JPS6185773A - 複合燃料電池発電設備 - Google Patents
複合燃料電池発電設備Info
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- JPS6185773A JPS6185773A JP59207061A JP20706184A JPS6185773A JP S6185773 A JPS6185773 A JP S6185773A JP 59207061 A JP59207061 A JP 59207061A JP 20706184 A JP20706184 A JP 20706184A JP S6185773 A JPS6185773 A JP S6185773A
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- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M2300/0008—Phosphoric acid-based
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- H01M2300/0051—Carbonates
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
- H01M8/2495—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies of fuel cells of different types
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
(発明の利用分野〕
本発明は、電解質に炭酸リチウム、炭酸カリウムなどの
炭酸塩を用いた溶融炭酸塩型燃料電池(以下、MFCと
いう)と、を解質にリン酸を用いたリン酸型燃料電池(
以下、PFCという)とを組み合わせた複合燃料電池発
電設備に関する。 〔発明の背景〕 電解質に炭酸リチウムや炭酸カリウムなくの炭酸塩を用
い、この炭酸塩が溶融状態になる600〜700℃で運
転する燃料電池は1MFCと呼ばれている。このMFC
は、高温で反応するため。 反応が活発で、白金などの高価な触媒を必要とせず、現
在実用化が進んでいるPFCに有害な一酸化炭素も使用
可能なため、使用燃料の幅が広くなる、さらに、M F
Cは排熱回収により石炭ガス化プロセスと組み合わせ
て約45%以上の熱効率が期待できる。このため、PF
Cが第一世代燃料電池と呼ばれるのに対し、次世代に実
用化できる有望な発電装置として、MFCは第二世代燃
料電池とも呼ばれている。 第11図に、雑誌IEPRI EM−1670Page
E−7FigE−3等に示されているMFCを用いた
燃料電池発電設備の従来技術を示す。 この第11図に示す燃料電池発電設備は、改質器反応管
3および改質器燃焼部4を有する改質器2と、改質ガス
とアノード排ガスのガス/ガスヒータ6と、アノード9
と電解質10とカソード11を有するMFC8と、アノ
ード排ガス用のガス/ガス熱交換器13と、同アノード
排ガス用のガス冷却器14と、ノックアウトドラム15
と、アノード排ガス用の圧縮機17と、カソード排ガス
用の圧縮機24と、空気予熱器29と、膨張タービン3
3と、蒸発器36およびffi炭器37を有する排熱回
収熱交換器35と、改質蒸気用の過熱s40と、ノック
アウトドラム15とガス冷却器14間の給水管に設けら
れた給水ポンプ46と、膨張タービン33に連結された
空気用の圧縮機47および発電機48等を備えている。 なお、第11図中、1は燃料、5は改質ガス。 7は反応ガス、12.16,18.19はアノード排ガ
ス、20は燃料ガス、21は圧縮空気と改質器燃焼部排
ガスとカソード循環ガスとの混合ガス、22はカソード
排ガス、23はカソードW環ガス、25は圧縮空気と改
質器燃焼部排ガスとの混合ガス、26は空気、27,2
8.30は圧縮空気、31.32はカソード排ガス、3
4はタービン排ガス、38は排熱回収熱交換器出口排ガ
ス。 39は改質蒸気、41は過熱蒸気、42,43゜44は
改質器燃焼部排ガス、45は給水である。 そして、この第11図に示す従来の燃料電池発電設備で
は、燃料1には天然ガスなどが使用され、その燃料1は
加圧されて改質器2に送ら九、この改質器2により改質
さ九、その改質ガス5はガス/ガスヒータ6を通り1反
応ガス7としてMFC8のアノード9へ供給される。 一方、空気26は膨張タービン33により駆動される圧
縮機47により圧縮された後、二つに分岐され、その一
方の圧縮空気27は後述の改質器燃焼部排ガスと混合さ
れ、他方の圧縮空気28は空気予熱器29で予熱され、
その空気30は燃料ガス20と混合される。 他方、炭酸ガスである改質器燃焼部排ガス42は二つに
分岐され、その一方の改質器燃焼部排ガス43は過熱器
40を通った後、圧縮空気27に混合され、他方の改質
器燃焼部排ガス44は空気予熱器29を通った後、同じ
圧縮空気27に混合される。 前記圧縮空気27は改質器燃焼部排ガス43゜44との
混合ガス25は、圧縮機24で加圧さ九たカソード循環
ガス23と混合され、これらの混合ガス21はMFC8
のカソード11へ供給される。 前記MFC8のアノード9には反応ガス7である水素ま
たは水素含有ガスが供給され、カソード11には空気と
炭酸ガスとの混合ガス21が供給される。そして、カソ
ード11では酸素と炭酸ガスとが電子を受は取って炭素
イオンとなり、電解質10中に入る。7ノード9では、
水素と電解質10中の炭酸イオンが反応して炭素ガスと
水を生成し、電子を放出する。つまり、カソード11で
炭酸ガスを生成する。 反応後のアノード排ガス12中には、水素、−酸化炭素
など、未反応の反応ガスが含まれているため、アノード
排ガス12を改質器用の燃料ガス20として改質器2へ
供給し、熱回収している。 MFC8では、作動温度が600〜750℃の高温で、
加圧下で行われているので、カソード排ガス22を膨張
タービン33で膨張させ、動力回収している。なお、タ
ービン排ガス34は熱回収されて系外へ排出される。 前述のごとく、MFC8では炭酸ガスをカソード11で
消費し、これをアノード9で生成するため、反応ガスの
利用率(7ノードで実際に消費される反応ガス量/アノ
ードへ供給される反応ガス量)を上昇させると、アノー
ド9で生成される炭酸ガスおよび水分のために反応ガス
が希釈される。 また、同時に燃料電池内での反応による反応ガスの消費
が進むため1反応ガスの反応に関与する成分の濃度が著
しく減少し、燃料電池の電圧が低下し、熱効率が低下す
ることが知られている。 第7図に、MFCの反応ガスの利用率と電池効率の関係
を示す。 反応ガスの利用率の増加に従って電池効率が低下するこ
とが分かる。燃料電池発電設備の効率は、(電池効率)
X(反応ガスの利用率)として表されるため、燃料電池
発電設備の熱効率を向上させるためには1反応ガスの利
用率を上げても電池効率の低下の少ない燃料電池を開発
すると同時に。 低い反応ガスの利用率でも高い熱効率が得られる熱回収
システムを開発することが重要である。 前述のMFCの特性に対して、PFCは反応ガスの利用
率について異なった特性を示す。 第8図に、PFCの反応ガスの利用率と電池効率の関係
を示す。 MFCが反応ガスの利用率の増加に従って電池効率が低
下するのに対し、PFCは反応ガスの利用率が増加して
も、反応ガス利用率が80%位までは一定の電池効率を
示し、その後反応ガス利用率が約90%付近で、電池効
