JP6847900B2 - Carbon dioxide capture fuel cell power generation system - Google Patents

Carbon dioxide capture fuel cell power generation system Download PDF

Info

Publication number
JP6847900B2
JP6847900B2 JP2018153854A JP2018153854A JP6847900B2 JP 6847900 B2 JP6847900 B2 JP 6847900B2 JP 2018153854 A JP2018153854 A JP 2018153854A JP 2018153854 A JP2018153854 A JP 2018153854A JP 6847900 B2 JP6847900 B2 JP 6847900B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
fuel
fuel cell
electrode
carbon dioxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018153854A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020030889A (en
Inventor
康晴 川端
康晴 川端
良雄 松崎
良雄 松崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Tokyo Gas Co Ltd
Priority to JP2018153854A priority Critical patent/JP6847900B2/en
Publication of JP2020030889A publication Critical patent/JP2020030889A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6847900B2 publication Critical patent/JP6847900B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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

Description

本発明は二酸化炭素回収型燃料電池発電システムに関し、特に炭素化合物燃料を用いて発電を行い、発電に伴って発生する二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収型燃料電池発電システムに関する。 The present invention relates to a carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system, and more particularly to a carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system that generates power using a carbon compound fuel and recovers carbon dioxide generated by the power generation.

燃料電池発電システムにおいて、炭素化合物燃料を用いる場合には、燃料電池セルスタックの燃料極から排出される燃料極オフガスに二酸化炭素が含まれている。この二酸化炭素を回収することが行われているが、燃料極オフガスには二酸化炭素以外の成分が混在している。そこで、例えば、特許文献１には、燃料極オフガスを酸素燃焼させ、さらに水蒸気を凝縮により除去して二酸化炭素を回収する技術が開示されている。 When a carbon compound fuel is used in a fuel cell power generation system, carbon dioxide is contained in the fuel electrode off gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack. Although this carbon dioxide is recovered, components other than carbon dioxide are mixed in the fuel electrode off-gas. Therefore, for example, Patent Document 1 discloses a technique of burning fuel electrode off-gas with oxygen and further removing water vapor by condensation to recover carbon dioxide.

特開２０１２−１６４４２３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-164423

二酸化炭素を回収する一方で、燃料電池発電システムでは、発電効率を高めることが求められている。そのため、燃料極オフガス中に含まれる未反応の燃料ガス成分を再利用すべく、燃料極オフガスを再度燃料ガスとして別の燃料電池セルスタックの発電に供することが行われる。特許文献１でも第２のＳＯＦＣを設け、燃料極オフガスを用いて発電を行っている。しかしながら、第２のＳＯＦＣへ供給される燃料極オフガスは、酸素燃焼の処理が行われた後のものであるため、発電に供する燃料成分が酸素燃焼前よりも少なく、発電効率が低下してしまう。 While recovering carbon dioxide, fuel cell power generation systems are required to improve power generation efficiency. Therefore, in order to reuse the unreacted fuel gas component contained in the fuel electrode off gas, the fuel electrode off gas is used again as the fuel gas for power generation of another fuel cell stack. Patent Document 1 also provides a second SOFC and uses off-gas fuel electrode to generate electricity. However, since the fuel electrode off gas supplied to the second SOFC is after the oxygen combustion process, the fuel component used for power generation is less than that before oxygen combustion, and the power generation efficiency is lowered. ..

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、発電効率を向上させつつ、燃料極オフガスから高濃度の二酸化炭素を回収することが可能な二酸化炭素回収型燃料電池発電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above facts, and provides a carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system capable of recovering a high concentration of carbon dioxide from a fuel electrode off-gas while improving power generation efficiency. With the goal.

請求項１記載の発明に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、炭素化合物を含み第１燃料極へ供給される燃料ガスと、酸素を含み第１空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、前記第１燃料極から第１燃料極オフガスが送出される第１燃料電池と、前記第１燃料電池から排出された後に二酸化炭素を非除去のまま第２燃料極へ供給される前記第１燃料極オフガスと第２空気極へ供給される酸化剤ガスとを用いて発電し、前記第２燃料極から第２燃料極オフガスが燃料極オフガス流路へ送出される第２燃料電池と、前記第１空気極及び前記第２空気極の少なくとも一方から空気極オフガスを送出する空気極オフガス流路と、前記空気極オフガス流路と連結されて前記空気極オフガスが供給され、前記空気極オフガスから酸素を分離する酸素分離部と、前記燃料極オフガス流路と連結されて前記第２燃料極から前記燃料極オフガス流路を経て前記第２燃料極オフガスが供給されると共に前記酸素分離部で分離された酸素が供給され、前記第２燃料極オフガスを前記酸素により燃焼反応させる燃焼部と、前記燃焼部から送出される燃焼オフガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離部と、を備えている。 The carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to the invention according to claim 1 includes a fuel gas containing a carbon compound and supplied to the first fuel electrode, an oxidizing agent gas containing oxygen and supplied to the first air electrode, and the like. The first fuel cell is generated by, and the first fuel electrode off gas is sent from the first fuel electrode, and carbon dioxide is supplied to the second fuel electrode without being removed after being discharged from the first fuel cell. A second fuel cell that generates power using the first fuel electrode off gas and the oxidizing agent gas supplied to the second air electrode, and sends the second fuel electrode off gas from the second fuel electrode to the fuel electrode off gas flow path. The air electrode off gas flow path that sends out the air electrode off gas from at least one of the first air electrode and the second air electrode and the air electrode off gas flow path are connected to supply the air electrode off gas, and the air is supplied. The oxygen separation section that separates oxygen from the pole off gas is connected to the fuel pole off gas flow path, and the second fuel pole off gas is supplied from the second fuel pole through the fuel pole off gas flow path and the oxygen separation. A combustion unit in which oxygen separated by the unit is supplied and the second fuel electrode off gas is burned and reacted by the oxygen, and a carbon dioxide separation unit that separates carbon dioxide from the combustion off gas sent from the combustion unit are provided. ing.

請求項１に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、第１燃料電池と第２燃料電池を備えている。第１燃料電池では、第１燃料極へ供給された燃料ガスと第２空気極へ供給された酸化剤ガスにより発電が行われる。第２燃料電池では、第１燃料極から第２燃料極へ供給された第１燃料極オフガスと第２空気極へ供給された酸化剤ガスにより発電が行われる。 The carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 1 includes a first fuel cell and a second fuel cell. In the first fuel cell, power generation is performed by the fuel gas supplied to the first fuel electrode and the oxidant gas supplied to the second air electrode. In the second fuel cell, power generation is performed by the first fuel pole off gas supplied from the first fuel pole to the second fuel pole and the oxidant gas supplied to the second air pole.

第１空気極及び第２空気極の少なくとも一方からは、空気極オフガス流路へ空気極オフガスが送出され、空気極オフガス流路を経由して酸素分離部へ空気極オフガスが供給される。酸素分離部では、空気極オフガスから酸素が分離され、分離された酸素は燃焼部へ供給される。また、第２燃料極からは、燃料極オフガス流路へ第２燃料極オフガスが送出され、燃料極オフガス流路を経由して燃焼部へ第２燃料極オフガスが供給される。燃焼部では、第２燃料極オフガス中の可燃成分と酸素とで燃焼反応が生じ、燃焼部から燃焼オフガスが送出される。燃焼オフガスは二酸化炭素分離部へ送出され、燃焼オフガスから二酸化炭素が分離される。 From at least one of the first air electrode and the second air electrode, the air electrode off gas is sent out to the air electrode off gas flow path, and the air electrode off gas is supplied to the oxygen separation section via the air electrode off gas flow path. In the oxygen separation section, oxygen is separated from the air electrode off gas, and the separated oxygen is supplied to the combustion section. Further, the second fuel electrode off gas is sent from the second fuel electrode to the fuel electrode off gas flow path, and the second fuel electrode off gas is supplied to the combustion unit via the fuel electrode off gas flow path. In the combustion section, a combustion reaction occurs between the combustible component in the second fuel electrode off gas and oxygen, and the combustion off gas is sent out from the combustion section. The combustion off gas is sent to the carbon dioxide separation unit, and carbon dioxide is separated from the combustion off gas.

請求項１に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムでは、第２燃料電池から送出された後の第２燃料極オフガスが燃焼部で燃焼されるので、第２燃料電池での発電に供される前の第１燃料極オフガスを燃焼する場合と比較して、第２燃料電池に供給される未反応燃料ガス量が多くなる。したがって、第２燃料電池での発電効率を高めることができる。また、燃焼部では、第２燃料極オフガスに含まれている可燃成分と酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。また、第２燃料極オフガスには、第１燃料極オフガスと比較して含まれる未反応の燃料ガス量が少なく、二酸化炭素の含有率が高い。したがって、燃焼部で未反応の燃料ガスを燃焼させる量を少なくすることができると共に、未反応の燃料ガスを燃焼させるために必要となる酸素量を少なくすることができる。 In the carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 1, since the second fuel pole off gas after being sent from the second fuel cell is burned in the combustion section, it is used for power generation in the second fuel cell. The amount of unreacted fuel gas supplied to the second fuel cell is larger than that in the case of burning the previous first fuel pole off gas. Therefore, the power generation efficiency of the second fuel cell can be improved. Further, in the combustion unit, carbon dioxide and water vapor are generated by a combustion reaction between oxygen and a combustible component contained in the second fuel electrode off-gas. Therefore, it is possible to recover a high concentration of carbon dioxide by reducing the combustible gas from the second fuel electrode off gas. Further, the second fuel electrode off gas contains a smaller amount of unreacted fuel gas than the first fuel electrode off gas, and has a high carbon dioxide content. Therefore, the amount of unreacted fuel gas burned in the combustion unit can be reduced, and the amount of oxygen required to burn the unreacted fuel gas can be reduced.

請求項３に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、前記第１燃料電池及び第２燃料電池が、水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池（ＰＣＦＣ：Proton Ceramic Solid Oxide Fuel Cell）である。 In the carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 3, the first fuel cell and the second fuel cell are hydrogen ion conduction type solid oxide fuel cells (PCFC: Proton Ceramic Solid Oxide Fuel Cell).

水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池では、空気極側で発電反応による水蒸気が生成される。したがって、第１燃料極オフガスに含まれる水蒸気の量は少なくなるため、第２燃料極へ供給される燃料ガスの濃度低下が小さく、第２燃料電池での発電効率を向上させることができる。また、第２燃料極オフガスに含まれる水蒸気の量も少なくなるため、第２燃料極オフガスから除去する水蒸気の量を少なくすることができる。 In the hydrogen ion conduction type solid oxide fuel cell, water vapor is generated by the power generation reaction on the air electrode side. Therefore, since the amount of water vapor contained in the first fuel electrode off gas is reduced, the decrease in the concentration of the fuel gas supplied to the second fuel electrode is small, and the power generation efficiency in the second fuel cell can be improved. Further, since the amount of water vapor contained in the second fuel electrode off gas is also reduced, the amount of water vapor removed from the second fuel electrode off gas can be reduced.

請求項４に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、前記第１燃料電池及び第２燃料電池が、酸素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）であり、前記第１燃料極から送出された前記第１燃料極オフガスから水蒸気を分離して再生燃料ガスを生成する燃料再生部を有し、前記再生燃料ガスが前記第２燃料極へ供給される。 In the carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 4, the first fuel cell and the second fuel cell are oxygen ion conduction type solid oxide fuel cells (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell), and the first fuel cell and the second fuel cell are the above-mentioned first fuel cell. It has a fuel regeneration unit that separates water vapor from the first fuel electrode off gas delivered from one fuel electrode to generate a regenerated fuel gas, and the regenerated fuel gas is supplied to the second fuel electrode.

酸素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池では、燃料極側で発電反応による水蒸気が生成されるため、第１燃料極オフガスに含まれる水蒸気の量が多くなる。そこで、燃料再生部で第１燃料極オフガスから水蒸気を除去して再生燃料ガスを生成し、再生燃料ガスを第２燃料極へ供給する。これにより、第２燃料電池での発電効率を向上させることができる。 In the oxygen ion conduction type solid oxide fuel cell, since water vapor is generated by the power generation reaction on the fuel electrode side, the amount of water vapor contained in the first fuel electrode off gas increases. Therefore, the fuel regeneration unit removes water vapor from the first fuel electrode off gas to generate the regenerated fuel gas, and supplies the regenerated fuel gas to the second fuel electrode. As a result, the power generation efficiency of the second fuel cell can be improved.

請求項５に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、前記燃焼部よりも上流側から前記第２燃料極オフガスの一部を前記第１燃料極へ供給する循環流路を備えている。 The carbon capture and storage fuel cell power generation system according to claim 5 includes a circulation flow path for supplying a part of the second fuel electrode off gas to the first fuel electrode from the upstream side of the combustion unit.

請求項５に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムによれば、循環流路を介して、第２燃料極オフガスの一部を第１燃料極へ供給することにより、第２燃料極オフガス中の未反応燃料ガス及び水蒸気を発電及び燃料ガスの水蒸気改質に、それぞれ利用することができる。 According to the carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 5 , a part of the second fuel electrode off gas is supplied to the first fuel electrode via the circulation flow path, so that the second fuel electrode off gas is contained. Unreacted fuel gas and steam can be used for power generation and steam reforming of fuel gas, respectively.

請求項６に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、前記酸素分離部は酸素を選択的に透過させる酸素透過膜を有し、前記燃焼部は前記酸素透過膜の透過側に燃焼空間が配置されている。 In the carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 6, the oxygen separation section has an oxygen permeable membrane that selectively permeates oxygen, and the combustion section has a combustion space arranged on the permeation side of the oxygen permeable membrane. Has been done.

請求項６に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムによれば、燃焼部を酸素分離部の酸素透過膜と隣接配置することができ、燃焼部と酸素分離部をコンパクトに構成することができる。 According to the carbon capture and storage fuel cell power generation system according to claim 6 , the combustion unit can be arranged adjacent to the oxygen permeation membrane of the oxygen separation unit, and the combustion unit and the oxygen separation unit can be compactly configured.

