JPS5975571A - 燃料電池発電システムにおける運転方法 - Google Patents
燃料電池発電システムにおける運転方法Info
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- JPS5975571A JPS5975571A JP57185380A JP18538082A JPS5975571A JP S5975571 A JPS5975571 A JP S5975571A JP 57185380 A JP57185380 A JP 57185380A JP 18538082 A JP18538082 A JP 18538082A JP S5975571 A JPS5975571 A JP S5975571A
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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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】
本発明は原料ガス、例えばメタンを主成分とする天然ガ
スを水蒸気改質、−酸化炭素変成して水素燃料ガスを得
、これを水素−酸素（空気）型撚料電池に供給して発電
全行う、燃料電池発電システムの運転方法に関する。− 燃料電池の発電効率を上げるため、近時、燃料電池の操
作圧力は、１〜８ ＃／ ｃａＧと加圧の方向にあり、
従料電池に供給される空気は１発電効率を向上させる目
的で、排熱回収タービンを備えた圧縮機により昇圧し、
熱源としては１発電システムから発生する高温の排ガス
、またはスブーームが利用されている。
スを水蒸気改質、−酸化炭素変成して水素燃料ガスを得
、これを水素−酸素（空気）型撚料電池に供給して発電
全行う、燃料電池発電システムの運転方法に関する。− 燃料電池の発電効率を上げるため、近時、燃料電池の操
作圧力は、１〜８ ＃／ ｃａＧと加圧の方向にあり、
従料電池に供給される空気は１発電効率を向上させる目
的で、排熱回収タービンを備えた圧縮機により昇圧し、
熱源としては１発電システムから発生する高温の排ガス
、またはスブーームが利用されている。
このような加圧型の燃料′Φ１池発電システムにおいて
も、需要側の要望によ９部分負荷での運転は頻繁に行わ
れるところであり、この場合においても高効率の運転方
法が確立さ几ることか望ま几て来た。
も、需要側の要望によ９部分負荷での運転は頻繁に行わ
れるところであり、この場合においても高効率の運転方
法が確立さ几ることか望ま几て来た。
特開昭５１−１０５５５１号公報には、加圧型燃料電池
発電システムにおける部分負荷運転の方法が開示されて
いるが、燃料電池のみを高効率で運転する方法に留まっ
ている。
発電システムにおける部分負荷運転の方法が開示されて
いるが、燃料電池のみを高効率で運転する方法に留まっ
ている。
本発明者等は燃料電池だけですく、システム全体の高効
率運転方法につき検討したところ２部分負荷運転時にお
いては、高圧はど高効率という従来の認識に反する結果
を得て９本発明を完成するに至った。即ち２本発明は。
率運転方法につき検討したところ２部分負荷運転時にお
いては、高圧はど高効率という従来の認識に反する結果
を得て９本発明を完成するに至った。即ち２本発明は。
原料ガスを水蒸気改質・変成して水素燃料を生成する燃
料処理装置、前記水素燃料と空気等の酸化剤の供給を受
けて発電を行う燃料電池および前記燃料電池に供給する
空気等の酸化剤を圧縮するための排熱回収タービンを備
えた圧縮装置とからなる加圧型燃料電池発電システムに
おいて１部分負荷時に、燃料電池を全負荷時の運転圧力
より低い圧力で運転することを特徴とする燃料電池発電
システムにおける運転方法 を提供するものである。
料処理装置、前記水素燃料と空気等の酸化剤の供給を受
けて発電を行う燃料電池および前記燃料電池に供給する
空気等の酸化剤を圧縮するための排熱回収タービンを備
えた圧縮装置とからなる加圧型燃料電池発電システムに
おいて１部分負荷時に、燃料電池を全負荷時の運転圧力
より低い圧力で運転することを特徴とする燃料電池発電
システムにおける運転方法 を提供するものである。
以下１図面等に基づき詳細に説明する。
初めに、第１図を参照しながら全負荷運転について説明
