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

JP7181065B2 - Reactor and fuel cell power generation system - Google Patents

Reactor and fuel cell power generation system Download PDF

Info

Publication number
JP7181065B2
JP7181065B2 JP2018222446A JP2018222446A JP7181065B2 JP 7181065 B2 JP7181065 B2 JP 7181065B2 JP 2018222446 A JP2018222446 A JP 2018222446A JP 2018222446 A JP2018222446 A JP 2018222446A JP 7181065 B2 JP7181065 B2 JP 7181065B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
carbon dioxide
fuel
flow path
channel
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
JP2018222446A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020087789A (en
Inventor
康晴 川端
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 JP2018222446A priority Critical patent/JP7181065B2/en
Publication of JP2020087789A publication Critical patent/JP2020087789A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7181065B2 publication Critical patent/JP7181065B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

本発明は反応装置、及び反応装置を備え炭素化合物燃料を用いて発電を行う燃料電池発電システムに関する。 The present invention relates to a reactor and a fuel cell power generation system that includes the reactor and uses a carbon compound fuel to generate power.

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1~5参照)。 When carbon compound fuel is used in the fuel cell power generation system, the exhaust gas discharged from the fuel cell contains carbon dioxide gas. Separation of carbon dioxide gas from this exhaust gas has been considered (for example, see Patent Documents 1 to 5).

特許5581240号公報Japanese Patent No. 5581240 特開2013-196890号公報JP 2013-196890 A 特許54137199号公報Japanese Patent No. 54137199 特開2012-164423号公報JP 2012-164423 A 特許3334567号公報Japanese Patent No. 3334567

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。
排ガスには、二酸化炭素ガス以外の気体(不純物)が含まれているため、不純物の少ない液化二酸化炭素を得るには、二酸化炭素ガス以外の気体を除去する必要がある。排ガスの未燃焼成分と酸素とを反応させることにより高濃度の二酸化炭素ガスを得る装置はあるが、二酸化炭素ガスを得る際の反応を促進することが要望されている。
By liquefying carbon dioxide gas into liquefied carbon dioxide, it becomes easier to transport, fix by injection into reservoirs, and use in commerce and industry.
Since exhaust gas contains gases (impurities) other than carbon dioxide gas, it is necessary to remove gases other than carbon dioxide gas in order to obtain liquefied carbon dioxide with less impurities. Although there are apparatuses for obtaining high-concentration carbon dioxide gas by reacting unburned components of exhaust gas with oxygen, it is desired to accelerate the reaction when obtaining carbon dioxide gas.

また、二酸化炭素ガスを大気に放出させないために、分離した二酸化炭素ガスから炭素を生成して貯蔵することが知られている。二酸化炭素ガスと水素とを触媒下で反応(還元反応)させて炭素を製造する炭素製造装置が知られている(例えば、特許文献5参照)。還元反応には、高温が必要であり、還元反応を開始するにあたっては、例えば、水素を燃焼させて、燃焼ガスの熱で二酸化炭素ガス、水素、及び触媒を迅速に加熱する必要がある。
このように、燃料電池発電システムにおいては、種々の反応が行なわれており、反応を促進させることが要望されている。
It is also known to produce and store carbon from the separated carbon dioxide gas so as not to release the carbon dioxide gas into the atmosphere. BACKGROUND ART There is known a carbon production apparatus that produces carbon by reacting carbon dioxide gas and hydrogen in the presence of a catalyst (reduction reaction) (see, for example, Patent Document 5). The reduction reaction requires a high temperature, and in order to initiate the reduction reaction, for example, it is necessary to burn hydrogen and rapidly heat the carbon dioxide gas, the hydrogen, and the catalyst with the heat of the combustion gas.
As described above, various reactions take place in the fuel cell power generation system, and it is desired to accelerate the reactions.

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、反応の促進を可能とする反応装置、及びその反応装置を備えた燃料電池発電システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a reactor capable of accelerating the reaction, and a fuel cell power generation system equipped with the reactor.

第1の態様に係る反応装置は、筒状を成し、内側の第1流路と外側の第2流路とを隔てる隔壁と、前記第1流路及び前記第2流路の少なくとも一方に設けられ、気体同士の反応を促進する触媒と、前記第1流路及び前記第2流路の少なくとも一方に設けられ、流路内部を、筒軸方向に向けて直線状に形成した流路に比較して該筒軸方向の一端から他端までの流路長が長くなるように筒軸の方向に向けて螺旋状とする仕切り部材と、を備えている。 The reaction device according to the first aspect has a cylindrical shape, and includes a partition wall that separates the inner first flow channel and the outer second flow channel, and at least one of the first flow channel and the second flow channel. and a catalyst provided in at least one of the first flow path and the second flow path, the flow path being formed linearly in the direction of the cylinder axis. and a partition member formed in a spiral shape in the direction of the cylinder axis so that the channel length from one end to the other end in the cylinder axis direction is relatively long .

第1の態様に係る反応装置では、一乃至複数種類の気体を第1流路に流すことができ、一乃至複数種類の気体を第2流路に流すことができる。なお、第1流路、及び第2流路には、同じ気体を流すこともでき、異なる気体を流すこともできる。
また、螺旋状に形成された第1流路、または第2流路において、異なる種類の気体同士を反応させることができる。
In the reactor according to the first aspect , one or more types of gas can be flowed through the first flow path, and one or more types of gas can be flowed through the second flow path. The same gas or different gases can be flowed in the first channel and the second channel.
In addition, different types of gases can be reacted with each other in the spirally formed first channel or second channel.

第1流路、及び第2流路の少なくとも一方は、筒軸方向に向けて螺旋状に形成することができ、形態としては、例えば、第1流路を筒軸方向に向けて直線状として第2流路を筒軸方向に向けて螺旋状とする第1の形態、第1流路を筒軸方向に向けて螺旋状として第2流路を筒軸方向に向けて直線状とする第2の形態、及び第1流路を筒軸方向に向けて螺旋状として第2流路も筒軸方向に向けて螺旋状とする第3の形態がある。 At least one of the first flow path and the second flow path can be formed in a spiral shape in the direction of the cylinder axis. A first form in which the second flow path is helical in the direction of the cylinder axis, and a second form in which the first flow path is helical in the direction of the cylinder axis and the second flow path is linear in the direction of the cylinder axis. There are a second form and a third form in which the first flow path is helical in the direction of the cylinder axis and the second flow path is also helical in the direction of the cylinder axis.

筒軸方向に向けて螺旋状に形成した流路は、筒軸方向に向けて直線状に形成した流路に比較して、一端から他端までの流路長を長くすることができるので、流路内において、気体同士を反応させる時間や、気体の滞留時間、及び気体同士が反応して生成された反応物の滞在時間を長くすることができる。 The channel formed spirally in the direction of the cylinder axis can have a longer channel length from one end to the other end than the channel formed linearly in the direction of the cylinder axis. It is possible to lengthen the time for the gases to react with each other, the residence time of the gases, and the residence time of the reactant generated by the reaction of the gases in the channel.

例えば、第1流路または第2流路の一方を螺旋状に形成し、螺旋状とした流路の一端側から種類の異なる2つの気体を流入させ、一方の気体と他方の気体との発熱反応によって生成された反応物を長い流路で時間をかけて流し、発熱反応によって生成された熱を長時間に渡って(直線状の流路対比で)隣接する第1流路または第2流路の他方に十分に付与することができる。
また、第1流路または第2流路の一方で生成された熱を、隣接する第1流路または第2流路の他方に十分に付与することができるので、隣接する第1流路または第2流路の他方における流路内で、異なる気体同士の吸熱反応を確実に生じさせることもできる。
For example, one of the first flow path and the second flow path is formed in a spiral shape, two gases of different types are introduced from one end of the spiral flow path, and heat is generated by one gas and the other gas. The reactants produced by the reaction flow over time in a long flow path, and the heat produced by the exothermic reaction is transferred over a long period of time (versus a straight flow path) to the adjacent first or second flow path. The other of the paths can be fully applied.
In addition, since the heat generated in one of the first flow path and the second flow path can be sufficiently applied to the other of the adjacent first flow path and the second flow path, An endothermic reaction between different gases can also be reliably generated in the other channel of the second channel.

また、螺旋状とした流路の一端側から種類の異なる2つの気体を流入させ、一方の気体と他方の気体とを長い流路内で時間をかけて反応させることが出来る。 In addition, two gases of different types can be introduced from one end of the helical channel, and one gas and the other can be reacted for a long time in the long channel.

第2の態様は、第1の態様に係る反応装置において、前記隔壁は、前記第1流路及び前記第2流路の一方から他方へ反応に供される気体を透過させる気体透過膜を備える。 A second aspect is the reactor according to the first aspect , wherein the partition includes a gas-permeable membrane that allows a gas to be reacted to permeate from one of the first channel and the second channel to the other. .

第2の態様に係る反応装置では、第1流路と第2流路とを隔てる隔壁が、第1流路及び第2流路の一方から他方へ反応に供される気体を透過させる気体透過膜を備えているので、第1流路の気体を気体透過膜を透過させて第2流路に流入させたり、第2流路の気体を気体透過膜を透過させて第1流路に流入させることができる。
したがって、第1流路の気体と第2流路の気体とを、第1流路内または第2流路内で、反応させることができる。また、気体同士の反応は、触媒によって促進することができる。
In the reactor according to the second aspect , the partition separating the first channel and the second channel has a gas permeable part that allows the gas to be subjected to the reaction to permeate from one of the first channel and the second channel to the other. Since the membrane is provided, the gas in the first channel is allowed to permeate the gas permeable membrane and flow into the second channel, and the gas in the second channel is allowed to permeate the gas permeable membrane and flow into the first channel. can be made
Therefore, the gas in the first channel and the gas in the second channel can be caused to react in the first channel or the second channel. Also, the reaction between gases can be accelerated by a catalyst.

第3の態様は、第2の第2の態様に係る反応装置において、前記触媒は、前記気体透過膜における気体透過側に積層されている。 A third aspect is the reactor according to the second aspect , wherein the catalyst is laminated on the gas permeable side of the gas permeable membrane.

第3の態様に係る反応装置では、気体透過膜における気体透過側に触媒が設けられているので、気体透過側の流路において、気体同士の反応を促進することができる。 In the reactor according to the third aspect , the catalyst is provided on the gas permeable side of the gas permeable membrane, so that the reaction between the gases can be promoted in the channel on the gas permeable side.

また、気体同士の反応を生じさせる流路が螺旋状に形成されていれば、螺旋状の流路内において反応時間を長く取ることができる。 In addition, if the channel for causing the reaction between the gases is formed in a spiral shape, it is possible to take a longer reaction time in the spiral channel.

