JP7181060B2 - fuel cell power generation system - Google Patents

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Description

本発明は燃料電池発電システムに関し、特に低温液体燃料を用いて発電を行い、低温液体燃料の冷熱、及び低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーの少なくとも一方を有効活用可能とする、燃料電池発電システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell power generation system, and more particularly to a fuel cell power generation system that uses a low-temperature liquid fuel to generate power and effectively utilizes at least one of the cold energy of the low-temperature liquid fuel and the expansion energy when the low-temperature liquid fuel evaporates. Regarding the system.

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、燃料電池から排出される排ガスに二酸化炭素ガスが含まれている。この排ガスから二酸化炭素ガスを分離することが考えられている（例えば、特許文献１～４参照）。 When carbon compound fuel is used in the fuel cell power generation system, the exhaust gas discharged from the fuel cell contains carbon dioxide gas. Separation of carbon dioxide gas from this exhaust gas has been considered (for example, see Patent Documents 1 to 4).

特許５５８１２４０号公報Japanese Patent No. 5581240 特開２０１３－１９６８９０号公報JP 2013-196890 A 特許５４１３７１９９号公報Japanese Patent No. 54137199 特開２０１２－１６４４２３号公報JP 2012-164423 A

二酸化炭素ガスは、液化して液化二酸化炭素とすることで、輸送や貯留層への圧入固定化、および商工業利用をしやすくなるが、二酸化炭素ガスを液化するには、圧縮機と冷却装置とが必要である。
しかしながら、圧縮機、及び冷却装置に商用電源、即ち、外部エネルギーを用いた場合、二酸化炭素ガスを効率的に液化するとはいえず、外部エネルギーの利用に伴って二酸化炭素が排出され、正味の二酸化炭素削減量が減少する恐れがある。
また、二酸化炭素ガスを分解して炭素を生成し、二酸化炭素ガスの大気への放出を抑制することが考えられるが、二酸化炭素ガスを分解して炭素を生成する装置は、商用電源、即ち、外部エネルギーを用いた場合、炭素を効率的に生成するとはいえず、外部エネルギーの利用に伴って二酸化炭素が排出され、正味の二酸化炭素削減量が減少する恐れがある。
従来の燃料電池発電システムでは、低温液体燃料の気化工場などから気化供給された気体の燃料ガスを供給することが一般的であるが、低温液体燃料を供給して低温液体燃料の持つ冷熱や、気化時の膨張エネルギーを燃料電池発電システムの発電や、燃料電池発電システムの発電時に排出される二酸化炭素の分離回収、および回収した二酸化炭素の液化や粉末炭素回収に有効利用する技術はなかった。 By liquefying carbon dioxide gas into liquefied carbon dioxide, it becomes easier to transport, fix by injection into reservoirs, and use in commerce and industry. and are required.
However, when a commercial power supply, that is, an external energy is used for the compressor and the cooling device, it cannot be said that the carbon dioxide gas is efficiently liquefied. There is a risk that the amount of carbon reduction will decrease.
In addition, it is possible to decompose carbon dioxide gas to generate carbon and suppress the release of carbon dioxide gas into the atmosphere. When external energy is used, it cannot be said that carbon is produced efficiently, and carbon dioxide is emitted with the use of external energy, which may reduce the net amount of carbon dioxide reduction.
In conventional fuel cell power generation systems, it is common to supply gaseous fuel gas that has been vaporized and supplied from a low-temperature liquid fuel vaporization factory or the like. There was no technology for effectively utilizing expansion energy during vaporization for power generation in a fuel cell power generation system, separation and recovery of carbon dioxide emitted during power generation in a fuel cell power generation system, liquefaction of the recovered carbon dioxide, and powder carbon recovery.

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、低温液体燃料の冷熱、及び低温液体燃料の気化時の膨張エネルギーの少なくとも一方を、燃料電池発電システムの発電や、燃料電池発電システムの発電時に排出される二酸化炭素の分離回収、および回収した二酸化炭素の液化や粉末炭素回収に有効活用する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 uses at least one of the cold heat of the low-temperature liquid fuel and the expansion energy during vaporization of the low-temperature liquid fuel to generate power in a fuel cell power generation system or to generate power in a fuel cell power generation system. It is an object of the present invention to provide a fuel cell power generation system that can be effectively used for separating and recovering carbon dioxide that is sometimes discharged, liquefying the recovered carbon dioxide, and recovering powdered carbon.

第１の態様に係る燃料電池発電システムは、温度０℃以下の低温液体燃料が供給される液体燃料供給部と、前記低温液体燃料が気化した燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとにより発電し、第１の二酸化炭素ガスを含むオフガスを排出する燃料電池と、前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギー、及び前記低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて、前記第１の二酸化炭素ガスを非ガス化処理する非ガス化処理装置と、を備えている。 A fuel cell power generation system according to a first aspect generates power using a liquid fuel supply section to which a low-temperature liquid fuel having a temperature of 0° C. or less is supplied, a fuel gas obtained by vaporizing the low-temperature liquid fuel, and an oxidant gas containing oxygen. , using at least one of a fuel cell that discharges off-gas containing a first carbon dioxide gas, expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized, and cold heat of the low-temperature liquid fuel, the first carbon dioxide gas and a non-gasification treatment device for non-gasification treatment.

第１の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、液体燃料供給部には、液化水素または液化天然ガスに代表される、冷熱を保有する低温液体燃料が供給される。
燃料電池においては、液体燃料供給部から送られた低温液体燃料が気化した燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとにより発電が行なわれ、第１の二酸化炭素ガスを含むオフガスが排出される。
非ガス化処理装置は、低温液体燃料の気化時の膨張エネルギー、及び低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて、第１の二酸化炭素ガスを非ガス化処理する。 In the fuel cell power generation system according to the first aspect , the liquid fuel supply section is supplied with a low temperature liquid fuel that retains cold heat, typically liquefied hydrogen or liquefied natural gas.
In the fuel cell, power is generated by the fuel gas obtained by vaporizing the low-temperature liquid fuel sent from the liquid fuel supply unit and the oxidant gas containing oxygen, and the off-gas containing the first carbon dioxide gas is discharged.
The non-gasification device uses at least one of expansion energy during vaporization of the low-temperature liquid fuel and cold heat of the low-temperature liquid fuel to non-gasify the first carbon dioxide gas.

非ガス化処理装置は、低温液体燃料の気化時の膨張エネルギー、及び低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて第１の二酸化炭素ガスを非ガス化処理するので、商用電源等の外部エネルギーを用いて第１の二酸化炭素ガスを非ガス化処理する場合に比較して、効率的に第１の二酸化炭素ガスを非ガス化処理することができ、非ガス化処理に要するエネルギー損失を削減できる。 The non-gasification device uses at least one of the expansion energy during vaporization of the low-temperature liquid fuel and the cold heat of the low-temperature liquid fuel to non-gasify the first carbon dioxide gas, so external energy such as a commercial power supply is not required. The first carbon dioxide gas can be efficiently non-gasified and the energy loss required for the non-gasification process can be reduced compared to the case where the first carbon dioxide gas is non-gasified using .

なお、本開示における非ガス化処理とは、気体である第１の二酸化炭素ガスを、気体以外の形態にする処理のことであり、例えば二酸化炭素ガスを圧縮または冷却して液化二酸化炭素とする処理、または二酸化炭素を反応させて炭素を生成する処理等のことである。 In addition, the non-gasification treatment in the present disclosure is a treatment to convert the gaseous first carbon dioxide gas into a form other than gaseous form, for example, compressing or cooling carbon dioxide gas to form liquefied carbon dioxide. or the process of reacting carbon dioxide to produce carbon.

第２の態様は、第１の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記非ガス化処理として、少なくとも前記第１の二酸化炭素ガスを液化する。 A second aspect is the fuel cell power generation system according to the first aspect , wherein the non-gasification treatment device liquefies at least the first carbon dioxide gas as the non-gasification treatment.

第２の態様に係る燃料電池発電システムでは、非ガス化処理装置が、非ガス化処理として、少なくとも第１の二酸化炭素ガスを液化する。
低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギー、及び低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて第１の二酸化炭素ガスを液化するので、システム外部のエネルギーを用いて第１の二酸化炭素ガスを液化する場合に比較して、液化に要するエネルギー損失を削減できる。 In the fuel cell power generation system according to the second aspect , the non-gasification device liquefies at least the first carbon dioxide gas as the non-gasification treatment.
Since the first carbon dioxide gas is liquefied using at least one of the expansion energy when the low temperature liquid fuel is vaporized and the cold heat of the low temperature liquid fuel, the energy outside the system is used to liquefy the first carbon dioxide gas. Energy loss required for liquefaction can be reduced compared to the case.

第３の態様は、第１の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記非ガス化処理として、少なくとも前記第１の二酸化炭素ガスから炭素を生成する。 A third aspect is the fuel cell power generation system according to the first aspect , wherein the non-gasification treatment device generates carbon from at least the first carbon dioxide gas as the non-gasification treatment.

第３の態様に係る燃料電池発電システムでは、非ガス化処理装置が、非ガス化処理として、少なくとも第１の二酸化炭素ガスから炭素を生成する。
低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギー、及び低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて第１の二酸化炭素ガスから炭素を生成するので、システム外部のエネルギーを用いて第１の二酸化炭素ガスから炭素を生成する場合に比較して、炭素生成に要するエネルギー損失を削減できる。 In the fuel cell power generation system according to the third aspect , the non-gasification device generates carbon from at least the first carbon dioxide gas as the non-gasification treatment.
Since carbon is generated from the first carbon dioxide gas using at least one of the expansion energy when the low temperature liquid fuel is vaporized and the cold heat of the low temperature liquid fuel, energy outside the system is used to convert the first carbon dioxide gas Energy loss required for carbon production can be reduced compared to the case of producing carbon.

第４の態様は、第２の態様または第３の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料の冷熱で空気を冷却して液体空気を生成した後、前記液体空気から酸素を分離する深冷分離式酸素製造装置と、前記燃料電池の燃料極から排出される未燃焼の炭素化合物を含んだオフガスと前記深冷分離式酸素製造装置で分離された前記酸素とが供給され、前記オフガス中の未燃焼の前記炭素化合物を前記酸素により燃焼反応させて生成された第２の二酸化炭素ガス、及び前記第１の二酸化炭素ガスを含んだ燃焼オフガスを排出する燃焼部と、を備えている。 A fourth aspect is the fuel cell power generation system according to the second aspect or the third aspect , wherein the non-gasification treatment device cools the air with cold heat of the low-temperature liquid fuel to generate liquid air, a cryogenic separation type oxygen production device for separating oxygen from the liquid air; and the off-gas containing unburned carbon compounds discharged from the fuel electrode of the fuel cell and the said cryogenic separation type oxygen production device separated by the said cryogenic separation type oxygen production device. Oxygen is supplied, and a second carbon dioxide gas produced by causing a combustion reaction of the unburned carbon compound in the offgas with the oxygen and a combustion offgas containing the first carbon dioxide gas are discharged. and a combustion section.

第４の態様に係る燃料電池発電システムでは、深冷分離式酸素製造装置が、低温液体燃料の冷熱で空気を冷却して液化した後に酸素を分離する。深冷分離式酸素製造装置は、低温液体燃料の冷熱を用いて空気を液化した後、酸素とそれ以外（窒素）との沸点の違いから酸素を分離するので、酸素のみを効率的に得ることができる。 In the fuel cell power generation system according to the fourth aspect , the cryogenic separation oxygen production device cools and liquefies the air with the cold heat of the low-temperature liquid fuel, and then separates the oxygen. Cryogenic separation type oxygen production equipment liquefies air using the cold heat of low-temperature liquid fuel, and then separates oxygen from the difference in boiling points between oxygen and the rest (nitrogen), so it is possible to obtain only oxygen efficiently. can be done.

また、燃焼部は、燃料電池の燃料極から排出される未燃焼の炭素化合物を含んだオフガスと、深冷分離式酸素製造装置で分離された酸素とが供給され、オフガス中の未燃焼の炭素化合物を酸素により燃焼反応させて生成された第２の二酸化炭素ガス、及び第１の二酸化炭素ガスを含んだ燃焼オフガスを排出する。燃料電池の燃料極から排出される未燃焼の炭素化合物を酸素で燃焼させることで、二酸化炭素ガスの濃度の高い燃焼オフガスを得ることができる。 In addition, the combustion unit is supplied with off-gas containing unburned carbon compounds discharged from the fuel electrode of the fuel cell and oxygen separated by the cryogenic separation type oxygen production device, and unburned carbon in the off-gas is supplied. A combustion off-gas containing the second carbon dioxide gas produced by the combustion reaction of the compound with oxygen and the first carbon dioxide gas is discharged. Combustion off-gas with a high concentration of carbon dioxide gas can be obtained by burning unburned carbon compounds discharged from the fuel electrode of the fuel cell with oxygen.