率が急速に低下する。 これは、MFCは電池反応に関与する反応ガスの成分の
消費と同時に、アノードでの炭酸ガスと水の生成により
反応ガスの反応に関与する成分が著しく減少するのに対
し、PFCはアノードでは反応ガスの消費だけで1反応
に関与しない成分の生成による反応ガスの希釈は起こら
ないためである。 第9図に、PFCの特性として1反応ガスの水素濃度と
電池効率の関係について示す。 この第9図から反応ガス中の水素濃度の増加に従い、電
池効率はリニアに増加していることが分かる。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、MFCとPFCの特性を利用して設備
全体の熱効率を向上させ得る複合燃料電池発電設備を提
供するにあり1本発明の他の目的は燃料として天然ガス
等を有効に利用して運転可能な複合燃料電池発電設備を
提供するにある。 〔発明の概要〕 本発明の1番目の発明は、MFCとPFCとを連続的に
組み合わせ、MFCのアノード排ガスをPFCの燃料と
して使用するように構成したところに特徴を有するもの
で、この構成により、 NFCの熱効率を高くするため
に反応ガス利用率を下げても、MFCのアノード排ガス
をPFCにおいて高い反応ガス利用率で再び利用できる
ため、設備全体の熱効率を向上させることができる。 本発明の2番目の発明は、前記1番目の発明において、
MFCとPFCの他にシフトコンバータを連続的に組み
合わせ、MFCの7ノード排ガスをシフトコンバータへ
導入し、シフトコンバータにて一酸化炭素と水分から二
酸化炭素と水素を生成するシフト反応を行った後の反応
ガスを前記PFCの燃料として使用するように構成した
ところに特徴を有するもので、この構成により、燃料ガ
ス中の一酸化炭素をPFCに対して全く無害な二酸化炭
素にするとともに、燃料としても利用可能な水素を生成
させることができ、したがって燃料として天然ガス等を
有効に使用して運転することができる。
炭酸塩を用いた溶融炭酸塩型燃料電池(以下、MFCと
いう)と、を解質にリン酸を用いたリン酸型燃料電池(
以下、PFCという)とを組み合わせた複合燃料電池発
電設備に関する。 〔発明の背景〕 電解質に炭酸リチウムや炭酸カリウムなくの炭酸塩を用
い、この炭酸塩が溶融状態になる600〜700℃で運
転する燃料電池は1MFCと呼ばれている。このMFC
は、高温で反応するため。 反応が活発で、白金などの高価な触媒を必要とせず、現
在実用化が進んでいるPFCに有害な一酸化炭素も使用
可能なため、使用燃料の幅が広くなる、さらに、M F
Cは排熱回収により石炭ガス化プロセスと組み合わせ
て約45%以上の熱効率が期待できる。このため、PF
Cが第一世代燃料電池と呼ばれるのに対し、次世代に実
用化できる有望な発電装置として、MFCは第二世代燃
料電池とも呼ばれている。 第11図に、雑誌IEPRI EM−1670Page
E−7FigE−3等に示されているMFCを用いた
燃料電池発電設備の従来技術を示す。 この第11図に示す燃料電池発電設備は、改質器反応管
3および改質器燃焼部4を有する改質器2と、改質ガス
とアノード排ガスのガス/ガスヒータ6と、アノード9
と電解質10とカソード11を有するMFC8と、アノ
ード排ガス用のガス/ガス熱交換器13と、同アノード
排ガス用のガス冷却器14と、ノックアウトドラム15
と、アノード排ガス用の圧縮機17と、カソード排ガス
用の圧縮機24と、空気予熱器29と、膨張タービン3
3と、蒸発器36およびffi炭器37を有する排熱回
収熱交換器35と、改質蒸気用の過熱s40と、ノック
アウトドラム15とガス冷却器14間の給水管に設けら
れた給水ポンプ46と、膨張タービン33に連結された
空気用の圧縮機47および発電機48等を備えている。 なお、第11図中、1は燃料、5は改質ガス。 7は反応ガス、12.16,18.19はアノード排ガ
ス、20は燃料ガス、21は圧縮空気と改質器燃焼部排
ガスとカソード循環ガスとの混合ガス、22はカソード
排ガス、23はカソードW環ガス、25は圧縮空気と改
質器燃焼部排ガスとの混合ガス、26は空気、27,2
8.30は圧縮空気、31.32はカソード排ガス、3
4はタービン排ガス、38は排熱回収熱交換器出口排ガ
ス。 39は改質蒸気、41は過熱蒸気、42,43゜44は
改質器燃焼部排ガス、45は給水である。 そして、この第11図に示す従来の燃料電池発電設備で
は、燃料1には天然ガスなどが使用され、その燃料1は
加圧されて改質器2に送ら九、この改質器2により改質
さ九、その改質ガス5はガス/ガスヒータ6を通り1反
応ガス7としてMFC8のアノード9へ供給される。 一方、空気26は膨張タービン33により駆動される圧
縮機47により圧縮された後、二つに分岐され、その一
方の圧縮空気27は後述の改質器燃焼部排ガスと混合さ
れ、他方の圧縮空気28は空気予熱器29で予熱され、
その空気30は燃料ガス20と混合される。 他方、炭酸ガスである改質器燃焼部排ガス42は二つに
分岐され、その一方の改質器燃焼部排ガス43は過熱器
40を通った後、圧縮空気27に混合され、他方の改質
器燃焼部排ガス44は空気予熱器29を通った後、同じ
圧縮空気27に混合される。 前記圧縮空気27は改質器燃焼部排ガス43゜44との
混合ガス25は、圧縮機24で加圧さ九たカソード循環
ガス23と混合され、これらの混合ガス21はMFC8
のカソード11へ供給される。 前記MFC8のアノード9には反応ガス7である水素ま
たは水素含有ガスが供給され、カソード11には空気と
炭酸ガスとの混合ガス21が供給される。そして、カソ
ード11では酸素と炭酸ガスとが電子を受は取って炭素
イオンとなり、電解質10中に入る。7ノード9では、
水素と電解質10中の炭酸イオンが反応して炭素ガスと
水を生成し、電子を放出する。つまり、カソード11で
炭酸ガスを生成する。 反応後のアノード排ガス12中には、水素、−酸化炭素
など、未反応の反応ガスが含まれているため、アノード
排ガス12を改質器用の燃料ガス20として改質器2へ
供給し、熱回収している。 MFC8では、作動温度が600〜750℃の高温で、
加圧下で行われているので、カソード排ガス22を膨張
タービン33で膨張させ、動力回収している。なお、タ
ービン排ガス34は熱回収されて系外へ排出される。 前述のごとく、MFC8では炭酸ガスをカソード11で
消費し、これをアノード9で生成するため、反応ガスの
利用率(7ノードで実際に消費される反応ガス量/アノ
ードへ供給される反応ガス量)を上昇させると、アノー
ド9で生成される炭酸ガスおよび水分のために反応ガス
が希釈される。 また、同時に燃料電池内での反応による反応ガスの消費
が進むため1反応ガスの反応に関与する成分の濃度が著
しく減少し、燃料電池の電圧が低下し、熱効率が低下す
ることが知られている。 第7図に、MFCの反応ガスの利用率と電池効率の関係
を示す。 反応ガスの利用率の増加に従って電池効率が低下するこ
とが分かる。燃料電池発電設備の効率は、(電池効率)
X(反応ガスの利用率)として表されるため、燃料電池
発電設備の熱効率を向上させるためには1反応ガスの利
用率を上げても電池効率の低下の少ない燃料電池を開発
すると同時に。 低い反応ガスの利用率でも高い熱効率が得られる熱回収
システムを開発することが重要である。 前述のMFCの特性に対して、PFCは反応ガスの利用
率について異なった特性を示す。 第8図に、PFCの反応ガスの利用率と電池効率の関係
を示す。 MFCが反応ガスの利用率の増加に従って電池効率が低
下するのに対し、PFCは反応ガスの利用率が増加して
