JP2670607B2 - メタノールを燃料とする燃料電池発電プラント - Google Patents
メタノールを燃料とする燃料電池発電プラントInfo
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- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
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- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
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Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明はメタノールを燃料とするリン酸型燃料電池発
電プラントに関するものである。 〔従来技術〕 従来、燃料極と空気極を有し、両極間にリン酸電解質
を存在させたリン酸型燃料電池は知られている。この場
合、燃料としてメタノールを用いることも知られてい
る。このリン酸型燃料電池は、通常、温度170℃〜220℃
で運転されるため、燃料としてのメタノールは、スチー
ムとの混合物の形で熱媒体油で温度を一定にしたクラッ
カーに導入し、このスラッカーの中の触媒により分解
し、そして、このクラッカーで生成した水素を含むガス
を燃料極に供給する方法が採用されている。従来提案さ
れているメタノールを燃料とするリン型燃料電池発電プ
ラントのフローシートを第２図に示す。 しかし、このような従来のリン酸型燃料電池発電プラ
ントは、前記のように、熱媒体油を加熱するための熱媒
体加熱炉及び熱媒体油の循環システム、さらにメタノー
ルクラッカーの使用が必要であることから、プラント全
体が大型かつ複雑になるという問題があった。 〔目的〕 本発明は、前記のような熱媒体加熱炉及びメタノール
クラッカー等の使用を必要としないリン酸型燃料電池発
電プラントを提供することを目的とする。 〔構成〕 本発明によれば、燃料極と空気極を有し、両極間にリ
ン酸電解質を介在させ、さらに該燃料極にメタノールク
ラッキング触媒を存在させたリン酸型燃料電池本体と、
該電池本体を冷却するためのクーラ部と、該電池本体の
空気極に空気を供給するための空気ブロワーと、メタノ
ール気化用熱交換器と、スチーム発生炉と、スチームド
ラムと、燃料ガス冷却器と、気液分離器を備えるととも
に、該スチームドラムの凝縮水を該スチーム発生炉に供
給する配管と、該スチーム発生炉で生成したスチームを
該スチームドラムへ返還する配管と、該スチームドラム
のスチームを該メタノール気化用熱交換器に供給する配
管と、該熱交換器で気化されたメタノール蒸気にスチー
ムドラムのスチームを混合するための配管と、メタノー
ル蒸気とスチームとの混合物を該燃料極に供給する配管
と、該スチームドラムの凝縮水を該クーラ部へ供給する
配管と、該燃料極からの排ガスを燃料ガスとして該スチ
ーム発生炉へ供給する配管と、該スチーム発生炉で得ら
れた燃焼ガスを該冷却器に供給する配管と、該冷却器で
得られた凝縮水を含む冷却燃焼ガスを該気液分離器に供
給する配管と、該気液分離器で得られた凝縮水を該スチ
ームドラムへ供給する配管を備えていることを特徴とす
るメタノールを燃料とするリン酸型燃料電池発電プラン
トが提供される。 本発明で用いるリン酸型燃料電池においては、その燃
料極にメタノールのクラッキング触媒を存在させて、こ
の燃料極においてメタノールをスチームと反応させる。
この場合の反応は次の式で表わされる。 CH3OH＋H2OCO2＋3H2 （Ｉ） この反応は吸熱反応であり、高温程水素が生成しやす
いが、リン酸型燃料電池においては、その作動温度が17
0〜220℃であるため、燃料極で前記反応を進行させる必
要がある。メタノールの分解反応においては、従来は30
0℃近くの温度が必要とされていたが、本発明者らの研
究によれば、熱料極にスチームクラッキング触媒を存在
させ、この燃料極にスチームとメタノールを導入させる
時には、意外にも、温度220℃程度の低い温度でも十分
に前記反応が進行することを見出した。燃料極において
メタノールをスチームと反応させた時には、生成した水