第4の態様に係る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、前記燃料極から未反応の前記燃料ガス、及び第1の二酸化炭素ガスを含む燃料極オフガスが排出され、前記空気極から酸素を含む空気極オフガスが排出される燃料電池と、前記第1流路及び前記第2流路の一方が、前記触媒としての酸化触媒及び前記仕切り部材が設けられた反応路とされ、前記気体透過膜が酸素透過膜とされ、前記第1流路及び前記第2流路の他方が空気極オフガス通過路とされた第3の態様に係る反応装置と、前記反応路に前記燃料極オフガスを導入する第1導入路と、前記空気極オフガス通過路に前記空気極オフガスを導入する第2導入路と、を備え、前記反応路で、前記燃料極オフガス中の前記炭素化合物と、前記第1流路から前記酸素透過膜を透過した酸素との酸化反応により第2の二酸化炭素が生成される。 A fuel cell power generation system according to a fourth aspect generates power using a fuel gas containing a carbon compound and supplied to the fuel electrode and an oxidant gas containing oxygen and supplied to the air electrode, and unreacted gas from the fuel electrode. a fuel cell in which a fuel electrode off-gas containing the fuel gas and a first carbon dioxide gas is discharged, and an air electrode off-gas containing oxygen is discharged from the air electrode; is a reaction channel provided with an oxidation catalyst as the catalyst and the partition member, the gas permeable membrane is an oxygen permeable membrane, and the other of the first channel and the second channel is an air electrode The reactor according to the third aspect having an offgas passage, a first introduction passage for introducing the fuel electrode offgas into the reaction passage, and a second introduction for introducing the air electrode offgas into the air electrode offgas passage. and a second carbon dioxide is generated in the reaction path by an oxidation reaction between the carbon compound in the fuel electrode offgas and the oxygen that has permeated the oxygen permeable membrane from the first flow path. .

第4の態様に係る燃料電池発電システムでは、炭素化合物を含む燃料ガスが燃料電池の燃料極へ供給され、酸素を含む酸化剤ガスが空気極へ供給されることで、燃料電池は発電し、燃料極からは未反応の燃料ガス、及び第1の二酸化炭素ガスを含む燃料極オフガスが排出され、空気極からは酸素を含む空気極オフガスが排出される。 In the fuel cell power generation system according to the fourth aspect , a fuel gas containing a carbon compound is supplied to the fuel electrode of the fuel cell, and an oxidant gas containing oxygen is supplied to the air electrode, whereby the fuel cell generates power, A fuel electrode off-gas containing unreacted fuel gas and first carbon dioxide gas is discharged from the fuel electrode, and an air electrode off-gas containing oxygen is discharged from the air electrode.

反応装置において、一例として、燃料極オフガスが第1導入路を介して反応路としての第1流路に導入され、空気極オフガスが第2導入路を介して空気極オフガス通過路としての第2流路に導入されると、第1流路においては、酸化触媒が、気体透過膜を透過した酸素と燃料ガスの未反応の炭素化合物との酸化反応を促進させて第2の二酸化炭素ガスが生成される。これにより、第1流路は、燃料極オフガスに含まれる第1の二酸化炭素ガスと、酸化反応により生成された第2の二酸化炭素ガスとを排出することができる。
また、第1流路を螺旋状に形成することで、流路内において、酸化反応時間を長く取ることができる。これにより、高濃度の二酸化炭素ガスを得ることができる。
なお、第2流路を、第1流路と同様に螺旋状に形成してもよい。
In the reactor, for example, the fuel electrode off-gas is introduced through the first introduction passage into the first passage as the reaction passage, and the air electrode off-gas is introduced through the second introduction passage into the second passage as the air electrode off-gas passage. When introduced into the channel, in the first channel, the oxidation catalyst accelerates the oxidation reaction between the oxygen permeated through the gas permeable membrane and the unreacted carbon compound of the fuel gas to produce the second carbon dioxide gas. generated. Thereby, the first channel can discharge the first carbon dioxide gas contained in the fuel electrode off-gas and the second carbon dioxide gas generated by the oxidation reaction.
Further, by forming the first channel in a spiral shape, it is possible to take a longer oxidation reaction time in the channel. Thereby, high-concentration carbon dioxide gas can be obtained.
Note that the second flow path may be formed in a spiral like the first flow path.

第5の態様に係る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、前記燃料極から二酸化炭素ガスが排出され、前記空気極から酸素を含む空気極オフガスが排出される燃料電池と、水を電気分解して水素ガスと酸素ガスとを生成する水電解装置と、筒状を成し、外側の第1流路と隔壁を隔てて配置される内側の第2流路とを有し、前記第1流路に流路内部を、筒軸方向に向けて直線状に形成した流路に比較して該筒軸方向の一端から他端までの流路長が長くなるように筒軸の方向に向けて螺旋状とする仕切り部材が形成され、前記第1流路で前記水素ガスと前記酸素ガスとを反応させると共に、前記第2流路に前記二酸化炭素ガスと前記水素ガスとが供給される反応装置と、前記第2流路から前記二酸化炭素ガスと前記水素ガスとが供給され、前記二酸化炭素ガスから炭素が生成される炭素析出部と、を有する。 A fuel cell power generation system according to a fifth aspect generates power 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, and carbon dioxide is generated from the fuel electrode. A fuel cell for discharging a gas and for discharging an oxygen-containing air electrode off-gas from the air electrode; a water electrolyzer for electrolyzing water to generate hydrogen gas and oxygen gas; and an inner second flow path arranged across a partition wall, and the inside of the flow path is formed in a straight line in the direction of the cylinder axis in the first flow path. Then, a spiral partition member is formed in the direction of the cylinder axis so that the channel length from one end to the other end in the cylinder axis direction becomes long. a reaction device in which the carbon dioxide gas and the hydrogen gas are supplied to the second flow path, and the carbon dioxide gas and the hydrogen gas are supplied from the second flow path, and the and a carbon deposition part where carbon is generated from carbon dioxide gas.

第5の態様に係る燃料電池発電システムでは、炭素化合物を含む燃料ガスが燃料電池の燃料極へ供給され、酸素を含む酸化剤ガスが空気極へ供給されることで、燃料電池は発電し、燃料極からは二酸化炭素ガスが排出され、空気極からは酸素を含む空気極オフガスが排出される。 In the fuel cell power generation system according to the fifth aspect , a fuel gas containing a carbon compound is supplied to the fuel electrode of the fuel cell, and an oxidant gas containing oxygen is supplied to the air electrode, whereby the fuel cell generates power, Carbon dioxide gas is discharged from the fuel electrode, and air electrode off-gas containing oxygen is discharged from the air electrode.

水電解装置は、水を電気分解して水素ガスと酸素ガスとを生成する。 A water electrolyzer electrolyzes water to produce hydrogen gas and oxygen gas.

反応装置では、螺旋状とされた第1流路に水電解装置から供給される水素ガス及び酸素ガスを供給して燃焼反応を生じさせることができる。水素と酸素とを燃焼反応させることで高温の水蒸気が生成され、その水蒸気の熱が隔壁を介して第2流路に伝達される。燃料電池から供給された二酸化炭素ガスと水電解装置から供給される水素ガスとは、第2流路の内部で混合されて混合ガスとなり、前記燃焼反応による熱で加熱される。 In the reaction device, the hydrogen gas and the oxygen gas supplied from the water electrolysis device can be supplied to the spiral first channel to cause combustion reaction. A combustion reaction between hydrogen and oxygen generates high-temperature steam, and the heat of the steam is transferred to the second channel through the partition wall. The carbon dioxide gas supplied from the fuel cell and the hydrogen gas supplied from the water electrolysis device are mixed inside the second channel to form a mixed gas, which is heated by the heat generated by the combustion reaction.

ここで、高温の水蒸気は、螺旋状に形成された通路長の長い第1流路を通過して他端側から排出されるので、他端側から水蒸気が排出されるまでに時間を要することとなり、水蒸気の熱を時間をかけて十分に第2流路の他方側へ伝達させることができる。これによって、第2流路の二酸化炭素ガスと水素ガスとを含む混合ガスを確実に加熱することができる。 Here, since the high-temperature water vapor passes through the spirally formed first channel having a long passage length and is discharged from the other end side, it takes time until the water vapor is discharged from the other end side. As a result, the heat of the steam can be sufficiently transferred to the other side of the second flow path over time. This makes it possible to reliably heat the mixed gas containing carbon dioxide gas and hydrogen gas in the second channel.

加熱された混合ガスは、下流側の炭素析出部に供給され、内部で二酸化炭素ガスから炭素が生成される。 The heated mixed gas is supplied to the carbon deposition section on the downstream side, where carbon is generated from the carbon dioxide gas.

本発明に係る反応装置、及び燃料電池発電システムによれば、効率的に反応を生じさせることができる。 According to the reaction device and the fuel cell power generation system according to the present invention, the reaction can be efficiently caused.

第1実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。1 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a first embodiment; FIG. 酸素透過膜付燃焼器を示す軸線に沿った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view along the axis showing the combustor with an oxygen permeable membrane; 二酸化炭素の状態図である。It is a state diagram of carbon dioxide. 第2実施形態に係る燃料電池発電システムの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a second embodiment; 第2実施形態に係る燃料電池発電システムの粉末炭素生成器を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a powdered carbon generator of a fuel cell power generation system according to a second embodiment;

[第1実施形態]
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
図1には、本発明の第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、反応装置としての酸素透過膜付燃焼器20、凝縮器26、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、図示しない制御部を備えている。
[First embodiment]
An example of an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a fuel cell power generation system 10A according to a first embodiment of the invention. The fuel cell power generation system 10A mainly includes a first fuel cell stack 12, a second fuel cell stack 14, a combustor 20 with an oxygen permeable membrane as a reactor, a condenser 26, and a second heat exchanger 32. , exhaust heat input type absorption chiller 36, water tank 27, carbon dioxide gas liquefying unit 66, tank 84, etc., which are provided on-site. The fuel cell power generation system 10A also includes a control section (not shown).

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 proton-conducting 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 the 1st fuel electrode (fuel electrode) 12A and the 1st air electrode (air electrode) 12B each laminated|stacked 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 configuration of the second fuel cell stack 14 is the same as that of the first fuel cell stack 12, with a second fuel electrode 14A corresponding to the first fuel electrode 12A and a second fuel electrode 14A corresponding to the first air electrode 12B. It has two air electrodes 14B and an electrolyte layer 14C corresponding to the electrolyte layer 12C.

第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aには、改質ガス管P1-2の一端が接続されており、燃料ガス管P1-1の他端は後述する改質器54に接続されている。改質器54からは、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、石炭ガス化ガス、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1では省略されている。 One end of the reformed gas pipe P1-2 is connected to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12, and the other end of the fuel gas pipe P1-1 is connected to a reformer 54, which will be described later. ing. Fuel gas is sent from the reformer 54 to the first fuel electrode 12A. In this embodiment, methane is used as the fuel gas, but any gas capable of generating hydrogen by reforming is not particularly limited, and a hydrocarbon fuel can be used. Examples of hydrocarbon fuels include natural gas, LP gas (liquefied petroleum gas), biogas, coal gasification 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 preferred. The hydrocarbon fuel may be a mixture of the above-mentioned lower hydrocarbon gases, and the above-mentioned lower hydrocarbon gases may be gases such as natural gas, city gas, and LP gas. If the raw material gas contains impurities, a desulfurizer or the like is required, but it is omitted in FIG.

改質ガス管P1-2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、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 water vapor pipe P2 is connected to the reformed gas pipe P1-2, and water vapor is appropriately supplied from a water vapor source (not shown) at the time of starting or stopping. Methane and water vapor are combined in the fuel gas pipe P1 and supplied to the first fuel electrode 12A. The steam from the steam pipe P2 is supplementarily supplied when necessary during the starting and stopping processes of the fuel cell power generation system 10A.

第1燃料極12Aでは、下記(1)式に示すように、燃料ガスが水蒸気改質され、水素と一酸化炭素が生成される。また、下記(2)式に示すように、生成された一酸化炭素と水蒸気とのシフト反応により二酸化炭素と水素が生成される。 At the first fuel electrode 12A, the fuel gas is steam-reformed to produce hydrogen and carbon monoxide as shown in the following equation (1). Further, as shown in the following formula (2), carbon monoxide and water vapor are shifted to generate carbon dioxide and hydrogen.