第５の態様は、第４の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記燃焼オフガスを冷却して、前記燃焼オフガスから水分を凝縮すると共に、前記燃焼オフガス中に含まれる前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスを分離する二酸化炭素ガス分離部を備えている。 A fifth aspect is the fuel cell power generation system according to the fourth aspect , wherein the non-gasification treatment device cools the combustion off-gas, condenses moisture from the combustion off-gas, and removes moisture contained in the combustion off-gas. and a carbon dioxide gas separation unit that separates the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas.

燃焼オフガスには、水分（水蒸気）と、第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスが含まれているため、燃焼オフガスを冷却すると、水分が凝縮されて液化し、気体である第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスと液体である水とを簡単に分離できる。 Since the combustion off-gas contains moisture (water vapor), the first carbon dioxide gas, and the second carbon dioxide gas, when the combustion off-gas is cooled, the moisture is condensed and liquefied to form the second gas. The first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas can be easily separated from the liquid water.

第６の態様は、第５の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記二酸化炭素ガス分離部は、前記低温液体燃料の前記冷熱で前記燃焼オフガスを冷却する。 A sixth aspect is the fuel cell power generation system according to the fifth aspect , wherein the carbon dioxide gas separator cools the combustion off-gas with the cold heat of the low-temperature liquid fuel.

第６の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料の冷熱を利用して燃料オフガスを冷却して第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスを分離するので、電力を用いて燃焼オフガスを冷却する場合に比較して、第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスの分離に要するエネルギー損失を削減できる。 In the fuel cell power generation system according to the sixth aspect , the cold heat of the low-temperature liquid fuel is used to cool the fuel off-gas and separate the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas. Energy loss required for separating the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas can be reduced compared to cooling the combustion off-gas.

さらに、第６の態様に係る燃料電池発電システムでは、発電中に、第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスの分離に電力を用いる必要が無いので、商用電源等の停電時も継続して第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスの分離を行なうことができ、また、燃料電池で発電した電力を用いることもないので、第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスの分離を行ないながら、高効率な燃料電池発電を継続することができる。 Furthermore, in the fuel cell power generation system according to the sixth aspect , there is no need to use electric power to separate the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas during power generation, so even when the commercial power supply is out of power. The separation of the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas can be continuously performed, and the power generated by the fuel cell is not used, so the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas It is possible to continue high-efficiency fuel cell power generation while separating carbon dioxide gas.

第７の態様は、第２の態様を前提とする第５又は第６態様の燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、前記駆動装置の前記動力で駆動され、前記二酸化炭素ガス分離部から排出された前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスを圧縮する第１圧縮機と、前記低温液体燃料の冷熱を用いて前記第１圧縮機で圧縮された前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスを冷却して液化二酸化炭素を得る冷却装置と、を備えている。 A seventh aspect is the fuel cell power generation system of the fifth or sixth aspect, which is premised on the second aspect, wherein the non-gasification treatment device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized. a driving device for generating power; and a second driving device for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas, which are driven by the power of the driving device and discharged from the carbon dioxide gas separation unit. 1 compressor, and a cooling device for obtaining liquefied carbon dioxide by cooling the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas compressed by the first compressor using the cold heat of the low-temperature liquid fuel. and have.

第７の態様に係る燃料電池発電システムでは、駆動装置が、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、第１圧縮機を駆動する動力を発生する。
第１圧縮機は、駆動装置から動力を得て駆動され、二酸化炭素ガス分離部から排出された第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスを圧縮する。
冷却装置は、低温液体燃料の冷熱を用いて第１圧縮機で圧縮された第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスを冷却して液化二酸化炭素を得る。 In the fuel cell power generation system according to the seventh aspect , the driving device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power for driving the first compressor.
The first compressor is driven by receiving power from the driving device, and compresses the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide gas separation section.
The cooling device uses cold heat of the low-temperature liquid fuel to cool the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas compressed by the first compressor to obtain liquefied carbon dioxide.

第７の態様に係る燃料電池発電システムでは、第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスを圧縮する第１圧縮機を、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動される駆動装置で駆動するので、システム外部の電力を用いて第１圧縮機を駆動する場合に比較して、第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガス二酸化炭素ガスの圧縮に要するエネルギー損失を削減できる。 In the fuel cell power generation system according to the seventh aspect , the first compressor that compresses the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas is driven using expansion energy when the low temperature liquid fuel is vaporized. energy required for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas carbon dioxide gas compared to the case where the first compressor is driven using electric power outside the system Reduce losses.

さらに、第７の態様に係る燃料電池発電システムでは、発電中に、第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスの圧縮にシステム外部の電力を用いる必要が無いので、商用電源等の停電時も継続して第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスの圧縮を行なうことができ、また、燃料電池で発電した電力を用いることもないので、第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスの圧縮を行ないながら、高効率な燃料電池発電を継続することができる。 Furthermore, in the fuel cell power generation system according to the seventh aspect , there is no need to use power outside the system for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas during power generation. Compression of the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas can be continued even during a power failure, and the power generated by the fuel cell is not used, so the first carbon dioxide gas, And while compressing the second carbon dioxide gas, highly efficient fuel cell power generation can be continued.

第８の態様は、第２の態様を前提とする第５又は第６態様の燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、前記駆動装置の前記動力で駆動され、電力を生成する発電機と、前記発電機で生成された電力で駆動される電気モータと、前記電気モータで駆動され、前記二酸化炭素ガス分離部から排出された前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスを圧縮する第２圧縮機と、前記低温液体燃料の冷熱を用いて前記第１圧縮機で圧縮された前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスを冷却して液化二酸化炭素を得る冷却装置と、を備えている。 An eighth aspect is the fuel cell power generation system of the fifth or sixth aspect, which is premised on the second aspect, wherein the non-gasification treatment device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized. a drive device that generates power, a generator that is driven by the power of the drive device and generates power, an electric motor that is driven by the power generated by the generator, and an electric motor that is driven by the electric motor , a second compressor for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide gas separation unit, and the first compressor using cold heat of the low temperature liquid fuel and a cooling device for obtaining liquefied carbon dioxide by cooling the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas compressed with.

第８の態様に係る燃料電池発電システムでは、駆動装置が、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、発電機を駆動する動力を発生する。
発電機は、駆動装置から動力を得て駆動され、電力を発生する。
電気モータは、発電機で生成された電力で駆動され、第２圧縮機を駆動する動力を発生する。
第２圧縮機は、電気モータから動力を得て駆動され、二酸化炭素ガス分離部から排出された第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスを圧縮する。
冷却装置は、低温液体燃料の冷熱を用いて第２圧縮機で圧縮された第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスを冷却して液化二酸化炭素を得る。 In the fuel cell power generation system according to the eighth aspect , the driving device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power for driving the generator.
The generator is powered by the driving device and driven to generate electric power.
The electric motor is driven by the power generated by the generator to generate power to drive the second compressor.
The second compressor is driven by receiving power from the electric motor, and compresses the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide gas separation section.
The cooling device cools the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas compressed by the second compressor using cold heat of the low-temperature liquid fuel to obtain liquefied carbon dioxide.

第８の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動装置を駆動し、該駆動装置で発電機を駆動し、該発電機で生成された電力で電気モータを駆動し、該電気モータで第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスを圧縮する第２圧縮機を駆動するので、システム外部の電力を用いて電気モータを駆動する場合に比較して、第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスの圧縮に要するエネルギー損失を削減できる。 In the fuel cell power generation system according to the eighth aspect , the expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized is used to drive the driving device, the driving device drives the generator, and the electric power generated by the generator The electric motor is driven, and the electric motor drives the second compressor that compresses the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas, so when the electric motor is driven using electric power outside the system In comparison, the energy loss required for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas can be reduced.

さらに、第８の態様に係る燃料電池発電システムでは、発電中に、第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスの圧縮にシステム外部の電力を用いる必要が無いので、商用電源等の停電時も継続して第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスの圧縮を行なうことができ、また、燃料電池で発電した電力を用いることもないので、第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスの圧縮を行ないながら、高効率な燃料電池発電を継続することができる。 Furthermore, in the fuel cell power generation system according to the eighth aspect , there is no need to use electric power outside the system for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas during power generation. Compression of the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas can be continued even during a power failure, and the power generated by the fuel cell is not used, so the first carbon dioxide gas, And while compressing the second carbon dioxide gas, highly efficient fuel cell power generation can be continued.

第９の態様は、第４の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、前記駆動装置の前記動力で駆動され、電力を生成する発電機と、前記発電機で生成された電力を用いて水を電気分解して水素ガスを生成する水電解装置と、前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスと前記水素ガスとを触媒状で反応させ、炭素を生成する炭素生成部と、を備えている。 A ninth aspect is the fuel cell power generation system according to the fourth aspect , wherein the non-gasification device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power. a generator that is driven by the power of the driving device to generate electric power; a water electrolyzer that uses the electric power generated by the generator to electrolyze water to generate hydrogen gas; and a carbon generator for generating carbon by reacting carbon dioxide gas, and the second carbon dioxide gas and the hydrogen gas in a catalytic state.

第９の態様に係る燃料電池発電システムでは、駆動装置が、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、発電機を駆動する動力を発生する。
発電機は、駆動装置から動力を得て駆動され、電力を発生する。
水電解装置は、発電機で生成された電力を用いて水を電気分解して水素ガスを生成する。
炭素生成部は、第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスと水素ガスとを触媒上で反応させ、炭素を生成する。 In the fuel cell power generation system according to the ninth aspect , the driving device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power for driving the generator.
The generator is powered by the driving device and driven to generate electric power.
A water electrolyzer electrolyzes water using power generated by a generator to generate hydrogen gas.
The carbon generator causes the first carbon dioxide gas, the second carbon dioxide gas, and the hydrogen gas to react on a catalyst to generate carbon.

第９の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動装置を駆動し、該駆動装置で発電機を駆動し、該発電機で生成された電力で水電解装置を駆動するので、システム外部の電力を用いて水電解装置を駆動する場合に比較して、水の電気分解に要するエネルギー損失を削減できる。 In the fuel cell power generation system according to the ninth aspect , the expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized is used to drive the driving device, the driving device drives the generator, and the electric power generated by the generator Since the water electrolyzer is driven, energy loss required for water electrolysis can be reduced compared to the case where the water electrolyzer is driven using power outside the system.

さらに、第９の態様に係る燃料電池発電システムでは、発電中に、水の電気分解にシステム外部の電力を用いる必要が無いので、商用電源等の停電時も継続して水の電気分解を行なうことができ、また、燃料電池で発電した電力を用いることもないので、水の電気分解を行ないながら、高効率な燃料電池発電を継続することができる。 Furthermore, in the fuel cell power generation system according to the ninth aspect , since there is no need to use power outside the system for water electrolysis during power generation, water electrolysis can be continued even during a power outage such as a commercial power supply failure. Moreover, since the power generated by the fuel cell is not used, highly efficient fuel cell power generation can be continued while electrolyzing water.

また、炭素生成部で生成された炭素は、着火して燃焼しないかぎり、大気中に二酸化炭素ガスとなって放出されることが無いので、二酸化炭素ガスの大気への放出を抑制することができ、長期安定的な炭素固定化が可能となる。 In addition, since the carbon generated in the carbon generation unit is not released into the atmosphere as carbon dioxide gas unless it is ignited and burned, it is possible to suppress the release of carbon dioxide gas into the atmosphere. , long-term stable carbon fixation becomes possible.

第１０の態様は、第５の態様に係る燃料電池発電システムにおいて、前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、前記駆動装置の前記動力で駆動され、電力を生成する発電機と、前記発電機で生成された電力を用いて駆動される電動ターボ冷凍機と、前記発電機で生成された電力を用いて水を電気分解して水素ガスを生成する水電解装置と、前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスと前記水素ガスとを触媒上で反応させ、炭素を生成する炭素生成部と、を備え、前記二酸化炭素ガス分離部は、前記燃焼部から排出される燃焼オフガスを前記電動ターボ冷凍機で生成された冷熱で冷却する。 A tenth aspect is the fuel cell power generation system according to the fifth aspect , wherein the non-gasification device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized, and a driving device that generates power. , a generator driven by the motive power of the drive device to generate electric power, an electric centrifugal chiller driven by using the electric power generated by the generator, and using the electric power generated by the generator A water electrolysis device that electrolyzes water to generate hydrogen gas, and a carbon generation that generates carbon by reacting the first carbon dioxide gas, the second carbon dioxide gas, and the hydrogen gas on a catalyst. and a section, wherein the carbon dioxide gas separation section cools combustion off-gas discharged from the combustion section with cold heat generated by the electric turbo chiller.

