[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP6698763B2 - Liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system - Google Patents

Liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system Download PDF

Info

Publication number
JP6698763B2
JP6698763B2 JP2018153858A JP2018153858A JP6698763B2 JP 6698763 B2 JP6698763 B2 JP 6698763B2 JP 2018153858 A JP2018153858 A JP 2018153858A JP 2018153858 A JP2018153858 A JP 2018153858A JP 6698763 B2 JP6698763 B2 JP 6698763B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
carbon dioxide
fuel cell
fuel
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018153858A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020030893A (en
Inventor
康晴 川端
康晴 川端
良雄 松崎
良雄 松崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Tokyo Gas Co Ltd
Priority to JP2018153858A priority Critical patent/JP6698763B2/en
Publication of JP2020030893A publication Critical patent/JP2020030893A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6698763B2 publication Critical patent/JP6698763B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムに関し、特に炭素化合物燃料を用いて発電を行い、発電に伴って発生した二酸化炭素を効率よく液化して回収することを可能とする、液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムに関する。   The present invention relates to a liquefied carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system, and particularly to liquefied carbon dioxide which enables efficient liquefaction and recovery of carbon dioxide generated by power generation by using a carbon compound fuel. The present invention relates to a recoverable fuel cell power generation 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 a carbon compound fuel is used in a fuel cell power generation system, carbon dioxide gas is contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell. It has been considered to separate carbon dioxide gas from this exhaust gas (see, for example, 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5137199号公報Japanese Patent No. 5137199 特開2012−164423号公報JP 2012-164423A

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、排熱や発電システムの発電電力を有効利用して二酸化炭素ガスを効率的に液化するとはいえず、改善の余地がある。
By liquefying carbon dioxide gas into liquefied carbon dioxide, it becomes easier to transport, press fit into a reservoir, and use for commercial and industrial purposes. To liquefy carbon dioxide gas, a compressor and a cooling device are required. And are required.
However, when commercial power, that is, external energy is used for the compressor and the cooling device, it cannot be said that carbon dioxide gas is efficiently liquefied by effectively utilizing exhaust heat and generated power of the power generation system, and there is room for improvement. There is.

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、燃料電池の排ガスから分離した二酸化炭素ガスを排熱および燃料電池発電システムの発電電力を利用して効率的に液化して液化二酸化炭素とすることが可能な液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above facts, and carbon dioxide gas separated from exhaust gas of a fuel cell is efficiently liquefied by utilizing exhaust heat and generated power of a fuel cell power generation system to generate liquefied carbon dioxide. An object of the present invention is to provide a liquefied carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system capable of performing the above.

請求項1記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、炭素化合物を含み燃料極へ供給される燃料ガスと、酸素を含み空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、オフガスを排出する燃料電池と、前記オフガスから二酸化炭素ガスを分離する二酸化炭素ガス分離部と、前記オフガスを駆動用熱源として用い水を冷却して冷却水を生成する排熱投入型吸収式冷凍機若しくは吸着式冷凍機、および前記燃料電池の発電により得られた電力で駆動され冷熱を生成する電動ターボ冷凍機の少なくとも一方と、前記燃料電池で発電された電力で駆動可能とされ、前記二酸化炭素ガス分離部で分離された前記二酸化炭素ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮された前記二酸化炭素ガスを前記冷却水および前記冷熱の少なくとも一方で冷却して液化二酸化炭素を生成する冷却装置と、を有し、炭素化合物を含み第1燃料極へ供給される燃料ガスと、酸素を含み第1空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、前記第1燃料極から第1燃料極オフガスを第1燃料極オフガス流路へ送出する第1燃料電池と、第2燃料極へ供給される前記第1燃料極オフガスと第2空気極へ供給される酸化剤ガスとを用いて発電し、前記第2燃料極から第2燃料極オフガスを第2燃料極オフガス流路へ送出する第2燃料電池とを含んで構成される前記燃料電池と、
前記第1空気極及び前記第2空気極の少なくとも一方から空気極オフガスを送出する空気極オフガス流路と、前記空気極オフガス流路と連結されて前記空気極オフガスが供給され、前記空気極オフガスから酸素を分離する酸素分離部と、前記第2燃料極オフガス流路を通過した前記第2燃料極オフガスが供給されると共に、前記酸素分離部で分離された前記酸素が供給され、前記第2燃料極オフガスを前記酸素により燃焼反応させる燃焼部と、前記燃焼部から送出される燃焼オフガスを前記冷却水、または前記冷熱で冷却して前記二酸化炭素ガスと水とを分離する前記二酸化炭素ガス分離部と、を備えている。
The liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to claim 1 generates power by using a fuel gas containing a carbon compound and supplied to a fuel electrode, and an oxidant gas containing oxygen and supplied to an air electrode to generate off gas. A fuel cell for discharging, a carbon dioxide gas separating unit for separating carbon dioxide gas from the off gas, and an exhaust heat input type absorption refrigerator or adsorption for cooling water by using the off gas as a heat source for driving to generate cooling water. Type refrigerator and at least one of an electric turbo refrigerator that is driven by electric power obtained by power generation of the fuel cell to generate cold heat, and can be driven by electric power generated by the fuel cell, and the carbon dioxide gas separation has a compressor for compressing the separated the carbon dioxide gas in parts, a cooling device for generating a liquefied carbon dioxide compressed the carbon dioxide gas is cooled by at least one of the cooling water and the cold, the Power is generated by the fuel gas containing a carbon compound and supplied to the first fuel electrode and the oxidant gas containing oxygen and supplied to the first air electrode to generate a first fuel electrode off-gas from the first fuel electrode. A first fuel cell for sending to the first fuel electrode off-gas flow path, power generation using the first fuel electrode off-gas supplied to the second fuel electrode and the oxidant gas supplied to the second air electrode, A second fuel cell for delivering a second fuel electrode off-gas from the second fuel electrode to the second fuel electrode off-gas passage;
An air electrode off-gas passage for sending an air electrode off gas from at least one of the first air electrode and the second air electrode, and the air electrode off gas is connected to the air electrode off gas passage to supply the air electrode off gas. An oxygen separation unit that separates oxygen from the second fuel electrode off gas that has passed through the second fuel electrode off gas passage, and the oxygen separated by the oxygen separation unit is supplied to the second separation unit; A combustor that causes a fuel electrode off-gas to burn and react with the oxygen, and a carbon dioxide gas separator that separates the carbon dioxide gas and water by cooling the combustion off-gas sent from the combustor with the cooling water or the cold heat. And a section .

請求項1に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムにおいて、燃料電池は、燃料極へ供給された燃料ガスと空気極へ供給された酸化剤ガスにより発電が行われ、オフガスを排出する。
燃料電池から排出されたオフガスは、二酸化炭素ガス分離部で二酸化炭素ガスが分離される。
二酸化炭素ガス分離部で分離された二酸化炭素ガスは、燃料電池で発電された電力で駆動可能とされる圧縮機で圧縮される。圧縮機を燃料電池で発電された電力で駆動することができるので、発電中に、商用電源等からの外部電力を用いる必要が無く、送電損失も伴わないので、効率よく圧縮機を駆動することができるほか、商用電源等の停電時も継続して、液化二酸化炭素を回収しながら、高効率な燃料電池発電を継続することができる。
排熱投入型吸収式冷凍機若しくは吸着式冷凍機は、燃料電池から排出されたオフガスを駆動用熱源として用い、水を冷却して冷却水を生成する。オフガスは、高温であるため、排熱投入型吸収式冷凍機、または吸着式冷凍機を効率的に駆動することができる。なお、排熱投入型吸収式冷凍機、または吸着式冷凍機は、オフガスの排熱を用いて冷熱を生成し、水を冷却しているため、外部電力で駆動されるモータでコンプレッサーを駆動して冷媒の圧縮、膨張を行なうタイプの冷凍機で冷熱を生成する場合に比較して、少ない電力で効率的に冷熱(水を冷却して冷却水とするために用いる)を生成することができる。
また、電動ターボ冷凍機は、燃料電池の発電により得られた電力により駆動される。電動ターボ冷凍機は、一般的に冷却効率が高いため、発電した電力を用いても、高効率で液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムを運転することができる。なお、発電した電力を交流に変換することなく効率よく利用するために、電動ターボ冷凍機を直流電流にて駆動させることが好ましい。
圧縮機で圧縮された二酸化炭素ガスは、冷却装置において、排熱投入型吸収式冷凍機、または吸着式冷凍機で生成された冷却水、および電動ターボ冷凍機で生成された冷熱の少なくとも一方により冷却されて液化二酸化炭素となる。
In the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to the first aspect, the fuel cell generates power by the fuel gas supplied to the fuel electrode and the oxidant gas supplied to the air electrode, and discharges the off gas.
The off-gas discharged from the fuel cell is separated into carbon dioxide gas by the carbon dioxide gas separation unit.
The carbon dioxide gas separated by the carbon dioxide gas separation unit is compressed by the compressor that can be driven by the electric power generated by the fuel cell. Since the compressor can be driven by the power generated by the fuel cell, there is no need to use external power from a commercial power source, etc. during power generation, and there is no transmission loss, so drive the compressor efficiently. In addition, it is possible to continue high-efficiency fuel cell power generation while recovering liquefied carbon dioxide during a power failure such as commercial power supply.
The exhaust heat input type absorption refrigeration machine or the adsorption refrigeration machine uses the off gas discharged from the fuel cell as a driving heat source to cool water to generate cooling water. Since the off gas has a high temperature, it is possible to efficiently drive the exhaust heat input type absorption refrigerating machine or the adsorption refrigerating machine. Since the exhaust heat input absorption refrigerator or adsorption refrigerator uses the exhaust heat of offgas to generate cold heat to cool water, the compressor is driven by a motor driven by external power. It is possible to efficiently generate cold heat (used to cool water into cooling water) with less electric power as compared with the case where cold heat is generated in a refrigerator that compresses and expands the refrigerant by using ..
The electric turbo refrigerator is driven by the electric power obtained by the power generation of the fuel cell. Since the electric turbo chiller generally has high cooling efficiency, it is possible to operate the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system with high efficiency even if the generated electric power is used. It is preferable to drive the electric turbo chiller with a direct current in order to efficiently use the generated electric power without converting it into an alternating current.
The carbon dioxide gas compressed by the compressor is, in the cooling device, at least one of the cooling water generated by the exhaust heat input absorption refrigerator or the adsorption refrigerator and the cooling water generated by the electric turbo refrigerator. Cooled to liquefied carbon dioxide.

