JPH07320758A - 一体型燃料電池発電装置 - Google Patents
一体型燃料電池発電装置Info
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Abstract
ない一体型燃料電池発電装置を提供する。 【構成】 それぞれ水平な隔壁を隔てて異なる2流体が
流れるプレート型の空気予熱器32と、改質器10と、
燃料予熱器11と、燃料電池20とが順次垂直に連結さ
れている。空気予熱器は、M1〜M4の各マニホールド
を有し、改質器は、M5〜M9の各マニホールドを有
し、M7はM4に、M8はM3に、M9はM2に、それ
ぞれ連結され、燃料予熱器は、M11〜M15の各マニ
ホールドを有し、M11はM5に、M12はM6に、M
14はM9に、M15はM7に、それぞれ連結され、燃
料電池は、M16〜M19の各マニホールドを有し、M
17はM14に、M18はM13に、M19はM15
に、それぞれ連結されている。
Description
した一体型燃料電池発電装置に関する。
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図3に示すように天然ガ
ス等の燃料ガス1を水素を含むアノードガス2に改質す
る改質器10と、アノードガス2と酸素を含むカソード
ガス3とから発電する燃料電池20とを一般的に備えて
おり、改質器10で作られたアノードガスは燃料電池2
0に供給され、燃料電池内でその大部分(例えば80
%)を消費した後、アノード排ガス4として改質器10
の燃焼室Coに供給される。燃料ガス1は燃料予熱器1
1により予熱されて改質器の改質室Reに入る。改質器
ではアノード排ガス中の可燃成分(水素、一酸化炭素、
メタン等)を燃焼室で燃焼し、高温の燃焼ガスにより改
質室Reを加熱し内部を流れる燃料を改質する。改質室
を出た燃焼排ガス5は、空気予熱器32で熱回収され、
凝縮器33と気水分離器34で水分を除去され、タービ
ン圧縮機(動力回収装置40)で加圧された空気6が混
入し、この混合ガスが空気予熱器32で加熱されてカソ
ードガス3に合流する。これにより、電池のアノード側
で発生した二酸化炭素が、燃焼排ガス5を介して燃料電
池用のカソードガス3に入り、燃料電池のカソード反応
に必要な二酸化炭素をカソード側Cに供給する。カソー
ドガス3は燃料電池内でその一部が反応してカソード排
ガス7となり、その一部はカソード入口側に再循環さ
れ、一部は改質器10の燃焼室Coに供給されてアノー
ド排ガス4を燃焼させ、残りは動力回収装置40に供給
されて圧力回収され、系外に排出される。
池発電装置では、燃料電池20及び改質器10は、通常
圧力容器(例えば図3の22)内に格納し、その他の機
器(燃料予熱器11、空気予熱器32、等)は別個に設
置して、各機器を配管で接続するため、特に比較的小出
力の場合に設置面積が大きくなる問題点があった。ま
た、空気予熱器32〜燃料電池20〜改質器10〜空気
予熱器32を結ぶ配管は、大量の高温ガスが流れるため
大口径配管となり、その配管の曲げや保温が困難であ
り、放熱ロスが大きく、発電装置全体の効率が低下する
問題点があった。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、小型
で設置面積が小さく、かつ放熱ロスが少ない一体型燃料
電池発電装置を提供することにある。
れ水平な隔壁を隔てて異なる2流体が流れるプレート型
の空気予熱器と、改質器と、燃料予熱器と、燃料電池と
が順次垂直に連結され、空気予熱器は、低温空気が流入
する第1マニホールドと、予熱された空気が流出する第
2マニホールドと、改質器の燃焼排ガスが流入する第3
マニホールドと、燃焼排ガスが流出する第4マニホール
ドとを有し、改質器は、燃料ガスが流入する第5マニホ
ールドと、改質ガスが流出する第6マニホールドと、ア
ノード排ガスが流入する第7マニホールドと、燃焼排ガ
スが流出する第8マニホールドと、空気が改質器をバイ
パスして流れる第9マニホールドとを有し、第7マニホ
ールドは前記第4マニホールドに、第8マニホールドは
前記第3マニホールドに、第9マニホールドは前記第2
マニホールドに、それぞれ連結され、燃料予熱器は、燃
料ガスが流入する第10マニホールドと、燃料ガスが流
出する第11マニホールドと、改質ガスが流入する第1
2マニホールドと、改質ガスが流出する第13マニホー
ルドと、空気が燃料予熱器をバイパスして流れる第14
マニホールドと、アノード排ガスが燃料予熱器をバイパ
スして流れる第15マニホールドとを有し、第11マニ
ホールドは前記第5マニホールドに、第12マニホール
ドは前記第6マニホールドに、第14マニホールドは前
記第9マニホールドに、第15マニホールドは前記第7
マニホールドに、それぞれ連結され、燃料電池は、カソ
ードガスが流入する第16マニホールドと、カソード排
ガスが流出する第17マニホールドと、アノードガスが
流入する第18マニホールドと、アノード排ガスが流出
