JP2002093437A - 燃料電池発電設備 - Google Patents
燃料電池発電設備Info
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- JP2002093437A JP2002093437A JP2000277164A JP2000277164A JP2002093437A JP 2002093437 A JP2002093437 A JP 2002093437A JP 2000277164 A JP2000277164 A JP 2000277164A JP 2000277164 A JP2000277164 A JP 2000277164A JP 2002093437 A JP2002093437 A JP 2002093437A
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- cathode
- gas
- anode
- reformer
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- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 アノード側からカソード側へCO2ガスを供
給するためのブロア動力を大幅に低減することができ、
かつCO2リサイクル及びカソードガスリサイクルのた
めの必要機器を小型かつ安価にすることができ、これに
より所内動力を下げて送電端効率を高め、かつ設備コス
トを低減することができる燃料電池発電設備を提供す
る。 【解決手段】 燃料を水素を含むアノードガスに改質す
る改質器10と、アノードガスと酸素を含むカソードガ
スにより発電する燃料電池1)と、燃料電池で反応後の
アノード排ガスを加圧空気で燃焼させる触媒燃焼器17
とを備え、改質器の改質室Ref、燃料電池のアノード
側A、触媒燃焼器、改質器の加熱室H、燃料電池のカソ
ード側Cの順で各運転圧力が低く設定されており、圧力
勾配によりこの順でガスを流す。
給するためのブロア動力を大幅に低減することができ、
かつCO2リサイクル及びカソードガスリサイクルのた
めの必要機器を小型かつ安価にすることができ、これに
より所内動力を下げて送電端効率を高め、かつ設備コス
トを低減することができる燃料電池発電設備を提供す
る。 【解決手段】 燃料を水素を含むアノードガスに改質す
る改質器10と、アノードガスと酸素を含むカソードガ
スにより発電する燃料電池1)と、燃料電池で反応後の
アノード排ガスを加圧空気で燃焼させる触媒燃焼器17
とを備え、改質器の改質室Ref、燃料電池のアノード
側A、触媒燃焼器、改質器の加熱室H、燃料電池のカソ
ード側Cの順で各運転圧力が低く設定されており、圧力
勾配によりこの順でガスを流す。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リサイクルブロア
の動力を低減し発電効率を高める燃料電池発電設備に関
する。
の動力を低減し発電効率を高める燃料電池発電設備に関
する。
【0002】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率かつ環
境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特徴
を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システム
として注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行わ
れている。
境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特徴
を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システム
として注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行わ
れている。
【0003】特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備(燃料電池発電プラント)で
は、図3に示すように改質器10、燃料電池11、ター
ボチャージャー12、排熱回収熱交換器15等を備え、
天然ガス等の燃料1を燃料予熱器13で予熱して改質器
10の改質室Refに供給し、ここで燃料1を水素を含
