JP2602994B2 - 燃料電池パワープラント - Google Patents
燃料電池パワープラントInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、水素および酸化炭素富化供給ガスを使用し
た燃料電池パワープラントに関する。より詳しくは、プ
ラントの燃料電池を冷却しなければならない必要性を軽
減することによって、このような燃料電池パワープラン
ト全体の効率が改善される燃料電池パワープラントに関
する。
た燃料電池パワープラントに関する。より詳しくは、プ
ラントの燃料電池を冷却しなければならない必要性を軽
減することによって、このような燃料電池パワープラン
ト全体の効率が改善される燃料電池パワープラントに関
する。
（従来の技術） 燃料電池パワープラントにおいて、供給ガスに含まれ
る化学的エネルギーは、燃料電池中の電気化学的反応に
よって電気エネルギーに変換される。この供給ガスは、
燃料電池のアノードで電気化学的に酸化されて、電子を
失い、そしてこれは上記電池におけるカソードでオキシ
ダント反応ガスと化合する。公知の燃料電池パワープラ
ントに広く利用されている典型的な燃料電池は、水素−
酸化炭素燃料および空気オキシダント上で操作する。こ
のような燃料電池は、供給ガスおよびカソードオキシダ
ントガスに含まれるH2−O2−燃料が電気化学的反応によ
って水に転換される公知の溶融炭酸塩型燃料電池および
固形酸化物型燃料電池である。
る化学的エネルギーは、燃料電池中の電気化学的反応に
よって電気エネルギーに変換される。この供給ガスは、
燃料電池のアノードで電気化学的に酸化されて、電子を
失い、そしてこれは上記電池におけるカソードでオキシ
ダント反応ガスと化合する。公知の燃料電池パワープラ
ントに広く利用されている典型的な燃料電池は、水素−
酸化炭素燃料および空気オキシダント上で操作する。こ
のような燃料電池は、供給ガスおよびカソードオキシダ
ントガスに含まれるH2−O2−燃料が電気化学的反応によ
って水に転換される公知の溶融炭酸塩型燃料電池および
固形酸化物型燃料電池である。
溶融炭酸塩型燃料電池を使用する場合、アノードおよ
びカソードに接触する電解質マトリックスにより好適な
イオン移動を維持するために、カソードにCO2が必要と
される。CO2は、以下の反応に従ってアノードで生産さ
れ、 H2＋CO3 2-→H2O＋CO2＋2e- （１） CO＋CO3 2-→2CO2＋2e- （２） そして以下の反応： 1/2O2＋CO2＋2e-→CO3 2- （３） によってカソードで消費される。
びカソードに接触する電解質マトリックスにより好適な
イオン移動を維持するために、カソードにCO2が必要と
される。CO2は、以下の反応に従ってアノードで生産さ
れ、 H2＋CO3 2-→H2O＋CO2＋2e- （１） CO＋CO3 2-→2CO2＋2e- （２） そして以下の反応： 1/2O2＋CO2＋2e-→CO3 2- （３） によってカソードで消費される。
H2−O2−燃料電池の理論的熱効率は、全体の電池反応
における反応の自由エネルギーと熱との比率によって決
定される。
における反応の自由エネルギーと熱との比率によって決
定される。
H2＋1/2O2→H2O;ΔＨ＝−241.8KJ/mole （４） H2およびCOの酸化の自由エネルギーが温度の上昇に従
って減少し、電池の可逆電圧の減少を来すが、実際の燃
料電池の性能は、平衡的にコントロールされ、そして温
度上昇からの利益を得る。しかし、電解質マトリックス
の焼成または結晶化によって生ずる電極材料の構造的応
力または電解質分解を回避するために、電池成分に使用
される材料の機械的性質並びに制限は、電池の操作温度
をいくぶんか狭い温度間隔に制限する。例えば通常の溶
融炭酸塩型燃料電池の操作温度は、600〜700℃の範囲内
である。従って発熱性の電気化学的プロセスによって発
生した余剰の熱および電池の極性の損失を電池から除か
なければならない。
って減少し、電池の可逆電圧の減少を来すが、実際の燃
料電池の性能は、平衡的にコントロールされ、そして温
度上昇からの利益を得る。しかし、電解質マトリックス
の焼成または結晶化によって生ずる電極材料の構造的応
力または電解質分解を回避するために、電池成分に使用
される材料の機械的性質並びに制限は、電池の操作温度
をいくぶんか狭い温度間隔に制限する。例えば通常の溶
融炭酸塩型燃料電池の操作温度は、600〜700℃の範囲内
である。従って発熱性の電気化学的プロセスによって発
