JP2015525448A - 燃料電池とボイラの複合システム - Google Patents
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Abstract
Description
このような化石燃料の使用による問題点を解決するために、最近燃料電池システムが開発されている。このような燃料電池は通常の2次電池とは異なって負極に燃料である水素ガスや炭化水素を供給し、正極には酸素を供給して電気を発生する構造を有する。
即ち、燃料電池は名称は電池であるが実際には電気を発生する発電装置であるといえる。基本的に燃料電気は燃料を燃焼せずに水素と酸素で電気化学的反応を起こし、その反応前後のエネルギーの差を電気エネルギーに変換する方法を使用する。
燃料電池はNOXとSOXなど環境を汚染するガスが発生せず、消音かつ振動がないシステムであって、熱効率が電気発電量と熱回収量を合わせて80%以上であるクリーンな発電システムである。
また、燃料電池の他の例として、電解質として低い溶融点を有する炭化リチウムと炭化カリウムの混合物を使用する溶融炭酸塩型燃料電池があり、溶融炭酸塩型燃料電池の運転温度は約650℃でそのような運転温度を維持するためのホットボックスが設置される。
例えば、特許文献1の発明は発電原料の効率的な燃焼のために酸素が含有された空気を供給する空気供給装置を含む構成として、ホットボックスを適正な温度まで下げるための外部空気を流入する二重吸気方式を使用しており、このように吸気された空気の酸素を利用して電力を生産する。
このように吸気された空気は最終的に外部に排気される。この際、排気ガスは温度が外気に比べてより高く、排気ガスが排出される際に白煙が発生するなどの問題が発生する恐れがある。
しかし、外部吸気筒、空気吸入口、フィルタを介して供給された空気を空気圧力調節手段を介して燃料処理装置などに直接供給する構成を有しているが、これは常温の空気を直接供給して使用するためホットボックス内部の温度が下がる現象が発生する恐れがある。このように、ホットボックスの温度が反応温度に比べ低くなると発電効率が下がる問題点があった。
また、発明が解決しようとする他の技術的課題は、吸気される外部空気によるホットボックスの内部温度の変化を最小化する燃料電池とボイラの複合システムを提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、吸気ラインと排気ラインを単一化してシステムの構造をより単純化する燃料電池とボイラの複合システムを提供することにある。
また、本発明は初期作動時に外部空気を加熱する手段を設け、後に排気ガスを利用して吸気される外部空気を持続的に加熱して供給し、外部空気の流入によるホットボックスの内部温度の変化を防止することで、ホットボックスの温度を反応温度に維持して発電効率が低下することを防止する効果がある。
また、本発明は排気ガスを利用して原料ガスを改質するためのスチームを発生すると共に燃料電池から発生する熱の増加分を解消し、流入される外部空気を加熱するように構成してシステム構成の効率性を上げ構成を単純化する効果がある。
図1を参照する。本発明の好ましい実施例による燃料電池とボイラの複合システムは、外部空気及び原料ガスを供給されて触媒反応を介して電気を発生する燃料電池部100と潜熱熱交換器250を含み、前記燃料電池部100の排気管170に連結されて前記潜熱熱交換器250の前端に前記燃料電池部100の排気ガスが供給されるボイラ部200と、を含む。
前記燃料電池部100には前記触媒反応に関わっていないガス又は未反応ガスを外部に排出する排出管170が設けられており、その排出管170を介して排出されるガスは後に説明するホットボックス内で前記燃料電池を冷却させる用途で使用されながら加熱されるものである。
このように排出管170を介して排出される前記燃料電池部100の排出ガスは前記ボイラ部200の潜熱熱交換器250の前端部に流入されて潜熱熱交換器250で廃熱を回収する。
図2を参照する。前記ボイラ部200は最上端に送風機210が位置し、その下側に下向き燃焼式バーナー220と燃焼室230、顕熱熱交換器240、潜熱熱交換器250が位置し、潜熱熱交換器250の下側に凝縮水受け270と凝縮水排出口280が位置し、その一側に排気フード290が設置され、前記顕熱熱交換器240と潜熱熱交換器250との間に前記排出管170と連結される連結管263を更に含む構造で形成されている。
この際、連結管263を介しては前記燃料電池部100の排気ガスが前記潜熱熱交換器250の方に一緒に供給され、前記潜熱熱交換器250は前記顕熱熱交換器240を経由したボイラ部200の排気ガスだけでなく燃料電池部100の排気ガスの潜熱も回収することで熱効率を上げる。
前記連結管263の形状はその熱効率をより上げるために前記潜熱熱交換器250の側面部を囲む折曲構造を有し、その潜熱熱交換器250の周縁全体に前記燃料電池部100の排気ガスが供給されるようにして潜熱熱交換器250が局部的に過熱することを防止する。