むアノードガス2に改質する。燃料電池11では、アノ
ードガス2と酸素を含むカソードガス3とから電気化学
的に発電する。燃料電池11を出たアノード排ガス4と
カソード排ガス7の一部7aは、触媒燃焼器17に供給
されて触媒燃焼し高温の燃焼排ガス5を発生する。この
燃焼排ガス5は、改質器10の燃焼室に供給され、ここ
で改質反応に必要な熱を改質室Refに供給する。
料電池を用いた発電設備(燃料電池発電プラント)で
は、図3に示すように改質器10、燃料電池11、ター
ボチャージャー12、排熱回収熱交換器15等を備え、
天然ガス等の燃料1を燃料予熱器13で予熱して改質器
10の改質室Refに供給し、ここで燃料1を水素を含
むアノードガス2に改質する。燃料電池11では、アノ
ードガス2と酸素を含むカソードガス3とから電気化学
的に発電する。燃料電池11を出たアノード排ガス4と
カソード排ガス7の一部7aは、触媒燃焼器17に供給
されて触媒燃焼し高温の燃焼排ガス5を発生する。この
燃焼排ガス5は、改質器10の燃焼室に供給され、ここ
で改質反応に必要な熱を改質室Refに供給する。
【0004】改質器10を出た燃焼排ガス5は、CO2
ブロア16(以下、CO2リサイクルブロアと呼ぶ)で
カソード入口側にリサイクルされ、ターボチャージャー
12から供給される加圧空気6と合流し、カソードガス
3となって燃料電池11のカソード側に供給される。反
応後のカソード排ガス7の一部7bは、カソードリサイ
クルライン18を介してCO2リサイクルブロア16の
吸引側にリサイクルされ、残り7cはターボチャージャ
ー用の燃焼器14に供給される。燃焼器14は、起動時
や部分負荷時に用いられ、天然ガスをカソード排ガスで
燃焼し燃焼排ガスでターボチャージャーを駆動する。
ブロア16(以下、CO2リサイクルブロアと呼ぶ)で
カソード入口側にリサイクルされ、ターボチャージャー
12から供給される加圧空気6と合流し、カソードガス
3となって燃料電池11のカソード側に供給される。反
応後のカソード排ガス7の一部7bは、カソードリサイ
クルライン18を介してCO2リサイクルブロア16の
吸引側にリサイクルされ、残り7cはターボチャージャ
ー用の燃焼器14に供給される。燃焼器14は、起動時
や部分負荷時に用いられ、天然ガスをカソード排ガスで
燃焼し燃焼排ガスでターボチャージャーを駆動する。
【0005】ターボチャージャー12は、カソード排ガ
ス7c及び燃焼器14で発生した燃焼排ガスでタービン
Tを駆動して圧縮機Cで空気を圧縮し、この加圧空気6
は前述の燃料電池11のカソード側上流に供給される。
タービンTを出た排ガスは、排熱回収熱交換器15に供
給され、ここで水蒸気を発生させたのち系外に放出され
る。発生した水蒸気8は燃料1に混合され改質器10に
おける改質反応に用いられる。なお、図3において、1
8aはカソードリサイクルライン18の流量を制御する
ための高温流量調節弁、12aはタービンTをバイパス
してガスを流すための流量調節弁である。その他の流量
調節弁の説明は省略する。
ス7c及び燃焼器14で発生した燃焼排ガスでタービン
Tを駆動して圧縮機Cで空気を圧縮し、この加圧空気6
は前述の燃料電池11のカソード側上流に供給される。
タービンTを出た排ガスは、排熱回収熱交換器15に供
給され、ここで水蒸気を発生させたのち系外に放出され
る。発生した水蒸気8は燃料1に混合され改質器10に
おける改質反応に用いられる。なお、図3において、1
8aはカソードリサイクルライン18の流量を制御する
ための高温流量調節弁、12aはタービンTをバイパス
してガスを流すための流量調節弁である。その他の流量
調節弁の説明は省略する。
【0006】上述した燃料電池発電設備において、燃料
電池11(溶融炭酸塩型燃料電池)はアノード側とカソ
ード側とからなり、次のような電極反応が行われる。ア
ノード反応(負極反応)H2+CO3 2-→H2O+CO2+
2e..(1)カソード反応(正極反応)CO2+1/
2O2+2e→CO3 2-..(2)
電池11(溶融炭酸塩型燃料電池)はアノード側とカソ
ード側とからなり、次のような電極反応が行われる。ア
ノード反応(負極反応)H2+CO3 2-→H2O+CO2+
2e..(1)カソード反応(正極反応)CO2+1/
2O2+2e→CO3 2-..(2)
【0007】すなわちアノード側では、(1)式により
水素ガスとCO3 2-とから水と炭酸ガスと電荷が生成さ