素は、すぐにリン酸電解液に溶け込み、空気極に移動
し、反応消費される。従って、このような燃料極から空
気極へ向う水素移動が反応推進力となって、燃料極での
メタノールの分解反応が進行するため、前記低温度でも
その反応は十分円滑に進行するものと考えられる。 本発明で用いるメタノールのスチームクラッキング触
媒としては、従来公知のメタノール合成触媒を使用する
ことができる。この触媒は、燃料極内に存在させればよ
く、例えば、メタノールが流通する燃料極の通路（溝
部）に粒状で充填配置することができる。本発明におい
ては、このようなメタノールのクラッキング触媒の存在
下、燃料極において、約200℃でメタノールをスチーム
クラッキングし、水素を生成させる。 次に、本発明のリン酸型燃料電池発電プラントの実施
例について、そのフローシートを第１図に示す。 第１図において、スチームドラム４で分離された凝縮
水は、その一部はライン24を通って燃料電池のクーラ部
に循環され、残部はライン14を通ってスチーム発生炉２
に送られ、ここで加熱され、スチームに変換された後、
ライン20を通って再びスチームドラム４に送られる。こ
のようにして、スチームドラム４からは、一定温度のス
チームが発生され、このスチームはライン15を通ってメ
タノール蒸気ライン16に導入される。 一方、メタノールはライン11を通り、熱交換器３を通
って、メタノール蒸気とされ、ライン16において、ライ
ン15からのスチームと混合された後、燃料電池本体１の
燃料極に導入される。この燃料極においては、前記した
ように、メタノールのクラッキング触媒が充填されてい
ることから、前記反応式（Ｉ）に従ってメタノールのク
ラッキングが行われ、水素が生成され、燃料電池におけ
る燃料として消費される。燃料極からの排ガスは、ライ
ン17を通ってスチーム発生炉２に送られ、燃料として燃
焼される。 なお、メタノールの一部はライン10を通ってスチーム
発生炉に送られ、燃料として燃焼される。 燃料電池の空気極には、ブロワー８からの空気がライ
ン25及び熱交換器７を通った後供給され、ここでその中
に含まれる酸素が水素との反応に使用される。この空気
極かの排ガスは、ライン26を通り、熱交換器７及び冷却
器６を通った後、気液分離器５に導入され、ここから大
気へ放出される。 ブロワー８からの空気の一部は、ライン13を通ってス
チーム発生炉２の燃焼用空気として用いられる。スチー
ム発生炉からの燃焼ガスは、ライン19及び冷却器６を通
って気液分離器５に導入され、ここから大気へ放出され
る。また、この気液分離器５には、熱交換器３におい
て、メタノールとの間で熱交換により生成した凝縮水が
ライン18及び冷却器６を通って導入される。気液分離器
５で分離された凝縮水は、ライン21を通ってスチームド
ラム４に送られる。 燃料電池で得られた電気は、インバータにより交流電
力に変換される。 次に、以上のようにして構成されたリン酸型燃料電池
における主な操作条件を示すと、概略は以下の通りであ
る。 （１）スチームドラムでの発生スチーム温度（ライン1
5）:180℃。 （２）メタノール温度（ライン11）：常温。 （３）メタノール／スチーム混合物の温度及び圧力（ラ
イン16）温度:170℃、圧力：微加圧 （４）燃料極からの排ガス温度（ライン17）:200℃ （５）空気極への空気導入温度（ライン27）:160℃ （６）空気極からの排ガス温度（ライン26）:200℃ （７）燃料極でのメタノール変換率:99モル％ （８）燃料極でのメタノールモル当りの水素生成率:4モ
ル％ （９）燃料極からの排ガス組成（モル％）（ライン17） H2:36％、CO:0.5％、CO2:46％、H2O:17％、CH3OH:0.5％ 〔効果〕 本発明のリン酸型燃焼電池発電プラントは、前記のよ
うに、メタノール／スチーム混合物を直接燃料極に導入
し、ここでメタノールをクラッキングするようにしたこ
とから、第２図に示した如き、従来法において必要とさ
れたメタノールクラッカー及び熱媒体油加熱炉の使用が
不要になり、熱媒体油の循環システムも不要となり、シ
ステム全体が簡略化される。さらに、燃料電池スタート
アップ加熱用のスチームは、本発明の場合、スチーム発
生炉から与えることができるので、従来法において必要
とされたスタートアップファーネスも不要となる。