また、請求項1に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池では、燃料電池が、第1燃料電池と第2燃料電池とを含んで構成されている。
第1燃料電池では、第1燃料極へ供給された燃料ガスと第1空気極へ供給された酸化剤ガスとにより発電が行われる。第2燃料電池では、第1燃料極から第2燃料極へ供給された第1燃料極オフガスと第2空気極へ供給された酸化剤ガスとにより発電が行われる。
Further, in the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell according to claim 1 , the fuel cell is configured to include a first fuel cell and a second fuel cell.
In the first fuel cell, power generation is performed by the fuel gas supplied to the first fuel electrode and the oxidant gas supplied to the first air electrode. In the second fuel cell, power generation is performed by the first fuel electrode off-gas supplied from the first fuel electrode to the second fuel electrode and the oxidant gas supplied to the second air electrode.

第1空気極及び第2空気極の少なくとも一方からは、空気極オフガス流路へ空気極オフガスが送出され、空気極オフガス流路を経由して酸素分離部へ空気極オフガスが供給される。酸素分離部では、空気極オフガスから酸素が分離され、分離された酸素は燃焼部へ供給される。   From at least one of the first air electrode and the second air electrode, the air electrode off-gas is sent to the air electrode off-gas passage, and the air electrode off-gas is supplied to the oxygen separation unit via the air electrode off-gas passage. In the oxygen separation unit, oxygen is separated from the air electrode off gas, and the separated oxygen is supplied to the combustion unit.

また、第2燃料極からは、燃料極オフガス流路へ第2燃料極オフガスが送出され、燃料極オフガス流路を経由して燃焼部へ第2燃料極オフガスが供給される。燃焼部では、第2燃料極オフガス中の可燃成分と酸素とで燃焼反応が生じ、燃焼部から燃焼オフガスが送出される。   Further, the second fuel electrode off-gas is delivered from the second fuel electrode to the fuel electrode off-gas passage, and the second fuel electrode off-gas is supplied to the combustion section via the fuel electrode off-gas passage. In the combustion section, a combustible component in the second fuel electrode off-gas and oxygen cause a combustion reaction, and the combustion off-gas is delivered from the combustion section.

燃焼オフガスは二酸化炭素分離部へ送出され、燃焼オフガスから二酸化炭素が分離される。   Combustion off-gas is sent to a carbon dioxide separation part, and carbon dioxide is separated from combustion off-gas.

請求項1に係る燃料電池発電システムでは、第2燃料電池から送出された後の第2燃料極オフガスが燃焼部で燃焼されるので、第2燃料電池での発電に供される前の第1燃料極オフガスを燃焼する場合と比較して、第2燃料電池に供給される未反応燃料ガス量が多くなる。したがって、第2燃料電池での発電効率を高めることができる。 In the fuel cell power generation system according to claim 1 , the second fuel electrode off-gas after being sent out from the second fuel cell is combusted in the combusting portion, so that the first fuel cell before being used for power generation in the second fuel cell is used. The amount of unreacted fuel gas supplied to the second fuel cell increases as compared with the case of burning the fuel electrode off-gas. Therefore, the power generation efficiency of the second fuel cell can be improved.

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

また、第2燃料極オフガスは、第1燃料極オフガスと比較して含まれる未反応の燃料ガス量が少なく、二酸化炭素の含有率が高い。したがって、燃焼部で未反応の燃料ガスを燃焼させる量を少なくすることができると共に、未反応の燃料ガスを燃焼させるために必要となる酸素量を少なくすることができる。
請求項2に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムは、炭素化合物を含み燃料極へ供給される燃料ガスと、酸素を含み空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、オフガスを排出する燃料電池と、前記オフガスから二酸化炭素ガスを分離する二酸化炭素ガス分離部と、前記燃料電池の発電により得られた電力で駆動され冷熱を生成する電動ターボ冷凍機と、前記燃料電池で発電された電力で駆動可能とされ、前記二酸化炭素ガス分離部で分離された前記二酸化炭素ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮された前記二酸化炭素ガスを前記冷熱で冷却して液化二酸化炭素を生成する冷却装置と、を備えている。
請求項2に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムにおいて、燃料電池は、燃料極へ供給された燃料ガスと空気極へ供給された酸化剤ガスにより発電が行われ、オフガスを排出する。
燃料電池から排出されたオフガスは、二酸化炭素ガス分離部で二酸化炭素ガスが分離される。
二酸化炭素ガス分離部で分離された二酸化炭素ガスは、燃料電池で発電された電力で駆動可能とされる圧縮機で圧縮される。圧縮機を燃料電池で発電された電力で駆動することができるので、発電中に、商用電源等からの外部電力を用いる必要が無く、送電損失も伴わないので、効率よく圧縮機を駆動することができるほか、商用電源等の停電時も継続して、液化二酸化炭素を回収しながら、高効率な燃料電池発電を継続することができる。
また、電動ターボ冷凍機は、燃料電池の発電により得られた電力により駆動される。電動ターボ冷凍機は、一般的に冷却効率が高いため、発電した電力を用いても、高効率で液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムを運転することができる。なお、発電した電力を交流に変換することなく効率よく利用するために、電動ターボ冷凍機を直流電流にて駆動させることが好ましい。
圧縮機で圧縮された二酸化炭素ガスは、冷却装置において、電動ターボ冷凍機で生成された冷熱により冷却されて液化二酸化炭素となる。
Further, the second fuel electrode off-gas has a smaller amount of unreacted fuel gas contained and a higher carbon dioxide content rate than the first fuel electrode off-gas. Therefore, the amount of unreacted fuel gas burned in the combustion section can be reduced, and the amount of oxygen required to burn the unreacted fuel gas can be reduced.
The liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to claim 2 generates power by a fuel gas containing a carbon compound and supplied to a fuel electrode and an oxidant gas containing oxygen and supplied to an air electrode, and an off gas. A fuel cell that discharges, a carbon dioxide gas separation unit that separates carbon dioxide gas from the off gas, an electric turbo refrigerator that is driven by electric power obtained by power generation of the fuel cell to generate cold heat, and the fuel cell A compressor that can be driven by generated electric power and that compresses the carbon dioxide gas separated by the carbon dioxide gas separation unit, and cools the compressed carbon dioxide gas with the cold heat to generate liquefied carbon dioxide. And a cooling device for controlling.
In the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to the second aspect, the fuel cell generates power by the fuel gas supplied to the fuel electrode and the oxidant gas supplied to the air electrode, and discharges off gas.
The off-gas discharged from the fuel cell is separated into carbon dioxide gas by the carbon dioxide gas separation unit.
The carbon dioxide gas separated by the carbon dioxide gas separation unit is compressed by the compressor that can be driven by the electric power generated by the fuel cell. Since the compressor can be driven by the power generated by the fuel cell, there is no need to use external power from a commercial power source, etc. during power generation, and there is no transmission loss, so drive the compressor efficiently. In addition, it is possible to continue high-efficiency fuel cell power generation while recovering liquefied carbon dioxide during a power failure such as commercial power supply.
The electric turbo refrigerator is driven by the electric power obtained by the power generation of the fuel cell. Since the electric turbo chiller generally has high cooling efficiency, it is possible to operate the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system with high efficiency even by using the generated power. Note that it is preferable to drive the electric turbo chiller with a direct current in order to efficiently use the generated power without converting it into an alternating current.
The carbon dioxide gas compressed by the compressor is cooled in the cooling device by the cold heat generated by the electric turbo refrigerator to become liquefied carbon dioxide.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムにおいて、前記第1燃料電池、および前記第2燃料電池は、水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池(PCFC:Proton Ceramic Solid Oxide Fuel Cell)である。 The invention according to claim 3, in liquefied carbon dioxide capture fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the first fuel cell, and the second fuel cell, a hydrogen ion-conductive solid oxide fuel cell (PCFC: Proton Ceramic Solid Oxide Fuel Cell).

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

請求項4に記載の発明は、請求項1または請求項3に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムにおいて、前記酸素分離部は、酸素を選択的に透過させる酸素透過膜を有し、前記燃焼部は、前記酸素透過膜の透過側に燃焼空間が配置されて前記酸素分離部と一体化している。 The invention according to claim 4 is the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to claim 1 or 3 , wherein the oxygen separation part has an oxygen permeable membrane that selectively permeates oxygen, The combustion section has a combustion space disposed on the permeation side of the oxygen permeable membrane and is integrated with the oxygen separation section.

請求項4に係る液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムによれば、燃焼部を酸素分離部の酸素透過膜と隣接配置することができ、燃焼部と酸素分離部をコンパクトに構成することができる。   According to the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system of the fourth aspect, the combustion section can be disposed adjacent to the oxygen permeable membrane of the oxygen separation section, and the combustion section and the oxygen separation section can be made compact. .

請求項5に記載の発明は、請求項1または請求項3に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムにおいて、前記酸素分離部は、PSA装置を含んで構成されており、前記PSA装置は、前記燃料電池で発電された電力で駆動可能とされている。 The invention according to claim 5 is the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to claim 1 or 3 , wherein the oxygen separation part is configured to include a PSA device, and the PSA device is It can be driven by the electric power generated by the fuel cell.

請求項5に係る液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムによれば、酸素分離部は、PSA装置で空気極オフガスから酸素を分離するので、外部電力を用いずに酸素を分離することができる。   In the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to the fifth aspect, the oxygen separation unit separates oxygen from the air electrode off-gas in the PSA device, so that oxygen can be separated without using external power.