も、反応ガス利用率が80%位までは一定の電池効率を
示し、その後反応ガス利用率が約90%付近で、電池効
率が急速に低下する。 これは、MFCは電池反応に関与する反応ガスの成分の
消費と同時に、アノードでの炭酸ガスと水の生成により
反応ガスの反応に関与する成分が著しく減少するのに対
し、PFCはアノードでは反応ガスの消費だけで1反応
に関与しない成分の生成による反応ガスの希釈は起こら
ないためである。 第9図に、PFCの特性として1反応ガスの水素濃度と
電池効率の関係について示す。 この第9図から反応ガス中の水素濃度の増加に従い、電
池効率はリニアに増加していることが分かる。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、MFCとPFCの特性を利用して設備
全体の熱効率を向上させ得る複合燃料電池発電設備を提
供するにあり1本発明の他の目的は燃料として天然ガス
等を有効に利用して運転可能な複合燃料電池発電設備を
提供するにある。 〔発明の概要〕 本発明の1番目の発明は、MFCとPFCとを連続的に
組み合わせ、MFCのアノード排ガスをPFCの燃料と
して使用するように構成したところに特徴を有するもの
で、この構成により、 NFCの熱効率を高くするため
に反応ガス利用率を下げても、MFCのアノード排ガス
をPFCにおいて高い反応ガス利用率で再び利用できる
ため、設備全体の熱効率を向上させることができる。 本発明の2番目の発明は、前記1番目の発明において、
MFCとPFCの他にシフトコンバータを連続的に組み
合わせ、MFCの7ノード排ガスをシフトコンバータへ
導入し、シフトコンバータにて一酸化炭素と水分から二
酸化炭素と水素を生成するシフト反応を行った後の反応
ガスを前記PFCの燃料として使用するように構成した
ところに特徴を有するもので、この構成により、燃料ガ
ス中の一酸化炭素をPFCに対して全く無害な二酸化炭
素にするとともに、燃料としても利用可能な水素を生成
させることができ、したがって燃料として天然ガス等を
有効に使用して運転することができる。
以下1本発明の実施例を図面により説明する。
第1図は、本発明の第1の実施例を示す。
この第1の実施例のものは、改質器反応管3および改質
器燃焼部4を有する改質lI2と、アノード9と電解質
10とカソード11とを有するMFC8と、ガス/ガス
熱交換器13と、シフトコンバータ49と、アノード5
2と電解質53とカソード54とを有するPFC51と
、膨張タービン33と、これに連結された発電機48お
よび圧縮機24,47.56と、排熱回収ボイラ35と
。 過熱器40と、気水分離器59と、給水ポンプ46等を
備えている。 そして、この実施例ではシフトコンバータ49は、MF
C8とPFC51との間に設置され。 MFC8とはガス/ガス熱交換1113を介して接続さ
れ、PFC51とは直接接続されている。 なお、第1図中、1は燃料、5は反応ガス、12はMF
Cのアノード排ガス、22は同カソード排ガス、23は
MFCのカソード循環ガス。 32はMFCから出るカソード排ガス、34は膨張ター
ビンから出るカソード排ガス、38は排熱回収熱交換器
出口排ガス、39は改質蒸気、41は過熱蒸気、50は
シフトコンバータからPFCへ入れる反応ガス、55は
PFCのアノード排ガス、57は圧縮空気、58はPF
Cのカソード排ガス、60は気水分離器で分離された水
、61はPFCから出て圧縮機で圧縮されかつMFCの
カソードへ入れるカソード排ガス、62はPFCのカソ
ードへ入れるカソード排ガス、63は改質器排ガス、6
4は圧縮器から改質器燃焼部へ送る圧縮空気である。 前記改質器2には、燃料1として約10〜12kg/c
sfに加圧された天然ガス等が供給される。 一方、排熱回収ボイラ35で蒸気39が生成され、この
蒸気39は過熱器40で過熱され、その過熱蒸気41は
前記改質器2に供給される。 前記改質器2では、改質器反応管3で燃料1が過熱蒸気
41と改質反応を起こし、メタンを主成分とするガスが
水素および一酸化炭素を主成分とするガスに改質される
。 前記改質された水素および一酸化炭素を主成分とする反
応ガス5は、MFC8のアノード9へ供給される。 前記MFC8は、燃料電池セルの積層体で構成され、各
燃料電池セルは正極と負極とこれら両極の間に配置され
た電解質10とを有して構成されている。前記正極と、
この正極の非電解質側に設けられたガス通路とでカソー
ド11が構成されている。前記負極と、この負極の非電
解質側に設けられたガス通路とでアノード9が構成され
ている。 前記電解質10には、炭酸リチウム、炭酸カリウム等の
炭酸塩を用い、この炭酸塩が溶融状態になる温度で運転
される。 前記MFC8のアノード9へ供給された反応ガス5は、
カソード11へ供給される空気と炭酸ガスの混合ガスと
反応する。MFC8のカソード11では、前記混合ガス
が電子を受は取って炭酸イオンとなり、電解質10中へ
入る。前記MFC8のアノード9では、水素と電解質1
0中の炭酸イオンが反応して炭酸ガスおよび水が生成さ
れ、電子を放出する。この結果、MFC8のアノード9
からカソード11へ電子が移動し、電流が発生する。 MFC8のアノード排ガス12は、ガス/ガス熱交換器
13にて熱交換して冷却され、シフトコンバータ49へ
送られる。 MFC8では、前述のごとく、アノード9において水が
生成されるため、アノード排ガス12中には水分が含ま
れている。前記シフトコンバータ49では、このアノー
ド排ガス12中の水分と一酸化炭素から水素と二酸化炭
素を生成するシフト反応を行い、PFC51へ供給する
反応ガス50を生成する。すなわち、 CO+H,0−)Co、+H。 により、アノード排ガス12中の一酸化炭素をPFC5
1に対して無害な二酸化炭素にするとともに、燃料とし
て利用できる水素を生成する。 前記PFC51は、アノード52、電解質53およびカ
ソード54により構成されており、電解質53にはリン
酸が用いられている他は、前記MFC8と同様である。 前記MFC8は電解質10である炭酸塩が溶融状態とな
るように、約650℃と高温で作動するのに対し、PF
C51は約200℃と比較的低温で作動する。 したがって、この実施例のように、シフトコンバータ4
9をMFC8とPFC51の間に設けたことにより、例
えばMFC8の作動温度を600〜650℃とした時、
シフトコンバータ49の作動温度を250〜350℃、
PFC51の約200℃とすることができ、MFC8,
シフトコンバータ49およびPFC51をそれぞれ合理
的な温度で反応作用させることができる。 前記PFC51のアノード52へ供給された反応ガス5
0は、この反応ガス50中の水素が電子を放出して水素
イオンとなり、電解質53中へ入る、PFC51のカソ
ード54では、水素イオンと酸素が反応して電子を受は
取り、水を生成する。 その結果、アノード52からカソード54へ電子が移動
し、電流が発生する。 PFC51のアノード排ガス55は、ガス/ガス熱交換
器13にて熱交換することによって過熱され、第1図中
に符号■で示すように改質器燃焼部4へ送られる。 一方、圧縮機56により空気が約7−/dに加圧され、
その圧縮空気57はPFC51のカソード54へ供給さ
れる。また、前記圧縮空気57の一部が分岐され、この
分岐された圧縮空気64は第1図中に符号■で示すよう
に改質器燃焼部4へ送られる。 PFC:51のカソード排ガス58は、気水分離器59
にて冷却され、このカソード排ガス58中の水分が除去
された後、圧縮機47へ送られる。 また、カソード排ガス58から分離された水60は給水