第１０の態様に係る燃料電池発電システムでは、駆動装置が、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動されて動力を発生する。
発電機は、駆動装置での動力で駆動され、電力を生成する。
電動ターボ冷凍機は、発電機で生成された電力を用いて駆動され、冷熱を生成する。
水電解装置は、発電機で生成された電力を用いて水を電気分解して水素ガスを生成する。
二酸化炭素ガス分離部は、燃焼部から排出される燃焼オフガスを電動ターボ冷凍機で生成された冷熱で冷却し、水分を凝縮すると共に第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスを分離する。
また、炭素生成部は、第１の二酸化炭素ガス、及び第２の二酸化炭素ガスと水素ガスとを触媒上で反応させ、炭素と水蒸気とを生成する。 In the fuel cell power generation system according to the tenth aspect , the driving device is driven using expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power.
The generator is driven by power in the drive to produce electrical power.
An electric centrifugal chiller is driven using electrical power generated by a generator to produce cold heat.
A water electrolyzer electrolyzes water using power generated by a generator to generate hydrogen gas.
The carbon dioxide gas separation unit cools the combustion off-gas discharged from the combustion unit with cold heat generated by the electric turbo chiller, condenses moisture, and separates the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas. do.
In addition, the carbon generation unit reacts the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas with the hydrogen gas on the catalyst to generate carbon and water vapor.

第１０の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動装置を駆動し、該駆動装置で発電機を駆動し、該発電機で生成された電力で電動ターボ冷凍機を駆動するので、システム外部の電力を用いて電動ターボ冷凍機を駆動する場合に比較して、冷熱の生成に要するエネルギー損失を削減できる。
なお、電動ターボ冷凍機は、一般的に冷却効率が高いため、発電機で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を運転することができる。 In the fuel cell power generation system according to the tenth aspect , the expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized is used to drive the driving device, the driving device drives the generator, and the electric power generated by the generator Since the electric turbo-chiller is driven, the energy loss required for cold heat generation can be reduced compared to the case where the electric turbo-chiller is driven using electric power outside the system.
Since the electric centrifugal chiller generally has high cooling efficiency, even if the power generated by the generator is used, the fuel cell power generation system can be operated with high efficiency.

さらに、第１０の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動装置を駆動し、該駆動装置で発電機を駆動し、該発電機で生成された電力で水電解装置を駆動するので、システム外部の電力を用いて水電解装置を駆動する場合に比較して、水の電気分解に要するエネルギー損失を削減できる。 Furthermore, in the fuel cell power generation system according to the tenth aspect , the expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized is used to drive the driving device, the driving device drives the generator, and the Since the water electrolyzer is driven by electric power, the energy loss required for water electrolysis can be reduced compared to the case where the water electrolyzer is driven by electric power outside the system.

第１１の態様は、第１の態様～第１０の態様の何れか１つの燃料電池発電システムにおいて、前記低温液体燃料が気化する際の前記膨張エネルギーを用いて駆動され、前記酸化剤ガスを大気圧を超える圧力に圧縮して前記燃料電池に供給する酸化剤ガス圧縮装置を備え、前記燃料電池は、前記酸化剤ガス圧縮装置で圧縮した高圧の前記酸化剤ガスと、前記低温液体燃料が気化膨張した後の大気圧を超える圧力とされた高圧の燃料ガスとが供給されて発電する前記燃料電池と、を有する。 An eleventh aspect is the fuel cell power generation system according to any one of the first aspect to the tenth aspect , which is driven using the expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate the oxidant gas. An oxidant gas compression device is provided for compressing the oxidant gas to a pressure exceeding atmospheric pressure and supplying it to the fuel cell. and the fuel cell that generates power by being supplied with a high-pressure fuel gas having a pressure higher than the atmospheric pressure after being vaporized and expanded.

第１１の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて酸化剤ガス圧縮装置を駆動し、該酸化剤ガス圧縮装置で生成された大気圧を超える圧力とされた酸化剤ガスと、低温液体燃料が気化して生成された大気圧を超える圧力とされた高圧の燃料ガスとで、燃料電池を加圧環境下で駆動するので、常圧（大気圧）で駆動する燃料電池発電システムに比較して、燃料電池の発電性能を高めて発電運転を行うことができ、発電出力や効率を向上させるとともに、二酸化炭素の分離回収や非ガス化に係るエネルギー損失を削減できる。 In the fuel cell power generation system according to the eleventh aspect , the expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized is used to drive the oxidant gas compressor, and the pressure above atmospheric pressure generated by the oxidant gas compressor and The fuel cell is driven in a pressurized environment by the oxidant gas and the high-pressure fuel gas generated by vaporizing the low-temperature liquid fuel and having a pressure exceeding the atmospheric pressure. Compared to a fuel cell power generation system driven by a fuel cell, the power generation performance of the fuel cell can be improved and the power generation operation can be performed, and the power generation output and efficiency can be improved. can be reduced.

さらに、第１１の態様に係る燃料電池発電システムでは、低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて酸化剤ガス圧縮装置を駆動し、燃料電池を該酸化剤ガス圧縮装置で生成された高圧の酸化剤ガスと、低温液体燃料が気化して生成した高圧の燃料ガスで駆動するので、商用電源等の停電時も継続して加圧環境下で、高効率な燃料電池発電を継続することができる。 Further, in the fuel cell power generation system according to the eleventh aspect , the expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized is used to drive the oxidant gas compression device, and the fuel cell is driven by the high pressure generated by the oxidant gas compression device. oxidant gas and high-pressure fuel gas generated by vaporizing low-temperature liquid fuel, it is possible to continue high-efficiency fuel cell power generation under a pressurized environment even in the event of a power failure such as a commercial power supply. can be done.

本発明に係る燃料電池発電システムによれば、低温液体燃料の冷熱、及び低温液体燃料の気化時の膨張エネルギーの少なくとも一方を有効活用することができる。 According to the fuel cell power generation system of the present invention, it is possible to effectively utilize at least one of the cold energy of the low-temperature liquid fuel and the expansion energy of the low-temperature liquid fuel when it is vaporized.

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。1 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a first embodiment; FIG. 二酸化炭素の状態図である。It is a state diagram of carbon dioxide. 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。FIG. 2 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a second 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。FIG. 3 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a third 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。FIG. 4 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a fourth embodiment;

［第１実施形態］
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。
図１には、本発明の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、酸素製造装置１６、酸素燃焼器１８、凝縮器２０、水タンク２２、二酸化炭素ガス液化部２４、タンク２６等を備え、これらがオンサイト（２点鎖線で囲む）で設けられている。 [First embodiment]
An example of an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a fuel cell power generation system 10A according to a first embodiment as an example of the fuel cell power generation system of the present invention. The fuel cell power generation system 10A mainly includes a first fuel cell stack 12, a second fuel cell stack 14, an oxygen production device 16, an oxygen burner 18, a condenser 20, a water tank 22, and a carbon dioxide gas liquefier. A part 24, a tank 26, etc. are provided on-site (surrounded by a two-dot chain line).

本実施形態の第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１２Ａ、及び第１空気極１２Ｂと、を有している。 The first fuel cell stack 12 of the present embodiment is a proton-conducting solid oxide fuel cell (PCFC: Proton Ceramic Solid Oxide Fuel Cell). It has a stacked first fuel electrode 12A and a first air electrode 12B.

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。
なお、第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４の詳細は後述する。 The basic configuration of the second fuel cell stack 14 is the same as that of the first fuel cell stack 12, with a second fuel electrode 14A corresponding to the first fuel electrode 12A and a second air electrode 14A corresponding to the first air electrode 12B. It has a pole 14B and an electrolyte layer 14C corresponding to the electrolyte layer 12C.
Details of the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 will be described later.

本実施形態の酸素製造装置１６は、いわゆる深冷分離式酸素製造装置であり、空気から酸素を分離する方式のものである。深冷分離式酸素製造装置としは公知の構成のものを使用することができる。本実施形態の酸素製造装置１６には、空気（大気）、及び空気の冷却等に使用される低温液体燃料（ＬＦ）が供給される。また、この酸素製造装置１６の駆動には、第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４で発電された電力を用いることができる。 The oxygen production apparatus 16 of this embodiment is a so-called cryogenic separation type oxygen production apparatus, and is of a type that separates oxygen from air. As the cryogenic separation type oxygen production apparatus, one having a known configuration can be used. The oxygen production device 16 of the present embodiment is supplied with air (atmosphere) and low-temperature liquid fuel (LF) used for cooling the air. Electric power generated by the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 can be used to drive the oxygen production device 16 .

酸素製造装置１６には、空気が供給される酸化剤ガス管Ｐ１、及び低温液体燃料が供給される液体燃料管Ｐ２、及び低温液体燃料が気化した燃料ガス（ＧＦ）を第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａへ送出する配管Ｐ１２が接続されている。なお、配管Ｐ１２の先端は、後述する配管Ｐ８の途中に接続されている。 The oxygen production device 16 includes an oxidant gas pipe P1 to which air is supplied, a liquid fuel pipe P2 to which a low-temperature liquid fuel is supplied, and a fuel gas (GF) obtained by vaporizing the low-temperature liquid fuel through the first fuel cell stack. 12 is connected to a pipe P12 for feeding to the first fuel electrode 12A. In addition, the tip of the pipe P12 is connected to the middle of the pipe P8, which will be described later.

低温液体燃料としては、一例として、大気圧下では気体であり、圧縮して低温液化する燃料、より具体的には、低温のＬＮＧ（液化天然ガス）やＬＨ２（液化水素）またはその両方を用いることができるが、気化時に冷熱と膨張エネルギーを放出し、改質により水素を生成可能なものであれば特に限定されない。
ここで「低温液体燃料」の「低温」とは、少なくとも、０℃以下のことを意味する。 Examples of low-temperature liquid fuels include fuels that are gaseous under atmospheric pressure and are compressed to low-temperature liquids, more specifically, low-temperature LNG (liquefied natural gas) and/or LH 2 (liquefied hydrogen). Although it can be used, it is not particularly limited as long as it releases cold heat and expansion energy when vaporized and can generate hydrogen by reforming.
Here, the "low temperature" of the "low temperature liquid fuel" means at least 0°C or lower.

酸素製造装置１６で製造された酸素は、配管Ｐ３を介して酸素燃焼器１８に供給される。また、酸素燃焼器１８には、第２燃料極オフガス管Ｐ４を介して第２燃料電池セルスタック１４の第２燃料極１４Ａから排出された第２燃料極オフガスが供給される。
酸素燃焼器１８では、第２燃料極オフガスが酸素により燃焼され、二酸化炭素と水蒸気とを含んだ燃焼ガスを排出する。燃焼ガスは、配管Ｐ５を介して凝縮器２０に供給される。 Oxygen produced by the oxygen production device 16 is supplied to the oxygen burner 18 through the pipe P3. Further, the oxygen burner 18 is supplied with the second fuel electrode off-gas discharged from the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14 via the second fuel electrode off-gas pipe P4.
In the oxygen combustor 18, the second anode off-gas is combusted with oxygen, and combustion gas containing carbon dioxide and water vapor is discharged. Combustion gas is supplied to the condenser 20 via the pipe P5.

酸素製造装置１６に接続された配管Ｐ２の途中には、後述する冷却装置３２に接続される配管Ｐ６が接続されており、この配管Ｐ６の途中には、低温液体燃料を凝縮器２０に供給する配管Ｐ７が接続されている。 A pipe P6 connected to a cooling device 32, which will be described later, is connected in the middle of the pipe P2 connected to the oxygen production device 16, and the low-temperature liquid fuel is supplied to the condenser 20 in the middle of the pipe P6. A pipe P7 is connected.

配管Ｐ７は、中間部が凝縮器２０の内部を通過しており、その先端が後述する駆動装置２８から排出された燃料ガスを第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａへ送出する配管Ｐ８の途中に接続されている。 The middle part of the pipe P7 passes through the inside of the condenser 20, and the tip of the pipe P7 is a pipe for sending the fuel gas discharged from the driving device 28, which will be described later, to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12. It is connected in the middle of P8.

凝縮器２０では、配管Ｐ５を介して供給された燃焼オフガスが、配管Ｐ７を通過する低温液体燃料の冷熱で冷却され、これにより、燃焼オフガス中の水蒸気が凝縮する。凝縮した水は配管Ｐ９を介して水タンク２２へ送出される。 In the condenser 20, the combustion off-gas supplied through the pipe P5 is cooled by cold heat of the low-temperature liquid fuel passing through the pipe P7, thereby condensing water vapor in the combustion off-gas. The condensed water is sent to the water tank 22 through the pipe P9.

凝縮器２０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、当該燃焼オフガスは二酸化炭素リッチガスと称することができる。凝縮器２０から排出された二酸化炭素ガスは、配管Ｐ１０を介して二酸化炭素ガス液化部２４へ送出される。 The combustion off-gas from which water (liquid phase) has been removed by the condenser 20 is a gas with a high carbon dioxide concentration, and the combustion off-gas can be referred to as a carbon dioxide-rich gas. The carbon dioxide gas discharged from the condenser 20 is sent to the carbon dioxide gas liquefying section 24 via the pipe P10.