生した余剰の熱および電池の極性の損失を電池から除か
なければならない。
燃料電池パワープラントで多くの個々の単電池がスタ
ックに積み重ねられている燃料電池の冷却は、熱交換プ
レート、またはスタックをその最適な操作温度に保持す
る冷媒の流動チャンネルによって提供される。公知の燃
料電池パワープラントでは、カソードオキシダントガス
が、上記スタックにおける冷媒として使用されている。
熱カソード排ガスは、冷却され、そしてカソード室に循
環する前にアノード排ガスからのCO2と一緒に空気と混
合される。混合リサイクルガスの流れは、十分な冷却を
提供するために、燃料電池スタックの冷却要求に応じて
好適な割合に調整される。
ックに積み重ねられている燃料電池の冷却は、熱交換プ
レート、またはスタックをその最適な操作温度に保持す
る冷媒の流動チャンネルによって提供される。公知の燃
料電池パワープラントでは、カソードオキシダントガス
が、上記スタックにおける冷媒として使用されている。
熱カソード排ガスは、冷却され、そしてカソード室に循
環する前にアノード排ガスからのCO2と一緒に空気と混
合される。混合リサイクルガスの流れは、十分な冷却を
提供するために、燃料電池スタックの冷却要求に応じて
好適な割合に調整される。
石炭ガスまたは水素−酸化炭素富化ガスを供給源とし
て使用する公知の燃料電池パワープラントの欠点は、燃
料電池における激しい発熱性の転化反応によって生ずる
燃料電池スタックの高い冷却に対する要求である。
て使用する公知の燃料電池パワープラントの欠点は、燃
料電池における激しい発熱性の転化反応によって生ずる
燃料電池スタックの高い冷却に対する要求である。
特に、カソーダガスループのリサイクルおよびガス供
給流は、冷却に対する要求を満足させるために高いガス
流で設計しなければならず、その結果十分なガス流を提
供するために巨大な断面積を有するパイプ配置および高
いエネルギー消費を伴う巨大な圧縮装置が必要となる。
給流は、冷却に対する要求を満足させるために高いガス
流で設計しなければならず、その結果十分なガス流を提
供するために巨大な断面積を有するパイプ配置および高
いエネルギー消費を伴う巨大な圧縮装置が必要となる。
（発明が解決しようとする課題） 水素および酸化炭素富化ガスを供給源として使用し、
そしてプラントの燃料電池を冷却するという要求を低減
することによって全体としての効率が改良された燃料電
池パワープラントを提供することが本発明の目的であ
る。
そしてプラントの燃料電池を冷却するという要求を低減
することによって全体としての効率が改良された燃料電
池パワープラントを提供することが本発明の目的であ
る。
更に、このような燃料電池パワープラントのカソード
ガス供給ループを単純化することも本発明の目的であ
る。
ガス供給ループを単純化することも本発明の目的であ
る。
（課題を解決するための手段） 本発明によると、アノード室およびカソード室を有す
る水素−酸化炭素消費燃料電池、上記アノード室に燃料
ガスを供給する手段、圧縮されたカソードオキシダント
ガスを上記燃料電池のカソード室に供給する圧縮手段、
および燃料電池排ガスを上記カソード室にリサイクルす
る手段とからなる、水素および酸化炭素富化供給ガス
（４）を使用する燃料電池パワープラントであって、上
記燃料電池パワープラントが更に水素および酸化炭素富
化供給ガスをメタン富化ガスに転換するメタン化装置、
上記メタン富化ガスをアノードプロセスガスに転換する
ことによって上記燃料電池から廃熱を吸収するのに適し
た、メタン富化ガスを改質する手段を含むことを特徴と
する上記燃料電池パワープラントが提供される。
る水素−酸化炭素消費燃料電池、上記アノード室に燃料
ガスを供給する手段、圧縮されたカソードオキシダント
ガスを上記燃料電池のカソード室に供給する圧縮手段、
および燃料電池排ガスを上記カソード室にリサイクルす
る手段とからなる、水素および酸化炭素富化供給ガス
（４）を使用する燃料電池パワープラントであって、上
記燃料電池パワープラントが更に水素および酸化炭素富
化供給ガスをメタン富化ガスに転換するメタン化装置、
上記メタン富化ガスをアノードプロセスガスに転換する
ことによって上記燃料電池から廃熱を吸収するのに適し
た、メタン富化ガスを改質する手段を含むことを特徴と
する上記燃料電池パワープラントが提供される。
メタン化装置は、いかなる公知のメタン化反応器、例
えば断熱性メタン化反応器および沸騰水メタン化反応器
からなることができる。
えば断熱性メタン化反応器および沸騰水メタン化反応器
からなることができる。