CH+HO→3H+CO …(1)
CO+HO→CO+H …(2)
CH 4 +H 2 O→3H 2 +CO (1)
CO+ H2OCO2 + H2 (2)

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

(燃料極反応)
→2H+2e…(3)
(Anode reaction)
H 2 →2H + +2e (3)

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

第1燃料電池セルスタック12の第1空気極12Bには、酸化剤ガス管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。 An oxidant gas (air) is supplied to the first air electrode 12B of the first fuel cell stack 12 from an 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 a second heat exchanger 32, and the air flowing through the oxidant gas pipe P5 is heated by heat exchange with the cathode offgas flowing through the cathode offgas pipe P6, which will be 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 equation (4), hydrogen ions that have migrated from the first fuel electrode 12A through the electrolyte layer 12C and electrons that have migrated from the first fuel electrode 12A through the external circuit are , reacts with oxygen in the oxidant gas to produce water vapor.

(空気極反応)
2H+2e+1/2O →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 cathode off-gas is discharged from the first cathode 12B to the cathode off-gas pipe P6. The oxidant gas pipe P5 and the air electrode off-gas pipe P6 are also connected to the second air electrode 14B in the same manner, 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 the 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 second fuel cell stack 14 of the second fuel cell stack 14. 2 is connected to the fuel electrode 14A. The first fuel electrode off-gas is delivered from the first fuel electrode 12A to the first fuel electrode off-gas pipe P7. The fuel electrode off-gas contains unreformed fuel gas components, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, and the like.

第2燃料電池セルスタック14の第2燃料極14Aには、第2燃料極オフガス管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。 One end of a second fuel electrode off-gas pipe P7-2 is connected to the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14, and the second fuel electrode off-gas is delivered from the second fuel electrode 14A. The other end of the second anode offgas pipe P7-2 is connected to the combustor 20 with an oxygen permeable membrane.

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、制御部と接続されている。流量調整バルブ42は、制御部により制御され、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, a power generation reaction similar to that in the first fuel cell stack 12 occurs, and the cathode offgas is sent from the second cathode 14B to the cathode offgas pipe P6. The air electrode off-gas pipe P6 connected to the second air electrode 14B is branched upstream of the junction with the air electrode off-gas pipe P6 connected to the first air electrode 12B. -2 is formed. The branch air electrode offgas pipe P6-2 is provided with a flow control valve 42 capable of flow control. The flow control valve 42 is connected with the control section. The flow control valve 42 is controlled by the controller to adjust the flow rate of the cathode offgas branched to the branched cathode offgas pipe P6-2. The downstream end of the branched cathode offgas pipe P6-2 is connected to the combustor 20 with an oxygen permeable membrane.

(酸素透過膜付燃焼器)
図2に示すように、酸素透過膜付燃焼器20は、外筒20Aと、外筒20Aの内側に配置された円筒形状の気体透過膜23と、外筒20A及び円筒形状の気体透過膜23の筒軸方向端側の開口部分を閉塞する閉塞部材20Bとを有して構成された内部が密閉された多重円筒状とされている。
(Combustor with oxygen permeable membrane)
As shown in FIG. 2, the combustor 20 with an oxygen permeable membrane includes an outer cylinder 20A, a cylindrical gas permeable membrane 23 disposed inside the outer cylinder 20A, and an outer cylinder 20A and the cylindrical gas permeable membrane 23. The inside of the cylinder is sealed and has a multiple cylindrical shape including a closing member 20B for closing the opening on the axial end side of the cylinder.

外筒20Aと気体透過膜23との間は環状の燃焼部22とされ、円筒形状の気体透過膜23の内周側は酸素分離部24とされており、燃焼部22と酸素分離部24とは隔壁としての気体透過膜23で隔離されている。 An annular combustion section 22 is provided between the outer cylinder 20A and the gas permeable membrane 23, and an oxygen separation section 24 is provided on the inner peripheral side of the cylindrical gas permeable membrane 23. The combustion section 22 and the oxygen separation section 24 are separated. are separated by a gas permeable membrane 23 as a partition.

燃焼部22は、内部に螺旋形状とされた外側螺旋通路形成部材28が設けられ、外筒20Aの筒軸方向に向けて螺旋状とされた本発明の第1流路としての燃焼空間22Aが形成されている。
外側螺旋通路形成部材28は、一例として、帯状部材を螺旋状に形成したものであり、内周縁が気体透過膜23の外周面に固定され、外周縁が外筒20Aの内周面に固定されている。
The combustion portion 22 is provided with an outer spiral passage forming member 28 having a spiral shape inside, and has a combustion space 22A as a first flow path of the present invention, which is spiral in the direction of the cylinder axis of the outer cylinder 20A. formed.
The outer spiral passage forming member 28 is, for example, a belt-shaped member formed in a spiral shape, and has an inner peripheral edge fixed to the outer peripheral surface of the gas permeable membrane 23 and an outer peripheral edge fixed to the inner peripheral surface of the outer cylinder 20A. ing.

酸素分離部24は、内部に螺旋形状とされた内側螺旋通路形成部材29が設けられ、外筒20Aの筒軸方向に向けて螺旋状とされた本発明の第2流路としての空気流路24Aが形成されている。
内側螺旋通路形成部材29は、一例として、帯状部材を螺旋状に形成したものであり、外周縁が気体透過膜23の内周面に固定されている。なお、内側螺旋通路形成部材29は、内周縁を軸芯部分に設けた図示しない軸の外周面に固定した螺旋階段形状としてもよい。
The oxygen separation section 24 is provided with an inner spiral passage forming member 29 having a spiral shape inside, and is an air passage serving as the second passage of the present invention, which is spiral in the axial direction of the outer cylinder 20A. 24A is formed.
The inner spiral passage forming member 29 is, for example, a belt-shaped member formed in a spiral shape, and the outer peripheral edge is fixed to the inner peripheral surface of the gas permeable membrane 23 . Note that the inner spiral passage forming member 29 may have a spiral staircase shape in which the inner peripheral edge is fixed to the outer peripheral surface of a shaft (not shown) provided in the shaft core portion.

なお、気体透過膜23には、いわゆる高温酸素透過膜が用いられており、LSCF(ランタン・ストロンチウム・コバルト・鉄複合酸化物)など、電子と酸素イオンの混合導電性セラミクス緻密膜(電子導電性を示す酸化物)を用いることができ、LSCF以外のものを用いることもできる。 A so-called high-temperature oxygen-permeable film is used as the gas-permeable film 23, and a mixed conductive ceramic dense film of electrons and oxygen ions (electroconductive can be used, and other materials than LSCF can also be used.

気体透過膜23の燃焼空間22A側には、酸化触媒膜23Aが積層されている。酸化触媒膜23Aは、例えば、ニッケルやルテニウムなどの材料からなる触媒膜状に形成された多孔体である。 An oxidation catalyst film 23A is laminated on the combustion space 22A side of the gas permeable film 23 . The oxidation catalyst film 23A is, for example, a porous body formed in the form of a catalyst film made of a material such as nickel or ruthenium.

図1、及び図2に示すように、燃焼空間22Aの入口には、第2燃料極オフガス管P7-2の他端が接続され、空気流路24Aの入口には、分岐空気極オフガス管P6-2の下流端が接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the other end of the second anode offgas pipe P7-2 is connected to the inlet of the combustion space 22A, and the branched cathode offgas pipe P6 is connected to the inlet of the air flow path 24A. -2 downstream ends are connected.

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気体透過膜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 cathode off-gas is supplied to the air flow path 24A, and oxygen contained in the second cathode off-gas permeates the gas permeable membrane 23 and moves to the combustion space 22A. The second cathode off-gas that does not move to the combustion space 22A is exhausted to the outside from an 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から気体透過膜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P8-1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 separator 24 through the gas permeable membrane 23 . As a result, a combustion reaction occurs between combustible gas components (unreformed methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode offgas and oxygen through the oxidation catalyst, resulting in carbon dioxide and steam is produced. A combustion off-gas pipe P8-1 is connected to the outlet side of the combustion space 22A, and combustion off-gas is delivered from the combustion space 22A.

図1に示すように、燃焼オフガス管P8-1は、後述する改質器54の内側流路55Bに接続されている。 As shown in FIG. 1, the combustion off-gas pipe P8-1 is connected to an inner flow path 55B of the reformer 54, which will be described later.

(改質器)
本実施形態の改質器54は、多重円筒状とされており、径方向外側に配置された環状の気化流路55A、気化流路55Aの径方向内側に隣接して配置された内側流路55Bとを有している。なお、気化流路55Aと内側流路55Bとは、隔壁57で隔てられている。
(reformer)
The reformer 54 of this embodiment has a multi-cylindrical shape, and includes an annular vaporization passage 55A arranged radially outward, and an inner passage radially arranged adjacent to the vaporization passage 55A. 55B. A partition wall 57 separates the vaporization channel 55A and the inner channel 55B.

気化流路55Aは、上側の環状空間に改質触媒58が充填されており、下側が、円筒形状の筒軸方向に向けて螺旋状に形成された螺旋流路55A-2とされている。
気化流路55Aの下端(流路上流側)には、燃料ガス管P1-1の一端と、水供給管P2-2の一端が接続されている。
燃料ガス管P1-1の他端には、燃料供給ブロワB1が接続されており、燃料ガス源のメタンが燃料供給ブロワB1によって改質器54の気化流路55Aへ供給される。
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。
The vaporization flow path 55A has an upper annular space filled with a reforming catalyst 58, and a lower side is a spiral flow path 55A-2 that is spirally formed in the axial direction of a cylindrical cylinder.
One end of the fuel gas pipe P1-1 and one end of the water supply pipe P2-2 are connected to the lower end (upstream side of the flow channel) of the vaporization flow channel 55A.
A fuel supply blower B1 is connected to the other end of the fuel gas pipe P1-1, and methane from the fuel gas source is supplied to the vaporization flow path 55A of the reformer 54 by the fuel supply blower B1.
The other end of the water supply pipe P2-2 is connected to the water tank 27. As shown in FIG. The water supply pipe P2-2 is provided with an ion exchange resin 56 and a pump 27B. The water stored in the water tank 27 is supplied to the reformer 54 through the ion exchange resin 56 by driving the pump 27B.

気化流路55Aの上端(流路下流側)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 a reformed gas pipe P1-2 is connected to the upper end (downstream side of the flow path) of the vaporization flow path 55A. 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. As shown in FIG.

内側流路55Bの上端(流路上流側)には、燃焼オフガス管P8-1の一端が接続されており、燃焼オフガス管P8-1の他端は、酸素透過膜付燃焼器20の燃焼空間22Aに接続されている。内側流路55Bには、燃焼空間22Aから送出された高温の燃焼オフガスが燃焼オフガス管P8-1を介して供給される。 One end of the combustion off-gas pipe P8-1 is connected to the upper end of the inner flow passage 55B (on the upstream side of the flow passage), and the other end of the combustion off-gas pipe P8-1 is connected to the combustion space of the combustor 20 with an oxygen permeable membrane. 22A. The high-temperature combustion off-gas delivered from the combustion space 22A is supplied to the inner flow path 55B through the combustion off-gas pipe P8-1.