請求項１に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、炭素化合物を含み第１燃料極へ供給される燃料ガスと、酸素を含み第１空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、前記第１燃料極から第１燃料極オフガスが送出される第１燃料電池と、前記第１燃料電池から排出された後に二酸化炭素を非除去のまま第２燃料極へ供給される前記第１燃料極オフガスと第２空気極へ供給される酸化剤ガスとを用いて発電し、前記第２燃料極から第２燃料極オフガスが燃料極オフガス流路へ送出される第２燃料電池と、前記第１空気極及び前記第２空気極の少なくとも一方から空気極オフガスを送出する空気極オフガス流路と、前記空気極オフガス流路から分岐された分岐空気極オフガス流路と連結され、前記分岐空気極オフガス流路から前記空気極オフガスが供給され、前記空気極オフガスから酸素を分離する酸素分離部と、前記燃料極オフガス流路と連結されて前記第２燃料極オフガスが供給されると共に前記酸素分離部で分離された酸素が供給され、前記第２燃料極オフガスを前記酸素により燃焼反応させる燃焼部と、前記燃焼部から送出される燃焼オフガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離部と、前記二酸化炭素分離部で分離された二酸化炭素リッチガス中の可燃ガス濃度及び酸素濃度が閾値以下となるように、前記空気極オフガス流路から前記分岐空気極オフガス流路へ分岐する前記空気極オフガスの量を調整する流量調整バルブを制御する制御部と、を備えている。 The carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 1 generates power by a fuel gas containing a carbon compound and supplied to the first fuel electrode and an oxidizing agent gas containing oxygen and supplied to the first air electrode. The first fuel cell in which the first fuel pole off gas is sent from the first fuel pole, and the first fuel cell in which carbon dioxide is supplied to the second fuel pole without removing carbon dioxide after being discharged from the first fuel cell. A second fuel cell that generates electricity using the fuel electrode off gas and the oxidant gas supplied to the second air electrode, and sends the second fuel electrode off gas from the second fuel electrode to the fuel electrode off gas flow path, and the above. The branched air is connected to an air electrode off gas flow path that sends out air electrode off gas from at least one of the first air electrode and the second air electrode, and a branched air electrode off gas flow path branched from the air electrode off gas flow path. The air electrode off gas is supplied from the pole off gas flow path, and the oxygen separation unit that separates oxygen from the air electrode off gas is connected to the fuel electrode off gas flow path to supply the second fuel electrode off gas and the oxygen. A combustion unit in which oxygen separated by the separation unit is supplied and the second fuel electrode off gas is burned and reacted by the oxygen, a carbon dioxide separation unit that separates carbon dioxide from the combustion off gas sent from the combustion unit, and the above. The amount of the air electrode off gas branched from the air electrode off gas flow path to the branched air electrode off gas flow path so that the combustible gas concentration and the oxygen concentration in the carbon dioxide rich gas separated by the carbon dioxide separation unit are equal to or less than the threshold value. It is equipped with a control unit that controls a flow control valve that adjusts the amount of carbon dioxide.

請求項２に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムによれば、酸素分離部へ送出する空気極オフガスの量を容易に調整することができる。 According to the carbon capture and storage fuel cell power generation system according to claim 2 , the amount of air electrode off gas sent to the oxygen separation unit can be easily adjusted.

請求項６に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、前記第１燃料電池、及び前記第２燃料電池の少なくとも一方における発電により得られた電力で駆動し、冷熱を生成する電動ターボ冷凍機を備え、前記二酸化炭素分離部は、前記電動ターボ冷凍機で生成された冷熱により前記燃焼オフガスを冷却して前記燃焼オフガス内の水蒸気を凝縮させる。 The carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 6 comprises an electric turbo chiller that is driven by power generated by power generation in at least one of the first fuel cell and the second fuel cell to generate cold heat. The carbon dioxide separation unit cools the combustion off-gas with the cold heat generated by the electric turbo chiller to condense the water vapor in the combustion off-gas.

請求項６に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムによれば、当該システム内で発電した電力を用いて、電動ターボ冷凍機により、効率的に燃焼オフガスを冷却して水蒸気を凝縮させ、二酸化炭素を分離することができる。 According to the carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 6 , the electric turbo chiller efficiently cools the combustion off-gas to condense water vapor using the electric power generated in the system, and carbon dioxide is produced. Can be separated.

本発明に係る二酸化炭素回収型燃料電池発電システムによれば、発電効率を向上させつつ、燃料極オフガスから高濃度の二酸化炭素を回収することができる。 According to the carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to the present invention, it is possible to recover high-concentration carbon dioxide from the fuel electrode off-gas while improving the power generation efficiency.

第１実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell power generation system which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る燃料電池発電システムの制御系のブロック図である。It is a block diagram of the control system of the fuel cell power generation system which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態の流量調整処理のフローチャートである。It is a flowchart of the flow rate adjustment process of 1st Embodiment. 第１実施形態の冷却水温度調整処理のフローチャートである。It is a flowchart of the cooling water temperature adjustment process of 1st Embodiment. 第２実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell power generation system which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell power generation system which concerns on 3rd Embodiment. 第４実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell power generation system which concerns on 4th Embodiment. 第５実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell power generation system which concerns on 5th Embodiment. 第６実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell power generation system which concerns on 6th Embodiment. 第７実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell power generation system which concerns on 7th Embodiment. 第８実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell power generation system which concerns on 8th Embodiment. 第９実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell power generation system which concerns on 9th Embodiment. 第１実施形態の変形例に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell power generation system which concerns on the modification of 1st Embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。 Hereinafter, an example of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

〔第１実施形態〕
図１には、本発明の二酸化炭素回収型燃料電池発電システムの一例としての第１実施形態に係る燃料電池発電システム１０Ａが示されている。燃料電池発電システム１０Ａは、主要な構成として、第１燃料電池セルスタック１２、第２燃料電池セルスタック１４、酸素透過膜付燃焼器２０、凝縮器２６、二酸化炭素回収タンク２８、第１熱交換器３０、第２熱交換器３２、排熱投入型吸収式冷凍機３６、水タンク２７を備えている。また、図２に示されるように、燃料電池発電システム１０Ａを制御する制御部４０を備えている。 [First Embodiment]
FIG. 1 shows the fuel cell power generation system 10A according to the first embodiment as an example of the carbon capture and storage fuel cell power generation system of the present invention. The fuel cell power generation system 10A has the first fuel cell stack 12, the second fuel cell stack 14, the combustor 20 with an oxygen permeable film, the condenser 26, the carbon dioxide recovery tank 28, and the first heat exchange as the main configurations. It includes a vessel 30, a second heat exchanger 32, an exhaust heat input type absorption refrigerating machine 36, and a water tank 27. Further, as shown in FIG. 2, a control unit 40 for controlling the fuel cell power generation system 10A is provided.

第１燃料電池セルスタック１２は、水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池（ＰＣＦＣ：Proton Ceramic Solid Oxide Fuel Cell）であり、電解質層１２Ｃと、当該電解質層１２Ｃの表裏面にそれぞれ積層された第１燃料極（燃料極）１２Ａ、及び第１空気極（空気極）１２Ｂと、を有している。 The first fuel cell stack 12 is a hydrogen ion conduction type solid oxide fuel cell (PCFC), and is a first layer of the electrolyte layer 12C and the front and back surfaces of the electrolyte layer 12C, respectively. It has one fuel electrode (fuel electrode) 12A and a first air electrode (air electrode) 12B.

なお、第２燃料電池セルスタック１４についての基本構成は、第１燃料電池セルスタック１２と同様であり、第１燃料極１２Ａに対応する第２燃料極１４Ａ、第１空気極１２Ｂに対応する第２空気極１４Ｂ、及び電解質層１２Ｃに対応する電解質層１４Ｃを有している。 The basic configuration of the second fuel cell stack 14 is the same as that of the first fuel cell stack 12, and the second fuel pole 14A corresponding to the first fuel pole 12A and the first air pole 12B corresponding to the first air pole 12A are the same. It has two air electrodes 14B and an electrolyte layer 14C corresponding to the electrolyte layer 12C.

第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａには、燃料ガス管Ｐ１の一端が接続されており、燃料ガス管Ｐ１の他端は図示しないガス源に接続されている。ガス源からは、燃料供給ブロワＢ１により燃料ガスが第１燃料極１２Ａへ送出される。なお、本実施形態では、燃料ガスとしてメタンを用いるが、改質により水素を生成可能なガスであれば特に限定されず、炭化水素燃料を用いることができる。炭化水素燃料としては、天然ガス、ＬＰガス（液化石油ガス）、バイオガス、石炭改質ガス、低級炭化水素ガスなどが例示される。低級炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭素数４以下の低級炭化水素が挙げられ、本実施形態で用いるメタンが好ましい。なお、炭化水素燃料としては、上述した低級炭化水素ガスを混合したものであってもよく、上述した低級炭化水素ガスは天然ガス、都市ガス、ＬＰガス等のガスであってもよい。原料ガスに不純物が含まれる場合、脱硫器等が必要になるが、図では省略されている。 One end of the fuel gas pipe P1 is connected to the first fuel pole 12A of the first fuel cell stack 12, and the other end of the fuel gas pipe P1 is connected to a gas source (not shown). From the gas source, fuel gas is sent to the first fuel pole 12A by the fuel supply blower B1. In the present embodiment, methane is used as the fuel gas, but the gas is not particularly limited as long as it can generate hydrogen by reforming, and a hydrocarbon fuel can be used. Examples of the hydrocarbon fuel include natural gas, LP gas (liquefied petroleum gas), biogas, coal reforming gas, and lower hydrocarbon gas. Examples of the lower hydrocarbon gas include lower hydrocarbons having 4 or less carbon atoms such as methane, ethane, ethylene, propane and butane, and methane used in the present embodiment is preferable. The hydrocarbon fuel may be a mixture of the above-mentioned lower hydrocarbon gas, and the above-mentioned lower hydrocarbon gas may be a gas such as natural gas, city gas, or LP gas. If the raw material gas contains impurities, a desulfurizer or the like is required, but it is omitted in the figure.

燃料ガス管Ｐ１には、水蒸気管Ｐ２が合流接続されており、不図示の水蒸気源から、起動時や停止時などに、適宜水蒸気が送り込まれる。メタン及び水蒸気は燃料ガス管Ｐ１で合流され、第１燃料極１２Ａへ供給される。なお、本実施形態では、後述するように第２燃料極オフガスの一部が第１燃料極１２Ａへ戻されて水蒸気が再利用されるため、水蒸気管Ｐ２からの水蒸気は、燃料電池発電システム１０Ａの起動や停止工程において、必要時に補充的に供給される。 A water vapor pipe P2 is joined and connected to the fuel gas pipe P1, and water vapor is appropriately sent from a water vapor source (not shown) at the time of starting or stopping. Methane and water vapor are merged at the fuel gas pipe P1 and supplied to the first fuel electrode 12A. In the present embodiment, as will be described later, a part of the second fuel electrode off gas is returned to the first fuel electrode 12A and the water vapor is reused. Therefore, the water vapor from the steam pipe P2 is the fuel cell power generation system 10A. It is supplementarily supplied when necessary in the start and stop processes of.

第１燃料極１２Ａでは、下記（１）式に示すように、燃料ガスが水蒸気改質され、水素と一酸化炭素が生成される。また、下記（２）式に示すように、生成された一酸化炭素と水とのシフト反応により二酸化炭素と水素が生成される。 At the first fuel electrode 12A, as shown in the following equation (1), the fuel gas is steam reformed to generate hydrogen and carbon monoxide. Further, as shown in the following equation (2), carbon dioxide and hydrogen are produced by a shift reaction between the produced carbon monoxide and water.

ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ …（１）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２ …（２） CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO… (1)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 … (2)

そして、第１燃料極１２Ａにおいて、下記（３）式に示すように、水素が水素イオンと電子とに分離される。 Then, in the first fuel electrode 12A, hydrogen is separated into hydrogen ions and electrons as shown in the following equation (3).

（燃料極反応）
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−…（３） (Fuel electrode reaction)
H 2 → 2H + + 2e − … (3)

水素イオンは、電解質層１２Ｃを通って第１空気極１２Ｂへ移動する。電子は、外部回路（不図示）を通って第１空気極へ移動する。これにより、第１燃料電池セルスタック１２において発電される。発電時に、第１燃料電池セルスタック１２は、発熱する。 Hydrogen ions move through the electrolyte layer 12C to the first air electrode 12B. The electrons move to the first air electrode through an external circuit (not shown). As a result, power is generated in the first fuel cell stack 12. During power generation, the first fuel cell stack 12 generates heat.

第１燃料電池セルスタック１２の第１空気極１２Ｂには、酸化剤ガス管Ｐ５から酸化剤ガス（空気）が供給される。酸化剤ガス管Ｐ５へは、酸化剤ガスブロワＢ２により空気が導入されている。酸化剤ガス管Ｐ５には、第２熱交換器３２が設けられており、酸化剤ガス管Ｐ５を流れる空気が、後述する空気極オフガス管Ｐ６を流れる空気極オフガスと熱交換により加熱される。加熱された空気は、第１空気極１２Ｂへ供給される。 Oxidizing agent gas (air) is supplied from the oxidizing agent gas pipe P5 to the first air electrode 12B of the first fuel cell stack 12. Air is introduced into the oxidant gas pipe P5 by the oxidant gas blower B2. The oxidant gas pipe P5 is provided with a second heat exchanger 32, and the air flowing through the oxidant gas pipe P5 is heated by heat exchange with the air electrode off gas flowing through the air electrode off gas pipe P6 described later. The heated air is supplied to the first air pole 12B.

第１空気極１２Ｂでは、下記（４）式に示すように、電解質層１２Ｃを通って第１燃料極１２Ａから移動してきた水素イオン、外部回路を通って第１燃料極１２Ａから移動した電子が、酸化剤ガス中の酸素と反応して水蒸気が生成される。 In the first air pole 12B, as shown in the following equation (4), hydrogen ions that have moved from the first fuel pole 12A through the electrolyte layer 12C and electrons that have moved from the first fuel pole 12A through the external circuit , Water vapor is generated by reacting with oxygen in the oxidant gas.

（空気極反応）
２Ｈ＋＋２ｅ−＋１／２Ｏ２ →Ｈ２Ｏ …（４） (Air electrode reaction)
2H + + 2e − + 1 / 2O 2 → H 2 O… (4)

また、第１空気極１２Ｂには、空気極オフガス管Ｐ６が接続されている。第１空気極１２Ｂから空気極オフガス管Ｐ６へ空気極オフガスが排出される。なお、酸化剤ガス管Ｐ５及び空気極オフガス管Ｐ６は、第２空気極１４Ｂとも同様に接続されており、第１空気極１２Ｂ及び第２空気極１４Ｂは、並列的に接続されている。 Further, an air electrode off gas pipe P6 is connected to the first air electrode 12B. The air electrode off gas is discharged from the first air electrode 12B to the air electrode off gas pipe P6. The oxidant gas pipe P5 and the air pole off gas pipe P6 are similarly connected to the second air pole 14B, and the first air pole 12B and the second air pole 14B are connected in parallel.