断熱性メタン化反応器を使用する場合、米国特許第4,
130,575号明細書に記載されている通り加工されたガス
を１またはそれ以上の反応器に供給する一連の反応器に
接続することが有利である。
130,575号明細書に記載されている通り加工されたガス
を１またはそれ以上の反応器に供給する一連の反応器に
接続することが有利である。
本発明の好ましい実施態様において、このメタン化−
反応は、本明細書に参考文献として取り込まれている米
国特許第4,298,694号明細書に開示された通りの沸騰水
メタン化反応器に接続された断熱性反応器で行われる。
これによって、発熱性のメタン化反応の際に生じる廃熱
を使用して過熱（superheat）水蒸気を製造することが
でき、この過熱水蒸気は、水蒸気タービンで付加的に電
気を発生するのに使用することができる。
反応は、本明細書に参考文献として取り込まれている米
国特許第4,298,694号明細書に開示された通りの沸騰水
メタン化反応器に接続された断熱性反応器で行われる。
これによって、発熱性のメタン化反応の際に生じる廃熱
を使用して過熱（superheat）水蒸気を製造することが
でき、この過熱水蒸気は、水蒸気タービンで付加的に電
気を発生するのに使用することができる。
メタン化装置からのメタン富化ガスは、改質触媒床に
おける吸熱性の水蒸気改質によって水素富化アノードプ
ロセスガスに転換される。燃料電池との熱伝導関係に改
質触媒床を配置することによって、吸熱性改質プロセス
に必要な熱が、燃料電池の発熱性電気化学的反応の際に
発生する廃熱により供給される。
おける吸熱性の水蒸気改質によって水素富化アノードプ
ロセスガスに転換される。燃料電池との熱伝導関係に改
質触媒床を配置することによって、吸熱性改質プロセス
に必要な熱が、燃料電池の発熱性電気化学的反応の際に
発生する廃熱により供給される。
更に、本発明の好ましい実施態様においては、公知の
内部改質溶融炭酸塩型燃料電池のように、改質触媒床
は、燃料電池に一体化された一部となっている。
内部改質溶融炭酸塩型燃料電池のように、改質触媒床
は、燃料電池に一体化された一部となっている。
一般に、本発明のパワープラントの燃料電池を冷却す
るという要求は、メタン化装置における水素−酸化炭素
供給ガスに含まれる反応熱を消費すること、吸熱性の水
蒸気改質プロセスにより改質触媒床で燃料電池から廃熱
を吸収することによって低減される。その結果、パイプ
配置の割合が減少し、そしてカソードガスを循環させる
ための圧縮操作が軽減されるという点で、本発明による
燃料電池パワープラントのカソードガス供給ループが簡
素化される。
るという要求は、メタン化装置における水素−酸化炭素
供給ガスに含まれる反応熱を消費すること、吸熱性の水
蒸気改質プロセスにより改質触媒床で燃料電池から廃熱
を吸収することによって低減される。その結果、パイプ
配置の割合が減少し、そしてカソードガスを循環させる
ための圧縮操作が軽減されるという点で、本発明による
燃料電池パワープラントのカソードガス供給ループが簡
素化される。
これによって、廃熱除去は、公知の水素−酸化炭素供
給源を使用する燃料電池パワープラントのようなカソー
ドガスループからメタン化装置に有利に移動し、さらに
これによってカソードガスループにおける相当するパラ
メーターと比較して、メタン化装置における高いガス圧
および得られる高い熱移動率のために水蒸気の製造が改
良される。
給源を使用する燃料電池パワープラントのようなカソー
ドガスループからメタン化装置に有利に移動し、さらに
これによってカソードガスループにおける相当するパラ
メーターと比較して、メタン化装置における高いガス圧
および得られる高い熱移動率のために水蒸気の製造が改
良される。
更に、本発明の有利な特徴として、熱カソード排ガス
をエゼクターにより循環させることができ、それによっ
て高価な熱ガスコンプレッサーに関する費用を節約でき
る。
をエゼクターにより循環させることができ、それによっ
て高価な熱ガスコンプレッサーに関する費用を節約でき
る。
図面によると、本発明の一実施態様による燃料電池パ
ワープラントは、電解質マトリックス2eにより接触して
保持されたアノード室2aおよびカソード室2cを有する水
素消費燃料電池２からなる。本明細書で使用されそして
上記の記載で述べられた通り、燃料電池は、スタックを
冷却するための熱交換プレートが付された数個の個々の
電池のスタックからなる（図示せず）。
ワープラントは、電解質マトリックス2eにより接触して
保持されたアノード室2aおよびカソード室2cを有する水