れ、カソード側では、(2)式により炭酸ガスと酸素と
電荷とからCO3 2-が生成される。(1)式右辺はアノ
ードから排出されるアノード排ガス4の成分を表してお
り、炭酸ガスが含まれている。また(2)式左辺はカソ
ードに供給されるカソードガスの成分を表しており、同
じく炭酸ガスが含まれている。このため上述したCO2
リサイクルブロア16により、改質器で発生したCO2
ガスを燃料電池のカソード側に供給してカソード反応に
利用するようになっている。
水素ガスとCO3 2-とから水と炭酸ガスと電荷が生成さ
れ、カソード側では、(2)式により炭酸ガスと酸素と
電荷とからCO3 2-が生成される。(1)式右辺はアノ
ードから排出されるアノード排ガス4の成分を表してお
り、炭酸ガスが含まれている。また(2)式左辺はカソ
ードに供給されるカソードガスの成分を表しており、同
じく炭酸ガスが含まれている。このため上述したCO2
リサイクルブロア16により、改質器で発生したCO2
ガスを燃料電池のカソード側に供給してカソード反応に
利用するようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、溶融
炭酸塩型燃料電池を用いた燃料電池発電設備では、アノ
ード反応で生成したCO2ガスをカソードで反応させる
ために、アノード側からカソード側へCO2ガスを供給
する必要があり、そのためにCO2リサイクルブロア1
6が設けられているが、このブロアの消費動力が大き
く、送電端効率を低下させる主要因となっていた。
炭酸塩型燃料電池を用いた燃料電池発電設備では、アノ
ード反応で生成したCO2ガスをカソードで反応させる
ために、アノード側からカソード側へCO2ガスを供給
する必要があり、そのためにCO2リサイクルブロア1
6が設けられているが、このブロアの消費動力が大き
く、送電端効率を低下させる主要因となっていた。
【0009】すなわち、例えば図3の燃料電池発電設備
において、アノード側のリサイクルガス量とカソード側
のリサイクルガス量はほぼ同量であるが、運転圧力が約
2ataの場合に、アノード側のリサイクルにおける圧
損が約1350mmAqに達するため、リサイクルブロ
アによる圧縮動力が大きい問題点があった。なお、この
圧損の内訳は、触媒燃焼器約500mmAq、改質器約
500mmAq、その他約350mmAq程度である。
において、アノード側のリサイクルガス量とカソード側
のリサイクルガス量はほぼ同量であるが、運転圧力が約
2ataの場合に、アノード側のリサイクルにおける圧
損が約1350mmAqに達するため、リサイクルブロ
アによる圧縮動力が大きい問題点があった。なお、この
圧損の内訳は、触媒燃焼器約500mmAq、改質器約
500mmAq、その他約350mmAq程度である。
【0010】また、従来の燃料電池発電設備では、CO
2リサイクルブロア16で高温ガスを大量に流す必要が
あるため高価であるばかりでなく、高温流量調節弁18
aも高温ガスを大量(アノード側のリサイクルガス量と
同等量)に流す必要があるため、高価であり、この2つ
の機器のために製造コストが高い問題点があった。
2リサイクルブロア16で高温ガスを大量に流す必要が
あるため高価であるばかりでなく、高温流量調節弁18
aも高温ガスを大量(アノード側のリサイクルガス量と
同等量)に流す必要があるため、高価であり、この2つ
の機器のために製造コストが高い問題点があった。
【0011】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、アノ
ード側からカソード側へCO2ガスを供給するためのブ
ロア動力を大幅に低減することができ、かつCO2リサ
イクル及びカソードガスリサイクルのための必要機器を
小型かつ安価にすることができ、これにより所内動力を
下げて送電端効率を高め、かつ設備コストを低減するこ
とができる燃料電池発電設備を提供することにある。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、アノ
ード側からカソード側へCO2ガスを供給するためのブ
ロア動力を大幅に低減することができ、かつCO2リサ
イクル及びカソードガスリサイクルのための必要機器を
小型かつ安価にすることができ、これにより所内動力を
下げて送電端効率を高め、かつ設備コストを低減するこ
とができる燃料電池発電設備を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料を