第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａには第１燃料極オフガス管Ｐ７の一端が接続されており、第１燃料極オフガス管Ｐ７の他端は第２燃料電池セルスタック１４の第２燃料極１４Ａに接続されている。第１燃料極１２Ａから第１燃料極オフガス管Ｐ７へ第１燃料極オフガスが送出される。燃料極オフガスには、未改質の燃料ガス成分、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気等が含まれている。 One end of the first fuel pole off-gas pipe P7 is connected to the first fuel pole 12A of the first fuel cell stack 12, and the other end of the first fuel pole off-gas pipe P7 is the second of the second fuel cell stack 14. 2 It is connected to the fuel pole 14A. The first fuel pole off gas is sent from the first fuel pole 12A to the first fuel pole off gas pipe P7. The fuel electrode off-gas contains unreformed fuel gas components, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor and the like.

第２燃料電池セルスタック１４の第２燃料極１４Ａには、第２燃料極オフガス管Ｐ７−２の一端が接続されており、第２燃料極１４Ａから、第２燃料極オフガスが送出される。第２燃料極オフガス管Ｐ７−２の他端は、酸素透過膜付燃焼器２０と接続されている。第２燃料極オフガス管Ｐ７−２からは、循環ガス管Ｐ３が分岐されており、循環ガス管Ｐ３は、第１燃料極１２Ａへ接続される燃料ガス管Ｐ１と接続されている。循環ガス管Ｐ３には、循環ガスブロアＢ３が設けられている。 One end of the second fuel pole off gas pipe P7-2 is connected to the second fuel pole 14A of the second fuel cell stack 14, and the second fuel pole off gas is sent out from the second fuel pole 14A. The other end of the second fuel pole off gas pipe P7-2 is connected to the combustor 20 with an oxygen permeable membrane. A circulating gas pipe P3 is branched from the second fuel pole off gas pipe P7-2, and the circulating gas pipe P3 is connected to a fuel gas pipe P1 connected to the first fuel pole 12A. A circulating gas blower B3 is provided in the circulating gas pipe P3.

第２燃料電池セルスタック１４では、第１燃料電池セルスタック１２と同様の発電反応が行われ、第２空気極１４Ｂから空気極オフガス管Ｐ６へ空気極オフガスが送出される。第２空気極１４Ｂと接続された空気極オフガス管Ｐ６は、第１空気極１２Ｂと接続された空気極オフガス管Ｐ６との合流部よりも上流側で分岐されており、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２が形成されている。分岐空気極オフガス管Ｐ６−２には、流量調整可能な流量調整バルブ４２が設けられている。流量調整バルブ４２は、制御部４０と接続されている。流量調整バルブ４２は、制御部４０により制御され、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐する空気極オフガス流量が調整される。分岐空気極オフガス管Ｐ６−２の下流端は、酸素透過膜付燃焼器２０と接続されている。 In the second fuel cell stack 14, the same power generation reaction as in the first fuel cell stack 12 is performed, and the air electrode off gas is sent from the second air electrode 14B to the air electrode off gas pipe P6. The air pole off-gas pipe P6 connected to the second air pole 14B is branched on the upstream side of the confluence with the air pole off-gas pipe P6 connected to the first air pole 12B, and the branched air pole off-gas pipe P6 -2 is formed. The branch air electrode off gas pipe P6-2 is provided with a flow rate adjusting valve 42 whose flow rate can be adjusted. The flow rate adjusting valve 42 is connected to the control unit 40. The flow rate adjusting valve 42 is controlled by the control unit 40, and the flow rate of the air electrode off gas branching to the branch air electrode off gas pipe P6-2 is adjusted. The downstream end of the branched air electrode off gas pipe P6-2 is connected to the combustor 20 with an oxygen permeable membrane.

酸素透過膜付燃焼器２０は、多重円筒状とされており、多重円筒の外周筒を形成する燃焼部２２と、燃焼部２２の径方向内側に配置された酸素分離部２４を有している。燃焼部２２内には、燃焼空間２２Ａが形成されている。 The combustor 20 with an oxygen permeable film has a multi-cylindrical shape, and has a combustion unit 22 forming an outer peripheral cylinder of the multi-cylinder and an oxygen separation unit 24 arranged radially inside the combustion unit 22. .. A combustion space 22A is formed in the combustion unit 22.

酸素分離部２４は、燃焼部２２の径方向内側に配置されており、燃焼空間２２Ａに隣接して空気流路２４Ａが形成されている。空気流路２４Ａと燃焼空間２２Ａとは、酸素透過膜２３により仕切られている。酸素透過膜２３には、例えば、ＬＳＣＦなどの電子と酸素イオンの混合導電性セラミクスや、ＹＳＺなどの酸素イオン導電性のセラミクス緻密膜を用いることができる。第２燃料極オフガス管Ｐ７−２の他端は、燃焼空間２２Ａの入口に接続され、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２の下流端は、空気流路２４Ａの入口に接続されている。燃焼空間２２Ａの内部には、酸化触媒が配されている。酸化触媒としては、例えば、ニッケルやルテニウムなどを用いることができる。 The oxygen separation unit 24 is arranged inside the combustion unit 22 in the radial direction, and an air flow path 24A is formed adjacent to the combustion space 22A. The air flow path 24A and the combustion space 22A are separated by an oxygen permeable membrane 23. For the oxygen permeable film 23, for example, a mixed conductive ceramics of electrons and oxygen ions such as LSCF, or an oxygen ion conductive ceramics dense film such as YSZ can be used. The other end of the second fuel electrode off-gas pipe P7-2 is connected to the inlet of the combustion space 22A, and the downstream end of the branched air electrode off-gas pipe P6-2 is connected to the inlet of the air flow path 24A. An oxidation catalyst is arranged inside the combustion space 22A. As the oxidation catalyst, for example, nickel, ruthenium, or the like can be used.

第２空気極オフガスは、空気流路２４Ａに供給され、第２空気極オフガスに含まれている酸素が酸素透過膜２３を透過して燃焼空間２２Ａへ移動する。燃焼空間２２Ａへ移動しない第２空気極オフガスは、空気流路２４Ａの出口側に接続された排気管Ｐ１２から外部へ排気される。 The second air electrode off gas is supplied to the air flow path 24A, and oxygen contained in the second air electrode off gas passes through the oxygen permeable membrane 23 and moves to the combustion space 22A. The second air electrode off gas that does not move to the combustion space 22A is exhausted to the outside from the exhaust pipe P12 connected to the outlet side of the air flow path 24A.

第２燃料極オフガスは、燃焼空間２２Ａに供給され、酸素分離部２４から酸素透過膜２３を透過して移動した酸素と混合される。これにより、酸化触媒を介して、第２燃料極オフガス中の可燃ガス成分（未改質のメタン、未反応の水素、未反応の一酸化炭素等）と酸素とで燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。燃焼空間２２Ａの出口側には、燃焼オフガス管Ｐ８が接続されており、燃焼空間２２Ａから燃焼オフガスが送出される。 The second fuel electrode off gas is supplied to the combustion space 22A and mixed with oxygen that has moved from the oxygen separation unit 24 through the oxygen permeation membrane 23. As a result, a combustion reaction occurs between the combustible gas components (unmodified methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas and oxygen via the oxidation catalyst, and carbon dioxide is produced. And water vapor is generated. A combustion off gas pipe P8 is connected to the outlet side of the combustion space 22A, and the combustion off gas is sent out from the combustion space 22A.

燃焼オフガス管Ｐ８は、第１熱交換器３０を経由し、他端が凝縮器２６に接続されている。第１熱交換器３０では、燃料ガスと燃焼オフガスとの熱交換により、燃料ガスが加熱される。凝縮器２６には、冷却水循環流路２６Ａが配管されており、後述する排熱投入型吸収式冷凍機３６からの冷却水がポンプ２６Ｐの駆動により循環供給され、燃焼オフガスが冷却される。これにより、燃焼オフガス中の水蒸気が凝縮する。凝縮した水は水配管Ｐ９を介して水タンク２７へ送出される。水タンク２７には、配管Ｐ１１の一端が接続されており、配管Ｐ１１の他端は、２分岐されて、冷却塔３８及び冷却水循環流路２６Ａと接続されている。 The other end of the combustion off-gas pipe P8 is connected to the condenser 26 via the first heat exchanger 30. In the first heat exchanger 30, the fuel gas is heated by heat exchange between the fuel gas and the combustion off gas. A cooling water circulation flow path 26A is piped to the condenser 26, and cooling water from the exhaust heat input type absorption chiller 36, which will be described later, is circulated and supplied by driving the pump 26P to cool the combustion off gas. As a result, the water vapor in the combustion off gas is condensed. The condensed water is sent to the water tank 27 via the water pipe P9. One end of the pipe P11 is connected to the water tank 27, and the other end of the pipe P11 is branched into two and connected to the cooling tower 38 and the cooling water circulation flow path 26A.

水蒸気が分離除去された燃焼オフガスは、二酸化炭素ガス管Ｐ１０へ送出される。凝縮器２６で水（液相）が除去された燃焼オフガスは、二酸化炭素濃度の高いガスとなっており、当該燃焼オフガスを二酸化炭素リッチガスと称する。二酸化炭素ガス管Ｐ１０には、組成検出部４４が設けられている。組成検出部４４では、凝縮器２６から送出された二酸化炭素リッチガスの組成が検出される。具体的には、メタン、一酸化炭素、水素などの可燃ガスの濃度、二酸化炭素、酸素の各々の濃度が検出される。組成検出部４４は、制御部４０と接続されており、検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報が制御部４０へ送信される。 The combustion off gas from which water vapor has been separated and removed is sent to the carbon dioxide gas pipe P10. The combustion off-gas from which water (liquid phase) has been removed by the condenser 26 is a gas having a high carbon dioxide concentration, and the combustion off-gas is referred to as carbon dioxide-rich gas. The carbon dioxide gas pipe P10 is provided with a composition detection unit 44. The composition detection unit 44 detects the composition of the carbon dioxide-rich gas delivered from the condenser 26. Specifically, the concentrations of combustible gases such as methane, carbon monoxide, and hydrogen, and the concentrations of carbon dioxide and oxygen are detected. The composition detection unit 44 is connected to the control unit 40, and the composition information of the detected carbon dioxide rich gas is transmitted to the control unit 40.

二酸化炭素ガス管Ｐ１０は、組成検出部４４よりも下流側で分岐されており、分岐の一方の二酸化炭素ガス管Ｐ１０−１は二酸化炭素回収タンク２８へ接続されている。分岐の他方の二酸化炭素ガス管Ｐ１０−２は、二酸化炭素供給ライン２９へ接続されている。二酸化炭素ガス管Ｐ１０−１及び二酸化炭素ガス管Ｐ１０−２には、開閉バルブＶ１、Ｖ２が各々に設けられている。二酸化炭素ガス管Ｐ１０の前述した分岐よりも上流側には、二酸化炭素用ブロアＢ４が設けられている。 The carbon dioxide gas pipe P10 is branched on the downstream side of the composition detection unit 44, and one of the branched carbon dioxide gas pipes P10-1 is connected to the carbon dioxide recovery tank 28. The other carbon dioxide gas pipe P10-2 of the branch is connected to the carbon dioxide supply line 29. The carbon dioxide gas pipe P10-1 and the carbon dioxide gas pipe P10-2 are provided with opening / closing valves V1 and V2, respectively. A carbon dioxide blower B4 is provided on the upstream side of the carbon dioxide gas pipe P10 on the upstream side of the above-mentioned branch.

第１空気極１２Ｂ及び第２空気極１４Ｂからの空気極オフガス管Ｐ６が合流された合流部よりも下流側には、第２熱交換器３２が設けられている。第２熱交換器３２では、空気極オフガス管Ｐ６を流れる空気極オフガスと酸化剤ガス管Ｐ５を流れる酸化剤ガスとの間で熱交換が行われ、酸化剤ガスが加熱され、空気極オフガスが冷却される。空気極オフガスは、第２熱交換器３２を経て、排熱投入型吸収式冷凍機３６へ供給される。 A second heat exchanger 32 is provided on the downstream side of the confluence portion where the air pole off gas pipes P6 from the first air pole 12B and the second air pole 14B are merged. In the second heat exchanger 32, heat exchange is performed between the air electrode off gas flowing through the air electrode off gas pipe P6 and the oxidant gas flowing through the oxidant gas pipe P5, the oxidant gas is heated, and the air electrode off gas is generated. It is cooled. The air electrode off gas is supplied to the exhaust heat input type absorption chiller 36 via the second heat exchanger 32.

排熱投入型吸収式冷凍機３６は、排熱を用いて冷熱を生成するヒートポンプであり、一例として蒸気／排熱投入型吸収式冷凍機を用いることができる。蒸気／排熱投入型吸収式冷凍機では、空気極オフガスの熱により、水蒸気を吸収した吸収液（例えば、臭化リチウム水溶液やアンモニア水溶液）を加熱することにより吸収液から水を分離させて再生する。吸収液を加熱して冷却された空気極オフガスは、水蒸気が凝縮され、凝縮水は水配管Ｐ３６−２により水タンク２７へ供給される。水蒸気が凝縮除去された後の空気極オフガスは、排気管Ｐ３６−１に送出され、排熱投入型吸収式冷凍機３６の外部に排気される。 The exhaust heat input type absorption chiller 36 is a heat pump that generates cold heat using exhaust heat, and as an example, a steam / exhaust heat input type absorption chiller can be used. In the vapor / exhaust heat input type absorption chiller, water is separated from the absorption liquid and regenerated by heating the absorption liquid that has absorbed water vapor (for example, lithium bromide aqueous solution or ammonia aqueous solution) by the heat of the air electrode off gas. To do. Water vapor is condensed in the air electrode off gas cooled by heating the absorption liquid, and the condensed water is supplied to the water tank 27 by the water pipe P36-2. The air electrode off gas after the water vapor is condensed and removed is sent to the exhaust pipe P36-1 and exhausted to the outside of the exhaust heat input type absorption chiller 36.