素消費燃料電池２からなる。本明細書で使用されそして
上記の記載で述べられた通り、燃料電池は、スタックを
冷却するための熱交換プレートが付された数個の個々の
電池のスタックからなる（図示せず）。
ライン14上に供給されるアノードプロセスガスは、ラ
イン６上に供給される水蒸気と一緒にライン４中の水素
および酸化炭素−供給ガスをメタン化装置９および改質
装置13aにより上首尾に通過させることによって製造さ
れる。供給ガスおよび水蒸気を併せた流れをメタン化装
置９へ通過させる前に、ライン８に配列された熱交換器
７中でアノード排ガスと熱交換することによって、この
流れを約350℃の温度に調整する。
イン６上に供給される水蒸気と一緒にライン４中の水素
および酸化炭素−供給ガスをメタン化装置９および改質
装置13aにより上首尾に通過させることによって製造さ
れる。供給ガスおよび水蒸気を併せた流れをメタン化装
置９へ通過させる前に、ライン８に配列された熱交換器
７中でアノード排ガスと熱交換することによって、この
流れを約350℃の温度に調整する。
メタン化装置９において、供給ガスと水蒸気を併せて
流れに含まれる水素および酸化炭素は、以下の式により
メタン化触媒の存在下にメタン化される。
流れに含まれる水素および酸化炭素は、以下の式により
メタン化触媒の存在下にメタン化される。
CO＋3H2⇔CH4＋H2O,ΔＨ＝−206.15KJ/mole （５） CO4＋4H2⇔CH4＋2H2O,ΔＨ＝−164.96KJ/mole （６） 従って、発熱性の激しいメタン化反応（５）および
（６）の際に形成された廃熱を使用して水蒸気を製造す
ることができる。上述の通り、メタン化装置９は、過熱
水蒸気がメタン化プロセスの際に製造される断熱性メタ
ン化反応器およびこれに接続された沸騰水メタン化反応
器からなることができる。
（６）の際に形成された廃熱を使用して水蒸気を製造す
ることができる。上述の通り、メタン化装置９は、過熱
水蒸気がメタン化プロセスの際に製造される断熱性メタ
ン化反応器およびこれに接続された沸騰水メタン化反応
器からなることができる。
ライン10により約350℃の温度でメタン化装置９から
離れるメタン化ガスは、主としてメタン、二酸化炭素お
よび水蒸気から構成される。このガスは、アノード室2a
からのライン16における熱排ガスにより、熱交換器11中
で約600℃の温度の予熱（preheat）される。
離れるメタン化ガスは、主としてメタン、二酸化炭素お
よび水蒸気から構成される。このガスは、アノード室2a
からのライン16における熱排ガスにより、熱交換器11中
で約600℃の温度の予熱（preheat）される。
次いで、改質触媒13を含有する改質装置13aに、ライ
ン12を通して予熱されたガスを導入する。この改質触媒
13は、熱交換分離プレート15により燃料電池２と熱伝導
性関係にある。
ン12を通して予熱されたガスを導入する。この改質触媒
13は、熱交換分離プレート15により燃料電池２と熱伝導
性関係にある。
上述のように、改質反応および電気化学的酸化反応
は、例えば公知の内部−改質溶融炭酸塩型燃料電池のよ
うに燃料電池中に統合してもよい（図示せず）。これに
よって、外部改質装置13aに対する要求は排除される。
は、例えば公知の内部−改質溶融炭酸塩型燃料電池のよ
うに燃料電池中に統合してもよい（図示せず）。これに
よって、外部改質装置13aに対する要求は排除される。
改質装置13aにおいて、予熱ガス中に含まれるメタン
および水蒸気は、以下の反応によって改質触媒13の存在
下にアノードプロセスガスに改質され、配管14を通りア
ノード室2aに供給される。
および水蒸気は、以下の反応によって改質触媒13の存在
下にアノードプロセスガスに改質され、配管14を通りア
ノード室2aに供給される。
CH4＋H2O⇔3H2＋CO ΔＨ＝＋206.15KJ/mole （７） CH4＋H2O⇔4H2＋CO2 ΔＨ＝＋164.96KJ/mole （８） 従って、ライン44で供給されたカソードオキシダント
ガスとアノードプロセスガスとの発熱電気化学反応
（４）によって、吸熱水蒸気改質反応（７）および
（８）に必要な熱が燃料電池にもたらされる。
ガスとアノードプロセスガスとの発熱電気化学反応
（４）によって、吸熱水蒸気改質反応（７）および
（８）に必要な熱が燃料電池にもたらされる。
アノードプロセスガスは、約650℃の温度でアノード
室2aを通って流れ、そして電気化学的に反応し、主とし
て二酸化炭素及び水、少量の未使用水素、一酸化炭素お