図3を参照する。前記燃料電池部100は、初期動作時にホットボックス130を加熱するスタートバーナー110と、前記スタートバーナー110の熱又は排気ガスでの熱で外部空気を加熱してホットボックス130内に供給する第1熱交換部120と、前記ホットボックス130内に位置して原料ガスNGを改質する改質器140と、前記ホットボックス130内で前記改質器140で改質された原料ガスを供給されると共に前記第1熱交換部120を介して加熱された外部空気を供給されて触媒反応を介して発電する燃料電池150と、前記燃料電池150で未反応の排気ガスを前記改質器140を介して供給されてその未反応排気ガスの顕熱を利用して蒸気を発生し、前記原料ガスNGと共に前記改質器140に供給すると共に前記熱交換された未反応排気ガスを前記第1熱交換部120を介して外気に排出する第2熱交換部160と、前記第1熱交換部120の排気ガスを前記ボイラ部200に供給する排気管170と、を含んで構成される。
このようなホットボックス130の動作条件を満足するために、初期運転時にはスタートバーナー110を使用して前記ホットボックス130の温度を反応温度まで加熱する。前記燃料電池150での反応温度が750℃であると仮定すると、前記スタートバーナー110によって加熱された空気を前記ホットボックス130に供給する燃焼ガスライン111が設けられてそのホットボックス130の温度を750℃に加熱する。
この際、図1では説明の便宜上、前記燃焼ガスライン111がホットボックス130を上下貫通して通るように図示しているが、実際には燃焼ガスライン111がホットボックス130の内部に巻かれている構造である。
前記燃料ガスライン111は第1熱交換部120に連結されており、その第1熱交換部120からホットボックス130に供給される外部空気を熱交換を介して加熱する役割をする。
これは、常温の外部空気が流入されれば前記ホットボックス130の内部温度が下がり、前記外部空気を加熱して供給することでホットボックス130の内部温度の変化を最小化することができる。
よって、反応効率の低下、即ち、発電効率の低下を防止することができ、全体的なシステムの温度変化を容易に予測して正確な温度範囲内で動作するように設計することが容易になる。
前記改質器140は改質部142と主バーナー141及び補助バーナー143で構成されており、改質部142では原料ガスNGと第2熱交換部160のスチームを供給されて改質して水素ガスを燃料電池150の方に供給する。
このように熱を供給するために主バーナー141と補助バーナー143で改質部142を加熱する。
このように改質された原料ガスNGは上述したように前記燃料電池150の負極152に供給される。
このようなホットボックス130の内部温度及び燃料電池150の温度上昇は更に燃料電池150の発電効率を低下する原因となるためそれを反応温度まで冷却させて維持する必要があるが、このような冷却過程は後により詳細に説明する。
前記排気ガスが排出される連結管153は主バーナー141と補助バーナー143に順次に連結されており、主バーナー141と補助バーナー143に前記未反応の酸素と水素が順次に供給されて酸素と水素が反応する発熱反応が起こる。
このとき発生する熱は上述したように800乃至900℃になり、前記改質部142に供給して原料ガスNGとスチームの混合ガスを水素ガスに改質させる。
前記改質部142を加熱するバーナーを主バーナー141と補助バーナー143に分離構成することは、排気ガスの酸素と水素を段階的に反応させて未反応ガスの排出を最小化するためである。
前記排気管144を介して排出される排気ガスは前記主バーナー141と補助バーナー143で加熱されたものであって反応温度に近い温度であり、この排気ガスは第2熱交換部160に供給されて外部から供給される水と熱交換される。
この際、第2熱交換部160で排気ガスと熱交換された水はスチーム状態に相転換され、上述したように前記原料ガスNGと混合されて改質部142に供給される。
よって、そのホットボックス130の内部温度は反応温度を持続的に維持し、燃料電池150の水素と酸素の反応が円滑に行われて発電効率が低下することを防止する。
このように本発明は供給される外部空気を加熱して常温の外部空気が供給される際に発生するホットボックス130の内部温度の変化が発生しないようにすることで、発電効率の低下を防止するだけでなく燃料電池150の発熱反応による温度の上昇分を排気ガスを使用して冷却させる。
110 スタートバーナー
111 燃焼ガスライン
120 第1熱交換部
130 ホットボックス
140 改質器
141 主バーナー
142 改質部
143 補助バーナー
144 排気管
150 燃料電池
151 正極
152 負極
153 連結管
160 第2熱交換部
170 排気管
200 ボイラ部
210 送風機
220 下向き燃焼式バーナー
230 燃焼室
240 顕熱熱交換器
250 潜熱熱交換器
261 供給管
262 還水管
263 連結管
270 凝縮水受け
280 排出口
290 排気フード
Claims (7)
- 外部空気及び原料ガスを供給されて触媒反応を介して電気を発生する燃料電池部と、
前記燃料電池部の排気管に連結されて前記燃料電池部の排気ガスの潜熱と自体排気ガスの潜熱を共に回収する潜熱熱交換器を具備するボイラ部と、を含む、
燃料電池とボイラの複合システム。 - 前記ボイラ部は、前記排気管に連結されて前記燃料電池部の排気ガスを前記潜熱熱交換器の側面に接するように誘導して前記潜熱熱交換器に供給する連結管を含む請求項1に記載の燃料電池とボイラの複合システム。
