JPS63166157A - 固体電解質燃料電池発電システム - Google Patents
固体電解質燃料電池発電システムInfo
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- JPS63166157A JPS63166157A JP61315590A JP31559086A JPS63166157A JP S63166157 A JPS63166157 A JP S63166157A JP 61315590 A JP61315590 A JP 61315590A JP 31559086 A JP31559086 A JP 31559086A JP S63166157 A JPS63166157 A JP S63166157A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
-
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、固体電解質燃料電池発電システムの改良に関
する。
する。
［従来の技術と問題点］
従来、固体電解質燃料電池（以下、５ＯＦＣという）発
電システムとしては、第４図に示すものが知られている
。
電システムとしては、第４図に示すものが知られている
。
図中の１は５ＯＦＧであり、燃料極２と電解質３と空気
極４とから構成される。前記５ＯＦＧの近くには、熱交
換器５．燃焼器６．ガスタービン７、燃料側排ガスボイ
ラ８．上記タービン９及びコンプレッサ１０が設けられ
ている。なお、図中の１１は前記ボイラ１０に連結され
た煙突である。
極４とから構成される。前記５ＯＦＧの近くには、熱交
換器５．燃焼器６．ガスタービン７、燃料側排ガスボイ
ラ８．上記タービン９及びコンプレッサ１０が設けられ
ている。なお、図中の１１は前記ボイラ１０に連結され
た煙突である。
ここで、前記ガスタービン７とコンプレッサ１０とは同
軸に連結されている。前記５ＯＦＣＩには、改質装置か
らの８２ 、Ｇｏ等又はＬＮＧ、ＬＰＧ等の燃料１２が
送られる。
軸に連結されている。前記５ＯＦＣＩには、改質装置か
らの８２ 、Ｇｏ等又はＬＮＧ、ＬＰＧ等の燃料１２が
送られる。
ところで、こうした発電システムは、燃料、空気（ｏ２
）が共に貫流型なめで、夫々の利用率で５ＯＦＣＩ内の
分圧分布も決定される。そのため、トッピングの電池と
ボトミングサイクルの出力配分が不自由であった。また
、５ＯＦＣＩ内の冷却は貫流流量で決定されるため、必
要冷却量で空気利用率が決定され、熱損失が増加してい
た。更に、従来の発電システムでは利用率を１００％に
しようとすると、セル面積が無限大になるとともに、燃
料極が酸化し、実現不可能である。
）が共に貫流型なめで、夫々の利用率で５ＯＦＣＩ内の
分圧分布も決定される。そのため、トッピングの電池と
ボトミングサイクルの出力配分が不自由であった。また
、５ＯＦＣＩ内の冷却は貫流流量で決定されるため、必
要冷却量で空気利用率が決定され、熱損失が増加してい
た。更に、従来の発電システムでは利用率を１００％に
しようとすると、セル面積が無限大になるとともに、燃
料極が酸化し、実現不可能である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料利用率
、空気利用率、電池内分圧の上昇によって５ＯＦＧ効率
を上げるとともに、利用率１００％を達成でき、しかも
改質用蒸気を排ガスから回収して水蒸気潜熱ロスを低減
しえる固体電解質燃料電池発電システムを提供すること
を目的とする。
、空気利用率、電池内分圧の上昇によって５ＯＦＧ効率
を上げるとともに、利用率１００％を達成でき、しかも
改質用蒸気を排ガスから回収して水蒸気潜熱ロスを低減
しえる固体電解質燃料電池発電システムを提供すること
を目的とする。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、固体電解質燃料電池を用いた発電システムに
おいて、最適温度レベルで制御する位置に配設された圧
力スイングガス分離器と、燃料・空気用の熱交換器と、
複数のガスタービンとを具備することを要旨とする。
おいて、最適温度レベルで制御する位置に配設された圧
力スイングガス分離器と、燃料・空気用の熱交換器と、
複数のガスタービンとを具備することを要旨とする。
［作用］
本発明によれば、■５ＯＦＣ効率が大幅に上昇する、■
全体として全負荷帯にわたり温度レベル及びボトミング
と電池の出力配分を自由に制御できる、■ＬＮＧの場合
燃料冷勢も有効利用出来る。
全体として全負荷帯にわたり温度レベル及びボトミング
と電池の出力配分を自由に制御できる、■ＬＮＧの場合
燃料冷勢も有効利用出来る。
［実施例］
以下、本発明の一実施例に係る大型の５ＯＦＣ発電シス
テムを第１図を参照して説明する。
テムを第１図を参照して説明する。
図中の２１は５ＯＦＣであり、燃料極２２と電解質２３
と空気極２５とから構成される。前記５ｏＦＣ２１には
、石炭カス化ガス、ＬＮＧ。
と空気極２５とから構成される。前記５ｏＦＣ２１には
