスフローシー
トであり、排熱をプロセススチームに変換するために、
熱交換型変成反応器を用゛いたものである。
トであり、排熱をプロセススチームに変換するために、
熱交換型変成反応器を用゛いたものである。
同図において、メタン等からなる原料は、水蒸気改質炉
（装置）１において水蒸気改質される。
（装置）１において水蒸気改質される。
水蒸気改質された改質ガスは、熱交換型ＧＯ変成反応器
７に導入され、ｃｏ変成される。ここに用いられる熱交
換型ｃｏ変成反応器７としては、例えば第３図（ａ）〜
（ｅ）に示される型式のものが採用される。このように
してＣＯ変成された変成ガスは燃料電池の燃料ガスとし
て使用される。
７に導入され、ｃｏ変成される。ここに用いられる熱交
換型ｃｏ変成反応器７としては、例えば第３図（ａ）〜
（ｅ）に示される型式のものが採用される。このように
してＣＯ変成された変成ガスは燃料電池の燃料ガスとし
て使用される。
一方、熱交換型ｃｏ変成反応器７において、熱交換され
た熱エネルギーは、スチームドラム５を経由して、プロ
セススチームに変換され、スチームライン６を通って、
原料とともに水蒸気改質炉１に導入される。
た熱エネルギーは、スチームドラム５を経由して、プロ
セススチームに変換され、スチームライン６を通って、
原料とともに水蒸気改質炉１に導入される。
一方、従来用いられていた燃料電池から発生するスチー
ムは燃料電池の空気圧縮用コンプレッサの動力源として
水蒸気改質炉の排気ガスとともに供給される等の利用が
図られる。
ムは燃料電池の空気圧縮用コンプレッサの動力源として
水蒸気改質炉の排気ガスとともに供給される等の利用が
図られる。
このように、水蒸気改質の排熱を熱源とし、プロセスス
チームに変換することによって、燃料電池発電システム
に高圧のプロセススチームが供給される。
チームに変換することによって、燃料電池発電システム
に高圧のプロセススチームが供給される。
［実施例］
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて説明する
。
。
１１九二
第２図に示す水蒸気改質炉、熱交換型ＣＯ変成反応器を
有する燃料電池発電システムの水蒸気改質炉に、改質ガ
スの排熱を熱交換型ＣＯ変成反応器において熱交換し、
さらにスチームドラムで変換された９、０ｋｇ／ ｃｉ
−Ｇのプロセススチーム２６．６ｋｑ／ｈｒと９．２１
Ｎ ７！！／ｈｒのメタンを供給し、水蒸気改質を行
なった。水蒸気改質炉は７，０ＫＣＪ／ｃｉ・（３，８
２０℃で運転されており、第１表の組成（１）に示す改
質ガスが得られた。
有する燃料電池発電システムの水蒸気改質炉に、改質ガ
スの排熱を熱交換型ＣＯ変成反応器において熱交換し、
さらにスチームドラムで変換された９、０ｋｇ／ ｃｉ
−Ｇのプロセススチーム２６．６ｋｑ／ｈｒと９．２１
Ｎ ７！！／ｈｒのメタンを供給し、水蒸気改質を行
なった。水蒸気改質炉は７，０ＫＣＪ／ｃｉ・（３，８
２０℃で運転されており、第１表の組成（１）に示す改
質ガスが得られた。
この改質ガスを前記した熱交換型ＣＯ変成反応器に供給
したところ、出口温度は２００℃となり、組成（２）に
示す変成ガスが得られた。この熱交換型ｃｏ変成反応器
は充分な伝熱面積をもった管型反応器でＵ型をした反応
管に約３００Ｊの低温シフト触媒（押出成形品）と、約
３００Ｊのセラミックボールを入り口側に供給したもの
でシェル側はボイラードラムを兼用した煙管ボイラーと
なっている。スチームの運転圧は９．０ｋｇ／ ｃｉ−
Ｇ （１８０℃）である。
したところ、出口温度は２００℃となり、組成（２）に
示す変成ガスが得られた。この熱交換型ｃｏ変成反応器
は充分な伝熱面積をもった管型反応器でＵ型をした反応
管に約３００Ｊの低温シフト触媒（押出成形品）と、約
３００Ｊのセラミックボールを入り口側に供給したもの
でシェル側はボイラードラムを兼用した煙管ボイラーと
なっている。スチームの運転圧は９．０ｋｇ／ ｃｉ−
Ｇ （１８０℃）である。
この変成ガスを冷却し、水分を除去した後６．Ｏｋｇ／
ｃｄ−Ｇで運転されているリン酸型燃料電池に供給した
ところ７５９ ｍＶの起電力が得られた。この時発電量
は５０Ｋ Ｗ ｈ／ ｈｒであり、変成ガス中の水素の
消費率は７５％であった。また、発電効率は以下の通り