内側流路55Bの下端(流路下流側)には、燃焼オフガス管P8-2の一端が接続されており、燃焼オフガス管P8-2の他端は後述する凝縮器26に接続されている。内側流路55Bから排出された燃焼オフガスは、燃焼オフガス管P8-2を介して後述する凝縮器26に送出される。 One end of the combustion off-gas pipe P8-2 is connected to the lower end (downstream side of the flow passage) of the inner flow passage 55B, and the other end of the combustion off-gas pipe P8-2 is connected to the condenser 26, which will be described later. The combustion off-gas discharged from the inner flow path 55B is sent to the later-described condenser 26 through the combustion off-gas pipe P8-2.

内側流路55Bには、高温の燃焼オフガスが通過するので、気化流路55Aと内側流路55Bとを隔てる隔壁57は、燃焼オフガスによって加熱される。このため、内側流路55Bに隣接する気化流路55Aにおいて、改質触媒58、燃料ガス、及び水が燃焼オフガスの熱で加熱され、燃料ガスが水蒸気改質され、水蒸気改質された燃料ガスが改質ガス管P1-2を介して第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aに送出される。 Since high-temperature combustion off-gas passes through the inner flow path 55B, the partition 57 separating the vaporization flow path 55A and the inner flow path 55B is heated by the combustion off-gas. Therefore, in the vaporization channel 55A adjacent to the inner channel 55B, the reforming catalyst 58, the fuel gas, and the water are heated by the heat of the combustion off-gas, the fuel gas is steam-reformed, and the steam-reformed fuel gas is is delivered to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12 through the reformed gas pipe P1-2.

(凝縮器)
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、改質器54から送出された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。
(Condenser)
A cooling water circulation flow path 26A is connected to the condenser 26, and cooling water from an exhaust heat input type absorption chiller 36, which will be described later, is circulated and supplied by driving a pump 26P, and sent out from the reformer 54. Combustion off-gas is cooled. This causes water vapor in the combustion off-gas to condense. The condensed water is delivered 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へ送信される。なお、制御部は、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 water vapor has been separated and removed is sent to the carbon dioxide gas pipe P10. The combustion off-gas from which water (liquid phase) has been removed by the condenser 26 is a gas with a high carbon dioxide concentration, and the combustion off-gas 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 delivered from the condenser 26 . Specifically, the concentration of any one or more of combustible gases such as methane, carbon monoxide, and hydrogen, carbon dioxide, and oxygen is detected. The composition detection unit 44 is connected to the control unit, and transmits the detected composition information of the carbon dioxide-rich gas to the control unit. Note that the control unit performs various controls 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 downstream of the junction where the air electrode offgas pipes P6 from the first air electrode 12B and the second air electrode 14B are merged. In the second heat exchanger 32, heat is exchanged between the cathode offgas flowing through the cathode offgas pipe P6 and the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas pipe P5, the oxidizing gas is heated, and the cathode offgas is converted into Cooled. The cathode off-gas passes through the second heat exchanger 32 and is supplied to the exhaust heat input type absorption chiller 36 .

(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 type absorption chiller)
The exhaust heat input type absorption chiller 36 is a heat pump that uses exhaust heat to generate cold heat, and as an example, a steam/exhaust heat input type absorption chiller can be used. In a steam/exhaust heat input type absorption chiller, water is separated from the absorbent by heating the absorbent (for example, lithium bromide aqueous solution or ammonia aqueous solution) that has absorbed water vapor with the heat of the air electrode off-gas. do. Water vapor is condensed in the air electrode off-gas obtained by heating and cooling the absorbing liquid, and the condensed water is supplied to the water tank 27 through the water pipe P36-2. After the water vapor is condensed and removed, the air electrode off-gas is sent to the exhaust pipe P36-1 and exhausted to the outside of the exhaust heat input type absorption chiller .

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 for circulating the absorbing liquid and a pump for circulating water separated from the absorbing liquid (both not shown) are provided inside the exhaust heat input type absorption chiller 36 . These pumps are driven by DC motors, which can be driven by 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 absorbent regenerated by heating promotes the evaporation of water by absorbing water vapor and contributes to the generation of cold energy. The exhaust heat input type absorption chiller 36 is connected to a cooling tower 38 via a heat dissipation circuit 37 . A pump 37P is installed in the heat radiation circuit 37, and cooling water is supplied to the heat radiation circuit 37 by the pump 37P. Absorption heat generated when the absorption liquid absorbs water vapor in the exhaust heat input type absorption chiller 36 is released to the atmosphere from the cooling tower 38 via the cooling water flowing through the 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。 Cold heat generated by the exhaust heat input type absorption chiller 36 is sent to the condenser 26 via the cooling water flowing through the cooling water circulation flow path 26A, where the combustion off-gas is cooled in the condenser 26, and the combustion off-gas is cooled. Water vapor is condensed out.

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 a cooling water circulation channel 26A, a heat dissipation circuit 37, and a heat medium channel (not shown) through which water flows as a heat medium for the absorption chiller 36 with waste heat input. In the cooling water circulation flow path 26A, the heat dissipation circuit 37, and the heat medium flow path, water is appropriately replenished from the water tank 27 through the replenishment system 67 described below when the water is insufficient.
Note that the exhaust heat input type absorption chiller 36 has, as an 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、後述する制御部で制御される。
(replenishment system)
The water tank 27 is connected to a replenishment system 67 including a pipe P11, a pump 27A, and the like. 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, which will be 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. In addition, the pump 27A and the electromagnetic valve are controlled by a control section which will be 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に出力される。これにより、制御部は、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. A liquid level sensor (not shown) is provided to detect the This liquid level sensor is connected to a control section, which will be described later, and outputs detection data of the liquid level (reserved amount of cooling water) to the control section. Thereby, the controller can grasp the amount of cooling water stored in each of the cooling tower 38, the cooling water circulation passage 26A, and the cooling water circulation passage 70A for liquefaction.

(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。なお、圧縮機68は、直流モータで駆動される形態に限定されず、交流モータで駆動される形態であってもよい。
(Carbon dioxide gas liquefaction part)
The carbon dioxide-rich gas sent to the carbon dioxide gas pipe P10 is sent to the carbon dioxide gas liquefying section 66 that includes a compressor 68, a cooling device 70, and the like.
The carbon dioxide-rich gas sent to the carbon dioxide gas liquefying section 66 is first compressed by the compressor 68 . The compressor 68 is driven by a DC motor (not shown) and is capable of compressing the carbon dioxide gas to 4 MPa or higher. In addition, the DC motor of the compressor 68 is driven by the electric power obtained from the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14. For example, when the system is started, an external commercial power source is used. or by power (surplus power) obtained from renewable energy power generation (not shown). Examples of renewable energy power generation include photovoltaic power generation, solar thermal power generation, hydroelectric power generation, wind power generation, geothermal power generation, wave power generation, temperature difference power generation, biomass power generation, and the like. good. Note that the compressor 68 is not limited to being driven by a DC motor, and may be driven by an AC motor.

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、制御部で制御される。 Since the DC motor of the compressor 68 can be directly driven using the DC power obtained from 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 is converted into AC power, and the AC power is used to drive the AC motor. Note that the DC motor of the compressor 68 is controlled by the controller.

圧縮機68で圧縮された二酸化炭素ガスは、配管P114を介して冷却装置70へ送られる。配管P114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、各々制御部に送られる。 The carbon dioxide gas compressed by the compressor 68 is sent to the cooling device 70 via the pipe P114. A temperature sensor 74 and a pressure sensor 76 are provided in the pipe P114, and the temperature data of the carbon dioxide gas measured by the temperature sensor 74 and the pressure data of the carbon dioxide gas measured by the pressure sensor 76 are controlled respectively. sent to the department.

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 path 70A is piped to the cooling device 70, and a circulation pump 78 controlled by a control unit is attached to the liquefaction cooling water circulation path 70A. The liquefaction cooling water circulation path 70A is circulated with cooling water from the exhaust heat input type absorption chiller 36, and cools 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。 A temperature sensor 80 that detects the temperature of the cooling water flowing into the cooling device 70 is provided in the liquefaction cooling water circulation path 70A. Cooling water temperature data measured by the temperature sensor 80 is sent to the controller. A flow rate sensor (not shown) for measuring the flow rate of the cooling water may be provided in the liquefaction 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P115、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 the tank 84 via the pipe P115 and the pump 82 and stored therein.

燃料電池発電システム10Aには全体を制御する図示しない制御部が設けられている。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。制御部は、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、制御部により制御される。なお、制御部は、上記以外の他の機器とも接続されている。 The fuel cell power generation system 10A is provided with a control section (not shown) that controls the entire system. It is composed of a CPU, a ROM, a RAM, a memory, and the like. The memory stores data, procedures, and the like necessary for flow rate adjustment processing, cooling water temperature adjustment processing, and processing during normal operation, which will be described later. The control unit is connected to the flow control valve 42, the composition detection unit 44, the exhaust heat input type absorption chiller 36, and the like. The control unit controls the flow control valve 42, the composition detection unit 44, the exhaust heat input type absorption chiller 36, and the like. Note that the control unit is also connected to devices other than those described above.

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 accessories are driven by electric power generated by the fuel cell power generation system 10A. In order to efficiently use the direct current power generated by the fuel cell power generation system 10A without converting it to alternating current, the auxiliary equipment is preferably driven by direct 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、燃料ガス源から燃料ガス(メタン)が燃料ガス管P1-1を介して改質器54へ送出され、改質器54で燃料ガスの改質が行われる。
改質された燃料ガスは、燃料ガス管P1-2を介して第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aへ供給される。
水蒸気管P2からは、水蒸気改質用の水蒸気が燃料ガス管P1-2を介して第1燃料極12Aへ供給される。
In the fuel cell power generation system 10A, the fuel supply blower B1 sends fuel gas (methane) from the fuel gas source to the reformer 54 through the fuel gas pipe P1-1, and the reformer 54 reforms the fuel gas. quality is done.
The reformed fuel gas is supplied to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12 through the fuel gas pipe P1-2.
Steam for steam reforming is supplied from the steam pipe P2 to the first fuel electrode 12A through the fuel gas pipe P1-2.

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 produce hydrogen and carbon monoxide. In addition, carbon monoxide and hydrogen are produced by a shift reaction between the produced 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 reactions described above occur to generate power. From the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12, the first fuel electrode off-gas is sent to the first fuel electrode off-gas pipe P7. Further, from the first air electrode 12B, the air electrode off-gas is sent 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。
The first fuel electrode off-gas sent out 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.
Electric power is generated in the second fuel cell stack 14 in the same manner as in the first fuel cell stack 12 . The second fuel electrode off-gas is delivered from the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14 to the second fuel electrode off-gas pipe P7-2. Further, from the second air electrode 14B, the air electrode off-gas is delivered to the air electrode off-gas pipe P6.

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 cathode off-gas is supplied to the exhaust heat input type absorption chiller 36 via the second heat exchanger 32 . In the second heat exchanger 32, heat is exchanged between the cathode off-gas and the oxidizing gas, and the oxidizing gas is heated by the cathode off-gas. In the exhaust heat input type absorption chiller 36, as described above, cold heat is generated using the heat of the air electrode off-gas.

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。 The second fuel electrode off-gas is supplied to the combustion section 22 of the combustor 20 with an oxygen permeable membrane 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、気体透過膜23を透過して燃焼空間22A側へ移動する。燃焼部22の燃焼空間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。 The cathode offgas branched to the branched cathode offgas pipe P6-2 is supplied to the oxygen separator 24 of the combustor 20 with an oxygen permeable membrane. The air electrode off-gas supplied to the oxygen separation section 24 flows through the air flow path 24A. In the air flow path 24A, oxygen contained in the cathode offgas permeates the gas permeable membrane 23 and moves toward the combustion space 22A. In the combustion space 22A of the combustion section 22, a combustion reaction occurs between combustible gas (methane, hydrogen, carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode offgas and oxygen to produce carbon dioxide and water vapor.