、石炭カス化ガス、ＬＮＧ。
ＬＰＧ、油ガス化ガス、メタノール等積々の燃料２５、
及び空気、０２．酸素富化空気等の酸化剤を入れ、電池
反応をさせる。ここで、入口の温度は燃料２５．酸化剤
共に上げて５ＯＦＣに入れる。
及び空気、０２．酸素富化空気等の酸化剤を入れ、電池
反応をさせる。ここで、入口の温度は燃料２５．酸化剤
共に上げて５ＯＦＣに入れる。
また、５ＯＦＧ２１は通常８００〜１０００℃程度で運
転される（場合によっては６００℃程度でも運転可能な
こともある〉。
転される（場合によっては６００℃程度でも運転可能な
こともある〉。
前記５ＯＦＣ２１には、前記入口温度を上げるための熱
交換器２６が連結されている。なお、構造的には燃料用
、酸化剤用は別でも、一体でも良い。また、ガスタービ
ン２段化でボトミング効率向上のため、第２図の様に熱
交換器２６．２６ａに分割してもよい。前記燃料２５の
投入は、コンプレッサ（〕？ン）または燃料元圧による
。また、前記酸化剤はコンプレッサ（）７ン）２７によ
る。
交換器２６が連結されている。なお、構造的には燃料用
、酸化剤用は別でも、一体でも良い。また、ガスタービ
ン２段化でボトミング効率向上のため、第２図の様に熱
交換器２６．２６ａに分割してもよい。前記燃料２５の
投入は、コンプレッサ（〕？ン）または燃料元圧による
。また、前記酸化剤はコンプレッサ（）７ン）２７によ
る。
ここで、コンプレッサ２７は後記する２つのガスタービ
ンと同軸でもモータ、タービン動でも可能である。燃料
排ガスは（Ｈ２、Ｈ２０，Ｃｏ。
ンと同軸でもモータ、タービン動でも可能である。燃料
排ガスは（Ｈ２、Ｈ２０，Ｃｏ。
ＣＯ２他）及び酸化剤排ガス（０２、Ｎ２ 、Ａｒ）は
別々の系統に処理され、熱交換器２６に連結されたガス
タービン２８．２９で動力を回収される。
別々の系統に処理され、熱交換器２６に連結されたガス
タービン２８．２９で動力を回収される。
前記熱交換ｆｉ２６とガスタービン２９を結ぶ配管には
、５ＯＦＣ冷却条件設定するためのガス再循環ファン３
０が連結されている。
、５ＯＦＣ冷却条件設定するためのガス再循環ファン３
０が連結されている。
前記ガスタービン２８．２９の後段側には、熱回収を行
うボイラ３１．３２が夫々設けられている。熱回収した
債は、上記タービン（又はスターリングエンジン）３３
にて最終のボトミングを行う。ここで、ボトミングも水
、フロン等の沸点の異なる系統を含んだ多段のもので良
い。
うボイラ３１．３２が夫々設けられている。熱回収した
債は、上記タービン（又はスターリングエンジン）３３
にて最終のボトミングを行う。ここで、ボトミングも水
、フロン等の沸点の異なる系統を含んだ多段のもので良
い。
前記ボイラ３１の燃焼側には第１の圧力スイングガス分
圧（ＰＳＡ）分離器３４が連結され、この分離器３４を
用いて１００〜３００℃で８２０の分離を行ない、一部
を改質用に用いる。その後、給水にて３０〜１００℃程
度に下げ、燃料を第２のＰＳＡガス分離器３５で分離（
Ｈ２、Ｇｏ） し、５ＯＦＣ入口に０２再循環フアン３
６で再循環させる。なお、ＣＯ２及びＨ２の一部は煙突
３７より排出する。
圧（ＰＳＡ）分離器３４が連結され、この分離器３４を
用いて１００〜３００℃で８２０の分離を行ない、一部
を改質用に用いる。その後、給水にて３０〜１００℃程
度に下げ、燃料を第２のＰＳＡガス分離器３５で分離（
Ｈ２、Ｇｏ） し、５ＯＦＣ入口に０２再循環フアン３
６で再循環させる。なお、ＣＯ２及びＨ２の一部は煙突
３７より排出する。
一方、酸化剤側の前記ボイラ３２には第３のＰＳＡガス
分離器３８が連結され、この分離器３８を用いて３０〜
１００℃程度に下げ、この分離器３８を用いて０２の分
離を行う。そして、５ＯＦＣ入口に燃料用再循環ファン
３９で再循環する。ここで、Ｎ２と一部の０２は前記煙
突３５より排出する。なお、酸化剤が０２であり例えば
Ｘ部のようになっている場合は分離装置は不必要であり
、前記ガス再循環ファン３０を用いるか、燃料用再循環
ファン３９だけを付けて再循環器をつけるかいずれでも
可能である。０２分離用ＰＳＡ等は、ＬＮＧプラントで
はＰＳＡ用ＬＮＧ熱交４１の通りＬＮＧ冷熱にて最適温
度である一１５℃程度に保つことができる。なお、図中
の４１は給水ヒータ、４２は第４のＰＳＡＳメガ離器で
ある。
分離器３８が連結され、この分離器３８を用いて３０〜
１００℃程度に下げ、この分離器３８を用いて０２の分
離を行う。そして、５ＯＦＣ入口に燃料用再循環ファン
３９で再循環する。ここで、Ｎ２と一部の０２は前記煙
突３５より排出する。なお、酸化剤が０２であり例えば
Ｘ部のようになっている場合は分離装置は不必要であり
、前記ガス再循環ファン３０を用いるか、燃料用再循環
ファン３９だけを付けて再循環器をつけるかいずれでも
可能である。０２分離用ＰＳＡ等は、ＬＮＧプラントで
はＰＳＡ用ＬＮＧ熱交４１の通りＬＮＧ冷熱にて最適温
度である一１５℃程度に保つことができる。なお、図中
の４１は給水ヒータ、４２は第４のＰＳＡＳメガ離器で
ある。
上記実施例によれば、ＰＳＡＳメガ離器３４゜３５．３