する。
する。
第１図は１本発明の運転方法を実施すべき典型的な発電
システムを示すフローシートで６り、改質装置４．燃料
電池８．圧縮機２２および排熱回収タービン４０が主な
構成機器である。
システムを示すフローシートで６り、改質装置４．燃料
電池８．圧縮機２２および排熱回収タービン４０が主な
構成機器である。
改質装置４は夫々公知の水蒸気改質器、高温変成器およ
び低温変成器より構成さ庇ておシ、ここにて、燃料２（
天然ガス）と後述する燃料改質用スチームとの反応によ
り得られた水素を主成分とするガスはライン６を経て燃
料電池８の燃料室ｌＯに送られる。
び低温変成器より構成さ庇ておシ、ここにて、燃料２（
天然ガス）と後述する燃料改質用スチームとの反応によ
り得られた水素を主成分とするガスはライン６を経て燃
料電池８の燃料室ｌＯに送られる。
燃料電池８は水素−酸素（空気）型の燃料電池であり、
電極１６により、燃料室】０．空気室１２および電解液
室１４にセパレートされ、更に電池の発熱を制御するた
めの電池冷却器３２により構成されている。符号１８は
直流・交流変換器を示している。
電極１６により、燃料室】０．空気室１２および電解液
室１４にセパレートされ、更に電池の発熱を制御するた
めの電池冷却器３２により構成されている。符号１８は
直流・交流変換器を示している。
燃料電池８の空気室１２には、圧縮機２２により空気２
０が昇圧されて送られ、前記水素ガスとの反応により発
電が行われる。
０が昇圧されて送られ、前記水素ガスとの反応により発
電が行われる。
反応を終了した水素ガス２６と、空気２４は共に改質装
置４に送られ燃焼させることにより改質反応の熱源とし
て利用され、前記改質反応が進められる。改質反応に必
要なスチームは、燃料電池の発熱を制御する為に用いら
れる補給水３０が。
置４に送られ燃焼させることにより改質反応の熱源とし
て利用され、前記改質反応が進められる。改質反応に必
要なスチームは、燃料電池の発熱を制御する為に用いら
れる補給水３０が。
電池冷却器３２を経る間に蒸発して得られるスチーム３
４の一部が用いられる。残余のスチーム３Ｂは系外に取
り出されて利用される。
４の一部が用いられる。残余のスチーム３Ｂは系外に取
り出されて利用される。
改質装置からの燃炒排ガス３６と補助燃料３を燃焼器２
８で燃焼して排熱回収タービン４０の駆動用動力として
使用されこれと同軸の圧縮機２２を駆動する。
８で燃焼して排熱回収タービン４０の駆動用動力として
使用されこれと同軸の圧縮機２２を駆動する。
次に１部分負荷の場合については、電池における電気へ
の変換効率ηＣは で表わされ、これは発電風を減少させると、電流密度が
疎となることから、向上することが知らｎている。また
、操作圧力が高くなる程、高効率となることは上述のと
おシであり、これをグラフ化したものが第２図に示され
る。実線は定風量−１圧運転で圧力を変化（Ｐｉ＞ Ｐ
２＞Ｐ３）させた場合の発゛Ｙ「負荷とηＣとの関係を
示す。
の変換効率ηＣは で表わされ、これは発電風を減少させると、電流密度が
疎となることから、向上することが知らｎている。また
、操作圧力が高くなる程、高効率となることは上述のと
おシであり、これをグラフ化したものが第２図に示され
る。実線は定風量−１圧運転で圧力を変化（Ｐｉ＞ Ｐ
２＞Ｐ３）させた場合の発゛Ｙ「負荷とηＣとの関係を
示す。
圧縮機の特性を表わした図が第３図に示されており、発
電負荷の如何に拘らずＡ点（１００％）の定風量定圧運
転を行ったケースが第２図のＰ、の曲線で示される。即
ち１発電負荷の減少に伴いη０は上昇するから定風量定
圧運転は好ましいと考えられる。
電負荷の如何に拘らずＡ点（１００％）の定風量定圧運
転を行ったケースが第２図のＰ、の曲線で示される。即
ち１発電負荷の減少に伴いη０は上昇するから定風量定
圧運転は好ましいと考えられる。
これを更に、各負荷における溜当りの必要原料天然ガス
ノ熱量（以下、 Ｈｅａｔ Ｒａｔｅ （Ｗ／ＫＶＷ（
） 。
ノ熱量（以下、 Ｈｅａｔ Ｒａｔｅ （Ｗ／ＫＶＷ（
） 。
略してＨ，Ｒ，という。）に換算したものが第４図の実
線Ｆに示される。
線Ｆに示される。
これまでは、圧縮機と排熱回収タービンを含む圧縮装置
が自活、即ち糸外から動力を入几ないでタービンの回収
動力のみで昇圧可能という前提で説明してきたが、それ
には圧縮機の吐出圧に見合ったタービンの入口温度が維