酸素透過膜付燃焼器20の燃焼部22においては、酸化触媒が、気体透過膜23を透過した酸素と燃料ガスの未反応の可燃ガスとの酸化反応を促進させて二酸化炭素ガスを生成する。さらに、燃焼空間22Aは螺旋状に形成されて流路長が長くなっているので、酸化反応させる時間を長く取ることが出来、空気流路24Aから燃焼空間22A側へ、十分な量の酸素を移動させて酸化反応を十分、且つ効率的に行なうことができる。これにより、二酸化炭素ガスの濃度を高めた燃焼オフガスを燃焼部22から排出することができる。 In the combustor 22 of the oxygen permeable membrane combustor 20, the oxidation catalyst promotes the oxidation reaction between the oxygen permeated through the gas permeable membrane 23 and the unreacted combustible gas of the fuel gas to generate carbon dioxide gas. Furthermore, since the combustion space 22A is formed spirally and has a long passage length, it is possible to take a long time for the oxidation reaction, and a sufficient amount of oxygen is supplied from the air passage 24A to the combustion space 22A side. It can be moved to carry out the oxidation reaction sufficiently and efficiently. As a result, combustion off-gas with an increased carbon dioxide gas concentration can be discharged from the combustion section 22 .

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、改質器54の内側流路55Bを経て凝縮器26へ供給される。 Combustion off-gas containing carbon dioxide and water vapor is delivered from combustion space 22A to combustion off-gas pipe P8. The combustion off-gas sent to the combustion off-gas pipe P8 is supplied to the condenser 26 through the inner flow path 55B of the reformer 54. As shown in FIG.

改質器54では、気化流路55Aにおいて、燃料ガスと水蒸気の混合ガス、及び改質触媒58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は、改質ガス管P1-2を通って第1燃料極12Aへ供給される。 In the reformer 54, in the vaporization passage 55A, the mixed gas of fuel gas and steam and the reforming catalyst 58 are heated by heat exchange with the combustion off-gas, and the steam reforming reaction produces hydrogen and carbon monoxide. be done. In addition, carbon monoxide and hydrogen are produced by a shift reaction between the produced carbon monoxide and water vapor. A reformed gas containing unreacted fuel gas (methane), hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide is supplied to the first fuel electrode 12A through a reformed gas pipe P1-2.

気化流路55Aは、下側が、円筒形状の筒軸方向に向けて螺旋状に形成された長い螺旋流路55A-2とされているため、燃料ガスと共に供給された水が長い螺旋流路55A-2を時間をかけて通過する間に十分に加熱されて水蒸気となる。そして、加熱された燃料ガスと水蒸気は、螺旋流路55A-2を流れた後、燃焼オフガスの熱で加熱された改質触媒58を通過するので、効率的、かつ確実に改質反応が生じる。 Since the lower side of the vaporization flow path 55A is a long spiral flow path 55A-2 spirally formed in the direction of the cylinder axis of the cylindrical shape, the water supplied together with the fuel gas has a long spiral flow path 55A. It is sufficiently heated to become water vapor while passing through -2 over time. After the heated fuel gas and water vapor flow through the spiral flow path 55A-2, they pass through the reforming catalyst 58 heated by the heat of the combustion off-gas, so that the reforming reaction occurs efficiently and reliably. .

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 chiller 36 circulated through the cooling water circulation passage 26A, and water vapor 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、二酸化炭素ガス管P10を介して組成検出部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へ送信される。 The combustion off-gas from which water vapor has been removed by the condenser 26 becomes carbon dioxide-rich gas having a high carbon dioxide concentration, and is sent to the composition detection unit 44 via the carbon dioxide gas pipe P10. The composition detector 44 detects the composition of the carbon dioxide-rich gas and transmits the detected information to the controller.

制御部は、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、及び流量を制御する。 Based on the composition information transmitted from the composition detection unit 44, the control unit controls the flow rate adjustment valve 42 to adjust the amount of air electrode offgas branched to the branch air electrode offgas pipe P6-2, and exhaust heat input type The absorption chiller 36 controls the temperature and flow rate of cooling water sent to the cooling water circulation passage 26A and the like.

流量調整処理では、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0.01~5vol%程度を設定することができ、0.01~1vol%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、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、気体透過膜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。 In the flow rate adjustment process, it is determined whether 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 detector 44 . Here, the threshold value G1 is a sufficiently low concentration in the carbon dioxide rich gas, and can be set to about 0.01 to 5 vol%, more preferably in the range of 0.01 to 1 vol%. When the concentration of the combustible gas is higher than the threshold value G1, the flow control valve 42 is controlled to increase the flow rate of the cathode offgas branched to the branched cathode offgas pipe P6-2. As a result, the amount of oxygen that permeates the gas-permeable membrane 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 a combustion reaction in the combustion space 22A.

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 section 66 and compressed, and the compressed carbon dioxide-rich gas is sent to the cooling device 70 . The cooling device 70 cools the compressed carbon dioxide-rich gas with cooling water from the exhaust heat input type absorption chiller 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 chiller 36 uses the exhaust heat of the air electrode off-gas to generate cold heat, it is a type of chiller that compresses and expands the refrigerant by driving the compressor with a motor (for example, a turbo It is possible to efficiently generate cold energy (used for cooling water to make cooling water) with less power than when cold energy is generated by a refrigerator or the like.

図3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. 3, as an example, carbon dioxide gas compressed to 4 MPa or more is liquefied 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, 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. with cooling water. liquefied carbon dioxide is obtained by cooling with Note that 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)
Any one of the temperature (measured by the temperature sensor 74) and pressure (measured by the pressure sensor 76) of the high-pressure carbon dioxide gas that has passed through the compressor 68, or the amount of carbon dioxide gas remaining without being liquefied According to one or more measurement results, the control unit determines the temperature of the cooling water supplied to the cooling device 70 (measured by the temperature sensor 80) and the flow rate (measured by the flow sensor (not shown)). The operation of the refrigerator 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 calculates the amount of cold heat for maximizing the amount of liquefaction of carbon dioxide gas according to the temperature and pressure of the collected carbon dioxide gas or the amount of carbon dioxide gas remaining at the time of liquefaction. , the temperature of the cooling water can be lowered accordingly, the flow rate of the circulating cooling water can be increased, or both of these can be used in combination.

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 addition, inside the cooling device 70, liquefied carbon dioxide accumulates at the bottom, and unliquefied carbon dioxide gas remains above the liquefied carbon dioxide, so 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 without being liquefied inside the cooling device 70 (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 generated in the carbon dioxide gas liquefying section 66 in this manner is sent to the tank 84 via the pipe P15 and the pump 82 and stored therein. Note that the liquefied carbon dioxide stored in the tank 84 can also be used for commercial and industrial purposes as in the conventional case.

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 . Note that the liquefied carbon dioxide stored in the tank 84 may be transported by a lorry 86 or the like, or may be transported 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, since the second fuel electrode off-gas sent from the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14 is burned in the combustion unit 22, the second fuel cell stack 14 The amount of unreacted fuel gas used for power generation in the second fuel cell stack 14 increases compared to the case where the first fuel electrode off-gas is burned before it is used for power generation. Therefore, power generation efficiency in the second fuel cell stack 14 can be enhanced.

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 a combustion reaction between combustible gas contained in the second fuel electrode off-gas and oxygen. Therefore, the combustible gas can be reduced from the second anode off-gas, and high-concentration carbon dioxide can be recovered. In addition, only oxygen in the air electrode off-gas is supplied to the combustion unit 22, and the second fuel electrode off-gas contains a smaller amount of unreacted fuel gas than the first fuel electrode off-gas, and carbon dioxide high content of Therefore, the amount of unreacted fuel gas to be burned in the combustion section 22 and the amount of oxygen required to burn the unreacted fuel 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、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 offgas pipe P6-2 branched from the air electrode offgas pipe P6, the composition of the carbon dioxide rich gas detected by the composition detector 44 is Based on the information, it is possible to easily adjust the cathode offgas flow rate branched to the branched cathode offgas 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 amount of combustible gas and oxygen contained in the combustion off-gas is 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。 Furthermore, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, the amount of water to be condensed by the condenser 26 is adjusted based on the composition information of the carbon dioxide-rich gas detected by the composition detection unit 44. 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 conducting solid oxide fuel cell is used in the fuel cell stack, water vapor is not generated at the first fuel electrode 12A. Therefore, since the amount of water vapor contained in the first fuel electrode off-gas is reduced, the power generation efficiency of the second fuel cell can be improved. Moreover, since the amount of water vapor contained in the second fuel electrode off-gas is also reduced, the amount of water vapor to be 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を酸素分離部24の気体透過膜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, by arranging the combustion section 22 adjacent to the gas permeable membrane 23 of the oxygen separation section 24, the combustion section 22 and the oxygen separation section 24 are integrally formed to form a compact oxygen-permeable membrane. A membrane combustor 20 can be constructed.

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。 In addition, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, the heat of the air electrode off-gas is used to generate cold heat in the exhaust heat input type absorption chiller 36, so the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack Exhaust heat from 14 can be effectively used. Further, since the air electrode off-gas contains a large amount of water vapor, the water vapor is condensed during heat exchange in the exhaust heat input type absorption chiller 36, and the heat of condensation can also be effectively used.

また、本実施形態の燃料電池発電システム10Aでは、制御部が、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。 In addition, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, the control unit detects the amount of cooling water stored in each buffer tank of the cooling tower 38, the cooling water circulation passage 26A, and the cooling water circulation passage 70A for liquefaction from the liquid level sensor. It is grasped based on the detection data, and when it is determined that the amount of stored cooling water is less than the preset lower limit, the solenoid valve and the pump 27A are controlled, and the water used for the cooling water is stored in the water tank 27. can be replenished from In this way, when the cooling water runs short, there is no need to supply water from an external water supply or the like, and the amount of external dependence on water can be reduced.

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 the present embodiment, carbon dioxide is separated from the combustion off-gas by removing water vapor in the combustion off-gas by condensing it with the condenser 26, but carbon dioxide is separated from the combustion off-gas by other means, for example, a carbon dioxide separation membrane. 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.

また、本実施形態の酸素透過膜付燃焼器20では、外側が燃焼部22とされ、内側が酸素分離部24とされていたが、外側を酸素分離部24とし、内側を燃焼部22としてもよい。 In addition, in the combustor 20 with an oxygen permeable membrane of the present embodiment, the outer side is the combustion section 22 and the inner side is the oxygen separation section 24, but the outer side may be the oxygen separation section 24 and the inner side may be the combustion section 22. good.

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

図4には、本発明の第2実施形態に係る燃料電池発電システム10Bが示されている。燃料電池発電システム10Bは、二酸化炭素ガスから炭素を生成するシステムである。二酸化炭素ガス管P10の下流側には、第1実施形態の燃料電池発電システム10Bの二酸化炭素ガス液化部66の代わりに炭素製造部166が設けられている。 FIG. 4 shows a fuel cell power generation system 10B according to a second embodiment of the invention. The fuel cell power generation system 10B is a system that produces carbon from carbon dioxide gas. A carbon production section 166 is provided on the downstream side of the carbon dioxide gas pipe P10 instead of the carbon dioxide gas liquefaction section 66 of the fuel cell power generation system 10B of the first embodiment.