また、凝縮器２０では、配管Ｐ７を通過する低温液体燃料（ＬＦ）が燃焼オフガスで加熱されることで気化して燃料ガス（ＧＦ：気体燃料）となり、配管Ｐ６を介して第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａへ送出される Further, in the condenser 20, the low-temperature liquid fuel (LF) passing through the pipe P7 is heated by the combustion off-gas to be vaporized into a fuel gas (GF: gaseous fuel), and then through the pipe P6 to the first fuel cell. delivered to the first anode 12A of the stack 12

（二酸化炭素ガス液化部の構成）
二酸化炭素ガス液化部２４には、駆動装置２８、駆動装置２８で駆動される第１圧縮機としての第１圧縮機としての圧縮機３０、及び二酸化炭素ガスを冷却する冷却装置３２が設けられている。 (Configuration of carbon dioxide gas liquefaction unit)
The carbon dioxide gas liquefying unit 24 is provided with a driving device 28, a compressor 30 as a first compressor driven by the driving device 28, and a cooling device 32 for cooling the carbon dioxide gas. there is

二酸化炭素ガス液化部２４へ送られた二酸化炭素ガスは、圧縮機３０で圧縮され、圧縮された二酸化炭素ガスは配管Ｐ１１を介して冷却装置３２へ送出される。 The carbon dioxide gas sent to the carbon dioxide gas liquefying unit 24 is compressed by the compressor 30, and the compressed carbon dioxide gas is sent to the cooling device 32 through the pipe P11.

圧縮機３０を駆動する本実施形態の駆動装置２８は、高圧の気体が供給され、高圧の気体が膨張する際の膨張エネルギーを回転エネルギー（回転駆動力）に変換する装置である。本実施形態の駆動装置２８は、高圧の燃料ガスが膨張する際の膨張エネルギーで回転する膨張タービンを有しているが、燃料ガスが膨張する際の膨張エネルギーを回転エネルギーに変換する装置であれば膨張タービンに限らず、ピストン式エアモータ、ロータリーベーン式エアモータ等の他の種類の駆動装置を用いることができる。 The drive device 28 of the present embodiment that drives the compressor 30 is a device that is supplied with high-pressure gas and converts expansion energy when the high-pressure gas expands into rotational energy (rotational driving force). The drive device 28 of this embodiment has an expansion turbine that rotates with the expansion energy generated when the high-pressure fuel gas expands. For example, other types of drive devices such as piston type air motors, rotary vane type air motors, etc. can be used instead of expansion turbines.

また、圧縮機３０は、気体を圧縮できるものであればよく、羽根車若しくはロータの回転運動、又はピストンの往復運動によって気体を圧縮する機械、例えば、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、レシプロ圧縮機等の公知の構造のものを用いることができる。 In addition, the compressor 30 may be any one capable of compressing gas, and is a machine that compresses gas by rotating motion of an impeller or rotor, or reciprocating motion of a piston, such as a rotary compressor, scroll compressor, screw compressor. , a reciprocating compressor, etc. can be used.

冷却装置３２は、圧縮機３０で圧縮されて大気圧よりも高圧となり、かつ温度上昇した二酸化炭素ガスと、低温液体燃料との間で熱交換を行なう。冷却装置３２に供給された二酸化炭素ガスは、低温液体燃料の冷熱で冷却されて液化二酸化炭素となり、低温液体燃料は温度上昇した二酸化炭素ガスで加熱されてガス化して大気圧よりも高圧の燃料ガスとなる。 The cooling device 32 exchanges heat between the carbon dioxide gas, which has been compressed by the compressor 30 to a pressure higher than the atmospheric pressure and whose temperature has increased, and the low-temperature liquid fuel. The carbon dioxide gas supplied to the cooling device 32 is cooled by the cold heat of the low-temperature liquid fuel and becomes liquefied carbon dioxide, and the low-temperature liquid fuel is heated by the carbon dioxide gas whose temperature has risen and is gasified to become a fuel with a pressure higher than the atmospheric pressure. becomes gas.

このようにして冷却装置３２で生成された高圧の燃料ガスが駆動装置２８に供給され、高圧の燃料ガスが膨張する際の膨張エネルギーで駆動装置２８の膨張タービンが回転されて、圧縮機３０が駆動される。 The high-pressure fuel gas generated in the cooling device 32 in this manner is supplied to the driving device 28, and the expansion energy generated when the high-pressure fuel gas expands rotates the expansion turbine of the driving device 28, thereby causing the compressor 30 to operate. driven.

駆動装置２８を駆動した後の燃料ガスは、配管Ｐ８を介して第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａへ送出される。
冷却装置３２で生成された液化二酸化炭素は、配管Ｐ１１、ポンプ３４を介してタンク２６に送られて貯留される。 After driving the driving device 28, the fuel gas is sent to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12 through the pipe P8.
The liquefied carbon dioxide produced by the cooling device 32 is sent to the tank 26 via the pipe P11 and the pump 34 and stored therein.

（燃料電池の構成）
第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａには、配管Ｐ８を介して燃料ガスが供給される。なお、配管Ｐ８には、図示しない水蒸気管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。 (Configuration of fuel cell)
Fuel gas is supplied to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12 through a pipe P8. A water vapor pipe (not shown) is connected to the pipe P8, and water vapor is appropriately supplied from a water vapor source (not shown) at the time of starting or stopping.

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。 At the first fuel electrode 12A, the fuel gas is steam-reformed to produce hydrogen and carbon monoxide as shown in the following equation (1). Further, as shown in the following formula (2), carbon monoxide and water vapor are shifted to generate carbon dioxide and hydrogen.

ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ …（１）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２ …（２） CH 4 +H 2 O→3H 2 +CO (1)
CO+ H2O → CO2 + H2 (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） (Anode 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。 The hydrogen ions move through the electrolyte layer 12C to the first air electrode 12B. The electrons travel through an external circuit (not shown) to the first cathode. 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Ｐ１３から酸化剤ガス（空気）が供給される。酸化剤ガス管Ｐ１３へは、図示しない酸化剤ガスブロワにより空気が導入されている。 An oxidant gas (air) is supplied to the first air electrode 12B of the first fuel cell stack 12 from an oxidant gas pipe P13. Air is introduced into the oxidizing gas pipe P13 by an oxidizing gas blower (not shown).

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 electrode 12B, as shown in the following equation (4), hydrogen ions that have migrated from the first fuel electrode 12A through the electrolyte layer 12C and electrons that have migrated from the first fuel electrode 12A through the external circuit are , reacts with oxygen in the oxidant gas to produce water vapor.

（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Ｐ１４が接続されている。第１空気極１２Ｂから空気極オフガス管Ｐ１４へ空気極オフガスが排出され、空気極オフガスは第２燃料電池セルスタック１４の第２空気極１４Ｂへ送出される。 An air electrode offgas pipe P14 is connected to the first air electrode 12B. The cathode off-gas is discharged from the first cathode 12B to the cathode off-gas pipe P14, and sent to the second cathode 14B of the second fuel cell stack 14.

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Ｐ１５の一端が接続されており、第１燃料極オフガス管Ｐ１５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Ｐ１５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 electrode off-gas pipe P15 is connected to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12, and the other end of the first fuel electrode off-gas pipe P15 is connected to the second fuel cell stack 14 of the second fuel cell stack 14. 2 is connected to the fuel electrode 14A. The first fuel electrode off-gas is delivered from the first fuel electrode 12A to the first fuel electrode off-gas pipe P15. 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Ｐ４の一端が接続されており、第２燃料極１４Ａから、第２燃料極オフガスが酸素燃焼器１８へ送出される。 One end of the second fuel electrode off-gas pipe P4 is connected to the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14, and the second fuel electrode off-gas is sent to the oxygen burner 18 from the second fuel electrode 14A. be done.

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からは空気極オフガス管Ｐ１６を介して空気極オフガスがシステム外部（大気）へ排出される。 In the second fuel cell stack 14, the same power generation reaction as in the first fuel cell stack 12 occurs, and the air electrode offgas is discharged from the second air electrode 14B to the outside of the system (atmosphere) through the air electrode offgas pipe P16. Ejected.

（作用、効果）
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。
燃料電池発電システム１０Ａに低温液体燃料、及び空気が供給されると、空気は酸化剤ガス管Ｐ１を介して酸素製造装置１６に供給され、低温液体燃料は、酸素製造装置１６、凝縮器２０及び二酸化炭素ガス液化部２４の冷却装置３２へ送出される。 (action, effect)
Next, the operation of the fuel cell power generation system 10A of this embodiment will be described.
When the low temperature liquid fuel and air are supplied to the fuel cell power generation system 10A, the air is supplied to the oxygen production device 16 through the oxidant gas pipe P1, and the low temperature liquid fuel is supplied to the oxygen production device 16, the condenser 20 and It is sent to the cooling device 32 of the carbon dioxide gas liquefying unit 24 .

酸素製造装置１６では、空気が低温液体燃料の冷熱で冷却された後、酸素（ガス）が分離され、酸素は、配管Ｐ３を介して酸素燃焼器１８へ送出される。なお、酸素以外の残りの気体（窒素等）は、外部（大気）へ排出される。低温液体燃料は、酸素燃焼器１８で空気を冷却した後に気体の燃料ガスとなり、配管Ｐ１２を介して第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａへ送出される。なお、配管Ｐ１２には、下流側で、凝縮器２０を通過した後の燃料ガス、及び圧縮機３０を通過した後の燃料ガスも流入する。 In the oxygen production device 16, after the air is cooled by the cold heat of the low-temperature liquid fuel, oxygen (gas) is separated and sent to the oxygen burner 18 via the pipe P3. Gases other than oxygen (nitrogen, etc.) are discharged to the outside (atmosphere). The low-temperature liquid fuel cools the air in the oxy-combustor 18, becomes gaseous fuel gas, and is sent to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12 via the pipe P12. The fuel gas after passing through the condenser 20 and the fuel gas after passing through the compressor 30 also flow into the pipe P12 on the downstream side.

この酸素製造装置１６は、深冷分離式酸素製造装置であり、第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４で発電された電力で駆動され、低温液体燃料の冷熱を用いて空気を液化した後、酸素を分離するので、酸素を効率的に得ることができる。また、酸素製造装置１６は、外部の電力を用いずに稼動できるため、酸素製造に要するエネルギー損失を削減でき、商用電源等の停電時も継続して酸素を製造できる。 This oxygen production device 16 is a cryogenic separation type oxygen production device, is driven by electric power generated by the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14, and uses the cold heat of the low-temperature liquid fuel. After the air is liquefied, the oxygen is separated, so the oxygen can be obtained efficiently. In addition, since the oxygen production device 16 can be operated without using external power, the energy loss required for oxygen production can be reduced, and oxygen can be produced continuously even during power outages such as commercial power supply.

なお、配管Ｐ１２を介して燃料ガスが第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａへ供給され、酸化材ガス管Ｐ１３を介して酸化剤ガス（空気）が第１空気極１２Ｂへ供給されることで第１燃料電池セルスタック１２で発電が行われる。 Fuel gas is supplied to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12 through the pipe P12, and oxidant gas (air) is supplied to the first air electrode 12B through the oxidant gas pipe P13. Thus, power is generated in the first fuel cell stack 12 .

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の第１燃料極１２Ａから排出された第１燃料極オフガスが第２燃料電池セルスタック１４の第２燃料極１４Ａに供給され、第１燃料電池セルスタック１２の第１空気極１２Ｂから排出された第１空気極オフガスが第２燃料電池セルスタック１４の第２空気極１４Ｂへ供給され、発電が行われる。 In the second fuel cell stack 14, the first fuel electrode off-gas discharged from the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12 is supplied to the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14, The first air electrode off-gas discharged from the first air electrode 12B of the first fuel cell stack 12 is supplied to the second air electrode 14B of the second fuel cell stack 14 to generate power.

第２空気極１４Ｂで生成された空気極オフガスは、空気極オフガス管Ｐ１６を介してシステム外部（大気）へ排出される。
一方、第２燃料極１４Ａから排出された第２燃料極オフガス（未燃焼の炭素化合物、及び二酸化炭素ガス（本発明の第１の二酸化炭素ガス）を含む）は、第２燃料極オフガス管Ｐ４を介して酸素燃焼器１８へ送出され、第２燃料極オフガス中の未燃焼の炭素化合物が、酸素により燃焼され二酸化炭素ガス（本発明の第２の二酸化炭素ガス）が生成される。 The cathode off-gas generated at the second cathode 14B is discharged to the outside of the system (atmosphere) through the cathode off-gas pipe P16.
On the other hand, the second fuel electrode off-gas (including unburned carbon compounds and carbon dioxide gas (first carbon dioxide gas of the present invention)) discharged from the second fuel electrode 14A is discharged from the second fuel electrode off-gas pipe P4. and the unburned carbon compounds in the second fuel electrode off-gas are burned with oxygen to produce carbon dioxide gas (second carbon dioxide gas of the present invention).