請求項6に記載の発明は、請求項1、請求項3、請求項4、請求項5の何れか1項に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムにおいて、前記圧縮機は、前記二酸化炭素ガスを4MPa以上に圧縮し、前記排熱投入型吸収式冷凍機、または吸着式冷凍機は、−5℃〜20℃の範囲で、かつ二酸化炭素ガスの臨界温度よりも低い温度の前記冷却水を前記冷却装置に供給する。 The invention according to claim 6 is the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to any one of claims 1, 3, 4, and 5 , wherein the compressor is the The carbon gas is compressed to 4 MPa or more, and the exhaust heat input type absorption refrigerating machine or the adsorption refrigerating machine is cooled at a temperature in the range of −5° C. to 20° C. and lower than the critical temperature of carbon dioxide gas. Water is supplied to the cooling device.

請求項6に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムでは、圧縮機で、二酸化炭素ガスを4MPa以上に圧縮する。
排熱投入型吸収式冷凍機、または吸着式冷凍機は、−5℃〜20℃の範囲で、かつ二酸化炭素ガスの臨界温度(31.1℃)よりも低い温度の冷却水を前記冷却装置に供給する。これにより、圧縮された二酸化炭素ガスを、臨界温度よりも低い温度に冷却することができる。
In the liquefied carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 6, the compressor compresses carbon dioxide gas to 4 MPa or more.
The exhaust heat input type absorption refrigerating machine or the adsorption refrigerating machine uses the cooling device for cooling water having a temperature in the range of −5° C. to 20° C. and lower than the critical temperature (31.1° C.) of carbon dioxide gas. Supply to. Thereby, the compressed carbon dioxide gas can be cooled to a temperature lower than the critical temperature.

炭酸ガスの状態図から、4MPa以上に圧縮した二酸化炭素ガスは、臨界温度(31.1℃)よりも低い温度に冷却すれば液化するので、請求項5に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムでは、冷却水を用いて二酸化炭素ガスを容易に液化二酸化炭素にすることができる。   From the state diagram of carbon dioxide gas, carbon dioxide gas compressed to 4 MPa or more liquefies when cooled to a temperature lower than the critical temperature (31.1° C.), so the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell according to claim 5. In the power generation system, the carbon dioxide gas can be easily converted into liquefied carbon dioxide by using the cooling water.

請求項7に記載の発明は、請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムにおいて、前記冷却装置で生成された前記液化二酸化炭素を貯留するタンクを有し、前記二酸化炭素ガス分離部、前記圧縮機、前記冷却装置、及び前記タンクは、前記二酸化炭素ガス分離部、前記圧縮機、前記冷却装置、前記タンクの順で配管によって連結されている。   The invention described in claim 7 is the tank for storing the liquefied carbon dioxide produced by the cooling device in the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 6. The carbon dioxide gas separation unit, the compressor, the cooling device, and the tank are connected by a pipe in the order of the carbon dioxide gas separation unit, the compressor, the cooling device, and the tank. ..

請求項7に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムでは、冷却装置で生成された液化二酸化炭素を貯留するタンクを設け、二酸化炭素ガス分離部、圧縮機、冷却装置、及びタンクを、二酸化炭素ガス分離部、圧縮機、冷却装置、タンクの順で配管で連結しているので、発電しながら二酸化炭素ガスを液化して貯留するまでの工程をオンサイトで効率的に行なうことができる。   In the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to claim 7, a tank for storing the liquefied carbon dioxide generated by the cooling device is provided, and the carbon dioxide gas separation unit, the compressor, the cooling device, and the tank are Since the carbon gas separation unit, the compressor, the cooling device, and the tank are connected by piping in this order, the steps of liquefying and storing the carbon dioxide gas while generating power can be efficiently performed on-site.

請求項8に記載の発明は、請求項1、請求項3〜請求項6の何れか1項に記載の液化二酸化炭素回収型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で分離された前記水を、前記排熱投入型吸収式冷凍機の冷却水経路、前記吸着式冷凍機の冷却水経路、又は前記電動ターボ冷凍機の冷却水経路に供給する供給部を備え、前記排熱投入型吸収式冷凍機の前記冷却水経路、前記吸着式冷凍機の前記冷却水経路、又は前記電動ターボ冷凍機の冷却水経路の冷却水の一部に、前記二酸化炭素ガス分離部で分離された前記水が用いられる。 The invention according to claim 8 is the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to any one of claims 1 and 3 to 6 , wherein the carbon dioxide gas separation unit separates the gas. The exhaust heat input type is provided with a supply unit that supplies water to the cooling water path of the exhaust heat input type absorption refrigerator, the cooling water path of the adsorption type refrigerator, or the cooling water path of the electric turbo refrigerator. The cooling water path of the absorption refrigerating machine, the cooling water path of the adsorption refrigerating machine, or a part of the cooling water of the cooling water path of the electric turbo refrigerator, the carbon dioxide gas separation section is separated Water is used.

請求項8に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムでは、二酸化炭素ガス分離部で分離された水を、排熱投入型吸収式冷凍機の冷却水経路、吸着式冷凍機の冷却水経路、又は電動ターボ冷凍機の冷却水経路に供給部で供給することができる。したがって、冷却水経路の冷却水が不足した場合等に、外部の上水道等から水を供給する必要が無くなり、水の外部依存量を削減できる。   In the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to claim 8, the water separated by the carbon dioxide gas separation unit is used as a cooling water path for an exhaust heat input type absorption refrigerator and a cooling water path for an adsorption refrigerator. Alternatively, it can be supplied to the cooling water path of the electric turbo refrigerator by the supply unit. Therefore, when there is a shortage of cooling water in the cooling water path, there is no need to supply water from outside water supply or the like, and the amount of external dependence on water can be reduced.

請求項9に記載の発明は、請求項1、請求項3〜請求項6、請求項8の何れか1項に記載の液化二酸化炭素回収型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で分離された前記水を、前記排熱投入型吸収式冷凍機を構成する冷却塔の冷却水補水経路、又は前記吸着式冷凍機を構成する冷却塔の冷却水補水経路に供給する供給部を備え、前記排熱投入型吸収式冷凍機を構成する冷却塔の冷却水補水、又は前記吸着式冷凍機を構成する冷却塔の冷却水補水の一部に、前記二酸化炭素ガス分離部で分離された前記水が用いられる。 The invention described in claim 9 is the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to any one of claims 1, 3 to 6 and 8 , wherein the carbon dioxide gas separation section is used. The separated water is provided with a supply unit that supplies to the cooling water replenishment path of the cooling tower that constitutes the exhaust heat input type absorption refrigerator or the cooling water replenishment path of the cooling tower that constitutes the adsorption refrigerator. , A part of the cooling water replenishing water of the cooling tower that constitutes the exhaust heat input type absorption refrigerating machine or the cooling water replenishing water of the cooling tower that constitutes the adsorption type refrigerating machine is separated by the carbon dioxide gas separation section. The water is used.

請求項9に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムでは、二酸化炭素ガス分離部で分離された水を、排熱投入型吸収式冷凍機を構成する冷却塔の冷却水補水経路、又は吸着式冷凍機を構成する冷却塔の冷却水補水経路に供給部で供給することができる。したがって、冷却塔の冷却水補水経路の冷却水が不足した場合に、外部の上水道等から水を供給する必要が無くなり、水の外部依存量を削減できる。   In the liquefied carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 9, the water separated by the carbon dioxide gas separation part is supplied to a cooling water replenishment path of a cooling tower constituting an exhaust heat input type absorption refrigerating machine or adsorption. It can be supplied to the cooling water replenishment path of the cooling tower that constitutes the rotary refrigerator by the supply unit. Therefore, when there is a shortage of cooling water in the cooling water replenishment path of the cooling tower, there is no need to supply water from an external water supply or the like, and the amount of external dependence of water can be reduced.

本発明に係る液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システムによれば、発電効率を向上させつつ、効率的に液化二酸化炭素を製造することができる。   According to the liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system of the present invention, it is possible to efficiently produce liquefied carbon dioxide while improving power generation efficiency.

第1実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。1 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a first embodiment. 第1実施形態に係る燃料電池発電システムの制御系のブロック図である。It is a block diagram of a control system of the fuel cell power generation system according to the first embodiment. 第1実施形態の流量調整処理のフローチャートである。It is a flowchart of the flow volume adjustment process of 1st Embodiment. 第1実施形態の冷却水温度調整処理のフローチャートである。It is a flow chart of cooling water temperature adjustment processing of a 1st embodiment. 第2実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of the fuel cell power generation system concerning a 2nd embodiment. 第3実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of the fuel cell power generation system concerning a 3rd embodiment. 第4実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of a fuel cell power generation system concerning a 4th embodiment. 第5実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of a fuel cell power generation system concerning a 5th embodiment. 第6実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of a fuel cell power generation system concerning a 6th embodiment. 第7実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of a fuel cell power generation system concerning a 7th embodiment. 第8実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of the fuel cell power generation system concerning an 8th embodiment. 第9実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of the fuel cell power generation system concerning a 9th embodiment. 二酸化炭素の状態図である。It is a phase diagram of carbon dioxide. 第1実施形態の変形例に係る燃料電池発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of the fuel cell power generation system concerning the modification of a 1st embodiment.

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

〔第1実施形態〕
図1には、本発明の二酸化炭素回収型燃料電池発電システムの一例としての第1実施形態に係る燃料電池発電システム10Aが示されている。燃料電池発電システム10Aは、主要な構成として、第1燃料電池セルスタック12、第2燃料電池セルスタック14、酸素透過膜付燃焼器20、凝縮器26、第1熱交換器30、第2熱交換器32、排熱投入型吸収式冷凍機36、水タンク27、二酸化炭素ガス液化部66、タンク84等を備え、これらがオンサイトで設けられている。また、燃料電池発電システム10Aは、図2に示されるように、燃料電池発電システム10Aを制御する制御部40を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a fuel cell power generation system 10A according to a first embodiment as an example of a carbon dioxide recovery fuel cell power generation system of the present invention. The fuel cell power generation system 10A has, as main components, a first fuel cell stack 12, a second fuel cell stack 14, an oxygen permeable membrane-equipped combustor 20, a condenser 26, a first heat exchanger 30, and a second heat exchanger. An exchanger 32, an exhaust heat input type absorption refrigerating machine 36, a water tank 27, a carbon dioxide gas liquefying section 66, a tank 84 and the like are provided, and these are provided on-site. In addition, the fuel cell power generation system 10A includes a control unit 40 that controls the fuel cell power generation system 10A, as shown in FIG.