電プラントに関するものである。 〔従来技術〕 従来、燃料極と空気極を有し、両極間にリン酸電解質
を存在させたリン酸型燃料電池は知られている。この場
合、燃料としてメタノールを用いることも知られてい
る。このリン酸型燃料電池は、通常、温度170℃〜220℃
で運転されるため、燃料としてのメタノールは、スチー
ムとの混合物の形で熱媒体油で温度を一定にしたクラッ
カーに導入し、このスラッカーの中の触媒により分解
し、そして、このクラッカーで生成した水素を含むガス
を燃料極に供給する方法が採用されている。従来提案さ
れているメタノールを燃料とするリン型燃料電池発電プ
ラントのフローシートを第２図に示す。 しかし、このような従来のリン酸型燃料電池発電プラ
ントは、前記のように、熱媒体油を加熱するための熱媒
体加熱炉及び熱媒体油の循環システム、さらにメタノー
ルクラッカーの使用が必要であることから、プラント全
体が大型かつ複雑になるという問題があった。 〔目的〕 本発明は、前記のような熱媒体加熱炉及びメタノール
クラッカー等の使用を必要としないリン酸型燃料電池発
電プラントを提供することを目的とする。 〔構成〕 本発明によれば、燃料極と空気極を有し、両極間にリ
ン酸電解質を介在させ、さらに該燃料極にメタノールク
ラッキング触媒を存在させたリン酸型燃料電池本体と、
該電池本体を冷却するためのクーラ部と、該電池本体の
空気極に空気を供給するための空気ブロワーと、メタノ
ール気化用熱交換器と、スチーム発生炉と、スチームド
ラムと、燃料ガス冷却器と、気液分離器を備えるととも
に、該スチームドラムの凝縮水を該スチーム発生炉に供
給する配管と、該スチーム発生炉で生成したスチームを
該スチームドラムへ返還する配管と、該スチームドラム
のスチームを該メタノール気化用熱交換器に供給する配
管と、該熱交換器で気化されたメタノール蒸気にスチー
ムドラムのスチームを混合するための配管と、メタノー
ル蒸気とスチームとの混合物を該燃料極に供給する配管
と、該スチームドラムの凝縮水を該クーラ部へ供給する
配管と、該燃料極からの排ガスを燃料ガスとして該スチ
ーム発生炉へ供給する配管と、該スチーム発生炉で得ら
れた燃焼ガスを該冷却器に供給する配管と、該冷却器で
得られた凝縮水を含む冷却燃焼ガスを該気液分離器に供
給する配管と、該気液分離器で得られた凝縮水を該スチ
ームドラムへ供給する配管を備えていることを特徴とす
るメタノールを燃料とするリン酸型燃料電池発電プラン
トが提供される。 本発明で用いるリン酸型燃料電池においては、その燃
料極にメタノールのクラッキング触媒を存在させて、こ
の燃料極においてメタノールをスチームと反応させる。
この場合の反応は次の式で表わされる。 CH3OH＋H2OCO2＋3H2 （Ｉ） この反応は吸熱反応であり、高温程水素が生成しやす
いが、リン酸型燃料電池においては、その作動温度が17
0〜220℃であるため、燃料極で前記反応を進行させる必
要がある。メタノールの分解反応においては、従来は30
0℃近くの温度が必要とされていたが、本発明者らの研
究によれば、熱料極にスチームクラッキング触媒を存在
させ、この燃料極にスチームとメタノールを導入させる
時には、意外にも、温度220℃程度の低い温度でも十分
に前記反応が進行することを見出した。燃料極において
メタノールをスチームと反応させた時には、生成した水
素は、すぐにリン酸電解液に溶け込み、空気極に移動
し、反応消費される。従って、このような燃料極から空
気極へ向う水素移動が反応推進力となって、燃料極での
メタノールの分解反応が進行するため、前記低温度でも
その反応は十分円滑に進行するものと考えられる。 本発明で用いるメタノールのスチームクラッキング触
媒としては、従来公知のメタノール合成触媒を使用する
ことができる。この触媒は、燃料極内に存在させればよ
く、例えば、メタノールが流通する燃料極の通路（溝
部）に粒状で充填配置することができる。本発明におい
ては、このようなメタノールのクラッキング触媒の存在
下、燃料極において、約200℃でメタノールをスチーム
クラッキングし、水素を生成させる。 次に、本発明のリン酸型燃料電池発電プラントの実施
例について、そのフローシートを第１図に示す。 第１図において、スチームドラム４で分離された凝縮
水は、その一部はライン24を通って燃料電池のクーラ部
に循環され、残部はライン14を通ってスチーム発生炉２