加熱により再生された吸収液は、水蒸気を吸収することにより水の蒸発を促進し、冷熱の生成に寄与する。排熱投入型吸収式冷凍機３６は、放熱回路３７を介して冷却塔３８と接続されている。放熱回路３７には、ポンプ３７Ｐが設置されており、ポンプ３７Ｐにより放熱回路３７に冷却水が供給される。排熱投入型吸収式冷凍機３６で吸収液が水蒸気を吸収するときに生じる吸収熱は、放熱回路３７を流れる冷却水を介して冷却塔３８から大気へ放出される。 The absorption liquid regenerated by heating promotes the evaporation of water by absorbing water vapor and contributes to the generation of cold heat. The exhaust heat input type absorption chiller 36 is connected to the cooling tower 38 via a heat dissipation circuit 37. A pump 37P is installed in the heat radiating circuit 37, and cooling water is supplied to the heat radiating circuit 37 by the pump 37P. The absorbed heat generated when the absorption liquid absorbs water vapor in the exhaust heat input type absorption chiller 36 is released from the cooling tower 38 to the atmosphere through the cooling water flowing through the heat dissipation circuit 37.

排熱投入型吸収式冷凍機３６で生成された冷熱は、冷却水循環流路２６Ａを流れる冷却水を介して凝縮器２６へ送られ、凝縮器２６で燃焼オフガスが冷却され、さらに燃焼オフガス中の水蒸気が凝縮除去される。 The cold heat generated by the exhaust heat input type absorption chiller 36 is sent to the condenser 26 via the cooling water flowing through the cooling water circulation flow path 26A, the combustion off gas is cooled by the condenser 26, and the combustion off gas is further contained. Water vapor is condensed and removed.

水タンク２７は、冷却水循環流路２６Ａ、放熱回路３７、及び、排熱投入型吸収式冷凍機３６の熱媒としての水が流れる熱媒流路（不図示）と接続されている。冷却水循環流路２６Ａ、放熱回路３７、及び、熱媒流路では、水が不足した場合に、水タンク２７から適宜水が補充される。 The water tank 27 is connected to a cooling water circulation flow path 26A, a heat dissipation circuit 37, and a heat medium flow path (not shown) through which water flows as a heat medium of the exhaust heat input type absorption chiller 36. In the cooling water circulation flow path 26A, the heat dissipation circuit 37, and the heat medium flow path, when water is insufficient, water is appropriately replenished from the water tank 27.

制御部４０は燃料電池発電システム１０Ａの全体を制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリ等を含んで構成されている。メモリには、後述する流量調整処理、冷却水温度調整処理や、通常運転時の処理に必要なデータや手順等が記憶されている。図２に示されるように、制御部４０は、流量調整バルブ４２、組成検出部４４、排熱投入型吸収式冷凍機３６、開閉バルブＶ１、開閉バルブＶ２と接続されている。流量調整バルブ４２、組成検出部４４、排熱投入型吸収式冷凍機３６、開閉バルブＶ１、開閉バルブＶ２は、制御部４０により制御される。なお、図２は、燃料電池発電システム１０Ａにおける制御部４０の接続関係の一部を示すものであり、図２では図示していないが、制御部４０は他の機器とも接続されている。 The control unit 40 controls the entire fuel cell power generation system 10A, and includes a CPU, a ROM, a RAM, a memory, and the like. The memory stores data and procedures necessary for the flow rate adjustment process, the cooling water temperature adjustment process, and the process during normal operation, which will be described later. As shown in FIG. 2, the control unit 40 is connected to a flow rate adjusting valve 42, a composition detecting unit 44, an exhaust heat input type absorption chiller 36, an opening / closing valve V1, and an opening / closing valve V2. The flow rate adjusting valve 42, the composition detection unit 44, the exhaust heat input type absorption chiller 36, the opening / closing valve V1, and the opening / closing valve V2 are controlled by the control unit 40. Note that FIG. 2 shows a part of the connection relationship of the control unit 40 in the fuel cell power generation system 10A, and although not shown in FIG. 2, the control unit 40 is also connected to other devices.

燃料電池発電システム１０Ａにおいて、ポンプ、ブロワ、その他の補機は、燃料電池発電システム１０Ａで発電された電力により駆動される。燃料電池発電システム１０Ａで発電された電力を直流のままで交流に変換することなく効率よく利用するために、補機は直流電流により駆動するものであることが好ましい。 In the fuel cell power generation system 10A, the pump, blower, and other auxiliary equipment are driven by the electric power generated by the fuel cell power generation system 10A. In order to efficiently use the electric power generated by the fuel cell power generation system 10A without converting it into alternating current as it is in direct current, it is preferable that the auxiliary machine is driven by direct current.

次に、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａの動作について説明する。 Next, the operation of the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment will be described.

燃料電池発電システム１０Ａにおいては、燃料供給ブロワＢ１により、ガス源からメタンが燃料ガス管Ｐ１へ送出され、第１熱交換器３０を経ることで加熱され、第１燃料極１２Ａへ供給される。水蒸気管Ｐ２からは、水蒸気改質用の水蒸気が燃料ガス管Ｐ１を介して第１燃料極１２Ａへ供給される。なお、水蒸気の供給は、起動時及び不足時であり、定格運転時には、後述するように、循環ガス管Ｐ３から戻される第２燃料極オフガス中の水蒸気が改質水として利用される。 In the fuel cell power generation system 10A, methane is sent from the gas source to the fuel gas pipe P1 by the fuel supply blower B1, heated by passing through the first heat exchanger 30, and supplied to the first fuel electrode 12A. From the steam pipe P2, steam for steam reforming is supplied to the first fuel pole 12A via the fuel gas pipe P1. The water vapor is supplied at the time of start-up and at the time of shortage, and at the time of rated operation, the water vapor in the second fuel electrode off gas returned from the circulation gas pipe P3 is used as reformed water, as will be described later.

第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａでは、燃料ガスが水蒸気改質され、水素と一酸化炭素が生成される。また、生成された一酸化炭素と水とのシフト反応により二酸化炭素と水素が生成される。 At the first fuel pole 12A of the first fuel cell stack 12, the fuel gas is steam reformed to produce hydrogen and carbon monoxide. In addition, carbon dioxide and hydrogen are produced by a shift reaction between the produced carbon monoxide and water.

第１燃料電池セルスタック１２の第１空気極１２Ｂには、空気が酸化剤ガス管Ｐ５を経て供給される。第１燃料電池セルスタック１２では、第１燃料極１２Ａ及び第１空気極１２Ｂにおいて水素イオンが移動すると共に前述の反応が生じ、発電が行われる。第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａからは、第１燃料極オフガス管Ｐ７へ第１燃料極オフガスが送出される。また、第１空気極１２Ｂからは、空気極オフガス管Ｐ６へ空気極オフガスが送出される。 Air is supplied to the first air electrode 12B of the first fuel cell stack 12 via the oxidant gas pipe P5. In the first fuel cell stack 12, hydrogen ions move in the first fuel pole 12A and the first air pole 12B, and the above-mentioned reaction occurs to generate electricity. The first fuel pole off gas is sent from the first fuel pole 12A of the first fuel cell stack 12 to the first fuel pole off gas pipe P7. Further, the air electrode off gas is sent from the first air electrode 12B to the air electrode off gas pipe P6.

第１燃料極１２Ａから送出された第１燃料極オフガスは、第１燃料極オフガス管Ｐ７に導かれ、第２燃料電池セルスタック１４の第２燃料極１４Ａへ供給される。第２燃料電池セルスタック１４の第２空気極１４Ｂには、空気が酸化剤ガス管Ｐ５を経て供給される。第２燃料電池セルスタック１４でも第１燃料電池セルスタック１２と同様に発電が行われる。第２燃料電池セルスタック１４の第２燃料極１４Ａからは、第２燃料極オフガス管Ｐ７−２へ第２燃料極オフガスが送出される。また、第２空気極１４Ｂからは、空気極オフガス管Ｐ６へ空気極オフガスが送出される。第２空気極１４Ｂから送出された空気極オフガスは、一部が分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐され、その他は第１空気極１２Ｂから送出された空気極オフガスと合流される。 The first fuel pole off gas delivered from the first fuel pole 12A is guided to the first fuel pole off gas pipe P7 and supplied to the second fuel pole 14A of the second fuel cell stack 14. Air is supplied to the second air electrode 14B of the second fuel cell stack 14 via the oxidant gas pipe P5. The second fuel cell stack 14 also generates electricity in the same manner as the first fuel cell stack 12. The second fuel pole off gas is sent from the second fuel pole 14A of the second fuel cell stack 14 to the second fuel pole off gas pipe P7-2. Further, the air electrode off gas is sent from the second air electrode 14B to the air electrode off gas pipe P6. A part of the air electrode off gas sent out from the second air electrode 14B is branched to the branched air electrode off gas pipe P6-2, and the other part is merged with the air electrode off gas sent out from the first air electrode 12B.

空気極オフガスは、第２熱交換器３２を経て排熱投入型吸収式冷凍機３６へ供給される。第２熱交換器３２では、空気極オフガスと酸化剤ガスとの間で熱交換が行われ、空気極オフガスによって酸化剤ガスが加熱される。排熱投入型吸収式冷凍機３６では、前述のように、空気極オフガスの熱を利用して冷熱が生成される。 The air electrode off gas is supplied to the exhaust heat input type absorption chiller 36 via the second heat exchanger 32. In the second heat exchanger 32, heat exchange is performed between the air electrode off gas and the oxidant gas, and the oxidant gas is heated by the air electrode off gas. In the exhaust heat input type absorption chiller 36, as described above, cold heat is generated by utilizing the heat of the air electrode off gas.

第２燃料極オフガスは、一部が循環ガス管Ｐ３へ分岐し、第１燃料極１２Ａへ戻される。その他の第２燃料極オフガスは、酸素透過膜付燃焼器２０の燃焼部２２へ供給され、燃焼空間２２Ａを流れる。 A part of the second fuel pole off gas branches to the circulating gas pipe P3 and is returned to the first fuel pole 12A. The other second fuel pole off gas is supplied to the combustion section 22 of the combustor 20 with an oxygen permeable membrane and flows through the combustion space 22A.

分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐された空気極オフガスは、酸素透過膜付燃焼器２０の酸素分離部２４へ供給される。酸素分離部２４へ供給された空気極オフガスは、空気流路２４Ａを流れる。空気流路２４Ａにおいて、空気極オフガスに含まれる酸素は、酸素透過膜２３を透過して燃焼空間２２Ａ側へ移動する。燃焼空間２２Ａでは、第２燃料極オフガス中の可燃ガス（メタン、水素、一酸化炭素等）と酸素の燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。二酸化炭素及び水蒸気を含む燃焼オフガスは、燃焼空間２２Ａから燃焼オフガス管Ｐ８へ送出される。燃焼オフガス管Ｐ８へ送出された燃焼オフガスは、第１熱交換器３０を経て凝縮器２６へ供給される。 The air electrode off gas branched to the branched air electrode off gas pipe P6-2 is supplied to the oxygen separation section 24 of the combustor 20 with an oxygen permeable membrane. The air electrode off gas supplied to the oxygen separation unit 24 flows through the air flow path 24A. In the air flow path 24A, oxygen contained in the air electrode off gas passes through the oxygen permeable membrane 23 and moves to the combustion space 22A side. In the combustion space 22A, a combustion reaction occurs between combustible gas (methane, hydrogen, carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off gas and oxygen, and carbon dioxide and water vapor are generated. The combustion off gas containing carbon dioxide and water vapor is sent from the combustion space 22A to the combustion off gas pipe P8. The combustion off gas delivered to the combustion off gas pipe P8 is supplied to the condenser 26 via the first heat exchanger 30.

凝縮器２６へ供給された燃焼オフガスは、冷却水循環流路２６Ａを介して循環供給される排熱投入型吸収式冷凍機３６からの冷却水により冷却され、燃焼オフガス内の水蒸気が凝縮される。凝縮された水は水配管Ｐ９を介して水タンク２７へ送出される。水タンク２７には、水が貯留され、当該貯留水により、冷却塔３８の放熱回路３７及び排熱投入型吸収式冷凍機３６の冷却水循環流路２６Ａにおける冷却水が適宜補充される。 The combustion off-gas supplied to the condenser 26 is cooled by the cooling water from the exhaust heat input type absorption chiller 36 that is circulated and supplied via the cooling water circulation flow path 26A, and the water vapor in the combustion off-gas is condensed. The condensed water is sent to the water tank 27 via the water pipe P9. Water is stored in the water tank 27, and the stored water is appropriately replenished with cooling water in the heat radiation circuit 37 of the cooling tower 38 and the cooling water circulation flow path 26A of the exhaust heat input type absorption chiller 36.

凝縮器２６で水蒸気が除去された燃焼オフガスは、二酸化炭素濃度の高い二酸化炭素リッチガスとなり、二酸化炭素用ブロアＢ４により二酸化炭素ガス管Ｐ１０へ送出され、組成検出部４４に送られる。組成検出部４４では、二酸化炭素リッチガスの組成が検出され、検出された情報が制御部４０へ送信される。 The combustion off-gas from which water vapor has been removed by the condenser 26 becomes a carbon dioxide-rich gas having a high carbon dioxide concentration, is sent to the carbon dioxide gas pipe P10 by the carbon dioxide blower B4, and is sent to the composition detection unit 44. The composition detection unit 44 detects the composition of the carbon dioxide rich gas, and the detected information is transmitted to the control unit 40.

制御部４０は、組成検出部４４から送信された組成情報に基づいて、流量調整バルブ４２を制御して分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐する空気極オフガス量を調整すると共に、排熱投入型吸収式冷凍機３６で冷却水循環流路２６Ａへ送る冷却水の温度を制御する。具体的には、制御部４０では、以下の流量調整処理、冷却水温度調整処理が実行される。 Based on the composition information transmitted from the composition detection unit 44, the control unit 40 controls the flow rate adjusting valve 42 to adjust the amount of air electrode off gas branched to the branch air electrode off gas pipe P6-2, and exhaust heat input. The mold absorption chiller 36 controls the temperature of the cooling water sent to the cooling water circulation flow path 26A. Specifically, the control unit 40 executes the following flow rate adjustment process and cooling water temperature adjustment process.