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

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

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

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

第1燃料極12Aでは、下記(1)式に示すように、燃料ガスが水蒸気改質され、水素と一酸化炭素が生成される。また、下記(2)式に示すように、生成された一酸化炭素と水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 generate hydrogen and carbon monoxide, as shown in the following formula (1). Further, as shown in the following formula (2), carbon dioxide and hydrogen are produced by the shift reaction between the produced carbon monoxide and water vapor.

CH+HO→3H+CO …(1)
CO+HO→CO+H …(2)
CH 4 +H 2 O→3H 2 +CO (1)
CO+H 2 O→CO 2 +H 2 (2)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

水蒸気が分離除去された燃焼オフガスは、二酸化炭素ガス管P10へ送出される。凝縮器26で水(液相)が除去された燃焼オフガスは、二酸化炭素濃度の高いガスとなっており、当該燃焼オフガスを二酸化炭素リッチガスと称する。二酸化炭素ガス管P10には、組成検出部44が設けられている。組成検出部44では、凝縮器26から送出された二酸化炭素リッチガスの組成が検出される。具体的には、メタン、一酸化炭素、水素などの可燃ガスの濃度、二酸化炭素、酸素のうち、何れか一つ以上の濃度が検出される。組成検出部44は、制御部40と接続されており、検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報が制御部40へ送信される。なお、制御部40は、二酸化炭素ガスの濃度を高めるように種々の制御を行う。   The combustion off-gas from which the water vapor has been separated and removed is sent to the carbon dioxide gas pipe P10. The combustion offgas from which water (liquid phase) has been removed by the condenser 26 has a high carbon dioxide concentration, and the combustion offgas is referred to as a carbon dioxide rich gas. A composition detector 44 is provided in the carbon dioxide gas pipe P10. The composition detector 44 detects the composition of the carbon dioxide rich gas sent from the condenser 26. Specifically, one or more of the concentrations of combustible gases such as methane, carbon monoxide, and hydrogen, carbon dioxide, and oxygen are detected. The composition detection unit 44 is connected to the control unit 40, and the composition information of the detected carbon dioxide rich gas is transmitted to the control unit 40. The control unit 40 performs various controls so as to increase the concentration of carbon dioxide gas.

なお、二酸化炭素ガス管P10の下流側には、後述する二酸化炭素ガス液化部66が設けられている。   A carbon dioxide gas liquefying unit 66, which will be described later, is provided on the downstream side of the carbon dioxide gas pipe P10.

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

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

なお、排熱投入型吸収式冷凍機36の内部には、吸収液を循環させるポンプ、及び吸収液から分離した水を循環させるポンプ(何れも図示せず)が設けられている。これらのポンプは、直流モータで駆動され、直流モータは、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で発電された直流電力によって駆動することができる。   A pump that circulates the absorbing liquid and a pump (not shown) that circulates the water separated from the absorbing liquid are provided inside the exhaust heat input type absorption refrigerator 36. These pumps are driven by a DC motor, and the DC motor can be driven by the DC power generated by the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14.

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

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

水タンク27は、冷却水循環流路26A、放熱回路37、及び、排熱投入型吸収式冷凍機36の熱媒としての水が流れる熱媒流路(不図示)と接続されている。冷却水循環流路26A、放熱回路37、及び、熱媒流路では、水が不足した場合に、水タンク27から、以下に説明する補充系統67を介して適宜水が補充される。
なお、排熱投入型吸収式冷凍機36は、一例として、−5℃〜12℃の冷却水を生成する能力を有している。
The water tank 27 is connected to the cooling water circulation flow path 26A, the heat radiation circuit 37, and a heat medium flow path (not shown) through which water as a heat medium of the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 flows. When water is insufficient in the cooling water circulation flow path 26A, the heat radiation circuit 37, and the heat medium flow path, water is appropriately replenished from the water tank 27 via a replenishment system 67 described below.
The exhaust heat input type absorption refrigerator 36 has, for example, the ability to generate cooling water at -5°C to 12°C.

(補充系統)
水タンク27には、配管P11、ポンプ27A等を含んで構成される補充系統67が接続されている。水タンク27には、配管P11の一端が接続されており、配管P11の他端は、3分岐されて、冷却塔38、冷却水循環流路26A、及び後述する液化用冷却水循環路70Aと接続されている。なお、ポンプ27Aは、分岐前の配管P11に設けられており、3分岐された各々の配管には、電磁弁(図示省略)が取り付けられている。なお、ポンプ27A、及び電磁弁は、後述する制御部40で制御される。
(Replenishment system)
A replenishment system 67 including a pipe P11, a pump 27A and the like is connected to the water tank 27. One end of the pipe P11 is connected to the water tank 27, and the other end of the pipe P11 is branched into three and connected to the cooling tower 38, the cooling water circulation passage 26A, and the liquefaction cooling water circulation passage 70A described later. ing. The pump 27A is provided in the pipe P11 before branching, and an electromagnetic valve (not shown) is attached to each of the three branched pipes. The pump 27A and the solenoid valve are controlled by the control unit 40 described later.

なお、冷却塔38、冷却水循環流路26A、及び液化用冷却水循環路70Aには、各々冷却水を貯留するバッファタンク(図示せず)を備えており、バッファタンクには、冷却水の貯留量を検出する液面センサ(図示せず)が設けられている。この液面センサは、後述する制御部40に接続されており、液面レベル(冷却水の貯留量)の検出データが制御部40に出力される。これにより、制御部40は、冷却塔38、冷却水循環流路26A、及び液化用冷却水循環路70Aの各々の冷却水の貯留量を把握することができる。   The cooling tower 38, the cooling water circulation passage 26A, and the liquefaction cooling water circulation passage 70A are each provided with a buffer tank (not shown) for storing cooling water, and the buffer tank has a storage amount of cooling water. A liquid level sensor (not shown) for detecting The liquid level sensor is connected to a control unit 40 described later, and the detection data of the liquid level (cooling water storage amount) is output to the control unit 40. As a result, the control unit 40 can grasp the storage amount of the cooling water in each of the cooling tower 38, the cooling water circulation passage 26A, and the liquefaction cooling water circulation passage 70A.

(二酸化炭素ガス液化部)
二酸化炭素ガス管P10へ送出された二酸化炭素リッチガスは、圧縮機68、及び冷却装置70等を含んで構成された二酸化炭素ガス液化部66へ送られる。
二酸化炭素ガス液化部66へ送られた二酸化炭素リッチガスは、最初に圧縮機68で圧縮される。なお、圧縮機68は、図示しない直流モータで稼動され、二酸化炭素ガスを4MPa以上に圧縮可能とされている。また、圧縮機68の直流モータは、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で得られた電力で駆動されるが、例えば、システムの起動時においては、外部の商用電源を用いて駆動したり、図示しない再生可能エネルギー発電で得られた電力(余剰電力)で駆動することもできる。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。
(Carbon dioxide gas liquefaction section)
The carbon dioxide-rich gas sent to the carbon dioxide gas pipe P10 is sent to the carbon dioxide gas liquefying unit 66 including a compressor 68, a cooling device 70, and the like.
The carbon dioxide rich gas sent to the carbon dioxide gas liquefying unit 66 is first compressed by the compressor 68. The compressor 68 is operated by a DC motor (not shown) and can compress carbon dioxide gas to 4 MPa or more. Further, the DC motor of the compressor 68 is driven by the electric power obtained by the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14, but, for example, when the system is started, an external commercial power source is used. It is also possible to drive with electric power (surplus electric power) obtained by renewable energy power generation (not shown). Examples of renewable energy power generation include solar 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, etc. Good.

圧縮機68の直流モータは、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で得られた直流電力を用いて直接的に駆動可能であるので、例えば、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で得られた直流電力を交流電力に変換し、交流電力で交流モータを駆動する場合に比較して、エネルギー損失が少なく、効率的である。なお、圧縮機68の直流モータは、後述する制御部40で制御される。   Since the DC motor of the compressor 68 can be directly driven by using the DC power obtained by the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14, for example, the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 converts the DC power to AC power and drives the AC motor with AC power, resulting in less energy loss and higher efficiency. The DC motor of the compressor 68 is controlled by the control unit 40 described later.

圧縮機68で圧縮された二酸化炭素ガスは、配管P14を介して冷却装置70へ送られる。配管P14には、温度センサ74と圧力センサ76が設けられており、温度センサ74で計測された二酸化炭素ガスの温度データ、及び圧力センサ76で計測された二酸化炭素ガスの圧力データは、各々制御部40に送られる。   The carbon dioxide gas compressed by the compressor 68 is sent to the cooling device 70 via the pipe P14. A temperature sensor 74 and a pressure sensor 76 are provided in the pipe P14, and the temperature data of carbon dioxide gas measured by the temperature sensor 74 and the pressure data of carbon dioxide gas measured by the pressure sensor 76 are controlled respectively. Sent to section 40.

冷却装置70には、液化用冷却水循環路70Aが配管されており、液化用冷却水循環路70Aには、制御部40で制御される循環ポンプ78が取り付けられている。液化用冷却水循環路70Aは排熱投入型吸収式冷凍機36からの冷却水が循環供給され、圧縮機68から供給された圧縮された二酸化炭素リッチガスを冷却して液化二酸化炭素を生成する。   A liquefaction cooling water circulation passage 70A is installed in the cooling device 70, and a circulation pump 78 controlled by the control unit 40 is attached to the liquefaction cooling water circulation passage 70A. Cooling water from the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is circulated and supplied to the liquefying cooling water circulation path 70A to cool the compressed carbon dioxide rich gas supplied from the compressor 68 to generate liquefied carbon dioxide.