これにより、酸素燃焼器１８からは、第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４の発電に伴って生成された二酸化炭素ガス（第１の二酸化炭素ガス）と、第２燃料極オフガス中の未燃焼の炭素化合物が酸素で燃焼されて生成された二酸化炭素ガス（第２の二酸化炭素ガス）と、水蒸気とを含んだ燃焼ガスが排出される。この燃焼ガスは、配管Ｐ５を介して凝縮器２０に供給される。 As a result, from the oxygen burner 18, the carbon dioxide gas (first carbon dioxide gas) generated along with the power generation of the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14, and the second fuel A combustion gas containing water vapor and carbon dioxide gas (second carbon dioxide gas) produced by burning unburned carbon compounds in the pole off-gas with oxygen is discharged. This combustion gas is supplied to the condenser 20 via the pipe P5.

なお、酸素燃焼器１８から排出される第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４の発電に伴って生成された二酸化炭素ガス（第１の二酸化炭素ガス）と、空気極オフガス中の未燃焼の炭素化合物が酸素で燃焼されて生成された二酸化炭素ガス（第２の二酸化炭素ガス）とが混合したものは、以後、単に二酸化炭素ガスと呼ぶ。 Note that the carbon dioxide gas (first carbon dioxide gas) generated with the power generation of the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 discharged from the oxygen burner 18 and the air electrode off-gas A mixture of the carbon dioxide gas (second carbon dioxide gas) produced by burning the unburned carbon compound inside with oxygen is hereinafter simply referred to as carbon dioxide gas.

凝縮器２０では、燃焼オフガスが低温液体燃料の冷熱で冷却され、燃焼オフガス中の水蒸気が凝縮し、凝縮した水は配管Ｐ９を介して水タンク２２へ送出される。凝縮器２０では、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配管Ｐ１０を介して二酸化炭素ガス液化部２４の圧縮機３０へ送出される。 In the condenser 20, the combustion off-gas is cooled by the cold heat of the low-temperature liquid fuel, water vapor in the combustion off-gas is condensed, and the condensed water is sent to the water tank 22 through the pipe P9. In the condenser 20, the combustion off-gas from which water (liquid phase) has been removed becomes a gas with a high carbon dioxide concentration and is sent to the compressor 30 of the carbon dioxide gas liquefying section 24 via the pipe P10.

また、凝縮器２０では、配管Ｐ７を通過する低温液体燃料が燃焼オフガスで加熱されることで気化して燃料ガスとなり、配管Ｐ６を介して第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａへ送出される。 Also, in the condenser 20, the low-temperature liquid fuel passing through the pipe P7 is heated by the combustion off-gas to be vaporized into a fuel gas, and is sent to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12 via the pipe P6. sent out.

このように、本実施形態の凝縮器２０では、燃焼オフガス中の水蒸気を凝縮させ、水分と二酸化炭素ガスとを分離する際に低温液体燃料の冷熱を用いており、商用電源等のシステム外部の電力を用いた電動式の冷凍機等で生成した冷熱を使用しないので、エネルギー損失を削減でき、商用電源等の停電時も継続して水分と二酸化炭素ガスとの分離を行なうことができる。 As described above, in the condenser 20 of the present embodiment, the cold heat of the low-temperature liquid fuel is used to condense the water vapor in the combustion off-gas and separate the moisture and the carbon dioxide gas. Since cold heat generated by an electric refrigerator or the like using electric power is not used, energy loss can be reduced, and separation of water and carbon dioxide gas can be continued even in the event of a power failure of a commercial power supply or the like.

凝縮器２０から排出された二酸化炭素ガスは、配管Ｐ１０を介して二酸化炭素ガス液化部２４の圧縮機３０へ送出されて圧縮され、高圧となった二酸化炭素ガスは、配管Ｐ１１を介して冷却装置３２へ送出される。 The carbon dioxide gas discharged from the condenser 20 is sent to the compressor 30 of the carbon dioxide gas liquefying unit 24 via the pipe P10 and compressed, and the high pressure carbon dioxide gas is sent to the cooling device via the pipe P11. 32.

冷却装置３２では、高圧となった二酸化炭素ガス（ＣＯ２）が、低温液体燃料（ＬＦ）の冷熱によって冷却されて液化二酸化炭素（ＬＣＯ２）となり、低温液体燃料が、圧縮されて温度上昇した二酸化炭素ガスで加熱されて気化し、高圧の燃料ガス（ＧＦ）となる。このようにして生成された高圧の燃料ガスは、駆動装置２８へ送出される。駆動装置２８は、高圧の燃料ガスが膨張する際の膨張エネルギーを回転エネルギーに変換し、圧縮機３０を駆動する。 In the cooling device 32, the high-pressure carbon dioxide gas (CO 2 ) is cooled by the cold heat of the low-temperature liquid fuel (LF) to become liquefied carbon dioxide (LCO 2 ), and the low-temperature liquid fuel is compressed and raised in temperature. It is heated by carbon dioxide gas and vaporized to become high-pressure fuel gas (GF). The high pressure fuel gas thus generated is delivered to the drive device 28 . The drive device 28 converts the expansion energy of the high-pressure fuel gas into rotational energy to drive the compressor 30 .

このように、本実施形態の圧縮機３０は、高圧の燃料ガスが膨張する際の膨張エネルギーを回転エネルギー（回転駆動力）に変換する駆動装置２８で駆動されるので、商用電源等のシステム外部の電力を用いた電気モータ等で駆動した場合に比較してエネルギー損失が少なく、商用電源等の停電時も継続して二酸化炭素ガスの圧縮を行なうことができる。 As described above, the compressor 30 of this embodiment is driven by the driving device 28 that converts the expansion energy of the high-pressure fuel gas into rotational energy (rotation driving force). The energy loss is less than in the case of driving with an electric motor or the like using the electric power of 1, and the compression of carbon dioxide gas can be continued even when the commercial power supply is cut off.

冷却装置３２では、図２の炭酸ガスの状態図で示すように、沸騰線と溶解線とで囲まれる液体と記載されている領域の圧力、及び温度となるように、二酸化炭素ガスを圧縮すると共に冷却することで、二酸化炭素ガスを液化して液化二酸化炭素とすることができる。 In the cooling device 32, as shown in the state diagram of carbon dioxide in FIG. 2, the carbon dioxide gas is compressed so that the pressure and temperature are in the region described as liquid surrounded by the boiling line and the melting line. By cooling together, the carbon dioxide gas can be liquefied into liquefied carbon dioxide.

二酸化炭素ガス液化部２４で生成された液化二酸化炭素は、配管Ｐ１１、ポンプ３４を介してタンク２６に送られて貯留される。なお、タンク２６に貯留された液化二酸化炭素は、従来通り、商工業用等として利用することもできる。 The liquefied carbon dioxide generated in the carbon dioxide gas liquefying unit 24 is sent to the tank 26 via the pipe P11 and the pump 34 and stored therein. Note that the liquefied carbon dioxide stored in the tank 26 can also be used for commercial and industrial purposes as before.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａは、オンサイトで設けられているので、発電中は、連続的に液化二酸化炭素を効率的に製造し、タンク２６に貯留することができる。なお、タンク２６に貯留した液化二酸化炭素は、ローリー３６等で輸送してもよく、パイプライン等で輸送してもよい。 Since the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment is installed on-site, liquefied carbon dioxide can be efficiently produced continuously and stored in the tank 26 during power generation. Note that the liquefied carbon dioxide stored in the tank 26 may be transported by a lorry 36 or the like, or may be transported by a pipeline or the like.

また、図示は省略するが、冷却装置３２と駆動装置２８との間の配管Ｐ６に、流量調整弁、圧力調整弁、圧力センサ、流量センサ等を設け、駆動装置２８に送出される燃料ガスの圧力、及び流量を、圧力センサ、及び流量センサからの情報に基づいて制御装置で流量調整弁、圧力調整弁をコントロールし、駆動装置２８の回転速度を調整することができる。 Although not shown, the pipe P6 between the cooling device 32 and the driving device 28 is provided with a flow control valve, a pressure control valve, a pressure sensor, a flow sensor, etc., and the fuel gas sent to the driving device 28 is controlled. Based on the information from the pressure sensor and the flow rate sensor, the control device can control the flow control valve and the pressure control valve to adjust the rotational speed of the driving device 28 .

以上のように、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ａによれば、低温液体燃料を利用可能な環境下において、低温液体燃料の冷熱、及び低温液体燃料の気化時の膨張エネルギーを有効活用することができる。 As described above, according to the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, the cold heat of the low-temperature liquid fuel and the expansion energy during vaporization of the low-temperature liquid fuel can be effectively utilized in an environment where the low-temperature liquid fuel can be used. can be done.

［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, a second embodiment of the invention will be described. In this embodiment, the same reference numerals are assigned to the same parts as in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

図３に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｂは、第１の実施形態の燃料電池発電システム１０Ａとは、二酸化炭素ガス液化部２４の構成が異なっている。
本実施形態の二酸化炭素ガス液化部２４は、駆動装置２８が発電機３８を駆動し、発電機３８で生成された電力で電気モータ４０を駆動し、電気モータ４０の駆動力で第２圧縮機としての圧縮機３０を駆動する構成となっている。 As shown in FIG. 3, the fuel cell power generation system 10B of this embodiment differs from the fuel cell power generation system 10A of the first embodiment in the configuration of the carbon dioxide gas liquefying section 24. As shown in FIG.
In the carbon dioxide gas liquefying unit 24 of the present embodiment, the driving device 28 drives the generator 38, the electric power generated by the generator 38 drives the electric motor 40, and the driving force of the electric motor 40 drives the second compressor. It is configured to drive the compressor 30 as.

このように、本実施形態の圧縮機３０も第１の実施形態と同様に、商用電源等のシステム外部の電力を用いた電気モータ等で駆動されないので、商用電源等のシステム外部の電力を用いた電気モータ等で駆動した場合に比較してエネルギー損失が少なく、商用電源等の停電時も継続して二酸化炭素ガスの圧縮を行なうことができる。
なお、本実施形態では、発電機３８で生成された電力で酸素製造装置１６を駆動することもできる。
なお、その他の作用、効果は第１の実施形態と同様である。 As described above, the compressor 30 of the present embodiment is not driven by an electric motor or the like using power outside the system such as a commercial power supply, as in the first embodiment, so that power outside the system such as a commercial power supply is used. The energy loss is less than in the case of driving with an electric motor or the like, and the compression of carbon dioxide gas can be continued even in the event of a power failure of the commercial power supply.
In addition, in this embodiment, the oxygen production device 16 can also be driven by the electric power generated by the generator 38 .
Other actions and effects are the same as those of the first embodiment.

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る燃料電池発電システム１０Ｃを図４にしたがって説明する。本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｃは、発電を行なうと共に、発電で生じた二酸化炭素ガスの大気への放出を抑制するために炭素粉末を製造するものである。なお、第１実施形態、及び第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 fuel cell power generation system 10C according to a third embodiment of the invention will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system 10C of the present embodiment generates power and produces carbon powder to suppress the release of carbon dioxide gas generated by the power generation into the atmosphere. In addition, the same code|symbol is attached|subjected about the part similar to 1st Embodiment and 2nd Embodiment, and detailed description is abbreviate|omitted.

図４に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｃでは、供給された低温液体燃料の一部が、配管Ｐ２の途中に接続された配管Ｐ１７を介して蒸発器４２に送出される。蒸発器４２では、低温液体燃料が空気（大気）の熱によって気化（蒸発）されて燃料ガスとなる。なお、蒸発器４２に、第２燃料電池セルスタック１４の第２空気極１４Ｂから排出される空気極オフガスの熱、酸素燃焼器１８の熱等、システム内部で発生した熱を供給して低温液体燃料の気化を促進してもよい。 As shown in FIG. 4, in the fuel cell power generation system 10C of this embodiment, part of the supplied low-temperature liquid fuel is delivered to the evaporator 42 through a pipe P17 connected in the middle of the pipe P2. In the evaporator 42, the low-temperature liquid fuel is vaporized (evaporated) by the heat of air (atmosphere) to become fuel gas. The evaporator 42 is supplied with heat generated inside the system, such as the heat of the air electrode offgas discharged from the second air electrode 14B of the second fuel cell stack 14, the heat of the oxygen burner 18, etc. It may promote vaporization of the fuel.

蒸発器４２から排出された燃料ガスは、配管Ｐ１８を介して駆動装置２８へ送出され、駆動装置２８を駆動する。なお、駆動装置２８を駆動した後の燃料ガスは、配管Ｐ１９を介して第１燃料電池セルスタック１２の第１燃料極１２Ａへ送出される。 The fuel gas discharged from the evaporator 42 is sent to the driving device 28 through the pipe P18 to drive the driving device 28. As shown in FIG. The fuel gas after driving the driving device 28 is sent to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12 through the pipe P19.

本実施形態の駆動装置２８は発電機３８を駆動し、発電機３８で生成された電力は、後述する電動ターボ冷凍機４４、及び炭素製造部４６の水電解装置４８等に用いられる。 The driving device 28 of the present embodiment drives the generator 38, and the electric power generated by the generator 38 is used for the electric turbo chiller 44 and the water electrolysis device 48 of the carbon production unit 46, which will be described later.