する第19マニホールドとを有し、第17マニホールド
は前記第14マニホールドに、第18マニホールドは前
記第13マニホールドに、第19マニホールドは前記第
15マニホールドに、それぞれ連結され、燃料予熱器の
第10マニホールドには燃料ガスが導入され、空気予熱
器の第1マニホールドには低温空気が導入され、空気予
熱器の第2マニホールドと燃料電池の第16マニホール
ドの間には空気予熱器から燃料電池にカソードガスを循
環させる高温ブロアが設置され、燃料電池の第17マニ
ホールドからカソード排ガスがタービン圧縮機に供給さ
れる、ことを特徴とする一体型燃料電池発電装置が提供
される。
壁を隔てて異なる2流体が流れるプレート型の空気予熱
器と、改質器と、燃料予熱器と、燃料電池とが順次垂直
に連結されて一体の燃料電池発電装置を構成するので、
比較的小出力の場合でも設置面積を小さくすることがで
きる。また、各構成機器を連結する配管のほとんどが各
機器に設けられたマニホールドで直接連結されているの
で、大量の高温ガスが流れる大口径配管が少なくなり、
その配管の曲げや保温箇所も大幅に低減することがで
き、放熱ロスが低減し、発電装置全体の効率を向上させ
ることができる。
して説明する。なお、各図において共通する部分には同
一の符号を付し、重複する説明を省略する。図1は、本
発明による一体型燃料電池発電装置の全体構成図であ
る。この図において、本発明の一体型燃料電池発電装置
は、一点鎖線で囲む部分が一体に構成されている。な
お、この図で、9は燃料ガスに供給する水蒸気、35は
燃料ガス中の硫黄分を除去する脱硫器である。その他の
構成は、図3に示した従来の発電装置と同様である。
体斜視図である。この図において、本発明の一体型燃料
電池発電装置は、それぞれ水平な隔壁を隔てて異なる2
流体が流れるプレート型の空気予熱器32と、改質器1
0と、燃料予熱器11と、燃料電池20とが順次垂直に
連結されている。なお、図2では、図の明瞭化のために
それぞれの機器を間隔を開けて示しているが、これらは
互に密着され、溶接、フランジ、等により強固に連結さ
れている。また、一体化されたこれらの機器は、同一の
圧力容器(二点鎖線で示す)内に格納される。
1マニホールドM1と、予熱された空気が流出する第2
マニホールドM2と、改質器の燃焼排ガスが流入する第
3マニホールドM3と、燃焼排ガスが流出する第4マニ
ホールドM4とを有する。空気予熱器32は、水平な隔
壁を有するプレート型熱交換器であり、空気を燃焼排ガ
スで予熱するようになっている。
ニホールドM5と、改質ガスが流出する第6マニホール
ドM6と、アノード排ガスが流入する第7マニホールド
M7と、燃焼排ガスが流出する第8マニホールドM8
と、空気が改質器をバイパスして流れる第9マニホール
ドM9とを有する。改質器10は、水平な隔壁を隔てて
燃焼触媒と改質触媒が充填されたプレート型リホーマで
あり、アノード排ガスを空気で燃焼し、その熱で燃料ガ
スを改質ガスに変換するようになっている。
気予熱器の第4マニホールドM4に、第8マニホールド
は空気予熱器の第3マニホールドM3に、第9マニホー
ルドM9は空気予熱器の第2マニホールドM2に、それ
ぞれ連結されている。燃料予熱器11は、燃料ガスが流
入する第10マニホールドM10と、燃料ガスが流出す
る第11マニホールドM11と、改質ガスが流入する第
12マニホールドM12と、改質ガスが流出する第13
マニホールドM13と、空気が燃料予熱器をバイパスし
て流れる第14マニホールドM14と、アノード排ガス
が燃料予熱器をバイパスして流れる第15マニホールド
M15とを有する。燃料予熱器11は、水平な隔壁を有
するプレート型熱交換器であり、改質ガス(アノードガ
ス)により低温の燃料ガスを予熱するようになってい
る。
の第5マニホールドM5に、第12マニホールドM12
は改質器の第6マニホールドM6に、第14マニホール
ドM14は改質器の第9マニホールドM9に、第15マ
ニホールドM15は改質器の第7マニホールドM7に、
それぞれ連結されている。燃料電池20は、カソードガ
スが流入する第16マニホールドM16と、カソード排
ガスが流出する第17マニホールドM17と、アノード
ガスが流入する第18マニホールドM18と、アノード
排ガスが流出する第19マニホールドM19とを有す
る。燃料電池20は、上述したように、アノードガスと
カソードガスから電気を発電するようになっている。
熱器の第14マニホールドM14に、第18マニホール
ドM18は燃料予熱器の第13マニホールドM13に、
第19マニホールドM19は燃料予熱器の第15マニホ
ールドM15に、それぞれ連結されている。燃料予熱器
の第10マニホールドM10には燃料ガスが導入され、
空気予熱器の第1マニホールドM1には低温空気が導入
され、空気予熱器の第2マニホールドM2と燃料電池の
第16マニホールドM16の間には空気予熱器から燃料
電池にカソードガスを循環させる高温ブロア24が設置
され、燃料電池の第17マニホールドM17からカソー