持されることが必要となる。圧縮機の吐出圧が高くなる
程、高温ガスをタービンに導くことが要求される。
が自活、即ち糸外から動力を入几ないでタービンの回収
動力のみで昇圧可能という前提で説明してきたが、それ
には圧縮機の吐出圧に見合ったタービンの入口温度が維
持されることが必要となる。圧縮機の吐出圧が高くなる
程、高温ガスをタービンに導くことが要求される。
全負荷においても、現状、成る程度の補助燃料を焚くこ
とにより圧縮装置は自活できる。ところが２発電負荷を
下げると、改質装置で取扱う熱量はほぼ発電負荷の割合
で減少するにも拘らず、空気室から出る空気はほとんど
変わらないため、改質装置から得られる熱量は負荷に比
例して減少し。
とにより圧縮装置は自活できる。ところが２発電負荷を
下げると、改質装置で取扱う熱量はほぼ発電負荷の割合
で減少するにも拘らず、空気室から出る空気はほとんど
変わらないため、改質装置から得られる熱量は負荷に比
例して減少し。
燃焼排ガスの温度が低下する。それ故、自活の為に多量
の補助燃料が必要となる。各負荷における補助燃料のｉ
（Ｈ，Ｒ，）が第４図の実線Ａで示される。
の補助燃料が必要となる。各負荷における補助燃料のｉ
（Ｈ，Ｒ，）が第４図の実線Ａで示される。
以上、定風量定圧運転について説明してきたが。
圧縮機の風量を減少させると、どの様になるであろうか
。
。
発電負荷に従い、圧縮機風量を減少させると。
第３図の特性図に示されるようにＡ、Ｂ→Ｃと操作圧力
は低下し、各負荷におけるηＣは第２図の破線で示され
るように変化する。この変風量変圧運転と先の定風量定
圧運転のηＣを比較す几ば定風量定圧運転の方が優れて
いるように見える。第４図の破線Ｆが変風量変圧運転に
おけるＨ 、 Ｒ、を示しているが、実線＾との比較で
定風量定圧運転の方が優れているようにみえる。
は低下し、各負荷におけるηＣは第２図の破線で示され
るように変化する。この変風量変圧運転と先の定風量定
圧運転のηＣを比較す几ば定風量定圧運転の方が優れて
いるように見える。第４図の破線Ｆが変風量変圧運転に
おけるＨ 、 Ｒ、を示しているが、実線＾との比較で
定風量定圧運転の方が優れているようにみえる。
次に補助燃料については、変風量変圧運転では。
発電負荷を減少させても、空気室から出る空気が減少す
るので、改質装置から受ける熱量の減少に拘らず燃焼排
ガスの温度はほぼ一定となる。従って、補助燃料は減少
させることができる。（第４図の破線Ａ）。
るので、改質装置から受ける熱量の減少に拘らず燃焼排
ガスの温度はほぼ一定となる。従って、補助燃料は減少
させることができる。（第４図の破線Ａ）。
第４図の実線Ｔと破線Ｔは両運転における原料と補助燃
料の各々の合計を示す。変風量変圧運転は部分負荷にお
いて、少ない熱量で発電できることが分かる。
料の各々の合計を示す。変風量変圧運転は部分負荷にお
いて、少ない熱量で発電できることが分かる。
尚、第４図の実線Ｔと破線Ｔとを発電総合効率に換算す
れば第５図のようになる。
れば第５図のようになる。
圧縮機の特性については既に述べたが１通常。
広く運転範囲な取れないことが多い。その場合。
定格最少風量でそれ以下の発電負荷においても運転すれ
ば良い。
ば良い。
図において、破線は５０ ＝ １００％負荷で変風量運
転、２５〜５０％は５０％に於ける風量を確保して定風
量運転とした。定風量定圧運転の２５チ運転では非常に
発電端効率が悪くなり、実用性がないが、変風量変圧運
転では２５％でも十分実用にたえる発電効率である。
転、２５〜５０％は５０％に於ける風量を確保して定風
量運転とした。定風量定圧運転の２５チ運転では非常に
発電端効率が悪くなり、実用性がないが、変風量変圧運
転では２５％でも十分実用にたえる発電効率である。
本発明の部分負荷時における変風量変圧運転は。
よシ具体的には、圧縮器吐出側ラインに設置した流量計
で計測する流量を負荷に見合った値となる様、タービン
入口ラインに設けられた燃焼器への補助燃料量を加減す
ることにより行わＪする。
で計測する流量を負荷に見合った値となる様、タービン
入口ラインに設けられた燃焼器への補助燃料量を加減す
ることにより行わＪする。
なお、圧縮装置の負荷応答性は電池の負荷変動速度に比
べて遅いので、急激な負荷減少が要求された場合には、
先ず定風量定圧運転で対応し、順次変風量変圧運転に移
行しても艮い。