水素を含むアノードガスに改質する改質器(10)と、
アノードガスと酸素を含むカソードガスにより発電する
燃料電池(11)と、燃料電池で反応後のアノード排ガ
スを加圧空気で燃焼させる触媒燃焼器(17)とを備
え、前記改質器の改質室Ref、燃料電池のアノード側
A、触媒燃焼器、改質器の加熱室H、燃料電池のカソー
ド側Cの順で各運転圧力が低く設定されており、圧力勾
配によりこの順でガスを流す、ことを特徴とする燃料電
池発電設備が提供される。
水素を含むアノードガスに改質する改質器(10)と、
アノードガスと酸素を含むカソードガスにより発電する
燃料電池(11)と、燃料電池で反応後のアノード排ガ
スを加圧空気で燃焼させる触媒燃焼器(17)とを備
え、前記改質器の改質室Ref、燃料電池のアノード側
A、触媒燃焼器、改質器の加熱室H、燃料電池のカソー
ド側Cの順で各運転圧力が低く設定されており、圧力勾
配によりこの順でガスを流す、ことを特徴とする燃料電
池発電設備が提供される。
【0013】上記本発明の構成によれば、改質器(1
0)の改質室Ref、燃料電池(11)のアノード側
A、触媒燃焼器(17)、改質器(10)の加熱室H、
燃料電池(11)のカソード側Cの順で各運転圧力が低
く設定されているので、圧力勾配によりこの順でガスを
流すことができる。すなわち、圧力勾配のみで、改質器
の改質室Refに燃料を供給して改質し、改質した燃料
ガスをアノードガスとして燃料電池のアノード側Aで反
応させ、反応後のアノード排ガスを触媒燃焼器に供給し
て加圧空気で燃焼させ、その燃焼排ガスを改質器の加熱
室Hに供給し、更にその排ガスを燃料電池のカソード側
に順に流し、アノード側で発生したCO2を燃焼排ガス
としてカソード側に供給することができる。また、従来
のCO2リサイクルブロアを廃止してこの流れを形成で
きるので、高価なCO2リサイクルブロアをなくすこと
ができるばかりでなく、アノード側からカソード側へC
O2ガスを供給するためのブロア動力を大幅に低減で
き、所内動力を下げて送電端効率を高めることができ
る。
0)の改質室Ref、燃料電池(11)のアノード側
A、触媒燃焼器(17)、改質器(10)の加熱室H、
燃料電池(11)のカソード側Cの順で各運転圧力が低
く設定されているので、圧力勾配によりこの順でガスを
流すことができる。すなわち、圧力勾配のみで、改質器
の改質室Refに燃料を供給して改質し、改質した燃料
ガスをアノードガスとして燃料電池のアノード側Aで反
応させ、反応後のアノード排ガスを触媒燃焼器に供給し
て加圧空気で燃焼させ、その燃焼排ガスを改質器の加熱
室Hに供給し、更にその排ガスを燃料電池のカソード側
に順に流し、アノード側で発生したCO2を燃焼排ガス
としてカソード側に供給することができる。また、従来
のCO2リサイクルブロアを廃止してこの流れを形成で
きるので、高価なCO2リサイクルブロアをなくすこと
ができるばかりでなく、アノード側からカソード側へC
O2ガスを供給するためのブロア動力を大幅に低減で
き、所内動力を下げて送電端効率を高めることができ
る。
【0014】本発明の好ましい実施形態によれば、燃料
電池のカソード側Cを出たカソード排ガスをカソード側
Cの上流にリサイクルするカソードガスリサイクルブロ
ア(20)を備える。この構成により、燃料電池の温度
制御のための高温流量調節弁18aをカソードガスリサ
イクルブロア(20)で置き換えることができる。この
場合、カソード側Cの圧力損失は、相対的に低い(例え
ば約350mmAq)ので、カソードガスリサイクルブ
ロア(20)の必要動力を大幅に低く(従来のCO2リ
サイクルブロアの約1/8に)することができる。ま
た、高温流量調節弁18aの絞り弁で圧力降下させる場
合に比べてエネルギ損失が少なくできる。
電池のカソード側Cを出たカソード排ガスをカソード側
Cの上流にリサイクルするカソードガスリサイクルブロ
ア(20)を備える。この構成により、燃料電池の温度
制御のための高温流量調節弁18aをカソードガスリサ
イクルブロア(20)で置き換えることができる。この
場合、カソード側Cの圧力損失は、相対的に低い(例え
ば約350mmAq)ので、カソードガスリサイクルブ
ロア(20)の必要動力を大幅に低く(従来のCO2リ
サイクルブロアの約1/8に)することができる。ま
た、高温流量調節弁18aの絞り弁で圧力降下させる場
合に比べてエネルギ損失が少なくできる。
【0015】また、カソード排ガスで駆動されるターボ