図３に示されるように、流量調整処理では、ステップＳ１０で、組成検出部４４で検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報において、可燃ガスの濃度が閾値Ｇ１以内かどうかを判断する。ここで、閾値Ｇ１は、二酸化炭素リッチガスにおいて十分に低い濃度であり０．１〜５ｖｏｌ％程度を設定することができ、０．１〜１ｖｏｌ％の範囲であることがより好ましい。可燃ガスの濃度が閾値Ｇ１よりも高い場合には、ステップＳ１２で流量調整バルブ４２を制御して、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐する空気極オフガスの流量を増加させる。これにより、酸素透過膜２３を透過して燃焼空間２２Ａへ移動する酸素の量が増加し、燃焼空間２２Ａで燃焼反応させることにより、二酸化炭素リッチガスに含まれる可燃ガスを減少させることができる。 As shown in FIG. 3, in the flow rate adjustment process, in step S10, it is determined whether or not the concentration of the combustible gas is within the threshold value G1 in the composition information of the carbon dioxide rich gas detected by the composition detection unit 44. Here, the threshold value G1 is a sufficiently low concentration in carbon dioxide rich gas and can be set to about 0.1 to 5 vol%, and more preferably in the range of 0.1 to 1 vol%. When the concentration of the combustible gas is higher than the threshold value G1, the flow rate adjusting valve 42 is controlled in step S12 to increase the flow rate of the air electrode off gas branching to the branch air electrode off gas pipe P6-2. As a result, the amount of oxygen that permeates the oxygen permeable membrane 23 and moves to the combustion space 22A increases, and the combustion reaction in the combustion space 22A can reduce the combustible gas contained in the carbon dioxide rich gas.

ステップＳ１０で、可燃ガスの濃度が閾値Ｇ１以下の場合には、ステップＳ１４で、組成検出部４４で検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報において、酸素の濃度が閾値Ｏ１以内かどうかを判断する。ここで、閾値Ｏ１は、二酸化炭素リッチガスにおいて十分に低い濃度であり０．１〜５ｖｏｌ％程度を設定することができ、０．１〜１ｖｏｌ％の範囲であることがより好ましい。酸素の濃度が閾値Ｏ１よりも高い場合には、ステップＳ１６で流量調整バルブ４２を制御して、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐する空気極オフガスの流量を減少させる。これにより、酸素透過膜２３を透過して燃焼空間２２Ａへ移動する酸素の量が減少し、燃焼空間２２Ａで燃焼反応に供されずに残る酸素を減少させることができる。 When the concentration of the combustible gas is equal to or less than the threshold value G1 in step S10, it is determined in step S14 whether or not the oxygen concentration is within the threshold value O1 in the composition information of the carbon dioxide rich gas detected by the composition detection unit 44. Here, the threshold value O1 is a sufficiently low concentration in carbon dioxide rich gas and can be set to about 0.1 to 5 vol%, and more preferably in the range of 0.1 to 1 vol%. When the oxygen concentration is higher than the threshold value O1, the flow rate adjusting valve 42 is controlled in step S16 to reduce the flow rate of the air electrode off gas branching to the branched air electrode off gas pipe P6-2. As a result, the amount of oxygen that permeates the oxygen permeable membrane 23 and moves to the combustion space 22A can be reduced, and the oxygen that remains without being subjected to the combustion reaction in the combustion space 22A can be reduced.

ステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６の後、ステップＳ１０へ戻り、前述の処理を繰り返す。この流量調整処理は、燃料電池発電システム１０Ａの運転開始により開始され、運転中は継続され、運転停止により終了する。 After steps S12, S14, and S16, the process returns to step S10 and the above-described processing is repeated. This flow rate adjustment process starts when the operation of the fuel cell power generation system 10A starts, continues during the operation, and ends when the operation is stopped.

また、図４に示されるように、凝縮量調整処理では、ステップＳ２０で、組成検出部４４で検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報において、水蒸気の濃度が閾値Ｍ以内かどうかを判断する。ここで、閾値Ｍは、二酸化炭素リッチガスにおいて十分に低い濃度であり０．１〜５ｖｏｌ％程度を設定することができ、０．１〜１ｖｏｌ％の範囲であることがより好ましい。水蒸気の濃度が閾値Ｍよりも高い場合には、ステップＳ２２で、凝縮強化を行う。具体的には、排熱投入型吸収式冷凍機３６を制御して冷却水循環流路２６Ａへ送る冷却水の温度を低下させたり、冷却水の循環流量を増加させたりする。これにより、凝縮器２６で凝縮により燃焼オフガスから分離される水の量が増加し、二酸化炭素リッチガスに含有される水蒸気の割合を小さくすることができる。 Further, as shown in FIG. 4, in the condensation amount adjusting process, in step S20, it is determined whether or not the concentration of water vapor is within the threshold value M in the composition information of the carbon dioxide rich gas detected by the composition detection unit 44. Here, the threshold value M is a sufficiently low concentration in carbon dioxide-rich gas and can be set to about 0.1 to 5 vol%, and more preferably in the range of 0.1 to 1 vol%. When the concentration of water vapor is higher than the threshold value M, condensation strengthening is performed in step S22. Specifically, the exhaust heat input type absorption chiller 36 is controlled to lower the temperature of the cooling water sent to the cooling water circulation flow path 26A, or increase the circulation flow rate of the cooling water. As a result, the amount of water separated from the combustion off gas by the condensation in the condenser 26 is increased, and the proportion of water vapor contained in the carbon dioxide rich gas can be reduced.

ステップＳ２０、Ｓ２２の後、ステップＳ２０へ戻り、前述の処理を繰り返す。本凝縮量調整処理は、燃料電池発電システム１０Ａの運転開始により開始され、運転中は継続され、運転停止により終了する。 After steps S20 and S22, the process returns to step S20 and the above-mentioned process is repeated. This condensation amount adjustment process is started when the operation of the fuel cell power generation system 10A is started, is continued during the operation, and is ended when the operation is stopped.

二酸化炭素ガス管Ｐ１０へ送出された二酸化炭素リッチガスは、要求に応じて二酸化炭素回収タンク２８、または、二酸化炭素供給ラインへ送られる。二酸化炭素回収タンク２８へ送られる場合には、開閉バルブＶ１を開放、開閉バルブＶ２を閉鎖する。二酸化炭素ラインへ送られる場合には、開閉バルブＶ１を閉鎖、開閉バルブＶ２を開放する。 The carbon dioxide-rich gas delivered to the carbon dioxide gas pipe P10 is sent to the carbon dioxide recovery tank 28 or the carbon dioxide supply line as required. When it is sent to the carbon dioxide capture tank 28, the on-off valve V1 is opened and the on-off valve V2 is closed. When sent to the carbon dioxide line, the on-off valve V1 is closed and the on-off valve V2 is opened.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、第２燃料電池セルスタック１４の第２燃料極１４Ａから送出された第２燃料極オフガスが燃焼部２２で燃焼されるので、第２燃料電池セルスタック１４での発電に供される前の第１燃料極オフガスを燃焼する場合と比較して、第２燃料電池セルスタック１４の発電に供される未反応燃料ガス量が多くなる。したがって、第２燃料電池セルスタック１４での発電効率を高めることができる。 In the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, the second fuel cell off gas sent from the second fuel cell 14A of the second fuel cell stack 14 is burned in the combustion unit 22, so that the second fuel cell stack 14 The amount of unreacted fuel gas used for power generation in the second fuel cell stack 14 is larger than that in the case of burning the first fuel pole off gas before being used for power generation in. Therefore, the power generation efficiency of the second fuel cell stack 14 can be improved.

また、燃焼部２２では、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。また、燃焼部２２へは、空気極オフガス中の酸素のみが供給されまた、第２燃料極オフガスには、第１燃料極オフガスと比較して含まれる未反応の燃料ガス量が少なく、二酸化炭素の含有率が高い。したがって、燃焼部２２で未反応の燃料ガスを燃焼させる量と、当該未反応の燃料ガスを燃焼させるために必要となる酸素の量を少なくすることができる。 Further, in the combustion unit 22, carbon dioxide and water vapor are generated by a combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off gas and oxygen. Therefore, it is possible to recover a high concentration of carbon dioxide by reducing the combustible gas from the second fuel electrode off gas. Further, only oxygen in the air electrode off gas is supplied to the combustion unit 22, and the amount of unreacted fuel gas contained in the second fuel electrode off gas is smaller than that in the first fuel electrode off gas, and carbon dioxide is used. Content is high. Therefore, the amount of unreacted fuel gas burned in the combustion unit 22 and the amount of oxygen required to burn the unreacted fuel gas can be reduced.

また、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、空気極オフガス管Ｐ６から分岐された分岐空気極オフガス管Ｐ６−２を有しているので、組成検出部４４で検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報に基づいて、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐させる空気極オフガス流量を容易に調整することができる。これにより、燃焼オフガスに含まれる可燃ガス及び酸素の量が所定の閾値よりも低くなるように、燃焼部２２の燃焼空間２２Ａへ流入する酸素量を調整することができる。 Further, since the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment has the branched air electrode off gas pipe P6-2 branched from the air electrode off gas pipe P6, the composition of the carbon dioxide rich gas detected by the composition detection unit 44 Based on the information, the flow rate of the air electrode off gas branched to the branched air electrode off gas pipe P6-2 can be easily adjusted. Thereby, the amount of oxygen flowing into the combustion space 22A of the combustion unit 22 can be adjusted so that the amounts of the combustible gas and oxygen contained in the combustion off gas are lower than the predetermined threshold value.

さらに、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、組成検出部４４で検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報に基づいて、凝縮器２６で凝縮させる水の量を調整することにより、二酸化炭素リッチガスの二酸化炭素濃度を高くすることができる。 Further, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, the amount of water to be condensed by the condenser 26 is adjusted based on the composition information of the carbon dioxide rich gas detected by the composition detection unit 44, thereby producing the carbon dioxide rich gas. The carbon dioxide concentration can be increased.

また、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、燃料電池セルスタックに水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池を用いているので、第１燃料極１２Ａで水蒸気が生成されない。したがって、第１燃料極オフガスに含まれる水蒸気の量が少なくなるため、第２燃料電池での発電効率を向上させることができる。また、第２燃料極オフガスに含まれる水蒸気の量も少なくなるため、第２燃料極オフガスから除去する水蒸気の量を少なくすることができる。 Further, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, since the hydrogen ion conduction type solid oxide fuel cell is used for the fuel cell stack, water vapor is not generated at the first fuel pole 12A. Therefore, since the amount of water vapor contained in the first fuel electrode off gas is reduced, the power generation efficiency of the second fuel cell can be improved. Further, since the amount of water vapor contained in the second fuel electrode off gas is also reduced, the amount of water vapor removed from the second fuel electrode off gas can be reduced.

また、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、燃焼部２２よりも上流側から第２燃料極オフガスの一部を第１燃料極１２Ａへ供給する循環ガス管Ｐ３を備えている。したがって、第２燃料極オフガス中の未反応燃料ガス及び水蒸気の一部を、発電及び燃料ガスの水蒸気改質に、それぞれ再利用することができる Further, the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment includes a circulation gas pipe P3 that supplies a part of the second fuel pole off gas to the first fuel pole 12A from the upstream side of the combustion unit 22. Therefore, a part of the unreacted fuel gas and steam in the second fuel electrode off gas can be reused for power generation and steam reforming of the fuel gas, respectively.

また、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、燃焼部２２を酸素分離部２４の酸素透過膜２３と隣接配置することにより、燃焼部２２と酸素分離部２４が一体形成されたコンパクトな酸素透過膜付燃焼器２０を構成することができる。 Further, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, the combustion unit 22 and the oxygen separation unit 24 are integrally formed by arranging the combustion unit 22 adjacent to the oxygen permeation membrane 23 of the oxygen separation unit 24, so that a compact oxygen permeation unit is formed. A combustor with a membrane 20 can be configured.

また、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａでは、空気極オフガスの熱を排熱投入型吸収式冷凍機３６での冷熱生成に用いるので、第１燃料電池セルスタック１２、第２燃料電池セルスタック１４からの排熱を有効利用することができる。また、空気極オフガスには、水蒸気が多く含まれているので、排熱投入型吸収式冷凍機３６において当該水蒸気が熱交換時に凝縮することにより、凝縮熱も有効に用いることができる。 Further, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, since the heat of the air electrode off gas is used for cold heat generation in the exhaust heat input type absorption chiller 36, the first fuel cell cell stack 12 and the second fuel cell cell stack The exhaust heat from 14 can be effectively used. Further, since the air electrode off gas contains a large amount of water vapor, the heat of condensation can be effectively used by condensing the water vapor at the time of heat exchange in the exhaust heat input type absorption chiller 36.

なお、本実施形態では、燃焼オフガス内の水蒸気を凝縮器２６で凝縮させて除去することにより、燃焼オフガスから二酸化炭素を分離したが、その他の手段、例えば、二酸化炭素分離膜で二酸化炭素を分離してもよいし、ＰＳＡ装置により二酸化炭素を分離してもよい。 In the present embodiment, carbon dioxide is separated from the combustion off-gas by condensing and removing the water vapor in the combustion off-gas with the condenser 26, but carbon dioxide is separated by other means, for example, a carbon dioxide separation membrane. Alternatively, carbon dioxide may be separated by a PSA device.

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [Second Embodiment]
Next, the second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｂは、図５に示すように、第１実施形態の酸素透過膜付燃焼器２０に代えて、高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２を備えている。高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２以外の構成については、第１実施形態と同様である。 As shown in FIG. 5, the fuel cell power generation system 10B of the present embodiment includes a high-temperature oxygen production apparatus 50 and a combustor 52 in place of the combustor 20 with an oxygen permeable membrane of the first embodiment. The configurations other than the high temperature oxygen production apparatus 50 and the combustor 52 are the same as those in the first embodiment.

高温酸素製造装置５０の入口側には、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２の下流端が接続されている。高温酸素製造装置５０は、空気極オフガスから酸素を分離する装置であり、一例として、高温下で吸着と脱着を行うＰＳＡ装置を用いることができる。高温酸素製造装置５０の酸素出口側には、酸素供給管ＰＯの一端が接続されている。高温酸素製造装置５０の酸素が分離された後の空気極オフガス出口側には、排気管Ｐ１３が接続されている。酸素供給管ＰＯの他端は、燃焼器５２の入口側に接続されている。排気管Ｐ１３は、燃料電池発電システム１０Ｂの外部に開放されている。 The downstream end of the branch air electrode off gas pipe P6-2 is connected to the inlet side of the high temperature oxygen production apparatus 50. The high temperature oxygen production device 50 is a device that separates oxygen from the air electrode off gas, and as an example, a PSA device that adsorbs and desorbs at a high temperature can be used. One end of the oxygen supply pipe PO is connected to the oxygen outlet side of the high temperature oxygen production apparatus 50. An exhaust pipe P13 is connected to the air electrode off gas outlet side after the oxygen of the high temperature oxygen production apparatus 50 is separated. The other end of the oxygen supply pipe PO is connected to the inlet side of the combustor 52. The exhaust pipe P13 is open to the outside of the fuel cell power generation system 10B.