よびメタンからなるアノード排ガスとなり、これはライ
ン16を通りアノード室2aから離れる。
室2aを通って流れ、そして電気化学的に反応し、主とし
て二酸化炭素及び水、少量の未使用水素、一酸化炭素お
よびメタンからなるアノード排ガスとなり、これはライ
ン16を通りアノード室2aから離れる。
ライン16におけるアノード排ガスは、上記したように
熱交換器11および７で冷却され、そして冷却装置21で更
に冷却される。冷却された排ガス22中に含まれる水の主
要部分は、排水分離器23で除去される。次いで、乾燥し
た排ガス24は、ブロアー27で圧縮され、そして燃焼装置
25に通させる。乾燥した排ガス24に含まれる未使用水
素、一酸化炭素およびメタンは、燃焼装置25で燃焼し
て、二酸化炭素と水となり、ライン24を通って以下に詳
述するような燃焼装置に導入されらカソードリサイクル
ガスと圧縮空気との混合物と混合される。
熱交換器11および７で冷却され、そして冷却装置21で更
に冷却される。冷却された排ガス22中に含まれる水の主
要部分は、排水分離器23で除去される。次いで、乾燥し
た排ガス24は、ブロアー27で圧縮され、そして燃焼装置
25に通させる。乾燥した排ガス24に含まれる未使用水
素、一酸化炭素およびメタンは、燃焼装置25で燃焼し
て、二酸化炭素と水となり、ライン24を通って以下に詳
述するような燃焼装置に導入されらカソードリサイクル
ガスと圧縮空気との混合物と混合される。
主として空気および二酸化炭素からなるカソードオキ
シダントガスは、ライン46を通りカソード室2cを離れる
排ガスをライン40上の圧縮空気と混合し、燃焼装置25の
燃焼アノード排ガスとガス混合物を混合することによっ
て製造される。従って、カソード排ガスの一部分は、ラ
イン50に配列された廃熱ボイラー47で冷却した後にリサ
イクルライン50で循環される。
シダントガスは、ライン46を通りカソード室2cを離れる
排ガスをライン40上の圧縮空気と混合し、燃焼装置25の
燃焼アノード排ガスとガス混合物を混合することによっ
て製造される。従って、カソード排ガスの一部分は、ラ
イン50に配列された廃熱ボイラー47で冷却した後にリサ
イクルライン50で循環される。
ライン50中のカソード排ガスは、ライン40上に供給さ
れ、圧縮装置41により圧縮された圧縮空気により駆動す
るエゼクター51により循環される。エゼクター51中でカ
ソード排ガスを空気と混合する前に、熱交換器49でライ
ン48中のカソード排ガスの残留物と熱交換することによ
って空気を予熱する。
れ、圧縮装置41により圧縮された圧縮空気により駆動す
るエゼクター51により循環される。エゼクター51中でカ
ソード排ガスを空気と混合する前に、熱交換器49でライ
ン48中のカソード排ガスの残留物と熱交換することによ
って空気を予熱する。
次いで、ライン42中の混合ガスは、燃焼装置25中で燃
焼アノード排ガスと一緒にされる。このようにして得ら
れるカソードオキシダントガスは、ライン44を通りカソ
ード室2cに通され、ここでアノード室2a中の電気化学的
反応の際に形成される電子と反応する。
焼アノード排ガスと一緒にされる。このようにして得ら
れるカソードオキシダントガスは、ライン44を通りカソ
ード室2cに通され、ここでアノード室2a中の電気化学的
反応の際に形成される電子と反応する。
燃料電池２の冷却は、ライン44を通るオキシダントガ
スの温度を燃料電池２の操作温度（650℃）より低い温
度、例えば約570℃に調整することによって得られる。
さらにオキシダントガスの流れを、燃料電池２外への廃
熱の充分な移動が保証される流速に調整しなければなら
ない。公知のエゼクターポンプ原理に従ったエゼクター
51および圧縮空気42によってコントロールされるライン
50中のカソード排ガスの循環流を調節することによっ
て、カソードオキシダントガス44の流れは調整される。
スの温度を燃料電池２の操作温度（650℃）より低い温
度、例えば約570℃に調整することによって得られる。
さらにオキシダントガスの流れを、燃料電池２外への廃
熱の充分な移動が保証される流速に調整しなければなら
ない。公知のエゼクターポンプ原理に従ったエゼクター
51および圧縮空気42によってコントロールされるライン
50中のカソード排ガスの循環流を調節することによっ
て、カソードオキシダントガス44の流れは調整される。
排熱は、上記した通りに、主として改質プロセスによ
って吸収され、そして残留物は、ライン46および48中の
カソードオキシダントガスおよび熱カソード排ガスの流
れによって除去される。