- 前記燃料電池部は、燃料電池と改質器を収容するホットボックスと、初期駆動時にットボックスの温度を反応温度まで加熱するスタートバーナーと、前記スタートバーナーの熱又は排気ガスの熱を利用して吸気される外部空気を加熱して前記燃料電池に供給する第1熱交換部と、前記排気ガスの熱を利用してスチームを発生して供給し、温度が下がった前記排気ガスで燃料電池を冷却させて前記反応温度を維持する第2熱交換部と、を含む請求項1に記載の燃料電池とボイラの複合システム。
- 前記改質器は、前記スチームと燃料ガスを供給されて水素ガスに改質する改質部と、前記改質部を加熱するバーナーと、を含む請求項3に記載の燃料電池とボイラの複合システム。
- 前記バーナーは、前記燃料電池での反応後、未反応の水素及び酸素を反応させる発熱反応によって前記改質部を加熱することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池とボイラの複合システム。
- 前記バーナーは、主バーナーと補助バーナーで形成され、前記未反応の水素及び酸素が前記主バーナーと前記補助バーナーに順次に供給されることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池とボイラの複合システム。
- 前記ホットボックスの内部を囲むように設けられると共に前記第1熱交換部に連結され、前記スタートバーナーの熱で前記ホットボックスを反応温度まで加熱すると共に前記第2熱交換部の排気ガスで前記ホットボックスの温度を下げて反応温度を維持する燃焼ガスラインを更に含む請求項3に記載の燃料電池とボイラの複合システム。
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---|---|---|---|---|
KR101576667B1 (ko) * | 2014-03-17 | 2015-12-11 | 주식회사 경동나비엔 | 콘덴싱 가스보일러의 열교환기 |
CN112648677A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-04-13 | 李倩雯 | 一种家用新型节能环保采暖炉 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08148166A (ja) * | 1994-11-25 | 1996-06-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | オンサイト型固体電解質燃料電池システム |
JPH10308230A (ja) * | 1997-05-02 | 1998-11-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電装置 |
JP2003236565A (ja) * | 2002-02-19 | 2003-08-26 | Osaka Gas Co Ltd | 潜熱回収式加熱装置における排気凝縮水中和装置 |
JP2005147647A (ja) * | 2003-10-20 | 2005-06-09 | Miura Co Ltd | 排ガスボイラ |
JP2005294207A (ja) * | 2004-04-05 | 2005-10-20 | Babcock Hitachi Kk | 燃料電池システム |
JP2011179761A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Nishimatsu Constr Co Ltd | 温水供給システム |
JP2012017965A (ja) * | 2010-06-11 | 2012-01-26 | Miura Co Ltd | ボイラシステム |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4080487A (en) * | 1977-02-09 | 1978-03-21 | United Technologies Corporation | Process for cooling molten carbonate fuel cell stacks and apparatus therefor |
DE3716297A1 (de) * | 1987-05-15 | 1988-12-15 | Erich Gerking | Gasheizungs-brennstoffzellen-elektrowaermeversorgung "multi-mini-kraftwaermekopplung" |
JP2670607B2 (ja) | 1987-11-11 | 1997-10-29 | 千代田化工建設株式会社 | メタノールを燃料とする燃料電池発電プラント |
JP2899709B2 (ja) * | 1989-11-25 | 1999-06-02 | 石川島播磨重工業株式会社 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
EP0818840B1 (de) | 1996-07-11 | 2002-04-03 | Sulzer Hexis AG | Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme für Heizzwecke |
JPH1186893A (ja) * | 1997-09-04 | 1999-03-30 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