ポンプ46により排熱口取ボイラ35へ送られ、ここで
改質蒸気39とされ、改質器2に供給される。 前記圧縮機47により約10m/dに加圧されたカソー
ド排ガス61は、ガス中に未だ多量の未反応酸素を含ん
でいるため1MFC8のカソード11へ送られ、電池反
応に使われる。また、この実施例ではPFC51を空冷
式としているので、前記圧縮機47で加圧されたカソー
ド排ガス61の一部を分岐し、分岐されたカソード排ガ
ス62を電池冷却用としてPFC51のカソード54へ
戻し、再循環させている。 MFC8のカソード11へは、PFC51のカソード排
ガス62の他に、炭酸ガス供給用として改質l12の排
ガス63が送られる。 電池反応後のMFC8のカソード排ガス22は分岐され
、その一方のカソード排ガス31は圧縮機24に送られ
、加圧されてMFC8のカソード11へ戻され、電池冷
却のために再循環される。 他方のカソード排ガス32は、膨張タービン33にて仕
事をし、圧縮機24,47.56を駆動する。そして、
膨張タービン33を出たカソード排ガス34は排熱回収
ボイラ35にて熱回取されてから系外へ放出される。 改質器2により燃料1を水素および一酸化炭素を主成分
とするガスに改質する反応は、吸熱反応であり、外部か
ら熱を与える必要がある。この実施例では、改質器燃焼
部4の燃料としてPFC51の7ノード排ガス55を供
給し、燃焼用空気として圧縮機56で加圧された圧縮空
気64を供給し、改質器燃焼部4において燃焼反応を行
っている。 MFC8およびPFC51は、そのいずれも反応ガスの
圧力が高い程、熱効率が高くなる。そこで、この実施例
においても、MFC8およびPFC51に入れる反応ガ
スを加圧するように構成されている。 前記第11図に示した従来の燃料電池発電設備では、燃
料1は改質器2→MFC8のアノード9→改質器燃焼部
4の順に送られ、アノード排ガス12は改質器2で燃焼
し、改質反応に必要な熱を供給し、膨張タービン33で
仕事をするだけであつたが、第11i!itに示す本発
明の第1の実施例では、燃料1は改質器2→MFC8の
アノード9→シフトコンバータ49→PFC51のアノ
ード52→改質器燃焼部4の順に送られ、MFC8のア
ノード排ガス12は改質器2で燃焼し、改質反応に熱を
供給し、膨張タービン33で仕事をする他に。 さらにPFC:51で電気を発生させる。 燃料電池の特性として前述のように、MFC8は反応ガ
スの利用率の増加に従い、電池効率が低下するのに対し
、PFC51は反応ガスの利用率を増加させても、電池
効率はほぼ一定となる。また、燃料電池発電設備の効率
は、(電池効率)×(反応ガスの利用率)で表され、第
11図に示した従来の燃料電池発電設備では電池効率を
高くするために反応ガスの利用率を下げると、改質器2
への燃料の熱量が増加するだけで、結局系外への熱損失
が増加することになり、設備全体の熱効率を向上させる
ことができなかった。これに対して。 第1図に示す本発明の第1の実施例においては、MFC
8の反応ガスの利用率を下げて、ffi池効率の高い状
態でMFC8を運転し、さらにMFC8のアノード排ガ
ス12をPFC51で使用して発電するため、改質器2
への燃料の熱量は一定であり、またPFC51は燃料の
利用率を上げても電池効率はほぼ一定となるので、設備
全体の熱効率を向上させることができる。 燃料電池の燃料として電池反応に使われるガスの成分は
、各燃料電池によって異なる。MFC8では水素と一酸
化炭素が電池反応に使われるのに対し、PFC51では
電池反応に使われる燃料の成分は水素のみであり、燃料
ガス中に一酸化炭素が含まれていると電極の触媒である
白金が被毒するため、PFC51の燃料ガス中には一酸
化炭素は含まれていてはならない。 第1図に示す本発明の第1の実施例では、MFC8の7
ノード排ガス12には一酸化炭素が含まれているため、
この7ノード排ガス12をそのままPFC51の反応ガ
スとして使用することができず、7ノード排ガス12中
の一酸化炭素を二酸化炭素に転換する必要がある。一方
、MFC:8のアノード排ガス12中には電池反応によ
り生成された水分が含まれている。したがって、シフト
コンバータ49でシフト反応 (CO+HmO−+C:O,+H,) を行わせるための水分を外部から供給する必要がなく、
シンプルな構成で、PFC51に供給する反応ガス50
を生成することができる。 第2図は、本発明の第2の実施例を示す。 この第2の実施例のものは、前記第1の実施例に示した
設備とほとんど同じであるが、改質器燃焼部への空気供
給の仕方が異なっている。 つまり、圧縮機47で加圧された圧縮空気としてのカソ
ード排ガス61を改質器燃焼部4へ送って使用している
。 なお、改質器燃焼部4への空気供給源としては、設備内
の幾つかの空気取り出し点が考えられるが、この第2の
実施例はそのうちの一つの例である。 第3図は、本発明の第3の実施例を示す。 この第3の実施例のものは、前記第1.第2の実施例と
はMFCのカソードへの炭酸ガスの供給、および改質器
への空気供給の仕方が異なっている。 すなわち、MFC8のカソード11への炭酸ガスの供給
は、アノード排ガス12中の一部を分岐し、この分岐さ
れたアノード排ガス66を触媒バーナ67へ導き、圧縮
機47により加圧されたPFC51のカソード排ガス6
1と燃焼させ、炭酸ガス68を生成し、これをMFC8
のカソード11へ送るようにしている。 一方1MFC8のカソード排ガス22は分岐され、その
一部は改質器燃焼部4に送られ、他の一部はMFC8の
冷却のために再循環される。 改質器燃焼部4では、PFC51の7ノード排ガス55
と、MFC8のカソード排ガス22とが燃焼反応し、燃
料1の改質反応に必要な熱を与えふ後、改質器排ガス6
3は膨張タービン33、排熱回収ボイラ35により熱回
収させ、系外へ放出される。 第4図は、本発明の第4の実施例を示す。 前記第1〜第3の実施例のものは、空冷MFCと空冷P
FCの組み合わせであるのに対し、この第4実施例のも
のは空冷MFCと水冷PFCの組み合わせである。 PFCの冷却系統としては、給水ポンプ46により冷却
水70がPFC51へ送られ、このPFC51と熱交換
してこれを冷却するとともに、冷却水70は過熱されて
気水分離器69へ送られる。 気水分離器69では、水が蒸気となるための潜熱により
水が冷却され、その冷却水70は再びPFC51へ送ら
れる。また、気水分離1169で発生した蒸気は、ガス
/ガス熱交換器71で過熱され、改質器2へ改質蒸気3
9として送られる。 この第4の実施例において、PFCの冷却系統以外の構
成2作用は前記第1の実施例と同様である。 第5図は、本発明の第5の実施例を示すもので、圧縮機
47で加圧された圧縮空気としてのPFC51のカソー
ド排ガス61の一部を分岐し、このカソード排ガス61
を改質器燃焼部4へ送り、使用している。 この第5の実施例の他の構成1作用は、前記第4の実施
例と同様である。 第6図は、本発明の第6の実施例を示すもので、PFC
51を空冷PFCに代えて水冷PFCとし、PFCの冷
却系統を変えた他は、前記第3の実施例と同様である。 次に、第10図は本発明複合燃料電池設備の特性を、従
来技術と比較して示す。 前記第11図に示した従来技術では、電池効率は55%
、反応ガス利用率は74.5%、改質器の熱効率は13
1.4%であり、燃料電池の熱効率は(電池効率)×(
反応ガスの利用率)×(改質器の熱効率)として表され
、直流として53.8%。 直流/交流変換器のロスを差し引いて燃料1の入熱の5