チャージャー(12)と、該ターボチャージャーで圧縮
した加圧空気をターボチャージャーの排熱で予熱する再
生熱交換器(21)とを備え、該再生熱交換器で予熱し
た加圧空気を前記触媒燃焼器に供給する。この構成によ
り、カソード排ガスの熱エネルギをターボチャージャー
と再生熱交換器(21)で加圧空気の予熱に用いること
ができ、エネルギロスを低減し燃料利用率を高く維持す
ることができる。
チャージャー(12)と、該ターボチャージャーで圧縮
した加圧空気をターボチャージャーの排熱で予熱する再
生熱交換器(21)とを備え、該再生熱交換器で予熱し
た加圧空気を前記触媒燃焼器に供給する。この構成によ
り、カソード排ガスの熱エネルギをターボチャージャー
と再生熱交換器(21)で加圧空気の予熱に用いること
ができ、エネルギロスを低減し燃料利用率を高く維持す
ることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通の
部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。図
1は、本発明の燃料電池発電設備の全体構成図である。
この図に示すように、本発明の燃料電池発電設備は、改
質器10、燃料電池11、ターボチャージャー12、燃
料予熱器13、ターボチャージャー用の燃焼器14、排
熱回収熱交換器15、触媒燃焼器17、等を備える。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通の
部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。図
1は、本発明の燃料電池発電設備の全体構成図である。
この図に示すように、本発明の燃料電池発電設備は、改
質器10、燃料電池11、ターボチャージャー12、燃
料予熱器13、ターボチャージャー用の燃焼器14、排
熱回収熱交換器15、触媒燃焼器17、等を備える。
【0017】改質器10は、燃料1(例えば天然ガス
等)を水素を含むアノードガス2に改質し、燃料電池1
1は、アノードガス2と酸素を含むカソードガス3によ
り発電する。その他のターボチャージャー12、燃料予
熱器13、ターボチャージャー用の燃焼器14、排熱回
収熱交換器15の構成及び機能も、図3に示した従来の
燃料電池発電設備と同一である。
等)を水素を含むアノードガス2に改質し、燃料電池1
1は、アノードガス2と酸素を含むカソードガス3によ
り発電する。その他のターボチャージャー12、燃料予
熱器13、ターボチャージャー用の燃焼器14、排熱回
収熱交換器15の構成及び機能も、図3に示した従来の
燃料電池発電設備と同一である。
【0018】本発明の燃料電池発電設備では、触媒燃焼
器17は、燃料電池11で反応後のアノード排ガス4を
加圧空気6aで燃焼させるようになっている。また、カ
ソード排ガス7はこの触媒燃焼器17には供給されず、
燃料電池11のカソード側上流側と燃焼器14に供給さ
れる。
器17は、燃料電池11で反応後のアノード排ガス4を
加圧空気6aで燃焼させるようになっている。また、カ
ソード排ガス7はこの触媒燃焼器17には供給されず、
燃料電池11のカソード側上流側と燃焼器14に供給さ
れる。
【0019】また、ターボチャージャー12で圧縮した
加圧空気の一部6aを触媒燃焼器17に供給する空気ラ
イン22と、この空気ラインに設けられ加圧空気6aを
ターボチャージャー12の排熱で予熱する再生熱交換器
21を備え、加圧空気6aをこの再生熱交換器21で予
熱して触媒燃焼器17に供給するようになっている。
加圧空気の一部6aを触媒燃焼器17に供給する空気ラ
イン22と、この空気ラインに設けられ加圧空気6aを
ターボチャージャー12の排熱で予熱する再生熱交換器
21を備え、加圧空気6aをこの再生熱交換器21で予
熱して触媒燃焼器17に供給するようになっている。
【0020】更に、燃料電池11のカソード側Cを出た
カソード排ガスの一部7bをカソード側Cの上流にリサ
イクルするカソードガスリサイクルブロア20がカソー
ドリサイクルライン18に設けられ、このブロア20の
流量制御により燃料電池11の温度を制御するようにな
っている。
カソード排ガスの一部7bをカソード側Cの上流にリサ
イクルするカソードガスリサイクルブロア20がカソー
ドリサイクルライン18に設けられ、このブロア20の
流量制御により燃料電池11の温度を制御するようにな
っている。