ド排ガスがタービン圧縮機に供給される。
料電池発電装置と同様に、第10マニホールドM10か
ら供給された燃料ガス1を燃料予熱器11内で予熱し、
マニホールドM11、M5を介して供給された燃料ガス
1を改質器10内で改質ガス2に改質し、マニホールド
M6、M12を介して供給された改質ガス2を燃料予熱
器11内で冷却してアノードガス2として燃料電池20
の第18マニホールドM18に供給し、燃料電池内で反
応したアノード排ガス4をマニホールドM19、M15
を介して改質器10の第7マニホールドM7に供給し、
第9マニホールドM9から供給された空気と共に燃焼さ
せ、燃焼排ガス5をマニホールドM8、M3を介して空
気予熱器32に供給し、空気予熱器32で冷却して第4
マニホールドM4から凝縮器に導くことができる。ま
た、燃料電池20の第17マニホールドM17から出た
カソード排ガス7をタービン圧縮機のタービンに導き、
タービン圧縮機ので圧縮された空気6を空気予熱機32
の第1マニホールドM1に導き、空気予熱機32で予熱
した空気を高温ブロアを介して燃料電池20の第16マ
ニホールドM16に導くことができる。
電装置により、図3に示した従来の燃料電池発電装置と
同様の機能を果たすことができる。また、それぞれ水平
な隔壁を隔てて異なる2流体が流れるプレート型の空気
予熱器と、改質器と、燃料予熱器と、燃料電池とが順次
垂直に連結されて一体の燃料電池発電装置を構成するの
で、比較的小出力の場合でも設置面積を小さくすること
ができる。更に、各構成機器を連結する配管のほとんど
が各機器に設けられたマニホールドで連結されているの
で、大量の高温ガスが流れる大口径配管が少なくなり、
その配管の曲げや保温箇所も大幅に低減することがで
き、放熱ロスが低減し、発電装置全体の効率を向上させ
ることができる。
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変
更できることは勿論である。
池発電装置は、小型で設置面積が小さく、かつ放熱ロス
が少ない、等の優れた効果を有する。
成図である。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 それぞれ水平な隔壁を隔てて異なる2流
体が流れるプレート型の空気予熱器と、改質器と、燃料
予熱器と、燃料電池とが順次垂直に連結され、 空気予熱器は、低温空気が流入する第1マニホールド
と、予熱された空気が流出する第2マニホールドと、改
質器の燃焼排ガスが流入する第3マニホールドと、燃焼
排ガスが流出する第4マニホールドとを有し、 改質器は、燃料ガスが流入する第5マニホールドと、改
質ガスが流出する第6マニホールドと、アノード排ガス
が流入する第7マニホールドと、燃焼排ガスが流出する
第8マニホールドと、空気が改質器をバイパスして流れ
る第9マニホールドとを有し、第7マニホールドは前記
第4マニホールドに、第8マニホールドは前記第3マニ
ホールドに、第9マニホールドは前記第2マニホールド
に、それぞれ連結され、 燃料予熱器は、燃料ガスが流入する第10マニホールド
と、燃料ガスが流出する第11マニホールドと、改質ガ
スが流入する第12マニホールドと、改質ガスが流出す
る第13マニホールドと、空気が燃料予熱器をバイパス
して流れる第14マニホールドと、アノード排ガスが燃
料予熱器をバイパスして流れる第15マニホールドとを
有し、第11マニホールドは前記第5マニホールドに、
第12マニホールドは前記第6マニホールドに、第14
マニホールドは前記第9マニホールドに、第15マニホ
ールドは前記第7マニホールドに、それぞれ連結され、 燃料電池は、カソードガスが流入する第16マニホール
ドと、カソード排ガスが流出する第17マニホールド
と、アノードガスが流入する第18マニホールドと、ア
ノード排ガスが流出する第19マニホールドとを有し、
第17マニホールドは前記第14マニホールドに、第1
8マニホールドは前記第13マニホールドに、第19マ
ニホールドは前記第15マニホールドに、それぞれ連結
され、 燃料予熱器の第10マニホールドには燃料ガスが導入さ
れ、空気予熱器の第1マニホールドには低温空気が導入
され、空気予熱器の第2マニホールドと燃料電池の第1
6マニホールドの間には空気予熱器から燃料電池にカソ
ードガスを循環させる高温ブロアが設置され、燃料電池
の第17マニホールドからカソード排ガスがタービン圧
縮機に供給される、ことを特徴とする一体型燃料電池発
電装置
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JP10583394A Expired - Fee Related JP3700162B2 (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | 一体型燃料電池発電装置 |
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