８．４３を所定の位置に配置するとともに、熱交換器２
６を設け、かつ燃料側と酸化剤側に夫々ガスタービン２
８．２９を向けた構造となっているため、従来と比べ５
ＯＦＣ効率が大幅に向上する。事実、従来の発電システ
ムの場合５０たり温度レベル及びボトミングと電池の出
力配分を自由に制御できる。更に、ＬＮＧの場合、燃料
６勢も有効利用できる。
８．４３を所定の位置に配置するとともに、熱交換器２
６を設け、かつ燃料側と酸化剤側に夫々ガスタービン２
８．２９を向けた構造となっているため、従来と比べ５
ＯＦＣ効率が大幅に向上する。事実、従来の発電システ
ムの場合５０たり温度レベル及びボトミングと電池の出
力配分を自由に制御できる。更に、ＬＮＧの場合、燃料
６勢も有効利用できる。
なお、本発明に係る固体電解質燃料電池発電システムは
、上記実施例のものに限らず、第３図に示す如く中小型
発電システムのものでもよい。図において、５１はガス
ボイラ２８．２９及び上記タービン３３の夫々の機能を
有した部材、５２は燃料改質装置であり必要に応じて取
り入れる（この場合）−１２０系は破線の様になる）。
、上記実施例のものに限らず、第３図に示す如く中小型
発電システムのものでもよい。図において、５１はガス
ボイラ２８．２９及び上記タービン３３の夫々の機能を
有した部材、５２は燃料改質装置であり必要に応じて取
り入れる（この場合）−１２０系は破線の様になる）。
また、図において、一点鎖線はＬＮＧ燃料の時、実線の
系統は内部改質用、破線は外部改質用をそれぞれ示す。
系統は内部改質用、破線は外部改質用をそれぞれ示す。
［発明の効果］
以上詳述した如く本発明によれば、燃料利用率、空気利
用率、１！池内分圧の上昇によって５ＯＦＣ効率を上げ
るとともに、利用率１００％を達成でき、しかも改質用
蒸気を排ガスから回収して水蒸気潜熱ロスを低減しえる
固体電解質燃料電池発電システムを提供できる。
用率、１！池内分圧の上昇によって５ＯＦＣ効率を上げ
るとともに、利用率１００％を達成でき、しかも改質用
蒸気を排ガスから回収して水蒸気潜熱ロスを低減しえる
固体電解質燃料電池発電システムを提供できる。
第１図は本発明の一実施例に係るＳＯＦＧ発電システム
の説明図、第２図は同発電システムの熱交換器周辺部分
の他の例の説明図、第３図は本発明の他の実施例に係る
ＳＯＦＧ発電システムの説明図、第４図は従来のＳＯＦ
Ｇ発電システムの説明図である。 ２１・・・固体電解質燃料電池（ＳＯＦＧ）、２５・・
・燃料、２６・・・熱交換器、２８．２９・・・ガスタ
ービン、３０・・・ガス再循環ファン、３１．３２・・
・ボイラ、３４．３５．３８・・・ＰＳＡガス分離器、
３６・・・０２再循環フアン、３９・・・燃料用再循環
ファン。
の説明図、第２図は同発電システムの熱交換器周辺部分
の他の例の説明図、第３図は本発明の他の実施例に係る
ＳＯＦＧ発電システムの説明図、第４図は従来のＳＯＦ
Ｇ発電システムの説明図である。 ２１・・・固体電解質燃料電池（ＳＯＦＧ）、２５・・
・燃料、２６・・・熱交換器、２８．２９・・・ガスタ
ービン、３０・・・ガス再循環ファン、３１．３２・・
・ボイラ、３４．３５．３８・・・ＰＳＡガス分離器、
３６・・・０２再循環フアン、３９・・・燃料用再循環
ファン。
Claims (1)
- 固体電解質燃料電池を用いた発電システムにおいて、最
適温度レベルで制御する位置に配設された圧力スイング
ガス分離器と、燃料・空気用の熱交換器と、複数のガス
タービンとを具備することを特徴とする固体電解質燃料
電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61315590A JPS63166157A (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 固体電解質燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61315590A JPS63166157A (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 固体電解質燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63166157A true JPS63166157A (ja) | 1988-07-09 |
Family
ID=18067182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61315590A Pending JPS63166157A (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 固体電解質燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63166157A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992000614A1 (de) * | 1990-07-02 | 1992-01-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Brennstoffzellen-kraftwerk |