【0021】図2は、本発明の燃料電池発電設備の圧力
勾配を示す図である。図1及び図2から明らかなよう
に、本発明の燃料電池発電設備では、改質器10の改質
室Ref、燃料電池11のアノード側A、触媒燃焼器1
7、改質器10の加熱室H、燃料電池11のカソード側
Cの順で各運転圧力が低く設定されており、圧力勾配に
よりこの順でガスを流すようになっている。
勾配を示す図である。図1及び図2から明らかなよう
に、本発明の燃料電池発電設備では、改質器10の改質
室Ref、燃料電池11のアノード側A、触媒燃焼器1
7、改質器10の加熱室H、燃料電池11のカソード側
Cの順で各運転圧力が低く設定されており、圧力勾配に
よりこの順でガスを流すようになっている。
【0022】なお、一例において、運転圧力が2ata
の場合に、各機器の圧力損失は、改質器10の改質室R
ef:約100mmAq、燃料電池11のアノード側
A:約50mmAq、触媒燃焼器17:約500mmA
q、改質器10の加熱室H:約500mmAq、燃料電
池11のカソード側C:約350mmAqである。従っ
て、燃料1からカソード側出口までの圧力損失ΔPは約
1500mmAqであり、その分、供給燃料の圧力を高
くしておくだけで、上記の順でガスを流すことができ
る。また、この場合に、カソードガスリサイクルブロア
20の必要な揚程は、燃料電池11のカソード側Cの圧
力損失(約350mmAq)のみであり、かつアノード
側のリサイクルガス量とカソード側のリサイクルガス量
はほぼ同量であるから、ブロア20の必要動力は、CO
2リサイクルブロアの比較して約1/7.7(=350
/1350×0.5)に低減する。
の場合に、各機器の圧力損失は、改質器10の改質室R
ef:約100mmAq、燃料電池11のアノード側
A:約50mmAq、触媒燃焼器17:約500mmA
q、改質器10の加熱室H:約500mmAq、燃料電
池11のカソード側C:約350mmAqである。従っ
て、燃料1からカソード側出口までの圧力損失ΔPは約
1500mmAqであり、その分、供給燃料の圧力を高
くしておくだけで、上記の順でガスを流すことができ
る。また、この場合に、カソードガスリサイクルブロア
20の必要な揚程は、燃料電池11のカソード側Cの圧
力損失(約350mmAq)のみであり、かつアノード
側のリサイクルガス量とカソード側のリサイクルガス量
はほぼ同量であるから、ブロア20の必要動力は、CO
2リサイクルブロアの比較して約1/7.7(=350
/1350×0.5)に低減する。
【0023】上述したように、本発明によれば、CO2
ガスリサイクル動力の低減による送電端効率の向上およ
びカソードリサイクル系統の高温調節弁を廃止すること
によるコスト低減とシステムの簡素化ができる。
ガスリサイクル動力の低減による送電端効率の向上およ
びカソードリサイクル系統の高温調節弁を廃止すること
によるコスト低減とシステムの簡素化ができる。
【0024】すなわち、本発明は、従来から必要とされ
てきたアノード、カソード間のCO 2リサイクルブロワ
を設置しないシステムであり、このシステムでは電池極
間差圧はアノード出口〜カソード入口までの圧損分(約
1000mmAq)となる。また、リサイクルブロア2
0の揚程はカソード圧損分のみ(約350mmAq)と
なり、その分ブロワ動力低減に寄与できる。また、本シ
ステムではカソードリサイクルラインの高温調節弁18
aは不要となり、コスト低減、システムの簡素化に寄与
できる。また、アノード排ガス7cの顕熱は、起動専用
機器として設置する再生熱交換器21により熱回収し
て、これにより昇温した空気6aでアノード排ガス4を
燃焼する。
てきたアノード、カソード間のCO 2リサイクルブロワ
を設置しないシステムであり、このシステムでは電池極
間差圧はアノード出口〜カソード入口までの圧損分(約
1000mmAq)となる。また、リサイクルブロア2
0の揚程はカソード圧損分のみ(約350mmAq)と
なり、その分ブロワ動力低減に寄与できる。また、本シ
ステムではカソードリサイクルラインの高温調節弁18
aは不要となり、コスト低減、システムの簡素化に寄与
できる。また、アノード排ガス7cの顕熱は、起動専用
機器として設置する再生熱交換器21により熱回収し
て、これにより昇温した空気6aでアノード排ガス4を
燃焼する。
【0025】以上の構成により、発電端効率は採用前後
でも約50%とほぼ等しいが、送電端効率はカソードブ
ロワ動力の低減により45%から47%へ約2ポイント