燃焼器５２の入口側には、前述の酸素供給管ＰＯの他端と、第２燃料極オフガス管Ｐ７−２の下流端が接続されている。燃焼器５２の内部では、第２燃料極オフガス中の可燃ガス成分（未改質のメタン、未反応の水素、未反応の一酸化炭素等）と、酸素供給管ＰＯから供給される酸素とで燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。燃焼器５２の出口側には、燃焼オフガス管Ｐ８が接続されており、燃焼器５２から燃焼オフガスが送出される。 The other end of the oxygen supply pipe PO described above and the downstream end of the second fuel pole off gas pipe P7-2 are connected to the inlet side of the combustor 52. Inside the combustor 52, the combustible gas components (unmodified methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas and the oxygen supplied from the oxygen supply pipe PO A combustion reaction occurs, producing carbon dioxide and water vapor. A combustion off gas pipe P8 is connected to the outlet side of the combustor 52, and the combustion off gas is sent out from the combustor 52.

次に、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｂの動作について説明する。 Next, the operation of the fuel cell power generation system 10B of the present embodiment will be described.

本実施形態においても、第１実施形態の燃料電池発電システム１０Ａと同様に、第１燃料電池セルスタック１２、第２燃料電池セルスタック１４での発電が行われる。第２空気極１４Ｂから送出され、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐された第２空気極オフガスは、高温酸素製造装置５０へ供給される。高温酸素製造装置５０では、第２空気極オフガスから酸素が分離され、分離された酸素は、酸素供給管ＰＯを介して燃焼器５２へ供給される。酸素が分離された後の空気極オフガスは、排気管Ｐ１３から外部へ排出される。 Also in this embodiment, power is generated by the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 as in the fuel cell power generation system 10A of the first embodiment. The second air electrode off gas sent out from the second air electrode 14B and branched to the branched air electrode off gas pipe P6-2 is supplied to the high temperature oxygen production apparatus 50. In the high temperature oxygen production apparatus 50, oxygen is separated from the second air electrode off gas, and the separated oxygen is supplied to the combustor 52 via the oxygen supply pipe PO. The air electrode off gas after the oxygen is separated is discharged to the outside from the exhaust pipe P13.

燃焼器５２では、第２燃料極オフガス中の可燃ガス成分（未改質のメタン、未反応の水素、未反応の一酸化炭素等）と、酸素とで燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。燃焼オフガスは、燃焼オフガス管Ｐ８へ送出され、第１実施形態と同様にして凝縮器２６で水が分離され、分離された水が水タンク２７に回収され、二酸化炭素リッチガスは、二酸化炭素回収タンク２８へ回収されるか、二酸化炭素ラインへと供給される。 In the combustor 52, a combustion reaction occurs between the combustible gas components (unmodified methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas and oxygen, and carbon dioxide and water vapor are generated. Will be generated. The combustion off gas is sent to the combustion off gas pipe P8, water is separated by the condenser 26 in the same manner as in the first embodiment, the separated water is recovered in the water tank 27, and the carbon dioxide rich gas is the carbon dioxide recovery tank. It is recovered to 28 or supplied to the carbon dioxide line.

本実施形態においても、燃焼器５２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。 Also in the present embodiment, in the combustor 52, carbon dioxide and water vapor are generated by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off gas and oxygen. Therefore, it is possible to recover a high concentration of carbon dioxide by reducing the combustible gas from the second fuel electrode off gas.

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１、第２実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｃは、主に改質器５４を備えている点、循環ガス管Ｐ３を備えていない点、及び、これらの構成に関連する配管流路が、第１実施形態と異なっている。その他の構成は第１実施形態と同様である。 The fuel cell power generation system 10C of the present embodiment mainly includes the reformer 54, does not include the circulating gas pipe P3, and the piping flow path related to these configurations is the first embodiment. Is different. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

図６に示すように、燃料電池発電システム１０Ｃは、改質器５４を備えている。改質器５４の入口側には、燃料ガス管Ｐ１−１の一端が接続されている。また、改質器５４の入口側には、水供給管Ｐ２−２の一端が接続されている。水供給管Ｐ２−２の他端は、水タンク２７と接続されている。水供給管Ｐ２−２には、イオン交換樹脂５６及びポンプ２７Ｂが設けられている。ポンプ２７Ｂを駆動させることにより、水タンク２７に貯留された水がイオン交換樹脂５６を経て改質器５４へ供給される。 As shown in FIG. 6, the fuel cell power generation system 10C includes a reformer 54. One end of the fuel gas pipe P1-1 is connected to the inlet side of the reformer 54. Further, one end of the water supply pipe P2-2 is connected to the inlet side of the reformer 54. The other end of the water supply pipe P2-2 is connected to the water tank 27. The water supply pipe P2-2 is provided with an ion exchange resin 56 and a pump 27B. By driving the pump 27B, the water stored in the water tank 27 is supplied to the reformer 54 via the ion exchange resin 56.

改質器５４の出口側には、改質ガス管Ｐ１−２の一端が接続されている。改質ガス管Ｐ１−２の他端は、第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａと接続されている。 One end of the reforming gas pipe P1-2 is connected to the outlet side of the reformer 54. The other end of the reformed gas pipe P1-2 is connected to the first fuel pole 12A of the first fuel cell stack 12.

次に、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｃの動作について説明する。 Next, the operation of the fuel cell power generation system 10C of the present embodiment will be described.

改質器５４では、燃料ガスと水蒸気の混合ガスが燃焼オフガスとの熱交換により加熱され、水蒸気改質反応により、水素と一酸化炭素が生成される。また、生成された一酸化炭素と水蒸気とのシフト反応により二酸化炭素と水素が生成される。未反応の燃料ガス（メタン）、水素、一酸化炭素、二酸化炭素を含んだ改質ガスが、改質ガス管Ｐ１−２を通って第１燃料極１２Ａへ供給される。第１燃料電池セルスタック１２、第２燃料電池セルスタック１４では、第１実施形態と同様に発電が行われる。 In the reformer 54, a mixed gas of fuel gas and steam is heated by heat exchange with combustion off gas, and hydrogen and carbon monoxide are produced by the steam reforming reaction. In addition, carbon dioxide and hydrogen are generated by a shift reaction between the generated carbon monoxide and water vapor. A reformed gas containing unreacted fuel gas (methane), hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide is supplied to the first fuel electrode 12A through the reformed gas pipe P1-2. In the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14, power generation is performed in the same manner as in the first embodiment.

第２燃料極１４Ａからは、第２燃料極オフガス管Ｐ７−２へ第２燃料極オフガスが送出される。第２燃料極オフガスは、分岐されることなく酸素透過膜付燃焼器２０の燃焼部２２へ供給される。第２空気極１４Ｂからは、空気極オフガス管Ｐ６へ空気極オフガスが送出され、第１実施形態と同様に、空気極オフガスの一部が分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐され、その他は第１空気極１２Ｂから送出された空気極オフガスと合流される。 From the second fuel pole 14A, the second fuel pole off gas is sent to the second fuel pole off gas pipe P7-2. The second fuel electrode off gas is supplied to the combustion section 22 of the combustor 20 with an oxygen permeable membrane without being branched. From the second air electrode 14B, the air electrode off gas is sent to the air electrode off gas pipe P6, and a part of the air electrode off gas is branched to the branched air electrode off gas pipe P6-2 as in the first embodiment. It merges with the air electrode off gas delivered from the first air electrode 12B.

酸素透過膜付燃焼器２０、凝縮器２６では、第１実施形態と同様に処理が行われ、二酸化炭素リッチガスは、二酸化炭素回収タンク２８へ回収されるか、二酸化炭素ラインへと供給される。 In the combustor 20 with an oxygen permeable membrane and the condenser 26, the treatment is performed in the same manner as in the first embodiment, and the carbon dioxide rich gas is recovered in the carbon dioxide recovery tank 28 or supplied to the carbon dioxide line.

本実施形態においても、酸素透過膜付燃焼器２０において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。 Also in this embodiment, in the combustor 20 with an oxygen permeable membrane, carbon dioxide and water vapor are generated by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off gas and oxygen. Therefore, it is possible to recover a high concentration of carbon dioxide by reducing the combustible gas from the second fuel electrode off gas.

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第３実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first to third embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｄは、第３実施形態の酸素透過膜付燃焼器２０に代えて、第２実施形態の高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２を備えている。高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２以外の構成については、第３実施形態と同様である。 The fuel cell power generation system 10D of the present embodiment includes the high temperature oxygen production apparatus 50 of the second embodiment and the combustor 52 in place of the combustor 20 with the oxygen permeable membrane of the third embodiment. The configurations other than the high temperature oxygen production apparatus 50 and the combustor 52 are the same as those in the third embodiment.

高温酸素製造装置５０の入口側には、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２の下流端が接続され、高温酸素製造装置５０の酸素出口側には、酸素供給管ＰＯの一端が接続されている。高温酸素製造装置５０の酸素が分離された後の空気極オフガス出口側には、排気管Ｐ１３が接続されている。酸素供給管ＰＯの他端は、燃焼器５２の入口側に接続されている。排気管Ｐ１３は、燃料電池発電システム１０Ｄの外部に開放されている。 The downstream end of the branched air electrode off gas pipe P6-2 is connected to the inlet side of the high temperature oxygen production apparatus 50, and one end of the oxygen supply pipe PO is connected to the oxygen outlet side of the high temperature oxygen production apparatus 50. An exhaust pipe P13 is connected to the air electrode off gas outlet side after the oxygen of the high temperature oxygen production apparatus 50 is separated. The other end of the oxygen supply pipe PO is connected to the inlet side of the combustor 52. The exhaust pipe P13 is open to the outside of the fuel cell power generation system 10D.

燃焼器５２の入口側には、前述の酸素供給管ＰＯの他端と、第２燃料極オフガス管Ｐ７−２の下流端が接続されている。燃焼器５２の内部では、第２燃料極オフガス中の可燃ガス成分（未改質のメタン、未反応の水素、未反応の一酸化炭素等）と、酸素供給管ＰＯから供給される酸素とで燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。燃焼器５２の出口側には、燃焼オフガス管Ｐ８が接続されており、燃焼器５２から燃焼オフガスが送出される。 The other end of the oxygen supply pipe PO described above and the downstream end of the second fuel pole off gas pipe P7-2 are connected to the inlet side of the combustor 52. Inside the combustor 52, the combustible gas components (unmodified methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas and the oxygen supplied from the oxygen supply pipe PO A combustion reaction occurs, producing carbon dioxide and water vapor. A combustion off gas pipe P8 is connected to the outlet side of the combustor 52, and the combustion off gas is sent out from the combustor 52.

次に、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｄの動作について説明する。 Next, the operation of the fuel cell power generation system 10D of the present embodiment will be described.

本実施形態においても、第３実施形態の燃料電池発電システム１０Ｃと同様に、改質器５４で燃料ガスが水蒸気改質されて改質ガスが生成され、第１燃料電池セルスタック１２、第２燃料電池セルスタック１４での発電が行われる。第２空気極１４Ｂから送出され、分岐空気極オフガス管Ｐ６−２へ分岐された第２空気極オフガスは、高温酸素製造装置５０へ供給される。高温酸素製造装置５０では、第２空気極オフガスから酸素が分離され、分離された酸素は、酸素供給管ＰＯを介して燃焼器５２へ供給される。酸素が分離された後の空気極オフガスは、排気管Ｐ１３から外部へ排出される。 Also in the present embodiment, similarly to the fuel cell power generation system 10C of the third embodiment, the fuel gas is steam reformed by the reformer 54 to generate the reformed gas, and the first fuel cell stack 12 and the second Power is generated in the fuel cell stack 14. The second air electrode off gas sent out from the second air electrode 14B and branched to the branched air electrode off gas pipe P6-2 is supplied to the high temperature oxygen production apparatus 50. In the high temperature oxygen production apparatus 50, oxygen is separated from the second air electrode off gas, and the separated oxygen is supplied to the combustor 52 via the oxygen supply pipe PO. The air electrode off gas after the oxygen is separated is discharged to the outside from the exhaust pipe P13.

燃焼器５２では、第２燃料極オフガス中の可燃ガス成分（未改質のメタン、未反応の水素、未反応の一酸化炭素等）と、酸素とで燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。燃焼オフガスは、燃焼オフガス管Ｐ８へ送出され、第１実施形態と同様にして凝縮器２６で水が分離され、分離された水が水タンク２７に回収され、二酸化炭素リッチガスは、二酸化炭素回収タンク２８へ回収されるか、二酸化炭素ラインへと供給される。 In the combustor 52, a combustion reaction occurs between the combustible gas components (unmodified methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas and oxygen, and carbon dioxide and water vapor are generated. Will be generated. The combustion off gas is sent to the combustion off gas pipe P8, water is separated by the condenser 26 in the same manner as in the first embodiment, the separated water is recovered in the water tank 27, and the carbon dioxide rich gas is the carbon dioxide recovery tank. It is recovered to 28 or supplied to the carbon dioxide line.

本実施形態においても、燃焼器５２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。 Also in the present embodiment, in the combustor 52, carbon dioxide and water vapor are generated by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off gas and oxygen. Therefore, it is possible to recover a high concentration of carbon dioxide by reducing the combustible gas from the second fuel electrode off gas.

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第４実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first to fourth embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｅでは、第１燃料極オフガス管Ｐ７の経路に、第３熱交換器３４及び凝縮器３５が設けられている点が第１実施形態と異なっている。 The fuel cell power generation system 10E of the present embodiment is different from the first embodiment in that a third heat exchanger 34 and a condenser 35 are provided in the path of the first fuel electrode off-gas pipe P7.