2.8%の燃料電池電気出力(第10図中に符号72で
示す)を発生する。燃料電池で電気出力を発生した残り
のエネルギー46.2%は、カソード排ガスの顕熱、7
ノード排ガス中の顕熱。 未反応ガスの反応熱として熱回収サイクルへ供給される
が、膨張タービンの熱効率が低いため、膨張タービンで
は燃料1の入熱の9.4%の電気出力(第10図中に符
号73で示す)しか発生しなかった。したがって、従来
技術では、!備全体として燃料入熱の62.2%の電気
出力を発生する。 本発明によれば、MFCでの反応ガスの利用率を60%
とすることにより、電池効率57.4%と第7図に示す
特性に従って上昇する。改質器の熱効率は同一であるの
で、反応ガス利用率を19.5%低下させても、燃料電
池の出力比は15.9%しか低下せず、直流として45
.3%の電気出力を発生し、交流として44.4%の電
気出力(第10図中に符号74で示す)を発生する。 本発明において、MFCで電気を発生した残りのエネル
ギーである燃料入熱の54.7%は、MFCの反応ガス
の利用率を下げたことにより。 その多くが未反応ガスの反応熱となっているため、未反
応ガス(MFCのアノード排ガス)をPFCに使うこと
により、直流として22.3%、交流左して21.9%
の電気出力(第10図中に符号75で示す)を発生する
。したがって、設備全体としては第10図から分かるよ
うに、燃料入熱の66.3%の電気出力を発生させるこ
とができ。 従来の燃料電池発電設備に比べ、相対値6.6%。 熱効率が向上する。 従来技術では、MFCで電気を発生した残りのエネルギ
ーの約20%しか電気出力となっていないのに対し1本
発明においては約40%が電気出力となっている。この
ため、MFCの反応ガス利用率を下げても、MFCを高
い電池効率で運転でき、またMFCで電気を発生した残
りのエネルギーをPFCで有効に熱回収できるので、設
備全体の熱効率を向上させることができる。 〔発明の効果〕 以上説明した本発明の1番目の発明によれば、MFCと
PFCとを連続的に組み会わせ、MFCのアノード排ガ
スをPFCの燃料として使用するように構成しており、
MFCとPFCの特性を有効に利用して設備全体の熱効
率を向上させ得る効果がある。 また、本発明の2番目の発明によれば、前記1番目の発
明において、MFCとPFCの他のシフトコンバータを
連続的に組み合わせ、MFCの7ノード排ガスをシフト
コンバータへ導入し、シフトコンバータにより一酸化炭
素と水分から二酸化炭素と水素を生成するシフト反応を
行った後の反応ガスをPFCの燃料として使用するよう
に構成しているので、燃料ガス中の一酸化炭素をPFC
に対して全く無害な二酸化炭素にするとともに。 燃料としても利用可能な水素を生成させることができる
結果、燃料として天然ガス等を有効に使用して運転し得
る効果がある。
器燃焼部4を有する改質lI2と、アノード9と電解質
10とカソード11とを有するMFC8と、ガス/ガス
熱交換器13と、シフトコンバータ49と、アノード5
2と電解質53とカソード54とを有するPFC51と
、膨張タービン33と、これに連結された発電機48お
よび圧縮機24,47.56と、排熱回収ボイラ35と
。 過熱器40と、気水分離器59と、給水ポンプ46等を
備えている。 そして、この実施例ではシフトコンバータ49は、MF
C8とPFC51との間に設置され。 MFC8とはガス/ガス熱交換1113を介して接続さ
れ、PFC51とは直接接続されている。 なお、第1図中、1は燃料、5は反応ガス、12はMF
Cのアノード排ガス、22は同カソード排ガス、23は
MFCのカソード循環ガス。 32はMFCから出るカソード排ガス、34は膨張ター
ビンから出るカソード排ガス、38は排熱回収熱交換器
出口排ガス、39は改質蒸気、41は過熱蒸気、50は
シフトコンバータからPFCへ入れる反応ガス、55は
PFCのアノード排ガス、57は圧縮空気、58はPF
Cのカソード排ガス、60は気水分離器で分離された水
、61はPFCから出て圧縮機で圧縮されかつMFCの
カソードへ入れるカソード排ガス、62はPFCのカソ
ードへ入れるカソード排ガス、63は改質器排ガス、6
4は圧縮器から改質器燃焼部へ送る圧縮空気である。 前記改質器2には、燃料1として約10〜12kg/c
sfに加圧された天然ガス等が供給される。 一方、排熱回収ボイラ35で蒸気39が生成され、この
蒸気39は過熱器40で過熱され、その過熱蒸気41は
前記改質器2に供給される。 前記改質器2では、改質器反応管3で燃料1が過熱蒸気
41と改質反応を起こし、メタンを主成分とするガスが
水素および一酸化炭素を主成分とするガスに改質される
。 前記改質された水素および一酸化炭素を主成分とする反
応ガス5は、MFC8のアノード9へ供給される。 前記MFC8は、燃料電池セルの積層体で構成され、各
燃料電池セルは正極と負極とこれら両極の間に配置され
た電解質10とを有して構成されている。前記正極と、
この正極の非電解質側に設けられたガス通路とでカソー
ド11が構成されている。前記負極と、この負極の非電
解質側に設けられたガス通路とでアノード9が構成され
ている。 前記電解質10には、炭酸リチウム、炭酸カリウム等の
炭酸塩を用い、この炭酸塩が溶融状態になる温度で運転
される。 前記MFC8のアノード9へ供給された反応ガス5は、
カソード11へ供給される空気と炭酸ガスの混合ガスと
反応する。MFC8のカソード11では、前記混合ガス
が電子を受は取って炭酸イオンとなり、電解質10中へ
入る。前記MFC8のアノード9では、水素と電解質1
0中の炭酸イオンが反応して炭酸ガスおよび水が生成さ
れ、電子を放出する。この結果、MFC8のアノード9
からカソード11へ電子が移動し、電流が発生する。 MFC8のアノード排ガス12は、ガス/ガス熱交換器
13にて熱交換して冷却され、シフトコンバータ49へ
送られる。 MFC8では、前述のごとく、アノード9において水が
生成されるため、アノード排ガス12中には水分が含ま
れている。前記シフトコンバータ49では、このアノー
ド排ガス12中の水分と一酸化炭素から水素と二酸化炭
素を生成するシフト反応を行い、PFC51へ供給する
反応ガス50を生成する。すなわち、 CO+H,0−)Co、+H。 により、アノード排ガス12中の一酸化炭素をPFC5
1に対して無害な二酸化炭素にするとともに、燃料とし
て利用できる水素を生成する。 前記PFC51は、アノード52、電解質53およびカ
ソード54により構成されており、電解質53にはリン
酸が用いられている他は、前記MFC8と同様である。 前記MFC8は電解質10である炭酸塩が溶融状態とな
るように、約650℃と高温で作動するのに対し、PF
C51は約200℃と比較的低温で作動する。 したがって、この実施例のように、シフトコンバータ4
9をMFC8とPFC51の間に設けたことにより、例
えばMFC8の作動温度を600〜650℃とした時、
シフトコンバータ49の作動温度を250〜350℃、
PFC51の約200℃とすることができ、MFC8,
シフトコンバータ49およびPFC51をそれぞれ合理
的な温度で反応作用させることができる。 前記PFC51のアノード52へ供給された反応ガス5
0は、この反応ガス50中の水素が電子を放出して水素
イオンとなり、電解質53中へ入る、PFC51のカソ
ード54では、水素イオンと酸素が反応して電子を受は
取り、水を生成する。 その結果、アノード52からカソード54へ電子が移動
し、電流が発生する。 PFC51のアノード排ガス55は、ガス/ガス熱交換