上昇することがシュミレーションにより確認された。
でも約50%とほぼ等しいが、送電端効率はカソードブ
ロワ動力の低減により45%から47%へ約2ポイント
上昇することがシュミレーションにより確認された。
【0026】なお本発明は、上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。
【0027】
【発明の効果】上述したように、本発明の構成によれ
ば、改質器10の改質室Ref、燃料電池11のアノー
ド側A、触媒燃焼器17、改質器10の加熱室H、燃料
電池11のカソード側Cの順で各運転圧力が低く設定さ
れているので、圧力勾配によりこの順でガスを流すこと
ができ、アノード側で発生したCO2を燃焼排ガスとし
てカソード側に供給することができる。また、従来のC
O2リサイクルブロアを廃止してこの流れを形成できる
ので、高価なCO2リサイクルブロアをなくすことがで
きるばかりでなく、アノード側からカソード側へCO2
ガスを供給するためのブロア動力を大幅に低減でき、所
内動力を下げて送電端効率を高めることができる。
ば、改質器10の改質室Ref、燃料電池11のアノー
ド側A、触媒燃焼器17、改質器10の加熱室H、燃料
電池11のカソード側Cの順で各運転圧力が低く設定さ
れているので、圧力勾配によりこの順でガスを流すこと
ができ、アノード側で発生したCO2を燃焼排ガスとし
てカソード側に供給することができる。また、従来のC
O2リサイクルブロアを廃止してこの流れを形成できる
ので、高価なCO2リサイクルブロアをなくすことがで
きるばかりでなく、アノード側からカソード側へCO2
ガスを供給するためのブロア動力を大幅に低減でき、所
内動力を下げて送電端効率を高めることができる。
【0028】更に、燃料電池の温度制御のための高温流
量調節弁18aをカソードガスリサイクルブロア20で
置き換えることができる。この場合、カソード側Cの圧
力損失は、相対的に低い(例えば約350mmAq)の
で、カソードガスリサイクルブロア(20)の必要動力
を大幅に低く(従来のCO2リサイクルブロアの約1/
8に)することができる。また、高温流量調節弁18a
の絞り弁で圧力降下させる場合に比べてエネルギ損失が
少なくできる。
量調節弁18aをカソードガスリサイクルブロア20で
置き換えることができる。この場合、カソード側Cの圧
力損失は、相対的に低い(例えば約350mmAq)の
で、カソードガスリサイクルブロア(20)の必要動力
を大幅に低く(従来のCO2リサイクルブロアの約1/
8に)することができる。また、高温流量調節弁18a
の絞り弁で圧力降下させる場合に比べてエネルギ損失が
少なくできる。
【0029】また、カソード排ガスの熱エネルギをター
ボチャージャーと再生熱交換器21で加圧空気の予熱に
用いることができ、エネルギロスを低減し燃料利用率を
高く維持することができる。
ボチャージャーと再生熱交換器21で加圧空気の予熱に
用いることができ、エネルギロスを低減し燃料利用率を
高く維持することができる。
【0030】従って、本発明の燃料電池発電設備は、ア
ノード側からカソード側へCO2ガスを供給するための
ブロア動力を大幅に低減することができ、かつCO2リ
サイクル及びカソードガスリサイクルのための必要機器
を小型かつ安価にすることができ、これにより所内動力
を下げて送電端効率を高め、かつ設備コストを低減する
ことができる、等の優れた効果を有する。
ノード側からカソード側へCO2ガスを供給するための
ブロア動力を大幅に低減することができ、かつCO2リ
サイクル及びカソードガスリサイクルのための必要機器
を小型かつ安価にすることができ、これにより所内動力
を下げて送電端効率を高め、かつ設備コストを低減する
ことができる、等の優れた効果を有する。
【図1】本発明の燃料電池発電設備の全体構成図であ
る。
る。
【図2】本発明の燃料電池発電設備の圧力勾配を示す図
である。
である。
【図3】従来の燃料電池発電設備の全体構成図である。
1 燃料、2 アノードガス、3 カソードガス、4
アノード排ガス、5 燃焼排ガス、6 空気、7,7
a,7b,7c カソード排ガス、8 水蒸気、10
改質器、11 燃料電池、12 ターボチャージャー、
12a 流量調節弁、13 燃料予熱器、14 ガスタ
ービン用燃焼器、15 排熱回収熱交換器、16 CO
2リサイクルブロア、17 触媒燃焼器、18 カソー
ドリサイクルライン、18a 高温流量調節弁、20