本実施形態では、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。
また、本実施形態では、第2燃料極オフガス管P7-2から、循環ガス管P3が分岐されており、循環ガス管P3は、燃料ガス管P1と接続されている。なお、循環ガス管P3には、循環ガスブロワB3が設けられている。
In this embodiment, 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). there is
Further, in the present embodiment, the circulating gas pipe P3 is branched from the second anode offgas pipe P7-2, and the circulating gas pipe P3 is connected to the fuel gas pipe P1. A circulation gas blower B3 is provided in the circulation gas pipe P3.

燃料ガス管P1の中間部には、第1熱交換器30が設けられている。酸素透過膜付燃焼器20の燃焼空間22Aの出口側には、燃焼オフガスを送出する燃焼オフガス管P8が接続されており、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。 A first heat exchanger 30 is provided in an intermediate portion of the fuel gas pipe P1. A combustion off-gas pipe P8 for delivering combustion off-gas is connected to the outlet side of the combustion space 22A of the combustor 20 with an oxygen permeable membrane. is connected to the condenser 26 . In the first heat exchanger 30, the fuel gas is heated by heat exchange between the fuel gas and the combustion off-gas.

第1熱交換器30を経由した燃焼オフガスは凝縮器26に送出され、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、二酸化炭素用ブロワ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へ送信される。 The combustion off-gas that has passed through the first heat exchanger 30 is sent to the condenser 26, and the combustion off-gas from which water vapor has been removed by the condenser 26 becomes a carbon dioxide-rich gas with a high carbon dioxide concentration. It is sent to the gas pipe P10 and sent to the composition detection unit 44 . The composition detector 44 detects the composition of the carbon dioxide-rich gas and transmits the detected information to the controller.

制御部は、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へ送る冷却水の温度を制御する。具体的には、制御部では、流量調整処理、冷却水温度調整処理が実行される。
二酸化炭素ガス管P10へ送出された二酸化炭素ガスは、炭素製造部166へ送出される。
Based on the composition information transmitted from the composition detection unit 44, the control unit controls the flow rate adjustment valve 42 to adjust the amount of air electrode offgas branched to the branch air electrode offgas pipe P6-2, and exhaust heat input type The absorption chiller 36 controls the temperature of the cooling water sent to the cooling water circulation passage 26A. Specifically, the controller executes a flow rate adjustment process and a cooling water temperature adjustment process.
The carbon dioxide gas sent to the carbon dioxide gas pipe P10 is sent to the carbon production section 166 .

(炭素製造部の構成)
炭素製造部166は、水電解装置170、配管P114、水素ブロワ172、配管P115、酸素ブロワ174、酸素タンク176、粉末炭素生成器178等を含んで構成されている。
(Structure of carbon production department)
The carbon production unit 166 includes a water electrolysis device 170, a pipe P114, a hydrogen blower 172, a pipe P115, an oxygen blower 174, an oxygen tank 176, a powdered carbon generator 178, and the like.

水電解装置170には、配管P116、ポンプ180、及び水浄化装置182を経た水タンク27の水が供給される。水浄化装置182は、水タンク27からの水を浄化(異物除去、PH調整等)する。水電解装置170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で得られた電力を用いて浄化した水を電気分解して水素ガスと酸素ガスとを生成することができる。なお、水電解装置170は、図示しない再生可能エネルギー発電で得られた電力(いわゆる「クリーンエネルギー」)を用いて水を電気分解することもできる。再生可能エネルギー発電として、一例として、太陽光発電、太陽熱発電、水力発電、風力発電、地熱発電、波力発電、温度差発電、バイオマス発電等を挙げることができるが、他のものであってもよい。即ち、大気中の二酸化炭素を削減、或いは大気への二酸化炭素の放出を抑制するという見地から、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や、再生可能エネルギー発電で得られた電力を用いることが好ましい。 Water in the water tank 27 is supplied to the water electrolysis device 170 through a pipe P116, a pump 180, and a water purification device 182. The water purifier 182 purifies the water from the water tank 27 (removes foreign matter, adjusts pH, etc.). The water electrolysis device 170 can generate hydrogen gas and oxygen gas by electrolyzing purified water using power obtained from the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 . . The water electrolysis device 170 can also electrolyze water using power (so-called “clean energy”) obtained by renewable energy generation (not shown). Examples of renewable energy power generation include photovoltaic power generation, solar thermal power generation, hydroelectric power generation, wind power generation, geothermal power generation, wave power generation, temperature difference power generation, biomass power generation, and the like. good. That is, from the viewpoint of reducing carbon dioxide in the atmosphere or suppressing the release of carbon dioxide into the atmosphere, the DC power obtained in the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 and the regenerated It is preferable to use power obtained from renewable energy power generation.

水電解装置170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や、再生可能エネルギー発電で得られた電力を用いて水を電気分解するので、例えば、二酸化炭素ガスを放出する発電装置の交流電力を直流電力に変換して電気分解に用いる場合に比較して、効率的に水を電気分解することができる。なお、水電解装置170は、制御部で制御される。 The water electrolysis device 170 electrolyzes water using the DC power obtained from the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 or the power obtained from renewable energy power generation. , water can be electrolyzed more efficiently than in the case where the AC power of a power generator that emits carbon dioxide gas is converted into DC power and used for electrolysis. Note that the water electrolysis device 170 is controlled by a control unit.

水電解装置170で生成された水素ガスは、配管P114、水素ブロワ172を介して粉末炭素生成器178へ送られ、酸素ガスは配管P115、酸素ブロワ174を介して酸素タンク176へ送られ、酸素タンク176に貯留される。なお、水素ブロワ172、及び酸素ブロワ174は、制御部で制御される。 Hydrogen gas generated by the water electrolysis device 170 is sent to the powdered carbon generator 178 via the pipe P114 and the hydrogen blower 172, and oxygen gas is sent to the oxygen tank 176 via the pipe P115 and the oxygen blower 174. It is stored in tank 176 . The hydrogen blower 172 and the oxygen blower 174 are controlled by the controller.

(粉末炭素生成器の構成)
図5に示すように、粉末炭素生成器178は、昇温器184、シフト反応器186、冷却器188、炭素析出分離部200を含んで構成されている。
(Configuration of powder carbon generator)
As shown in FIG. 5 , the powdered carbon generator 178 includes a heater 184 , a shift reactor 186 , a cooler 188 and a carbon deposition separation section 200 .

昇温器184は、外筒202と、外筒202の内側に配置された円筒形状の隔壁204と、外筒202及び円筒形状の隔壁204の筒軸方向端側の開口部分を閉塞する閉塞部材206とで構成された内部が密閉された多重円筒状とされている。 The heater 184 includes an outer cylinder 202, a cylindrical partition wall 204 disposed inside the outer cylinder 202, and a closing member that closes the openings of the outer cylinder 202 and the cylindrical partition wall 204 on the ends in the cylinder axis direction. 206 has a sealed multiple cylindrical shape.

外筒202と隔壁204との間は、本発明の第1流路としてのガス燃焼流路208とされ、円筒形状の隔壁204の内周側は、本発明の第2流路としての昇温部210とされており、ガス燃焼流路208と昇温部210とは隔壁204で隔離されている。 Between the outer cylinder 202 and the partition wall 204 is a gas combustion channel 208 as the first channel of the present invention, and the inner peripheral side of the cylindrical partition wall 204 is the second channel of the present invention for raising the temperature. A partition wall 204 separates the gas combustion flow path 208 from the temperature raising section 210 .

ガス燃焼流路208には、内部に螺旋形状とされた螺旋通路形成部材212が配置されており、昇温器184の筒軸方向に向けて螺旋状に形成されている。 A helical passage forming member 212 having a helical shape is disposed inside the gas combustion flow path 208 , and is formed in a helical shape toward the cylinder axis direction of the heater 184 .

昇温器184では、水電解装置170から送られた水素ガスと酸素ガスがガス燃焼流路208に供給され、凝縮器26から送られた二酸化炭素ガスと、水電解装置170から送られた水素ガスとが昇温部210に供給されるようになっている。
ガス燃焼流路208では、水素ガスと酸素ガスとが燃焼反応され、燃焼反応よって生成された熱で、昇温部210を通過する二酸化炭素ガスと水素ガスとを高温、例えば、1000~1200℃に加熱することができる。
In the heater 184, the hydrogen gas and oxygen gas sent from the water electrolysis device 170 are supplied to the gas combustion flow path 208, and the carbon dioxide gas sent from the condenser 26 and the hydrogen gas sent from the water electrolysis device 170 Gas is supplied to the temperature raising unit 210 .
In the gas combustion channel 208, the hydrogen gas and the oxygen gas undergo a combustion reaction, and the heat generated by the combustion reaction heats the carbon dioxide gas and the hydrogen gas passing through the temperature raising section 210 to a high temperature, for example, 1000 to 1200°C. can be heated to

昇温器201の下流側にはシフト反応器186が配置されており、このシフト反応器186に高温に加熱された二酸化炭素ガスと水素ガスとが供給される。
シフト反応器186では、下記(5)式に示すように、二酸化炭素ガスを水素ガス雰囲気下にて一酸化炭素にシフト反応させることができる。
CO+H → CO+HO …(5)
ここでは、公知の触媒を用いて反応を促進することができる。
A shift reactor 186 is arranged downstream of the temperature raising device 201, and carbon dioxide gas and hydrogen gas heated to a high temperature are supplied to the shift reactor 186. As shown in FIG.
In the shift reactor 186, as shown in the following formula (5), carbon dioxide gas can undergo a shift reaction with carbon monoxide under a hydrogen gas atmosphere.
CO2 + H2- >CO+ H2O (5)
Here, known catalysts can be used to accelerate the reaction.

シフト反応器186の下流側には、冷却器188が配置されており、シフト反応器186から排出された一酸化炭素ガス及び水蒸気が冷却器188で冷却され、所定の温度、例えば、600℃以下となるように温度調節される。 A cooler 188 is arranged downstream of the shift reactor 186, and the carbon monoxide gas and water vapor discharged from the shift reactor 186 are cooled by the cooler 188 to a predetermined temperature, for example, 600° C. or less. The temperature is adjusted so that

冷却器188の下流側には、炭素析出分離部200が配置されており、冷却器188から排出された温度調節された一酸化炭素ガス及び水蒸気が炭素析出分離部200に導入される。炭素析出分離部200には、螺旋状に形成され、通路長が長くされた螺旋流路214が設けられている。 A carbon deposition separation section 200 is arranged downstream of the cooler 188 , and temperature-controlled carbon monoxide gas and water vapor discharged from the cooler 188 are introduced into the carbon deposition separation section 200 . The carbon deposition separation section 200 is provided with a helical flow path 214 formed in a helical shape and having an increased passage length.

炭素析出分離部200では、流路長が長くされた螺旋流路214において、ガス中の一酸化炭素が下記(6)式により炭素と二酸化炭素とに変換される。
2CO → C+CO …(6)
なお、上記(6)式は発熱反応である。
さらに、炭素析出分離部200の螺旋流路214では、上記(6)式の反応と同時に下記(7)式により二酸化炭素ガスと水素ガスから炭素と水とを生成する反応が進む。
CO+2H → C+2HO …(7)
なお、炭素析出分離部200では、前記反応を促進するために、螺旋流路214の内部に公知の還元触媒が設けられている。
In the carbon deposition separation section 200, the carbon monoxide in the gas is converted into carbon and carbon dioxide by the following formula (6) in the spiral channel 214 with a longer channel length.
2CO→C+ CO2 (6)
Note that the above formula (6) is an exothermic reaction.
Furthermore, in the spiral flow path 214 of the carbon deposition separation unit 200, simultaneously with the reaction of the above formula (6), the reaction of producing carbon and water from the carbon dioxide gas and the hydrogen gas proceeds according to the following formula (7).
CO2 + 2H2- >C+ 2H2O (7)
In addition, in the carbon deposition separation section 200, a known reduction catalyst is provided inside the spiral flow path 214 in order to promote the reaction.