器13にて熱交換することによって過熱され、第1図中
に符号■で示すように改質器燃焼部4へ送られる。 一方、圧縮機56により空気が約7−/dに加圧され、
その圧縮空気57はPFC51のカソード54へ供給さ
れる。また、前記圧縮空気57の一部が分岐され、この
分岐された圧縮空気64は第1図中に符号■で示すよう
に改質器燃焼部4へ送られる。 PFC:51のカソード排ガス58は、気水分離器59
にて冷却され、このカソード排ガス58中の水分が除去
された後、圧縮機47へ送られる。 また、カソード排ガス58から分離された水60は給水
ポンプ46により排熱口取ボイラ35へ送られ、ここで
改質蒸気39とされ、改質器2に供給される。 前記圧縮機47により約10m/dに加圧されたカソー
ド排ガス61は、ガス中に未だ多量の未反応酸素を含ん
でいるため1MFC8のカソード11へ送られ、電池反
応に使われる。また、この実施例ではPFC51を空冷
式としているので、前記圧縮機47で加圧されたカソー
ド排ガス61の一部を分岐し、分岐されたカソード排ガ
ス62を電池冷却用としてPFC51のカソード54へ
戻し、再循環させている。 MFC8のカソード11へは、PFC51のカソード排
ガス62の他に、炭酸ガス供給用として改質l12の排
ガス63が送られる。 電池反応後のMFC8のカソード排ガス22は分岐され
、その一方のカソード排ガス31は圧縮機24に送られ
、加圧されてMFC8のカソード11へ戻され、電池冷
却のために再循環される。 他方のカソード排ガス32は、膨張タービン33にて仕
事をし、圧縮機24,47.56を駆動する。そして、
膨張タービン33を出たカソード排ガス34は排熱回収
ボイラ35にて熱回取されてから系外へ放出される。 改質器2により燃料1を水素および一酸化炭素を主成分
とするガスに改質する反応は、吸熱反応であり、外部か
ら熱を与える必要がある。この実施例では、改質器燃焼
部4の燃料としてPFC51の7ノード排ガス55を供
給し、燃焼用空気として圧縮機56で加圧された圧縮空
気64を供給し、改質器燃焼部4において燃焼反応を行
っている。 MFC8およびPFC51は、そのいずれも反応ガスの
圧力が高い程、熱効率が高くなる。そこで、この実施例
においても、MFC8およびPFC51に入れる反応ガ
スを加圧するように構成されている。 前記第11図に示した従来の燃料電池発電設備では、燃
料1は改質器2→MFC8のアノード9→改質器燃焼部
4の順に送られ、アノード排ガス12は改質器2で燃焼
し、改質反応に必要な熱を供給し、膨張タービン33で
仕事をするだけであつたが、第11i!itに示す本発
明の第1の実施例では、燃料1は改質器2→MFC8の
アノード9→シフトコンバータ49→PFC51のアノ
ード52→改質器燃焼部4の順に送られ、MFC8のア
ノード排ガス12は改質器2で燃焼し、改質反応に熱を
供給し、膨張タービン33で仕事をする他に。 さらにPFC:51で電気を発生させる。 燃料電池の特性として前述のように、MFC8は反応ガ
スの利用率の増加に従い、電池効率が低下するのに対し
、PFC51は反応ガスの利用率を増加させても、電池
効率はほぼ一定となる。また、燃料電池発電設備の効率
は、(電池効率)×(反応ガスの利用率)で表され、第
11図に示した従来の燃料電池発電設備では電池効率を
高くするために反応ガスの利用率を下げると、改質器2
への燃料の熱量が増加するだけで、結局系外への熱損失
が増加することになり、設備全体の熱効率を向上させる
ことができなかった。これに対して。 第1図に示す本発明の第1の実施例においては、MFC
8の反応ガスの利用率を下げて、ffi池効率の高い状
態でMFC8を運転し、さらにMFC8のアノード排ガ
ス12をPFC51で使用して発電するため、改質器2
への燃料の熱量は一定であり、またPFC51は燃料の
利用率を上げても電池効率はほぼ一定となるので、設備
全体の熱効率を向上させることができる。 燃料電池の燃料として電池反応に使われるガスの成分は
、各燃料電池によって異なる。MFC8では水素と一酸
化炭素が電池反応に使われるのに対し、PFC51では
電池反応に使われる燃料の成分は水素のみであり、燃料
ガス中に一酸化炭素が含まれていると電極の触媒である
白金が被毒するため、PFC51の燃料ガス中には一酸
化炭素は含まれていてはならない。 第1図に示す本発明の第1の実施例では、MFC8の7
ノード排ガス12には一酸化炭素が含まれているため、
この7ノード排ガス12をそのままPFC51の反応ガ
スとして使用することができず、7ノード排ガス12中
の一酸化炭素を二酸化炭素に転換する必要がある。一方
、MFC:8のアノード排ガス12中には電池反応によ
り生成された水分が含まれている。したがって、シフト
コンバータ49でシフト反応 (CO+HmO−+C:O,+H,) を行わせるための水分を外部から供給する必要がなく、
シンプルな構成で、PFC51に供給する反応ガス50
を生成することができる。 第2図は、本発明の第2の実施例を示す。 この第2の実施例のものは、前記第1の実施例に示した
設備とほとんど同じであるが、改質器燃焼部への空気供
給の仕方が異なっている。 つまり、圧縮機47で加圧された圧縮空気としてのカソ
ード排ガス61を改質器燃焼部4へ送って使用している
。 なお、改質器燃焼部4への空気供給源としては、設備内
の幾つかの空気取り出し点が考えられるが、この第2の
実施例はそのうちの一つの例である。 第3図は、本発明の第3の実施例を示す。 この第3の実施例のものは、前記第1.第2の実施例と
はMFCのカソードへの炭酸ガスの供給、および改質器
への空気供給の仕方が異なっている。 すなわち、MFC8のカソード11への炭酸ガスの供給
は、アノード排ガス12中の一部を分岐し、この分岐さ
れたアノード排ガス66を触媒バーナ67へ導き、圧縮
機47により加圧されたPFC51のカソード排ガス6
1と燃焼させ、炭酸ガス68を生成し、これをMFC8
のカソード11へ送るようにしている。 一方1MFC8のカソード排ガス22は分岐され、その
一部は改質器燃焼部4に送られ、他の一部はMFC8の
冷却のために再循環される。 改質器燃焼部4では、PFC51の7ノード排ガス55
と、MFC8のカソード排ガス22とが燃焼反応し、燃
料1の改質反応に必要な熱を与えふ後、改質器排ガス6
3は膨張タービン33、排熱回収ボイラ35により熱回
収させ、系外へ放出される。 第4図は、本発明の第4の実施例を示す。 前記第1〜第3の実施例のものは、空冷MFCと空冷P
FCの組み合わせであるのに対し、この第4実施例のも
のは空冷MFCと水冷PFCの組み合わせである。 PFCの冷却系統としては、給水ポンプ46により冷却
水70がPFC51へ送られ、このPFC51と熱交換
してこれを冷却するとともに、冷却水70は過熱されて
気水分離器69へ送られる。 気水分離器69では、水が蒸気となるための潜熱により
水が冷却され、その冷却水70は再びPFC51へ送ら
れる。また、気水分離1169で発生した蒸気は、ガス
/ガス熱交換器71で過熱され、改質器2へ改質蒸気3
9として送られる。 この第4の実施例において、PFCの冷却系統以外の構
成2作用は前記第1の実施例と同様である。 第5図は、本発明の第5の実施例を示すもので、圧縮機
47で加圧された圧縮空気としてのPFC51のカソー
ド排ガス61の一部を分岐し、このカソード排ガス61
を改質器燃焼部4へ送り、使用している。 この第5の実施例の他の構成1作用は、前記第4の実施
例と同様である。 第6図は、本発明の第6の実施例を示すもので、PFC