であった。
ｃｄ−Ｇで運転されているリン酸型燃料電池に供給した
ところ７５９ ｍＶの起電力が得られた。この時発電量
は５０Ｋ Ｗ ｈ／ ｈｒであり、変成ガス中の水素の
消費率は７５％であった。また、発電効率は以下の通り
であった。
発電効率−発電岱／（供給原料の発ｍｆｆ１：ＨＨＶ基
準） ＝５０ｘ ８６０／ （９，２１ｘ １０８８４）−４
２，９０％ 起動に要した時間は約４時間であったが、補助スチーム
および改質系昇温用の窒素循環用圧縮機は使用しなかっ
た。
準） ＝５０ｘ ８６０／ （９，２１ｘ １０８８４）−４
２，９０％ 起動に要した時間は約４時間であったが、補助スチーム
および改質系昇温用の窒素循環用圧縮機は使用しなかっ
た。
また、燃料電池は１６７℃のボイラー水で冷却し、それ
により発生したスチーム（６，５ｋＱ／ｃｌｉ・Ｇ）は
燃料電池の空気圧縮用コンプレッサーの動力源として水
蒸気改質炉の排気ガスととも供給した。
により発生したスチーム（６，５ｋＱ／ｃｌｉ・Ｇ）は
燃料電池の空気圧縮用コンプレッサーの動力源として水
蒸気改質炉の排気ガスととも供給した。
第１表
燃料電池の冷却系から供給されるスチームをプロセスス
チームとして利用した従来型の水蒸気改質炉および２基
の断熱型Ｃｏガス変成反応器を組み合わせた燃料電池発
電システムに、９．５６ Ｎ ｒｄ／ｈｒのメタンガス
を６．５ｋｇ／ ｃｉ−Ｇのプロセススチーム２７．６
ｋｇ／ｈｒとともに供給した。水蒸気改質炉、燃料電池
の運転圧はそれぞれ５，６ｋａ／ｃ１！・Ｇ１４．０ｋ
Ｑ／ｃｌｉ・Ｇであり、実施例１と比較して２．０〜３
．０ｋｇ／ ｃｔｉ−Ｇ程度圧力を下げて運転した。
チームとして利用した従来型の水蒸気改質炉および２基
の断熱型Ｃｏガス変成反応器を組み合わせた燃料電池発
電システムに、９．５６ Ｎ ｒｄ／ｈｒのメタンガス
を６．５ｋｇ／ ｃｉ−Ｇのプロセススチーム２７．６
ｋｇ／ｈｒとともに供給した。水蒸気改質炉、燃料電池
の運転圧はそれぞれ５，６ｋａ／ｃ１！・Ｇ１４．０ｋ
Ｑ／ｃｌｉ・Ｇであり、実施例１と比較して２．０〜３
．０ｋｇ／ ｃｔｉ−Ｇ程度圧力を下げて運転した。
水蒸気改質炉は５．６ｋｇ／ ａｊ−Ｇ 、 ８２０
℃で運転されており、水蒸気改質によ′って第２表の組
成（３）に示す改質ガスが得られた。これをカソード排
気ガスで３００℃まで冷却した後、断熱型高温ＣＯ変成
反応器に通したところ組成〈４）に示す高温変成ガスが
得られた。この変成ガスをプロセススチームで１９０℃
まで冷却した後、断熱型低温ＣＯ変成反応器に通したと
ころ出口温度が２２３℃となり、組成（５）に示す低温
変成ガスが得られた。この変成ガスを冷却し、水分を除
去した後４、Ｏｋａ ／ ｃｌ−Ｇの圧力で燃料電池に
供給したところ７１９ ｍＶの起電力が得られ、５０Ｋ
Ｗ ｈ／ ｈｒの電力を発生した。変成ガス中の水素
の消費率は７５％であつな。発電効率は以下の通りであ
った。
℃で運転されており、水蒸気改質によ′って第２表の組
成（３）に示す改質ガスが得られた。これをカソード排
気ガスで３００℃まで冷却した後、断熱型高温ＣＯ変成
反応器に通したところ組成〈４）に示す高温変成ガスが
得られた。この変成ガスをプロセススチームで１９０℃
まで冷却した後、断熱型低温ＣＯ変成反応器に通したと
ころ出口温度が２２３℃となり、組成（５）に示す低温
変成ガスが得られた。この変成ガスを冷却し、水分を除
去した後４、Ｏｋａ ／ ｃｌ−Ｇの圧力で燃料電池に
供給したところ７１９ ｍＶの起電力が得られ、５０Ｋ
Ｗ ｈ／ ｈｒの電力を発生した。変成ガス中の水素
の消費率は７５％であつな。発電効率は以下の通りであ
った。
発電効率−発１ｉｆｉ量／（供給原料の発電ｆｆ）：）
−ＩＨＶ基準） 一５０Ｘ ８６０／ （９，５６Ｘ １０８８４）−４
１，３１％ 起動には約４時間を要したが、起動中のプロセススチー
ムの供給源として補助ボイラーから供給されるスチーム
を用いた。また断熱型ＣＯ変成反応器の昇温のため、水
蒸気改質炉に窒素を循環した。
−ＩＨＶ基準） 一５０Ｘ ８６０／ （９，５６Ｘ １０８８４）−４
１，３１％ 起動には約４時間を要したが、起動中のプロセススチー
ムの供給源として補助ボイラーから供給されるスチーム
を用いた。また断熱型ＣＯ変成反応器の昇温のため、水