液化用冷却水循環路70Aには、冷却装置70に流入する冷却水の温度を検出する温度センサ80が設けられている。温度センサ80で計測された冷却水の温度データは、制御部40に送られる。なお、液化用冷却水循環路70Aに、冷却水の流量を計測する流量センサ(図示せず)を設けても良い。   The liquefaction cooling water circulation path 70A is provided with a temperature sensor 80 that detects the temperature of the cooling water flowing into the cooling device 70. The temperature data of the cooling water measured by the temperature sensor 80 is sent to the control unit 40. A flow rate sensor (not shown) that measures the flow rate of the cooling water may be provided in the liquefying cooling water circulation path 70A.

冷却装置70で生成された液化二酸化炭素は、配管P15、ポンプ82を介してタンク84に送られて貯留される。   The liquefied carbon dioxide generated by the cooling device 70 is sent to and stored in the tank 84 via the pipe P15 and the pump 82.

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

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

(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。
(Action, effect)
Next, the operation of the fuel cell power generation system 10A of this embodiment will be described.

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

第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aでは、燃料ガスが水蒸気改質され、水素と一酸化炭素が生成される。また、生成された一酸化炭素と水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 of the first fuel cell stack 12, the fuel gas is steam-reformed to generate hydrogen and carbon monoxide. Further, carbon dioxide and hydrogen are generated by the shift reaction between the generated carbon monoxide and water vapor.

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

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

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

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

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

凝縮器26へ供給された燃焼オフガスは、冷却水循環流路26Aを介して循環供給される排熱投入型吸収式冷凍機36からの冷却水により冷却され、燃焼オフガス内の水蒸気が凝縮される。凝縮された水は水配管P9を介して水タンク27へ送出され、水タンク27に貯留される。   The combustion off-gas supplied to the condenser 26 is cooled by the cooling water from the exhaust heat input type absorption refrigerating machine 36 circulated and supplied through the cooling water circulation flow path 26A, and the steam in the combustion off-gas is condensed. The condensed water is sent to the water tank 27 through the water pipe P9 and stored in the water tank 27.

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

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

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

ステップS10で、可燃ガスの濃度が閾値G1以下の場合には、ステップS14で、組成検出部44で検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報において、酸素の濃度が閾値O1以内かどうかを判断する。ここで、閾値O1は、二酸化炭素リッチガスにおいて十分に低い濃度であり0.1〜5vol%程度を設定することができ、0.1〜1vol%の範囲であることがより好ましい。酸素の濃度が閾値O1よりも高い場合には、ステップS16で流量調整バルブ42を制御して、分岐空気極オフガス管P6−2へ分岐する空気極オフガスの流量を減少させる。これにより、酸素透過膜23を透過して燃焼空間22Aへ移動する酸素の量が減少し、燃焼空間22Aで燃焼反応に供されずに残る酸素を減少させることができる。   When the concentration of the combustible gas is equal to or lower than the threshold value G1 in step S10, it is determined in step S14 whether the oxygen concentration is within the threshold value O1 in the composition information of the carbon dioxide rich gas detected by the composition detection unit 44. Here, the threshold value O1 is a sufficiently low concentration in the carbon dioxide-rich gas, and can be set to about 0.1 to 5 vol%, more preferably in the range of 0.1 to 1 vol%. If the oxygen concentration is higher than the threshold value O1, the flow rate adjustment valve 42 is controlled in step S16 to reduce the flow rate of the air electrode offgas branched to the branch air electrode offgas pipe P6-2. As a result, the amount of oxygen that permeates the oxygen permeable film 23 and moves to the combustion space 22A is reduced, and it is possible to reduce the amount of oxygen that remains in the combustion space 22A without being used for the combustion reaction.

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

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

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

二酸化炭素ガス管P10へ送出された二酸化炭素リッチガスは、二酸化炭素ガス液化部66の圧縮機68へ送られて圧縮され、圧縮された二酸化炭素リッチガスは、冷却装置70へ送られる。冷却装置70は、排熱投入型吸収式冷凍機36からの冷却水で圧縮された二酸化炭素リッチガスを冷却して液化二酸化炭素を生成する。   The carbon dioxide-rich gas sent to the carbon dioxide gas pipe P10 is sent to the compressor 68 of the carbon dioxide gas liquefying unit 66 and compressed, and the compressed carbon dioxide-rich gas is sent to the cooling device 70. The cooling device 70 cools the carbon dioxide rich gas compressed with the cooling water from the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 to generate liquefied carbon dioxide.

排熱投入型吸収式冷凍機36は、空気極オフガスの排熱を用いて冷熱を生成しているため、モータでコンプレッサーを駆動して冷媒の圧縮、膨張を行なうタイプの冷凍機(例えば、ターボ冷凍機等)で冷熱を生成する場合に比較して、少ない電力で効率的に冷熱(水を冷却して冷却水とするために用いる)を生成することができる。   Since the exhaust heat input type absorption refrigerating machine 36 uses the exhaust heat of the air electrode off-gas to generate cold heat, the motor drives the compressor to compress and expand the refrigerant (for example, a turbo). As compared with a case where cold energy is generated by a refrigerator or the like), cold energy (used for cooling water to be cooling water) can be efficiently generated with less electric power.

図13に示す炭酸ガスの状態図から、一例として、4MPa以上に圧縮した二酸化炭素ガスは、二酸化炭素ガスの臨界温度(31.1℃)よりも低い温度に冷却すれば、液化する。
本実施形態の二酸化炭素ガス液化部66では、一例として二酸化炭素ガスを圧縮機68で4MPaに圧縮し、その後、冷却装置70において、圧縮された二酸化炭素ガスを−5℃〜12℃の冷却水で冷却することで液化二酸化炭素を得ている。なお、二酸化炭素ガスの圧力、及び冷却温度は、上記値に限定されることはなく、適宜変更可能である。
From the state diagram of carbon dioxide gas shown in FIG. 13, as an example, carbon dioxide gas compressed to 4 MPa or more liquefies when cooled to a temperature lower than the critical temperature (31.1° C.) of carbon dioxide gas.
In the carbon dioxide gas liquefying unit 66 of the present embodiment, as an example, the carbon dioxide gas is compressed to 4 MPa by the compressor 68, and then, in the cooling device 70, the compressed carbon dioxide gas is cooled to -5°C to 12°C. Liquefied carbon dioxide is obtained by cooling with. The pressure of the carbon dioxide gas and the cooling temperature are not limited to the above values and can be changed as appropriate.

(液化の制御)
なお、圧縮機68を通過した高圧の二酸化炭素ガスの温度(温度センサ74で計測)、及び圧力(圧力センサ76で計測)、または液化せずに残留する二酸化炭素ガス量のうち、何れか一つ以上の測定結果に応じて、制御部40は、冷却装置70へ供給する冷却水の温度(温度センサ80で計測)や流量(流量センサ(図示せず)で計測)など、排熱投入型吸収式冷凍機36の運転と、循環ポンプ78の運転を制御し、二酸化炭素ガスを効率的に液化二酸化炭素とする。
(Control of liquefaction)
Either the temperature of the high-pressure carbon dioxide gas that has passed through the compressor 68 (measured by the temperature sensor 74), the pressure (measured by the pressure sensor 76), or the amount of carbon dioxide gas remaining without being liquefied According to one or more measurement results, the control unit 40 controls the temperature of the cooling water supplied to the cooling device 70 (measured by the temperature sensor 80) and the flow rate (measured by a flow rate sensor (not shown)) of the exhaust heat input type. The operation of the absorption chiller 36 and the operation of the circulation pump 78 are controlled to efficiently convert carbon dioxide gas into liquefied carbon dioxide.

即ち、本実施形態では、回収した二酸化炭素ガスの温度や圧力、または液化時の残留二酸化炭素ガス量に応じて、二酸化炭素ガスの液化量を最大化するための冷熱量を制御部40で算出し、これに応じた冷却水の温度を低温化させるか、循環する冷却水の流量を増やすか、これらの両方を併用することができる。   That is, in the present embodiment, the control unit 40 calculates the amount of cold heat for maximizing the liquefaction amount of carbon dioxide gas according to the temperature and pressure of the recovered carbon dioxide gas or the amount of residual carbon dioxide gas at the time of liquefaction. However, it is possible to lower the temperature of the cooling water according to this, increase the flow rate of the circulating cooling water, or to use both of them together.

なお、冷却装置70の内部においては、液化二酸化炭素が下方に溜まり、液化二酸化炭素の上方に液化していない二酸化炭素ガスが残存するため、冷却装置70の内部に溜まった液化二酸化炭素の液面レベルを測定することで、冷却装置70の内部で液化せずに残留する二酸化炭素ガスの量を間接的に計測することができる(なお、冷却装置70の内部空間容積は既知)。   In the cooling device 70, liquefied carbon dioxide accumulates downward, and unliquefied carbon dioxide gas remains above the liquefied carbon dioxide. Therefore, the liquid surface of the liquefied carbon dioxide accumulated inside the cooling device 70 By measuring the level, it is possible to indirectly measure the amount of carbon dioxide gas that remains inside the cooling device 70 without being liquefied (the internal space volume of the cooling device 70 is known).

このようにして二酸化炭素ガス液化部66で生成された液化二酸化炭素は、配管P15、ポンプ82を介してタンク84に送られて貯留される。なお、タンク84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 thus generated in the carbon dioxide gas liquefying unit 66 is sent to and stored in the tank 84 via the pipe P15 and the pump 82. The liquefied carbon dioxide stored in the tank 84 can also be used for commercial and industrial purposes as in the past.

本実施形態の燃料電池発電システム10A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からタンク84までが連続的に繋がって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84に貯留することができる。なお、タンク84に貯留した液化二酸化炭素は、ローリー86等で輸送してもよく、パイプライン等で輸送してもよい。   In the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, since the first fuel cell stack 12, and the second fuel cell stack 14 to the tank 84 are continuously connected and provided on-site, during power generation, Liquefied carbon dioxide can be efficiently produced continuously and stored in the tank 84. The liquefied carbon dioxide stored in the tank 84 may be transported by the lorry 86 or the like, or by a pipeline or the like.