に送られ、ここで加熱され、スチームに変換された後、
ライン20を通って再びスチームドラム４に送られる。こ
のようにして、スチームドラム４からは、一定温度のス
チームが発生され、このスチームはライン15を通ってメ
タノール蒸気ライン16に導入される。 一方、メタノールはライン11を通り、熱交換器３を通
って、メタノール蒸気とされ、ライン16において、ライ
ン15からのスチームと混合された後、燃料電池本体１の
燃料極に導入される。この燃料極においては、前記した
ように、メタノールのクラッキング触媒が充填されてい
ることから、前記反応式（Ｉ）に従ってメタノールのク
ラッキングが行われ、水素が生成され、燃料電池におけ
る燃料として消費される。燃料極からの排ガスは、ライ
ン17を通ってスチーム発生炉２に送られ、燃料として燃
焼される。 なお、メタノールの一部はライン10を通ってスチーム
発生炉に送られ、燃料として燃焼される。 燃料電池の空気極には、ブロワー８からの空気がライ
ン25及び熱交換器７を通った後供給され、ここでその中
に含まれる酸素が水素との反応に使用される。この空気
極かの排ガスは、ライン26を通り、熱交換器７及び冷却
器６を通った後、気液分離器５に導入され、ここから大
気へ放出される。 ブロワー８からの空気の一部は、ライン13を通ってス
チーム発生炉２の燃焼用空気として用いられる。スチー
ム発生炉からの燃焼ガスは、ライン19及び冷却器６を通
って気液分離器５に導入され、ここから大気へ放出され
る。また、この気液分離器５には、熱交換器３におい
て、メタノールとの間で熱交換により生成した凝縮水が
ライン18及び冷却器６を通って導入される。気液分離器
５で分離された凝縮水は、ライン21を通ってスチームド
ラム４に送られる。 燃料電池で得られた電気は、インバータにより交流電
力に変換される。 次に、以上のようにして構成されたリン酸型燃料電池
における主な操作条件を示すと、概略は以下の通りであ
る。 （１）スチームドラムでの発生スチーム温度（ライン1
5）:180℃。 （２）メタノール温度（ライン11）：常温。 （３）メタノール／スチーム混合物の温度及び圧力（ラ
イン16）温度:170℃、圧力：微加圧 （４）燃料極からの排ガス温度（ライン17）:200℃ （５）空気極への空気導入温度（ライン27）:160℃ （６）空気極からの排ガス温度（ライン26）:200℃ （７）燃料極でのメタノール変換率:99モル％ （８）燃料極でのメタノールモル当りの水素生成率:4モ
ル％ （９）燃料極からの排ガス組成（モル％）（ライン17） H2:36％、CO:0.5％、CO2:46％、H2O:17％、CH3OH:0.5％ 〔効果〕 本発明のリン酸型燃焼電池発電プラントは、前記のよ
うに、メタノール／スチーム混合物を直接燃料極に導入
し、ここでメタノールをクラッキングするようにしたこ
とから、第２図に示した如き、従来法において必要とさ
れたメタノールクラッカー及び熱媒体油加熱炉の使用が
不要になり、熱媒体油の循環システムも不要となり、シ
ステム全体が簡略化される。さらに、燃料電池スタート
アップ加熱用のスチームは、本発明の場合、スチーム発
生炉から与えることができるので、従来法において必要
とされたスタートアップファーネスも不要となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のリン酸型燃料電池発電プラントのフ
ローシートを示し、第２図は従来法のリン酸型燃料電池
発電プラントのフローシートを示す。 １……燃料電池本体、２……スチーム発生炉、３……熱
交換器、４……スチームドラム、５……気液分離器。
ローシートを示し、第２図は従来法のリン酸型燃料電池
発電プラントのフローシートを示す。 １……燃料電池本体、２……スチーム発生炉、３……熱
交換器、４……スチームドラム、５……気液分離器。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．燃料極と空気極を有し、両極間にリン酸電解質を介
在させ、さらに該燃料極にメタノールクラッキング触媒
を存在させたリン酸型燃料電池本体と、該電池本体を冷
却するためにクーラ部と、該電池本体の空気極に空気を
供給するための空気ブロワーと、メタノール気化用熱交
換器と、スチーム発生炉と、スチームドラムと、燃焼ガ