べて遅いので、急激な負荷減少が要求された場合には、
先ず定風量定圧運転で対応し、順次変風量変圧運転に移
行しても艮い。
又、急激な負荷増大の場合には、先ず圧縮装置の負荷を
増大負荷に見合った値とした後、電池負荷を増大しても
艮い。
増大負荷に見合った値とした後、電池負荷を増大しても
艮い。
本発明の理解の為、１００ＯＫＷの発電を目標に設計す
ると次のようになる。
ると次のようになる。
１００％負荷で、改質用天然ガス８．４３ Ｋｆｍｏｔ
／′ｈｘ補助燃料０．５ Ｋｆ ｍａｔ ／ ｈｒを用
いて、 １１０Ｋｆｍｏｔ／ｈ３、 ｓ Ｋｙ ／ｉＧ
の空気を得て１００ＯＫＷの発電ができ。
／′ｈｘ補助燃料０．５ Ｋｆ ｍａｔ ／ ｈｒを用
いて、 １１０Ｋｆｍｏｔ／ｈ３、 ｓ Ｋｙ ／ｉＧ
の空気を得て１００ＯＫＷの発電ができ。
その時の効率は３０．５％である。
各部分負荷時について、従来法（定風量、定風量）と９
本発明による方法（変圧、変風量）について算出比較す
る。
本発明による方法（変圧、変風量）について算出比較す
る。
空気の圧縮れζを変圧、変風搦で運転するという事は燃
料電池自身をその変化した圧力条件で運転する事である
。
料電池自身をその変化した圧力条件で運転する事である
。
以上の説明からも明らかなように１本発明によれば９部
分負荷時の発電総合効率を向上させることができ、この
効率は圧縮装置の効率が低い程。
分負荷時の発電総合効率を向上させることができ、この
効率は圧縮装置の効率が低い程。
その差は顕著である。
第１図は本発明の運転方法を実施すべき典型的な発電シ
ステムを示すフローシート、第２図は発電負荷に対する
燃料電池の電気への変換効率、第３図は圧縮機の特性図
、第４図は発電負荷に対するＨｅａｔ Ｒａｔｅ 、第
５図は発電負荷に対する発電総合効率を夫々示す図であ
る。 代理人 弁理士 青 麻 昌 二 １］図 ０ ２５ ５０ ７５
１００発を失局（％〕 第２図 Ｑ ２５ ５０ ７５
７００圧扁オＸ・爪型つ萄（％〕 第３図 ０ ２５ ５０ ７５ ７００裏電つ
椅〔％〕 第４Ｍ ０ ２５ ５０ ７５ ７００裏電つ
薪（％） 第５図
ステムを示すフローシート、第２図は発電負荷に対する
燃料電池の電気への変換効率、第３図は圧縮機の特性図
、第４図は発電負荷に対するＨｅａｔ Ｒａｔｅ 、第
５図は発電負荷に対する発電総合効率を夫々示す図であ
る。 代理人 弁理士 青 麻 昌 二 １］図 ０ ２５ ５０ ７５
１００発を失局（％〕 第２図 Ｑ ２５ ５０ ７５
７００圧扁オＸ・爪型つ萄（％〕 第３図 ０ ２５ ５０ ７５ ７００裏電つ
椅〔％〕 第４Ｍ ０ ２５ ５０ ７５ ７００裏電つ
薪（％） 第５図
Claims (1)
- （１） 原料ガスを水蒸気改質・変成して水素燃料を
生成する燃料処理装置、前記水素燃料と空気等の酸化剤
の供給を受けて発電を行う燃料電池および前記燃料電池
に供給する空気等の酸化剤を圧縮するための排熱回収タ
ービンを備えた圧縮装置とからなる加圧型燃料電池発電
システムにおいて２部分負荷時に、燃料電池を全負荷時
の運転圧力より低い圧力で運転すること全特徴とする燃
料電池発電システムにおける運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57185380A JPS5975571A (ja) | 1982-10-23 | 1982-10-23 | 燃料電池発電システムにおける運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57185380A JPS5975571A (ja) | 1982-10-23 | 1982-10-23 | 燃料電池発電システムにおける運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5975571A true JPS5975571A (ja) | 1984-04-28 |
| JPH0261099B2 JPH0261099B2 (ja) | 1990-12-19 |
Family