第１燃料極オフガス管Ｐ７は、第１燃料極１２Ａから延出され、第３熱交換器３４を経て凝縮器３５と接続されている。第１燃料極１２Ａから凝縮器３５までの第１アノオードオフガス管Ｐ７を符号Ｐ７Ａで示す。第１燃料極オフガス管Ｐ７Ａは、凝縮器３５の気体側出口から延出され、第３熱交換器３４を経て第２燃料極１４Ａと接続されている。凝縮器３５から第２燃料極１４Ａまでの第１アノオードオフガス管Ｐ７を符号Ｐ７Ｂで示す。凝縮器３５の液体側出口には、水配管Ｐ９−２の一端が接続されている。水配管Ｐ９−２の他端は水タンク２７に接続されている。凝縮器３５には、冷却水循環流路３５Ａが配管されており、排熱投入型吸収式冷凍機３６からの冷却水がポンプ３５Ｐの駆動により循環供給されている。これにより、第１燃料極オフガスが冷却され、第１燃料極オフガス中の水蒸気が凝縮する。凝縮した水は水配管Ｐ９−２を介して水タンク２７へ送出される。 The first fuel pole off-gas pipe P7 extends from the first fuel pole 12A and is connected to the condenser 35 via the third heat exchanger 34. The first anode-off gas pipe P7 from the first fuel pole 12A to the condenser 35 is indicated by reference numeral P7A. The first fuel pole off gas pipe P7A extends from the gas side outlet of the condenser 35 and is connected to the second fuel pole 14A via the third heat exchanger 34. The first anode-off gas pipe P7 from the condenser 35 to the second fuel pole 14A is indicated by reference numeral P7B. One end of the water pipe P9-2 is connected to the liquid side outlet of the condenser 35. The other end of the water pipe P9-2 is connected to the water tank 27. A cooling water circulation flow path 35A is piped to the condenser 35, and the cooling water from the exhaust heat input type absorption chiller 36 is circulated and supplied by driving the pump 35P. As a result, the first fuel electrode off gas is cooled, and the water vapor in the first fuel electrode off gas is condensed. The condensed water is sent to the water tank 27 via the water pipe P9-2.

次に、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｅの動作について説明する。 Next, the operation of the fuel cell power generation system 10E of the present embodiment will be described.

本実施形態においても、第１実施形態の燃料電池発電システム１０Ａと同様に、第１燃料電池セルスタック１２での発電が行われる。第１燃料極１２Ａから第１燃料極オフガス管Ｐ７−１へ送出された第１燃料極オフガスは、第３熱交換器３４で後述する再生燃料ガスと熱交換により冷却され、凝縮器３５へ供給される。凝縮器３５では、冷却水循環流路３５Ａを循環する冷却水により、第１燃料極オフガスが更に冷却され、第１燃料極オフガス中の水蒸気が凝縮する。ここで、冷却水循環流路３５Ａを循環する冷却水の温度は、再生燃料ガス中に残る水蒸気量が第２燃料電池セルスタック１４での発電効率を向上させる程度に第１燃料極オフガス中の水蒸気が凝縮するように設定されている。凝縮した水は水配管Ｐ９−２を介して水タンク２７へ送出される。 Also in this embodiment, power is generated by the first fuel cell stack 12 as in the fuel cell power generation system 10A of the first embodiment. The first fuel pole off gas sent from the first fuel pole 12A to the first fuel pole off gas pipe P7-1 is cooled by heat exchange with the regenerated fuel gas described later in the third heat exchanger 34 and supplied to the condenser 35. Will be done. In the condenser 35, the cooling water circulating in the cooling water circulation flow path 35A further cools the first fuel electrode off gas, and the water vapor in the first fuel electrode off gas is condensed. Here, the temperature of the cooling water circulating in the cooling water circulation flow path 35A is such that the amount of water vapor remaining in the regenerated fuel gas improves the power generation efficiency in the second fuel cell stack 14 and the water vapor in the first fuel electrode off gas. Is set to condense. The condensed water is sent to the water tank 27 via the water pipe P9-2.

凝縮水が分離された第１燃料極オフガスは、再生燃料ガスとして第１燃料極オフガス管Ｐ７Ｂへ送出され、第３熱交換器３４で水が分離される前の第１燃料極オフガスとの熱交換により加熱され、第２燃料極１４Ａへ供給される。第２燃料電池セルスタック１４では、第１実施形態の燃料電池発電システム１０Ａと同様に発電が行われる。 The first fuel electrode off gas from which the condensed water is separated is sent to the first fuel electrode off gas pipe P7B as a regenerated fuel gas, and heat with the first fuel electrode off gas before the water is separated by the third heat exchanger 34. It is heated by exchange and supplied to the second fuel pole 14A. In the second fuel cell stack 14, power generation is performed in the same manner as in the fuel cell power generation system 10A of the first embodiment.

本実施形態では、第１燃料極オフガスから水蒸気の一部を分離して生成された再生燃料ガスを第２燃料極１４Ａへ供給するので、第２燃料電池セルスタック１４における発電効率を向上させることができる。 In the present embodiment, since the regenerated fuel gas generated by separating a part of water vapor from the first fuel electrode off gas is supplied to the second fuel electrode 14A, the power generation efficiency in the second fuel cell stack 14 is improved. Can be done.

また、本実施形態においても、酸素透過膜付燃焼器２０の燃焼部２２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。 Further, also in the present embodiment, carbon dioxide and water vapor are generated in the combustion unit 22 of the combustor 20 with an oxygen permeable membrane by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off gas and oxygen. Therefore, it is possible to recover a high concentration of carbon dioxide by reducing the combustible gas from the second fuel electrode off gas.

［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第５実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first to fifth embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図９に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｆでは、第１燃料電池セルスタック６２及び第２燃料電池セルスタック６４は、第１実施形態の水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池に代えて酸素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）を用いている。したがって、第１燃料極６２Ａ（燃料極）、及び第１空気極６２Ｂ（空気極）では、以下のように反応が生じる。なお、第２燃料極６４Ａ、及び第２空気極６４Ｂでも同様である。 As shown in FIG. 9, in the fuel cell power generation system 10F of the present embodiment, the first fuel cell stack 62 and the second fuel cell stack 64 are the hydrogen ion conduction type solid oxide fuel cell of the first embodiment. Instead, an oxygen ion conduction type solid oxide fuel cell (SOFC) is used. Therefore, at the first fuel pole 62A (fuel pole) and the first air pole 62B (air pole), the reaction occurs as follows. The same applies to the second fuel pole 64A and the second air pole 64B.

第１空気極６２Ｂでは、下記（５）式に示すように、酸化剤ガス中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。生成された酸素イオンは電解質層６２Ｃを通って第１燃料電池セルスタック６２の第１燃料極６２Ａに到達する。 In the first air electrode 62B, as shown in the following equation (5), oxygen and electrons in the oxidant gas react with each other to generate oxygen ions. The generated oxygen ions pass through the electrolyte layer 62C and reach the first fuel pole 62A of the first fuel cell stack 62.

（空気極反応）
１／２Ｏ２＋２ｅ− →Ｏ２− …（５） (Air electrode reaction)
1 / 2O 2 + 2e − → O 2- … (5)

一方、第１燃料電池セルスタック６２の第１燃料極６２Ａでは、下記（６）式及び（７）式に示すように、電解質層６２Ｃを通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水蒸気及び二酸化炭素と電子が生成される。第１燃料極６２Ａで生成された電子が第１燃料極６２Ａから外部回路を通って第１空気極６２Ｂに移動することで、発電される。 On the other hand, in the first fuel pole 62A of the first fuel cell stack 62, as shown in the following equations (6) and (7), oxygen ions passing through the electrolyte layer 62C are hydrogen and monoxide in the fuel gas. It reacts with carbon to produce water vapor, carbon dioxide and electrons. The electrons generated in the first fuel pole 62A move from the first fuel pole 62A to the first air pole 62B through an external circuit to generate electricity.

（燃料極反応）
Ｈ２ ＋Ｏ２− →Ｈ２Ｏ＋２ｅ− …(６)
ＣＯ＋Ｏ２− →ＣＯ２＋２ｅ− …(７) (Fuel electrode reaction)
H 2 + O 2- → H 2 O + 2e − … (6)
CO + O 2- → CO 2 + 2e − … (7)

固体酸化物形燃料電池では、第１燃料極６２Ａ、第２燃料極６４Ａで水蒸気が生成されることから、水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池と比較して、第１燃料極オフガス、第２燃料極オフガスに含まれる水蒸気量が多い。一方、第１空気極６２Ｂ、第２空気極６４Ｂでは、水蒸気が生成されない。排熱投入型吸収式冷凍機３６へ供給された空気極オフガスは、熱交換後に排気管Ｐ３６−１から排気される。 In the solid oxide fuel cell, since water vapor is generated at the first fuel pole 62A and the second fuel pole 64A, the first fuel pole off-gas and the first fuel pole off-gas are compared with those of the hydrogen ion conduction type solid oxide fuel cell. 2 Fuel pole Off gas contains a large amount of water vapor. On the other hand, water vapor is not generated in the first air pole 62B and the second air pole 64B. The air electrode off gas supplied to the exhaust heat input type absorption chiller 36 is exhausted from the exhaust pipe P36-1 after heat exchange.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｆでは、その他の構成については、第５実施形態と同様であり、第１燃料極オフガス管Ｐ７の経路に、第３熱交換器３４及び凝縮器３５が設けられている。ここで、第１燃料極オフガス、第２燃料極オフガスに含まれる水蒸気量は、燃料電池発電システム１０Ｅと比較して多いため、凝縮器３５での凝縮により除去する水蒸気量が多くなるように、冷却水循環流路３５Ａを循環する冷却水の温度が設定されている。凝縮した水は水配管Ｐ９−２を介して水タンク２７へ送出される。 In the fuel cell power generation system 10F of the present embodiment, other configurations are the same as those of the fifth embodiment, and the third heat exchanger 34 and the condenser 35 are provided in the path of the first fuel pole off gas pipe P7. ing. Here, since the amount of water vapor contained in the first fuel electrode off gas and the second fuel electrode off gas is larger than that of the fuel cell power generation system 10E, the amount of water vapor removed by condensation in the condenser 35 is increased. The temperature of the cooling water circulating in the cooling water circulation flow path 35A is set. The condensed water is sent to the water tank 27 via the water pipe P9-2.

本実施形態では、第１燃料極オフガスから水蒸気の一部を分離して生成された再生燃料ガスを第２燃料極１４Ａへ供給するので、第２燃料電池セルスタック１４における発電効率を向上させることができる。 In the present embodiment, since the regenerated fuel gas generated by separating a part of water vapor from the first fuel electrode off gas is supplied to the second fuel electrode 14A, the power generation efficiency in the second fuel cell stack 14 is improved. Can be done.

また、本実施形態においても、酸素透過膜付燃焼器２０の燃焼部２２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。 Further, also in the present embodiment, carbon dioxide and water vapor are generated in the combustion unit 22 of the combustor 20 with an oxygen permeable membrane by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off gas and oxygen. Therefore, it is possible to recover a high concentration of carbon dioxide by reducing the combustible gas from the second fuel electrode off gas.

［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第６実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [7th Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first to sixth embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図１０に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｇでは、第６実施形態の酸素透過膜付燃焼器２０に代えて、第２実施形態と同様の高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２を備えている。高温酸素製造装置５０、燃焼器５２、及び、これらに関連する配管以外の構成については、第６実施形態と同様である。 As shown in FIG. 10, in the fuel cell power generation system 10G of the present embodiment, instead of the combustor 20 with an oxygen permeable membrane of the sixth embodiment, the high temperature oxygen production apparatus 50 and combustion similar to those of the second embodiment. It is equipped with a vessel 52. The configuration other than the high temperature oxygen production apparatus 50, the combustor 52, and the piping related thereto is the same as that of the sixth embodiment.

本実施形態においても、第１燃料極オフガスから水蒸気の一部を分離して生成された再生燃料ガスを第２燃料極１４Ａへ供給するので、第２燃料電池セルスタック１４における発電効率を向上させることができる。 Also in the present embodiment, since the regenerated fuel gas generated by separating a part of water vapor from the first fuel electrode off gas is supplied to the second fuel electrode 14A, the power generation efficiency in the second fuel cell stack 14 is improved. be able to.

また、本実施形態においても、燃焼器５２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。 Further, also in the present embodiment, in the combustor 52, carbon dioxide and water vapor are generated by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off gas and oxygen. Therefore, it is possible to recover a high concentration of carbon dioxide by reducing the combustible gas from the second fuel electrode off gas.

［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第７実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [8th Embodiment]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first to seventh embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図１１に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｈでは、第３実施形態と同様に、改質器５４を備えている点、循環ガス管Ｐ３を備えていない点、及び、これらの構成に関連する配管流路が、第６実施形態と異なっている。その他の構成は第６実施形態と同様である。 As shown in FIG. 11, the fuel cell power generation system 10H of the present embodiment is provided with the reformer 54, is not provided with the circulating gas pipe P3, and is similar to the third embodiment. The piping flow path related to the configuration is different from that of the sixth embodiment. Other configurations are the same as those in the sixth embodiment.

本実施形態においても、第１燃料極オフガスから水蒸気の一部を分離して生成された再生燃料ガスを第２燃料極１４Ａへ供給するので、第２燃料電池セルスタック１４における発電効率を向上させることができる。 Also in the present embodiment, since the regenerated fuel gas generated by separating a part of water vapor from the first fuel electrode off gas is supplied to the second fuel electrode 14A, the power generation efficiency in the second fuel cell stack 14 is improved. be able to.

また、本実施形態においても、燃焼部２２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。 Further, also in the present embodiment, carbon dioxide and water vapor are generated in the combustion unit 22 by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off gas and oxygen. Therefore, it is possible to recover a high concentration of carbon dioxide by reducing the combustible gas from the second fuel electrode off gas.

［第９実施形態］
次に、本発明の第９実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第８実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。 [9th Embodiment]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first to eighth embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図１１に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｉでは、第８実施形態の酸素透過膜付燃焼器２０に代えて、第７実施形態の高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２を備えている。高温酸素製造装置５０、及び、燃焼器５２以外の構成については、第８実施形態と同様である。 As shown in FIG. 11, in the fuel cell power generation system 10I of the present embodiment, the high temperature oxygen production apparatus 50 and the combustor 52 of the seventh embodiment are replaced with the combustor 20 with the oxygen permeable membrane of the eighth embodiment. It has. The configurations other than the high temperature oxygen production apparatus 50 and the combustor 52 are the same as those in the eighth embodiment.

本実施形態においても、第１燃料極オフガスから水蒸気の一部を分離して生成された再生燃料ガスを第２燃料極１４Ａへ供給するので、第２燃料電池セルスタック１４における発電効率を向上させることができる。 Also in the present embodiment, since the regenerated fuel gas generated by separating a part of water vapor from the first fuel electrode off gas is supplied to the second fuel electrode 14A, the power generation efficiency in the second fuel cell stack 14 is improved. be able to.