って吸収され、そして残留物は、ライン46および48中の
カソードオキシダントガスおよび熱カソード排ガスの流
れによって除去される。
（実施例） 以下の実施例に示した算定法モデルにおいて、本発明
の好ましい実施態様に従ったメタン化装置および内部改
質溶融炭酸塩型燃料電池が設けられた燃料電池パワープ
ラントの性能（実施例１）を、従来の燃料電池パワープ
ラント（比較例１）と比較する。
の好ましい実施態様に従ったメタン化装置および内部改
質溶融炭酸塩型燃料電池が設けられた燃料電池パワープ
ラントの性能（実施例１）を、従来の燃料電池パワープ
ラント（比較例１）と比較する。
比較の目的で、以下のプロセスパラメーターを両方の
場合同一と見なす。
場合同一と見なす。
パワープラントの供給ガスは、モル％で表した以下の
組成を有する水素および酸化炭素富化ガスである。
組成を有する水素および酸化炭素富化ガスである。
H2 33.6 N2 0.1 CO 50.3 CO2 15.9 CH4 0.1 燃料電池は、650℃で操作される300個の内部改質溶融
炭酸塩型燃料電池のスタックからなり、150kWのネット
パワーアウトプットを与える。
炭酸塩型燃料電池のスタックからなり、150kWのネット
パワーアウトプットを与える。
比較例１ この比較例において、水蒸気と一緒にした水素−酸化
炭素供給ガス流をライン14を通して直接燃料電池２のア
ノード室2aに通過させ、上記したように電気に転換す
る。燃料電気の冷却は、ライン40の圧縮空気およびカソ
ードリサイクルガス50の混合物を燃焼装置25中で燃焼さ
れるライン24中の乾燥アノード排ガスと一緒にすること
でライン44に供給されるカソードオキシダントガスによ
ってもたらされる。
炭素供給ガス流をライン14を通して直接燃料電池２のア
ノード室2aに通過させ、上記したように電気に転換す
る。燃料電気の冷却は、ライン40の圧縮空気およびカソ
ードリサイクルガス50の混合物を燃焼装置25中で燃焼さ
れるライン24中の乾燥アノード排ガスと一緒にすること
でライン44に供給されるカソードオキシダントガスによ
ってもたらされる。
正確なプロセスパラメーターおよびガス組成は、以下
の第１表から明らかであり、位置番号は図示されたライ
ンおよび装置を示している。
の第１表から明らかであり、位置番号は図示されたライ
ンおよび装置を示している。
実施例１ この実施例は、比較例１の従来の燃料電池パワープラ
ントと比較して本発明の好ましい実施態様による水素−
酸化炭素を使用する燃料電池パワープラント全体の効率
の改良を説明するものである。
ントと比較して本発明の好ましい実施態様による水素−
酸化炭素を使用する燃料電池パワープラント全体の効率
の改良を説明するものである。
水蒸気と一緒にした供給ガスはライン８上に供給さ
れ、メタン化装置９中での水素および酸化炭素のメタン
化によりメタン富化ガスに転換される。メタン化装置か
らのメタン化ガスは、ライン12を通ってアノード室2aに
導入され、ここで燃料電池２に配置された内部改質触媒
と接触させ、燃料電池からの廃熱を使用することによっ
てアノードプロセスガスに再変換される。以下の第２表
に示される通り、この実施例のライン８中の供給ガス
は、比較例１においてアノード室2aに直接導入される供
給ガス14と同一の組成を有している。
れ、メタン化装置９中での水素および酸化炭素のメタン
化によりメタン富化ガスに転換される。メタン化装置か
らのメタン化ガスは、ライン12を通ってアノード室2aに
導入され、ここで燃料電池２に配置された内部改質触媒
と接触させ、燃料電池からの廃熱を使用することによっ
てアノードプロセスガスに再変換される。以下の第２表
に示される通り、この実施例のライン８中の供給ガス
は、比較例１においてアノード室2aに直接導入される供
給ガス14と同一の組成を有している。
電気化学的反応から熱消費改質反応へ排熱を使用する
ことによって、カソードガスループ50,42,44,46中の流
速は、比較例１のカソードガスループと比較すると明ら
かに減少している。
ことによって、カソードガスループ50,42,44,46中の流
速は、比較例１のカソードガスループと比較すると明ら
かに減少している。
適切なプロセスパラメーターおよびガス組成は、以下
の第２表から明らかであり、位置番号は、図示されたラ
インおよび装置を示している。
の第２表から明らかであり、位置番号は、図示されたラ
インおよび装置を示している。
第１表および第２表に記載した上記算定モデルに見ら
れるように、本発明の好ましい実施態様による燃料電池