このようにして、炭素析出分離部200では、炭素を析出させて固定化を可能としている。
なお、上記(6)式の還元反応で生じるCは、粉末炭素であり、螺旋流路214の下部から排出することができる。また、上記(6)式の還元反応で生じるH0は、具体的には水蒸気であり、該水蒸気は、配管P117を介して凝縮器26へ送られる。
In this manner, the carbon deposition separation unit 200 allows carbon to be deposited and immobilized.
Note that C produced by the reduction reaction of the formula (6) above is powdered carbon and can be discharged from the lower portion of the spiral flow path 214 . Further, the H 2 O generated in the reduction reaction of the formula (6) is specifically water vapor, and the water vapor is sent to the condenser 26 via the pipe P117.

本実施形態の制御部のメモリには、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。制御部は、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、制御部により制御される。 The memory of the control unit of the present embodiment stores data, procedures, and the like necessary for flow rate adjustment processing, cooling water temperature adjustment processing, and processing during normal operation, which will be described later. The control unit is connected to the flow control valve 42, the composition detection unit 44, the exhaust heat input type absorption chiller 36, and the like. The control unit controls the flow control valve 42, the composition detection unit 44, the exhaust heat input type absorption chiller 36, and the like.

燃料電池発電システム10B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10B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10B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 10B, pumps, blowers, and other accessories are driven by electric power generated by the fuel cell power generation system 10B. In order to efficiently use the direct current power generated by the fuel cell power generation system 10B without converting it to alternating current, the auxiliary equipment is preferably driven by direct current.

(作用、効果)
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。
(action, effect)
Next, the operation of the fuel cell power generation system 10B of this embodiment will be described.

水電解装置170は、水浄化装置182から送られた水を電気分解し、水素ガスと酸素ガスとを生成し、生成された水素ガス、及び酸素ガスは、粉末炭素生成器178の昇温器184へ供給される。また、昇温器184の昇温部210には、凝縮器26から排出された二酸化炭素リッチガスと、水浄化装置182から送られた水素ガスが供給される。 The water electrolyzer 170 electrolyzes the water sent from the water purifier 182 to generate hydrogen gas and oxygen gas. 184. Also, the carbon dioxide-rich gas discharged from the condenser 26 and the hydrogen gas sent from the water purification device 182 are supplied to the temperature raising section 210 of the temperature raising device 184 .

粉末炭素生成器178を起動するには、先ず、昇温器194のガス燃焼流路208において、水素ガスと酸素ガスとを反応(燃焼)させる。水素ガスと酸素ガスとの燃焼反応によって生成された燃焼炎、及び高熱の排ガス(水蒸気)は、ガス燃焼流路208を通過する際に、燃焼炎、及び排ガスの熱が隔壁204を介して昇温部210に伝達される。ガス燃焼流路208は、昇温器184の筒軸方向に向けて螺旋状に形成され、流路長が長くなっているため、上記反応による燃焼炎、及び排ガスの熱を、時間をかけて昇温部210へ充分に付与することができる。即ち、昇温器184において、燃焼炎、及び排ガスの滞留時間を長くとることができる。これにより、昇温部210に供給された二酸化炭素ガスと水素ガスとを充分に加熱することができ、二酸化炭素ガスと水素ガスとを所定の温度(例えば、1000~1200℃)に確実に昇温させることができる。なお、ガス燃焼流路208において、水素ガスと酸素ガスとの反応によって生じた水(水蒸気)は、下端から外部へ排出される。 To start the powdered carbon generator 178 , hydrogen gas and oxygen gas are first reacted (burned) in the gas combustion flow path 208 of the heater 194 . The combustion flame generated by the combustion reaction between the hydrogen gas and the oxygen gas and the high-temperature exhaust gas (water vapor) pass through the gas combustion channel 208 , and the heat of the combustion flame and the exhaust gas rises through the partition wall 204 . It is transmitted to the warm section 210 . The gas combustion channel 208 is spirally formed in the direction of the cylinder axis of the heater 184, and has a long channel length. It can be sufficiently applied to the temperature raising section 210 . That is, the residence time of the combustion flame and exhaust gas can be increased in the heater 184 . As a result, the carbon dioxide gas and the hydrogen gas supplied to the temperature raising unit 210 can be sufficiently heated, and the carbon dioxide gas and the hydrogen gas can be reliably raised to a predetermined temperature (for example, 1000 to 1200° C.). can be warmed. In the gas combustion channel 208, water (steam) generated by the reaction between the hydrogen gas and the oxygen gas is discharged from the lower end to the outside.

昇温部210で所定の温度に昇温された二酸化炭素ガスと水素ガスとはシフト反応器186に供給され、二酸化炭素ガスが水素ガス雰囲気下にて一酸化炭素にシフト反応され、一酸化炭素と水とが生成される。 The carbon dioxide gas and the hydrogen gas, which have been heated to a predetermined temperature in the temperature raising unit 210, are supplied to the shift reactor 186, where the carbon dioxide gas undergoes a shift reaction to carbon monoxide in a hydrogen gas atmosphere, resulting in carbon monoxide. and water are produced.

シフト反応器186から排出された一酸化炭素ガス及び水蒸気は、冷却器188に送られて所定の温度(例えば、600℃以下)に冷却された後、炭素析出分離部200へ供給される。
炭素析出分離部200では、螺旋流路214の内部で二酸化炭素ガスと水素ガスから粉末炭素と水(水蒸気)とが生成される。
螺旋流路214は、螺旋状に形成されて流路長が長くなっているので、内部に導入した気体の滞留時間を長くとることができ、上記(6)式、および上記(7)式の反応の時間を充分にとることができ、二酸化炭素ガスを無駄にすることなく効率的に粉末炭素を得ることができる。
なお、炭素析出分離部200水蒸気は、配管P117を介して凝縮器26へ送られ、凝縮器26で冷却されて水となる。
The carbon monoxide gas and water vapor discharged from the shift reactor 186 are sent to the cooler 188 to be cooled to a predetermined temperature (for example, 600° C. or lower) and then supplied to the carbon deposition separation section 200 .
In the carbon deposition separation section 200 , powdered carbon and water (steam) are generated from the carbon dioxide gas and the hydrogen gas inside the spiral flow path 214 .
Since the spiral flow path 214 is formed in a spiral shape and has a long flow path length, the residence time of the gas introduced into the inside can be increased, and the above equations (6) and (7) can be obtained. Sufficient time can be taken for the reaction, and powdered carbon can be efficiently obtained without wasting carbon dioxide gas.
Note that the water vapor from the carbon deposition separation unit 200 is sent to the condenser 26 via the pipe P117 and cooled by the condenser 26 to become water.

本実施形態の燃料電池発電システム10B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から炭素製造部166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、連続的に粉末炭素を効率的に製造することができる。
粉末炭素は、着火して燃焼しないかぎり、大気中に二酸化炭素ガスとなって放出されることは無く、二酸化炭素ガスの大気への放出を抑制することができる。
In the fuel cell power generation system 10B of the present embodiment, the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 to the carbon production unit 166 are continuously connected and provided on-site. can efficiently produce powdered carbon continuously.
Powdered carbon is not released into the atmosphere as carbon dioxide gas unless it is ignited and burned, and can suppress the release of carbon dioxide gas into the atmosphere.

また、粉末炭素は貯留サイトへの輸送も容易であり、着火源と酸素が揃う条件下に置かなければ、地下に埋め立て処分したり、地上に野積みするだけでも、長期安定的な炭素固定化が可能となる。なお、製造された粉末炭素は、カーボンブラック等として商工業利用することもできる。 In addition, powdered carbon can be easily transported to a storage site, and if it is not placed under conditions where an ignition source and oxygen are available, it can be stably fixed for a long period of time even if it is simply dumped on the ground or landfilled underground. becomes possible. The produced powdery carbon can also be used commercially and industrially as carbon black or the like.

本実施形態の燃料電池発電システム10Bでは、二酸化炭素ガスから粉末炭素を生成したが、粉末炭素をグラファイト、カーボンナノチューブまたはダイヤモンド等にする炭素製品製造装置216を更に付加してもよい。炭素製品製造装置216では、例えば、回収した粉末炭素を、燃料電池発電システム10Bで発電された電力、または再生可能エネルギーによる電力等を活用して高温(電気ヒータ昇温)、高圧(電動高圧プレス)環境下におくことで、公知の技術により合成ダイヤモンドの粉末を得ることができる。また、例えば、回収した粉末炭素を、燃料電池発電システム10Bで発電された電力、または再生可能エネルギーによる電力等を活用して、アーク放電法、レーザーアブレーション法、CVD法等、公知の技術によりカーボンナノチューブを得ることができる。さらに、回収した粉末炭素を、燃料電池発電システム10Bで発電された電力、または再生可能エネルギーによる電力等を活用して、公知の技術により、グラファイトを得ることができる。 In the fuel cell power generation system 10B of the present embodiment, powdered carbon is produced from carbon dioxide gas, but a carbon product manufacturing device 216 that converts powdered carbon into graphite, carbon nanotubes, diamond, or the like may be further added. In the carbon product manufacturing apparatus 216, for example, the collected powdered carbon is processed into high temperature (electric heater temperature rise), high pressure (electric high pressure press ) environment, synthetic diamond powder can be obtained by a known technique. Further, for example, the collected powdered carbon is carbonized by a known technique such as an arc discharge method, a laser ablation method, a CVD method, etc., using power generated by the fuel cell power generation system 10B or power from renewable energy. Nanotubes can be obtained. Furthermore, graphite can be obtained from the collected powdered carbon by a known technique using power generated by the fuel cell power generation system 10B, power generated by renewable energy, or the like.

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

なお、この炭素製品製造装置216も炭素製造部166の一部であり、燃料電池発電システム10Bにオンサイトで設けられている。また、粉末炭素を利用して製造する物も、上記の炭素製品に限らず、カーボンナノホーンやフラーレンといった炭素材料を、公知の技術により製造して商工業利用しても良い。 Note that this carbon product manufacturing device 216 is also a part of the carbon manufacturing section 166, and is provided on-site in the fuel cell power generation system 10B. In addition, products manufactured using powdered carbon are not limited to the above carbon products, and carbon materials such as carbon nanohorns and fullerenes may be manufactured by known techniques and used in commerce and industry.

本実施形態の昇温器184では、外側が螺旋状のガス燃焼流路208とされ、内側が螺旋状とされていない昇温部210とされていたが、内側を螺旋状のガス燃焼流路208とし、外側を螺旋状とされていない昇温部210としてもよい。 In the temperature riser 184 of the present embodiment, the spiral gas combustion flow path 208 is formed on the outside and the non-spiral temperature raising section 210 is formed on the inside. 208, and a temperature raising portion 210 having a non-helical outer side.

また、本実施形態の昇温器184では、昇温部210が、螺旋状の流路となっていないが、昇温部210を螺旋状の流路としてもよい。 In addition, in the temperature raising device 184 of the present embodiment, the temperature raising part 210 does not have a spiral flow path, but the temperature raising part 210 may have a spiral flow path.