本実施形態の凝縮器２０には、電動ターボ冷凍機４４との間で冷却水を循環させる冷却水循環流路２０Ａが配管されており、冷却水循環流路２０Ａには電動ターボ冷凍機４４で冷却された冷却水が図示しないポンプの駆動により循環供給される。 A cooling water circulation passage 20A for circulating cooling water between the condenser 20 of the present embodiment and the electric turbo chiller 44 is piped. Cooling water is circulated and supplied by driving a pump (not shown).

本実施形態の凝縮器２０では、燃焼オフガスが、電動ターボ冷凍機４４で生成された冷却水の冷熱で冷却される。凝縮器２０で凝縮した水は一部が水配管Ｐ９を介して水タンク２２へ送出され、水タンク２２の水の一部が、水配管Ｐ２０を介して後述する炭素製造部４６の水電解装置４８に送出される。 In the condenser 20 of this embodiment, the combustion off-gas is cooled by the cold heat of the cooling water generated by the electric turbo chiller 44 . Part of the water condensed in the condenser 20 is sent to the water tank 22 via the water pipe P9, and part of the water in the water tank 22 is transferred via the water pipe P20 to the water electrolyzer of the carbon production unit 46, which will be described later. 48.

（炭素製造部）
炭素製造部４６は、水電解装置４８、配管Ｐ２１、水素ブロワ５０、配管Ｐ２２、酸素ブロワ５２、酸素タンク５４、粉末炭素生成器５６等を含んで構成されている。 (Carbon Production Department)
The carbon production section 46 includes a water electrolysis device 48, a pipe P21, a hydrogen blower 50, a pipe P22, an oxygen blower 52, an oxygen tank 54, a powdered carbon generator 56, and the like.

水電解装置４８には、水配管Ｐ２０、ポンプ５８、及び水浄化装置６０を経た水タンク２２の水が供給される。水浄化装置６０は、水タンク２２からの水を浄化（異物除去、ＰＨ調整等）する。水電解装置４８は、発電機３８で得られた交流電力を直流電力に変換し、水を電気分解して水素ガスと酸素ガスとを生成することができる。 Water in the water tank 22 is supplied to the water electrolysis device 48 through a water pipe P20, a pump 58, and a water purification device 60. As shown in FIG. The water purification device 60 purifies the water from the water tank 22 (removes foreign matter, adjusts pH, etc.). The water electrolysis device 48 can convert the AC power obtained by the generator 38 into DC power and electrolyze water to produce hydrogen gas and oxygen gas.

水電解装置４８で生成された水素ガスは、配管Ｐ２１、水素ブロワ５０を介して粉末炭素生成器５６へ送られ、酸素ガスは、配管Ｐ２２、酸素ブロワ５２を介して酸素タンク５４へ送られ、酸素タンク５４に貯留される。
なお、水素ブロワ５０、及び酸素ブロワ５２は、発電機３８で得られた交流電力で駆動することができるが、第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４で発電された電力で駆動してもよい。 Hydrogen gas generated by the water electrolysis device 48 is sent to the powdered carbon generator 56 via the pipe P21 and the hydrogen blower 50, oxygen gas is sent to the oxygen tank 54 via the pipe P22 and the oxygen blower 52, It is stored in the oxygen tank 54 .
The hydrogen blower 50 and the oxygen blower 52 can be driven by the AC power obtained by the generator 38, but the power generated by the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 can be driven by

粉末炭素生成器５６は、一例として、多重円筒状とされており、平面視で円環状とされたガス流路５６Ａと、ガス流路５６Ａの径方向内側に配置された炭素固定化部５６Ｂとを有している。
炭素固定化部５６Ｂでは、配管Ｐ２４を凝縮器２０から送られた二酸化炭素ガスと、水電解装置４８から送られた水素ガスとが供給される。炭素固定化部５６Ｂで二酸化炭素ガスと水素ガスとに対し触媒を用いて下記（５）式のような還元反応を生じさせるようになっている。
ＣＯ２+２Ｈ２→Ｃ+２Ｈ２Ｏ …（５） As an example, the powdered carbon generator 56 has a multi-cylindrical shape, and includes a gas channel 56A having an annular shape in a plan view, and a carbon fixing portion 56B arranged radially inside the gas channel 56A. have.
Carbon dioxide gas sent from the condenser 20 through the pipe P24 and hydrogen gas sent from the water electrolysis device 48 are supplied to the carbon fixing section 56B. In the carbon fixing section 56B, the carbon dioxide gas and the hydrogen gas are caused to undergo a reduction reaction such as the following formula (5) using a catalyst.
CO2 + 2H2- >C+ 2H2O (5)

上記還元反応で生じるＣは、粉末炭素であり、炭素固定化部５６Ｂの下部から排出することができる。また、上記還元反応で生じるＨ２０は、具体的には水蒸気であり、該水蒸気は、配管Ｐ２３を介して凝縮器２０へ送られる。 The C produced by the reduction reaction is powdered carbon and can be discharged from the lower portion of the carbon fixing portion 56B. Further, the H 2 O generated in the reduction reaction is specifically water vapor, and the water vapor is sent to the condenser 20 via the pipe P23.

（作用、効果）
次に、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｃの作用を説明する。
本実施形態では、凝縮器２０に付与する冷熱を低温液体燃料の冷熱ではなく、電動ターボ冷凍機４４で生成した冷熱を用いているが、電動ターボ冷凍機４４は、一般的に冷却効率が高いため、発電機３８で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１０Ｃを運転することができる。 (action, effect)
Next, the operation of the fuel cell power generation system 10C of this embodiment will be described.
In this embodiment, the cold heat generated by the electric turbo chiller 44 is used instead of the cold heat of the low-temperature liquid fuel to be applied to the condenser 20. However, the electric turbo chiller 44 generally has high cooling efficiency. Therefore, even if the electric power generated by the generator 38 is used, the fuel cell power generation system 10C can be operated with high efficiency.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｃでは、水電解装置４８が、燃料ガスの膨張エネルギーで駆動される駆動装置２８で駆動される発電機３８で得られた交流電力を直流電力に変換して水を電気分解しているので、商用電源等のシステム外部の電力を用いて水を電気分解する場合に比較してエネルギー損失が少なく、商用電源等の停電時も継続して水の電気分解を行なうことができる。 In the fuel cell power generation system 10C of the present embodiment, the water electrolysis device 48 converts AC power obtained by the generator 38 driven by the drive device 28 driven by the expansion energy of the fuel gas into DC power to generate water. is electrolyzed, the energy loss is less than when water is electrolyzed using power outside the system such as a commercial power supply, and water can be electrolyzed continuously even during a power failure of the commercial power supply. be able to.

なお、水電解装置４８は、二酸化炭素ガスを大気中に放出しない図示しない再生可能エネルギー発電で得られた電力（いわゆる「クリーンエネルギー」）を用いて水を電気分解することもできる。再生可能エネルギー発電として、一例として、太陽光発電、太陽熱発電、水力発電、風力発電、地熱発電、波力発電、温度差発電、バイオマス発電等を挙げることができるが、他のものであってもよい。 The water electrolysis device 48 can also electrolyze water using power (so-called “clean energy”) obtained by renewable energy generation (not shown) that does not emit carbon dioxide gas into the atmosphere. Examples of renewable energy power generation include photovoltaic power generation, solar thermal power generation, hydroelectric power generation, wind power generation, geothermal power generation, wave power generation, temperature difference power generation, biomass power generation, and the like. good.

炭素固定化部５６Ｂでは、凝縮器２０から送られた二酸化炭素ガスと、水電解装置４８から送られた水素ガスとが供給されて前記（５）式のような還元反応が生じる。上記反応を開始させるには、雰囲気温度を高温にする必要があるが、該反応により熱が生じるので、一旦反応が開始された後には、外部より熱を加える必要はない。なお、粉末炭素生成器５６を起動する際には、最初に、ガス流路５６Ａに水素ガスと酸素ガスとを供給して着火する。着火後、前記（５）式の反応により熱が生じれば、酸素ガスと水素ガスの供給は停止する。 In the carbon fixing section 56B, the carbon dioxide gas sent from the condenser 20 and the hydrogen gas sent from the water electrolysis device 48 are supplied, and a reduction reaction such as the formula (5) occurs. In order to initiate the above reaction, it is necessary to raise the ambient temperature to a high temperature. However, since heat is generated by the reaction, it is not necessary to apply heat from the outside once the reaction has started. When starting the powdered carbon generator 56, first, hydrogen gas and oxygen gas are supplied to the gas flow path 56A and ignited. After ignition, if heat is generated by the reaction of the formula (5), the supply of oxygen gas and hydrogen gas is stopped.

炭素固定化部５６Ｂでは、二酸化炭素ガスと水素ガスとを連続して供給することで、粉末炭素（前記（５）式の「Ｃ」）を連続して生成することができる。生成された粉末炭素は、炭素固定化部５６Ｂの下方から取り出すことができる。また、二酸化炭素ガスと水素ガスとが反応して生成された水蒸気（前記（５）式のＨ２Ｏ）は、炭素固定化部５６Ｂの下方から排出される。なお、炭素固定化部５６Ｂから排出された水蒸気は、配管Ｐ２５を介して凝縮器２０へ送られ、凝縮器２０で冷却されて水となる。
なお、凝縮器２０で生成されて水タンク２２に貯留された水は、冷却水循環流路２０Ａの冷却水の補充に用いることができる。 In the carbon fixing section 56B, by continuously supplying carbon dioxide gas and hydrogen gas, it is possible to continuously generate powdered carbon (“C” in the above formula (5)). The produced powdered carbon can be taken out from below the carbon fixing portion 56B. Also, the water vapor (H 2 O in the formula (5)) generated by the reaction of the carbon dioxide gas and the hydrogen gas is discharged from below the carbon fixation portion 56B. Note that the water vapor discharged from the carbon fixing section 56B is sent to the condenser 20 through the pipe P25 and cooled by the condenser 20 to become water.
The water generated by the condenser 20 and stored in the water tank 22 can be used to replenish the cooling water in the cooling water circulation flow path 20A.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｃは、オンサイトで設けられているので、発電中は、連続的に粉末炭素を効率的に製造することができる。
粉末炭素は、着火して燃焼しないかぎり、大気中に二酸化炭素ガスとなって放出されることは無く、二酸化炭素ガスの大気への放出を抑制することができる。
また、粉末炭素は貯留サイトへの輸送も容易であり、着火源と酸素が揃う条件下に置かなければ、地下に埋め立て処分したり、地上に野積みするだけでも、長期安定的な炭素固定化が可能となる。なお、製造された粉末炭素は、カーボンブラック等として商工業利用することもできる。 Since the fuel cell power generation system 10C of the present embodiment is provided on-site, powdered carbon can be produced continuously and efficiently during power generation.
Powdered carbon is not released into the atmosphere as carbon dioxide gas unless it is ignited and burned, and can suppress the release of carbon dioxide gas into the atmosphere.
In addition, powdered carbon can be easily transported to a storage site, and if it is not placed under conditions where an ignition source and oxygen are available, it can be stably fixed for a long period of time even if it is simply dumped on the ground or landfilled underground. becomes possible. The produced powdery carbon can also be used commercially and industrially as carbon black or the like.

本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｃでは、二酸化炭素ガスから粉末炭素を生成したが、粉末炭素をグラファイト、カーボンナノチューブまたはダイヤモンド等にする炭素製品製造装置６２を更に付加してもよい。炭素製品製造装置６２では、例えば、回収した粉末炭素を、燃料電池発電システム１０Ｃで発電された電力、または再生可能エネルギーによる電力等を活用して高温（電気ヒータ昇温）、高圧（電動高圧プレス）環境下におくことで、公知の技術により合成ダイヤモンドの粉末を得ることができる。また、例えば、回収した粉末炭素を、燃料電池発電システム１０Ｃで発電された電力、または再生可能エネルギーによる電力等を活用して、アーク放電法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法等、公知の技術によりカーボンナノチューブを得ることができる。さらに、回収した粉末炭素を、燃料電池発電システム１０Ｃで発電された電力、または再生可能エネルギーによる電力等を活用して、公知の技術により、グラファイトを得ることができる。 In the fuel cell power generation system 10C of the present embodiment, powdered carbon is produced from carbon dioxide gas, but a carbon product manufacturing device 62 that converts the powdered carbon into graphite, carbon nanotubes, diamond, or the like may be further added. In the carbon product manufacturing apparatus 62, for example, the collected powdered carbon is processed into high temperature (electric heater temperature rise), high pressure (electric high pressure press ) environment, synthetic diamond powder can be obtained by a known technique. Further, for example, the collected powdered carbon is carbonized by a known technique such as an arc discharge method, a laser ablation method, a CVD method, etc., using power generated by the fuel cell power generation system 10C or power from renewable energy. Nanotubes can be obtained. Furthermore, graphite can be obtained from the collected powdered carbon by a known technique using power generated by the fuel cell power generation system 10C, power generated by renewable energy, or the like.