51を空冷PFCに代えて水冷PFCとし、PFCの冷
却系統を変えた他は、前記第3の実施例と同様である。 次に、第10図は本発明複合燃料電池設備の特性を、従
来技術と比較して示す。 前記第11図に示した従来技術では、電池効率は55%
、反応ガス利用率は74.5%、改質器の熱効率は13
1.4%であり、燃料電池の熱効率は(電池効率)×(
反応ガスの利用率)×(改質器の熱効率)として表され
、直流として53.8%。 直流/交流変換器のロスを差し引いて燃料1の入熱の5
2.8%の燃料電池電気出力(第10図中に符号72で
示す)を発生する。燃料電池で電気出力を発生した残り
のエネルギー46.2%は、カソード排ガスの顕熱、7
ノード排ガス中の顕熱。 未反応ガスの反応熱として熱回収サイクルへ供給される
が、膨張タービンの熱効率が低いため、膨張タービンで
は燃料1の入熱の9.4%の電気出力(第10図中に符
号73で示す)しか発生しなかった。したがって、従来
技術では、!備全体として燃料入熱の62.2%の電気
出力を発生する。 本発明によれば、MFCでの反応ガスの利用率を60%
とすることにより、電池効率57.4%と第7図に示す
特性に従って上昇する。改質器の熱効率は同一であるの
で、反応ガス利用率を19.5%低下させても、燃料電
池の出力比は15.9%しか低下せず、直流として45
.3%の電気出力を発生し、交流として44.4%の電
気出力(第10図中に符号74で示す)を発生する。 本発明において、MFCで電気を発生した残りのエネル
ギーである燃料入熱の54.7%は、MFCの反応ガス
の利用率を下げたことにより。 その多くが未反応ガスの反応熱となっているため、未反
応ガス(MFCのアノード排ガス)をPFCに使うこと
により、直流として22.3%、交流左して21.9%
の電気出力(第10図中に符号75で示す)を発生する
。したがって、設備全体としては第10図から分かるよ
うに、燃料入熱の66.3%の電気出力を発生させるこ
とができ。 従来の燃料電池発電設備に比べ、相対値6.6%。 熱効率が向上する。 従来技術では、MFCで電気を発生した残りのエネルギ
ーの約20%しか電気出力となっていないのに対し1本
発明においては約40%が電気出力となっている。この
ため、MFCの反応ガス利用率を下げても、MFCを高
い電池効率で運転でき、またMFCで電気を発生した残
りのエネルギーをPFCで有効に熱回収できるので、設
備全体の熱効率を向上させることができる。 〔発明の効果〕 以上説明した本発明の1番目の発明によれば、MFCと
PFCとを連続的に組み会わせ、MFCのアノード排ガ
スをPFCの燃料として使用するように構成しており、
MFCとPFCの特性を有効に利用して設備全体の熱効
率を向上させ得る効果がある。 また、本発明の2番目の発明によれば、前記1番目の発
明において、MFCとPFCの他のシフトコンバータを
連続的に組み合わせ、MFCの7ノード排ガスをシフト
コンバータへ導入し、シフトコンバータにより一酸化炭
素と水分から二酸化炭素と水素を生成するシフト反応を
行った後の反応ガスをPFCの燃料として使用するよう
に構成しているので、燃料ガス中の一酸化炭素をPFC
に対して全く無害な二酸化炭素にするとともに。 燃料としても利用可能な水素を生成させることができる
結果、燃料として天然ガス等を有効に使用して運転し得
る効果がある。
第1図〜第6図は本発明複合燃料電池発電設備の第1〜
第6の実施例を示す図、第7図はMFCの電池効率と燃
料(反応ガス)の利用率の関係を示す図、第8図はPF
Cの電池効率と燃料(反応ガス)の利用率の関係を示す
図、第9図はPFCの電池効率と燃料(反応ガス)中の
水素濃度の関係を示す図、第10図は本発明複合燃料電
池発電設備の熱効率を従来技術と比較して示す図、第1
1図は従来技術としてのMFCの発電設備を示す図であ
る。 1・・・燃料、2・・・改質器、5・・・改質器で改質
された反応ガス、8・・・MFC19・・・MFCのア
ノード、10・・・同電解質、11・・・同カソード、
12・・・NFCのカソード排ガス、22,31,32
・・・同カソード排ガス、23・・・圧縮機からMFC
のカソードへ送られる圧縮空気、24,47.56・・
・圧縮機。 33・・・膨張タービン、35・・・排熱回収ボイラ、
40・・・改質蒸気の過熱器、48・・・発電機、49
・・・シフトコンバータ、50・・・シフトコンバータ
からPFCへ送られる反応ガス、51・・・PFC15
2・・・PFCのアノード、53・・・同電解質、54
・・・同カソード、55・・・PFCのアノード排ガス
、57・・・圧縮機からPFCのカソードへ送られる圧
縮空気、58・・・PFCのカソード排ガス、59・・
・気水分離器、60・・・気水分離器で分離された水、
61・・・気水分離器で分離されかつ圧縮機で加圧され
た空気であるPFCのカソード排ガス、62・・・同P
FCのカソードへ戻すカソード排ガス。
第6の実施例を示す図、第7図はMFCの電池効率と燃
料(反応ガス)の利用率の関係を示す図、第8図はPF
Cの電池効率と燃料(反応ガス)の利用率の関係を示す
図、第9図はPFCの電池効率と燃料(反応ガス)中の
水素濃度の関係を示す図、第10図は本発明複合燃料電
池発電設備の熱効率を従来技術と比較して示す図、第1
1図は従来技術としてのMFCの発電設備を示す図であ
る。 1・・・燃料、2・・・改質器、5・・・改質器で改質
された反応ガス、8・・・MFC19・・・MFCのア
ノード、10・・・同電解質、11・・・同カソード、
12・・・NFCのカソード排ガス、22,31,32
・・・同カソード排ガス、23・・・圧縮機からMFC
のカソードへ送られる圧縮空気、24,47.56・・
・圧縮機。 33・・・膨張タービン、35・・・排熱回収ボイラ、
40・・・改質蒸気の過熱器、48・・・発電機、49
・・・シフトコンバータ、50・・・シフトコンバータ
からPFCへ送られる反応ガス、51・・・PFC15
2・・・PFCのアノード、53・・・同電解質、54
・・・同カソード、55・・・PFCのアノード排ガス
、57・・・圧縮機からPFCのカソードへ送られる圧
縮空気、58・・・PFCのカソード排ガス、59・・
・気水分離器、60・・・気水分離器で分離された水、
61・・・気水分離器で分離されかつ圧縮機で加圧され
た空気であるPFCのカソード排ガス、62・・・同P
FCのカソードへ戻すカソード排ガス。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、電解質に炭酸リチウム、炭酸カリウムなどを用い、
かつ前記炭酸塩が溶融状態になる温度で運転する溶融炭
酸塩型燃料電池と、電解質にリン酸を用いたリン酸型燃
料電池とを連続的に組み合わせ、溶融炭酸塩型燃料電池
のアノード排ガスをリン酸型燃料電池の燃料として使用
するように構成したことを特徴とする複合燃料電池発電
設備。 2、電解質に炭酸リチウム、炭酸カリウムなどを用い、
かつ前記多酸塩が溶融状態になる温度で運転する溶融炭
酸塩型燃料電池と、電解質にリン酸を用いたリン酸型燃
料電池と、シフトコンバータとを連続的に組み合わせ、
溶融炭酸塩型燃料電池のアノード排ガスをシフトコンバ
ータへ導入し、シフトコンバータにて一酸化炭素と水分
から二酸化炭素と水素を生成するシフト反応を行った後
の反応ガスを前記リン酸型燃料電池の燃料として使用す
るように構成したことを特徴とする複合燃料電池発電設
備。 3、特許請求の範囲第2項において、前記シフトコンバ
ータを、溶融炭酸塩型燃料電池とリン酸型燃料電池との