また、本実施形態においても、燃焼器５２において、第２燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第２燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。 Further, also in the present embodiment, in the combustor 52, carbon dioxide and water vapor are generated by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off gas and oxygen. Therefore, it is possible to recover a high concentration of carbon dioxide by reducing the combustible gas from the second fuel electrode off gas.

なお、本発明の燃料電池としては、他の燃料電池、例えば溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)、リン酸形燃料電池(PAFC)、固体高分子形燃料電池(PEFC)を用いることもできる。 As the fuel cell of the present invention, other fuel cells such as molten carbonate fuel cell (MCFC), phosphoric acid fuel cell (PAFC), and polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can also be used.

また、二酸化炭素供給ライン２９は、二酸化炭素液化装置や炭素分離装置に接続し、液体二酸化炭素や粉末炭素等を製造してもよい。 Further, the carbon dioxide supply line 29 may be connected to a carbon dioxide liquefaction device or a carbon separation device to produce liquid carbon dioxide, powdered carbon, or the like.

なお、前述の第１〜第９実施形態では、排熱投入型吸収式冷凍機３６を用いて冷熱を生成したが、排熱投入型吸収式冷凍機３６に代えて他の排熱を利用するヒートポンプ、例えば、吸着式冷凍機を用いて冷熱を生成してもよい。 In the above-mentioned first to ninth embodiments, cold heat is generated by using the exhaust heat input type absorption chiller 36, but other exhaust heat is used instead of the exhaust heat input type absorption chiller 36. Cold heat may be generated using a heat pump, for example, an adsorption chiller.

さらに、排熱投入型吸収式冷凍機３６に代えて、排熱を利用せず、電力を利用することによって冷熱を生成する電動ターボ冷凍機６０を用いる燃料電池発電システム１０Ｊとしてもよい。図１３では、一例として、第１実施形態の燃料電池発電システム１０Ａについて、排熱投入型吸収式冷凍機３６を電動ターボ冷凍機６０に置き換えた構成が示されている。第２〜第９実施形態でも同様に置き換えることができる。燃料電池発電システム１０Ｊでは、カソードオフガス流路Ｐ６は、第２熱交換器３２での熱交換後にシステム外へ排気される。電動ターボ冷凍機６０は、燃料電池発電システム１０Ｊで発電された電力により駆動することができる。電動ターボ冷凍機６０は、一般的に冷却効率が高いため、発電した電力を用いても、高効率で燃料電池発電システム１０Ｊを運転することができる。なお、この場合にも、発電した電力を交流に変換することなく効率よく利用するために、電動ターボ冷凍機６０を直流電流にて駆動させることが好ましい。 Further, instead of the exhaust heat input type absorption chiller 36, the fuel cell power generation system 10J may use an electric turbo chiller 60 that generates cold heat by using electric power without utilizing exhaust heat. FIG. 13 shows, as an example, a configuration in which the exhaust heat input type absorption chiller 36 is replaced with an electric turbo chiller 60 in the fuel cell power generation system 10A of the first embodiment. The second to ninth embodiments can be replaced in the same manner. In the fuel cell power generation system 10J, the cathode off gas flow path P6 is exhausted to the outside of the system after heat exchange in the second heat exchanger 32. The electric turbo chiller 60 can be driven by the electric power generated by the fuel cell power generation system 10J. Since the electric turbo chiller 60 generally has high cooling efficiency, the fuel cell power generation system 10J can be operated with high efficiency even if the generated electric power is used. Also in this case, it is preferable to drive the electric turbo chiller 60 with a direct current in order to efficiently use the generated electric power without converting it into alternating current.

１０Ａ〜１０Ｊ 燃料電池発電システム（二酸化炭素回収型燃料電池発電システム）
１２、６２ 第１燃料電池セルスタック（第１燃料電池）
１２Ａ、６２Ａ 第１燃料極
１２Ｂ、６２Ｂ 第１空気極
１４、６４ 第２燃料電池セルスタック（第２燃料電池）
１４Ａ、６４Ａ 第２燃料極
１４Ｂ、６４Ｂ 第２空気極
２０ 酸素透過膜付燃焼器
２２ 燃焼部、 ２２Ａ 燃焼空間
２３ 酸素透過膜、 ２４ 酸素分離部
２６ 凝縮器（二酸化炭素分離部）
３５ 凝縮器（燃料再生部）
５０ 高温酸素製造装置（酸素分離部）
５２ 燃焼器（燃焼部）、 ５４ 改質器、 ６０ 電動ターボ冷凍機
Ｐ３ 循環ガス管（循環流路）
Ｐ６ 空気極オフガス管（空気極オフガス流路）
Ｐ６−２ 分岐空気極オフガス管（分岐空気極オフガス流路）
Ｐ７−２ 第２燃料極オフガス管（燃料極オフガス流路） 10A-10J Fuel cell power generation system (carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system)
12, 62 1st fuel cell cell stack (1st fuel cell)
12A, 62A 1st fuel pole 12B, 62B 1st air pole 14,64 2nd fuel cell cell stack (2nd fuel cell)
14A, 64A 2nd fuel pole 14B, 64B 2nd air pole 20 Combustor with oxygen permeable membrane 22 Combustor, 22A Combustion space 23 Oxygen permeable membrane, 24 Oxygen separator 26 Condenser (carbon dioxide separator)
35 Condenser (fuel regeneration section)
50 High temperature oxygen production equipment (oxygen separator)
52 Combustor (combustor), 54 Reformer, 60 Electric turbo chiller P3 Circulation gas pipe (circulation flow path)
P6 Air electrode off gas pipe (air electrode off gas flow path)
P6-2 Branch air electrode off gas pipe (branch air electrode off gas flow path)
P7-2 Second fuel pole off gas pipe (fuel pole off gas flow path)

Claims (6)

炭素化合物を含み第１燃料極へ供給される燃料ガスと、酸素を含み第１空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、前記第１燃料極から第１燃料極オフガスが送出される第１燃料電池と、
前記第１燃料電池から排出された後に二酸化炭素を非除去のまま第２燃料極へ供給される前記第１燃料極オフガスと第２空気極へ供給される酸化剤ガスとを用いて発電し、前記第２燃料極から第２燃料極オフガスが燃料極オフガス流路へ送出される第２燃料電池と、
前記第１空気極及び前記第２空気極の少なくとも一方から空気極オフガスを送出する空気極オフガス流路と、
前記空気極オフガス流路から分岐された分岐空気極オフガス流路と連結され、前記分岐空気極オフガス流路から前記空気極オフガスが供給され、前記空気極オフガスから酸素を分離する酸素分離部と、
前記燃料極オフガス流路と連結されて前記第２燃料極オフガスが供給されると共に前記酸素分離部で分離された酸素が供給され、前記第２燃料極オフガスを前記酸素により燃焼反応させる燃焼部と、
前記燃焼部から送出される燃焼オフガスから二酸化炭素リッチガスを分離する二酸化炭素分離部と、
前記二酸化炭素分離部で分離された二酸化炭素リッチガス中の可燃ガス濃度及び酸素濃度が閾値以下となるように、前記空気極オフガス流路から前記分岐空気極オフガス流路へ分岐する前記空気極オフガスの量を調整する流量調整バルブを制御する制御部と、
を備えた二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。 A fuel gas containing a carbon compound and supplied to the first fuel electrode and an oxidant gas containing oxygen and supplied to the first air electrode generate power, and the first fuel electrode off gas is sent from the first fuel electrode. 1st fuel cell and
Power is generated by using the first fuel pole off gas supplied to the second fuel pole without removing carbon dioxide after being discharged from the first fuel cell and the oxidant gas supplied to the second air pole. A second fuel cell in which the second fuel electrode off gas is sent from the second fuel electrode to the fuel electrode off gas flow path, and
An air electrode off gas flow path that sends out air electrode off gas from at least one of the first air electrode and the second air electrode, and an air electrode off gas flow path.
An oxygen separator which is connected to a branched air electrode off gas flow path branched from the air electrode off gas flow path, the air electrode off gas is supplied from the branched air electrode off gas flow path, and oxygen is separated from the air electrode off gas flow path.
A combustion unit that is connected to the fuel electrode off gas flow path to supply the second fuel electrode off gas and oxygen separated by the oxygen separation unit to cause a combustion reaction of the second fuel electrode off gas with the oxygen. ,
A carbon dioxide separation unit that separates carbon dioxide-rich gas from the combustion off gas sent from the combustion unit,
Of the air electrode off gas branched from the air electrode off gas flow path to the branched air electrode off gas flow path so that the combustible gas concentration and the oxygen concentration in the carbon dioxide rich gas separated by the carbon dioxide separation unit are equal to or less than the threshold value. A control unit that controls the flow rate adjustment valve that adjusts the amount,
Carbon dioxide capture type fuel cell power generation system equipped with. 前記第１燃料電池及び第２燃料電池は、水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池である、請求項１に記載の二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。 The carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 1 , wherein the first fuel cell and the second fuel cell are hydrogen ion conduction type solid oxide fuel cells. 前記第１燃料電池及び第２燃料電池は、酸素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池であり、前記第１燃料極から送出された前記第１燃料極オフガスから水を分離して再生燃料ガスを生成する燃料再生部を有し、前記再生燃料ガスが前記第２燃料極へ供給される、請求項１に記載の二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。 The first fuel cell and the second fuel cell are oxygen ion conduction type solid oxide fuel cells, and separate water from the first fuel electrode off gas sent from the first fuel electrode to generate a regenerated fuel gas. The carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 1 , further comprising a fuel regeneration unit to generate, and supplying the regenerated fuel gas to the second fuel electrode. 前記燃焼部よりも上流側から前記第２燃料極オフガスの一部を前記第１燃料極へ供給する循環流路を備えた、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。 The carbon dioxide according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a circulation flow path for supplying a part of the second fuel electrode off gas from the upstream side of the combustion unit to the first fuel electrode. Recovery type fuel cell power generation system. 前記酸素分離部は酸素を選択的に透過させる酸素透過膜を有し、前記燃焼部は前記酸素透過膜の透過側に燃焼空間が配置されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。 Any one of claims 1 to 4 , wherein the oxygen separation section has an oxygen permeable membrane that selectively permeates oxygen, and the combustion section has a combustion space arranged on the permeation side of the oxygen permeable membrane. The carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system described in the section. 前記第１燃料電池、及び前記第２燃料電池の少なくとも一方における発電により得られた電力で駆動し、冷熱を生成する電動ターボ冷凍機を備え、
前記二酸化炭素分離部は、前記電動ターボ冷凍機で生成された冷熱により前記燃焼オフガスを冷却して前記燃焼オフガス内の水蒸気を凝縮させる、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。 An electric turbo chiller that is driven by electric power obtained by power generation in at least one of the first fuel cell and the second fuel cell to generate cold heat is provided.
The carbon dioxide separation unit according to any one of claims 1 to 5 , wherein the combustion off gas is cooled by the cold heat generated by the electric turbo chiller to condense the water vapor in the combustion off gas. Carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system.
JP2018153854A 2018-08-20 2018-08-20 Carbon dioxide capture fuel cell power generation system Active JP6847900B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018153854A JP6847900B2 (en) 2018-08-20 2018-08-20 Carbon dioxide capture fuel cell power generation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018153854A JP6847900B2 (en) 2018-08-20 2018-08-20 Carbon dioxide capture fuel cell power generation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020030889A JP2020030889A (en) 2020-02-27
JP6847900B2 true JP6847900B2 (en) 2021-03-24

Family

ID=69622672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018153854A Active JP6847900B2 (en) 2018-08-20 2018-08-20 Carbon dioxide capture fuel cell power generation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6847900B2 (en)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK1025604T3 (en) * 1997-08-26 2002-01-07 Shell Int Research Production of electrical energy using a solid oxide fuel cell
JP2002171666A (en) * 2000-11-29 2002-06-14 Osaka Gas Co Ltd Method for supplying energy and information
JP3924243B2 (en) * 2002-12-18 2007-06-06 三菱重工業株式会社 Fuel cell combined power generation system
WO2005069416A1 (en) * 2004-01-14 2005-07-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and power generation method thereof
JP5581240B2 (en) * 2011-02-03 2014-08-27 東京瓦斯株式会社 CO2 recovery type solid oxide fuel cell system and operation control method thereof
JP2013196890A (en) * 2012-03-19 2013-09-30 Tokyo Gas Co Ltd Co2 recovery type power generation system
JP6344218B2 (en) * 2014-12-02 2018-06-20 住友電気工業株式会社 Heat treatment furnace
JP6698406B2 (en) * 2016-03-31 2020-05-27 東京瓦斯株式会社 Fuel cell system
JP6488270B2 (en) * 2016-11-24 2019-03-20 東京瓦斯株式会社 Fuel cell system
JP6986839B2 (en) * 2016-12-28 2021-12-22 東京瓦斯株式会社 Fuel cell system and carbon dioxide separation method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020030889A (en) 2020-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5801141B2 (en) Carbon dioxide recovery fuel cell system
JP6163525B2 (en) Fuel cell system
JP6664423B2 (en) Carbon dioxide production system
JP2008108619A (en) Fuel cell power generation system and its carbon dioxide recovery method
JP4463846B2 (en) Hydrogen production power generation system
JP6061913B2 (en) Multistage fuel cell system
JP6692394B2 (en) Carbon recovery fuel cell power generation system
KR101363504B1 (en) Fuel cell system and ship having the same
JP6698763B2 (en) Liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system
US11309563B2 (en) High efficiency fuel cell system with hydrogen and syngas export
JP2020119701A (en) Reaction device and fuel cell power generation system
JP2019169419A (en) Fuel cell system
JP7148320B2 (en) Carbon dioxide capture fuel cell power generation system
JP6847900B2 (en) Carbon dioxide capture fuel cell power generation system
JP6629167B2 (en) Recirculating fuel cell system
JP7377734B2 (en) Fuel cell power generation system
JP7117191B2 (en) Carbon dioxide capture fuel cell power generation system
JP6096751B2 (en) Circulating fuel cell system
WO2000039875A1 (en) A hydrocarbon fueled power plant employing a proton exchange membrane (pem) fuel cell
JP6688818B2 (en) Fuel cell system
JP2009176659A (en) Fuel cell generation system and its control method
JP6573863B2 (en) Multistage fuel cell system
JP4176130B2 (en) Fuel cell power generation system
JP2020087789A (en) Reactor and fuel cell power generation system
JP7102204B2 (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191107

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20191107

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20191223

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200107

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200217

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200519

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200713

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201013

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201203

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210303

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6847900

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250