炭素粉末をグラファイトやカーボンナノチューブまたはダイヤモンド粉末とすることで、着火源や酸素があっても容易に燃焼することはなく、地上に野積みしても、安全かつ長期安定的に炭素を固定することが可能となり、貯留場所の制限もなくなり、輸送や圧入のエネルギーロスやコストを低減できる。なお、グラファイトは鉛筆の芯や自動車用のブレーキパッド等に、カーボンナノチューブは半導体や構造材料として、合成ダイヤモンド粉末は、工事、工作機械のダイヤモンドカッターの刃材等に、それぞれ商工業利用することもできる。 By using graphite, carbon nanotubes, or diamond powder as the carbon powder, it does not burn easily even if there is an ignition source or oxygen, and even if it is piled up on the ground, it can safely and stably fix carbon for a long time. As a result, there are no restrictions on storage locations, and energy loss and costs associated with transportation and injection can be reduced. Graphite can be used in pencil leads and brake pads for automobiles, carbon nanotubes can be used as semiconductors and structural materials, and synthetic diamond powder can be used in construction and as diamond cutter blades for machine tools. can.

なお、この炭素製品製造装置６２も炭素製造部４６の一部であり、燃料電池発電システム１０Ｃにオンサイトで設けられている。また、粉末炭素を利用して製造する物も、上記の炭素製品に限らず、カーボンナノホーンやフラーレンといった炭素材料を、公知の技術により製造して商工業利用しても良い。 Note that this carbon product manufacturing device 62 is also a part of the carbon manufacturing section 46, and is provided on-site in the fuel cell power generation system 10C. In addition, products manufactured using powdered carbon are not limited to the above carbon products, and carbon materials such as carbon nanohorns and fullerenes may be manufactured by known techniques and used in commerce and industry.

以上のように、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｂによれば、低温液体燃料を利用可能な環境下において、低温液体燃料の気化時の膨張エネルギーを有効活用することができる。 As described above, according to the fuel cell power generation system 10B of the present embodiment, it is possible to effectively utilize the expansion energy during vaporization of the low temperature liquid fuel in an environment where the low temperature liquid fuel can be used.

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る燃料電池発電システム１０Ｄを図５にしたがって説明する。本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｄは、発電システムの出力および効率を向上させるために、低温液体燃料の気化時に発生する膨張エネルギーを用いて圧縮装置を駆動し、燃料電池発電システムに供給する酸化剤ガスを圧縮して大気圧を超えた圧力とされた高圧の圧縮酸化剤ガスを生成し、該圧縮酸化剤ガスを燃料電池発電システムの酸化剤ガスとして供給するとともに、低温液体燃料の気化時に生成する大気圧よりも高圧の燃料ガスを燃料ガスとして供給することで、第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４を加圧環境下で運転させることにより、第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４の出力および効率を向上させるものである。なお、第１実施形態、第２実施形態、及び第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 fuel cell power generation system 10D according to a fourth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. In the fuel cell power generation system 10D of this embodiment, in order to improve the output and efficiency of the power generation system, the expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized is used to drive the compressor, and the oxidizing gas supplied to the fuel cell power generation system is supplied to the fuel cell power generation system. The oxidant gas is compressed to generate a high-pressure compressed oxidant gas having a pressure exceeding the atmospheric pressure, and the compressed oxidant gas is supplied as the oxidant gas for the fuel cell power generation system, and at the time of vaporization of the low-temperature liquid fuel The first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 are operated in a pressurized environment by supplying the generated fuel gas having a pressure higher than the atmospheric pressure as the fuel gas. It improves the output and efficiency of the cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 . In addition, the same code|symbol is attached|subjected about the part similar to 1st Embodiment, 2nd Embodiment, and 3rd Embodiment, and detailed description is abbreviate|omitted.

図５に示すように、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｄは、冷却装置３２を通過した大気圧を超える高圧の燃料ガスで駆動される駆動装置６３、駆動装置６３で駆動される圧縮機６５を備えている。この駆動装置６３と圧縮機６５とで本発明の酸化剤ガス圧縮装置が構成されている。 As shown in FIG. 5, the fuel cell power generation system 10D of the present embodiment includes a driving device 63 driven by high-pressure fuel gas that has passed through the cooling device 32 and is above atmospheric pressure, and a compressor 65 driven by the driving device 63. It has The driving device 63 and the compressor 65 constitute the oxidant gas compression device of the present invention.

冷却装置３２を通過した高圧の燃料ガスは、配管Ｐ３７を介して駆動装置６３に送出され、駆動装置６３を駆動する。なお、駆動装置６３を駆動して駆動装置６３から排出された燃料ガスは、配管Ｐ３８を介して配管Ｐ８へ送出される。 The high-pressure fuel gas that has passed through the cooling device 32 is sent to the driving device 63 through the pipe P37 to drive the driving device 63 . The fuel gas discharged from the driving device 63 by driving the driving device 63 is sent to the pipe P8 via the pipe P38.

駆動装置６３で駆動される圧縮機６５は、酸化剤ガス管Ｐ１３の中間部に設けられており、供給された酸化剤ガス（空気）を圧縮して大気圧よりも高圧の圧縮酸化剤ガスを第１燃料電池セルスタック１２の第１空気極１２Ｂに供給することができる。 The compressor 65 driven by the driving device 63 is provided in the middle portion of the oxidizing gas pipe P13, and compresses the supplied oxidizing gas (air) to produce a compressed oxidizing gas having a pressure higher than the atmospheric pressure. It can be supplied to the first air electrode 12B of the first fuel cell stack 12 .

なお、ここでいう「大気圧よりも高圧」とは、０．１ＭＰａを超える圧力であることが好ましい。
また、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｄに用いられる第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４は、０．１ＭＰａを超える圧力に加圧された酸化剤ガス、及び燃料ガスによって発電を行なうことができるものであり、一般的には、加圧駆動型燃料電池と呼ばれるものである。 In addition, it is preferable that it is the pressure exceeding 0.1 MPa with "higher pressure than atmospheric pressure" here.
Further, the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 used in the fuel cell power generation system 10D of the present embodiment are pressurized to a pressure exceeding 0.1 MPa, and the oxidant gas and the fuel gas are It is generally called a pressurized fuel cell.

（作用、効果）
次に、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｄの作用を説明する。
本実施形態では、燃料電池発電システムに供給する圧縮酸化剤ガスを、商用電源等のシステム外部の電力を用いて駆動する圧縮装置を用いるのではなく、低温燃料が気化する際の膨張エネルギーを利用して駆動する酸化材ガス圧縮装置、即ち、駆動装置６３、及び圧縮機６５を用いるため、高効率に発電できる加圧駆動型燃料電池である第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４を、外部の電力を用いることなく、効率よく実現することができる。なお、第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４は、０．１ＭＰａを超える圧力に加圧された高圧の圧縮酸化剤ガス、及び０．１ＭＰａを超える圧力に加圧された高圧の燃料ガスを供給することで、常圧の酸化剤ガス、及び常圧の燃料ガスを供給する場合に比較して、発電量を増加させることができる。 (action, effect)
Next, the operation of the fuel cell power generation system 10D of this embodiment will be described.
In this embodiment, the compressed oxidant gas to be supplied to the fuel cell power generation system does not use a compression device that is driven by electric power outside the system such as a commercial power supply, but uses the expansion energy when the low temperature fuel is vaporized. The first fuel cell cell stack 12 and the second fuel cell, which are pressure-driven fuel cells capable of generating electricity with high efficiency, use the oxidant gas compression device, that is, the drive device 63 and the compressor 65. The cell stack 14 can be efficiently implemented without using external power. Note that the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 are a high-pressure compressed oxidant gas pressurized to a pressure exceeding 0.1 MPa and a By supplying the high-pressure fuel gas, it is possible to increase the amount of power generation compared to the case of supplying the normal-pressure oxidant gas and the normal-pressure fuel gas.

また、本実施形態の燃料電池発電システム１０Ｄでは、第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４を加圧駆動するための酸化剤ガスとして、燃料ガスの膨張エネルギーで駆動される駆動装置６３、及び圧縮機６５で得られた圧縮酸化剤ガスを利用しており、燃料ガスも低温液体燃料の気化時に生成する高圧の燃料ガスを利用するため、商用電源等の停電時も継続して効率の良い加圧環境下で燃料電池発電を行なうことができる。 Further, in the fuel cell power generation system 10D of the present embodiment, the oxidant gas for pressurizing the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 is driven by the expansion energy of the fuel gas. Compressed oxidant gas obtained by the drive device 63 and compressor 65 is used, and the fuel gas also uses the high-pressure fuel gas generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized, so it can continue even when the commercial power supply is cut off. Therefore, fuel cell power generation can be performed in an efficient pressurized environment.

［その他の実施形態］
以上、本発明の燃料電池発電システムの一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。 [Other embodiments]
Although one embodiment of the fuel cell power generation system of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above, and can be implemented in various modifications without departing from the spirit of the present invention. It goes without saying that

上記実施形態では、発電で生じた二酸化炭素ガスを液化二酸化炭素として有効活用したり、炭素として二酸化炭素ガスの大気への放出を抑制したが、発電で生じた二酸化炭素ガスを他の物質とを反応させて二酸化炭素ガス以外の物質にする処理を行い、これによって、発電で生じた二酸化炭素ガスの大気への放出を抑制してもよい。 In the above embodiment, the carbon dioxide gas generated by power generation is effectively used as liquefied carbon dioxide, and the release of carbon dioxide gas into the atmosphere as carbon is suppressed. A treatment may be performed to react to produce a substance other than carbon dioxide gas, thereby suppressing the emission of carbon dioxide gas generated by power generation into the atmosphere.

第１の実施形態、及び第２の実施形態では、低温液体燃料の冷熱と、低温液体燃料の気化時の膨張エネルギーとを燃料電池システムで活用し、第３の実施形態では、低温液体燃料の気化時の膨張エネルギーを燃料電池システムで活用したが、本発明はこれに限らず、低温液体燃料の冷熱のみを燃料電池発電システムに活用してもよい。低温液体燃料の冷熱のみを燃料電池発電システムに活用するだけでも、低温液体燃料の冷熱を使用しない場合に比較してエネルギー損失を少なくできる。 In the first embodiment and the second embodiment, the cold heat of the low-temperature liquid fuel and the expansion energy at the time of vaporization of the low-temperature liquid fuel are utilized in the fuel cell system. Although the expansion energy during vaporization is utilized in the fuel cell system, the present invention is not limited to this, and only the cold heat of the low-temperature liquid fuel may be utilized in the fuel cell power generation system. Even if only the cold heat of the low-temperature liquid fuel is utilized in the fuel cell power generation system, energy loss can be reduced compared to the case where the cold heat of the low-temperature liquid fuel is not used.

第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４には、水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池が用いられていたが、本発明の燃料電池発電システムで用いる燃料電池としては、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)等の他の種類の燃料電池を用いることもできる。 While the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 used hydrogen ion conductive solid oxide fuel cells, the fuel cells used in the fuel cell power generation system of the present invention include: For example, other types of fuel cells such as molten carbonate fuel cells (MCFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), polymer electrolyte fuel cells (PEFC) can also be used.

第２実施形態の燃料電池発電システム１０Ｂでは、発電機３８で発電した電力で電気モータ４０を駆動したが、第２実施形態の燃料電池発電システム１０Ｂに電動ターボ冷凍機４４を設け、電動ターボ冷凍機４４で生成された冷熱を、低温液体燃料の冷熱の代わりに凝縮器２０や冷却装置３２に用いこともできる。 In the fuel cell power generation system 10B of the second embodiment, the electric motor 40 is driven by the electric power generated by the generator 38, but the electric turbo chiller 44 is provided in the fuel cell power generation system 10B of the second embodiment, The cold generated by the machine 44 can also be used in the condenser 20 and chiller 32 instead of cold liquid fuel cold.

上記第１～４実施形態の燃料電池発電システム１０Ａ～Ｄでは、液体燃料管Ｐ２を介してシステム外から低温液体燃料が供給される構成であったが、システム内に低温液体燃料を貯留する液体燃料タンクを設け、液体燃料タンクから低温液体燃料が供給される構成としてもよい。 In the fuel cell power generation systems 10A-D of the first to fourth embodiments, the low-temperature liquid fuel is supplied from outside the system through the liquid fuel pipe P2. A fuel tank may be provided and the low-temperature liquid fuel may be supplied from the liquid fuel tank.