間に接続したことを特徴とする複合燃料電池発電設備。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59207061A JPH06103629B2 (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 複合燃料電池発電設備 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59207061A JPH06103629B2 (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 複合燃料電池発電設備 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6185773A true JPS6185773A (ja) | 1986-05-01 |
JPH06103629B2 JPH06103629B2 (ja) | 1994-12-14 |
Family
ID=16533555
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59207061A Expired - Lifetime JPH06103629B2 (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 複合燃料電池発電設備 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06103629B2 (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03106418A (ja) * | 1989-09-19 | 1991-05-07 | Toshio Miyauchi | 燃焼排ガス中co↓2回収方法及び装置 |
EP0476610A2 (en) * | 1990-09-19 | 1992-03-25 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | Power generation system using fuel cells |
FR2740174A1 (fr) * | 1995-10-23 | 1997-04-25 | Us Energy | Cycles de puissance de cellule electrochimique double et de turbine a gaz amorcee indirectement |
EP1009050A2 (de) * | 1998-12-12 | 2000-06-14 | Adam Opel Ag | Brennstoffzellensystem insbesondere für elektromotorisch angetriebene Fahrzeuge |
JP2005044571A (ja) * | 2003-07-25 | 2005-02-17 | Kansai Electric Power Co Inc:The | ハイブリッド型燃料電池システム |
JP2016513866A (ja) * | 2013-03-15 | 2016-05-16 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニーExxon Research And Engineering Company | 溶融カーボネート燃料電池の集積化された作動 |
JP2018504744A (ja) * | 2014-12-19 | 2018-02-15 | フュエルセル エナジー, インコーポレイテッドFuelcell Energy, Inc. | 高効率溶融炭酸塩形燃料電池システム及び方法 |
US10541433B2 (en) | 2017-03-03 | 2020-01-21 | Fuelcell Energy, Inc. | Fuel cell-fuel cell hybrid system for energy storage |
US10573907B2 (en) | 2017-03-10 | 2020-02-25 | Fuelcell Energy, Inc. | Load-following fuel cell system with energy storage |
WO2020131981A1 (en) | 2018-12-18 | 2020-06-25 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method of integrating a fuel cell with a steam methane reformer |
US11309563B2 (en) | 2016-04-21 | 2022-04-19 | Fuelcell Energy, Inc. | High efficiency fuel cell system with hydrogen and syngas export |
Families Citing this family (2)
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CN101498229A (zh) * | 2008-01-31 | 2009-08-05 | 普拉德研究及开发股份有限公司 | 零排放的天然气发电及液化装置 |
JP7035964B2 (ja) * | 2018-10-31 | 2022-03-15 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
Citations (2)
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JPS6124154A (ja) * | 1984-07-13 | 1986-02-01 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電システム |
-
1984
- 1984-10-04 JP JP59207061A patent/JPH06103629B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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EP1009050A3 (de) * | 1998-12-12 | 2001-03-14 | Adam Opel Ag | Brennstoffzellensystem insbesondere für elektromotorisch angetriebene Fahrzeuge |
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WO2020131981A1 (en) | 2018-12-18 | 2020-06-25 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method of integrating a fuel cell with a steam methane reformer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06103629B2 (ja) | 1994-12-14 |
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