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

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。 Other fuel cells such as molten carbonate fuel cells (MCFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), and polymer electrolyte fuel cells (PEFC) can also be used as the fuel cell of the present invention.

10A 燃料電池発電システム
10B 燃料電池発電システム
12 第1燃料電池セルスタック(燃料電池)
12A 第1燃料極(燃料極)
12B 第1空気極(空気極)
14 第2燃料電池セルスタック(燃料電池)
14A 第2燃料極(燃料極)
14B 第2空気極(空気極)
20 酸素透過膜付燃焼器(反応装置)
22A 燃焼空間(第1流路、反応路)
23 気体透過膜(隔壁)
23A 酸化触媒膜(触媒)
24A 空気流路部(第2流路、空気極オフガス通過路)
28 外側螺旋通路形成部材(仕切り部材)
29 内側螺旋通路形成部材(仕切り部材)
170 水電解装置
184 昇温器(反応装置)
200 炭素析出分離部(炭素析出部)
204 隔壁
208 ガス燃焼流路(第1流路)
212 螺旋通路形成部材(仕切り部材)
210 昇温部(第2流路)
P6-2 分岐空気極オフガス管(第2導入路)
P7-2 第2燃料極オフガス管(第1導入路)
10A Fuel cell power generation system 10B Fuel cell power generation system 12 First fuel cell stack (fuel cell)
12A first fuel electrode (fuel electrode)
12B first air electrode (air electrode)
14 Second fuel cell stack (fuel cell)
14A second fuel electrode (fuel electrode)
14B Second air electrode (air electrode)
20 Combustor with oxygen permeable membrane (reactor)
22A combustion space (first flow path, reaction path)
23 Gas permeable membrane (partition wall)
23A Oxidation catalyst film (catalyst)
24A air flow path (second flow path, air electrode off-gas passage)
28 outer spiral passage forming member (partition member)
29 inner spiral passage forming member (partition member)
170 water electrolysis device 184 temperature riser (reaction device)
200 carbon deposition separation section (carbon deposition section)
204 partition wall 208 gas combustion channel (first channel)
212 Spiral passage forming member (partition member)
210 temperature raising unit (second flow path)
P6-2 Branch air electrode off-gas pipe (second introduction path)
P7-2 2nd anode off-gas pipe (1st introduction path)

Claims (4)

筒状を成し、内側の第1流路と外側の第2流路とを隔てる隔壁と、
前記第1流路及び前記第2流路の少なくとも一方に設けられ、気体同士の反応を促進する触媒と、
前記第1流路及び前記第2流路の少なくとも一方に設けられ、流路内部を、筒軸方向に向けて直線状に形成した流路に比較して該筒軸方向の一端から他端までの流路長が長くなるように筒軸の方向に向けて螺旋状とする仕切り部材と、
備え、
前記隔壁は、前記第1流路及び前記第2流路の一方から他方へ反応に供される気体を透過させる気体透過膜を備えている、
反応装置。
a partition having a cylindrical shape and separating the inner first channel and the outer second channel;
a catalyst provided in at least one of the first flow path and the second flow path to promote a reaction between gases;
It is provided in at least one of the first flow path and the second flow path, and the inside of the flow path extends from one end to the other end in the cylinder axis direction as compared with a flow path formed linearly in the cylinder axis direction. a spiral partition member in the direction of the cylinder axis so that the flow path length of the
with
The partition wall includes a gas permeable membrane that allows the gas to be subjected to reaction to permeate from one of the first channel and the second channel to the other.
Reactor.
前記触媒は、前記気体透過膜における気体透過側に積層されている、請求項1に記載の反応装置。 The reactor according to claim 1 , wherein the catalyst is laminated on the gas permeable side of the gas permeable membrane. 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、前記燃料極から未反応の前記燃料ガス、及び第1の二酸化炭素ガスを含む燃料極オフガスが排出され、前記空気極から酸素を含む空気極オフガスが排出される燃料電池と、
前記第1流路及び前記第2流路の一方が、前記触媒としての酸化触媒及び前記仕切り部材が設けられた反応路とされ、前記気体透過膜が酸素透過膜とされ、前記第1流路及び前記第2流路の他方が空気極オフガス通過路とされた請求項2に記載の反応装置と、
前記反応路に前記燃料極オフガスを導入する第1導入路と、
前記空気極オフガス通過路に前記空気極オフガスを導入する第2導入路と、
を備え、
前記反応路で、前記燃料極オフガス中の前記炭素化合物と、前記第1流路から前記酸素透過膜を透過した酸素との酸化反応により第2の二酸化炭素が生成される、燃料電池発電システム。
Electricity is generated by a fuel gas containing a carbon compound and supplied to the fuel electrode and an oxidant gas containing oxygen and supplied to the air electrode, and the fuel gas unreacted from the fuel electrode and the first carbon dioxide gas. a fuel cell in which a fuel electrode off-gas containing oxygen is discharged from the air electrode;
One of the first channel and the second channel is a reaction channel provided with an oxidation catalyst as the catalyst and the partition member, the gas permeable membrane is an oxygen permeable membrane, and the first channel and the reactor according to claim 2, wherein the other of the second flow paths is an air electrode off-gas passage,
a first introduction path for introducing the fuel electrode off-gas into the reaction path;
a second introduction path for introducing the cathode off-gas into the cathode off-gas passage;
with
A fuel cell power generation system in which second carbon dioxide is generated in the reaction path by an oxidation reaction between the carbon compound in the fuel electrode offgas and oxygen that has permeated through the oxygen permeable membrane from the first flow path.
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、前記燃料極から二酸化炭素ガスが排出され、前記空気極から酸素を含む空気極オフガスが排出される燃料電池と、
水を電気分解して水素ガスと酸素ガスとを生成する水電解装置と、
筒状を成し、外側の第1流路と隔壁を隔てて配置される内側の第2流路とを有し、前記第1流路に、流路内部を筒軸方向に向けて直線状に形成した流路に比較して該筒軸方向の一端から他端までの流路長が長くなるように筒軸の方向に向けて螺旋状とする仕切り部材が形成され、前記第1流路で前記水素ガスと前記酸素ガスとを反応させると共に、前記第2流路に前記二酸化炭素ガスと前記水素ガスとが供給される反応装置と、
前記第2流路から前記二酸化炭素ガスと前記水素ガスとが供給され、前記二酸化炭素ガスから炭素が生成される炭素析出部と、
を有する、燃料電池発電システム。
Electricity is generated by a fuel gas containing a carbon compound and supplied to the fuel electrode and an oxidant gas containing oxygen and supplied to the air electrode, carbon dioxide gas is discharged from the fuel electrode, and oxygen is contained from the air electrode. a fuel cell from which air electrode off-gas is discharged;
a water electrolysis device that electrolyzes water to generate hydrogen gas and oxygen gas;
It has a cylindrical shape and has an outer first flow path and an inner second flow path arranged with a partition wall therebetween. a spiral partition member is formed in the direction of the cylinder axis so that the channel length from one end to the other end in the cylinder axis direction is longer than the channel formed in the first channel; a reactor in which the hydrogen gas and the oxygen gas are reacted in and the carbon dioxide gas and the hydrogen gas are supplied to the second flow path;
a carbon deposition unit to which the carbon dioxide gas and the hydrogen gas are supplied from the second flow path and carbon is generated from the carbon dioxide gas;
A fuel cell power generation system.
JP2018222446A 2018-11-28 2018-11-28 Reactor and fuel cell power generation system Active JP7181065B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018222446A JP7181065B2 (en) 2018-11-28 2018-11-28 Reactor and fuel cell power generation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018222446A JP7181065B2 (en) 2018-11-28 2018-11-28 Reactor and fuel cell power generation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020087789A JP2020087789A (en) 2020-06-04
JP7181065B2 true JP7181065B2 (en) 2022-11-30

Family

ID=70910082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018222446A Active JP7181065B2 (en) 2018-11-28 2018-11-28 Reactor and fuel cell power generation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7181065B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021131948A (en) * 2020-02-18 2021-09-09 東京瓦斯株式会社 Fuel battery power generation system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024076432A (en) * 2022-11-25 2024-06-06 三菱重工業株式会社 Conveying vehicle, carbon dioxide recovery method, and carbon dioxide conveying method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002246055A (en) 2001-02-15 2002-08-30 Daikin Ind Ltd Device for removing carbon monoxide and fuel cell
JP2002362901A (en) 2001-06-08 2002-12-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Reforming apparatus
JP2003192302A (en) 2001-12-26 2003-07-09 Sumitomo Seika Chem Co Ltd Hydrogen production apparatus
US20090117435A1 (en) 2007-11-06 2009-05-07 Yanhai Du Tubular electrochemical cell
JP2012150988A (en) 2011-01-19 2012-08-09 Tokyo Gas Co Ltd System for separating/recovering co2 from solid oxide fuel battery and operation method thereof
US20170370010A1 (en) 2016-06-28 2017-12-28 W. Grover Coors Reactor-Separator Elements

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06219704A (en) * 1993-01-21 1994-08-09 Toshiba Corp Reformer

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002246055A (en) 2001-02-15 2002-08-30 Daikin Ind Ltd Device for removing carbon monoxide and fuel cell
JP2002362901A (en) 2001-06-08 2002-12-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Reforming apparatus
JP2003192302A (en) 2001-12-26 2003-07-09 Sumitomo Seika Chem Co Ltd Hydrogen production apparatus
US20090117435A1 (en) 2007-11-06 2009-05-07 Yanhai Du Tubular electrochemical cell
JP2012150988A (en) 2011-01-19 2012-08-09 Tokyo Gas Co Ltd System for separating/recovering co2 from solid oxide fuel battery and operation method thereof
US20170370010A1 (en) 2016-06-28 2017-12-28 W. Grover Coors Reactor-Separator Elements

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021131948A (en) * 2020-02-18 2021-09-09 東京瓦斯株式会社 Fuel battery power generation system
JP7377734B2 (en) 2020-02-18 2023-11-10 東京瓦斯株式会社 Fuel cell power generation system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020087789A (en) 2020-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6397502B2 (en) Reformer / electrolyzer / refiner (REP) assembly for hydrogen production, system incorporating the assembly, and hydrogen production method
JP6644144B2 (en) Energy storage using REP with engine
KR102565809B1 (en) Reactor and fuel cell power generation system
JP6692394B2 (en) Carbon recovery fuel cell power generation system
KR102238761B1 (en) Ship
JP7181065B2 (en) Reactor and fuel cell power generation system
KR20170076934A (en) Ship
JP7148320B2 (en) Carbon dioxide capture fuel cell power generation system
JP7148364B2 (en) Reactor and fuel cell power generation system
KR102355412B1 (en) Fuel cell system and ship having the same
KR102153760B1 (en) Ship
KR102355411B1 (en) Ship
JP2020030893A (en) Liquefied carbon dioxide-recovering fuel cell power generation system
KR20170080824A (en) Ship
KR102190938B1 (en) Ship
KR102153758B1 (en) Ship
KR101696550B1 (en) Ship
KR20170076916A (en) Ship
KR102252149B1 (en) Ship
KR102190934B1 (en) Ship
KR20170080942A (en) Ship
KR20170076917A (en) Ship
KR101643103B1 (en) Ship
KR20170080945A (en) Ship
KR101723300B1 (en) Ship

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210531

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220620

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220628

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220818

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220920

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221012

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: 20221101

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221117

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7181065

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150