なお、図示は省略するが、上記実施形態の燃料電池発電システム１０Ａ～Ｄにおいては、第１燃料電池セルスタック１２、及び第２燃料電池セルスタック１４に供給する酸化剤ガス、及び燃料ガスの流量、圧力、温度等をコンロールするために、酸化剤ガス、及び燃料ガスの配管途中に、制御部に接続した圧力センサ、流量センサ、温度センサ、圧力調整弁、流量調整弁等を設けることができる。 Although illustration is omitted, in the fuel cell power generation system 10A to D of the above embodiment, the flow rate of the oxidant gas and the fuel gas supplied to the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 is In order to control the pressure, temperature, etc., a pressure sensor, a flow sensor, a temperature sensor, a pressure adjustment valve, a flow adjustment valve, etc. connected to the control unit can be provided in the middle of the oxidant gas and fuel gas piping. .

１０ 燃料電池発電システム
１２ 第１燃料電池セルスタック（燃料電池）
１２Ａ 第１燃料極（燃料極）
１４ 第２燃料電池セルスタック（燃料電池）
１４Ａ 第２燃料極（燃料極）
１６ 深冷分離式酸素製造装置（酸素分離部、非ガス化処理装置）
１８ 酸素燃焼器（燃焼部、非ガス化処理装置）
２０ 凝縮器（二酸化炭素分離部、非ガス化処理装置）
２８ 駆動装置（非ガス化処理装置）
３０ 圧縮機（第１圧縮機、第２圧縮機）
３２ 冷却装置（非ガス化処理装置）
３８ 発電機（非ガス化処理装置）
４０ 電気モータ（非ガス化処理装置）
４４ 電動ターボ冷凍機（非ガス化処理装置）
４８ 水電解装置（非ガス化処理装置）
５６ 粉末炭素生成器（炭素生成部）
６３ 駆動装置（酸化剤ガス圧縮装置）
６５ 圧縮機（酸化剤ガス圧縮装置） 10 fuel cell power generation system 12 first fuel cell stack (fuel cell)
12A first fuel electrode (fuel electrode)
14 Second fuel cell stack (fuel cell)
14A second fuel electrode (fuel electrode)
16 Cryogenic separation type oxygen production equipment (oxygen separation unit, non-gasification treatment equipment)
18 Oxygen burner (combustion part, non-gasification treatment device)
20 Condenser (carbon dioxide separation unit, non-gasification treatment device)
28 drive device (non-gasification treatment device)
30 compressor (first compressor, second compressor)
32 cooling equipment (non-gasification equipment)
38 Generator (non-gasification treatment equipment)
40 electric motor (non-gasification equipment)
44 Electric centrifugal chiller (non-gasification equipment)
48 Water electrolysis equipment (non-gasification equipment)
56 powder carbon generator (carbon generator)
63 drive device (oxidant gas compressor)
65 compressor (oxidant gas compressor)

Claims (9)

温度０℃以下の低温液体燃料が供給される液体燃料供給部と、
前記低温液体燃料が気化した燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとにより発電し、第１の二酸化炭素ガスを含むオフガスを排出する燃料電池と、
前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギー、及び前記低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて、前記第１の二酸化炭素ガスを非ガス化処理する非ガス化処理装置と、
を備え、
前記非ガス化処理装置は、前記非ガス化処理として、少なくとも前記第１の二酸化炭素ガスを液化し、
前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料の冷熱で空気を冷却して液体空気を生成した後、前記液体空気から酸素を分離する深冷分離式酸素製造装置と、前記燃料電池の燃料極から排出される未燃焼の炭素化合物を含んだオフガスと前記深冷分離式酸素製造装置で分離された前記酸素とが供給され、前記オフガス中の未燃焼の前記炭素化合物を前記酸素により燃焼反応させて生成された第２の二酸化炭素ガス、及び前記第１の二酸化炭素ガスを含んだ燃焼オフガスを排出する燃焼部と、を備えている、
燃料電池発電システム。 a liquid fuel supply unit supplied with a low-temperature liquid fuel having a temperature of 0° C. or lower;
a fuel cell that generates electric power with a fuel gas obtained by vaporizing the low-temperature liquid fuel and an oxidant gas containing oxygen, and discharges an off-gas containing a first carbon dioxide gas;
a non-gasification device for non-gasifying the first carbon dioxide gas using at least one of expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized and cold heat of the low-temperature liquid fuel;
with
The non-gasification treatment device liquefies at least the first carbon dioxide gas as the non-gasification treatment,
The non-gasification treatment device includes a cryogenic separation type oxygen production device that cools air with the cold heat of the low-temperature liquid fuel to generate liquid air, and then separates oxygen from the liquid air, and a fuel electrode of the fuel cell. The off-gas containing unburned carbon compounds discharged from and the oxygen separated by the cryogenic separation type oxygen production device are supplied, and the unburned carbon compounds in the off-gas are subjected to a combustion reaction with the oxygen. and a combustion unit that discharges a second carbon dioxide gas produced by the above process and a combustion off-gas containing the first carbon dioxide gas,
Fuel cell power generation system. 温度０℃以下の低温液体燃料が供給される液体燃料供給部と、
前記低温液体燃料が気化した燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとにより発電し、第１の二酸化炭素ガスを含むオフガスを排出する燃料電池と、
前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギー、及び前記低温液体燃料の冷熱の少なくとも一方を用いて、前記第１の二酸化炭素ガスを非ガス化処理する非ガス化処理装置と、
を備え、
前記非ガス化処理装置は、前記非ガス化処理として、少なくとも前記第１の二酸化炭素ガスから炭素を生成し、
前記非ガス化処理装置は、前記低温液体燃料の冷熱で空気を冷却して液体空気を生成した後、前記液体空気から酸素を分離する深冷分離式酸素製造装置と、前記燃料電池の燃料極から排出される未燃焼の炭素化合物を含んだオフガスと前記深冷分離式酸素製造装置で分離された前記酸素とが供給され、前記オフガス中の未燃焼の前記炭素化合物を前記酸素により燃焼反応させて生成された第２の二酸化炭素ガス、及び前記第１の二酸化炭素ガスを含んだ燃焼オフガスを排出する燃焼部と、を備えている、
燃料電池発電システム。 a liquid fuel supply unit supplied with a low-temperature liquid fuel having a temperature of 0° C. or lower;
a fuel cell that generates electric power with a fuel gas obtained by vaporizing the low-temperature liquid fuel and an oxidant gas containing oxygen, and discharges an off-gas containing a first carbon dioxide gas;
a non-gasification device for non-gasifying the first carbon dioxide gas using at least one of expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized and cold heat of the low-temperature liquid fuel;
with
The non-gasification treatment device generates carbon from at least the first carbon dioxide gas as the non-gasification treatment,
The non-gasification treatment device includes a cryogenic separation type oxygen production device that cools air with the cold heat of the low-temperature liquid fuel to generate liquid air, and then separates oxygen from the liquid air, and a fuel electrode of the fuel cell. The off-gas containing unburned carbon compounds discharged from and the oxygen separated by the cryogenic separation type oxygen production device are supplied, and the unburned carbon compounds in the off-gas are subjected to a combustion reaction with the oxygen. and a combustion unit that discharges a second carbon dioxide gas produced by the above process and a combustion off-gas containing the first carbon dioxide gas,
Fuel cell power generation system. 前記非ガス化処理装置は、前記燃焼オフガスを冷却して、前記燃焼オフガスから水分を凝縮すると共に、前記燃焼オフガス中に含まれる前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスを分離する二酸化炭素ガス分離部を備えている、
請求項１または請求項２に記載の燃料電池発電システム。 The non-gasification treatment device cools the combustion off-gas, condenses moisture from the combustion off-gas, and removes the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas contained in the combustion off-gas. Equipped with a carbon dioxide gas separation unit to separate,
The fuel cell power generation system according to claim 1 or 2 . 前記二酸化炭素ガス分離部は、前記低温液体燃料の前記冷熱で前記燃焼オフガスを冷却する、請求項３に記載の燃料電池発電システム。 4. The fuel cell power generation system according to claim 3 , wherein said carbon dioxide gas separator cools said combustion off-gas with said cold heat of said low temperature liquid fuel. 前記非ガス化処理装置は、
前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、
前記駆動装置の前記動力で駆動され、前記二酸化炭素ガス分離部から排出された前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスを圧縮する第１圧縮機と、
前記低温液体燃料の冷熱を用いて前記第１圧縮機で圧縮された前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスを冷却して液化二酸化炭素を得る冷却装置と、を備えている、
請求項１を引用する請求項３または請求項４に記載の燃料電池発電システム。 The non-gasification treatment device is
a driving device driven by expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power;
a first compressor driven by the power of the driving device for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide gas separation unit;
and a cooling device for obtaining liquefied carbon dioxide by cooling the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas compressed by the first compressor using the cold heat of the low-temperature liquid fuel. there is
The fuel cell power generation system according to claim 3 or claim 4 citing claim 1 . 前記非ガス化処理装置は、
前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、
前記駆動装置の前記動力で駆動され、電力を生成する発電機と、
前記発電機で生成された電力で駆動される電気モータと、
前記電気モータで駆動され、前記二酸化炭素ガス分離部から排出された前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスを圧縮する第２圧縮機と、
前記低温液体燃料の冷熱を用いて前記第２圧縮機で圧縮された前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスを冷却して液化二酸化炭素を得る冷却装置と、を備えている、
請求項１を引用する請求項３または請求項４に記載の燃料電池発電システム。 The non-gasification treatment device is
a driving device driven by expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power;
a generator driven by the power of the driving device to generate electric power;
an electric motor driven by the power generated by the generator;
a second compressor driven by the electric motor for compressing the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas discharged from the carbon dioxide gas separation unit;
and a cooling device for obtaining liquefied carbon dioxide by cooling the first carbon dioxide gas and the second carbon dioxide gas compressed by the second compressor using the cold heat of the low-temperature liquid fuel. there is
The fuel cell power generation system according to claim 3 or claim 4 citing claim 1 . 前記非ガス化処理装置は、
前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、
前記駆動装置の前記動力で駆動され、電力を生成する発電機と、
前記発電機で生成された電力を用いて水を電気分解して水素ガスを生成する水電解装置と、
前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスと前記水素ガスとを触媒状で反応させ、炭素を生成する炭素生成部と、を備えている、
請求項１～請求項６の何れか１項に記載の燃料電池発電システム。 The non-gasification treatment device is
a driving device driven by expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power;
a generator driven by the power of the driving device to generate electric power;
a water electrolysis device that electrolyzes water using the power generated by the generator to generate hydrogen gas;
a carbon generation unit that reacts the first carbon dioxide gas, the second carbon dioxide gas, and the hydrogen gas in a catalytic state to generate carbon,
The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 6 . 前記非ガス化処理装置は、
前記低温液体燃料が気化する際の膨張エネルギーを用いて駆動され、動力を発生する駆動装置と、
前記駆動装置の前記動力で駆動され、電力を生成する発電機と、
前記発電機で生成された電力を用いて駆動される電動ターボ冷凍機と、
前記発電機で生成された電力を用いて水を電気分解して水素ガスを生成する水電解装置と、
前記第１の二酸化炭素ガス、及び前記第２の二酸化炭素ガスと前記水素ガスとを触媒上で反応させ、炭素を生成する炭素生成部と、を備え、
前記二酸化炭素ガス分離部は、前記燃焼部から排出される燃焼オフガスを前記電動ターボ冷凍機で生成された冷熱で冷却する、
請求項３または請求項４に記載の燃料電池発電システム。 The non-gasification treatment device is
a driving device driven by expansion energy generated when the low-temperature liquid fuel is vaporized to generate power;
a generator driven by the power of the driving device to generate electric power;
an electric centrifugal chiller driven using the electric power generated by the generator;
a water electrolysis device that electrolyzes water using the power generated by the generator to generate hydrogen gas;
a carbon generation unit for generating carbon by reacting the first carbon dioxide gas, the second carbon dioxide gas, and the hydrogen gas on a catalyst,
The carbon dioxide gas separation unit cools the combustion off-gas discharged from the combustion unit with cold heat generated by the electric turbo chiller.
5. The fuel cell power generation system according to claim 3 or 4 . 前記低温液体燃料が気化する際の前記膨張エネルギーを用いて駆動され、前記酸化剤ガスを大気圧を超える圧力に圧縮して前記燃料電池に供給する酸化剤ガス圧縮装置を備え、
前記燃料電池は、前記酸化剤ガス圧縮装置で圧縮した高圧の前記酸化剤ガスと、前記低温液体燃料が気化膨張した後の大気圧を超える圧力とされた高圧の燃料ガスとが供給されて発電する前記燃料電池と、
を有する、
請求項１～８の何れか１項に記載の燃料電池発電システム。 an oxidant gas compression device driven by the expansion energy when the low-temperature liquid fuel is vaporized, compressing the oxidant gas to a pressure exceeding atmospheric pressure and supplying the oxidant gas to the fuel cell;
The fuel cell is supplied with the high-pressure oxidant gas compressed by the oxidant gas compression device and the high-pressure fuel gas having a pressure exceeding the atmospheric pressure after the vaporization and expansion of the low-temperature liquid fuel, thereby generating electric power. and
having
The fuel cell power generation system according to any one of claims 1-8 .
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