ID=16169788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57185380A Granted JPS5975571A (ja) | 1982-10-23 | 1982-10-23 | 燃料電池発電システムにおける運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5975571A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01112671A (ja) * | 1987-10-26 | 1989-05-01 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電プラントの運転方法及び燃料電池発電プラント |
| JP2004071279A (ja) * | 2002-08-05 | 2004-03-04 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 溶融炭酸塩形燃料電池発電システム及びこの発電システムにおける発電方法 |
| DE102010010272A1 (de) | 2010-03-05 | 2011-09-08 | Daimler Ag | Vorrichtung zur Bereitstellung von heißen Abgasen |
| DE102010010271A1 (de) | 2010-03-05 | 2011-09-08 | Daimler Ag | Vorrichtung zur Bereitstellung eines heißen Abgasstroms |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58166671A (ja) * | 1982-03-27 | 1983-10-01 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 燃料電池発電システムの圧力制御方法 |
-
1982
- 1982-10-23 JP JP57185380A patent/JPS5975571A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58166671A (ja) * | 1982-03-27 | 1983-10-01 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 燃料電池発電システムの圧力制御方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01112671A (ja) * | 1987-10-26 | 1989-05-01 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電プラントの運転方法及び燃料電池発電プラント |
| JP2004071279A (ja) * | 2002-08-05 | 2004-03-04 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 溶融炭酸塩形燃料電池発電システム及びこの発電システムにおける発電方法 |
| JP4629950B2 (ja) * | 2002-08-05 | 2011-02-09 | 財団法人電力中央研究所 | 溶融炭酸塩形燃料電池発電システム及びこの発電システムにおける発電方法 |
| DE102010010272A1 (de) | 2010-03-05 | 2011-09-08 | Daimler Ag | Vorrichtung zur Bereitstellung von heißen Abgasen |
| DE102010010271A1 (de) | 2010-03-05 | 2011-09-08 | Daimler Ag | Vorrichtung zur Bereitstellung eines heißen Abgasstroms |
| WO2011107132A1 (de) | 2010-03-05 | 2011-09-09 | Daimler Ag | Vorrichtung zur bereitstellung von heissen abgasen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0261099B2 (ja) | 1990-12-19 |
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