| EP0482222A1 (de) * | 1990-10-20 | 1992-04-29 | Asea Brown Boveri Ag | Verfahren zur Trennung von Stickstoff und Kohlenstoffdioxyd und Konzentration des letzteren in energieliefernden Oxydations- und Verbrennungsprozessen |
| GB2283284A (en) * | 1993-10-28 | 1995-05-03 | Us Energy | Indirect-fired gas turbine bottomed with fuel cell |
| WO1999035702A1 (en) * | 1998-01-08 | 1999-07-15 | Southern California Edison Company | Power generation system utilizing turbine gas generator and fuel cell |
| NL1014585C2 (nl) * | 2000-03-08 | 2001-09-21 | Kema Nv | Brandstofcel met een verbeterd rendement voor het opwekken van elektrische energie. |
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| EP1424742A1 (en) * | 2001-09-07 | 2004-06-02 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Fuel cell device and power generating facility |
| WO2004105158A2 (en) * | 2003-05-15 | 2004-12-02 | Fuelcell Energy, Inc. | A fuel cell system with recycle of anode exhaust gas |
| US7087331B2 (en) * | 2000-10-30 | 2006-08-08 | Questair Technologies Inc. | Energy efficient gas separation for fuel cells |
| JP2006261025A (ja) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム及びその制御方法 |
| JP2018060732A (ja) * | 2016-10-07 | 2018-04-12 | 東京瓦斯株式会社 | 発電システム |
-
1986
- 1986-12-26 JP JP61315590A patent/JPS63166157A/ja active Pending
Cited By (18)
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| GB2283284B (en) * | 1993-10-28 | 1998-03-25 | Us Energy | Indirect-fired gas turbine bottomed with fuel cell |
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| WO2001067530A3 (en) * | 2000-03-08 | 2002-08-15 | Kema Nv | Fuel cell with an improved efficiency for generating electric power |
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| EP1424742A4 (en) * | 2001-09-07 | 2007-07-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | FUEL CELL DEVICE AND POWER GENERATION UNIT |
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| WO2004105158A3 (en) * | 2003-05-15 | 2005-03-03 | Fuelcell Energy Inc | A fuel cell system with recycle of anode exhaust gas |
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