カソードガスリサイクルブロア、21 再生熱交換器、
22 空気ライン
アノード排ガス、5 燃焼排ガス、6 空気、7,7
a,7b,7c カソード排ガス、8 水蒸気、10
改質器、11 燃料電池、12 ターボチャージャー、
12a 流量調節弁、13 燃料予熱器、14 ガスタ
ービン用燃焼器、15 排熱回収熱交換器、16 CO
2リサイクルブロア、17 触媒燃焼器、18 カソー
ドリサイクルライン、18a 高温流量調節弁、20
カソードガスリサイクルブロア、21 再生熱交換器、
22 空気ライン
Claims (3)
- 【請求項1】 燃料を水素を含むアノードガスに改質す
る改質器(10)と、アノードガスと酸素を含むカソー
ドガスにより発電する燃料電池(11)と、燃料電池で
反応後のアノード排ガスを加圧空気で燃焼させる触媒燃
焼器(17)とを備え、前記改質器の改質室Ref、燃
料電池のアノード側A、触媒燃焼器、改質器の加熱室
H、燃料電池のカソード側Cの順で各運転圧力が低く設
定されており、圧力勾配によりこの順でガスを流す、こ
とを特徴とする燃料電池発電設備。 - 【請求項2】 燃料電池のカソード側Cを出たカソード
排ガスをカソード側Cの上流にリサイクルするカソード
ガスリサイクルブロア(20)を備える、ことを特徴と
する請求項1に記載の燃料電池発電設備。 - 【請求項3】 カソード排ガスで駆動されるターボチャ
ージャー(12)と、該ターボチャージャーで圧縮した
加圧空気をターボチャージャーの排熱で予熱する再生熱
交換器(21)とを備え、該再生熱交換器で予熱した加
圧空気を前記触媒燃焼器に供給する、ことを特徴とする
請求項1に記載の燃料電池発電設備。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000277164A JP2002093437A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | 燃料電池発電設備 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000277164A JP2002093437A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | 燃料電池発電設備 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002093437A true JP2002093437A (ja) | 2002-03-29 |
Family
ID=18762532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000277164A Pending JP2002093437A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | 燃料電池発電設備 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002093437A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011012942A1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method thereof |
-
2000
- 2000-09-12 JP JP2000277164A patent/JP2002093437A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011012942A1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method thereof |
US9406949B2 (en) | 2009-07-30 | 2016-08-02 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method thereof |
US9929415B2 (en) | 2009-07-30 | 2018-03-27 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method thereof |
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