パワープラントのカソードガスループのリサイクルライ
ン50における流速は、約15分の１にそして供給ライン42
の約６分の１に低減し、そして比較例１に記載されたよ
うな従来の水素−酸化炭素を使用した燃料電池パワープ
ラントに比較して約５分の１の圧縮操作に低減した。
れるように、本発明の好ましい実施態様による燃料電池
パワープラントのカソードガスループのリサイクルライ
ン50における流速は、約15分の１にそして供給ライン42
の約６分の１に低減し、そして比較例１に記載されたよ
うな従来の水素−酸化炭素を使用した燃料電池パワープ
ラントに比較して約５分の１の圧縮操作に低減した。
本発明の特定の実施態様について詳しく説明された通
り、当業者に明らかな種々の変更は、本発明の範囲内に
あるものとして意図されており、そして本発明は特許請
求の範囲に記載された事項によってのみ制限されること
を理解されたい。
り、当業者に明らかな種々の変更は、本発明の範囲内に
あるものとして意図されており、そして本発明は特許請
求の範囲に記載された事項によってのみ制限されること
を理解されたい。
図面は、本発明の特徴および態様を説明する略式フロー
ダイアグラムである。この図面は、簡略化されていて、
燃料電池パワープラントの従来部分、例えばボトムサイ
クル、水蒸気タービンおよびその他の設備は図示されて
いない。 ２……燃料電池、 2a……アノード室 2c……カソード室 ４……酸化炭素富化供給ガス 8,10,12……供給ガス ９……メタン化装置 13……改質触媒床 42,46,50……リサイクル手段 44……カソードオキシダントガス
ダイアグラムである。この図面は、簡略化されていて、
燃料電池パワープラントの従来部分、例えばボトムサイ
クル、水蒸気タービンおよびその他の設備は図示されて
いない。 ２……燃料電池、 2a……アノード室 2c……カソード室 ４……酸化炭素富化供給ガス 8,10,12……供給ガス ９……メタン化装置 13……改質触媒床 42,46,50……リサイクル手段 44……カソードオキシダントガス
Claims (8)
- 【請求項１】アノード室（2a）およびカソード室（2c）
を有する水素−酸化炭素消費燃料電池（２）、 上記アノード室（2a）に供給ガス（8,10,12）を供給す
る手段、 圧縮されたカソードオキシダントガス（44）を上記カソ
ード室（2c）に供給する圧縮手段（41）、および 燃料電池排ガス（46,50,42）を上記カソード室（2c）に
リサイクルする手段 とからなる水素および酸化炭素富化供給ガス（４）を使
用する燃料電池パワープラントであって、 上記燃料電池パワープラントが、更に 水素および酸化炭素富化供給ガス（４）をメタン化ガス
に転換するメタン化装置（９）、 上記メタン化ガスを受けそして上記燃料電池（２）から
の廃熱を吸収することによって、アノードプロセスガス
に改質するのに適した改質触媒床（13）を含むことを特
徴とする上記燃料電池パワープラント。 - 【請求項２】上記メタン化装置（９）が、沸騰水メタン
化反応器からなる請求項１に記載の燃料電池パワープラ
ント。 - 【請求項３】上記メタン化装置（９）が、１またはそれ
以上の断熱性メタン化反応器からなる請求項１に記載の
燃料電池パワープラント。 - 【請求項４】上記メタン化装置（９）が、断熱性メタン
化反応器および沸騰水メタン化反応器からなる請求項１
に記載の燃料電池パワープラント。 - 【請求項５】上記改質触媒床（13）が、燃料電池（２）
に一体化された一部となっている請求項１に記載の燃料
電池パワープラント。 - 【請求項６】上記燃料電池（２）が、溶融炭酸塩型燃料
電池である請求項５に記載の燃料電池パワープラント。 - 【請求項７】上記燃料電池（２）が、固形酸化物型燃料
電池である請求項５に記載の燃料電池パワープラント。 - 【請求項８】上記燃料電池排ガス（46,50,42）をリサイ
クルさせる手段が、カソード排ガスおよび圧縮空気を受
け循環させるのに適したエゼクター（51）を含む請求項
１に記載の燃料電池パワープラント。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK582889A DK162961C (da) | 1989-11-20 | 1989-11-20 | Braendselscellekraftvaerk |
| DK5828/89 | 1989-11-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03225770A JPH03225770A (ja) | 1991-10-04 |