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

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

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

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

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

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

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

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

また、本実施形態の燃料電池発電システム10Aでは、制御部40が、冷却塔38、冷却水循環流路26A、及び液化用冷却水循環路70Aの各バッファタンクの冷却水の貯留量を液面センサからの検出データに基づき把握しており、冷却水の貯留量が予め設定した下限値よりも不足している判断したときに、電磁弁、及びポンプ27Aを制御し、冷却水に用いる水を水タンク27から補充することができる。このように、冷却水が不足した場合、外部の上水道等から水を供給する必要が無くなり、水の外部依存量を削減できる。   Further, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, the control unit 40 controls the storage amount of the cooling water in each buffer tank of the cooling tower 38, the cooling water circulation passage 26A, and the liquefaction cooling water circulation passage 70A from the liquid level sensor. When it is determined that the amount of stored cooling water is less than the preset lower limit value, the solenoid valve and the pump 27A are controlled to supply the water used for cooling water to the water tank. It can be replenished from 27. As described above, when the cooling water is insufficient, it is not necessary to supply the water from the external water supply or the like, and it is possible to reduce the amount of external dependence of water.

なお、本実施形態では、燃焼オフガス内の水蒸気を凝縮器26で凝縮させて除去することにより、燃焼オフガスから二酸化炭素を分離したが、その他の手段、例えば、二酸化炭素分離膜で二酸化炭素を分離してもよいし、吸着剤を用いて圧力を変化させることによりガスを分離・製造する、所謂PSA(Pressure Swing Adsorption:圧力変動吸着)装置により二酸化炭素を分離してもよい。   In this embodiment, the carbon dioxide is separated from the combustion off gas by condensing and removing the water vapor in the combustion off gas with the condenser 26, but other means, for example, the carbon dioxide separation membrane separates the carbon dioxide. Alternatively, carbon dioxide may be separated by a so-called PSA (Pressure Swing Adsorption) device that separates and produces gas by changing the pressure using an adsorbent.

[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 present invention will be described. In this embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

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

高温酸素製造装置50の入口側には、分岐空気極オフガス管P6−2の下流端が接続されている。高温酸素製造装置50は、空気極オフガスから酸素を分離する装置であり、一例として、高温下で吸着と脱着を行うPSA装置を用いることができる。高温酸素製造装置50の酸素出口側には、酸素供給管POの一端が接続されている。高温酸素製造装置50の酸素が分離された後の空気極オフガス出口側には、排気管P13が接続されている。酸素供給管POの他端は、燃焼器52の入口側に接続されている。排気管P13は、燃料電池発電システム10Bの外部に開放されている。なお、この高温酸素製造装置50は、
一例として、吸着材にペロブスカイト型酸化物を用いたHT−PSA(High Temperature - Pressure Swing Adsorption)装置であり、高温の空気極オフガスを利用して酸素を効率的に製造することができる。また、この高温酸素製造装置50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で発電された直流電力によって駆動することができる。
The downstream end of the branched air electrode offgas pipe P6-2 is connected to the inlet side of the high temperature oxygen production device 50. The high temperature oxygen production apparatus 50 is an apparatus that separates oxygen from the air electrode off gas, and as an example, a PSA apparatus that performs adsorption and desorption at high temperature can be used. One end of an oxygen supply pipe PO is connected to the oxygen outlet side of the high temperature oxygen production device 50. An exhaust pipe P13 is connected to the air electrode off-gas outlet side of the high temperature oxygen production apparatus 50 after the oxygen is separated. The other end of the oxygen supply pipe PO is connected to the inlet side of the combustor 52. The exhaust pipe P13 is open to the outside of the fuel cell power generation system 10B. In addition, this high temperature oxygen production apparatus 50 is
As an example, it is a HT-PSA (High Temperature-Pressure Swing Adsorption) device using a perovskite type oxide as an adsorbent, and oxygen can be efficiently produced by using a high temperature air electrode off gas. The high temperature oxygen production apparatus 50 can be driven by the DC power generated by the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14.

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

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

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

燃焼器52では、第2燃料極オフガス中の可燃ガス成分(未改質のメタン、未反応の水素、未反応の一酸化炭素等)と、酸素とで燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。燃焼オフガスは、燃焼オフガス管P8へ送出され、第1実施形態と同様にして凝縮器26で水が分離され、分離された水が水タンク27に回収され、二酸化炭素リッチガスは、二酸化炭素ガス液化部66へと供給される。   In the combustor 52, a combustible gas component (unreformed methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas, and oxygen cause a combustion reaction to generate carbon dioxide and water vapor. Is generated. The combustion off-gas is sent to the combustion off-gas pipe P8, the water is separated in the condenser 26 as in the first embodiment, the separated water is recovered in the water tank 27, and the carbon dioxide-rich gas is liquefied into carbon dioxide gas. It is supplied to the part 66.

本実施形態においても、燃焼器52において、第2燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第2燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収し、効率的に液化二酸化炭素を得ることができる。   Also in the present embodiment, carbon dioxide and water vapor are generated in the combustor 52 by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off-gas and oxygen. Therefore, it is possible to reduce the combustible gas from the second fuel electrode off-gas, recover high-concentration carbon dioxide, and efficiently obtain liquefied carbon dioxide.

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

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

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

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

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

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

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

酸素透過膜付燃焼器20、凝縮器26では、第1実施形態と同様に処理が行われ、二酸化炭素リッチガスは、二酸化炭素ガス液化部66へと供給される。   In the oxygen-permeable membrane-equipped combustor 20 and the condenser 26, the same processing as in the first embodiment is performed, and the carbon dioxide-rich gas is supplied to the carbon dioxide gas liquefying unit 66.

本実施形態においても、酸素透過膜付燃焼器20において、第2燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第2燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収し、効率的に液化二酸化炭素を得ることができる。   Also in this embodiment, in the combustor 20 with an oxygen permeable membrane, carbon dioxide and water vapor are generated by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off gas and oxygen. Therefore, it is possible to reduce the combustible gas from the second fuel electrode off-gas, recover high-concentration carbon dioxide, and efficiently obtain liquefied carbon dioxide.

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

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

図7に示すように、高温酸素製造装置50の入口側には、分岐空気極オフガス管P6−2の下流端が接続され、高温酸素製造装置50の酸素出口側には、酸素供給管POの一端が接続されている。高温酸素製造装置50の酸素が分離された後の空気極オフガス出口側には、排気管P13が接続されている。酸素供給管POの他端は、燃焼器52の入口側に接続されている。排気管P13は、燃料電池発電システム10Dの外部に開放されている。   As shown in FIG. 7, the downstream end of the branched air electrode off-gas pipe P6-2 is connected to the inlet side of the high temperature oxygen production device 50, and the oxygen outlet side of the high temperature oxygen production device 50 is connected to the oxygen supply pipe PO. One end is connected. An exhaust pipe P13 is connected to the air electrode off-gas outlet side of the high temperature oxygen production apparatus 50 after the oxygen is separated. The other end of the oxygen supply pipe PO is connected to the inlet side of the combustor 52. The exhaust pipe P13 is open to the outside of the fuel cell power generation system 10D.

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

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

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

燃焼器52では、第2燃料極オフガス中の可燃ガス成分(未改質のメタン、未反応の水素、未反応の一酸化炭素等)と、酸素とで燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気が生成される。燃焼オフガスは、燃焼オフガス管P8へ送出され、第1実施形態と同様にして凝縮器26で水が分離され、分離された水が水タンク27に回収され、二酸化炭素リッチガスは、二酸化炭素ガス液化部66へと供給される。   In the combustor 52, a combustible gas component (unreformed methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas, and oxygen cause a combustion reaction to generate carbon dioxide and water vapor. Is generated. The combustion off-gas is sent to the combustion off-gas pipe P8, the water is separated in the condenser 26 as in the first embodiment, the separated water is recovered in the water tank 27, and the carbon dioxide-rich gas is liquefied into carbon dioxide gas. It is supplied to the part 66.

本実施形態においても、燃焼器52において、第2燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第2燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収し、効率的に液化二酸化炭素を得ることができる。   Also in the present embodiment, carbon dioxide and water vapor are generated in the combustor 52 by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off-gas and oxygen. Therefore, it is possible to reduce the combustible gas from the second fuel electrode off-gas, recover high-concentration carbon dioxide, and efficiently obtain liquefied carbon dioxide.

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

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

図8に示すように、第1燃料極オフガス管P7は、第1燃料極12Aから延出され、第3熱交換器34を経て凝縮器35と接続されている。第1燃料極12Aから凝縮器35までの第1燃料極オフガス管P7を符号P7Aで示す。第1燃料極オフガス管P7Aは、凝縮器35の気体側出口から延出され、第3熱交換器34を経て第2燃料極14Aと接続されている。凝縮器35から第2燃料極14Aまでの第1燃料極オフガス管P7を符号P7Bで示す。凝縮器35の液体側出口には、水配管P9−2の一端が接続されている。水配管P9−2の他端は水タンク27に接続されている。凝縮器35には、冷却水循環流路35Aが配管されており、排熱投入型吸収式冷凍機36からの冷却水がポンプ35Pの駆動により循環供給されている。これにより、第1燃料極オフガスが冷却され、第1燃料極オフガス中の水蒸気が凝縮する。凝縮した水は水配管P9−2を介して水タンク27へ送出される。   As shown in FIG. 8, the first fuel electrode off-gas pipe P7 extends from the first fuel electrode 12A and is connected to the condenser 35 via the third heat exchanger 34. The first fuel electrode off-gas pipe P7 from the first fuel electrode 12A to the condenser 35 is indicated by reference numeral P7A. The first fuel electrode off-gas pipe P7A extends from the gas side outlet of the condenser 35 and is connected to the second fuel electrode 14A via the third heat exchanger 34. The first fuel electrode off-gas pipe P7 from the condenser 35 to the second fuel electrode 14A is shown by reference numeral P7B. One end of a water pipe P9-2 is connected to the liquid side outlet of the condenser 35. The other end of the water pipe P9-2 is connected to the water tank 27. A cooling water circulation flow passage 35A is piped to the condenser 35, and the cooling water from the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is circulated and supplied by driving the pump 35P. As a result, the first fuel electrode off-gas is cooled and the water vapor in the first fuel electrode off-gas is condensed. The condensed water is sent to the water tank 27 via the water pipe P9-2.