ス冷却器と、気液分離器を備えるとともに、該スチーム
ドラムの凝縮水を該スチーム発生炉に供給する配管と、
該スチーム発生炉で生成したスチームを該スチームドラ
ムへ返還する配管と、該スチームドラムのスチームを該
メタノール気化用熱交換器に供給する配管と、該熱交換
器で気化されたメタノール蒸気にスチームドラムのスチ
ームを混合するための配管と、メタノール蒸気とスチー
ムとの混合物を該燃料極に供給する配管と、該スチーム
ドラムの凝縮水を該クーラ部へ供給する配管と、該燃料
極からの排ガスを燃料ガスとして該スチーム発生炉へ供
給する配管と、該スチーム発生炉で得られた燃焼ガスを
該冷却器に供給する配管と、該冷却器で得られた凝縮水
を含む冷却燃焼ガスを該気液分離器に供給する配管と、
該気液分離器で得られた凝縮水を該スチームドラムへ供
給する配管を備えていることを特徴とするメタノールを
燃料とするリン酸型燃料電池発電プラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283035A JP2670607B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | メタノールを燃料とする燃料電池発電プラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283035A JP2670607B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | メタノールを燃料とする燃料電池発電プラント |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01128365A JPH01128365A (ja) | 1989-05-22 |
| JP2670607B2 true JP2670607B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=17660374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62283035A Expired - Lifetime JP2670607B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | メタノールを燃料とする燃料電池発電プラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2670607B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101322625B1 (ko) * | 2012-11-20 | 2013-10-29 | 에스티엑스조선해양 주식회사 | 선박용 증기 발전장치 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101392971B1 (ko) | 2012-06-04 | 2014-05-08 | 주식회사 경동나비엔 | 연료전지와 보일러의 복합 시스템 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6217002A (ja) * | 1985-07-15 | 1987-01-26 | Babcock Hitachi Kk | 燃料電池用メタノ−ル改質装置 |
| JPS62122071A (ja) * | 1985-11-22 | 1987-06-03 | Hitachi Ltd | メタノ−ル改質型燃料電池 |
-
1987
- 1987-11-11 JP JP62283035A patent/JP2670607B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101322625B1 (ko) * | 2012-11-20 | 2013-10-29 | 에스티엑스조선해양 주식회사 | 선박용 증기 발전장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01128365A (ja) | 1989-05-22 |
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