AT406900B (de) * | 1998-03-23 | 2000-10-25 | Vaillant Gmbh | Heizeinrichtung |
JPH11153360A (ja) | 1997-11-21 | 1999-06-08 | Tokyo Gas Co Ltd | 潜熱回収用熱交換器 |
AT411387B (de) * | 1999-01-11 | 2003-12-29 | Vaillant Gmbh | Heizeinrichtung |
AT407592B (de) * | 1999-02-16 | 2001-04-25 | Vaillant Gmbh | Blockheizkraftwerk |
NL1013474C2 (nl) * | 1999-05-27 | 2000-12-01 | Plug Power Inc | Systeem voor het genereren van elektrische energie en warmte. |
JP2003185388A (ja) * | 2001-12-12 | 2003-07-03 | Tokyo Gas Co Ltd | 潜熱回収用熱交換器 |
US20040163312A1 (en) * | 2003-02-24 | 2004-08-26 | Texaco Inc. | Diesel steam reforming with CO2 fixing |
US20060251934A1 (en) * | 2005-05-09 | 2006-11-09 | Ion America Corporation | High temperature fuel cell system with integrated heat exchanger network |
US20070248860A1 (en) * | 2006-04-21 | 2007-10-25 | Michael Penev | Integrated exhaust combustor and thermal recovery for fuel cells |
DE102006021866A1 (de) * | 2006-05-09 | 2007-11-15 | J. Eberspächer GmbH & Co. KG | Brennstoffzellensystem |
GB0621784D0 (en) * | 2006-11-01 | 2006-12-13 | Ceres Power Ltd | Fuel cell heat exchange systems and methods |
KR100787244B1 (ko) | 2006-11-28 | 2007-12-21 | (주)퓨얼셀 파워 | 안정적인 공기공급장치를 구비한 연료전지 시스템 |
KR100790901B1 (ko) * | 2006-12-29 | 2008-01-03 | 삼성전자주식회사 | 연료전지 시스템 및 그 운영방법 |
KR101009453B1 (ko) | 2008-01-15 | 2011-01-19 | 한국전력공사 | 열적 자립운전이 가능한 고체 산화물 연료전지 시스템 |
JP5282103B2 (ja) * | 2008-11-18 | 2013-09-04 | 東京瓦斯株式会社 | 水素リサイクル型mcfc発電システム |
KR100987823B1 (ko) * | 2009-01-12 | 2010-10-18 | 한국과학기술원 | 고체산화물 연료전지 시스템 |
-
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08148166A (ja) * | 1994-11-25 | 1996-06-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | オンサイト型固体電解質燃料電池システム |
JPH10308230A (ja) * | 1997-05-02 | 1998-11-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電装置 |
JP2003236565A (ja) * | 2002-02-19 | 2003-08-26 | Osaka Gas Co Ltd | 潜熱回収式加熱装置における排気凝縮水中和装置 |
JP2005147647A (ja) * | 2003-10-20 | 2005-06-09 | Miura Co Ltd | 排ガスボイラ |
JP2005294207A (ja) * | 2004-04-05 | 2005-10-20 | Babcock Hitachi Kk | 燃料電池システム |
JP2011179761A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Nishimatsu Constr Co Ltd | 温水供給システム |
JP2012017965A (ja) * | 2010-06-11 | 2012-01-26 | Miura Co Ltd | ボイラシステム |
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Publication number | Publication date |
---|---|
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