JP5286529B2 - 発電装置および発電方法 - Google Patents
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Description
また、エクセルギー率は圧力にも依存する。圧力が高ければエクセルギー率も高くなる。これより、反応プロセスにおいて、高い温度と高い圧力を維持することができれば、エクセルギー率自体を1に近づけることができる。
更に、TΔSを減少させてΔGを増加する手段がある。すなわち、ΔGは温度と圧力により決まるので、プロセスを組んで温度と圧力を上げることにより、TΔSを小さくして、ΔG/ΔHの値を上げることができる。
高圧の蒸気を用いることにより、流動層ガス炉およびその下流の圧力を高く維持することが可能となる。反応の圧力が高いと、エクセルギー率は高くなる。
C+2H2O=CO2+2H2 (1)
CO+H2O=CO2+H2 (2)
常圧で水素と酸素を発生させると、大気に対して仕事をすることになり損失が発生する。この構成によれば、電気分解槽は密閉構造を有しているので、その内部の圧力は大気よりも高圧に保持されている。このため、電気分解槽で水の電気分解により水素を製造することにより、常圧であれば生じた大気圧への膨張分の損失を防ぐことができる。つまり、電気分解槽の圧力が高くなり、その分エクセルギー率は高くなる。
C + 2H2O = CO2 + 2H2 (3)
CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2 (4)
CO + H2O → H2 + CO2 (5)
C + 2H2O + Q = CO2 + 2H2 (6)
2H2 + O2 = 2H2O + Q + W (7)
C + O2 = CO2 + W (8)
2 流動層
3 ウインドボックス
4 分散板
5 流動媒体
6 燃料電池
7 フリーボード部
8 流動層ガス炉
11 配管(a生成ガス)
12 集塵機
13 排出路
14 配管
17 シフト反応器
18 配管
19 配管
21 水素タンク
22 配管
23 酸素タンク
24 配管
25 配管
26 電気分解槽
27 配管
28 配管
29 熱交換器
31 蒸気タービン
32 蒸気タービン発電機
33 復水器
34 配管
35 配管
36 調節弁
38 配管
42 燃料電池発電電力
44 蒸気タービン発電電力
46 直流電力
51 秤量器
52 制御装置
53 原料特性テーブル
54 熱量計算回路
55 燃料電池特性テーブル
56 水素量計算回路
57 調節弁制御回路
Claims (14)
- 炭素および/または炭化水素を含む原料を加熱してガスを生成する流動層ガス炉と、
前記流動層ガス炉でガス化された生成ガスから水素を生成するシフト反応器と、
前記シフト反応器で生成された水素を用いて発電する燃料電池を有する発電装置であって、
前記燃料電池が前記流動層ガス炉内に設置されている発電装置。 - 前記流動層ガス炉には、流動層が配備されていて、更に、前記流動層の下部には分散板が配備されていて、
前記燃料電池が前記流動層内であって前記分散板の下流に配置されている請求項1に記載の発電装置。 - 前記燃料電池の発電の際に生じた蒸気を、前記分散板の上流に配備したウインドボックスから流動層ガス炉に供給する請求項2に記載の発電装置。
- 前記流動層ガス炉において、前記原料をガス化するのに必要な熱を前記燃料電池の発電により生じた熱を用いる請求項1に記載の発電装置。
- 前記シフト反応器には、前記燃料電池の発電により生じた水蒸気が供給されるようになっていて、当該水蒸気の熱を利用して、前記生成ガスから水素が生成される請求項1に記載の発電装置。
- 前記燃料電池の発電により生じた蒸気を蒸気タービンに導き、当該蒸気タービンにより駆動される発電機を備えた請求項1に記載の発電装置。
- 前記蒸気タービンの排気出口に、前記蒸気タービンの排気を電気分解する、密閉構造を有する電気分解槽が接続されていて、電気分解により生じた水素および酸素を前記燃料電池に供給して発電する請求項6に記載の発電装置。
- 前記シフト反応器からの水素が前記燃料電池に供給されると共に、系外に取り出し可能となっている請求項1に記載の発電装置。
- 前記シフト反応器と前記燃料電池の間に、前記燃料電池に供給する水素の量を調節する調節弁が設けられている請求項8に記載の発電装置。
- 前記原料の重量を測定する秤量器と、前記調節弁を制御する制御装置を備えていて、
前記制御装置は、前記秤量器からの信号に基づき前記原料のガス化に必要な熱量を計算する熱量計算回路と、当該熱量計算回路からの信号に基づき前記燃料電池の発電に必要な水素の量を計算する水素量計算回路と、当該水素量計算回路の出力に応じて前記調節弁を制御する調節弁制御回路を有している請求項9に記載の発電装置。 - 炭素および/または炭化水素を含む原料を加熱してガスを生成する流動層ガス炉と、
前記流動層ガス炉でガス化された生成ガスから水素を生成するシフト反応器と、
前記シフト反応器で生成された水素を用いて発電する燃料電池を有する発電装置であって、
前記燃料電池が前記流動層ガス炉内に設置されており、かつ、
前記原料のガス化に必要な熱を、前記原料の燃焼によらず、前記燃料電池の発電により生じる熱を用いる発電装置。 - 炭素および/または炭化水素を含む原料を加熱してガスを生成する流動層ガス炉と、
前記流動層ガス炉でガス化された生成ガスから水素を生成するシフト反応器と、
前記シフト反応器で生成された水素を用いて発電する燃料電池を有する発電装置であって、
前記燃料電池が前記流動層ガス炉内に設置されており、かつ、
前記流動層ガス炉における流動化のための気体を、外部から供給することなく、前記燃料電池の発電により生じた蒸気を用いる発電装置。 - 流動層ガス炉内に設置された燃料電池により発電を行うステップと、
前記燃料電池の発電の際に発生する熱により、炭素および/または炭化水素を含む原料をガス化して生成ガスを生成するステップと、
前記燃料電池の発電の際に発生する熱により、前記生成ガスを改質して水素を生成するシフト反応ステップと、
前記シフト反応ステップにおいて生成された水素を前記燃料電池に供給して発電するステップと、
前記燃料電池の発電により生じた蒸気を蒸気タービンに供給して発電をするステップを有する発電方法。 - 流動層ガス炉内に設置された燃料電池により発電を行うステップと、
前記燃料電池の発電の際に発生する熱により、炭素および/または炭化水素を含む原料をガス化して生成ガスを生成するステップと、
前記燃料電池の発電の際に発生する熱により、前記生成ガスを改質して水素を生成するシフト反応ステップと、
前記シフト反応ステップにおいて生成された水素を、前記流動層ガス炉に供給された前記原料の量に応じて、前記燃料電池に供給して発電するステップと、
前記シフト反応ステップにおいて生成された水素のうち、前記燃料電池に供給されなかった水素を生産物として取り出すステップを有する水素併産の発電方法。
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