蒸気改質炉に窒素を循環した。
第２表
［発明の効果］
以上のごとき本発明は、下記の効果を突する。
■ 燃料電池の運転温度に関係なくスチーム圧力が設定
でき、従来方法より４．０〜６゜Ｏｋｇ／ｃｙｊ・Ｇ高
いスチームが得られ、これにより燃料電池の運転圧力を
上げることができ、電池起電力が上昇し発電効率が上昇
する。
でき、従来方法より４．０〜６゜Ｏｋｇ／ｃｙｊ・Ｇ高
いスチームが得られ、これにより燃料電池の運転圧力を
上げることができ、電池起電力が上昇し発電効率が上昇
する。
■ 起動時に電池の昇温カーブと全く独立してスチーム
圧力を設定できるので、起動運転中の任意の時期にプロ
セススチームが得られる等運転が柔軟性となる。
圧力を設定できるので、起動運転中の任意の時期にプロ
セススチームが得られる等運転が柔軟性となる。
第１図は本発明の一実施例を示すプロセスシート、
第２図は本発明の他の実施例を示すプロセスシート、
第３図（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ本発明に使用できる
熱交換型ｃｏ変成反応器の型式を示す。 １：水蒸気改質炉、２ａ 、 ２ｂ ：排熱ボイラ、３
：断熱型高温ＣＯ変成反応器、 ４：断熱型高温ｃｏ変成反応器、 ５ニスチームボイラ、 ６：スチームライン、 ７：熱交換型Ｃ○変成反応器。
熱交換型ｃｏ変成反応器の型式を示す。 １：水蒸気改質炉、２ａ 、 ２ｂ ：排熱ボイラ、３
：断熱型高温ＣＯ変成反応器、 ４：断熱型高温ｃｏ変成反応器、 ５ニスチームボイラ、 ６：スチームライン、 ７：熱交換型Ｃ○変成反応器。
Claims (1)
- １、原料を水蒸気改質、変成して水素燃料を生成する燃
料処理装置および前記水素燃料と空気等の酸化剤の供給
を受けて発電を行なう燃料電池とからなる燃料電池発電
システムにおいて、改質ガスの保有する熱量を利用して
改質水蒸気を発生させることを特徴とする燃料電池発電
システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61284284A JPS63141269A (ja) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61284284A JPS63141269A (ja) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63141269A true JPS63141269A (ja) | 1988-06-13 |
Family
ID=17676536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61284284A Pending JPS63141269A (ja) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63141269A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01265461A (ja) * | 1988-04-15 | 1989-10-23 | Mitsubishi Electric Corp | リン酸型燃料電池発電装置及びその運転方法 |
| EP0361612A2 (de) * | 1988-09-26 | 1990-04-04 | Kti Group B.V. | Verfahren zum Erzeugen von Elektrizität |
| JP2007191367A (ja) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Chiyoda Corp | 排熱回収部と一体な合成ガス製造用反応器 |
| JP2007230808A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Chiyoda Corp | 特殊形状耐火材を用いた反応器 |
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1986
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