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

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

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

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

また、本実施形態においても、酸素透過膜付燃焼器20の燃焼部22において、第2燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第2燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収し、効率的に液化二酸化炭素を得ることができる。   Also in this embodiment, carbon dioxide and water vapor are generated in the combustion section 22 of the combustor 20 with an oxygen permeable film by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off gas and oxygen. Therefore, it is possible to reduce the combustible gas from the second fuel electrode off-gas, recover high-concentration carbon dioxide, and efficiently obtain liquefied carbon dioxide.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

また、本実施形態においても、酸素透過膜付燃焼器20の燃焼部22において、第2燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第2燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収し、効率的に液化二酸化炭素を得ることができる。   Also in this embodiment, carbon dioxide and water vapor are generated in the combustion section 22 of the combustor 20 with an oxygen permeable film by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off gas and oxygen. Therefore, it is possible to reduce the combustible gas from the second fuel electrode off-gas, recover high-concentration carbon dioxide, and efficiently obtain liquefied carbon dioxide.

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

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

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

また、本実施形態においても、燃焼器52において、第2燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第2燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収し、効率的に液化二酸化炭素を得ることができる。   Also in the present embodiment, carbon dioxide and water vapor are generated in the combustor 52 by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off-gas and oxygen. Therefore, it is possible to reduce the combustible gas from the second fuel electrode off-gas, recover high-concentration carbon dioxide, and efficiently obtain liquefied carbon dioxide.

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

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

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

また、本実施形態においても、燃焼部22において、第2燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第2燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収し、効率的に液化二酸化炭素を得ることができる。   Also in this embodiment, carbon dioxide and water vapor are generated in the combustion section 22 by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off-gas and oxygen. Therefore, it is possible to reduce the combustible gas from the second fuel electrode off-gas, recover the high-concentration carbon dioxide, and efficiently obtain the liquefied carbon dioxide.

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

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

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

また、本実施形態においても、燃焼器52において、第2燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第2燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収し、効率的に液化二酸化炭素を得ることができる。   Also in the present embodiment, carbon dioxide and water vapor are generated in the combustor 52 by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off-gas and oxygen. Therefore, it is possible to reduce the combustible gas from the second fuel electrode off-gas, recover high-concentration carbon dioxide, and efficiently obtain liquefied carbon dioxide.

[その他の実施形態]
以上、本発明の液化二酸化炭素回収型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 liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above, and various other than the above without departing from the scope thereof. Of course, it can be modified and implemented.

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

前述の第1〜第9実施形態では、排熱投入型吸収式冷凍機36を用いて冷熱を生成したが、排熱投入型吸収式冷凍機36に代えて、例えば、公知の吸着式冷凍機を用いて冷熱を生成してもよい。   In the above-described first to ninth embodiments, cold heat is generated using the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, but instead of the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, for example, a known adsorption refrigerator May be used to generate cold heat.

さらに、排熱投入型吸収式冷凍機36に代えて、排熱を利用せず、電力を利用することによって冷熱を生成する電動ターボ冷凍機60を用いる燃料電池発電システム10Jとしてもよい。図14では、一例として、第1実施形態の燃料電池発電システム10Aについて、排熱投入型吸収式冷凍機36を電動ターボ冷凍機60に置き換えた構成が示されている。第2〜第9実施形態でも同様に置き換えることができる。燃料電池発電システム10Jでは、空気極オフガスは、第2熱交換器32での熱交換後にシステム外へ排気される。電動ターボ冷凍機60は、燃料電池発電システム10Jで発電された電力により駆動することができる。電動ターボ冷凍機60は、一般的に冷却効率が高いため、発電した電力を用いても、高効率で燃料電池発電システム10Jを運転することができる。なお、この場合にも、発電した電力を交流に変換することなく効率よく利用するために、電動ターボ冷凍機60を直流電流にて駆動させることが好ましい。   Further, instead of the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, a fuel cell power generation system 10J may be used that uses an electric turbo refrigerator 60 that generates cold heat by using electric power without using exhaust heat. In FIG. 14, as an example, a configuration in which the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is replaced with an electric turbo refrigerator 60 in the fuel cell power generation system 10A of the first embodiment is shown. The second to ninth embodiments can be similarly replaced. In the fuel cell power generation system 10J, the air electrode off gas is exhausted to the outside of the system after heat exchange in the second heat exchanger 32. The electric turbo refrigerator 60 can be driven by the electric power generated by the fuel cell power generation system 10J. Since the electric turbo chiller 60 generally has high cooling efficiency, it is possible to operate the fuel cell power generation system 10J with high efficiency even if the generated electric power is used. In this case as well, it is preferable to drive the electric turbo refrigerator 60 with a direct current in order to efficiently use the generated electric power without converting it into an alternating current.

10A〜10J 燃料電池発電システム(液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システム)
12、62 第1燃料電池セルスタック(第1燃料電池)
12A、62A 第1燃料極
12B、62B 第1空気極
14、64 第2燃料電池セルスタック(第2燃料電池)
14A、64A 第2燃料極
14B、64B 第2空気極
20 酸素透過膜付燃焼器
22 燃焼部、
22A 燃焼空間
23 酸素透過膜、
24 酸素分離部
26 凝縮器(二酸化炭素分離部)
35 凝縮器(燃料再生部)
36 排熱投入型吸収式冷凍機
50 高温酸素製造装置(酸素分離部)
52 燃焼器(燃焼部)、
54 改質器、
60 電動ターボ冷凍機
67 補充系統(供給部)
68 圧縮機
70 冷却装置
84 タンク
P3 循環ガス管(循環流路)
P6 空気極オフガス管(空気極オフガス流路)
P6−2 分岐空気極オフガス管(分岐空気極オフガス流路)
P7 第2燃料極オフガス管(第2燃料極オフガス流路)
10A-10J Fuel cell power generation system (liquefied carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system)
12, 62 First fuel cell stack (first fuel cell)
12A, 62A 1st fuel electrode 12B, 62B 1st air electrode 14, 64 2nd fuel cell stack (2nd fuel cell)
14A, 64A 2nd fuel electrode 14B, 64B 2nd air electrode 20 Combustor 22 with an oxygen permeable membrane 22 Combustion part,
22A combustion space 23 oxygen permeable membrane,
24 Oxygen Separation Section 26 Condenser (Carbon Dioxide Separation Section)
35 Condenser (fuel regeneration section)
36 Exhaust Heat Input Type Absorption Refrigerator 50 High Temperature Oxygen Production Device (Oxygen Separation Section)
52 Combustor (combustion section),
54 reformer,
60 electric turbo refrigerator 67 replenishment system (supply unit)
68 Compressor 70 Cooling device 84 Tank P3 Circulating gas pipe (circulating flow path)
P6 air electrode off-gas pipe (air electrode off-gas passage)
P6-2 Branch air electrode off-gas pipe (branch air electrode off-gas passage)
P7 2nd fuel electrode offgas pipe (2nd fuel electrode offgas flow path)

Claims (9)