| JP2602994B2 true JP2602994B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=8145521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2311678A Expired - Fee Related JP2602994B2 (ja) | 1989-11-20 | 1990-11-19 | 燃料電池パワープラント |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5071719A (ja) |
| EP (1) | EP0430017B1 (ja) |
| JP (1) | JP2602994B2 (ja) |
| AT (1) | ATE120039T1 (ja) |
| DE (1) | DE69017847T2 (ja) |
| DK (1) | DK162961C (ja) |
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| DE19545186A1 (de) * | 1995-12-04 | 1997-06-05 | Siemens Ag | Verfahren zum Betreiben einer Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage und Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage |
| US6162556A (en) * | 1995-12-04 | 2000-12-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for operating a high-temperature fuel cell installation, and a high-temperature fuel cell installation |
| JP3316393B2 (ja) * | 1996-09-25 | 2002-08-19 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池発電システム及びその運転方法 |
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| KR100569239B1 (ko) * | 2003-10-25 | 2006-04-07 | 한국과학기술연구원 | 이산화탄소와 탄화수소의 내부개질반응에 의해 전기와 합성가스를 동시에 생성하는 고체산화물 연료전지, 및 이를 이용한 전기화학적 전환반응시스템 |
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| DE602005022623D1 (de) * | 2005-01-04 | 2010-09-09 | Ansaldo Fuel Cells Spa | Verfahren und system zum betrieb von schmelzkohlenstoff-brennstoffzellen |
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| DE102009009674A1 (de) * | 2009-02-19 | 2010-08-26 | Daimler Ag | Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle |
| DE102009009675A1 (de) * | 2009-02-19 | 2010-08-26 | Daimler Ag | Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle |
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| KR101939687B1 (ko) | 2014-01-31 | 2019-01-18 | 퓨얼 셀 에너지, 인크 | 수소 생성을 위한 개질기-전해조-정제기(ｒｅｐ) 어셈블리, 이를 통합한 시스템들 및 수소를 생성하는 방법 |
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