炭素化合物を含み燃料極へ供給される燃料ガスと、酸素を含み空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、オフガスを排出する燃料電池と、
前記オフガスから二酸化炭素ガスを分離する二酸化炭素ガス分離部と、
前記オフガスを駆動用熱源として用い水を冷却して冷却水を生成する排熱投入型吸収式冷凍機若しくは吸着式冷凍機、および前記燃料電池の発電により得られた電力で駆動され冷熱を生成する電動ターボ冷凍機の少なくとも一方と、
前記燃料電池で発電された電力で駆動可能とされ、前記二酸化炭素ガス分離部で分離された前記二酸化炭素ガスを圧縮する圧縮機と、
圧縮された前記二酸化炭素ガスを前記冷却水および前記冷熱の少なくとも一方で冷却して液化二酸化炭素を生成する冷却装置と、
有し、
炭素化合物を含み第1燃料極へ供給される燃料ガスと、酸素を含み第1空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、前記第1燃料極から第1燃料極オフガスを第1燃料極オフガス流路へ送出する第1燃料電池と、第2燃料極へ供給される前記第1燃料極オフガスと第2空気極へ供給される酸化剤ガスとを用いて発電し、前記第2燃料極から第2燃料極オフガスを第2燃料極オフガス流路へ送出する第2燃料電池とを含んで構成される前記燃料電池と、
前記第1空気極及び前記第2空気極の少なくとも一方から空気極オフガスを送出する空気極オフガス流路と、
前記空気極オフガス流路と連結されて前記空気極オフガスが供給され、前記空気極オフガスから酸素を分離する酸素分離部と、
前記第2燃料極オフガス流路を通過した前記第2燃料極オフガスが供給されると共に、前記酸素分離部で分離された前記酸素が供給され、前記第2燃料極オフガスを前記酸素により燃焼反応させる燃焼部と、
前記燃焼部から送出される燃焼オフガスを前記冷却水、または前記冷熱で冷却して前記二酸化炭素ガスと水とを分離する前記二酸化炭素ガス分離部と、
を備えた液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。
A fuel cell that generates electricity by a fuel gas containing a carbon compound and supplied to a fuel electrode and an oxidant gas containing oxygen and supplied to an air electrode, and discharges an off gas,
A carbon dioxide gas separation unit for separating carbon dioxide gas from the off gas,
An exhaust heat input type absorption refrigeration machine or adsorption refrigeration machine that cools water by using the off gas as a heat source for driving to generate cooling water, and generates cold heat by being driven by electric power obtained by power generation of the fuel cell. At least one of the electric turbo refrigerators,
A compressor that can be driven by electric power generated by the fuel cell and that compresses the carbon dioxide gas separated by the carbon dioxide gas separation unit,
A cooling device that cools the compressed carbon dioxide gas by at least one of the cooling water and the cold heat to generate liquefied carbon dioxide,
Have
Electric power is generated by the fuel gas containing a carbon compound and supplied to the first fuel electrode and the oxidant gas containing oxygen and supplied to the first air electrode, and the first fuel electrode off-gas is first generated from the first fuel electrode. Electric power is generated using the first fuel cell that is sent to the fuel electrode off-gas passage, the first fuel electrode off gas that is supplied to the second fuel electrode, and the oxidant gas that is supplied to the second air electrode, and the second fuel cell is used. A second fuel cell for delivering a second fuel electrode off-gas from the fuel electrode to a second fuel electrode off-gas passage;
An air electrode off-gas flow path for delivering an air electrode off gas from at least one of the first air electrode and the second air electrode;
An oxygen separation unit that is connected to the air electrode off-gas passage and is supplied with the air electrode off gas, and separates oxygen from the air electrode off gas,
The second fuel electrode off-gas that has passed through the second fuel electrode off-gas flow path is supplied, and the oxygen separated by the oxygen separation unit is supplied to cause the second fuel electrode off-gas to burn and react with the oxygen. Combustion section,
Combustion off-gas sent from the combustion unit, the cooling water, or the carbon dioxide gas separation unit for cooling with the cold heat to separate the carbon dioxide gas and water,
Liquefied carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system equipped with.
炭素化合物を含み燃料極へ供給される燃料ガスと、酸素を含み空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、オフガスを排出する燃料電池と、
前記オフガスから二酸化炭素ガスを分離する二酸化炭素ガス分離部と、
前記燃料電池の発電により得られた電力で駆動され冷熱を生成する電動ターボ冷凍機と、
前記燃料電池で発電された電力で駆動可能とされ、前記二酸化炭素ガス分離部で分離された前記二酸化炭素ガスを圧縮する圧縮機と、
圧縮された前記二酸化炭素ガスを前記冷熱で冷却して液化二酸化炭素を生成する冷却装置と、
を備えた液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。
A fuel cell that generates electric power by a fuel gas containing a carbon compound and supplied to a fuel electrode and an oxidant gas containing oxygen and supplied to an air electrode, and discharges an off gas,
A carbon dioxide gas separation unit for separating carbon dioxide gas from the off gas,
An electric turbo refrigerator that is driven by electric power obtained by power generation of the fuel cell to generate cold heat ,
A compressor that can be driven by the electric power generated by the fuel cell and that compresses the carbon dioxide gas separated by the carbon dioxide gas separation unit,
A cooling device that cools the compressed carbon dioxide gas with the cold heat to generate liquefied carbon dioxide,
Liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system equipped with.
前記第1燃料電池、および前記第2燃料電池は、水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池である、請求項1に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。 The liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the first fuel cell and the second fuel cell are hydrogen ion conductive solid oxide fuel cells. 前記酸素分離部は、酸素を選択的に透過させる酸素透過膜を有し、
前記燃焼部は、前記酸素透過膜の透過側に燃焼空間が配置されて前記酸素分離部と一体化している、請求項1または請求項3に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。
The oxygen separation unit has an oxygen permeable membrane that selectively permeates oxygen,
The liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to claim 1 or 3, wherein a combustion space is arranged on the permeation side of the oxygen permeable membrane, and the combustion section is integrated with the oxygen separation section.
前記酸素分離部は、PSA装置を含んで構成されており、
前記PSA装置は、前記燃料電池で発電された電力で駆動可能とされている、
請求項1または請求項3に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。
The oxygen separation unit includes a PSA device,
The PSA device can be driven by the electric power generated by the fuel cell,
The liquefied carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to claim 1 or 3 .
前記圧縮機は、前記二酸化炭素ガスを4MPa以上に圧縮し、
前記排熱投入型吸収式冷凍機、または吸着式冷凍機は、二酸化炭素ガスの臨界温度よりも低い温度の前記冷却水を前記冷却装置に供給する、請求項1、請求項3、請求項4、請求項5の何れか1項に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。
The compressor compresses the carbon dioxide gas to 4 MPa or more,
The heat-up type absorption refrigerator, or adsorption refrigerator supplies the cooling water temperature lower than the critical temperature of carbon dioxide gas to the cooling apparatus, according to claim 1, claim 3, claim 4 The liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to claim 5 .
前記冷却装置で生成された前記液化二酸化炭素を貯留するタンクを有し、
前記二酸化炭素ガス分離部、前記圧縮機、前記冷却装置、及び前記タンクは、前記二酸化炭素ガス分離部、前記圧縮機、前記冷却装置、前記タンクの順で配管によって連結されている、請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。
A tank for storing the liquefied carbon dioxide produced by the cooling device,
The carbon dioxide gas separation unit, the compressor, the cooling device, and the tank are connected by a pipe in the order of the carbon dioxide gas separation unit, the compressor, the cooling device, and the tank. ~ The liquefied carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to any one of claims 6 to 7.
前記二酸化炭素ガス分離部で分離された前記水を、前記排熱投入型吸収式冷凍機の冷却水経路、前記吸着式冷凍機の冷却水経路、又は前記電動ターボ冷凍機の冷却水経路に供給する供給部を備え、
前記排熱投入型吸収式冷凍機の前記冷却水経路、前記吸着式冷凍機の前記冷却水経路、又は前記電動ターボ冷凍機の冷却水経路の冷却水の一部に、前記二酸化炭素ガス分離部で分離された前記水が用いられる、請求項1、請求項3〜請求項6の何れか1項に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。
The water separated by the carbon dioxide gas separation unit is supplied to a cooling water path of the exhaust heat input type absorption refrigerator, a cooling water path of the adsorption refrigerator, or a cooling water path of the electric turbo refrigerator. Equipped with a supply unit that
In the cooling water path of the exhaust heat input type absorption refrigerating machine, the cooling water path of the adsorption refrigerating machine, or a part of the cooling water of the cooling water path of the electric turbo refrigerator, the carbon dioxide gas separation unit The liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system according to any one of claims 1 and 3 to 6 , wherein the water separated in step 1 is used.
前記二酸化炭素ガス分離部で分離された前記水を、前記排熱投入型吸収式冷凍機を構成する冷却塔の冷却水補水経路、または前記吸着式冷凍機を構成する冷却塔の冷却水補水経路に供給する供給部を備え、
前記排熱投入型吸収式冷凍機を構成する冷却塔の冷却水補水、または前記吸着式冷凍機を構成する冷却塔の冷却水補水の一部に、前記二酸化炭素ガス分離部で分離された前記水が用いられる、請求項1、請求項3〜請求項6、請求項8の何れか1項に記載の液化二酸化炭素回収型燃料電池発電システム。
The water separated in the carbon dioxide gas separation unit, the cooling water replenishment path of the cooling tower constituting the exhaust heat input type absorption refrigerator, or the cooling water replenishment path of the cooling tower constituting the adsorption refrigerator A supply unit for supplying
The cooling water replenishing water of the cooling tower that constitutes the exhaust heat input type absorption refrigerating machine, or a part of the cooling water replenishing water of the cooling tower that constitutes the adsorption refrigerating machine, the separated by the carbon dioxide gas separation unit The liquefied carbon dioxide recovery type fuel cell power generation system according to any one of claims 1, 3 to 6, and 8 , wherein water is used.
JP2018153858A 2018-08-20 2018-08-20 Liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system Active JP6698763B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018153858A JP6698763B2 (en) 2018-08-20 2018-08-20 Liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018153858A JP6698763B2 (en) 2018-08-20 2018-08-20 Liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020030893A JP2020030893A (en) 2020-02-27
JP6698763B2 true JP6698763B2 (en) 2020-05-27

Family

ID=69622669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018153858A Active JP6698763B2 (en) 2018-08-20 2018-08-20 Liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6698763B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020087600A (en) * 2018-11-20 2020-06-04 東京瓦斯株式会社 Fuel cell power generation system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7319137B2 (en) * 2019-08-21 2023-08-01 東京瓦斯株式会社 Carbon dioxide enrichment fuel cell power generation system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011141967A (en) * 2010-01-05 2011-07-21 Chugoku Electric Power Co Inc:The Power generation system
US9812723B2 (en) * 2015-02-25 2017-11-07 Fuelcell Energy, Inc. Power producing gas separation system and method
JP6986839B2 (en) * 2016-12-28 2021-12-22 東京瓦斯株式会社 Fuel cell system and carbon dioxide separation method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020087600A (en) * 2018-11-20 2020-06-04 東京瓦斯株式会社 Fuel cell power generation system
JP7181060B2 (en) 2018-11-20 2022-11-30 東京瓦斯株式会社 fuel cell power generation system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020030893A (en) 2020-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5801141B2 (en) Carbon dioxide recovery fuel cell system
EP2360764A1 (en) Mcfc power generation system and method for operating same
EP3449523B1 (en) Methanation of anode exhaust gas to enhance carbon dioxide capture
KR102565809B1 (en) Reactor and fuel cell power generation system
JP6692394B2 (en) Carbon recovery fuel cell power generation system
KR20160065151A (en) Fuel cell integration within a heat recovery steam generator
KR101339672B1 (en) Heating and cooling system using heat from fuel cell
KR20200116957A (en) Carbon dioxide manufacturing system
JP7148320B2 (en) Carbon dioxide capture fuel cell power generation system
JP6698763B2 (en) Liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system
JP4463846B2 (en) Hydrogen production power generation system
KR101363504B1 (en) Fuel cell system and ship having the same
JP7148364B2 (en) Reactor and fuel cell power generation system
JP7181065B2 (en) Reactor and fuel cell power generation system
JP7377734B2 (en) Fuel cell power generation system
JP6847900B2 (en) Carbon dioxide capture fuel cell power generation system
WO2000039875A1 (en) A hydrocarbon fueled power plant employing a proton exchange membrane (pem) fuel cell
JP7117191B2 (en) Carbon dioxide capture fuel cell power generation system
KR102729628B1 (en) Carbon dioxide recovery system contained in flue gas being emitting from fuel cell energy generating system
JP4741568B2 (en) Hydrogen production method for hydrogen production power generation system
KR101936509B1 (en) Hybrid power generation system
JP2012221562A (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191107

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20191107

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20191204

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200107

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200218

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200421

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200428

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6698763

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250